(57)【要約】【課題】大型の基板を露光可能であると共により小型なホログラム露光装置およびこれを用いたホログラム露光方法を提供すること。【解決手段】ホログラム露光装置１００は、露光ビームをホログラムマスク１３０を介して基板１１０上に形成された感光性材料膜１１２に照射して所望の露光パターンを露光するホログラム露光装置であって、斜面１３４ａにホログラムマスク１３０が装着されたプリズム１３４と、プリズム１３４の直交面１３４ｂから計測光をホログラムマスク１３０に向けて第２の入射角度で入射させ、ホログラムマスク１３０と感光性材料膜１１２との間隔を計測する距離計測機構１５０とを備え、ホログラムマスク１３０の記録層１３２には、所望の露光パターンが干渉パターンとしてホログラム記録されていると共に、入射した計測光を偏向させ感光性材料膜１１２に対して垂直に入射させる屈折率変化層が形成されている。【選択図】図１
2008225147.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された感光性材料膜に所望の露光パターンを露光するホログラム露光装置であって、
記録層を有するホログラムマスクと、
第１面と前記第１面に対して内側に傾斜した少なくとも第２面および第３面とを有するプリズムと、
前記第１面に装着された前記ホログラムマスクと前記感光性材料膜とが間隔を置いて対向するように前記プリズムに対して前記基板を載置するステージと、
前記プリズムの前記第２面側から前記ホログラムマスクを介して前記感光性材料膜に計測光を照射して、前記感光性材料膜により反射した前記計測光を解析することにより、前記ホログラムマスクと前記感光性材料膜との間隔を計測する距離計測機構と、
前記プリズムの前記第３面側から前記ホログラムマスクを介して前記感光性材料膜に露光光を照射する露光光源とを備え、
前記記録層には、前記所望の露光パターンがホログラム記録されていると共に、前記ホログラムマスクに入射した前記計測光を前記感光性材料膜に対して垂直に入射するように屈折させる屈折率変化層を有していることを特徴とするホログラム露光装置。
【請求項２】
前記プリズムが直角プリズムであり、
前記ホログラムマスクは、前記直角プリズムの斜面に装着され、前記第２面および前記第３面が前記斜面に対して内側に傾斜した直交面であることを特徴とする請求項１に記載のホログラム露光装置。
【請求項３】
前記露光光源が露光ビームを射出し、前記ホログラムマスクを介して前記感光性材料膜を走査するように前記露光光を照射することを特徴とする請求項１または２に記載のホログラム露光装置。
【請求項４】
前記計測光と前記露光ビームとの波長が異なっていることを特徴とする請求項２または３に記載のホログラム露光装置。
【請求項５】
前記計測光は、前記感光性材料膜が感光しない波長のレーザ光であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のホログラム露光装置。
【請求項６】
前記計測光の波長が可視領域の波長であることを特徴とする請求項５に記載のホログラム露光装置。
【請求項７】
前記計測光の波長が５００ｎｍであり、前記露光ビームの波長が３６４ｎｍであることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか一項に記載のホログラム露光装置。
【請求項８】
前記距離計測機構は、前記計測光を射出する計測用光源と、
前記記録層に対して前記計測光を照射して走査するように、前記プリズムに対して少なくとも前記計測用光源を相対移動させる第１の駆動機構と、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のホログラム露光装置。
【請求項９】
前記ホログラムマスクに対して前記ステージをＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動させる第２の駆動機構と、
前記距離計測機構により得られた計測結果に基づいて、前記ホログラムマスクと前記感光性材料膜との間隔がＺ軸方向において所定の間隔となるように前記第２の駆動機構を制御する制御部と、をさらに備えたことを特徴とする請求項８に記載のホログラム露光装置。
【請求項１０】
所望の露光パターンが形成された露光原版と、第１面と前記第１面に対して内側に傾斜する少なくとも第２面および第３面とを有するプリズムと、前記プリズムの前記第１面に装着された記録層を有するホログラムマスクとを用いて、基板上に形成された感光性材料膜を露光するホログラム露光方法であって、
前記露光原版と前記ホログラムマスクとを所定の間隔を置いて対向配置する工程と、
前記露光原版に対して垂直に入射するように第１の物体光を照射すると共に、前記プリズムの前記第２面側から前記ホログラムマスクに対して第１の入射角度で前記第１の物体光に対する第１の参照光を照射して干渉させ、前記記録層に前記所望の露光パターンを干渉パターンとしてホログラム記録する第１の記録工程と、
前記露光原版を介さずに前記ホログラムマスクに対して垂直に入射するように第２の物体光を照射すると共に、前記プリズムの前記第３面側から前記ホログラムマスクに対して第２の入射角度で前記第２の物体光に対する第２の参照光を照射して干渉させ、前記記録層に干渉による屈折率変化層を形成する第２の記録工程と、
前記記録層と前記感光性材料膜とが間隔を置いて対向するように、前記ホログラムマスクと前記基板とを対向配置する工程と、
