TWI805647B - 光產生裝置、具備光產生裝置的曝光裝置、曝光系統、光產生方法、及曝光光阻的製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明，能夠提供一種光產生裝置及光產生方法、以及利用該裝置及方法的曝光方法及裝置，將具有甜甜圈形狀強度分佈的光渦的核心徑dV 作為暗線利用，能夠產生可用於微細加工的雷射描繪曝光法的光。本發明提供一種光產生裝置及光產生方法、以及使用該裝置及方法的曝光方法及裝置，係產生使具有互相相異的拓撲荷的複數光渦干涉而得到的光。

Description

光產生裝置、具備光產生裝置的曝光裝置、曝光系統、光產生方法、及曝光光阻的製造方法
本發明係有關於光產生裝置、具備光產生裝置的曝光裝置、曝光系統、光產生方法、及曝光光阻的製造方法。特別是，本發明係有關於利用光渦產生以預定距離離間的至少2光束的光產生裝置、利用該以預定距離離間的至少2光束進行曝光的曝光裝置、以及利用該光產生裝置及曝光裝置的曝光系統、光產生方法、及曝光光阻的製造方法。
在金屬微細構造的形成中，光微影法成為必要不可或缺的技術。光微影法中的剝離法是代表性的構造製作過程。不限於剝離法，於光微影法中雖一定要有向光阻材料的「感光」製程，但其中分為2大途徑。
一為遮罩曝光法，在光阻上配置施以圖案加工的遮蔽基板(遮罩)，形成感光區域的2維圖案(例如參照非專利文獻1)。在該手法中，能夠容易在遮罩的圖案施予忠實的微細加工，能形成數10nm程度的微細金屬構造。但是，有在遮罩的製造需花上高成本的難點。又，需要在每個圖案準備遮罩，柔軟性不佳。再來，構造若微細化的話，來自遮罩邊界部的光的繞射會對加工圖案造成壞影響。
與遮罩曝光法並列的另一種代表手法為雷射描繪曝光法(例如參照非專利文獻2)。在該等手法中，以2維地掃描試料載台乃至雷射光，在光阻上形成感光區域的2維圖案。描繪曝光法可形成的圖案的柔軟性高，藉由在電腦上描繪程式化的軌跡，而能夠加工任意的金屬圖案。也就是說，如同遮罩曝光法，具有在每個圖案不需要格外消耗品的優點。不過，因為加工圖案的空間解析度會受限於所使用的雷射的波長的繞射極限，與遮罩曝光法相比在加工圖案的微細化需要下功夫。
各種報告指出活用雷射描繪曝光法的優點，且用來實現更微細的加工的嘗試。直接的方法為(1)提高曝光光學系統的開口數、(2)雷射光的短波長化這2個。但是，基於該等方法的微細化已到達技術極限。 作為實現微細加工的途徑，有利用縱電場進行高解析度化的方法(例如參照非專利文獻3)。在該方法中，將具有稱為徑向偏光的放射狀的偏光空間分佈光波在高開口數的條件下集光。在徑向偏光的偏光分佈的特性上，於集光點產生強縱電場(在雷射的進行方向產生的局部電場)，因為該電場形成比高斯光的繞射極限還小的點，微細加工成為可能。不過在本方法中，需要高開口數的透鏡，焦點深度的問題更為顯著化。
光渦，因為具有甜甜圈狀的強度分佈及軌道角運動量等的特異光學性質而受到注目，近年提案有各種應用法(例如參照非專利文獻4)。 一般從雷射射出的光波的橫模式為TEM00模式，因為具有能以高斯函數的形狀記述的強度分佈而稱為高斯光。該高斯光在束的剖面內具有同樣的(無視因繞射產生的拋物狀相位因子的情形)相位分佈。 另一方面，光渦為具有螺旋狀波面(等相位面)的光波，該電場能以下記式(1)表示(式(1)中，A(r)為振幅、l為拓撲荷(TC(Topological Charge))、θ為方位角)。
Figure 02_image001
光渦的螺旋梯度由TC的值決定，該參數成為將一般光渦附上特徵的指標。因為波面形成螺旋，在光渦的束中心會形成相位成為不定的奇異點，而因為在奇異點上由繞射產生的2次球面波彼此會以互相抵消的方式干涉，光強度完全消失。作為結果，強度分佈成為甜甜圈狀的形狀。光渦的甜甜圈形狀強度分佈的核心徑因應繞奇異點的螺旋梯度而具有不同的性質，當具有最平緩的相位梯度的光渦的情形，該核心徑dV 會比高斯束的束腰dG 還小。 但是，將具有比高斯束的束腰dG 還小的核心徑dV 的光渦用於雷射描繪曝光法，即便掃描具有甜甜圈形狀強度分佈的光渦，會僅留下將甜甜圈形狀的外緣作為直徑的光束的軌跡，無法使用比高斯束的束腰dG 還小的核心徑dV 。 [先前技術文獻] [非專利文獻]
[非專利文獻1]S. Rizvi, “Handbook of Photomask Manufacturing Technology,” CRC Press p. 728 (2005). [非專利文獻2]Z. Cui, “Nanofabrication: Principles, Capabilities and Limits,” Springer Press p. 343 (2010). [非專利文獻3]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). [非專利文獻4]A. M. Yao, M. J. Padgett, and M. Babiker, “Orbital angular momentum: origins, behavior and applications,” Adv. Opt. Photon. 3, 161-204 (2011).
