CN111356957B - 光产生装置、具备光产生装置的曝光装置、曝光系统、光产生方法及曝光光致抗蚀剂制造方法 - Google Patents

光产生装置、具备光产生装置的曝光装置、曝光系统、光产生方法及曝光光致抗蚀剂制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种产生能够将具有环形状强度分布的光学涡旋的核直径(dV)利用为暗线并使用于能够进行微细加工的激光绘制曝光法的光的光产生装置及光产生方法、以及使用该装置及方法的曝光方法及装置。本发明提供一种产生使具有互不相同的拓扑荷的多个光学涡旋干涉所得到的光的光产生装置及光产生方法、以及使用该装置及方法的曝光方法及装置。

Description

光产生装置、具备光产生装置的曝光装置、曝光系统、光产生 方法及曝光光致抗蚀剂制造方法
技术领域
本发明涉及一种光产生装置、具备光产生装置的曝光装置、曝光系统、光产生方法以及曝光光致抗蚀剂制造方法。特别地，本发明涉及一种使用光学涡旋来产生分离规定距离的至少两个光束的光产生装置以及使用该分离规定距离的至少两个光束进行曝光的曝光装置，并且涉及一种使用该光产生装置和该曝光装置的曝光系统、光产生方法以及曝光光致抗蚀剂制造方法。
背景技术
在金属微细结构的形成中，光刻法为必不可少的技术。光刻法中的剥离法为代表性的结构制作工艺。不限于剥离法，在光刻法中，一定需要对抗蚀剂材料进行“感光”的工艺，对于该工艺，大致区分的话，存在两种方法。
一种为掩膜曝光法，在抗蚀剂上配置实施了图案加工的遮蔽基板(掩膜)，来形成感光区域的二维图案(例如参照非专利文献1)。在该方法中，能够容易地实施忠实于掩膜的图案的微细加工，从而能够形成数十纳米(nm)左右的微细金属结构。然而，存在在掩膜制造上花费高成本的缺点。另外，需要针对每个图案来准备掩膜，从而灵活性不佳。并且，当结构微细化时，来自掩膜边界部的光的衍射对加工图案带来不良影响。
与掩膜曝光法并列的另一个代表性的方法为激光绘制曝光法(例如参照非专利文献2)。在该方法中，以二维方式扫描试样台或激光，在抗蚀剂上形成感光区域的二维图案。在绘制曝光法中，能够形成的图案的灵活性高，能够通过绘制在计算机上编程出的轨迹来加工出任意的金属图案。也就是说，在不像掩膜曝光法那样针对每个图案另外需要消耗品的方面具有优点。然而，加工图案的空间分辨率受到所使用的激光的波长的衍射极限限制，因此与掩膜曝光法相比，加工图案的微细化费时费力。
报告有各种用于有效运用激光绘制曝光法的优点并实现更微细的加工的尝试。直接的方法为(1)提高曝光光学系统的数值孔径、(2)激光的短波长化这两种。但是，基于这些方法的微细化可以说已经达到了技术上的极限。
作为实现微细加工的方法，存在利用纵向电场来实现高分辨率化的方法(例如参照非专利文献3)。在该方法中，在高数值孔径的条件下，对被称为径向偏振光的具有辐射状的偏振空间分布的光波进行聚光。在径向偏振光的偏振分布的特性上，在聚光点处较强地产生纵向电场(在激光的行进方向上产生的局部电场)，该电场形成比高斯光的衍射极限小的光斑，因此能够进行微细加工。但是，在本方法中，高数值孔径的透镜是必须的，焦深的问题变得更加明显。
光学涡旋由于具有环(doughnut)状的强度分布、轨道角动量等特异的光学性质而受到关注，近年来提出了各种各样的应用法(例如参照非专利文献4)。
一般地，从激光器射出的光波的横模为TEM00模，具有能够通过高斯函数的形式来描述的强度分布，因此被称为高斯光。该高斯光在射束的截面内具有一致的(忽视了因衍射而产生的抛物状的相位因子的情况)相位分布。
另一方面，光学涡旋为具有螺旋状的波前(等相位面)的光波，该电场能够通过下述式(1)(在式(1)中，A(r)为振幅，l为拓扑荷(TC(Topological Charge))，θ为方位角)来表示。
[式1]
EOV(r，θ)∝A(r)exp[ilθ] (1)
光学涡旋的螺旋梯度由TC的值决定，该参数为对一般光学涡旋赋予特征的指标。由于波前呈螺旋状，因此在光学涡旋的射束中心形成相位不稳定的特异点，在特异点上，因衍射而产生的二次球面波以相互抵消的方式进行干涉，因此光强度完全消失。其结果为，强度分布呈环状的形状。光学涡旋的环形状强度分布的核直径具有根据围绕特异点的螺旋梯度而不同的性质，在是具有最平缓的相位梯度的光学涡旋的情况下，其核直径dV比高斯射束的束腰dG小。
然而，即使将具有比高斯射束的束腰dG小的核直径dV的光学涡旋保持原状地使用于激光绘制曝光法中来扫描具有环形状强度分布的光学涡旋，也只是留下以环形状的外缘为直径的光束的轨迹，从而无法使用比高斯射束的束腰dG小的核直径dV。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：S.Rizvi,“Handbook of Photomask Manufacturing Technology,”CRC Press p.728(2005).
非专利文献2：Z.Cui,“Nanofabrication:Principles,Capabilities andLimits,”Springer Press p.343(2010).
非专利文献3：K.Ushakova,Q.Y.van den Berg,S.F.Pereira,and H.P.Urbach,“Demonstration of spot size reduction by focusing amplitude modulatedradially polarized light on a photoresist,”Journal of Optics 17,125615(2015).
非专利文献4：A.M.Yao,M.J.Padgett,and M.Babiker,“Orbital angularmomentum:origins,behavior and applications,”Adv.Opt.Photon.3,161-204(2011).
