(57)【要約】【課題】露光中にワーク表面位置の変動を検出し、膜厚にむらのあるレジストでも適正な状態でワークを露光できる露光装置を提供する。【解決手段】この露光装置１００は、ワーク（回転体）４を軸支する支持部（支持手段）７、８と、ワーク４を回転させるモータ（回転手段）３と、ワーク４表面を露光する露光光学系１と、ワーク４表面あるいは回転体表面に塗布されたレジスト膜（機能膜）表面の位置を検出する位置検出手段５と、位置検出手段５により検出された各表面位置と露光光学系１のフォーカス位置とのずれ量を計算する制御部（ずれ量計算手段）２と、を備え、支持部７、８及びモータ３はベース６上に固定されている。また、露光光学系１と直交する位置に位置検出手段５を配置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体表面に微細形状を加工する露光装置において、
前記回転体を軸支する支持手段と、
前記回転体を回転させる回転手段と、
前記回転体表面を露光する露光光学系と、
前記回転体表面或いは該回転体表面に塗布された機能膜表面の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段により検出された前記各表面位置と前記露光光学系のフォーカス位置とのずれ量を計算するずれ量計算手段と、
を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記ずれ量計算手段により計算されたずれ量に応じて前記露光光学系の露光強度を増減させることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
前記露光光学系の光量を一定にして、前記ずれ量計算手段により計算されたずれ量に応じて前記露光光学系のフォーカス位置を変化させることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項４】
前記露光光学系の光量及びフォーカス位置を一定にして、前記ずれ量計算手段により計算されたずれ量に応じて前記回転体表面又は前記機能膜表面の位置を変化させることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項５】
前記位置検出手段を複数用意し、各位置検出手段により検出された位置から１つの位置を計算して前記回転体表面又は前記機能膜表面の位置とすることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項６】
前記位置検出手段を複数用意し、各位置検出手段の位相をずらして配置することを特徴とする請求項５に記載の露光装置。
【請求項７】
前記位置検出手段は光ビームを前記回転体表面又は前記機能膜表面に照射して位置を検出する場合、該光ビームの波長を前記露光光学系に用いる波長と異なるように構成したことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置に関し、さらに詳しくは、回転体表面に微細形状を露光する場合に、回転体のぶれによる露光誤差を補正する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には液晶表示装置のガラスプレートや半導体ウエハ等の基板表面の広い領域の状態を検証できる露光装置及び露光方法について開示されている。しかし、この従来技術は平面露光であり、露光平面の高さを検出するために複数のセンサを用いている。また一般的に平面露光では、レジスト膜厚が１μｍ以下と薄い場合が多く、５μｍ程度の厚いレジストでは、露光光学系のビームがデフォーカスしてしまうと露光エネルギーが不足し、十分にレジストを固めることができないため、現像時に作成したパターンが流出してしまうという問題がある。
【特許文献１】特開平１１−２３３３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
円筒や円柱、自由曲面を有する回転体の露光では、半導体などの平板や、光ディスクなどの円盤に比べて以下のような問題がある。
１）ワークの偏心や表面の凹凸によって、ワークの表面位置が露光光学系のフォーカス位置とずれる。例えば、ローラの場合、芯金となる金属の断面は完全な正円ではなく、楕円形状であったり、三角形などの多角形状をしていることが多い。また、軸の偏心もあるため、複写機やプリンタなどの内部で使用する感光体ドラムや定着ローラ、現像ローラといったローラは、両端を支持して回転させたときの表面の振れは５０〜３００μｍ程度発生する。近年、高精度化によって振れは１０〜５０μｍ程度に低減した例もあるが、やはり露光時には数十μｍ程度の振れ、すなわち露光光学系のフォーカス位置に対して、表面が振れており、焦点深度の範囲から外れた場合には、所望のパターンや線幅を達成するのが困難になるという問題がある。
２）また、半導体分野や光ディスク分野で用いられる平板状のレジストは、塗布後、スピナーによる高速回転によって、薄く、均一な膜となってワーク表面に付着する。この時のレジスト厚さは数十〜数百ｎｍという薄い膜である。回転体の場合、作成するパターンにもよるが一般的にレジストの厚さは１〜２０μｍ程度であり、なかでも１〜５μｍ程度の厚い膜で用いられることが多い。そのため、露光光学系のビームがデフォーカスしてしまうと、露光エネルギーが不足し、十分にレジストを固めることができないため、現像時に作成したパターンが流出してしまうという問題がある。
