JP5020081B2 - ホログラフィックリソグラフィ - Google Patents

Description

[001]本発明はホログラフィックリソグラフィに関し、具体的には三次元のコンピュータ生成ホログラフィックリソグラフィに関するものであ。ただし、これに限定するものではない。

[002]リソグラフィ、特にフォトリソグラフィは電気部品および電気回路を生成するための半導体およびプリント基板（ＰＣＢ）の製造ではよく知られた技術である。フォトリソグラフィは、露光する前にフォトレジスト層によって覆われた基板の前方にマスクを配置することを伴う。露光されたフォトレジスト部分は反応し、未露光のフォトレジストと比較して化学的特性を変える。次いでフォトレジストは、ポジティブレジストについてはフォトレジストの露光部分、またはネガティブレジストについては未露光部分のいずれかを除去するために現像される。パターンがフォトレジストに形成されることにより、エッチング、堆積、または注入など（ただし、それらに限定されない）の後続のプロセスステップを基板上で実行することができる。

[003]フォトリソグラフィの解像度はマスク形状からの光の回折によって限定される。マスクと基板の間の離隔距離が増大するにつれて、最小形状寸法が増大し、したがって微細配線フォトリソグラフィの方法は平面のみに適している。非平面上のフォトリソグラフィは、露光前にマスクを基板の形状に成型することにより実現している。この特殊技法は大きい単純な形状にのみに適している。

[004]ホログラフィックマスクは、大きい（例えば、１５×１５インチ）平面の基板上にサブミクロン形状をパターニングするための従来の内部全反射（ＴＩＲ）ホログラフィック技法を使用して形成されている。ホログラフィックマスクは、欠陥に対して標準的なマスクよりも極めて堅牢であり、高い鮮明度の形状を生成するために基板に密接に接触する必要がない。１対のＴＩＲホログラフィックマスクを球面の基板上に投影するための技法も考案されている。その技法はホログラムを生成するために複雑な光学的設定を要する。

[005]主にホログラフィックディスプレイで使用される計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）生成用システムも考案されている。ＣＧＨは、コンピュータ内部に幾何学的に物体または形状を定義することにより、および回折マスクの必要なパターニングを計算することにより生成される。適切な光源が回折マスクに向かって放射されるときに、その物体のホログラム像が生成される。

[006]ＣＧＨシステムは、作図または印刷されるホログラフィック干渉パターンを設計する。そのパターンが単色光源に露出されるとき、ホログラムは生成される。一般的用法およびこの文脈ではＣＧＨは、コンピュータ内で干渉パターンを生成することから、光源にその干渉パターンを露出させることまでの、ホログラムを生成する全体のプロセスを説明する。

[007]通常、３Ｄ空間に配光を投影するためのＣＧＨパターンは下記を含むいくつかの方法で計算されている。
１．ボリュームをいくつかのスライスに分け、各スライスに対するフレネル回折式（ＦＤＦ）を計算する。
２．ボリュームをホログラム面に対する様々な傾斜角でいくつかの平面のセグメントに分け、各平面のセグメントに対するＦＤＦの結果を重畳する。
３．ボリューム内の物体を線セグメントに分解し、各線セグメントに対するＦＤＦ結果を重畳する。

[008]第１の方法は、物体ボリューム中のすべてのスライスに対して光学的な計算を必要とし、各光学的計算は二次元のフーリエ変換および乗法因子を含む。同様に、第２の方法は、二次元のフーリエ変換、指数関数的位相因子による乗法、および物体が分けられてできる各平面に対する座標変換の計算を必要とする。大きい回折マスクまたは高い解像度の回折マスクに対するこれらの方法を使用して回折パターンを計算することは計算処理上、高価である。

