レジスト露光方法
【課題】簡易な手段によりネガレジストを用いて、斜面を有する高低差の大きな三次元微細形状を得ることのできるレジスト露光方法を提供することにある。
【解決手段】第１回目の露光工程においては、フォトマスク３８を透過した光を露光用マスク２９に垂直に照射して通常の露光を行う。第２回目の露光工程においては、回折格子３５を備えた露光用マスク２９を用い、回折格子３５の１次回折光で斜め方向からネガレジスト３２に露光し、現像することによって斜面を形成する。
【解決手段】第１回目の露光工程においては、フォトマスク３８を透過した光を露光用マスク２９に垂直に照射して通常の露光を行う。第２回目の露光工程においては、回折格子３５を備えた露光用マスク２９を用い、回折格子３５の１次回折光で斜め方向からネガレジスト３２に露光し、現像することによって斜面を形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はレジスト露光方法に関する。具体的には、ネガレジストを用いた露光プロセスにより微細三次元形状物を作製するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レジストに露光・現像することによって、レジストにより微細形状を形成する技術が知られている。
【０００３】
例えば、ポジレジストを用いる方法では、ポジレジストの露光特性を利用している。露光された部分が現像時に溶解するポジレジストでは、図１に示すように、露光量を増加していったとき、ある閾値を越えたところで残膜（潜像が形成されて現像後に露光部分が残ること）が形成され、さらに露光量が増加していくとレジスト残膜率は次第に減少していく。この残膜形成領域では、露光量の対数値とレジスト残膜率とが線形的に変化する領域（線形性領域）が存在している。よって、光透過率が連続的に変化したグレイスケールマスクを用いて線形性領域の露光量の光をポジレジストに照射すれば、ポジレジストによって高さ変化のある微細形状を形成することができる。
【０００４】
しかしながら、ポジレジストでは、露光光の吸収率が高いため、５０μｍを超える高低差のある形状を形成することはできない。
【０００５】
例外としてＬＩＧＡプロセスでは厚膜のポジレジストに露光して三次元微細形状を形成することが可能である（特許文献１）が、Ｘ線（シンクロトロン放射光）を使用しているために装置が高価であり、また一般的な利用には適さない。
【０００６】
ネガレジストを用いる方法では、図２（ａ）に示すように、例えばＳＵ−８などのネガレジスト１１を基材１２に付着させておき、グレイスケールマスク１３を透過させた強度分布のある光をネガレジスト１１に照射させて三次元微細形状を形成する方法が知られている。このような方法によれば、露光光の吸収を抑制してネガレジストによって３００μｍ程度までの高低差を有する三次元微細形状を形成できることが知られている。
【０００７】
しかし、この方法では、ネガレジスト１１に光を照射したとき、ネガレジスト１１のうち基材１２と接している界面の部分で露光量が最も小さくなる。ネガレジストの場合には露光部分が残膜となるので、これを現像した時にネガレジスト１１の界面が現像液に溶けて微細形状物１４が基材１２から乖離してしまい、その後の利用が不可能になる。
【０００８】
よって、従来の露光による微細形状の形成方法では、５０μｍを超える段差を有する微細形状を形成することができなかった。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−５０５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡易な手段によりネガレジストを用いて、斜面を有する高低差の大きな三次元微細形状を得ることのできるレジスト露光方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にかかるレジスト露光方法は、光学素子により照射光の方向を制御してネガレジストの所定の位置に所定の角度で光を露光することで、前記ネガレジストにより斜面を有するレジスト残膜を形成することを特徴としている。
【００１２】
本発明のレジスト露光方法によれば、基材上にネガレジストを形成し、ネガレジストの直前においた光学素子により、露光光の角度を部分的に変えて露光するので、ポジレジストでの透過率に起因する膜厚制限によらず、厚膜のネガレジストを用いて残膜形成を行うことができる。特に、通常のマスクアライナやステッパといった露光機を用いて５０μｍを超える厚みのレジスト残膜を形成することが可能になる。さらに、露光量制御により残膜形状の形成をしないため、露光時間制御がラフに行える。さらに、複数の斜め光を組み合わせることで、多様な形状を形成することも可能になる。
【００１３】
上記光学素子としてブレーズ型の回折格子を用いいることができる。光学素子としてブレーズ型の回折格子を用いれば、屈折型の素子による光の曲げ角より大きな角度で光の照射方向を曲げることができる。例えば、回折格子の１次から３次までの回折光を利用すれば、それぞれ最大で２０°、４０°、６０°の曲げ角度を実現できる。
【００１４】
また、前記ネガレジストの露光部分は、ネガレジストが形成されている基材との界面における露光量が最小露光量以上で最大露光量以下であり、前記基材との界面以外の露光領域は最小露光量以上となっていることが好ましい。かかる態様によれば、現像時にレジスト残膜が基材から剥離せず、溶剤などで剥離させる際には容易に剥離させることができる。また、レジスト残膜の露光部分を十分に硬化させることができる。
【００１５】
また、前記ネガレジストの露光部分は、ネガレジストが形成されている基材との界面における露光量が最小露光量以上最大露光量以下であり、型として用いる残膜表面は最小露光量以上で、型として用いない残膜表面の少なくとも一部が最小露光量以下であってもよい。かかる態様によれば、現像時にレジスト残膜が基材から剥離せず、溶剤などで剥離させる際には容易に剥離させることができる。また、レジスト残膜のうち型として用いる表面は最小露光量以上であるので、硬化して型として使用可能になる。これに対し、型として使用しない表面は、最小露光量以下で現像によって除去されても差し支えない。
【００１６】
前記ネガレジストに露光させるための光としては、レーザ光やＬＥＤ光などの干渉性の高い光源を用いることが望ましい。露光光として干渉性の高い光源を用いることによりシャープな回折光を発生させることができ、ネガレジストのパターン精度を高くすることができる。
【００１７】
前記光学素子は、被露光物である前記ネガレジストの近傍に配置してプロキシミティ露光方式とすることが望ましい。
【００１８】
また、前記光学素子は、遮光部を有するフォトマスクと一体に形成されていることが望ましい。この光学素子は、露光光を曲げてネガレジストに照射するため、ネガレジストの直前に設ける必要があり、プロキシミティ露光法やコンタクト露光法ではフォトマスクに光学素子を一体に形成することもできる。そして、光学素子をフォトマスクと一体に形成すれば、部品点数を減らすことができ、コストを安価にできる。
【００１９】
また、前記レジスト残膜は、前記ネガレジストが形成されていた基材との界面に反射防止層を有していてもよい。基材とネガレジストとの間に反射防止層を設けてあれば、基材表面における反射光がネガレジストを再露光してレジスト残膜の形状精度が低下するのを抑止できる。
【００２０】
また、前記レジスト残膜は、電鋳法により電鋳品を形成するための型として用いるのに適している。
【００２１】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態１による露光方法を説明する。図３は、本発明にかかるレジスト露光方法（マスクアライナ）に用いるプロキシミティ（近接）露光装置２１の概略図である。この露光装置２１は、光源２２、楕円集光鏡２３、第１平面鏡２４（コールドミラー）、インテグレータ２５、第２平面鏡２６（ハーフミラー）、コンデンサレンズ２７、モニター受光器２８、露光用マスク２９によって構成されている。ワークに対して露光を行う場合には、露光用マスク２９に対して数十μｍ〜数百μｍの間隙をあけて露光用マスク２９の直下にワーク３０を配置する。
