DE69722694T2

DE69722694T2 - Belichtungsapparat

Info

Publication number: DE69722694T2
Application number: DE69722694T
Authority: DE
Inventors: Junichi Asada; Keiichi Matsuzaki; Seiji Nishiwaki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-03-18
Filing date: 1997-03-17
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2017-03-18
Also published as: DE69736022D1; EP0797121A3; EP0797121A2; US5745221A; DE69736022T2; EP1347338A1; DE69722694D1; EP1347338B1; EP0797121B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ausrüstung zur Belichtung von feinen Mustern.
Mit Bezug auf herkömmliche Techniken ist beispielsweise ein Projektionsbelichtungsapparat auf Seite 690 des Micro Optics Handbook (herausgegeben durch Applied Physics Society, Asakura Shoten Publishing Company, 1995) angegeben und mit Bezug auf dieses Gerät wird die Technik beschrieben. Fig. 1 zeigt den Aufbau eines herkömmlichen Belichtungsapparats. Der Strahl von einer Lichtquelle 14 wird durch einen Strahlverdichter 15 (oder einen Strahlaufweiter) in einen geeigneten Strahl umgewandelt und trifft auf einen Homogenisierer 16. Der Homogenisierer 16 umfasst 3 bis 6 mm quadratische Linsenfelder und homogenisiert die Beleuchtungsstärke-Verteilung des Beleuchtungssystems und bildet ebenso die zweite Lichtquelle 17 in der Nachbarschaft der Ausgangsendfläche aus. Das Licht von der zweiten Lichtquelle 17 beleuchtet eine Blende 19 mit einem Belichtungsmuster, gezeichnet durch eine Beleuchtungslinse 18 und bildet ein Bild auf der Belichtungsfläche 22 mit der Bilderzeugungslinse 20 aus. Hierdurch wird das Bild der zweiten Lichtquelle 17 auf der Fläche der Ausgangspupille 21 ausgebildet.
Die Auflösung R dieses bekannten Belichtungsapparats kann durch die folgende Gleichung, in der die Wellenlänge des beleuchtenden Lichtes mit λ und die Blendenzahl des abbildenden optischen Systems mit NA (numerische Appertur) bezeichnet ist:
R = 2k&sub1;λ/NA (1),
wobei k&sub1; eine Konstante darstellt, welche durch die Bedingungen des Belichtungs/Entwicklungsprozesses bestimmt ist, und im Allgemeinen Werte zwischen 0,5 und 0,8 annimmt.
Weiterhin ist die Fokustiefe Z des bilderzeugenden optischen Systems durch die folgende Gleichung gegeben:
Z = λ/2NA² (2)
Die Wellenlänge λ ist eindeutig bestimmt durch den Typ der Lichtquelle und im Allgemeinen wird 435 nm (g-Strahl) oder 365 nm (i-Strahl) verwendet. Es ist das einfachste Vorgehen zur Verbesserung der Auflösung die Wellenlänge der Lichtquelle weiterhin zu verkürzen, oder es ist möglich, die Auflösung zu verbessern durch die Anwendung einer NA mit einem hohen Wert. Diese ist jedoch mehr oder weniger beschränkt auf Werte 0,5 bis 0,6, weil eine höhere NA die Tiefe des Fokus gemäß Gleichung (2) beeinträchtigt und die Toleranz für die Belichtungsposition eliminiert. Deshalb ist die Auflösung R des bekannten Belichtungsapparats beschränkt auf etwa 1,6 λ in Bezug auf die Skalenlänge, wobei k&sub1; = 0,5 und NA = 0,6. Eine Technik, welche als Phasenschiebeverfahren bezeichnet wird, wird vorgeschlagen, um die Auflösungsgrenze zu verbessern (Seite 694 des Micro-optics Handbook). Bei diesem Vorschlag wird ein Phasenschieber auf der Blende ausgebildet, um die Auflösung des bekannten Belichtungsapparats zu verbessern. Fig. 2(A) und 2(B) zeigen ein Prinzip der Phasenschiebeverfahren in dem bekannten Belichtungsapparat. Die Blende 19 ist in dem bekannten Verfahren durch eine transparente Basisplatte 19a und eine Maske 19b ausgebildet, wobei die Lichtamplitude auf der Belichtungsfläche mit Bezugszeichen 23 und die Lichtintensität mit Bezugszeichen 24 gekennzeichnet ist. Im Gegensatz dazu wird bei der Phasenschiebemethode ein Phasenschieber 19c in jeder zweiten Öffnung zwischen den Masken ausgebildet und durch Verzögerung der Phase des Lichtes, welches den Phasenschieber 19c durchtritt um π kann eine Lichtamplitude und eine Lichtintensität, welche durch Bezugszeichen 23a, 24a auf der Belichtungsfläche gezeigt sind, erreicht werden, und der Kontrast kann im Vergleich zur herkömmlichen Methode verbessert werden. Es gibt auch eine Methode, welche nicht eine Maske 19b verwendet, deren Arbeitsweise in Fig. 3 gezeigt ist. In diesem Fall umfasst die Blende 19 ein transparentes Substrat 19a und einen Phasenschieber 19c. Der Phasenschieber 19c ist im Stande, eine Lichtamplitude und eine Lichtintensität, wie in 23b und 24b gezeigt, auf der Belichtungsfläche zu erreichen durch eine Verzögerung der Lichtphase, welche durch den Phasenschieber 19c tritt, um π, wobei eine Verbesserung des Kontrastes ermöglicht wird.
Bei dem herkömmlichen Belichtungsapparat, wie obenstehend beschrieben, werden unabhängig davon, ob der Phasenschieber 19c vorhanden ist oder nicht, die folgenden Probleme gefunden.
Nachfolgend werden solche Probleme mit Bezug auf einen Belichtungsapparat mit höherer Auflösung, in dem ein Phasenschieber 19c angebracht ist, im Detail beschrieben.
Das bedeutet in diesem Fall gemäß dem Prinzip, welches in Fig. 3 gezeigt ist, dass die Periode der Lichtintensität 24b auf der Belichtungsfläche die Hälfte derjenigen des Phasenschiebers 19c auf der Blende ist, und durch die Anwendung der Phasenschliebemethode sollte die Auflösung des Belichtungsapparates verdoppelt werden. Tatsächlich kann jedoch die Auflösung gemäß Theorie in der Praxis nicht erreicht werden, weil das bildformende optische System zwischen der Blende 19 und der Belichtungsfläche eingreift.
Die Gründe werden nachfolgend gezeigt. Damit zeigt Fig. 4 den optischen Strahlengang des Lichtes, welches die Blende mit dem Phasenschieber durchtritt. Licht 25 (Wellenlänge X), welches auf die Blende 19 trifft, spaltet sich in den Strahl auf, welcher durchtritt, während er den Phasenschieber 19c (Strahl nullter Ordnung) durchtritt und den gebeugten Strahl (Strahl ± erster Ordnung). Es sei die Periode des Phasenschiebers 19c mit A bezeichnet, der Beugungswinkel 8 des gebeugten Strahles ist gegeben durch die folgende Gleichung:
sinθ = λ/Λ (3)