[009]第３の方法に基づく計算は、ホログラム面でのパターンを解析的に計算することができるので、より効率的である。これは「Ｃｏｍｐｕｔｅｒ−ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｈｏｌｏｇｒａｍｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｏｂｊｅｃｔｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ｌｉｎｅ ｓｅｇｍｅｎｔｓ」Ｃｈ．Ｆｒｅｒｅ、Ｄ．Ｌｅｓｅｎｂｅｒｇ、Ｏ．Ｂｒｙｎｇｄａｈｌ、Ｊ．Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ ３（１９８６）７２６−７３０で説明されており、ここではこの技法がホログラフィックディスプレイの生成に関して使用されている。残念ながら、この方法は、線幅および線長を正確に制御するための適切な手段をもたらしておらず、したがって精密なアプリケーション向けには使用することができない。

[010]本発明の第１の態様によれば、ホログラフィック回折パターンを生成する方法が提供され、この方法は以下のステップを含む。
（ｉ）少なくとも１つの幾何学的形状を定義するステップ
（ii）少なくとも１つの幾何学的形状を表すために少なくとも１つの線セグメントを生成するステップ
（iii）線幅の制御項および線長の制御項を有する少なくとも１つの線セグメントを表すインパルスに対するフレネル回折式の計算を含め、ホログラム面上の線回折パターンを計算するステップ
（iv）２つ以上の線セグメントがある場合に、ホログラフィック回折パターンを形成するために線回折パターンをベクトル的に加算するステップ

[011]好ましくは、少なくとも１つの幾何学的形状は三次元の幾何学的形状である。

[012]好ましくは、線回折パターンは関数Ｈ（ｘ，ｙ）によって定義され、適切な放射源が線回折パターンによって回折される結果の投影像が関数Ｕ（ｕ，ｖ）によって定義される。

[013]好ましくは、線幅の制御項は

であり、ここでｗは線セグメントの幅であり、λは適切な放射源の波長である。

[014]好ましくは、線長の制御項は

であり、ここでｈは線セグメントの長さである。

[015]好ましくは、ステップ（iii）は前記ホログラフィック面の全体の領域より小さいホログラフィック面の領域を表す部分的ホログラフィックパターンを計算するステップを含む。

[016]好ましくは、この方法は、２つ以上の線セグメントが交差する少なくとも１つの幾何学的な形状内の任意の点を識別するステップと、識別された点の点回折パターンを計算するステップと、点回折パターンをホログラフィック回折パターンから減算するステップとをさらに含む。

[017]本発明の第２の態様によりホログラフィックリソグラフィシステムが提供され、ホログラフィックリソグラフィシステムは、
幾何学的な形状を定義するための幾何学的形状定義手段と、
幾何学的形状が少なくとも１つの線セグメントによって定義され、線回折パターンは線幅の制御項および線長の制御項を含んでホログラム面上で計算され、２つ以上の線回折パターンの場合、線回折パターンはホログラフィック回折パターンを形成するためにベクトル的に共に加算されるホログラフィック回折生成手段と、
ホログラフィック回折パターンの複素値が使用されてホログラフィックマスクを生成するホログラフィックマスク生成手段と、
フォトレジストが基板上に付着されるフォトレジストの付着手段と、
ホログラフィックマスクが基板に位置合わせされ、および単色光に露出される単色光露光手段と
を備える。

[018]この明細書では単色光は、典型的にレーザ源から見られる狭周波数帯の光源を意味すると受け取られる可能性があるが、他の比較的狭周波数帯の光源を含んでもよい。

[019]好ましくは、フォトレジストの付着手段は、基板の一様なフォトレジスト被覆を可能にする電着可能フォトレジスト（ＥＤＰＲ）を付着させる。

[020]フォトレジスト露光後に続くステップは、金属積層、金属エッチング、および基板からの露光または未露光フォトレジストの除去などの標準的プロセスを使用する。

[021]本発明の第３の態様により、デジタルコンピュータの内部メモリに直接ロード可能なコンピュータプログラム製品が提供され、このコンピュータプログラム製品は本発明の第１の態様による方法を実行するためのソフトウェアコード部を備える。