【００２４】
この露光装置２１を用いてワーク３０に露光を行う場合には、露光用マスク２９の下にワークを設置した後、光源２２を点灯する。光源２２から放射された光Ｌは、楕円集光鏡２３によって集光光に変換され、第１平面鏡２４に向けて出射される。第１平面鏡２４で鏡面反射された光Ｌは、インテグレータ２５で均質化された後、第２平面鏡２６に入射する。第２平面鏡２６で反射した光Ｌは、コンデンサレンズ２７により平行光化され、露光用マスク２９を透過してワーク３０の表面に照射される。また、第２平面鏡２６に入射した光の一部は第２平面鏡２６を透過してモニター受光器２８で受光される。モニター受光器２８は、ワーク３０の露光量を監視し、露光時間を調整している。
【００２５】
図４は上記露光方法に用いる露光用マスク２９とワーク３０の構造を示す概略断面図である。ワーク３０は、基材３１の表面に均一な厚みにネガレジスト３２を形成したものである。露光用マスク２９は、所望パターンの遮光部３３を下面に形成されたフォトマスク３４と、回折格子３５を形成された回折光学素子３６とからなる。露光用マスク２９の遮光部３３とワーク３０表面とは、微小距離Δ（数十μｍ〜数百μｍ）を隔てて平行に保たれている。
【００２６】
基材３１は、シート状の材料として入手容易なものであればよい。例えば、金属製の基材３１としては、ＳＵＳ系またはＣｕ系のものを用いることができる。また、樹脂製の基材３１であれば、耐薬品性の高いＬＣＰ、ＰＩ、ＰＰＳ、ＰＥＴといったフレキシブル基板などに用いられている基板材料を用いることができる。また、半導体プロセスで用いられるガラスやシリコン系の半導体なども使用できる。
【００２７】
ネガレジスト３２としては、ネガ型感光性ドライフィルム・フォトレジストを用いるのが好ましい。ドライフィルム・フォトレジストはフィルム状のフォトレジストであって、複数枚重ねることで容易に厚膜を得ることができる。ドライフィルム・フォトレジストは一枚であれば５０μｍ厚であるが、重ねることによって２００μｍ厚のネガレジスト３２を得ることができる。特に、電鋳用厚膜を形成可能なドライフィルム・フォトレジストとしては、例えばデュポンＭＲＣドライフィルム株式会社製のリストン（商標名）ＦＲＡ５１７がある。
【００２８】
露光用マスク２９は回折格子３５を備えており、回折格子３５を用いるためには、露光用の光は、単波長で位相の揃ったコヒーレンシイの高い光であることが必要となる。露光装置２１では、主に光源２２に高圧水銀灯を用い、ｉ線、ｇ線、ｈ線といった複数の波長の光を発生させている。ネガレジストは、一般にｉ線での効率が最大となるように設計されており、ｉ線の波長３６５ｎｍで最も露光効率が高くなっている。そこで、この露光装置２１では、光源２２として高圧水銀灯を用いる場合には、図３に示すように、例えば第１平面鏡２４とインテグレータ２５との間に透過波長が３６５ｎｍのバンドパスフィルタ３７を挿入し、露光用の光を単波長に近づけてｉ線のみを利用できるようにする。露光用の光をさらに単波長化したい場合には、光源２２としてエキシマレーザーなどのレーザー光源やＬＥＤ光源を用いても実現できる。
【００２９】
位相の揃った光といえばレーザー光であるが、上記光源を位相の揃っている程度（コヒーレンシイ）の高い順に並べると、エキシマレーザーなどのレーザー光源、ＬＥＤ光源、高圧水銀灯の順となる。２次、３次の高次の回折はエキシマレーザーなどのレーザー光源で発生させることができるが、１次の回折光は高圧水銀灯でも十分に発生できる。
【００３０】
また、回折格子３５による光の曲げ角（回折角）を制御するには、回折格子３５への入射光が平行光であることが必要である。プロキシミティ露光機では光源２２に比べて露光用マスク２９とワーク３０の間の距離が十分に小さくなるように設計されており、また互いに平行に保たれている。投影露光機である露光装置２１は、回折格子を備えた露光用マスク２９とワーク３０に対して平行光を垂直に投射できるようになっており、そのため光学系としてテレセントリック光学系が用いられている。
【００３１】
ネガレジストの適正露光範囲には、下限値（最小露光量）と上限値（最大露光量）とが定められている（製品によって、その値は異なる。）。ネガレジストの露光していない領域では、ネガレジストが硬化せず、現像工程において現像液に溶解する。また、露光していても露光量が最小露光量より小さい場合には、ネガレジストの重合反応が不足して十分に硬化せず、現像後に形状不良となったり、あるいは基材との密着強度が不足してネガレジストが基材から剥離したりする。露光量が最小値以上最大値以下の適正露光範囲では、ネガレジストが硬化反応し、現像後も基材の表面に所望の形状を保って残る。露光量が最大露光量よりも大きな領域でも、ネガレジストは硬化反応し、現像後も基材の表面に形状を保って残る。しかし、ネガレジストで作製した形状物を原盤として使用し、例えばその上に電鋳法などで金属材料を析出させてネガレジストの形状を金属材料に転写させる場合には、金属材料析出後にネガレジストを溶剤で溶解させて基板や金属材料から剥離させる必要がある。しかし、露光工程において最大露光量よりも露光量の大きな光を照射された領域では、ネガレジストの重合反応が促進されて強度が増しているため、剥離処理を行う際にネガレジストを基材から剥離させるのが困難になる。よって、ネガレジストに露光して硬化させようとする領域では、原則として露光量が最小露光量以上最大露光量以下となるようにしなければならない。但し、ネガレジストを電鋳用の型として用いる場合には、形成される電鋳物に接する面以外は剥離時に残膜として残っていても、電鋳物を分離する妨げにならないので、差し支えない。また、ネガレジストの残膜となる部分が基材と接している面も最小露光量以上（最大露光量以下）となっている必要がある。
【００３２】
この最大露光量は、一般に最小露光量の約２倍となっている。例えばドライフィルムとしてリストンＦＲＡ５１７を元に計算すると、膜厚２００μｍ時の適正露光範囲は９６〜１９２ｍＪ／ｃｍ２であり、一般的にネガレジストは適正露光量中央値に対して適正露光量範囲が±３０％程度に設定されているものが多い。よって、以下においては、ネガレジストの適正露光量中央値を１００Ｕで表し、最小露光量を７０Ｕ、最大露光量を１３０Ｕで表すことにし、最適露光量を７０Ｕ〜１３０Ｕとする。なお、”Ｕ”は便宜上用いた露光量の単位である。
【００３３】
以下、上記のようなプロキシミティ露光装置２１を用いてネガレジスト３２に傾斜角（垂直面を基準に測った角度）が２０°の斜面を有する三次元形状物を作製する実施形態を図５により説明する。
【００３４】
図５（ａ）は第１回目の露光工程を表している。この工程では、基材３１上に設けられたドライフィルム・フォトレジストからなるネガレジスト３２にフォトマスク３８のみを用いて通常の露光を行う。このとき照射領域では露光量が１００Ｕ（適正露光量中央値）となるように露光光を投射している。
【００３５】
図５（ｂ）は第２回目の露光工程を表している。この工程では、フォトマスク３４と回折光学素子３６とからなる露光用マスク２９を用いて露光している。回折光学素子３６に設けられたブレーズ型の回折格子３５は、フォトマスク３４の透孔窓３３ａに対向しており、回折効率が６０％となっている。すなわち、回折格子３５は、入射光量の４０％の０次光と６０％の１次回折光を発生させるものである。１次回折光の回折角は２０°となっている。そして、図５（ｂ）に示すように、第１回目の露光工程で露光した領域の縁に回折格子３５の１次回折光が斜めに照射されるように露光用マスク２９の位置とネガレジスト３２との距離を決め、全光量が２００Ｕ（適正露光量中央値の２倍）となるように露光している。
【００３６】
よって、０次光の光量は２００Ｕ×４０％＝８０Ｕ、１次回折光の光量は２００Ｕ×６０％＝１２０Ｕである。そして、ネガレジスト３２の各領域Ａ１〜Ａ６の、第１回目と第２回目の露光量の合計は、図６に示すようになる。なお、領域Ａ３の露光量は、１００Ｕ＋１２０Ｕ＝２２０Ｕである。領域Ａ２の底面Ｓa１における露光量は、１２０Ｕ×cos２０°＝１１２.８Ｕである。
【００３７】
