(57)【要約】本発明は、多大な多様性を有するフォトレジスト構造体の製造法に関する。この場合には、フォトレジスト体積（５）を、フォトレジスト体積（５）内で互いに重なり合う少なくとも２つの光ビーム（１、２）で少なくとも１回露光し、その後に現像処理を行ない、その際光ビーム（１、２）は、少なくとも１個の透明な光学素子（３）を通過して進行する。  光学素子（３）は、フォトレジスト体積（５）からの入射の際または出射の際にフォトレジスト体積（５）の表面上で光ビームの屈折を十分に回避する、平らな面または湾曲した面を有する多面体であり、したがってフォトレジスト体積（５）内での光ビーム（１、２）の屈折角度は、光学素子（３）なしに制限することに係る、全反射の限界角度よりも大きくともよい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
フォトレジスト体積（５）を、フォトレジスト体積（５）内で互いに重なり合う少なくとも２つの光ビーム（１、２）で少なくとも１回露光し、その後に現像処理を行ない、その際光ビーム（１、２）は、少なくとも１個の透明な光学素子（３）を通過して進行する、フォトレジスト構造体を製造する方法において、光学素子（３）が平らな面または湾曲した面を有する多面体であることを特徴とする、フォトレジスト構造体の製造法。
【請求項２】
多面体として平らな面を有する部分プリズムを使用する、請求項１記載のフォトレジスト構造体の製造法。
【請求項３】
部分プリズムとして角錐体を使用する、請求項２記載のフォトレジスト構造体の製造法。
【請求項４】
部分プリズムとして尖端のない錐体を使用する、請求項２記載のフォトレジスト構造体の製造法。
【請求項５】
多面体として球台を使用する、請求項１記載のフォトレジスト構造体の製造法。
【請求項６】
フォトレジスト体積（５）を直接に光学素子（３）の１つの上にもたらす、請求項１から５までのいずれか１項に記載のフォトレジスト構造体の製造法。
【請求項７】
２個の光学素子を使用し、この場合これら２個の光学素子の間には、フォトレジスト体積（５）が存在する、請求項１から６までのいずれか１項に記載のフォトレジスト構造体の製造法。
【請求項８】
光学素子（３）の少なくとも１個とフォトレジスト体積（５）との間に浸漬物質（４）が存在する、請求項１から７までのいずれか１項に記載のフォトレジスト構造体の製造法。
【請求項９】
光ビーム（１、２）が強さ、位相および偏光に関連して互いに無関係に入射する、請求項１から８までのいずれか１項に記載のフォトレジスト構造体の製造法。
【請求項１０】
フォトレジスト体積（５）の少なくとも２個の露光部を備えさせ、この場合これらの露光部の間で光ビーム（１、２）とフォトレジスト体積（５）は、互いに相関的に運動する、請求項１から９までのいずれか１項に記載のフォトレジスト構造体の製造法。
【請求項１１】
フォトレジスト体積（５）の表面上の個々の範囲を少なくとも１つのシャドウマスクで覆う、請求項１から１０までのいずれか１項に記載のフォトレジスト構造体の製造法。
【請求項１２】
フォトレジスト体積（５）を付加的に個々のビームで露光する、請求項１から１１までのいずれか１項に記載のフォトレジスト構造体の製造法。
【請求項１３】
フォトレジスト体積（５）をセグメントに分解する、請求項１から１２までのいずれか１項に記載のフォトレジスト構造体の製造法。
【請求項１４】
フォトレジスト体積を少なくとも１つのビームで露光された他のフォトレジスト体積上にもたらす、請求項１から１３までのいずれか１項に記載のフォトレジスト構造体の製造法。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか１項に記載の方法により製造されたフォトレジスト構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フォトレジストからなる体積（フォトレジスト体積）中に構造体を製造する方法に関する。
【０００２】
