KR20200087781A - 광 발생 장치, 광 발생 장치를 구비하는 노광 장치, 노광 시스템, 광 발생 방법, 및 노광 포토 레지스트 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 도너츠 형상 강도 분포를 갖는 광 와류의 코어 직경 dV 를 암선으로서 이용하여, 미세 가공이 가능한 레이저 묘화 노광법에 사용할 수 있는 광을 발생시키는 광 발생 장치 및 광 발생 방법, 그리고 그 장치 및 방법을 사용한 노광 방법 및 장치를 제공한다. 본 발명은, 서로 상이한 토폴로지컬 차지를 갖는 복수의 광 와류를 간섭시켜 얻어지는 광을 발생시키는 광 발생 장치 및 광 발생 방법, 그리고 그 장치 및 방법을 사용한 노광 방법 및 장치를 제공한다.

Description

광 발생 장치, 광 발생 장치를 구비하는 노광 장치, 노광 시스템, 광 발생 방법, 및 노광 포토 레지스트 제조 방법
본 발명은, 광 발생 장치, 광 발생 장치를 구비하는 노광 장치, 노광 시스템, 광 발생 방법, 및 노광 포토 레지스트 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 광 와류를 사용하여 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속을 발생시키는 광 발생 장치, 및 그 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속을 사용하여 노광하는 노광 장치에 관한 것이고, 그리고 그 광 발생 장치 및 그 노광 장치를 사용한 노광 시스템, 광 발생 방법, 및 노광 포토 레지스트 제조 방법에 관한 것이다.
금속 미세 구조의 형성에 있어서, 포토리소그래피법은 필요 불가결한 기술이 되어 있다. 포토리소그래피법에 있어서의 리프트 오프법은, 대표적인 구조 제작 프로세스이다. 리프트 오프법에 한정되지 않고, 포토리소그래피법에서는 반드시 레지스트 재료에 대한 「감광」의 프로세스를 필요로 하는데, 이것에는 크게 나누어 2 개의 어프로치가 있다.
하나는 마스크 노광법으로, 패턴 가공을 실시한 차폐 기판 (마스크) 을 레지스트 상에 배치하고, 감광 영역의 2 차원 패턴을 형성한다 (예를 들어 비특허문헌 1 을 참조). 이 수법에서는, 마스크의 패턴에 충실한 미세 가공을 용이하게 실시할 수 있어, 수 10 ㎚ 정도의 미세 금속 구조를 형성할 수 있다. 그러나, 마스크의 제조에 큰 비용이 드는 난점이 있다. 또, 패턴마다 마스크를 준비할 필요가 있어 유연성이 우수하지 않다. 또한, 구조가 미세화되면, 마스크 경계부로부터의 광의 회절이 가공 패턴에 악영향을 미친다.
마스크 노광법과 대등한 또 하나의 대표적 수법이, 레이저 묘화 노광법이다 (예를 들어 비특허문헌 2 를 참조). 이 수법에서는, 시료 스테이지 내지 레이저광을 2 차원적으로 주사하여, 레지스트 상에 감광 영역의 2 차원 패턴을 형성한다. 묘화 노광법은 형성 가능한 패턴의 유연성이 높고, 컴퓨터상에서 프로그램한 궤적을 묘화함으로써 임의의 금속 패턴을 가공할 수 있다. 요컨대, 마스크 노광법과 같이 패턴마다 별도 소모품을 필요로 하지 않는 점에 이점을 갖는다. 그러나, 가공 패턴의 공간 분해능이 사용하는 레이저의 파장의 회절 한계에 제약되기 때문에, 마스크 노광법에 비해 가공 패턴의 미세화에는 연구를 필요로 한다.
레이저 묘화 노광법의 이점을 살리면서, 보다 미세한 가공을 실현하기 위한 시도는 여러 가지 보고되어 있다. 직접적인 방법은 (1) 노광 광학계의 개구수를 높게 하거나, (2) 레이저광의 단파장화의 2 가지이다. 그러나, 이들 방법에 기초하는 미세화는 이미 기술적인 한계에 도달해 있다고 말할 수 있다.
미세 가공을 실현화하는 어프로치로서, 세로 전기장을 이용하여 고해상도화하는 방법이 있다 (예를 들어 비특허문헌 3 을 참조). 이 방법에서는, 레이디얼 편광으로 불리는 방사상의 편광 공간 분포를 갖는 광파를 높은 개구수의 조건하에서 집광한다. 레이디얼 편광의 편광 분포의 특성상, 집광점에는 강하게 세로 전기장 (레이저의 진행 방향에 발생하는 국재 전기장) 이 발생하고, 이 전기장은 가우시안광의 회절 한계보다 작은 스폿을 형성하는 점에서 미세 가공이 가능해진다. 그러나 본 방법에서는, 높은 개구수의 렌즈가 필수이며, 초점 심도의 문제가 보다 현재화되게 된다.
광 와류는, 도너츠상의 강도 분포나 궤도각 운동량 등의 특이한 광학적 성질을 갖는 점에서 주목을 모으며, 최근 여러 가지 응용법이 제안되어 있다 (예를 들어 비특허문헌 4 를 참조).
일반적으로 레이저로부터 사출되는 광파의 가로 모드는 TEM00 모드이고, 가우스 함수의 형태로 기술 가능한 강도 분포를 갖는 점에서 가우시안광으로 불린다. 이 가우시안광은 빔의 단면 내에서 일정한 (회절에 의해 발생하는 포물상의 위상 인자를 무시한 경우) 위상 분포를 갖는다.
한편, 광 와류는, 나선상의 파면 (등위상면) 을 갖는 광파이고, 그 전기장은 하기 식 (1) (식 (1) 중, A (r) 은 진폭, l 는 토폴로지컬 차지 (TC (Topological Charge)), θ 는 방위각이다) 로 나타낼 수 있다.
Figure pct00001
광 와류의 나선 구배는 TC 의 값에 의해 정해지고, 이 파라미터는 일반 광 와류를 특징짓는 지표가 된다. 파면이 나선을 이루는 점에서, 광 와류의 빔 중심에서는 위상이 부정이 되는 특이점이 형성되게 되고, 특이점 상에서는 회절에 의해 발생하는 2 차 구면파끼리가 서로 상쇄하도록 간섭하기 때문에, 광 강도가 완전히 소실된다. 결과적으로, 강도 분포는 도너츠상의 형상이 된다. 광 와류의 도너츠 형상 강도 분포의 코어 직경은 특이점 회전의 나선 구배에 따라 상이하다는 성질이 있고, 가장 완만한 위상 구배를 갖는 광 와류의 경우, 그 코어 직경 dV 는 가우시안 빔의 빔 웨이스트 dG 보다 작아진다.
그러나, 가우시안 빔의 빔 웨이스트 dG 보다 작은 코어 직경 dV 를 갖는 광 와류를 그대로, 레이저 묘화 노광법에 사용하여, 도너츠 형상 강도 분포를 갖는 광 와류를 주사하였다고 해도, 도너츠 형상의 외측 가장자리를 직경으로 하는 광속의 궤적이 남을 뿐이고, 가우시안 빔의 빔 웨이스트 dG 보다 작은 코어 직경 dV 를 사용할 수 없다.
S. Rizvi, "Handbook of Photomask Manufacturing Technology," CRC Press p. 728 (2005). Z. Cui, "Nanofabrication: Principles, Capabilities and Limits," Springer Press p. 343 (2010). K. Ushakova, Q. Y. van den Berg, S. F. Pereira, and H. P. Urbach, "Demonstration of spot size reduction by focusing amplitude modulated radially polarized light on a photoresist," Journal of Optics 17, 125615 (2015). A. M. Yao, M. J. Padgett, and M. Babiker, "Orbital angular momentum: origins, behavior and applications," Adv. Opt. Photon. 3, 161-204 (2011).