发明内容
发明要解决的问题
因此，本发明的目的在于提供如下一种光产生装置和光产生方法：产生能够将具有环形状强度分布的光学涡旋的核直径dV利用为暗线并使用于激光绘制曝光法的光，特别是产生能够使用于能够进行微细加工的激光绘制曝光法的光。
另外，在上述目的之外、或者除了上述目的以外，本发明的目的还在于提供如下一种光产生装置和光产生方法：产生能够使用于不利用(1)高数值孔径的曝光光学系统和/或(2)短波长化激光这样的技术而能够进行微细加工的激光绘制曝光法的光。此外，在上述目的之外，本发明的目的还在于提供如下一种光产生装置和光产生方法：产生能够使用于通过利用(1)高数值孔径的曝光光学系统和/或(2)短波长化激光从而能够进行更微细的加工的激光绘制曝光法的光。
并且，在上述目的之外、或者除了上述目的以外，本发明的目的还在于提供如下一种曝光装置和曝光方法：使用上述的光产生装置和光产生方法来进行激光绘制曝光法。
另外，在上述目的之外、或者除了上述目的以外，本发明的目的还在于提供一种使用上述的曝光装置和曝光方法的曝光系统和光致抗蚀剂制造方法。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明的发明人们发现了利用光学涡旋、特别是光学涡旋的核部。当将使用相同的激光来调制光学涡旋的情况与直接使用该激光(高斯光)的情况进行比较时，如上述那样，光学涡旋的核直径dV比高斯光的束腰dG小。本发明的发明人们发现利用比该高斯光的束腰dG小的光学涡旋的核直径dV克服衍射极限的问题从而能够进行微细加工的光产生装置及光产生方法、使用该装置及方法的曝光装置及曝光方法、以及曝光系统及光致抗蚀剂制造方法。
即，本发明的发明人们发现了下面的发明。
<1>一种光产生装置，产生使多个光学涡旋干涉所得到的光，所述多个光学涡旋具有互不相同的拓扑荷。
<2>一种光产生装置，具有：
第一光学涡旋产生装置，其产生具有第一拓扑荷的第一光学涡旋；
第二光学涡旋产生装置，其产生具有第二拓扑荷的第二光学涡旋，第二拓扑荷的绝对值与第一拓扑荷的绝对值相等，且第二拓扑荷的符号与第一拓扑荷的符号不同；以及
干涉装置，其使第一光学涡旋与第二光学涡旋进行干涉，
其中，从干涉装置产生分离规定距离的至少两个光束。
<3>在上述<2>中，优选的是，光产生装置还具有相位控制装置，该相位控制装置对从第一光学涡旋产生装置产生的第一光学涡旋与从第二光学涡旋产生装置产生的第二光学涡旋的相位差进行控制。
<4>在上述<2>或<3>中，优选的是，光产生装置还具有产生线偏振光的线偏振光产生装置。
<5>在上述<4>中，优选的是，线偏振光产生装置包括产生相干光的相干光产生装置。
<6>在上述<5>中，优选的是，相干光的相干度为0.95以上，更优选为0.98以上。
<7>在上述<2>～<6>中的任一个中，优选的是，光产生装置还具有产生线偏振光的线偏振光产生装置，通过使来自该线偏振光产生装置的线偏振光经由第一光学涡旋产生装置、第二光学涡旋产生装置、相位控制装置以及干涉装置，从而产生分离规定距离的至少两个光束。
<8>在上述<2>～<7>中的任一个中，优选的是，第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置为轴对称偏振元件。
<9>一种光产生装置，具有：
相干光产生装置，其产生相干光；
偏振器，其使相干光成为线偏振光；
轴对称偏振元件，其使线偏振光成为第一光学涡旋和第二光学涡旋，该第二光学涡旋具有与该第一光学涡旋相比绝对值相等且符号不同的拓扑荷；以及
干涉装置，其使第一光学涡旋与第二光学涡旋进行干涉，
其中，从干涉装置产生分离规定距离的至少两个光束。
<10>在上述<9>中，优选的是，规定距离比相干光的直径小。
<11>一种曝光装置，具有：
上述<2>～<10>中的任一个的光产生装置；以及
曝光单元，其使用从该光产生装置产生的分离规定距离的至少两个光束进行曝光。
<12>在上述<11>中，优选的是，曝光单元具备扫描装置，该扫描装置扫描分离规定距离的至少两个光束。
<13>一种曝光系统，具有：
上述<11>或<12>所记载的曝光装置；以及
光致抗蚀剂，
在所述曝光系统中，在光致抗蚀剂处形成以规定距离为线宽的暗线。
<14>在上述<13>中，优选的是，光致抗蚀剂为负型。
<15>一种光产生方法，产生使多个光学涡旋干涉所得到的光，所述多个光学涡旋具有互不相同的拓扑荷。
<16>一种光产生方法，包括以下工序：
C)第一光学涡旋产生工序，产生具有第一拓扑荷的第一光学涡旋；
D)第二光学涡旋产生工序，产生具有第二拓扑荷的第二光学涡旋，第二拓扑荷的绝对值与第一拓扑荷的绝对值相等，且第二拓扑荷的符号与第一拓扑荷的符号不同；以及
F)干涉工序，使第一光学涡旋与第二光学涡旋进行干涉，
其中，在干涉工序之后，产生分离规定距离的至少两个光束。
<17>在上述<16>中，优选的是，光产生方法还包括以下工序：E)相位控制工序，对通过C)第一光学涡旋产生工序产生的第一光学涡旋与通过D)第二光学涡旋产生工序产生的第二光学涡旋的相位差进行控制。
<18>在上述<17>中，优选的是，大致同时地进行C)第一光学涡旋产生工序和D)第二光学涡旋产生工序。
<19>在上述<16>或<17>中，优选的是，通过轴对称偏振元件来大致同时地进行C)第一光学涡旋产生工序和D)第二光学涡旋产生工序。
<20>在上述<16>～<19>中的任一个中，优选的是，在C)第一光学涡旋产生工序之前且D)第二光学涡旋产生工序之前，还包括B)线偏振光产生工序，在该B)线偏振光产生工序中，产生线偏振光，其中，使用该线偏振光来进行C)第一光学涡旋产生工序和D)第二光学涡旋产生工序。
<21>在上述<20>中，优选的是，在B)线偏振光产生工序之前，还包括A)相干光产生工序，在该A)相干光产生工序中，产生相干光。
<22>在上述<21>中，优选的是，相干光的相干度为0.95以上，更优选为0.98以上。