フォトレジスト構造体を製造する目的で、ＷＯ  ０１／２２１３３Ａ１に記載の所謂ホログラフィックリソグラフィーに相応して感光性材料は、多数の光ビームの重なり合いから生じる多重ビーム干渉パターンで露光され、引続き現像される。こうして製造されたフォトレジスト構造体の形は、一般にフォトレジストの内部内で干渉する光ビームの角度に依存する。光ビームの結合または減結合のために、この刊行物には、透明な光学素子の使用ならびに必要な場合に固体の光学素子間での浸漬物質の使用が提案されている。
【０００３】
本発明は、フォトレジスト構造体の多大な多様性を得るという課題を基礎とする。
【０００４】
この課題は、請求項１記載の特徴によって解決される。従属請求項には、本発明の好ましい実施形式が記載されている。
【０００５】
フォトレジストよりも少ない屈折率を有する外部の媒体（例えば、空気）からなるフォトレジスト体積中に光ビームを入射させる場合、光ビームの実現可能な拡大方向の範囲は、不所望にもフォトレジスト体積の内部に限定されている。それというのも、外部の光学的に薄手の媒体からフォトレジスト中への移行の際に、ＷＯ  ０１／２２１３３  Ａ１に提案された入射方向の選択によって制限されてのみ補正しうるビームの屈折を配慮すべきであるからである。
【０００６】
外部の媒体からの入射の際のビームの最大で達成しうる屈折角度は、空気および典型的なフォトレジストの際に約３６゜を取る、全反射の限界角度である。この値は、軽く触れるような入射に必要とされる。従って、全反射の限界角度よりも大きい、フォトレジストの内部での角度は、入射方向の選択によって生じることはできない。
【０００７】
最初に、フォトレジスト体積は、フォトレジスト体積の内部で干渉パターンが発生されるように重なり合う２本、３本、４本、５本、６本またはそれ以上の光ビームで露光される。引続き、このフォトレジスト体積には、現像処理が行なわれ、それによって干渉パターンに相応するフォトレジスト構造体が製造される。
【０００８】
本発明によれば、２本、３本、４本、５本、６本またはそれ以上の部分コヒーレントの光ビームは、多面体を介してフォトレジスト体積中に導入されるかまたはフォトレジスト体積から導出される。それによって、フォトレジストの内部でのビーム角度、即ち外部の媒体からの直接の入射の場合には得ることができない、フォトレジストの内部でのビーム間の角度を全反射の限界角度を超えて得ることができることが可能になる。外部の媒体としての空気の場合には、当該値の範囲の前記角度は、約３６゜〜９０゜である。
【０００９】
更に、全反射の限界角度以下、殊にこの限界角度付近の屈折角度の場合にも、多面体の使用によって光ビームの結合および減結合は、本質的に改善される。
【００１０】
本発明によれば、光学素子は、多面体、特に部分プリズム、有利に角錐体、特に有利に尖端のない錐体として形成されているか、または他の実施形式で球台として形成されている。
【００１１】
光学素子からフォトレジスト体積へのビームの移行を可能にする目的で、フォトレジストは、直接に光学素子上に施こされてよい。別の実施形式において、浸漬物質は、光学素子とフォトレジスト体積との間に導入される。フォトレジストを液状で露光する場合には、浸漬物質は、場合によっては省略されてよい。
【００１２】
本発明による方法の特殊な利点は、若干の選択されたブラヴェ格子（Bravais-Gitter）を製造することができるだけでなく、全てのブラヴェ格子を製造することができることにある。これは、殊に三次元の完全なエネルギー禁制帯に関連して重要な面心立方（ｆｃｃ）構造に該当する（K. Busch, S. John, PRE 1998, 58, 第3896頁参照）。
【００１３】
しかし、三次元の完全なエネルギー禁制帯をフォトニック結晶中で達成する目的のためには、空気とフォトレジストとの屈折率の差（フォトレジストＳＵ−８の場合に１または１．６）では、不十分であると思われる。透明な強く反射する材料でのフォトレジスト構造体（テンプレート、存在しない形）の細孔の充填（侵入）および続くフォトレジストの除去によって、補足的な構造は、高屈折性材料から製造されうる。そのために、細孔ならびにフォトレジスト骨格は、それぞれ関連していることが必要とされる。一面で、重合されていないフォトレジストを消去することができ、他面、引続き細孔を一貫して高屈折性材料で充填（侵入）することができるようにするために、細孔は、互いに結合されていなければならない。フォトレジスト構造体は、機械的に安定であり、分解することがないようにするために、フォトレジスト構造体は、関連していなければならない。
