(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物にマスクを通して光照射する露光装置であって、所定の波長の光を発する光源と、光源からの光を平行光にして対象物に照射する光学系と、光学系による光照射位置及びマスクに対して所定の位置に対象物を保持する対象物保持具とより成り、前記光学系は、第一の光軸に沿って平行光を対象物に照射するとともに、第一の光軸に対して複数の斜めの光軸に沿って平行光を対象物に照射するものとなっており、
前記第一の光軸は、前記対象物の一方の側に設けられており、前記複数の斜めの光軸は、前記対象物を挟んで一方の側とは反対側に設けられていることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記複数の斜めの光軸は、前記第一の光軸を延長させた線を挟んで両側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
対象物にマスクを通して光照射する露光装置であって、所定の波長の光を発する光源と、光源からの光を平行光にして対象物に照射する光学系と、光学系による光照射位置及びマスクに対して所定の位置に対象物を保持する対象物保持具とより成り、前記光学系は、第一の光軸に沿って平行光を対象物に照射するとともに、第一の光軸に対して複数の斜めの光軸に沿って平行光を対象物に照射するものとなっており、
前記対象物は断面が方形の形状であり、前記第一の光軸は、対象物の側面の方向に沿ったものであって、前記対象物保持具は、この第一の光軸が、対象物の下面又は上面の中央に位置するよう対象物を保持するものであり、前記斜めの光軸は、対象物の上側又は下側から光照射されるよう設定されているとともに第一の光軸に対して互いに同じ角度を成す一対のものであることを特徴とする露光装置。
【請求項４】
対象物にマスクを通して光照射する露光装置であって、所定の波長の光を発する光源と、光源からの光を平行光にして対象物に照射する光学系と、光学系による光照射位置及びマスクに対して所定の位置に対象物を保持する対象物保持具とより成り、前記光学系は、光軸に沿った断面で対象物を見た際、対象物の周面のすべてに平行光を照射するものとなっていることを特徴とする露光装置。
【請求項５】
対象物にマスクを通して光照射する露光装置であって、所定の波長の光を発する光源と、光源からの光を平行光にして対象物に照射する光学系と、光学系による光照射位置及びマスクに対して所定の位置に対象物を保持する対象物保持具とより成り、前記光学系は、露光する対象物の表面に垂直な面に沿った方向であって互い異なる方向の三つ以上の光軸に沿って平行光を照射するものであり、
前記三つ以上の光軸は、前記露光する対象物の表面に沿った垂直な同一の面に沿っており、
前記三つ以上の光軸は、前記対象物の一方の側に設けられた第一の光軸と、前記対象物を挟んで一方の側とは反対側に設けられた第二第三の光軸とを含んでいることを特徴とする露光装置。
【請求項６】
対象物にマスクを通して光照射する露光装置であって、所定の波長の光を発する光源と、光源からの光を平行光にして対象物に照射する光学系と、光学系による光照射位置及びマスクに対して所定の位置に対象物を保持する対象物保持具とより成り、前記光学系は、露光する対象物の表面に垂直な面に沿った方向であって互い異なる方向の四つの光軸に沿って平行光を照射するものであり、
前記四つの光軸は、前記対象物の斜め左上から光を入射させる第一の光軸と、前記対象物の斜め右上から光を入射させる第二の光軸と、前記対象物の手前側斜め下方から光を入射させる第三の光軸と、前記対象物の向こう側斜め下方から光を入射させる第四の光軸となっていることを特徴とする露光装置。
【請求項７】
前記光源及び前記光学系は、前記各光軸の数と同じ数だけ設けられており、これらの光源及び光学系は、各光軸に沿って平行光を前記対象物に照射するものであることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、対象物の三次元的な表面にフォトリソグラフィによってパターンを形成する際に好適に使用される露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィによる表面パターンの形成は、各種電子製品の製造に盛んに使用されている。例えば、ＬＳＩ（大規模集積回路）等の各種半導体デバイスや液晶ディスプレイ等の表示装置の製造では、微細回路の形成にフォトリソグラフィの技術が使用されている。