<23>在上述<21>或<22>中，优选的是，规定距离比相干光的光束的直径小。
<24>一种光产生方法，包括以下工序：
A)相干光产生工序，产生相干光；
B)线偏振光产生工序，使相干光成为线偏振光，来产生线偏振光；
C)第一光学涡旋产生工序，根据线偏振光产生第一光学涡旋；
D)第二光学涡旋产生工序，根据线偏振光产生第二光学涡旋，该第二光学涡旋具有与该第一光学涡旋相比绝对值相等且符号不同的拓扑荷；
E)相位控制工序，对通过C)第一光学涡旋产生工序产生的第一光学涡旋与通过D)第二光学涡旋产生工序产生的第二光学涡旋的相位差进行控制；以及
F)干涉工序，使第一光学涡旋与第二光学涡旋进行干涉，
其中，在F)干涉工序之后，产生分离比相干光的光束的直径小的距离的至少两个光束。
<25>一种曝光光致抗蚀剂制造方法，包括G)曝光工序，在该G)曝光工序中，使用通过上述<16>～<24>中的任一项记载的光产生方法得到的至少两个光束来曝光光致抗蚀剂，其中，所述曝光光致抗蚀剂制造方法用于获得至少两个光束所分离的距离被曝光为暗线的光致抗蚀剂。
<26>在上述<25>中，优选的是，G)曝光工序包括以下工序：G)-1)在光致抗蚀剂的表面上扫描至少两个光束。
<27>在上述<25>或者<29>中，优选的是，光致抗蚀剂为负型。
发明的效果
根据本发明，能够提供如下的光产生装置和光产生方法：产生能够将具有环形状强度分布的光学涡旋的核直径dV利用为暗线并使用于激光绘制曝光法的光，特别是产生能够使用于能够进行微细加工的激光绘制曝光法的光。
另外，根据本发明，在上述效果之外、或者除了上述效果以外，还能够提供如下的光产生装置和光产生方法：产生能够使用于不利用(1)高数值孔径的曝光光学系统和/或(2)短波长化激光这样的技术而能够进行微细加工的激光绘制曝光法的光。
此外，根据本发明，在上述效果之外，还能够提供如下的光产生装置和光产生方法：产生能够使用于通过利用(1)高数值孔径的曝光光学系统和/或(2)短波长化激光从而能够进行更微细的加工的激光绘制曝光法的光。
并且，根据本发明，在上述效果之外、或者除了上述效果以外，还能够提供如下的曝光装置和曝光方法：使用上述的光产生装置和光产生方法进行激光绘制曝光法。
另外，根据本发明，在上述效果之外、或者除了上述效果以外，还能够提供使用上述的曝光装置和曝光方法的曝光系统和光致抗蚀剂制造方法。
附图说明
图1是示意性地示出在使用空间光调制器作为第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置的情况下采用马赫曾德(Mach-Zehnder)干涉仪的方式的光产生装置的方式的图。
图2是示意性地示出在使用螺旋型相位板作为第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置的情况下采用马赫曾德干涉仪的方式的光产生装置的方式的图。
图3是示意性地示出在使用空间光调制器作为第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置的情况下采用迈克尔逊(Michelson)干涉仪的方式的光产生装置的方式的图。
图4是示意性地示出使用轴对称偏振元件作为第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置的情况下的光产生装置的方式的图。
图5是示出在实施例1中使用的将本发明的光产生装置和曝光装置具体化的光学系统1的概要的图。
图6是示出通过实施例1得到的细线构造((a))和通过比较例1得到的细线构造((b))的显微镜像。
图7是示出通过实施例1和实施例2得到的曝光强度与细线的线宽的关系((a))以及通过比较例1和比较例2得到的曝光强度与细线的线宽的关系((b))的图表。
图8是示出使用实施例3的具备半波片12的光学系统2得到的暗曲线区域的显微镜像。
具体实施方式
本发明公开一种利用比高斯射束的束腰dG小的光学涡旋的核直径dV的光产生装置和光产生方法、使用该光产生装置和光产生方法的曝光装置、曝光方法、曝光系统以及曝光光致抗蚀剂制造方法。下面分别进行说明。
<光产生装置>和<光产生方法>
本发明公开下面的光产生装置和光产生方法。
即，本发明公开如下的光产生装置和光产生方法：产生使具有互不相同的拓扑荷的多个光学涡旋干涉所得到的光。
具体地说，本发明公开下面的光产生装置和光产生方法。
即，本发明的光产生装置具有：
第一光学涡旋产生装置，其产生具有第一拓扑荷的第一光学涡旋；
第二光学涡旋产生装置，其产生具有第二拓扑荷的第二光学涡旋，第二拓扑荷的绝对值与第一拓扑荷的绝对值相等，且第二拓扑荷的符号与第一拓扑荷的符号不同；以及
干涉装置，其使第一光学涡旋与第二光学涡旋进行干涉，
其中，从干涉装置产生分离规定距离的至少两个光束。
另外，本发明的光产生方法包括以下工序：
C)第一光学涡旋产生工序，产生具有第一拓扑荷的第一光学涡旋；
D)第二光学涡旋产生工序，产生具有第二拓扑荷的第二光学涡旋，第二拓扑荷的绝对值与第一拓扑荷的绝对值相等，且第二拓扑荷的符号与第一拓扑荷的符号不同；以及
F)干涉工序，使第一光学涡旋与第二光学涡旋进行干涉，
其中，在干涉工序之后，产生分离规定距离的至少两个光束。
下面，主要说明本发明的光产生装置，本发明的光产生方法是伴随着光产生装置的说明而进行说明的。在“装置”的说明中，在“方法”的说明不充分的情况下，将该不充分的说明每次都记载为“方法”。
<<第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置>>
本发明的光产生装置具有第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置。
第一光学涡旋产生装置产生具有第一拓扑荷的第一光学涡旋。
第二光学涡旋产生装置产生具有第二拓扑荷的第二光学涡旋，第二拓扑荷的绝对值与第一拓扑荷的绝对值相等，且第二拓扑荷的符号与第一拓扑荷的符号不同。