【００１４】
ＷＯ  ０１／２２１３３  Ａ１において、実際にｆｃｃ−構造体をこうして記載された多重ビーム干渉法で光ビームの入射により直接に空気から製造することを試みたことが指摘される。しかし、実際には、フォトレジストの内部に、空気−フォトレジスト−境界面での屈折のためにｆｃｃ構造体は、生じず、むしろ現在の知識水準によれば、三次元の完全なエネルギー禁制帯を有するフォトニック結晶のためのテンプレートとしての使用には不適当である別の構造体が生じた。
【００１５】
更に、本発明によるフォトレジスト構造体は、表面の効果的被覆、粒子フィルター、マイクロミキサー、体積格子、回折構造体または分散性構造体、フォトニック結晶またはフォトニック結晶のための存在しない形として適している。
【００１６】
次に、本発明を図につき記載する。
【００１７】
空気−フォトレジスト境界面での屈折によって、光ビームは、スネルの屈折の法則
ｓｉｎ（α）＝ｎＰｈｏｔｏｌａｃｋ  ×  ｓｉｎ（γ）
により、フォトレジスト９の表面法線（Ｌｏｔ）に対する入射角度α  １０でフォトレジスト９中に屈折され、この場合γ１１は、フォトレジストの内部での表面法線に関連する屈折された光ビームの角度を表わす。使用されたフォトレジストについては、露光の場合、ｎ≒１．６７であった。
【００１８】
こうして記載された雨傘状の配置（umbrella-like configuration）での多重ビームの構成の場合（K.I. Petsas et al., Phys. Rev. A 1994, 50, 第5173頁）には、図１に示されているように、ビームの３本、以下、副ビームと呼ばれる、またはその波ベクターは、円錐体外被上に均一に分布し、この場合全部で３本の波ベクターは、円錐体の尖端に向かって方向が示されている。他のビーム、以下、参照ビームと呼ばれる、は、円錐体の軸線上にあり、同様に円錐体の尖端に向く方向を指している。参照ビームは、フォトレジスト層に対して入射スロットを形成する。このビームの構成で、例えばｆｃｃ並進対称を有する構造体を製造するために、フォトレジストの内部での副ビームと参照ビームとの角度γｆｃｃは、ａｒｃｃｏｓ（７／９）≒３８．９４゜でなければならない。
【００１９】
最初に、全反射率は、その実現化と矛盾する。それというのも、フォトレジストＳＵ−８のための全反射率γＧｒｅｎｚ１１の限界角度は、γＧｒｅｎｚ＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎＰｈｏｔｏｌａｃｋ）≒３６．７８゜＜γｆｃｃであるからである。この事実は、内角γｆｃｃ  １２および主に参照ビームと副ビームとの全ての角度γ＞γＧｒｅｎｚをフォトレジストの内部で空気からの直接の入射の際に実現させることを妨げている。従って、ｆｃｃ並進対称を有しかつ例えば単一立方（ｓｃ）の並進対称をも有する構造体（γｓｃ＝ａｒｃｃｏｓ（（√３）／６）≒７３．２２゜）は、前記配置で直接に空気からの露光によって製造することができない。
【００２０】
実施例には、商業的に得ることができるネガ型のフォトレジスト、例えばフォトレジストＳＵ−８が使用された。このフォトレジストは、ガラス支持体（直径２５ｍｍ、厚さ５〜７ｍｍ）上にレジスト用遠心分離器を用いて施こされた（回転塗布）。それによって、約１０〜５０μｍの層厚が達成された。引続き、溶剤を十分に除去するために、試料は、約１時間６５℃に加熱された（ソフトベーキング）。
【００２１】
多重ビーム干渉構造体中での次の露光は、雨傘状の配置（umbrella-like configuration）で行なわれた。４本の互いのコヒーレント光は、レーザーのビームをビームスプリッターにより分割することによって得ることができた。このために適しているのは、例えばＱスイッチングで周波数２倍器（３５５ｎｍの波長）でシーディングによる単一の縦モードのＮｄ：ＹＡＧパルスレーザーである。約６ｎｓのインパルス時間によって、ずれによる不鮮明さは、回避された。全ての部分ビームの強さおよび偏光が互いに別々に生じうることは、好ましい。これは、殊にビームが互いに無関係に楕円形、円形または線形で偏光されて配向されうることを意味する。１つの特殊な実施形式は、参照ビームが円形で、３本の副ビームが線形で、実際にそれぞれの入射平面内（所謂ｐ−偏光）に偏光されていることにある。ビームエネルギーの比は、参照ビーム：副ビームＮｏ．１：副ビームＮｏ．２：副ビームＮｏ．３について１．５：１：１：１である。