フォトリソグラフィは、一種の写真技術である。即ち、対象物の表面にフォトレジストを塗布し、このフォトレジストにマスクを通して光照射しフォトレジストを露光する。そして、現像液を使用してフォトレジストを現像し、マスクパターンに従ってフォトレジストのパターンを得る。その後、エッチングを行って対象物の表面のうちフォトレジストで覆われていない部分を削り、フォトレジストをアッシング等によって除去する。この結果、マスクパターンに従った所定のパターン（凹凸形状）が表面に形成される。
【０００３】
上述したようにフォトリソグラフィには露光工程があるから、対象物を露光するための露光装置が必要になる。露光装置は、フォトレジストの感光波長を含む光を発する光源や、光源からの光をマスクを通して対象物の表面に照射する光学系等から成る構成である。また、マスクに対して対象物を所定に位置させるためのアライメント機構が設けられている場合が多い。このため、このような露光装置は、マスクアライナーのような名称で呼ばれることもある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
半導体デバイスを製造する際に使用される半導体ウエハや、液晶ディスプレイを製造する際に使用される液晶基板等のように、露光装置で露光される対象物が板状であって、露光される面が平面即ち二次元的な面である場合もあるが、三次元的な面の場合もある。磁気ヘッド、センサヘッド、水晶振動子等のような微細な電子部品を製造する場合がこれに当たる。
【０００５】
しかしながら、このような三次元的な面を露光する露光装置には、実用的なものが少なく、複数回に分けて露光しなければならない等、使い勝手が良くないという課題があった。
本願の発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、対象物の三次元的な表面を露光する実用的で使い勝手の良い露光装置を提供する技術的意義がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、対象物にマスクを通して光照射する露光装置であって、所定の波長の光を発する光源と、光源からの光を平行光にして対象物に照射する光学系と、光学系による光照射位置及びマスクに対して所定の位置に対象物を保持する対象物保持具とより成り、前記光学系は、第一の光軸に沿って平行光を対象物に照射するとともに、第一の光軸に対して複数の斜めの光軸に沿って平行光を対象物に照射するものとなっており、
前記第一の光軸は、前記対象物の一方の側に設けられており、前記複数の斜めの光軸は、前記対象物を挟んで一方の側とは反対側に設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記複数の斜めの光軸は、前記第一の光軸を延長させた線を挟んで両側に設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、対象物にマスクを通して光照射する露光装置であって、所定の波長の光を発する光源と、光源からの光を平行光にして対象物に照射する光学系と、光学系による光照射位置及びマスクに対して所定の位置に対象物を保持する対象物保持具とより成り、前記光学系は、第一の光軸に沿って平行光を対象物に照射するとともに、第一の光軸に対して複数の斜めの光軸に沿って平行光を対象物に照射するものとなっており、