Diese durchtretenden und gebeugten Strahlen treffen auf die abbildende Linse 20 auf und formen ein Bild auf der Pupillenfläche 21, wie in 26, 26A und 26B jeweils gezeigt. Der Bildpunkt des Strahles nullter Ordnung befindet sich auf der optischen Achse 27, aber das Bild wird bei der Position "b" entfernt von der optischen Achse ausgebildet, weil der Strahl ± erster Ordnung um 6 in der Ausbreitungsrichtung in Bezug auf die optische Achse 27 gekippt ist. Weil die Größe von "b" proportional zu sinθ ist, ist der Bildpunkt des Strahls ± erster Ordnung, wenn die Periode Λ kleiner als ein bestimmter Wert wird, außerhalb der Blende der Pupillenfläche (b > a) und das Licht wird im Bereich außerhalb der Blende der Pupille abgedeckt. Weil das projizierte Muster auf der Belichtungsfläche durch das die Pupillenfläche 21 durchtretende Licht ausgebildet wird, bewirkt das Abdecken eines Teils des durchdringenden Lichtes eine Verschlechterung der Auflösung des projizierten Musters.
Aufgrund des Voranstehenden wird die Wirkung der Phasenschiebemethode auf höchstens 30 bis 40% Verbesserung der Auflösung beschränkt. Das bedeutet, dass gesagt werden kann, dass, wenn die Auflösung des Belichtungsapparats ausgedrückt wird durch Ersetzen des Abstands des projizierten Musters, welches auf der Belichtungsfläche 22 ausgebildet wird, begrenzt wird auf die Ausbildung von etwa 1,2 λ Abstand.
Die vorstehend beschriebene Verschlechterung der Auflösung wird notwendigerweise erzeugt, unabhängig vom Vorhandensein des Phasenschiebers 19c, und im Fall dass der Phasenschieber 19c nicht verwendet wird, wird die Auflösung weiterhin schlechter.
Melles Griot "Optics Guide 3", 1985, Seiten 145 bis 147 offenbart eine Strahlaufweitungsoptik zur Aufweitung eines Leserstrahls, welcher von einer Laserquelle ausgesandt wird.
Applied Physic Letters Vol. 62, No. 10, Seiten 1035 bis 1037 offenbart einen Belichtungsapparat umfassend eine Laserstrahlquelle zur Ausbildung eines Laserstrahls bei senkrechten Einfall, welcher ein Phasenmaskengitter durchdringt, räumlich phasenmoduliert ist und gebeugt wird, um ein Interferenzmuster auszubilden, welches eine Brechungsindexmodulation (Bragg grating) in eine fotoempfindlichen Faser lichtweise einprägt, welche unmittelbar hinter dem Phasenmaskengitter angeordnet ist. Das Phasenmaskengitter ist auf Silikatglas ausgebildet und besteht aus einer periodischen, eindimensionalen Oberflächenreliefstruktur, wobei das Oberflächenreliefmuster der Phasenmaske im Querschnitt einer Rechteckquelfe nahe kommt. Das gebeugte Licht bildet ein periodisches Intensitätsmuster aus mit der halben Phasengitterperiode.
Optics Letters Vol. 7, No. 9, Seiten 402-404 offenbart einen Belichtungsapparat umfassend einen strahlaufgeweiteten Laser zur Belichtung eines mit Fotolack bedeckten Substrats zu einem Amplitudentransmissionsgitter. Die Möglichkeit der Verwendung eines Phasengitters ist ebenso erwähnt.
Es besteht jedoch ein Bedarf und es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Belichtungsapparat bereitzustellen, welcher eine hohe Auflösung ermöglicht, einen einfachen Aufbau aufweist und welcher verwendet werden kann, ein Gittermuster auszubilden, welches nicht beschränkt ist auf eine Dimension entlang einer geraden Linie, wie etwa eine optische Faser.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Belichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen festgelegt.
Gemäß des vorstehend genannten Aufbaus werden in der vorliegenden Erfindung Streifen mit einem Abstand halb so groß wie die des genannten zurückgesetzten oder vorstehenden Abschnitts mit einem guten Kontrast auf dem empfindlichen Film ausgebildet, und kann eine Belichtungsvorrichtung mit hoher Auflösung verwirklicht werden.
Die vorliegende Erfindung ist vorzugsweise eine Belichtungsvorrichtung, welcher den zurückgenommenen Abschnitt oder den vorstehenden Abschnitt, welcher mit einer transparenten Schicht mit Brechungsindex n&sub0;(wo n&sub0; > n) bedeckt ist und die Filmdicke der transparenten Schicht, welche größer ist als der Abstand des zurückgenommenen Abschnitts oder des vorstehenden Abschnitts umfasst.
Mit diesem Aufbau ist es möglich, die Erzeugung von gebeugtem Licht von ± zweiter Ordnung oder höher zu unterdrücken.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Belichtungsapparats;
Fig. 2(A) und
Fig. 2(B) sind Diagramme, welche das Arbeitsprinzip der Phasenschiebemethode in dem herkömmlichen Belichtungsapparat zeigt;
Fig. 3 ist ein Diagramm, welches das Arbeitsprinzip einer weiteren Phasenschiebemethode in dem herkömmlichen Belichtungsapparat zeigt;
Fig. 4 ist ein Diagramm, welches den optischen Strahlengang von Licht zeigt, welches eine Blende mit einem Phasenschieber in einem herkömmlichen Belichtungsautomaten durchdringt;
Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines Belichtungsapparats gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht eines Phasenschiebers des Belichtungsapparats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7(A) und Fig. 7(B) sind erläuternde Diagramme, welche die Eigenschaften der Lichtintensitätsverteilung auf dem empfindlichen Film des Belichtungsapparats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 8(A) und Fig. 8(B) sind zweite erläuternde Diagramme, welche die Eigenschaften der Lichtintensitätsverteilung auf dem empfindlichen Film des Belichtungsapparats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 9(A) und Fig. 9(B) sind dritte erläuternde Diagramme, welche die Eigenschaften der Lichtintensitätsverteilung auf dem empfindlichen Film des Belichtungsapparats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 10(A) und Fig. 10(B) sind vierte erläuternde Diagramme, welche die Eigenschaften der Lichtintensitätsverteilung auf dem empfindlichen Film des Belichtungsapparats gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen;