前記プリズムの前記第２面側から前記ホログラムマスクに対して前記第２の入射角度で計測光を入射させ、前記感光性材料膜により反射した前記計測光を解析することにより、前記ホログラムマスクと前記感光性材料膜との間隔を計測する計測工程と、
前記計測工程での計測結果に基づいて、前記ホログラムマスクと前記感光性材料膜との間隔が前記所定の間隔となるように調整する工程と、
前記プリズムの前記第３面側から前記ホログラムマスクに前記第１の入射角度で露光光を照射して、前記ホログラムマスクを介して前記感光性材料膜を露光する露光工程と、
を備えたことを特徴とするホログラム露光方法。
【請求項１１】
前記露光工程では、前記プリズムの前記第３面側から前記ホログラムマスクに前記第１の入射角度で露光ビームを照射して、前記ホログラムマスクを介して前記感光性材料膜を走査するように露光することを特徴とする請求項１０に記載のホログラム露光方法。
【請求項１２】
前記第１の入射角度と前記第２の入射角度とが等しいことを特徴とする請求項１０または１１に記載のホログラム露光方法。
【請求項１３】
前記計測光と前記露光ビームとの波長が異なっていることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載のホログラム露光方法。
【請求項１４】
前記計測光は、前記感光性材料膜が感光しない波長のレーザ光であることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載のホログラム露光方法。
【請求項１５】
前記計測光の波長が可視領域の波長であることを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載のホログラム露光方法。
【請求項１６】
前記計測光の波長が５００ｎｍであり、前記露光ビームの波長が３６４ｎｍであることを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載のホログラム露光方法。
【請求項１７】
前記ホログラムマスク上の仮想の走査経路を走査するように前記計測光を照射し、前記計測光の照射に同期して、前記走査経路を走査するように前記露光ビームを照射することを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか一項に記載のホログラム露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上の感光性材料膜に所望のパターンを露光する際に用いられるホログラム露光装置およびホログラム露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラム露光装置としては、基板上の被露光膜に向けて露光光を照射する光源と、露光光の光路中に露光原板を設置する設置機構と、露光原板と被露光膜との距離を制御する駆動機構と、被露光膜と露光光との相対位置を変化させる走査機構とを備えた露光装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
図６は、従来の露光装置の構成を示す概略図である。上記従来の露光装置２００では、露光原板２３０と被露光膜２１２との距離を測定する距離測定装置２５０を有している。この距離測定装置２５０による測定結果に基づいて、制御部２６０が駆動機構２２４を駆動して露光原板２３０と被露光膜２１２との間が所望の間隔Ｇ0となるように基板２１０が載置されたステージ２２２のＺ軸方向の高さを制御する。したがって、被露光膜表面２１２ａの高さの変動に対応して露光光の焦点位置が移動して露光される。これにより、ホログラム露光装置における課題の１つである焦点深度の浅さを克服しようとするものである。
【０００４】
距離測定装置２５０は、計測光を射出する計測用光源２５６と、ビームスプリッタ２５１、シリンドリカルレンズ２５３、光センサ２５４、誤差検出器２５５で構成された反射率解析機構２５７とを備え、計測光がプリズム２３４を介して露光原板２３０を透過し被露光膜２１２に垂直に入射するように構成されている。被露光膜表面２１２ａで反射した計測光は、再び露光原板２３０を透過しプリズム２３４の斜面２３４ａで反射して、ビームスプリッタ２５１によりシリンドリカルレンズ２５３を経て光センサ２５４に導かれる。光センサ２５４に入射した計測光の光量を誤差検出器２５５で検出することにより、露光原板２３０の表面２３０ａと被露光膜表面２１２ａとの間隔（距離）を計測可能としている。
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ０３／０１０８０３、頁７〜８、図１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記露光装置２００において、基板２１０のサイズが大型化すると、それに対応して露光原板２３０やプリズム２３４を大型化する必要があるという課題がある。
【０００７】
本発明は、上記課題を考慮してなされたものであり、大型の基板を露光可能であると共により小型なホログラム露光装置およびこのホログラム露光装置を用いたホログラム露光方法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】
【０００８】
