曝光方法、形成凸起和凹陷图案的方法以及制造光学元件的方法

专利名称：曝光方法、形成凸起和凹陷图案的方法以及制造光学元件的方法
曝光方法、形成凸起和凹陷图案的方法以r及制造光学元件的方法 駄领域本发明涉及一种曝光方法、 一种形成凸起和凹陷图案的方法以及制造光学元 件的方法，尤其涉及一种适合于制造具有凸起和凹陷图案的光学元件的曝光方法, 该光学元件用于例如抗反射膜和其它具有凸起和凹陷图案的元件，通过使用该曝 光方法形成凸起和凹陷图案的方法以及制造该光学元件的方法。 背景駄通常，^ffl光敏性^i^c蚀剂进行金属表面光刻已纟5iS用到各^H页域。例如， 精度要求相对较低的技术领域，包括印刷电路板上的应用，以及精度要求相对高 的技术领域，包括半导体上的应用，例如lsi。作为用于金属表面光亥啲光源(束源)，已经〗顿的有荥灯、激光束以及充电 粒子束例如电子束。作为形成图案的方法，己经使用的有掩模曝光法和直接制图 法，掩模曝光法，通过使用掩模图案例如光掩模形成曝光图案，直接制图法，束 被扫描成图案形状形成曝光图案。在这些图案形成方法中，通过使用激光束进行的直接制图法在形成图案的过 程中具有很大的自由度，并且适合于形成少量的多种产品。因此，直接制图法用来制造形成半导体电路等(例如，参见日本专利公开No. 2004-144885)的光掩模 (形成曝光图案)。日本专利公开No. 2004-144885提出的方案涉及校正激光束的方法，其中重复 单元图案的曝光处理以形成多个单元，其中使用多个激光束并校正弓胞每束中尺 寸波动的因素。近年来，根据半导体电路小型化设计规则，强烈要求半导体电路的行宽很窄。 为解决这个需求，也强烈要求激光束的束宽很窄。然而，激光束的束宽对应于激光束的艾里斑，因此，由于衍射限制只能将其 集中在与激光光源的波长相同的7K平。图7是解释该Iim的慨fe图。具有2n 量直径的激光^ ^1竟2会聚，但是斑点尺寸由于衍射被限制 到最初的翅斑3。然而，微抗蚀剂曝光的斑点尺寸扩张直到次级翅斑4。因 此，在现有状态下，M:i顿通常的激光光源(半导##光器、C02气臓光器、YAG激光器等)糊亍宽减小到1 P m或更小的需a不能得至臓足。另一方面，在^^成亚微细粒图案时，通过^^紫外激光器光源例如ArF激光器、KrF激光器以及充电粒子束例如电子魏行制图。然而，紫外激光器光源具有缺点，其非常昂贵并EJt以保持其稳定性，而且必须{顿非常昂贵的抗蚀剂。而且，电子束曝光装置具有缺点，需要真空室、电子束枪、电子束偏转器等使得该驢 ^和昂贵，而且该體制图区域小、制图鹏慢。作为选择，已经提出特殊方法，例如一种方法是，通过在聚焦透镜和皿抗蚀剂之间填充特殊液体来抑制光束的扩张，使得曝光得以进行，以及一种方法，其中通过使用近场光形成微观结构。然而，这些特殊方法还是不简单的，并且不能使简单和低) 形礎艱见结构成为可能。发明内容考虑到上述情况形成了本发明。本发明的目的是提供一种曝光方法，其使得 通过使用稳定的、低成本的固态激光器(YAG激光器等)和气##光器(Ar+激光 器等)作为曝光光源以及使用g-行或i-行的通常使用的，抗蚀剂来形成具有亚 樣妹大小行宽的曝光图案成为可能，而且iEl过使用该曝光方法，iif共了一种形 成凸起的和凹陷图案的方法以及用来制造光学元件的方法。为实现i^目的，根据本发明，衞共了一种曝光方法，其牛寺征在于，M;在 感光材料层上照射激光束，部分控制在基板的表面上形成的具有预定厚度的感光 材料的反应时间常,行曝光，同时控制激光束的光束强度和，扫描逸度。根据本发明，通过在感光材料层上照射激光束进行曝光以部分控制感光材料 的反应时间常数，同时控制激光束的光束强度和舰扫描速度，因此，用比曝光 束的艾里斑窄的行宽进行制图成为可能。