JP2000021770A

JP2000021770A - 光転写装置及び方法及びマスク及びその製造方法

Info

Publication number: JP2000021770A
Application number: JP12237099A
Authority: JP
Inventors: Masaki Hatakeyama; 雅規畠山; Katsunori Ichiki; 克則一木; Toru Satake; 徹佐竹; Yotaro Hatamura; 洋太郎畑村; Masayuki Nakao; 政之中尾
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-04-30
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2000-01-21

Abstract

(57)【要約】【課題】光の波長以下の微細な線幅の二次元的なパタ
ーンを、簡単な装置構成により、且つ経済的に転写が可
能な光転写装置及び方法を提供する。【解決手段】導波路１１と、該導波路１１の一部に固
定された近接場露光パターン１２と、該導波路１１に光
線を供給する光源１３，２０とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光転写装置及び方
法に係り、特にエバネッセント場（近接場）を利用し
て、光の波長限界以下の微細パターンを二次元的に感光
性材料等に転写する光転写装置及び方法に関する。又、
これらの装置及び方法に好適なマスク及びその製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】微細加工の代表例として、半導体基板上
に微細パターンを形成するには、通常以下に述べる方法
が一般的に用いられている。即ち、半導体基板上に感光
性材料（ホトレジスト）を塗布し、縮小投影露光法によ
りマスクパターンに従った投影パターンの光線を感光性
材料上に照射して露光する。このような露光方法によれ
ば、最小線幅は光の回折現象により制限され、光の波長
程度までの寸法の転写パターンを形成することが限界で
ある。このため、パターンの微細化には使用する光線の
波長を短波長化することが必要であり、現在水銀ランプ
等によるｇ線（波長：４３６ｎｍ）、ｉ線（波長：３６
５ｎｍ）、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長：２４８ｎ
ｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長：１９３ｎｍ）等
が用いられ、微細な線幅の要求に従って使用する光の波
長が短くなる傾向に進んでいる。しかしながら、このよ
うな光露光法を用いる限りにおいては、光の波長以下の
寸法の線幅のパターンを転写することは、上述したよう
に原理的に困難である。

【０００３】そこで、最近エバネッセント場（近接場）
を利用した微細パターンの形成方法が研究されている。
エバネッセント場とは、光を透過する材料の表面に光の
波長以下の微細な凹凸を設け、この凹凸表面に例えば感
光性材料を塗布した基板を、その表面が前述の凹凸パタ
ーンの凸部に対して光の波長以下の位置に近接して配置
することにより、その部分にエバネッセント場と呼ばれ
る電磁場が形成され、この電磁場を介して光が伝達され
る。このエバネッセント場は、凹凸部の表面から光の波
長程度以上に離れると指数関数的に急激に弱くなるの
で、凹凸の段差を例えば数十ｎｍ程度にしておくことに
より、主として凹凸パターンの凸部のみから感光性材料
に光を伝達し、その光の伝達部分を露光することができ
る。このようなエバネッセント場によれば、露光される
感光性材料の線幅はマスクに設けられた凹凸部である近
接場露光パターンの寸法により決まってきて、光の波長
に依存しない。このため、光の波長の限界を超えた微細
なパターンを転写することが可能となる。

【０００４】このようなエバネッセント場を利用した微
細パターンの形成方法として、光ファイバの先端部を光
の波長以下に尖鋭化したものを用いることが知られてい
る。先端を光の波長以下に尖鋭化した光ファイバにレー
ザ光線を供給し、その先端を感光性材料を塗布した基板
の表面に密着又は光の波長以下に極めて近接して配置す
ることにより、その部分に近接場が生じ、光がその近接
場を通して伝達し、感光性材料が露光される。従って、
光ファイバの先端部を光の波長以下の寸法に予め加工し
ておくことにより、光の波長以下の線幅のパターンを基
板表面の感光性材料に露光することができる。そして感
光性材料を現像して、感光性材料の露光部分をマスクと
してエッチングすることにより、基板上に光の波長以下
の線幅の線を形成することが可能である。