如上所述，光学涡旋是具有螺旋状的波前(等相位面)的光波，其电场能够通过上述式(1)(在式(1)中，A(r)为振幅，l为拓扑荷(TC(Topological Charge))，θ为方位角)来表示。
在此，第一拓扑荷和第二拓扑荷(相当于式(1)中的l)能够设为±1的组合、±2的组合、±3的组合，优选的是，拓扑荷为±1的组合或±2的组合，更优选的是，螺旋次数为±1的组合。例如，更优选的是，第一拓扑荷和第二拓扑荷中的一方为+1，另一方为-1。
如果第一光学涡旋产生装置是能够产生上述第一光学涡旋的装置且第二光学涡旋产生装置是能够产生上述第二光学涡旋的装置，则不特别进行限定，例如能够使用以往众所周知的光学涡旋产生装置。
作为第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置，能够列举空间光调制器(例如液晶空间光调制器)(例如参照V.Y.Bazhenov,M.V.Vasnetsov,and M.S.Soskin,“Laser beams with screw dislocations in their wavefronts,”JETP Lett.52,1037-1039(1990))、螺旋型相位板(例如参照M.W.Beijersbergen,R.P.C.Coeerwinkel,M.Kristensen,and J.P.Woerdman,“Helical-wavefront laser beams produced with aspiral phaseplate,”Opt.Commun.112,321-327(1994))、轴对称偏振元件(例如G.Biener,A.Niv,V.Kleiner,and E.Hasman,“Formation of helical beams by use ofPancharatnam.Berry phase optical elements,”Opt.Lett.27,1875-1877(2002))等，但并不限定于这些。
在此，轴对称偏振元件是指光学轴在元件面内呈旋转对称地分布的偏振元件。该轴对称偏振元件根据双折射和二向色性而作为轴对称波片、轴对称偏振器来发挥功能。
由于使用上述的空间光调制器、螺旋型相位板、轴对称偏振元件作为第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置，本发明的光产生装置的方式不同。在后面记述该方式。
第一光学涡旋产生工序和第二光学涡旋产生工序能够通过上述的第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置来达成。
<<干涉装置>>
本发明的装置具有使第一光学涡旋与第二光学涡旋进行干涉的干涉装置，由于具备该干涉装置，而从该干涉装置产生分离规定距离的至少两个光束。
作为该干涉装置，只要是起到上述作用的装置即可，不特别进行限定。
作为干涉装置，取决于所使用的第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置等，例如能够列举马赫曾德干涉仪、迈克尔逊干涉仪、偏振器等，但并不限定于这些。
此外，如上所述，由于使用上述的空间光调制器、螺旋型相位板、轴对称偏振元件作为第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置，而本发明的光产生装置的方式不同。在该情况下，所使用的干涉装置也是能够适当选择的。在后面记述这些方式。
优选的是，在干涉装置中，使第一光学涡旋与第二光学涡旋进行同轴干涉，或者在干涉装置中还具有相位控制装置，该相位控制装置在使第一光学涡旋与第二光学涡旋进行干涉之前，对该第一光学涡旋与第二光学涡旋的相位差进行控制。此外，优选的是，依据所使用的第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置、所使用的干涉装置等，来决定配置相位控制装置的位置。
从干涉装置产生分离规定距离的至少两个光束。
规定距离取决于所使用的第一光学涡旋产生装置和/或第二光学涡旋产生装置、所使用的第一光学涡旋和/或第二光学涡旋、所使用的干涉装置、所使用的相位控制装置等在本发明的装置中使用的构成要素。
干涉工序能够通过上述的干涉装置来达成。
<<相位控制装置>>
只要相位控制装置如上述那样具有对第一光学涡旋与第二光学涡旋的相位差进行控制的作用即可，不特别进行限定。
例如，作为相位控制装置，能够列举半波片、1/4波片、电光学调制元件、电光学调制元件与1/4波片的组合、声光元件等，但并不限定于这些。
此外，优选的是，相位控制装置依据所使用的第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置、所使用的干涉装置等，来决定配置相位控制装置的位置。例如是位于比第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置靠近光束入射侧(进一步说是光源侧)的位置的情况、位于第一光学涡旋产生装置及第二光学涡旋产生装置与干涉装置之间的情况、比干涉装置靠近光束射出侧的位置的情况以及它们的组合等。
相位控制工序能够通过上述的相位控制装置来达成。
<<其它装置>>
本发明的光产生装置也可以具有除上述的第一光学涡旋产生装置及第二光学涡旋产生装置、干涉装置以及相位控制装置以外的装置。
例如，本发明的装置也可以还具有产生线偏振光的线偏振光产生装置。
另外，该线偏振光产生装置优选包括产生相干光的相干光产生装置。优选的是，该相干光的相干度为0.95以上，更优选为0.98以上。
线偏振光产生工序能够通过上述的线偏振光产生装置来达成。
作为本发明的装置的一个方式，优选的是，具有产生线偏振光的线偏振光产生装置，通过使来自该线偏振光产生装置的线偏振光经由第一光学涡旋产生装置、第二光学涡旋产生装置以及干涉装置，从而产生分离规定距离的至少两个光束。