因此，通过使用低成本的、稳定的固态 激光器(YAG激光器等)和气ffi光器(Ar+激光器等)作为曝光光源，以及通过 使用g-行或i-纟，常使用的^ :蚀剂，很容易形成具有亚 大小行宽的曝光 图案。换句话说，根据本发明，通过禾,不是在通常的稳定状态而是在瞬态响应状 态将感光材料例如光致抗蚀剂进行曝光的非线性特性，提供了一种形成具有亚微 米大小行宽的曝光图案的方法。以下将详细描述该方法的原理。而且，根据本发 明，提供了一种曝光方法，其特征在于，通过在感光材料层上以脉冲状态照lt激 光束部分控制在基板的表面上形成的具有预定厚度的感光材料的反应时间常1K行曝光，同时控制激光束的^^M和^fflc冲宽度。根据本发明，Mil在感光材料层上以脉冲状态照Jt激光束部分控制感光材料 的反应时间常数进行曝光，同时控制激光束的光束 破和脉冲宽度，因it树比曝 光束的艾里斑的尺寸小的洞和/或杆(post)进行制图成为可能。因此，皿{， 低成本的、稳定的固态激光器(YAG激光器等)和气微光器(Ar+激光器等)作 为曝光光源，以及M使用H于或i-tfil常使用的光l^C蚀剂，简易地形皿有 亚^*大小或亚， 大小的洞和/或杆的行宽的曝光图案成为可能。在本发明中，上述激光束优选时间和空间的相干光线。在光束是时间禾口空间 的相干光线时，根据本发明可以进一步获得优势。而且，根据本发明，还提供了一种形成凸起和凹陷图案的方法，其特征在于， 该方法包括以下步骤在基板表面形成具有预定厚度的感光材料层；通过控制激 光束的光束强度和光束扫描速度进行曝光以部分控制感光材料的反应时间常数， 同时在感光材料层上发出激光束；以及曝光后对感光材料层使用显影处理，以在 感光材料层上形成多个精细凸起和凹陷图案。根据本发明，采用上述曝光方法形成凸起和凹陷图案，可以低成本地、稳定 地制造具有高精度的凸起和凹陷图案。在本发明中，凸起和凹陷图案的高度优选设定为O. 1-100 um。当凸起和凹陷 图案的高度设定在这个范围时，可以获得所需的光学特性例如抗反射功能，而且 还可以获得生产方面的优势。而且，在本发明中，皿ttii是柱状体或者圆柱体。当 是柱状体或者圆 柱体时，如下面将描述的那样，在具有凸起和凹陷图案的 被用来进一步复制 具有凸起和凹陷图案的光学元件等的情况下，可以进行车L辊操作，因此，生产率 可以显著提高，而且在降低駄等方面可以获得许多优势。而且，根据本发明，还提供了一种通过^ffl，形成凸起和凹陷图案的方法 来制造光学元件的方、 去，其特征在于，该方、法包括以下步骤制造压模，通过使 用繊表面形成的多个凸起和凹陷图案，将多个凸起和凹陷图魏行转移；以及 ffiffl压模通过模制，将与多个凸起和凹陷图案形状基本相同的多个凸起和凹陷图 案复制到树脂材料表面上。根据本发明，光学元件还可以通过使用已经制造出来的^3S行复制。换句
话说，制造压模，^f顿压模，通过模制，将多个精细的凸起和凹陷图案形成在树 脂材料的表面上。因此，生产率可以显著提高，而且在降低成本等方面还可以获 得许多优势。需要注意的是，压模通常描述为一个平面体，基板(母板)的表面形状传输 到压模，但是这里，还可以将那些具有弯曲表面例如柱状体或圆柱体用作压模。如上戶脱，根据本发明的曝光方法，用比曝光束的鹏斑窄的行宽，或洞和/ 或杆进行制图是可能的。而且，根据本发明的用来形成凸起和凹陷图案的方法，可以用上述曝光方法 形成凸起和凹陷图案，使得具有高精度的凸起和凹陷图案可以低成本和稳定地制 造。而且，根据本发明的用来制造光学元件的方法，帝隨压模，4顿压模通过模 制，在树脂材料的表面形成多个精细的凸起和凹陷图案。因此，生产率可以显著 提高，而且在降低成本等方面还可以获得许多优势。