그래서, 본 발명의 목적은, 도너츠 형상 강도 분포를 갖는 광 와류의 코어 직경 dV 를 암선으로서 이용하여, 레이저 묘화 노광법에 사용할 수 있는 광, 특히 미세 가공이 가능한 레이저 묘화 노광법에 사용할 수 있는 광을 발생시키는 광 발생 장치 및 광 발생 방법을 제공하는 것에 있다.
또, 본 발명의 목적은, 상기 목적에 더하여, 또는 상기 목적 이외에, (1) 고개구수의 노광 광학계 및/또는 (2) 단파장화 레이저광이라는 기술을 이용하지 않고, 미세 가공이 가능한 레이저 묘화 노광법에 사용할 수 있는 광을 발생시키는 광 발생 장치 및 광 발생 방법을 제공하는 것에 있다. 또한, 본 발명의 목적은, 상기 목적에 더하여, (1) 고개구수의 노광 광학계 및/또는 (2) 단파장화 레이저광을 사용함으로써, 더욱 미세 가공이 가능한 레이저 묘화 노광법에 사용할 수 있는 광을 발생시키는 광 발생 장치 및 광 발생 방법을 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 목적은, 상기 목적에 더하여, 또는 상기 목적 이외에, 상기 서술한 광 발생 장치 및 광 발생 방법을 사용하여, 레이저 묘화 노광법을 실시하는 노광 장치 및 노광 방법을 제공하는 것에 있다.
또, 본 발명의 목적은, 상기 목적에 더하여, 또는 상기 목적 이외에, 상기 서술한 노광 장치 및 노광 방법을 사용하는 노광 시스템 및 포토 레지스트 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명자들은, 광 와류, 특히 광 와류의 코어부를 이용하는 것을 알아냈다. 동일한 레이저광을 사용하여 광 와류를 조제하는 경우와 그 레이저광을 그대로 사용하는 (가우시안광) 경우를 비교하면, 상기 서술한 바와 같이, 광 와류의 코어 직경 dV 는, 가우시안광의 빔 웨이스트 dG 보다 작아진다. 본 발명자들은, 그 가우시안광의 빔 웨이스트 dG 보다 작은 광 와류의 코어 직경 dV 를 이용하여, 회절 한계의 문제를 극복하고, 미세 가공이 가능한 광 발생 장치 및 광 발생 방법, 그 장치 및 방법을 사용한 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 노광 시스템 및 포토 레지스트 제조 방법을 알아냈다.
즉, 본 발명자들은, 이하의 발명을 알아냈다.
＜1＞ 서로 상이한 토폴로지컬 차지를 갖는 복수의 광 와류를 간섭시켜 얻어지는 광을 발생시키는 광 발생 장치.
＜2＞ 제 1 토폴로지컬 차지를 갖는 제 1 광 와류를 발생시키는 제 1 광 와류 발생 장치 ;
제 1 토폴로지컬 차지와 절대값이 동등하고 또한 부호가 상이한 제 2 토폴로지컬 차지를 갖는 제 2 광 와류를 발생시키는 제 2 광 와류 발생 장치 ; 및
제 1 광 와류와 제 2 광 와류를 간섭시키는 간섭 장치 ;
를 갖고, 간섭 장치로부터 소정 거리 이간되는 적어도 2 개의 광속이 발생되는, 광 발생 장치.
＜3＞ 상기 ＜2＞ 에 있어서, 제 1 광 와류 발생 장치로부터 발생한 제 1 광 와류와 제 2 광 와류 발생 장치로부터 발생한 제 2 광 와류의 위상차를 제어하는 위상 제어 장치를 추가로 갖는 것이 좋다.
＜4＞ 상기 ＜2＞ 또는 ＜3＞ 에 있어서, 직선 편광을 발생시키는 직선 편광 발생 장치를 추가로 갖는 것이 좋다.
＜5＞ 상기 ＜4＞ 에 있어서, 직선 편광 발생 장치가, 코히런트광을 발생시키는 코히런트광 발생 장치를 포함하는 것이 좋다.
＜6＞ 상기 ＜5＞ 에 있어서, 코히런트광의 코히런스도가 0.95 이상, 바람직하게는 0.98 이상인 것이 좋다.
＜7＞ 상기 ＜2＞ ∼ ＜6＞ 중 어느 하나에 있어서, 직선 편광을 발생시키는 직선 편광 발생 장치를 추가로 갖고, 그 직선 편광 발생 장치로부터의 직선 편광이, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치, 위상 제어 장치 및 간섭 장치를 통하는 것에 의해, 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속이 발생되는 것이 좋다.
＜8＞ 상기 ＜2＞ ∼ ＜7＞ 중 어느 하나에 있어서, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치가, 축대칭 편광 소자인 것이 좋다.
＜9＞ 코히런트광을 발생시키는 코히런트광 발생 장치 ;
코히런트광을 직선 편광으로 하는 편광자 ;
직선 편광을 제 1 광 와류 및 그 제 1 광 와류와 절대값이 동등하고 부호가 상이한 토폴로지컬 차지를 갖는 제 2 광 와류로 하는 축대칭 편광 소자 ; 및
제 1 광 와류와 제 2 광 와류를 간섭시키는 간섭 장치 ;
를 갖고,
간섭 장치로부터 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속이 발생되는, 광 발생 장치.
＜10＞ 상기 ＜9＞ 에 있어서, 소정 거리가, 코히런트광의 직경보다 작은 것이 좋다.
＜11＞ 상기 ＜2＞ ∼ ＜10＞ 중 어느 하나의 광 발생 장치 ; 및
그 광 발생 장치로부터 발생하는, 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속을 사용하여 노광하는 노광 수단 ;
을 갖는 노광 장치.
＜12＞ 상기 ＜11＞ 에 있어서, 노광 수단이, 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속을 주사하는 주사 장치를 구비하는 것이 좋다.
＜13＞ 상기 ＜11＞ 또는 ＜12＞ 에 기재된 노광 장치 ; 및
포토 레지스트 ;
를 갖는 노광 시스템으로서,
소정 거리를 선폭으로 하는 암선을 포토 레지스트에 형성하는 노광 시스템.
＜14＞ 상기 ＜13＞ 에 있어서, 포토 레지스트가 네거티브형인 것이 좋다.
＜15＞ 서로 상이한 토폴로지컬 차지를 갖는 복수의 광 와류를 간섭시켜 얻어지는 광을 발생시키는 광 발생 방법.
＜16＞ C) 제 1 토폴로지컬 차지를 갖는 제 1 광 와류를 발생시키는 제 1 광 와류 발생 공정 ;
D) 제 1 토폴로지컬 차지와 절대값이 동등하고 또한 부호가 상이한 제 2 토폴로지컬 차지를 갖는 제 2 광 와류를 발생시키는 제 2 광 와류 발생 공정 ; 및
F) 제 1 광 와류와 제 2 광 와류를 간섭시키는 간섭 공정 ;
을 갖고, 간섭 공정 후, 소정 거리 이간되는 적어도 2 개의 광속이 발생되는, 광 발생 방법.
＜17＞ 상기 ＜16＞ 에 있어서, E) C) 제 1 광 와류 발생 공정으로부터 발생한 제 1 광 와류와 D) 제 2 광 와류 발생 장치로부터 발생한 제 2 광 와류의 위상차를 제어하는 위상 제어 공정 ; 을 추가로 갖는 것이 좋다.
＜18＞ 상기 ＜17＞ 에 있어서, C) 제 1 광 와류 발생 공정 및 D) 제 2 광 와류 발생 공정을 대략 동시에 실시하는 것이 좋다.
＜19＞ 상기 ＜16＞ 또는 ＜17＞ 에 있어서, C) 제 1 광 와류 발생 공정 및 D) 제 2 광 와류 발생 공정을, 축대칭 편광 소자에 의해, 대략 동시에 실시하는 것이 좋다.
