WO2009118883A1 - 露光ヘッド、露光装置および露光ヘッド製造方法 - Google Patents

露光ヘッド、露光装置および露光ヘッド製造方法 Download PDF

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朋美 佐藤
宏 ▲高▼橋
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    • G03F7/70216—Mask projection systems
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    • G—PHYSICS
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    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q60/00—Particular types of SPM [Scanning Probe Microscopy] or microscopes; Essential components thereof
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q80/00—Applications, other than SPM, of scanning-probe techniques

Definitions

  • the present invention relates to an exposure head, an exposure apparatus, and an exposure head manufacturing method for performing microfabrication using near-field light, and in particular, can provide a means for performing exposure processing using near-field light at a low cost.
  • the present invention relates to an exposure head, an exposure apparatus, and an exposure head manufacturing method.
  • near-field light is a type of light that oozes out of a minute hole of about several tens of nanometers. By performing exposure processing using near-field light, processing finer than the wavelength of light can be performed.
  • the conventional exposure apparatus using near-field light has a problem that the apparatus becomes large and the price is very high because a laser that requires a large structure is used as a light source.
  • intense price competition has become normal, and there has been a strong demand to provide an exposure apparatus that uses near-field light at a low cost.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems caused by the prior art, and is an exposure head, an exposure apparatus, and an exposure head that can provide a means for performing exposure processing using near-field light at a low cost.
  • An object is to provide a manufacturing method.
  • an exposure head and an exposure apparatus disclosed in the present application include, in one aspect, a discharge unit that generates light by generating discharge between electrodes, and a light emission port. And an exposure unit that generates near-field light from the light exit port using light generated in the discharge unit as a light source.
  • the apparatus since the near-field light is generated using the light obtained by the discharge, the apparatus is miniaturized and a means for performing the exposure process using the near-field light is provided at low cost. be able to.
  • an exposure head manufacturing method comprising: forming a resist dot pattern on a surface of a first substrate; etching the surface on which the dot pattern is formed; Forming a conical structure on the substrate; forming a metal film on a surface of the first substrate on which the conical structure is formed; cutting a tip of the conical structure to create a light exit; and Forming a first electrode on a surface of the first substrate opposite to the surface on which the conical structure is formed, forming a second electrode on a second substrate, the first electrode, Combining the first substrate and the second substrate so that the second electrodes face each other.
  • the exposure head can be manufactured using an existing processing technique such as etching, a means for performing an exposure process using near-field light can be provided at a low cost.
  • the exposure head, the exposure apparatus, and the exposure head manufacturing method disclosed in the present application it is possible to provide a means for performing exposure processing using near-field light at a low cost.
  • FIG. 1 is a diagram showing the principle of the exposure method according to the present embodiment.
  • FIG. 2 is a view showing the arrangement of the exposure apparatus according to the present embodiment.
  • FIG. 3 is a view showing a cross section of the exposure head.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing an exposure head.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a front plate and a back plate.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a method for manufacturing the front plate.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating a manufacturing process of the front plate.
  • FIG. 7B is a diagram illustrating a manufacturing process of the front plate.
  • FIG. 7C is a diagram illustrating a manufacturing process of the front plate.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating a manufacturing process of the front plate.
  • FIG. 7B is a diagram illustrating a manufacturing process of the front plate.
  • FIG. 7C is a diagram illustrating a manufacturing process of the front plate.
  • FIG. 7-4 is a diagram illustrating a manufacturing process of the front plate.
  • FIG. 7-5 is a diagram illustrating a manufacturing process of the front plate.
  • FIG. 7-6 is a diagram showing a manufacturing process of the front plate.
  • FIG. 7-7 is a diagram showing a manufacturing process of the front plate.
  • FIG. 7-8 is a diagram showing a manufacturing process of the front plate.
  • FIG. 7-9 is a diagram showing a manufacturing process of the front plate.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a manufacturing method of the back plate.
  • FIG. 9A is a diagram illustrating a manufacturing process of the back plate.
  • FIG. 9-2 is a diagram illustrating a manufacturing process of the back plate.
  • FIG. 9-3 is a diagram illustrating a manufacturing process of the back plate.
  • FIG. 9A is a diagram illustrating a manufacturing process of the back plate.
  • FIG. 9-2 is a diagram illustrating a manufacturing process of the back plate.
  • FIG. 9-3 is
  • FIG. 9-4 is a diagram illustrating a manufacturing process of the back plate.
  • FIG. 9-5 is a diagram illustrating a manufacturing process of the back plate.
  • FIG. 9-6 is a diagram showing a manufacturing process of the back plate.
  • FIG. 9-7 is a diagram showing a manufacturing process of the back plate.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an example of the arrangement of the light emission ports.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of an exposure pattern drawn by the exposure head according to the present embodiment.
  • Exposure apparatus 10 Exposure head 110 Front plate 111 Substrate 112 Dot pattern 113 Metal film 114 Light emission port 115 Electrode 116 Metal 117 Dielectric film 118 Protective film 120 Back plate 121 Substrate 122 Electrode 123 Dielectric film 124 Glass layer 125 Bulkhead 126 Fluorescence Body 11 Exposure head feed section 12 Guide rail 13 Exposure head height adjustment section 14 Work feed section 15 Vacuum chuck 16 Exposure head height measurement section 17 Control section 17a Exposure head height control section 17b Exposure head position control section 17c Light emission pattern control section 2 Workpiece 3 near-field light 4 plasma discharge 5 scattered light 6 exposure pattern data 20 exposure head 21 discharge part 22 exposure part
  • FIG. 1 is a diagram showing the principle of the exposure method according to the present embodiment.
