(57)【要約】【課題】回転対称形のレジストパターンを高精度でかつ容易に得ることが可能な露光方法を提供する。【解決手段】ステンシルマスク７の開口９は、レジスト１１の中心から外周に向けて延びる細長長方形をしている。テーブル１５（レジスト１１）を矢印Ａ方向に回転させながら、ステンシルマスク９を介してレジスト１１を露光する。これにより、レジストパターンが回転対称形となる。【選択図】  図２
2005043631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レジストが形成された加工対象物を回転させながら、マスクを介してレジストを露光することにより、レジストパターンが回転対称形になるようにレジストを露光する、ことを特徴とする露光方法。
【請求項２】
前記マスクを移動させながら前記レジストを露光する、ことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
【請求項３】
前記加工対象物の回転は等速回転である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光方法。
【請求項４】
露光光源と、
レジストが形成された加工対象物が載置可能であると共に前記レジストの露光中に回転するテーブルと、
前記テーブルを回転させながら前記レジストを露光するとレジストパターンが回転対称形となる、パターンを有するマスクと、を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項５】
前記レジストの露光中に前記マスクを移動させる手段を備える、ことを特徴とする請求項４に記載の露光装置。
【請求項６】
前記テーブルは等速回転する、ことを特徴とする請求項５又は６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】
本発明は、レンズ等の作製に利用される露光方法及び露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細な光学素子は、様々な分野で応用されている。マイクロレンズを例にすれば、マイクロレンズにより光通信用デバイスと光ファイバをカップリングすることができる。また、マイクロレンズを液晶プロジェクタパネルに組み込んで光の利用効率の向上を図ることができる。
【０００３】
従来から、マイクロレンズのような微細で精密な光学素子の作製にリソグラフィが用いられている。リソグラフィ技術の進歩により、単なる球面レンズのみならず、複雑な形状をしたレンズ（非球面レンズ、フレネルレンズ等）も作製することが可能である。リソグラフィを利用した光学素子の作製方法として、次の▲１▼〜▲４▼がある。
【０００４】
▲１▼連続階調ハーフトーンマスク、つまりマスクの位置に応じて透過率が異なるマスクを用いてレジストを露光する。これにより得られるレジストパターンを用いて加工対象物をエッチングして光学素子を作製する。しかし、高精度な連続階調マスクの作製はあまり一般的ではなく、このため、マスク作製にコストがかかる。
【０００５】
▲２▼電子線描画を利用し、レジストの位置に応じて電子線の照射ドーズ量を変えて露光する。これにより得られるレジストパターンを用いて、▲１▼と同様にして光学素子を作製する。しかし、電子線描画は近接効果の影響を受けやすいため、高精度なレジストパターンを得るのが困難である。また、電子線レジストは、一般的に耐プラズマ性が低いので、ドライエッチングで加工対象物をエッチングすると、レジストパターンの形状を忠実に加工対象物に転写するのが困難である。
【０００６】
▲３▼加工対象物上でパターンニングしたレジストを熱でリフローし、このレジストパターンを用いて加工対象物を異方性エッチングして光学素子を作製する。しかし、レジストを熱でリフローするため、加熱条件によってレジストパターンの形状が決まる。このため、加工対象物の熱容量の違い等によって、レジストパターンの形状が異なる事態が生じ、高精度でかつ任意のレジストパターンを得ることができない。
【０００７】
▲４▼パターンの異なる数種類のマスクを用いて加工対象物をエッチングし、光学素子を得る（例えば特許文献１）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−３００９１４号公報（段落［０００７］〜［００１１］、図１０）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、▲４▼の方法では、複数枚のマスクを用いて何度かリソグラフィを繰り返すため、マスクの重ね合わせ誤差により加工対象物を高精度に加工することができない。また、マスクの枚数が多くなるため、マスク作製のコストがかかる。