【０００４】
３）また、平板ではレジスト塗布後、スピナーによる高速回転で、平板全域にわたって薄い均一な膜を形成できる。しかし、ローラではスピナーによる高速回転によるレジストの振り切りが使えないために、液槽に浸漬するディッピングやスプレーによる粒子吹きつけによってレジスト層を形成するしかない。そのため、どうしても膜厚が厚くなり、なたむらが発生する。例えば、ディッピング法では、レジスト液中から引き上げる際の速度で膜厚が決まるが、多くの場合、上部の膜厚が薄く、下部が厚くなる傾向にある。この膜厚むらによって露光品質が劣化する。例えば、ラインアンドスペースの形状を作成する場合、レジスト膜厚を５μｍに設定して塗布したところむらが発生し、一部では３μｍに薄くなっていたとする。この場合、同じフォーカス位置で同じ光パワーを照射すると、５μｍのレジスト位置では所望の線幅で描画できるが、膜厚が３μｍのレジスト位置では、光量が強すぎることになり、所望の線幅よりも広がってしまうという問題がある。
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、露光中にワーク表面位置の変動を検出し、膜厚にむらのあるレジストでも適正な状態でワークを露光できる露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はかかる課題を解決するために、請求項１は、回転体表面に微細形状を加工する露光装置において、前記回転体を軸支する支持手段と、前記回転体を回転させる回転手段と、前記回転体表面を露光する露光光学系と、前記回転体表面或いは該回転体表面に塗布された機能膜表面の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段により検出された前記各表面位置と前記露光光学系のフォーカス位置とのずれ量を計算するずれ量計算手段と、を備えたことを特徴とする。
請求項２は、前記ずれ量計算手段により計算されたずれ量に応じて前記露光光学系の露光強度を増減させることを特徴とする。
請求項３は、前記露光光学系の光量を一定にして、前記ずれ量計算手段により計算されたずれ量に応じて前記露光光学系のフォーカス位置を変化させることを特徴とする。
【０００６】
請求項４は、前記露光光学系の光量及びフォーカス位置を一定にして、前記ずれ量計算手段により計算されたずれ量に応じて前記回転体表面又は前記機能膜表面の位置を変化させることを特徴とする。
請求項５は、前記位置検出手段を複数用意し、各位置検出手段により検出された位置から１つの位置を計算して前記回転体表面又は前記機能膜表面の位置とすることを特徴とする。
請求項６は、前記位置検出手段を複数用意し、各位置検出手段の位相をずらして配置することを特徴とする。
請求項７は、前記位置検出手段は光ビームを前記回転体表面又は前記機能膜表面に照射して位置を検出する場合、該光ビームの波長を前記露光光学系に用いる波長と異なるように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、露光中にワーク表面位置の変動をリアルタイムに検出し、厚さにむらのあるレジストでも適正な状態でワークを露光することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載される構成要素、種類、組み合わせ、形状、その相対配置などは特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する主旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図１（ａ）は本発明の実施形態に係る露光装置の正面図であり、図１（ｂ）はＡ視側面図である。この露光装置１００は、ワーク（回転体）４を軸支する支持部（支持手段）７、８と、ワーク４を回転させるモータ（回転手段）３と、ワーク４表面を露光する露光光学系１と、ワーク４表面又はワーク４表面に塗布されたレジスト膜（機能膜）表面の位置を検出する位置検出手段５と、位置検出手段５により検出された各表面位置と露光光学系１のフォーカス位置とのずれ量を計算する制御部（ずれ量計算手段）２と、を備え、支持部７、８及びモータ３はベース６上に固定されている。また、本実施形態では露光光学系１と直交する位置に位置検出手段５を配置している。
即ち、図１のように、ベース６上に設置した支持機構である回転軸受け７、８に、ワーク４をセットし、モータ３によってワーク４の軸９を回転させる。このとき、露光光学系１から露光ビーム１０をワーク４表面に照射し、ワーク４の表面に任意のパターンを形成、あるいはワーク４上に塗布された機能膜、例えばポジ型やネガ型のレジストに露光ビーム１０を照射することで、機能膜に微細なパターンを形成する。このときの露光ビーム１０は、ビームを直接描画露光する方法や、任意のパターンを形成したマスクによるマスク露光でも構わない。直接描画露光では、ビームを一つに絞った光ディスク装置のマスタリング装置のような構成や、ガルバノスキャナやポリゴンスキャナを用いたレーザスキャン露光でも良い。また、この露光装置１００には露光ビーム１０のフォーカス位置とワーク４表面の位置、あるいはレジスト表面の位置を検出する機能（位置検出手段５）を有しており、露光時のパターン形状精度に影響するフォーカス位置とのずれ量を制御部２により計算することができる。