  • the exposure head 20 shown in the figure is a device that performs an exposure process by the exposure method according to the present embodiment, and includes a discharge unit 21 and an exposure unit 22.
  • the discharge unit 21 generates a plasma discharge 4 by passing a current through the electrode 115 and the electrode 122.
  • the exposure unit 22 has a minute light exit 114 at the tip of the conical structure, and causes the light generated by the plasma discharge 4 to ooze out as near-field light 3 from the light exit 114.
  • the exposure amount by the near-field light 3 is adjusted by the amount of current that induces discharge.
  • the ultraviolet light generated by the plasma discharge 4 may be used as it is, or from the ultraviolet light generated by the plasma discharge 4 by applying a phosphor on the inner wall of the discharge portion 21. Visible light may be generated and used.
  • the exposure head 20 uses a discharge unit 21 that generates plasma discharge, not a laser generator that requires a large structure, as a light source.
  • a discharge unit 21 that generates plasma discharge, not a laser generator that requires a large structure, as a light source.
  • the exposure head 20 shown in FIG. 1 is a single probe type exposure head having only one light exit port 114, the size of the discharge part 21 is not so important, but is arranged in a line or matrix form. In a multi-probe type exposure head having a plurality of light exit ports 114, it is very important that the size of the discharge part 21 is small.
  • the purpose of creating a multi-probe type exposure head having a plurality of light exit ports 114 is to execute the exposure processing time by executing the exposure processing at a plurality of locations in parallel using the near-field light generated at each light exit port 114. Is to shorten. However, in order to shorten the execution time of the exposure process, it is not sufficient to provide a plurality of light exit openings 114.
  • the probe pitch which is the distance between the light exit openings 114, is reduced, and each of the light exit openings 114 is provided. It is necessary to be able to arbitrarily switch ON / OFF of exposure.
  • the possibility that a plurality of light emission ports 114 are positioned on the exposure pattern to be drawn is reduced, the number of times of moving the exposure head in the horizontal direction is increased, and the time required for the exposure process is increased.
  • the ON / OFF of the exposure of each light exit port 114 cannot be arbitrarily switched, the exposure pattern that can be handled is restricted.
  • the discharge part 21 is provided for each light exit port 114 and the exposure of each light exit port 114 is performed.
  • the probe pitch can be kept small while enabling ON / OFF switching individually.
  • FIG. 2 is a view showing the arrangement of the exposure apparatus 1 according to this embodiment.
  • the exposure apparatus 1 is an apparatus that performs an exposure process using the exposure method according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the exposure head 10, the exposure head feed unit 11, the guide rail 12, and the exposure head. The height adjustment unit 13, the workpiece feeding unit 14, the vacuum chuck 15, the exposure head height measurement unit 16, and the control unit 17 are included.
  • the exposure head 10 is a multi-probe type exposure head having a plurality of light exit ports 114.
  • the exposure head 10 has a mechanism for generating plasma discharge for each light exit port 114.
  • the occurrence / non-occurrence of plasma discharge in each mechanism is individually controlled, and thereby ON / OFF of exposure of each light exit port 114 is arbitrarily switched.
  • the exposure head feed unit 11 is a mechanism that moves in the horizontal direction in the drawing along the guide rail 12.
  • the exposure head 10 is fixed to the lower part of the exposure head feed unit 11 so that the light emission port 114 faces downward.
  • the exposure head height adjusting unit 13 is a mechanism that moves in the vertical direction in the figure while supporting the guide rail 12.
  • the work feeding unit 14 is a mechanism that moves in the depth direction or the front direction in the drawing.
  • the vacuum chuck 15 is a mechanism that is provided on the workpiece feeding unit 14 and sucks the workpiece 2 to be exposed.
  • the exposure head height measurement unit 16 is a device that measures the height of the exposure head 10 by detecting the scattered light 5 of the near-field light generated from the exposure head 10.
  • the control unit 17 is a control unit that controls the execution of exposure processing by the exposure apparatus 1, and includes an exposure head height control unit 17a, an exposure head position control unit 17b, and a light emission pattern control unit 17c.
  • the exposure head height control unit 17a performs feedback control so that the relative height of the exposure head 10 with respect to the workpiece 2 attracted by the vacuum chuck 15 maintains a target value. Specifically, the exposure head height control unit 17a moves the exposure head height adjustment unit 13 to a predetermined height, and then determines the relative height of the exposure head 10 according to the measurement result of the exposure head height measurement unit 16. The control of correcting the position of the exposure head height adjustment unit 13 so that becomes the target value is repeatedly executed.
  • the exposure head position control unit 17b controls the relative position of the exposure head 10 in the horizontal direction with respect to the work 2 so that the work 2 is exposed according to the exposure pattern data 6 input from the outside. Specifically, the exposure head position control unit 17b controls the exposure head feeding unit 11 to arbitrarily change the relative position between the exposure head 10 and the workpiece 2 in the left-right direction in the drawing, and controls the workpiece feeding unit 14. By doing so, the relative position of the exposure head 10 and the workpiece 2 is arbitrarily changed in the depth direction or the near side in the figure.
  • the exposure head position control unit 17b can change the horizontal relative position of the exposure head 10 with respect to the workpiece 2 in an arbitrary direction by combining the control of the exposure head feeding unit 11 and the control of the workpiece feeding unit 14.