＜20＞ 상기 ＜16＞ ∼ ＜19＞ 중 어느 하나에 있어서, B) 직선 편광을 발생시키는 직선 편광 발생 공정 ; 을, C) 제 1 광 와류 발생 공정 전이고 D) 제 2 광 와류 발생 공정 전에 추가로 갖고, 그 직선 편광을 사용하여 C) 제 1 광 와류 발생 공정 및 D) 제 2 광 와류 발생 공정을 실시하는 것이 좋다.
＜21＞ 상기 ＜20＞ 에 있어서, B) 직선 편광 발생 공정 전에, A) 코히런트광을 발생시키는 코히런트광 발생 공정을 추가로 갖는 것이 좋다.
＜22＞ 상기 ＜21＞ 에 있어서, 코히런트광의 코히런스도가 0.95 이상, 바람직하게는 0.98 이상인 것이 좋다.
＜23＞ 상기 ＜21＞ 또는 ＜22＞ 에 있어서, 코히런트광의 광속의 직경보다, 소정 거리가 작은 것이 좋다.
＜24＞ A) 코히런트광을 발생시키는 코히런트광 발생 공정 ;
B) 코히런트광을 직선 편광으로 하여, 직선 편광을 발생시키는 직선 편광 발생 공정 ;
C) 직선 편광으로부터 제 1 광 와류를 발생시키는 제 1 광 와류 발생 공정 ;
D) 직선 편광으로부터 그 제 1 광 와류와 절대값이 동등하고 부호가 상이한 토폴로지컬 차지를 갖는 제 2 광 와류를 발생시키는 제 2 광 와류 발생 공정 ;
E) C) 제 1 광 와류 발생 공정으로부터 발생한 제 1 광 와류와 D) 제 2 광 와류 발생 장치로부터 발생한 제 2 광 와류의 위상차를 제어하는 위상 제어 공정 ; 및
F) 제 1 광 와류와 제 2 광 와류를 간섭시키는 간섭 공정 ;
을 갖고, F) 간섭 공정 후, 코히런트광의 광속의 직경보다 작은 거리가 이간되는 적어도 2 개의 광속이 발생되는, 광 발생 방법.
＜25＞ G) 상기 ＜16＞ ∼ ＜24＞ 중 어느 하나에 기재된 광 발생 방법에 의해 얻어지는, 적어도 2 개의 광속을 사용하여 포토 레지스트를 노광하는 노광 공정 ; 을 갖고,
적어도 2 개의 광속의 이간된 거리가 암선으로서 노광되는 포토 레지스트를 얻는 노광 포토 레지스트 제조 방법.
＜26＞ 상기 ＜25＞ 에 있어서, G) 노광 공정이, G)-1) 적어도 2 개의 광속을 포토 레지스트의 표면 상을 주사하는 공정을 포함하는 것이 좋다.
＜27＞ 상기 ＜25＞ 또는 ＜26＞ 에 있어서, 포토 레지스트가 네거티브형인 것이 좋다.
본 발명에 의해, 도너츠 형상 강도 분포를 갖는 광 와류의 코어 직경 dV 를 암선으로서 이용하여, 레이저 묘화 노광법에 사용할 수 있는 광, 특히 미세 가공이 가능한 레이저 묘화 노광법에 사용할 수 있는 광을 발생시키는 광 발생 장치 및 광 발생 방법을 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 의해, 상기 효과에 더하여, 또는 상기 효과 이외에, (1) 고개구수의 노광 광학계 및/또는 (2) 단파장화 레이저광이라는 기술을 이용하지 않고, 미세 가공이 가능한 레이저 묘화 노광법에 사용할 수 있는 광을 발생시키는 광 발생 장치 및 광 발생 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의해, 상기 효과에 더하여, (1) 고개구수의 노광 광학계 및/또는 (2) 단파장화 레이저광을 사용함으로써, 더욱 미세 가공이 가능한 레이저 묘화 노광법에 사용할 수 있는 광을 발생시키는 광 발생 장치 및 광 발생 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의해, 상기 효과에 더하여, 또는 상기 효과 이외에, 상기 서술한 광 발생 장치 및 광 발생 방법을 사용하여, 레이저 묘화 노광법을 실시하는 노광 장치 및 노광 방법을 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 의해, 상기 효과에 더하여, 또는 상기 효과 이외에, 상기 서술한 노광 장치 및 노광 방법을 사용하는 노광 시스템 및 포토 레지스트 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1 은, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치로서 공간 광 변조기를 사용하는 경우로서 마하젠더 간섭계의 양태를 취하는 광 발생 장치의 양태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2 는, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치로서 나선형 위상판을 사용하는 경우로서 마하젠더 간섭계의 양태를 취하는 광 발생 장치의 양태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 3 은, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치로서 공간 광 변조기를 사용하는 경우로서 마이컬슨 간섭계의 양태를 취하는 광 발생 장치의 양태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4 는, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치로서 축대칭 편광 소자를 사용하는 경우의 광 발생 장치의 양태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 5 는, 실시예 1 에서 사용하는, 본 발명의 광 발생 장치 및 노광 장치를 구현화한 광학계 (1) 의 개략을 나타내는 도면이다.
도 6 은, 실시예 1 에서 얻어진 세선 구조 ((a)) 및 비교예 1 에서 얻어진 세선 구조 ((b)) 를 나타내는 현미경 이미지이다.
도 7 은, 실시예 1 및 실시예 2 에서 얻어진 노광 강도와 세선의 선폭의 관계 ((a)) 및 비교예 1 및 비교예 2 에서 얻어진 노광 강도와 세선의 선폭의 관계 ((b)) 를 나타내는 그래프이다.
도 8 은, 반파장판 (12) 을 구비하는 실시예 3 의 광학계 (2) 를 사용하여 얻어진 암곡선 영역을 나타내는 현미경 이미지이다.
본 발명은, 가우시안 빔의 빔 웨이스트 dG 보다 작은 광 와류의 코어 직경 dV 를 이용하는 광 발생 장치 및 광 발생 방법, 그 광 발생 장치 및 광 발생 방법을 사용하는 노광 장치, 노광 방법, 노광 시스템 및 노광 포토 레지스트 제조 방법을 개시한다. 이하, 각각에 대해 설명한다.
＜광 발생 장치＞ 및 ＜광 발생 방법＞
본 발명은, 이하의 광 발생 장치 및 광 발생 방법을 개시한다.
즉, 본 발명은, 서로 상이한 토폴로지컬 차지를 갖는 복수의 광 와류를 간섭시켜 얻어지는 광을 발생시키는 광 발생 장치 및 광 발생 방법 ; 을 개시한다.
구체적으로는, 본 발명은, 이하의 광 발생 장치 및 광 발생 방법을 개시한다.
즉, 본 발명의 광 발생 장치는,
제 1 토폴로지컬 차지를 갖는 제 1 광 와류를 발생시키는 제 1 광 와류 발생 장치 ;
제 1 토폴로지컬 차지와 절대값이 동등하고 또한 부호가 상이한 제 2 토폴로지컬 차지를 갖는 제 2 광 와류를 발생시키는 제 2 광 와류 발생 장치 ; 및
제 1 광 와류와 제 2 광 와류를 간섭시키는 간섭 장치 ;
를 갖고, 간섭 장치로부터 소정 거리 이간되는 적어도 2 개의 광속이 발생된다.
또, 본 발명의 광 발생 방법은,
C) 제 1 토폴로지컬 차지를 갖는 제 1 광 와류를 발생시키는 제 1 광 와류 발생 공정 ;
D) 제 1 토폴로지컬 차지와 절대값이 동등하고 또한 부호가 상이한 제 2 토폴로지컬 차지를 갖는 제 2 광 와류를 발생시키는 제 2 광 와류 발생 공정 ; 및
F) 제 1 광 와류와 제 2 광 와류를 간섭시키는 간섭 공정 ;
을 갖고, 간섭 공정 후, 소정 거리 이간되는 적어도 2 개의 광속이 발생된다.