Fig. 11 ist ein Diagramm, welches das Prinzip verdeutlicht, welches den Zusammenhang zwischen der Periode der periodischen Bedingung und der Periode des Belichtungsmusters des Belichtungsapparats gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 12 ist ein Diagramm, welches den optischen Strahlengang des Lichtes, welches die periodischen zurückgesetzten und vorstehenden Aufbauten eines trapezförmigen Querschnitts gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 13 ist ein Diagramm, welches den optischen Strahlengang des Lichtes, welches die periodischen zurückgesetzten und vorstehenden Aufbauten eines trapezförmigen Querschnitts gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 14 ist ein Diagramm, welches die Verteilung der Lichtintensität auf dem empfindlichen Film des Belichtungsapparats gemäß einem Vergleichsbeispiel zum Verständnis der vorliegenden Erfindung zeigt.
1. ... Laserstrahlquelle> 2... Laserstrahl, 3a, 3b... Reflektionsspiegel, 4... optisches Strahlaufweitungssystem, 4a... Fokussierungslinse, 4b... Kollimatorlinse, 4c... Lochblende, 5... paralleler Strahl, 6... Phasenschieber, 6a... periodische ausgeformte Struktur, 7... Abstandselement, 8... sensitiver Film, 9... Belichtungssubstrat.
Mit Bezug auf die Fig. 5 bis 11 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Fig. 5 zeigt einen Aufbau des Belichtungsapparats gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung, welche umfasst eine Laserstrahlquelle 1, Reflektionsspiegel 3a, 3b, optisches Strahlaufweitungssystem 4, Phasenschieber 6, Abstandselement 7, und Belichtungssubstrat 9. In Fig. 5 trifft ein Laserstrahl 2 (Wellenlänge λ) von einer Lichtquelle 1 ausgehend, wie etwa ein Ar-Laser, He-Cd-Laser, etc., reflektiert an einem Spiegel, 3a, 3b und wird zu dem optischen Strahlaufweitungssystem 4 geführt.
Das optische Strahlaufweitungssystem 4 umfasst eine Fokussierungslinse 4a, eine Kollimatorlinse 4b und eine Lochblende 4c, wobei der Laserstrahl durch die Fokussierungslinse 4a zusammengeführt wird und durch die Lochblende 4c tritt, welche in der Fokalebene der Fokussierungslinse 4a angeordnet ist, und zu einem Parallelstrahl 5 gewandelt wird mit einem Strahldurchmesser, der durch die Kollimatorlinse 4b erweitert ist. In diesem Fall bewirkt die Lochblende 4c das Entfernen von Speckle-Rauschen des Lasers. Der Parallelstrahl 5 einer ebenen Welle trifft senkrecht auf und dringt in den als parallele Flachplattenform geformten Phasenschieber 6 ein, welcher aus einem transparenten Material mit dem Brechungsindex n ausgebildet ist.
Die Ausgangsseitenfläche des Phasenschiebers 6 weist eine periodisch geformte Struktur 6a mit der Tiefe λ/{2(n-2)} (die periodisch geformte Struktur bedeutet einen Aufbau, in welchem die zurückgenommenen und die vorstehenden Abschnitte sich wiederholend auf einer ebenen Platte mit einer festgelegten Rate ausgebildet sind), und die ebene Welle wird übergeführt in die Wellenfläche, welche die Phasendifferenz π periodisch wiederholt durch die Durchdringung dieses periodischen Aufbaus, und als ein Ergebnis wird gebeugtes Licht der ± ersten Ordnung erzeugt.
Auf der Fläche des Belichtungssubstrats 9 ist ein empfindlicher Film 8 aufgeschichtet, und auf diesem empfindlichen Film interferiert das gebeugte Licht der ± ersten Ordnung jeweils miteinander, um Streifen in kleinen Abständen auszubilden und den empfindlichen Film zu belichten. Der empfindliche Film 8 liegt dem Phasenschieber 6 über das Abstandselement 7 gegenüber und ein Freiraum entsprechend der Dicke des Abstandselements 7 besteht zwischen dem periodischen Aufbau der Oberfläche 6a und dem empfindlichen Film 8.
Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht des Phasenschiebers des Belichtungsapparats gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in Fig. 6 gezeigt, sei der Abstand der periodisch geformten Struktur 6a A und die Tiefe h, die Breite des vorstehenden Abschnitts sei mit &epsi;Λ gegeben für den Fall, dass die geformte Struktur ein Rechteck darstellt, der Ursprung sei an der Stelle mit einem Abstand z von dem Zentrum der Fläche des zyklischen Aufbaus entlang der senkrechten Richtung festgelegt, und betrachtet sei die Koordinatenachse in der Richtung, die den Ursprung O durchdringt und entlang des Gittervektors verläuft (der Vektor, welcher im rechten Winkel in der Gitterrichtung verläuft).
Fig. 7(A), 7(B) ist das erste erläuternde Diagramm, weiches die Eigenschaften der Lichtintensitätsverteilung auf dem empfindlichen Film des Belichtungsapparats gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt und die berechneten Ergebnisse wiedergibt, wenn eine Analyse durchgeführt wird mit λ = 0,4579 um und die geformte Struktur als Rechteck angenommen wird mit Λ = 0,8 um, h = λ/{2(n-1)}, und &epsi; = 0,5.
Fig. 7(A) zeigt die Lichtintensitätsverteilung entlang der x-Koordinate. Trotz des Abstands der geformten Struktur 10 mit 0,8 um, wird ein Intensitätsverteilungsmuster 11 mit einem halben Abstand (0,4 um Abstand) erhalten. Die geformte Struktur 10 zeigt schematisch die periodisch geformte Struktur 6a, welche in Fig. 6 gezeigt ist zur besseren Beschreibung und ist als gestrichelte Linie entsprechend der Skalierung der Abszisse der Fig. 7(A) gezeichnet. In gleicher Weise ist in Fig. 8(A) -10(A) die geformte Struktur als gestrichelte Linie eingezeichnet.
In Fig. 7(B) ist die Beziehung der Lichtintensität P1 bei der Lichtverteilung x = 0 um und die Lichtintensität P2 an der Stelle x = -0,4 um zum Abstand z gezeichnet, und eine durchgehende Linie 12 entspricht der Lichtintensität P1 und eine gestrichelte Linie entspricht der Lichtintensität P2. Beide weisen eine leichte Welligkeit entsprechend dem Einfluss der begrenzten Beugungswelle auf, welche an der Start- und Endlinienposition (Grenzlinie 601, 602 der geformten Struktur 6a wie in Fig. 6 gezeigt) in der x-Achsenrichtung der geformten Struktur, reichen jedoch im Allgemeinen nicht bis z sondern stellen einen gleichförmigen Wert dar.
Das bedeutet, dass, selbst wenn ein Fehler in der Position des empfindlichen Films 8 auftritt (Freiraum entsprechend der Dicke des Abstandselements 7), keine Verschlechterung in dem Muster der Intensitätsverteilung auftritt und der Kontrast der Belichtung zufriedenstellend ist. Folglich wird die Lagefestlegung des Belichtungssubstrats nicht notwendigerweise durch einen teuren hochpräzisen Schrittmechanismus ausgeführt, welcher für Halbleiterprozesse verwendet wird, und die Positionierung ausreichend ist, welche lediglich erreicht wird durch Einfügen des Abstandselements 7 zum Anpressen wie in dieser Ausführungsform beschrieben.