【０００５】しかしながら、係る加工方法によれば、近
接場が形成されるのは光ファイバのプローブの先端部の
みの点であるので、その露光パターンは一筆書きとなら
ざるを得ない。このため、半導体集積回路等に使用され
る二次元パターンの形成に応用しようとすると、プロー
ブの先端を走査する必要があり、膨大な時間と複雑な機
構を必要とすることになり、実質的に不可能である。

【０００６】このため、近接場露光パターンを有するマ
スクを用いて、二次元パターンを転写することが試みら
れている。即ち、ガラス材等の光透過性材料からなるプ
リズムを用いて、その下面に光の波長以下の微細な凹凸
を有する近接場露光パターンを形成したマスクを装着す
る。そして、この近接場露光パターンのマスク部分のプ
リズム下面で光線が全反射するような角度で光を入射さ
せ、プリズム下面により光を反射させる。そして、この
近接場露光パターンに光の波長以下に極めて近接して感
光性材料を表面に塗布した基板を配置することにより、
エバネッセント場が形成され、近接場露光パターンに従
った二次元パターンの露光を行うことができる。即ち、
レーザ光をプリズムの一斜面から入射して、近接場露光
パターンを有する面で入射光を全反射させ、プリズムの
もう一つの斜面からレーザ光を大気中に取り出すように
構成した光照射系を備え、この近接場露光パターン面に
基板表面の感光性材料を密着し、これによりエバネッセ
ント場を生じさせ、露光パターンに従った光線を感光性
材料に伝搬させて、光の波長以下の微細パターンを形成
するようにしたものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述の方法によれば、
エバネッセント場を利用して光の波長以下の微細パター
ンを二次元的に基板の感光性材料に転写することが可能
となる。しかしながら、このプリズムを用いた方法で
は、光の入射をプリズムの入射角に合わせなければなら
ず、光学レンズ系等の構成が複雑とならざるを得ない。
又、露光対象の露光パターン部分も小面積なものに限ら
れる。又、近接場露光パターンの面に対して光が斜めに
入射するので、パターン転写の深度が浅く、又露光領域
がすぐに広がってしまうので、垂直なアスペクト比の高
い露光パターンの形成が難しい等の問題がある。

【０００８】本発明は上述した事情に鑑みて為されたも
ので、光の波長以下の微細な線幅の二次元的なパターン
を、簡単な装置構成により、且つ経済的に転写が可能な
光転写装置及び方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、導波路と、該導波路の一部に固定された近接場露光
パターンと、該導波路に光線を供給する光源とを備えた
ことを特徴とする光転写装置である。

【００１０】上記本発明によれば、基板表面を近接場露
光パターンに近接させることにより、導波路を伝搬する
光線の一部が、近接場露光パターン部分から、エバネッ
セント場により基板表面の感光性材料に伝達し、これを
露光することができる。このような装置構成によれば、
近接場露光パターンを備えた導波路と、その導波路に光
線を供給する光源とを備えることのみで、光転写装置を
構成できるので、例えば従来の投影縮小露光装置（ステ
ッパ）等と比べて光学系が極めて簡単なものとなり、極
めて経済的な設備とすることができる。又、係る装置構
成によれば、導波路は平面的に構成できるので、半導体
レーザ等の小型コンパクト化した光源と組み合わせるこ
とにより、全体としてその装置構成を小型コンパクト化
することができる。

【００１１】請求項２に記載の発明は、光源と、該光源
から出射される光をエバネッセント場を介して外部に配
置された感光性材料を露光する近接場露光パターンを有
するマスクとを備え、該マスクを前記光源に一体的に配
設したことを特徴とする光転写装置である。

【００１２】上記本発明によれば、光源から出射される
光がその光源に一体的に配設された近接場露光パターン
を有するマスクを通して、外部に配置された感光性材料
を露光するので、極めてコンパクトな構造の光転写装置
とすることができる。これにより複雑な光学系を必要と
することなく、極めて簡単な構造の光転写装置により、
光の波長限界以下の微細パターンの露光を行うことが可
能となる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、導波路又は光源
の一部に近接場露光パターンを配設し、感光性材料を表
面に塗布した加工対象の基板を前記パターンに近接して
配置し、前記導波路又は光源より前記パターンに光線を
供給し、前記パターンのエバネッセント場により前記感
光性材料に前記パターンを転写することを特徴とする光
転写方法である。