  • the exposure head 10 realizes a resolution higher than the probe pitch, which is the distance between the light exit ports 114.
  • the interval between lines that can be drawn cannot be made smaller than the probe pitch.
  • the exposure head 10 is moved. By slightly moving in the Y direction and drawing the line in the X direction again, the line can be drawn at an interval narrower than the probe pitch.
  • the exposure apparatus 1 has a width larger than the width in which the plurality of light emission ports 114 are arranged in a line or matrix in the exposure head 10. A wide area can be exposed. Some exposure apparatuses can expose the exposure range of the exposure head at a time, but cannot draw an exposure pattern larger than the exposure range of the exposure head. However, the exposure apparatus 1 includes an exposure head feeding unit 11 and a workpiece. An exposure pattern of any size can be drawn as long as it is within the operating range of the feeding unit 14.
  • the exposure head 10 can be easily miniaturized because it uses light from plasma discharge as a light source. Miniaturizing the exposure head 10 reduces the weight of the exposure head 10 and reduces the influence of inertia, so that the exposure pattern drawing accuracy can be improved.
  • the light emission pattern control unit 17c controls ON / OFF of light emission of each light exit port 114 of the exposure head 10 so that the workpiece 2 is exposed according to the exposure pattern data 6 input from the outside. Specifically, the light emission pattern control unit 17c controls the light emission ON / OFF of each light exit port 114 depending on whether or not the address discharge is generated.
  • the address discharge is a discharge that is selectively generated for each combination of electrodes corresponding to each light exit port 114 before a predetermined current for generating a discharge for exposure is applied. Only in the combination of electrodes controlled to generate an address discharge by the light emission pattern controller 17c, a discharge for exposure occurs when the predetermined current is applied, and light emission corresponding to the combination is generated. Near-field light is generated only from the mouth 114.
  • the exposure apparatus 1 draws a complex exposure pattern. Can do.
  • the configuration for making the exposure head 10 movable is not limited to the configuration shown in FIG.
  • the work feeding unit 14 may be moved up and down, or a piezo may be incorporated in the exposure head 10.
  • the work feeding unit 14 may be moved in the left-right direction in the drawing.
  • FIG. 3 is a view showing a cross section of the exposure head 10.
  • the exposure head 10 has a structure provided with a plurality of combinations of the discharge part 21 and the exposure part 22 in the exposure head 20 shown in FIG. In the figure, some components are not shown for the sake of illustration.
  • the exposure head 10 has a plurality of light exit ports 114.
  • Each light exit port 114 is formed at a plurality of conical tips provided on the transparent substrate 111.
  • By forming a plurality of conical shapes of the substrate 111 in a line it is possible to obtain an exposure head 10 in which a plurality of light exit ports 114 are arranged in a line, and by forming a plurality of conical shapes in a matrix shape.
  • a plurality of light exit ports 114 are arranged in a matrix.
  • the surface of the substrate 111 is covered with a metal film 113 so that light does not leak from portions other than the light exit ports 114.
  • the electrode 115 and the electrode 122 for generating plasma discharge for each light exit port 114 are arranged orthogonally so that the intersection is located on each light exit port 114 when viewed from the upper side in the figure.
  • the electrode 115 is a linear member that is long in the depth direction in the drawing, and is formed using a material that is transmissive to exposure light for generating near-field light from the light exit port 114. For example, when ultraviolet light generated by plasma discharge is used as exposure light as it is, Au or the like can be used as the material of the electrode 115.
  • the electrode 122 is a linear member that is long in the left-right direction in the drawing. In FIG. 3, only one electrode 122 is shown. However, when obtaining the exposure head 10 in which the light exit ports 114 are arranged in a matrix, a plurality of electrodes 122 are arranged in parallel. The supply of current to the electrode 115 and the electrode 122 is controlled by the light emission pattern control unit 17c so that the exposure of each light exit port 114 is individually turned ON / OFF.
  • the electrode 115 is formed on the surface of the substrate 111 on the side where the light exit port 114 is not formed, and the electrode 122 is formed on the surface of the substrate 121 arranged to face the surface.
  • a space between the substrate 111 and the substrate 121 is partitioned by a partition wall 125, and a gas such as xenon or neon is sealed in each partitioned space.
  • the partition wall 125 partitions the space between the substrate 111 and the substrate 121 so that the discharge is performed in an individual space in order to prevent discharge crosstalk.
  • a phosphor 126 for converting ultraviolet light generated by the discharge into visible light is applied to the inside of each space partitioned by the partition walls 125. Note that the phosphor 126 is not necessary when ultraviolet light generated by discharge is used as it is as exposure light for generating near-field light.
  • FIG. 4 is a flowchart showing a method for manufacturing the exposure head 10.
  • the exposure head 10 creates a front plate 110 (step S101), creates a back plate 120 (step S102), and combines the front plate 110 and the back plate 120 to enclose gas ( Step S103).
  • the exposure head 10 is manufactured by combining the front plate 110 and the back plate 120 which are separately prepared.
  • An example of the front plate 110 and the back plate 120 is shown in FIG. In FIG. 5, in order to clarify the internal structure, the front and right partition walls 125 of the back plate 120 are not shown.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a method for manufacturing the front plate 110.
  • a resist is applied on a substrate 111 such as glass, and a plurality of dot patterns 112 are formed by lithography or electron beam (EB) drawing (step S201).
  • EB electron beam
  • a plurality of conical arrays are formed on the substrate 111 as shown in FIG. 7-2 (step S202). .
