專利名稱：微細構造體的制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用了激光干涉曝光的微細構造體，尤其涉及一種具有納 米級構造的構造物(納米構造體)的制造技術。能夠應用該技術制造偏光 分離元件、相位延遲元件、反射防止元件等各種納米構造體。
背景技術：
向比可視光的波長(大致380 780nm程度)小的等級的構造物(亞 (sub)波長構造體)入射光時，會出現(xiàn)偏光分離、雙折射、反射防止、 等離子傳播等現(xiàn)象。作為用于制造這種亞波長構造體的手段之一，公知的 是利用了激光干涉的曝光技術(例如參照專利文獻1)。在專利文獻1所記 載的曝光技術中，通過利用使兩束激光束交叉而得到的干涉光(具有干涉 條紋的光)對感光性膜迸行曝光。此時，由利用了干涉光的曝光形成的圖 案的周期依存于激光束的波長X及激光束的交叉角度。理論上，通過干涉 曝光能夠實現(xiàn)的最小周期等于例如，在波長為266nm時，可形成 的圖案的最小周期理論上為133nm。根據(jù)上述的干涉曝光，為了實現(xiàn)更小的周期的圖案，則必須縮短激光 束的波長。但是，現(xiàn)狀卻難以使激光束進一步短波長化。其原因之一是不 存在具有比266nm足夠短的波長的高相干(coherent)的激光光源。雖然 在半導體平版印刷等領域中利用的受激準分子激光器有波長為193nm、 157nm等的激光器，但現(xiàn)實情況是其相干不夠高，因此，難以形成清晰的 潛像圖案。另一個理由是當波長比200nm短時，在大氣中進行曝光比較困 難。另外，也難以求得構成激光干涉曝光系統(tǒng)的光學部件(透鏡、反射鏡 等)所適宜的材料。例如，因為石英玻璃的吸收端位于180nm附近。因而， 迫切希望不必過度地追求激光束的進一步短波長化，就可以形成清晰的潛 像圖案，并用其實現(xiàn)精細圖案的技術。專利文獻1:特開2006 — 093644號公報發(fā)明內(nèi)容鑒于此，本發(fā)明的目的之一是提供一種可以實現(xiàn)分辨率高的微細構造 體的技術。本發(fā)明的一個方式(下面，為方便起見稱作"第一方式")的微細構 造體的制造方法包括(a) 通過使兩束激光束交叉而產(chǎn)生含有干涉條紋的第一光；(b) 對具有熱非線性特性的對象物照射所述第一光，由此，在所述 對象物上形成與所述第一光的所述干涉條紋的周期相對應而配置的變性 區(qū)域和非變性區(qū)域；(c) 對所述對象物進行蝕刻，選擇性地除去所述變性區(qū)域或所述非變性區(qū)域的任意一個。其中，"具有熱非線性特性的對象物"是由PtO、 ZnS — Si02、 Ge—Sb 一Te、 Ge—Sb—Te—S、 Te—Te02 — Ge—Sn、 Te — Ge — Sn—Au、 Ge—Te 一Sn、 Sn—Se—Te、 Sb—Se—Te、 Sb—Se、 Ga—Se—Te—Ge、 In — Se、 In 一Se — Tl一Co、 Ge — Sb — Te、 In—Se—Te、 Ag—In—Sb — Te、 Te02 —Pb 等材料構成的基體材料(基板)、被膜、構造物等。另外，"變性區(qū)域"例 如是結晶狀態(tài)的區(qū)域，"非變性區(qū)域"例如是非結晶狀態(tài)的區(qū)域。在第一方式中，對具有熱非線性特性的對象物照射具有干涉條紋(即 光強度分布)的第一光，由此，與光強度相對高的區(qū)域和低的區(qū)域對應可 獲得變性區(qū)域和非變性區(qū)域。該變性區(qū)域和非變性區(qū)域的循環(huán)周期(間距) 可以通過縮短所交叉的兩束激光束的波長，或增大交叉角度來縮短。通過 采用了具有熱非線性特性的對象物，即使進一步縮小變性區(qū)域和非變性區(qū) 域的循環(huán)周期(例如100nm 200nm程度)，與現(xiàn)有的采用光致抗蝕劑膜 等的情況相比，也可以清晰地得到變性區(qū)域和非變性區(qū)域的邊界。而且， 由于在變性區(qū)域和非變性區(qū)域之間蝕刻速度產(chǎn)生差異，因此，通過對對象 物進行蝕刻，可以形成分辨率高的微細構造體。優(yōu)選所述第一方式的制造方法在所述(b)之后(c)之前還包括-(d) 在所述兩束激光束之間賦予相位差使該兩束激光束交叉，由此 產(chǎn)生含有干涉條紋的第二光；(e)通過對所述對象物照射所述第二光，形成與所述第二光的所述干涉條紋的周期相對應而配置的變性區(qū)域和非變性區(qū)域。通過在兩束激光束之間給予相位差，能夠使第一光的干涉條紋和第二光的干涉條紋以微小的寬度(例如1/2間距、1/4間距等)錯開。通過 使這樣的第一光和第二光依次向具有熱非線性特性的對象物進行照射，能 夠進一步減小變性區(qū)域和非變性區(qū)域的循環(huán)周期。這樣，即使在循環(huán)周期 進一步減小的情況下，由于使用了具有熱非線性特性的對象物，所以，也 可清晰地得到變性區(qū)域和非變性區(qū)域的邊界。從而，可以得到分辨率更高 的微細構造體。在所述第一方式的制造方法中，優(yōu)選所述(b)使第三光和所述第一 光一并向所述對象物進行照射。同樣，優(yōu)選所述(d)使第三光和所述第 二光一并向所述對象物進行照射。作為"第三光"，適宜的是例如激光束 (激光)等單一波長的光，不過，含有多種波長成分的光也可以。在照射第一光或第二光時，通過進一步照射與它們不同的第三光，可 以對光照射強度施加偏置。