图1示出的是一种曝光设备的结构图，该曝光设备用于本发明的曝光方法、用来形成凸起和凹陷图案的方法以及用来制造光学元件的方法；图2示出的是模式船图，其中鎌的表面舰会聚的激光束纟賴lj;图3示出的是在^^波长内繊抗蚀剂的吸收特性图；图4是相脸图，示出的是^Wt蚀齐啲能量图；图5A示出的是制造 的步骤的示意剖视图；图5B示出的是制造繊的步骤的示意剖视图；图5C示出的是制造基板的步骤的示意剖视图；图6A是解释制造压模的步骤的敝图；图6B是解释制造压模的步骤的概念图；图6C是解释制造压模的步骤的船图；图6D是解禾韩隨压模的步骤的 :图； 图6E是解释制造压|莫的步骤的 图； 图7是解释激光束剖面的概念图； 图8A是解释制造压模的另一个步骤的慨念图；图8B是解释制造压模的另一个步骤的概念图8C是解释制腿模的另一个步骤的概念图； 图8D是解糊隨压模的另一个步骤的概念图；以及图8E ，糊iBiffi模的另一个步骤的概念图。10……曝光,；12……曝光光源；14…… 架；16……激光光源；18……准直仪透镜；20……底座；22……X-轴移动台(stage); 24……Y-轴移动台；30……光im蚀剂层；40……导电层；42……镍层(反向顿)；44……镍层(镍母板)；46……镍层(压模)；w……样本(鎌)。以下，参考附图，将描述根据本发明的曝光方法、形成凸起和凹陷图案的方 法以及制造光学元件的方法的雌实施例。图1示出的是根据本发明，用于曝光 方法、形成凸起和凹陷图案的方法以及用于制造光学元件的方法的曝光设备的轮廓图。图1中的曝光驢10包括曝光光源12和繊架14，其中曝光光源12包括激 光光源16和准直仪透镜18。激光束L为對寸自激光光源16的、具有预定jtil量 直径的平行光，M准直，镜18会聚并且可以调节使得皿焦距位置照谢在基 板W的表面。基板架14包括底座20、 X-轴移动台22、 Y-轴移动台24等。通过驱动，(未 示出)，X-轴移动台22可以相对于如图1所示的X-轴方向移动。而且，M驱动 装置(未示出)，Y-轴移动台24可以相对于如图1所示的Y-轴方向关于X-轴移动 台22移动。在Y-轴移动台24的上表面，掛共用来抽吸鎌W的卡盘(例如，静电卡盘， 未示出)使得基板W可以被固定。形成在基板W表面的光g^才料( 抗蚀剂)i!3ii^构造的曝光装置10曝 光。图2示出的是模式扭媳图(顶视图)，其中繊W的表面ilil会聚激光束先鹏。 在图2中，在准直ftig镜18的焦点位置的激光束的斑P ^^F示的X-轴方向和Y-轴方向i!3i图中的虚线进行扫描，驱动X-轴移动台22和Y-轴移动台24使得S^ W的几乎^ 面被曝光。作为激光光源16，可以使用Nd: YAG激光器。激光光源16的第二谐波(SHG) 的波长为532nm。作为激光光源16，除YAG激光器外，还可以4Iffl氩激光器。需 要注意的是，也可以使用其它类型的激光光源，只要作为激光光源16的光束是时 间和空间的相干光。而且，在获得具有短波长的稳定的激光光源时，tti^使用激 光光源。對寸自激光光源16的曝光光束的纵模的数量,为三个或更少。这是因为如 下所述，自皿迁可能性取决于纵模的数量。理想的是， 使用曝光光束具有 一个纵模(单个纵模)的激光。作为繊W，可以i顿平板鹏、硅片、陶瓷繊等。在繊W的表面，形 成作为光敏材料的光致抗蚀齐幅。作为光致抗蚀剂可以使用各种已知材料。在使 用YAG激光器驢离子激光器作为激光光源16时，可以^i^f顿通常使用的g-行或i-行用的光致抗蚀剂。同样的，光致抗蚀剂，例如可以使用由Arch Co卬.(产品名称0IR-907) 生产的繊抗蚀剂。作为在鎌W的表面形成光驗蚀剂层的方法，各种已知方 封列如，各种涂覆方法包括旋涂法、模涂布法、辊涂布法、浸渍涂布法、丝网印 刷法等。接着，描述本发明的的曝光方法原理。