【００２２】
このビームを用いて、フォトレジストは、個々のレーザーインパルスで露光された。この露光に必要とされるインパルスエネルギーは、４本の部分ビームへの分割前に約８ｍＪであった。ビーム横断面積が約１／２ｃｍ２である場合、レーザービームの横断面積に亘って測定される、単位面積当りのエネルギーは、約１６ｍＪ／ｃｍ２であった。これは、約５０％の構造体の充填ファクターを生じた。
【００２３】
ｆｃｃ並進対称を有する構造体をフォトレジスト中で発生させるために、円錐体の半分の開口角度γは、フォトレジストの内部で条件γ＝ａｒｃｃｏｓ（７／９）≒３８．９４゜を満たさなければならない。この角度は、本発明によれば、特殊に形成された多面体を重畳させることによって達成される：このために、尖端が分離され、切断面が研磨された、変形されたレトロレフレクターが使用された（尖端のない錐体）。ビーム案内は、図２に示されている。
【００２４】
光ビーム１、２は、結合プリズムとして形成されている光学素子３から、蒸留水からなる浸漬物質４を介して、この実施例でガラス支持体６上に施こされているフォトレジスト体積５中に導入される。支持体６の下面からの再反射を抑制するために、黒色に陽極酸化されたアルミニウム薄板は、吸収体８として光路を遮断する。
【００２５】
支持体６と吸収体８との間には、油からなる他の浸漬物質７が存在する。この減結合の手段なしに、支持体の下面で参照ビーム１は、部分的に反射し、別の３本のビーム２は、全体的に反射し、干渉が重なり合って支障を来す。
【００２６】
干渉パターンで露光されるフォトレジストは、重合時に約６分間加熱され、この場合温度は、約６５℃から約９２℃に上昇した（後露光ベーキング）。炉からの取出しおよび冷却の後、試料は、少なくとも３０分間静置させた。
【００２７】
試料は、現像のために約３０分間ないし約１時間、１−メトキシ−２−プロピル−アセテートを含有するＳＵ−８−現像器を備えた浴中で静置して放置した。現像処理によって、フォトレジストの弱く露光された範囲は、現像器中で溶解され；これに対して、強く露光された範囲は、そのまま残存した（ＳＵ−８は、所謂”ネガ型”のフォトレジストである）。現像処理は、２−プロパノールの浴で約１０分間で完結した。
【００２８】
試料は、不均一な体積変化（膨潤または収縮）のために現像処理の間に生じる亀裂を示す。多くの場合、試料は、全部または一部分が支持体から剥離し；次に、テンプレートは、支持体なしでも使用される。生じる断片の面積は、約１ｍｍ２である。断片の形状および大きさは、フォトレジスト中に割れ目を意図的に入れることによって（目標−破断位置）制御されうる。
【００２９】
ネガ型のフォトレジストの位置でポジ型のフォトレジストを使用することによって、それぞれ逆転された構造体を得ることができ、この場合この構造体は、ネガ型のレジストを使用する場合にもたらされるであろう。
【００３０】
支持体からのテンプレートの意図的に支障のない溶解は、加熱されたかまたは煮沸された塩酸を有する浴中に導入することによって達成される。
【００３１】
更に、本発明の好ましい実施形式は、ガラス支持体を通じてフォトレジストを露光することである。このために、支持体６は、その上に回転塗布により施こされたフォトレジスト体積５を含めて逆転される。入射は、フォトレジスト層の一般に僅かに完全に離反した自由表面の代わりに、支持体６上に完全に載置されているフォトレジストの極めて平らな側から行なわれる。
【００３２】
全ての部分ビームは、外部の媒体（例えば、空気）からプリズムへの進入の際に多少とも強い反射損失を蒙るが、しかし、この反射損失は、全ての入射面に入射角度およびそれぞれの偏光に適した抗反射層を備えさせることによって回避される。
【００３３】