作为本发明的装置的一个方式，优选的是，第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置为轴对称偏振元件。
具体地说，作为本发明的装置的一个方式，优选的是，具有：
相干光产生装置，其产生相干光、特别是相干度为0.95以上、更优选为0.98以上的相干光；
偏振器或者偏振装置，其使相干光成为线偏振光；
轴对称偏振元件，其使线偏振光成为第一光学涡旋和第二光学涡旋，该第二光学涡旋具有与该第一光学涡旋相比绝对值相等且符号不同的拓扑荷；以及
干涉装置，其使第一光学涡旋与第二光学涡旋进行干涉，
其中，从干涉装置产生分离规定距离的至少两个光束。
本发明的光产生装置的方式
以上记述了本发明的光产生装置的一个方式，但是本发明的光产生装置取决于作为第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置而使用的装置，能够设为如下面那样的方式。
a1.使用空间光调制器来作为第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置的情况(基于马赫曾德干涉仪的方式)
图1是示意性地示出使用空间光调制器作为第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置的情况下的光产生装置的方式的图。
本方式的光产生装置a1作为光源而具备激光器a2、分束器a3、相位调制器a4、第一空间光调制器a5及第二空间光调制器a6、以及分束器a7。即，本方式的光产生装置a1具备由分束器a3、相位调制器a4、第一空间光调制器a5及第二空间光调制器a6以及分束器a7构成的马赫曾德干涉仪。
将来自激光器a2的激光通过分束器a3分成两个，一方经由相位调制器a4入射到第一空间光调制器a5。通过相位调制器a4和第一空间光调制器a5使得TC为l1的第一光学涡旋从第一空间光调制器a5射出，并入射到分束器a7。另一方从第二空间光调制器a6射出TC为l2的第二光学涡旋并入射到分束器a7。
在分束器a7处，使第一光学涡旋与第二光学涡旋进行干涉，从而产生分离规定距离的至少两个光束。
在图1中，作为相位控制装置的相位调制器a4配置于分束器a3与第一空间光调制器a5之间。此外，也可以在第一空间光调制器a5与分束器a7之间和/或在第二空间光调制器a6与分束器a7之间还配置相位控制装置，以进行相位控制。
此外，在图1中，作为干涉装置，使用了马赫曾德干涉仪的方式，但是也可以置换为后述b的迈克尔逊干涉仪的方式。
a2.使用螺旋型相位板来作为第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置的情况(基于马赫曾德干涉仪的方式)
图2是示意性地示出使用螺旋型相位板作为第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置的情况下的光产生装置的方式的图。
图2的方式的光产生装置a11与图1同样地采用马赫曾德干涉仪的方式。即，本方式的光产生装置a11作为光源而具备激光器a2、分束器a3、第一螺旋型相位板a12及第二螺旋型相位板a13、相位调制器a4、反射镜a15及a16、以及分束器a7。即，本方式的光产生装置a11具备由分束器a3、第一螺旋型相位板a12及第二螺旋型相位板a13、相位调制器a4、反射镜a15及a16、以及分束器a7构成的马赫曾德干涉仪。
将来自激光器a2的激光通过分束器a3分成两个，一方经由第一螺旋型相位板a12和相位调制器a4而产生TC为l1的第一光学涡旋，被反射镜a15反射并入射到分束器a7。另一方经由第二螺旋型相位板a13而产生TC为l2的第二光学涡旋，被反射镜a16反射并入射到分束器a7。
在分束器a7处，使第一光学涡旋与第二光学涡旋进行干涉，从而产生分离规定距离的至少两个光束。
此外，在图2中，作为干涉装置，使用了马赫曾德干涉仪的方式，但是也可以置换为后述b的迈克尔逊干涉仪的方式。
b.使用空间光调制器来作为第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置的情况(基于迈克尔逊干涉仪的方式)
图3是示意性地示出使用空间光调制器来作为第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置的情况下的采用迈克尔逊干涉仪的方式的光产生装置的方式的图。
本方式的光产生装置b1作为光源而具备激光器b2、分束器b3、相位调制器b4、以及第一空间光调制器b5及第二空间光调制器b6。即，本方式的光产生装置b1具备由分束器b3、相位调制器b4、第一空间光调制器b5及第二空间光调制器b6构成的迈克尔逊干涉仪。
将来自激光器b2的激光通过分束器b3分成两个，一方入射到第一空间光调制器b5，使得TC为l1的第一光学涡旋从第一空间光调制器b5射出并入射到分束器b3。
另一方经由相位调制器b4入射到第二空间光调制器b6。通过第二空间光调制器b6产生光学涡旋，该光学涡旋经由相位调制器b4而成为TC为l2的第二光学涡旋并入射到分束器b3。
在分束器b3处，使第一光学涡旋与第二光学涡旋进行干涉，从而产生分离规定距离的至少两个光束。
在图3中，作为相位控制装置的相位调制器b4配置于分束器b3与第二空间光调制器b6之间。此外，也可以还配置相位控制装置以进行相位控制。
c.使用轴对称偏振元件来作为第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置的情况
图4是示意性地示出使用轴对称偏振元件来作为第一光学涡旋产生装置和第二光学涡旋产生装置的情况下的光产生装置的方式的图。
本方式的光产生装置c1作为光源而具备激光器c2、偏振调节器c3、轴对称偏振元件c4、偏振器c5。偏振调节器c3具备偏振片c3-1、电光学调制器(EOM)c3-2以及1/4波片c3-3。
