KR20060047608A - 미세 구조체의 제조 방법, 노광 장치, 전자 기기 - Google Patents

미세 구조체의 제조 방법, 노광 장치, 전자 기기 Download PDF

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KR20060047608A
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아츠시 다카쿠와
다이스케 사와키
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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 가시광 파장보다도 짧은 오더에서의 미세 가공을 저비용으로 실현 하는 것을 가능하게 하는 기술을 제공하는 것을 과제로 한다. 이러한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 미세 구조체의 제조 방법은 피가공체(100)의 상측에 감광성 막을 형성하는 감광성 막 형성 공정과, 가시광 파장보다도 작은 파장의 2개의 레이저 빔(B1, B2)을 교차시켜 간섭광을 발생시키고, 상기 간섭광을 조사함으로써 상기 감광성 막을 노광하는 노광 공정과, 노광후의 상기 감광성 막을 현상하여 상기 간섭광의 패턴에 대응하는 형상을 상기 감광성 막에 발현시키는 현상 공정과, 현상 후의 상기 감광성 막을 에칭 마스크로서 에칭을 행하고, 상기 피가공체를 가공하는 에칭 공정을 포함한다.
포토리소그라피, 노광, 간섭광, TE, TM, 회절, 감광성 막

Description

미세 구조체의 제조 방법, 노광 장치, 전자 기기{METHOD FOR MANUFACTURING A MICROSTRUCTURE, EXPOSURE DEVICE, AND ELECTRONIC APPARATUS}
도 1은 제 1 실시예의 노광 장치의 구성을 설명하는 도면.
도 2는 기판의 상면에 형성되는 감광성 막 등의 구조에 대해서 설명하는 단
면도.
도 3은 2개의 레이저 빔을 교차시킴으로써 발생하는 간섭광에 대해서 설명하는 도면.
도 4는 간섭광과 감광성 막에 형성되는 잠상과의 관계를 설명하는 도면.
도 5는 (1) 식의 관계를 나타낸 도면(그래프).
도 6은 (3) 식의 관계를 나타낸 도면(그래프).
도 7은 미세 구조체의 제조 방법에 대해서 설명하는 공정 단면도.
도 8은 미세 구조체(금속 격자형 편광 소자)의 개략 사시도.
도 9는 금속 격자형 편광 소자의 광학 특성을 설명하는 도면.
도 10은 전자 기기의 구체예를 설명하는 도면.
도 11은 감광성을 갖는 막 자체를 피가공체로 하는 경우의 공정 단면도.
도 12는 감광성을 갖는 기판 자체를 피가공체로 하는 경우의 공정 단면도.
도 13은 회절 소자를 사용한 레이저 빔 발생 방법의 일례에 대해서 설명하는 모식도.
도 14는 회절 소자를 사용한 레이저 빔 발생 방법의 다른 예에 대해서 설명하는 모식도.
도 15는 제 2 실시예의 노광 장치의 구성을 설명하는 도면.
도 16은 위상 변조 수단의 구체예를 설명하는 도면.
도 17은 다중 노광의 원리에 대해서 설명하는 도면.
도 18은 미세 구조체의 제조 방법에 대해서 설명하는 공정 단면도.
도 19는 미세 구조체(금속 격자형 편광 소자)의 개략 사시도.
도 20은 감광성을 갖는 막 자체를 피가공체로 하는 경우의 공정 단면도.
도 21은 감광성을 갖는 기판 자체를 피가공체로 하는 경우의 공정 단면도.
도 22는 제 3 실시예의 노광 장치의 구성을 설명하는 도면.
도 23은 기판의 상면에 형성되는 감광성 막 등의 구조에 대해서 설명하는 단면도.
도 24는 (6) 식의 관계를 설명하는 도면.
도 25는 미세 구조체의 제조 방법에 대해서 설명하는 공정 단면도.
도 26은 노광 공정에 대해서 상세하게 설명하기 위한 도면.
도 27은 미세 구조체(반사 방지 소자)의 개략 사시도.
도 28은 전자 기기의 구체예를 설명하는 도면.
도 29는 감광성을 갖는 막 자체를 피가공체로 하는 경우의 공정 단면도.
도 30은 광학계의 다른 구성예를 설명하는 도면.
[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]
1 ; 노광 장치
10 ; 레이저 광원
11, 12 ; 미러
13 ; 셔터
14 ; 회절형 빔 스플리터
15 ; 모니터
16a, 16b ; 렌즈
17a, 17b ; 공간 필터
18a, 18b ; 미러
19 ; 스테이지
100 ; 기판
101 ; 금속 박막(피가공체)
102 ; 반사 방지막
103 ; 감광성 막
104 ; 잠상 패턴
B0, B1, B2 ; 레이저 빔
본 발명은 가시광 영역의 파장보다도 작은 오더(order)의 미세 요철 패턴을 유리 등의 기판 위에 실현하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
최근, 예를 들면, 편광 소자나 반사 방지 소자 등의 광학 소자 또는 트랜지스터 등의 반도체 소자 등의 각종 디바이스에 있어서 미세화에 대한 요망이 높아지고 있고, 가시광 파장보다도 작은 오더(예를 들어, 100㎚ 또는 그 이하)에서의 미세 가공을 실현해야 할 기술 개발이 진행되고 있다. 이러한 서브 파장 오더(order of subwavelength)의 미세 패턴을 제작하는 수단으로서, 예를 들면, 스테퍼나 전자빔 묘화(描畵)에 의한 노광 방법이 알려져 있다. 또한, 최근에는, 자외선보다도 훨씬 파장이 짧은 X선을 이용한 리소그래피 기술이 제안되고 있다(예를 들어, 비특허문헌 1 참조).
[비특허문헌 1]「응용 물리」, 응용 물리학회, 2004년, 제73권, 제4호, p.455-461
상기한 종래 기술은 미세 가공을 달성할 수 있지만 프로세스 마진 및 제조 수율이 둘다 낮아서 양산에 적당하지 못하다는 결점이 있다. 그리고, 이러한 결점을 회피하기 위하여 제조 설비 등의 제조 비용이 막대했었다.
그래서, 본 발명은 가시광 파장보다도 짧은 오더에서의 미세 가공을 저비용으로 실현하는 것을 가능하게 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제 1 형태의 본 발명은 피가공체의 상측에 감광성 막을 형성하는 감광성 막 형성 공정과, 가시광 파장보다도 짧은 파장의 2개의 레이저 빔을 소정 각도로 교차시켜 간섭광을 발생시키고, 상기 간섭광을 조사함으로써 상기 감광성 막을 노광하는 노광 공정과, 노광 후의 상기 감광성 막을 현상하여 상기 간섭광의 패턴에 대응하는 형상을 상기 감광성 막에 발현시키는 현상 공정과, 현상 후의 상기 감광성 막을 에칭 마스크로 에칭을 행하고, 상기 피가공체를 가공하는 에칭 공정을 포함하여 이루어지는 미세 구조체의 제조 방법이다.
여기에서, 본 명세서에서「가시광 파장보다도 짧은 파장」이란, 대략 300㎚이하의 파장을 말한다. 또한,「피가공체」란, 에칭에 의해 가공 가능한 어떠한 것도 해당된다. 예를 들면, 각종 재료(금속, 유리, 수지 등)로 이루어지는 박막이나 기판(기체(基體)) 등이 피가공체에 해당될 수 있다.
2개의 레이저 빔을 어느 정도의 각도로 교차시킴으로써, 상기 레이저 빔의 파장과 동일한 정도의 피치 또는 그 이하의 피치의 명암(광강도 분포)을 갖는 간섭광(간섭 줄무늬)을 얻을 수 있다. 더욱 상세하게는, 상기 간섭광의 피치는 이론적으로는 각 레이저 빔의 파장의 1/2정도까지 달성 가능하다. 이러한 간섭광을 노광에 이용함으로써 제조 장치를 대폭 간편화할 수 있게 된다. 따라서, 가시광 파장보다도 짧은 오더에서의 미세 가공을 저비용으로 실현할 수 있게 된다.
상기 제 1 노광 공정에 있어서, 상기 2개의 레이저 빔의 강도비를 조절함으로써, 상기 간섭광의 광강도 분포를 가변으로 설정하여 노광을 행하는 것이 바람직하다.
간섭광의 광강도 분포를 가변으로 설정하여 노광을 행함으로써, 간섭광(간섭 줄무늬)의 콘트라스트를 가변으로 설정하여 형상 및 어스펙트비가 다른 다양한 잠상(潛像) 패턴을 실현할 수 있게 된다. 따라서, 상기 잠상 패턴을 현상한 후에 전사하여 얻은 미세 구조체의 형상이나 어스펙트비의 베리에이션(variation)을 확대할 수 있다.
상기 제 1 노광 공정은 상기 감광성 막의 노광을 복수회 행하고, 상기 복수회의 노광의 각각마다 상기 간섭광과 상기 감광성 막의 상대적 배치를 변경하여 설정하는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 미세한 2차원 패턴으로 이루어지는 미세 구조체를 얻을 수 있다.
상기 제 1 노광 공정은 상기 감광성 막의 노광을 복수회 행하고, 상기 복수회의 노광의 각각마다 상기 2개의 레이저 빔의 강도비를 다른 값으로 설정하는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 각 노광시에서의 간섭광의 콘트라스트를 가변으로 설정하여 형상 및 어스펙트비가 다른 다양한 잠상 패턴을 실현할 수 있게 되고, 이것을 전사하여 얻은 미세 구조체의 베리에이션을 확대할 수 있다. 간섭광과 감광성 막의 상대적 위치를 변경하지 않고 레이저 빔의 강도비만을 변화시켜 복수회의 노광을 행한 경우라도, 콘트라스트가 다른 간섭광을 중첩하여 조사함으로써 다양한 잠상 패턴이 실현된다.
또한, 상기 감광성 막으로서는, 종래형의 포토레지스트(감광성 수지) 등 다양한 종류의 것을 채용할 수 있지만, 특히 화학 증폭형 레지스트를 사용하는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 간섭 줄무늬의 피치에 우수한 정밀도로 대응하는 고정밀도의 미세한(高精細)의 노광 패턴을 얻을 수 있다.
또한, 감광성 막으로서 화학 증폭형 레지스트를 채용하는 경우에는 상기 감광성 막 형성 공정, 상기 노광 공정 및 상기 현상 공정을 행할 때의 분위기를 알칼리계 불순물의 농도가 1ppb(part per billion) 이하로 되도록 하는 것이 바람직하다. 여기에서「알칼리계 불순물」이란, 화학 증폭형 레지스트의 특성에 영향을 주는 불순물을 말하며, 주로 암모니아가 해당된다.
알칼리계 불순물을 저농도로 관리함으로써 간섭 줄무늬의 명암 패턴을 더욱 고정밀도로 반영한 노광 패턴을 얻을 수 있다.
또한, 상기 감광성 막으로서 자기 조직화 단분자막(self-assembled monolayer film)을 사용하는 것도 바람직하다.
자기 조직화 단분자막은 매우 얇은 막이기 때문에 재료 소비량이 감소하고, 또한 다양한 기능을 겸비하게 하는 것도 가능해지므로, 형성되는 미세 구조체의 베리에이션을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 제 1 노광 공정의 이후이자 상기 현상 공정보다 이전에, 상기 2개의 레이저 빔의 상호간에 상기 제 1 노광 공정시와는 다른 위상차를 부여하면서 상기 2개의 레이저 빔을 교차시켜 간섭광을 발생시키고, 상기 간섭광을 조사함으로써 상기 감광성 막을 노광하는 제 2 노광 공정을 더 포함하는 것도 바람직하다.
2개의 레이저 빔의 상호간의 위상차를 가변으로 설정하고, 간섭광을 소정량( 예를 들어, 1/2주기분)만큼 변위시켜 다중 노광을 행함으로써, 더욱 미세한 잠상 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
상기 제 2 노광 공정은 상기 2개의 레이저 빔의 적어도 한쪽에 대하여 위상변조 수단에 의해 위상 변조를 부가함으로써 상기 위상차를 발생시키는 것이 바람직하다. 여기에서「위상 변조 수단」이란, 예를 들면, 위상차판(1/2 파장판 등)이나 액정 소자 등을 들 수 있다.
이것에 의해, 2개의 레이저 빔 사이의 위상차를 용이하게 제어할 수 있게 된다. 특히, 액정 소자 등을 사용하는 경우에는 상기 액정 소자의 배향 상태를 인가 전압에 따라 변화시킴으로써, 2개의 레이저 빔간의 위상차를 연속적으로 제어할 수 있으므로 바람직하다.
또한, 상기 감광성 막으로서는 다광자 흡수를 나타내는 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이러한 비선형(非線形)적인 반응 특성을 갖는 감광성 막을 사용함으로써, 조사광 강도가 어느 정도 이상(예를 들어, 최대값 근방)으로 되는 개소에만 잠상이 생기도록 할 수 있다. 따라서, 간섭광의 줄무늬의 피치에 우수한 정밀도로 대응하는 선명한 잠상 패턴을 얻을 수 있다.
상기 감광성 막 형성 공정에 앞서, 상기 피가공체와 상기 감광성 막 사이에 개재하는 반사 방지막을 형성하는 반사 방지막 형성 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 여기에서「반사 방지막」으로서는 간섭광을 흡수하는 등의 방법으로 상기 간섭광의 반사를 억제할 수 있는 것이면, 무기 재료, 유기 재료(예를 들어, 닛산화 학공업주식회사 제품의 DUV44) 등 어느 것이나 채용할 수 있다. 특히, 유기 재료이면 후공정에서의 박리(제거)가 용이해진다.