在此，本發明的目的為提供一種光產生裝置及光產生方法，將具有甜甜圈形狀強度分佈的光渦的核心徑dV 作為暗線利用，產生能用於雷射描繪曝光法的光，特別是能用於微細加工的雷射描繪曝光法的光。
又，本發明的目的為加上上述目的、或除了上述目的以外，不使用(1)高開口數的曝光光學系統、及/或(2)短波長化雷射光這些技術，而提供一種產生能用於可微細加工的雷射描繪曝光法的光的光產生裝置及光產生方法。又，本發明的目的為加上上述目的，藉由使用(1)高開口數的曝光光學系統、及/或(2)短波長化雷射光，再提供一種產生能用於可微細加工的雷射描繪曝光法的光的光產生裝置及光產生方法。
再來，本發明的目的為加上上述目的、或除了上述目的以外，使用上述光產生裝置及光產生方法，提供一種進行雷射描繪曝光法的曝光裝置及曝光方法。 再來，本發明的目的為加上上述目的、或除了上述目的以外，提供一種使用上述曝光裝置及曝光方法的曝光系統及光阻的製造方法。
為了達成上述目的，本發明者們找到利用光渦，特別是利用光渦的核心部的技術。利用相同雷射光調製光渦的情形與維持原狀利用該雷射光(高斯光)的情形相比較，如同上述，光渦的核心徑dV 比高斯光的束腰dG 還小。本發明者們利用比該高斯光的束腰dG 還小的光渦的核心徑dV ，克服繞射極限的問題，找出可微細加工的光產生裝置及光產生方法、利用該裝置及方法的曝光裝置及曝光方法、以及曝光系統及光阻製造方法。 亦即，本發明者們找出以下的發明。
＜1＞一種光產生裝置，係產生使具有互相相異的拓撲荷的複數光渦干涉而得到的光。 ＜2＞一種光產生裝置，具有：產生具有第1拓撲荷的第1光渦的第1光渦產生裝置； 產生具有與第1拓撲荷絕對值相等且符號相異的第2拓撲荷的第2光渦的第2光渦產生裝置；及 使第1光渦與第2光渦干涉的干涉裝置； 其中，從前述干涉裝置產生預定距離離間的至少2光束。
＜3＞在上述＜2＞中，可以更具有：控制從第1光渦產生裝置產生的第1光渦與從第2光渦產生裝置產生的第2光渦的相位差的相位控制裝置。 ＜4＞在上述＜2＞或＜3＞中，可以更具有：產生線偏光的線偏光產生裝置。 ＜5＞在上述＜4＞中，線偏光產生裝置可以包含：產生同調光的同調光產生裝置。 ＜6＞在上述＜5＞中，該同調光的同調度可以為0.95以上、較佳為0.98以上。
＜7＞如上述＜2＞~＜6＞中的任1項中，可以更具有：產生線偏光的線偏光產生裝置；來自該線偏光產生裝置的線偏光，因通過第1及第2光渦產生裝置、相位控制裝置及干涉裝置，而產生以預定距離離間的至少2光束。 ＜8＞如上述＜2＞~＜7＞中的任1項中，第1及第2光渦產生裝置為軸對稱偏光元件也可以。
＜9＞一種光產生裝置，具有：產生同調光的同調光產生裝置；使同調光成為線偏光的偏光子；使線偏光成為第1光渦及具有與第1光渦絕對值相同且符號相異的拓撲荷的第2光渦的軸對稱偏光元件；及使第1光渦與第2光渦干涉的干涉裝置；其中，從干涉裝置產生預定距離離間的至少2光束。
<10>在上述<9>中，預定距離比同調光的直徑還小也可以。
<11>一種曝光裝置，具有：上述<2>~<10>中任1項的光產生裝置；及利用從該光產生裝置產生的以預定距離離間的至少2光束，進行曝光的曝光機構。
<12>在上述<11>中，曝光機構可以具備：掃描前述以預定距離離間的至少2光束的掃描裝置。
<13>一種曝光系統，具有：上述<11>或<12>記載的曝光裝置；及光阻；其中，在光阻形成將預定距離作為線寬的暗線。
<14>在上述<13>中，前述光阻可以為負型。
<15>一種光產生方法，係產生使具有互相相異的拓撲荷的複數光渦干涉而得到的光。
<16>一種光產生方法，具有：C)產生具有第1拓撲荷的第1光渦的第1光渦產生工程； D)產生具有與第1拓撲荷絕對值相等且符號相異的第2拓撲荷的第2光渦的第2光渦產生工程；及F)使第1光渦與第2光渦干涉的干涉工程；其中，在干涉工程後，產生以預定距離離間的至少2光束。
<17>在上述<16>中，可以更具有：E)控制從前述C)第1光渦產生工程產生的前述第1光渦與從前述D)前述第2光渦產生裝置產生的前述第2光渦的相位差的相位控制工程。
<18>在上述<17>中，C)第1光渦產生工程及D)第2光渦產生工程可以大約在同時間進行。
<19>在上述<16>或<17>中，C)第1光渦產生工程及D)第2光渦產生工程，可以藉由軸對稱偏光元件大約在同時間進行。
<20>如上述<16>~<19>中的任1項中，在C)第1光渦產生工程前且D)第2光渦產生工程前，可以更具有B)產生線偏光的線偏光產生工程；利用該線偏光進行C)第1光渦產生工程及D)第2光渦產生工程。
<21>在上述<20>中，在前述B)線偏光產生工程前，可以更具有A)產生同調光的同調光產生工程。
<22>在上述<21>中，該同調光的同調度可以為0.95以上、較佳為0.98以上。
<23>在上述<21>或<22>中，預定距離可以比同調光的光束的直徑還小。