  • a metal film 113 made of Al or the like is formed on the surface on which the cone array is formed (step S203), and each cone shape is formed using a focused ion beam (FIB) or the like. As shown in FIG. 7-4, the light exit port 114 is created (step S204).
  • an electrode 115 is formed of a material having transparency to exposure light such as Au on the surface of the substrate 111 opposite to the surface on which the conical array is formed (step). S205). As shown in FIG. 7-6, the electrode 115 is formed in a linear shape so as to pass over the array of the light exit ports 114.
  • a minute metal 116 is attached on the electrode 115 to facilitate discharge (step S206).
  • a dielectric film 117 is formed so as to cover the entire surface on which the electrode 115 is formed (step S207). Further, as shown in FIG. 7-9, magnesium oxide or the like is formed.
  • the protective film 118 is formed on the dielectric film 117 (step S208), and the creation of the front plate 110 is completed.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a method for manufacturing the back plate 120.
  • an electrode 122 is formed on a substrate 121 such as glass (step S301).
  • the electrode 122 is linear so as to pass over the array of the light exit ports 114 when the front plate 110 and the back plate 120 are combined so that the electrode 115 and the electrode 122 are orthogonal to each other. Formed.
  • a dielectric film 123 is formed so as to cover the entire surface on which the electrode 122 is formed (step S302).
  • a glass layer 124 is formed on the dielectric film 123 (step S303).
  • the partition wall 125 is formed as shown in FIG. 9-5. It is formed (step S304).
  • a part of the partition wall 125 is cut so that the electrode 115 is not damaged when the front plate 110 and the back plate 120 are combined.
  • the phosphor 126 is applied inside the partition wall 125 (step S305).
  • the creation of the back plate 120 is completed by the above procedure.
  • the exposure head 10 manufactured in this way has, for example, light emission ports 114 arranged in a matrix as shown in FIG.
  • An exposure pattern as shown in FIG. 11 can be drawn by moving the exposure head 10 in one direction in a state where near-field light is generated from each light exit port 114.
  • the exposure head 10 can move in an arbitrary direction, and can individually control ON / OFF of light emission from each light exit port 114, so that a complicated exposure pattern can be drawn.
  • the apparatus since the near-field light is generated using the light obtained by the discharge, the apparatus is downsized, and the means for performing the exposure process using the near-field light is inexpensive. Can be provided.