在本发明中，来自激光光源16的激光 束照射在光致抗蚀齐U层上，同日报制激光束的光束3驢，控制繊架14的X-轴方 向和Y-轴方向的移动速度(扫描速度)。换句话说，进行曝光以部分控制^m蚀剂的反应时间常数。这使得用比曝光束的艾里斑窄的行宽进行制图成为可能。换句话说，在光致抗蚀齐啲曝光过程 中，通过利用不是在通常的稳定状态而是在瞬态响应状态的非统性特性，形成具 有亚微米大小行宽的曝光图案。在这种情况下，使用下面的组合来作为，M抗蚀剂和激光光源16的特 性。图3示出的是在*波长(A)中 ^蚀剂的吸收特性(Abs)图。在图3中，通常使用用波长(例如，Al)来表征的激光光源，其中在波^ 个位置微抗蚀剂的吸收(Abs)高。然而，在本发明中，{顿用波长(例如，入 2) 征的、激光光源，其中在波^^个ta^)t蚀剂的吸收(Abs)低。换句话说，不^ffi包括在图3中用箭头R1示出的 范围内的用波长表征的 激光光源，在该区域内^ [蚀剂的吸收(Abs)高。但是，使用包括，箭头R2 示出的非共振范围内的用波长表征的激光光源，在该区域
(Abs)低。作为在该方面广泛研究的结果，本发明的发明人己经发现光i^才料(，抗蚀剂等)的反应时间常数t成t (I)的形式，其极大地取决于光子的数量，也就 是，3驢I和光i^才料上的^A射频率，在处于光反应,状态下的光i^才料(光 致抗蚀剂等)的吸收横截面大，来自激发状态的诱皿迁的可能性大并且自皿 迁的可能性小。图4表示的是舰抗蚀剂能量的齢图。在图4中，①A表示自mii可能性， O凍示诱ma可能性，K是热速度常数，而6为吸收(感应)横截面。在图4所示的旨讀图中，每个能级的原子数目分别定义为N (1)、 N (2)和N (3)。在本发明中，考虑的，常的反应系统，其中M能级3使得肖遣转移。 在本发明中，考虑光致抗蚀剂的瞬时反应范围内的速度方程，因为使用光致抗蚀 剂的相干作用，因此与光子模反应相比，认为热模反应足够小，并且因为在过了 足够长时间后，扫描曝光光束时发现曝光5嫁而不是反应。在能量图中，与能级3的寿命相比，认为能级2的a足够短，因此，与N (2)的时间变化相比，N (3)的时间变化很慢。已经经历能级3的會讀转移的光 致抗蚀剂的反应时间常数在)1 上与上述光子模中的反应时间常数显著不同，因 此，只考虑光子模反舰N (3)的时间变化作出贡献。另外，本发明的发明人已经发现，在根据本发明的曝光方法中，齡战参 数都可以被控制，因此，通过控制曝光束的照射时间和光束强度，光敏材料的反 应速度可以有意识地操作。需要注意的是，曝光光束的照射时间的控制是以控制 基板W的扫描，为基础。另外，M求解基于图4所示的光皿蚀剂的能量图的瞬时反应时的逸度方 程，本发明的发明人已经发现反应时间常数t由下列公式(1)表示，其中"是光 源的频率，I是照射光的强度，以及h，拉克常数。<formula>formula see original document page 10</formula>公式(1)这里，公式中t 二 t (0)标从弓破足够低的^A射到光i^才料(jtl^[蚀剂等)上的时间到光i^料中的光化学反应开始的时间的时滞。而且，t (I)标从光降落到光mt才料上的时间到光敏材料中的光化学反应
开始的时间的B中滞是取决于光纟艘的非线性常数。需要注意的是，光t^才料(光 致抗蚀剂等)的反应时间常数ffl^通常不相干的舰行曝光期间是恒定的。作为一种特殊的方法，例如，在控制曝光束的照谢时间的剝牛下，在高入射光强度I的区域中^1K蚀剂的反应时间常数T (I:大)可以变小，使得反应高iiis行，而在低入射光弓雖i的区域中^im蚀剂的反应时间常数T (I:小)可以变大，使得反应低舰行。因此，在曝光束的光S艘分布中光3艘低的区域， 光化学反应可以得到抑制，因此，用比曝光束的艾里斑窄的行宽进行制图是可能 的。