【００１０】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、回転対称形のレジストパターンを高精度でかつ容易に得ることが可能な露光方法及び露光装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る露光方法は、レジストが形成された加工対象物を回転させながら、マスクを介してレジストを露光することにより、レジストパターンが回転対称形になるようにレジストを露光する、ことを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る露光方法によれば、レジストを回転させながら露光するので、これとマスクのパターンとを組み合わせることにより、レジストの半径上の位置に応じて露光時間、つまり露光深さを調整できる。例えば、レジストの中心から外周に向かうに従い露光時間を短くしたり、またはその逆にしたりできる。したがって、レジストパターンの半径上の位置に応じて露光深さが調整された、回転対称形のレジストパターン（以下、回転対称三次元のレジストパターンという。）を高精度でかつ容易に得ることができる。ここで、本発明の回転対称三次元のレジストパターンは、回転中心をレジストの中心とする回転体と表現することもできる。
【００１３】
本発明に係る露光方法において、マスクを移動させながらレジストを露光するようにしてもよい。これによれば、マスクの移動位置、マスクの移動速度及びレジストの回転数を組み合わせることにより、一枚のマスクで、複数種類（例えばレジストパターンの断面が凸状、凹状、フレネルゾーンプレート状）の回転対称三次元のレジストパターンを得ることができると共に、より複雑な回転対称三次元のレジストパターンを得ることができる。
【００１４】
本発明に係る露光方法において、加工対象物の回転は等速回転にしてもよい。これによれば、レジストの露光部分を均一に露光することができる。
【００１５】
本発明に係る露光装置は、露光光源と、レジストが形成された加工対象物が載置可能であると共にレジストの露光中に回転するテーブルと、テーブルを回転させながらレジストを露光するとレジストパターンが回転対称形となる、パターンを有するマスクと、を備えることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る露光装置を用いれば、上記本発明に係る露光方法で説明したように、回転対称三次元のレジストパターンを高精度でかつ容易に得ることができる。
【００１７】
本発明に係る露光装置は以下のようにすることができる。これによる作用は、上記本発明に係る露光方法で説明したとおりである。▲１▼レジストの露光中にマスクを移動させる手段を備える。▲２▼テーブルは等速回転する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態に係る露光装置１の概略構成を示す図である。露光装置１は、露光用の光である紫外線ＵＶを発生する露光光源３と、光源３で発生した紫外線ＵＶを平行にするコリメートレンズ５と、レンズ５で平行にされた紫外線ＵＶが照射されるステンシルマスク７（マスクの一例）と、このマスク７を介して紫外線ＵＶが照射されるレジスト１１が形成された加工基板１３（加工対象物の一例）が載置可能であるテーブル１５と、を備える。
【００１９】
露光光源３で発生させる露光用光は、紫外線に限らず、Ｘ線等の電磁波や電子線でもよい。レジスト１１は露光用光と対応したものを使用する。露光光源３が平行光光源の場合、コリメートレンズ５は不要である。テーブル１５は回転軸１７を中心に矢印Ａ方向に回転可能にされている。よって、テーブル１５に載置されたレジスト１１付の加工基板１３は、回転軸１７を中心に矢印Ａ方向に回転させることができる。
【００２０】
ステンシルマスク７に設けられた開口９は、所定のパターンをしている。マスク７の所定パターンを紫外線が通過できればよいので、パターンは開口に限らない。例えば、ガラス基板にクロム膜からなるパターンが形成されたマスクでもよい。ステンシルマスク７は、高精度のアクチュエータ１９により、Ｒで示すテーブル１５の半径方向を移動可能にされている。アクチュエータ１９は、マスクを移動させる手段の一例であり、この手段の他の例としてステッピングモータがある。
【００２１】
さて、本実施形態は、露光量に応じてレジストの深さ方向の露光が変わる原理を利用している。つまり、露光量が多ければレジストの深さ方向の露光が進み、露光量が少なければレジストの深さ方向の露光が進まないのである。露光量Ｗは次の式で表される。但し、Ｗ：露光量［ｍＪ／ｃｍ２］、Ｅ：放射照度［ｍＷ／ｃｍ２］、ｔ：照射時間［ｓｅｃ］である。
【００２２】
Ｗ＝∫Ｅｄｔ
放射照度を短時間に高精度制御することは困難なので、一般的には、照射時間の制御により露光量を制御する。本実施形態も同様にして露光量を制御している。詳細に説明すると、露光光源３の放射照度が一定の場合、レジスト１１に照射される露光用光の露光量Ｗ、回転軸１７と露光用光のビームスポットＰとの距離ｒ及びテーブル１５の回転の角速度ωの関係は次式となる。但し、ｋはステンシルマスク７の開口率に相当する比例定数である。
【００２３】
Ｗ∝ｋ／ｒω
この式から分かるように、Ｗとｒωは逆比例している。よって、レジスト１１の中心から外周に向かうに従い、又はレジスト１１（テーブル１５）の回転速度が大きくなるに従いＷが小さくなり、逆に、レジスト１１の外周から中心に向かう従い、又はレジスト１１の回転速度が小さくなるに従いＷが大きくなる。
