專利名稱：曝光控制光掩模及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造諸如微透鏡、微機(jī)構(gòu)、微齒輪、光集成電路、反射式液晶顯示器、微線圈之類的三維表面結(jié)構(gòu)體的曝光控制光掩模及其形成方法。
背景技術(shù)：
在形成諸如微線圈之類的三維表面結(jié)構(gòu)體的技術(shù)中有一種在例如在日本專利No.3132727中所揭示的光刻技術(shù)。這種光刻技術(shù)采用了一種能連續(xù)控制透射光的光量的曝光控制光掩模。在曝光控制光掩模中有以下一些光掩模。
第一種曝光控制光掩模是在日本專利公報(bào)No.27636/1994和No.237625/1999的如

圖13所示的現(xiàn)有技術(shù)中所揭示的通過將阻光薄膜層疊成階梯形狀來控制透射光的光量的掩模。第二種曝光控制光掩模是在日本專利公報(bào)No.7115/1997和14725/1993中所揭示的如圖14所示的通過用一個(gè)有選擇地繪制在一個(gè)阻光薄膜上的網(wǎng)點(diǎn)圖案(或孔)調(diào)整阻光區(qū)域的數(shù)值孔徑來控制透射光的光量的掩模。在第三種曝光控制光掩模中，如在日本專利公報(bào)No.237625/1999中所揭示的那樣制備一個(gè)模面具有曲面形凹凸部的轉(zhuǎn)印模(transfer die)，壓在一個(gè)掩模襯底上的調(diào)整透射光量的樹脂層上。曲面形凹凸部轉(zhuǎn)印到樹脂層上后，通過照射紫外線等使樹脂層硬化。第三種曝光控制光掩模是用在樹脂層內(nèi)這樣形成的曲面形凹凸部的薄膜厚度控制透射光的光量的掩模。
然而，第一種曝光控制光掩模在表面凹凸部具有階梯式形狀。因此，在制造曝光控制光掩模時(shí)，每個(gè)步驟都要形成凹凸部分的梯狀部分。因此，必須反復(fù)地執(zhí)行涂感光樹脂層、曝光和顯影的光刻，從而使成本增高。此外，由于表面凹凸部具有階梯形狀，襯底上要照樣轉(zhuǎn)印的感光樹脂也成為階梯形狀的凹凸部。必須通過將外涂劑涂在感光樹脂的表面上再進(jìn)行燒制來形成一個(gè)外涂層，以形成曲面形凹凸部。然而，在涂層和燒制處理中很難控制曲面形狀呈凹凸部分的感光樹脂層。
在第二種曝光控制光掩模中，透射光的光量取決于網(wǎng)點(diǎn)圖案(或孔)的大小。因此，很難控制感光樹脂橫向尺寸和薄膜厚度。
第三種曝光控制光掩模與第一和第二種曝光控制光掩模相比具有平滑的曲面形凹凸部，因此平滑的曲面形凹凸部也可以轉(zhuǎn)印到感光材料上。
按照日本專利公報(bào)No.237625/1999，凸部分的頂部之間的節(jié)距大約為曲面形凹凸部的高度的1至100倍，最好為25倍左右。例如，在曲面形凹凸部的高度為1.2微米時(shí)，凸部分的頂部之間的節(jié)距為30微米左右。用機(jī)械加壓轉(zhuǎn)印印模的方法很難穩(wěn)定地形成節(jié)距較窄的凹凸形狀。
下面將說明傳統(tǒng)的形成微透鏡的方法。
微透鏡設(shè)置為像素的固態(tài)圖像傳感元，通過有效地將投射到像素上的光會(huì)聚到光接收元上來提高靈敏度。
下面將結(jié)合圖15(1)至15(4)對傳統(tǒng)的形成微透鏡的方法進(jìn)行說明。