这使得通过使用成本低而且简易的装置，简易地形成具有亚1 大小的行宽 的曝光图案成为可能，因此可以形成各种精细的凸起和凹陷图案。需要注意的是，在 ^[蚀剂的最大光吸收率的1/2或更小的范围内，曝光 束的波长 从吸收波长断皆振中心转移的波长。这是因为当曝光束的波长设定 在吸收波长附皆振中心时，公式(1)中在能级1中吸收横截面6变大，公式(1)中从能级l至職级2的诱mii可能性O,B也变大。腿因为公式(1)中从能级2到能级3的热iiit常数(热自发发射可能性)id也变大，使得与曝光光束强度i 的依存^m减小，因此光致抗蚀齐啲反应时间常数的可控性斷氏了 。然而，在曝光时间可以变得显著短的情况，像在脉冲曝光的情况下，转移波 长的需求是不必要的(曝光束的波长可以设定在吸收波长的谐振中心区域)。接着，描述使用图I中示出的曝光装置IO，通过曝光过程形成隋细凸起和凹 陷的图案，以及随后的显影过程等。图5A到图5C示出的是制造 W的步骤的 示意剖视图。在图5A中，^im蚀剂施加到基板W的表面(S3ii^方法，例如旋^^法)， 使得形成光致抗蚀剂层30。然后，繊W经魏过干净烘箱的预焙过程(未示出)。然后，如图5B戶;f^，从曝光光源12发出并被准直，镜18会聚的激光束L 照射到皿W的表面，如图2中顶视图所示，扫描,架14上的基板W使得皿 会聚的激光束在基板W的表面进行制图(曝光)。在图5B中，己经曝光的部分光 致抗蚀齐,附图丰射己30A， 30A，……表示。曝光过禾呈完成后，在基阪W的表面形成如图5C所示的具有精细横截面形伏的 凸起和凹陷图案，通过i顿显影器显影处理，然后通过纯净水的漂洗处理，以及 M干净烘箱(未示出)的二次加热处理。
具有如此横截面職的繊w可以用作各种类型的光学元件，例如，作为衍射光栅。而且，这样的基阪W，在其表面凸起和凹陷的图案规则排列，对基于量子效应的光学密封i嫁具有抗础功能。因此，繊w可以雌j顿，例如光学元件。而且，fflil^ffl具有，横截面形状的S^w作为原始板(母板)，iiil以下 将描述的步骤，可以制造许多具有相同横截面皿的副本。接着，将详细描述本发明形成凸起和凹陷图案的方法，以及用于制造光学元 件的方法的另一个实施例。本实施例是一种方法，其中多个精细的凸起和凹陷图 案形成在繊w的表面后，Mf顿多个精细的凸起和凹陷的图案，还可以进一 步复制出相同的凸起和凹陷图案，因此制造光学元件。换句话说，本实施例是一种制造光学元件的方法，其中用来转移精细凸起和 凹陷图案的压模^ili^顿多个形鹏已经制作完成的繊w (母板)表面上的精 细的凸起和凹陷图案进行生产，其中使用已经生产出的压模，通过模制，要转移 的、与精细的凸起和凹陷图案形状上基本相同的多个精细的凸起和凹陷图案形成 在树脂材料的表面，因此，复制多个光学元件。图6A到6E是解释制造压模46的步骤的M^:图。在图6A中，示出了已经制 作完成的光学元件的基阪W的横截面形状。首先，如图6B所示，导电层40形成在鎌W的m^面。在随后的步骤中， 在进行化学镀时，导电层40用作接触层。因此，根据職转移精度，层的厚度优 选最小化到一个范围内，在该范围内可以获得预定的阻抗。作为导电层40的材料，可以i顿铜、银等，而且作为导电层40的层厚，例 如，可以采用0.1 u m的厚度。作为形成导电层40的方法，可以使用真空沉积法、 观谢法以及化学镀瞎。随后，如图6C所示，进行电铸，其中镍层42 ffiii化学纟鹏成在鎌W的表 面上的导电层40上。镍层42的厚度可以是一个范围，其足以防止在处理和后续 进行镍母板44转移中的变形。需要注意的是，这里，Mil化学f，成的^jl 42 具有作为完成的光学元件、在基板W的表面形成的图案的反向形状，并用作反向 母板。反向母板42从^^W剥落。随后，如图6D所示，进行电铸，其中镍层441131化学,成在反向 42 上。镍层44的厚度可以是一个范围，其足以防止在处理和后续的进行压模46转