  • near-field light is generated from the light exit port 114 provided at the tip of the conical structure.
  • the structure for generating near-field light is limited to this. Any one of various structures used to generate near-field light may be used.

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Abstract

　本願の開示する技術は、近接場光を用いて露光処理を実行する手段を安価に提供することを課題とする。この課題を解決するため、露光ヘッド（２０）は、電極間に放電を発生させることにより光を発生させる放電部（２１）と、放電部（２１）において発生させられた光を光源として、光出射口（１１４）から近接場光（３）を生じさせる露光部（２２）とを備える。このように放電により生じる光を光源とすることにより、装置を小型化し、コストを低減させることが可能になる。

Description

露光ヘッド、露光装置および露光ヘッド製造方法
　この発明は、近接場光を用いて微細加工をおこなうための露光ヘッド、露光装置および露光ヘッド製造方法に関し、特に、近接場光を用いて露光処理を実行する手段を安価に提供することができる露光ヘッド、露光装置および露光ヘッド製造方法に関する。
　近年、半導体集積回路の微細化が進む中で、近接場光（エバネッセント光）を利用する露光装置が注目されている。近接場光とは、数１０ｎｍ程度の微小な穴から滲み出す光の一種である。近接場光を利用して露光処理を行うことにより、光の波長よりも微細な加工をおこなうことができる。
特許第３７６２０９１号明細書
　しかしながら、近接場光を利用する従来の露光装置には、大きな構造を必要とするレーザを光源として用いるために装置が大型化し、価格が非常に高くなるという問題があった。露光装置が用いられる半導体業界においては激しい価格競争が常態化しており、近接場光を利用する露光装置を安価に提供することが強く要望されていた。
　この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、近接場光を用いて露光処理を実行する手段を安価に提供することができる露光ヘッド、露光装置および露光ヘッド製造方法を提供することを目的とする。
　上述した課題を解決し、目的を達成するため、本願の開示する露光ヘッドおよび露光装置は、一つの態様において、電極間に放電を発生させることにより光を発生させる放電部と、光出射口を有し、前記放電部において発生させられた光を光源として、該光出射口から近接場光を生じさせる露光部とを備える。
　この発明の態様によれば、放電によって得られた光を用いて近接場光を発生させることとしたので、装置を小型化し、近接場光を用いて露光処理を実行する手段を安価に提供することができる。
　また、本願の開示する露光ヘッド製造方法は、一つの態様において、第１の基板の表面にレジストのドットパターンを形成する工程と、前記ドットパターンが形成された表面をエッチングして前記第１の基板に円錐構造を形成する工程と、第１の基板の前記円錐構造が形成された表面に金属膜を形成する工程と、前記円錐構造の先端を削って光出射口を作成する工程と、第１の基板の前記円錐構造が形成された表面の反対側の面に第１の電極を形成する工程と、第２の基板に第２の電極を形成する工程と、前記第１の電極と前記第２の電極が向き合うように前記第１の基板と前記第２の基板を組み合わせる工程とを含む。
　この発明の態様によれば、エッチング等の既存の加工技術を用いて露光ヘッドを製造することができるため、近接場光を用いて露光処理を実行する手段を安価に提供することができる。
　本願の開示する露光ヘッド、露光装置および露光ヘッド製造方法の一つの態様によれば、近接場光を用いて露光処理を実行する手段を安価に提供することができるという効果を奏する。
図１は、本実施例に係る露光方式の原理を示す図である。 図２は、本実施例に係る露光装置の構成を示す図である。 図３は、露光ヘッドの断面を示す図である。 図４は、露光ヘッドの製造方法を示すフローチャートである。 図５は、前面板と背面板の一例を示す図である。 図６は、前面板の製造方法を示すフローチャートである。 図７－１は、前面板の製造工程を示す図である。 図７－２は、前面板の製造工程を示す図である。 図７－３は、前面板の製造工程を示す図である。 図７－４は、前面板の製造工程を示す図である。 図７－５は、前面板の製造工程を示す図である。 図７－６は、前面板の製造工程を示す図である。 図７－７は、前面板の製造工程を示す図である。 図７－８は、前面板の製造工程を示す図である。 図７－９は、前面板の製造工程を示す図である。 図８は、背面板の製造方法を示すフローチャートである。 図９－１は、背面板の製造工程を示す図である。 図９－２は、背面板の製造工程を示す図である。 図９－３は、背面板の製造工程を示す図である。 図９－４は、背面板の製造工程を示す図である。 図９－５は、背面板の製造工程を示す図である。 図９－６は、背面板の製造工程を示す図である。 図９－７は、背面板の製造工程を示す図である。 図１０は、光出射口の配置の一例を示す図である。 図１１は、本実施例に係る露光ヘッドによって描画される露光パターンの一例を示す図である。
符号の説明
　　　１　　露光装置
　　１０　　露光ヘッド
　１１０　　前面板
　１１１　　基板
　１１２　　ドットパターン
　１１３　　金属膜
　１１４　　光出射口
　１１５　　電極
　１１６　　金属
　１１７　　誘電体膜
　１１８　　保護膜
　１２０　　背面板
　１２１　　基板
　１２２　　電極
　１２３　　誘電体膜
　１２４　　ガラス層
　１２５　　隔壁
　１２６　　蛍光体
　　１１　　露光ヘッド送り部
　　１２　　ガイドレール
　　１３　　露光ヘッド高調整部
　　１４　　ワーク送り部
　　１５　　真空チャック
　　１６　　露光ヘッド高測定部
　　１７　　制御部
　　１７ａ　露光ヘッド高制御部
　　１７ｂ　露光ヘッド位置制御部
　　１７ｃ　発光パターン制御部
　　　２　　ワーク
　　　３　　近接場光
　　　４　　プラズマ放電
　　　５　　散乱光
　　　６　　露光パターンデータ
　　２０　　露光ヘッド
　　２１　　放電部
　　２２　　露光部