在固態(tài)圖像傳感元的鈍化膜11上形成的整平薄膜12上淀積一層透鏡材料薄膜13。再在整個(gè)表面上淀積一層抗蝕膜14(圖15(1))。然后，將抗蝕膜14曝光和顯影，形成分離的每個(gè)像素一個(gè)的獨(dú)立圖案。具體地說，執(zhí)行圖案形成，使得每個(gè)抗蝕膜14位于一個(gè)相應(yīng)的光接收元15處(圖15(2))。接著，通過加熱熔化處理(回流)使抗蝕膜14成凸曲面形(凸透鏡)。然后，用氧和一種具有淀積特性的氣體的混合氣體對抗蝕膜14和透鏡材料薄膜13進(jìn)行深蝕刻(etching-back)，將上述凸曲面形狀轉(zhuǎn)印到透鏡材料薄膜13上，從而形成微透鏡16(圖15(4))。
圖15中所示的其他標(biāo)注數(shù)字和符號(hào)說明如下。標(biāo)注數(shù)字15、17、18和19分別標(biāo)示光接收元、半導(dǎo)體襯底、由多晶體構(gòu)成的垂直轉(zhuǎn)印電極和由鋁構(gòu)成的阻光薄膜。
在以上傳統(tǒng)的形成微透鏡的方法中，通過將抗蝕層加熱和熔化使抗蝕層形成透鏡形狀。然而，能形成的透鏡形狀受加熱溫度和加熱時(shí)間的限制，因此很難控制曲面形狀的精細(xì)凹凸部分。
考慮到現(xiàn)有技術(shù)的以上這些問題，本發(fā)明的目的是提供這樣一種曝光控制光掩模及其形成方法，可以使曝光控制光掩模上的阻光薄膜不接觸地形成一個(gè)較平滑的彎曲表面形狀，而且可以將凸部分的頂部之間的節(jié)距設(shè)置得較窄。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供這樣一種形成方法，用上述曝光控制光掩模將透鏡形狀轉(zhuǎn)印到抗蝕層上后對基底材料與抗蝕層一起進(jìn)行深蝕刻，使透鏡形狀轉(zhuǎn)印到基底材料上。
本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種用曝光量受上述曝光控制光掩?？刂频墓鈱夤袒瘶渲M(jìn)行照射而形成的透鏡及其形成方法。
發(fā)明概要在本發(fā)明中，將曝光控制光掩模上的阻光薄膜2的區(qū)域形成為如圖1和2所示的斜面形狀。也就是說，在一個(gè)電子束制圖設(shè)備內(nèi)，將抗蝕層涂在淀積阻光薄膜的光掩模襯底3上，對抗蝕層執(zhí)行照射，按位置改變電子束的照射量。此后，執(zhí)行顯影，從而使抗蝕層6形成一個(gè)與電子束照射量相應(yīng)的三維表面結(jié)構(gòu)。此后，在蝕刻過程中，在抗蝕層上形成的三維表面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)刻到基底材料上，從而使基底材料形成這三維表面結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中，上述三維表面結(jié)構(gòu)不局限于圖1和2中所示的斜面形狀，而是包括由凹曲面和凸曲面構(gòu)成的曲面形凹凸部。上述電子束照射量控制可以通過改變電子束的照射強(qiáng)度或者保持照射強(qiáng)度不變而改變照射次數(shù)和照射時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。在下面的說明中，將說明形成三維表面結(jié)構(gòu)中曲面形凹凸部的情況，以便使本發(fā)明更容易理解。
