(57)【要約】    【課題】  製造コストを低減しつつ、任意位置を精度良く選択して可視光波長よりも短いオーダでの微細加工を行う。    【解決手段】  基材(100)上に感光性膜(103)を形成する感光性膜形成工程と、可視光波長よりも短い波長の２本のレーザービーム(B1,B2)を交叉させて干渉光を発生させ、当該干渉光を照射することによって上記感光性膜を露光する第１の露光工程と、上記干渉光による照射対象領域内の所定領域に対して選択的に光照射(B4)を行うことにより、上記感光性膜を更に露光する第２の露光工程と、上記感光性膜を現像し、上記第２の露光工程で露光がなされた上記所定領域の上記感光性膜に上記干渉光のパターンに対応する形状を発現させる現像工程と、を含む、微細構造体の製造方法である。【選択図】    図７
2006339359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材上に感光性膜を形成する感光性膜形成工程と、
可視光波長よりも短い波長の２本のレーザービームを交叉させて干渉光を発生させ、当該干渉光を照射することによって前記感光性膜を露光する第１の露光工程と、
前記干渉光による照射対象領域内の所定領域に対して選択的に光照射を行うことにより、前記感光性膜を更に露光する第２の露光工程と、
前記感光性膜を現像し、前記第２の露光工程で露光がなされた前記所定領域の前記感光性膜に前記干渉光のパターンに対応する形状を発現させる現像工程と、
を含む、微細構造体の製造方法。
【請求項２】
現像後の前記感光性膜をエッチングマスクとしてエッチングを行い、前記基材を加工するエッチング工程を更に含む、請求項１に記載の微細構造体の製造方法。
【請求項３】
前記感光性膜形成工程に先立って、前記基材と前記感光性膜との相互間に介在する被加工膜を形成する被加工膜形成工程と、
現像後の前記感光性膜をエッチングマスクとしてエッチングを行い、前記被加工膜を加工するエッチング工程と、
を更に含む、請求項１に記載の微細構造体の製造方法。
【請求項４】
前記感光性膜形成工程は、前記感光性膜として、総露光量が所定のしきい値以下のときに溶解度が略ゼロであり、前記総露光量が前記しきい値より大きくなったときに溶解度がゼロより大きい略一定値となる特性を有するものを形成し、
前記第１の露光工程及び前記第２の露光工程は、各工程において前記感光性膜に与えられる露光量が前記しきい値を超えず、かつ各工程における露光量の積算値が前記しきい値を超えるようにして露光を行う、請求項１乃至３のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
【請求項５】
前記感光性膜形成工程は、前記感光性膜として、総露光量が所定のしきい値以下のときに溶解度が略ゼロであり、前記総露光量が前記しきい値より大きくなったときに前記総露光量の増加に対応して溶解度が増加する特性を有するものを形成し、
前記第１の露光工程及び前記第２の露光工程は、各工程において前記感光性膜に与えられる露光量が前記しきい値を超えず、かつ各工程における露光量の積算値が前記しきい値を超えるようにして露光を行う、請求項１乃至３のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
【請求項６】
前記第２の露光工程は、光ビームを走査することによって前記感光性膜を露光する、請求項１乃至３のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
【請求項７】
前記第２の露光工程は、所定の遮光パターンを有する露光マスクを介して光照射を行うことによって前記感光性膜を露光する、請求項１乃至３のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
【請求項８】
前記第２の露光工程は、２本のレーザービームを交叉させることにより得られる干渉光を用いて光照射を行う、請求項１乃至３のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
【請求項９】
前記第１の露光工程は、前記２本のレーザービームの一方と他方とを前記感光性膜の露光面と直交する軸に対して対称に入射させる、請求項１乃至３のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の露光工程における前記２本のレーザービームのそれぞれは、直線偏光であり、その偏光方位がビーム入射面と直交する、請求項１乃至３のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の露光工程における前記２本のレーザービームは、同一のレーザー光源から出力される１本のレーザービームを分岐手段により分岐させて得られるものである、請求項１乃至３のいずれかに記載の微細構造体の製造方法。
【請求項１２】