이것에 의해, 간섭광의 이면(裏面) 반사에 의해 감광성 막이 불필요 부분까지 노광되어 버리는 것을 억제하여 양호한 노광 패턴을 얻을 수 있게 된다.
상기 감광성 막 형성 공정 후에, 상기 감광성 막의 상면(上面)에 보호막을 형성하는 보호막 형성 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다. 여기에서「보호막」으로서는 요구되는 기능을 달성할 수 있는 한, 무기 재료, 유기 재료 등 어느 것이나 채용할 수 있다.
이것에 의해, 감광성 막과 대기를 격리하여 외계(外界)의 영향을 억제할 수 있게 된다. 특히, 상기 감광성 막으로서 화학 증폭형 레지스트 등과 같이 외계의 영향을 받기 쉬운 것을 채용하는 경우에 적합하다.
상기 2개의 레이저 빔의 한쪽과 다른 쪽을 상기 감광성 막의 노광면과 직교하는 축에 대하여 대칭으로 입사시키는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 노광되는 영역의 노광 깊이, 폭, 또는 노광 패턴(잠상)의 피치등을 더욱 균질(均質)하게 정렬할 수 있게 된다. 따라서, 등간격으로 배열되는 선 패턴 등이 용이하게 얻어진다.
상기 2개의 레이저 빔의 각각은 직선 편광으로서, 그 편광 방위가 빔 입사면과 직교하는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 2개의 레이저 빔의 교차 각도의 대소에 관계 없이 더욱 선명한 간섭 줄무늬를 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기 2개의 레이저 빔은 동일한 레이저 광원으로부터 출력되는 1개의레이저 빔을 분기 수단에 의해 분기시켜 얻어지는 것이 바람직하다. 여기에서「분기 수단」으로는, 예를 들면, 진폭 분할형 빔 스플리터, 편광 분리형 빔 스플리터, 회절형 빔 스플리터 등의 광학 소자를 들 수 있다.
이것에 의해, 노광에 사용되는 2개의 레이저 빔이 간소한 구성에 의해 얻어져서 제조 비용을 더욱 삭감할 수가 있다.
상기 분기 수단은 ±n차 회절 빔(n은 1이상의 자연수)을 발생시키는 것으로서, 상기 ±n차 회절 빔을 상기 2개의 레이저 빔으로서 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
회절 빔을 이용함으로써 에너지가 거의 동등하면서 진행 방향이 대칭인, 본 발명에 적합한 2개의 레이저 빔이 용이하게 얻어진다.
상기 분기 수단은 상기 ±n차 회절 빔보다도 에너지가 낮은 0차 빔을 또한 발생시키는 것으로서, 상기 0차 빔을 참조하여 상기 감광성 막과 상기 간섭광의 상대 위치를 설정하는 것이 더욱 바람직하다.
0차 빔을 이용함으로써, 감광성 막과 간섭광의 상대 위치를 설정하는 것이 용이해진다.
또한, 상기 분기 수단은 1개의 투과 빔과 상기 투과 빔과는 다른 방향으로 진행하는 1개의 회절 빔을 발생시키는 것일 수도 있고, 그 경우에는 상기 투과 빔과 상기 회절 빔을 상기 2개의 빔으로서 사용한다.
투과 빔과 회절 빔을 이용하는 것에 의해서도, 본 발명에 적합한 2개의 레이 저 빔이 용이하게 얻어진다.
제 2 형태의 본 발명은 가시광 파장보다도 파장이 짧은 2개의 레이저 빔을 교차시켜 간섭광을 발생시키고, 상기 간섭광을 조사함으로써 감광성을 갖는 피가공체를 노광하는 제 1 노광 공정과, 상기 피가공체의 노광된 부위를 현상함으로써, 상기 간섭광의 패턴에 대응하는 요철 형상을 상기 감광성 막에 발현시키는 현상 공정을 포함하여 이루어지는 미세 구조체의 제조 방법이다.
여기에서「감광성을 갖는 피가공체」란, 간섭광의 조사에 의해 노광 가능한 광반응성을 갖고, 상기 피조사 부분(또는 그 이외의 부분)을 현상함으로써 제거하는 것이 가능한 것이라면 어느 것이라도 해당된다. 예를 들면, 감광성을 갖는 폴리이미드나 아크릴 등의 수지로 이루어지는 막이나 기판(기체) 등이 이에 해당될 수 있다.
이러한 방법에 의하면, 2개의 레이저 빔을 교차시켜 얻어진 간섭광에 의해 피가공체를 직접적으로 노광하므로, 제조 장치를 대폭 간편화할 수 있게 된다. 따라서, 가시광 파장보다도 짧은 오더에서의 미세 가공을 저비용으로 실현할 수 있게 된다.
바람직하게는, 상기 제 1 노광 공정의 이후이자 상기 현상 공정보다 이전에, 상기 2개의 레이저 빔의 상호간에 상기 제 1 노광 공정시와는 다른 위상차를 부여하면서 상기 2개의 레이저 빔을 교차시켜 간섭광을 발생시키고, 상기 간섭광을 조사함으로써 상기 피가공체를 노광하는 제 2 노광 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다.
2개의 레이저 빔의 상호간의 위상차를 가변으로 설정하고, 간섭광을 소정량(예를 들어, 1/2주기분)만큼 변위시켜 다중 노광을 행함으로써, 더욱 미세한 잠상 패턴을 형성하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 제 1 노광 공정에 있어서, 상기 2개의 레이저 빔의 강도비를 조절함으로써 상기 간섭광의 광강도 분포를 가변으로 설정하여 노광을 행하는 것도 바람직하다.
간섭광의 광강도 분포를 가변으로 설정하여 노광을 행함으로써, 간섭광(간섭 줄무늬)의 콘트라스트를 가변으로 설정하여 형상 및 어스펙트비가 다른 다양한 잠상 패턴을 실현할 수 있게 된다. 따라서, 상기 잠상 패턴을 현상한 후에 전사하여 얻어진 미세 구조체의 형상이나 어스펙트비의 베리에이션을 확대할 수 있다.
또한, 제 2 형태의 본 발명에 대하여, 상기한 제 1 형태의 본 발명에 대한 보다 유리한 형태(예를 들어, 2개의 레이저 빔의 생성 방법 등)를 적절하게 채용할 수 있다.
제 3 형태의 본 발명은 감광성 막 또는 감광성을 갖는 피가공체를 노광하기 위한 장치(노광 장치)로서, 가시광 파장보다도 짧은 파장의 2개의 레이저 빔을 발생하는 빔 발생 수단과, 상기 2개의 레이저 빔이 소정 각도로 교차하여 간섭광을 발생하도록 상기 각 레이저 빔의 진로를 설정하는 광학적 수단을 포함하며, 상기 간섭광을 이용하여 상기 감광성 막 또는 상기 피가공체를 노광하도록 구성된 것이다.
이러한 구성에서는, 2개의 레이저 빔을 어느 정도의 각도로 교차시킴으로써, 상기 레이저 빔의 파장과 동일한 정도의 피치 또는 그 이하의 피치의 명암을 갖는 간섭광을 생성하여 이것을 노광에 이용하고 있다. 이것에 의해, 미세 가공에 필요한 노광 장치(제조 장치)를 대폭 간편화할 수 있게 된다. 따라서, 가시광 파장보다도 짧은 오더에서의 미세 가공을 저비용으로 실현할 수 있게 된다.
상기 2개의 레이저 빔 중 적어도 한쪽 레이저 빔의 진로 위에 배치되어 상기 레이저 빔에 위상 변조를 부여하는 위상 변조 수단을 더 포함하고, 상기 간섭광을 이용하여 상기 감광성 막 또는 상기 피가공체를 다중 노광하며, 그 때, 각 노광마다 상기 위상 변조 수단에 의해 상기 2개의 레이저 빔의 상호간에 다른 위상차를 부여하면서 노광을 행하는 것이 바람직하다.
2개의 레이저 빔의 상호간의 위상차를 가변으로 설정하고, 간섭광을 소정량(예를 들어, 1/2주기분)만큼 변위시켜 다중 노광을 행함으로써, 더욱 미세한 잠상 패턴을 형성하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 미세 가공에 필요한 노광 장치(제조 장치)를 대폭 간편화할 수 있게 된다.
또한, 이 경우에서의 상기 감광성 막 또는 상기 피가공체는 다광자 흡수를 나타내는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 간섭광의 줄무늬의 피치에 우수한 정밀도로 대응하는 선명한 잠상 패턴을 얻을 수 있다.
또한, 이 경우에서의 상기 위상 변조 수단은 위상차판 또는 액정 공간 광변조 소자인 것이 바람직하다.
이것에 의해, 2개의 레이저 빔 사이의 위상차를 용이하게 제어할 수 있게 된 다. 특히, 위상차판을 채용하는 경우에는 본 발명에 따른 위상 변조 수단을 더욱 저비용으로 실현할 수 있다. 또한, 액정 공간 광변조 소자를 채용하는 경우에는 액정 분자의 배향 상태를 인가 전압에 따라 변화시킴으로써, 2개의 레이저 빔간의 위상차를 연속적으로 제어할 수 있으므로 바람직하다.
또한, 상기 2개의 레이저 빔 중 적어도 한쪽 레이저 빔의 진로 위에 배치되어 상기 레이저 빔의 강도를 증감시킴으로써 상기 2개의 레이저 빔의 강도비를 조절하는 빔 강도비 제어 수단을 더 포함하도록 노광 장치를 구성하고, 상기 2개의 레이저 빔의 강도비를 조절함으로써 상기 간섭광의 광강도 분포를 가변으로 설정하며, 상기 간섭광을 이용하여 상기 감광성 막 또는 상기 피가공체를 노광하는 것도 바람직하다.
간섭광의 광강도 분포를 가변으로 설정하여 노광을 행함으로써, 간섭광(간섭 줄무늬)의 콘트라스트를 가변으로 설정하여 형상 및 어스펙트비가 다른 다양한 잠상 패턴을 실현하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 상기 잠상 패턴을 전사하여 얻은 미세 구조체의 형상이나 어스펙트비의 베리에이션을 확대할 수 있다.
또한, 이 경우에서의 상기 강도비 제어 수단은 회절형 빔 스플리터인 것이 바람직하다.
이것에 의해, 노광 장치의 구성의 간소화를 도모하는 것이 가능해진다.
상기 감광성 막 또는 상기 피가공체와 상기 간섭광이 발생하는 위치의 상대적인 위치를 설정하는 위치 설정 수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 감광성 막 등에 대한 간섭광의 조사 상태를 자유롭게 가변하여 다양한 노광 패턴을 얻을 수 있게 된다.
상기 빔 발생 수단은 1개의 레이저 빔을 출력하는 레이저 광원과, 상기 1개의 레이저 빔을 분기하여 2개의 레이저 빔을 생성하는 분기 수단을 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 다른 대체 수단(예를 들어, 2개의 레이저 광원을 동기시켜서 사용하는 것 등)에 비하여 노광 장치의 구성을 더욱 간소화하는 것이 가능해진다.
상기 분기 수단은 회절형 빔 스플리터로서, 상기 회절형 빔 스플리터에 의해 얻어지는 ±n차 회절 빔(n은 1이상의 자연수)을 상기 2개의 레이저 빔으로서 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
이것에 의해, 본 발명에 적합한 2개의 레이저 빔을 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 상기 회절형 빔 스플리터는 상기 ±n차 회절 빔에 부가하여, 상기 ±n차 회절 빔보다도 에너지가 낮은 0차 빔을 생기게 하는 것이 더욱 바람직하다.
0차 빔을 참조함으로써, 상기 감광성 막 또는 상기 피가공체와 상기 간섭광이 발생하는 위치의 상대적인 위치를 설정하는 것이 더욱 용이해진다.
상기 0차 빔을 수광하여 전기 신호로 변환하는 모니터를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다.
0차 빔의 강도를 전기 신호로 변환함으로써, 0차 빔의 위치 등을 참조하는 것이 용이해진다.
또한, 상기 분기 수단은 회절 소자로서, 상기 회절 소자에 의해 얻어지는 1개의 투과 빔과 상기 투과 빔과는 다른 방향으로 진행하는 1개의 회절 빔을 상기 2 개의 레이저 빔으로서 사용하는 것도 바람직하다.
이것에 의해서도, 본 발명에 적합한 2개의 레이저 빔을 용이하게 얻을 수 있다.
또한, 상기 2개의 레이저 빔의 각각의 진로 위에 배치되어 상기 각 레이저 빔의 빔 직경을 넓히는 빔 익스팬더(beam expander)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
이것에 의해, 넓은 노광 범위를 확보하는 것이 가능해진다.
제 4 형태의 본 발명은 상술한 제 1 또는 제 2 형태의 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 제조되고, 또는 제 3 형태의 본 발명에 따른 노광 장치를 이용하여 제조되는 미세 구조체를 구비하는 전자 기기이다.
여기에서,「미세 구조체」로서는, 예를 들면, 편광 분리, 위상 지연, 반사 방지, 복굴절 해소 등의 기능을 갖는 광학 소자(광학 박막 디바이스) 등을 들 수 있다. 그리고, 이러한 광학 소자를 포함하는 전자 기기로서는, 전형적으로는 상기광학 소자를 편광 소자로서 사용하는 액정 표시 장치를 포함하여 이루어지는 액정 프로젝터 등을 들 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다.