前記対象物は断面が方形の形状であり、前記第一の光軸は、対象物の側面の方向に沿ったものであって、前記対象物保持具は、この第一の光軸が、対象物の下面又は上面の中央に位置するよう対象物を保持するものであり、前記斜めの光軸は、対象物の上側又は下側から光照射されるよう設定されているとともに第一の光軸に対して互いに同じ角度を成す一対のものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、対象物にマスクを通して光照射する露光装置であって、所定の波長の光を発する光源と、光源からの光を平行光にして対象物に照射する光学系と、光学系による光照射位置及びマスクに対して所定の位置に対象物を保持する対象物保持具とより成り、前記光学系は、光軸に沿った断面で対象物を見た際、対象物の周面のすべてに平行光を照射するものとなっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、対象物にマスクを通して光照射する露光装置であって、所定の波長の光を発する光源と、光源からの光を平行光にして対象物に照射する光学系と、光学系による光照射位置及びマスクに対して所定の位置に対象物を保持する対象物保持具とより成り、前記光学系は、露光する対象物の表面に垂直な面に沿った方向であって互い異なる方向の三つ以上の光軸に沿って平行光を照射するものであり、
前記三つ以上の光軸は、前記露光する対象物の表面に沿った垂直な同一の面に沿っており、
前記三つ以上の光軸は、前記対象物の一方の側に設けられた第一の光軸と、前記対象物を挟んで一方の側とは反対側に設けられた第二第三の光軸とを含んでいるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、対象物にマスクを通して光照射する露光装置であって、所定の波長の光を発する光源と、光源からの光を平行光にして対象物に照射する光学系と、光学系による光照射位置及びマスクに対して所定の位置に対象物を保持する対象物保持具とより成り、前記光学系は、露光する対象物の表面に垂直な面に沿った方向であって互い異なる方向の四つの光軸に沿って平行光を照射するものであり、
前記四つの光軸は、前記対象物の斜め左上から光を入射させる第一の光軸と、前記対象物の斜め右上から光を入射させる第二の光軸と、前記対象物の手前側斜め下方から光を入射させる第三の光軸と、前記対象物の向こう側斜め下方から光を入射させる第四の光軸となっているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、前記請求項１乃至６いずれかの構成において、前記光源及び前記光学系は、前記各光軸の数と同じ数だけ設けられており、これらの光源及び光学系は、各光軸に沿って平行光を前記対象物に照射するものであるという構成を有する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の実施の形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、本願発明の実施形態の露光装置の正面概略図である。図１に示す露光装置は、所定の波長の光を発する光源１１，２１，３１と、光源１１，２１，３１からの光を平行光にしてマスク５１，５２を通して対象物Ｗに照射する光学系１２，２２，３２と、光学系１２，２２，３２による光照射位置及びマスク５１，５２に対して所定の位置に対象物Ｗを保持する対象物保持具６とより構成されている。
【０００８】
本実施形態の装置の大きな特徴点は、対象物Ｗの三次元的な表面に対して一括して光照射できるようになっている点である。具体的に説明すると、本実施形態では、三つの光源及び光学系１２，２２，３２が用いられている。三つの光学系１２，２２，３２は、露光する対象物Ｗの表面に垂直な面内の方向であって互い異なる方向の光軸１０，２０，３０に沿って平行光を照射するものとなっている。三つの光源１１，２１，３１は、すべて同じものが使用されている。本実施形態では、紫外域に感光波長のあるフォトレジストを露光することが想定されているので、水銀灯のような紫外線ランプが光源１１，２１，３１として使用されている。
【０００９】