前記分岐手段は±ｎ次回折ビーム（ｎは１以上の自然数）を発生させるものであり、当該±ｎ次回折ビームを前記２本のレーザービームとして用いる、請求項１１に記載の微細構造体の製造方法。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の製造方法によって製造される微細構造体を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可視光域の波長よりも小さなオーダの微細凹凸パターンをガラス等の基板上に実現するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、偏光素子や反射防止素子等の光学素子或いはトランジスタ等の半導体素子などの各種デバイスにおいて微細化の要望が高まっており、可視光波長よりも小さなオーダ（例えば１００ｎｍ又はそれ以下）での微細加工を実現すべく技術開発が進められている。かかるサブ波長オーダの微細パターンを作製する手段として、例えば、ステッパや電子ビーム描画による露光方法が知られている。また最近では、紫外線よりも更に波長の短いＸ線を利用したリソグラフィ技術が提案されている（例えば、非特許文献１、２参照。）。
【０００３】
【非特許文献１】「応用物理」，応用物理学会，２００４年，第７３巻，第４号，ｐ．４５５−４６１
【非特許文献２】「Si-based Photonic Crystals and Photonic-Band-Gap Waveguides」M.Notomi et al. ,Proc. SPIE Vol.4655,pp.92-104
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来技術は、微細加工を達成し得るもののプロセスマージン及びスループットがともに低く、量産に適さないという不都合がある。特に、加工対象体の任意位置を精度良く選択して微細加工を行うことと、製造コストを低減することという相反する要望を両立させるのは困難であった。
【０００５】
そこで、本発明は、製造コストを低減しつつ、任意位置を精度良く選択して可視光波長よりも短いオーダでの微細加工を行うことを可能とする技術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】
【０００６】
第１の態様の本発明は、基材上に感光性膜を形成する感光性膜形成工程と、可視光波長よりも短い波長の２本のレーザービームを交叉させて干渉光を発生させ、当該干渉光を照射することによって上記感光性膜を露光する第１の露光工程と、上記干渉光による照射対象領域内の所定領域に対して選択的に光照射を行うことにより、上記感光性膜を更に露光する第２の露光工程と、上記感光性膜を現像し、上記第２の露光工程で露光がなされた上記所定領域の上記感光性膜に上記干渉光のパターンに対応する形状を発現させる現像工程と、を含む、微細構造体の製造方法である。なお、第１の露光工程と第２の露光工程とは順番を入れ替えても良い。
【０００７】
ここで、本明細書において「可視光波長よりも短い波長」とは、概ね３００ｎｍ以下の波長をいう。また「基材」とは、各種材料（金属、ガラス、樹脂等）からなる基板やその他の部材が該当し得る。
【０００８】
２本のレーザービームをある程度の角度で交叉させることにより、当該レーザービームの波長と同程度のピッチ或いはそれ以下のピッチの明暗パターン（干渉縞）を有する干渉光が得られる。より詳細には、当該干渉光のピッチは、理論的には各レーザービームの波長の１／２程度まで達成可能である。このような干渉光を用いた第１の露光工程を行うことにより、製造コストを低減しつつ、可視光波長よりも短いオーダの潜像パターンを感光性膜に形成可能となる。また、第２の露光工程における露光により、感光性膜の所望位置において干渉光による露光パターンを鮮鋭にさせることができる。したがって、任意位置を精度良く選択して可視光波長よりも短いオーダでの微細加工を行うことが可能となる。
【０００９】
上述した現像後の感光性膜はそれ自身を微細構造体として利用可能であるが、当該感光性膜をエッチングマスクとして利用することも好ましい。すなわち、感光性膜をエッチングマスクとしてエッチングを行い、上記基材を加工するエッチング工程を更に含むことも好ましい。
【００１０】
これにより、感光性膜に形成された微細構造を基材に転写し、基材の所望位置に微細構造体を得ることが可能となる。
【００１１】
また、上記感光性膜形成工程に先立って、上記基材と上記感光性膜との相互間に介在する被加工膜を形成する被加工膜形成工程と、現像後の上記感光性膜をエッチングマスクとしてエッチングを行い、上記被加工膜を加工するエッチング工程と、を更に含むことも好ましい。
【００１２】
この場合には、感光性膜に形成された微細構造を被加工膜に転写し、当該被加工膜が加工されてなる微細構造体を得ることが可能となる。
【００１３】
また、上記感光性膜形成工程は、上記感光性膜として、総露光量が所定のしきい値以下のときに溶解度が略ゼロであり、上記総露光量が上記しきい値より大きくなったときに溶解度がゼロより大きい略一定値となる特性を有するもの、すなわち感光性膜のしきい値特性の急峻なもの（しきい値付近における溶解度曲線の傾きが大きいもの）を形成することが好ましい。そしてこの場合に、上記第１の露光工程及び上記第２の露光工程は、各工程において上記感光性膜に与えられる露光量が上記しきい値を超えず、かつ各工程における露光量の積算値が上記しきい値を超えるようにして露光を行うことが好ましい。
【００１４】
これにより、第２の露光工程において露光がなされない領域の感光性膜は総露光量がしきい値を超えることがないため、当該領域には潜像パターンが現れないことになる。また、第２の露光工程によって露光がなされる領域については、しきい値特性が急峻であるため、より鮮鋭な潜像パターンが得られる。