<제 1 실시예>
도 1은 본 발명을 적용한 제 1 실시예의 노광 장치의 구성을 설명하는 도면이다. 도 1에 나타낸 노광 장치(1)는 감광성 막을 노광하기 위하여 사용되는 것으로서, 레이저 광원(10), 미러(11, 12), 셔터(13), 회절형 빔 스플리터(14), 모니터 (15), 렌즈(16a, 16b), 공간 필터(17a, 17b), 미러(18a, 18b), 스테이지(19)를 포함하여 구성되어 있다.
레이저 광원(10)은 가시광 파장보다도 짧은 파장의 1개의 레이저 빔을 출력한다. 이러한 레이저 광원(10)으로서는, 각종의 레이저 발진기가 적합하게 사용된다. 일례로서 본 실시예에서는 고체 UV 레이저의 Nd:YVO4(제 4 고조파:파장 266㎚, 최대 출력 200mW 정도, CW 발진)을 레이저 광원(10)으로서 사용한다. 도시한 바와 같이, 레이저 광원(10)으로부터 출사되는 레이저 빔(B0)(예를 들어, 빔 직경 약 1mm)은 각 미러(11, 12)에 의해 진로(광로)를 변경하여 셔터(13)를 통과한 후에 회절형 빔 스플리터(14)에 입사한다.
셔터(13)는 상술한 바와 같이 레이저 빔(B0)의 진로 중에 배치되어 상기 레이저 빔(B0)을 통과시키거나, 또한 차단하는 기능을 맡는다.
회절형 빔 스플리터(14)는 1개의 레이저 빔(B0)을 분기하여 2개의 레이저 빔(B1, B2)을 생성하는 분기 수단이다. 이 회절형 빔 스플리터(14)는 석영 등의 표면에 제공되어진 미세한 요철 형상에 의한 형상 효과를 이용하여 그 기능을 실현하는 요철형 회절 소자이다. 상기 스플리터는 그 전체가 석영 등으로만 이루어져 내구성이 높기 때문에 고출력의 UV 레이저를 조사하는 경우라도 손상을 입지 않고 거의 영구적으로 사용할 수 있다. 회절형 빔 스플리터(14)의 형상 및 깊이는 최적으로 설계되어 있어 입사하는 빔을 TE 편광으로 한 경우에, 동일한 강도의 2개의 회절 빔(±1차)을 발생시킨다. 본 실시예에서는 이들 ±1차 회절 빔을 각 레이저 빔 (B1, B2)으로서 사용하고 있다. 또한, 본 실시예에서는 0차 빔에 약간의 에너지를 남기도록 회절형 빔 스플리터(14)를 설계하고 있다. 광학계를 구성할 때에, 상기 0차 빔(B3)을 참조함으로써, 각 레이저 빔(B1, B2)이 기판(100) 상에서 교차하는 각도를 설정하는 것이나 기판(100)의 위치를 맞추는 것을 용이하게 행할 수 있게 된다. 또한, 분기된 2개의 레이저 빔(B1, B2)이 좌우 반전하지 않고 간섭하므로 콘트라스트가 높은 간섭 줄무늬를 얻을 수 있어 어스펙트비가 높은 패턴을 형성하기 위해서는 유리하다.
또한, 회절형 빔 스플리터(14)에 의해 ±2차 또는 그것보다 고차(高次)의 회절 빔을 생성하여 상기 회절 빔을 상기 레이저 빔(B1, B2)으로서 사용할 수도 있다. 또한, 분기 수단으로서 회절형 빔 스플리터 대신에 간편한 진폭 분할형 빔 스플리터나 내구성이 우수한 편광 분리형 빔 스플리터를 사용하는 것도 가능하다. 편향 분리형 빔 스플리터를 사용하는 경우에는 분리된 빔의 한쪽 편광 방위를 파장판을 사용하여 TE로 변환할 필요가 있다.
모니터(관찰 수단)(15)는 0차 빔(B3)을 수광하여 전기 신호로 변환한다. 이 모니터(15)로부터의 출력에 의거하여 스테이지(19)의 위치 제어를 행함으로써, 각레이저 빔(B1, B2)이 기판(100) 상에서 교차하는 각도를 설정하는 것이나 기판(100)의 위치를 맞추는 것이 용이해진다. 여기에서, 도 1에서는 설명의 편의상, 모니터(15)가 기판(100)보다도 회절형 빔 스플리터(14)에 가까운 측에 배치되어 있지만, 모니터(15)의 위치는 이것에 한정되는 것은 아니고 임의로 설정 가능하며, 예를 들면, 위치 결정시에는 기판(100)과 대략 동일한 위치에 배치되고, 노광시에 는 다른 위치로 이동하는 가동형(可動型)으로 할 수도 있다. 또한, 더욱 간편한 관찰 수단으로서 0차 빔(B3)의 조사를 받아 형광을 발하는 종이 매체 등을 이용하여 0차 빔(B3)을 참조할 수도 있다.
렌즈(16a)는 회절형 빔 스플리터(14)에 의해 생성된 한쪽의 레이저 빔(B1)이 입사되도록 배치되어 있고, 상기 레이저 빔(B1)을 집광한다. 공간 필터(17a)는 핀홀(pinhole)을 갖고 있고, 렌즈(16a)에 의해서 집광된 후의 레이저 빔(B1)이 상기 핀홀에 입사되도록 배치되어 있다. 즉, 렌즈(16a)와 공간 필터(17a)에 의해 빔 익스팬더가 구성되어 있어, 이들에 의해 레이저 빔(B1)의 빔 직경이 확대된다. 마찬가지로, 렌즈(16b)는 회절형 빔 스플리터(14)에 의해 생성된 다른 쪽의 레이저 빔(B2)이 입사되도록 배치되어 있고, 상기 레이저 빔(B2)을 집광한다. 공간 필터(17b)는 핀홀을 갖고 있고, 렌즈(16b)에 의해서 집광된 후의 레이저 빔(B2)이 상기 핀홀에 입사되도록 배치되어 있다. 즉, 렌즈(16b)와 공간 필터(17b)에 의해 빔 익스팬더가 구성되어 있어, 이들에 의해 레이저 빔(B2)의 빔 직경이 확대된다. 예를 들면, 본 실시예에서는 각 레이저 빔(B1, B2)은 각 빔 익스팬더에 의해 각각 빔 직경이 200mm정도로 확대된다. 각 공간 필터(17a, 17b)의 작용에 의해 불필요 산란광이 제외된 후의 빔 파면(波面)을 노광에 이용할 수 있으므로, 결함이나 노이즈가 없는 깨끗한 노광 패턴을 형성할 수 있고, 따라서, 깨끗한 잠상을 형성할 수 있다.
미러(18a)는 공간 필터(17a)를 통과한 후의 레이저 빔(B1)이 입사되도록 배치되어 있고, 상기 레이저 빔(B1)을 반사하여 기판(100)의 방향으로 인도한다. 마찬가지로, 미러(18b)는 공간 필터(17b)를 통과한 후의 레이저 빔(B2)이 입사되도록 배치되어 있고, 상기 레이저 빔(B2)을 반사하여 기판(100)의 방향으로 인도한다. 이들의 미러(18a, 18b)는 2개의 레이저 빔(B1, B2)이 소정 각도로 교차하여 간섭광을 발생하도록 상기 각 레이저 빔의 진로를 설정하는 광학적 수단으로서의 기능을 맡는다.
스테이지(19)는 기판(100)을 지지하고, 상기 기판(100) 위의 감광성 막이 각레이저 빔(B1, B2)이 교차함으로써 발생한 간섭광(간섭 줄무늬)에 의해 노광될 수 있도록 그 상대적인 위치를 설정한다. 즉, 스테이지(19)는 감광성 막과 간섭광이 발생하는 위치 사이의 상대적인 위치를 설정하는 위치 설정 수단으로서의 기능을 맡는다.
도 2는 기판(100)과 그 상면에 형성되는 감광성 막 등의 구조에 대해서 설명하는 단면도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 기판(100)의 일면에는 피가공체로서의 금속 박막(101)과, 반사 방지막(102)과, 감광성 막(103)이 형성되어 있다.
기판(100)은 피가공체로서의 금속 박막(101)을 지지하는 것이다. 예를 들면, 본 실시예에서는 금속 박막(101)을 격자상으로 가공함으로써 금속 격자형 편광 소자를 형성하는 경우를 생각하므로, 기판(100)으로서는, 유리 기판, 수지 기판 등 투광성인 것을 사용한다.
금속 박막(101)은 알루미늄 등의 금속 재료로 이루어지는 막이다. 또한, 여기에서는 금속 격자형 편광 소자를 얻기 위하여 필요한 피가공체로서 금속 박막을 예시하고 있지만, 피가공체는 이것에 한정되지 않고, 최종적으로 얻고 싶은 미세 구조체의 내용에 따라 적절히 선택되는 것이다. 예를 들면, 유전체 다층막을 사용 할 수도 있다.
반사 방지막(102)은 상술한 간섭광에 의해 감광성 막(103)을 노광할 때 간섭광이 이면(裏面)에서 반사되는 것을 억제하는 기능을 맡는다. 반사 방지막(102)으로서는 간섭광을 흡수하는 등의 방법으로 상기 간섭광의 반사를 억제할 수 있는 것이면, 무기 재료, 유기 재료의 어느 것이나 채용할 수 있다. 특히, 닛산화학공업주식회사 제품인 DUV44등의 유기 재료인 경우에는 후공정에서 박리(제거)하는 것이 용이해진다. 이것에 의해, 간섭 정재파(定在波)가 없는 양호한 패턴을 형성할 수 있다.
감광성 막(103)은 광조사를 받은 부분에 변질을 발생시키고, 후의 소정 처리에 의해 상기 광조사 부분 또는 비광조사 부분 중 어느 하나를 선택적으로 제거할 수 있는 성질을 구비하는 재료를 사용하여 성막된다. 예를 들면, 본 실시예에서는 UV 파장(λ: ∼ 250㎚)용으로 조정된 화학 증폭형 레지스트를 사용하여 감광성 막(103)이 형성된다.
도 3은 2개의 레이저 빔(B1, B2)을 교차시킴으로써 발생하는 간섭광에 대해서 설명하는 도면이다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 빔 직경이 확대된 후의 각 레이저 빔(B1, B2)을 소정의 교차 각도로 간섭시킴으로써 간섭광(간섭 줄무늬)을 발생시킨다. 그리고, 이 간섭 줄무늬를 감광성 막(103)으로 조사함으로써 노광이 행해진다.
이 때, 레이저 파장을 λ, 교차 각도를 θ라고 하면 간섭 줄무늬 F의 주기 P(도 3 참조)는 이하의 식에 의해 부여된다.
P = λ / (2sinθ) ···(1)
이 때, 도시한 바와 같이, 2개의 레이저 빔(B1, B2)을 감광성 막(103)의 노광면과 직교하는 축(가상 축)에 대하여 대칭으로 입사시킨다. 이것에 의해, 노광되는 영역의 노광 깊이, 폭, 또는 노광 패턴(잠상)의 피치 등을 더욱 균질하게 정렬할 수 있게 된다. 따라서, 등간격으로 배열되는 선 패턴 등이 용이하게 얻어진다. 또한, 2개의 레이저 빔(B1, B2)을 감광성 막(103)의 노광면과 직교하는 축에 대하여 비대칭으로 입사시킬 수도 있다.
도 4는 간섭광과 감광성 막(103)에 형성되는 잠상과의 관계를 설명하는 도면이다. 도 4의 (A)에 나타낸 바와 같이, 간섭광은 주기적인 광강도 분포(주기 P)를 갖는다. 그리고, 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이, 조사광의 강도에 대응하여 감광성 막(103)에 잠상 패턴(104)이 형성된다.
도 5는 상기 (1) 식의 관계를 나타낸 도면(그래프)으로서, 횡축이 교차 각도θ, 종축이 간섭 줄무늬의 주기(피치) P에 각각 대응하고 있다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 파장 λ이 266㎚라고 하면 교차 각도 θ=62도일 때에, 간섭 줄무늬의 주기는 P=150㎚로 된다. 상기 간섭광의 주기는 이론적으로는 각 레이저 빔의 파장의 1/2정도까지 달성 가능하다.
한편, 간섭 줄무늬가 형성되는 영역의 깊이 Δz는 입사 빔의 직경을 W라고 하면 대략 다음식에 의해 주어진다.
Δz < W / sinθ···(2)
간섭에 관계되는 2개의 레이저 빔(B1, B2)의 어느 것도 직선 편광으로서, 그 방위는 빔 입사면과 직교(TE 편광)하고 있다. TE 편광을 사용함으로써 교차 각도의 대소에 관계없이 선명한 간섭 줄무늬를 만드는 것이 가능하다.
형상이 양호한(어스펙트비가 높고, 직사각형 형상의) 레지스트 패턴을 형성하기 위해서는 간섭 줄무늬의 콘트라스트를 충분히 향상시키는 것이 필수이다. 간섭 줄무늬의 콘트라스트(C)는 간섭 줄무늬의 변위를 Δx라고 하면 이하의 식에 의해 주어진다. 도 6은 이 식의 관계를 나타낸 도면(그래프)이다.
C = sin(Δx) / (Δx) ···(3)
또한, 간섭 줄무늬의 콘트라스트를 높이기 위해서는 노광 중의 간섭 줄무늬의 변위를 매우 작게 억제하지 않으면 안된다. 이것을 실현하기 위해서는 외란(外亂)(진동, 공기 유동)을 배제할 필요가 있다. 예를 들면, 도 1에 나타낸 노광계를 방진(防振) 벤치 위에 두고, 또한, 노광계를 커버로 덮는 등의 대책을 실시함으로써 큰 효과를 얻을 수 있다.