[022]本発明の実施形態は、添付図面を参照して、例としてのみここで説明することとする。

[023]図１を参照すると、従来技術のフォトリソグラフィプロセスはマスク１０、基板１２、フォトレジスト１４、および電磁放射線１６（この場合では適切な光源）を有する。基板１２は非平面であり、それはマスク１０がすべての必要とされる部分上のフォトレジスト１４の表面に直接載ることができないことを意味する。マスク１０とフォトレジスト１４の間にすき間がある場合、光線１６はフォトレジスト１４に到達する前にマスク１０によって回折する。光線１６の回折がマスク１０の領域より大きいフォトレジスト領域に入射するので、マスク１０が生成することができる最小形状寸法は影響を受ける。

[024]ここで図２を参照すると、ホログラフィックマスク２０はここで非平面の基板１２の上方で使用される。ホログラフィックマスク２０とフォトレジスト１４の間の距離に基づいて、ホログラフィックマスク２０は適切に光線１６を回折する。どのように光線１６がホログラフィックマスク２０を通って回折するかを予期することに基づいて、フォトレジストの露光部分の目標が定められる。

[025]本発明によって記録すべき物理的物体を生成することなくホログラフィックマスクを生成することができる。要求される形状またはパターンは三次元の座標空間で表して定義され、ホログラフィックパターンは座標空間でその形状から定義された距離に生成される。ホログラフィックパターンは一般にコンピュータ内に生成されるので、このパターンは通常、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ）と呼ばれる。次いでホログラフィックマスクは、基板のフォトリソグラフィを可能にするようにホログラフィックパターンから生成されることができる。

[026]形状が座標空間で定義されていると、その形状は１つまたは複数の線セグメントに分けられる。各線セグメントについて線回折パターンが計算される。

[027]まず、空間での単一の線は次の式１として定義される。
Ｕ（ｕ，ｖ）＝δ（ｕ）
つまり、ｖ方向の±∞にわたりｕ＝０でインパルスであり、ここでｕおよびｖは物体座標面を表し、その中で線すなわち形状が定義される。

[028]ホログラム面および物体面が共通の光軸ｚを共用して、ホログラム座標面はｘおよびｙにより定義される。

[029]ホログラムと像の離隔距離ｚについて、ホログラム面Ｈ（ｘ，ｙ）上のインパルスの線回折パターンが次の式２によって与えられる。

ここでλは照射する単色光源の波長である。

[030]光軸と角度（９０°−α）をなす線に対する式２の等価式は次の式３によって与えられる。

ここでｚ_ｘはｘ軸に沿った所与の位置でのマスクと基板の間の距離である。

[031]解析分布Ｈ（ｘ，ｙ）を辺ａおよびｂの有限寸法のマスクに切形することにより次の式４の形で再形成された像Ｕ（ｘ，ｙ）をもたらす。

[032]切形された分布Ｈ（ｘ，ｙ）から生じる像は、ｕ方向でフレネル積分ｆ（ｕ）によって変調されるとき、ｖ方向でＳＩＮＣ関数の形をとる。したがって像面での線セグメントの強度は、ｖ方向でＳＩＮＣ^２のように変化し、ｕ方向でｂの大きい値に対してＲＥＣＴ関数によって近似されることができる。

[033]本発明に関連して、ＳＩＮＣは次の式５で示すように定義される。

[034]本発明に関連して、ＲＥＣＴは次の式６に示すように定義される。

[035]マスクでのエイリアシング効果を考慮すると、達成可能な最小線幅が、ホログラムと基板の離隔距離ｚと無関係に、回折パターンのｙ方向のサンプル間隔に等しいことが示される。

[036]式４は、一定の基板マスク離隔距離について、線セグメントの幅を調整するために利用できる機構はｙ方向の回折パターンの範囲だけであることを示唆している。様々なｚ値に対してＳＩＮＣ関数の主突出部の一定の幅を維持すると、線強度の変動をもたらす。したがって、大きいｚの範囲にわたって一定の線断面を維持すること、または線セグメントの幅を効果的に変更することは困難である。