【００１５】
また、上記感光性膜形成工程は、上記感光性膜として、総露光量が所定のしきい値以下のときに溶解度が略ゼロであり、上記総露光量が上記しきい値より大きくなったときに上記総露光量の増加に対応して溶解度が増加する特性を有するもの、すなわちしきい値を超えた場合の溶解度曲線の傾きがそれほど大きくないものを形成してもよい。この場合にも、上記第１の露光工程及び上記第２の露光工程は、各工程において上記感光性膜に与えられる露光量が上記しきい値を超えず、かつ各工程における露光量の積算値が上記しきい値を超えるようにして露光を行うことが好ましい。
【００１６】
これにより、第２の露光工程において露光がなされない領域の感光性膜は総露光量がしきい値を超えることがないため、当該領域には潜像パターンが現れないことになる。また、第２の露光工程における露光量の増減によって潜像パターンの鮮鋭さを可変に設定し、種々の形状の微細構造体を得ることが可能となる。
【００１７】
好ましくは、上記第２の露光工程は、光ビームを走査することによって上記感光性膜を露光する。ここで光ビームとは、例えばレーザービームを用いても良く、ランプ光源等から発せられる光を光学系によって集光することによって生成されるものでもよい。
【００１８】
これにより、比較的に狭い領域を高精度に選択して第２の露光工程における露光を行うことが可能となる。
【００１９】
また、上記第２の露光工程は、所定の遮光パターンを有する露光マスクを介して光照射を行うことによって上記感光性膜を露光することも好ましい。
【００２０】
この場合には、比較的に広い領域を一括して選択し、第２の露光工程における露光を行うことが可能となる。
【００２１】
また、上記第２の露光工程は、２本のレーザービームを交叉させることにより得られる干渉光を用いて光照射を行うことも好ましい。
【００２２】
例えば、第１の露光工程における干渉光よりも明暗パターンのピッチが大きい干渉光を用いて第２の露光工程における光照射を行うことにより、この干渉光の明暗パターンに応じて面内で変調された周期構造を得ることができる。
【００２３】
好ましくは、上記第１の露光工程は、上記２本のレーザービームの一方と他方とを上記感光性膜の露光面と直交する軸に対して対称に入射させる。
【００２４】
これにより、露光される領域の露光深さ、幅、或いは露光パターン（潜像）のピッチなどをより均質に揃えることが可能となる。従って、等間隔で配列される線パターン等が容易に得られる。
【００２５】
好ましくは、上記第１の露光工程における上記２本のレーザービームのそれぞれは、直線偏光であり、その偏光方位がビーム入射面と直交する。
【００２６】
これにより、２本のレーザービームの交叉角度の大小に関わりなく、より鮮明な干渉縞を得ることが可能となる。
【００２７】
また、上記第１の露光工程における上記２本のレーザービームは、同一のレーザー光源から出力される１本のレーザービームを分岐手段により分岐させて得られるものであることが好ましい。ここで「分岐手段」とは、例えば振幅分割型ビームスプリッタ、偏光分離型ビームスプリッタ、回折型ビームスプリッタなどの光学素子が挙げられる。
【００２８】
これにより、露光にかかる２本のレーザービームが簡素な構成によって得られ、更なる製造コストの削減が可能となる。
【００２９】
更に好ましくは、上記分岐手段は±ｎ次回折ビーム（ｎは１以上の自然数）を発生させるものであり、当該±ｎ次回折ビームを上記２本のレーザービームとして用いる。
【００３０】
回折ビームを利用することにより、エネルギーがほぼ等しく進行方向が対称であり、本発明に好適な２本のレーザービームが容易に得られる
【００３１】
第２の態様の本発明は、上述した第１の態様の本発明にかかる製造方法によって製造され微細構造体を備える電子機器である。ここで「微細構造体」としては、例えば、偏光分離、位相遅延、反射防止、複屈折解消などの機能を有する光学素子（光学薄膜デバイス）などが挙げられる。そして、このような光学素子を含む電子機器としては、典型的には、当該光学素子を偏光素子として用いた液晶表示装置を含んでなる液晶プロジェクターなどが挙げられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３３】
図１は、干渉光による露光を行うための露光装置の構成例を説明する図である。図１に示す露光装置１は、感光性膜を露光するために用いられるものであり、レーザー光源１０、ミラー１１、１２、シャッター１３、回折型ビームスプリッタ１４、モニタ１５、レンズ１６ａ、１６ｂ、空間フィルタ１７ａ、１７ｂ、ミラー１８ａ、１８ｂ、ステージ１９を含んで構成されている。
【００３４】
レーザー光源１０は、可視光波長よりも短い波長の１本のレーザービーム（光束）を出力する。このようなレーザー光源１０としては、各種のレーザ発振器が好適に用いられる。一例として本実施形態では、固体ＵＶレーザーのＮｄ：ＹＶＯ4（第四高調波：波長２６６ｎｍ、最大出力２００ｍＷ程度、ＣＷ発振）をレーザー光源１０として用いる。図示のように、レーザー光源１０から出射されるレーザービームＢ０（例えば、ビーム径約１ｍｍ）は、各ミラー１１、１２により進路（光路）を変更され、シャッター１３を通過した後に回折型ビームスプリッタ１４へ入射する。