来自激光器c2的激光在偏振调节器c3中被形成为由左右圆偏振光分量构成的线偏振光，并入射到轴对称偏振元件c4。在轴对称偏振元件c4中，形成TC为l1和l2的第一光学涡旋和第二光学涡旋，并射出到偏振器c5，在该偏振器c5中，使第一光学涡旋与第二光学涡旋进行干涉，从而产生分离规定距离的至少两个光束。
在图4中，作为相位控制装置的电光学调制器c3-2和1/4波片c3-3配置于偏振片c3-1与轴对称偏振元件c4之间，通过能够施加到电光学调制器的电信号来从外部控制向轴对称偏振元件c4入射的左右圆偏振光分量间的相位差。
此外，在图4所示的方式的光产生装置中，相位控制装置能够设置于如下面那样的位置处。
即，1)能够将半波片作为相位控制装置配置于偏振调节器c3与轴对称偏振元件c4之间以及轴对称偏振元件c4与偏振器c5之间。能够通过使半波片作为该相位控制装置进行旋转来控制两个光学涡旋间的相位差。
2)将1/4波片c3-3配置于电光学调制器c3-2与轴对称偏振元件c4之间，并将偏振片c3-1、电光学调制器c3-2、1/4波片c3-3的光学轴的关系设为45deg、0deg、45deg。通过像这样进行配置，能够通过对电光学调制器施加电压来控制两个光学涡旋间的相位差。此外，还能够将电光学调制器c3-2与1/4波片c3-3的组合配置于轴对称偏振元件c4与偏振器c5之间，但是优选如图4所示那样配置。
3)能够将作为相位控制装置来产生作用的普克尔盒(Pockels cells)配置于偏振片c3-1与轴对称偏振元件c4之间以及轴对称偏振元件c4与偏振器c5之间。能够通过对普克尔盒施加电压来控制两个光学涡旋间的相位差。
通过本发明的光产生装置得到的“分离规定距离的至少两个光束”的“规定距离”取决于所使用的第一光学涡旋产生装置和/或第二光学涡旋产生装置、所使用的第一光学涡旋和/或第二光学涡旋、所使用的干涉装置、所使用的相位控制装置等在本发明的装置中使用的构成要素，但是优选的是规定距离比相干光的直径小。
在使用相干光生成光学涡旋、且光学涡旋的拓扑荷为±1的情况下，该光学涡旋的核直径dV比该相干光的束腰dG小。通过利用该光学涡旋的核直径dV来产生分离规定距离dV的至少两个光束，由此能够提供克服衍射极限的问题从而能够进行微细加工的光产生装置和光产生方法。
<曝光装置>及<曝光方法>、以及<曝光系统>及<光致抗蚀剂制造方法>
本申请提供具有曝光单元的曝光装置，该曝光单元使用通过上述的光产生装置和/或光产生方法得到的分离规定距离dV的至少两个光束来进行曝光。
另外，本申请提供包括曝光工序的曝光方法，在该曝光工序中，使用通过上述的光产生装置和/或光产生方法得到的分离规定距离dV的至少两个光束来进行曝光。
并且，本申请提供一种曝光系统，具有上述曝光装置和光致抗蚀剂，其中，在光致抗蚀剂处形成以规定距离为线宽的暗线。
另外，本申请提供一种具有上述的曝光方法的曝光光致抗蚀剂制造方法。
本发明的曝光装置具有：上述的光产生装置；以及曝光单元，其使用从该光产生装置产生的分离规定距离的至少两个光束来进行曝光。
优选的是，曝光单元具备扫描分离规定距离的至少两个光束的扫描装置。
扫描装置只要具有能够扫描分离规定距离的至少两个光束的功能即可，不特别进行限定，例如能够列举电扫描仪(Galvano scanner)、MEMS扫描仪、多边形扫描仪(polygonscanner)等，但并不限定于这些。另外，也可以是不仅在光束侧进行扫描还在被曝光体侧、例如光致抗蚀剂侧进行二维扫描的扫描装置。
另外，曝光单元也可以具有使分离规定距离的至少两个光束成像于被曝光体的光学系统。作为该光学系统，能够列举所谓的fθ透镜、远心透镜、物镜等，但是并不限定于这些。
曝光方法能够通过上述的光产生装置和/或光产生方法、以及曝光单元来达成，该曝光单元使用从该光产生装置产生的分离规定距离的至少两个光束来进行曝光。
通过本发明的曝光装置和曝光方法，上述的至少两个光束所分离的规定距离被曝光为暗线。
该暗线的线宽能够设为第一光学涡旋的核直径dV1和/或第二光学涡旋的核直径dV2。在由相干光形成第一光学涡旋和/或第二光学涡旋的情况下，第一光学涡旋的核直径dV1和/或第二光学涡旋的核直径dV2能够小于该相干光的束腰dG。
因而，本发明的曝光装置和曝光方法通过使用该暗线的宽度，能够进行与以往的使用相干光的束腰dG的加工相比更微细的加工。
本发明的曝光系统具有上述的曝光装置和光致抗蚀剂。
另外，本发明的曝光光致抗蚀剂制造方法包括使用通过上述的光产生方法得到的至少两个光束来对光致抗蚀剂进行曝光的曝光工序，该方法用于得到至少两个光束所分离的规定距离被曝光为暗线的光致抗蚀剂。
在本发明的曝光系统或曝光光致抗蚀剂制造方法中，能够根据所使用的方法来决定光致抗蚀剂。此外，根据本发明的曝光装置及曝光方法、以及曝光系统或曝光光致抗蚀剂制造方法，由于上述的至少两个光束所分离的规定距离被曝光为暗线，因此光致抗蚀剂优选为负型。
此外，光致抗蚀剂的特性、特别是感光度能够依据所使用的第一光学涡旋和第二光学涡旋、为了产生该光学涡旋而使用的相干光等而适当地设定。
本发明的曝光装置及曝光方法、以及曝光系统或曝光光致抗蚀剂制造方法能够应用于以往的光致抗蚀剂制造方法中所使用的方法。
本发明的曝光装置及曝光方法、以及曝光系统或曝光光致抗蚀剂制造方法由于上述的至少两个光束所分离的规定距离被曝光为暗线，因此优选应用于所谓的剥离法。
另外，本发明的曝光装置及曝光方法、以及曝光系统或曝光光致抗蚀剂制造方法根据所使用的扫描装置，能够将“暗线”加工为直线，也能够加工为曲线。
下面，使用实施例来具体地说明本发明，但是本发明不仅限定于该实施例。
实施例1
在图5中示出将本发明的光产生装置和具有该光产生装置的曝光装置具体化的光学系统1。此外，图5所示的光学系统1的光产生装置所涉及的装置与图4所示的光产生装置的方式类似。