フォトレジスト中での所定の内角およびこの内角から（一般に別の屈折率のために）ずれている、プリズム中の角度に関連して、特に好ましい実施形式で、傾斜して存在する入射面は、ビームがまさにプリズムの側面への垂直方向の入射の際に望ましい角度をフォトレジスト中で生じるように配向されて製造される。こうして、正しい入射方向は、特に簡単に正確に制御することができる。それというのも、（抗反射層が存在する場合も）残りの再反射は、インディケータとして利用されうるからである：ビームそれ自体の反射（再帰反射）は、特に簡単に検査可能である。更に、抗反射被覆は、ビームの偏光とは無関係にもたらされる。
【００３４】
更に、好ましい実施形式において、浸漬物質およびプリズムが形成される物質は、これらの物質がフォトレジストと同じ屈折率を有するように選択される。それによって、僅かな再反射も回避され、結合効率は、高められる。
【００３５】
もう１つの実施形式において、側方の入射面は、まさにこの入射面が入射するビームに関連して正しい位置調整の際にブルースター角の下にあるように配向される。それによって、角度の正確な調整は、ビームのｐ成分の反射が消失することとして極めて正確に確認することができる。
【００３６】
更に、１つの実施形式において、全部で４本のビームは、互いに平行に入射されるが、しかし、この場合これらのビームは、相互に側方にずれている。プリズムの入射面は、必要な角度が屈折によってプリズムへの入射の際にもたらされるように配向されている。ビームの必要とされる並行性は、高い精度で、例えば適当な厚さの平面並行の板からなるビームスプリッターによって実現させることができる。４本のビーム間の角度を正確に調節するという課題は、前記方法でプリズムを完成させる場合に殆んど完全に計算された角度を極めて十分に精通してから得ることに転用される。
【００３７】
更に、好ましい実施形式においては、吸収体８の代わりに、結合に使用されるプリズムと同一であってよい他のプリズムがフォトレジストおよび支持体を既に通過した光ビームの減結合のために使用される。更に、減結合されたビームは、他の分析、例えばビームの偏光状態の調節に使用される。
【００３８】
更に、ビームの配置の好ましい実施形式は、レーザービームを４本の部分ビームに分割することにあり、この場合２本のビームの波ベクターは、１つの平面内にあり、２本の別のビームの波ベクターは、第１の平面に対して垂直方向にあるもう１つの平面内にある。この場合、波ベクターが第１の平面内にある対の波は、別の平面内にある対の波と対向して波動を形成する（K.I. Petsas et al., PRA 1994, 50, 第5173頁）。２本の部分ビーム間の角度を二等分することは、双方の対のビームに共通に当てはまり、同時にフォトレジスト層に対して表面法線を形成する。
【００３９】
波動に対する４つの方向ベクトルの次の例は、上記配置でｆｃｃ構造体を生じる：
［２，０，１］、［−２，０，１］、［０，２，−１］、［０，−２，−１］
フォトレジスト層は、２つの側、即ちフォトレジスト層によって互いに分離されている２つの半空間から露光される。この場合フォトレジスト層の表面法線に対するビームの内角は、それぞれγｆｃｃ＝０．５＊ａｒｃｃｏｓ（−３／５）≒６３．４３゜である。フォトレジストの内部でのこの角度は、空気からの直接の入射の場合には、達成することができない。
【００４０】
この事実から、半空間からのビームは、フォトレジスト中に結合されるはずであり、別の半空間からのビームは、次に減結合されるはずであることが明らかになる。これは、フォトレジスト層が２個の屋根形プリズム間にあることによって達成され、この場合屋根形をした面は、外向きの方向を示し、プリズムは、互いに９０゜の反射面を持つ。それぞれの前記屋根形プリズムは、１つの対ビームのために結合要素として使用され、別の対ビームのために減結合要素として使用される。これは、プリズムの垂直の側面を斜めに切断する（変形する）ことによって角錐体に変えることにより行なわれる。それぞれの前記の変形された屋根形プリズムを通して１つの対ビームは入射し、別の対ビームは、出射する。光を結合させ、再び減結合させるために、変形された屋根形プリズムとフォトレジスト層または支持体との間に適当な浸漬物質４、７からなる層がそれぞれ必要とされる。
【００４１】