【００３５】
シャッター１３は、上述したようにレーザービームＢ０の進路中に配置され、当該レーザービームＢ０を通過させ、又は遮断する機能を担う。
【００３６】
回折型ビームスプリッタ１４は、１本のレーザービームＢ０を分岐して２本のレーザービームＢ１、Ｂ２を生成する分岐手段である。この回折型ビームスプリッタ１４は、石英等の表面に施した微細な凹凸形状による形状効果を用いてその機能を実現する凹凸型回折素子である。当該スプリッタはその全体が石英等のみからなり耐久性が高いため、高出力のＵＶレーザーを照射した場合でも損傷を被ることがなく、ほぼ永久に使用できる。回折型ビームスプリッタ１４の形状ならびに深さは最適設計されており、入射するビームをＴＥ偏光とした場合に、等しい強度の２本の回折ビーム（±１次）を発生させる。本実施形態では、これらの±１次回折ビームを各レーザービームＢ１、Ｂ２として用いている。また、本実施形態では、０次ビームに僅かにエネルギーを残すように回折型ビームスプリッタ１４を設計している。光学系を組上げる際に、当該０次ビームＢ３を参照することにより、各レーザービームＢ１、Ｂ２の基板１００上での交叉角度の設定や、基板１００の位置合わせを容易に行うことが可能となる。さらに、分岐された２本のレーザービームＢ１、Ｂ２が左右反転せずに干渉するため、コントラストの高い干渉縞を得ることができ、アスペクト比が高いパターンを形成するためには有利である。
【００３７】
なお、回折型ビームスプリッタ１４によって±２次又はそれより高次の回折ビームを生成し、当該回折ビームを上記レーザービームＢ１、Ｂ２として用いてもよい。また、分岐手段として、回折型ビームスプリッタの代わりに、簡便な振幅分割型ビームスプリッタや耐久性に優れた偏光分離型ビームスプリッタを用いることも可能である。その場合には、分離されたビームの一方の偏光方位を波長板を用いてＴＥへ変換する必要がある。
【００３８】
モニタ（観察手段）１５は、０次ビームＢ３を受光して電気信号に変換する。このモニタ１５からの出力に基づいてステージ１９の位置制御を行うことにより、各レーザービームＢ１、Ｂ２の基板１００上での交叉角度の設定や、基板１００の位置合わせが容易となる。ここで、図１では説明の便宜上、モニタ１５が基板１００よりも回折型ビームスプリッタ１４に近い側に配置されているが、モニタ１５の位置はこれに限定されるものではなく任意に設定可能であり、例えば位置決め時には基板１００と略同位置に配置され、露光時には他の位置へ移動するような可動型にしてもよい。なお、より簡便な観察手段として、０次ビームＢ３の照射を受けて蛍光を発する紙媒体などを用いて０次ビームＢ３を参照してもよい。
【００３９】
レンズ１６ａは、回折型ビームスプリッタ１４により生成された一方のレーザービームＢ１が入射するように配置されており、当該レーザービームＢ１を集光する。空間フィルタ１７ａは、ピンホールを有しており、レンズ１６ａによる集光後のレーザービームＢ１が当該ピンホールに入射するように配置されている。すなわち、レンズ１６ａと空間フィルタ１７ａによってビームエキスパンダが構成されており、これらによってレーザービームＢ１のビーム径が拡大される。同様に、レンズ１６ｂは、回折型ビームスプリッタ１４により生成された他方のレーザービームＢ２が入射するように配置されており、当該レーザービームＢ２を集光する。空間フィルタ１７ｂは、ピンホールを有しており、レンズ１６ｂによる集光後のレーザービームＢ２が当該ピンホールに入射するように配置されている。すなわち、レンズ１６ｂと空間フィルタ１７ｂによってビームエキスパンダが構成されており、これらによってレーザービームＢ２のビーム径が拡大される。例えば本実施形態では、各レーザービームＢ１、Ｂ２は、各ビームエクスパンダによってそれぞれビーム径が２００ｍｍ程度に拡げられる。各空間フィルタ１７ａ、１７ｂの作用により、不要散乱光が除かれた後のビーム波面を露光へ用いることができるので、欠陥やノイズのない、きれいな露光パターン（潜像）を形成できる。
【００４０】
ミラー１８ａは、空間フィルタ１７ａを通過後のレーザービームＢ１が入射するように配置されており、当該レーザービームＢ１を反射して基板１００の方向へ導く。同様に、ミラー１８ｂは、空間フィルタ１７ｂを通過後のレーザービームＢ２が入射するように配置されており、当該レーザービームＢ２を反射して基板１００の方向へ導く。これらのミラー１８ａ、１８ｂは、２本のレーザービームＢ１、Ｂ２が所定角度で交叉して干渉光を発生するように当該各レーザービームの進路を設定する光学的手段としての機能を担う。
【００４１】
ステージ１９は、基板１００を支持し、当該基板１００上の感光性膜が各レーザービームＢ１、Ｂ２の交叉により発生した干渉光（干渉縞）によって露光され得るようにその相対的な位置を設定する。すなわち、ステージ１９は、感光性膜と干渉光の発生位置との相対的な位置を設定する位置設定手段としての機能を担う。
【００４２】
図２は、基板１００とその上面に形成される感光性膜等の構造について説明する断面図である。図２（Ａ）に示すように、基板１００の一面には、反射防止膜１０２と、感光性膜１０３が形成されている。
【００４３】