図５（ｃ）は現像後のネガレジスト３２を表している。ネガレジスト３２は、最小露光量以上の露光光が照射された照射領域が重合反応し、重合反応した部分は現像時のエッチング耐性が増すため、現像処理をするとその照射領域のみが残膜として残る。よって、露光量が７０Ｕよりも少ない露光領域（Ａ５）と非露光領域は現像によって基材３１から剥離するので、現像後の硬化したネガレジスト３２により、図５（ｃ）に示すような斜面を有する三次元形状物が得られる。特に、一方の側面が傾斜角２０°の斜面となった凹部３９が得られる。
【００３８】
ついで、図７（ａ）に示すように、電鋳法によって凹部３９内にＮｉ等の金属材料を析出させて断面テーパー状の電鋳物４０を得る。電鋳物４０が得られたら、適当な溶剤によりネガレジスト３２を溶解させる。露光量が１３０Ｕを超えている領域Ａ３のネガレジスト３２は剥離しにくいので、図７（ｂ）に示すように基材３１に残るが、電鋳物４０の周囲のネガレジスト３２は剥離除去されるので、電鋳物４０は基材３１から分離される。
【００３９】
なお、凹部３９や電鋳物４０は直線状のものに限らず、長さ方向に沿って湾曲または屈曲したものであってもよい。
【００４０】
上記ブレーズ型の回折格子３５は、以下のようにして計算し設計できる。断面がステップ状をしたブレーズ型の１次回折に最適化した回折格子は次の式で設計できる。
Ｌ＝〔（ｐ−１）／ｐ〕・〔λ／（ｎ−１）〕
ここで、Ｌ：回折格子深さ
ｐ：レベル数（マルチレベル素子の場合）
λ：入射光の波長
ｎ：回折格子の屈折率
【００４１】
また、１次回折に最適化した無段階の（すなわち、滑らかな形状の）回折格子は次の式で設計できる。
Ｌ＝λ／（ｎ−１）
Λ（sinα±sinβ）＝ｍλ
ここで、Ｌ：回折格子深さ
λ：入射光の波長
ｎ：回折格子の屈折率
Λ：回折格子の周期
α：入射角度
β：出射角度
ｍ：回折次数（ｍ＝０、±１、±２、...）
【００４２】
したがって、回折角θ（＝β−α）と規格化周期Λ／λとの関係は図８で表される。また、規格化周期Λ／λと１次光の回折効率との関係は、図９で表される。図８、図９によれば、回折角θは回折格子の周期Λで制御し、回折効率は回折格子の深さＬで制御できることが分かる。
【００４３】
たとえば、回折効率が５０％を超える規格化周期が３の場合で、１次回折光の回折角は２０°が得られることが分かる。このとき、回折に寄与しなかった光は主に０次光として透過する。回折格子の材質をポリカーボネイトとし、２０°の回折角を得るには、回折格子の周期Λは約３μｍ、深さＬは約０.８μｍの鋸波状の形状となり、１次回折光の回折量は最大で約６０％となり、そのときの０次光透過量は約４０％となる。
【００４４】
回折次数ｍと最大回折角(規格化周期＝３)、回折格子の深さＬと周期Λを表１に示す。
【表１】
３次の回折光を利用した場合でも回折格子の形状のアスペクト比は１程度であり、以下の方法で容易に作成できる。
【００４５】
このブレーズ型の回折格子形状は、フォトマスクを複数枚使用した多段露光や電子線描画などによりフォトレジストを露光して形成するか、ダイヤモンドバイトを用いてＣｕなどに加工することで作製できる。このようにして作成したマスタ形状を、フォトレジストの場合は直接ガラス板上に作製し、そのままドライエッチングによりガラスに転写するか、マスタ形状を電鋳法により転写し、金属スタンパを作製し、ナノインプリント技術により樹脂やガラスに形状を転写することで容易に作成できる。
【００４６】
また、回折量の制御は回折格子の深さ制御以外にも、回折格子の配置の密度によっても制御できる。
【００４７】
（第２の実施形態）
実施形態１の図５〜図７の方法では露光工程を２回必要としたが、フォトマスク３４としてＨＥＢＳマスクやハーフトーンクロムマスクといったグレイスケールマスクを用いることで一回の露光工程で行うことができる。
【００４８】
図１０は露光用マスク２９のフォトマスク３４としてグレイスケールマスクを用いた実施例を表している。すなわち、このフォトマスク３４では、図５（ｂ）に示した構造の露光用マスク２９を基本とし、図５（ａ）のフォトマスク３８で光透過領域となっていた部分を透過率５０％の半透過領域３３ｂとしている。
【００４９】
図１０のようなグレイスケールマスクの露光用マスク２９を用いて２００Ｕの露光光を照射すれば、ネガレジスト３２の各領域の露光量は図１０に示すようになる。これは図６に示した露光量と同じであるから、図１０のような露光用マスク２９を用いれば１回の露光によって実施形態１の２回の露光工程を実現することができる
【００５０】
（第３の実施形態）
図１１及び図１２は断面逆テーパー状の電鋳物を作製する工程を示す。図１１（ａ）に示すように、第１回目の露光工程において、通常のフォトマスク３８を用いて適正露光量中央値１００Ｕの露光光をネガレジスト３２に照射した後、第２回目の露光工程を行う。
【００５１】
第２回目の露光工程では、フォトマスク３４の透孔窓３３ａに対向して設けられたブレーズ型の回折格子３５により０次光と１次回折光を照射する。この回折格子３５も、入射光量の４０％の０次光と６０％の１次回折光を発生させるものであり、１次回折光の回折角は２０°となっている。そして、図１１（ｂ）に示すように、第１回目の露光工程で露光した領域と重ならないように０次光と１次回折光をネガレジスト３２に照射する。このときの全露光量は２００Ｕ（適正露光量中央値の２倍）となっている。
【００５２】
なお、一般にネガレジストの屈折率は１.４から１.５程度であり、屈折率１.４５とし入射角が２０°の場合、レジスト界面で１３.６°に変化するが、以下説明を簡略化するため、レジスト界面での屈折による影響を省略する。
【００５３】
０次光の光量は２００Ｕ×４０％＝８０Ｕ、１次回折光の光量は２００Ｕ×６０％＝１２０Ｕである。よって、ネガレジスト３２の各領域Ｂ１〜Ｂ５の、第１回目と第２回目の露光量の合計は、図１１（ｂ）に示すようになる。なお、領域Ｂ２の底面Ｓb１における露光量は、１２０Ｕ×cos２０°＝１１２.８Ｕである。
【００５４】
図１１（ｃ）は現像後のネガレジスト３２を表している。現像処理後には、非露光領域だけが基材３１から剥離するので、現像後の硬化したネガレジスト３２により、図１１（ｃ）に示すような斜面を有する三次元形状物が得られる。特に、一方の側面が傾斜角２０°の斜面となった逆テーパー状の凹部３９が得られる。
【００５５】
ついで、図７（ａ）に示すように、電鋳法によって凹部３９内にＮｉ等の金属材料を析出させて断面逆テーパー状の電鋳物４０を得る。電鋳物４０が得られたら、適当な溶剤によりネガレジスト３２を溶解させると、図７（ｂ）に示すように基材３１上には電鋳物４０だけが残る。
【００５６】
なお、この実施形態においても、グレイスケールマスクを用いれば、１回の露光工程で済ませることができる。
【００５７】
（第４の実施形態）
図１３〜図１５は断面５角形状の電鋳物を作製する工程を示す。図１３（ａ）に示すように、第１回目の露光工程において、通常のフォトマスク３８を用いて適正露光量中央値１００Ｕの露光光をネガレジスト３２に照射した後、第２回目の露光工程を行う。
【００５８】
図１３（ｂ）は第２回目の露光工程を表している。ブレーズ型の回折格子３５は、フォトマスク３４の透孔窓３３ａに対向して複数設けられている。いずれの回折格子３５も、入射光量の４０％の０次光と６０％の１次回折光を発生させるものであって、１次回折光の回折角は２０°となっている。隣接する回折格子３５どうしは垂直面に関して面対称な形状を有している。そして、図１３（ｂ）に示すように、第１回目の露光工程による照射領域の縁で回折格子３５による１次回折光どうしが交差するように露光用マスク２９の位置とネガレジスト３２との距離を決め、全光量が２００Ｕ（適正露光量中央値の２倍）となるように露光している。
【００５９】
よって、ネガレジスト３２の各領域Ｃ１〜Ｃ９の、第１回目と第２回目の露光量の合計は、図１４に示すようになる。なお、領域Ｃ２の露光量は１００Ｕ＋８０Ｕ＝１８０Ｕ、領域Ｃ４の露光量は１００Ｕ＋１２０Ｕ＝２２０Ｕ、領域Ｃ５の露光量は１００Ｕ＋１２０Ｕ＋１２０Ｕ＝３４０Ｕ、領域Ｃ６の露光量は１２０Ｕ＋１２０Ｕ＝２４０Ｕである。
【００６０】