　以下に、本願の開示する露光ヘッド、露光装置および露光ヘッド製造方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
　まず、本実施例に係る露光方式の原理について説明する。図１は、本実施例に係る露光方式の原理を示す図である。同図に示す露光ヘッド２０は、本実施例に係る露光方式によって露光処理をおこなうデバイスであり、放電部２１と、露光部２２とを有する。放電部２１は、電極１１５と、電極１２２に電流を流すことによってプラズマ放電４を発生させる。露光部２２は、円錐状の構造の先端部分に微小な光出射口１１４を有し、プラズマ放電４によって生じた光を、この光出射口１１４から近接場光３として滲み出させる。
　近接場光３による露光量は、放電を誘発する電流量によって調整される。なお、近接場光３を生じさせるために、プラズマ放電４によって発生した紫外光をそのまま用いることとしてもよいし、放電部２１の内壁に蛍光体を塗布してプラズマ放電４によって発生した紫外光から可視光を発生させて、これを用いることとしてもよい。
　こうして発生した近接場光３を用いて、ワーク（試料）２上に塗布されたレジスト等を露光させることにより、光の波長よりも細かい構造を形成することができる。また、露光ヘッド２０は、光源として、大きな構造を必要とするレーザ発生装置ではなく、プラズマ放電を発生させる放電部２１を用いている。プラズマ放電を発生させる仕組みは、テレビの各画素の光源として用いられていることからも分かるように、小型化が容易であり、コストの低減に大きく貢献する。
　図１に示した露光ヘッド２０は、光出射口１１４を一つだけ有するシングルプローブ型の露光ヘッドであるため放電部２１のサイズはさほど重要にはならないが、ライン状もしくはマトリックス状に配置された複数の光出射口１１４を有するマルチプローブ型の露光ヘッドにおいては、放電部２１のサイズが小さいことが非常に重要になる。
　複数の光出射口１１４を有するマルチプローブ型の露光ヘッドを作成する目的は、各光出射口１１４に生じる近接場光を用いて複数箇所の露光処理を並列実行することにより、露光処理の実行時間を短縮させることにある。しかしながら、露光処理の実行時間を短縮させるには、複数の光出射口１１４を設けるだけでは不十分であり、光出射口１１４間の距離であるプローブピッチを小さくするとともに、各光出射口１１４の露光のＯＮ／ＯＦＦを任意に切り替えることができることが必要である。
　プローブピッチが大きいと、描くべき露光パターン上に複数の光出射口１１４が位置する可能性が低くなり、露光ヘッドを水平方向に移動させる移動回数が多くなって、露光処理に要する時間が長くなる。また、各光出射口１１４の露光のＯＮ／ＯＦＦを任意に切り替えることができないと、対応可能な露光パターンが制約されてしまう。
　本実施例に係る露光方式では、放電部２１のサイズを小さくすることができるため、マルチプローブ型の露光ヘッドにおいて、光出射口１１４毎に放電部２１を設けて各光出射口１１４の露光のＯＮ／ＯＦＦを個別に切り替えることを可能にしつつ、プローブピッチを小さく抑えることができる。
　次に、本実施例に係る露光装置１について説明する。図２は、本実施例に係る露光装置１の構成を示す図である。露光装置１は、本実施例に係る露光方式を用いて露光処理を実行する装置であり、図２に示すように、露光ヘッド１０と、露光ヘッド送り部１１と、ガイドレール１２と、露光ヘッド高調整部１３と、ワーク送り部１４と、真空チャック１５と、露光ヘッド高測定部１６と、制御部１７とを有する。
　露光ヘッド１０は、複数の光出射口１１４を有するマルチプローブ型の露光ヘッドである。露光ヘッド１０は、プラズマ放電を発生させる機構を光出射口１１４毎に有する。そして、各機構におけるプラズマ放電の発生／非発生は、個別に制御され、これにより、各光出射口１１４の露光のＯＮ／ＯＦＦが任意に切り替えられる。
　露光ヘッド送り部１１は、ガイドレール１２に沿って図中左右方向に移動する機構であり、露光ヘッド１０は、この露光ヘッド送り部１１の下部に光出射口１１４が下向きになるように固定される。露光ヘッド高調整部１３は、ガイドレール１２を支持しつつ、図中上下方向に移動する機構である。
　ワーク送り部１４は、図中奥行き方向、もしくは、手前方向に移動する機構である。真空チャック１５は、ワーク送り部１４の上に設けられ、露光対象であるワーク２を吸着する機構である。露光ヘッド高測定部１６は、露光ヘッド１０から発生する近接場光の散乱光５を検知することにより、露光ヘッド１０の高さを測定する装置である。
　制御部１７は、露光装置１による露光処理の実行を制御する制御部であり、露光ヘッド高制御部１７ａと、露光ヘッド位置制御部１７ｂと、発光パターン制御部１７ｃとを有する。
　露光ヘッド高制御部１７ａは、真空チャック１５に吸着されたワーク２に対する露光ヘッド１０の相対的な高さが目的値を保つようにフィードバック制御を実行する。具体的には、露光ヘッド高制御部１７ａは、露光ヘッド高調整部１３を所定の高さへ移動させた後、露光ヘッド高測定部１６の測定結果に従って、露光ヘッド１０の相対的な高さが目的値となるように露光ヘッド高調整部１３の位置を補正するという制御を繰り返し実行する。
　露光ヘッド位置制御部１７ｂは、外部から入力される露光パターンデータ６に従ってワーク２が露光されるように、ワーク２に対する露光ヘッド１０の水平方向の相対位置を制御する。具体的には、露光ヘッド位置制御部１７ｂは、露光ヘッド送り部１１を制御することにより、露光ヘッド１０とワーク２の相対位置を図中左右方向に任意に変化させ、ワーク送り部１４を制御することにより、露光ヘッド１０とワーク２の相対位置を図中奥行き方向、もしくは、手前方向に任意に変化させる。露光ヘッド位置制御部１７ｂは、露光ヘッド送り部１１の制御とワーク送り部１４の制御を組み合わせることにより、ワーク２に対する露光ヘッド１０の水平方向の相対位置を任意の方向に変化させることもできる。
　このように、ワーク２に対する露光ヘッド１０の水平方向の相対位置を任意に変化させることにより、露光ヘッド１０は、光出射口１１４間の距離であるプローブピッチよりも高い分解能を実現する。例えば、一方向にしか移動しない露光ヘッドの場合、描画できるラインの間隔は、プロープピッチより小さくすることはできないが、露光装置１においては、例えば、Ｘ方向にラインを描画した後に露光ヘッド１０をＹ方向にわずかに移動させ、再びＸ方向にラインを描画することにより、プローブピッチよりも狭い間隔でラインを描画することができる。