圖1示出了用上述方法制成的曝光控制光掩模(A)的區(qū)域，這是一個(gè)典型的示意圖，示出了入射光1和光在通過曝光控制光掩模后形成的明暗情況4。這里，標(biāo)注數(shù)字2和3分別標(biāo)示阻光薄膜和玻璃襯底。
圖2示出了用與以上形成方法不同的方法形成的曝光控制光掩模(B)的區(qū)域，典型地示出了入射光和光在透射后形成的明暗情況。在這種方法中，例如，在諸如透明的有機(jī)樹脂、氧化物之類的材料5淀積在玻璃襯底3上后再層疊一層抗蝕層。此后，通過上述電子束光刻使抗蝕層形成曲面形凹凸部，再通過轉(zhuǎn)印蝕刻使作為基底座的透明材料5形成曲面形凹凸部。接著，將阻光薄膜材料2淀積在整個(gè)面上。此后，用諸如蝕刻或拋光整個(gè)表面之類的方法形成具有適當(dāng)厚度的光掩模。
在圖1的曝光控制光掩模(A)內(nèi)曲面形凹凸部是在阻光薄膜上形成的，而在圖2的曝光控制光掩模(B)內(nèi)曲面形是在透明材料上形成的。有一些方法可以用來淀積阻光薄膜。如果阻光薄膜的材料是有機(jī)材料，可以用涂敷和CVD之類的方法，而如果阻光薄膜的材料是諸如鉻之類的金屬，可以用蒸發(fā)、濺射和電鍍之類的方法。在用作為一種電鍍方法的電解電鍍方法淀積諸如鉻之類的金屬時(shí)，在預(yù)先將透光的導(dǎo)電金屬，例如諸如ITO(銦錫氧化物)之類的透明導(dǎo)電金屬，淀積在玻璃襯底上的情況下可以執(zhí)行封閉電鍍。
然后，與圖2中的曝光控制光掩模類似，在上述導(dǎo)電金屬上形成一層透明的絕緣材料5。此后，執(zhí)行電解電鍍，淀積金屬。在電解電鍍中，電場的強(qiáng)度按照離電極(ITO)的距離而不同，因此電鍍增長的速度也不同。在接近電極(ITO)的位置，即絕緣材料薄的位置，電鍍增長速度快。在遠(yuǎn)離電極(ITO)的位置，即絕緣材料厚的位置，電鍍增長速度慢。通過控制電壓和電流使得電鍍厚度成為適當(dāng)厚度，可以形成厚度均勻的阻光薄膜。
如果采用本發(fā)明的曝光控制光掩模，可以直接用電子束在光固型樹脂上制圖來形成曲面形凹凸部，從而可以省略在上述抗蝕層上制圖的過程。
在用本發(fā)明的曝光控制光掩模形成透鏡的方法中，用曝光量受控的曝光方法按位置改變曝光量使涂在襯底上的抗蝕薄膜曝光，控制抗蝕層在顯影后的薄膜厚度。因此，使抗蝕層形成象曲面形凹凸部那樣的透鏡形狀。
在用本發(fā)明的曝光控制光掩模形成透鏡的方法中，通過從透明襯底側(cè)或上表面使淀積在透明襯底上的光固化樹脂曝光，從而使光固化樹脂形成透鏡形狀。
附圖簡要說明圖1為示出入射光、曝光控制光掩模(A)和透射光的關(guān)系的示意圖。
圖2為示出入射光、曝光控制光掩模(B)和透射光的關(guān)系的示意圖。
圖3為形成曝光控制光掩模(A)的過程的示意圖。
圖4為用以透明導(dǎo)電材料作為一個(gè)電極的電解電鍍方法形成曝光控制光掩模(B)的過程的示意圖。
圖5為示出曝光控制光掩模、抗蝕層在用這掩模曝光、顯影后的形狀和透射光的明暗度的關(guān)系的示意圖。
圖6為示出曝光控制光掩模、抗蝕層在用這掩模曝光、顯影后的形狀和透射光的明暗度的關(guān)系的示意圖。
圖7為按處理次序示出用本發(fā)明的曝光控制光掩模形成微透鏡的方法的剖視圖。
圖8為示出曝光控制光掩模和抗蝕層在顯影后的凸透鏡形狀的關(guān)系的示意圖。
圖9為示出曝光控制光掩模和抗蝕層在顯影后的凹透鏡形狀的關(guān)系的示意圖。
圖10為按處理次序示出用本發(fā)明的曝光控制光掩模形成層內(nèi)透鏡的方法的剖視圖。