＜24＞一種光產生方法，具有：A)產生同調光的同調光產生工程； B)使同調光成為線偏光，產生線偏光的線偏光產生工程； C)從線偏光產生第1光渦的第1光渦產生工程； D)從線偏光產生具有與該第1光渦絕對值相等且符號相異的拓撲荷的第2光渦的第2光渦產生工程； E)控制從C)第1光渦產生工程產生的第1光渦與從D)第2光渦產生裝置產生的第2光渦的相位差的相位控制工程；及 F)使第1光渦與第2光渦干涉的干涉工程； 其中，F)干涉工程後，產生以比同調光的光束的直徑還小的距離離間的至少2光束。
＜25＞一種曝光光阻的製造方法，具有：G)利用上述＜16＞~＜24＞中任一項記載的光產生方法得到的至少2光束將光阻曝光的曝光工程； 得到將至少2光束離間的距離作為暗線曝光的光阻。 ＜26＞在上述＜25＞中，G)曝光工程包含：G)-1)將至少2光束在光阻的表面上掃描的工程也可以。 ＜27＞在上述＜25＞或＜29＞中，光阻可以為負型。
根據本發明，能夠提供一種光產生裝置及光產生方法，將具有甜甜圈形狀強度分佈的光渦的核心徑dV 作為暗線利用，產生能用於雷射描繪曝光法的光，特別是能用於微細加工的雷射描繪曝光法的光。 又，根據本發明，加上上述效果、或除了上述效果以外，不使用(1)高開口數的曝光光學系統、及/或(2)短波長化雷射光這些技術，而能夠提供一種產生能用於可微細加工的雷射描繪曝光法的光的光產生裝置及光產生方法。
又，根據本發明，加上上述效果，藉由使用(1)高開口數的曝光光學系統、及/或(2)短波長化雷射光，能夠再提供一種產生能用於可微細加工的雷射描繪曝光法的光的光產生裝置及光產生方法。
再來，根據本發明，加上上述效果、或除了上述效果以外，使用上述光產生裝置及光產生方法，能夠提供一種進行雷射描繪曝光法的曝光裝置及曝光方法。 再來，根據本發明，加上上述效果、或除了上述效果以外，能夠提供一種使用上述曝光裝置及曝光方法的曝光系統及光阻的製造方法。
本發明揭示利用比該高斯光的束腰dG 還小的光渦的核心徑dV 的光產生裝置及光產生方法、利用該光產生裝置及光產生方法的曝光裝置及曝光方法、以及曝光系統及曝光光阻的製造方法。以下，就其等分別說明。
＜光產生裝置＞及＜光產生方法＞ 本發明揭示以下的光產生裝置及光產生方法。 亦即，本發明揭示一種光產生裝置及光產生方法，係產生使具有互相相異的拓撲荷的複數光渦干涉而得到的光。 具體來說，本發明揭示以下的光產生裝置及光產生方法。 亦即，本發明的光產生裝置具有： 產生具有第1拓撲荷的第1光渦的第1光渦產生裝置； 產生具有與第1拓撲荷絕對值相等且符號相異的第2拓撲荷的第2光渦的第2光渦產生裝置；及 使第1光渦與第2光渦干涉的干涉裝置； 其中，從干涉裝置產生以預定距離離間的至少2光束。 又，本發明的光產生方法具有： C)產生具有第1拓撲荷的第1光渦的第1光渦產生工程； D)產生具有與第1拓撲荷絕對值相等且符號相異的第2拓撲荷的第2光渦的第2光渦產生工程；及 F)使第1光渦與第2光渦干涉的干涉工程； 其中，在干涉工程後，產生以預定距離離間的至少2光束。 以下，主要說明關於本發明的光產生裝置，本發明的光產生方法伴隨著光產生裝置的說明進行說明。在「裝置」的說明中「方法」的說明不充分時，將該不充分的說明作為「方法」適時記載。
＜＜第1及第2光渦產生裝置＞＞ 本發明的光產生裝置具有第1及第2光渦產生裝置。 第1光渦產生裝置產生具有第1拓撲荷的第1光渦。 第2光渦產生裝置產生具有與第1拓撲荷絕對值相等且符號相異的第2拓撲荷的第2光渦。 光渦如同上述，為具有螺旋狀波面(等相位面)的光波，該電場能以上記式(1)表示(式(1)中，A(r)為振幅、l為拓撲荷(TC(Topological Charge))、θ為方位角)。 在此，第1及第2拓撲荷(相當於式(1)中的l)，能設為±1的組合、±2的組合、±3的組合，較佳為拓撲荷為±1的組合或±2的組合，更佳為螺旋次數為±1的組合。例如，第1及第2拓撲荷之中，一者為+1、另一者為-1較佳。
第1及第2光渦產生裝置若是能夠產生上述第1光渦、上述第2光渦的裝置的話，並沒有特別限定，例如能夠使用從前公知的光渦產生裝置。 作為第1及第2光渦產生裝置，雖可以是空間光調變器(例如液晶空間光調變器)(例如參照V. Y. Bazhenov, M. V. Vasnetsov, and M. S. Soskin, “Laser beams with screw dislocations in their wavefronts,” JETP Lett. 52, 1037-1039 (1990))、螺旋型相位板(例如參照M. W. Beijersbergen, R. P. C. Coeerwinkel, M. Kristensen, and J. P. Woerdman, “Helical-wavefront laser beams produced with a spiral phaseplate,” Opt. Commun. 112, 321-327 (1994))、軸對稱偏光元件(例如參照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))等，但不以此為限。 其中，軸對稱偏光元件為光學軸在元件面內以旋轉對稱分佈的偏光元件。該軸對稱偏光元件因應雙折射及2色性作為軸對稱波長板及軸對稱偏光子作用。 作為第1及第2光渦產生裝置，藉由使用上述空間光調變器、螺旋型相位板、軸對稱偏光元件，與本發明的光產生裝置的態樣不同。關於該態樣將於後述。