다음에, 미세 구조체의 일례로서 금속 격자형 편광 소자를 채용하여 본 실시예에 따른 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 7은 일실시예의 미세 구조체의 제조 방법에 대해서 설명하는 공정 단면도이다.
(피가공체 형성 공정, 반사 방지막 형성 공정)
우선, 도 7의 (A)에 나타낸 바와 같이, 기판(100)의 일면에 금속 박막(101)과 반사 방지막(102)을 형성한다. 본 예에서는, 기판(100)으로서 판 두께 1mm의 유리 기판을 사용한다. 또한, 금속 박막(101)으로서 스퍼터링이나 진공 증착 등의 성막 방법에 의해 알루미늄 막을 막 두께 160㎚정도로 형성한다. 또한, 반사 방지막(102)은 스핀 코팅법 등의 성막 방법에 의해 막 두께 75㎚정도로 형성한다.
(감광성 막 형성 공정)
다음에, 도 7의 (B)에 나타낸 바와 같이, 피가공체인 금속 박막(101)의 상측(본 예에서는 반사 방지막(102)의 상면)에 감광성 막(103)을 형성한다. 본 실시예에서는 화학 증폭형 레지스트를 사용하고, 이것을 스핀 코팅법 등의 성막 방법에 의해 성막함으로써, 막 두께 450㎚정도의 감광성 막(103)을 형성한다. 여기에서, 화학 증폭형 레지스트는 수지, 산(酸) 발생제, 용매로 이루어지는 혼합액으로서 광화학 반응으로 발생하는 산을 이용하기 위하여, 암모니아 등과 같은 미량의 알칼리계 불순물에도 민감하게 영향을 받아 특성이 변동한다. 따라서, 본 실시예에서는 본 공정 및 그 후의 노광 공정 및 현상 공정을 행할 때의 분위기를 알칼리계 불순물의 농도가 1ppb 이하로 되도록 한다.
또한, 상기의 감광성 막 형성 공정 후에, 감광성 막(103)의 상면에 보호막을 형성하는 보호막 형성 공정을 추가하는 것도 바람직하다. 예를 들면, 도쿄오카공업제의 TSP-5A를 사용하고, 이것을 스핀 코팅법 등에 의해 성막함으로써 적합한 보호막을 형성할 수 있다. 또한, 이 보호막에 반사 방지의 기능을 부여하는 것도 가능하다. 이것에 의해, 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 감광성 막(103)을 대기와 격리하여 외계의 영향을 억제하는 것이 가능해진다.
(제 1 노광 공정)
다음에, 도 7의 (C)에 나타낸 바와 같이, 가시광 파장보다도 작은 파장(본 예에서는 266㎚)의 2개의 레이저 빔(B1, B2)을 소정 각도로 교차시켜 간섭광을 발생시키고, 상기 간섭광을 조사함으로써 감광성 막(103)을 노광한다. 예를 들면, 2개의 레이저 빔(B1, B2)의 교차 각도(도 3 참조)를 62도로 함으로써, 주기 150㎚의 간섭 줄무늬를 얻을 수 있고, 상기 간섭 줄무늬(간섭광)에 대응하는 잠상 패턴(104)이 감광성 막(103)에 형성된다. 본 예에서는, 빔 익스팬더에 의해 빔 직경이 200mm정도까지 확대된 레이저 빔(B1, B2)을 사용하고 있으므로, 4인치 정도의 영역을 일괄 노광할 수 있다. 노광에 필요한 시간은 30초 정도이다. 또한, 더욱 큰 영역(예를 들어, 8인치 정도)을 노광하는 경우에는 기판(100)을 스텝 & 리피트로 이동하면 된다.
(현상 공정)
다음에, 도 7의 (D)에 나타낸 바와 같이, 노광 후의 감광성 막(103)을 소성(베이킹)하고, 그 후에 현상함으로써 간섭광의 패턴에 대응하는 형상을 감광성 막(103)에 발현시킨다. 이것에 의해, 금속 박막(101) 위에 주기 150㎚의 레지스트 패턴을 얻을 수 있다.
(에칭 공정)
다음에, 도 7의 (E)에 나타낸 바와 같이, 현상 후의 감광성 막(103)을 에칭 마스크로서 사용하여 에칭을 행함으로써, 피가공체인 금속 박막(101)을 가공한다.이것에 의해, 금속 박막(101)으로 레지스트 패턴이 전사된다. 에칭 방법으로서는, 원리적으로는 습식 에칭, 건식 에칭의 어느 것이나 채용할 수 있다. 특히, ICP(유도결합 플라즈마)나 ECR(전자 사이클로트론 공명) 등의 방법으로 건식 에칭하는 것 이 적합하다. 또한, 에칭 이전에 반사 방지막(102)을 제거해 둠으로써, 에칭의 재현성이나 균일성을 더욱 향상시키는 것도 가능하다.
(감광성 막 제거 공정)
다음에 도 7의 (F)에 나타낸 바와 같이, 반사 방지막(102) 및 감광성 막(103)을 제거한다. 이것에 의해, 미세한 알루미늄 패턴으로 이루어지는 금속 격자형 편광 소자를 얻을 수 있다.
도 8은 본 실시예의 제조 방법에 의해 제조되는 미세 구조체(금속 격자형 편광 소자)의 개략 사시도이다. 상기의 조건에 의해, 도시한 바와 같이, 주기 150㎚, 패턴 깊이 250㎚, 듀티(duty) 1:1의 스트라이프 형상의 미세 알루미늄 패턴이 유리 기판 위에 형성되어 이루어지는 금속 격자형 편광 소자를 얻을 수 있다.
도 9는 상술한 금속 격자형 편광 소자의 광학 특성을 설명하는 도면이다. 더욱 구체적으로는, 도 9의 (A)는 금속 격자형 편광 소자와 입사광 및 출사광의 관계를 설명하는 도면이고, 도 9의 (B)는 파장 λ을 고정값으로 하고, 주기 P를 변화시켰을 때의 투과광 강도를 나타낸 도면이며, 도 9의 (C)는 주기 P를 고정값으로 하고, 파장 λ을 변화시켰을 때의 투과광 강도를 나타낸 도면이다. 도 9의 (B) 및 도 9의 (C)에 각각 화살표로 나타낸 범위에서, TE 성분과 TM 성분(도 9의 (A) 참조) 사이에 현저한 편광 분리 특성이 나타난다. 이러한 금속 격자형 편광 소자는 편광 특성에 부가하여 내광성(耐光性)에도 우수하므로, 예를 들면, 액정 프로젝터 등의 전자 기기에 적용할 수 있다. 지금까지의 고분자를 사용하는 편광 소자에서는 고휘도 램프를 장시간 조사하는 것으로 인하여 현저한 특성의 열화가 초래되어 액정 프로젝터의 장기 수명화의 방해가 되었지만, 본 실시예의 편광 소자를 사용함으로써 액정 프로젝터의 장기 수명화를 도모하는 것이 가능해진다.
도 10은 전자 기기의 구체예를 설명하는 도면이다. 도 10의 (A)는 리어형 프로젝터(rear projector)에 대한 적용예로서, 상기 프로젝터(270)는 하우징(271)에, 광원(272), 합성 광학계(273), 미러(274, 275), 스크린(276) 및 본 실시예의 금속 격자형 편광 소자를 포함하여 이루어지는 액정 패널(200)을 구비하고 있다. 도 10의 (B)는 프론트형 프로젝터(front projector)에 대한 적용예로서, 상기 프로젝터(280)는 하우징(282)에 광학계(281) 및 본 실시예의 금속 격자형 편광 소자를 포함하여 이루어지는 액정 패널(200)을 구비하여 화상을 스크린(283)에 표시 가능하도록 구성되어 있다. 또한, 전자 기기는 이것들에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 이것들 이외에 표시 기능 부착 팩시밀리 장치, 디지털 카메라의 파인더, 휴대형 TV, 전자수첩, 전광 게시판(electric bulletin board), 선전 공고용 디스플레이 등도 포함된다.
이와 같이, 제 1 실시예에서는 2개의 레이저 빔(B1, B2)을 어느 정도의 각도로 교차시킴으로써, 상기 레이저 빔의 파장과 동일한 정도의 피치 또는 그 이하의 피치의 명암(광강도 분포)을 갖는 간섭광(간섭 줄무늬)을 얻을 수 있다. 이러한 간섭광을 노광에 이용함으로써, 제조 장치를 대폭 간편화할 수 있게 된다. 따라서, 가시광 파장보다도 짧은 오더에서의 미세 가공을 저비용으로 실현할 수 있게 된다.
또한, 제 1 실시예에 의하면, 노광 공정에 대해서 넓은 프로세스 마진과 높 은 제조 수율을 확보할 수 있어 양산 라인으로의 적용이 용이하다.
또한, 제 1 실시예에 의하면, 비교적 대면적의 노광 영역에 대하여도 용이하게 대응 가능하고, 예를 들면, 8인치 정도의 영역이라도 단시간에 처리 가능하다.
또한, 본 발명은 상기 실시예의 내용에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지의 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.
예를 들면, 상술한 제 1 실시예에서는 금속 박막을 피가공체로 하고 있지만, 그 밖의 기판(예를 들어, 석영이나 실리콘) 등도 피가공체로 하는 것이 가능하다. 이 경우에는, 상기 기판의 상측에 감광성 막을 형성하여 노광, 현상, 에칭을 행하면 된다. 또한, 감광성을 갖는 막 자체나 기판 자체를 피가공체로 할 수도 있다.
도 11은 감광성을 갖는 막 자체를 피가공체로 하는 경우의 공정 단면도로서, 해당되는 공정만이 부분적으로 나타나 있다. 여기에서는, 감광성 막(112)으로서 폴리이미드 수지 등으로 이루어지는 막을 채용하는 것이 바람직하다. 그리고, 도 11의 (A)에 나타낸 바와 같이, 기판(100) 위에 제공된 피가공체로서의 감광성 막(112)에 대하여, 상술한 실시예와 마찬가지로 2개의 레이저 빔을 교차시켜 얻어지는 간섭광을 조사하여 노광한다. 이것에 의해, 잠상 패턴(114)이 형성된다. 그 후, 이 노광된 부위를 현상하여 간섭광의 패턴에 대응하는 요철 형상을 발현시킨다. 이것에 의해, 도 11의 (B)에 나타낸 바와 같이, 감광성 막(112)에 미세한 요철 패턴이 성형된다. 이러한 요철 패턴은, 예를 들면, 소위, 모스 아이(moth eye) 등의 반사 방지 구조로서 사용할 수 있다.
도 12는 감광성을 갖는 기판 자체를 피가공체로 하는 경우의 공정 단면도로 서, 해당되는 공정만이 부분적으로 나타나 있다. 여기에서는, 감광성을 갖는 아크릴 수지 등으로 이루어지는 기판(100a) 그 자체를 피가공체로 한다. 그리고, 도 12의 (A)에 나타낸 바와 같이, 피가공체로서의 기판(100a)에 대하여 상술한 실시예와 마찬가지로 2개의 레이저 빔을 교차시켜 얻어지는 간섭광을 조사하여 노광한다. 이것에 의해, 기판(100a)의 표면 근방에 잠상 패턴(124)이 형성된다. 그 후, 이 노광된 부위를 현상하여 간섭광의 패턴에 대응하는 요철 형상을 발현시킨다. 이것에 의해, 도 12의 (B)에 나타낸 바와 같이, 기판(100a)의 표면에 미세한 요철 패턴이 성형된다. 이러한 요철 패턴은, 예를 들면, 소위, 모스 아이 등의 반사 방지 구조로서 사용할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는 레이저 광원과 분기 수단(회절형 빔 스플리터)의 조합에 의해 2개의 레이저 빔을 발생시키는 빔 발생 수단이 구성되어 있지만, 빔 발생 수단은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 각각 1개의 레이저 빔을 출력하는 레이저 광원을 2개 사용하여 본 발명에 따른 빔 발생 수단으로 사용할 수도 있다. 또한, 이하에 설명하는 바와 같은 회절 소자를 사용하여 2개의 레이저 빔을 발생시킬 수도 있다.
도 13은 회절 소자를 사용한 레이저 빔 발생 방법의 일례에 대해서 설명하는 모식도이다. 도 13에 나타낸 회절 소자(50)는 레이저 빔(B0)이 입사하는 면과 반대측의 면이 스트라이프 형상의 요철 형상(1차원 격자)으로 가공되어 있다. 이 요철 형상의 깊이 및 주기는 벡터 해석에 의해 최적 설계되어 있고, 도시한 바와 같이 대략 수직으로 입사되는 레이저 빔(B0)에 의거하여, 주로 +1차 회절 빔과 -1차 회절 빔을 발생시키도록 되어 있다. 이와 같은 ±1차 회절 빔을 2개의 레이저 빔(B1, B2)으로 사용함으로써, 피치가 P인 간섭광을 발생시켜 노광을 행할 수 있다.
