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内面露光装置および内面露光方法 外国出願あり

国内特許コード P09S000256
整理番号 TDU-115
掲載日 2010年1月12日
出願番号 特願2007-554839
登録番号 特許第5067757号
出願日 平成18年12月25日(2006.12.25)
登録日 平成24年8月24日(2012.8.24)
国際出願番号 JP2006325808
国際公開番号 WO2007083489
国際出願日 平成18年12月25日(2006.12.25)
国際公開日 平成19年7月26日(2007.7.26)
優先権データ
  • 特願2006-034413 (2006.1.17) JP
発明者
  • 堀内 敏行
  • 藤田 克行
  • 安田 喬
出願人
  • 学校法人東京電機大学
発明の名称 内面露光装置および内面露光方法 外国出願あり
発明の概要 【課題】円筒、角筒等の内面に付着させた感光性物質を所定のパターンに感光する装置および方法を提供する。
【解決手段】被露光物の内部空間内に挿入され露光光線を該被露光物の内側に照射するガイドロッドと、前記被露光物と前記ガイドロッドとの相対位置および/または相対角度を変更するステージを設け、前記露光光線の照射スポットの焦点合わせおよび/または露光開始位置合わせをした後に、該露光光線を該被露光物の所定の位置に照射し、該被露光物の内面に付した感光性物質を所定のパターンに感光する。
【選択図】図1
従来技術、競合技術の概要


リソグラフィは、可視光、紫外光、遠紫外光、真空紫外光、極端紫外光、X線、電子ビーム、イオンビーム等の光線または粒子線を、レジスト等の感光性物質に所望の形状を指定して照射することにより該感光性物質を感光させ、その後に行う現像によって、ポジ型感光性物質の場合には感光部、ネガポジ型感光性物質の場合には未感光部を除去し、所望の形状を有する該感光性物質の微細パターンを得る技術である。



リソグラフィは半導体集積回路や光エレクトロニクスデバイス、液晶パネルや、マイクロ・エレクトロ・メカニカル・システム(MEMS)と総称される微細構造体やセンサ、アクチュエータ等の製造に広く利用されている。



リソグラフィにおいて、感光性物質を所望のパターン形状に感光させる露光工程の露光方法には様々な方式があるが、大別すると、マスクまたはレチクルを原図として用いる方式と、単一または複数の光線ビームまたは粒子線ビームを被露光物に対して走査する方式とがある。



光線ビームまたは粒子線ビームの被露光物に対する走査は相対的でよく、光線ビームまたは粒子線ビームを走査しても、被露光物を走査しても、光線ビームまたは粒子線ビームと被露光物の双方を走査してもよい。



また、場合によっては、マスクまたはレチクルを用いる露光と、光線ビームまたは粒子線ビームによる露光とを組み合わせて露光を行うこともある。



マスクまたはレチクルを用いる露光には、感光性物質を付した被露光物に原図とするマスクを接触させて露光を行う密着露光、感光性物質を付した被露光物と原図とするマスクとを近接させて露光を行う近接露光、原図とするレチクル上のパターンを、レンズまたはミラーを用いた投影光学系、またはレンズとミラーを組み合わせた投影光学系により被露光物上に投影し、該レチクル上のパターンの投影像を作って露光する投影露光等がある。



そして、これらの投影露光においては、従来、スピンコート、ブレードスキャン、噴霧等の方法によって、比較的容易に均一膜厚で感光性物質が塗布できる、半導体ウエハやガラス基板等の平面度がかなり良い平面基板が被露光物として利用されてきた。



これに対し、最近になって、円柱状や円筒状等の被露光物の外表面上にリソグラフィを施す方法および装置が開発された。



例えば、特許文献1および非特許文献1には、可視光を露光光線とし、投影レンズを介してレチクル上のパターンを円柱状の被露光物の外表面上に投影して該パターンの光像を形成し、該被露光物の外表面上に塗布したレジストを感光させてパターンを形成する、投影露光方法および装置が開示されている。



また、非特許文献2には、円柱の表面または円筒の表面に可視光を露光走査してパターンを形成する方法および装置が開示されている。



非特許文献2に開示された方法および装置においては、露光光線束を円柱状または円筒状の被露光物に当て、該被露光物に円柱軸または円筒軸方向の直線運動、および/または、円柱軸または円筒軸のまわりの回転運動をさせることにより露光光線束を被露光物に対して相対的に走査して露光を行っている。