図１３（ｃ）は現像後のネガレジスト３２を表している。非露光領域は現像によって基材３１から剥離するので、現像後の硬化したネガレジスト３２により、図１３（ｃ）に示すようなＶ状に屈曲した側面を有する三次元形状物が得られる。
【００６１】
ついで、図１５（ａ）に示すように、電鋳法によって凹部３９内にＮｉ等の金属材料を析出させて断面五角形状の電鋳物４０を得る。電鋳物４０が得られたら、適当な溶剤によりネガレジスト３２を溶解させる。露光量が１３０Ｕを超えている領域Ｃ２、Ｃ４〜Ｃ６のネガレジスト３２は剥離せず、図１５（ｂ）に示すように基材３１に残るが、電鋳物４０の周囲のネガレジスト３２は剥離除去されるので、電鋳物４０は基材３１から分離される。
【００６２】
（その他の実施形態１）
図１６は別な実施形態であって、矩形状断面の一つのコーナー部を斜めに面取りした形状の凹部を形成することができる。また、図１７は矩形状断面の二つのコーナー部を斜めに面取りした形状の凹部を形成することができる。いずれも製造工程はこれまでの実施形態と同じであるので、詳細は省略する。
【００６３】
（その他の実施形態２）
図１８はワーク３０の異なる形態を示す。図１８のワーク３０では、基材３１の上面に反射防止膜５１を形成し、その上にネガレジスト３２を設けている。あるいは、反射防止膜５１を設ける代わりに、基材３１の上面を粗化処理して光を拡散反射させるようにしてもよい。
【００６４】
基材３１の上に直接ネガレジスト３２を形成していると、基材３１で反射された光によってネガレジスト３２が下面側からも再露光され、異常露光によってネガレジスト３２の三次元形状物の形状精度が低下する恐れがある。基材３１の上に反射防止膜５１を設けたり、粗化処理したりして反射防止処理してあれば、このような異常露光を抑止することができる。このような実施形態は、基材３１が表面平滑な金属基板である場合に特に有効である。
【００６５】
また、ネガレジスト３２の適正露光範囲における最小露光量は、ネガレジスト３２が硬化反応を開始する露光量であるから、基材３１に反射防止処理しても変化がない。しかし、最大露光量は基材３１表面での反射光も考慮して定められているので、この反射光をカットできれば、最大露光量の値を大きくすることができる。すなわち、最適露光範囲が広がるので、露光用マスク２９の設計自由度が高くなる。
【００６６】
（その他の実施形態３）
図１９は、露光用マスク２９の別な実施形態を示す。図４に示した露光用マスク２９では、遮光部３３を備えたフォトマスク３４の下面に、回折格子３５を備えた回折光学素子３６を貼り合わせてあったが、図１９の露光用マスク２９では、フォトマスク３４の上面に遮光部３３を設けるとともに、下面に回折格子３５を形成している。かかる実施形態によれば、フォトマスク３４と回折格子３５を一体化できるので、部品点数を減らしてコストを安価にできる。
【００６７】
また、上記各実施形態では、１次回折光を用いたが、２次回折光や３次回折光を用いるようにしてもよい。特に、回折角が４０°以下の２次回折光や、回折角が６０°以下の３次回折光を用いるとよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は、ポジレジストの露光量と残膜率との関係を表した図である。
【図２】図２（ａ）は、ネガレジストを用いてレジストの微細三次元形状物を得る方法を説明する図、図２（ｂ）は、そのときの不具合を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態１によるレジスト露光方法に用いるプロキシミティ（近接）露光装置の概略図である。
【図４】図４は、上記露光装置に用いる露光用マスクとワークの構造を示す概略断面図である。
【図５】図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施形態１のプロキシミティ露光装置を用いてネガレジストにより傾斜角が２０°の斜面を有する三次元形状物を作製する工程を説明する図である。
【図６】図６は、第１回目及び第２回目の露光工程により露光されたネガレジストの各領域の合計露光量を説明する図である。
【図７】図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図５の工程により得られたネガレジストの三次元形状物を用いて電鋳法で電鋳品を作製する工程を説明する図である。
【図８】図８は、回折格子の回折角θと規格化周期Λ／λとの関係を表した図である。
【図９】図９は、規格化周期Λ／λと１次光の回折効率との関係を表した図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態２による露光方法を説明する図である。
【図１１】図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の実施形態３による露光方法を説明する図である。
【図１２】図１２（ａ）（ｂ）は、本発明の実施形態４により作製されたネガレジストの三次元形状物を用いて電鋳物を作製する工程を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施形態５による露光方法でネガレジストを加工する工程を示す図である。
【図１４】図１４は、第１回目及び第２回目の露光工程により露光されたネガレジストの各領域の合計露光量を説明する図である。
【図１５】図１５（ａ）（ｂ）は、図１３の工程により得られたネガレジストの三次元形状物を用いて電鋳法で電鋳品を作製する工程を説明する図である。
【図１６】図１６（ａ）（ｂ）は、本発明のさらに別な実施形態によるネガレジストの加工方法を示す図である。
【図１７】図１７（ａ）（ｂ）は、本発明のさらに別な実施形態によるネガレジストの加工方法を示す図である。
【図１８】図１８は、ワークの異なる形態を示す概略断面図である。
【図１９】図１９は、露光用マスクの別な形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
２１ 露光装置
２２ 光源
２９ 露光用マスク
３０ ワーク
３１ 基材
３２ ネガレジスト
３３ 遮光部
３３ａ 透孔窓
３４ フォトマスク
３５ 回折格子
３６ 回折光学素子
３７ バンドパスフィルタ
３８ フォトマスク
３９ 凹部
４０ 電鋳物
５１ 反射防止膜
【技術分野】
【０００１】
本発明はレジスト露光方法に関する。具体的には、ネガレジストを用いた露光プロセスにより微細三次元形状物を作製するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レジストに露光・現像することによって、レジストにより微細形状を形成する技術が知られている。
【０００３】
例えば、ポジレジストを用いる方法では、ポジレジストの露光特性を利用している。露光された部分が現像時に溶解するポジレジストでは、図１に示すように、露光量を増加していったとき、ある閾値を越えたところで残膜（潜像が形成されて現像後に露光部分が残ること）が形成され、さらに露光量が増加していくとレジスト残膜率は次第に減少していく。この残膜形成領域では、露光量の対数値とレジスト残膜率とが線形的に変化する領域（線形性領域）が存在している。よって、光透過率が連続的に変化したグレイスケールマスクを用いて線形性領域の露光量の光をポジレジストに照射すれば、ポジレジストによって高さ変化のある微細形状を形成することができる。
【０００４】
しかしながら、ポジレジストでは、露光光の吸収率が高いため、５０μｍを超える高低差のある形状を形成することはできない。
【０００５】
例外としてＬＩＧＡプロセスでは厚膜のポジレジストに露光して三次元微細形状を形成することが可能である（特許文献１）が、Ｘ線（シンクロトロン放射光）を使用しているために装置が高価であり、また一般的な利用には適さない。
【０００６】
ネガレジストを用いる方法では、図２（ａ）に示すように、例えばＳＵ−８などのネガレジスト１１を基材１２に付着させておき、グレイスケールマスク１３を透過させた強度分布のある光をネガレジスト１１に照射させて三次元微細形状を形成する方法が知られている。このような方法によれば、露光光の吸収を抑制してネガレジストによって３００μｍ程度までの高低差を有する三次元微細形状を形成できることが知られている。
【０００７】