由此，即便在第一光或第二光的光強度低的情 況下，也能夠可靠地形成變性區(qū)域及非變性區(qū)域。本發(fā)明的另一方式(下面為了方便起見，稱作"第二方式")的微細 構造體的制造方法包括-(a) 在對象物上形成具有熱非線性特性的被膜；(b) 通過使兩束激光束交叉而產(chǎn)生含有干涉條紋的第一光；(c) 向所述被膜照射所述第一光，由此，在所述被膜上形成與所述 第一光的所述干涉條紋的周期相對應而配置的變性區(qū)域和非變性區(qū)域；(d) 對所述被膜進行蝕刻，選擇性地除去所述變性區(qū)域或所述非變 性區(qū)域的任意一個。(e) 經(jīng)由除去了所述變性區(qū)域或所述非變性區(qū)域的任意一個之后的 所述被膜，進行對所述對象物的蝕刻。其中，所謂"具有熱非線性特性的被膜"是由PtO、 ZnS—Si02、 Ge 一Sb—Te、 Ge —Sb—Te—S、 Te—Te02—Ge —Sn、 Te—Ge—Sn—Au、 Ge —Te—Sn、 Sn—Se—Te、 Sb — Se —Te、 Sb — Se、 Ga—Se — Te —Ge、 In — Se、 In—Se—T卜Co、 Ge—Sb—Te、 In—Se—Te、 Ag—In—Sb—Te、 Te02一Pb等材料構成的被膜(薄膜或厚膜)。另外，"變性區(qū)域"例如是結晶 狀態(tài)的區(qū)域，"非變性區(qū)域"例如是非結晶狀態(tài)的區(qū)域。在所述第二方式中，對具有熱非線性特性的被膜照射具有干涉條紋的 第一光，由此，與光強度相對高的區(qū)域和低的區(qū)域對應可獲得變性區(qū)域和 非變性區(qū)域。該變性區(qū)域和非變性區(qū)域的循環(huán)周期(間距)可以通過減小 所交叉的兩束激光束的波長，或增大交叉角度來縮短。通過采用了具有熱 非線性特性的被膜，即便進一步減小變性區(qū)域和非變性區(qū)域的循環(huán)周期(例如100nm 200nm程度)，與現(xiàn)有的采用光致抗蝕劑膜等的情況相比， 也可以清晰地得到變性區(qū)域和非變性區(qū)域的邊界。而且，由于在變性區(qū)域 和非變性區(qū)域之間蝕刻速度產(chǎn)生差異，因此，通過對被膜進行蝕刻，可以 除去變性區(qū)域或非變性區(qū)域，使相應區(qū)域開口。利用具有這樣得到的開口 的被膜作為蝕刻掩模，進行對對象物的蝕刻，由此，可以形成分辨率高的 微細構造體。優(yōu)選所述第二方式在所述(C)之后(d)之前還包括(f) 在所述兩束激光束之間賦予相位差使該兩束激光束交叉，由此產(chǎn)生含有干涉條紋的第二光；(g) 對所述被膜照射所述第二光，由此，在所述被膜上形成與所述 第二光的所述干涉條紋的周期相對應而配置的變性區(qū)域和非變性區(qū)域。通過在兩束激光束之間賦予相位差，能夠使第一光的干涉條紋和第二 光的干涉條紋以微小的寬度(例如l/2間距、1/4間距等)錯開。通過 使這樣的第一光和第二光依次向具有熱非線性特性的被膜進行照射，能夠 進一步減小變性區(qū)域和非變性區(qū)域的循環(huán)周期。這樣，即使在循環(huán)周期進 一步減小的情況下，由于使用了具有熱非線性特性的被膜，所以，也可清 晰地得到變性區(qū)域和非變性區(qū)域的邊界。由此，可以得到分辨率更高的微 細構造體。在所述第二方式的制造方法中，優(yōu)選所述(b)使第三光和所述第一 光一并向所述被膜進行照射。同樣，優(yōu)選所述(d)使第三光和所述第二 光一并向所述被膜進行照射。作為"第三光"，優(yōu)選例如是激光束(激光) 等單一波長的光，不過，含有多種波長成分的光也可以。通過在照射第一光或第二光時，進而照射和它們不同的第三光，能夠在光照射強度上形成偏置。因此，即使在第一光或第二光的光強度低的情 況下，也能夠可靠地形成粘性區(qū)域及非變性區(qū)域。本發(fā)明的另一方式(下面稱作"第三方式")是對被加工物照射光的 方法，包括(a) 通過使兩束激光束交叉而產(chǎn)生含有干涉條紋的第一光；(b) 對具有熱非線性特性的被加工物照射所述第一光，由此，在所 述被加工物上形成與所述第一光的所述干涉條紋的周期相對應而配置的 變性區(qū)域和非變性區(qū)域。其中，"具有熱非線性特性的被加工物"的具體例子，和上述本發(fā)明 的第一方式所涉及的微細構造體的制造方法中的"具有熱非線性特性的對 象物"是一樣的。另外，關于"變性區(qū)域、"非變性區(qū)域"各自的具體例 子，也和上述本發(fā)明的第一方式是一樣的。在第三方式中，通過對具有熱非線性特性的對象物照射具有干涉條紋 的第一光，與光強度相對高的區(qū)域和低的區(qū)域對應可獲得變性區(qū)域和非變 性區(qū)域。該變性區(qū)域和非變性區(qū)域的循環(huán)周期(間距)可以通過減小所交 叉的兩束激光束的波長，或增大交叉角度來縮短。通過采用了具有熱非線 性特性的被膜，即便進一步減小變性區(qū)域和非變性區(qū)域的循環(huán)周期(例如100nm 200nm程度)，與現(xiàn)有的采用光致抗蝕劑膜等的情況相比，也可以 清晰地得到變性區(qū)域和非變性區(qū)域的邊界。因而，根據(jù)該光照射方法，能 夠形成具備以微小間距周期性排列的變性區(qū)域和非變性區(qū)域的微細構造 體。另外，由于在這些變性區(qū)域和非變性區(qū)域之間蝕刻速度產(chǎn)生差異，因 此，通過對對象物進行蝕刻，可以形成分辨率高的微細構造體。 