特許 7054167 露光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-05

(45)【発行日】2022-04-13

(54)【発明の名称】露光装置

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20220406BHJP

【ＦＩ】

G03F7/20 501

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2017220843

(22)【出願日】2017-11-16

(65)【公開番号】P2019090961

(43)【公開日】2019-06-13

【審査請求日】2020-10-20

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 発行日：２０１７年１０月１６日 刊行物：Ｏｐｔｉｃｓ ＆ Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ Ｊａｐａｎ ２０１７講演予稿集，第３１０頁，一般社団法人日本光学会

(73)【特許権者】

【識別番号】000237444

【氏名又は名称】リバーエレテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097043

【弁理士】

【氏名又は名称】浅川 哲

(74)【代理人】

【識別番号】100128071

【弁理士】

【氏名又は名称】志村 正樹

(72)【発明者】

【氏名】村上 成郎

【審査官】冨士 健太

(56)【参考文献】

【文献】特開平１１－００３８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０２４１０６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０４－２４５４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－３０８８４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２４８６１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２５０４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０４９０６８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ８１Ｂ １／００－ ７／０４

Ｂ８１Ｃ １／００－９９／００

Ｇ０３Ｆ ７／２０－ ７／２４

９／００－ ９／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
照明系開口絞り及び照明レンズを有する照明光学系と、
マスクパターンを有するマスクと、
投影系開口絞りおよび投影レンズを有する投影光学系と、を備え、
前記光源の光軸から外れた位置に前記照明系開口絞りを設置し、
前記照明系開口絞りを通過した光束に、前記照明系開口絞りと前記マスクとの間に設置された前記照明レンズによって傾斜角度を持たせ、
前記傾斜角度を持った前記光束を前記マスクに照射させて前記マスクパターンから回折光を発生させ、
前記回折光を前記投影系開口絞り及び前記投影レンズによって集光させて前記光軸を中心として前記照明系開口絞りと対向する側から光軸側に向かう光束とし、露光対象物の側面に露光する露光装置。

【請求項2】

前記投影系開口絞り及び前記投影レンズによって集光された光束は、光軸に対して傾斜している請求項１に記載の露光装置。

【請求項3】

前記照明光学系は、前記照明光学系の開口絞りの配置位置に照明光を所定の角度で反射させる多数の可動式マイクロミラーが配列されたデジタルマイクロミラーデバイスを配置し、該デジタルマイクロミラーデバイスを前記照明系開口絞りとする、請求項１又は２に記載の露光装置。

【請求項4】

前記露光対象物の少なくとも側面に露光された側面露光パターンの横幅ｗ、縦長ｌに対し、前記マスクパターンの横幅Ｗが下記式（１）、縦長Ｌが下記式（２）により設定される、請求項１に記載の露光装置。
ｗ＝β・Ｗ （１）
ｌ＝β・Ｌ・cosθ/cos（θ－δ） （２）
但し、βは前記投影光学系の投影倍率、θは前記投影光学系の投影光の入射角度、δは前記露光対象物の側面の水平面からの傾斜角度である。

【請求項5】

前記露光対象物の側面に露光された露光パターンの光強度分布に対応して、前記マスクパターン内に前記微細遮光ドットパターンが配置される、請求項４に記載の露光装置。

【請求項6】

前記マスクパターンを２以上有し、各マスクパターンに配置される微細遮光ドットパターンの密度がマスクパターン毎に異なる、請求項５に記載の露光装置。

【請求項7】

前記微細遮光ドットパターンは、マスクパターン内で異なる密度で配置される、請求項５に記載の露光装置。

【請求項8】

前記微細遮光ドットパターンは投影光学系では解像しないパターンからなる、請求項５乃至７のいずれかに記載の露光装置。

【請求項9】

前記照明系開口絞りの形状・配置を選択可能とする絞り選択機構、前記マスクパターン内の特定エリアのみを露光可能とするマスクブラインド機構、前記露光対象物を水平面内に移動可能とするＸＹステージ機構及び前記露光対象物を上下方向に移動可能とするＺステージ機構を備え、前記露光対象物の側面に露光された水平面露光パターンと側面露光パターンとが個別に露光される、請求項１に記載の露光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、露光対象物の外表面を露光するための露光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体等の製造に用いられる光露光技術（フォトリソグラフィ）は主に２次元の回路パターン形成が主な応用であったが、１９９０年代より微小光学素子、アクチュエータ、センサ、導波路、プリンタヘッド、各種ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などの３次元の立体的形状を有するマイクロデバイスの加工へも応用されている。フォトリソグラフィ工程における主な露光装置としては、フォトマスクと露光基板を近接させて一括露光を行うマスクアライナーが使用される。より微細な加工領域における露光装置としては、投影光学系によりマスクパターンを露光基板上に等倍又は縮小して露光を行い、ＸＹステージによるステップアンドリピート操作によって露光エリアの拡大を行うステッパが使用されている。

【0003】

通常のリソグラフィ加工では、マスクパターンの露光基板への転写においては、露光光を露光基板に対して垂直に照射している。

【0004】

近年、ＭＥＭＳ等の３次元構造体への露光形成では高段差構造の側面にパターン形成することが行われている。また、立体的な回路デバイスにおいては、基板の水平面内における省スペース化の要請から、基板側面にパターンを露光形成することが行われている。しかし、露光基板に対して露光光を垂直に照射する露光装置では、３次元構造体の形状や配置によってはパターンが形成できない領域が生じる問題、水平面パターンと側面パターンとで露光光の強度が異なるため露光不均一が生じる問題などがあった。

【0005】

このような問題を解消すべく、特許文献１には、立体的形状を有する３次元パターンの露光において、露光光を基板面の法線方向に対して傾斜して露光を行う方法が記載されている。この露光方法によれば、立体サンプルの水平面と斜面との露光条件を近づけることが可能である。

【0006】

特許文献２には、投影光学系を使用した露光方式において、投影レンズを通過した露光光を回折格子、ミラー等により光路変更して露光対象物の側面を露光する方法が記載されている。従来からの側面パターン露光の実施例は、特許文献１を含めアライナーによるものが大半であり、マスクと露光基板とのギャップに伴う露光パターン像の劣化が大きい。特許文献２は投影光学系による露光方法を示すものであり、一般的に焦点深度の深い良好なパターン像の形成が可能である。また、露光方法の実施に当たっては、基板ステージを傾けたり、照明光学系を傾斜させる必要はなく、通常の露光装置の構造に対して大幅な変更・改造を加える必要がない。

【0007】

また、傾斜をもった露光基板面への結像として、シャインプルーフの原理（像面とレンズの主面とがある1つの直線で交わるとき、物面もまた同じ直線で交わるという原理）に基づいて設計されたシャインプルーフカメラが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２００８－０９１７９３号公報

【文献】特開２０１４－０６６８１８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１に示された斜め露光を実施するためには、光源や照明光学系を傾けたり、露光光に対して露光基板を傾斜させる必要がある。光学系を傾ける場合には、光学性能の不安定化を招きやすい。また、露光基板を傾斜させる場合には、基板ステージへの回転機構付加に伴う構造の複雑化により、剛性低下、性能劣化を引き起こし易い。

【0010】

特許文献２に示す立体サンプル側面への露光の実施においては、投影光学系と立体的サンプルの間に光路変更素子を導入する必要があり、立体的サンプルの構造及び配置に制約を与える。また、光路変更素子は回折格子、マイクロミラー等で構成されるため、素子の導入に伴い露光装置の構成に制約を与えると共に高コストとなってしまう。