本発明のホログラム露光装置は、基板上に形成された感光性材料膜に所望の露光パターンを露光するホログラム露光装置であって、記録層を有するホログラムマスクと、第１面と第１面に対して内側に傾斜した少なくとも第２面および第３面とを有するプリズムと、第１面に装着されたホログラムマスクと感光性材料膜とが間隔を置いて対向するようにプリズムに対して基板を載置するステージと、プリズムの第２面側からホログラムマスクを介して感光性材料膜に計測光を照射して、感光性材料膜により反射した計測光を解析することにより、ホログラムマスクと感光性材料膜との間隔を計測する距離計測機構と、プリズムの第３面側からホログラムマスクを介して感光性材料膜に露光光を照射する露光光源とを備え、記録層には、所望の露光パターンがホログラム記録されていると共に、ホログラムマスクに入射した計測光を感光性材料膜に対して垂直に入射するように屈折させる屈折率変化層を有していることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、プリズムの第２面側からホログラムマスクに入射した計測光は、屈折率変化層において偏向され、感光性材料膜に垂直に入射する。したがって、計測光を基板に垂直に入射させるために、例えば、直角プリズムの一方の直交面にホログラムマスクを装着する。そして、他方の直光面から計測光を入射させ、斜面により反射した計測光をホログラムマスクに垂直に入射させる場合に比べて、ホログラムマスクの大きさ（面積）が同じならばプリズムの大きさ（体積）を小さくすることができる。あるいは、プリズムの大きさが同じならばより大きなホログラムマスクを装着することができる。ゆえに、より大きな基板を露光することができる。すなわち、大型の基板を露光可能であると共により小型なホログラム露光装置を提供することができる。
【００１０】
上記プリズムが直角プリズムであり、ホログラムマスクは、直角プリズムの斜面に装着され、上記第２面および上記第３面が斜面に対して内側に傾斜した直交面であるとしてもよい。これによれば、直角プリズムの一方の直交面にホログラムマスクを装着する場合に比べて、少なくとも１辺が√２倍のホログラムマスクを装着することができる。すなわち、少なくとも１辺が√２倍の基板の露光を行うことができる。言い換えれば、基板の大きさが同じであれば、半分の大きさ（体積）の直角プリズムを用いてホログラム露光装置を構成することができ、装置を小型化することができる。
【００１１】
上記露光光源が露光ビームを射出し、ホログラムマスクを介して感光性材料膜を走査するように露光光を照射するとしてもよい。これによれば、点光源を用いる場合に比べて、露光ビームを走査するように照射して、感光性材料膜を隈なく露光することができる。
【００１２】
また、上記計測光と露光ビームとの波長が異なっていることが好ましい。これによれば、計測光と露光ビームとが干渉せず、干渉により不適切な露光が行われることを防ぐことができる。
【００１３】
また、上記計測光は、感光性材料膜が感光しない波長のレーザ光であることが好ましい。これによれば、計測光により感光性材料膜が感光することを防ぐことができる。
【００１４】
また、上記レーザ光の波長が可視領域の波長であるとしてもよい。これによれば、レーザ光を検出して目視で観察することができる。したがって、目視で所定の間隔を調整あるいは監視することが可能となる。
【００１５】
よって、計測光の波長が５００ｎｍであり、露光ビームの波長が３６４ｎｍであるとしてもよい。これによれば、露光ビームとして、Ａｒレーザを用いることができ、計測光として一般的な半導体レーザなどを活用することができる。
【００１６】
また、上記距離計測機構は、計測光を射出する計測用光源と、記録層に対して計測光を照射して走査するように、プリズムに対して少なくとも計測用光源を相対移動させる第１の駆動機構と、を備えることが望ましい。これによれば、ホログラムマスクに対向配置された基板との距離を任意の場所において計測することができる。
【００１７】
また、上記ホログラムマスクに対してステージをＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に相対移動させる第２の駆動機構と、距離計測機構により得られた計測結果に基づいて、ホログラムマスクと感光性材料膜との間隔がＺ軸方向において所定の間隔となるように第２の駆動機構を制御する制御部と、をさらに備えることが望ましい。これによれば、制御部によって第２の駆動機構を制御することにより、ホログラムマスクと感光性材料膜との間隔を基板のＸ軸およびＹ軸で規定される任意の位置に対して常に所定の間隔とすることができる。すなわち、安定した位置に露光光の焦点を結ばせて露光することができる。
【００１８】
本発明のホログラム露光方法は、所望の露光パターンが形成された露光原版と、第１面と第１面に対して内側に傾斜する少なくとも第２面および第３面とを有するプリズムと、プリズムの第１面に装着された記録層を有するホログラムマスクとを用いて、基板上に形成された感光性材料膜を露光するホログラム露光方法であって、露光原版とホログラムマスクとを所定の間隔を置いて対向配置する工程と、露光原版に対して垂直に入射するように第１の物体光を照射すると共に、プリズムの第２面側からホログラムマスクに対して第１の入射角度で第１の物体光に対する第１の参照光を照射して干渉させ、記録層に所望の露光パターンを干渉パターンとしてホログラム記録する第１の記録工程と、露光原版を介さずにホログラムマスクに対して垂直に入射するように第２の物体光を照射すると共に、プリズムの第３面側からホログラムマスクに対して第２の入射角度で第２の物体光に対する第２の参照光を照射して干渉させ、記録層に干渉による屈折率変化層を形成する第２の記録工程と、記録層と感光性材料膜とが間隔を置いて対向するように、ホログラムマスクと基板とを対向配置する工程と、プリズムの第２面側からホログラムマスクに対して第２の入射角度で計測光を入射させ、感光性材料膜により反射した計測光を解析することにより、ホログラムマスクと感光性材料膜との間隔を計測する計測工程と、計測工程での計測結果に基づいて、ホログラムマスクと感光性材料膜との間隔が所定の間隔となるように調整する工程と、プリズムの第３面側からホログラムマスクに第１の入射角度で露光光を照射して、ホログラムマスクを介して感光性材料膜を露光する露光工程と、を備えたことを特徴とする。
