CN101133365B - 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 - Google Patents

Abstract

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。

Description

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

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，打印在光敏材料上的图案宽度的限制尺寸比初级艾里斑窄，控制瞬时响应范围的曝光反应中的反应时间常数，在该瞬时响应范围内，光子模式反应占主导，激光光源的波长在一波长区域的范围内，该波长区域内的光敏材料的吸收率小于等于光敏材料最大吸收率的二分之一，且该激光光源的波长比最大吸收率对应的波长长。

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，打印在光敏材料上的图案宽度的限制尺寸比初级艾里斑窄，控制瞬时响应范围的曝光反应中的反应时间常数，在该瞬时响应范围内，光子模式反应占主导，激光光源的波长在一波长区域的范围内，该波长区域内的光敏材料的吸收率小于等于光敏材料最大吸收率的二分之一，且该激光光源的波长比最大吸收率对应的波长长。

根据本发明，通过在感光材料层上以脉冲状态照射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强度和脉冲宽度，因此对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，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，简易地形成具有亚微米大小或亚微米大小的洞和/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。在光束是时间和空间的相干光线时，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，其中：打印在光敏材料上的图案宽度的限制尺寸比初级艾里斑窄，控制瞬时响应范围的曝光反应中的反应时间常数，在该瞬时响应范围内，光子模式反应占主导，激光光源的波长在一波长区域的范围内，该波长区域内的光敏材料的吸收率小于等于光敏材料最大吸收率的二分之一，且该激光光源的波长比最大吸收率对应的波长长。

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0.1-100μm。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，基板优选是柱状体或者圆柱体。当基板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基板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，可以进行轧辊操作，因此，生产率可以显著提高，而且在降低成本等方面可以获得许多优势。

而且，根据本发明，还提供了一种通过使用上述形成凸起和凹陷图案的方法来制造光学元件的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：制造压模，通过使用基板表面形成的多个凸起和凹陷图案，将多个凸起和凹陷图案进行转移；以及使用压模通过模制，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基板进行复制。换句话说，制造压模，使用压模，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。

如上所述，根据本发明的曝光方法，用比曝光束的艾里斑窄的行宽，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，制造压模，使用压模通过模制，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。

附图说明

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示出的是模式概念图，其中基板的表面通过会聚的激光束绘制；

图3示出的是在每个波长内光致抗蚀剂的吸收特性图；

图4是概念图，示出的是光致抗蚀剂的能量图；

图5A示出的是制造基板的步骤的示意剖视图；

图5B示出的是制造基板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概念图；

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概念图；

图6D是解释制造压模的步骤的概念图；

图6E是解释制造压模的步骤的概念图；

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概念图；

图8B是解释制造压模的另一个步骤的概念图；

图8C是解释制造压模的另一个步骤的概念图；

图8D是解释制造压模的另一个步骤的概念图；以及

图8E是解释制造压模的另一个步骤的概念图。

附图标记解释

10……曝光装置；12……曝光光源；14……基板架；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……光致抗蚀剂层；40……导电层；

42……镍层(反向母板)；44……镍层(镍母板)；46……镍层(压模)；

W……样本(基板)。

最佳实施方式

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优选实施例。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中的曝光装置10包括曝光光源12和基板架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为发射自激光光源16的、具有预定光通量直径的平行光，通过准直仪透镜18会聚并且可以调节使得其在焦距位置照射在基板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。通过驱动装置(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，通过驱动装置(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，提供用来抽吸基板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表面的光敏材料(光致抗蚀剂)通过上述构造的曝光装置10曝光。图2示出的是模式概念图(顶视图)，其中基板W的表面通过会聚激光束制图。在图2中，在准直仪透镜18的焦点位置的激光束的斑P在所示的X-轴方向和Y-轴方向通过图中的虚线进行扫描，驱动X-轴移动台22和Y-轴移动台24使得基板W的几乎整个表面被曝光。

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，还可以使用氩激光器。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，优选使用激光光源。

发射自激光光源16的曝光光束的纵模的数量优选为三个或更少。这是因为如下所述，自发跃迁可能性取决于纵模的数量。理想的是，优选使用曝光光束具有一个纵模(单个纵模)的激光。

作为基板W，可以使用平板玻璃、硅片、陶瓷基板等。在基板W的表面，形成作为光敏材料的光致抗蚀剂层。作为光致抗蚀剂可以使用各种已知材料。在使用YAG激光器或氩离子激光器作为激光光源16时，可以优选使用通常使用的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 Corp.(产品名称：OIR-907)生产的光致抗蚀剂。作为在基板W的表面形成光致抗蚀剂层的方法，各种已知方法例如，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剂层上，同时控制激光束的光束强度，控制基板架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光致抗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，在光致抗蚀剂的曝光过程中，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线性特性，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上述光致抗蚀剂和激光光源16的特性。图3示出的是在每个波长(λ)中光致抗蚀剂的吸收特性(Abs)图。