【0011】

一方、シャインプルーフの原理を用いる手法は原理的に優れているが、マスク面を含めた傾斜機構が必要であり実用的とは言えない。

【0012】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、露光光学系や露光基板を傾斜させることなく、また、露光光学系から露光基板至る光路内に新たに回折格子、ミラー、プリズム等の光路変更手段を導入することもなく、照明光学系を傾斜照明とすることにより、簡易に露光対象物の外表面にマスクパターンを露光することが可能な露光装置を提供することを目的とする。露光対象物としては、例えば、シリコン、水晶、ガラス、フィルムなどの材料により板状に加工された基板、基板上に加工形成された３次元構造体、及び単体の３次元構造体が含まれる。

【0013】

なお、本発明においては、マスクパターンに対して傾斜角度を有する照明を「傾斜照明」、光軸外にアパーチャを設けることで傾斜照明を実現する開口絞りを「傾斜照明用開口絞り」、光軸外アパーチャ等の傾斜照明を実現する手段を「傾斜照明手段」と称する。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記目的を達成するために、本発明の露光装置は、マスクパターンを露光対象物の外表面に露光する露光装置であって、光源、照明光学系、投影光学系を備え、前記照明光学系が傾斜照明手段を有する。

【0015】

上記構成からなる本発明の露光装置では、光源から出射された露光光は、照明光学系において、光軸外に設定された開口絞りを透過後、マスクパターンに対して傾斜照明を行う。傾斜照明されたマスクパターンの像は、投影光学系を透過後、傾斜角度を持った光束により露光対象物の外表面に露光パターンとして転写される。

【0016】

本発明の露光装置によれば、照明光学系において、開口絞りの位置と光軸の間隔を変えることで照明の傾斜角度を変更することが可能である。照明系の傾斜角度に対応して投影光学系透過後の露光光束の傾斜角度も変更可能となり、露光対象物の３次元形状に応じた側面への露光パターンの形成が可能となる。また、傾斜照明の実現手段としては、通常の照明光学系に標準的に装備される垂直照明用の開口絞りを傾斜照明対応に変更するのみであり、上述した特許文献１及び２に記載される基板ステージや光学系の傾斜等の機構の追加・変更は不要であり、投影光学系の前後に光路変更用の回折格子、ミラー、プリズム等の新たな光学素子の追加も不要である。

【0017】

したがって、本発明によれば、既存の露光装置の仕様、露光対象物の立体形状に応じて、傾斜照明用の開口絞りを光軸外の所定位置に配置することで、既存の露光装置を用いた露光対象物の側面露光が可能となる。本発明では、露光対象物へのパターン転写は投影光学系を使用して行われるため、従来のアライナーを使用したパターン転写に比べて、焦点深度の深い良好なパターン像の形成が可能となる。また、本発明の構成は、既存のアライナーや投影光学系を用いた露光装置に対して、傾斜露光のための改造・変更をすることなく、また、マスクから投影光学系を介して露光対象物に至る光路内に新たな光学素子を付加することなく側面露光を行うことが出来るため、上述した従来の諸問題を全て解決することが可能となる。

【0018】

好ましくは、前記開口絞りに替えて、照明光を所定の角度で反射させる多数の可動式マイクロミラーを配列したデジタルマイクロミラーデバイス等の２次元アレイで構成された光路選択素子を使用することが可能である。

【0019】

本発明によれば、照明光学系において、開口絞りの位置と光軸の間隔を変えることで照明の傾斜角度を変更することが可能であるが、様々な傾斜角度に対応して様々な形状を持った複数の開口絞りが必要となる。

【0020】

そこで、デジタルマイクロミラーデバイス等の２次元アレイで構成された光路選択素子を使用し、所定領域のミラー素子を電気的にＯＮ／ＯＦＦ制御することにより、ＯＮ領域で反射された光を開口絞りからの光束として扱うことで、露光対象物の立体的形状に応じた大きさ、位置を任意に設定可能である。

【0021】

好ましくは、露光対象物の側面の向きと、照明光学系の開口絞りの配置は、光軸を中心として対向する構成にするとよい。露光対象物において、２以上の異なる向きをもった側面を露光する場合においても、各側面の向きと、対応する開口絞りの配置は、光軸を中心として対向する構成にするとよい。

【0022】

本発明によれば、露光対象物の側面への露光においては、側面の向きに対応した投影光学系からの傾斜光束が必要であり、投影光学系の傾斜光束に対応したマスク面を照射する照明光学系からの傾斜照明が必要である。

【0023】

そこで、複数の異なる側面を露光する場合において、各側面の向きと、対応する開口絞りの配置を、光軸を中心として対向する構成とすることにより、任意の向きをもった複数の側面への露光が可能となる。

【0024】

好ましくは、露光対象物の側面に露光された側面露光パターンの横幅ｗが下記式（１）、縦長ｌが下記式（２）を充足するように、マスクパターンの横幅Ｗ、縦長Ｌを設定した構成にするとよい。
ｗ＝β・Ｗ （１）
ｌ＝β・Ｌ・cosθ/cos（θ－δ） （２）
但し、βは投影光学系の投影倍率、θは投影光学系の投影光の入射角度、δは露光対象物の側面の水平面からの傾斜角度である。なお、投影光学系の投影光の入射角度θは、投影光学系透過後の露光対象物に対する露光光速の傾斜角度に対応する。

【0025】

本発明によれば、形成される露光パターンの大きさについては、マスクパターンの横幅Ｗ、縦長Ｌは投影レンズの倍率βにより変化し、さらに、縦長Ｌは投影光学系の投影光の入射角度θ及び露光対象物の側面の水平面からの傾斜角度δにより変化する。

【0026】

そこで、露光対象物の側面に投影される側面露光パターンの横幅ｗが上記式（１）、縦長ｌが上記式（２）を充足するように、マスクパターンの横幅Ｗ、縦長Ｌを設定することで、側面のレジスト膜に所望する寸法形状の側面露光パターンを投影することができ、垂直を含む任意角度の側面を自由に加工することが可能となる。

【0027】

好ましくは、露光基板面上に露光対象物が２以上配置される場合において、最小配置間隔Ｄ、露光対象物の上面から側面露光パターンの下端までの鉛直方向の距離Ｈにおいて、投影光学系の投影光の入射角度θを下記式（３）が充足する構成にするとよい。
tanθ ≦ Ｄ/Ｈ （３）

【0028】

本発明によれば、複数の露光対象物が存在する場合において、露光対象物の配置間隔や側面露光パターンの上面から下端までの距離によっては、傾斜角度をもった露光光束が遮られてしまう。

【0029】

そこで、複数の露光対象物の最小配置間隔Ｄ、露光対象物の上面から側面露光パターンの下端までの距離Ｈに対応して、上記式（３）を充足する投影光学系の投影光の入射角度θを設定することにより、露光光束が遮られることなく露光対象物の側面へ所定のパターン形成が可能である。

【0030】

好ましくは、２以上のマスクパターンであって、露光装置の投影光学系では解像しない微細遮光ドットパターンを異なる密度分布で配置することにより、２以上のマスクパターンについて異なる透過率分布を設定することが可能である。

【0031】

本発明において、露光対象物のパターン照射面における光強度（単位面積あたりの光量）は、側面露光パターンでは傾斜角度に応じて光強度が変化するため、水平面露光パターンと側面露光パターンでは照射面の光強度が異なる。また、通常使用されるレジストコータ（レジスト塗布機）では、立体的パターンを有する露光対象物にレジストを塗布する場合において、パターンの水平面エリアと側面エリアではレジスト膜厚が異なる場合が多く、水平面露光パターンと側面露光パターンとでは必要な露光エネルギーが異なったものとなる。