基板１００は、本願発明における「基材」に相当するものであり、ガラス基板、樹脂基板、或いはシリコン等の半導体基板など、種々の素材からなる基板が用いられ得る。
【００４４】
反射防止膜１０２は、上述した干渉光により感光性膜１０３を露光する際における干渉光の裏面反射を抑制する機能を担う。反射防止膜１０２としては、干渉光を吸収する等によって当該干渉光の反射を抑制し得るものであれば、無機材料、有機材料のいずれも採用し得る。特に、日産化学工業株式会社製のＤＵＶ４４などの有機材料であれば後工程での剥離（除去）が容易となる。これにより、干渉定在波のない良好なパターンを形成できる。
【００４５】
感光性膜１０３は、光照射を受けた部分に変質を生じ、後の所定処理によって当該光照射部分又は非光照射部分のいずれかを選択的に除去し得る性質を備える材料を用いて成膜される。例えば本実施形態では、ＵＶ波長（λ〜２５０ｎｍ）用に調整された化学増幅型レジストを用いて感光性膜１０３が形成される。なお、反射防止膜１０２を用いずに、基板１００上に直接的に感光性膜１０３を形成してもよい。
【００４６】
なお、図２（Ｂ）に示すように、基板１００と反射防止膜１０２（又は感光性膜１０３）との相互間に、被加工体としての膜（被加工膜）１０１を介在させるようにしてもよい。この場合における被加工膜１０１としては、例えば、スパッタリング法等の成膜法によって形成される金属膜などが挙げられる。
【００４７】
図３は、２本のレーザービームＢ１、Ｂ２を交叉させることにより発生する干渉光について説明する図である。上述したように本実施形態では、ビーム径が拡大された後の各レーザービームＢ１、Ｂ２を所定の交叉角度で干渉させることにより、周期的な明暗（干渉縞）を有する干渉光を発生させる。そして、この干渉光を感光性膜１０３へ照射することにより露光が行われる。
【００４８】
このとき、レーザー波長をλ、交叉角度をθとすると、干渉縞Ｆの周期Ｐ（図３参照）は以下の式で与えられる。
Ｐ＝λ／（２ｓｉｎθ）・・・（１）
【００４９】
このとき、図示のように、２本のレーザービームＢ１、Ｂ２を感光性膜１０３の露光面と直交する軸（仮想軸）に対して対称に入射させる。これにより、露光される領域の露光深さ、幅、或いは露光パターン（潜像）のピッチなどをより均質に揃えることが可能となる。従って、等間隔で配列される線パターン等が容易に得られる。なお、２本のレーザービームＢ１、Ｂ２を感光性膜１０３の露光面と直交する軸に対して非対称に入射させてもよい。
【００５０】
図４は、干渉光と感光性膜１０３に形成される潜像との関係を説明する図である。図４（Ａ）に示すように、干渉光は周期的な光強度分布（周期Ｐ）を有する。そして図４（Ｂ）に示すように、照射光の強度に対応して感光性膜１０３に潜像パターン１０４が形成される。
【００５１】
図５は、上記（１）式の関係を示す図（グラフ）であり、横軸が交叉角度θ、縦軸が干渉縞の周期（ピッチ）Ｐにそれぞれ対応している。図５に示すように、例えば波長λが２６６ｎｍであるとすると、交叉角度θ＝６２度のときに、干渉縞の周期はＰ＝１５０ｎｍとなる。当該干渉光の周期は、理論的には各レーザービームの波長の１／２程度まで達成可能である。
【００５２】
他方、干渉縞が形成される領域の深さΔｚは、入射ビームの直径をＷとすると、およそ次式により与えられる。
Δｚ＜Ｗ／ｓｉｎθ・・・（２）
【００５３】
干渉にあずかる２本のレーザービームＢ１、Ｂ２のいずれも直線偏光であり、その方位はビーム入射面と直交（ＴＥ偏光）している。ＴＥ偏光を用いることにより、交叉角度の大小に関わりなく、鮮明な干渉縞をつくることが可能である。
【００５４】
形状が良好な（アスペクトが高く、矩形状の）レジストパターンを形成するためには、干渉縞のコントラストを充分に高めることが必須となる。干渉縞のコントラストＣは、干渉縞の変位をΔｘとすると、以下の式で与えられる。図６はこの式の関係を示した図（グラフ）である。
Ｃ＝ｓｉｎ（Δｘ）／（Δｘ）・・・・（３）
【００５５】
なお、干渉縞のコントラストを高めるには、露光中の干渉縞の変位を極力小さく抑えなければならない。このことを実現するには、外乱（振動、空気ゆらぎ）を排除する必要がある。例えば、図１に示した露光系を防振ベンチの上に置き、さらに、露光系をカバーで覆う等の対策を施すことにより、大きな効果が得られる。
【００５６】
次に、本実施形態にかかる微細構造体の製造方法を詳細に説明する。
図７及び図８は、一実施形態の微細構造体の製造方法について説明する工程断面図である。なお、以下の説明では、基板１００上に被加工膜１０１が形成されない場合（図２（Ａ）参照）を例にして説明する。
【００５７】
（反射防止膜形成工程、感光性膜形成工程）
まず、図７（Ａ）に示すように、基板１００の一面に反射防止膜１０２及び感光性膜１０３を形成する。本例では、基板１００として板厚１ｍｍのガラス基板を用いる。また、反射防止膜１０２は、スピンコート法などの成膜方法により膜厚７５ｎｍ程度に形成する。感光性膜１０３は、化学増幅型レジストをスピンコート法などの成膜方法によって成膜することにより、膜厚４５０ｎｍ程度に形成する。ここで、化学増幅型レジストは、樹脂、酸発生剤、溶媒からなる混合液であり、光化学反応で発生する酸を利用するため、アンモニアなどの微量のアルカリ系不純物にも敏感に影響を受け、特性が変動する。よって、本実施形態では、本工程及びその後の露光工程及び現像工程を行うときの雰囲気をアルカリ系不純物の濃度が１ｐｐｂ以下となるようにすることが好ましい。なお、上記の感光性膜形成工程の後に、感光性膜１０３の上面に保護膜を形成する保護膜形成工程を追加することも好ましい。例えば、東京応化工業製のＴＳＰ−５Ａを用い、これをスピンコート法等によって成膜することにより、好適な保護膜を形成し得る。また、この保護膜に反射防止の機能を持たせることも可能である。これにより、化学増幅型レジストからなる感光性膜１０３を大気と隔離して外界の影響を抑制することが可能となる。