第1及第2光渦產生工程能藉由上述第1及第2光渦產生裝置來達成。
＜＜干涉裝置＞＞ 本發明的裝置具有使第1光渦與第2光渦干涉的干涉裝置；因為具備該干涉裝置，從該干涉裝置產生以預定距離離間的至少2光束。 作為該干涉裝置，若是能發揮上述作用的裝置的話則沒有特別限定。 作為干涉裝置，雖相依於使用的第1及第2光渦產生裝置等，但可以是例如馬赫-曾德爾干涉計、邁克生干涉計、偏光子等，不過沒有限定於其等。 此外，如同上述，作為第1及第2光渦產生裝置，藉由使用上述空間光調變器、螺旋型相位板、軸對稱偏光元件，與本發明的光產生裝置的態樣不同。此時，使用者可以適宜選擇使用的干涉裝置。關於該等態樣將於後述。
在干涉裝置中，使第1光渦與第2光渦在同軸干涉、或在干涉裝置中，更具有：使第1光渦與第2光渦干涉前，控制該第1光渦與第2光渦的相位差的相位控制裝置也可以。此外，相依於使用的第1及第2光渦產生裝置、使用的干擾裝置等，決定配置相位控制裝置的位置也可以。
從干涉裝置產生以預定距離離間的至少2光束。 預定距離相依於使用的第1及/或第2光渦產生裝置、使用的第1及/或第2光渦、使用的干擾裝置、使用的相位控制裝置等用於本發明的裝置的構成要素。 干涉工程能藉由上述干涉裝置來達成。
＜＜相位控制裝置＞＞ 相位控制裝置如同上述，若具有控制第1光渦與第2光渦的相位差的作用者則沒有特別限定。 例如，作為相位控制裝置，可以是半波長板、1/4波長板、電光學調變元件、電光學調變元件與1/4波長板的組合、音響光學元件等，但不限定於其等。 此外，相位控制裝置相依於使用的第1及第2光渦產生裝置、使用的干擾裝置等，決定配置相位控制裝置的位置也可以。例如，為比第1及第2光渦產生裝置還為光束入射側(更為光源側)的情形、第1及第2光渦產生裝置與干涉裝置之間的情形、比干涉裝置更為光束射出側的情形、及其等的組合等。 相位控制工程能藉由上述相位控制裝置來達成。
＜＜其他的裝置＞＞ 本發明的光產生裝置具有上述第1及第2光渦產生裝置、干擾裝置、及相位控制裝置這些其他裝置也可以。 例如，本發明的裝置，更具有產生線偏光的線偏光產生裝置也可以。 又，該線偏光產生裝置包含產生同調光的同調光產生裝置也可以。該同調光的同調度為0.95以上、較佳為0.98以上。 線偏光產生工程能藉由上述線偏光產生裝置來達成。
作為本發明的裝置的一態樣具有產生線偏光的線偏光產生裝置，來自該線偏光產生裝置的線偏光，因通過第1及第2光渦產生裝置、及干涉裝置，而產生前述以預定距離離間的至少2光束也可以。 作為本發明的裝置的一態樣，第1及第2光渦產生裝置是軸對稱偏光元件也可以。
具體來說，作為本發明的裝置的一態樣，可以具有：產生同調光，特別是同調度為0.95以上、較佳為0.98以上的同調光的同調光產生裝置； 使同調光成為線偏光的偏光子或偏光裝置； 使線偏光成為第1光渦及具有與第1光渦絕對值相同且符號相異的拓撲荷的第2光渦的軸對稱偏光元件；及 使第1光渦與第2光渦干涉的干涉裝置； 其中，從干涉裝置產生以預定距離離間的至少2光束也可以。
本發明的光產生裝置的態樣 本發明的光產生裝置的一態樣雖已上述，但本發明的光產生裝置，相依於作為第1及第2光渦產生裝置使用的裝置，能設為接下來的態樣。
a1. 作為第1及第2光渦產生裝置使用空間光調變器的情形(相依於馬赫-曾德爾干涉計的態樣者) 圖1為表示作為第1及第2光渦產生裝置使用空間光調變器時的光產生裝置的態樣的示意圖。 本態樣的光產生裝置a1具備：作為光源的雷射a2、束分光鏡a3、相位調變器a4、第1及第2空間光調變器a5及a6、還有束分光鏡a7。亦即，本態樣的光產生裝置a1具備：由束分光鏡a3、相位調變器a4、第1及第2空間光調變器a5及a6、還有束分光鏡a7構成的馬赫-曾德爾干涉計。 來自雷射a2的雷射光被束分光鏡a3分成2束，一者通過相位調變器a4向第1空間光調變器a5入射。藉由相位調變器a4及第1空間光調變器a5，TC為l1 的第1光渦從第1空間光調變器a5射出，向束分光鏡a7入射。另一方面，TC為l2 的第2光渦從第2空間光調變器a6射出，向束分光鏡a7入射。 在束分光鏡a7，第1及第2光渦互相干涉，產生以預定距離離間的至少2光束。
在圖1中，作為相位控制裝置的相位調變器a4，配置於束分光鏡a3與第1空間光調變器a5之間。此外，為了進行相位控制，在第1空間光調變器a5與束分光鏡a7之間、及/或在第2空間光調變器a6與束分光鏡a7之間，再配置相位控制裝置也可以。 此外，在圖1中，作為干涉裝置雖是使用馬赫-曾德爾干涉計的態樣，但置換成後述b的邁克生干涉計的態樣也可以。