도 14는 회절 소자를 사용한 레이저 빔 발생 방법의 다른 예에 대해서 설명하는 모식도이다. 도 14에 나타낸 회절 소자(51)는 레이저 빔(B0)이 입사하는 면과 반대측의 면이 스트라이프 형상의 요철 형상(1차원 격자)으로 가공되어 있다. 이 요철 형상의 깊이 및 주기는 벡터 해석에 의해 최적 설계되어 있고, 도시한 바와 같이 소정의 각도로 입사되는 레이저 빔(B0)에 의거하여, 주로 1개의 투과 빔과, 상기 투과 빔과는 다른 방향으로 진행하는 1개의 회절 빔을 발생시키도록 되어 있다. 이와 같은 투과 빔과 회절 빔을 2개의 레이저 빔(B1, B2)으로 사용함으로써, 피치가 P인 간섭광을 발생시켜 노광을 행할 수 있다.
상기한 바와 같은 회절 소자(50) 또는 회절 소자(51)를 사용하는 경우에는 상술한 도 1에 나타낸 광학계에 있어서, 셔터(13)를 통과한 레이저 빔(B0)을 회절 소자(50) 또는 회절 소자(51)에 입사하고, 또한 상기 회절 소자(50) 또는 회절 소자(51)에 접근시켜 기판(100) 등을 배치하면 된다. 회절 소자(50) 또는 회절 소자(51)와 기판(100)은, 예를 들면, 1mm정도의 간격으로 접근시키면 된다. 또한, 입사시키는 레이저 빔(B0)은 그 편향 방향이 회절 소자(50) 또는 회절 소자(51)의 요철 형상의 홈과 평행한 직선 편광으로 하는 것이 바람직하다. 그것에 의해, 간섭광을 더욱 효율적으로 발생시킬 수 있다. 또한, 입사시키는 레이저 빔(B0)은 미리 빔 익스팬더 등을 이용하여 빔 직경을 확대시켜 두면 된다. 예를 들면, 빔 직경을 200mm정도로 함으로써 직경 8인치 정도의 영역을 일괄 노광할 수 있다. 또한, 빔 직경을 확대시키는 것이 어려울 경우에는 레이저 빔(B0)을 광학 소자(50) 위에서 주사하도록 할 수도 있다. 이러한 회절 소자(50) 또는 회절 소자(51)를 사용함으로써, 노광 장치의 간소화와 제조 비용의 삭감을 더욱 도모할 수 있다.
또한, 상기한 회절 소자(50, 51)는 본 발명에서의「분기 수단」에 상당하는 동시에, 2개의 레이저 빔을 소정 각도로 교차시키기 위한「광학적 수단」으로서의 기능도 겸한다.
또한, 상술한 실시예에서는 렌즈와 공간 필터에 의해 구성되는 빔 익스팬더로 발생시킨 구면파(球面波)를 간섭 노광에 이용하고 있지만, 상기 빔 익스팬더 후에 콜리메이터 렌즈를 배치함으로써, 평면파(平面波)를 간섭 노광에 이용하는 것도 가능하다. 또한, 각종 광학 소자(렌즈, 위상판, 계산기 홀로그램 등)를 사용하여 적어도 한쪽 파면으로 위상 변조를 부가함으로써 다양한 미세 패턴을 실현할 수 있다.
또한, 상술한 실시예에서는 감광성 막으로서 화학 증폭형 레지스트를 사용하고 있지만, 감광성 막은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 감광성 막으로서 자기 조직화 단분자막을 사용할 수도 있다. 자기 조직화 단분자막은 매우 얇은 막이기 때문에 재료 소비량이 감소되고, 또한 다양한 기능을 부가하는 것도 가능해지므로, 형성되는 미세 구조체의 베리에이션을 증가시킬 수 있다. 예를 들면, 불화알킬실란(fluoralkylsilane)과 같이 표면 자유 에너지가 작은 재료를 사용하면 기판 위에 친액(lyophilic)/발액(lyophobic) 패턴이 형성되어 그 위에 선택적인 막 형성이 가능해진다. 또한, 아미노프로필트리에톡시실란 (aminopropyltriethoxysilane), 멜캅트트리에톡시실란(mercaptotriethoxysilane) 등을 사용하면 노광 후에 잔류하는 자기 조직화 단분자막 위에 선택적으로 무전해 도금을 행할 수도 있다. 이와 같이, 자기 조직화 단분자막을 사용하는 경우에는 에칭 공정이 포함되지 않아도 미세 구조체로서 기능할 수도 있다.
<제 2 실시예>
도 15는 제 2 실시예의 노광 장치의 구성을 설명하는 도면이다. 도 15에 나타낸 노광 장치(1a)는 기판(100)의 일면에 형성된 감광성 막을 노광하기 위하여 사용되는 것으로서, 레이저 광원(10), 미러(11, 12), 셔터(13), 회절형 빔 스플리터(14), 모니터(15), 렌즈(16a, 16b), 공간 필터(17a, 17b), 미러(18a, 18b), 스테이지(19), 위상 변조 수단(20)을 포함하여 구성되어 있다. 이 노광 장치(1a)는 기본적으로는 상술한 제 1 실시예에서의 노광 장치(1)와 동일한 구성을 갖고 있고, 위상 변조 수단(20)이 추가된 점이 상이하다. 이하에서는, 제 1 실시예와 중복되는 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
위상 변조 수단(20)은 한쪽 레이저 빔(B2)의 진로 위에 배치되어 상기 레이저 빔(B2)에 위상 변조를 주는 것이다. 이 위상 변조 수단(20)에 의해, 2개의 레이저 빔(B1, B2) 상호간의 위상차를 제어할 수 있게 된다. 또한, 본 예에서는 한쪽 레이저 빔(B2)의 진로 위에만 위상 변조 수단(20)을 배치하지만, 각 레이저 빔의 진로 위에 각각 위상 변조 수단을 배치할 수도 있다.
여기에서, 간섭에 관계되는 2개의 빔 파면의 복소 진폭을 I1, I2 라고 나타내 면, 간섭광의 광강도 분포(간섭 줄무늬) I는 이하의 식에 의해 부여된다.
I=I1+I2+2√(I1I2cos(φ)) ···(4)
여기에서, 상기 (4) 식 중의 φ은 레이저 빔 상호간의 위상차이다. 이 위상차 φ을 위상 변조 수단(20)에 의해 제어한다. 이 위상 변조 수단으로서는, 도 16의 (A)에 나타낸 바와 같은 1/2 파장판(波長板)(20a)이나, 도 16의 (B)에 나타낸 바와 같은 액정 공간 광변조기(20b) 등이 적합하게 사용된다. 도 16의 (A)에 나타낸 바와 같이, 1/2 파장판은 진상축(進相軸)(도면 중의 F)과 지상축(遲相軸)(도면 중의 S)을 갖는다. 한쪽 축으로부터 다른 쪽 축으로 입사 편광 방위에 맞춤으로써, 1/2 파장판을 통과하는 빔 파면의 위상 φ을 정확히 π만큼 어긋나게 할 수 있다. 이것에 의해, 간섭 줄무늬를 1/2 주기만큼 변위시킬 수 있다. 한편, 액정 공간 광변조기(20b)는, 예를 들면, 액정 분자를 호모지니아스 배향(homogeneous alignment)시켜 이루어지는 액정층과, 상기 액정 분자의 장축 방향과 평행한 방향으로 주축을 갖고, 광출사 측에 배치된 편광판을 포함하여 구성된다. 이 액정 공간 광변조 소자(20b)는 초기 배향 상태(전압 무인가시)에서의 액정 분자의 배향 방향(디렉터)(D)과 평행한 직선 편광 빔을 입사하도록 배치되어 있다. 그리고, 인가 전압에 따라 디렉터 변형을 발생시켜 액정층의 복굴절을 변화시킴으로써, 상기 액정층을 통과하는 빔 파면의 위상 φ을 연속적으로 변화시킬 수 있다. 즉, 액정 공간 광변조 소자(20b)로 인가되는 전압을 제어함으로써, 간섭 줄무늬를 연속적으로 변위시킬 수 있다. 또한, 액정층은 인가 전압에 따라 복굴절을 변화시킬 수 있는 한, 상기의 호모지니아스 배향 이외의 배향 상태을 가지는 것도 채용 가능하다.
도 17은 다중 노광의 원리에 대해서 설명하는 도면이다. 제 2 실시예에서는, 상기한 제 1 실시예에서의 도 4에서 설명한 간섭광에 의한 노광 원리를 이용하고, 감광성 막(103)으로서 다광자 흡수성을 갖는 레지스트를 채용함으로써 잠상 패턴의 선예화(鮮銳化)를 더욱 도모하고, 또한 각 노광시에서의 간섭광의 발생 위치를 변위시켜 다중 노광을 행함으로써, 노광에 이용하는 레이저 빔의 파장보다도 상당히 작은 해상도에서 노광을 가능하게 하고 있다.
구체적으로는, 도 17의 (A)에 나타낸 바와 같은 광강도 분포를 갖는 간섭광에 의해 1회의 노광을 행함으로써, 도 17의 (B)에 나타낸 바와 같이, 간섭광의 광강도 분포에 대응하는 피치(P)의 잠상 패턴을 얻을 수 있다. 이 때, 감광성 막(103)으로서 다광자 흡수 레지스트를 채용함으로써, 노광 후에 형성되는 잠상은 상기 레지스트가 갖는 비선형성에 의해 도 17의 (B)에 나타낸 바와 같이, 조사 광강도가 최대로 되는 개소의 근방에만 형성된다. 따라서, 피치(P)의 간섭광(도 17의 (C))에 의해 다광자 흡수 레지스트를 한번 노광하고, 그 후, 위상 변조 수단(20)에 의해 간섭 줄무늬를 1/2 주기만큼 변위시킨 간섭광(도 17의 (D))을 이용하여 두번째의 노광을 행함으로써, 도 17의 (E)에 나타낸 바와 같이, 간섭 줄무늬의 절반의 주기(P/2)를 갖는 잠상 패턴을 다광자 흡수 레지스트의 내부에 형성할 수 있다. 이 잠상 패턴을 현상하면 주기 P/2의 미세한 요철 패턴을 형성할 수 있다.
다음에, 미세 구조체의 일례로서 금속 격자형 편광 소자를 채용하여, 본 실시예에 따른 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 18은 제 2 실시예의 미세 구조체의 제조 방법에 대해서 설명하는 공정 단면도이다.
(피가공체 형성 공정, 반사 방지막 형성 공정)
우선, 도 18의 (A)에 나타낸 바와 같이, 기판(100)의 일면에 금속 박막(101)과 반사 방지막(102)을 형성한다. 본 예에서는, 기판(100)으로서 판 두께 1mm의 유리 기판을 사용한다. 또한, 금속 박막(101)으로서, 스퍼터링이나 진공 증착 등의 성막 방법에 의해 알루미늄 막을 막 두께 160㎚정도로 형성한다. 또한, 반사 방지막(102)은 스핀 코팅법 등의 성막 방법에 의해 막 두께 75㎚정도로 형성한다.
(감광성 막 형성 공정)
다음에, 도 18의 (B)에 나타낸 바와 같이, 피가공체로서의 금속 박막(101)의 상측(본 예에서는 반사 방지막(102)의 상면)에 감광성 막(103)을 형성한다. 본 실시예에서는 다광자 흡수 레지스트를 사용하고, 이것을 스핀 코팅법 등의 성막 방법에 의해 성막함으로써, 막 두께 450㎚정도의 감광성 막(103)을 형성한다.
(제 1 노광 공정)
다음에, 도 18의 (C)에 나타낸 바와 같이, 가시광 파장보다도 짧은 파장(본 예에서는 266㎚)을 갖는 2개의 레이저 빔(B1, B2)을 소정 각도로 교차시켜 간섭광을 발생시키고, 상기 간섭광을 조사함으로써 감광성 막(103)을 노광한다. 예를 들면, 2개의 레이저 빔(B1, B2)의 교차 각도(도 3, 도 5 참조)를 62도로 함으로써, 주기 150㎚의 간섭 줄무늬를 얻을 수 있고, 상기 간섭 줄무늬에 대응하는 잠상 패턴(104)이 감광성 막(103)에 형성된다. 또한, 본 실시예에서는 본 공정에서 이용 되는 2개의 레이저 빔(B1, B2) 상호간의 위상차가 0인 경우를 생각하지만, 상기 위상차는 이것에 한정되지 않는다.
(제 2 노광 공정)
다음에, 도 18의 (D)에 나타낸 바와 같이, 2개의 레이저 빔(B1, B2) 상호간에 상기 제 1 노광 공정시와는 다른 위상차를 부여하면서 상기 각 레이저 빔(B1, B2)을 소정 각도로 교차시켜 간섭광을 발생시키고, 상기 간섭광을 조사함으로써 감광성 막(103)을 노광한다. 예를 들면, 2개의 레이저 빔(B1, B2)의 교차 각도(도 3 참조)를 62도로 함으로써, 상기와 같이 주기 150㎚인 간섭 줄무늬를 얻을 수 있고, 상기 간섭 줄무늬에 대응하는 잠상 패턴(104)이 감광성 막(103)에 형성된다. 이 때, 예를 들면, 각 레이저 빔(B1, B2)의 위상 φ을 π만큼 어긋나게 하고, 즉, 1/2 파장분의 위상차를 부여함으로써 제 1 노광 공정에서의 잠상 패턴의 피치(P)의 절반 피치(P/2)만큼 어긋난 위치에 새로운 잠상 패턴이 형성된다(도 17 참조). 이러한 다중 노광에 의해, 주기 75㎚정도의 미세한 잠상 패턴(104)을 얻을 수 있다. 또한, 상기한 액정 공간 광변조기(20b)(도 16의 (B) 참조)와 같이 연속적인 위상 변조를 부여할 수 있는 소자를 사용한 경우에는, 위상 φ을 π보다도 세분화된 스텝으로 하여 간섭 줄무늬를 이동시켜 다중 노광을 반복할 수 있다. 따라서, 75㎚보다도 더욱 짧은 주기를 갖는 패턴의 제작도 가능해진다.