さらに、非特許文献3には、X線近接露光によって、円柱の表面にレジストパターンを形成する方法が開示されている。



非特許文献3に開示されている露光方法および露光装置においては、円柱状の被露光物にラインアンドスペース状のパターンを持つX線用マスクを近接させ、該被露光物を円柱軸まわりに回転しながら、該回転に同期させて軸方向に動かし、螺旋状に露光を行っている。



上記に開示された円柱状や円筒状等の被露光物の外表面上にリソグラフィを施す方法および装置によれば、円柱状や円筒状等の被露光物の外表面上にレジストパターンを形成することができ、該レジストパターンをマスキング材として円柱状や円筒状等の被露光物の外表面をエッチングしたり、該レジストパターンを雌型としてめっきを施すことができる。



しかし、これらの従来の方法では、円筒、角筒等、周囲を囲まれた構造物の内面にリソグラフィを施すことができない。



このため、上記のように、円柱状や円筒状の被露光物の外表面上にレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスキング材として被露光物の外表面をエッチングしたり、該レジストパターンを雌型としてめっきを施すことによって、ねじ状部品やスプライン状の部品を製作しても、それに噛み合うナット状の部品やスプライン状の部品を製作できないので、折角製作できる円柱状や円筒状等の被露光物外表面の微細形状を十分に活用することができなかった。



すなわち、前記のリソグラフィで円柱状や円筒状の被露光物の外表面上に形成できるパターンと同等の高精細なパターンを筒状や穴状の内面を持つ被露光物の内面に形成する方法は開示されていない。



筒状や穴状の内面を持つ被露光物の内面に加工を施す従来技術としては、図29に示すように、レーザビーム61を集光レンズ62で絞って反射ミラー63で向きを変え、小径円筒状の軸受スリーブ64の内面に当て、円筒の内面を選択的に溶融蒸発させる方法が特許文献2に開示されている。



そして、この方法によれば、軸受スリーブ64の内面に幅30~50μmの溝を形成できることが開示されている。



また、特許文献3には、回転可能なプローブにより中空体の内面にレーザスポットを生じさせ、搬送・保護ガス中に含有される合金粉を溶融させて合金化するレーザ加工法が開示されている。



しかし、このようにレーザビームの熱エネルギによって被露光物の内面を直接加工する方法では、被露光物から溶融蒸散した材料が被露光物の内面に再付着し、被露光物の内径が小さい場合には、特に溶融蒸散した蒸気の排気が十分になされないため、溶融部より温度の低い周辺の未照射部への再付着が顕著となる。また、加工形状が滑らかでなく、加工部に凹凸ができるほか、加工部の縁がぎざぎざになったり、加工部の縁に盛り上がりができたりする。



このため、特許文献3に比して高精度と考えられる特許文献2の場合でも、切削加工と比較すれば高精細であるものの、加工部である溝以外の部分に付着物が付いたり、突起があったりすることは軸受の性質上禁物であることから、溝加工ができてもそのままでは製品とすることは困難である。特許文献2には、「5μm程度の軸受隙間領域でも特性が劣化しない静圧軸受スピンドルが実現された。」と記載されているが、現在はさらに軸受隙間の小さい軸受が要求されており、開示された技術では必要な精細度が不足している。



また、被加工物を溶融できるほど大出力のレーザでは、ビーム径をあまり小さくできないため、リソグラフィほど高精細な加工はできない。本発明は、上記問題点に鑑みて鋭意検討の結果なされたものである。
【特許文献1】
特願2004-171896号公報
【特許文献2】
特開平6-315784号公報
【特許文献3】
特開平11-320136号公報
【非特許文献1】
第65回応用物理学会学術講演会講演予稿集、p.618、2004年9月
【非特許文献2】
2002年度精密工学会春季大会講演予稿集、p.564、2002年3月
【非特許文献3】
Digest of Papers, Mcroprcesses and Nanotechnology 2003, pp.156-157、2003年10月