이하, 본 발명의 광 발생 장치에 대해 주로 설명하고, 본 발명의 광 발생 방법은, 광 발생 장치의 설명에 수반하여 설명한다. 「장치」의 설명에서는 「방법」의 설명이 불충분한 경우에, 그 불충분한 설명을, 「방법」으로서, 그때마다 기재한다.
<<제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치>>
본 발명의 광 발생 장치는, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치를 갖는다.
제 1 광 와류 발생 장치는, 제 1 토폴로지컬 차지를 갖는 제 1 광 와류를 발생시킨다.
제 2 광 와류 발생 장치는, 제 1 토폴로지컬 차지와 절대값이 동등하고 또한 부호가 상이한 제 2 토폴로지컬 차지를 갖는 제 2 광 와류를 발생시킨다.
광 와류는, 상기 서술한 바와 같이, 나선상의 파면 (등위상면) 을 갖는 광파이고, 그 전기장은 상기 식 (1) (식 (1) 중, A (r) 는 진폭, l 는 토폴로지컬 차지 (TC (Topological Charge)), θ 는 방위각이다) 로 나타낼 수 있다.
여기서, 제 1 및 제 2 토폴로지컬 차지 (식 (1) 중의 l 에 상당한다) 는, ± 1 의 조합, ± 2 의 조합, ± 3 의 조합으로 할 수 있고, 바람직하게는 토폴로지컬 차지가 ± 1 의 조합 또는 ± 2 의 조합인 것이 좋고, 보다 바람직하게는 나선 차수가 ± 1 의 조합인 것이 좋다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 토폴로지컬 차지 중, 일방이 ＋ 1 이며, 타방이 -1 인 것이 보다 바람직하다.
제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치는, 상기 제 1 광 와류, 상기 제 2 광 와류를 발생할 수 있는 장치이면, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 종래 공지된 광 와류 발생 장치를 사용할 수 있다.
제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치로서, 공간 광 변조기 (예를 들어, 액정 공간 광 변조기) (예를 들어 V. Y. Bazhenov, M. V. Vasnetsov, and M. S. Soskin, "Laser beams with screw dislocations in their wavefronts," JETP Lett. 52, 1037-1039 (1990) 를 참조), 나선형 위상판 (예를 들어 M. W. Beijersbergen, R. P. C. Coeerwinkel, M. Kristensen, and J. P. Woerdman, "Helical-wavefront laser beams produced with a spiral phaseplate," Opt. Co㎜un. 112, 321-327 (1994) 을 참조), 축대칭 편광 소자 (예를 들어 G. Biener, A. Niv, V. Kleiner, and E. Hasman, "Formation of helical beams by use of Pancharatnam. Berry phase optical elements," Opt. Lett. 27, 1875-1877 (2002)) 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
여기서, 축대칭 편광 소자란, 광학축이 소자면 내에서 회전 대칭으로 분포한 편광 소자를 말한다. 그 축대칭 편광 소자는, 복굴절 및 2 색성에 따라 축대칭 파장판이나 축대칭 편광자로서 기능한다.
제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치로서, 상기 서술한 공간 광 변조기, 나선형 위상판, 축대칭 편광 소자를 사용함으로써, 본 발명의 광 발생 장치의 양태는 상이하다. 그 양태에 대해서는 후술한다.
제 1 및 제 2 광 와류 발생 공정은, 상기 서술한 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치에 의해, 달성할 수 있다.
<<간섭 장치>>
본 발명의 장치는, 제 1 광 와류와 제 2 광 와류를 간섭시키는 간섭 장치 ; 를 갖고, 그 간섭 장치를 구비함으로써, 그 간섭 장치로부터 소정 거리 이간되는 적어도 2 개의 광속이 발생된다.
그 간섭 장치로서, 상기 작용을 나타내는 장치이면 특별히 한정되지 않는다.
간섭 장치로서, 사용하는 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치 등에 의존하지만, 예를 들어, 마하젠더 간섭계, 마이컬슨 간섭계, 편광자 등을 들 수 있지만 이들에 한정되지 않는다.
또한, 상기 서술한 바와 같이, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치로서, 상기 서술한 공간 광 변조기, 나선형 위상판, 축대칭 편광 소자를 사용함으로써, 본 발명의 광 발생 장치의 양태는 상이하다. 이 경우, 사용하는 간섭 장치도 적절히 선택할 수 있다. 그들의 양태에 대하여 후술한다.
간섭 장치에 있어서, 제 1 광 와류와 제 2 광 와류를 동축에서 간섭시키거나, 또는 간섭 장치에 있어서, 제 1 광 와류와 제 2 광 와류를 간섭시키기 전에, 그 제 1 광 와류와 제 2 광 와류의 위상차를 제어하는 위상 제어 장치를 추가로 갖는 것이 좋다. 또한, 사용하는 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치, 사용하는 간섭 장치 등에 의존하여, 위상 제어 장치를 배치하는 지점을 정하는 것이 좋다.
간섭 장치로부터는, 소정 거리 이간되는 적어도 2 개의 광속이 발생된다.
소정 거리는, 사용하는 제 1 및/또는 제 2 광 와류 발생 장치, 사용하는 제 1 및/또는 제 2 광 와류, 사용하는 간섭 장치, 사용하는 위상 제어 장치 등, 본 발명의 장치에 사용되는 구성 요소에 의존한다.
간섭 공정은, 상기 서술한 간섭 장치에 의해, 달성할 수 있다.
<<위상 제어 장치>>
위상 제어 장치는, 상기 서술한 바와 같이, 제 1 광 와류와 제 2 광 와류의 위상차를 제어하는 작용을 가지면 특별히 한정되지 않는다.
예를 들어, 위상 제어 장치로서, 반파장판, 1/4 파장판, 전기 광학 변조 소자, 전기 광학 변조 소자와 1/4 파장판의 조합, 음향 광학 소자 등을 들 수 있지만, 이들에 한정되지 않는다.
또한, 위상 제어 장치는, 사용하는 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치, 사용하는 간섭 장치 등에 의존하여, 위상 제어 장치를 배치하는 지점을 정하는 것이 좋다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치보다 광속 입사측 (더욱 광원측) 인 경우, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치와 간섭 장치 사이인 경우, 간섭 장치보다 광속 사출측인 경우, 및 그들의 조합 등이다.
위상 제어 공정은, 상기 서술한 위상 제어 장치에 의해, 달성할 수 있다.
<<그 밖의 장치>>
본 발명의 광 발생 장치는, 상기 서술한 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치, 간섭 장치, 및 위상 제어 장치 이외의 장치를 가져도 된다.
예를 들어, 본 발명의 장치는, 직선 편광을 발생시키는 직선 편광 발생 장치를 추가로 가져도 된다.
또, 그 직선 편광 발생 장치는, 코히런트광을 발생시키는 코히런트광 발생 장치를 포함하는 것이 좋다. 그 코히런트광의 코히런스도가 0.95 이상, 바람직하게는 0.98 이상인 것이 좋다.
직선 편광 발생 공정은, 상기 서술한 직선 편광 발생 장치에 의해, 달성할 수 있다.
본 발명의 장치의 일 양태로서, 직선 편광을 발생시키는 직선 편광 발생 장치를 갖고, 그 직선 편광 발생 장치로부터의 직선 편광이, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치, 및 간섭 장치를 통하는 것에 의해, 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속이 발생되는 것이 좋다.
본 발명의 장치의 일 양태로서, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치가, 축대칭 편광 소자인 것이 좋다.
구체적으로는, 본 발명의 장치의 일 양태로서, 코히런트광, 특히 코히런스도가 0.95 이상, 바람직하게는 0.98 이상인 코히런트광을 발생시키는 코히런트광 발생 장치 ;
코히런트광을 직선 편광으로 하는 편광자 또는 편광 장치 ;
직선 편광을 제 1 광 와류 및 그 제 1 광 와류와 절대값이 동등하고 부호가 상이한 토폴로지컬 차지를 갖는 제 2 광 와류로 하는 축대칭 편광 소자 ; 및
제 1 및 제 2 광 와류를 간섭시키는 간섭 장치 ;
를 갖는 것이 좋고, 간섭 장치로부터 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속이 발생되는 것이 좋다.