圖11為示出在形成一個(gè)相對襯底表面具有水平光軸的透鏡的上半部的情況下曝光控制光掩模和抗蝕層在顯影后的形狀的關(guān)系的示意圖。
圖12為示出在形成相對襯底表面具有水平光軸的透鏡的下半部的情況下曝光控制光掩模和抗蝕層在顯影后的形狀的關(guān)系的示意圖。
圖13為示出傳統(tǒng)的階梯型掩模的入射光和透射光的關(guān)系的示意圖。
圖14為示出傳統(tǒng)的網(wǎng)點(diǎn)圖案(或孔)型掩模的入射光和透射光的關(guān)系的示意圖。
圖15為按處理次序示出傳統(tǒng)的形成微透鏡的方法的剖視圖。
本發(fā)明的最佳實(shí)現(xiàn)方式下面將按照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。圖1示出了曝光控制光掩模(A)的剖視圖，而圖2示出了曝光控制光掩模(B)的剖視圖。
這兩個(gè)光掩模具有同樣的控制透射光量的性能，但是它們的形成方法由于阻光薄膜的材料的不同而不同。在阻光薄膜和抗蝕層的蝕刻率不相上下時(shí)，可以構(gòu)成圖1所示的曝光控制光掩模(A)。
然而，在蝕刻率相差很大時(shí)，就難以構(gòu)成曝光控制光掩模(A)。此時(shí)，在阻光薄膜和抗蝕層之間配置一個(gè)蝕刻率接近阻光薄膜的蝕刻率和抗蝕層的蝕刻率的第三薄膜，通過深蝕刻也可以將形狀轉(zhuǎn)印到基底材料上。按照需要，也可以添加第四和第五薄膜。然而，在阻光薄膜與抗蝕層之間配置其他薄膜時(shí)，要增強(qiáng)深蝕刻處理，因此處理的精度有所降低。所以，最好是形成性能與曝光控制光掩模(A)相同的圖2的曝光控制光掩模(B)。
下面將首先說明在一種具有在玻璃襯底上形成的阻光薄膜的結(jié)構(gòu)內(nèi)的曝光控制光掩模(A)。
實(shí)施例1實(shí)施例1涉及圖1所示的曝光控制光掩模(A)及其形成方法。圖3(1)至3(5)示意性地示出了形成實(shí)施例1的曝光控制光掩模(A)的過程。
在掩模襯底3(圖3(1))上淀積一層阻光薄膜2(圖3(2))，再在這上面淀積一層抗蝕層6(圖3(3))。照射強(qiáng)度按相對抗蝕層6的位置改變，或者將照射強(qiáng)度保持不變而改變照射次數(shù)和照射時(shí)間。因此，通過控制照射量執(zhí)行照射，然后執(zhí)行顯影，從而使抗蝕層6形成曲面形凹凸部(圖3(4))。接著，將上面的抗蝕層6和基底材料(阻光薄膜)的蝕刻率設(shè)置成相同的，再執(zhí)行深蝕刻，于是將抗蝕層6的曲面形凹凸部轉(zhuǎn)印到基底的阻光薄膜2上(圖3(5))。
這里，轉(zhuǎn)印蝕刻是在抗蝕層和基底材料的薄膜厚度設(shè)置成相等而蝕刻速率也相同的情況下執(zhí)行的。然而，不一定要有相同的薄膜厚度和相同的蝕刻速率的這樣條件。只要最終能使基底材料形成預(yù)定所需的曲面形凹凸部就可以了。
實(shí)施例2在實(shí)施例2中將說明圖2所示的曝光控制光掩模(B)及其形成方法。
在掩模襯底3上淀積一層諸如氧化膜之類的透明材料5。接著再沉積一層抗蝕層。相對抗蝕層按位置改變照射強(qiáng)度，或者將照射強(qiáng)度保持不變而改變照射次數(shù)和照射時(shí)間。因此，通過控制照射量執(zhí)行照射，然后執(zhí)行顯影，使抗蝕層的厚度不同，從而形成曲面形凹凸部。上述抗蝕層和基底絕緣材料的蝕刻率設(shè)置成相同的，執(zhí)行深蝕刻后，使抗蝕層的形狀轉(zhuǎn)印到基底絕緣材料5上。在上述絕緣材料上淀積阻光薄膜2后，對阻光薄膜2的整個(gè)表面進(jìn)行蝕刻或拋光，直到得到預(yù)定的所需薄膜厚度。