또한, 본 예에서는 빔 익스팬더에 의해 빔 직경이 200mm정도까지 확대된 레이저 빔(B1, B2)을 사용하고 있으므로, 상기의 제 1 및 제 2 노광 공정에서는, 4인치 정도의 영역을 일괄 노광할 수 있다. 노광에 필요한 시간은 30초 정도이다. 또한, 더욱 큰 영역(예를 들어, 8인치 정도)을 노광하는 경우에는 기판(100)을 스텝 & 리피트로 이동하면 된다. 또한, 각 레이저 빔간의 위상차를 바꾸면서 3회 또는 그 이상의 다중 노광을 반복해도 된다.
(현상 공정)
다음에, 도 18의 (E)에 나타낸 바와 같이, 노광 후의 감광성 막(103)을 소성(베이킹)하고, 그 후에 현상함으로써, 간섭광의 패턴에 대응하는 형상을 감광성 막(103)에 발현시킨다. 이것에 의해, 금속 박막(101) 위에 주기 75㎚의 레지스트 패턴을 얻을 수 있다.
(에칭 공정)
다음에 도 18의 (F)에 나타낸 바와 같이, 현상 후의 감광성 막(103)을 에칭 마스크로서 사용하여 에칭을 행하고, 피가공체인 금속 박막(101)을 가공한다.이것에 의해, 금속 박막(101)으로 레지스트 패턴이 전사된다. 에칭 방법으로서는, 원리적으로는 습식 에칭, 건식 에칭의 어느 것이나 채용할 수 있다. 특히, ICP(유도 결합 플라즈마)나 ECR(전자 사이클로트론 공명) 등의 방법으로 건식 에칭하는 것이 적합하다.
(감광성 막 제거 공정)
다음에 도 18의 (G)에 나타낸 바와 같이, 반사 방지막(102) 및 감광성 막(103)을 제거한다. 이것에 의해, 미세한 알루미늄 패턴으로 이루어지는 금속 격자형 편광 소자를 얻을 수 있다.
도 19는 제 2 실시예의 제조 방법에 의해 제조된 미세 구조체(금속 격자형 편광 소자)의 개략 사시도이다. 상기의 조건에 의해, 도시한 바와 같이, 주기 75㎚, 패턴 깊이 250㎚, 듀티 1:1의 스트라이프 형상의 미세 알루미늄 패턴이 유리 기판 위에 형성되어 이루어지는 금속 격자형 편광 소자를 얻을 수 있다. 이 금속격자형 편광 소자의 광학 특성은 상술한 제 1 실시예에서의 것과 동일하다(도 9 참조). 이러한 금속 격자형 편광 소자는 편광 특성에 부가하여 내광성도 우수하므로, 예를 들면, 액정 프로젝터 등의 전자 기기에 적용할 수 있다(도 10 참조). 지금까지의 고분자를 사용한 편광 소자에서는 고휘도 램프를 장시간 조사함으로 인하여 특성이 현저하게 열화되어 액정 프로젝터의 수명을 장기화하는데 방해가 되었었지만, 본 실시예의 편광 소자를 사용함으로써 액정 프로젝터의 장기 수명화를 도모하는 것이 가능해진다.
이와 같이, 제 2 실시예에서는 2개의 레이저 빔(B1, B2)을 어느 정도의 각도로 교차시킴으로써, 상기 레이저 빔의 파장과 동일한 정도의 피치 또는 그 이하의 피치의 광강도 분포를 갖는 간섭광을 얻을 수 있다. 이러한 간섭광을 이용하여 노광을 행함으로써, 간편한 장치 구성에 의해 미세한 잠상 패턴을 형성하는 것이 가능해진다. 그리고, 2개의 레이저 빔 상호간의 위상차를 가변으로 설정하고, 간섭광을 소정량만큼 변위시켜 다중 노광을 행함으로써, 더욱 미세한 잠상 패턴을 형성하는 것이 가능해진다. 따라서, 가시광 파장보다도 짧은 오더에서의 미세 가공을 저비용으로 실현할 수 있게 된다.
또한, 본 실시예에 의하면, 노광 공정에 대해서 넓은 프로세스 마진과 높은 제조 수율을 확보할 수 있으므로, 양산 라인으로의 적용이 용이하다.
또한, 본 실시예에 의하면, 비교적 대면적의 노광 영역에 대하여도 용이하게 대응 가능하고, 예를 들면, 8인치 정도의 영역이라도 단시간에 처리 가능하다.
또한, 본 발명은 상기 실시예의 내용에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지의 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.
예를 들면, 상술한 실시예에서는 금속 박막을 피가공체로 했지만, 그 밖의 기판(예를 들어, 석영이나 실리콘) 등도 피가공체로 하는 것이 가능하다. 이 경우에는, 상기 기판의 상측에 감광성 막을 형성하여, 노광, 현상, 에칭을 행하면 된다. 또한, 감광성을 갖는 막 자체나 기판 자체를 피가공체로 할 수도 있다.
도 20은 감광성을 갖는 막 자체를 피가공체로 하는 경우의 공정 단면도로서, 해당되는 공정만이 부분적으로 나타나 있다. 여기에서는, 감광성 막(132)으로서 폴리이미드 수지 등으로 이루어지는 막을 채용하는 것이 바람직하다. 그리고, 기판(100) 위에 제공된 피가공체인 감광성 막(132)에 대하여, 상술한 실시예와 마찬가지로 2개의 레이저 빔을 교차시켜 얻어지는 간섭광을 조사하여 노광한다(도 20의 (A), 도 20의 (B)). 이것에 의해, 잠상 패턴(134)이 형성된다. 그 후, 이 노광된 부위를 현상하여 간섭광의 패턴에 대응하는 요철 형상을 발현시킨다. 이것에 의해, 도 20의 (C)에 나타낸 바와 같이, 감광성 막(132)에 미세한 요철 패턴이 성형된다. 이러한 요철 패턴은, 예를 들면, 소위, 모스 아이 등의 반사 방지 구조로서 사용할 수 있다.
도 21은 감광성을 갖는 기판 자체를 피가공체로 하는 경우의 공정 단면도로서, 해당되는 공정만이 부분적으로 나타나 있다. 여기에서는, 감광성을 갖는 아크 릴 수지 등으로 이루어지는 기판(100a) 그 자체를 피가공체로 한다. 그리고, 피가공체인 기판(100a)에 대하여 상술한 실시예와 마찬가지로 2개의 레이저 빔을 교차시켜 얻어지는 간섭광을 조사하여 노광한다(도 21의 (A), 도 21의 (B)). 이것에 의해, 기판(100a)의 표면 근방에 잠상 패턴(144)이 형성된다. 그 후, 이 노광된 부위를 현상하여 간섭광의 패턴에 대응하는 요철 형상을 발현시킨다. 이것에 의해, 도 21의 (C)에 나타낸 바와 같이, 기판(100a)의 표면에 미세한 요철 패턴이 성형된다. 이러한 요철 패턴은, 예를 들면, 소위, 모스 아이 등의 반사 방지 구조로서 사용할 수 있다.
또한, 상술한 제 2 실시예에서는 레이저 광원과 분기 수단(회절형 빔 스플리터)의 조합에 의해 2개의 레이저 빔을 발생하는 빔 발생 수단이 구성되어 있지만, 빔 발생 수단은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 각각 1개의 레이저 빔을 출력하는 레이저 광원을 2개 사용하고, 이들을 동기 동작시키는 등의 수법에 의해 본 발명에 따른 빔 발생 수단을 구성할 수도 있다.
또한, 상술한 제 2 실시예에서는 렌즈와 공간 필터에 의해 구성되는 빔 익스팬더로 발생시킨 구면파를 간섭 노광에 이용하고 있지만, 상기 빔 익스팬더 후에 콜리메이터 렌즈를 배치함으로써 평면파를 간섭 노광에 이용하는 것도 가능하다. 또한, 각종 광학 소자(렌즈, 위상판, 계산기 홀로그램 등)를 사용하여 적어도 한쪽 파면에 위상 변조를 부가함으로써 다양한 미세 패턴을 실현할 수 있다.
<제 3 실시예>
도 22는 제 3 실시예의 노광 장치의 구성을 설명하는 도면이다. 도 22에 나 타낸 노광 장치(1b)는 기판(100)의 일면에 형성된 감광성 막을 노광하기 위하여 사용되는 것으로서, 레이저 광원(10), 미러(11, 12), 셔터(13), 회절형 빔 스플리터(14b), 모니터(15), 렌즈(16a, 16b), 공간 필터(17a, 17b), 미러(18a, 18b), 스테이지(19)를 포함하여 구성되어 있다. 이 노광 장치(1b)는 기본적으로는 상술한 제 1 실시예에서의 노광 장치(1)와 동일한 구성을 갖고 있고, 회절형 빔 스플리터(14b)가 달성하는 기능이 제 1 실시예의 경우와 약간 다르다. 이하에서는, 제 1 실시예와 중복되는 내용에 대해서는 설명을 생략한다.
도 23은 기판(100)과 그 상면에 형성되는 감광성 막 등의 구조에 대해서 설명하는 단면도이다. 도 23에 나타낸 바와 같이, 제 3 실시예에서는 피가공체로서의 기판(100)의 일면 위에 반사 방지막(102)과 감광성 막(103)이 형성되어 있다.
기판(100)은 제 3 실시예에서의 피가공체로서, 예를 들면, 유리 기판이나 수지 기판 등이 사용된다. 즉, 본 실시예에서는 이 기판(100)의 표면에 형상 가공을 실시하여 미세 구조체를 형성하는 경우를 예시한다. 또한, 피가공체는 이것에 한정되지 않고, 최종적으로 얻고 싶은 미세 구조체의 내용에 따라 적절히 선택될 수 있다.
반사 방지막(102)은 상술한 간섭광에 의해 감광성 막(103)을 노광할 경우에, 간섭광의 이면 반사를 억제하는 기능을 맡는다. 반사 방지막(102)으로서는, 간섭광을 흡수하는 등의 방법으로 상기 간섭광의 반사를 억제할 수 있는 것이면, 무기 재료, 유기 재료의 어느 것이나 채용할 수 있다. 특히, 닛산화학공업주식회사 제품의 DUV44 등의 유기 재료를 이용하면 후공정에서의 박리(제거)가 용이하다. 이 것에 의해, 간섭 정재파가 없는 양호한 패턴을 형성할 수 있다.
감광성 막(103)은 광조사를 받은 부분에 잠상을 발생시키고, 후의 소정 처리에 의해 상기 광조사 부분 또는 비광조사 부분 중 어느 하나를 선택적으로 제거할 수 있는 성질을 구비하는 재료를 사용하여 성막된다. 예를 들면, 본 실시예에서는UV 파장(λ : ∼ 250㎚)용으로 조정된 화학 증폭형 레지스트를 사용하여 감광성 막(103)이 형성된다.
제 3 실시예에서도, 빔 직경이 확대된 후의 각 레이저 빔(B1, B2)을 소정의 교차 각도로 간섭시킴으로써 간섭광(간섭 줄무늬)을 발생시키고, 이 간섭 줄무늬를 감광성 막(103)에 조사함으로써 노광이 행해진다(도 3 내지 도 5 참조).
여기에서, 간섭에 관계되는 2개의 레이저 빔(B1, B2)의 강도를 각각 I(1), I(2)라고 하면, 간섭 줄무늬의 광강도 분포 I(x)는 다음식에 의해 부여된다(단, x는 위치 좌표).
I(x)=I(1)+I(2)+2((I(1)+I(2))1/2 cos(2πx/P) ···(5)
또한, 간섭 줄무늬의 콘트라스트(C)는 (Imax-Imin)/(Imax+Imin)으로 정의된다. (5) 식에 의해, 간섭 줄무늬의 콘트라스트(C)는 이하와 같이 표현된다. 단, 간섭에 관계되는 2개의 레이저 빔의 강도비 I(1)/I(2)을 α로 표기하기로 한다.
C=2(I(1)·I(2))1/2/(I(1)+I(2))=2√α/(1+α) ···(6)
도 24는 상기 (6) 식의 관계를 설명하는 도면이다. 구체적으로는, 도 24의 (A)는 상기 (6) 식의 관계를 나타낸 그래프이며, 도 24의 (B)는 간섭 줄무늬의 광 강도 분포를 설명하는 도면이다. 도 24의 (A)에 나타낸 바와 같이, 빔 강도가 동등한 경우(빔 강도비 I(1)/I(2)=1의 경우)에는 콘트라스트(C)는 1.0으로 된다. 이 때에는, 도 24의 (B)에 나타낸 바와 같이 명암의 차가 커서 선명한 간섭 줄무늬를 얻을 수 있다. 한편, 도 24의 (A)에서 알 수 있는 바와 같이, 빔 강도가 동등하지 않을 경우에는 그 차가 커지는 동시에 콘트라스트는 저하한다. 예로서, 콘트라스트(C)가 0.5인 경우에서의 간섭 줄무늬의 광강도 분포를 도 24의 (B)에 나타낸다.