본 발명의 광 발생 장치의 양태
본 발명의 광 발생 장치의 일 양태를 상기 서술했지만, 본 발명의 광 발생 장치는, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치로서 사용하는 장치에 의존하여, 다음과 같은 양태로 할 수 있다.
a1. 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치로서 공간 광 변조기를 사용하는 경우 (마하젠더 간섭계의 양태에 의한 것)
도 1 은, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치로서 공간 광 변조기를 사용하는 경우의 광 발생 장치의 양태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
본 태양의 광 발생 장치 (a1) 는, 광원으로서 레이저 (a2), 빔 스플리터 (a3), 위상 변조기 (a4), 제 1 및 제 2 공간 광 변조기 (a5 및 a6), 그리고 빔 스플리터 (a7) 를 구비한다. 즉, 본 태양의 광 발생 장치 (a1) 는, 빔 스플리터 (a3), 위상 변조기 (a4), 제 1 및 제 2 공간 광 변조기 (a5 및 a6), 그리고 빔 스플리터 (a7) 로 이루어지는 마하젠더 간섭계를 구비하여 이루어진다.
레이저 (a2) 로부터의 레이저광을 빔 스플리터 (a3) 로 2 개로 나누고, 일방은 위상 변조기 (a4) 를 통하여 제 1 공간 광 변조기 (a5) 에 입사한다. 위상 변조기 (a4) 및 제 1 공간 광 변조기 (a5) 에 의해, TC 가 l1 인 제 1 광 와류가 제 1 공간 광 변조기 (a5) 로부터 사출되어, 빔 스플리터 (a7) 에 입사한다. 타방은, 제 2 공간 광 변조기 (a6) 로부터 TC 가 l2 인 제 2 광 와류가 사출되어, 빔 스플리터 (a7) 에 입사한다.
빔 스플리터 (a7) 에서는, 제 1 및 제 2 광 와류가 간섭되고, 소정 거리 이간되는 적어도 2 개의 광속이 발생된다.
도 1 에 있어서, 위상 제어 장치로서의 위상 변조기 (a4) 가, 빔 스플리터 (a3) 와 제 1 공간 광 변조기 (a5) 사이에 배치되어 있다. 또한, 위상 제어를 위해서, 제 1 공간 광 변조기 (a5) 와 빔 스플리터 (a7) 사이에 및/또는 제 2 공간 광 변조기 (a6) 와 빔 스플리터 (a7) 사이에, 추가로 위상 제어 장치를 배치해도 된다.
또한, 도 1 에 있어서, 간섭 장치로서 마하젠더 간섭계의 양태를 사용하고 있지만, 후술 b 의 마이컬슨 간섭계의 양태로 치환해도 된다.
a2. 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치로서 나선형 위상판을 사용하는 경우 (마하젠더 간섭계의 양태에 의한 것)
도 2 는, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치로서 나선형 위상판을 사용하는 경우의 광 발생 장치의 양태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2 에 있어서의 양태의 광 발생 장치 (a11) 는, 도 1 과 마찬가지로, 마하젠더 간섭계의 양태를 취한다. 즉, 본 태양의 광 발생 장치 (a11) 는, 광원으로서 레이저 (a2), 빔 스플리터 (a3), 제 1 및 제 2 나선형 위상판 (a12 및 a13), 위상 변조기 (a4), 미러 (a15 및 a16), 그리고 빔 스플리터 (a7) 를 구비한다. 즉, 본 태양의 광 발생 장치 (a11) 는, 빔 스플리터 (a3), 제 1 및 제 2 나선형 위상판 (a12 및 a13), 위상 변조기 (a4), 미러 (a15 및 a16), 그리고 빔 스플리터 (a7) 로 이루어지는 마하젠더 간섭계를 구비하여 이루어진다.
레이저 (a2) 로부터의 레이저광을 빔 스플리터 (a3) 로 2 개로 나누고, 일방은 제 1 나선형 위상판 (a12) 및 위상 변조기 (a4) 를 통하여 TC 가 l1 인 제 1 광 와류가 발생하고, 미러 (a15) 로 반사되어, 빔 스플리터 (a7) 에 입사한다. 타방은, 제 2 나선형 위상판 (a13) 을 통하여 TC 가 l2 인 제 2 광 와류가 발생하고, 미러 (a16) 에서 반사되어, 빔 스플리터 (a7) 에 입사한다.
빔 스플리터 (a7) 에서는, 제 1 및 제 2 광 와류가 간섭되어, 소정 거리 이간되는 적어도 2 개의 광속이 발생된다.
또한, 도 2 에 있어서, 간섭 장치로서 마하젠더 간섭계의 양태를 사용하고 있지만, 후술 b 의 마이컬슨 간섭계의 양태로 치환해도 된다.
b. 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치로서 공간 광 변조기를 사용하는 경우 (마이컬슨 간섭계의 양태에 의한 것)
도 3 은, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치로서 공간 광 변조기를 사용하는 경우로서, 마이컬슨 간섭계의 양태를 취하는 광 발생 장치의 양태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
본 태양의 광 발생 장치 (b1) 는, 광원으로서 레이저 (b2), 빔 스플리터 (b3), 위상 변조기 (b4), 제 1 및 제 2 공간 광 변조기 (b5 및 b6) 를 구비한다. 즉, 본 태양의 광 발생 장치 (b1) 는, 빔 스플리터 (b3), 위상 변조기 (b4), 제 1 및 제 2 공간 광 변조기 (b5 및 b6) 로 이루어지는 마이컬슨 간섭계를 구비하여 이루어진다.
레이저 (b2) 로부터의 레이저광을 빔 스플리터 (b3) 로 2 개로 나누고, 일방은 제 1 공간 광 변조기 (b5) 에 입사하고, TC 가 l1 인 제 1 광 와류가 제 1 공간 광 변조기 (b5) 로부터 사출되어 빔 스플리터 (b3) 에 입사한다.
타방은, 위상 변조기 (b4) 를 통하여, 제 2 공간 광 변조기 (b6) 에 입사한다. 제 2 공간 광 변조기 (b6) 에서 광 와류가 발생하고, 그 광 와류가 위상 변조기 (b4) 를 통하여 TC 가 l2 인 제 2 광 와류가 되어, 빔 스플리터 (b3) 에 입사한다.
빔 스플리터 (b3) 에서는, 제 1 및 제 2 광 와류가 간섭되어, 소정 거리 이간되는 적어도 2 개의 광속이 발생된다.
도 3 에 있어서, 위상 제어 장치로서의 위상 변조기 (b4) 가, 빔 스플리터 (b3) 와 제 2 공간 광 변조기 (b6) 사이에 배치되어 있다. 또한, 위상 제어를 위해서, 추가로 위상 제어 장치를 배치해도 된다.
c. 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치로서 축대칭 편광 소자를 사용하는 경우
도 4 는, 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치로서 축대칭 편광 소자를 사용하는 경우의 광 발생 장치의 양태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
본 태양의 광 발생 장치 (c1) 는, 광원으로서 레이저 (c2), 편광 조절기 (c3), 축대칭 편광 소자 (c4), 편광자 (c5) 를 구비한다. 편광 조절기 (c3) 는, 편광판 (c3-1), 전기 광학 변조기 (EOM) (c3-2) 및 1/4 파장판 (c3-3) 을 구비한다.
레이저 (c2) 로부터의 레이저광은, 편광 조절기 (c3) 에 있어서, 좌우 원편광 성분으로 이루어지는 직선 편광이 형성되고, 축대칭 편광 소자 (c4) 에 입사된다. 축대칭 편광 소자 (c4) 에 있어서, TC 가 l1 및 l2 인 제 1 및 제 2 광 와류가 형성되고, 편광자 (c5) 에 사출되어, 그 편광자 (c5) 에 있어서 제 1 및 제 2 광 와류가 간섭되어, 소정 거리 이간되는 적어도 2 개의 광속이 발생된다.