[037]式２は、リソグラフィの観点から２つの方法で改善される。線幅の制御項が導入されて線セグメントの幅の効果的制御を可能にし、線長の制御を表す積分項が追加されて線の両端での減少を改善し、およびそれに沿った強度を滑らかにする。

[038]次いで、線回折パターンでの幅ｗおよび長さｈを有する線に対する分布は次の式７になる。

[039]式７の線長制御の積分は１つだけの変数の関数であり、したがって比較的迅速に数的に評価されることができ、あるいはそれはほとんどの数学的ソフトウェアパッケージで値が作表されるフレネル積分として表すことができる。

[040]光軸に対して角度（９０°−α）をなす線の等価式が次の式８により与えられる。

[041]図３は距離ｚだけ離隔した線回折パターン３０と像面３２を示す。光源３４が線回折パターン３０によって回折されるとき、線セグメント３６は像面３２上に光源３４によって形成される。強度図３８は、線セグメント３６の長さに対応する像面３２にわたる光の強度を示す。閾値４０は、フォトレジストを活性化するために必要な光の強度を示し、したがって線セグメントの鮮明度を示す。

[042]図４は図３と同じ構成を実質的に有し、したがって同様の項目に対して同様の参照番号を有する。図４では線回折パターン３０は９０°回転しており、それによって線セグメント３６が９０°回転している。ここで像面３２にわたる強度図４２は、線セグメント３６の幅に対応する単一の細いピークを伴い成形される。

[043]式７および式８で説明されるいくつかの線セグメント回折パターンを重畳することによってホログラフィック回折パターンが、対象とする幾何学的形状に関して生成される。これによって回路トラックを任意の区分的な平面上に生成することができる。この文脈では、「区分的な平面（ｐｉｅｃｅｗｉｓｅ ｐｌａｎａｒ ｓｕｒｆａｃｅ）」は、様々な角度および方位での複数の平面から形成される面である。

[044]この場合、重畳することには、ホログラフィック回折パターンを生成するために線回折パターンの複素解をベクトル的に加算することが含まれる。線回折パターンの解は振幅成分および位相成分の両方を有するので、この意味で「複素（Ｃｏｍｐｌｅｘ）」は複素数に関係する。

[045]線セグメント回折パターンが重畳されるとき、２つ以上の線セグメントが交差する点が像を生成し、そこでは交差点での強度が他の線セグメントよりも極めて大きい。これによりこの部分でフォトレジストの露光過多を生じる。この効果を除去するために、２つの線の交差点に配置される単一の点からの回折パターンが計算され、その結果が元のマスクから減算される。点パターンからの光の回折は線セグメントパターンを弱めるように干渉し、交差点での強度を適切に低減させることになる。

[046]線セグメントの回折パターンが線ではなく矩形（つまり、それらの線が著しい幅を有する）としてより良く説明される場合、重なる部分からの領域回折パターンは減算されなければならない。例えば、等しい幅を有する２つの交差する線セグメントが交差するとき、交差を表す正方形回折パターンが生成され、および全体の像から減算されなければならない。

[047]必要とされる計算の複雑さをさらに低減する、したがってコンピュータの処理時間をさらに低減するために、各線セグメントの回折パターンはホログラム面上に局所化される。これはホログラム面の全体の領域よりも小さいホログラム面上の領域に対する部分的線セグメント回折パターンを計算することによって実現される。次いで、ホログラフィック回折パターンを生成するためにホログラム面でのそれらの相対的位置を維持して、部分的線セグメントはベクトル的に加算される。

[048]局所化は、マスクの領域よりも小さい領域にわたり計算される個々の線セグメントＣＧＨの重畳に依存する。計算領域の寸法は基板上に得られる線像の質を決定し、およびＣＧＨマスクの解像度によって限定される。計算領域は所与のＣＧＨマスクの解像度を許容できる最大領域として選択することができる。