【００１９】
この方法によれば、第１の記録工程では、ホログラムマスクの記録層に所望の露光パターンが干渉パターンとして記録される。第２の記録工程では、記録層に第１の物体光と第１の参照光の干渉による屈折率変化層が形成される。計測工程では、プリズムの第２面側からホログラムマスクに第２の入射角度で計測光を入射させる。言い換えれば、第２の参照光が入射した経路に対して反対方向から計測光を入射させる。したがって、計測光は、屈折率変化層で偏向され、第２の物体光がホログラムマスクに入射した方向、すなわち、ホログラムマスクに対向配置された基板の感光性材料膜に対して垂直に入射する。よって、感光性材料膜により反射した計測光は、入射光路を辿るように戻ってゆく。ゆえに、反射した計測光を解析すれば、ホログラムマスクと感光性材料膜との間隔を正しく計測することが可能となる。露光工程では、計測工程での計測結果を基にホログラムマスクと感光性材料膜との間隔が所定の間隔となるように調整された状態で露光が行われる。したがって、感光性材料膜に露光光の焦点が安定して結ばれ、記録層に干渉パターンとしてホログラム記録された所望の露光パターンが感光性材料膜に露光（再生）される。
【００２０】
また、計測光をホログラムマスクに対向配置された基板に垂直に入射させるために、例えば、直角プリズムの一方の直交面にホログラムマスクを装着する。そして、他方の直光面から計測光を入射させ、斜面により反射した計測光をホログラムマスクに垂直に入射させる場合に比べて、ホログラムマスクの大きさ（面積）が同じならばプリズムの大きさ（体積）を小さくすることができる。あるいは、プリズムの大きさが同じならばより大きなホログラムマスクを装着することができる。ゆえに、より大きな基板を露光することができる。すなわち、より小型なホログラム露光装置を用いて大型の基板を安定的に露光可能なホログラム露光方法を提供することができる。
【００２１】
上記露光工程では、プリズムの第３面側からホログラムマスクに第１の入射角度で露光ビームを照射して、ホログラムマスクを介して感光性材料膜を走査するように露光することが好ましい。この方法によれば、露光ビームをホログラムマスクを介して感光性材料膜を走査するように照射して、感光性材料膜を隈なく露光することができる。
【００２２】
上記第１の入射角度と上記第２の入射角度とが等しいことを特徴とする。この方法によれば、計測光と露光光との入射角度が等しいので、ホログラムマスクから露光光と同一方向に射出するように計測光が導かれ、ホログラムマスクと感光性材料膜との間隔を計測して、適正な焦点距離で露光光を照射することが可能となる。
【００２３】
また、上記計測光と上記露光ビームとの波長が異なっていることが好ましい。この方法によれば、計測光と露光ビームとが干渉せず、適正に露光することができる。
【００２４】
また、上記計測光は、感光性材料膜が感光しない波長のレーザ光であるとしてもよい。この方法によれば、計測光により感光性材料膜が感光することを防ぐことができる。
【００２５】
また、上記計測光の波長が可視領域の波長であるとしてもよい、この方法によれば、目視で所定の間隔を調整あるいは監視することが可能となる。
【００２６】
したがって、上記計測光の波長が５００ｎｍであり、露光ビームの波長が３６４ｎｍであるとしてもよい。この方法によれば、露光ビームとして、Ａｒレーザを用いることができ、計測光として一般的な半導体レーザなどを活用することができる。
【００２７】
さらに、上記ホログラムマスク上の仮想の走査経路を走査するように計測光を照射し、計測光の照射に同期して、上記走査経路を走査するように露光ビームを照射することことが好ましい。この方法によれば、同一の走査経路に計測光と露光ビームとを照射して、ホログラムマスクと感光性材料膜との間隔を所定の間隔に保ちながら露光することができる。すなわち、感光性材料膜に露光光の焦点が安定的に結ばれる状態を維持して露光を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（ホログラム露光装置）
本実施形態のホログラム露光装置について、図１〜図２を参照して説明する。図１は、ホログラム露光装置の構成を示す概略図である。図２（ａ）および（ｂ）は、距離計測機構を説明する概略図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態のホログラム露光装置１００は、全内部反射ホログラフィ技術を用いたものであり、記録層１３２に所望の露光パターンが記録されたホログラムマスク１３０と感光性材料膜１１２が形成された基板１１０とを対向配置して、露光光としての露光ビームを走査しながらホログラムマスク１３０を介して感光性材料膜１１２に照射して露光する露光装置である。
【００３０】