産業上の利用分野


本発明は、円筒、角筒等の内面を所定のパターン形状に露光するための露光装置および露光方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
露光光源を含む、露光光線を供給する露光光線供給手段と、
非感光光源を含む、前記露光光線の照射スポットを検知するための非感光光線を供給する非感光光線供給手段と、
前記露光光線を導光する光ファイバーが配索され、かつ被露光物に対して前記露光光線が入射される側と同じ側または反対側から該被露光物の軸方向に入射される前記非感光光線を前記被露光物の内面方向に導光するための少なくとも1個の反射素子が配置されたガイドロッドを含む導光手段と、
前記ガイドロッドと前記被露光物の相対位置および/または相対角度を変えるように該被露光物および/またはガイドロッドを移動させる移動手段と、を有し、
前記非感光光線を前記被露光物の極微細な筒状もしくは穴状の空洞をなす内面に付着された感光性物質に照射し、前記露光光線の照射スポットの焦点合わせおよび/または露光開始位置合わせをした後に、前記露光光線を前記被露光物の所定の位置に照射し、該被露光物の内面に付着された感光性物質を所定のパターンに感光せしめることを特徴とする内面露光装置。

【請求項2】
露光光源を含む、露光光線を供給する露光光線供給手段と、
非感光光源を含む、前記露光光線の照射スポットを検知するための非感光光線を供給する非感光光線供給手段と、
前記露光光線を被露光物の内面に直交する方向に反射する反射素子と、該被露光物に対して前記露光光線が入射される側と同じ側または反対側から該被露光物の軸方向に入射される前記非感光光線を前記被露光物の内面方向に導光するための少なくとも1個の反射素子が配置されたガイドロッドを含む導光手段と、
前記ガイドロッドと前記被露光物の相対位置および/または相対角度を変えるように前記被露光物および/またはガイドロッドを移動させる移動手段と、を有し、
前記非感光光線を前記被露光物の極微細な筒状もしくは穴状の空洞をなす内面に付着された感光性物質に照射し、前記露光光線の照射スポットの焦点合わせおよび/または露光開始位置合わせをした後に、前記露光光線を前記被露光物の所定の位置に照射し、該被露光物の内面に付着された感光性物質を所定のパターンに感光せしめることを特徴とする内面露光装置。

【請求項3】
露光光源を含む、露光光線を供給する露光光線供給手段と、
非感光光源を含む、前記露光光線の照射スポットを検知するための非感光光線を供給する非感光光線供給手段と、
前記露光光線と前記非感光光線とを合成する合成手段と、
前記露光光線と前記非感光光線との合成光線を前記被露光物の内面に直交する方向に反射する反射素子が設けられたガイドロッドを含む導光手段と、
前記ガイドロッドと前記被露光物の相対位置および/または相対角度を変えるように前記被露光物および/またはガイドロッドを移動させる移動手段と、を有し、
前記露光光線と前記非感光光線が、前記合成手段で合成された後に、前記ガイドロッドの内部を軸方向に進行し、前記ガイドロッドに設けられた前記反射素子により、前記被露光物の内面に直交する方向に反射されるようになし、
前記非感光光線を前記被露光物の極微細な筒状もしくは穴状の空洞をなす内面に付着された感光性物質に照射し、前記露光光線の照射スポットの焦点合わせおよび/または露光開始位置合わせをした後に、前記露光光線を前記被露光物の所定の位置に照射し、該被露光物の内面に付着された感光性物質を所定のパターンに感光せしめることを特徴とする内面露光装置。

【請求項4】
露光光源を含む、露光光線を供給する露光光線供給手段と、
非感光光源を含む、前記露光光線の照射スポットを検知するための非感光光線を供給する非感光光線供給手段と、
極微細な筒状もしくは穴状の空洞をなす被露光物の内部空間内に、前記露光光線が入射される側の反対側から挿入され、前記露光光線を前記被露光物の内面に直交する方向に反射する反射素子と、被露光物に対して前記露光光線と同じ側または反対側から該被露光物の軸方向に入射される前記非感光光線を前記被露光物の内面方向に導光するための少なくとも1個の反射素子が先端部配置されたガイドロッドを含む導光手段と、
前記ガイドロッドと前記被露光物の相対位置および/または相対角度を変えるように前記被露光物および/またはガイドロッドを移動させる移動手段と、を有し、
前記非感光光線を前記被露光物の極微細な筒状もしくは穴状の空洞をなす内面に付着された感光性物質に照射し、前記露光光線の照射スポットの焦点合わせおよび/または露光開始位置合わせをした後に、前記露光光線を前記被露光物の所定の位置に照射し、該被露光物の内面に付着された感光性物質を所定のパターンに感光せしめることを特徴とする内面露光装置。