a2. 作為第1及第2光渦產生裝置使用螺旋型相位板的情形(相依於馬赫-曾德爾干涉計的態樣者) 圖2為表示作為第1及第2光渦產生裝置使用螺旋型相位板時的光產生裝置的態樣的示意圖。 圖2的態樣的光產生裝置a11與圖1同樣採用馬赫-曾德爾干涉計的態樣。亦即，本態樣的光產生裝置a11具備：作為光源的雷射a2、束分光鏡a3、第1及第2螺旋型相位板a12及a13、相位調變器a4、反射鏡a15及a16、還有束分光鏡a7。亦即，本態樣的光產生裝置a11具備：由束分光鏡a3、第1及第2螺旋型相位板a12及a13、相位調變器a4、反射鏡a15及a16、還有束分光鏡a7構成的馬赫-曾德爾干涉計。 來自雷射a2的雷射光被束分光鏡a3分成2束，一者通過第1螺旋型相位板a12及相位調變器a4產生TC為l1 的第1光渦，在反射鏡a15被反射而向束分光鏡a7入射。另一方面，通過第2螺旋型相位板a13產生TC為l2 的第2光渦，在反射鏡a16被反射而向束分光鏡a7入射。 在束分光鏡a7，第1及第2光渦互相干涉，產生以預定距離離間的至少2光束。 此外，在圖2中，作為干涉裝置雖是使用馬赫-曾德爾干涉計的態樣，但置換成後述b的邁克生干涉計的態樣也可以。
b. 作為第1及第2光渦產生裝置使用空間光調變器的情形(相依於邁克生干涉計的態樣者) 圖3為表示作為第1及第2光渦產生裝置使用空間光調變器時，採用邁克生干涉計的態樣的光產生裝置的態樣的示意圖。 本態樣的光產生裝置b1具備：作為光源的雷射b2、束分光鏡b3、相位調變器b4、第1及第2空間光調變器b5及b6。亦即，本態樣的光產生裝置b1具備：由束分光鏡b3、相位調變器b4、第1及第2空間光調變器b5及b6構成的邁克生干涉計。 來自雷射b2的雷射光被束分光鏡b3分成2束，一者向第1空間光調變器b5入射，TC為l1 的第1光渦從第1空間光調變器b5射出，在向束分光鏡b3入射。 另一者通過相位調變器b4向第2空間光調變器b6入射。在第2空間光調變器b6產生光渦，該光渦通過相位調變器b4成為TC為l2 的第2光渦，向束分光鏡b3入射。 在束分光鏡b3，第1及第2光渦互相干涉，產生以預定距離離間的至少2光束。 在圖3中，作為相位控制裝置的相位調變器b4，配置於束分光鏡b3與第2空間光調變器b6之間。此外，為了進行相位控制，再配置相位控制裝置也可以。
c1. 作為第1及第2光渦產生裝置使用軸對稱偏光元件的情形 圖4為表示作為第1及第2光渦產生裝置使用軸對稱偏光元件時的光產生裝置的態樣的示意圖。 本態樣的光產生裝置c1具備：作為光源的雷射c2、偏光調節器c3、軸對稱偏光元件c4、偏光子c5。偏光調節器c3具備：偏光板c3-1、電光學調變器(EOM)c3-2及1/4波長板c3-3。 來自雷射c2的雷射光，在偏光調節器c3，形成由左右圓偏光成分構成的線偏光，入射至軸對稱偏光元件c4。在軸對稱偏光元件c4中，形成TC為l1 及l2 的第1及第2光渦，射出至偏光子c5，在該偏光子c5中第1及第2光渦互相干涉，產生以預定距離離間的至少2光束。
在圖4中，作為相位控制裝置的電光學調變器c3-2及1/4波長板c3-3配置於偏光板c3-1與軸對稱偏光元件c4之間，將入射至軸對稱偏光元件c4的左右圓偏項成分間的相位差以施加至電光學調變器的電信號進行外部控制。
此外，在圖4所示的態樣的光產生裝置中，相位控制裝置能設於接下來所述的那種位置。 亦即，1)在偏光調節器c3與軸對稱偏光元件c4之間、及軸對稱偏光元件c4與偏光子c5之間，能夠作為相位控制裝置配置半波長板。藉由作為相位控制裝置使半波長板旋轉，來控制2光渦間的相位差。 2)在電光學調變器c3-2與軸對稱偏光元件c4之間配置1/4波長板c3-3，將偏光板c3-1、電光學調變器c3-2、1/4波長板c3-3的光學軸的關係設為45deg、0deg、45deg。藉由這樣配置，向電光學調變器施加電壓，能夠控制2光渦間的相位差。此外，也可以將電光學調變器c3-2與1/4波長板c3-3的組合，配置於軸對稱偏光元件c4與偏光子c5之間，以如圖4所示那樣配置較佳。 3)在偏光板c3-1與軸對稱偏光元件c4之間、及軸對稱偏光元件c4與偏光子c5之間，能夠配置作為相位控制裝置作用的泡克耳斯單元(Pockels cell)。藉由對泡克耳斯單元施加電壓，能夠控制2光渦間的相位差。
藉由本發明的光產生裝置得到「以預定距離離間的至少2光束」的「預定距離」雖相依於使用的第1及/或第2光渦產生裝置、使用的第1及/或第2光渦、使用的干擾裝置、使用的相位控制裝置等用於本發明的裝置的構成要素，但預定距離比同調光的直徑還小較佳。 使用同調光生成光渦的情形且光渦的拓撲荷為±1的情形，該光渦的核心徑dV 比該同調光的束腰dG 還小。藉由利用該光渦的核心徑dV ，產生預定距離dV 離間的至少2光束，能夠提供克服繞射極限的問題，且可微細加工的光產生裝置及光產生方法。
＜曝光裝置＞及＜曝光方法＞、還有＜曝光系統＞及＜光阻製造方法＞ 本案提供一種曝光裝置，具有利用藉由上述光產生裝置及/或光產生方法得到的預定距離dV 離間的至少2光束進行曝光的曝光機構。 又，本案提供一種曝光方法，具有利用藉由上述光產生裝置及/或光產生方法得到的預定距離dV 離間的至少2光束進行曝光的曝光工程。 再來，本案為具有上述曝光裝置及光阻的曝光系統，提供在光阻形成將預定距離作為線寬的暗線的曝光系統。 又本案提供具有上述曝光方法的曝光光阻的製造方法。