【0032】

そこで、水平面露光パターンと側面露光パターンの露光形成における投影光学系からの露光強度の差、及びレジスト膜厚の差に対応して、マスク上のパターン面内に前記微細遮光ドットパターンを導入し、水平面露光パターンと側面露光パターンとで異なる透過率をもたせることにより、露光対象物の外表面における水平面露光パターンと側面露光パターンの各々について最適な露光量とすることが可能である。

【0033】

本発明において、露光対象物の水平面と側面に露光パターンを形成する場合において、水平面露光パターンでは投影光学系からの入射光束のフォーカス位置はパターン面内で同一であるが、側面露光パターンでは入射光束のフォーカス位置は光軸方向のパターン面内で異なっており、水平面露光パターンに比べて、側面露光パターンの面内露光強度分布は不均一になりやすい。

【0034】

そこで、露光対象物に投影されたパターン面内の不均一な露光強度分布に対応して、マスクパターン面内に前記微細遮光ドットパターンを導入し、該微細遮光ドットパターンの密度分布を制御することにより該露光強度分布の不均一を相殺する透過率分布を形成し、露光現像後に得られるパターンを一様適正なものとすることが可能である。

【0035】

好ましくは、照明光学系において形状・配置の異なる開口絞りを選択可能とする絞り選択機構、マスクパターン内における特定エリアのみを露光可能とするマスクブラインド機構、露光対象物を水平面内に移動可能とするＸＹステージ機構及び露光対象物を上下方向に移動可能とするＺステージ機構を有し、露光対象物の水平面露光パターンと側面露光パターンを異なる露光条件により個別に露光することが可能である。

【0036】

本発明において、露光対象物の水平面露光パターンにおける最適露光条件と側面露光パターンにおける最適露光条件について、解像性能に影響する開口絞りの形状・配置の差異、パターン面の高さの違いに伴うベストフォーカス位置の差異、前記最適露光量の差異が存在する。

【0037】

そこで、本発明の構成によれば、露光対象物の水平面露光パターンと側面露光パターンとを個別に露光することにより、両パターンに最適な露光条件による露光が可能である。

【0038】

具体的には、水平面露光パターンについて、下記１乃至５に示す設定にて露光を行う。
１．マスクブラインド機構により、側面露光パターンに対応するマスクパターンを遮光し、マスクへの照射を水平面露光パターンに対応するマスクパターンに限定する。
２．ＸＹステージ機構により、前記１．で限定されたマスクパターンに対して、露光対象物の水平面露光パターンを位置決めする。
３．絞り選択機構により、水平面露光パターンに最適な開口絞りを選択する。
４．Ｚステージ機構により、水平面露光パターンに対してベストフォーカス位置決めを行う。
５．露光量を水平面露光パターンの最適値に設定して露光を実施する。

【0039】

具体的には、側面露光パターンについて、下記６乃至１０に示す設定にて露光を行う。
６．マスクブラインド機構により、水平面露光パターンに対応するマスクパターンを遮光し、マスクへの照射を側面露光パターンに対応するマスクパターンに限定する。
７．ＸＹステージ機構により、前記６．で限定されたマスクパターンに対して、露光対象物の側面露光パターンを位置決めする。
８．絞り選択機構により、側面露光パターンに最適な開口絞りを選択する。
９．Ｚステージ機構により、側面露光パターンに対してベストフォーカス位置決めを行う。
１０．露光量を側面露光パターンの最適値に設定して露光を実施する。

【0040】

上記に示す水平面露光パターンと側面露光パターンの個別露光により、両パターンについて最適な露光条件による露光が可能となり、両パターンを同時に露光した場合に比べて、水平面露光パターンと側面露光パターン共に、より良好なパターン形成が可能となる。

【発明の効果】

【0041】

上述した本発明の露光装置によれば、３次元の立体的形状を有する微小光学素子、アクチュエータ、センサー、導波路、プリンタヘッド、各種ＭＥＭＳなどのマイクロデバイスを構成する側面を加工することが可能となり、垂直を含む任意角度の側面に、光学的、機械的又は電気的な構造を持たせることができる。

【0042】

また、本発明の露光装置によれば、既存の露光装置に対して傾斜露光のための改造・変更をすることなく、また、露光光学系から露光対象物に至る光路内に新たな光路変更手段を導入することもなく、露光装置の照明光学系に傾斜照明手段を備えるだけで、露光対象物の側面に露光することができ、垂直を含む任意角度の側面を自由に加工することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0043】

【図1】３次元形状を有する露光対象物の配置を示す斜視図である。

【図2】露光対象物の水平面及び側面に露光されたパターンを示す平面図である。

【図3】側面露光パターンの露光に係る光学原理を示すものであり、（ａ）はアライナー方式の概略図、（ｂ）は投影露光方式の概略図である。

【図4】一般的な投影型露光装置を示す概略図である。

【図5】本発明の実施形態に係る側面露光パターンの露光に対応する投影型露光装置を示す概略図である。

【図6】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施形態に係る側面露光パターンの投影露光を説明するための概略図である。

【図7】本発明に係る露光対象物の露光パターンと対応する照明光学系開口絞りの関係を示すものであり、（ａ）は露光パターンの平面図、（ｂ）は開口絞りの平面図である。

【図8】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の実施形態に係る側面露光パターンの露光に対応する投影型露光装置、マスクパターンの形状、露光対象物の側面露光パターンの形状を示す概略図である。

【図9】本発明の実施形態に係る露光対象物の３次元形状と投影光学系の傾斜投影角度の関係を示す端面図である。

【図10】本発明の第１実施形態に係るレボルバー方式の照明系開口絞りを示すものであり、（ａ）は端面図、（ｂ）は平面図である。

【図11】本発明の第２実施形態に係るデジタルマイクロミラーデバイスで構成された照明系開口絞りを示すものであり、（ａ）は端面図、（ｂ）、（ｃ）は概略図である。

【図12】（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、本発明の第３実施形態に係るマスクパターンの平面図と露光対象物の端面図である。

【図13】本発明の第３実施形態に係るマスクパターンの平面図を示すものであり、（ａ）は透過率補正を施さない通常のパターン、（ｂ）は透過率補正のために微細遮光ドットパターンを一様に配置したパターン、（ｃ）は透過率補正のために微細遮光ドットパターンを乱数配置したパターンを示す。

【図14】本発明の第４実施形態に係る水平な露光基板に露光光束が垂直に入射する場合の露光パターンの光強度分布を示すものであり、（ａ）は投影光学系の配置図、（ｂ）はフォーカス位置を変えたときの光学シミュレーションによる２次元光強度分布を示す図である。

【図15】本発明の第４実施形態に係る露光対象物の側面に露光光束が傾きをもって入射する場合の露光パターンの光強度分布を示すものであり、（ａ）は投影光学系の配置図、（ｂ）はフォーカス位置を変えたときの光学シミュレーションによる２次元光強度分布を示す図である。

【図16】本発明の第４実施形態に係る露光パターンとマスクパターンの平面図を示すものであり、（ａ）は不均一な光強度分布をもった露光パターン、（ｂ）は露光パターンの強度分布不均一を微細遮光ドットパターンの密度制御により補正したマスクパターンを示す。

【図17】本発明の第５実施形態に係るマスクブラインド機構を示すものであり、同図（ａ）はマスクブラインド機構が組み込まれた投影型露光機を示す正面図、同図（ｂ）はマスクブラインド機構の平面図である。

【図18】本発明の第５実施形態に係る露光方法を説明するための図であり、（ａ）は露光対象物のパターン平面図、（ｂ）は通常の水平面露光パターンと側面露光パターンを１回の露光で形成する場合に使用するマスクパターン平面図、（ｃ）は第５実施形態に係る水平面露光パターンと側面露光パターンとを別々に露光する場合に使用されるマスクパターン平面図を示す。