【００５８】
図９は、感光性膜１０３の溶解度特性について概略的に説明する図である。図９において、横軸は感光性膜１０３に与えられる露光量、縦軸は溶解度をそれぞれ示している。図９に示すように、感光性膜１０３の溶解度特性は２種類（以後、それぞれタイプＡ、タイプＢと称する）に大別される。図示のように、タイプＡの感光性膜１０３は、総露光量が所定のしきい値ｔｈ以下のときに溶解度が略ゼロであり、総露光量が所定のしきい値ｔｈより大きくなったときに溶解度曲線が急峻に立ち上がり、ゼロより大きい略一定値となる特性を有するものである。また、タイプＢの感光性膜１０３は、総露光量が所定のしきい値ｔｈ以下のときに溶解度が略ゼロであり、総露光量が所定のしきい値ｔｈより大きくなったときに総露光量の増加に対応して溶解度が徐々に増加する特性を有するものである。本実施形態の製造方法においては、最終的に得たい微細構造体の構造に応じて適宜、上記のタイプＡとタイプＢとを使い分けることができる。すなわち、タイプＡの感光性膜１０３では溶解度が二値的に変化するので、露光後の感光性膜１０３を焼成（ベーキング）、現像して得られるパターンは、除去される部位と残存する部位とが鋭く峻別された形状プロファイル（例えば、矩形波状の形状プロファイル）を有するようになる。これに対して、タイプＢの感光性膜１０３では溶解度の変化が総露光量に応じて連続的に変化するので、露光後の感光成膜１０３を焼成、現像して得られるパターンは、除去される部位と残存する部位とがそれほど明確に峻別されず、連続的な形状プロファイル（例えば山なりの形状プロファイル）を有するようになる。
【００５９】
（第１の露光工程）
次に図７（Ｂ）に示すように、可視光波長よりも小さい波長（本例では２６６ｎｍ）の２本のレーザービームＢ１、Ｂ２を所定角度で交叉させて干渉光を発生させ、当該干渉光を照射することによって感光性膜１０３を露光する。例えば、２本のレーザービームＢ１、Ｂ２の交叉角度（図３参照）を６２度とすることにより、周期１５０ｎｍの干渉縞が得られ、当該干渉縞（干渉光）に対応した潜像パターン１０４が感光性膜１０３に形成される。本例では、ビームエキスパンダによりビーム径が２００ｍｍ程度まで拡大されたレーザービームＢ１、Ｂ２を用いているので、４インチ程度の領域を一括露光できる。露光に要する時間は３０秒程度である。また、さらに大きな領域（例えば、８インチ程度）を露光する場合には、基板１００をステップ＆リピートで移動すればよい。ここで、本工程では、感光性膜１０３に与えられる露光量が上述したしきい値ｔｈ（図９参照）を超えない程度に、各レーザービームＢ１、Ｂ２の強度が設定される。
【００６０】
なお、第１の露光工程の干渉光による露光は複数回繰り返して行われてもよい。このときに、各回の露光において干渉光と感光性膜１０３との相対的な位置関係を適宜変更することにより、種々の潜像パターンが得られる。なお、潜像パターンについては後ほど更に説明する。
【００６１】
（第２の露光工程）
次に図７（Ｃ）に示すように、干渉光による照射対象領域内の所定領域に対して選択的に光照射を行うことにより、感光性膜１０３を更に露光する。本工程では、感光性膜１０３に与えられる露光量が上述したしきい値ｔｈ（図９参照）を超えない程度であり、かつ上述した第１の露光工程と本工程との露光量の積算値が上述したしきい値ｔｈを超えるように照射光Ｂ４の強度が設定され、露光がなされる。これにより、図７（Ｄ）に示すよううに、感光性膜１０３の照射光Ｂ４が照射される所定領域に対して選択的に潜像パターン１０５が発現する。ここで、照射光Ｂ４については、感光性膜１０３が反応性を有する波長（本実施形態では紫外線領域の波長）の光であれば、レーザ光に限らず、ランプ光源によって得られるランプ光などの光を用いることも可能である。照射光Ｂ４としてレーザ光を用いる場合には、上述したレーザー光源１０によって得られるレーザービームＢ０、Ｂ１又はＢ２を照射光Ｂ４として兼用してもよく、他のレーザー光源を用いて照射光Ｂ４を生成してもよい。図７（Ｃ）に示す例では、集光レンズを用いて照射光Ｂ４を集光してスポット状の光ビームを形成し、当該光ビームを走査することによって感光性膜１０３の所望領域を露光している。これにより、比較的に狭小な範囲を精度よく露光することが可能となる。
【００６２】