【００１４】上記本発明によれば、導波路又は光源の一
部に近接場露光パターンを固定し、そのパターン面に感
光性材料を表面に塗布した加工対象の基板を密着又は光
の波長以下に近接して配置することにより、光の波長以
下の微細パターンの転写が行える。従って、二次元的な
光の波長以下の微細パターンを、極めて簡単な装置構成
により形成することができる。又、導波路又は光源を直
接的に利用することで、全反射条件が簡単に得られ、大
面積の露光領域を容易に確保できる。又、導波路又は光
源に光が閉じこめられるため、近接場露光パターンの全
面に均一な光量を供給することが容易にでき、装置全体
の露光効率を高めることができる。

【００１５】請求項４に記載の発明は、光源から入射す
る光線を近接場を利用することにより光の波長限界を超
えた微細パターンを感光性材料に露光するマスクにおい
て、光透過性のマスク基板には、光の波長以下の凹凸パ
ターンが形成され、該凹凸パターンの凹部に光透過性の
低い材料が埋め込まれたことを特徴とする近接場露光パ
ターンを備えたマスクである。

【００１６】上記本発明によれば、凹凸の近接場露光パ
ターンの凹部に光透過性の低い材料が埋め込まれている
ので、その部分から光が漏洩することがない。これによ
り、凹凸パターンの凸部のみからエバネッセント場によ
り光線が感光性材料に伝達され、これによりコントラス
トの高い露光を行うことができる。

【００１７】ここで凹凸パターンの凹部に埋め込まれた
光透過性の低い材料は、金属材料であることが好まし
い。これにより、凹凸パターン上に金属膜を蒸着又はス
パッタリングにより被着し、これを化学・機械的研磨に
よりポリッシングすることにより、容易に凹部が埋め込
まれ、且つ感光性材料との接触面が平坦化されたマスク
を製作することができる。

【００１８】又、凹凸パターンの凹部の光透過性の低い
材料は、イオン交換によって形成するようにしてもよ
い。又、光透過性のマスク基板の凹凸パターンの加工
を、高速原子線を用いて行うことが好ましい。

【００１９】請求項５に記載の発明は、光透過性の材料
からなるマスク基板に感光性材料を塗布し、電子線又は
Ｘ線を用いて微細パターンを前記感光性材料に形成し、
該感光性材料に形成された微細パターンをマスクとし
て、高速原子線を照射することにより、前記光透過性の
材料からなるマスク基板に微細パターンを形成すること
を特徴とする近接場露光パターンを備えたマスクの製造
方法である。

【００２０】これにより、石英ガラス等の光透過性を有
する基板に感光性材料を塗布し、電子線又はＸ線を用い
て露光及び現像を行うことにより、感光性材料に光の波
長限界を超えた微細パターンを形成することが可能であ
る。ここで感光性材料の膜厚は最小寸法の１から２倍で
あることが好ましい。その後、直進性に優れ、且つチャ
ージアップの問題の生じない高速原子線による照射を行
って、光透過性の材料からなるマスク基板に微細なパタ
ーンを形成することで、マスク基板に光の波長限界以下
のサイズのアスペクト比の高い加工を容易に行うことが
できる。ここで高速原子線の照射は平行平板型の高速原
子線源を用いることが好ましい。尚、微細パターンは、
光の波長限界よりも大きなものについても、同様に適用
可能なことは勿論である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て添付図面を参照しながら説明する。

【００２２】図１は、本発明の第１実施形態の光転写装
置を示す。導波路１１には、その一部に近接場露光パタ
ーン１２が固定されている。そして導波路１１の入力側
の端面１１ａには、光源１３が接続され、光源１３で発
生する光が導波路１１内を伝達するように、入射面であ
る端面１１ａに接続されている。

【００２３】ここで導波路１１は、図示するように平板
状であり、その上面と下面で全反射条件を満足するよう
に反射条件が設定されている。例えば、入射面１１ａ及
び近接場露光パターン１２の両部分を除いて、その全面
が金属膜により被覆されている。即ち、導波路１１は、
石英ガラス、或いは透光性のポリイミド樹脂等の光透過
性材料から構成され、その光の入出力面を除いて、Ｃ
ｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、等の金属膜により被覆されてい
る。従って、入射面１１ａより入射した光線は、導波路
１１内の光透過性材料内に閉じこめられることになる。