移中的变形。需要注意的是，这里，通过化学,成的镍层44具有作为完成的光 学元件、与在繊W上形成的图案相同的微，并用作镍母板。完成电铸后，镍 母板44从反向母板42剥落。随后，如图6E所示，进行电铸，其中镍层46舰化学娜鹏镍母板44丄 镍层46 ICT作压模。镍层46的厚度需要一个范围，其足以承受作为压模的^ffl 割牛。需要注意的是，这里，ilil化学镀形成的镍层46具有作为完成的光学元件、 在S^及W表面上形成的图案的反向形状。如图6E所示，在该步骤，多个压模46可以从一伟母板44再妒。因此， 在同时制造多片的光学元件时，例如通过多级热压处理同时生产多片光学元件的 情况下具有优势。电铸完成后，镍层(压模)46从镍母板44剥落。可以4顿各禾中己知的模制方法作为复制光学元件的制造方法，因为4顿压模 46通掛難依树脂材料表面形成的多个精细的凸起和凹陷图案的皿与已完成的 光学元件(母板)的凸起和凹陷图案基科目同。例如，{顿注模法、热压模制法、 UV固化树脂用的转移模帝岐、EB固化树脂用的转移模制法以及溶液涂布千燥固化 模制法等是可能的。在各种模制方法中，采用不仅使用盘状压模的方法，而且使 用辊状压模的辊形成方法(例如，溶液涂布千燥固化模制法)也是可能的。如上所述，解释了本发明的曝光方法、形成凸起和凹陷图案的方法以及制造 光学元件的方法的实施例。然而，本发明并不局限于上述实施例，各种模式均可 作为根据本发明的实施例。例如，根据本发明，在图2中，驱动X-轴移动台22和Y-轴移动台24使得基 板W的^ 面充分地被激光束斑P曝光。然而，也可以i顿这样的结构，其中 基板W不移动，而激光束被例如多角镜扫描，使得 的^ 面充分地被曝光。而且，在制造光学元件的过程中，如图6E所示，j顿形鹏繊W表面上的、 作为完成的光学元件的图案的反向糊犬作为压模46。然而，也可以使用作为^ 的光学元件、具有与形成在 W表面上的图案相同皿的镍母板44作为压模。 在这种情况下，通过模制形成的树脂材料的表面具有在Sfe W表面形成的图案的 反向形状。这是因为还有一种情况，其中甚至这样的树脂材料有效地用作光学元 件。而且，在上述实施例中，压模被描述成盘型元件，但是也可以j顿辊型元件 作为压模。在这种情况下，作为制造辊型压模的方法，使用这样的结构也是可能13
的，在该结构中，片状镍 44缠绕在柱状体周围，这样舰电铸形成反向的模， 并且在该结构中片状镍母板44 ^f乡成圆柱形使得精细凸起和凹陷图案的表面位于 内表面侧，然后M电铸形成反向的丰莫。而且，例如，{顿这样的结构也是可能的，其中!顿柱状体或圆柱体作为基 板W，且其中多个精细凸起和凹陷图案形成在柱状体的表面或圆柱体的内表面上， 通过电铸使得作为 来形，状压模。而且，使用这样的结构也是可能的，其中使用柱状体或圆柱体作为基板W, 其中多个精细凸起和凹陷图案形i^E柱状体的表面或圆柱体的内表面上，且其中 精细凸起和凹陷图案的表面以预定厚度经受电铸处理以具有预定硬度，使得柱状 体或圆柱体被用作辊,模。而且，在图6A到图6E所示的凸起和凹陷图案的横截面形沃中，i!31控制曝 光条件，凸起部分与凹陷部分的比例还可以设置为不同于如图所示的l比l。而且，制造用于转移精细凸起和凹陷图案的压模的步骤并不局限于上述实施 例。图8A到图8E是解释制造压模的其它步骤的縱图。图8A到8E对应于战 的图6A到图6E。在图8A中，示出了完成的光学元件的基板W的横截面形沃。在本实施例中， 被4顿的光致抗蚀剂30的多个精细凸起和凹陷图案，其开邻与图5C中的横截面 形状相同，而不同于形成在图6A中的基板W表面的多个精细凸起和凹陷图案。