なお、本工程においては、図１０に示すような結像光学系を用いて露光を行ってもよい。具体的には、図１０に示す例では、所定の遮光パターンを有する露光マスク２１を介して照射光Ｂ４を照射し、当該露光マスク２１の遮光パターンを結像レンズ２０によって感光性膜１０３に結像させることにより感光性膜１０３を露光している。この例によれば、比較的に広範囲を一括して感光性膜１０３の露光を行うことができる。なお、露光マスク２１としては、光透過率が面内で変化しているもの（いわゆるグレーマスク）を用いてもよく、高解像度が期待できる位相シフトマスクを用いてもよい。更に、本工程においては、２本のレーザービームを交叉させることにより得られる干渉光を用いて光照射を行うこともできる。その場合には、例えば、第１の露光工程よりも明暗パターンのピッチが大きい（周期の粗い）干渉光で露光することにより、この干渉光のパターンに応じて、面内で露光強度が変調された潜像パターンを形成することができる。すなわち、１次元の干渉光を用いればストライプ状に変調された潜像パターンが形成され、２次元の干渉光を用いれば、例えば、マトリクス状に変調された潜像パターンが形成される。
【００６３】
図１１は、各露光工程を経ることにより感光性膜１０３に形成される潜像パターン１０５の例を説明する図である。図１１（Ａ）に示す例では、点線により囲まれた所定領域が第２の露光工程における光ビームの走査（又は露光マスク２１を用いた光照射）によって露光された結果、ストライプ状の潜像パターン１０５が局所的に現れている。図１１（Ｂ）に示す例では、点線により囲まれた所定領域が第２の露光工程における露光マスク２１を用いた光照射（又は光ビームの走査）によって露光された結果、潜像パターン１０５が比較的に広範囲に現れている。なお、これらの図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示す潜像パターンは、第１の露光工程における干渉光による露光を１回行った場合に対応している。また、図１１（Ｃ）に示す例では、点線により囲まれた所定領域が第２の露光工程における露光マスク２１を用いた光照射（又は光ビームの走査）によって露光された結果、潜像パターン１０５が比較的に広範囲に現れている。図１１（Ｃ）に示す潜像パターン１０５は、第１の露光工程において干渉光における露光を２回繰り返し、１回目と２回目とで、干渉光と感光性膜１０３との相対的な配置を９０度回転させた場合に得られる潜像パターン１０５が示されている。すなわち、本例では、ストライプ状の潜像が互いに直交する方向に形成された潜像パターン１０５が得られている。なお、このような潜像パターン１０５は、第１の露光工程において、３本又はそれ以上のレーザービームを交叉させて得られる干渉光を用いて１回の露光を行うことによっても得られる。また、図１１（Ｃ）では第２の露光工程において比較的に広範囲に露光を行った場合を説明しているが、局所的に露光が行われてもよい。
【００６４】
（現像工程）
次に図８（Ａ）に示すように、露光後の感光性膜１０３を焼成し、その後に現像することにより、第２の露光工程で露光がなされた所定領域の感光性膜１０３に干渉光のパターンに対応する形状を発現させる。これにより、周期１５０ｎｍのレジストパターン１０６が得られる。本実施形態では、次工程として説明するように当該レジストパターン１０６を基板１００に対する微細加工を行うためのエッチングマスクとして利用するが、当該レジストパターン１０６はそれ自体を微細構造体として利用することも可能である。
【００６５】
（エッチング工程）
次に図８（Ｂ）に示すように、現像後の感光性膜１０３をエッチングマスクとして用いてエッチングを行い、基板１００を加工する。エッチング方法としては、原理的にはウェットエッチング、ドライエッチングのいずれも採用することが可能である。特に、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）やＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）等の方法でドライエッチングすることが好適である。これにより、レジストパターン１０６が基板１００へ転写され、図８（Ｃ）に示すように、基板１００に微細構造体１０７が形成される。
【００６６】
なお、基板１００と感光性膜１０３との相互間に被加工膜１０１を形成した場合（図２（Ｂ）参照）においては、上述した図７及び図８と同様の工程を経て得られる感光性膜１０３をエッチングマスクとして被加工膜１０１に対するエッチングを行うことにより、被加工膜１０１へレジストパターン１０６が転写される。これにより、例えば被加工膜１０１としてアルミニウム膜等の金属膜を形成していた場合には、ストライプ状に加工された複数のアルミニウム膜からなる金属格子型偏光素子が得られる。
【００６７】
図１２は、本実施形態の製造方法によって形成可能な微細構造体の構造例を説明する概略斜視図である。図１２（Ａ）は、１５０ｎｍ程度の周期でストライプ状に加工された複数の柱状体からなる微細構造体を示している。このような構造体は、上述したような偏光素子や位相遅延素子として利用することや、液晶表示装置における液晶分子の配向制御膜に代わるものとして利用すること等の応用が考えられる。図１２（Ｂ）又は図１２（Ｃ）は、第１の露光工程における干渉光による露光を複数回行うか、或いは３本以上のレーザービームを交叉させて得られる干渉光による露光を行って得られる微細構造体を例示している。このような構造体は、例えば、光反射防止構造（いわゆるモスアイ）として利用することや、所望の面に親液性を与えるための構造として利用すること等の応用が考えられる。図１２（Ｄ）は、複数の微細な凹部を有する構造体を例示している。感光性膜１０３としてネガ型を採用するかポジ型を採用するかによってこのような微細構造体を得ることも可能である。このような構造体は、例えば、光信号の処理に用いられるフォトニック導波路として利用すること等の応用が考えられる。