　また、ワーク２に対する露光ヘッド１０の水平方向の相対位置を任意に変化させることにより、露光装置１は、露光ヘッド１０においてライン状もしくはマトリックス状に複数の光出射口１１４が配置された幅よりも広い領域を露光させることができる。露光装置には、露光ヘッドの露光範囲を一度に露光させることができるものの、露光ヘッドの露光範囲よりも大きい露光パターンを描画できないものがあるが、露光装置１は、露光ヘッド送り部１１とワーク送り部１４の稼動範囲内であれば、任意の大きさの露光パターンを描画することができる。
　また、既に説明したように、露光ヘッド１０は、光源としてプラズマ放電による光を用いるため小型化が容易である。露光ヘッド１０を小型化することは、露光ヘッド１０の重量を少なくし、慣性の影響を低減させることになるので、露光パターンの描画精度を向上させることができる。
　発光パターン制御部１７ｃは、外部から入力される露光パターンデータ６に従ってワーク２が露光されるように、露光ヘッド１０が有する各光出射口１１４の発光のＯＮ／ＯＦＦを制御する。具体的には、発光パターン制御部１７ｃは、アドレス放電の発生の有無によって各光出射口１１４の発光のＯＮ／ＯＦＦを制御する。
　アドレス放電とは、露光のための放電を発生させるための所定の電流が与えられる前に、各光出射口１１４に対応する電極の組合せにごとに選択的に発生させられる放電である。発光パターン制御部１７ｃによってアドレス放電が発生するように制御された電極の組合せにおいてのみ、上記の所定の電流が与えられた場合に露光のための放電が発生し、それらの組合せに対応する光出射口１１４のみから近接場光が生じる。
　露光ヘッド位置制御部１７ｂによる露光ヘッド１０の位置制御と、発光パターン制御部１７ｃによる各光出射口１１４の発光パターンの制御とを組み合わせることにより、露光装置１は、複雑な露光パターンを描画することができる。
　なお、露光ヘッド１０を可動にするための構成は、図２に示した構成に限定されない。例えば、露光ヘッド１０を垂直方向に相対移動させるために、ワーク送り部１４を上下に移動させることとしてもよいし、露光ヘッド１０にピエゾを組み込むこととしてもよい。また、露光ヘッド１０を水平方向に相対移動させるために、ワーク送り部１４を図中左右方向にも移動できるようにしてもよい。
　次に、図２に示した露光ヘッド１０の構成についてさらに詳しく説明する。図３は、露光ヘッド１０の断面を示す図である。同図に示すように、露光ヘッド１０は、図１に示した露光ヘッド２０における放電部２１と露光部２２の組合せを複数備えた構造を有している。なお、同図においては、図示の都合上、一部の構成の図示を省略している。
　図２に示すように、露光ヘッド１０は、複数の光出射口１１４を有する。各光出射口１１４は、透明な基板１１１に設けられた複数の円錐形状の先端に形成されている。基板１１１が有する複数の円錐形状を一列に形成することにより、複数の光出射口１１４がライン状に配置された露光ヘッド１０を得ることができ、複数の円錐形状をマトリックス状に形成することにより、複数の光出射口１１４がマトリックス状に配置された露光ヘッド１０を得ることができる。基板１１１の表面は、各光出射口１１４以外の部分から光が漏れることがないように金属膜１１３で被覆されている。
　光出射口１１４毎にプラズマ放電を発生させるための電極１１５と電極１２２は、図中上側から見た場合に交点が各光出射口１１４の上に位置するように直交に配置される。電極１１５は、図中奥行き方向に長い線状の部材であり、光出射口１１４から近接場光を生じさせるための露光光に対して透過性を有する材料を用いて形成される。例えば、露光光としてプラズマ放電によって生じる紫外光をそのまま用いる場合は、電極１１５の材料としてＡｕ等を用いることができる。
　電極１２２は、図中左右方向に長い線状の部材である。図３においては、電極１２２が１本のみ図示されているが、光出射口１１４がマトリックス状に配置された露光ヘッド１０を得る場合には、複数の電極１２２が平行に配置される。電極１１５と電極１２２への電流の供給は、各光出射口１１４の露光のＯＮ／ＯＦＦが個別におこなわれるように、発光パターン制御部１７ｃによって制御される。
　電極１１５は、基板１１１の光出射口１１４が形成されていない側の表面上に形成され、その表面と対面するように配置された基板１２１の表面に電極１２２が形成される。基板１１１と基板１２１の間の空間は、隔壁１２５によって仕切られ、仕切られた各空間にはキセノンやネオン等のガスが封入される。
　隔壁１２５は、放電のクロストークを防止するために、放電が個別の空間でおこなわれるように基板１１１と基板１２１の間の空間を仕切る。隔壁１２５によって仕切られた各空間の内側には、放電によって生じた紫外光を可視光へ変換するための蛍光体１２６が塗布されている。なお、近接場光を生じさせるための露光光として放電によって生じた紫外光をそのまま用いる場合は、蛍光体１２６は不要である。
　次に、図３に示した露光ヘッド１０の製造方法について説明する。なお、ここでは、光出射口１１４がマトリックス状に配置されるものとして説明する。図４は、露光ヘッド１０の製造方法を示すフローチャートである。同図に示すように、露光ヘッド１０は、前面板１１０を作成し（ステップＳ１０１）、背面板１２０を作成し（ステップＳ１０２）、前面板１１０と背面板１２０を結合してガスを封入する（ステップＳ１０３）ことにより製造される。
　このように、露光ヘッド１０は、別個に作成された前面板１１０と背面板１２０を組み合わせて製造される。前面板１１０と背面板１２０の一例を図５に示す。なお、図５においては、内部の構造を明らかにするために、背面板１２０の前面と右側面の隔壁１２５の図示を省略している。
　図６は、前面板１１０の製造方法を示すフローチャートである。まず、図７－１に示すように、ガラス等の基板１１１上にレジストが塗布され、リソグラフィや電子線（ＥＢ：Electron　Beam）描画により複数のドットパターン１１２が形成される（ステップＳ２０１）。そして、これらのドットパターン１１２が形成された面をドライエッチング等の手法を用いてエッチングすることにより、図７－２に示すように、基板１１１に複数の円錐アレイが形成される（ステップＳ２０２）。