しかし、この方法では、ネガレジスト１１に光を照射したとき、ネガレジスト１１のうち基材１２と接している界面の部分で露光量が最も小さくなる。ネガレジストの場合には露光部分が残膜となるので、これを現像した時にネガレジスト１１の界面が現像液に溶けて微細形状物１４が基材１２から乖離してしまい、その後の利用が不可能になる。
【０００８】
よって、従来の露光による微細形状の形成方法では、５０μｍを超える段差を有する微細形状を形成することができなかった。
【０００９】
【特許文献１】特開平１０−５０５７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、簡易な手段によりネガレジストを用いて、斜面を有する高低差の大きな三次元微細形状を得ることのできるレジスト露光方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明にかかるレジスト露光方法は、光学素子により照射光の方向を制御してネガレジストの所定の位置に所定の角度で光を露光することで、前記ネガレジストにより斜面を有するレジスト残膜を形成することを特徴としている。
【００１２】
本発明のレジスト露光方法によれば、基材上にネガレジストを形成し、ネガレジストの直前においた光学素子により、露光光の角度を部分的に変えて露光するので、ポジレジストでの透過率に起因する膜厚制限によらず、厚膜のネガレジストを用いて残膜形成を行うことができる。特に、通常のマスクアライナやステッパといった露光機を用いて５０μｍを超える厚みのレジスト残膜を形成することが可能になる。さらに、露光量制御により残膜形状の形成をしないため、露光時間制御がラフに行える。さらに、複数の斜め光を組み合わせることで、多様な形状を形成することも可能になる。
【００１３】
上記光学素子としてブレーズ型の回折格子を用いいることができる。光学素子としてブレーズ型の回折格子を用いれば、屈折型の素子による光の曲げ角より大きな角度で光の照射方向を曲げることができる。例えば、回折格子の１次から３次までの回折光を利用すれば、それぞれ最大で２０°、４０°、６０°の曲げ角度を実現できる。
【００１４】
また、前記ネガレジストの露光部分は、ネガレジストが形成されている基材との界面における露光量が最小露光量以上で最大露光量以下であり、前記基材との界面以外の露光領域は最小露光量以上となっていることが好ましい。かかる態様によれば、現像時にレジスト残膜が基材から剥離せず、溶剤などで剥離させる際には容易に剥離させることができる。また、レジスト残膜の露光部分を十分に硬化させることができる。
【００１５】
また、前記ネガレジストの露光部分は、ネガレジストが形成されている基材との界面における露光量が最小露光量以上最大露光量以下であり、型として用いる残膜表面は最小露光量以上で、型として用いない残膜表面の少なくとも一部が最小露光量以下であってもよい。かかる態様によれば、現像時にレジスト残膜が基材から剥離せず、溶剤などで剥離させる際には容易に剥離させることができる。また、レジスト残膜のうち型として用いる表面は最小露光量以上であるので、硬化して型として使用可能になる。これに対し、型として使用しない表面は、最小露光量以下で現像によって除去されても差し支えない。
【００１６】
前記ネガレジストに露光させるための光としては、レーザ光やＬＥＤ光などの干渉性の高い光源を用いることが望ましい。露光光として干渉性の高い光源を用いることによりシャープな回折光を発生させることができ、ネガレジストのパターン精度を高くすることができる。
【００１７】
前記光学素子は、被露光物である前記ネガレジストの近傍に配置してプロキシミティ露光方式とすることが望ましい。
【００１８】
また、前記光学素子は、遮光部を有するフォトマスクと一体に形成されていることが望ましい。この光学素子は、露光光を曲げてネガレジストに照射するため、ネガレジストの直前に設ける必要があり、プロキシミティ露光法やコンタクト露光法ではフォトマスクに光学素子を一体に形成することもできる。そして、光学素子をフォトマスクと一体に形成すれば、部品点数を減らすことができ、コストを安価にできる。
【００１９】
また、前記レジスト残膜は、前記ネガレジストが形成されていた基材との界面に反射防止層を有していてもよい。基材とネガレジストとの間に反射防止層を設けてあれば、基材表面における反射光がネガレジストを再露光してレジスト残膜の形状精度が低下するのを抑止できる。
【００２０】
また、前記レジスト残膜は、電鋳法により電鋳品を形成するための型として用いるのに適している。
【００２１】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
以下、本発明の実施形態１による露光方法を説明する。図３は、本発明にかかるレジスト露光方法（マスクアライナ）に用いるプロキシミティ（近接）露光装置２１の概略図である。この露光装置２１は、光源２２、楕円集光鏡２３、第１平面鏡２４（コールドミラー）、インテグレータ２５、第２平面鏡２６（ハーフミラー）、コンデンサレンズ２７、モニター受光器２８、露光用マスク２９によって構成されている。ワークに対して露光を行う場合には、露光用マスク２９に対して数十μｍ〜数百μｍの間隙をあけて露光用マスク２９の直下にワーク３０を配置する。
【００２４】
この露光装置２１を用いてワーク３０に露光を行う場合には、露光用マスク２９の下にワークを設置した後、光源２２を点灯する。光源２２から放射された光Ｌは、楕円集光鏡２３によって集光光に変換され、第１平面鏡２４に向けて出射される。第１平面鏡２４で鏡面反射された光Ｌは、インテグレータ２５で均質化された後、第２平面鏡２６に入射する。第２平面鏡２６で反射した光Ｌは、コンデンサレンズ２７により平行光化され、露光用マスク２９を透過してワーク３０の表面に照射される。また、第２平面鏡２６に入射した光の一部は第２平面鏡２６を透過してモニター受光器２８で受光される。モニター受光器２８は、ワーク３０の露光量を監視し、露光時間を調整している。
【００２５】
図４は上記露光方法に用いる露光用マスク２９とワーク３０の構造を示す概略断面図である。ワーク３０は、基材３１の表面に均一な厚みにネガレジスト３２を形成したものである。露光用マスク２９は、所望パターンの遮光部３３を下面に形成されたフォトマスク３４と、回折格子３５を形成された回折光学素子３６とからなる。露光用マスク２９の遮光部３３とワーク３０表面とは、微小距離Δ（数十μｍ〜数百μｍ）を隔てて平行に保たれている。
【００２６】
基材３１は、シート状の材料として入手容易なものであればよい。例えば、金属製の基材３１としては、ＳＵＳ系またはＣｕ系のものを用いることができる。また、樹脂製の基材３１であれば、耐薬品性の高いＬＣＰ、ＰＩ、ＰＰＳ、ＰＥＴといったフレキシブル基板などに用いられている基板材料を用いることができる。また、半導体プロセスで用いられるガラスやシリコン系の半導体なども使用できる。
【００２７】
ネガレジスト３２としては、ネガ型感光性ドライフィルム・フォトレジストを用いるのが好ましい。ドライフィルム・フォトレジストはフィルム状のフォトレジストであって、複数枚重ねることで容易に厚膜を得ることができる。ドライフィルム・フォトレジストは一枚であれば５０μｍ厚であるが、重ねることによって２００μｍ厚のネガレジスト３２を得ることができる。特に、電鋳用厚膜を形成可能なドライフィルム・フォトレジストとしては、例えばデュポンＭＲＣドライフィルム株式会社製のリストン（商標名）ＦＲＡ５１７がある。
【００２８】
露光用マスク２９は回折格子３５を備えており、回折格子３５を用いるためには、露光用の光は、単波長で位相の揃ったコヒーレンシイの高い光であることが必要となる。露光装置２１では、主に光源２２に高圧水銀灯を用い、ｉ線、ｇ線、ｈ線といった複数の波長の光を発生させている。ネガレジストは、一般にｉ線での効率が最大となるように設計されており、ｉ線の波長３６５ｎｍで最も露光効率が高くなっている。そこで、この露光装置２１では、光源２２として高圧水銀灯を用いる場合には、図３に示すように、例えば第１平面鏡２４とインテグレータ２５との間に透過波長が３６５ｎｍのバンドパスフィルタ３７を挿入し、露光用の光を単波長に近づけてｉ線のみを利用できるようにする。露光用の光をさらに単波長化したい場合には、光源２２としてエキシマレーザーなどのレーザー光源やＬＥＤ光源を用いても実現できる。