【図19】本発明の第５実施形態に係る水平面露光パターンと側面露光パターンとを別々の露光で形成する場合におけるマスクパターンとマスクブラインド設定の関係を示す概略図であり、（ａ）は側面パターンの露光に対応するマスクブラインド設定、（ｂ）は水平面パターンの露光に対応するマスクブラインド設定を示す。

【発明を実施するための形態】

【0044】

以下、本発明に係る露光装置の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

【0045】

＜実施対象物＞
まず、本実施形態の露光装置の露光対象物について、図１を参照しつつ説明する。露光基板１００の上に形成された３次元構造体１０１を図１に例示する。露光対象物は、３次元構造体１０１の上面とその周りの側面、及び露光基板１００の基板面である。３次元構造体１０１と露光基板１００の表面全体にはレジスト膜が塗布してある。本実施形態の露光装置は、３次元構造体１０１の上面、側面及び露光基板１００の面上を加工するものである。

【0046】

この３次元構造物１０１を４個取り出した上面図を図２に示す。本実施形態の露光装置により露光形成されたパターンを矩形形状の灰色領域で示す。各露光パターンは、３次元構造体１０１の上面に形成された上面露光パターン１０２Ｅ、側面に形成された側面露光パターン１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄ、及び露光基板１００の面上に形成された底面露光パターン１０２Ｆである。

【0047】

なお、図１及び図２に示す３次元構造物１０１の形状は、露光する側面の態様を説明するための便宜的な例示に過ぎず、以下に述べる本実施形態の露光装置、露光方法は、あらゆる形状の露光対象物の側面の加工に適用することが可能である。また、本実施形態の露光装置は、図２に示す側面露光パターン１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄが形成されたような傾斜面に限らず、垂直面を含む任意の傾斜面、曲面、段差面などを露光することができる。さらに、露光対象物に塗布するレジスト膜は、露光された部分が現像で無くなるポジレジスト又は露光された部分が現像で残るネガレジストのいずれでもよい。

【0048】

＜露光装置及び露光方法の概要＞
次に、３次元構造体１０１の側面への露光に係る露光装置及び露光方法について、一般的に使用されるアライナー方式と本発明の実施形態である投影光学方式の差異を、図３を参照しつつ説明する。図３（ａ）はアライナー方式における傾斜照明により、マスク２０に形成されたマスクパターンを露光対象物１０３の側面１０３ａに転写露光したものである。図３（ｂ）は投影光学方式における傾斜照明により、マスク２０に形成されたマスクパターンを露光対象物１０３の側面１０３ａに転写露光したものである。

【0049】

マスク２０は、ガラス又は石英などの透明基板に、クロム薄膜の遮光領域２１及び透過光領域２２が形成され、両者の組み合わせにより様々なマスクパターン２３が形成される。

【0050】

図３（ａ）、（ｂ）のいずれにおいても、傾斜照明によって照射されたマスクパターン２３からは、図３（ａ）、（ｂ）の右下方向へ回折光が発生する。図中太い線で示される光束は直進する０次回折光であり、その周辺にマスクパターン２３の形状に応じた±１次回折光、±２次回折光、±３次回折光・・・が生じる。

【0051】

図３（ａ）に示すアライナー方式においては、露光対象物１０３はマスク２０に近接して設置され、露光対象物１０３の側面１０３ａへ転写されるマスクパターン２３の像は回折光の広がりによってボケたものとなる。一方、図３（ｂ）に示す投影光学方式においては、マスク２０からの回折光は、投影光学系５０の開口内に取り込まれ、露光対象物１０３の側面１０３ａに向けて集光される。そのため、投影光学系方式においては、マスクパターン２３の像は露光対象物１０３の側面１０３ａにシャープに転写される。また、露光対象物１０３が図３において左右方向に位置誤差を有する場合は、図３（ａ）に示すアライナー方式より、図３（ｂ）に示す投影光学方式の方が像のボケが少ない。側面への露光パターンとしてμｍ～数１０μｍレベルの微細なパターンが要求される場合は、解像性能、焦点深度と共に、本発明の実施形態に係る投影光学方式が有利である。

【0052】

本発明の実施形態に係る投影光学系方式において、通常の露光機で使用される露光対象物に対して垂直に照射する構成を図４に示す。同図において、光源３１Ａと、照明系視野絞り３２、照明系開口絞り３３などで構成される照明光学系３０と、マスク２０と、投影系開口絞り５５などで構成される投影光学系５０と、露光基板１００を備えている。

【0053】

図４において、光源３１Ａによるマスク２０への照射領域は、光源の像が形成される２次光源３１Ｂの直後に配置される照明系視野絞り３２で規定される。マスク２０を照射する光束の集光度合いを示す照明系のＮＡ（Numerical Aperture 開口数）は、照明系開口絞り３３により規定される。図４に示すように、照明系開口絞り３３は光軸に対して左右対称に開いているため、マスク２０へ向かう光束も対称であり、マスク２０に対して垂直な照明光束となる。照射されたマスクパターン２３から発生する回折光は、投影光学系５０に取り込まれ、投影光学系５０からの集光された光束により露光基板１００にパターン像が転写される。投影光学系５０から露光基板１００へ向かう光束の集光度合いを示す投影系のＮＡは、投影系開口絞り５５により規定される。

【0054】

図４及びそれ以降の図に示す照明光学系３０及び投影光学系５０は、光学系の態様を説明するために２枚の凸レンズで示しているが、便宜的な例示に過ぎず、数枚から数１０枚のレンズやミラーで構成される光学系も含まれる。また、同様に図４及びそれ以降の図に示す照明光学系３０と投影光学系５０において、光学系自体のＮＡは共に等しく、倍率は共に1倍として示しているが、便宜的な例示に過ぎず、任意のＮＡ、倍率が含まれる。

【0055】

光源３１Ａは、露光基板１００上のレジスト膜を露光するための露光光を放出する。光源３１Ａとしては、例えば、半導体レーザー、メタルハライドランプ、高圧水銀ランプ、エキシマレーザーなどの露光光を用いることができる。また、光源として、極端紫外線（ＥＵＶ）などのＸ線、電子線等波長を問わず適用可能であり本発明の効果を得ることが出来る。

【0056】

次に、本発明の実施形態に係る投影光学系方式において、傾斜照明により露光対象物の側面を露光する構成を図５に示す。同図においては、照明系開口絞り３３が光軸外に設置され、照明光学系３０からマスク２０へ向かう光束は傾斜角度を有し、傾斜照明となる。照射されたマスクパターン２３からは傾斜角度を持った回折光が発生し、投影光学系５０に取り込まれ、投影光学系５０からの集光した光束により露光対象物１０３の側面１０３ａにパターン像が転写される。図５に示す傾斜照明系の構成は、図４に示す一般的な投影光学系において、照明系開口絞り３３を変更するだけで対応可能となる。図５は、光軸上の側面を模式的に示している。実際のレンズ径は露光エリアより十分に大きい。そのため、同図に示す照明光学系３０及び投影光学系５０の構成においては、マスク２０に向かう光束の傾斜角度はマスク２０上の任意の照明場所で同じであり、露光対象物１０３に向かう光束の傾斜角度も任意の露光場所で同じである。本発明の実施形態では図５以降に示した図についても同様である。