Die Fig. 8(A), 8(B) zeigen ein zweites erläuterndes Diagramm, welches die Eigenschaften der Lichtintensitätsverteilung auf dem empfindlichen Film des Belichtungsapparats gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt und die berechneten Ergebnisse zeigt, wenn eine Analyse vorgenommen wird mit λ = 0,4579 um und die geformte Struktur als Rechteck mit Λ = 0,8 um, h = λ/{2(n-2)}, und &epsi; = 0,4.
Fig. 8(A) zeigt die Lichtintensitätsverteilung entlang der x-Koordinate. Trotzdem der Abstand der geformten Struktur 0,8 um ist, wird ein Intensitätsverteilungsmuster 11 des halben Abstands (0,4 um Abstand) erreicht, aber da das Wirkverhältnis s der geformten Struktur 10 von 0,5 abweicht, wird eine Differenz zwischen der Lichtintensität P1 bei x = 0 um und der Lichtintensität P2 bei x = -0,4 um erzeugt.
In Fig. 8(B) ist die Beziehung dieser Lichtintensitäten P1 und P2 zu dem Abstand z aufgetragen und die durchgehende Linie 12 entspricht der Lichtintensität P1 und die gestrichelte Linie 13 der Lichtintensität P2. Beide weisen eine leichte Welligkeit entgegengesetzter Phase in Abhängigkeit von z auf, aber das Intensitätsverhältnis ist in etwa 1 : 0,6 selbst unter schlechtesten Verhältnissen.
Fig. 9(A), 9(B) ist ein drittes erläuterndes Diagramm, welches die Eigenschaften der Lichtintensitätsverteilung auf dem empfindlichen Film des Belichtungsapparats gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt und berechnete Ergebnisse angibt; wenn die Analyse mit · 0,4579 um und die geformte Struktur als rechteckig mit Λ = 0,8 um, h = 5λ/{6 · 2(n-1)}, und &epsi; = 0,5.
Fig. 9(A) zeigt die Lichtintensitätsverteilung entlang der x-Koordinate. Trotz des Abstands der geformten Struktur 10 von 0,8 um wird ein Intensitätsverteilungsmuster 11 mit halben Abstand (0,4 um Abstand) erreicht, aber, da die Tiefe der geformten Struktur 10 von λ/{2(n-1)} abweicht, wird eine Differenz zwischen der Lichtintensität P1 bei x = 0 um und der Lichtintensität P2 bei x = -0,4 um erzeugt.
In Fig. 9(B) ist die Beziehung dieser Lichtintensitäten P1 und P2 gegen den Abstand z aufgetragen und eine durchgehende Linie 12 entspricht der Lichtintensität P1 und eine gestrichelte Linie 13 der Lichtintensität P2. Beide Lichtintensitäten P1 und P2 haben eine Welligkeit von entgegengesetzter Phase in Abhängigkeit von z, und das Intensitätsverhältnis ist in etwa 1,0 : 0,4 selbst unter schlechtesten Bedingungen.
Fig. 10(A), 10(B) sind vierte erläuternde Diagramme, welche die Eigenschaften der Lichtintensitätsverteilung auf dem empfindlichen Film des Belichtungsapparats gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigen, und gerechnete Ergebnisse zeigen bei einer Analyse mit λ = 0,4579 um und einer geformten Struktur, für welche ein Sinuswellenförmiges Profil mit Λ = 0,8 um, h = λ/{2(n-1)}.
Fig. 10(A) zeigt die Lichtintensitätsverteilung entlang der x-Koordinate. Wie im Fall der Fig. 7, wird trotz eines Abstands der geformten Struktur 10 von 0,8 um ein Intensitätsverteilungsmuster 11 von halben Abstand (0,4 um Abstand) erhalten, aber, da das Querschnittsprofil der geformten Struktur 10 von einem rechteckigen Profil abweicht, wird eine große Differenz zwischen der Lichtintensität P1 bei x = 0 um und der Lichtintensität P2 bei x = -0,4 um erzeugt.
In Fig. 10(B) ist die Beziehung dieser Lichtintensitäten P1 und P2 gegen den Abstand z aufgetragen und eine durchgehende Linie 12 entspricht der Lichtintensität P1 und eine gestrichelte Linie 13 der Lichtintensität P2. Beide Lichtintensitäten P1 und P2 haben eine große Welligkeit von entgegengesetzter Phase in Abhängigkeit von z, und das Intensitätsverhältnis ist in etwa 1,0 : 0,15 unter schlechtesten Bedingungen.
Wenn man die Zulässigkeit für einen Fehler in der Lage des Belichtungssubstrats betrachtet, wie es aus Fig. 7(A) bis Fig. 10(B) deutlich ist, ist es, um den Belichtungskontrast zu optimieren, vorzuziehen, dass das Querschnittsprofil der geformten Struktur ein Rechteck der Höhe h = λ/{2(n-1)}, &epsi; = 0,5, und der erlaubte Bereich jedes Parameters zur Bestimmung des Querschnittsprofils nämlich 0,3 ≤ &epsi; ≤ 0,7 und 0,8 ≤ 2(n-1)h/λ ≤ 1,2 sein sollte. Das bedeutet, dass die Tiefe h des zurückgesetzten Abschnitts k · λ/{2(n-1)} (wo 0,8 ≤ k ≤ 1,2) betragen kann.
Fig. 11 zeigt nun eine erläuternde Zeichnung, welche das Prinzip beschreibt, welches die Beziehung zwischen dem Abstand des zurückgesetzten Abschnitts oder des vorstehenden Abschnitts auf dem Phasenschieber 6 und dem Abstand des Belichtungsmusters in dem Belichtungsapparat gemäß der ersten Ausführungsform dieser Erfindung zeigt. Mit Bezug auf die Zeichnung bedeutet dies, dass die Beziehung zwischen dem Abstand des zurückgenommenen Abschnitts oder des vorstehenden Abschnitts und dem Abstand auf dem Belichtungsmuster nun im Einzelnen beschrieben wird.
Licht 5 der Wellenlänge λ, welches senkrecht auf die periodische Strukturfläche 6a des Phasenschiebers auftrifft, wird nach Durchdringen der periodischen Struktur gebeugt und gebeugtes Licht 5A, 5B der ± ersten Ordnung wird erzeugt. Bei der Abstand der periodischen Struktur bei der Position Q&sub1; auf der periodischen Strukturfläche 6a mit Λ&sub1; bezeichnet, und der Abstand der periodischen Struktur bei der Position des Punktes Q&sub2; (x = x&sub2;) mit Λ&sub2; bezeichnet, (Λ&sub1; und Λ&sub2;) stellen den Abstand des zurückgenommenen oder vortretenden Abschnitts des Phasenschiebers 6 dar, dann ist der Beugungswinkel des gebeugten Lichts an den Punkten Q&sub1; und Q&sub2; gemäß der folgenden Formel gegeben:
sinθ&sub1; = λ/Λ&sub1; (4)
sinθ&sub2; = λ/Λ&sub2; (5)