光学系统1具备激光器3(He-Cd激光器IK3501R-G、(株)金门光波制造)、扩束器(beam expander)4、偏振器5(在图5中也记载为“P1”)、轴对称偏振元件6(由光子晶体制成，Photonic Lattice公司制造。在图5中也记载为“AHP”)、偏振器7(在图5中也记载为“P2”)、圆形开口8(φ＝8mm)(在图5中也记载为“小孔(Aperture)”)、电扫描仪9、fθ透镜10(焦距56mm、NA＝0.043)。
将从激光器3射出的波长325nm的紫外光通过扩束器4进行放大，并使其入射到由偏振器5、轴对称偏振元件6、偏振器7这三个元件构成的光产生装置。
入射到装置的紫外光被偏振器5改变为线偏振光。该线偏振光能够视为振幅彼此相等的右旋圆偏振光和左旋圆偏振光的重叠。
线偏振光、即振幅彼此相等的右旋圆偏振光分量和左旋圆偏振光分量接着被同轴地入射到轴对称偏振元件6。轴对称偏振元件6是光学轴方位在元件截面内呈辐射状分布的特殊的半波片。轴对称偏振元件6具有将所入射的圆偏振光根据其旋转方向而变换为符号彼此相反的光学涡旋的功能。
轴对称偏振元件6(由光子晶体制成，Photonic Lattice公司制造)具有快轴方位在元件截面内相对于方位方向而言一周旋转2π的功能，将入射的左右圆偏振光变换为l(拓扑荷)＝±2的光学涡旋。
通过偏振器7使由轴对称偏振元件6生成的l＝±2的左右圆偏振光分量的偏振方向彼此一致，并使该左右圆偏振光分量相互进行干涉。
通过圆形开口8将从由偏振器5、轴对称偏振元件6、偏振器7这三个元件构成的光产生装置射出的光作为直径5mm的强度分布均匀的射束取出，并使该射束入射到电扫描仪9。在电扫描仪9的射出侧设置有fθ透镜10。在该fθ透镜10的焦点面内形成具有4个明点作为l＝±2的光学涡旋的同轴干涉图案、且在将该4个明点作为四边形的顶点的情况下在该四边形的各边上的顶点间形成暗部的射束(在图5中，记载为“四瓣图案(Four petaledpattern)”的射束)。
通过将准备好的负型抗蚀剂的基板11设置于焦点面，由电扫描仪9进行射束扫描，从而将暗部绘制为未感光区域的细线图案。入射到电扫描仪之前的激光的射束直径为5mm。
曝光强度IV和扫描速度vV为IV＝460μW和vV＝0.002m/s。
(比较例1)
为了进行比较，去除由偏振器5、轴对称偏振元件6、偏振器7这三个元件构成的光产生装置，在高斯光的情况下也进行了同样的曝光实验。在高斯光的情况下，使用了正型抗蚀剂的基板。此外，曝光强度IG和扫描速度vG为IG＝60μW和vG＝0.001m/s。
实施例1和比较例1双方均是在曝光后，通过显影剂(NMD-3，东京应化工业)进行显影，通过溅射来蒸镀金，通过剥离液(剥离液106，东京应化工业)进行剥离，从而形成了金属构造。
在图6的(a)和图6的(b)中分别示出通过实施例1和比较例1得到的金属构造的显微镜像。
从图6的(a)和图6的(b)可知，所形成的金属细线的宽度在实施例1(使用了光学涡旋的情况)中约为2.2μm，在比较例1(使用了高斯光的情况)中为19μm。此外，线宽作为图像亮度的半值宽度而求出。
根据该结果可知，通过使用光学涡旋的同轴干涉图案，与高斯光相比，能够在相同的数值孔径的条件下形成变细1/8～1/9倍左右的金属细线。
(实施例2)
使用与实施例1相同的装置，使曝光强度在280μW～440μW之间变化，来与实施例1同样地形成金属构造，并测定其线宽。
(比较例2)
使用与比较例1相同的装置，使曝光强度在40μW～460μW之间变化，来与比较例1同样地形成金属构造，并测定其线宽。
在图7的(a)中示出实施例1和实施例2的结果、即将横轴设为曝光强度且将纵轴设为所形成的金属构造的线宽的图表，在图7的(b)中示出比较例1和比较例2的结果、即将横轴设为曝光强度且将纵轴设为所形成的金属构造的线宽的图表。
从图7的(a)和图7的(b)可知，在相同的数值孔径的条件下，使用光学涡旋的同轴干涉图案的实施例1和实施例2能够形成与高斯光(比较例1和比较例2)相比更微细的构造。
另外，从图7的(a)可知，能够通过提高曝光强度来使加工线宽变细。例如可知，能够通过将曝光强度从280μW变更为460μW来将加工线宽从约3.7μm变细为约2.2μm。
(实施例3)
使用与实施例1相同的光学系统1，并且使用具备半波片12的光学系统2。
半波片12设置于偏振器5与轴对称偏振元件6之间，能够通过半波片12来使由偏振器5改变了的线偏振光的偏振光方位旋转。即，半波片12作为相位控制装置来产生作用。
另外，通过控制半波片12和电扫描仪9，能够进行存在4组图8所示的明部2个点和夹在该明部2个点中间的暗部的组的绘制。
在图8中，4组为分离的状态，但是通过更精密地控制半波片12和电扫描仪9，能够在图8中形成通过“未曝光曲线区域(Unexposed curved region)”表示的暗线曲线。

Claims (28)

1.一种光产生装置，具有：
第一光学涡旋产生装置，其产生具有第一拓扑荷的第一光学涡旋；
第二光学涡旋产生装置，其产生具有第二拓扑荷的第二光学涡旋，所述第二拓扑荷的绝对值与所述第一拓扑荷的绝对值相等，且所述第二拓扑荷的符号与所述第一拓扑荷的符号不同；以及
干涉装置，其使所述第一光学涡旋与所述第二光学涡旋进行干涉，
其中，从所述干涉装置产生分离规定距离的至少两个光束，
所述光产生装置还具有相位控制装置，所述相位控制装置对从所述第一光学涡旋产生装置产生的所述第一光学涡旋与从所述第二光学涡旋产生装置产生的所述第二光学涡旋的相位差进行控制。
2.根据权利要求1所述的光产生装置，其中，
所述光产生装置还具有产生线偏振光的线偏振光产生装置。
3.根据权利要求2所述的光产生装置，其中，
所述线偏振光产生装置包括产生相干光的相干光产生装置。
4.根据权利要求3所述的光产生装置，其中，
所述相干光的相干度为0.95以上。
5.根据权利要求2所述的光产生装置，其中，
通过使来自所述线偏振光产生装置的线偏振光经由所述第一光学涡旋产生装置、所述第二光学涡旋产生装置以及所述干涉装置，从而产生所述分离规定距离的至少两个光束。