【０００９】
また、ワーク４に露光ビーム１０を照射する場合には、レーザによる熱、もしくはアブレーションでワーク４の表層を物理加工する場合と、ワーク４表面に塗布された機能膜、例えばレジストにビームを照射することで、レジストに選択的な変化を与えるという２つの方法が考えられる。ワーク４にビームを照射する際には、露光ビーム１０のフォーカス位置に露光対象物が正確にセットされていないと、露光ビーム１０の光量不足になったり、露光パターンの線幅精度や端部の形状精度が劣化するという問題がある。一般的にワーク４はコストダウンのために軸精度がある程度犠牲にされており、回転機構にワーク４をチャックして１回転させると数十〜数百μｍ程度のワーク表面の振れがある。そこで、このワーク４の振れが露光に影響のない装置構成が必要になる。
そこで本実施形態では、露光ビーム１０のフォーカス位置と露光対象物、ここではワーク４の表面あるいはワーク４表面にと付されたレジストなどの機能膜をさすが、この位置がずれてジャストフォーカスでない場合には、ずれ量を制御部２で計算し、露光光量を増加もしくは減少させて所望の露光パターンを得る。このとき光量を変化させる手段は、光源がＬＤの場合にはパワーを変えたり、途中の光路に挿入した２枚の偏光板の相対角を変化させたり、ＥＯ効果を利用して光量を変化させても良い。この方法は光量を直接的に変化させるので応答速度も高速に対応できる。
また図２のように、光量は一定にしておいて、露光光学系１のフォーカス位置を対物レンズを駆動させて露光対象物（ワーク４）に合焦させても良いし、光源の位置を光軸方向に動かしてフォーカス位置を変化させても良い。
さらに、光量は一定、露光光学系１のフォーカスも一定にしておいて、ワーク４の位置を露光光軸方向に動かすことで合焦させても良い。
【００１０】
ところで、露光ビーム１０と位置検出手段５の光学系の多くはレーザを用いているが、このレーザは必ずしも同一の場所で照射する必要はない。図３のように露光用のビーム１０と位置検出用のビーム１１を９０°位相をずらして配置し、エンコーダで検出した回転速度または駆動パルスから露光位置でのずれを計算しても良い。もちろん必ずしも９０°ずらす必要な無く、４５°でも１８０°でも設置角度がわかっていれば問題はない。
また図４（ａ）のように、位置検出ビーム１１を複数個用意し（１１ａ、１１ｂ）、レジスト表面位置の検出ビーム１１ａとワークとレジスト界面位置の検出ビーム１１ｂに分けても良い。こうすることで各々の位置でのレジスト膜厚がわかるので、より正確な露光光量あるいはフォーカス位置の制御が可能になる。また、図４（ｂ）のように、複数の位置検出センサ１１ａ、１１ｂを位相を例えば、９０°ずらして配置することで、回転中心の位置を割り出すことができ、ワークの公差不良やチャッキング不良を見つけることも可能である。
【００１１】
図５はワーク４の表面にレジスト４ａを塗布した図である。レジスト４ａの露光ピーク波長を青色の４００ｎｍ程度とすると、露光ビーム１０も青色の４００ｎｍ前後のレーザを用いた方が効率がよい。そのとき、位置検出のビーム１１の同じ青色のレーザをもチルト露光されてしまうので、位置検出センサは露光感度外の波長を使うと良い。図６のように一般的にレジスト４ａは、ピーク感度の波長より長い波長域になると急激に感度が低下する傾向にある。そこで、波長６００〜６５０ｎｍ程度の赤色レーザをレジスト表面位置の検出ビーム１１ａとワークとレジスト界面位置の検出ビーム１１ｂに用いれば、レジスト４ａを露光することなく位置検出が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係る露光装置の正面図、（ｂ）はＡ視側面図である。
【図２】露光光学系を移動させてフォーカスを行なう様子を説明する図である。
【図３】露光用のビーム１０と位置検出用のビーム１１を９０°位相をずらして配置した模式図である。
【図４】（ａ）（ｂ）は複数の位置検出用のビームを９０°位相をずらして配置した模式図である。
【図５】回転体の表面にレジストを塗布した図である。
【図６】レジストの相対感度と波長の関係を表す図である。
【符号の説明】
【００１３】
１  露光光学系、２  制御部、３  モータ、４  ワーク、５  位置検出手段、６  ベース、７、８  支持部、９  回転軸、１０  露光ビーム、１１  位置検出ビーム、１００  露光装置
【図１】
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【図２】
2010156782.tif 000004
【図３】
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【図４】
2010156782.tif 000006
【図５】
2010156782.tif 000007
【図６】
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