優(yōu)選上述第三方式的光照射方法在所述(b)之后還包括(c) 在所述兩束激光束之間賦予相位差使該兩束激光束交叉，由此 產(chǎn)生含有干涉條紋的第二光；(d) 對所述被加工物照射所述第二光，由此，在所述被加工物上形 成與所述第二光的所述干涉條紋的周期相對應而配置的變性區(qū)域和非變 性區(qū)域。通過在兩束激光束之間賦予相位差，能夠使第一光的干涉條紋和第二 光的干涉條紋以微小的寬度(例如l/2間距、1/4間距等)錯開。通過使這樣的第一光和第二光依次向具有熱非線性特性的被加工物進行照射， 能夠進一步減小變性區(qū)域和非變性區(qū)域的循環(huán)周期。這樣，即使在循環(huán)周 期進一步減小的情況下，由于使用了具有熱非線性特性的被加工物，所以， 也可清晰地得到變性區(qū)域和非變性區(qū)域的邊界。另外，通過對該被加工物 進行蝕刻，可以得到分辨率更高的微細構造體。在上述第三方式中，優(yōu)選所述(b)使第三光和所述第一光一并向所 述被膜進行照射。同樣，優(yōu)選所述(d)使第三光和所述第二光一并向所 述被膜進行照射。作為"第三光"，優(yōu)選例如是激光束(激光)等單一波 長的光，不過，含有多種波長成分的光也可以。通過在照射第一光或第二光時，進而照射和它們不同的第三光，能夠 在光照射強度上形成偏置。由此，即使在第一光或第二光的光強度低的情 況下，也能夠可靠地形成變性區(qū)域及非變性區(qū)域。本發(fā)明的另一方式是微細構造體的制造方法，包括(a) 在金屬膜上形成作為非晶質的無機材料層；(b) 向所述無機材料層照射由第一激光束和第二激光束的交叉而產(chǎn) 生的光，將所述無機材料層中與所述光的干涉條紋的周期對應的第一部分 加熱到結晶化溫度以上，使所述第一部分變性為結晶質；(C)將所述第一部分從所述金屬膜上除去，并且，留下所述無機材料層中未變性為所述結晶質的第二部分；(d)除去所述金屬膜的不與所述第二部分重疊的區(qū)域，形成和所述 干涉條紋的周期間距相等的構造體。另外，也可以在所述(C)中除去第二部分、保留第一部分；在所述(d)中除去所述金屬膜的不與所述第一部分重疊的區(qū)域。即，除去哪一 部分例如要依存于無機材料層的原材料。在上述方式中，通過使第一激光束和第二激光束交叉，能夠產(chǎn)生具有 干涉條紋(即光強度分布)的光。通過對非晶質的無機材料照射含有該干 涉條紋的光，對應于光強度相對高的區(qū)域和低的區(qū)域使第一部分變性為結 晶質。該變性為結晶質的第一部分和未變性為結晶質的第二部分的循環(huán)周 期，可以通過縮短交叉的兩束激光束的波長，或增大其交叉角度來縮短。 即使進一步減小第一部分(結晶質)和第二部分(非結晶質)的循環(huán)周期(例如100nm 200nm程度)，與現(xiàn)有的采用光致抗蝕劑膜等的情況相比， 也可以清晰地得到第一部分和第二部分的邊界。而且，因為在變性區(qū)域和 非變性區(qū)域之間蝕刻速度產(chǎn)生差異，所以，通過對對象物進行蝕刻，可以 形成分辨率高的微細構造體。優(yōu)選在所述(b)中，所述第一部分被加熱到在膜厚方向完全結晶化 溫度以上。由此，就膜厚方向而言，能夠使第一部分完全結晶化。 優(yōu)選所述金屬膜含有鋁；所述構造體是條紋狀的格柵。 由此，得到可以作為偏光分離元件等光學元件而利用的微細構造體。


圖1是表示曝光裝置(微細構造體的制造裝置)的構成的框圖；圖2是衍射光學元件的側視圖；圖3是相位差板的側視圖；圖4是概略地表示使兩束衍射光束交叉而產(chǎn)生的干涉光照射到對象物 上的樣子的圖；圖5是表示(1)式的關系的曲線圖；圖6是對具有熱非線性特性的原材料之一例進行說明的圖；圖7是對具有熱非線性特性的原材料的曝光進行概略表示的圖；圖8是對根據(jù)溫度而產(chǎn)生相變化的深度進行說明的圖；圖9是概略地表示按照干涉條紋的周期而形成的凹凸圖案的樣子的圖；圖10表示本實施方式所涉及的微細構造體的制造工序的概略剖面圖；圖11是表示微細構造體的制造工序的另一個實施方式的概略剖面圖； 圖12是表示微細構造體的制造工序的又一個實施方式的概略剖面圖； 圖13是概略地表示按照干涉條紋的周期而形成的凹凸圖案的樣子的圖；圖14是表示微細構造體的制造工序的另一個實施方式的概略剖面圖; 圖15是說明按照溫度而產(chǎn)生相變化的深度的圖；圖16是概略地表示按照干涉條紋的周期而形成的凹凸圖案的樣子的圖；圖17是示意性地表示作為微細構造體的一個例子的偏光分離元件的 構造的圖；圖18是表示偏光分離元件的特性的曲線圖。 符號說明1曝光裝置10光源11快門(shutter)12、13反射鏡14衍射光學元件15第一透鏡16空間濾波器17相位差板18第二透鏡19對象物(被膜、被加工體)19，非結晶區(qū)域20基板21結晶區(qū)域22對象物23鋁膜具體實施方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的實施方式詳細地進行說明。圖1是表示本實施方式的曝光裝置(微細構造體的制造裝置)的構成的框圖。圖1所示的本實施方式的曝光裝置1包含光源(脈沖激光裝置)10、快門ll、反射鏡12、 13、衍射光學元件14、第一透鏡15、空間濾波 器16、相位差板17及第二透鏡18。光源IO輸出短波長的激光束。作為該光源IO，例如優(yōu)選使用Q開關 脈沖YAG激光(波長266nm)。光源10的激光平均輸出例如為1W左右(脈沖循環(huán)lkHz時)。