【００２４】
以上を基にした本実施形態に係る露光方法を説明する。これは、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）プロセスの一つである。ここで、テーブル１５（つまりレジスト１１、加工基板１３）は等速回転である。レジスト１１はポジ型であるため、露光時間が長いほどレジスト１１の深さ方向の露光（レジストの光分解反応）が進む。なお、レジスト１１はネガ型でもよい。
【００２５】
まず、露光方法の第１例について図２〜図６を用いて説明する。図２は、レジスト１１とステンシルマスク７の位置関係を示す平面図である。ステンシルマスク７の開口９は、レジスト１１の中心（つまり回転軸１７）から外周まで延びる細長い長方形をしている。言い換えれば、ステンシルマスク７は、レジスト１１（テーブル１５）の半径方向に一様な開口率を有している。二点鎖線で示すステンシルマスク７上の紫外線ＵＶの照射領域は、開口９を覆うように調整される。
【００２６】
図３は、露光前におけるレジスト１１が形成された加工基板１３の断面を示す模式図である。この状態から図２に示すように、回転軸１７を中心にしてテーブル１５を矢印方向Ａに回転させて、レジスト１１を露光する。
【００２７】
図４は、露光後におけるレジスト１１付の加工基板１３の断面を示す模式図である。レジスト１１のうち、露光部分を符号２１で示す。レジスト１１を現像すると、図５に示すようにレジスト１１は回転対称三次元のレジストパターンとなる。このレジストパターンの断面形状は凹面形状となる。これは、図２に示すように、ステンシルマスク７がレジスト１１の半径方向に一様な開口率を有すると共にテーブル１５が等速回転するので、レジスト１１の中心から外周から向かうに従いレジスト１１の深さ方向の露光が進まなくなるからである。図５に示すレジスト１１のパターンを用いて加工基板１３をエッチングすると、図６に示すように、加工基板１３にレジスト１１のパターンが転写される。
【００２８】
次に露光方法の第２例について図７及び図８を用いて説明する。図７は、レジスト１１とステンシルマスク７の位置関係を示す平面図であり、図２と対応する。ステンシルマスク７は、レジスト１１の半径方向において、中心から外周に向かうに従い開口率が大きくされている。したがって、テーブル１５を等速回転させてレジスト１１を露光し現像すると図８のようになる、図８は、露光現像されたレジスト１１のパターンを示す図であり、図５と対応する。第１例とは異なり、この回転対称三次元のレジストパターンの断面形状は凸面形状となる。このため、図８に示すレジストパターンで加工基板１３をエッチングすると、凸面形状の加工基板１３が得られる。
【００２９】
本実施形態に係る露光方法の第３例を説明する。図９は、レジスト１１とステンシルマスク７の位置関係を示す平面図であり、図２と対応する。ステンシルマスク７は、レジスト１１の半径方向において、中心から外周に向かうに従い開口率が大きくされており、かつ開口９が不連続にされている。このため、テーブル１５を等速回転させてレジスト１１を露光し現像すると、図１０に示すように、回転対称三次元のレジストパターンの断面形状は、フレネルゾーンプレート形状となる。よって、このパターンを有するレジスト１１で加工基板１３をエッチングすると、加工基板１３にフレネルゾーンプレート形状が転写される。なお、図１０でレジスト１１の高さが等しいのは、レジスト１１の露光部分の露光量が同じになるように、レジスト１１の円周方向における開口９の寸法ｄの大きさを決めているからである。
【００３０】
以上の第１例〜第３例から分かるように、本実施形態によれば、レジスト１１を回転させながら露光するので、これとステンシルマスク７のパターン（開口９）とを組み合わせることにより、レジスト１１の半径上の位置に応じて露光時間を調整できる。このため、簡単な装置構成により、レジストパターンの半径上の位置に応じて露光深さが調整された、回転対称形のレジストパターン（回転対称三次元のレジストパターン）を高精度でかつ容易に得ることができる。よって、このレジストパターンを用いて加工基板１３をエッチングすることにより、高精度な三次元回転対称形の微細構造（例えば光学レンズ）を容易に作製することができる。
【００３１】
また、通常の露光装置では、ステンシルマスク以外に、レジストパターンと相似形のパターンを有するマスクが必要となる。これに対して、本実施形態では、このマスクが不要、つまりマスクレスの露光を実現できる。
【００３２】
また、ステンシルマスク７の材料を変えることにより、紫外線、Ｘ線、電子線等の幅広い露光光源に対応することができる。さらに、テーブル１５の径を大きくすることにより、大口径の高精度レンズを作製することも可能である。また、加工基板１３（つまりレジスト１１）の回転は等速回転であるため、レジスト１１の露光部分２１を均一に露光することができる。なお、露光装置１を縮小光学系にすると、より高精度な三次元回転対称形をした微細構造を作製することができる。