　そして、図７－３に示すように、円錐アレイが形成された面にＡｌ等の金属膜１１３を形成させ（ステップＳ２０３）、収束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused　Ion　Beam）等を用いて各円錐形状の先端を削ることにより、図７－４に示すように光出射口１１４が作成される（ステップＳ２０４）。
　続いて、図７－５に示すように、基板１１１の円錐アレイが形成された面の反対側の面にＡｕ等の露光光に対して透過性を有する材料で電極１１５が形成される（ステップＳ２０５）。電極１１５は、図７－６に示すように、光出射口１１４の配列上を通過するように線状に形成される。
　続いて、図７－７に示すように、電極１１５上に放電を起こし易くするようにするための微小な金属１１６が付着される（ステップＳ２０６）。そして、図７－８に示すように、電極１１５が形成された面全体を覆うように誘電体膜１１７が形成され（ステップＳ２０７）、さらに、図７－９に示すように、酸化マグネシウム等の保護膜１１８が誘電体膜１１７上に形成されて（ステップＳ２０８）、前面板１１０の作成は完了する。
　図８は、背面板１２０の製造方法を示すフローチャートである。まず、図９－１に示すように、ガラス等の基板１２１上に電極１２２が形成される（ステップＳ３０１）。電極１２２は、図９－２に示すように、電極１１５と電極１２２が直交するように前面板１１０と背面板１２０を組み合わせた場合に、光出射口１１４の配列上を通過するように線状に形成される。
　続いて、図９－３に示すように、電極１２２が形成された面全体を覆うように誘電体膜１２３が形成される（ステップＳ３０２）。そして、図９－４に示すように、ガラス層１２４が誘電体膜１２３上に形成され（ステップＳ３０３）、このガラス層１２４をエッチングすることにより、図９－５に示すように、隔壁１２５が形成される（ステップＳ３０４）。このとき、図９－６に示すように、隔壁１２５の一部は、前面板１１０と背面板１２０を組み合わせたときに電極１１５が損傷しないように削られる。
　そして、必要であれば、図９－７に示すように、隔壁１２５の内部に蛍光体１２６が塗布される（ステップＳ３０５）。以上の手順により、背面板１２０の作成は完了する。
　こうして製造された露光ヘッド１０は、例えば、図１０に示したようにマトリックス状に配置された光出射口１１４を有する。そして、各光出射口１１４から近接場光を生じさせた状態で露光ヘッド１０を一方向に移動させることにより、図１１に示すような露光パターンを描画することができる。露光ヘッド１０は、任意の方向に移動可能であり、さらに各光出射口１１４からの発光のＯＮ／ＯＦＦを個別に制御可能であるため、複雑な露光パターンを描画することもできる。
　上述してきたように、本実施例では、放電によって得られた光を用いて近接場光を発生させることとしたので、装置を小型化し、近接場光を用いて露光処理を実行する手段を安価に提供することができる。
　なお、上記の実施例では、円錐状の構造の先端に設けられた光出射口１１４から近接場光を生じさせる例を示したが、近接場光を生じさせるための構造は、これに限定されるものではなく、近接場光を生じさせるために用いられる各種構造のいずれを利用してもよい。

Claims (10)

  1. 　近接場光を用いて微細加工をおこなうための露光ヘッドであって、
    　電極間に放電を発生させることにより光を発生させる放電部と、
    　光出射口を有し、前記放電部において発生させられた光を光源として、該光出射口から近接場光を生じさせる露光部と
    　を備えることを特徴とする露光ヘッド。
  2. 　前記放電部と前記露光部の組合せを複数備えることを特徴とする請求項１に記載の露光ヘッド。
  3. 　各放電部の間が隔壁で仕切られていることを特徴とする請求項２に記載の露光ヘッド。
  4. 　近接場光を用いて微細加工をおこなうための露光ヘッドを備える露光装置であって、
    　前記露光ヘッドは、
    　　電極間に放電を発生させることにより光を発生させる放電部と、
    　　光出射口を有し、前記放電部において発生させられた光を光源として、該光出射口から近接場光を生じさせる露光部と
    　を有することを特徴とする露光装置。
  5. 　前記露光ヘッドは、前記放電部と前記露光部の組合せを複数備えることを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
  6. 　前記露光ヘッドは、各放電部の間が隔壁で仕切られていることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
  7. 　前記露光ヘッドから生じる近接場光の散乱光に基づいて前記露光ヘッドの高さを測定する露光ヘッド高測定部と、
    　前記露光ヘッドの高さを変化させる露光ヘッド高調整部と、
    　前記露光ヘッド高測定部の測定結果に基づいて前記露光ヘッドが一定の高さを保つように前記露光ヘッド高調整部を制御する露光ヘッド高制御部と
    　をさらに備えることを特徴する請求項４に記載の露光装置。
  8. 　露光パターンデータに従って、前記露光ヘッドを水平移動させる露光ヘッド位置制御部をさらに備えることを特徴する請求項４に記載の露光装置。
  9. 　露光パターンデータに従って、前記露光ヘッドが有する各光出射口について、近接場光を生じさせるか否かを個別に制御する発光パターン制御部さらに備えることを特徴する請求項５に記載の露光装置。
  10. 　近接場光を用いて微細加工をおこなうための露光ヘッドを製造するための露光ヘッド製造方法であって、
    　第１の基板の表面にレジストのドットパターンを形成する工程と、
    　前記ドットパターンが形成された表面をエッチングして前記第１の基板に円錐構造を形成する工程と、
    　第１の基板の前記円錐構造が形成された表面に金属膜を形成する工程と、
    　前記円錐構造の先端を削って光出射口を作成する工程と、
    　第１の基板の前記円錐構造が形成された表面の反対側の面に第１の電極を形成する工程と、
    　第２の基板に第２の電極を形成する工程と、
    　前記第１の電極と前記第２の電極が向き合うように前記第１の基板と前記第２の基板を組み合わせる工程と
    　を含むことを特徴とする露光ヘッド製造方法。
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