もう１つの実施形式において、露光の間にフォトレジストの範囲は、意図的に覆われ（マスキング）、したがって干渉パターンの部分だけがフォトレジスト中に保存される。それによって、選択可能な円形のテンプレートを得ることができる。この方法は、ポジ型のフォトレジストならびにネガ型のフォトレジストの場合に重要である。それというのも、露光されていない、即ちマスキングによって覆われた部分は、そのまま残存されるかまたは溶解されるからである。
【００４２】
フォトレジストは、もう１つの好ましい実施形式において、一定の範囲で、例えば、常用のマスキング技術によりフォトレジストをパターン化された前方での露光または後方での露光によって過剰露光させることができる。その後に、上記の多重ビーム干渉技術は、なお露光されていない部分にも使用される。ネガ型のフォトレジストの場合、過剰露光された範囲は、一体材料（Vollmaterial）を形成する。
【００４３】
こうして、一体材料によって包囲されているフォトレジストテンプレートが生じる。これは、殊にフォトレジスト層の全体を支持体から剥離する場合に、生じるフォトレジストテンプレートのよりいっそう良好な取扱いを可能にする。ポジ型のフォトレジストに交換することによって、それぞれ補足の構造体を実現させることができる
更に、１つの実施形式において、ＵＶ灯によって完全に過剰露光され、その後に選択的に現像された、例えばＳＵ−８からなるネガ型のフォトレジストの層（不動態化された付着層）上には、例えば同様にＳＵ−８からなる他のフォトレジスト層が施こされ、次にこのフォトレジスト層は、干渉パターンを用いて露光される。付着層上にある前記層の現像後、支持体からの剥離後にフォトレジストからなる一体材料の層（付着層）上にあるテンプレートを得ることができる。次に、この付着層は、僅かな厚さの支持体を形成し、この場合この支持体は、フォトレジスト構造体と同じ化学組成を有する。
【００４４】
フォトレジストを通じての波動の際の光の吸収のために、波動方向に沿っての光の強さの減少が生じ、ひいてはもう１つの実施形式において、深さにより充填ファクターの変化の可能性が生じる（曲線構造体（Verlauf-Struktur））。フォトレジストへの適当な添加および／または感光度が互いに異なる、種々のレジストの複数の層の塗布によって、吸収、ひいては深さによる変形の強さは、影響を及ぼされうる。
【００４５】
反対に、吸収を回避することにより、例えば吸収性混合物を除去しながら清浄化することによって、フォトレジスト構造体の均一の構造が生じる。
【００４６】
ビームは、斜めにフォトレジスト中に入射する。それによって、有効なビーム断面積は、元来の例えば円形のビームの断面積以外のものである。全てのビームのよりいっそう良好な重なり合いは、この全てのビームが公知の光学的素子、例えば１対のアナモフィックプリズムで横断面内で、斜めに入射することによって効果的に円形になるように前変形されることによって達成される。
【００４７】
雨傘状の配置と比較して反対の方向に参照ビームが拡がる場合には、別の構造、殊に螺旋形構造を得ることができる。
【００４８】
本発明による方法の特殊な実施形式は、３本のビームだけを使用することにある。それによって、二次元の周期的なフォトレジスト構造体を製造することができる。本発明による結合プリズムを用いて、フォトレジスト体積内でのビーム間の大きな角度を実現させることができ、それによって空気からの直接の入射の場合よりも小さな格子定数を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】全反射の限界角度を上廻るフォトレジスト中でのビーム角度の実現を示す略図。
【００５０】
【図２】本方法のための層状構造体を示す略図。
【符号の説明】
【００５１】
１、２  光ビーム、  ３  光学素子、  ４  浸漬物質、  ５  フォトレジスト体積、  ６  支持体、  ７  浸漬物質、  ８  吸収体、  ９  フォトレジスト、  １０  入射角度α、  １１  γ、  １２  内角γｆｃｃ
【図１】
2005534050.tif 000002
【図２】
2005534050.tif 000003
【国際調査報告】
2005534050.tif 000004
2005534050.tif 000005
2005534050.tif 000006
2005534050.tif 000007
2005534050.tif 000008
2005534050.tif 000009