各光学系１２，２２，３２は、それらを構成する要素としては同じものとなっている。即ち、各光学系１２，２２，３２は、光源１１，２１，３１からの光を集光する集光鏡１２１，２２１，３２１と、集光鏡１２１，２２１，３２１による集光位置に配置されたインテグレータレンズ１２２，２２２，３２２と、集光鏡１２１，２２１，３２１からの光を反射させてインテグレータレンズ１２２，２２２，３２２に入射させる第一平面鏡１２４，２２４，３２４と、インテグレータレンズ１２２，２２２，３２２からの光を平行光にするコリメータレンズ１２３，２２３，３２３と、インテグレータレンズ１２２，２２２，３２２からの光を反射させてコリメータレンズ１２３，２２３，３２３に入射させる第二平面鏡１２５，２２５，３２５と、不図示のシャッタやフィルタ等から構成されている。尚、インテグレータレンズ１２２，２２２，３２２は、光の分割と重ね合わせを行って照射面における照度分布をより均一化させるものである。
【００１０】
図２は、図１の露光装置によって露光される対象物Ｗの形状について説明する斜視概略図である。図２に示すように、本実施形態によって露光される対象物Ｗは、櫛の波状となっている。櫛の歯状を形成するの一つ一つの細長い部分（以下、線状部）の断面形状は、図２から解るように方形である。このような形状と対象物Ｗの例としては、水晶振動子を製造する際のワーク（被処理物）が挙げられる。
【００１１】
図１に示すように、三つの光軸１０，２０，３０のうちの一つ（以下、第一の光軸）１０は、対象物Ｗの下面に対して垂直である。また、他の二つの光軸２０，３０は、対象物Ｗが上側から光照射されるよう設定されているとともに第一の光軸１０に対して斜めの方向に設定されている。他の二つの光軸２０，３０は、図３に示すように第一の光軸１０を延長した線を挟んで左右に配されており、第一の光軸１０に対して互いに同じ角度を成している。以下、第一の光軸１０に対して左側の光軸２０を第二の光軸２０、右側の光軸３０を第三の光軸３０と呼ぶ。第一の光軸１０に対する第二第三の光軸２０，３０の成す角度（図１中にθで示す）は、露光する対象物Ｗの表面の形状に応じて適宜選定される。例えば、θは２０〜５０度程度とされる。
【００１２】
図１に示す三つの光学系１２，２２，３２は、第一の光軸１０に沿って平行光を対象物Ｗに照射するもの（以下、第一の光学系１２）、第二の光軸２０に沿って平行光を対象物Ｗに照射するもの（以下、第二の光学系２２）、第三の光軸３０に沿って平行光を対象物Ｗに照射するもの（以下、第三の光学系３２）、となっている。図１から解るように、第二第三光学系３２，３３は、第一光学系３１において、第二平面鏡１２５と及びコリメータ１２４を所定角度傾けた構成に相当している。
【００１３】
また、図１に示すように、本実施形態の装置では、対象物Ｗを上下に挟むようにして二つのマスク５１，５２が配置されている。マスク５１，５２は、対象物Ｗの表面に形成すべきパターンに従って、光を遮断する部分と光を透過する部分とから成るパターン（以下、マスクパターン）が描かれたものである。
尚、上側のマスク５２は、対象物Ｗの上面へのパターンの転写とともに側面へのパターンの転写も兼ねている。側面へのパターンの転写は、上面へのパターンの転写とは光学的な条件が異なるので、これらを考慮して適切なマスクパターンが描かれている。
【００１４】
対象物保持具６は、図２に示す対象物Ｗの左右の縁に接触して保持するものとなっている。対象物保持具６には、マスク５１，５２に対して対象物Ｗを所定に位置させるためのアライメント機構６１が設けられている。対象物保持具６及びアライメント機構の構成については、特公平６−７５４４号公報及び特公平７−１０１６６８号公報を参考にすることができる。
尚、一対のマスク５１，５２は、対象物Ｗの各線状部の上面及び下面と平行である。下側のマスク５１は、第一の光軸１０に対して所定の位置に位置するよう精度良く固定されている。また、上側のマスク５２は、第二第三の光軸２０，３０に対して所定の位置に位置するよう精度良く固定されている。
【００１５】
平行光による露光は、コンタクト方式とプロキシミティ方式に分けられる。コンタクト方式はマスクと対象物とが接触する方式、プロキシミティ方式は、両者が所定の隙間を持っている方式である。本実施形態の装置ではいずれの方式でも露光が行えるが、コンタクト方式の場合、対象物Ｗをアライメントのために移動させる際は、マスク５１，５２を対象物Ｗから少し離すようにする。
【００１６】