【００３３】
なお、第１例〜第３例では、ステンシルマスク７のパターン（開口９）は、レジスト１１の中心（テーブル１５の回転軸１７）に対して片側に配置されているが、パターン（開口９）は両側に配置されていてもよい。
【００３４】
最後に露光方法の第４例を説明する。上記第１例〜第３例では、テーブル１５を回転させながらレジスト１１を露光するとレジストパターンが回転対称三次元となるように、ステンシルマスク７のパターン（開口９）が設けられている。これに対して第４例ではパターン（開口９）がピンホールである。
【００３５】
図１１は露光方法の第４例に用いられるステンシルマスクの平面図である。第４例では、テーブル１５（図１）の回転と、アクチュエータ１９（図１）によるステンシルマスク７のＲ方向の移動と、を組み合わせてレジスト１１を露光する。例えば図１２に示すグラフのように、ステンシルマスク７を移動させる。縦軸はステンシルマスク７の移動速度である。横軸はレジスト１１（テーブル１５）の半径上における開口９の位置であり、０は回転軸１７を示している。ステンシルマスク７を矢印に示すようにテーブル１５の外周から回転軸１７（つまりレジスト１１の外周から中心）に向けて、速度を変えながら移動させる。すると、現像後のレジスト１１のパターンは図１３に示すようになる。このレジスト１１を用いて加工基板１３をエッチングすると、このレジスト１１のパターンが加工基板１３に転写されて回折型マイクロレンズを得ることができる。
【００３６】
以上のように第４例によれば、ステンシルマスク７の移動位置、移動速度及びレジスト１１の回転数（テーブル１５の回転数）を組み合わせることによって、より複雑な回転対称三次元のレジストパターンを得ることができる。これにより、非球面レンズやフレネルレンズ等を作製することも可能となる。また、パターンジェネレータ等の露光情報に基づいて、アクチュエータ１９を介してステンシルマスク７の移動を制御するため、一枚のステンシルマスク７で任意の回転対称三次元のレジストパターンを実現できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明に係る露光方法及び露光装置によれば、回転対称三次元のレジストパターンを高精度でかつ容易に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係る露光方法の第１例を説明するための、レジストとステンシルマスクの位置関係を示す平面図である。
【図３】上記第１例を説明するための、露光前におけるレジスト付の加工基板の断面を示す模式図である。
【図４】上記第１例を説明するための、露光後におけるレジスト付の加工基板の断面を示す模式図である。
【図５】上記第１例を説明するための、現像後におけるレジスト付の加工基板の断面を示す模式図である。
【図６】上記第１例を説明するための、図５のレジストパターンを用いて選択的にエッチングされた加工基板の断面の模式図である。
【図７】本実施形態に係る露光方法の第２例を説明するための、レジストとステンシルマスクの位置関係を示す平面図である。
【図８】上記第２例を説明するための、現像後におけるレジスト付の加工基板の断面を示す模式図である。
【図９】本実施形態に係る露光方法の第３例を説明するための、レジストとステンシルマスクの位置関係を示す平面図である。
【図１０】上記第３例を説明するための、現像後におけるレジスト付の加工基板の断面を示す模式図である。
【図１１】本実施形態に係る露光方法の第４例に用いられるステンシルマスクの平面図である。
【図１２】上記第４例において、ステンシルマスクの移動速度とステンシルマスクの開口の位置との関係を示すグラフである。
【図１３】上記第４例を説明するための、現像後におけるレジスト付の加工基板の断面を示す模式図である。
【符号の説明】
１・・・露光装置、３・・・露光光源、５・・・コリメートレンズ、７・・・ステンシルマスク、９・・・開口、１１・・・レジスト、１３・・・加工基板、１５・・・テーブル、１７・・・回転軸、１９・・・アクチュエータ、２１・・・露光部分、ＵＶ・・・紫外線、Ｐ・・・ビームスポット、Ｒ・・・テーブルの半径方向、ｒ・・・回転軸１７とビームスポットＰとの距離
【図１】
2005043631.tif 000003
【図２】
2005043631.tif 000004
【図３】
2005043631.tif 000005
【図４】
2005043631.tif 000006
【図５】
2005043631.tif 000007
【図６】
2005043631.tif 000008
【図７】
2005043631.tif 000009
【図８】
2005043631.tif 000010
【図９】
2005043631.tif 000011
【図１０】
2005043631.tif 000012
【図１１】
2005043631.tif 000013
【図１２】
2005043631.tif 000014
【図１３】
2005043631.tif 000015