脈沖寬度例如為1X10—9秒以上、1X10巧秒以下。另外，雖然在本實施方式中使用脈沖激光束，但本發(fā)明不限定于此，也可以使用CW (Continuous Wave)激光束。由光源IO射出的激光束在 通過快門11并被各反射鏡12、 13分別使進路(光路)改變90°后，向衍 射光學元件14入射?？扉T11用于控制激光束的通過/遮斷。衍射光學元件14將所入射的激光束分為多個激光束(衍射光束)。 圖2是衍射光學元件14的側視圖。如圖2所示，衍射光學元件14具有使 間隙為h (例如266nm)的兩個水平(level)以周期p (例如0.50nm)設 置的雙(binary)結構，表面形狀呈周期性構造。衍射光學元件14通過激 光描繪和離子蝕刻被制作在石英基板上。另外，衍射光學元件14不限定 于雙結構，例如也可以構成表面形狀呈正弦(余弦)曲面形狀的周期性構 造，或者，設計成外觀平坦而內(nèi)部的折射率周期性分布的周期性構造。第一透鏡15將分支的多個衍射光束進行聚光并使其穩(wěn)定化。在本實 施方式中，第一透鏡15的焦點距離fl例如為50mm?？臻g濾波器16僅使 多個衍射光束中的兩束衍射光束通過。相位差板17對通過了空間濾波器16的兩束衍射光束的相互間賦予相 位差。圖3是相位差板17的側視圖。如圖3所示，相位差板17在表面具 有深度為g的階梯差(間隙)。即，在圖中右側的區(qū)域和左側的區(qū)域，相 位差板17的厚度不同。由此，能夠在通過了相位差板17的衍射光束和未 通過相位差板17的衍射光束之間賦予規(guī)定的相位差(光路差)。本實施 方式中，在相位差板17的板厚相對大的區(qū)域通過的衍射光束和未通過相 位差板17的衍射光束之間的相位差4)被設定為0。另外，在相位差板17 的板厚相對小的區(qū)域通過的衍射光束和未通過相位差板17的衍射光束之 間的相位差4)被設定為n。相位差板17通過激光描繪和離子蝕刻被制作 在石英基板上。此外，相位差板17不限定于厚度不同的帶階梯差的形狀， 例如，也可以是外觀平坦、而左右區(qū)域的折射率不同的構成。另外，若相 位差為n，則也可以使用1/2波長板作為相位差板17。第二透鏡18對通過了相位差板17的兩束衍射光束進行聚光。第二透 鏡is的焦點距離f2例如為28mm。由第二透鏡18聚光后的兩束衍射光束 被照向對象物19。該兩束衍射光束以規(guī)定的交叉角度e進行干涉，產(chǎn)生周期性的干涉條紋(干涉光強度分布)。利用該干涉光強度分布，在對象物 的表面形成了與干涉光強度分布對應的周期性的微細圖案?；谘苌涔馐?的曝光時間例如為數(shù)毫秒左右，該曝光時間由快門ll進行控制。對于本實施方式的曝光裝置1而言，所分叉的兩束衍射光束相互接近， 且干涉曝光所需要的時間短到數(shù)毫秒左右，因此，對于干擾極其穩(wěn)定，不 易受振動或空氣起伏的影響。通常，激光干涉曝光系統(tǒng)對空氣起伏較敏感， 為了確保穩(wěn)定性，需要將曝光系統(tǒng)配置在防振臺上，并且，用堅固的罩對 曝光系統(tǒng)和防振臺進行覆蓋等措施，從而在設備上需要花費高額成本，而 根據(jù)本實施方式，能夠通過簡易的裝置構成實現(xiàn)穩(wěn)定的曝光系統(tǒng)。圖4是概略地表示使兩束衍射光束交叉而產(chǎn)生的干涉光照射到對象物 上的樣子的圖。若將各衍射光束的波長設為入，則使兩束衍射光束以交叉 角度e交叉時而得到的干涉條紋F的周期P可用下式設定。P二人/ (2sin0 ) ... (1)此時，如圖4所示，使兩束衍射光束Bl (第一激光束)、衍射光束 B2 (第二激光束)相對與對象物19的照射面正交的軸(假想軸)對稱入 射。由此，使干涉光的照射深度、寬度、或干涉條紋F的間距P等更加趨 于均勻。圖5是表示(1)式的關系的曲線圖。橫軸對應于交叉角度e ，縱軸 對應于干涉條紋F的周期P。如圖5所示，例如當波長人為266nm、交叉 角度e為72度時，干涉條紋F的周期P為140nm。將含有這種窄間距的干 涉條紋的干涉光向對象物19照射，由此，可以實現(xiàn)所期望的加工。其中，在本實施方式中，對象物19采用了具有熱非線性特性的原材料。下面， 對具有熱非線性特性的原材料進行說明。圖6是對具有熱非線性特性的原材料的一個例子迸行說明的圖。具體 而言，圖6表示了具有熱非線性特性的原材料(例如氧化鉑PtO)的示 差熱分析的測定結果。如圖所示，例如當對氧化鉑進行加熱時，在55CTC 附近顯示出相位變化，氧化鉑從非結晶狀態(tài)(非變性狀態(tài))向結晶狀態(tài)(變 性狀態(tài))變化。將產(chǎn)生該相位變化的溫度稱作轉移點Tc。在本實施方式中， 將這樣由于溫度上升而引起陡峭(即，非線形)的相位變化的原材料稱作 "具有熱非線性特性的原材料)。當將起因于這種相位變化的有無的非結晶區(qū)域及結晶區(qū)域混在一起的對象物19浸漬到堿水溶液中時，由于在這 兩個區(qū)域之間蝕刻速率存在差異，因此，例如結晶區(qū)域一方更早地被蝕刻。 由此，能夠產(chǎn)生與非結晶區(qū)域和結晶區(qū)域對應的凹凸。在本實施方式中， 使用上述的干涉光對具有這種熱非線性特性的原材料進行曝光。圖7是對具有熱非線性特性的原材料的曝光進行概略表示的圖。如圖7所示，對形成于基板20上(例如玻璃基板上)的對象物19照射使兩束 衍射光束交叉而產(chǎn)生的干涉光。由此，在由具有熱非線性特性的原材料構 成的對象物19的表面，產(chǎn)生了與干涉光的干涉條紋F的周期P對應的周 期性相位變化。