在上述實(shí)施例中，也可以通過使掩模襯底本身形成曲面形凹凸部而省略在掩模襯底上淀積諸如氧化膜之類的透明材料的過程。掩模襯底的材料有鈉玻璃和石英玻璃。在阻光薄膜的材料中，有諸如鉻之類的金屬、諸如氧化鉻之類的的金屬氧化物薄膜和其中散布有諸如染料、色素之類的光吸收材料的樹脂(光吸收樹脂)。阻光薄膜的材料具有由上述材料構(gòu)成的單層或多層層疊結(jié)構(gòu)。在淀積鉻中，可以用濺射、蒸發(fā)、電鍍之類的方法，而在淀積樹脂中可以用涂敷之類的方法。除上述材料之外，也可以按照曝光中所用的光的波長用其他掩模基底材料和阻光薄膜材料。
下面將結(jié)合圖4(1)至4(8)說明改變曝光控制掩模(B)的一部分的例子。
圖4為形成曝光控制光掩模(B)的過程的示意圖，用諸如ITO之類的透明導(dǎo)電材料作為一個(gè)電極執(zhí)行電解電鍍，形成彎曲表面的形狀。在圖4(1)所示的掩模襯底3上淀積一層諸如ITO之類的透明導(dǎo)電材料7(圖4(2))，再淀積一層諸如氧化膜之類的透明絕緣薄膜5(圖4(3))。然后，淀積一層抗蝕層6(圖4(4))。對抗蝕層6執(zhí)行照射，按位置改變電子束的照射量，執(zhí)行顯影后，使抗蝕層6的厚度不同，從而形成曲面形凹凸部(圖4(5))。上述抗蝕層6和基底絕緣材料的蝕刻率設(shè)置成相同的，執(zhí)行深蝕刻后，使抗蝕層6的形狀轉(zhuǎn)印到基底絕緣材料5上(圖4(6))。將在圖4(2)中沉積的透明的導(dǎo)電薄膜7設(shè)置為一個(gè)電極，用電解電鍍方法沉積一層鉻之類的金屬阻光薄膜材料2(圖4(7))，再將整個(gè)表面蝕刻或拋光到預(yù)定的所需薄膜厚度(圖4(8))。如果可以用上述電解電鍍方法充分控制電鍍生長的薄膜厚度，就可以省略上述對整個(gè)表面的蝕刻或拋光過程。
下面將說明形成圖2的曝光控制光掩模(B)的方法在改變上述實(shí)施例2的過程的一部分(即不用電解電鍍)時(shí)的情況。
在掩模襯底3上淀積一層諸如氧化膜之類的透明絕緣薄膜5。接著，淀積一層抗蝕層6。對抗蝕層6執(zhí)行照射，按位置改變電子束的照射量，執(zhí)行顯影后，使抗蝕層6形成曲面形凹凸部。將抗蝕層6和基底絕緣材料的蝕刻率設(shè)置成相同的，執(zhí)行深蝕刻，使抗蝕層6的形狀轉(zhuǎn)印蝕刻到基底絕緣材料5上，形成曲面形凹凸部。然后，淀積一層阻光薄膜材料。此后，將阻光薄膜的整個(gè)表面蝕刻或拋光到預(yù)定的所需薄膜厚度，從而形成了這種光掩模。
在部分改變實(shí)施例(2)的過程的形成方法中，在透明的絕緣薄膜用光固化樹脂代替氧化膜時(shí)，可以用電子束曝光在光固化樹脂上直接形成曲面形凹凸部。因此，可以省略對抗蝕層的制圖過程和轉(zhuǎn)印蝕刻過程。此外，也可以用激光和離子束在阻光薄膜上直接形成曲面形凹凸部。還有一種方法，用波束將一種元素作為阻光薄膜材料植入襯底來調(diào)整濃度。
在本發(fā)明的這種實(shí)施方式中，曝光控制光掩模不僅可以用于投影曝光設(shè)備，而且還可以用于反射型曝光設(shè)備的光掩模。也就是說，在這種光掩模中，使反射型鏡面掩模襯底上的阻光薄膜形成曲面形凹凸部，從而可以將反射光量控制成與阻光薄膜的薄膜厚度成比例。此外，在曝光設(shè)備中所用的光可以是紫外線、近紫外線、X射線、軟X射線等。