[049]より小さいマスクと基板の離隔距離を意味する対応する基板領域の真上の領域に対するＣＧＨ計算領域の局所化が、所与のマスク解像度に関して実現することができる。各線セグメントからのより高い回折次数を十分に減衰して、結合されたときにそれらの強度がフォトレジストの固定閾値よりも小さいようにすることを保証することが重要である。

[050]次いで、ホログラフィック回折パターンは製作に適した形式に変換することができる。式７の実数部はｎ個のグレースケールレベルに量子化される。図５で示すように、次いで、得られる行列の振幅は、各サンプルセル内に含まれるグレースケール値に比例する面積の矩形としてグレースケール層にコード化される。その後、このパターンは、標準的な処理技術（すなわち、マスク素材上に塗布されるクロムの選択的エッチング）を使用してマスク素材上に転写することができる。

[051]これは、マスクを作成するいくつかの可能な方法の中の１つだけであることは理解されよう。連続階調マスクがいくつかのグレースケールレベルを有するマスクの代わりに使用可能であることは理解されよう。

[052]代替（マスクレス）実施形態では、固定ホログラフィックマスクは、１つまたは複数の空間光変調器（ＳＬＭ）によって置き換えられてもよい。図８は、固定マスクが単一の反射型のＳＬＭによって置き換えられる実施形態を示す。図９は、固定マスクが２つの透過型ＳＬＭによって置き換えられる実施形態を示す。ＳＬＭは、固定ガラスマスクに類似の方法の中のプログラム可能なおよび時間変化に対応する方法で光の振幅および／または位相を制御する。単一のＳＬＭは、バイナリ振幅変調型ＣＧＨを実現するために光源１１４、ビーム成形器１１６およびコンピュータ１１８と共に使用されてよい。二重ＳＬＭシステム（図９に図示）は、完全複素ＣＧＨマスク設計を実現するために使用されてよい。基本的な変更は前述のＣＧＨの計算に必要としないが、ＳＬＭ変調のもとで最高性能を得るためにはＣＧＨパターンを最適化することが望ましい場合がある。ＳＬＭは超高速データ記憶装置を可能にするホログラムを投影するために既に使用されているが、ホログラフィックリソグラフィには使用されていない。マスクをＳＬＭで置き換えることによって、数値制御されるホログラムを迅速に生成し、および投影することができる。それによってこの種のホログラムのシーケンスを連続して投影することができ、ステップアンドリピート方法、ステップアンドスキャン方法、およびマルチ露光方法が可能になる。さらにこれにより大きい表面にわたる露光、より微細部を有する露光、およびより複雑な像の生成が可能である。

[053]このシステムによって、機械的走査システム（図示せず）が面積の大きい基板上にＳＬＭを走査することもでき、したがってマスク寸法の制限を除去することができる。これに関連して、ＳＬＭの動作領域がＣＧＨの局部領域に合うように、この種の機械的走査システムは前述のＣＧＨ設計の固有の局所化を実際に活用する。マスクレスシステムの他の実施形態は図８および図９に示す実施形態以外にも可能であることは留意されたい。

[054]２つの位相レベルを生成するとき、式７の実数部の符号は位相シフトマスクを生成するために使用される技術を使用して実現することができる。これは、マスク基板の選択的エッチングまたはマスク上に付着される透明層のパターニングのいずれかを意味してもよい。パターンの深さは透過光に対する１８０°位相シフトに対応する。

[055]ＣＧＨをさらに改善するように追加の位相レベルがマスク内で生成および使用できることが可能である。例えば、２つのレベルの位相の実施形態は４つ以上のレベルまで、または連続的範囲の位相シフトまでにも拡張することができる。

