[发明专利]使用干涉激光光束的处理方法和处理装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用干涉激光光束的处理方法，例如烧蚀处理，对材料表面的改性、或抗蚀剂曝光，以及一种处理装置，更具体地说，涉及一种由于使用具有等于或大于1fs并且等于或小于1ps的脉宽的脉冲激光的干涉暴露而导致的处理方法以及一种处理装置。

背景技术

随着对于将成为下一代技术的MEMS和纳米技术的期望的增加，注意力已经关注于使用干涉激光光束的处理方法作为用于制造将要合并到MEMS中并涉及纳米技术的微结构的方法。与电子和离子光束印制不同，通过干涉激光光束的处理能够一次处理包括几μm到几十cm的区域。此外，通过干涉激光光束的处理不需要使用掩膜，这与光刻或LIGA处理不同。此外，近年来，已经提出了使用飞秒激光的处理方法作为用于使用脉冲激光器处理亚微米结构的方法。飞秒激光具有1ps(10^-12秒)或更少的脉宽，并且在激光辐射到构件上的情况下具有很短的热扩散距离，因此减少了由于热量而导致的损坏。

此外，使用飞秒激光使得有可能处理诸如玻璃或塑料的材料，在亚微米级别的分辨率的情况下，诸如玻璃或塑料的材料在激光波长处通常不发生吸收。当以飞秒激光辐射这些透明材料时，局部出现光子吸收，这称为“多光子吸收”。多光子吸收是当以强电磁场辐射材料时导致的一种光子现象，其中，仅在辐射激光的影响充分强烈的区域吸收光子。

作为使用飞秒激光的处理方法的传统示例，例如，日本专利申请公开2001-236002已经提出了一种使用干涉飞秒激光的全息图的产生方法。在该方法中，使得飞秒激光的基波(波长800nm)彼此干涉，以辐射到玻璃表面，从而由烧蚀产生微米到亚微米节距的全息图。此外，Journal of Nanoscience and Nanotechnology，2002，Vol.2，No.3/4，321至323已经针对通过三波(波长290nm)的干涉相对于玻璃表面产生290nm的节距的光栅的情况进行了报导。

然而，在上述传统示例中的使用干涉飞秒激光的处理方法中，存在这样的问题：由在将要处理的材料的表面上传播的电磁波(下文中称为“表面波”)(即在激光的干涉方向上在将要处理的材料的表面上传播的表面波)使得处理失真。表面波是这样一种现象：其中，由于材料表面的不均匀性而散射的激光光束沿着材料表面传播，这导致具有周期性的处理干扰，通常称为“纹波”。上述表面波或纹波现象不仅出现在使用飞秒激光的处理中，而且还出现在辐射具有干涉特性的光的所有处理中，例如通过暴露、烧蚀、光蚀刻或光照射的物理改性。此外，表面波或纹波现象出现在每种材料的表面，例如金属、半导体、玻璃、塑料或其它电介质材料。然而。脉宽或连续光很长的传统激光极大地受热量影响，并且所生成的纹波配置通常通过热熔来进行平坦。然而，在由飞秒激光进行的处理中不通过加热来进行平坦化动作的情况下，由于纹波导致的处理的干扰明显地出现，其中，如上所述，所述飞秒激光的热扩散距离很短，并且其热影响很小。此外，在金属的情况下，因为表面波通过电传导电子随着等离子波传播，所以与电介质材料的情况相比，纹波的出现是明显的。

下文中，将进一步给出纹波的出现的描述。图4A和图4B示出出现在激光辐射气体蚀刻中的纹波的SEM图像(参考Jpn.J.Appl.Phys.Vol.31(1992)pp 4433至4436)。图4A示出具有图5A中所指示的方向上的电场的幅度的线性偏振，也就是由P-偏振光束的入射导致的纹波。图4B示出具有图5B中所指示的方向上的电场的幅度的线性偏振，也就是由S-偏振光束的入射导致的纹波。当假定激光的波的数量是k₀，表面波的数量是k_SEW，并且入射角是θ时，分别由以下表达式(1)和(2)来表示P-偏振和S-偏振中的纹波的节距d_r。更具体地说，k₀＝2.37×10^-5cm^-1(波长266nm)，θ＝13.5°，k_SEW＝2.55×10^-5cm^-1。

因此，d_r(P-偏振)＝345nm，d_r(S-偏振)＝265nm。