【0057】

本発明の実施形態に係る傾斜照明によるマスクパターン２３を露光対象物１０３の側面１０３ａに転写する場合について、図６を参照しつつ説明する。図６（ａ）は、傾斜照明によりマスクパターン２３の右端が照射され、投影光学系５０を介して露光対象物１０３の側面１０３ａに転写される様子を示したものである。図６（ｂ）は、同様に、マスクパターン２３の左端が照射され、露光対象物１０３の側面１０３ａに転写される様子を示したものである。マスク２０上の左右方向のパターン幅に応じて、パターンの左エッジは右エッジよりも露光対象物１０３の側面１０３ａにおいて、より下方に転写される。図６（ｃ）は、露光対象物１０３の側面１０３ａに露光されたパターンを露光対象物の右側から見た図である。マスクパターン２３に対応して、露光対象物１０３の側面１０３ａに垂直面露光パターン１０２Ｇが形成される。

【0058】

＜側面パターンの向きと照明系開口絞りの関係＞
本発明に係る露光対象物１０３の側面１０３ａの向きと照明系開口絞り３３の関係について、図５を用いて説明する。同図においては、光軸外に配置された照明系開口絞り３３は光軸に対して左側にあり、露光される側面露光パターンの向きは対向する右側である。２以上の異なる向きをもった側面を露光する場合においても、各側面の向きと、対応する開口絞りの配置は、光軸を中心として対向する構成にするとよい。

【0059】

図７は、側面露光パターンの向きと照明系開口絞りの配置について具体例を示すものである。図７（ａ）に示す側面露光パターン１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄは、各々図７（ｂ）に示す側面用の照明系開口絞り３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄを使用した傾斜照明による露光によって得られる。また、図７（ａ）に示す上面露光パターン１０２Ｅ及び底面露光パターン１０２Ｆは、図７（ｂ）に示す水平面用の照明系開口絞り３３ＥＦを使用した通常照明による露光によって得られる。水平面露光パターンについては、通常照明で使用される水平面用の照明系開口絞り３３ＥＦだけでなく、側面用の照明用開口絞り３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄによる露光によって得ることもできる。

【0060】

＜マスクパターンと露光パターンの形状の関係＞
本発明に係るマスクパターンと露光対象物の側面に露光されたパターンとの幾何学的形状の関係について、図８を用いて説明する。図８（ａ）は、投影光学系５０による傾斜照明によって、３次元構造体からなる露光対象物１０４の右側の側面１０４ａに側面露光パターン１０２Ｈを投影露光したものである。同図において、θは投影光学系からの投影光の入射角度であり、δは露光対象物１０４の側面１０４ａの水平面からの傾斜角度である。図８（ｂ）はマスクパターン２３の形状を示すものであり、マスクパターン２３は、横幅Ｗ、縦長Ｌを有する。図８（ｃ）は前記露光対象物１０４の側面１０４ａに投影露光された側面露光パターン１０２Ｈについてパターン面の法線方向から見た形状を示すものであり、側面露光パターン１０２Ｈは、横幅ｗ、縦長ｌを有する。マスクパターン２３の横幅Ｗは、下式（２）で示されるように、投影光学系の投影倍率βだけ伸縮され、側面露光パターン１０２Ｈではｗとなる。マスクパターン２３の縦長Ｌは、下式（３）に示されるように、投影光学系の投影倍率βだけ伸縮されると共に、投影光学系の投影光の入射角度θと露光対象物の側面の水平面からの傾斜角度δにより、cosθ/cos（θ－δ）だけ伸縮され、側面露光パターン１０２Ｈではｌとなる。
ｗ＝β・Ｗ （１）
ｌ＝β・Ｌ・cosθ/cos（θ－δ） （２）

【0061】

すなわち、本実施形態では、最初に側面露光パターン１０２Ｈの横幅ｗ、縦長ｌを決定し、その後、上記式（１）、（２）の関係に基づいて、横幅ｗ、縦長ｌの値からマスク２０に形成するマスクパターン２３の横幅Ｗ、縦長Ｌを逆算しているのである。このような横幅Ｗ、縦長Ｌのマスクパターン２３を用いることにより、露光対象物１０４の側面１０４ａに所望する横幅ｗ、縦長ｌの側面露光パターン１０２Ｈを転写することが可能となる。

【0062】

＜露光対象物の３次元形状と投影光学系の傾斜投影角度の関係＞
本発明に係る複数の露光対象物の３次元形状と投影光学系の傾斜投影角度の関係について、図９を用いて説明する。同図に示す複数の露光対象物１０５、１０６、１０７においては、最小配置換間隔は、露光対象物１０５と１０６との間隔Ｄである。露光対象物１０５の側面露光パターン１０２Ｉについては、露光対象物１０５の上面から側面露光パターン１０２Ｉの下端までの距離がＨの場合、側面露光パターンの上下全域を露光するためには、下端に入射する光束が同図の右側に示す露光対象物１０６の上端により遮られることなく到達することが求められる。そのため、投影光学系の投影光の入射角度θは下式（３）を満たす必要がある。
tanθ ≦ Ｄ/Ｈ （３）

【0063】

図８（ａ）は、本発明の実施形態に係る側面露光パターンの露光に対応する投影型露光装置を示すものである。投影光学系５０の投影光の入射角度θは、マスク２０を照射する照明光学系３０の傾斜照明角度に対応している。また、傾斜照明角度は照明系開口絞り３３における開口と光軸との距離に対応している。開口と光軸との距離が大きいほど傾斜照明角度は大きくなり、露光対象物１０４の側面１０４ａを露光する投影光学系５０の投影光の入射角度θも大きくなる。すなわち、本実施形態では、図９に示すように、最初に露光対象物１０５の３次元形状の最小配置間隔Ｄ、側面露光パターン１０２Ｉの下端までの距離Ｈを決定し、その後、上記式（３）の関係に基づいて、投影光の入射角度θを逆算し、照明系開口絞り３３の光軸からの配置を決定しているのである。このような投影光の入射角度θを用いることにより、露光対象物１０５の側面１０５ａに所望とする側面露光パターン１０２Ｉの露光が可能となる。

【0064】

＜第１実施形態＞
次に、本発明の第１実施形態に係る露光装置について、図１０を参照しつつ説明する。本実施形態は、図５に示す露光装置の照明系開口絞り３３の具体的構成を例示するものであり、投影光学系５０、投影系開口絞り５５及び露光対象物１０３の図示は省略する。

【0065】

本実施形態では、図１０（ａ）において、照明光学系３０の光軸外に回転ピボット３５を有するターンテーブル３４が構成され、図１０（ｂ）に示すターンテーブル３４上の設置された複数の照明系開口絞り３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、３３Ｄ、３３ＡＣ、３３ＢＤ、３３Ｇ、３３ＥＦをレボルバー方式により選択可能な構成としている。

【0066】

図１０（ｂ）に示す開口絞り３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄは、図７（ｂ）に示す開口絞り３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄに対応しており、図７（ａ）に示す側面露光パターン１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄの露光形成に対応するものである。同様に、図１０（ｂ）に示す開口絞り３３ＥＦは、図７（ｂ）に示す開口絞り３３ＥＦ、及び図７（ａ）に示す上面露光パターン１０２Ｅ及び底面露光パターン１０２Ｆにそれぞれ対応する。また、図１０（ｂ）に示す開口絞り３３ＡＣは、図１０（ｂ）及び図７（ｂ）に示す開口絞り３３Ａと３３Ｃを一つの開口絞り内に有るものであり、図７（ａ）に示す側面露光パターン１０２Ａと１０２Ｃを同時に露光形成するものである。同様に、図１０（ｂ）に示す開口絞り３３ＢＤは、図１０（ｂ）及び図７（ｂ）に示す照明系開口絞り３３Ｂと３３Ｄを一つの開口絞り内に有るものであり、図７（ａ）に示す側面露光パターン１０２Ｂと１０２Ｄを同時に露光形成するものである。図１０（ｂ）に示す照明系開口絞り３３Ｇは、図１０（ｂ）及び図７（ｂ）に示す照明系開口絞り３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄを一つの開口絞り内に有るものであり、図７（ａ）に示す側面露光パターン１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄを同時に露光形成するものである。水平面露光パターンについては、通常照明で使用される水平面用の照明系開口絞り３３ＥＦだけでなく、側面用の照明用開口絞り３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３ＡＣ，３３ＢＤ，３３Ｇによる露光によって得ることもできる。そのため、図１０（ｂ）に示すいずれの側面露光パターン用の開口絞りを用いても、同時に水平面露光パターンの露光形成は可能である。