【請求項5】
露光光源を含む、露光光線を供給する露光光線供給手段と、
非感光光源を含む、前記露光光線の照射スポットを検知するための非感光光線を供給する非感光光線供給手段と、
前記露光光線と前記非感光光線を合成する合成手段と、
筒状もしくは穴状の空洞をなす被露光物の内部空間内に、前記露光光線が入射される側の反対側から挿入され、前記露光光線と前記非感光光線との合成光線を前記被露光物の内面に直交する方向に反射する反射素子が先端部に設けられたガイドロッドを含む導光手段と、
前記ガイドロッドと前記被露光物の相対位置および/または相対角度を変えるように前記被露光物および/またはガイドロッドを移動させる移動手段と、を有し、
前記露光光線と前記非感光光線が、前記合成手段で合成された後に、前記被露光物の内部空間内を軸方向に進行し、前記ガイドロッドの先端部に設けられた前記反射素子により、前記被露光物の内面に直交する方向に反射されるようになし、前記非感光光線を前記被露光物の極微細な筒状もしくは穴状の空洞をなす内面に付着された感光性物質に照射し、前記露光光線の照射スポットの焦点合わせおよび/または露光開始位置合わせをした後に、該露光光線を該被露光物の所定の位置に照射し、該被露光物の内面に付した感光性物質を所定のパターンに感光せしめることを特徴とする内面露光装置。

【請求項6】
前記露光光線が、レーザ光であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1に記載の内面露光装置。

【請求項7】
露光光源を含む、露光光線を供給する露光光線供給手段と、
非感光光源を含む、露光光線の照射スポットを検知するための非感光光線を供給する非感光光線供給手段と、
前記露光光源となる発光ダイオードが装着され、かつ該発光ダイオードに電力を供給するリード線が配索されたガイドロッドを含む導光手段と、
前記ガイドロッドと被露光物の相対位置および/または相対角度を変えるように前記被露光物および/またはガイドロッドを移動させる移動手段と、を有し、
前記非感光光線を前記被露光物の極微細な筒状もしくは穴状の空洞をなす被露光物の内面に付着された感光性物質に照射し、前記露光光線の照射スポットの焦点合わせおよび/または露光開始位置合わせした後に、前記露光光線を前記被露光物の所定の位置に照射し、該被露光物の内面に付着された感光性物質を所定のパターンに感光せしめることを特徴とする内面露光装置。

【請求項8】
前記被露光物とガイドロッドの軸線が所定の傾斜角で配置されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれか1に記載の内面露光装置。

【請求項9】
前記ガイドロッドに沿って配索された光ファイバーの一端が前記被露光物の内面に直交するように曲げて配索され、他端が前記露光光源に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の内面露光装置。

【請求項10】
前記光ファイバーが、前記ガイドロッドに沿って配索され、かつ該光ファイバーの射出端部の前方所定の位置に前記露光光線を前記被露光物の内面に直交する方向に反射する反射素子を設けたことを特徴とする請求項1に記載の内面露光装置。

【請求項11】
前記ガイドロッドの先端に設けられた反射素子が、該ガイドロッドの先端を斜めに形成し、鏡面研磨して反射面となしたことを特徴とする請求項4または5に記載の内面露光装置。

【請求項12】
前記露光光源から前記被露光物の露光面までの露光光線経路の途中にピンホールを配置し、該ピンホール射出口の像点を前記被露光物の露光面またはその近傍に結像させる光学系を配置したことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1に記載の内面露光装置。

【請求項13】
前記被露光物の内部空間内かつガイドロッドの先端部で、前記露光光線が前記被露光物に向かって照射される該被露光物内面の直近部に、照射する露光光線の照射スポットの大きさを絞るためのピンホールまたはレンズを設けたことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1に記載の内面露光装置。

【請求項14】
前記光ファイバーの露光光線の射出端部かつ前記ロッドガイドの先端部に、照射する露光光線の照射スポットの大きさを絞るためのピンホールまたはレンズを設けたことを特徴とする請求項1に記載の内面露光装置。

【請求項15】
前記非感光光線が、前記露光光線とは異なる波長帯の光線であることを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1に記載の内面露光装置。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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