도 4 에 있어서, 위상 제어 장치로서의 전기 광학 변조기 (c3-2) 및 1/4 파장판 (c3-3) 이, 편광판 (c3-1) 과 축대칭 편광 소자 (c4) 사이에 배치되고, 축대칭 편광 소자 (c4) 에 입사하는 좌우 원편광 성분 사이의 위상차를 전기 광학 변조기에 인가하는 전기 신호로 외부 제어하고 있다.
또한, 도 4 에 나타내는 양태의 광 발생 장치에 있어서, 위상 제어 장치는, 다음과 같은 지점에 형성할 수 있다.
즉, 1) 편광 조절기 (c3) 와 축대칭 편광 소자 (c4) 사이 및 축대칭 편광 소자 (c4) 와 편광자 (c5) 사이에, 위상 제어 장치로서 반파장판를 배치할 수 있다. 이 위상 제어 장치로서 반파장판를 회전시킴으로써 2 개의 광 와류 사이의 위상차를 제어할 수 있다.
2) 전기 광학 변조기 (c3-2) 와 축대칭 편광 소자 (c4) 사이에 1/4 파장판 (c3-3) 을 배치하고, 편광판 (c3-1), 전기 광학 변조기 (c3-2), 1/4 파장판 (c3-3) 의 광학축의 관계를, 45 deg, 0 deg, 45 deg 로 한다. 이와 같이 배치함으로써, 전기 광학 변조기에 전압 인가함으로써 2 개의 광 와류 사이의 위상차를 제어할 수 있다. 또한, 전기 광학 변조기 (c3-2) 와 1/4 파장판 (c3-3) 의 조합을, 축대칭 편광 소자 (c4) 와 편광자 (c5) 사이에 배치하는 것도 가능하지만, 도 4 에 도시는 바와 같이 배치하는 편이 바람직하다.
3) 편광판 (c3-1) 과 축대칭 편광 소자 (c4) 사이 및 축대칭 편광 소자 (c4) 와 편광자 (c5) 사이에, 위상 제어 장치로서 작용하는 포켈스 셀을 배치할 수 있다. 포켈스 셀에 전압 인가함으로써 2 개의 광 와류 사이의 위상차를 제어할 수 있다.
본 발명의 광 발생 장치에 의해 얻어지는, 「소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속」의 「소정 거리」는, 사용하는 제 1 및/또는 제 2 광 와류 발생 장치, 사용하는 제 1 및/또는 제 2 광 와류, 사용하는 간섭 장치, 사용하는 위상 제어 장치 등, 본 발명의 장치에 사용되는 구성 요소에 의존하지만, 소정 거리는, 코히런트광의 직경보다 작은 것이 좋다.
코히런트광을 사용하여 광 와류를 생성하는 경우로서 광 와류의 토폴로지컬 차지가 ± 1 인 경우, 그 광 와류의 코어 직경 dV 는, 그 코히런트광의 빔 웨이스트 dG 보다 작아진다. 이 광 와류의 코어 직경 dV 를 이용하여, 소정 거리 dV 이간된 적어도 2 개의 광속을 발생시킴으로써, 회절 한계의 문제를 극복하고, 미세 가공이 가능한 광 발생 장치 및 광 발생 방법을 제공할 수 있다.
＜노광 장치＞ 및 ＜노광 방법＞, 그리고 ＜노광 시스템＞ 및 ＜포토 레지스트 제조 방법＞
본원은, 상기 서술한 광 발생 장치 및/또는 광 발생 방법에 의해 얻어진, 소정 거리 dV 이간된 적어도 2 개의 광속을 사용하여 노광하는 노광 수단 ; 을 갖는 노광 장치를 제공한다.
또, 본원은, 상기 서술한 광 발생 장치 및/또는 광 발생 방법에 의해 얻어진, 소정 거리 dV 이간된 적어도 2 개의 광속을 사용하여 노광하는 노광 공정 ; 을 갖는 노광 방법을 제공한다.
또한 본원은, 상기 서술한 노광 장치 ; 및 포토 레지스트를 갖는 노광 시스템으로서,
소정 거리를 선폭으로 하는 암선을 포토 레지스트에 형성하는 노광 시스템을 제공한다.
또, 본원은, 상기 서술한 노광 방법을 갖는, 노광 포토 레지스트 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 노광 장치는, 상기 서술한 광 발생 장치 ; 및
그 광 발생 장치로부터 발생하는, 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속을 사용하여 노광하는 노광 수단 ;
을 갖는다.
노광 수단이, 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속을 주사하는 주사 장치를 구비하는 것이 좋다.
주사 장치는, 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속을 주사할 수 있는 기능을 가지면, 특별히 한정되지 않고, 예를 들어 갈바노 스캐너, MEMS 스캐너, 폴리곤 스캐너 등을 들 수 있지만 이들에 한정되지 않는다. 또, 광속측을 주사할 뿐만 아니라, 피노광체측, 예를 들어 포토 레지스트측을 2 차원적으로 주사하는 주사 장치여도 된다.
또, 노광 수단은, 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속을 피노광체에 결상시키는 광학계를 가져도 된다. 그 광학계로서, 이른바 fθ 렌즈, 텔레센트릭 렌즈, 대물 렌즈 등을 들 수 있지만 이들에 한정되지 않는다.
노광 방법은, 상기 서술한 광 발생 장치 및/또는 광 발생 방법 ; 및
그 광 발생 장치로부터 발생하는, 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속을 사용하여 노광하는 노광 수단 ; 에 의해 달성할 수 있다.
본 발명의 노광 장치 및 노광 방법에 의해, 상기 서술한 적어도 2 개의 광속의 이간된 소정 거리가 암선으로서 노광된다.
그 암선의 선폭은, 제 1 광 와류의 코어 직경 dV1 및/또는 제 2 광 와류의 코어 직경 dV2 로 할 수 있다. 제 1 광 와류 및/또는 제 2 광 와류가 코히런트광으로부터 형성되는 경우, 제 1 광 와류의 코어 직경 dV1 및/또는 제 2 광 와류의 코어 직경 dV2 는, 그 코히런트광의 빔 웨이스트 dG 보다 작게 할 수 있다.
따라서, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법은, 그 암선의 폭을 사용함으로써, 종래의 코히런트광의 빔 웨이스트 dG 를 사용한 가공보다, 보다 미세한 가공을 실시할 수 있다.
본 발명의 노광 시스템은, 상기 서술한 노광 장치 ; 및 포토 레지스트 ; 를 갖는다.
또, 본 발명의 노광 포토 레지스트 제조 방법은, 상기 서술한 광 발생 방법에 의해 얻어지는, 적어도 2 개의 광속을 사용하여 포토 레지스트를 노광하는 노광 공정 ; 을 갖고, 적어도 2 개의 광속의 이간된 소정 거리가 암선으로서 노광되는 포토 레지스트를 얻는다.
포토 레지스트는, 본 발명의 노광 시스템 또는 노광 포토 레지스트 제조 방법에 있어서, 사용하는 수법에 의해 정할 수 있다. 또한, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 노광 시스템 또는 노광 포토 레지스트 제조 방법에 의해, 상기 서술한 적어도 2 개의 광속의 이간된 소정 거리가 암선으로서 노광되는 점에서, 포토 레지스트는, 네거티브형인 것이 좋다.
또한, 포토 레지스트의 특성, 특히 감광도는, 사용하는 제 1 및 제 2 광 와류, 그 광 와류를 발생하기 위해서 사용하는 코히런트광 등에 의존하여, 적절히 설정할 수 있다.
본 발명의 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 노광 시스템 또는 노광 포토 레지스트 제조 방법은, 종래의 포토 레지스트 제조 방법에서 사용되는 수법에 응용할 수 있다.