ホログラム露光装置１００は、プリズム１３４と、基板１１０をホログラムマスク１３０と対向するように載置するステージ１２２と、ステージ１２２をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動可能な第２の駆動機構としてのステージ駆動部１２４とを備えている。この場合、プリズム１３４は、直角プリズムであり、第１面としての斜面１３４ａと、斜面１３４ａに対して内側に傾斜する第２面としての直交面１３４ｂと、第３面としての直交面１３４ｃとを有する。ホログラムマスク１３０は、斜面１３４ａに装着されている。
【００３１】
また、露光ビームを射出する露光光源１４０と、基板１１０の所望の露光領域を露光するために露光光源１４０をプリズム１３４に対して相対移動させる露光光源駆動機構（図示省略）を備えている。プリズム１３４の直交面１３４ｂから計測光をホログラムマスク１３０に対して第２の入射角度（４５度）で入射させ、ホログラムマスク１３０と感光性材料膜１１２の表面１１２ａとの間隔（距離）を計測する距離計測機構１５０を備えている。
【００３２】
距離計測機構１５０は、計測光を射出する計測用光源１５６と、記録層１３２の記録面１３２ｂに対して計測光を照射して走査するように、プリズム１３４に対して計測用光源１５６を含む計測機構を相対移動させる第１の駆動機構としての駆動部１５９とを備えている。
【００３３】
さらに、距離計測機構１５０により計測されたホログラムマスク１３０の記録面１３２ａと基板１１０上に形成された感光性材料膜１１２の表面１１２ａとの距離に基づいて、露光時のフォーカスが適正な所定の間隔Ｇ0となるようにステージ駆動部１２４を駆動して、ステージ１２２のＺ軸方向の位置（高さ）を制御する制御部としての情報処理手段（ＰＣ）１６０を備えている。
【００３４】
また、計測用光源１５６から射出される計測光が、露光ビームの移動に同期して、露光ビームとほぼ同じ走査経路で基板１１０の露光領域を走査するように駆動部１５９が制御されている。
【００３５】
半導体ウェハやガラスプレート等の被露光対象物である基板１１０の表面には予めレジストや自己組織化膜等の感光性材料がスピンコート法等により塗布され、ステージ１２２上に真空チャック等の方法により保持される。
【００３６】
ステージ１２２は、これに連結されたステージ駆動部１２４によりＺ軸方向への移動が可能であり、ＰＣ１６０により露光用ビームが感光性材料膜１１２を照射する際の露光条件が好適となるように基板１１０の高さ調整がなされる。なお、ステージ駆動部１２４は、ステージ１２２をＸ軸とＹ軸とで規定される平面内で移動可能とするだけでなく、当該平面内で回転可能なものとしても良い。
【００３７】
ホログラムマスク１３０は、透明な石英ガラスなどからなる基材と、基材の表面におよそ１０μｍの厚みで形成された記録層１３２とを有している。記録層１３２は、例えば、光の照射によって、屈折率が変化するアクリル系のフォトポリマーなど公知の材料を用い、基板１１０の露光面積とほぼ同じ面積を有している。記録層１３２と感光性材料膜１１２とは所定の間隔Ｇ0（およそ１００μｍ程度の距離）を置いて互いの面が平行となるように対向して配置される。
【００３８】
露光光源１４０は、ホログラムマスク１３０の記録層１３２に記録された露光パターンを感光性材料膜１１２に露光するため、塗布された感光性材料に適合する波長の光を射出する（本図では露光ビームの波長をλ1とする）。ホログラムマスク１３０に元レチクル（露光原版）の露光パターン（以降レチクルパターンと言う）を記録するプロセスについては後述するが、ホログラムマスク１３０の作成時において、レチクルパターンの回折波と参照光とが記録層１３２で干渉して生じる干渉光の進行方向と反対の方向から再生波（露光ビーム）をホログラムマスク１３０の記録層１３２に照射する。露光光源１４０からホログラムマスク１３０の記録面１３２ｂおよび基板１１０上に照射される露光ビームの露光径および形状は、微細加工しようとするパターンの設計により任意に選択可能であるが、本実施形態の露光ビームは、１ｃｍ2径程度のスポット状であり、アルゴンイオンレーザーから放出される波長λ1が３６４ｎｍのレーザ光である。
【００３９】
また、露光光源１４０から照射される露光ビームの光量は、露光後のパターンの幅または膜厚が露光領域の全域に渡って均一になるように好適な露光光量が選択される。
【００４０】
次に図１および図２を参照して、ホログラムマスク１３０と感光性材料膜１１２の表面１１２ａとの間隔を計測する方法について説明する。
【００４１】
距離計測機構１５０には、感光性材料膜１１２の表面１１２ａとホログラムマスク１３０の記録面１３２ａとの間隔（距離）を計測可能とするため、露光光源１４０とは別の波長の光を射出する計測用光源１５６が設けられている。
【００４２】
計測用光源１５６は、基板１１０上に塗布された感光性材料を感光させることのない波長λ2の計測光を射出する。この場合、計測光は、波長λ2が５００ｎｍのレーザ光である。射出された計測光は、２つのアパーチャ１５７，１５８とビームスプリッタ１５１を通過して、プリズム１３４の直交面１３４ｂからホログラムマスク１３０の記録面１３２ｂに４５度の入射角度（第２の入射角度）で入射する。ホログラムマスク１３０の記録層１３２には、後述するホログラム露光方法により屈折率変化層が形成されており、計測光が屈折率変化層で偏向され、感光性材料膜１１２の表面１１２ａに垂直に入射する。表面１１２ａで反射した計測光は、入射光路とは逆の光路を辿ってプリズム１３４の外部へと出て行くことになる。なお、計測光の入射角度は、入射した計測光が記録面１３２ｂで全反射しない角度に設定する。