[056]振幅層および位相シフト層は相互に位置合わせされる。位相シフト層のパターニングの前後のいずれかにクロムを付着させることが可能である。

[057]ここで図６を参照すると、単色光源６０（この場合はレーザ）はコリメータ６２に向かって単色光を放射する。コリメータ６２は平行ビーム６４を生成し、平行ビーム６４はホログラフィック回折パターン６６に向けられる。単色光は非平面の基板６８上に対してホログラフィック回折パターンによって回折される。基板６８はフォトレジスト層（図示せず）を有しており、その層から露光または非露光部分が除去されてエッチングなどの他のプロセスを実行することができるようにされてもよい。

[058]非平面のおよび場合によって複雑な基板形状でもフォトレジストの平坦な層を必要とする。半導体ウェハまたはプリント基板など名目上「平面の（ｆｌａｔ）」基板をパターニングするとき、概してフォトレジストは液体プリカーサを回転塗布させること、またはドライフィルムを積層することのいずれかによって塗布される。これらの方法は、それによって一様な厚さの層のフォトレジストを付着させることができないので、著しく非平面の基板には適していない。中程度の起伏形状を一様に被覆することができる噴射ノズルが開発されているが、著しく非平面の場合、好ましい方法は電着可能フォトレジスト（ＥＤＰＲ）を使用することである。

[059]したがってフォトリソグラフィは、ホログラフィックマスクの生成およびＥＰＤＲの使用によって、著しい非平面に適用することができる。こうして複雑な回路が、マスクを再成形することなく本発明の使用によって、非平面の基板上にパターニングできる。

[060]ここで図７Ａおよび図７Ｂを参照すると、まず、基板をエッチングする（９２）ための計算機合成ホログラムフォトリソグラフィシステム７０は、いくつかの幾何学的形状を入力される（７２）。次いで、幾何学的形状（７２）は三次元のサンプル空間で定義される（７４）。ＣＧＨ（７６）またはホログラフィック回折パターンは前述のサンプル空間（７４）から生成される。ＣＧＨ（７６）は以下のステップによってホログラフィックマスクに変換される。
・ＣＧＨを二進化する（７８）
・グレースケール分布および位相分布を生成する（８０）
・機械形式のパターンを生成する（８２）
・位置合わせマークを追加する（８４）
・マスタのグレースケールマスクおよび位相マスクを作図する（８６）
・バイナリ振幅位相マスクを生成する（８８）
・マスタからグレースケールおよび位相マスクを生成する（９０）
・フォトレジスト塗布基板をＣＧＨマスクに位置合わせする（ＣＧＨマスクは、グレースケールおよび位相マスク（ステップ９２）とバイナリ振幅位相マスク（ステップ８８）とが結合したものである）
・適切な光源で基板を露光する（９４）
・露光されたフォトレジストを現像する（９６）

[061]ネガティブ型フォトレジストが使用されている場合、プロセスは以下のステップにより継続する。
・露光されたシード層をエッチングする（９８）
・フォトレジストを除去する（１００）
・電気メッキまたは無電解メッキによって回路の厚さを増大させる任意のステップ（１０２）

[062]ポジティブ型フォトレジストが使用されている場合、プロセスは以下のステップにより継続する。
・露光された回路の厚さを増大させる（１０４）
・フォトレジストを除去する（１０６）
・露光されたシード層をエッチングする（１０８）