【００６８】
図１３は、電子機器の具体例を説明する図である。図１３（Ａ）はリア型プロジェクターへの適用例であり、当該プロジェクター２７０は筐体２７１に、光源２７２、合成光学系２７３、ミラー２７４、２７５、スクリーン２７６、および本実施形態にかかる微細構造体としての金属格子型偏光素子を含んでなる液晶パネル２００を備えている。図１３（Ｂ）はフロント型プロジェクターへの適用例であり、当該プロジェクター２８０は筐体２８２に光学系２８１および本実施形態にかかる微細構造体としての金属格子型偏光素子を含んでなる液晶パネル２００を備え、画像をスクリーン２８３に表示可能になっている。また、電子機器はこれらに限定されるものではなく、例えばこれらの他に、表示機能付きファックス装置、デジタルカメラのファインダ、携帯型ＴＶ、電子手帳、電光掲示盤、宣伝公告用ディスプレイなども含まれる。
【００６９】
このように本実施形態では、２本のレーザービームをある程度の角度で交叉させることにより、当該レーザービームの波長と同程度のピッチ或いはそれ以下のピッチの明暗パターン（干渉縞）を有する干渉光が得られる。このような干渉光を用いて第１の露光工程を行うことにより、製造コストを低減しつつ、可視光波長よりも短いオーダの潜像パターンを感光性膜に形成可能となる。また、第２の露光工程における露光により、感光性膜の所望位置において干渉光による露光パターンを顕在化させることができる。したがって、任意位置を精度良く選択して可視光波長よりも短いオーダでの微細加工を行うことが可能となる。
【００７０】
また、本実施形態によれば、露光工程について広いプロセスマージンと高いスループットを確保できるので、量産ラインへの適用が容易である。
【００７１】
なお、本発明は上記実施形態の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。
【００７２】
例えば、上述した第１の露光工程と第２の露光工程とは、相互の順番を入れ替えて行うことも可能である。この場合であっても同様の露光結果が得られる。
【００７３】
また、第２の露光工程における照射光としては、光強度がガウシアン分布となったものを用いる場合の他に、位相差板や計算機ホログラム等の光学的手段を用いて光強度を平坦（ハットトップ状）にしたものを用いてもよい。また、回折光学素子等の光学的手段を用いてアレイ状の複数の光ビームを生成し、複数箇所を同時に露光してもよい。
【００７４】
また、上述した実施形態では、レーザー光源と分岐手段（回折型ビームスプリッタ）との組み合わせによって２本のレーザービームを発生するビーム発生手段が構成されていたが、ビーム発生手段はこれに限定されるものではない。例えば、レーザー光源を複数用いて本発明にかかるビーム発生手段としてもよい。
【００７５】
また、上述した実施形態では、レンズと空間フィルタによって構成されるビームエキスパンダで発生させた球面波を干渉露光に用いていたが、当該ビームエクスパンダの後にコリメータレンズを配置することにより、平面波を干渉露光へ用いることも可能である。更には、各種光学素子（レンズ、位相板、計算機ホログラム等）を使い、少なくとも一方の波面へ位相変調を加えることにより、さまざまな微細パターンを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】一実施形態の露光装置の構成を説明する図である。
【図２】基板の上面に形成される感光性膜等の構造について説明する断面図である。
【図３】２本のレーザービームを交叉させることにより発生する干渉光について説明する図である。
【図４】干渉光と感光性膜に形成される潜像との関係を説明する図である。
【図５】（１）式の関係を示す図（グラフ）である。
【図６】（３）式の関係を示した図（グラフ）である。
【図７】微細構造体の製造方法について説明する工程断面図である。
【図８】微細構造体の製造方法について説明する工程断面図である。
【図９】感光性膜の溶解度特性について概略的に説明する図である。
【図１０】結像光学系を用いた露光を行う場合の工程断面図である。
【図１１】感光性膜に形成される潜像パターンの例を説明する図である。
【図１２】微細構造体の構造例を説明する概略斜視図である。
【図１３】電子機器の具体例を説明する図である。
【符号の説明】
【００７７】
１…露光装置、  １０…レーザー光源、  １１、１２…ミラー、  １３…シャッター、  １４…回折型ビームスプリッタ、  １５…モニタ、  １６ａ、１６ｂ…レンズ、１７ａ、１７ｂ…空間フィルタ、  １８ａ、１８ｂ…ミラー、  １９…ステージ、  ２０…結像レンズ、２１…露光マスク、  １００…基板（基材）、  １０１…被加工膜、  １０２…反射防止膜、  １０３…感光性膜、１０４、１０５…潜像パターン、１０６…レジストパターン、１０７…微細構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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