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投影露光装置 UPDATE

国内特許コード P06A008978
整理番号 TDU-074
掲載日 2006年6月16日
出願番号 特願2004-171896
公開番号 特開2005-326796
登録番号 特許第4572365号
出願日 平成16年5月14日(2004.5.14)
公開日 平成17年11月24日(2005.11.24)
登録日 平成22年8月27日(2010.8.27)
発明者
  • 堀内 敏行
  • 橋本 浩平
  • 武内 翔
  • 松岡 敏治
  • 佐々木 信夫
出願人
  • 学校法人東京電機大学
発明の名称 投影露光装置 UPDATE
発明の概要 【課題】本発明が解決しようとする課題は、被露光試料の側表面を高い生産性にて露光でき、安価に量産に適用でき、かつ、被露光試料の側表面に高い角度精度でパターンを形成できる投影露光装置を提供できるようにすることである。
【解決手段】 原図基板上のパターンを被露光試料の側表面に投影露光する投影光学系と、被露光試料を中心軸回りに回転する回転ステージと、被露光試料を回転ステージの回転軸と垂直の方向に移動し回転ステージの回転軸に対する該被露光試料の中心軸位置を調整する偏芯補正ステージを設ける。また、場合によっては、被露光試料の側表面の露光すべき位置を投影光学系の光軸に垂直な方向に向ける傾斜ステージを設ける。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要


光リソグラフィ技術は、半導体ウエハなどの被露光試料の表面にレジストなどの感光性材料を付し、可視光や紫外光によって該感光性材料の特定の場所を露光し、現像により露光した場所もしくは非露光の場所のみに前記感光性材料を残す技術である。



通常、光リソグラフィは半導体ウエハなどの平面度の良い平板状の被露光試料の表面に対して行われ、感光性材料を露光する方法には、密着露光、近接露光、投影露光、走査露光がある。



密着露光、近接露光は、現像後に形成されるパターンに等倍で対応する形状の原図パターンを有するマスクを用いる露光方法である。密着露光の場合は、原図基板とするマスクを被露光試料の表面に密着させて露光し、近接露光の場合には、マスクと被露光試料の表面との間にわずかの隙間を置いて露光する。



投影露光は、現像後に形成されるパターンの拡大または縮小または等倍形状を有するレチクルやマスクを原図基板として用い、投影レンズまたは投影ミラーまたはレンズとミラーを組み合わせた投影光学系を用いて、該原図基板上のパターン形状を被露光試料の表面に投影して光像を形成し、被露光試料に付した感光性材料を露光する方法である。



走査露光は、レチクルやマスクなどの原図基板を用いず、レーザ光などの指向性の高い光ビームにより被露光試料の表面を走査し、パターン形状を描く露光方法である。



上記の露光方法のうち、密着露光、近接露光、投影露光は、用いる原図上のパターンに対応させて、所定の面積を一度に露光できるのに対し、走査露光は、光ビームによって原図を用いずにパターンを直接描画するため、所定の面積内を露光するにはほかの露光方法に比して時間がかかる。



そのため、量産品製造のための露光には、もっぱら密着露光、近接露光、投影露光が使用されている。



しかし、平面以外の側表面形状への露光は密着露光、近接露光、投影露光、走査露光いずれの方法によっても難しく、被露光試料の側表面に露光を施す量産品製造に適する方法は確立されていない。



円柱面状の被露光試料の側表面に露光を施す研究段階の方法としては、焦点深度が深いX線近接露光を用いる図5に示す方法が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。



この方法では、図5に示すように、円柱状の被露光試料83をチャック84で保持し、ラインアンドスペースパターン85を有する原図基板86を該被露光試料83に近接して配置し、シンクロトロン放射光(SR光)のX線87を照射する。



被露光試料83の軸線に対してラインアンドスペースパターン85は形成しようとする螺旋パターンのリードに合わせてわずかに傾けて配置し、露光後、該被露光試料83を回転ステージ88により軸周りに矢印89のごとく180度回転させて反対側からも同様にラインアンドスペースパターン85を露光する。



しかし、X線近接露光は、X線マスクが高価格であるため、少量多品種生産の量産には向かない。



また、図5のようにパターン85の方向がほぼ被露光試料83の軸に直角の方向の場合にはよいが、パターン85の方向が軸方向に近い場合には、被露光試料83の中心部から離れて側面に近くなる程、精度良くパターンを転写することが難しくなり、真横に相当する部分ではパターンが解像しなくなる。



さらに、180度回転させて反対側から露光する時に、最初に露光した側の全部が反対側に行ってしまうため、位置を合わせることが難しいと言う問題もある。



一方、レーザ光の走査露光により円柱状の被露光試料の側表面に露光を施す、図6に示す方法も考えられている(例えば、非特許文献2参照)。



この方法では、図6に示すように、円柱状や円筒状の被露光試料91を直線、回転ステージ92によって矢印93のごとく回転させたり、矢印94のごとく直線移動してレーザビーム95に対して走査し、被露光試料91の側表面を任意の形状に露光する。



レーザビーム95は、レーザ光源96から射出されてビームピンホール97で整形され、写真引き伸ばし機用レンズ98を用いて絞っている。



レーザビーム95を走査するには、被露光試料91を回転させたり、直線移動する代りにレーザビーム95の位置をミラーなどによって動かして走査してもよく、被露光試料91の回転および/または移動とレーザビーム95の移動とを組み合わせて走査してもよい。