在图3中，通常使用用波长(例如，λ1)来表征的激光光源，其中在波长这个位置光致抗蚀剂的吸收(Abs)高。然而，在本发明中，使用用波长(例如，λ2)来表征的激光光源，其中在波长这个位置光致抗蚀剂的吸收(Abs)低。

换句话说，不使用包括在图3中用箭头R1示出的共振范围内的用波长表征的激光光源，在该区域内光致抗蚀剂的吸收(Abs)高。但是，使用包括在用箭头R2示出的非共振范围内的用波长表征的激光光源，在该区域内光致抗蚀剂的吸收(Abs)低。

作为在该方面广泛研究的结果，本发明的发明人已经发现光敏材料(光致抗蚀剂等)的反应时间常数τ成τ(I)的形式，其极大地取决于光子的数量，也就是，强度I和光敏材料上的光入射频率，在处于光反应激发状态下的光敏材料(光致抗蚀剂等)的吸收横截面大，来自激发状态的诱发跃迁的可能性大并且自发跃迁的可能性小。

图4表示的是光致抗蚀剂能量的概念图。在图4中，Φ_A表示自发跃迁可能性，Φ_B表示诱发跃迁可能性，K是热速度常数，而б为吸收(感应)横截面。

在图4所示的能量图中，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，考虑的是通常的反应系统，其中通过能级3使得能量转移。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现象而不是反应。

在能量图中，与能级3的寿命相比，认为能级2的寿命足够短，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的能量转移的光致抗蚀剂的反应时间常数在顺序上与上述光子模中的反应时间常数显著不同，因此，只考虑光子模反应对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，每个上述参数都可以被控制，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的扫描速度为基础。

另外，通过求解基于图4所示的光致抗蚀剂的能量图的瞬时反应时的速度方程，本发明的发明人已经发现反应时间常数τ由下列公式(1)表示，其中ω是光源的频率，I是照射光的强度，以及h是迪拉克常数。

$\mathrm{\τ}=\frac{1}{\frac{{\mathrm{\σ}}_1}{{\mathrm{\σ}}_3}\frac{{\mathrm{\Φ}}_{1B}}{{\mathrm{\Φ}}_{3B}}{K}_1+\frac{I}{h\·w}{\mathrm{\σ}}_2{\mathrm{\Φ}}_{2B}+{\mathrm{\Φ}}_{2A}+K_1}$ ……公式(1)

这里，公式中τ＝τ(0)表示从强度足够低的光入射到光敏材料(光致抗蚀剂等)上的时间到光敏材料中的光化学反应开始的时间的时滞。

而且，τ(I)表示从光降落到光敏材料上的时间到光敏材料中的光化学反应开始的时间的时滞是取决于光强度的非线性常数。需要注意的是，光敏材料(光致抗蚀剂等)的反应时间常数在采用通常不相干的光进行曝光期间是恒定的。

作为一种特殊的方法，例如，在控制曝光束的照射时间的条件下，在高入射光强度I的区域中光致抗蚀剂的反应时间常数τ(I：大)可以变小，使得反应高速进行，而在低入射光强度I的区域中光致抗蚀剂的反应时间常数τ(I：小)可以变大，使得反应低速进行。因此，在曝光束的光强度分布中光强度低的区域，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，简易地形成具有亚微米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，在光致抗蚀剂的最大光吸收率的1/2或更小的范围内，曝光束的波长优选从吸收波长的谐振中心转移的波长。这是因为当曝光束的波长设定在吸收波长的谐振中心时，公式(1)中在能级1中吸收横截面б变大，公式(1)中从能级1到能级2的诱发跃迁可能性Φ_1B也变大。这还因为公式(1)中从能级2到能级3的热速度常数(热自发发射可能性)K₁也变大，使得与曝光光束强度I的依存关系减小，因此光致抗蚀剂的反应时间常数的可控性降低了。

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1中示出的曝光装置10，通过曝光过程形成精细凸起和凹陷的图案，以及随后的显影过程等。图5A到图5C示出的是制造基板W的步骤的示意剖视图。