下面將說明用本發(fā)明的曝光控制光掩模形成透鏡的情況。
在形成微透鏡時(shí)，在透鏡材料薄膜上形成一層抗蝕膜，再用曝光量控制的曝光方法使這層抗蝕膜曝光，通過顯影使抗蝕層成為透鏡形狀。在這種成形中，有一種將基底材料設(shè)置為透鏡材料薄膜直接形成透鏡形狀的方法和一種用基底材料作為印?？蚣軐⑼哥R材料薄膜淀積在這基底材料上的間接形成透鏡形狀的方法。上述曝光量控制曝光方法是一種通過在使用掩模的曝光設(shè)備內(nèi)按位置改變對抗蝕層的曝光量來控制抗蝕層在顯影后的薄膜厚度的方法。
也可以用光固化型樹脂代替抗蝕層或透鏡材料薄膜。也就是說，在用光固化型樹脂代替抗蝕層時(shí)，可以通過以曝光量受控的方式直接照射光，使光固化型樹脂形成透鏡形狀。在用光固化型樹脂代替透鏡材料薄膜時(shí)，例如通過將光固化樹脂填入透鏡形狀的框架再用光照射整個(gè)表面，使透鏡印?？騼?nèi)的光固化樹脂形成透鏡形狀。
下面將結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對本發(fā)明的形成微透鏡的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
具體實(shí)例1圖7(1)至7(3)為按過程次序示出本發(fā)明的形成微透鏡的方法的一個(gè)實(shí)例的剖視圖。
在固態(tài)圖像傳感元的鈍化膜11上形成的整平薄膜12上淀積一層透鏡材料薄膜13。再在整個(gè)表面上沉積一層抗蝕膜14(圖7(1))。通過用曝光量受控制的曝光方法對抗蝕膜14進(jìn)行曝光和顯影，使抗蝕膜14形成使每個(gè)像素分別獨(dú)立的圖案，再使每個(gè)像素的形狀成為凸透鏡形狀(圖7(2))。此后，用氧和具有淀積特性的氣體的混合氣體對抗蝕膜14和透鏡材料薄膜13進(jìn)行深蝕刻，從而將上述凸透鏡形狀轉(zhuǎn)印到透鏡材料薄膜13上。
標(biāo)注數(shù)字17、18、19和20分別標(biāo)示半導(dǎo)體襯底、由多晶體構(gòu)成的垂直轉(zhuǎn)印電極、由鋁構(gòu)成的阻光薄膜和開口。
圖8為示出在用形成凸微透鏡的凸透鏡曝光量控制光掩模對抗蝕層進(jìn)行曝光和顯影后的具有凸透鏡形狀的抗蝕層和曝光控制光掩模的關(guān)系的示意圖。圖9為示出在用形成凹微透鏡的凹透鏡的曝光控制光掩模對抗蝕層進(jìn)行曝光和顯影后的具有凹透鏡形狀的抗蝕層和曝光控制光掩模的關(guān)系的示意圖。
具體實(shí)例2下面將結(jié)合附圖所示的實(shí)施例對形成層內(nèi)透鏡(intraformational lens)的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。圖10(1)至10(4)為按過程次序示出形成層內(nèi)透鏡的一個(gè)實(shí)例的剖視圖。
在固態(tài)圖像傳感元的鈍化膜11的整個(gè)表面上形成抗蝕層14(圖10(1))。通過用曝光量控制曝光方法對抗蝕膜14進(jìn)行曝光和顯影使形成圖案的抗蝕層的形狀成為凹透鏡形狀(圖10(2))。此后，通過用氧和具有淀積特性的氣體的混合氣體對抗蝕膜14和鈍化膜11進(jìn)行深蝕刻將上述凹曲面形狀轉(zhuǎn)印到鈍化膜11上(圖10(3))。最后通過淀積一層透鏡材料薄膜(在這里是一層整平薄膜)完成層內(nèi)透鏡11(圖10(4))。
