JP2000098627A

JP2000098627A - 露光方法および露光装置

Info

Publication number: JP2000098627A
Application number: JP10271997A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Hane; 一博羽根; Minoru Sasaki; 佐々木　　実; Atsushi Yashiro; 淳家城; Keiji Matsui; 圭司松井
Original assignee: Okuma Corp; Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1998-09-25
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2000-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】モータの回転軸やロボットの指関節の回転軸
の側面などに直接、回折格子を精度良く製作する。【解決手段】原版となるマスク１上のパターンを非平
面ワーク１０に転写する。露光光源からの光束Ｌを照射
した状態で、マスク１を所定の方向に移動させる。そし
て、このマスク１の移動に対応する回転量だけ非平面ワ
ーク１０を回転させることによって、マスク１上のパタ
ーンを非平面ワーク１０に転写させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータの回転軸や
ロボットの指関節の回転軸などの曲面上に、直接、回折
格子などを描画する露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にモータの回転軸やロボットの指関
節の回転軸などの回転量を検出する装置として光学式エ
ンコーダが用いられる。光学式エンコーダは、光束を発
する発光ユニットと、光束を透過させる２つの回折格子
と、２つの回折格子の後方に配置される光電変換素子と
を有し、２つの回折格子を透過した光を光電変換素子に
より検出し、２つの回折格子の相対移動によって生じる
光の強度の変化を基に、回転量や移動量を検出する。そ
して、回転角度を検出する光学式エンコーダは、回折格
子が刻まれた円板状のスケールが、回転軸に対して垂直
に配置される。そのため、モータの回転軸やロボットの
指関節の回転軸などの回転量を検出する場合、その円板
状のスケールを、回転軸の端部に配置する必要があっ
た。

【０００３】これに対し、スケールを軸の途中に配置し
たい場合もあり、スケールを中空構造として構成する方
法がある。しかし、この方法では、回転軸の周囲にスケ
ールが配置されるため、スケールが広い断面を占有して
しまい、小型化の妨げとなるという問題を有していた。
また、各種の機構を介して回転軸とスケールが結合され
ているため、耐振動性に問題があったり、回転軸とスケ
ールの熱膨張係数差による熱ひずみやこれらに起因する
精度劣化などの問題があった。

【０００４】これらの問題を解決するために、回転軸の
円筒面などに、直接回折格子を描画する技術が従来より
提案されている。この従来技術における露光方法につい
て説明する。微細パターンが刻まれているマスクは、フ
レキシブルマスクといわれる柔軟かつ紫外線を透過する
材質で出来ている。フレキシブルなマスク上に非透過材
質であるクロムなどの薄膜が形成される。そして、クロ
ムのみがフォトリソグラフィープロセスで微細加工され
微細パターンがフレキシブルマスク上に形成される。こ
のマスクは、レジストが塗布された円筒面などの非平面
に貼り付けられる。貼り付けられた状態で、紫外線光源
などで露光することにより、円筒面のレジストはマスク
のパターンを転写する形で露光される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の方法では、フレキシブルマスクが伸縮してしまうた
め精密に非平面に取りつけることが困難であり、折角精
密に製作したマスクの精度通りに転写することができな
いという問題があった。

【０００６】本発明は上述した事情から成されたもので
あり、本発明の目的は、非平面な金属などの表面上に微
細なパターンを精密に形成するための露光方法を提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、非平面上に微
細なパターンを形成するための露光方法及び装置であっ
て、微細なパターンの原版となるマスクを用いて、この
マスクを光束により露光しながら、マスクを直線移動さ
せ、このマスクの移動と同期して微細なパターンを形成
すべき被露光用非平面ワークを回転させることを特徴と
する。これによって、非平面ワーク上に精密な転写を行
うための露光が実現できる。また、マスクと非平面ワー
クを接触させ、非平面ワークをマスクの移動に応じて回
転させることが好適である。また、非平面ワークの回転
手段を備え、マスクの移動と回転手段の回転を同期制御
することも好適である。さらに、マスクまたは非平面ワ
ークの表面に、マスクと非平面ワーク表面のパターン形
成面との間隙を一定に保つためのスペーサ接触面を設け
ることも好適である。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
（以下、実施形態と記す）を図面に従って説明する。図
１は、本発明の第１実施形態の露光装置に関する構造図
であり、本実施形態の露光装置は、紫外線などの光束Ｌ
を照射する光源（図示せず）と、転写すべきパターンの
基となるパターンが刻まれているマスク１と、被露光用
ワーク１０をマスク１の移動に応じて回転するように支
持するローラ１１を含む回転機構と、光源から発せられ
た光束Ｌを制限するスリット１３と、マスク１を直線移
動させるマスク移動手段２０からなっている。マスク１
は、ワーク１０に対して図中の下向きの力で押しつけら
れている。従って、マスク１と被露光用ワーク１０は接
触しており、マスク１を直線移動させるマスク移動手段
２０によるマスク１の直線移動に伴って、被露光用ワー
ク１０は転動し回転する。その結果、マスク１の直線移
動量と被露光用ワーク１０の円周上の回転移動量は等し
くなるように被露光用ワーク１０は転動される。このよ
うな構成において、光源から発せられた紫外線などの光
束Ｌは、スリット１３にて制限されマスク１とワーク１
０が密着もしくは近接している領域に照射される。一
方、円筒ワーク１０の円筒側面にはレジスト１２が塗布
してあり、マスク１の移動に従い円筒ワーク１０のレジ
スト塗布面は順次露光されマスクパターンが転写され
る。スリット１３の幅は、露光光の強度を考慮して決定
する。露光光の強度は、マスク１とワーク１０が密着し
ている領域と近接している領域とで若干異なる。レジス
ト塗布面におけるパターンのコントラストを０．７以上
に保つには、光束が照射されるマスク１とワーク１０の
表面の間隙の大きさＺを下式の範囲に抑えればよく、こ
れを満たすようにスリットの幅を決定すればよい。