即，在干涉光的強度相對高的區(qū)域，由具有熱非線性特性 的原材料構成的對象物19被加熱而超過轉移點Tc，由此產(chǎn)生相位轉移， 該區(qū)域變?yōu)榻Y晶狀態(tài)。另外，在干涉光的強度相對低的區(qū)域，由具有熱非 線性特性的原材料構成的對象物19因不怎么被加熱而不會超過轉移點 Tc，由此，該區(qū)域不產(chǎn)生相位轉移而保持原本的非結晶狀態(tài)。如圖8所示， 產(chǎn)生相位變化的深度是距離對象物19的表面為dc的深度。直到該深度dc， 對象物19的溫度超過轉移點Tc?？紤]該情況，將對象物19的厚度設定在 dc以下，以使在膜厚方向被完全加熱到轉移點Tc以上。在照射了干涉光 之后，將對象物19放置于堿水溶液中時，具有和干涉條紋的周期P相等 的周期的凹凸圖案(深度二dc)顯示在對象物19的表面。圖9是概略地 表示該樣子的圖。圖示的例子表示了光強度相對弱而保持著非結晶狀態(tài)的 區(qū)域所殘存的情況。另外，有時也保留光強度相對強而變?yōu)榻Y晶狀態(tài)的區(qū) 域，該情況下，凹凸圖案與光強度分布高的位置對應排列。如上述的圖7 所示，由于相位變化曲線的非線形性高，因此，通過適宜地控制激光束的 照射條件，能夠實現(xiàn)寬度窄、清晰的凹凸圖案。另外，具有熱非線性特性的原材料除了上述的氧化鉑膜以外，還可列 舉以下的無機材料。在本實施方式中，由于不需要使己經(jīng)變?yōu)榻Y晶狀態(tài)的 區(qū)域再次恢復為非結晶狀態(tài)，因此，還可以使用不可逆變化型的原材料。 例如ZnS —Si02、 Ge—Sb—Te、 Ge—Sb—Te—S、 Te—Te02—Ge—Sn、 Te—Ge一Sn—Au、 Ge一Te一Sn、 Sn—Se—Te、 Sb—Se一Te、 Sb一Se、 Ga 一Se—Te—Ge、 In—Se、 In—Se—T卜Co、 Ge—Sb—Te、 In—Se—Te、 Ag —In—Sb—Te、 Te02—Pb等。能夠采用它們中的任一種作為對象物19。本實施方式的曝光裝置1的構成及曝光原理(即光照射方法)如上所 述，接著，對本實施方式所涉及的微細構造體的制造工序(制造方法)進 行說明。圖10是表示本實施方式的微細構造體的制造工序的概略剖面圖。使用如上所述的曝光裝置i，通過使兩束衍射光束以規(guī)定的交叉角度e交叉而產(chǎn)生干涉光(第一光)，將該干涉光對基板20上的對象物19進行照射 (圖10A)。此時，進行如上所述的設定，以使一方的衍射光束B2通過相 位差板17，在其和另一方的衍射光束Bl之間不產(chǎn)生相位差。另外，在圖 10中，為了方便對相位差板17進行圖示，使相位差板17相對于衍射光 束B2偏斜而迸行了描繪，但如圖1所示，實際上相位差板17以衍射光束 B2與相位差板17的表面呈正交的方式配置。在以下說明的附圖中也一樣。以規(guī)定的交叉角度e交叉的兩束衍射光束Bl、 B2相互干涉，產(chǎn)生周 期性的干涉條紋(干涉光強度分布)(參照圖4)。通過被照射具有該干 涉光強度分布的干涉光，使得對象物19在光強度高的區(qū)域引起相位轉移， 該區(qū)域(第一部分)21成為結晶狀態(tài)(圖10B)。該成為結晶狀態(tài)的區(qū)域 21 (下面稱作"結晶區(qū)域21。)的循環(huán)周期和干涉光強度分布的周期相等。 干涉光的照射時間(曝光時間)例如為數(shù)毫秒左右，該照射時間(曝光時 間)由快門ll進行控制。接著，通過將對象物19浸入到堿水溶液中來進行蝕刻。此時，在結 晶區(qū)域21和其以外的區(qū)域(即，非結晶區(qū)域)之間產(chǎn)生了蝕刻速度差， 例如結晶區(qū)域21比非結晶區(qū)域(第二部分)更早地被除掉。其結果是， 形成了具有與干涉光的干涉條紋的周期對應的周期(本例中為140nm)的 非結晶區(qū)域19'的圖案(作為一例，為氧化鉑圖案)(圖10C)。這種亞 波長等級的微細構造體具有各種各樣的用途。另外，在結晶區(qū)域21和非 結晶區(qū)域19'之間產(chǎn)生的蝕刻速度的大小關系由原材料或由蝕刻溶液與原 材料之間的關系來決定，有時非結晶區(qū)域比結晶區(qū)域21更早地被除掉。 這種情況下，可得到結晶區(qū)域21的圖案。這樣，根據(jù)本實施方式，通過對具有熱非線性特性的對象物照射具有 干涉條紋的干涉光(第一光)，可對應光強度相對高的區(qū)域和低的區(qū)域， 得到變性區(qū)域(結晶區(qū)域)和非變性區(qū)域(非結晶區(qū)域)。這些變性區(qū)域和非變性區(qū)域的循環(huán)周期(間隔)可以通過減小交叉的兩束激光束的波長、或增大交叉角度e來縮短。通過采用具有熱非線性特性的對象物，即使變 性區(qū)域和非變性區(qū)域的循環(huán)周期小到100nm 200nm的程度，與現(xiàn)有的采 用由有機材料構成的光致抗蝕劑膜的情況相比，也可以清晰地得到變性區(qū) 域和非變性區(qū)域的邊界。而且，由于在變性區(qū)域和非變性區(qū)域之間蝕刻速 度產(chǎn)生差異，因此，通過對對象物進行蝕刻，可以形成分辨率高的微細構 造體。圖11是表示微細構造體的制造工序的另一個實施方式的概略剖面圖。 在上述圖10所示的實施方式中，考慮了利用通過蝕刻得到的非結晶區(qū)域 19'的圖案(作為一例為氧化鉑圖案)本身作為微細構造體的情況，也可 以使用該非結晶區(qū)域19'的圖案(或結晶區(qū)域21的圖案)作為蝕刻掩模， 將微細圖案轉印到另一對象物上。