【００４３】
反射した計測光は、ビームスプリッタ１５１により光路が変更され、シリンドリカルレンズ１５３を通って光センサ１５４へ入射する。光センサ１５４に接続された誤差信号検出器１５５は、光センサ１５４が検出した計測光の光量に基づいて誤差信号をＰＣ１６０へ送信する。
【００４４】
具体的には、図２（ａ）に示すように、シリンドリカルレンズ１５３は単一方向（Ｘ方向）にのみレンズとして作用し、もう一方の方向（Ｙ方向）には光に対して何ら作用しない。したがって、Ｂ点ではＹ方向に１本の線として集光する一方、Ａ点ではＸ方向に１本の線として集光する。
【００４５】
図２（ｂ）に示すように、シリンドリカルレンズ１５３の焦点Ｊ近傍での集光形状は、点ＡではＸ方向に横長形状の円、点ＢではＹ方向に縦長形状の円、焦点Ｊでは真円のスポットとなる。
【００４６】
シリンドリカルレンズ１５３を透過した計測光は、図２（ｂ）に示すように４分割された光センサ１５４に入射する。光センサ１５４は、上記スポット形状に対応する光信号を受信し、これを誤差信号検出器１５５へと送信する。誤差信号検出器１５５は、４分割された光センサ１５４からの４つの信号を基にフォーカス誤差信号を演算する。
【００４７】
感光性材料膜１１２の表面１１２ａが光学系の焦平面に位置する場合、すなわちジャストフォーカス位置にある場合には、光センサ１５４が受光する計測光のスポット形状は真円となり誤差信号がゼロとなる。一方、感光性材料膜１１２の表面１１２ａが焦平面よりも上または下にありフォーカスがずれている場合には、スポット形状は真円からずれて縦長または横長の形状となり、プラスまたはマイナスの誤差信号を発生させる。したがって、誤差信号がゼロからずれている場合には、これをゼロとするようにステージ１２２のＺ軸方向の位置を調整してフォーカス制御を行う。
【００４８】
より具体的には、誤差信号検出器１５５により演算された誤差信号がＰＣ１６０へと送信され、ＰＣ１６０は上記誤差信号がゼロとなるようにステージ駆動部１２４を用いてステージ１２２のＺ軸方向の高さを制御する。
【００４９】
これにより、走査露光のいずれの露光位置においても、ホログラムマスク１３０の記録面１３２ａと感光性材料膜１１２の表面１１２ａとの間隔が常に一定に保たれ、露光領域において露光条件を一定にすることが可能である。
【００５０】
このようなホログラム露光装置１００の構成によれば、図６に示した従来の露光装置２００と比較して、ホログラムマスクサイズが同一であるとした場合、屈折率変化層が形成されたホログラムマスク１３０をプリズム１３４の斜面１３４ａに装着して用いるので、プリズム１３４は、プリズム２３４の半分の大きさ（体積）でよい。言い換えれば、同じ大きさの直角プリズムであれば、少なくとも１辺が√２倍の長さのホログラムマスク１３０を装着することが可能となる。すなわち、小型な装置構成であってもより大型な基板１１０を露光可能なホログラム露光装置１００を実現可能である。
【００５１】
（ホログラム露光方法）
次に、ホログラム露光装置１００を用いたホログラム露光方法について図３〜図５を参照して説明する。図３はホログラム露光方法を示すフローチャート、図４（ａ）〜（ｃ）はホログラム露光方法を示す概略図、図５は露光光による走査の一例を示す概略平面図である。
【００５２】
本実施形態のホログラム露光方法は、露光原版のレチクルパターンをホログラムマスク１３０の記録層１３２に干渉パターンとして記録する第１の記録工程（ステップＳ１）と、同じく記録層１３２に第２の物体光とこれに対応する第２の参照光とを照射して干渉させ、干渉による屈折率変化層を形成する第２の記録工程（ステップＳ２）とを備えている。そして、ホログラムマスク１３０と基板１１０とを対向配置して位置合わせするアライメント工程（ステップＳ３）と、基板１１０の感光性材料膜１１２を露光する露光工程（ステップＳ４）とを備えている。
【００５３】
図３のステップＳ１は、第１の記録工程である。ステップＳ１では、図４（ａ）に示すように、露光原版としての元レチクルＲ１と、プリズム１３４の斜面１３４ａに装着されたホログラムマスク１３０とを所定の間隔Ｇ0で対向配置する。元レチクルＲ１には、例えば透明なガラス等の基板上に描画装置を用いて直描されたレチクルパターンが形成されている。このようなレチクルパターンは、Ｃｒなどの金属薄膜をフォトリソグラフィ法により形成したものでもよい。そして、元レチクルＲ１の一方の表面に垂直に入射するように露光ビームと同じ波長λ1の第１の物体光（オブジェクトビーム）を照射する。オブジェクトビームは、レチクルパターンを通過することにより直進する０次光と回折した少なくとも±１次光とを含む回折光としてホログラムマスク１３０の記録層１３２に入射する。一方で上記オブジェクトビームの照射に同期してプリズム１３４の一方の直交面１３４ｂからオブジェクトビームと同じ波長λ1の第１の参照光（参照ビーム）を第１の入射角度（４５度）で入射させ照射する。上記回折光と参照ビームとの干渉による干渉パターンが屈折率変化層として記録層１３２に記録される。このようなホログラム記録は、レチクルパターンが形成された元レチクルＲ１の露光領域に対してオブジェクトビームを走査しながら照射することにより行われる。本実施形態の第１の記録工程は、露光原版としての元レチクルＲ１とホログラムマスク１３０とを所定の間隔Ｇ0を置いて対向配置する工程を含むものである。
【００５４】