【００２９】
位相の揃った光といえばレーザー光であるが、上記光源を位相の揃っている程度（コヒーレンシイ）の高い順に並べると、エキシマレーザーなどのレーザー光源、ＬＥＤ光源、高圧水銀灯の順となる。２次、３次の高次の回折はエキシマレーザーなどのレーザー光源で発生させることができるが、１次の回折光は高圧水銀灯でも十分に発生できる。
【００３０】
また、回折格子３５による光の曲げ角（回折角）を制御するには、回折格子３５への入射光が平行光であることが必要である。プロキシミティ露光機では光源２２に比べて露光用マスク２９とワーク３０の間の距離が十分に小さくなるように設計されており、また互いに平行に保たれている。投影露光機である露光装置２１は、回折格子を備えた露光用マスク２９とワーク３０に対して平行光を垂直に投射できるようになっており、そのため光学系としてテレセントリック光学系が用いられている。
【００３１】
ネガレジストの適正露光範囲には、下限値（最小露光量）と上限値（最大露光量）とが定められている（製品によって、その値は異なる。）。ネガレジストの露光していない領域では、ネガレジストが硬化せず、現像工程において現像液に溶解する。また、露光していても露光量が最小露光量より小さい場合には、ネガレジストの重合反応が不足して十分に硬化せず、現像後に形状不良となったり、あるいは基材との密着強度が不足してネガレジストが基材から剥離したりする。露光量が最小値以上最大値以下の適正露光範囲では、ネガレジストが硬化反応し、現像後も基材の表面に所望の形状を保って残る。露光量が最大露光量よりも大きな領域でも、ネガレジストは硬化反応し、現像後も基材の表面に形状を保って残る。しかし、ネガレジストで作製した形状物を原盤として使用し、例えばその上に電鋳法などで金属材料を析出させてネガレジストの形状を金属材料に転写させる場合には、金属材料析出後にネガレジストを溶剤で溶解させて基板や金属材料から剥離させる必要がある。しかし、露光工程において最大露光量よりも露光量の大きな光を照射された領域では、ネガレジストの重合反応が促進されて強度が増しているため、剥離処理を行う際にネガレジストを基材から剥離させるのが困難になる。よって、ネガレジストに露光して硬化させようとする領域では、原則として露光量が最小露光量以上最大露光量以下となるようにしなければならない。但し、ネガレジストを電鋳用の型として用いる場合には、形成される電鋳物に接する面以外は剥離時に残膜として残っていても、電鋳物を分離する妨げにならないので、差し支えない。また、ネガレジストの残膜となる部分が基材と接している面も最小露光量以上（最大露光量以下）となっている必要がある。
【００３２】
この最大露光量は、一般に最小露光量の約２倍となっている。例えばドライフィルムとしてリストンＦＲＡ５１７を元に計算すると、膜厚２００μｍ時の適正露光範囲は９６〜１９２ｍＪ／ｃｍ２であり、一般的にネガレジストは適正露光量中央値に対して適正露光量範囲が±３０％程度に設定されているものが多い。よって、以下においては、ネガレジストの適正露光量中央値を１００Ｕで表し、最小露光量を７０Ｕ、最大露光量を１３０Ｕで表すことにし、最適露光量を７０Ｕ〜１３０Ｕとする。なお、”Ｕ”は便宜上用いた露光量の単位である。
【００３３】
以下、上記のようなプロキシミティ露光装置２１を用いてネガレジスト３２に傾斜角（垂直面を基準に測った角度）が２０°の斜面を有する三次元形状物を作製する実施形態を図５により説明する。
【００３４】
図５（ａ）は第１回目の露光工程を表している。この工程では、基材３１上に設けられたドライフィルム・フォトレジストからなるネガレジスト３２にフォトマスク３８のみを用いて通常の露光を行う。このとき照射領域では露光量が１００Ｕ（適正露光量中央値）となるように露光光を投射している。
【００３５】
図５（ｂ）は第２回目の露光工程を表している。この工程では、フォトマスク３４と回折光学素子３６とからなる露光用マスク２９を用いて露光している。回折光学素子３６に設けられたブレーズ型の回折格子３５は、フォトマスク３４の透孔窓３３ａに対向しており、回折効率が６０％となっている。すなわち、回折格子３５は、入射光量の４０％の０次光と６０％の１次回折光を発生させるものである。１次回折光の回折角は２０°となっている。そして、図５（ｂ）に示すように、第１回目の露光工程で露光した領域の縁に回折格子３５の１次回折光が斜めに照射されるように露光用マスク２９の位置とネガレジスト３２との距離を決め、全光量が２００Ｕ（適正露光量中央値の２倍）となるように露光している。
【００３６】
よって、０次光の光量は２００Ｕ×４０％＝８０Ｕ、１次回折光の光量は２００Ｕ×６０％＝１２０Ｕである。そして、ネガレジスト３２の各領域Ａ１〜Ａ６の、第１回目と第２回目の露光量の合計は、図６に示すようになる。なお、領域Ａ３の露光量は、１００Ｕ＋１２０Ｕ＝２２０Ｕである。領域Ａ２の底面Ｓa１における露光量は、１２０Ｕ×cos２０°＝１１２.８Ｕである。
【００３７】
図５（ｃ）は現像後のネガレジスト３２を表している。ネガレジスト３２は、最小露光量以上の露光光が照射された照射領域が重合反応し、重合反応した部分は現像時のエッチング耐性が増すため、現像処理をするとその照射領域のみが残膜として残る。よって、露光量が７０Ｕよりも少ない露光領域（Ａ５）と非露光領域は現像によって基材３１から剥離するので、現像後の硬化したネガレジスト３２により、図５（ｃ）に示すような斜面を有する三次元形状物が得られる。特に、一方の側面が傾斜角２０°の斜面となった凹部３９が得られる。
【００３８】
ついで、図７（ａ）に示すように、電鋳法によって凹部３９内にＮｉ等の金属材料を析出させて断面テーパー状の電鋳物４０を得る。電鋳物４０が得られたら、適当な溶剤によりネガレジスト３２を溶解させる。露光量が１３０Ｕを超えている領域Ａ３のネガレジスト３２は剥離しにくいので、図７（ｂ）に示すように基材３１に残るが、電鋳物４０の周囲のネガレジスト３２は剥離除去されるので、電鋳物４０は基材３１から分離される。
【００３９】
なお、凹部３９や電鋳物４０は直線状のものに限らず、長さ方向に沿って湾曲または屈曲したものであってもよい。
【００４０】
上記ブレーズ型の回折格子３５は、以下のようにして計算し設計できる。断面がステップ状をしたブレーズ型の１次回折に最適化した回折格子は次の式で設計できる。
Ｌ＝〔（ｐ−１）／ｐ〕・〔λ／（ｎ−１）〕
ここで、Ｌ：回折格子深さ
ｐ：レベル数（マルチレベル素子の場合）
λ：入射光の波長
ｎ：回折格子の屈折率
【００４１】
また、１次回折に最適化した無段階の（すなわち、滑らかな形状の）回折格子は次の式で設計できる。
Ｌ＝λ／（ｎ−１）
Λ（sinα±sinβ）＝ｍλ
ここで、Ｌ：回折格子深さ
λ：入射光の波長
ｎ：回折格子の屈折率
Λ：回折格子の周期
α：入射角度
β：出射角度
ｍ：回折次数（ｍ＝０、±１、±２、...）
【００４２】
したがって、回折角θ（＝β−α）と規格化周期Λ／λとの関係は図８で表される。また、規格化周期Λ／λと１次光の回折効率との関係は、図９で表される。図８、図９によれば、回折角θは回折格子の周期Λで制御し、回折効率は回折格子の深さＬで制御できることが分かる。
【００４３】
たとえば、回折効率が５０％を超える規格化周期が３の場合で、１次回折光の回折角は２０°が得られることが分かる。このとき、回折に寄与しなかった光は主に０次光として透過する。回折格子の材質をポリカーボネイトとし、２０°の回折角を得るには、回折格子の周期Λは約３μｍ、深さＬは約０.８μｍの鋸波状の形状となり、１次回折光の回折量は最大で約６０％となり、そのときの０次光透過量は約４０％となる。
【００４４】
回折次数ｍと最大回折角(規格化周期＝３)、回折格子の深さＬと周期Λを表１に示す。
【表１】
３次の回折光を利用した場合でも回折格子の形状のアスペクト比は１程度であり、以下の方法で容易に作成できる。
【００４５】