Wenn das gebeugte Licht der + ersten Ordnung, welches am Punkt Q&sub1; gebeugt wird und das gebeugte Licht der - ersten Ordnung, welches am Punkt Q&sub2; gebeugt wird, am Punkt Q&sub1;&sub2; auf der Belichtungsfläche 8 zum Schnitt kommt, werden gemäß dem Prinzip der Zweistrahlinterferenz Streifen auf dem Punkt Q&sub1;&sub2; gebildet. Die Lage des Punkts Q&sub1;&sub2; (x = x3) ist gegeben durch die folgende Gleichung.
x&sub3; = x&sub1; + (x&sub2; - x&sub1;)tanθ&sub1;/(tanθ&sub1; + tanθ&sub2;) (6)
Der Abstand Λ&sub1;&sub2; der Streifen am Punkt Q&sub1;&sub2; ist durch die folgende Gleichung, aus Gleichung (4) und Gleichung (5) gegeben:
Λ&sub1;&sub2; = λ/(Sinθ&sub1; + sinθ&sub2;) = Λ&sub1;Λ&sub2;/(Λ&sub1; + Λ&sub2;) (7)
Folglich wird in dem Falle eines gleichförmigen Abstands für (Λ&sub1; = Λ&sub2;), Λ&sub1;&sub2; = Λ1/2 was bedeutet, dass das Intensitätsverteilungsmuster mit halben Abstand der periodischen Struktur 6a erhalten wird. Da, solange wie Λ&sub1; ≤ λ und A2 s λ, gebeugtes Licht erzeugt wird, ist es möglich λ&sub1;&sub2; ≥ λ/2 für den minimalen Abstand des Intensitätsverteilungsmusters zu erhalten (Auflösungsgrenze). Das bedeutet, dass eine Auflösung, welche mehr als doppelt so groß ist als diejenige in dem Belichtungsapparat in den herkömmlichen Beispielen erreicht werden kann.
Wenn der Abstand zu Positionen (Λ&sub2; = Λ&sub1; (1 + Δ)) variiert und der Punkt entsprechend dem Punkt Q&sub1;&sub2; auf der periodischen Strukturfläche Q&sub3; sei und der Abstand der periodischen Struktur an diesem Punkt (x = x&sub3;) Λ&sub3; sei, dann kann Λ&sub3; durch die folgende Gleichung angenähert werden, wenn die Änderung des Abstands kontinuierlich in Bezug auf x erfolgt:
Λ&sub3; = (Λ&sub1; tanθ&sub2; + Λ&sub2; tanθ&sub1;)/(tanθ&sub1; + tanθ&sub2;) (8)
Demzufolge gilt, wenn Δ < < 1 (die Relation Δ < < 1 ist ausreichend erfüllt, wenn die Belichtungsposition sich der Fläche der periodischen Struktur nähert) die folgende Gleichung für tanθ&sub2; = tanθ&sub1; (1 - Δ/cos&sub2;θ&sub1;).
Λ&sub3; = Λ&sub1;(1 + Δ/2) (9)
Andererseits kann im Falle Δ < < 1 aus Gleichung (7) der Abstand Δ&sub1;&sub2; der Streifen durch die folgende Gleichung angenähert werden:
Λ&sub1;&sub2; = Λ&sub1; (1 + Δ/2)/2 (10)
Folglich entspricht der Abstand Λ&sub1;&sub2; der Streifen der Hälfte des Abstands Λ&sub3; der zyklischen Struktur an der Position auf der zyklischen Strukturfläche, welche dieser entspricht, und selbst wenn der Abstand an Positionen variiert, wird die Beziehung des halben Abstands exakt beobachtet. Auf diese Weise wird in dem Belichtungsapparat gemäß dem bekannten Beispiel eine hochgenaue bildformende Linse erforderlich zur Projektion des Belichtungsmusters auf der Blende auf die Belichtungsfläche ohne jede Verformung, jedoch in der vorliegenden Ausführungsform ermöglicht lediglich ein Annähern der Belichtungsposition an die periodische Strukturfläche (das bedeutet, die Strukturfläche, auf der die zurückgesetzten Abschnitte und die vorstehenden Abschnitte wiederholt mit einem festgelegten Abstand auf der flachen Platte ausgebildet sind) eine Musterbildung mit halben Abstand frei von Verformungen.
Wenn nur in solchen Gebieten Streifen auf der Belichtungsfläche 8 ausgebildet werden, in denen sich zwei Strahlen miteinander überlagern, und wenn die Überlagerung der gebeugten Lichtstrahlen, welche von dem Startpunkt A dem Endpunkt B der periodischen Struktur erzeugt werden, mit C bezeichnet werden, ist die Belichtung auf ein Gebiet beschränkt, welches von dem Dreieck ABS umspannt ist und der periodischen Struktur genähert ist.
Weil die Interferenz am Punkt Q&sub1;&sub2; unter einer Vielzahl von Strahlen stattfindet, wenn das Licht, welches die zyklische Strukturfläche 6a durchdringt, Licht nullter Ordnung (die Komponente, welche ohne Beugung durchdringt) und Licht von anderen Ordnungen enthält, verschlechtert sich der Kontrast der Streifen und steht der Kontrast ebenso in Beziehung zur Lage der Belichtungsfläche. Das bedeutet, dass, weil kein gebeugtes Licht außer der ± ersten Ordnung erzeugt wird, Streifen mit einem guten Kontrast in dem Beispiel der Fig. 7 erhalten wurden, wie nachstehend beschrieben wird. Im allgemeinen wird, wenn die Intensität von gebeugtem Licht n-ter Ordnung beim Durchdringen des Phasenschiebers mit einem rechteckigen Querschnitt erzeugt wird, wie in Fig. 6 gezeigt, als In bezeichnet wird, kann das Intensitätsverhältnis von jedem gebeugten Strahl durch die folgende Gleichung gegeben werden.
I&sub0;/I&sub1; = π² {1-2&epsi;(1-&epsi;)(1-cosδ)}/{2(1-cosδ)sin²π&epsi;} (11)
I&sub2;/I&sub1; = cos²π&epsi; (12)
ausgenommen, dass ä der folgenden Gleichung genügt:
δ = 2π (n-1)h/λ (13)
Unter den Bedingungen der Fig. 7(A) und Fig. 7(B) (h = λ/{2(n-1)}, &epsi; = 0,5), λ < Λ < 2λ, und kein Licht zweiter Ordnung vorhanden ist, und von Gleichung (12) ebenso für Licht nullter Ordnung, ist I&sub0; = 0. Sogar wenn 2λ > Λ aus Gleichung (12) für Licht zweiter Ordnung ebenso, I&sub2; = 0.
Andererseits, unter den Bedingungen der Fig. 8(Ä) und Fig. 8(B) (h = λ/{2(n-1)}, &epsi; = 0,4), λ < Λ < 2λ, und kein Licht zweiter Ordnung vorliegt aber I&sub0;/I&sub1; = 0,11 und Licht nullter Ordnung erzeugt wird (wenn 2λ < Λ, wird Licht zweiter Ordnung ebenso erzeugt aus Gleichung (12)).
Wie vorstehend beschrieben, ist, um Streifen mit einem guten Kontrast unabhängig von der Position der Belichtungsfläche zu erhalten, ein kleines Verhältnis der Lichtgröße von nullter Ordnung zur Größe des gesamten gebeugten Lichtes notwendig (beispielsweise I&sub0;/(I&sub0; + 2I&sub1;) ≤ 0,1).
Nachfolgend wird die zweite Ausführungsform dieser Erfindung eingehend beschrieben.
Weil die zweite Ausführungsform exakt dasselbe ist wie die erste Ausführungsform mit der einzigen Ausnahme, dass die periodische Breite der periodischen Struktur, das ist der Abstand Λ des zurückgenommenen oder des vorstehenden Abschnitts begrenzt ist auf λ < Λ < 2λ, werden dieselben Zeichnungen verwendet, wie im Fall der ersten Ausführungsform Bezug genommen wurde und sich überlappende Beschreibung wird ausgelassen.