[063]例えば、以下のアプリケーションが本発明によって可能である。
・円錐型スパイラルアンテナ
アンテナ用の円錐型のログスパイラル形状を使用することによって、高い指向性ビームパターンを有し、後方散乱の少ない広帯域受信機をもたらす。この種のアンテナはＧＰＳおよびレーダアプリケーションで有用であり、場合によって新生の超広帯域（ＵＷＢ）テクノロジーで有用である。通常、この種のアンテナは正確に構築することが困難であり、プリエッチングされたフレキシブルアームを成形器上に屈曲すること必要とする。本発明は、アンテナ基板上に直接描画された高解像度のトラックを生成することができるフォトリソグラフィを可能にしている。
・新しい印刷ヘッドアーキテクチャ
本発明は新しい印刷ヘッド組立体のエッチングで使用することができ、印刷ヘッド組立体は段のある圧電表面上を通るトラックを含み、プロセスは典型的には直接レーザ描画手順を必要とする。
・システム組立体
本発明を使用して、センサ、集積回路チップ、および個別部品が二次元また三次元を有するシステムボード上で共に接続できる。つまり、本発明によって高温ハンダ付けではなくフォトリソグラフィ／エッチングにより相互接続部の形成が可能になり、それは精巧なセンサおよび集積回路にとって有利である。平面のシステムボードに関してさえ、まだ基本的に非平面の部品間の微細ピッチの相互接続を行う必要がある。

[064]本発明は三次元の表面と共に使用するホログラムの生成を具体的に参照して説明されているが、二次元の表面に対するホログラムの生成が同様に適用可能である。

[065]基板の寸法が液晶フラットパネルディスプレイの寸法におよびそれ以上に移行しているので、１００％欠陥のない品質の必要性が最も重要である。これらの種類の寸法に対して実現される歩留まりは、基板の寸法により、多くの従来技術のリソグラフィシステムに関しては極めて低い。光路が複数であることから、塵埃粒子および他の欠陥は回路の生成にとってあまり有害ではないので、ホログラフィックリソグラフィは概して歩留まりを改善する。

[066]本発明は、従来技術のホログラフィックリソグラフィのシステムに関連する寸法の従来の制限を除去または緩和する。具体的には、従来技術のホログラフィックリソグラフィのシステムの場合、大きい二次元の基板は、基板の縁部に向かって球面収差を被る。本発明は、回折パターンの生成に固有の球面収差の補正を本質的に含む。

[067]さらに本発明により、例えばプリント板などの基板上への非平面の光導波路構造のフォトリソグラフィのパターニングを可能にする。導波路構造を使用して光学部品（レーザダイオードまたはフォトダイオード検出器など）間で光結合（光相互接続）し、したがって高速の光チップ間通信を容易にするのを助けることができる。導波路構造によって垂直軸と水平面の間で光結合を可能にしなければならないので、導波路構造は非平面となる。その構造は、反射鏡を構成する角のある表面、または反射鏡を構成する埋め込みの屈折率変更部を含んでもよい。

[068]この技術はフォトリソグラフィに限定されておらず、実質的に同様の方法で他の種類のリソグラフィに適用されてもよい。

[069]明確にするために、本発明に関連する構成図および式はゼロ次のホログラムを表す。構成図および式は共に本発明の範囲を逸脱することなくｎ次のホログラムを表すように修正されてもよいことは理解されよう。

[070]改良形態および修正形態は、本発明の範囲を逸脱することなく含まれるものである。

非平面の基板上の従来技術の標準的フォトリソグラフィのプロセスを示す図である。 非平面の基板上の本発明によるホログラフィックリソグラフィプロセスの実施形態を示す図である。 長手方向に沿った線セグメントのホログラフィック投影の実施形態を示す図である。 幅方向の線セグメントのホログラフィック投影の実施形態を示す図である。 グレースケール／バイナリ位相マスクの層の実施形態を示す図である。 本発明によるホログラフィックリソグラフィシステムの実施形態を示す図である。 本発明によるリソグラフィプロセスの第１の部分の実施形態を示す流れ図である。 本発明によるリソグラフィプロセスの第２の部分の実施形態を示す流れ図である。 単一の反射型の空間光変調器（ＳＬＭ）に基づくマスクレスのフォトリソグラフィプロセスの実施形態を示す図である。 二重透過型ＳＬＭに基づくマスクレスのフォトリソグラフィプロセスの実施形態を示す図である。

Claims (11)