【0067】

このような本実施形態の露光装置によれば、側面露光パターンの露光要請に対して、照明光学系外にレボルバー方式の開口絞り機構を設置することにより、通常の露光装置の照明光学系を変更することなく側面露光パターンの露光が可能となる。また、露光対象物の変更に伴う側面露光パターンの傾斜、配置等の露光仕様の変更に対しても、ターンテーブル上の開口絞りを交換することで容易に露光仕様変更に対応可能である。そのため、量産工程において異なる立体的構造・仕様を有する露光対象物を扱う場合に、照明光学系変更等に伴う工程停止時間を少なくし、量産工程において問題となる生産性の低下を抑えることが可能となる。

【0068】

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る露光装置について、図１１を参照しつつ説明する。本実施形態は、図５に示した露光装置の照明系開口絞り３３を、デジタルマイクロミラーデバイスにより構成し、電子的制御により任意の開口絞りに切り替え可能とする具体的構成を例示するものである。図１１においては、図５に示した投影光学系５０、投影系開口絞り５５及び露光対象物１０３の図示は省略する。なお、本実施形態においては、デジタルマイクロミラーデバイスに替えて、２次元マトリックス状に配列された光学素子であって、各々の素子に付随するアクチュエータを電気的制御可能な構成としたものであってもよい。同様に、２次元マトリックス状に配置された素子であって、各々の素子が電気的制御によって透過機能と遮蔽機能を切り替えることにより、透過エリアを開口絞りとする構成としてもよい。

【0069】

本実施形態では、図１１（ａ）において、照明光学系３０内の照明系開口絞りに替えてデジタルマイクロミラーデバイス３６が設置され、光源３１Ａより照明系視野絞り３２を介して入射する照明光束は、デジタルマイクロミラーデバイス３６が未制御状態においては、下方へ折り曲げられる。図１１（ｂ）はデジタルマイクロミラーデバイス３６の平面図を示したものであり、小四角で示される多数の可動マイクロミラー３６aがマトリックス状に配列された構成となる。同図において破線で示した円形の２次光源３１Ｂの内側が、照明光学系３０の最大光束に対応する。同図においては、７行７列の配列からなる４９個の可動マイクロミラー３６ａで示しているが、便宜的な例示に過ぎず、一つのミラーのサイズは１０μｍ前後であり、数１０万個から数１００万のマイクロミラーで構成される。

【0070】

各可動マイクロミラー３６ａは、それぞれが図示しない電極と支軸とを有しており、個別に電圧を印加することで、所定の角度に傾斜動作することが可能である。図１１（ａ）では、電圧の非印加時（制御ＯＦＦ）は、可動マイクロミラー３６ａは動作せず、左方向から入射する照明光束は下方へ反射し、照明光学系３０を介してマスク２０を照射する。電圧印加時（制御ＯＮ）は、各可動マイクロミラー３６ａは所定の角度に傾斜動作し、左方向から入射する照明光束は下方４５°方向に反射し、照明光学系３０の外部へ導かれる。そのため、電圧が印加されなかったミラー面からの光束のみが照明光学系３０を通過し、マスク２０を傾斜照明することになる。

【0071】

図１１（ｃ）は、デジタルマイクロミラーデバイス３６のミラー面内において、灰色で示す特定の可動マイクロミラー３６ａを制御オフとし、灰色領域の光束のみ照明光学系３０を透過させるものである。灰色領域で反射される光束が、図４、５、６、８、１０に示す照明系開口絞り３３を透過する光束と同様な機能を有し、灰色で示した選択領域の光束が照明光学系３０を透過後に傾斜照明としてマスク面を照射する。図１１（ｃ）においては、１個～数個のミラーで構成される灰色で示した四角の領域が選択されているが、便宜的な例示に過ぎず、実際のデジタルマイクロミラーデバイスは、前記の通り、数１０万個から数１００万個のマイクロミラーで構成されるため、図４、５、６、８、１０に示す照明系開口絞り３３と同様に、円形を含む任意の形状を選択可能である。

【0072】

図１１（ｃ）に示した８種類の灰色で示した四角の領域を有するデジタルマイクロミラーデバイス３６は、側面用の照明光束エリア３６Ｃ、３６Ｇ、３６ＢＤ、３６ＡＣ、３６Ｄ、３６Ｂ、３６Ａが、光束選択機能として図１０（ｂ）に示した側面用の照明系開口絞り３３Ｃ、３３Ｇ、３３ＢＤ、３３ＡＣ、３３Ｄ、３３Ｂ、３３Ａにそれぞれ対応し、図１１（ｃ）に示した水平面用の照明光束エリア３６ＥＦが、図１０（ｂ）で示した水平面用の照明系開口絞り３３ＥＦに対応する。

【0073】

本実施形態の露光装置によれば、側面露光パターンの露光要請に対して、照明光学系３０内に本デジタルマイクロミラーデバイス３６を設置することにより、照明光束を電気的制御により選択することで容易に対応可能である。また、露光対象物の変更に伴う側面露光パターンの傾斜、配置等の露光仕様の変更に対しても、電気的制御により高速で容易に露光仕様変更に対応可能である。そのため、量産工程において異なる立体的構造・仕様を有する露光対象物を扱う場合に、照明光学系の変更等に伴う工程停止時間を少なくし、量産工程において問題となる生産性の低下を抑えることが可能となる。

【0074】

本発明におけるデジタルマイクロミラーデバイス３６は、電気的制御によるマイクロミラー選択に要する応答時間が数ミリ秒から数１０ミリ秒である。一枚の露光基板を小領域に分割して、ステップアンドリピート方式で繰り返し露光を行う露光機（ステッパ）においては、通常、露光小領域毎の露光時間は１秒前後が要求されるが、デジタルマイクロミラーデバイス３６のＯＮ／ＯＦＦ制御により、露光小領域毎に傾斜照明の角度、配置等を変更可能である。これにより、一枚の露光基板内に複数種の構造をもったデバイスを生産する場合の生産性を高めることが可能である。

【0075】

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係るマスクパターンと露光対象物への露光量の関係について、図１２を参照しつつ説明する。図１２（ａ）は３次元構造体からなる露光対象物１０８の水平面露光パターン１０２Ｋに対応するマスクパターン２３Ｆを示しており、図１２（ｂ）は露光対象物１０８の側面露光パターン１０２Ｌに対応するマスクパターン２３Ｇを示している。便宜的に両者のマスク面上での形状・面積は同一としている。

【0076】

露光対象物１０８のパターン照射面における光強度（単位面積あたりの光量）は、図１２（ｃ）に示すように、水平面露光パターン１０２Ｋに対して水平面の光強度Ｉ１、側面露光パターン１０２Ｌに対して側面の光強度Ｉ２であるが、側面の光強度Ｉ２は側面露光パターンの傾斜角度に応じて変化する。露光対象物１０８におけるレジスト（感光剤）膜厚は、図１２（ｃ）に示すように、水平面領域のレジスト１１０の膜厚Ｔ１、側面領域のレジスト１１１の膜厚Ｔ２であるが、レジストコーティング手段に応じて、一般的に水平面領域と側面領域とで膜厚が異なる。