In der ersten Ausführungsform war der Querschnitt der periodisch geformten Struktur rechteckig, in der Wirklichkeit bestehen an der geformten Grenzfläche Absenkungen und der Querschnitt wird z. B. ein trapezförmiger Querschnitt, wie in Fig. 12 gezeigt. In Fig. 12 dringt das Licht a, b, welches auf die Unterfläche PQ des zurückgenommenen Abschnitts und auf die obere Fläche RS des vorstehenden Abschnitts des Phasenschiebers auftrifft, durchdringt die Grenzfläche wie sie ist, aber das Licht c, d, welches auf die abfallenden Fläche QR, ST auftrifft, wird an dieser Fläche total reflektiert und durchdringt die Oberseitenfläche RS des zurückgesetzten Abschnitts und die Grenzfläche der gegenüberliegenden abfallenden Fläche ST, QR.
Aus diesem Grund wird nicht nur die Phasenmodulation des durchdringenden Lichtes, sondern ebenso die Amplitudenmodulation gestört, da Licht c, d auf dem Licht a, b überlagert ist. Gleichung (11) und Gleichung (12) sind Ergebnisse, welche mit dem Schieber, der nur der Berücksichtigung des Phasengitters und der Phasenmodulation zugeordnet ist, erhalten werden, und diese Beziehungsausdrücke sind nicht gültig, wenn die Phasenmodulation gestört ist und Amplitudenmodulation hierzu addiert wird. Tabelle 1 zeigt experimentelle Ergebnisse, in welchen jede gebeugte Lichtintensität, die den Phasenschieber durchdringt, welcher versuchsweise für die gewünschten Spezifikationen von A = 1,0 um, n = 1,5, h = λ/{2(n-1)} und λ = 0,4579 um ist.
Der Versuch, dessen Ergebnisse in Tabelle gezeigt sind, ist ein Vergleichsversuch, welcher nicht Teil der Erfindung ist zum Vergleich von Versuchsergebnissen, welche in Tabelle 2 nachstehend besprochen werden.
(Tabelle 1) Versuchsergebnisse, in welchen jede Intensität des gebeugten Lichtes, welches den Phasenschieber durchdringt, ermittelt ist:
Ordnung der Beugung / Lichtintensität
- zweite Ordnung I&submin;&sub2; = 310 mW
- erste Ordnung I&submin;&sub1; = 800 mW
nullte Ordnung I&sub0; = 80 mW
erste Ordnung I&sub1; = 800 mW
zweite Ordnung I&sub2; = 330 mW
Weil I&sub0;/I&sub1; (= 0,1), δ = π und &epsi; = 0,5 nahezu gültig sind und damit I&sub2;/I&sub1; = 1, aber tatsächlich I&sub2;/I&sub1; (= 0,4) ungewöhnlich groß ist, und es ist schwierig aus Gleichung (11) und Gleichung (12) dafür gleichzeitig gültig zu sein. Dieser Widerspruch ist dem Vorhandensein von Störeffekten in der Phasenmodulation und Amplitudenmodulation durch Totalreflexion, wie in Fig. 12 gezeigt, zuzuordnen.
Weil starkes Licht zweiter Ordnung vorhanden ist, obwohl sogar Licht nullter Ordnung eliminiert ist, ist folglich Gleichmultiplikation der Schieberperiode für das Interferenzmuster überwiegend aufgrund von Interferenz zwischen erster und zweiter Ordnung und es ist nicht möglich, den halben Abstand zu erzielen.
Die zweite Ausführungsform ist jedoch durch die Beschränkung der periodischen Breite auf λ < Λ < 2 λ gekennzeichnet. In diesem Fall wird gebeugtes Licht bis zu ersten Ordnung erzeugt und gebeugtes Licht zweiter oder höherer Ordnung tritt theoretisch nicht auf.
Wenn, wie in Fig. 12 gezeigt, die durchdringende Lichtverteilung durch das Vorhandensein von Abschrägungen gestört ist, ist gebeugtes Licht zweiter Ordnung nicht vorhanden. Weil im Bereich der Gleichung (11) immer Bedingungen bestehen, Licht erster Ordnung auszulöschen, kann die Erzeugung von gebeugtem Licht mit einer anderen als ± erster Ordnung nahezu vollständig unterdrückt werden.
Tabelle 2 zeigt Versuchsergebnisse, in welchen jede gebeugte Lichtintensität, welche den Schieber durchtritt, welcher versuchsweise für die gewünschten Spezifikationen von Λ = 1,0 um, n = 1,5, h = λ/{2(n-1)} und λ = 0,5145 um hergestellt ist.
(Tabelle 2) Versuchsergebnisse, in welchen jede Intensität des gebeugten Lichtes, welches den Phasenschieber durchtritt, ermittelt ist:
Ordnung der Beugung / Lichtintensität
- zweite Ordnung I&submin;&sub2; = 0 mW (nicht existent)
- erste Ordnung I&submin;&sub1; = 780 mW
nullte Ordnung I&sub0; = 40 mW
erste Ordnung I&sub1; = 790 mW
zweite Ordnung I&sub2; = 0 mW (nicht existent)
In diesem Versuch kann die Erzeugung von gebeugtem Licht mit einer anderen als der ± ersten Ordnung nahezu vollständig unterdrückt werden, wie theoretisch festgelegt, und ein Intensitätsverteilungsmuster mit halben Abstand konnte durch mikroskopische Beobachtung festgestellt werden.
Nachfolgend wird eine dritte Ausführungsform beschrieben.
Die dritte Ausführungsform ist exakt dasselbe wie die erste Ausführungsform mit der Ausnahme, dass der Aufbau der Phasenschiebers abweicht und es werden dieselben Zeichnungen verwendet, wie im Fall der ersten Ausführungsform Bezug genommen wurde und sich überlappende Beschreibung wird ausgelassen.
Fig. 13 zeigt eine Querschnittsansicht des Phasenschiebers des Belichtungsapparats gemäß der dritten Ausführungsform dieser Erfindung. In Fig. 13 ist die Phasenschieberoberfläche mit einer transparenten Schicht 6b mit Brechungsindex n&sub0; (n&sub0; > n, wobei n der Brechungsindex des Schiebers 6 ist) bedeckt, und der Brechungsindex n0 den folgenden Beziehungsausdruck mit der Höhe der zurückgesetzten und vorstehenden Teile, bezeichnet als h, befriedigt:
h = λ/{2(n&sub0;-n)} (14)
Das Licht a, b, welches auf die Unterseitenfläche PQ des zurückgesetzten Abschnitts und auf die Oberseitenfläche RS des vorstehenden Abschnitts des Phasenschiebers 6 auffällt, durchdringt die Grenzfläche mit der transparenten Schicht 6b so wie es ist. Licht c, d, welches auf die Schrägen QR, ST auftrifft, weist keine Totalreflexion an den Schrägen auf aufgrund der Beziehung n&sub0; > n und wird gebrochen und reflektiert an der Grenzfläche wie es ist und ein Teil wird reflektiert als c', d'. Licht c', d' durchdringt die Grenzfläche der Schräge ST, QR und wird dem Licht a oder b überlagert, aber da der Lichtanteil klein ist, ist das Maß des Einflusses klein. Folglich kann die Störung der Phasenmodulation und Amplitudenmodulation durch das Vorhandensein der durchsichtigen Schicht 6b unterdrückt werden und sogar in dem Fall von 2λ < Λ, sind die Zuordnungsausdrücke nach Gleichung (11) und (12) gültig, und die Erzeugung von gebeugtem Licht mit einer anderen als der ± ersten Ordnung kann unterdrückt werden.