本發明的曝光裝置，具有：上述光產生裝置；及 利用從該光產生裝置產生的以預定距離離間的至少2光束，進行曝光的曝光機構。 曝光機構具備掃描以預定距離離間的至少2光束的掃描裝置也可以。 掃描裝置若具有能夠掃描以預定距離離間的至少2光束的機能的話，並沒有特別限定，例如可以是電流掃描儀、MEMS掃描器、多邊形掃描器等，但不限定於其等。又，不只是掃描光束側，將被曝光體側(例如光阻側)2維掃描的掃描裝置也可以。
又，曝光機構具有使以預定距離離間的至少2光束成像於被曝光體的光學系統也可以。作為該光學系統，可以是所謂的fθ透鏡、遠心透鏡、對物透鏡等，但不限定於其等。 曝光方法能藉由上述光產生裝置及/或光產生方法；及 利用從該光產生裝置產生的以預定距離離間的至少2光束，進行曝光的曝光機構；來達成。
藉由本發明的曝光裝置及曝光方法，將上述至少2光束的離間的預定距離作為暗線曝光。 該暗線的線寬，能夠設為第1光渦的核心徑dV1 及/或第2光渦的核心徑dV2 。第1光渦及/或第2光渦從同調光形成時，第1光渦的核心徑dV1 及/或第2光渦的核心徑dV2 能夠比該同調光的束腰dG 還小。 因此，本發明的曝光裝置及曝光方法，藉由利用該暗線的寬度，相較於利用從前的同調光的束腰dG 的加工，能夠進行更微細的加工。
本發明的曝光系統具有：上述曝光裝置；及光阻。 又，本發明的曝光光阻的製造方法具有：利用由上述光產生方法得到的至少2光束將光阻曝光的曝光工程；得到將前述至少2光束離間的距離作為暗線曝光的光阻。 光阻在本發明的曝光系統或曝光光阻製造方法中，能夠藉由使用的手法決定。此外，藉由本發明的曝光裝置及曝光方法、以及曝光系統或曝光光阻的製造方法，因為將上述至少2光束的離間的預定距離作為暗線曝光，光阻是負型也可以。 此外，光阻的特性，特別是感光度，能夠相依於使用的第1及第2光渦、用來使該光渦產生的同調光等適宜設定。
本發明的曝光裝置及曝光方法、及曝光系統或曝光光阻的製造方法，能夠應用於從前的光阻製造方法中使用的手法。 本發明的曝光裝置及曝光方法、以及曝光系統或曝光光阻的製造方法，因為將上述至少2光束的離間的預定距離作為暗線曝光，應用於所謂的剝離法較佳。 又，本發明的曝光裝置及曝光方法、及曝光系統或曝光光阻的製造方法，藉由使用的掃描裝置，將「暗線」作為直線或作為曲線都可以進行加工。 以下，關於本發明，雖利用實施例具體地說明，但本發明並不只限於該實施例限定者。 [實施例1]
將本發明的光產生裝置及具有該光產生裝置的曝光裝置具現化的光學系統1示於圖5。此外，與圖5所示的光學系統1的光產生裝置有關的裝置，與圖4所示的光產生裝置的態樣類似。 光學系統1具備：雷射3(He-Cd雷射IK3501R-G，(株)金門光波製)、擴束器4、偏光子5(圖5中也記載成「P1 」)、軸對稱偏光元件6(光子結晶製，Photonic Lattice社製。圖5中也記載成「AHP」)、偏光子7(圖5中也記載成「P2 」)、圓形開口8(φ=8mm)(圖5中也記載成「Aperture」)、電流掃描儀9、fθ透鏡10(焦距56mm、NA=0.043)。
從雷射3射出的波長325nm的紫外光由擴束器4擴大，向由偏光子5、軸對稱偏光元件6、偏光子7的3元件構成的光產生裝置入射。 向裝置入射的紫外光，由偏光子5變化成線偏光。該線偏光可以視為振幅互為相等的右旋及左旋的圓偏光的重合。 線偏光，亦即振幅相等的右旋及左旋的圓偏光成分，接著向軸對稱偏光元件6以同軸入射。軸對稱偏光元件6為光學軸方位在元件剖面內分佈成放射狀的特殊半波長板。軸對稱偏光元件6具有將入射的圓偏光因應其旋轉方向變換成互為相反符號的光渦的機能。 軸對稱偏光元件6(光子結晶製，Photonic Lattice社製)，具有快軸方位在元件剖面內相對於方位方向以1周2π旋轉的機能，將入射的左右圓偏光變換成l(拓撲荷)=±2的光渦。
以軸對稱偏光元件6生成的l=±2的左右圓偏光成分，藉由偏光子7被對齊於相互偏光方向，互相干涉。 將從由偏光子5、軸對稱偏光元件6、偏光子7的3元件構成的光產生裝置射出的光，在圓形開口8作為直徑5mm的強度分佈均勻的束取出，入射至電流掃描儀9。電流掃描儀9的射出側設有fθ透鏡10。在該fθ透鏡10的焦點面，形成作為l=±2的光渦的同軸干涉圖案具有4個亮點的束，該束為將該4個亮點作為四角形的頂點時，在該四角形的各邊形成於頂點間的暗部的束(圖5中記載為「Four petaled pattern」的束)。
藉由將準備的負型光阻的基板11設置於焦點面，以電流掃描儀9進行束掃描，將暗部作為未感光區域的細線圖案進行描繪。入射至電流掃描儀前的雷射光的射束直徑為5mm。 曝光強度IV 及掃描速度vV 為IV =460μW及vV =0.002m /s。
(比較例1) 為了進行比較，將由偏光子5、軸對稱偏光元件6、偏光子7這3元件構成的光產生裝置去除，與高斯光的情形進行一樣的曝光實驗。高斯光的情形使用正型光阻的基板。此外，曝光強度IG 及掃描速度vG 為IG =60μW及vG =0.001m/s。