なお、プリズム１３４にホログラムマスク１３０を装着する方法としては、リキッドマッティング法を用いた。これにより、ホログラムマスク１３０は、プリズム１３４の斜面１３４ａに隙間なく密着している。そして、ステップＳ２へ進む。
【００５５】
図３のステップＳ２は、第２の記録工程である。ステップＳ２では、図４（ｂ）に示すように、今度は、ホログラムマスク１３０の記録層１３２に垂直に入射するように計測光と同じ波長λ2の第２の物体光（オブジェクトビーム）を照射する。一方で該オブジェクトビームの照射に同期してプリズム１３４の他方の直交面１３４ｃから該オブジェクトビームと同じ波長λ2の第２の参照光（参照ビーム）を第２の入射角度（４５度）で入射させ照射する。該オブジェクトビームと参照ビームとの干渉による干渉パターンが記録層１３２に記録される。この場合、ホログラム記録された干渉パターンは、入射光を偏向させる屈折率変化層として機能する。このような第２のホログラム記録は、レチクルパターンがホログラム記録されたホログラムマスク１３０に対して該オブジェクトビームを走査しながら照射することにより行われ、記録層１３２の露光領域全体に渡って屈折率変化層を形成する。そして、ステップＳ３に進む。
【００５６】
図３のステップＳ３は、アライメント工程である。ステップＳ３では、ホログラム露光装置１００において、プリズム１３４に装着されたホログラムマスク１３０と、基板１１０とを対向配置し、ホログラムマスク１３０に対して基板１１０をＸ軸、Ｙ軸方向に相対移動させることにより、所定の位置に位置決めを行う。位置決め方法としては、例えば、ホログラムマスク１３０および基板１１０の双方に基準となるアライメントマークを予め形成しておき、相互のアライメントマークに基づいて位置決めする方法が挙げられる。そして、ステップＳ４へ進む。
【００５７】
図３のステップＳ４は、露光工程である。ステップＳ４では、図１に示すように、まず、ホログラムマスク１３０の露光領域において露光開始位置に露光ビームが入射するように露光光源駆動機構により露光光源１４０を移動させる。同様に、露光開始位置に計測光が入射するように駆動部１５９により距離計測機構１５０を移動させる。続いて、図４（ｃ）に示すように、計測光をプリズム１３４の一方の直交面１３４ｂから入射させ、ホログラムマスク１３０の記録面１３２ａと基板１１０の感光性材料膜１１２の表面１１２ａとの間隔が所定の間隔Ｇ0となるようにステージ１２２のＺ軸方向の位置を調整する。具体的には、前述したように距離計測機構１５０により得られた計測結果に基づいて、ＰＣ１６０がステージ駆動部１２４を駆動制御することにより位置決めされる。そして、露光領域の露光開始位置から露光終了位置まで計測光を走査する。これに同期（追尾）して露光ビームを走査しながら照射する。第１の入射角度（４５度）でホログラムマスク１３０に入射した露光ビームは、記録層１３２にホログラム記録された干渉パターンにより回折し、再生光として感光性材料膜１１２に入射して焦点を結びレチクルパターンが露光（再生）される。本実施形態の露光工程は、ホログラムマスク１３０と基板１１０とを対向配置する工程と、ホログラムマスク１３０と感光性材料膜１１２との間隔が所定の間隔Ｇ0となるように調整する工程とを含むものである。
【００５８】
このような計測光および露光ビームの走査の一例としては、図５に示すように、仮想の走査経路の露光開始点Ｅ１から露光終了点Ｅ２に向けて、露光ビームをＸ軸方向に往復させながら走査する方法が挙げられる。このとき、走査の往動と復動とにおいて、露光ビーム径が相互に重なり合うように走査することが望ましい。これにより、露光ビーム径内において光強度Ｉが分布（バラツキ）を有していても、基板１１０に形成された感光性材料膜１１２の露光領域において、光強度Ｉのバラツキを低減することができる。また、基板１１０の表面に凹凸やうねりが生じていても、ホログラムマスク１３０の記録面１３２ａと感光性材料膜１１２の表面１１２ａとの間隔がほぼ一定に保たれるので、適正なフォーカスで露光することができる。
【００５９】
上記実施形態の効果は、以下の通りである。
（１）上記実施形態のホログラム露光装置１００およびホログラム露光方法おいて、プリズム１３４に装着されたホログラムマスク１３０には、一方の記録面１３２ｂに入射角４５度で入射した計測光を他方の記録面１３２ａから基板１１０に向けて垂直に入射させる屈折率変化層が形成されている。言い換えれば、入射光を偏向させるようにホログラム記録されたホログラムマスク１３０をプリズム１３４の斜面１３４ａに装着する。したがって、図６に示した従来の露光装置２００に比べて、プリズム１３４とプリズム２３４のサイズが同一ならばより面積の大きなホログラムマスク１３０を用いることができる。すなわち、より面積の大きな基板１１０を露光可能なホログラム露光装置１００およびホログラム露光方法を提供することができる。また、ホログラムマスクサイズ（面積）が同じならば従来のプリズム２３４（図６参照）に対して体積が半分のプリズム１３４を用いて装置を構成することができるので、装置全体を小型化することができる。
【００６０】
（２）上記実施形態のホログラム露光装置１００およびホログラム露光方法において、計測光は、露光ビームの波長λ1（３６４ｎｍ）と異なる波長λ2（５００ｎｍ）のレーザ光が用いられている。ゆえに、露光ビームと干渉せず感光性材料膜１１２を感光させない。また、計測光が可視領域の波長λ2を有するため、光センサ１５４が捉えた情報を表示部に表示すれば、目視で所定の間隔Ｇ0すなわちフォーカスを調整、あるいは監視することも可能である。