在這個(gè)實(shí)例中，如圖10(4)所示，是使鈍化膜11形成凹透鏡形狀，但不一定要是鈍化膜11。也就是說，可以使鈍化膜11上的整平薄膜成為透鏡形狀，可以在整平薄膜上淀積一層材料作為透鏡材料薄膜，也可以在這層材料上形成透鏡形狀。在這個(gè)圖中，作為上面的微透鏡的凸透鏡和作為下面的層內(nèi)透鏡的凹透鏡是分別形成的，但是這上下兩個(gè)透鏡也可以作為一個(gè)雙凸透鏡連在一起形成。
此外，也可以用光固化樹脂代替抗蝕層直接形成透鏡形狀。也就是說，通過將光固化樹脂淀積到諸如玻璃襯底、塑料襯底之類的透明襯底上用曝光控制曝光方法從玻璃襯底側(cè)或上部對光固化樹脂進(jìn)行曝光，使得具有凸透鏡形狀和凹透鏡形狀的光固化樹脂可以在玻璃襯底上硬化、成形。
圖11和12為示出形成相對襯底表面具有水平光軸的透鏡的曝光控制光掩模和在抗蝕層用這種掩模進(jìn)行曝光和顯影后的抗蝕層形狀的示意圖。
可以形成一個(gè)相對襯底表面具有水平光軸的平凸透鏡，如果這個(gè)透鏡是用形成圖7的微透鏡和圖10的層內(nèi)透鏡的方法形成和用上述曝光控制光掩模垂直層疊的話。此外，可以形成諸如雙凸透鏡、雙凹透鏡、凸彎月形透鏡、凹彎月形透鏡、消球差透鏡、菲涅耳透鏡、衍射光柵之類的各種形狀的透鏡。還可以形成光軸相對襯底表面具有任意角度的透鏡。也就是說，首先形成形狀如透鏡的下表面的印?？?，再淀積透鏡材料，形成形狀如透鏡上表面的部分，從而形成這樣的透鏡。
工業(yè)應(yīng)用如上所述，用本發(fā)明的曝光控制光掩模可以形成具有緊湊的和封閉的三維表面結(jié)構(gòu)的立體形狀。因此，可以形成諸如微線圈、微齒輪、微機(jī)構(gòu)之類的超精密的器件。
還可以形成微透鏡、反射型液晶顯示器、光學(xué)集成電路等的器件。例如，在形成微透鏡中，可以用本發(fā)明的曝光控制光掩模高度精確地形成具有用傳統(tǒng)的加熱熔化方法不能形成的形狀的透鏡(例如，相對襯底表面光軸為水平和傾斜的透鏡)和尺寸緊湊的透鏡。此外，還可以省略加熱熔化的處理過程。
權(quán)利要求
1.一種形成曝光控制光掩模的方法，其特征是所述形成方法包括下列步驟在一個(gè)掩模襯底上淀積一層阻光薄膜；在所述阻光薄膜上淀積一層抗蝕層；用電子束照射所述抗蝕層，電子束的照射量按位置改變；執(zhí)行顯影，使抗蝕層具有與所述電子束照射量相應(yīng)的三維表面結(jié)構(gòu)；以及對所述抗蝕層和作為基底的一層阻光薄膜材料進(jìn)行深蝕刻，將所述抗蝕層的形狀轉(zhuǎn)印到基底阻光薄膜上。
2.一種形成曝光控制光掩模的方法，其特征是所述形成方法包括下列步驟在一個(gè)掩模襯底上淀積一層透明材料；在所述透明材料的薄膜上淀積一層抗蝕層；用電子束照射所述抗蝕層，電子束的照射量按位置改變；執(zhí)行顯影，使抗蝕層具有與所述電子束照射量相應(yīng)的三維表面結(jié)構(gòu)；對所述抗蝕層和作為基底的一層透明絕緣材料進(jìn)行深蝕刻，將所述抗蝕層的形狀轉(zhuǎn)印到基底透明材料上；以及在所述透明材料的凹槽區(qū)域內(nèi)淀積一層阻光薄膜。