このブレーズ型の回折格子形状は、フォトマスクを複数枚使用した多段露光や電子線描画などによりフォトレジストを露光して形成するか、ダイヤモンドバイトを用いてＣｕなどに加工することで作製できる。このようにして作成したマスタ形状を、フォトレジストの場合は直接ガラス板上に作製し、そのままドライエッチングによりガラスに転写するか、マスタ形状を電鋳法により転写し、金属スタンパを作製し、ナノインプリント技術により樹脂やガラスに形状を転写することで容易に作成できる。
【００４６】
また、回折量の制御は回折格子の深さ制御以外にも、回折格子の配置の密度によっても制御できる。
【００４７】
（第２の実施形態）
実施形態１の図５〜図７の方法では露光工程を２回必要としたが、フォトマスク３４としてＨＥＢＳマスクやハーフトーンクロムマスクといったグレイスケールマスクを用いることで一回の露光工程で行うことができる。
【００４８】
図１０は露光用マスク２９のフォトマスク３４としてグレイスケールマスクを用いた実施例を表している。すなわち、このフォトマスク３４では、図５（ｂ）に示した構造の露光用マスク２９を基本とし、図５（ａ）のフォトマスク３８で光透過領域となっていた部分を透過率５０％の半透過領域３３ｂとしている。
【００４９】
図１０のようなグレイスケールマスクの露光用マスク２９を用いて２００Ｕの露光光を照射すれば、ネガレジスト３２の各領域の露光量は図１０に示すようになる。これは図６に示した露光量と同じであるから、図１０のような露光用マスク２９を用いれば１回の露光によって実施形態１の２回の露光工程を実現することができる
【００５０】
（第３の実施形態）
図１１及び図１２は断面逆テーパー状の電鋳物を作製する工程を示す。図１１（ａ）に示すように、第１回目の露光工程において、通常のフォトマスク３８を用いて適正露光量中央値１００Ｕの露光光をネガレジスト３２に照射した後、第２回目の露光工程を行う。
【００５１】
第２回目の露光工程では、フォトマスク３４の透孔窓３３ａに対向して設けられたブレーズ型の回折格子３５により０次光と１次回折光を照射する。この回折格子３５も、入射光量の４０％の０次光と６０％の１次回折光を発生させるものであり、１次回折光の回折角は２０°となっている。そして、図１１（ｂ）に示すように、第１回目の露光工程で露光した領域と重ならないように０次光と１次回折光をネガレジスト３２に照射する。このときの全露光量は２００Ｕ（適正露光量中央値の２倍）となっている。
【００５２】
なお、一般にネガレジストの屈折率は１.４から１.５程度であり、屈折率１.４５とし入射角が２０°の場合、レジスト界面で１３.６°に変化するが、以下説明を簡略化するため、レジスト界面での屈折による影響を省略する。
【００５３】
０次光の光量は２００Ｕ×４０％＝８０Ｕ、１次回折光の光量は２００Ｕ×６０％＝１２０Ｕである。よって、ネガレジスト３２の各領域Ｂ１〜Ｂ５の、第１回目と第２回目の露光量の合計は、図１１（ｂ）に示すようになる。なお、領域Ｂ２の底面Ｓb１における露光量は、１２０Ｕ×cos２０°＝１１２.８Ｕである。
【００５４】
図１１（ｃ）は現像後のネガレジスト３２を表している。現像処理後には、非露光領域だけが基材３１から剥離するので、現像後の硬化したネガレジスト３２により、図１１（ｃ）に示すような斜面を有する三次元形状物が得られる。特に、一方の側面が傾斜角２０°の斜面となった逆テーパー状の凹部３９が得られる。
【００５５】
ついで、図７（ａ）に示すように、電鋳法によって凹部３９内にＮｉ等の金属材料を析出させて断面逆テーパー状の電鋳物４０を得る。電鋳物４０が得られたら、適当な溶剤によりネガレジスト３２を溶解させると、図７（ｂ）に示すように基材３１上には電鋳物４０だけが残る。
【００５６】
なお、この実施形態においても、グレイスケールマスクを用いれば、１回の露光工程で済ませることができる。
【００５７】
（第４の実施形態）
図１３〜図１５は断面５角形状の電鋳物を作製する工程を示す。図１３（ａ）に示すように、第１回目の露光工程において、通常のフォトマスク３８を用いて適正露光量中央値１００Ｕの露光光をネガレジスト３２に照射した後、第２回目の露光工程を行う。
【００５８】
図１３（ｂ）は第２回目の露光工程を表している。ブレーズ型の回折格子３５は、フォトマスク３４の透孔窓３３ａに対向して複数設けられている。いずれの回折格子３５も、入射光量の４０％の０次光と６０％の１次回折光を発生させるものであって、１次回折光の回折角は２０°となっている。隣接する回折格子３５どうしは垂直面に関して面対称な形状を有している。そして、図１３（ｂ）に示すように、第１回目の露光工程による照射領域の縁で回折格子３５による１次回折光どうしが交差するように露光用マスク２９の位置とネガレジスト３２との距離を決め、全光量が２００Ｕ（適正露光量中央値の２倍）となるように露光している。
【００５９】
よって、ネガレジスト３２の各領域Ｃ１〜Ｃ９の、第１回目と第２回目の露光量の合計は、図１４に示すようになる。なお、領域Ｃ２の露光量は１００Ｕ＋８０Ｕ＝１８０Ｕ、領域Ｃ４の露光量は１００Ｕ＋１２０Ｕ＝２２０Ｕ、領域Ｃ５の露光量は１００Ｕ＋１２０Ｕ＋１２０Ｕ＝３４０Ｕ、領域Ｃ６の露光量は１２０Ｕ＋１２０Ｕ＝２４０Ｕである。
【００６０】
図１３（ｃ）は現像後のネガレジスト３２を表している。非露光領域は現像によって基材３１から剥離するので、現像後の硬化したネガレジスト３２により、図１３（ｃ）に示すようなＶ状に屈曲した側面を有する三次元形状物が得られる。
【００６１】
ついで、図１５（ａ）に示すように、電鋳法によって凹部３９内にＮｉ等の金属材料を析出させて断面五角形状の電鋳物４０を得る。電鋳物４０が得られたら、適当な溶剤によりネガレジスト３２を溶解させる。露光量が１３０Ｕを超えている領域Ｃ２、Ｃ４〜Ｃ６のネガレジスト３２は剥離せず、図１５（ｂ）に示すように基材３１に残るが、電鋳物４０の周囲のネガレジスト３２は剥離除去されるので、電鋳物４０は基材３１から分離される。
【００６２】
（その他の実施形態１）
図１６は別な実施形態であって、矩形状断面の一つのコーナー部を斜めに面取りした形状の凹部を形成することができる。また、図１７は矩形状断面の二つのコーナー部を斜めに面取りした形状の凹部を形成することができる。いずれも製造工程はこれまでの実施形態と同じであるので、詳細は省略する。
【００６３】
（その他の実施形態２）
図１８はワーク３０の異なる形態を示す。図１８のワーク３０では、基材３１の上面に反射防止膜５１を形成し、その上にネガレジスト３２を設けている。あるいは、反射防止膜５１を設ける代わりに、基材３１の上面を粗化処理して光を拡散反射させるようにしてもよい。
【００６４】
基材３１の上に直接ネガレジスト３２を形成していると、基材３１で反射された光によってネガレジスト３２が下面側からも再露光され、異常露光によってネガレジスト３２の三次元形状物の形状精度が低下する恐れがある。基材３１の上に反射防止膜５１を設けたり、粗化処理したりして反射防止処理してあれば、このような異常露光を抑止することができる。このような実施形態は、基材３１が表面平滑な金属基板である場合に特に有効である。
【００６５】
また、ネガレジスト３２の適正露光範囲における最小露光量は、ネガレジスト３２が硬化反応を開始する露光量であるから、基材３１に反射防止処理しても変化がない。しかし、最大露光量は基材３１表面での反射光も考慮して定められているので、この反射光をカットできれば、最大露光量の値を大きくすることができる。すなわち、最適露光範囲が広がるので、露光用マスク２９の設計自由度が高くなる。
【００６６】
（その他の実施形態３）
図１９は、露光用マスク２９の別な実施形態を示す。図４に示した露光用マスク２９では、遮光部３３を備えたフォトマスク３４の下面に、回折格子３５を備えた回折光学素子３６を貼り合わせてあったが、図１９の露光用マスク２９では、フォトマスク３４の上面に遮光部３３を設けるとともに、下面に回折格子３５を形成している。かかる実施形態によれば、フォトマスク３４と回折格子３５を一体化できるので、部品点数を減らしてコストを安価にできる。
【００６７】
また、上記各実施形態では、１次回折光を用いたが、２次回折光や３次回折光を用いるようにしてもよい。特に、回折角が４０°以下の２次回折光や、回折角が６０°以下の３次回折光を用いるとよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】図１は、ポジレジストの露光量と残膜率との関係を表した図である。