實施例1及比較例1這兩者都在曝光後，以顯像液(NMD-3，東京應化工業)顯像、以濺鍍將金蒸鍍、以剝離液(剝離液106，東京應化工業)進行剝離，形成金屬構造。 將以實施例1及比較例1得到的金屬構造的顯微鏡影像分別表示於圖6(a)及圖6(b)。 從圖6(a)及圖6(b)，可以得知形成的金屬細線的寬度，在實施例1(使用光渦的情形)為約2.2μm、在比較例1(使用高斯光的情形)中為19μm。此外，線寬作為影像輝度的半高寬求出。 從該結果，得知藉由使用光渦的同軸干涉圖案，能夠形成與高斯光相比在相同開口數的條件下形成1/8~1/9倍左右細的金屬細線。
(實施例2) 使用與實施例1相同的裝置，使曝光強度在280μW~440μW之間變化，與實施例1一樣形成金屬構造，測定其線寬。 (比較例2) 使用與比較例1相同的裝置，使曝光強度在40μW~460μW之間變化，與比較例1一樣形成金屬構造，測定其線寬。
實施例1及實施例2的結果，即將橫軸作為曝光強度並將縱軸作為形成的金屬構造的線寬的圖形表示於圖7(a)、將比較例1及比較例2的結果，即將橫軸作為曝光強度並將縱軸作為形成的金屬構造的線寬的圖形表示於圖7(b)。 從圖7(a)及圖7(b)，得知在相同開口數的條件下，利用光渦的同軸干涉圖案的實施例1及實施例2，與高斯光(比較例1及比較例2)相比，能夠形成更微細的構造。 又，從圖7(a)得知藉由提高曝光強度，能夠使加工線寬細線化。得知例如藉由將曝光強度從280μW變更成460μW，將加工線寬從約3.7μm細線化成約2.2μm。
(實施例3) 使用與實施例1相同的光學系統1，再使用具備半波長板12的光學系統2。 半波長板12設於偏光子5與軸對稱偏光元件6之間，將以偏光子5變化的線偏光的偏光方位，能以半波長板12進行旋轉。亦即，半波長板12作為相位控制裝置作用。 又，藉由控制半波長板12及電流掃描儀9，完成圖8所示的明部2點及夾於其中的暗部的設定存在為4設定存在的描繪。 在圖8中，4設定雖為離間的狀態，但能夠藉由將半波長板12及電流掃描儀9更精密控制，在圖8中，能夠形成以「Unexposed curved region(未曝光曲線區域)」表示的曲暗線。
a1‧‧‧光產生裝置 a2‧‧‧雷射 a3‧‧‧束分光鏡 a4‧‧‧相位調變器 a5‧‧‧第1空間光調變器 a6‧‧‧第2空間光調變器 a7‧‧‧束分光鏡 a11‧‧‧光產生裝置 a12‧‧‧第1螺旋型相位板 a13‧‧‧第2螺旋型相位板 a15、a16‧‧‧反射鏡 b1‧‧‧光產生裝置 b2‧‧‧雷射 b3‧‧‧束分光鏡 b4‧‧‧相位調變器 b5‧‧‧第1空間光調變器 b6‧‧‧第2空間光調變器 c1‧‧‧光產生裝置 c2‧‧‧雷射 c3‧‧‧偏光調節器 c4‧‧‧軸對稱偏光元件 c5‧‧‧偏光子 c3-1‧‧‧偏光板 c3-2‧‧‧電光學調變器(EOM) c3-3‧‧‧1/4波長板 1‧‧‧光學系統 3‧‧‧雷射 4‧‧‧擴束器 5‧‧‧偏光子 6‧‧‧軸對稱偏光元件 7‧‧‧偏光子 8‧‧‧圓形開口 9‧‧‧電流掃描儀 10‧‧‧fθ透鏡 11‧‧‧基板 12‧‧‧半波長板
[圖1]表示作為第1及第2光渦產生裝置使用空間光調變器時，採用馬赫-曾德爾干涉計(Mach-Zehnder interferometer)的態樣的光產生裝置的態樣的示意圖。 [圖2]表示作為第1及第2光渦產生裝置使用螺旋型相位板時，採用馬赫-曾德爾干涉計的態樣的光產生裝置的態樣的示意圖。 [圖3]表示作為第1及第2光渦產生裝置使用空間光調變器時，採用邁克生干涉計(Michelson interferometer)的態樣的光產生裝置的態樣的示意圖。 [圖4]表示作為第1及第2光渦產生裝置使用軸對稱偏光元件時的光產生裝置的態樣的示意圖。 [圖5]表示將在實施例1使用的本發明的光產生裝置及曝光裝置具現化的光學系統1的概略圖。 [圖6]表示在實施例1得到的細線構造((a))及在比較例1得到的細線構造((b))的顯微鏡像。 [圖7]表示在實施例1及實施例2得到的曝光強度與細線的線寬的關係((a))及在比較例1及比較例2得到的曝光強度與細線的線寬的關係((b))的圖形。 [圖8]表示使用具備半波長板12的實施例3的光學系統2得到的暗曲線區域的顯微鏡像。
1‧‧‧光學系統
3‧‧‧雷射
4‧‧‧擴束器
5‧‧‧偏光子
6‧‧‧軸對稱偏光元件
7‧‧‧偏光子
8‧‧‧圓形開口
9‧‧‧電流掃描儀
10‧‧‧fθ透鏡
11‧‧‧基板

Claims (27)

  1. 一種光產生裝置，具有：產生具有第1拓撲荷的第1光渦的第1光渦產生裝置；產生具有與前述第1拓撲荷絕對值相等且符號相異的第2拓撲荷的第2光渦的第2光渦產生裝置；使前述第1光渦與前述第2光渦干涉的干涉裝置；控制從前述第1光渦產生裝置產生的前述第1光渦與從前述第2光渦產生裝置產生的前述第2光渦的相位差的相位控制裝置；其中，從前述干涉裝置產生以預定距離離間的至少2光束。
  2. 如請求項1記載的光產生裝置，更具有：產生線偏光的線偏光產生裝置。
  3. 如請求項2記載的光產生裝置，其中，前述線偏光產生裝置包含：產生同調光的同調光產生裝置。
  4. 如請求項2記載的光產生裝置，其中，來自前述線偏光產生裝置的線偏光，因通過前述第1及第2光渦產生裝置、及前述干涉裝置，而產生前述以預定距離離間的至少2光束。