【００６１】
（３）上記実施形態のホログラム露光装置１００およびホログラム露光方法は、ガラス基板、絶縁基板、半絶縁基板、半導体基板などを用いる半導体装置の製造方法における露光工程において、半導体製造装置および露光方法として適用することができる。半導体装置としては、例えば、ＦｅＲＡＭ（Ferroelectric  RAM）、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＮＯＲ型ＲＡＭ、ＮＡＮＤ型ＲＡＭ、浮遊ゲート型不揮発性メモリ、マグネティックＲＡＭ、などの各種メモリや、マイクロ波を用いた非接触型の通信システムにおける微小な回路チップ（ＩＣチップ）などが挙げられる。
【００６２】
（４）上記実施形態のホログラム露光方法によれば、ホログラム露光装置１００を用いて露光するので、基板１１０の感光性材料膜１１２を適正な光強度とフォーカスで露光して、所望の露光パターンを再生することができる。
【００６３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態に対しては、本発明の趣旨から逸脱しない範囲で様々な変形を加えることができる。例えば上記実施形態以外の変形例は、以下の通りである。
【００６４】
（変形例１）上記実施形態のホログラム露光装置１００において、プリズム１３４は、直角プリズムに限定されない。例えば、図１において、Ｚ軸方向の断面が正三角形のプリズムであるとしてもよい。これによれば、ホログラムマスク１３０に対する計測光の第２の入射角度を３０度とすることにより、ホログラムマスク１３０から感光性材料膜１１２に向けて垂直に計測光を導くことができる。この他にもプリズム１３４の形態として、上記断面が二等辺三角形、台形などのプリズムを用いることができる。すなわち、ホログラムマスク１３０の装着面と該装着面に対して傾斜する少なくとも２つの傾斜面を有するプリズムであれば、ホログラム露光装置の小型化を実現することができる。
【００６５】
（変形例２）上記実施形態のホログラム露光装置１００およびホログラム露光方法において、計測光を偏向させる屈折率変化層は、露光領域全体に形成しなくてもよい。例えば、ホログラムマスク１３０の大きさ（面積）に対応して、露光領域内の中央部や周辺部など露光ビームの走査経路上の予め設定した位置に形成してもよい。これによれば、屈折率変化層を効率的に形成することができる。
【００６６】
（変形例３）上記実施形態のホログラム露光装置１００において、ステージ１２２をホログラムマスク１３０に対して相対移動させる駆動機構は、ステージ駆動部１２４に限定されない。例えば、ホログラムマスク１３０が装着されたプリズム１３４を露光対象の基板１１０が載置されたステージ１２２に対して相対移動させるように駆動機構を設けてもよい。これによれば、基板１１０のサイズが大型化しても、ステージ駆動部１２４をＸ，Ｙ軸方向へ移動可能とする構成のみとして簡略化することができる。
【００６７】
（変形例４）上記実施形態のホログラム露光装置１００およびホログラム露光方法において、基板１１０上に形成された感光性材料膜１１２に露光ビームの焦点を結ぶ所定の間隔Ｇ0は、感光性材料膜１１２の表面１１２ａに焦点を結ぶ場合に限定されない。例えば、予め基板１１０の表面に薄膜素子を構成する半導体膜が形成され凹凸が生じている場合、この凹凸に対応して厚めに感光性材料膜１１２を形成することがある。このような場合には、感光性材料膜１１２の内部に焦点を結ぶように所定の間隔Ｇ0を設定して露光したほうが露光ビームの焦点深度を考慮して安定した露光状態が得られる。よって、制御部としてのＰＣ１６０の距離演算プログラムをどこに焦点を位置させるか基準を設定して設計すればよい。
【００６８】
（変形例５）上記実施形態のホログラム露光方法を適用可能な製造方法は、半導体装置の製造方法に限定されず、種々のデバイスの製造に適用することができる。例えば、一対の基板の一方にスイッチング素子を備えた電気光学装置の製造方法にも適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】ホログラム露光装置の構成を示す概略図。
【図２】（ａ）および（ｂ）は距離計測機構を説明する概略図。
【図３】ホログラム露光方法を示すフローチャート。
【図４】（ａ）〜（ｃ）はホログラム露光方法を示す概略図。
【図５】露光光による走査の一例を示す概略平面図。
【図６】従来の露光装置の構成を示す概略図。
【符号の説明】
【００７０】
１００…ホログラム露光装置、１１０…基板、１１２…感光性材料膜、１１２ａ…感光性材料膜の表面、１２４…第２の駆動機構としてのステージ駆動部、１３０…ホログラムマスク、１３２…記録層、１３２ａ…記録層の他方の面としての記録面、１３２ｂ…記録層の一方の面としての記録面、１３４…プリズム、１３４ａ…第１面としての直角プリズムの斜面、１３４ｂ…第２面としての直角プリズムの一方の直交面、１３４ｃ…第３面としての直角プリズムの他方の直交面、１５０…距離計測機構、１５６…計測用光源、１５９…第１の駆動機構としての駆動部、１６０…制御部としてのＰＣ、Ｇ0…所定の間隔、Ｒ１…露光原版としての元レチクル。
【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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