【数１】Ｚ≦ Ｐ²／６４λ 但し、Ｐはマスク上の格子パターンの周期、λは光束の
波長である。露光以降の工程は、通常のフォトリソグラ
フィー工程によりパターンが形成されワーク１０の円筒
側面上に回折格子が形成される。なお、回折格子は反射
型の回折格子となるので、エンコーダとしての構成は、
一般的な反射型光学式エンコーダとして構成すればよ
い。透過物質上に回折格子を形成した際は透過型光学式
エンコーダとして構成すればよい。ここで、マスク１
は、ガラス、樹脂やシリコンなどの剛性を有する透明基
板上に、Ｃｒなどの金属のパターンを形成したものが好
ましい。また、マスク移動手段２０には、サーボモータ
やステッピングモータを利用したものなど各種のものが
採用できる。マスク１の移動速度は、正確に移動でき、
適切な露光時間を得られるものに設定するとよい。

【０００９】続いて、上述の実施形態をさらに改善する
第２の実施形態について図２をもとに説明する。図１に
おける上述の露光装置では、被露光用ワーク１０に非常
に微細な回折格子パターンを一周にわたって転写する場
合、転写の開始点と終了点でのパターンのつなぎ精度を
確保するのが困難な場合がある。この理由は、マスク１
の直線移動量と被露光用ワーク１０の円周上の回転移動
量とが等しくなるように転動されるため、被露光用ワー
ク１０が一回転する距離（円周長さ）と、対応するマス
クパターンの長さとを精密に一致させる必要があるから
である。従って、転写パターンにおけるパターン一周部
のつなぎ目誤差を小さくするためには、露光用ワーク１
０の直径の精度を一定精度以内に押さえる必要があっ
た。

【００１０】これらをより改善するために第２の実施形
態では、マスク１と被露光用ワーク１０は非接触となっ
ておりそれぞれの移動や回転は同期して制御されるよう
になっている。ワーク１０の回転機構側には、ワーク１
０を回転させるワーク回転手段２１が備えられており、
マスク１と被露光用ワーク１０は非接触となっている。
また、マスク１を直線移動させるマスク移動手段２０と
精密にワーク１０の回転角度を制御するワーク回転手段
２１とを同期制御させる同期制御部２２が備えられてい
る。例えば、マスク上の１００μｍピッチの格子パター
ンを、円筒形状の被露光用ワーク側面上に、１回転あた
り１００本の格子パターンの割合で転写する場合、マス
ク移動手段２０は１０ｍｍ（１００μｍ×１００）移動
する。これに対して、ワーク回転手段２１は１回転移動
し、同期制御部２２はこれらを同期させる。この構成に
より、マスク１の移動量と被露光用ワーク１０の回転量
が精密に同期が取れる。このため、被露光用ワーク１０
が一回転する距離（円周長さ）と、対応するマスクパタ
ーンの長さを精密に一致させることができ、転写パター
ンにおけるパターン一周部のつなぎ目誤差を生じさせな
い。また、露光用ワーク１０の直径に誤差があっても、
マスク１の移動量とワーク１０の回転量の同期を取って
いるため、その影響を受けずつなぎ目誤差を生じさせな
い。このように、本実施形態によれば、被露光用ワーク
１０の直径についての精度はそれ程高くなくても、つな
ぎ目の問題を解消して回折格子パターンを形成すること
ができる。

【００１１】さらに第２の実施形態を改善する第３の実
施形態について図３をもとに説明する。第２の実施形態
においては、近接露光であってマスク１とワーク１０は
平行に保たれ、例えば１０〜３０μｍ程度離されて露光
が行われるが、この際、マスク１とワーク１０の間隙量
は被露光用ワーク１０の機械的な回転精度によって変化
してしまう場合がある。ワーク１０の回転精度は、ミク
ロンレベルで管理することは可能であるが、この管理に
は細心の注意を払う必要がありその調整には工数を要す
る。もしもマスク１とワーク１０の間隙量が変化する
と、マスク１を照射して被露光用ワーク上に生じる光強
度が変化してしまい、転写されるパターンの明暗やコン
トラストなどに変化が生じてしまう。