【0077】

レジスト露光においては、現像後に所望のパターン形状を確保すべく最適な露光量が存在するが、最適露光量は、パターン照射面における光強度（単位面積当たりの光量）とレジスト膜厚により決定される。図１２（ａ）で示したマスクパターン２３Ｆと、図１２（ｂ）で示したマスクパターン２３Ｇとが同一形状・同一面積の場合、マスクパターン透過後の光束は両パターン共に同一である。しかし、図１２（ｃ）に示したように、露光対象物１０８の水平面露光パターン１０２Ｋに対する光強度Ｉ１と側面露光パターン１０２Ｌに対する光強度Ｉ２は異なる。レジスト膜厚は、図１２（ｃ）に示したように、水平面領域のレジスト１１０の膜厚Ｔ１と側面領域のレジスト１１１の膜厚Ｔ２は異なる。そのため、露光対象物１０８における水平面露光パターン１０２Ｋと側面露光パターン１０２Ｌについては、各々の最適な露光量を与えることが出来ない。

【0078】

露光対象物の水平面露光パターンと側面露光パターンで最適な露光量が異なる場合に、マスク上の対応するマスクパターンの透過率を変更・補正することにより、各々のパターンに必要な最適露光量を確保することが可能である。図１３は、マスク２０に形成される種々のマスクパターンを示している。図１３（ａ）はマスク２０の透過光領域２２Ｈが一般的なガラスパターンによるマスクパターン２３を示しており、図１３（ｂ）（ｃ）は、各マスク２０の透過光領域２２Ｉ、２２Ｊが微細遮光ドットパターンによるマスクパターン２３を示している。

【0079】

前記微細遮光ドットパターンは、マスク２０に遮光領域２１に使用されるクロムパターンを微細化したものであり、投影光学系の限界解像力以下のサイズのドットパターンが使用される。便宜的な例示としては、投影光学系のＮＡ（開口数）０．１５、波長０．３６５μｍの場合、限界解像力はほぼ１．５μｍであるため、投影光学系の倍率が１倍であれば、マスク上のドットサイズは０．５μｍ×０．５μｍ～１μｍ×１μｍ程度の大きさとなる。本ドットパターンは投影光学系の限界解像力より小さいため、露光対象物にはドットの形状が転写・結像されず、露光対象物における本来のパターン形状に対して影響を与えない。

【0080】

マスクパターン２３内に配置された微細遮光ドットパターンは、ドットの面積に応じてマスク２０への照射光を遮光するため、マスクパターン２３から投影光学系に向かう光量を低下させることが可能である。マスクパターン２３におけるドットの個数を増減させることで、マスクパターン２３の透過光量を変更・補正することが可能である。図１３（ｂ）の透過光領域２２Ｉは、透過率補正に必要な個数の微細遮光ドットパターンを一様に配置したものである。図１３（ｃ）の透過光領域２２Ｊは、透過率補正に必要な個数の微細遮光ドットパターンを乱数によりランダム配置したものである。透過光領域２２Ｉでは、均等配置によるパターン周期性により回折光が発生する場合がある。それ故、回折光による不要なパターン転写等を避けるためにはランダム配置による透過光領域２２Ｊが有効である。

【0081】

このような実施形態の露光装置によれば、水平面露光パターンと側面露光パターンの露光条件が異なる場合においても、対応するマスクパターンに微細遮光ドットパターンを配置し、ドットの密度を制御することにより透過率を補正し、各々の露光パターンにとって最適な露光量を確保できる。そのため、露光・現像後に良好な露光パターンを形成可能である。一般的に使用されるマスク描画装置においては、０．５μｍ前後のドットパターンの形成・配置は標準的な仕様であり、本実施形態のように透過率を補正したマスクは簡便に入手可能である。

【0082】

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る露光装置を図１４及び図１５を参照しつつ説明する。同図には投影光学系からの入射光束の投影角度と露光パターンの面内における光強度分布（露光ムラ）が示されている。図１４（ａ）は、通常の垂直照明による水平面露光パターンの露光に対応する投影光学系５０の配置を示しており、図１４（ｂ）は、マスク２０上の矩形パターンを、投影光学系５０により露光基板１００に転写・結像したときのパターン像の２次元光強度分布を示している。図１４（ｂ）の各図は、露光基板１００のフォーカス位置を上下に－２５０μｍ～＋２５０μｍまでシフトしたときの各々における２次元光強度分布に対応している。図１５（ａ）は、傾斜照明による側面露光パターンの露光に対応する投影光学系５０の配置を示しており、図１５（ｂ）は、マスク２０上の矩形パターンを、投影光学系５０により露光対象物１０３の側面１０３ａに転写・結像したときのパターン像の２次元光強度分布を示している。図１５（ｂ）の各図は、露光対象物１０３の側面１０３ａのフォーカス位置を左右に－２５０μｍ～＋２５０μｍまでシフトしたときの各々における２次元光強度分布に対応している。なお、２次元光強度分布の計算に当たっては、CYBERNET社の光学計算ソフトウエア「CODE V」を使用した。

【0083】

図１４（ｂ）に示される水平面露光パターンにおいては、デフォーカスに伴うパターン像の光強度分布は面内でほぼ一様であり、デフォーカスに伴う変化も少ない。図１５（ｂ）で示される側面露光パターンについては、ベストフォーカス付近での光強度分布はほぼ一様であるが、デフォーカスに伴う面内不均一性の拡大が顕著である。水平面露光パターンと側面露光パターンを同時に露光する場合、投影光学系５０のベストフォーカス位置を水平面に合わせる場合には、側面露光パターンは上下方向に形成されるため、必然的にデフォーカスの影響を受けることになる。そのため、側面露光パターンに対して、水平面露光パターンと同様な均一性が求められる場合には、露光・現像後の側面露光パターンの解像性能が問題となる。

【0084】

露光パターンの面内強度分布の不均一に対して、対応するマスクパターン内に微細遮光ドットパターンを配置することにより、不均一性を補正する方法について、図１６を参照しつつ説明する。図１６（ａ）は、所定のデフォーカス位置における露光側面パターン１０２Ｊの露光面内強度分布を示しており、図１６（ｂ）は対応するマスクパターン２３の透過光領域２２ｋに配置した微細遮光ドットパターンを示している。側面露光パターン１０２Ｊ内の光強度が大きいエリアに対して、マスクパターン２３内の対応エリアの微細遮光ドットパターンの個数を増やすことにより、マスクパターン２３の透過率が低減する。

【0085】

このような本実施形態の露光装置によれば、露光パターンに面内強度分布に不均一が存在する場合に、対応するマスクパターンの面内に微細遮光ドットパターンを配置し、ドットの密度分布を制御することにより透過率を補正し、面内不均一性を改善することにより良好な露光パターン形成が可能となる。本補正は、側面露光パターンに限定することなく、面内不均一が存在する任意の露光パターンについて適用可能であり、面内不均一性を改善し、良好なパターン形成が可能となる。

【0086】

＜第５実施形態＞
次に、本発明の第５実施形態に係る露光対象物の水平面露光パターンと側面露光パターンを各々の最適な露光条件により別個に露光する露光方法について、図１７、図１８、及び図１９を参照しつつ説明する。水平面露光パターンを露光する際の最適露光条件と側面露光パターンを露光する際の最適露光条件については、以下に示す差異が存在する。
（１）最適開口絞りの形状・配置の差異
（２）パターン面の高さの違いに伴うベストフォーカス位置の差異
（３）最適露光量の差異