3.一種形成曝光控制光掩模的方法，其特征是所述形成方法包括下列步驟在一個(gè)掩模襯底上淀積一層導(dǎo)電透明材料；在所述導(dǎo)電透明材料的薄膜上淀積一層絕緣透明材料；在所述絕緣透明材料的薄膜上淀積一層抗蝕層；用電子束照射所述抗蝕層，電子束的照射量按位置改變；執(zhí)行顯影，使抗蝕層具有與所述電子束照射量相應(yīng)的三維表面結(jié)構(gòu)；對所述抗蝕層和作為基底的絕緣透明材料進(jìn)行深蝕刻，將所述抗蝕層的形狀轉(zhuǎn)印到基底絕緣透明材料上；以及用電解電鍍方法在所述絕緣透明材料的凹槽區(qū)域內(nèi)淀積一層阻光薄膜。
4.一種按照權(quán)利要求1至3中任何一個(gè)權(quán)利要求所述的形成曝光控制光掩模的方法，其中所述抗蝕層在顯影后的形狀是表面傾斜的形狀。
5.一種按照權(quán)利要求1至3中任何一個(gè)權(quán)利要求所述的形成曝光控制光掩模的方法，其中所述抗蝕層在顯影后的形狀是表面凹凸彎曲的形狀。
6.一種按照權(quán)利要求2或3所述的形成曝光控制光掩模的方法，其中所述絕緣透明材料是光固化樹脂。
7.一種曝光控制光掩模，所述曝光控制光掩模用按照權(quán)利要求1至6中任何一個(gè)權(quán)利要求所述的形成方法形成。
8.一種使抗蝕層形成圖案的方法，其特征是在用曝光控制光掩模使所述抗蝕層形成圖案的光刻過程中通過用按照權(quán)利要求1至6中任何一個(gè)權(quán)利要求所述的形成方法形成的曝光控制光掩?？刂扑隹刮g層的曝光量使所述抗蝕層形成具有三維彎曲結(jié)構(gòu)的預(yù)定的所需圖案。
9.一種形成微透鏡的方法，其特征是在一層整平的透鏡材料薄膜上涂敷一層抗蝕膜，用按照權(quán)利要求8所述的使抗蝕層形成圖案的方法使所述抗蝕膜形成呈透鏡上表面的形狀的圖案，然后進(jìn)行深蝕刻除去所述抗蝕膜，從而同時(shí)在所述透鏡材料薄膜上形成透鏡。
10.一種形成微透鏡的方法，其特征是在一層作為整平的印?？虻牟牧仙贤糠笠粚涌刮g膜，用按照權(quán)利要求8所述的使抗蝕層形成圖案的方法使所述抗蝕膜形成呈透鏡下表面的形狀的圖案，然后進(jìn)行深蝕刻除去所述抗蝕膜，同時(shí)在作為所述印模框的材料上形成透鏡的下表面，再通過在所述印?？虻陌疾蹍^(qū)域內(nèi)淀積一層透鏡材料薄膜形成透鏡。
11.一種按照權(quán)利要求10所述的形成微透鏡的方法，其中所述透鏡材料薄膜是光凝固型樹脂。
12.一種透鏡，所述透鏡用按照權(quán)利要求9至11中任何一個(gè)權(quán)利要求所述的形成方法形成。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種用于在抗蝕層圖案上形成三維表面結(jié)構(gòu)的具有一層透射光量從100％至0％連續(xù)可控的阻光薄膜的曝光控制光掩模及其形成方法。在襯底3上淀積一層阻光薄膜2，再在阻光薄膜2上涂敷一層感光材料6。然后，用電子束曝光技術(shù)對感光材料6進(jìn)行照射，電子束的照射量按位置改變。接著，執(zhí)行顯影，從而使感光材料形成三維表面結(jié)構(gòu)。然后，在刻蝕過程中，通過對感光材料6和作為基底的阻光薄膜2進(jìn)行深蝕刻，使這三維表面結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)印到阻光薄膜2上。
文檔編號(hào)G03F1/80GK1429353SQ01809469
公開日2003年7月9日 申請日期2001年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月14日
發(fā)明者西孝 申請人:西孝