  5. 如請求項1記載的光產生裝置，其中，前述第1及第2光渦產生裝置為軸對稱偏光元件。
  6. 一種光產生裝置，具有：產生具有第1拓撲荷的第1光渦的第1光渦產生裝置；產生具有與前述第1拓撲荷絕對值相等且符號相異的第2拓撲荷的第2光渦的第2光渦產生裝置；使前述第1光渦與前述第2光渦干涉的干涉裝置；產生線偏光的線偏光產生裝置；其中，從前述干涉裝置產生以預定距離離間的至少2光束。
  7. 如請求項6記載的光產生裝置，其中，前述線偏光產生裝置包含：產生同調光的同調光產生裝置。
  8. 如請求項7記載的光產生裝置，其中，前述同調光的同調度為0.95以上。
  9. 如請求項6記載的光產生裝置，其中，來自前述線偏光產生裝置的線偏光，因通過前述第1及第2光渦產生裝置、及前述干涉裝置，而產生前述以預定距離離間的至少2光束。
  10. 如請求項6記載的光產生裝置，其中，前述第1及第2 光渦產生裝置為軸對稱偏光元件。
  11. 一種光產生裝置，具有：產生同調光的同調光產生裝置；使前述同調光成為線偏光的偏光子；使前述線偏光成為第1光渦及具有與第1光渦絕對值相同且符號相異的拓撲荷的第2光渦的軸對稱偏光元件；及使第1光渦與第2光渦干涉的干涉裝置；其中，從前述干涉裝置產生以預定距離離間的至少2光束。
  12. 如請求項11記載的光產生裝置，其中，前述預定距離比前述同調光的直徑還小。
  13. 一種曝光裝置，具有：如請求項1~請求項12中任一項記載的光產生裝置；及利用從前述光產生裝置產生的以前述預定距離離間的至少2光束進行曝光的曝光機構。
  14. 如請求項13記載的曝光裝置，其中，前述曝光機構具備：掃描前述以預定距離離間的至少2光束的掃描裝置。
  15. 一種曝光系統，具有：如請求項13或請求項14記載的曝光裝置；及 光阻；其中，在前述光阻形成將前述預定距離作為線寬的暗線。
  16. 如請求項15記載的曝光系統，其中，前述光阻為負型。
  17. 一種光產生方法，具有：C)產生具有第1拓撲荷的第1光渦的第1光渦產生工程；D)產生具有與前述第1拓撲荷絕對值相等且符號相異的第2拓撲荷的第2光渦的第2光渦產生工程；E)控制從前述C)第1光渦產生工程產生的前述第1光渦與從前述D)前述第2光渦產生裝置產生的前述第2光渦的相位差的相位控制工程；及F)使前述第1光渦與前述第2光渦干涉的干涉工程；其中，在前述干涉工程後，產生以預定距離離間的至少2光束。
  18. 如請求項17記載的光產生方法，其中，前述C)第1光渦產生工程及前述D)第2光渦產生工程大約在同時間進行。
  19. 如請求項17記載的光產生方法，其中，前述C)第1光 渦產生工程及前述D)第2光渦產生工程，藉由軸對稱偏光元件大約在同時間進行。
  20. 一種光產生方法，具有：B)產生線偏光的線偏光產生工程；C)產生具有第1拓撲荷的第1光渦的第1光渦產生工程；D)產生具有與前述第1拓撲荷絕對值相等且符號相異的第2拓撲荷的第2光渦的第2光渦產生工程；F)使前述第1光渦與前述第2光渦干涉的干涉工程；在前述C)第1光渦產生工程前且前述D)第2光渦產生工程前，更具有B)產生線偏光的線偏光產生工程；利用前述B)的線偏光進行前述C)第1光渦產生工程及前述D)第2光渦產生工程；其中，在前述干涉工程後，產生以預定距離離間的至少2光束。
  21. 如請求項20記載的光產生方法，其中，在前述B)線偏光產生工程前，更具有A)產生同調光的同調光產生工程。
  22. 如請求項21記載的光產生方法，其中，前述同調光的同調度為0.95以上。
  23. 如請求項21或請求項22記載的光產生方法，其中，前 述預定距離比前述同調光的光束的直徑還小。
  24. 一種光產生方法，具有：A)產生同調光的同調光產生工程；B)使前述同調光成為線偏光，產生線偏光的線偏光產生工程；C)從前述線偏光產生第1光渦的第1光渦產生工程；D)從前述線偏光產生具有與該第1光渦絕對值相等且符號相異的拓撲荷的第2光渦的第2光渦產生工程；E)控制從前述C)第1光渦產生工程產生的前述第1光渦與從前述D)前述第2光渦產生裝置產生的前述第2光渦的相位差的相位控制工程；及F)使前述第1光渦與前述第2光渦干涉的干涉工程；其中，前述F)干涉工程後，產生以比前述同調光的光束的直徑還小的距離離間的至少2光束。
  25. 一種曝光光阻的製造方法，具有：G)利用如請求項17~請求項24中任一項記載的前述至少2光束將光阻曝光的曝光工程；得到將前述至少2光束離間的距離作為暗線曝光的光阻。
  26. 如請求項25記載的曝光光阻的製造方法，其中，前述G)曝光工程包含：G)-1)將前述至少2光束在前述光阻的表 面上掃描的工程。
  27. 如請求項25或請求項26記載的曝光光阻的製造方法，其中，前述光阻為負型。
TW107140518A 2017-11-16 2018-11-15 光產生裝置、具備光產生裝置的曝光裝置、曝光系統、光產生方法、及曝光光阻的製造方法 TWI805647B (zh)

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