【００１２】そこで、第３の実施形態では、被露光用ワ
ーク１０上のパターン形成面とマスク１とは非接触とな
っているが、マスク１、もしくは被露光用ワーク１０に
は、パターン形成面でない箇所にスペーサ接触面２を有
し、これによってマスク１と被露光用ワーク表面の間隙
を一定に保つ。マスクにスペーサ接触面２を用いる例
を、図３（ａ）に示し、被露光用ワーク１０にスペーサ
接触面２を用いる例を、図３（ｂ）に示す。マスク１
は、ワーク１０に対して、図中の下向きの方向に、間隙
を一定に保つ程度の力で押しつけられている。この回転
機構において、マスク１と被露光用ワーク１０のパター
ン形成部でない箇所において接触しているが、パターン
形成部においては非接触となっている。この構成におい
て、マスク１と被露光用ワーク１０はスペーサ接触面２
で接触しているが、マスク１の移動はマスク移動手段２
０によって行われ、被露光用ワーク１０の回転はワーク
回転手段２１によって行われる。スペーサ接触面２での
接触は、マスク１と被露光用ワーク１０のパターン形成
面における間隙を一定に保つためにされているものであ
って、マスク１とワーク１０の変位（それぞれの移動）
は、この接触抵抗に打ち勝つかたちでなされる。これに
より、間隙が一定に保たれた状態で、マスク１はマスク
移動手段２０によって精密に移動され、これに同期して
ワーク１０の回転角度が精密に制御されるので、転写パ
ターンにおけるパターン一周部のつなぎ目誤差は発生せ
ず、さらにマスク１とワーク１０の間隙の変化もなく、
容易にマスクを照射した際に得られる被露光用ワーク上
の転写パターンの明暗やコントラストを一定に保つこと
ができる。なお、上述のスペーサ接触面の高さは可変で
きるようにしてもよい。

【００１３】また、図３（ｂ）に示すワークに設けられ
たスペーサ接触面２は、転写工程以降で除去してもよ
い。また、材質によっては、スペーサ接触面２は設けず
にパターン形成面を接触させた状態で、マスクとワーク
を精密に同期制御させてもよい。

【００１４】マスクの移動とワークの回転は、一定回転
あるいは連続的回転でなく、ステップ動作でもよい。ス
リット１３には、シャッターが備えられ、適宜、露光す
る光束をオン、オフするようにしてもよい。

【００１５】また、ワークは円筒でなくてもよく本発明
は上記実施形態に限定されるものではない。

【００１６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、非平面な
金属などの表面上に微細なパターンを精密に転写するこ
とができるので、精密なパターンをモータの回転軸やロ
ボットの指関節の回転軸などに直接、精密に転写してエ
ンコーダのスケールとして用いることが可能となり、装
置全体の大幅の小型化、性能向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の露光装置の第１の実施形態を示す構
造図である。

【図２】本発明の露光装置の第２の実施形態を示す構
造図である。

【図３】本発明の露光装置の第３の実施形態を示す構
造図である。

【符号の説明】

１マスク、２スペーサ接触面、１０被露光用ワー
ク、１１ローラ、１２レジスト、１３スリット、
２０マスク移動手段、２１ワーク回転手段、２２
同期制御部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者家城淳愛知県丹羽郡大口町下小口５丁目25番地の１オークマ株式会社大口工場内 (72)発明者松井圭司愛知県丹羽郡大口町下小口５丁目25番地の１オークマ株式会社大口工場内Ｆターム(参考） 2H097 AA16 AB08 AB09 GA43 LA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原版となるマスク上のパターンを非平面
ワークに転写する露光方法において、露光光源からの光束が照射された前記原版となるマスク
を所定の方向に移動させ、前記マスクの移動に対応する回転量だけ前記非平面ワー
クを回転させることによって、前記原版となるマスク上
のパターンを非平面ワークに転写することを特徴とする
露光方法。
【請求項２】原版となるマスク上のパターンを非平面
ワークに転写する露光装置において、前記マスクを所定の方向に移動させるマスク移動手段
と、マスクの移動に対応する回転量だけ非平面ワークを回転
させる回転機構と、マスクに光を照射する光源と、光源から発せられた光束を制限するスリットと、を備え
た露光装置。
【請求項３】前記回転機構は、前記マスクと非平面ワ
ークが接触しており、非平面ワークはマスクの移動に応
じて回転するようになっている請求項２に記載の露光装
置。
【請求項４】前記回転機構は、非平面ワークの回転手
段を備え、前記マスク移動手段の移動と回転手段の回転
が同期制御される請求項２に記載の露光装置。
【請求項５】前記マスクまたは非平面ワークの表面
に、マスクと非平面ワーク表面のパターン形成面との間
隙を一定に保つためのスペーサ接触面を設け、非平面ワ
ーク上のパターン形成面がマスクに対して非接触となっ
ている請求項２に記載の露光装置。