下面，對該情況進行說明。另外，對和 上述的制造工序重復的內(nèi)容的說明進行適當?shù)暮喕?。在本實施方式中，如圖11A所示，預先在基板20的表面形成對象物 22，然后在該對象物22的表面形成被膜19 (作為一例，采用氧化鉑膜)。 其中，對象物22不特別限定于該內(nèi)容，例如在本實施方式中可設定為鋁 或銀等的金屬膜。另外，基板20本身也可以是對象物。和上述同樣地使 兩束衍射光束以交叉角度e交叉而產(chǎn)生干涉光(第一光)，并使該干涉光 照射于對象物19。由此，和上述實施方式同樣地可在被膜19上形成結晶 區(qū)域21 (圖11B)。接著，通過與上述實施方式同樣地進行蝕刻，使得具有與干涉條紋的 周期對應的周期的結晶區(qū)域21的圖案(作為一例，是氧化鉑圖案)被除 掉，保留被膜19中的非結晶區(qū)域19'的圖案(圖11C)。其后，將該非 結晶區(qū)域19'的圖案作為蝕刻掩模，進行對對象物22的蝕刻。此時的蝕 刻的具體方法只要根據(jù)對象物22適宜地選擇即可。作為一例，在本實施 方式中進行干腐蝕。由此，非結晶區(qū)域19'的圖案被轉印到作為對象物 22的鋁膜上(圖11D)。即，鋁膜中的和非結晶區(qū)域19，(第二部分)未 重疊的部分被除掉。這樣一來，在基板20上形成了具有140nm周期的條 紋狀的鋁膜23 (鋁格柵)。另外，在不形成對象物22，且經(jīng)過了和上述圖11A 圖IIC同樣的工序的情況下，非結晶區(qū)域19，(或結晶區(qū)域21)的圖案被轉印到基板22的表面(未圖示)。這樣，通過采用了具有熱非線性特性的被膜，即使進一步減小結晶區(qū)域(變性區(qū)域)和非結晶區(qū)域(非變性區(qū)域)的循環(huán)周期(例如100nm 200nm程度)，與采用現(xiàn)有的光致抗蝕劑膜等的情況相比，也可以清晰地 得到結晶區(qū)域和非結晶區(qū)域的邊界。而且，由于在結晶區(qū)域和非結晶區(qū)域 之間蝕刻速度產(chǎn)生差異，因此，通過對被膜進行蝕刻，能夠將結晶區(qū)域(或 非結晶區(qū)域)除掉，使該區(qū)域開口。通過利用如此得到的具有開口的被膜 作為蝕刻掩模，進行對于對象物的蝕刻，可以形成分辨率高的微細構造體。圖12是表示微細構造體的制造工序的又一個實施方式的概略剖面圖。 在通過上述圖10或圖ll進行了說明的各實施方式中，進而如圖12所示， 將照射干涉光的工序進行兩次以上，此時，優(yōu)選在各工序都對兩束衍射光 束B1、 B2相互間賦予相位差。具體而言，在圖12A所示的工序中，和上述各實施方式的情況同樣地 將兩束衍射光束B1、 B2相互間的相位差cJ)設定為4)0 (任意值)，使各衍 射光束交叉，將由此產(chǎn)生的干涉光(第一光)向對象物19進行照射。將 該4> = 4)0的狀態(tài)設定為基準狀態(tài)(相位差為0的狀態(tài))。然后，在圖12(B) 所示的工序中，將兩束衍射光束Bl、B2相互間的相位差4)設定為4)0+n ，使該各衍射光束交叉，將由此產(chǎn)生的干涉光(第二光)向對象物19進行 照射。相位差的設定如上所述，通過相位差板17的配置變更來實現(xiàn)。當 這樣進行多重變更時，如圖13所示，與第一次曝光形成的光強度分布(圖 中用實線表示)相對應，得到以周期P循環(huán)的結晶區(qū)域，進而在與通過第 一次曝光而得到的結晶區(qū)域錯開P/2的位置，與第二次曝光形成的光強度分布(圖中用虛線表示)相對應，得到以周期P循環(huán)的結晶區(qū)域。若將 它們作為整體來看，則得到了以周期P/2循環(huán)的結晶區(qū)域的圖案。通過 對這種狀態(tài)的對象物19進行蝕刻，可得到周期為P/2的凹凸圖案。如上 所述(參照圖6)，由于對象物19對光的反應具有非線形特性，因此，在 進行了第二次曝光后，也可以回避結晶區(qū)域的圖案失去尖銳度(潰散)， 可得到窄間隔的圖案。作為對本實施方式的比較，考慮到對象物對光的反應為線形的情況(例如，通常的光致抗蝕劑膜等)，在基于與上述同樣的窄間隔的干涉光 多次進行曝光的情況下，圖案將潰散。其原因在于光致抗蝕劑等與光反應 的過程是單光子吸收。另外，在本實施方式中，對各衍射光束相互間的相 位轉移量設定為n，來形成波長的1/2周期的圖案的情況進行了說明， 但若將相位轉移量設定為"/2，則能夠以波長的1/4的周期形成圖案，進而，若將相位轉移量設定為^ /4，則能夠以波長的1/8的周期形成圖案。這樣，通過在兩束激光束之間賦予相位差，能夠使第一光的干涉條紋 和第二光的干涉條紋以微小的寬度(例如1 / 2間距、1 / 4間距等)錯開。 使這樣的第一光和第二光依次照射于具有熱非線性特性的被膜，由此，能 夠進一步減小結晶區(qū)域(變性區(qū)域)和非結晶區(qū)域(非變性區(qū)域)的循環(huán) 周期。這樣，在循環(huán)周期進一步減小的情況下，由于使用了具有熱非線性 特性的被膜，因此，也可以清晰地得到結晶區(qū)域和非結晶區(qū)域的邊界。從 而，可得到分辨率更高的微細構造體。通過利用上述的熱非線性特性和干 涉光的相位轉移，理論上可以脫離激光束的波長的制約而實現(xiàn)微細的圖 案。實際上，與現(xiàn)有技術相比，也可以實現(xiàn)特別微細的圖案。圖14是表示微細構造體的制造工序的另一個實施方式的概略剖面圖。 