[发明专利]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

说明书

技术领域

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。

背景技术

通常，使用光敏性光致抗蚀剂进行金属表面光刻已经应用到各个领域。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刻的光源(束源)，已经使用的有汞灯、激光束以及充电粒子束例如电子束。作为形成图案的方法，已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引起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水平。图7是解释该现象的概念图。

具有2n光通量直径的激光束通过透镜2会聚，但是斑点尺寸由于衍射被限制到最初的艾里斑3。然而，光致抗蚀剂曝光的斑点尺寸扩张直到次级艾里斑4。因此，在现有状态下，通过使用通常的激光光源(半导体激光器、CO₂气体激光器、YAG激光器等)将行宽减小到1μm或更小的需求还不能得到满足。

另一方面，在形成亚微细粒图案时，通过使用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束进行制图。然而，紫外激光器光源具有缺点，其非常昂贵并且难以保持其稳定性，而且必须使用非常昂贵的抗蚀剂。

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装置复杂和昂贵，而且该装置制图区域小、制图速度慢。

作为选择，已经提出特殊方法，例如一种方法是，通过在聚焦透镜和光致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成本形成微观结构成为可能。

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)和气体激光器(Ar⁺激光器等)作为曝光光源以及使用g-行或i-行的通常使用的光致抗蚀剂来形成具有亚微米大小行宽的曝光图案成为可能，而且还通过使用该曝光方法，提供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。

为实现上述目的，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数进行曝光，同时控制激光束的光束强度和光速扫描速度。

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光速扫描速度，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)和气体激光器(Ar⁺激光器等)作为曝光光源，以及通过使用g-行或i-行通常使用的光致抗蚀剂，很容易形成具有亚微米大小行宽的曝光图案。

换句话说，根据本发明，通过利用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数进行曝光，同时控制激光束的光束强度和光速脉冲宽度。