또한, 간섭 줄무늬의 콘트라스트를 높이기 위해서는 노광 중의 간섭 줄무늬의 변위를 매우 작게 억제하지 않으면 안된다. 이것을 실현하기 위해서는, 외란(진동, 공기 유동)을 배제할 필요가 있다. 예를 들면, 도 22에 나타낸 노광계를 방진 벤치 위에 두고, 또한, 노광계를 커버로 덮는 등의 대책을 실시함으로써 큰 효과를 얻을 수 있다.
이와 같이, 2개의 레이저 빔의 강도비를 조절함으로써, 간섭광의 광강도 분포를 가변으로 설정하여 노광을 행하는 것이 가능해진다. 본 실시예에서는, 상술한 회절형 빔 스플리터(14b)에 의해 2개의 레이저 빔의 강도비를 조절하고 있다. 즉, 회절형 빔 스플리터(14b)가 빔 강도비 제어 수단으로서의 기능도 겸하는 구성으로 하고 있다. 상기한 바와 같이, ±1차 회절 빔을 각 레이저 빔(B1, B2)으로서 사용하므로, 이들의 +1차 회절 빔과 -1차 회절 빔의 빔 강도비가 원하는 값으로 되도록 회절형 빔 스플리터(14b)를 설계하고 있다.
다음에, 본 실시예에 따른 미세 구조체의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 25는 제 3 실시예의 미세 구조체의 제조 방법에 대해서 설명하는 공정 단 면도이다.
(반사 방지막 형성 공정)
우선, 도 25의 (A)에 나타낸 바와 같이, 피가공체로서의 기판(100)의 일면에 반사 방지막(102)을 형성한다. 본 예에서는, 기판(100)으로서 판 두께 1mm의 유리 기판을 사용한다. 또한, 반사 방지막(102)은 스핀 코팅법 등의 성막 방법에 의해 막 두께 75㎚정도로 형성한다.
(감광성 막 형성 공정)
다음에, 도 25의 (B)에 나타낸 바와 같이, 피가공체로서의 기판(100)의 상측(본 예에서는 반사 방지막(102)의 상면)에 감광성 막(103)을 형성한다. 본 실시예에서는 화학 증폭형 레지스트를 사용하고, 이것을 스핀 코팅법 등의 성막 방법에 의해 성막함으로써, 막 두께 200㎚정도의 감광성 막(103)을 형성한다. 여기에서, 화학 증폭형 레지스트는 수지, 산 발생제, 용매로 이루어지는 혼합액으로서 광화학 반응으로 발생하는 산을 이용하기 위하여, 암모니아 등의 미량의 알칼리계 불순물에도 민감하게 영향을 받아 특성이 변동한다. 따라서, 본 실시예에서는, 본 공정 및 그 후의 노광 공정 및 현상 공정을 행할 때의 분위기를 알칼리계 불순물의 농도가 1ppb 이하로 되도록 한다.
또한, 상기한 감광성 막 형성 공정 후에, 감광성 막(103)의 상면에 보호막을 형성하는 보호막 형성 공정을 추가하는 것도 바람직하다. 예를 들면, 도쿄오카공업제의 TSP-5A를 사용하고, 이것을 스핀 코팅법 등에 의해 성막함으로써 적합한 보호막을 형성할 수 있다. 또한, 이 보호막에 반사 방지의 기능을 부여하는 것도 가 능하다. 이것에 의해, 화학 증폭형 레지스트로 이루어지는 감광성 막(103)을 대기와 격리하여 외계의 영향을 억제하는 것이 가능해진다.
(제 1 노광 공정)
다음에, 도 25의 (C)에 나타낸 바와 같이, 가시광 파장보다도 짧은 파장(본 예에서는 266㎚)의 2개의 레이저 빔(B1, B2)을 소정 각도로 교차시켜 간섭광을 발생시키고, 상기 간섭광을 조사함으로써 감광성 막(103)을 노광한다. 예를 들면, 2개의 레이저 빔(B1, B2)의 교차 각도(도 3 참조)를 62도로 함으로써, 주기 150㎚의 간섭 줄무늬를 얻을 수 있고, 상기 간섭 줄무늬(간섭광)에 대응한 잠상 패턴(104)이 감광성 막(103)에 형성된다. 본 예에서는, 빔 익스팬더에 의해 빔 직경이 200mm정도까지 확대된 레이저 빔(B1, B2)을 사용하고 있으므로, 4인치 정도의 영역을 일괄 노광할 수 있다. 노광에 필요한 시간은 30초 정도이다. 또한, 더욱 큰 영역(예를 들어, 8인치 정도)을 노광하는 경우에는 기판(100)을 스텝 & 리피트로 이동하면 된다.
여기에서, 본 실시예의 노광 공정에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 도 26은 노광 공정에 대해서 상세하게 설명하기 위한 도면으로서, 기판(100)을 상면 측에서 본 평면도가 나타나 있다. 또한, 상기 도 25는 도 26에 나타낸 XXV-XXV선 방향의 단면에 대응한다.
도 26의 (A)에 나타낸 바와 같이, 1회의 노광에 의해 스트라이프 형상의 잠상 패턴(104)(즉, 1차원 패턴)이 형성된다. 이 단계에서 노광 공정을 종료하고, 후술하는 현상 공정, 에칭 공정 등을 행한 경우에는 이 감광성 막(103)의 잠상 패 턴(104)이 전사되어 기판(100)의 일면에 미세한 1차원 패턴이 형성되게 된다.
또한, 간섭광과 감광성 막(103)의 상대적 배치를 변경하여 설정하고, 복수회의 노광을 행함으로써 2차원 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들면, 1회째의 노광시에 대하여 간섭광과 감광성 막(103)의 상대적 위치를 90도 회전시켜 2회째의 노광 을 행함으로써, 도 26의 (B)에 나타낸 바와 같이, 비노광 영역(도면 중, 흰색으로 빠져 있는 부분)이 매트릭스 형상으로 형성된 감광성 막(103)을 얻을 수 있다. 그 후, 후술하는 현상 공정, 에칭 공정 등을 행한 경우에는 이 감광성 막(103)의 잠상 패턴(104)이 전사되어 기판(100)의 일면에 미세한 2차원 패턴이 형성되게 된다. 또한, 2회의 노광의 각각에서의 간섭광과 감광성 막의 상대적 배치의 변경 방법에 대해서는, 도시한 90도 회전의 경우에 한정되지 않고 임의로 설정할 수 있다.
또한, 복수회의 노광의 각각마다 2개의 레이저 빔(B1, B2)의 강도비를 다른 값으로 설정하는 것도 적합하다. 이 경우에는, 예를 들면, 원하는 강도비에 대응하여 설계된 복수의 회절형 빔 스플리터를 준비해 두고, 노광의 각각마다 상기 회절형 빔 스플리터를 교환하여 사용하면 된다. 이것에 의해, 각 노광시에서의 간섭광의 콘트라스트를 가변으로 설정하여 형상 및 어스펙트비가 다른 다양한 잠상 패턴을 실현할 수 있게 되고, 이것을 전사하여 얻어지는 미세 구조체의 베리에이션을 확대할 수 있다. 또한, 간섭광과 감광성 막의 상대적 위치를 변경하지 않고, 빔의 강도비만을 변화시켜 복수회의 노광을 행해도 된다. 그 경우에서도, 콘트라스트가 다른 간섭광을 중첩하여 조사함으로써 다양한 잠상 패턴이 실현된다.
(현상 공정)
다음에, 도 25의 (D)에 나타낸 바와 같이, 노광 후의 감광성 막(103)을 소성(베이킹)하고, 그 후에 현상함으로써, 간섭광의 패턴에 대응하는 형상을 감광성 막(103)에 발현시킨다. 이것에 의해, 150㎚정도의 해상도의 레지스트 패턴을 얻을 수 있다.
(에칭 공정)
다음에, 도 25의 (E)에 나타낸 바와 같이, 현상 후의 감광성 막(103)을 에칭 마스크로서 사용하여 에칭을 행하고, 피가공체인 기판(100)을 가공한다. 이것에 의해, 기판(100)에 레지스트 패턴이 전사된다. 에칭 방법으로서는, 원리적으로는 습식 에칭, 건식 에칭의 어느 것이나 채용할 수 있다. 특히, ICP(유도 결합 플라즈마)나 ECR(전자 사이클로트론 공명) 등의 방법으로 건식 에칭하는 것이 적합하다. 또한, 에칭 이전에 반사 방지막(102)을 제거해 둠으로써, 에칭의 재현성이나 균일성을 더욱 향상시키는 것도 가능하다.
(감광성 막 제거 공정)
다음에, 도 25의 (F)에 나타낸 바와 같이, 반사 방지막(102) 및 감광성 막(103)을 제거한다. 이것에 의해, 미세한 요철 형상이 표면에 제공된 기판(100)을 얻을 수 있다.
도 27은 본 실시예의 제조 방법에 의해 제조되는 미세 구조체의 개략 사시도이다. 도 27의 (A)는 비교적 콘트라스트가 높은 간섭광(예를 들어, C=1.0)에 의해 상기와 같이 2회의 노광을 행한 경우에 얻어지는 미세 구조체의 예이다. 이 경우에는 도시한 바와 같이, 기판(100)의 일면에 미세한 각기둥 형상의 돌기가 어레이 형상으로 배열되어 이루어지는 미세 구조체를 얻을 수 있다. 도 27의 (B)는 비교적 콘트라스트가 낮은 간섭광(예를 들어, C=0.5)에 의해 상기와 같이 2회의 노광을 행한 경우에 얻어지는 미세 구조체의 예이다. 이 경우에는 도시한 바와 같이, 기판(100)의 일면에 미세한 각추 형상의 돌기가 어레이 형상으로 배열되어 이루어지는 미세 구조체를 얻을 수 있다. 이들의 미세 구조체는 반사 방지 소자(소위, 모스 아이)로서 기능한다.
또한, 상기와 같이 노광을 1회로 한 경우에는 예를 들면, 기판(100)의 일면에 미세한 홈이 다수 형성되어 이루어지는 미세 구조체를 얻을 수 있다. 이러한 미세 구조체는 구조성 복굴절을 갖고, 예를 들면, 위상차판으로서 기능한다.
도 28은 전자 기기의 구체예를 설명하는 도면이다. 도 28의 (A)는 휴대 전화로의 적용예로서, 상기 휴대 전화(530)는 안테나부(531), 음성 출력부(532), 음성 입력부(533), 조작부(534) 및 본 실시예에 따른 반사 방지 소자가 일체로 구성된 액정 표시 장치(500)를 구비하고 있다. 도 28의 (B)는 비디오 카메라로의 적용 예로서, 상기 비디오 카메라(540)는 수상부(541), 조작부(542), 음성 입력부(543)및 본 실시예에 따른 반사 방지 소자가 일체로 구성된 액정 표시 장치(500)를 구비하고 있다. 또한, 전자 기기는 이들에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 이들 이외에, 표시 기능 부착 팩시밀리 장치, 디지털 카메라의 파인더, 휴대형 TV, 전자수첩 등도 포함된다.
이와 같이, 제 3 실시예에서는 2개의 레이저 빔(B1, B2)을 어느 정도의 각도로 교차시킴으로써, 상기 레이저 빔의 파장과 동일한 정도의 피치 또는 그 이하의 피치의 명암(광강도 분포)을 갖는 간섭광(간섭 줄무늬)을 얻을 수 있다. 이러한 간섭광을 노광에 이용함으로써 제조 장치를 대폭 간편화할 수 있게 된다. 따라서, 가시광 파장보다도 짧은 오더에서의 미세 가공을 저비용으로 실현할 수 있게 된다. 특히, 간섭광의 광강도 분포를 가변으로 설정하여 노광을 행함으로써, 간섭광(간섭 줄무늬)의 콘트라스트를 가변으로 설정하여 형상 및 어스펙트비가 다른 다양한 잠상 패턴을 실현할 수 있게 된다. 따라서, 상기 잠상 패턴을 전사하여 얻어지는 미세 구조체의 형상이나 어스펙트비의 베리에이션을 확대할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 노광 공정에 대해서 넓은 프로세스 마진과 높은 제조 수율을 확보할 수 있으므로, 양산 라인으로의 적용이 용이하다.
또한, 본 실시예에 의하면, 비교적 대면적의 노광 영역에 대해서도 용이하게 대응 가능하며, 예를 들면, 8인치 정도의 영역이라도 단시간에 처리 가능하다.
또한, 본 발명은 상기 실시예의 내용에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 요지의 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다.
예를 들면, 상술한 실시예에서는 유리 기판을 피가공체로 하고 있지만, 그 밖의 기판(예를 들어, 실리콘 기판) 등을 피가공체로 하는 것도 가능하다. 또한, 감광성 막 자체를 피가공체로 할 수도 있다.
도 29는 감광성을 갖는 막 자체를 피가공체로 하는 경우의 공정 단면도로서, 해당되는 공정만이 부분적으로 나타나 있다. 여기에서는, 감광성 막(152)으로서 폴리이미드 수지 등으로 이루어지는 막을 채용하는 것이 바람직하다. 그리고, 도 29의 (A)에 나타낸 바와 같이, 기판(100) 위에 설치된 피가공체로서의 감광성 막 (152)에 대하여, 상술한 실시예와 마찬가지로 2개의 레이저 빔을 교차시켜 얻어지는 간섭광을 조사하여 노광한다. 이것에 의해, 잠상 패턴(154)이 형성된다. 그 후, 이 노광된 부위를 현상하여 간섭광의 패턴에 대응하는 요철 형상을 발현시킨다. 이것에 의해, 도 29의 (B)에 나타낸 바와 같이, 감광성 막(152)으로 이루어지는 미세한 요철 패턴이 성형된다.