Tabelle 3 zeigt Versuchsergebnisse, in welchen ZnS-Film (n&sub0; = 2,0) auf der Probe, welche in Tabelle 1 gezeigt ist, ausgebildet ist (Filmdicke: 2 um) und geringfügige Unregelmäßigkeiten, welche auf der Fläche zurückbleiben, werden durch eine Füllung mit UV- Harz durch den 2P-Prozess geglättet, und die Ermittlung wird ausgeführt. (Messwellenlänge λ = 0,488 um).
(Tabelle 3) Versuchsergebnisse, in welchen jede Intensität des gebeugten Lichtes, welches den Phasenschieber durchtritt, ermittelt ist:
Ordnung der Beugung / Lichtintensität
- zweite Ordnung I&submin;&sub2; = 200 mW
- erste Ordnung I&submin;&sub1; = 3700 mW
nullte Ordnung I&sub0; = 300 mW
erste Ordnung I&sub1; = 4200 mW
zweite Ordnung 1&sub2; = 200 mW
In diesem Versuch sind die Intensitäten von anderen gebeugten Licht unterdrückt auf ein ausreichend kleines Maß im Vergleich zur Intensität des gebeugten Lichtes ± erster Ordnung, und ein Lichtverteilungsmuster mit halbem Abstand konnte durch mikroskopische Beobachtung festgestellt werden. Die Tiefe h des zurückgenommenen Abschnitts ist nicht notwendigerweise λ/{2(n&sub0;-n)}, aber diese kann nur in der Lage sein, die Erzeugung von gebeugtem Licht mit einer anderen als der ± ersten Ordnung zu unterdrücken.
Nachfolgend wird die Beschreibung gegeben für ein Vergleichsbeispiel zum Verständnis der vorliegenden Erfindung.
Dieses vergleichende Beispiel verbessert nicht die Auflösung der bekannten Belichtungsvorrichtung und bildet nicht einen Teil der vorliegenden Erfindung, sondern ist zusammengestellt, um Muster zu bilden, welche Streifen verwenden, die auf der Belichtungsfläche ausgebildet werden. Das Beispiel ist genau dasselbe wie die erste Ausführungsform mit der Ausnahme, dass die Spezifikationen des Querschnitts des Phasenschiebers unterschiedlich sind, und es wird auf dieselben Zeichnungen Bezug genommen, wie sie für die Beschreibung der ersten Ausführungsform verwendet wurden und sich überschneidende Beschreibung wird weggelassen. Die Spezifikationen des Querschnitts des Phasenschiebers weichen in diesem Beispiel stark von den Spezifikationen der ersten Ausführungsform (&epsi; = 0,5, h = λ/{2(n-1)}). Bei z. B. &epsi; § 0,4 und δ = 100 Grad, folgt aus Gleichung (11) und Gleichung (12) I&sub0;/I&sub1; = 2,03, I&sub2;/I&sub1; = 0,095, das bedeutet, dass die Summe der gebeugten Lichtintensität (I&sub1; + I&submin;&sub1;) der ± ersten Ordnung nahezu gleich wird der Summe der gebeugten Lichtintensität (I&sub0; + I&sub2; + I&submin;&sub2;) der nullten Ordnung und der ± zweiten Ordnung. Die Kurve 10 der Fig. 14 zeigt die Lichtintensitätsverteilung aufi dem empfindlichen Film im Abstand 10 λ unter den Bedingungen von &epsi; = 0,4 und δ = 100 Grad und ist das rechnerische Ergebnis mit λ = 0,4579 um und der geformten Struktur, welche als Rechteck mit Λ = 1,0 um analysiert ist (als gestrichelte Linie 11 gezeichnet). Wegen der Interferenz von gebeugtem Licht der ± ersten Ordnung und der nullten Ordnung sowie der ± ersten Ordnung und der ± zweiten Ordnung wird ein Intensitätsverteilungsmuster mit einem Abstand (1,0 um Abstand) entsprechend zu dem des Phasenschiebers erhalten.
Die Bedingungen der Querschnittspezifikationen der periodischen Struktur in diesem Beispiel sind nachsichtig, wobei nur das Auftreten der Summe der Intensität gebeugten Lichtes der ± ersten Ordnung (oder ungerade Ordnung gebeugten Lichtes) und der Summe der Intensität von anderem gebeugten Licht (oder geradzahlige Ordnung gebeugten Lichtes) zu demselben Niveau (beispielsweise die Hälfte bis das Doppelte) kann ohne weiteres Streifen mit einem Abstand entsprechend zu dem des Schiebers ausbilden. Das bedeutet, in diesem Beispiel ist es unmöglich, Streifen mit dem halben Abstand des Schiebers auszubilden, aber es gibt in diesem Falle keine komplizierten Nachahmungen oder komplizierte Probleme, wie etwa die Beseitigung von gebeugten Licht zweiter Ordnung und die Herstellung des Schiebers wird einfach.
In den vorstehend genannten ersten, zweiten und dritten Ausführungsformen sind die Muster der geformten Struktur in Form von Streifen (Form entlang einer geraden Linie) beschrieben, sie können jedoch auch periodische Muster entlang der Kurve, wie etwa ein Kreis (das bedeutet, die Muster sind durch Wiederholung ausgebildet) und der Abstand des zurückgesetzten Abschnitts oder vorstehenden Abschnitts kann im Einklang mit der Position variieren, und die Wirkung in der Feinmusterbelichtung in dem halben Abstand (oder Gleichabstand) der geformten Struktur ist möglich und kann in gleicher Weise erreicht werden.
Die periodisch geformte Struktur kann durch ein Verfahren ausgebildet werden zur Ausbildung eines transparenten Films mit einem Brechungsindex n auf einer parallelen flachen Platte, und nach der Musterung, wird der Film geätzt, zusätzlich zu einem Prozess zum Ätzen der parallelen flachen Platte, oder durch einen Prozess zur Herstellung eines Vorlagestücks und Übertragung des Profils durch ein UV-Harz.
Das auf den Phasenschieber fallende Licht ist nicht notwendigerweise senkrecht einfallend, sondern die gleichen Wirkungen können durch einen gekippten Einfall erreicht werden. Weiterhin ist der Phasenschieber nicht notwendigerweise eine parallele flache Platte, sondern es kann nur eine Ebene sein, deren Seite des ausfallenden Strahles mit einer periodischen Struktur ausgerüstet ist.
Wie vorstehend gemäß dieser Erfindung beschrieben, ist es möglich, in einfacher Weise einen Belichtungsapparat bereitzustellen mit einer hohen Auflösung, dessen Auflösungsgrenze bis zu λ/2 ausgedehnt werden kann in Bezug auf den Abstand ohne komplizierte optische Systeme zu verwenden. Weil sogar komplizierte Belichtungsmuster, in welchen der Abstand von der Position abhängt, auf die Belichtungsfläche übertragen werden können, ohne jede Verformung, wird nicht notwendigerweise ein hochgenaues optisches System verwendet, und sogar wenn ein gewisser Fehler in der Lage des Belichtungssubstrats besteht, hat es eine andere Wirkung in der Weise, dass eine teure Schritteinrichtung (Transportsystem für das Belichtungssubstrat) nicht benötigt wird, weil der Belichtungskontrast eingehalten werden kann.