换句话说，本实施例是用于制造光学元件的方法，其中M使用多个形成在 凝反表面上的皿抗蚀剂30的精细凸起和凹陷图案来制造用于转移精细凸起和凹 陷图案的压模，其中多个精细凸起和凹陷图案的形状基本上与使用已经制造的压 模、通过模制在树脂材料表面形成的被转移的精细凸起和凹陷图案的形状相同， 因此，复制了多个光学元件。首先，如图8B所示，导电层40形成在鎌W的 ^面上。这一步骤基本 上与图6B戶标相同。在随后的步骤中，进行化学镀时，导电层40作为接触层。随后，如图8C所示，进行电铸，其中镍层42M31化学lg^成在繊W的表 面上的导电层40上。这一步骤基本上与图6C所示相同。反向的母板42从,W 剥落。随后，如图8D所示，进行电铸，其中镍层44 ilil化学,成在反向的^ 42上。这一步骤基本上与图6D所示相同。完成电铸后，镍母板44从反向的
42剥落。随后，如图8E所示，进行电铸，其中镍层46 ilii化学,自镍母板44上。 镍层46用作压，莫。这一步骤基本上与图6E所示相同。
如图8E戶g，在这些步骤中，多个压模46可以从一， 44得到再^。 il^顿压模46进行模制的这些步骤与图6E所示相同。通过使用图i戶;f^的曝光^gio曝光xfew，多个精细凸起和凹陷图案形成 在基板w的表面上。使用Nd: YAG激光器(532nm的SHG波长)作为曝光光源12的激光光源16。 在曝光前，测量初级艾里斑3 (见图7)的直径和发射自激光光源16并被准直仪 透镜18会聚的激光束的次级艾里斑的直径。为了测量，在基板W的表面上使用和形成^1^C蚀剂，根据皿抗蚀剂的推 荐条件在该表面上照Jt激光束。显影后，通过AFM测量，皮照Jt部分的轮廓。而且， 通M 激光束廓线仪(由Gentec Co卬.制造，产品名称Beam Map)直接测量用于 照射的激光束。
结果，在焦点位置，初级JtS斑3的直径为722nm，次级艾里斑的直径为1. 2作为^I反W， 4顿5 mm厚的碳酸氢钠玻璃(浮法 )制成的 。
W 清洗、干燥后，在基板W的表面上使用和形成^lMt蚀剂(g"行正性;)fel^[蚀剂) 使得千燥后具有2频的层厚。作为繊抗蚀剂，{顿由Arch Corp.(产品名称 OIR-907)制造的产品。
在4顿曝光體10进行曝光的过程中，在控制激光束的光束S雖和扫描速度 (实际上， W的移动速度)时进行曝光，使fTO^)t蚀剂的反应时间常数 得到部分控第啲情况下可以进行曝光。尤其是，激光束的光束纟驢设定为1=535 uW，基板W在X-轴方向的移动速度设定为V二500um/s。基板W在Y-轴方向的 行扫描宽度设定为1 P m。曝光后，通过显影器进行显影处理，进行纯净7K清洗处理，二次烘烤处理。 然后，测量形成的图案，证实该图案具有大约700nm的图案线宽和大约2um的图 案深度(对应于 ^[蚀剂的层厚)。接着，作为比较例，在没有部分控制光致抗蚀剂的反应时间常数的情况下进
行曝光。尤其是，激光束的，5M设定为I-45"W， S^W在X-轴方向的移动 速度设定为V=200 um/s。基板W在Y-轴方向的行扫描宽度设定为1 y m。曝光后，通过显影器进行显影处理，进行纯净7jC清洗处理，二 ，烤处理。 然后，测量形成的图案，证实该图案具有大约750nm的图案线宽和大约100nm的 图案深度。而且，作为另一个比较例，在没有部分控制，抗蚀齐啲反应时间常数的情 况下进行曝光。尤其是，激光束的光束强度设定为I二535tiW， ^^W在X-轴方 向的移动速度设定为V=100 u m/s。繊W在Y-轴方向的行扫描宽度设定为1 u m。曝光后，通过显影器进行显影处理，进行纯净水清洗处理，二 皿烤处理。 然后，测量形成的图案，证实^^面被曝光了而没有图案形成。
权利要求