しかしながら、この方法は走査露光する方法であるため、露光に時間がかかり、量産品の製造には適さない。



ところで、露光装置において、露光光線に対して、回転対称な被露光試料を回転させて露光する場合、被露光試料を回転ステージに取り付ける必要がある。被露光試料を回転ステージに取り付けるには、装置の回転ステージ上に設けた任意のチャックで被露光試料を掴んだり、回転ステージ上に設けた合わせ面に被露光試料を押し付けて固定したり、回転ステージ上と被露光試料のいずれか片方に位置決め穴、他方に位置決め突起を設け、該位置決め穴に該位置決め突起をはめ込んだり、被露光試料の外周を位置決め突起として利用し、回転ステージ上の穴にはめ込んだりする。



しかしながら、このような方法で被露光試料を固定しても、該被露光試料の回転対称軸となる幾何学的な中心軸と、回転ステージの回転軸とが、必ずしも精度良く合致するとは限らない。



チャックで被露光試料を掴んで固定する場合には、チャックの爪の動きにばらつきがあり、偏芯する。また、回転ステージ上に設けた合わせ面に被露光試料を押し付けて固定する場合には押し付け強さ、押し付け方向、固定時の締め付けのばらつきによって被露光試料の位置がばらつく。位置決め穴に位置決め突起をはめ込む場合は、着脱可能なすきまばめとするため、はめあい隙間の分だけ取り付け位置がばらつく。さらに、位置決め穴や位置決め突起の形状や寸法の不確かさに起因する位置決め穴中心軸や位置決め突起中心軸のずれも影響する。



回転対称な被露光試料の回転対称軸となる幾何学的な中心軸と、回転ステージの回転軸とが合致しないと、被露光試料の露光結果に不都合が生じる。被露光試料が円柱状の場合を例にとってこの不都合について説明する。



図7は被露光試料の幾何学的な中心軸と回転ステージの回転軸とが合致しない場合の不都合を説明する図であり、被露光試料の幾何学的な中心軸に直角な断面を示している。



被露光試料が外形円の幾何学的な中心Oに対してx方向に距離e、y方向に距離eだけ偏芯した点O’を回転中心として回転ステージにより回転させられるとする。一般に回転ステージは回転角度を制御して動かすステージであり、前記回転中心O’まわりの回転角が制御される。



したがって、図7において、被露光試料の断面上で点O’に最も近い点A付近が角度θ回転すると、被露光試料の側表面の動きは弧AA’となり、AA’=r閧ニなる。ここで、rはO’A間の距離である。



また、被露光試料の断面上で点O’から最も遠い点B付近が角度θ回転すると、被露光試料の側表面の動きは弧BB’となり、BB’=r閧ニなる。ここで、rはO’B間の距離である。



被露光試料の断面を真円とし、その半径をr、回転中心O’の被露光試料の幾何学的な中心Oの偏芯量をeとすれば、r=r-e、r=r+eであるから、BB’-AA’=2e閧ニなる。



被露光試料の取り付け方にあまり考慮を払わないと偏芯量eはたとえば50μm以上もの大きな値となる。



このため、被露光試料を一定の回転角度だけ回転させても、A部では被露光試料面が少ししか動かず、B部では被露光試料面が沢山動くという現象を生じる。



したがって、被露光試料を回転させて側表面に順次パターンを形成すると、A部ではパターンが密になり、B部ではパターンが疎になるという不都合が生じる。



このように被露光試料の側表面上で場所によってパターンの間隔が変化すると、回転軸状部品の側表面の一部に軸方向のラインアンドスペースマークを形成するのに利用して、出来上がったマークの通過数や通過時間間隔をカウントして該回転軸の回転速度や回転角度を計測すると、該回転軸が実際は等速で回転しているにもかかわらず、見掛け上、1回転する間に速度の増減が繰り返されているかのように計測されたり、実際と異なる角度回転したかのごとく計測されたりする不都合が生じる。



また、回転軸状部品の側表面の一部に空気軸受溝を作るのに利用する場合には、溝の位置間隔が分布を持つこととなるため、全周で支持力が一様とならず、しかも、回転に伴って該回転軸の円周上における支持力の強弱分布が移動する。そのため、回転に同期した微振動が発生したり、該回転軸を使用する機械の他部と共振したり、振動音が発生するといった不都合が起こる。



さらに、円柱の円周面上にカムを動かすルートとして使用する溝を形成するのに使用する場合には、該ルートが設計と微妙に異なり、該カムを利用した機械の動きに予期せぬ速度の増減や駆動タイミングのずれが生ずるといった不都合が起こる。
【非特許文献1】
Digest of Papers,Microprocesses and Nanotechnology2003,2003年,p,156,157
【非特許文献2】
2002年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集,2002年,p.564

産業上の利用分野


本発明は、円筒面状,円柱面状,円錐面状,鼓面状樽面状瓢箪面状のうちいずれか一の形状の回転対称体にして、その回転対称軸となる幾何学的な中心軸を有する被露光試料の側表面にパターンを投影露光するための投影露光装置に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
円筒面状,円柱面状,円錐面状,鼓面状,樽面状,瓢箪面状のうちいずれか一の形状の回転対称体にして、その回転対称軸となる幾何学的な中心軸を有する被露光試料の側表面に、原図基板上のパターンを投影露光する投影光学系と、
前記被露光試料を回転させるために、回転軸回りに回転する回転ステージと、
前記回転ステージの回転軸と前記被露光試料の幾何学的な中心軸とのずれを修正するために前記回転ステージに取り付けられた偏芯正ステージと、を備え、
前記偏芯正ステージにより前記被露光試料の幾何学的な中心軸を前記回転ステージの回転軸に合致させて前記被露光試料を前記回転ステージにより回転させることを特徴とする投影露光装置。

【請求項2】
前記回転ステージに、前記被露光試料の側表面の露光すべき位置を前記投影光学系の光軸に垂直な方向に向ける傾斜ステージを取り付けたことを特徴とする請求項1記載の投影露光装置。
国際特許分類(IPC)
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