Claims

1. Ein Belichtungsvorrichtung umfassend

eine Laserstrahlquelle (1),

eine Aufweitungseinrichtung (4) zur Aufweitung von Laserstrahlen der Wellenlänge λ, die von der Laserstrahlquelle (1) ausgehen,

ein plattenförmiges Bauteil (6), ausgebildet aus transparentem Material mit Brechungsindex n und mit einem Muster versehen, und

ein Belichtungssubstrat (9), welches nahe an dem plattenförmigen Bauteil (6) angeordnet ist, wobei das Belichtungssubstrat (9) einen, auf dessen Oberfläche ausgebildeten, empfindlichen Film (8), aufweist, wobei der Belichtungsapparat aufgebaut ist, um Streifen auf dem empfindlichen Film (8) auszubilden und die Streifen einen Abstand aufweisen, der im Wesentlichen halb so groß ist, wie der des Musters,

dadurch charakterisiert, dass

die Aufweitungseinrichtung (4) aufgebaut ist, um die Laserstrahlen in planparallelen Wellen (5) auszubilden;

das Muster aus zurückgesetzten und vorstehenden Abschnitten besteht, welche in Wiederholung auf der Fläche des plattenförmigen Bauteils (6) dem Belichtungssubstrat (9) zugewandt, derart ausgebildet sind, dass die planparallelen Wellen die zurückgesetzten und vorstehenden Abschnitte durchdringen und gebeugtes Licht ±erster Ordnung derart erzeugen, dass das Verhältnis des Lichtanteils nullter Ordnung zu dem insgesamt gebeugten Lichtanteil klein ist, und dass die Erzeugung von gebeugtem Licht zweiter und höherer Ordnung unterdrückt wird; und

der empfindliche Film (8) an der Position angeordnet ist, in welcher das gebeugte Licht + erster Ordnung und das gebeugte Licht - erster Ordnung sich gegenseitig überlagern, wobei Streifen, welche durch Interferenz zwischen den gebeugten Lichtanteilen erzeugt werden, den empfindlichen Film (8) belichten.

2. Die Belichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Verhältnis des Lichtanteils des Lichtes nullter Ordnung, welches wie es ist ohne Beugung durchdringt, zu dem Lichtanteil allen Lichtes, welches die zurückgesetzten Abschnitte oder die vorstehenden Abschnitte durchdringt, 0,1 oder weniger beträgt.

3. Die Belichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Tiefe (h) der zurückgesetzten Abschnitte k · λ/2{2(n-1)} (mit 0,8 ≤ k ≤ 1,2) beträgt, und der Querschnitt der zurückgesetzten Abschnitte oder der vorstehenden Abschnitte im Wesentlichen ein Rechteck ist und das Verhältnis einer Breite der vorstehenden Abschnitte zu einem Abstand der vorstehenden Abschnitte im Bereich von 0,3 bis 0,7 liegt.

4. Die Belichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Abstand (A) der zurückgesetzten Abschnitte oder der vorstehenden Abschnitte zwischen λ und 2 λ festgesetzt ist.

5. Die Belichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die zurückgesetzten Abschnitte oder die vorstehenden Abschnitte mit einer transparenten Schicht (6b) mit Brechungsindex n&sub0; (wobei n&sub0; > n) bedeckt sind und die Filmdicke der transparenten Schicht (6b) größer als der Abstand (A) der zurückgesetzten oder der vorstehenden Abschnitte ist.

6. Die Belichtungsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die Tiefe (h) der zurückgesetzten Abschnitte k x λ/{2(n&sub0;-n)} (mit 0,8 ≤ k ≤ 1, 2) beträgt, und der Querschnitt der zurückgesetzten Abschnitte oder vorstehenden Abschnitte im Wesentlichen ein Rechteck ist und das Verhältnis der Breite der vorstehenden Abschnitte zu dem Abstand der vorstehenden Abschnitte im Bereich von 0,3 bis 0,7 liegt.

7. Die Belichtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zurückgesetzten Abschnitte und/oder vorstehenden Abschnitte, welche auf der Fläche des plattenförmigen Bauteils (6) ausgebildet sind, als gerade Linien, Kreise oder Kurven ausgebildet sind.

8. Die Belichtungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei Abstand (A) der zurückgesetzten Abschnitte oder der vorstehenden Abschnitte sich ändert in Abhängigkeit mit der Position auf der Oberfläche.