본 발명의 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 노광 시스템 또는 노광 포토 레지스트 제조 방법은, 상기 서술한 적어도 2 개의 광속의 이간된 소정 거리가 암선으로서 노광되는 점에서, 이른바 리프트 오프법으로 응용하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명의 노광 장치 및 노광 방법, 그리고 노광 시스템 또는 노광 포토 레지스트 제조 방법은, 사용하는 주사 장치에 의해, 「암선」을 직선으로서도 곡선으로서도 가공할 수 있다.
이하, 본 발명에 대하여, 실시예를 사용하여 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 그 실시예에 의해서만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
본 발명의 광 발생 장치 및 그 광 발생 장치를 갖는 노광 장치를 구현화한 광학계 (1) 를 도 5 에 나타낸다. 또한, 도 5 에 나타내는 광학계 (1) 의 광 발생 장치에 관한 장치는, 도 4 에 나타내는 광 발생 장치의 양태와 유사하다.
광학계 (1) 는, 레이저 (3) (He-Cd 레이저 IK3501R-G, (주) 킴몬 광파 제조), 빔 익스팬더 (4), 편광자 (5) (도 5 중, 「P1」이라고도 기재), 축대칭 편광 소자 (6) (포토닉 결정제, Photonic Lattice 사 제조. 도 5 중, 「AHP」라고도 기재), 편광자 (7) (도 5 중, 「P2」라고도 기재), 원형 개구 (8) (φ = 8 ㎜) (도 5 중, 「Aperture」라고도 기재), 갈바노 스캐너 (9), fθ 렌즈 (10) (초점 거리 56 ㎜, NA = 0.043) 를 구비한다.
레이저 (3) 로부터 사출된 파장 325 ㎚ 의 자외광을 빔 익스팬더 (4) 로 확대하고, 편광자 (5), 축대칭 편광 소자 (6), 편광자 (7) 의 3 소자로 이루어지는 광 발생 장치에 입사시킨다.
장치에 입사된 자외광은, 편광자 (5) 에서 직선 편광으로 변화된다. 이 직선 편광은 서로 진폭이 동등한 우회전과 좌회전의 원편광의 중첩으로 간주할 수 있다.
직선 편광, 즉 서로 진폭이 동등한 우회전 및 좌회전의 원편광 성분은, 계속해서 축대칭 편광 소자 (6) 에 동축에서 입사된다. 축대칭 편광 소자 (6) 는, 광학축 방위가 소자 단면 내에서 방사상으로 분포된 특수한 반파장판이다. 축대칭 편광 소자 (6) 는, 입사하는 원편광을 그 회전 방향에 따라 서로 반부호의 광 와류로 변환하는 기능이 있다.
축대칭 편광 소자 (6) (포토닉 결정제, Photonic Lattice 사 제조) 는, 속축 (速軸) 방위가 소자 단면 내에서 방위 방향에 대해 1 둘레에서 2π 회전하는 기능을 갖고, 입사하는 좌우 원편광을 l (토폴로지컬 차지) = ± 2 의 광 와류로 변환한다.
축대칭 편광 소자 (6) 에서 생성된 l = ± 2 개의 좌우 원편광 성분은, 편광자 (7) 에 의해 서로 편광 방향을 같게 하여, 서로 간섭한다.
편광자 (5), 축대칭 편광 소자 (6), 편광자 (7) 의 3 소자로 이루어지는 광 발생 장치로부터 사출된 광을, 원형 개구 (8) 에서 직경 5 ㎜ 의 강도 분포가 균일한 빔으로서 취출하여, 갈바노 스캐너 (9) 에 입사시킨다. 갈바노 스캐너 (9) 의 사출측에는 fθ 렌즈 (10) 가 형성되어 있다. 그 fθ 렌즈 (10) 의 초점면에는, l = ± 2 의 광 와류의 동축 간섭 패턴으로서 4 개의 명점을 갖는 빔으로서, 그 4 개의 명점을 사각형의 정점으로 한 경우, 그 사각형의 각 변에 정점 사이에 암부가 형성되는 빔 (도 5 중, 「Four petaled pattern」이라고 기재되는 빔) 이 형성된다.
준비한 네거티브형 레지스트의 기판 (11) 을 초점면에 설치하고, 갈바노 스캐너 (9) 로 빔 주사함으로써, 암부를 미감광 영역의 세선 패턴으로서 묘화하였다. 갈바노 스캐너에 입사하기 전의 레이저광의 빔 직경은 5 ㎜ 이었다.
노광 강도 IV 및 주사 속도 vV 는, IV = 460 μW 및 vV = 0.002 m/s 였다.
(비교예 1)
비교를 위해서, 편광자 (5), 축대칭 편광 소자 (6), 편광자 (7) 의 3 소자로 이루어지는 광 발생 장치를 없애고, 가우시안광의 경우에도 동일한 노광 실험을 실시하였다. 가우시안광의 경우에는 포지티브형 레지스트의 기판을 사용하였다. 또한, 노광 강도 IG 및 주사 속도 vG 는, IG = 60 μW 및 vG = 0.001m/s 였다.
실시예 1 및 비교예 1 의 쌍방 모두, 노광 후에는, 현상액 (NMD-3, 도쿄 오카 공업) 으로 현상, 스퍼터로 금을 증착, 박리액 (박리액 106, 도쿄 오카 공업) 으로 박리하여, 금속 구조를 형성하였다.
실시예 1 및 비교예 1 에서 얻어진 금속 구조의 현미경 화상을, 각각 도 6(a) 및 도 6(b) 에 나타낸다.
도 6(a) 및 도 6(b) 로부터, 형성된 금속 세선의 폭이, 실시예 1 (광 와류를 사용한 경우) 에서는 약 2.2 ㎛, 비교예 1 (가우시안광을 사용한 경우) 에서는 19 ㎛ 인 것을 알 수 있다. 또한, 선폭은 화상 휘도의 반치폭으로서 구하였다.
이 결과로부터, 광 와류의 동축 간섭 패턴을 사용함으로써, 가우시안광과 비교하여 동일한 개구수의 조건하에서 1/8 ∼ 1/9 배 정도 가는 금속 세선을 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
실시예 1 과 동일한 장치를 사용하여, 노광 강도를 280 μW ∼ 440 μW 의 사이에서 변화시키고, 실시예 1 과 동일하게 금속 구조를 형성하고, 그 선폭을 측정하였다.
(비교예 2)
비교예 1 과 동일한 장치를 사용하여, 노광 강도를 40 μW ∼ 460 μW 의 사이에서 변화시키고, 비교예 1 과 동일하게 금속 구조를 형성하고, 그 선폭을 측정하였다.
실시예 1 및 실시예 2 의 결과, 즉 가로축을 노광 강도로 하고 세로축을 형성한 금속 구조의 선폭으로 한 그래프를 도 7(a) 에, 비교예 1 및 비교예 2 의 결과, 즉 가로축을 노광 강도로 하고 세로축을 형성한 금속 구조의 선폭으로 한 그래프를 도 7(b) 에 나타낸다.
도 7(a) 및 도 7(b) 로부터, 동일한 개구수의 조건하에서, 광 와류의 동축 간섭 패턴을 사용하는 실시예 1 및 실시예 2 는, 가우시안광 (비교예 1 및 비교예 2) 과 비교하여, 보다 미세한 구조를 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.
또, 도 7(a) 로부터, 노광 강도를 높임으로써 가공 선폭을 세선화할 수 있는 것을 알 수 있다. 예를 들어 노광 강도를 280 μW 에서 460 μW 로 변경함으로써, 가공 선폭을 약 3.7 ㎛ 에서 약 2.2 ㎛ 로 세선화할 수 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 3)
실시예 1 과 동일한 광학계 (1) 를 사용하고, 또한 반파장판 (12) 을 구비하는 광학계 (2) 를 사용하였다.
반파장판 (12) 은, 편광자 (5) 와 축대칭 편광 소자 (6) 사이에 형성하고, 편광자 (5) 에서 변화시킨 직선 편광의 편광 방위를, 반파장판 (12) 에서 회전할 수 있도록 하였다. 즉, 반파장판 (12) 은, 위상 제어 장치로서 작용시켰다.