6.根据权利要求1所述的光产生装置，其中，
所述第一光学涡旋产生装置和所述第二光学涡旋产生装置为轴对称偏振元件。
7.一种光产生装置，具有：
第一光学涡旋产生装置，其产生具有第一拓扑荷的第一光学涡旋；
第二光学涡旋产生装置，其产生具有第二拓扑荷的第二光学涡旋，所述第二拓扑荷的绝对值与所述第一拓扑荷的绝对值相等，且所述第二拓扑荷的符号与所述第一拓扑荷的符号不同；以及
干涉装置，其使所述第一光学涡旋与所述第二光学涡旋进行干涉，
其中，从所述干涉装置产生分离规定距离的至少两个光束，
所述光产生装置还具有产生线偏振光的线偏振光产生装置。
8.根据权利要求7所述的光产生装置，其中，
所述线偏振光产生装置包括产生相干光的相干光产生装置。
9.根据权利要求8所述的光产生装置，其中，
所述相干光的相干度为0.95以上。
10.根据权利要求7所述的光产生装置，其中，
通过使来自所述线偏振光产生装置的线偏振光经由所述第一光学涡旋产生装置、所述第二光学涡旋产生装置以及所述干涉装置，从而产生所述分离规定距离的至少两个光束。
11.根据权利要求7所述的光产生装置，其中，
所述第一光学涡旋产生装置和所述第二光学涡旋产生装置为轴对称偏振元件。
12.一种光产生装置，具有：
相干光产生装置，其产生相干光；
偏振器，其使所述相干光成为线偏振光；
轴对称偏振元件，其使所述线偏振光成为第一光学涡旋和第二光学涡旋，该第二光学涡旋具有与该第一光学涡旋相比绝对值相等且符号不同的拓扑荷；以及
干涉装置，其使第一光学涡旋与第二光学涡旋进行干涉，
其中，从所述干涉装置产生分离规定距离的至少两个光束。
13.根据权利要求12所述的光产生装置，其中，
所述规定距离比所述相干光的直径小。
14.一种曝光装置，具有：
根据权利要求1～13中的任一项所述的光产生装置；以及
曝光单元，其使用从所述光产生装置产生的所述分离规定距离的至少两个光束进行曝光。
15.根据权利要求14所述的曝光装置，其中，
所述曝光单元具备扫描装置，所述扫描装置扫描所述分离规定距离的至少两个光束。
16.一种曝光系统，具有：
根据权利要求14或15所述的曝光装置；以及
光致抗蚀剂，
其中，在所述光致抗蚀剂处形成以所述规定距离为线宽的暗线。
17.根据权利要求16所述的曝光系统，其中，
所述光致抗蚀剂为负型。
18.一种光产生方法，包括以下工序：
C)第一光学涡旋产生工序，产生具有第一拓扑荷的第一光学涡旋；
D)第二光学涡旋产生工序，产生具有第二拓扑荷的第二光学涡旋，所述第二拓扑荷的绝对值与所述第一拓扑荷的绝对值相等，且所述第二拓扑荷的符号与所述第一拓扑荷的符号不同；
E)相位控制工序，对通过所述C)第一光学涡旋产生工序产生的所述第一光学涡旋与通过所述D)第二光学涡旋产生工序产生的所述第二光学涡旋的相位差进行控制；以及
F)干涉工序，使所述第一光学涡旋与所述第二光学涡旋进行干涉，
其中，在所述干涉工序之后，产生分离规定距离的至少两个光束。
19.根据权利要求18所述的光产生方法，其中，
大致同时地进行所述C)第一光学涡旋产生工序和所述D)第二光学涡旋产生工序。
20.根据权利要求18所述的光产生方法，其中，
通过轴对称偏振元件来大致同时地进行所述C)第一光学涡旋产生工序和所述D)第二光学涡旋产生工序。
21.一种光产生方法，包括以下工序：
B)线偏振光产生工序，产生线偏振光；
C)第一光学涡旋产生工序，产生具有第一拓扑荷的第一光学涡旋；
D)第二光学涡旋产生工序，产生具有第二拓扑荷的第二光学涡旋，所述第二拓扑荷的绝对值与所述第一拓扑荷的绝对值相等，且所述第二拓扑荷的符号与所述第一拓扑荷的符号不同；以及
F)干涉工序，使所述第一光学涡旋与所述第二光学涡旋进行干涉，
在所述C)第一光学涡旋产生工序之前且所述D)第二光学涡旋产生工序之前，包括所述B)线偏振光产生工序，
使用所述B)线偏振光产生工序的线偏振光来进行所述C)第一光学涡旋产生工序和所述D)第二光学涡旋产生工序，
其中，在所述干涉工序之后，产生分离规定距离的至少两个光束。
22.根据权利要求21所述的光产生方法，其中，
在所述B)线偏振光产生工序之前，还包括A)相干光产生工序，在所述A)相干光产生工序中，产生相干光。
23.根据权利要求22所述的光产生方法，其中，
所述相干光的相干度为0.95以上。
24.根据权利要求22或23所述的光产生方法，其中，
所述规定距离比所述相干光的光束的直径小。
25.一种光产生方法，包括以下工序：
A)相干光产生工序，产生相干光；
B)线偏振光产生工序，使所述相干光成为线偏振光，来产生线偏振光；
C)第一光学涡旋产生工序，根据所述线偏振光产生第一光学涡旋；
D)第二光学涡旋产生工序，根据所述线偏振光产生第二光学涡旋，该第二光学涡旋具有与该第一光学涡旋相比绝对值相等且符号不同的拓扑荷；
E)相位控制工序，对通过所述C)第一光学涡旋产生工序产生的所述第一光学涡旋与通过所述D)第二光学涡旋产生工序产生的所述第二光学涡旋的相位差进行控制；以及
F)干涉工序，使所述第一光学涡旋与所述第二光学涡旋进行干涉，
其中，在所述F)干涉工序之后，产生分离比所述相干光的光束的直径小的距离的至少两个光束。
26.一种曝光光致抗蚀剂制造方法，
包括G)曝光工序，在所述G)曝光工序中，使用根据权利要求18～25中的任一项所述的所述至少两个光束来对光致抗蚀剂进行曝光，
其中，所述曝光光致抗蚀剂制造方法用于获得所述至少两个光束所分离的距离被曝光为暗线的光致抗蚀剂。
27.根据权利要求26所述的曝光光致抗蚀剂制造方法，其中，
所述G)曝光工序包括以下工序：G)-1)在所述光致抗蚀剂的表面上扫描所述至少两个光束。
28.根据权利要求26或27所述的曝光光致抗蚀剂制造方法，其中，
所述光致抗蚀剂为负型。
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