在图5A中，光致抗蚀剂施加到基板W的表面(通过上述方法，例如旋涂法)，使得形成光致抗蚀剂层30。然后，基板W经受通过干净烘箱的预焙过程(未示出)。

然后，如图5B所示，从曝光光源12发出并被准直仪透镜18会聚的激光束L照射到基板W的表面，如图2中顶视图所示，扫描基板架14上的基板W使得通过会聚的激光束在基板W的表面进行制图(曝光)。在图5B中，已经曝光的部分光致抗蚀剂用附图标记30A，30A，……表示。

曝光过程完成后，在基板W的表面形成如图5C所示的具有精细横截面形状的凸起和凹陷图案，通过使用显影器显影处理，然后通过纯净水的漂洗处理，以及通过干净烘箱(未示出)的二次加热处理。

具有如此横截面形状的基板W可以用作各种类型的光学元件，例如，作为衍射光栅。而且，这样的基板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现象具有抗反射功能。因此，基板W可以优选使用，例如光学元件。

而且，通过使用具有上述横截面形状的基板W作为原始板(母板)，通过以下将描述的步骤，可以制造许多具有相同横截面形状的副本。

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基板W的表面后，通过使用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是通过使用多个形成在已经制作完成的基板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的步骤的概念图。在图6A中，示出了已经制作完成的光学元件的基板W的横截面形状。

首先，如图6B所示，导电层40形成在基板W的整个表面。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，根据形状转移精度，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，可以使用铜、银等，而且作为导电层40的层厚，例如，可以采用0.1μm的厚度。作为形成导电层40的方法，可以使用真空沉积法、溅射法以及化学镀法等。

随后，如图6C所示，进行电铸，其中镍层42通过化学镀形成在基板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，通过化学镀形成的镍层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从基板W剥落。

随后，如图6D所示，进行电铸，其中镍层44通过化学镀形成在反向母板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，通过化学镀形成的镍层44具有作为完成的光学元件、与在基板W上形成的图案相同的形状，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通过化学镀形成在镍母板44上。镍层46被用作压模。镍层46的厚度需要一个范围，其足以承受作为压模的使用条件。需要注意的是，这里，通过化学镀形成的镍层46具有作为完成的光学元件、在基板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可以从一个镍母板44再生产。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。

可以使用各种已知的模制方法作为复制光学元件的制造方法，因为使用压模46通过模制在树脂材料表面形成的多个精细的凸起和凹陷图案的形状与已完成的光学元件(母板)的凸起和凹陷图案基本相同。例如，使用注模法、热压模制法、UV固化树脂用的转移模制法、EB固化树脂用的转移模制法以及溶液涂布干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，溶液涂布干燥固化模制法)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的整个表面充分地被激光束斑P曝光。然而，也可以使用这样的结构，其中基板W不移动，而激光束被例如多角镜扫描，使得基板的整个表面充分地被曝光。

而且，在制造光学元件的过程中，如图6E所示，使用形成在基板W表面上的、作为完成的光学元件的图案的反向形状作为压模46。然而，也可以使用作为完成的光学元件、具有与形成在基板W表面上的图案相同形状的镍母板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基板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，但是也可以使用辊型元件作为压模。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的，在该结构中，片状镍母板44缠绕在柱状体周围，这样通过电铸形成反向的模，并且在该结构中片状镍母板44变形成圆柱形使得精细凸起和凹陷图案的表面位于内表面侧，然后通过电铸形成反向的模。

而且，例如，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，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，通过电铸使得作为母板来形成辊状压模。

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成在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状压模。

而且，在图6A到图6E所示的凸起和凹陷图案的横截面形状中，通过控制曝光条件，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1比1。

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概念图。图8A到8E对应于上述的图6A到图6E。

在图8A中，示出了完成的光学元件的基板W的横截面形状。在本实施例中，被使用的光致抗蚀剂30的多个精细凸起和凹陷图案，其形状与图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，其中通过使用多个形成在基板表面上的光致抗蚀剂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形成在基板W的整个表面上。这一步骤基本上与图6B所示相同。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42通过化学镀形成在基板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从基板W剥落。

随后，如图8D所示，进行电铸，其中镍层44通过化学镀形成在反向的母板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从反向的母板42剥落。

随后，如图8E所示，进行电铸，其中镍层46通过化学镀形成在镍母板44上。镍层46用作压模。这一步骤基本上与图6E所示相同。

如图8E所示，在这些步骤中，多个压模46可以从一个镍母板44得到再生产。通过使用压模46进行模制的这些步骤与图6E所示相同。

通过使用图1所示的曝光装置10曝光基板W，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光致抗蚀剂，根据光致抗蚀剂的推荐条件在该表面上照射激光束。显影后，通过AFM测量被照射部分的轮廓。而且，通过激光束廓线仪(由Gentec Corp.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，初级艾里斑3的直径为722nm，次级艾里斑的直径为1.2μm。