【図２】図２（ａ）は、ネガレジストを用いてレジストの微細三次元形状物を得る方法を説明する図、図２（ｂ）は、そのときの不具合を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態１によるレジスト露光方法に用いるプロキシミティ（近接）露光装置の概略図である。
【図４】図４は、上記露光装置に用いる露光用マスクとワークの構造を示す概略断面図である。
【図５】図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施形態１のプロキシミティ露光装置を用いてネガレジストにより傾斜角が２０°の斜面を有する三次元形状物を作製する工程を説明する図である。
【図６】図６は、第１回目及び第２回目の露光工程により露光されたネガレジストの各領域の合計露光量を説明する図である。
【図７】図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図５の工程により得られたネガレジストの三次元形状物を用いて電鋳法で電鋳品を作製する工程を説明する図である。
【図８】図８は、回折格子の回折角θと規格化周期Λ／λとの関係を表した図である。
【図９】図９は、規格化周期Λ／λと１次光の回折効率との関係を表した図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態２による露光方法を説明する図である。
【図１１】図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の実施形態３による露光方法を説明する図である。
【図１２】図１２（ａ）（ｂ）は、本発明の実施形態４により作製されたネガレジストの三次元形状物を用いて電鋳物を作製する工程を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、実施形態５による露光方法でネガレジストを加工する工程を示す図である。
【図１４】図１４は、第１回目及び第２回目の露光工程により露光されたネガレジストの各領域の合計露光量を説明する図である。
【図１５】図１５（ａ）（ｂ）は、図１３の工程により得られたネガレジストの三次元形状物を用いて電鋳法で電鋳品を作製する工程を説明する図である。
【図１６】図１６（ａ）（ｂ）は、本発明のさらに別な実施形態によるネガレジストの加工方法を示す図である。
【図１７】図１７（ａ）（ｂ）は、本発明のさらに別な実施形態によるネガレジストの加工方法を示す図である。
【図１８】図１８は、ワークの異なる形態を示す概略断面図である。
【図１９】図１９は、露光用マスクの別な形態を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
２１ 露光装置
２２ 光源
２９ 露光用マスク
３０ ワーク
３１ 基材
３２ ネガレジスト
３３ 遮光部
３３ａ 透孔窓
３４ フォトマスク
３５ 回折格子
３６ 回折光学素子
３７ バンドパスフィルタ
３８ フォトマスク
３９ 凹部
４０ 電鋳物
５１ 反射防止膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子により照射光の方向を制御してネガレジストの所定の位置に所定の角度で光を露光することで、前記ネガレジストにより斜面を有するレジスト残膜を形成することを特徴とするレジスト露光方法。
【請求項２】
前記光学素子としてブレーズ型の回折格子を用いた露光方法であって、
前記回折格子は１次から３次までの回折光が得られるように設計され、各回折光はそれぞれ２０°、４０°、６０°以下の回折角を有することを特徴とする、請求項１に記載のレジスト露光方法。
【請求項３】
前記ネガレジストの露光部分は、ネガレジストが形成されている基材との界面における露光量が最小露光量以上最大露光量以下であり、前記基材との界面以外の露光領域は最小露光量以上であることを特徴とする、請求項１に記載のレジスト露光方法。
【請求項４】
前記ネガレジストの露光部分は、ネガレジストが形成されている基材との界面における露光量が最小露光量以上最大露光量以下であり、型として用いる残膜表面は最小露光量以上で、型として用いない残膜表面の少なくとも一部が最小露光量以下であることを特徴とする請求項１に記載のレジスト露光方法。
【請求項５】
前記ネガレジストに露光させるための光は、レーザ光やＬＥＤ光などの干渉性の高い光源であることを特徴とする、請求項１に記載のレジスト露光方法。
【請求項６】
前記光学素子は、被露光物である前記ネガレジストの近傍に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のレジスト露光方法。
【請求項７】
前記光学素子は、遮光部を有するフォトマスクと一体に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のレジスト露光方法。
【請求項８】
前記レジスト残膜は、前記ネガレジストが形成されていた基材との界面に反射防止層を有することを特徴とする、請求項１に記載のレジスト露光方法。
【請求項９】
前記レジスト残膜は、電鋳法により電鋳品を形成するための型であることを特徴とする請求項２から請求項８に記載のレジスト露光方法。
【請求項１】
光学素子により照射光の方向を制御してネガレジストの所定の位置に所定の角度で光を露光することで、前記ネガレジストにより斜面を有するレジスト残膜を形成することを特徴とするレジスト露光方法。
【請求項２】
前記光学素子としてブレーズ型の回折格子を用いた露光方法であって、
前記回折格子は１次から３次までの回折光が得られるように設計され、各回折光はそれぞれ２０°、４０°、６０°以下の回折角を有することを特徴とする、請求項１に記載のレジスト露光方法。
【請求項３】
前記ネガレジストの露光部分は、ネガレジストが形成されている基材との界面における露光量が最小露光量以上最大露光量以下であり、前記基材との界面以外の露光領域は最小露光量以上であることを特徴とする、請求項１に記載のレジスト露光方法。
【請求項４】
前記ネガレジストの露光部分は、ネガレジストが形成されている基材との界面における露光量が最小露光量以上最大露光量以下であり、型として用いる残膜表面は最小露光量以上で、型として用いない残膜表面の少なくとも一部が最小露光量以下であることを特徴とする請求項１に記載のレジスト露光方法。
【請求項５】
前記ネガレジストに露光させるための光は、レーザ光やＬＥＤ光などの干渉性の高い光源であることを特徴とする、請求項１に記載のレジスト露光方法。
【請求項６】
前記光学素子は、被露光物である前記ネガレジストの近傍に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のレジスト露光方法。
【請求項７】
前記光学素子は、遮光部を有するフォトマスクと一体に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載のレジスト露光方法。
【請求項８】
前記レジスト残膜は、前記ネガレジストが形成されていた基材との界面に反射防止層を有することを特徴とする、請求項１に記載のレジスト露光方法。
【請求項９】
前記レジスト残膜は、電鋳法により電鋳品を形成するための型であることを特徴とする請求項２から請求項８に記載のレジスト露光方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００９−２３００１７（Ｐ２００９−２３００１７Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７７８７８（Ｐ２００８−７７８７８）
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（０００００２９４５）オムロン株式会社 (3,542)
【Ｆターム（参考）】
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