1、一种适合于制造具有凸起和凹陷图案的元件的曝光方法，包括在基板的表面上形成具有预定厚度的光敏材料的层上照射激光束，同时控制激光束的光束强度和光束扫描速度，其中通过部分控制光敏材料的反应时间常数，同时发射激光光束进行曝光。
2、 根据权利要求1的曝光方法，其中预期的曝光宽度小于激光束的3tM斑的 直径。
3、 根据权利要求1的曝光方法，其中激光束是时间和空间的相干光。
4、 根据权利要求2的曝光方法，其中激光束是时间和空间的相干光。
5、 一种适合于制造具有凸起和凹陷图案的元件的曝光方法，包括以脉冲状态在基板的表面上形成的具有预定厚度的光敏材料的层上照針激光 束，同时控制激光束的光束强度和脉冲宽度，其中通过部分控制光敏材料的反应时间常数，同时以脉冲状态^lt激光光束进行曝光。
6、 根据权利要求5的曝光方法，其中预期的曝光宽度小于激光束的艾里斑的 直径。
7、 根据权利要求5的曝光方法，其中激光束是时间和空间的相干光。
8、 根据权利要求6的曝光方法，其中激光束是时间和空间的相干光。
9、 一种用来形成凸起和凹陷图案的方法，包括 在基板的表面上形成具有预定厚度的光it^料层；通过控制激光束的光束强度和光束扫描速度部分控制光敏材料的反应时间常 i^4行曝光，同时在光ift才料层上mf激光束； 曝光后，进行光g[^料层的显影；以及 在光敏材料层上形成多个精细凸起和凹陷图案。
10、 根据权利要求9的形成凸起和凹陷图案的方法，其中凸起和凹陷图案的 高度设定为0. 1-100um。
11、 根据权利要求9的形成凸起和凹陷图案的方法，其中 是柱状^$或圆 柱体。
12、 一种通过^ffl权利要求9所述的形成凸起和凹陷图案的方^^制造光学元件的方法，包括制造压模，ilil使用在基板的表面上形成的多个凸起和凹陷图案将多个凸起和凹陷图案的表面皿转移到压模；以及^ffi该压模，M模制，在树脂材料的表面将多个凸起和凹陷图案复制成多 个开沐基本相同的凸起和凹陷图案。
13、 根据权利要求10所述的用来形成凸起和凹陷图案的方法，其中 是柱 状体或圆柱体。
14、 一种M^ffl权利要求10所述的形成凸起和凹陷图案的方纟妹制造光学 元件的方法，包括制造压模，M使用在基板的表面上形成的多个凸起禾晒陷图案将多个凸起 和凹陷图案的表面开邻转移到压模；以及使用该压模，通过模制，在树脂材料的表面将多个凸起和凹陷图案复制成多 个开别犬基本相同的凸起和凹陷图案。
15、 一种通过fOT丰又利要求ii戶;M的形成凸起和凹陷图案的方s^制造光学元件的方法，包括制造压模，通过使用在基板的表面上形成的多个凸起和凹陷图案将多个凸起 和凹陷图案的表面开邻转移到压模；以及使用该压模，通过模制，在树脂材料的表面将多个凸起和凹陷图案复制成多 个开邻基本相同的凸起和凹陷图案。
16、 一种通过JOT权利要求12所述的形成凸起和凹陷图案的方、 tt制造光学 元件的方法，包括制造压模，通过使用在基板的表面上形成的多个凸起禾晒陷图案将多个凸起 和凹陷图案的表面，转移到压模；以及4OT该压模，通过模制，在树脂材料的表面将多个凸起和凹陷图案复制成多 个开沐基本相同的凸起和凹陷图案。
全文摘要
本发明涉及一种通过使用低成本、稳定的固态激光器或气体激光器作为曝光光源，以及通过使用g-行或i-行用的光致抗蚀剂来简单地形成具有亚微米大小的行宽的曝光图案。通过部分控制光敏材料的反应时间常数、以及用激光束照射形成在基板W表面上的具有预定厚度的光敏材料层的预定部分进行曝光，同时控制被控制的激光束的光束强度和扫描速度。
文档编号G03F7/20GK101133365SQ200680002960
公开日2008年2月27日 申请日期2006年1月24日 优先权日2005年1月24日
发明者保土沢善仁, 江上力 申请人:富士胶片株式会社