1. ホログラフィック回折パターンを生成する方法であり、
   （ｉ）少なくとも１つの三次元の幾何学的形状を定義するステップと、
   （ｉｉ）前記少なくとも１つの幾何学的形状を表すために所定の幅および長さを有する少なくとも１つの矩形の線セグメントを生成するステップと、
   （ｉｉｉ）ホログラム面上の前記少なくとも１つの矩形の線セグメントの線回折パターンを計算するステップであって、線幅の制御項と線長の制御項とを有しており前記少なくとも１つの矩形の線セグメントに対するフレネル回折式を計算するステップを含む、前記線回折パターンを計算するステップと、
   （ｉｖ）２つ以上の矩形の線セグメントがある場合、前記ホログラフィック回折パターンを形成するために前記線回折パターンの複素解をベクトル的に加算するステップと
   を含み、
   前記線幅の制御項および前記線長の制御項は、前記矩形の線セグメントと前記ホログラム面との距離であり前記ホログラム面に直交する軸に沿って測られる前記距離の関数であることを特徴とする方法。
2. 線幅の制御項は
   

   

   であり、ここでｗは前記線セグメントの幅であり、ｘ及びｙはホログラム面の軸であり、ｚ _ｘ は前記ｘ軸に沿った所定位置での前記矩形の線セグメントと前記ホログラム面との距離であり、λは適切な放射線源の波長である請求項１に記載の方法。
3. 前記線長の制御項は
   

   

   であり、ここでｈは前記線セグメントの長さであり、ｘはホログラム面の軸であり、ｕは、物体座標面の軸であり、ｚ _ｘ は前記ｘ軸に沿った所定位置での前記矩形の線セグメントと前記ホログラム面との距離であり、（９０−α）は、前記ホログラム面に直交する前記軸（ｚ）に対する角度であり、λは適切な放射源の波長である、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. ステップ（iii）が、前記ホログラム面の全体の領域より小さい前記ホログラム面の領域を表す部分的ホログラフィックパターンを計算するステップを含む請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 部分的ホログラフィックパターンの前記計算は、単色光を使用して露光すると前記少なくとも１つの幾何学的形状のより高い回折次数を有する光を生じさせる、請求項４に記載の方法。
6. 前記より高い回折次数の光の結合した強度はフォトレジストの塗布された層の固定閾値より小さい請求項５に記載の方法。
7. ベクトル的に加算する前記ステップ（ｉｖ）が、２つ以上の矩形の線セグメントが交差する前記少なくとも１つの幾何学的形状内の任意の領域を識別するステップと、識別された領域の領域回折パターンを計算するステップと、前記領域回折パターンを前記ホログラフィック回折パターンから減算するステップとを含む請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 三次元の幾何学的形状を定義するための幾何学的形状定義手段と、
   前記幾何学的形状が所定の幅および長さを有する少なくとも１つの矩形の線セグメントによって定義され、線回折パターンが、前記矩形の線セグメントとホログラム面との距離であって前記ホログラム面に直交する軸に沿って測られる前記距離の関数である線幅の制御項及び線長の制御項を含みながらホログラム面で計算されると共に、２つ以上の線回折パターンがある場合に、前記線回折パターンの複素解が、ホログラフィック回折パターンを形成するために共にベクトル的に加算される、ホログラフィック回折生成手段と、
   前記ホログラフィック回折パターンの複素値が使用されてホログラフィックマスクを生成するホログラフィックマスク生成手段と、
   フォトレジストが基板上に付着されるフォトレジスト付着手段と、
   前記ホログラフィックマスクが前記基板に位置合わせされ、および単色光に露出される単色光露光手段とを備えるシステム。
9. 前記フォトレジスト付着手段は前記基板上の一様な厚さのフォトレジスト層を付着する請求項８に記載のシステム。
10. 前記フォトレジスト付着手段は所定の配置で複数の噴射ノズルを備える請求項９に記載のシステム。
11. 前記フォトレジスト付着手段は電着可能フォトレジスト（ＥＤＰＲ）を付着させるように構成されている請求項９または請求項１０に記載のシステム。

Images