図３は、図１に示す装置による対象物Ｗの露光のされ方について説明する正面断面概略図である。図３において、図１に示す第一の光軸１０に沿って進む平行光をＬ１とし、第二の光軸２０に沿って進む平行光をＬ２とし、第三の光軸１０に沿って進む平行光をＬ３とする。尚、対象物Ｗは、基材Ｗ１と、基材Ｗ１の表面に塗布されたフォトレジストＷ２とから成る。露光されるのは、フォトレジストＷ２である。
【００１７】
図３に示すように、平行光Ｌ１は、下側のマスク５１を通して対象物Ｗの各線状部の下面に照射される。マスク５１は、遮光部５１１と光透過部５１２とから成るマスクパターンを有する。平行光Ｌ１は、光透過部５１２を透過して各線状部の下面に達するものの、遮光部５１１の部分では遮断される。従って、各線状部の下面は、マスク５１のマスクパターンで露光される。
【００１８】
また、図３に示すように、平行光Ｌ２は、上側のマスク５２を通して対象物Ｗの各線状部の上面及び左側面に照射される。マスク５２は、同様に遮光部５２１１と光透過部５２２とから成るマスクパターンを有し、平行光Ｌ２によりこのマスクパターンで各線状部の上面及び左側面が露光される。さらに、平行光Ｌ３は、各線状部の上面及び右側面に照射され、同様にマスク５２のマスクパターンでの露光が行われる。
【００１９】
上記説明から解るように、図１に示す第一の光学系１２は主に対象物Ｗの各線状部の下面を露光するもの、第二の光学系２２は主に対象物Ｗの各線状部の左側面と上面を露光するもの、第三の光学系３２は主に対象物Ｗの各線状部の右側面と上面を露光するものとなっている。これらの光学系３１，３２，３３は、図３の紙面垂直方向にも幅を持った光芒で平行光を照射するものである。従って、対象物Ｗのこのような三次元的な表面に同時に平行光が照射されて露光が行われる。
【００２０】
次に、上記構成に係る本実施形態の露光装置の動作について説明する。
対象物Ｗを対象物保持具６に保持させ、アライメント機構６１によって所定位置に位置させる。光源１１，２１，３１を点灯させて安定点灯状態になったら、不図示のシャッタを開き、光源１１，２１，３１からの光を対象物Ｗに照射して露光を行う。所定時間の露光後、シャッタを閉じ、露光を終了する。その後、対象物Ｗを対象物保持具６から取り外す。尚、光照射領域の大きさよりも対象物の方が大きい場合、対象物を水平方向に所定距離移動させながら露光を繰り返す場合がある。
【００２１】
上記説明から解るように、本実施形態の装置によれば、対象物Ｗの三次元的な表面を一括して露光できるようになっている。即ち、対象物Ｗの各線状部の上下の面に加え、両側の側面にも同時に露光ができる。このため、露光を複数回に分けて行う必要がなく、実用性が高い。
【００２２】
次に、本願発明の第二の実施形態について説明する。
図４は、第二の実施形態の露光装置の正面概略図である。図４に示す装置は、露光する対象物Ｗの表面に垂直な面に沿った四つの異なる方向の光軸１０，２０，３０，４０に沿って平行光を照射するようになっている。具体的に説明すると、本実施形態では、四つの光軸１０，２０，３０，４０のそれぞれ光源１１，２１，３１，４１と光学系１２，２２，３２，４２が設けられている。構成としては、図１に示す実施形態の第二第三光源２１，３１及び第二第三光学系２２，３２を下側にも設け、上下対称にしたのと同等である。
このような構成によっても、対象物Ｗの三次元的な表面を一括して露光することができ、対象物Ｗの表面に三次元的なパターンを形成するフォトリソグラフィに好適に使用することができる。
【００２３】
上述した第一第二の実施形態の構成は、別の見方をすると、対象物Ｗの周面のすべてに同時に平行光を照射するようにした構成である。この点について、図５を使用して説明する。図５は、実施形態における光の照射の仕方について説明する断面概略図である。
「対象物Ｗの周面のすべて」とは、図５（１）に示すように、対象物Ｗをある断面でみたとき、その断面の中心を中心とする仮想的な円周上のすべての箇所に対して平行光（Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）が同時に照射されるということである。周面のすべてに同時に光照射するには、互いに異なる方向の少なくとも三つの光軸が必要である。
【００２４】