在通過上述圖10或圖ll進行了說明的各實施方式中，進而如圖14所示， 優(yōu)選和照射干涉光的工序(激光干涉曝光工序)中的使用兩束衍射光束而 產(chǎn)生的干涉光同時，向對象物19 (被膜)照射與該干涉光不同的光(第三 光)。例如，向對象物19照射和干涉曝光所使用的衍射光束B1、 B2不同的 激光束B3。由此，相對于兩束衍射光束B1、 B2所產(chǎn)生的光照射強度，可 得到由另一激光束B3給予偏置(byas)的作用。由此，如圖15所示，對 象物19上超過轉移溫度Tc的區(qū)域的深度cic進一步加深。這樣一來，在 對象物19上形成結晶區(qū)域，通過對其實施蝕刻，如圖16所示，與通過上 述圖10或圖11而說明的各實施方式的情況相比，可以在對象物19上形 成更深的凹凸圖案。另外，在作為對象物19而選擇的材料的轉移溫度Tc 高的情況下，也有利于向廣泛的區(qū)域形成凹凸圖案。而且，即使在用于產(chǎn) 生干涉光的衍射光束B1、 B2的輸出小的情況下，通過進行上述的偏置曝光，也可以在對象物19表面的廣泛區(qū)域形成凹凸圖案。此外，在圖示的 例子中表示了保留光強度相對弱而維持非結晶狀態(tài)的區(qū)域的情況，但有時 也保留光強度相對強而變成結晶狀態(tài)的區(qū)域。在這種情況下，凹凸圖案對 應光強度分布高的位置而排列。另外，通過進一步使用形成于該對象物19的凹凸圖案作為蝕刻掩模， 也可以將凹凸圖案轉印到事先設置在對象物19的背面?zhèn)鹊膶ο笪?參照 圖11)上。此外，第三光只要對于對象物19能夠得到使溫度偏置的作用即可，除了上述的激光束以外還可以使用各種光。就第三光的波長人2而言，從 給予有效的偏置這一觀點出發(fā)，優(yōu)選是和作為第一光的各衍射光束Bl、 B2的波長A1相同或接近的值，但不限于此。并且，第三光不一定非要是 單波長的光(單色光)，也可以是含有多種波長成分的光。作為產(chǎn)生第三 光的光源，例如可以使用受激準分子激光器(波長308nm)。通過并用這 種偏置曝光，可以擴大能夠由干涉光曝光的區(qū)域，從而，可向更廣的區(qū)域 同時形成圖案。下面，對應用上述的實施方式來制造金屬格柵型偏光分離元件時的一 個具體例(實施例)進行說明。在石英玻璃基板上形成鋁膜，進而在該鋁膜上形成氧化鉑膜。對于各 自的膜厚而言，例如鋁膜為150nm，氧化鉑膜為100nm。使用Q開關納米 秒脈沖YAG激光(波長266nm)作為光源10。激光平均輸出為1W (脈 沖循環(huán)頻率lkHz時)。將自該光源IO射出的激光束分為兩束，通過使 該分支后的兩束激光束(衍射光束)交叉而產(chǎn)生干涉光。干涉角度9為72 度。根據(jù)上述的式(1)，作為對象物的氧化鉑膜的表面的干涉條紋的周 期為140nm。使用該干涉光進行一次曝光。另外，也可以適當?shù)夭⒂檬褂?了第三光的偏置曝光。其后，使用堿水溶液進行蝕刻，由此，其結果是， 形成了具有和干涉條紋的周期同周期，即140nm周期的氧化鉑圖案。進而， 使用該氧化鉑圖案作為蝕刻掩模對鋁膜進行干腐蝕，由此將氧化鉑圖案向 其下面的鋁膜進行轉印。這樣一來，在石英玻璃基板上形成了具有140nm 周期的條紋狀的鋁膜(鋁格柵)。這種微細構造體例如可以用作偏光分離 元件。另外，在以上述的條件產(chǎn)生干涉光時，第一次各光束相互間的相位差 *二》0 (任意值)，第二次相位差4> =巾0+ 71。 g卩，第一次和第二次的 相位差設定為n。如此來進行第二次曝光。另外，也可以適當?shù)夭⒂檬褂?了第三光的偏置曝光。其后，使用堿水溶液進行蝕刻，由此，形成具有干涉條紋的周期的二分之一，即70nm周期的氧化鉑圖案。進而，使用該氧 化鉑圖案作為蝕刻掩模對鋁膜進行干腐蝕，由此將氧化鉑圖案向其下面的 鋁膜進行轉印。這樣一來，可在石英玻璃基板上形成具有70nm周期的條 紋狀的鋁膜(鋁格柵)。這種微細構造體例如可以用作偏光分離元件。圖17是示意性地表示如上所述而制造的偏光分離元件的構造的圖。 具體而言，圖17A是概略表示偏光分離元件的功能的立體圖，圖17B是 該偏光分離元件的局部概略剖面圖。該偏光分離元件在玻璃基板(Si02) 上以條紋狀(一維柵格圖案)形成有厚度150nm的鋁膜。鋁膜的柵格的周 期P為70nm或140nm。玻璃基板的復介電常數(shù)N= 1.5—j0.0，鋁膜的復 介電常數(shù)N二0.59—j5.34。圖18表示了這種偏光分離元件的偏光分離特 性。在圖18中，縱軸為透光率(左側)和對比度(右側)，橫軸為柵格 周期P和波長人的比。對比度以TE偏光的透光率和TM偏光的透光率之 比來定義。由該結果可知，構成偏光分離元件的柵格圖案(亞波長構造) 的周期P越短，作為偏光分離元件的性能越高(即透光率高，對比度高)。 在圖18中，與周期P二70nm相對的特性及與周期P二140nm相對的特性分別用箭頭表示于圖表上部。在任一偏光分離元件中都可得到優(yōu)良的偏光 分離特性?？芍绕涫侵芷赑=70nm的偏光分離元件的特性與周期P= 140nrn的偏光分離元件相比，透過率以及對比度都特別優(yōu)異。另外，本發(fā)明不限定于上述的實施方式的內(nèi)容，可以在本發(fā)明的主旨 范圍內(nèi)實施各種變形。在上述的實施方式中，作為應用了本發(fā)明的具體例， 列舉了偏光分離元件，但除此以外，本發(fā)明在微細構造圖案的形成所必需 的各種器件的制造中都是有用的。作為器件可列舉光學薄膜器件、半導體薄膜器件、標記(marking)、微小機械零件等。作為對光學薄膜器件的 應用，例如可舉出液晶應用設備所使用的反射防止膜、相位差板、光波 導路徑、偏光元件、取向膜、LED元件、EL元件等發(fā)光元件所用的光子能帶結構、高密度光盤等。另外，在上述的實施方式中，作為變性區(qū)域的一例列舉了結晶狀態(tài)， 作為非變性區(qū)域的一例列舉了非結晶狀態(tài)，但變性區(qū)域及非變性區(qū)域不限 于此。變性區(qū)域及非變性區(qū)域只要是能夠因兩者的物性(物理或化學特性) 不同而產(chǎn)生蝕刻速度的差即可。