또한, 상술한 실시예에서의 노광 장치(1b)에서는, 2개의 레이저 빔을 발생시키기 위한 분기 수단으로서 회절형 빔 스플리터를 채용하고, 또한 이 회절형 빔 스플리터를 빔 강도비 제어 수단으로서도 겸용하여 광학계를 구성하고 있지만, 이외에도 다양한 광학계를 채용할 수 있다.
도 30은 광학계의 다른 구성예를 설명하는 도면이다. 또한, 도시한 각 광학계는 상기 도 1에 나타낸 노광 장치(1b)의 광학계의 일부(회절형 빔 스플리터(14b)이후)와 대체되어야 할 것이다. 각 도면에서는 설명의 편의상, 렌즈나 공간 필터를 생략하는 등 구성이 간략화되어 나타나 있다.
도 30의 (A)에 나타낸 광학계는 분기 수단으로서 하프 미러(half mirror, 30)를 채용하고, 빔 강도비 제어 수단으로서 어테뉴에이터(attenuator)(31)를 채용한 경우의 일례이다. 하프 미러(30)는, 예를 들면, 석영 유리 등으로 이루어지는 투명 기판에 금속 박막 등의 반투과막이 코팅되어 이루어지는 것으로서, 입사되는 레이저 빔(B0)을 강도 분할하여 2개의 레이저 빔(B1, B2)을 발생시킨다. 어테뉴에이터(31)는 레이저 빔(B1)의 광로 위에 배치되어 상기 레이저 빔(B1)의 강도를 감쇠시키는 것이다. 또한, 다른쪽 레이저 빔(B2)의 광로 위에도 어테뉴에이터를 배 치하도록 할 수도 있다. 또한, 어테뉴에이터와 같이 레이저 빔의 강도를 감쇠시키는 것에 한정되지 않고, 레이저 빔의 강도를 증폭하는 기능을 구비하는 소자 등을 사용하여 빔 강도비를 조절할 수도 있다.
도 30의 (B)에 나타낸 광학계는 분기 수단으로서 편광 분리 소자(40)를 채용하고, 빔 강도비 제어 수단으로서 1/2 파장판(41)을 채용한 경우의 일례이다. 본 예에서는, 편광 분리 소자(40) 앞에 배치한 1/2 파장판(41)의 방위를 전환시킴으로써, 편광 분리 소자(40)로 분리되는 상광선(常光線, ordinary ray)과 이상광선(異常光線, extraordinary ray)의 강도비를 조절한다. 그 결과, 편광 방위가 직교하는 2개의 레이저 빔(B1, B2)을 얻을 수 있다. 또 하나의 1/2 파장판(42)은 편광 분리 소자(40)에 의해 얻어진 한쪽의 레이저 빔(B1)의 편광 방위를 TM 편광에서 TE 편광으로 변환하는 기능을 맡는다.
또한, 상술한 실시예에서는 레이저 광원과 분기 수단(회절형 빔 스플리터 등)의 조합에 의해 2개의 레이저 빔을 발생하는 빔 발생 수단이 구성되어 있지만, 빔 발생 수단은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 각각 1개의 레이저 빔을 출력하는 레이저 광원을 2개 사용하여 본 발명에 따른 빔 발생 수단으로 할 수도 있다. 또한, 상술한 제 1 실시예에서 설명한 회절 소자(50, 51)와 같은 회절 소자를「분기 수단」 및 「광학적 수단」으로서 사용할 수도 있다. 그 경우에는 소자 설계를 행할 때에, +1차 회절 빔과 -1차 회절 빔의 강도비 또는 투과 빔과 회절 빔의 강도비가 소정값으로 되도록 해 두면 된다.
또한, 상술한 실시예에서는 렌즈와 공간 필터에 의해 구성되는 빔 익스팬더 로 발생시킨 구면파를 간섭 노광에 이용했지만, 상기 빔 익스팬더 후에 콜리메이터 렌즈를 배치함으로써, 평면파를 간섭 노광에 이용하는 것도 가능하다. 또한, 각종 광학 소자(렌즈, 위상판, 계산기 홀로그램 등)를 사용하여 적어도 한쪽 파면에 위상 변조를 부가함으로써 다양한 미세 패턴을 실현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 가시광의 파장보다 짧은 오더에서의 미세 가공을 낮은 비용으로 실현할 수가 있다.

Claims (35)

  1. 피가공체의 상측에 감광성 막을 형성하는 감광성 막 형성 공정과,
    가시광 파장보다도 짧은 파장의 2개의 레이저 빔을 교차시켜 간섭광을 발생시키고, 상기 간섭광을 조사함으로써 상기 감광성 막을 노광하는 제 1 노광 공정과,
    노광 후의 상기 감광성 막을 현상하여 상기 간섭광의 패턴에 대응하는 형상을 상기 감광성 막에 발현시키는 현상 공정과,
    현상 후의 상기 감광성 막을 에칭 마스크로하여 에칭을 행하여, 상기 피가공체를 가공하는 에칭 공정을 포함하는 미세 구조체의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 노광 공정에서, 상기 2개의 레이저 빔의 강도비를 조절함으로써 상기 간섭광의 광강도 분포를 가변으로 설정하여 노광을 행하는 미세 구조체의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 노광 공정은 상기 감광성 막의 노광을 복수회 행하고, 상기 복수회의 노광의 각각마다 상기 간섭광과 상기 감광성 막의 상대적 배치를 변경하여 설정하는 미세 구조체의 제조 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 노광 공정은 상기 감광성 막의 노광을 복수회 행하고, 상기 복수회의 노광의 각각마다 상기 2개의 레이저 빔의 강도비를 다른 값으로 설정하는 미세 구조체의 제조 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 감광성 막으로서 화학 증폭형 레지스트를 사용하는 미세 구조체의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 감광성 막 형성 공정, 상기 제 1 노광 공정 및 상기 현상 공정을 행할 때의 분위기를 알칼리계 불순물의 농도가 1ppb 이하로 되도록 하는 미세 구조체의 제조 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 감광성 막으로서 자기(自己) 조직화 단분자막을 사용하는 미세 구조체의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 노광 공정 이후이고 상기 현상 공정보다 이전에, 상기 2개의 레이저 빔의 상호간에 상기 제 1 노광 공정시와는 다른 위상차를 부여하면서 상기 2개의 레이저 빔을 교차시켜 간섭광을 발생시키고, 상기 간섭광을 조사함으로써 상기 감광성 막을 노광하는 제 2 노광 공정을 더 포함하는 미세 구조체의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 2 노광 공정은 상기 2개의 레이저 빔의 적어도 한쪽에 대하여 위상변조 수단에 의해 위상 변조를 부가함으로써 상기 위상차를 발생시키는 미세 구조체의 제조 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 감광성 막으로서 다광자(多光子) 흡수를 나타내는 것을 사용하는 미세 구조체의 제조 방법.
  11. 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감광성 막 형성 공정에 앞서, 상기 피가공체와 상기 감광성 막 사이에 개재(介在)하는 반사 방지막을 형성하는 반사 방지막 형성 공정을 더 포함하는 미세 구조체의 제조 방법.
  12. 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감광성 막 형성 공정 후에, 상기 감광성 막의 상면(上面)에 보호막을 형성하는 보호막 형성 공정을 더 포함하는 미세 구조체의 제조 방법.
  13. 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 레이저 빔의 한쪽과 다른 쪽을 상기 감광성 막의 노광면과 직교하는 축에 대하여 대칭으로 입사시키는 미세 구조체의 제조 방법.
  14. 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 레이저 빔의 각각은 직선 편광이며, 그 편광 방위가 빔 입사면과 직교하는 미세 구조체의 제조 방법.
  15. 제 1 항, 제 2 항, 또는 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 레이저 빔은 동일한 레이저 광원으로부터 출력되는 1개의 레이저 빔을 분기(分岐) 수단에 의해 분기시켜 얻어지는 것인 미세 구조체의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 분기 수단은 ±n차 회절 빔(n은 1이상의 자연수)을 발생시키는 것이며, 상기 ±n차 회절 빔을 상기 2개의 레이저 빔으로서 사용하는 미세 구조체의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 분기 수단은 상기 ±n차 회절 빔보다도 에너지가 낮은 0차 빔을 더 발생시키는 것이며, 상기 0차 빔을 참조하여 상기 감광성 막과 상기 간섭광의 상대 위치를 설정하는 미세 구조체의 제조 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 분기 수단은 1개의 투과 빔과, 상기 투과 빔과는 다른 방향으로 진행하는 1개의 회절 빔을 발생시키는 것이며, 상기 투과 빔과 상기 회절 빔을 상기 2개의 레이저 빔으로서 사용하는 미세 구조체의 제조 방법.
  19. 가시광 파장보다도 파장이 짧은 2개의 레이저 빔을 교차시켜 간섭광을 발생시키고, 상기 간섭광을 조사함으로써 감광성을 갖는 피가공체를 노광하는 제 1 노광 공정과,
    상기 피가공체의 노광된 부위를 현상함으로써, 상기 간섭광의 패턴에 대응하는 요철 형상을 상기 감광성 막에 발현시키는 현상 공정을 포함하는 미세 구조체의 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 노광 공정 이후이고 상기 현상 공정보다 이전에, 상기 2개의 레이저 빔의 상호간에 상기 제 1 노광 공정시와는 다른 위상차를 부여하면서 상기 2개 의 레이저 빔을 교차시켜 간섭광을 발생시키고, 상기 간섭광을 조사함으로써 상기 피가공체를 노광하는 제 2 노광 공정을 더 포함하는 미세 구조체의 제조 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 노광 공정에서, 상기 2개의 레이저 빔의 강도비를 조절함으로써 상기 간섭광의 광강도 분포를 가변으로 설정하여 노광을 행하는 미세 구조체의 제조 방법.
  22. 감광성 막 또는 감광성을 갖는 피가공체를 노광하기 위한 장치로서,
    가시광 파장보다도 짧은 파장의 2개의 레이저 빔을 발생하는 빔 발생 수단과,
    상기 2개의 레이저 빔이 소정 각도로 교차하여 간섭광을 발생하도록 상기 각레이저 빔의 진로를 설정하는 광학적 수단을 포함하고,
    상기 간섭광을 이용하여 상기 감광성 막 또는 상기 피가공체를 노광하는 노광 장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 2개의 레이저 빔 중 적어도 한쪽 레이저 빔의 진로 위에 배치되어 상기 레이저 빔에 위상 변조를 부여하는 위상 변조 수단을 더 포함하고,
    상기 간섭광을 이용하여 상기 감광성 막 또는 상기 피가공체를 다중 노광하 며, 그 때, 각 노광마다 상기 위상 변조 수단에 의해 상기 2개의 레이저 빔의 상호간에 다른 위상차를 부여하면서 노광을 행하는 노광 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 감광성 막 또는 상기 피가공체는 다광자 흡수를 나타내는 것인 노광 장치.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 위상 변조 수단은 위상차판 또는 액정 공간 광변조 소자인 노광 장치.
  26. 제 22 항에 있어서,
    상기 2개의 레이저 빔 중 적어도 한쪽 레이저 빔의 진로 위에 배치되어, 상기 레이저 빔의 강도를 증감시킴으로써 상기 2개의 레이저 빔의 강도비를 조절하는 빔 강도비 제어 수단을 더 포함하고,
    상기 2개의 레이저 빔의 강도비를 조절함으로써 상기 간섭광의 광강도 분포를 가변으로 설정하며, 상기 간섭광을 이용하여 상기 감광성 막 또는 상기 피가공체를 노광하는 노광 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 강도비 제어 수단은 회절형 빔 스플리터(splitter)인 노광 장치.
  28. 제 22 항, 제 23 항, 또는 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감광성 막 또는 상기 피가공체와 상기 간섭광의 발생 위치의 상대적인 위치를 설정하는 위치 설정 수단을 더 포함하는 노광 장치.
  29. 제 22 항, 제 23 항, 또는 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 빔 발생 수단은 1개의 레이저 빔을 출력하는 레이저 광원과, 상기 1개의 레이저 빔을 분기하여 2개의 레이저 빔을 생성하는 분기 수단을 포함하는 노광 장치.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 분기 수단은 회절형 빔 스플리터이며,
    상기 2개의 레이저 빔은 상기 회절형 빔 스플리터에 의해 얻어지는 ±n차 회절 빔(n은 1이상의 자연수)인 노광 장치.
  31. 제 30 항에 있어서,
    상기 회절형 빔 스플리터는 상기 ±n차 회절 빔에 부가하여, 상기 ±n차 회절 빔보다도 에너지가 낮은 0차 빔을 발생시키는 것인 노광 장치.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 0차 빔을 수광하여 전기 신호로 변환하는 모니터를 더 포함하는 노광 장치.
  33. 제 29 항에 있어서,
    상기 분기 수단은 회절 소자이고,
    상기 2개의 레이저 빔은 상기 회절 소자에 의해 얻어지는 1개의 투과 빔과 상기 투과 빔과는 다른 방향으로 진행하는 1개의 회절 빔인 노광 장치.
  34. 제 22 항, 제 23 항, 또는 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2개의 레이저 빔 각각의 진로 위에 배치되어 상기 각 레이저 빔의 빔 직경을 확대하는 빔 익스팬더(expander)를 더 구비하는 노광 장치.
  35. 제 1 항 또는 제 19 항에 기재된 제조 방법에 의해 제조되는 미세 구조체를 구비하는 전자 기기.
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