尚、「対象物Ｗの周面のすべてに同時に平行光を照射する」とは、対象物Ｗ自体によって光が遮断される結果、ある箇所には光が到達しないような場合も含む概念である。つまり、図５（２）に示すように、例えば対象物Ｗの表面に凹部が形成されており、この凹部の内面では光が照射されない箇所がある場合であっても、「対象物Ｗの周面のすべてに同時に平行光を照射する」に該当する。その断面形状を同心の円形に変換した場合、その円周上のすべての箇所に光照射されるという意味である。但し、図５（２）に示すような場合でも、凹部の内面のすべてに光照射されるよう適宜光軸を選定することが好ましい。
【００２５】
このように、対象物Ｗの周面のすべてに同時に平行光を照射できるようにしておくと、適切な位置に適切なマスクパターンのマスク５１，５２を配置することで、対象物Ｗの三次元的な表面への露光がいつも自由に行えることになる。
上記各実施形態の装置は、前述した電子製品又は電子部品の製造用の他、マイクロマシンの製造やＤＮＡチップの製造に用いることができる。
【００２６】
また、上記実施形態では、対象物Ｗは全体としては櫛の波状であり、露光される部分の断面が方形であったが、全体が方形であっても良い。また、対象物の形状が直方体状である場合もある。この場合は、その六面すべてを同時に露光する構成も採用できる。具体的には、図１に示す第二第三光源及び第二第三光学系に加え、同様の構成を紙面に垂直な面上にもう一組設けるようにすれば良い。つまり、水平面内での位置が９０度ずつ異なる斜め入射の光軸と、下方からの垂直入射の一つの光軸とから成る構成である。尚、この例及び前述した第一の実施形態において、一つの垂直入射の光軸と、複数の斜め入射の光軸とは、上下が逆であっても良い。
【００２７】
図６は、対象物Ｗが直方体状である場合の別の構成について示した図である。この構成では、マスク５１，５２は、直方体状の対象物Ｗを上下で挟む一対のものとなっている。そして、この構成では、四つの光軸７１，７２，７３，７４が設定されている。四つの光軸７１，７２，７３，７４は、対象物Ｗの斜め左上から光を入射させる第一の光軸７１、対象物の斜め右上から光を入射させる第二の光軸７２、対象物Ｗの手前側斜め下方から光を入射させる第三の光軸７３、対象物Ｗの向こう側斜め下方から光を入射させる第四の光軸７４となっている。このような構成によっても、対象物Ｗの全ての面にマスク５１，５２を通した露光を行うことができる。尚、マスク５１，５２のパターン５１０，５２０は、透光部か遮光部であるが、図６に示す形状は模式的に示したものであり、実際はもっと複雑な場合が多い。
尚、上記各実施形態では平行光を照射した等倍露光となっているが、考え方としては縮小又は拡大の投影露光にも応用できる。この場合には平行光では無くなる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本願の各請求項記載の発明によれば、対象物Ｗの三次元的な表面を一括して露光できるようになっている。このため、露光を複数回に分けて行う必要がなく、実用性が高い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明の実施形態の露光装置の正面概略図である。
【図２】図１の露光装置によって露光される対象物Ｗの形状について説明する斜視概略図である。
【図３】図１に示す装置による対象物Ｗの露光のされ方について説明する正面断面概略図である。
【図４】第二の実施形態の露光装置の正面概略図である。
【図５】実施形態における光の照射の仕方について説明する断面概略図である。
【図６】対象物Ｗが直方体状である場合の別の構成について示した図である。
【符号の説明】
１０  第一の光軸
１１  第一の光源
１２  第一の光学系
２０  第二の光軸
２１  第二の光源
２２  第二の光学系
３０  第三の光軸
３１  第三の光源
３２  第三の光学系
５１  マスク
５２  マスク
６  対象物保持具
６１  アライメント機構
【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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