權利要求
1、一種微細構造體的制造方法，包括(a)通過使兩束激光束交叉而產(chǎn)生含有干涉條紋的第一光；(b)對具有熱非線性特性的對象物照射所述第一光，由此，在所述對象物上形成與所述第一光的所述干涉條紋的周期相對應而配置的變性區(qū)域和非變性區(qū)域；(c)對所述對象物進行蝕刻，選擇性地除去所述變性區(qū)域或所述非變性區(qū)域的任意一個。
2、 如權利要求1所述的微細構造體的制造方法，其特征在于， 在所述(b)之后所述(C)之前還包括(d) 在所述兩束激光束之間賦予相位差使該兩束激光束交叉，由此產(chǎn)生含有干涉條紋的第二光；(e) 對所述對象物照射所述第二光，由此形成與所述第二光的所述 干涉條紋的周期相對應而配置的變性區(qū)域和非變性區(qū)域。
3、 如權利要求1或2所述的微細構造體的制造方法，其特征在于，所述變性區(qū)域是結晶狀態(tài)的區(qū)域，所述非變性區(qū)域是非結晶狀態(tài)的區(qū)域。
4、 如權利要求1 3中任意一項所述的微細構造體的制造方法，其特 征在于，所述對象物是PtO、 ZnS — Si02、 Ge—Sb—Te、 Ge — Sb—Te — S、 Te —Te02—Ge—Sn、 Te-Ge—Sn—Au、 Ge—Te — Sn、 Sn—Se—Te、 Sb—Se 一Te、 Sb —Se、 Ga—Se—Te—Ge、 In—Se、 In—Se—T1 —Co、 Ge —Sb — Te、 In—Se—Te、 Ag—In—Sb—Te或Te02—Pb。
5、 如權利要求1所述的微細構造體的制造方法，其特征在于，所述(b)包括使第三光和所述第一光一并向所述對象物照射的步驟。
6、 如權利要求2所述的微細構造體的制造方法，其特征在于，所述(d)包括使第三光和所述第二光一并向所述對象物照射的步驟。
7、 如權利要求5或6所述的微細構造體的制造方法，其特征在于， 所述第三光包含單一波長的光或由多種波長成分構成的光。
8、 一種微細構造體的制造方法，包括(a) 在對象物上形成具有熱非線性特性的被膜；(b) 通過使兩束激光束交叉而產(chǎn)生含有干涉條紋的第一光；(C)向所述被膜照射所述第一光，由此，在所述被膜上形成與所述 第一光的所述干涉條紋的周期相對應而配置的變性區(qū)域和非變性區(qū)域；(d) 對所述被膜進行蝕刻，選擇性地除去所述變性區(qū)域或所述非變 性區(qū)域的任意一個；(e) 經(jīng)由除去了所述變性區(qū)域或所述非變性區(qū)域的任意一個之后的所述被膜，進行對所述對象物的蝕刻。
9、 如權利要求8所述的微細構造體的制造方法，其特征在于， 在所述(C)之后所述(d)之前還包括(f) 在所述兩束激光束之間賦予相位差使該兩束激光束交叉，由此產(chǎn)生含有干涉條紋的第二光；(g) 對所述被膜照射所述第二光，由此，在所述被膜上形成與所述 第二光的所述干涉條紋的周期相對應而配置的變性區(qū)域和非變性區(qū)域。
10、 如權利要求8所述的微細構造體的制造方法，其特征在于， 所述(c)包括使第三光和所述第一光一并向所述被膜照射的步驟。
11、 如權利要求9所述的微細構造體的制造方法，其特征在于， 所述(g)包括使第三光和所述第二光一并向所述對象物照射的步驟。
12、 一種微細構造體的制造方法，包括(a) 在金屬膜上形成作為非晶質的無機材料層；(b) 向所述無機材料層照射由第一激光束和第二激光束的交叉而產(chǎn) 生的光，將所述無機材料層中與所述光的干涉條紋的周期對應的第一部分 加熱到結晶化溫度以上，使所述第一部分變性為結晶質；(c) 將所述第一部分從所述金屬膜上除去，并且，留下所述無機材 料層中未變性為所述結晶質的第二部分；(d) 除去所述金屬膜的不與所述第二部分重疊的區(qū)域，形成和所述 干涉條紋的周期間距相等的構造體。
13、 如權利要求12所述的微細構造體的制造方法，其特征在于， 在所述(b)中，所述第一部分被加熱到在膜厚方向完全結晶化溫度以上。
14、如權利要求12或13所述的微細構造體的制造方法，其特征在于，所述金屬膜含有鋁；所述構造體是條紋狀的格柵。
全文摘要
本發(fā)明提供一種可以實現(xiàn)分辨率高的微細構造體的技術。該微細構造體的制造方法包括(a)通過使兩束激光束(B1，B2)交叉而產(chǎn)生含有干涉條紋的第一光；(b)對具有熱非線性特性的對象物(19)照射所述第一光，由此，在所述對象物上形成與所述第一光的所述干涉條紋的周期相對應而配置的變性區(qū)域(21)和非變性區(qū)域；(c)對所述對象物進行蝕刻，選擇性地除去所述變性區(qū)域或所述非變性區(qū)域的任意一個。
文檔編號G03F7/20GK101251617SQ20081008073
公開日2008年8月27日 申請日期2008年2月18日 優(yōu)先權日2007年2月20日
發(fā)明者尼子淳 申請人:精工愛普生株式會社