作为基板W，使用5mm厚的碳酸氢钠玻璃(浮法玻璃)制成的基板。基板W清洗、干燥后，在基板W的表面上使用和形成光致抗蚀剂(g-行正性光致抗蚀剂)使得干燥后具有2μm的层厚。作为光致抗蚀剂，使用由Arch Corp.(产品名称：OIR-907)制造的产品。

在使用曝光装置10进行曝光的过程中，在控制激光束的光束强度和扫描速度(实际上，基板W的移动速度)时进行曝光，使得在光致抗蚀剂的反应时间常数得到部分控制的情况下可以进行曝光。尤其是，激光束的光束强度设定为I＝535

μW，基板W在X-轴方向的移动速度设定为V＝500μm/s。基板W在Y-轴方向的行扫描宽度设定为1μm。

曝光后，通过显影器进行显影处理，进行纯净水清洗处理，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2μm的图案深度(对应于光致抗蚀剂的层厚)。

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，激光束的光束强度设定为I＝45μW，基板W在X-轴方向的移动速度设定为V＝200μm/s。基板W在Y-轴方向的行扫描宽度设定为1μm。

曝光后，通过显影器进行显影处理，进行纯净水清洗处理，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，激光束的光束强度设定为I＝535μW，基板W在X-轴方向的移动速度设定为V＝100μm/s。基板W在Y-轴方向的行扫描宽度设定为1μm。

曝光后，通过显影器进行显影处理，进行纯净水清洗处理，二次烘烤处理。然后，测量形成的图案，证实整个表面被曝光了而没有图案形成。

Claims (15)

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；

打印在光敏材料上的图案宽度的限制尺寸比初级艾里斑窄；

控制瞬时响应范围的曝光反应中的反应时间常数，在该瞬时响应范围内，光子模式反应占主导；

激光光源的波长在一波长区域的范围内，该波长区域内的光敏材料的吸收率小于等于光敏材料最大吸收率的二分之一，且该激光光源的波长比最大吸收率对应的波长长。

2.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。

3.根据权利要求1的曝光方法，其中曝光光束的纵模的数量为三个或更少。

4.一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射激光束，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，同时以脉冲状态发射激光光束进行曝光；

打印在光敏材料上的图案宽度的限制尺寸比初级艾里斑窄；

控制瞬时响应范围的曝光反应中的反应时间常数，在该瞬时响应范围内，光子模式反应占主导；

激光光源的波长在一波长区域的范围内，该波长区域内的光敏材料的吸收率小于等于光敏材料最大吸收率的二分之一，且该激光光源的波长比最大吸收率对应的波长长。

5.根据权利要求4的曝光方法，其中激光束是时间和空间的相干光。

6.根据权利要求4的曝光方法，其中曝光光束的纵模的数量为三个或更少。

7.一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敏材料层；

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数进行曝光，同时在光敏材料层上发射激光束；

曝光后，进行光敏材料层的显影；以及

在光敏材料层上形成多个精细凸起和凹陷图案；

其中：打印在光敏材料上的图案宽度的限制尺寸比初级艾里斑窄；

控制瞬时响应范围的曝光反应中的反应时间常数，在该瞬时响应范围内，光子模式反应占主导；

激光光源的波长在一波长区域的范围内，该波长区域内的光敏材料的吸收率小于等于光敏材料最大吸收率的二分之一，且该激光光源的波长比最大吸收率对应的波长长。

8.根据权利要求7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0.1-100μm。

9.根据权利要求7的形成凸起和凹陷图案的方法，其中基板是柱状体或圆柱体。

10.根据权利要求7的形成凸起和凹陷图案的方法，其中曝光光束的纵模的数量为三个或更少。

11.一种通过使用权利要求7所述的形成凸起和凹陷图案的方法来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形状转移到压模；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形状基本相同的凸起和凹陷图案。

12.根据权利要求8所述的用来形成凸起和凹陷图案的方法，其中基板是柱状体或圆柱体。

13.一种通过使用权利要求8所述的形成凸起和凹陷图案的方法来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形状转移到压模；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形状基本相同的凸起和凹陷图案。

14.一种通过使用权利要求9所述的形成凸起和凹陷图案的方法来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形状转移到压模；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形状基本相同的凸起和凹陷图案。

15.一种通过使用权利要求12所述的形成凸起和凹陷图案的方法来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形状转移到压模；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形状基本相同的凸起和凹陷图案。

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