또, 반파장판 (12) 및 갈바노 스캐너 (9) 를 제어함으로써, 도 8 에 나타내는 명부 2 점과 그 사이에 끼인 암부의 세트가 4 세트 존재하는 묘화가 생겼다.
도 8 에서는, 4 세트는 이간된 상태이지만, 반파장판 (12) 및 갈바노 스캐너 (9) 를 보다 정밀하게 제어함으로써, 도 8 에 있어서, 「Unexposed curved region (미노광 곡선 영역)」으로 나타나는 곡암선을 형성할 수 있다.

Claims (27)

  1. 서로 상이한 토폴로지컬 차지를 갖는 복수의 광 와류를 간섭시켜 얻어지는 광을 발생시키는, 광 발생 장치.
  2. 제 1 토폴로지컬 차지를 갖는 제 1 광 와류를 발생시키는 제 1 광 와류 발생 장치 ;
    상기 제 1 토폴로지컬 차지와 절대값이 동등하고 또한 부호가 상이한 제 2 토폴로지컬 차지를 갖는 제 2 광 와류를 발생시키는 제 2 광 와류 발생 장치 ; 및
    상기 제 1 광 와류와 상기 제 2 광 와류를 간섭시키는 간섭 장치 ;
    를 갖고, 상기 간섭 장치로부터 소정 거리 이간되는 적어도 2 개의 광속이 발생되는, 광 발생 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 광 와류 발생 장치로부터 발생한 상기 제 1 광 와류와 상기 제 2 광 와류 발생 장치로부터 발생한 상기 제 2 광 와류의 위상차를 제어하는 위상 제어 장치를 추가로 갖는, 광 발생 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    직선 편광을 발생시키는 직선 편광 발생 장치를 추가로 갖는, 광 발생 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 직선 편광 발생 장치가, 코히런트광을 발생시키는 코히런트광 발생 장치를 포함하는, 광 발생 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 코히런트광은, 코히런스도가 0.95 이상인, 광 발생 장치.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    직선 편광을 발생시키는 직선 편광 발생 장치를 추가로 갖고, 그 직선 편광 발생 장치로부터의 직선 편광이, 상기 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치, 및 상기 간섭 장치를 통하는 것에 의해, 상기 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속이 발생되는, 광 발생 장치.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광 와류 발생 장치가, 축대칭 편광 소자인, 광 발생 장치.
  9. 코히런트광을 발생시키는 코히런트광 발생 장치 ;
    상기 코히런트광을 직선 편광으로 하는 편광자 ;
    상기 직선 편광을 제 1 광 와류 및 그 제 1 광 와류와 절대값이 동등하고 부호가 상이한 토폴로지컬 차지를 갖는 제 2 광 와류로 하는 축대칭 편광 소자 ; 및
    제 1 광 와류와 제 2 광 와류를 간섭시키는 간섭 장치 ;
    를 갖고,
    상기 간섭 장치로부터 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속이 발생되는, 광 발생 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 소정 거리가, 상기 코히런트광의 직경보다 작은, 광 발생 장치.
  11. 제 2 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 광 발생 장치 ; 및
    상기 광 발생 장치로부터 발생하는, 상기 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속을 사용하여 노광하는 노광 수단 ;
    을 갖는, 노광 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 노광 수단이, 상기 소정 거리 이간된 적어도 2 개의 광속을 주사하는 주사 장치를 구비하는, 노광 장치.
  13. 제 11 항 또는 제 12 항에 기재된 노광 장치 ; 및
    포토 레지스트 ;
    를 갖는 노광 시스템으로서,
    상기 소정 거리를 선폭으로 하는 암선을 상기 포토 레지스트에 형성하는, 노광 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 포토 레지스트가 네거티브형인, 노광 시스템.
  15. 서로 상이한 토폴로지컬 차지를 갖는 복수의 광 와류를 간섭시켜 얻어지는 광을 발생시키는, 광 발생 방법.
  16. C) 제 1 토폴로지컬 차지를 갖는 제 1 광 와류를 발생시키는 제 1 광 와류 발생 공정 ;
    D) 상기 제 1 토폴로지컬 차지와 절대값이 동등하고 또한 부호가 상이한 제 2 토폴로지컬 차지를 갖는 제 2 광 와류를 발생시키는 제 2 광 와류 발생 공정 ; 및
    F) 상기 제 1 광 와류와 상기 제 2 광 와류를 간섭시키는 간섭 공정 ;
    을 갖고, 상기 간섭 공정 후, 소정 거리 이간되는 적어도 2 개의 광속이 발생되는, 광 발생 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    E) 상기 C) 제 1 광 와류 발생 공정으로부터 발생한 상기 제 1 광 와류와 상기 D) 상기 제 2 광 와류 발생 장치로부터 발생한 상기 제 2 광 와류의 위상차를 제어하는 위상 제어 공정 ; 을 추가로 갖는, 광 발생 방법.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 C) 제 1 광 와류 발생 공정 및 상기 D) 제 2 광 와류 발생 공정을 대략 동시에 실시하는, 광 발생 방법.
  19. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    상기 C) 제 1 광 와류 발생 공정 및 상기 D) 제 2 광 와류 발생 공정을, 축대칭 편광 소자에 의해, 대략 동시에 실시하는, 광 발생 방법.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    B) 직선 편광을 발생시키는 직선 편광 발생 공정 ; 을 상기 C) 제 1 광 와류 발생 공정 전이고 상기 D) 제 2 광 와류 발생 공정 전에 추가로 갖고, 그 직선 편광을 사용하여 상기 C) 제 1 광 와류 발생 공정 및 상기 D) 제 2 광 와류 발생 공정을 실시하는, 광 발생 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 B) 직선 편광 발생 공정 전에, A) 코히런트광을 발생시키는 코히런트광 발생 공정을 추가로 갖는, 광 발생 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 코히런트광은, 코히런스도가 0.95 이상인, 광 발생 방법.
  23. 제 21 항 또는 제 22 항에 있어서,
    상기 코히런트광의 광속의 직경보다, 상기 소정 거리가 작은, 광 발생 방법.
  24. A) 코히런트광을 발생시키는 코히런트광 발생 공정 ;
    B) 상기 코히런트광을 직선 편광으로 하여, 직선 편광을 발생시키는 직선 편광 발생 공정 ;
    C) 상기 직선 편광으로부터 제 1 광 와류를 발생시키는 제 1 광 와류 발생 공정 ;
    D) 상기 직선 편광으로부터 그 제 1 광 와류와 절대값이 동등하고 부호가 상이한 토폴로지컬 차지를 갖는 제 2 광 와류를 발생시키는 제 2 광 와류 발생 공정 ;
    E) 상기 C) 제 1 광 와류 발생 공정으로부터 발생한 상기 제 1 광 와류와 상기 D) 상기 제 2 광 와류 발생 장치로부터 발생한 상기 제 2 광 와류의 위상차를 제어하는 위상 제어 공정 ; 및
    F) 상기 제 1 광 와류와 상기 제 2 광 와류를 간섭시키는 간섭 공정 ;
    을 갖고, 상기 F) 간섭 공정 후, 상기 코히런트광의 광속의 직경보다 작은 거리가 이간되는 적어도 2 개의 광속이 발생되는, 광 발생 방법.
  25. G) 제 16 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 기재된 상기 적어도 2 개의 광속을 사용하여 포토 레지스트를 노광하는 노광 공정 ; 을 갖고,
    상기 적어도 2 개의 광속의 이간된 거리가 암선으로서 노광되는 포토 레지스트를 얻는, 노광 포토 레지스트 제조 방법.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 G) 노광 공정이, G)-1) 상기 적어도 2 개의 광속을 상기 포토 레지스트의 표면 상을 주사하는 공정을 포함하는, 노광 포토 레지스트 제조 방법.
  27. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
    상기 포토 레지스트가 네거티브형인, 노광 포토 레지스트 제조 방법.
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