【0087】

露光条件の差異に対しては、水平面露光パターンと側面露光パターンを別個に露光することにより対応可能である。図１７には水平面露光パターンあるいは側面露光パターンを別個に露光可能とするため、マスク２０上に設けられるマスクブラインド機構２５が示される。図１７（ａ）は投影型露光装置の側面図であり、マスク２０の直上にマスクブラインド機構２５が設置される。図１７（ｂ）はマスクブラインド機構２５のみを取り出した平面図である。同図において、マスク２０は破線で表示され、マスク２０の直上にＸ方向（同図の左右方向）に駆動可能な２枚の遮光ブレード２５ＸＬ、２５ＸＲが設置される。Ｘ方向の遮光ブレード２５ＸＬ、２５ＸＲの直上にＹ方向（同の上下方向）に駆動可能な２枚の遮光ブレード２５ＹＵ、２５ＹＤが設置される。４枚の遮光ブレードは各々独立に駆動可能である。

【0088】

マスクブラインド機構２５は、投影型露光機においては一般的に組み込まれる機構である。通常は、ＡＳＩＣ（Ａpplication Ｓpecific Ｉntegrated Ｃircuit、特定用途向け集積回路）等の露光において、１素子内に露光条件の異なる複数のマスクパターンを露光する場合に利用される。そのため、本発明に示す投影型露光による３次元構造体の露光においても、マスクブラインド機構２５を利用することに伴う露光機の大幅な変更・改造等は不要である。

【0089】

図１８（ａ）は、露光対象物の平面図であり、上面露光パターン１０２Ｅ及び側面露光パターン１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄで構成される。図１８（ｂ）は、一回の露光で上面露光パターンと側面露光パターンを同時に露光する場合におけるマスク２０の平面図あり、マスクパターン２２Ｅ１が上面露光パターン１０２Ｅに対応し、マスクパターン２２Ａ１，２２Ｂ１，２２Ｃ１，２２Ｄ１が側面露光パターン１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄにそれぞれ対応する。図１８（ｃ）は、上面露光パターンと側面露光パターンを別個に露光する場合におけるマスク２０の平面図であり、マスクパターン２２Ｅ２が上面露光パターン１０２Ｅに対応し、マスクパターン２２Ａ２，２２Ｂ２，２２Ｃ２，２２Ｄ２が側面露光パターン１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄにそれぞれ対応する。

【0090】

図１９を参照しつつ、前記上面露光パターン１０２Ｅと側面露光パターン１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄを別個に露光する手法について説明する。先ず、上面露光パターンについて、下記１乃至５に示す設定にて露光を行う。
１．マスクブラインド機構２５の遮光ブレード２５ＹＵをＹ－方向（同図の下方向）に駆動することにより、マスク２０上のマスクパターン２２Ａ２，２２Ｂ２，２２Ｃ２，２２Ｄ２を遮光し、露光照射をマスクパターン２２Ｅ２に限定する。
２．ＸＹステージ機構により、マスクパターン２２Ｅ２に対して、露光対象物の上面露光パターン１０２Ｅを位置決めする。
３．絞り選択機構により、上面露光パターン１０２Ｅに最適な開口絞りを選択する。
４．Ｚステージ機構により、上面露光パターン１０２Ｅに対してベストフォーカス位置決めを行う。
５．露光量を上面露光パターン１０２Ｅの最適値に設定して露光を実施する。

【0091】

次に、側面露光パターンについて、下記６乃至１０に示す設定にて露光を行う。
６．マスクブラインド機構２５の遮光ブレード２５ＹＤをＹ＋（同図の上方向）に駆動することにより、マスク２０上のマスクパターン２２Ｅ２を遮光し、露光照射をマスクパターン２２Ａ２，２２Ｂ２，２２Ｃ２，２２Ｄ２に限定する。
７．ＸＹステージ機構により、マスクパターン２２Ａ２，２２Ｂ２，２２Ｃ２，２２Ｄ２に対して、露光対象物の側面露光パターン１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄをそれぞれ位置決めする。
８．絞り選択機構により、側面露光パターン１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄに最適な開口絞りを選択する。
９．Ｚステージ機構により、側面露光パターン１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄに対してベストフォーカス位置決めを行う。
１０．露光量を側面露光パターン１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄの最適値に設定して露光を実施する。

【0092】

このような本実施形態の露光装置によれば、露光対象物の水平面露光パターンと側面露光パターンとを個別に露光することにより、両パターンについて最適な露光条件による露光が可能となる。そのため、両パターンを同時に露光した場合に比べて、水平面露光パターンと側面露光パターン共に、より良好なパターン形成が可能となる。

【0093】

露光対象物の水平面露光パターンと側面露光パターンを個別に露光することにより、両パターンについて最適な露光が可能となるため、本発明の第３実施形態、及び第４実施形態に示すようなマスク上の水平面パターンと側面パターンに微細遮光ドットパターンを配置し両パターンの透過率を補正する必要はない。

【符号の説明】

【0094】

２０ マスク
２１ 遮光領域
２２ 透過光領域
２２Ａ１，２２Ｂ１，２２Ｃ１，２２Ｄ１ 側面露光用のマスクパターン
２２Ｅ１ 上面露光用のマスクパターン
２２Ａ２，２２Ｂ２，２２Ｃ２，２２Ｄ２ 側面露光用のマスクパターン
２２Ｅ２ 上面露光用のマスクパターン
２２Ｈ 透過光領域
２２Ｉ 透過光領域
２２Ｊ 透過光領域
２２Ｋ 透過光領域
２３ マスクパターン
２３Ｆ マスクパターン
２３Ｇ マスクパターン
２５ マスクブラインド機構
２５ＸＬ，２５ＸＲ Ｘ方向の遮光ブレード
２５ＹＵ，２５ＹＤ Ｙ方向の遮光ブレード
３０ 照明光学系
３１Ａ 光源
３１Ｂ ２次光源
３２ 照明系視野絞り
３３ 照明系開口絞り
３３ＥＦ 水平面用の照明系開口絞り
３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ，３３ＡＣ，３３ＢＤ，３３Ｇ 側面用の照明系開口絞り
３４ ターンテーブル
３５ 回転ピボット
３６ デジタルマイクロミラーデバイス
３６ａ 可動マイクロミラー
３６ＥＦ 水平面用の照明光束エリア
３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄ，３６ＡＣ，３６ＢＤ，３６Ｇ 側面用の照明光束エリア
５０ 投影光学系
５５ 投影系開口絞り
１００ 露光基板
１０１ ３次元構造体
１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄ 側面露光パターン
１０２Ｅ 上面露光パターン
１０２Ｆ 底面露光パターン
１０２Ｇ 垂直面露光パターン
１０２Ｈ 側面露光パターン
１０２Ｉ 側面露光パターン
１０２Ｊ 側面露光パターン
１０２Ｋ 上面露光パターン
１０２Ｌ 側面露光パターン
１０３，１０４，１０５，１０６，１０７，１０８ 露光対象物
１０３ａ，１０４ａ，１０５ａ 露光対象物の側面
１１０ 水平面領域のレジスト
１１１ 側面領域のレジスト
β 投影光学系の投影倍率
θ 投影光学系の投影光の入射角度
δ 露光対象物の側面の水平面からの傾斜角度
Ｌ マスクパターンの縦長
Ｗ マスクパターンの横幅
ｌ 露光パターンの縦長
ｗ 露光パターンの横幅
Ｈ 露光対象物の上面から側面露光パターンの下端までの距離
Ｄ 露光対象物の最小配置間隔
Ｉ１ 水平面の光強度
Ｉ２ 側面の光強度
Ｔ１ 水平面のレジスト膜厚
Ｔ２ 側面のレジスト膜厚

【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】