【００２４】尚、導波路１１は、その全面を金属膜で被
覆することに換えて、光透過性材料をコア及びクラッド
材により構成し、そこで全反射条件を満足するように構
成してもよい。又、導波路１１を光透過性材料で構成
し、その側面のみを金属材で被覆し、導波路の上面及び
下面を大気とし、光透過性材料の屈折率を適当に選択す
ることにより、全反射条件を満足するようにしてもよ
い。いずれにしても、入射面１１ａより入射した光は、
導波路１１内に閉じこめられ、近接場露光パターン１２
に他の物体が極めて近接し、そこにエバネッセント場が
形成されることにより、導波路内に閉じこめられた光線
が外部に伝搬することになる。

【００２５】図２は、光源１３の具体例を示す図であ
る。図２（ａ）はファイババンドル１３ａを用いたもの
で、水銀ランプ或いはレーザ光源から照射された光をレ
ンズ１７で絞り、これを光ファイバを束ねたファイババ
ンドル１３ａの一端に入射し、他端側から導波路１１の
入射面１１ａに入射するようにしたものである。この場
合は、光源としてレーザ光、水銀ランプ光、白色光等を
用いることができる。図２（ｂ）は光源として面発光半
導体レーザ１３ｂを用いたものである。面発光半導体レ
ーザは、赤色光から青色光に至るレーザ光を面状の光源
として照射する装置であり、面に垂直な方向の平行光線
の束が得られ、導波路１１内に光線を閉じこめるのに好
適である。

【００２６】又、図２（ｃ）は、導波路内に蛍光粒子又
はＭｇ、Ｔｉ、Ｉｔ等の金属イオンからなる発光粒子を
封入した導波路１１を用いたものである。このような発
光粒子は、例えばファイババンドル１３ａから白色光を
入射することにより、発光粒子の特性に応じた波長の光
を生成する。即ち、入射光により発光粒子が励起され、
その発光粒子に固有の光を出射することになる。これに
より光の波長変換が可能となり、例えば安価な光源から
白色光を照射することで、エバネッセント場の露光に好
適な波長の光に変換することができる。一般に感光性材
料には、それぞれの材料に固有な好適の波長があり、使
用する感光性材料の種類に応じた適切な波長の光に変換
することで、効率的な露光が可能となる。又、エバネッ
セント場から感光性材料に伝達される光の波長は、短い
方が一般に拡散性が小さいために好ましい。従って、白
色光の安価な光源から出射する光を用いて、微細パター
ンの露光に好適な短波長の光に変換することができる。

【００２７】又、導波路１１は可撓性を有することが好
ましい。これにより、加工対象物が曲面を為していて
も、曲面上に光の波長よりも小さな寸法の微細な線幅の
加工が可能となる。例えば、透光性のポリイミド材等を
用いることにより、十分な可撓性が得られる。

【００２８】又、導波路は例えばシリコン基板上に形成
されたＳｉＯ_２膜を用いてもよい。このＳｉＯ_２膜は、
透明であり十分な光透過性を有することから、導波路材
料として好適である。そして、この導波路の一部に近接
場露光パターンを設けることにより、シリコン基板上の
導波路を用いてエバネッセント場を利用した微細パター
ンの形成のための露光を行うことができる。

【００２９】近接場露光パターンを有するマスクは、前
記光源に脱着可能に取り付けられていることが好まし
い。これにより、近接場露光パターンを有するマスクを
洗浄又は交換することが可能となり、これにより露光対
象の感光性材料が近接場露光パターンに付着してもその
除去を容易に行うことができる。又、光源には、容器内
に導入されたガスが電子線又はレーザ光線の照射を受け
て励起され、光を発生するものとしてもよい。これによ
り、容器内部にいわゆる光源を配置しなくても、感光性
材料の露光に適した光線を容器内で作り出すことができ
る。

【００３０】又、光源は導波路中にＡｒ、Ｋｒ等のガス
を含み、このガスを電子線を走査することにより励起し
て、光線を出射するような形式のものでもよい。これに
より比較的細い電子線を用いて、高い光出力を得ること
ができ、エバネッセント場を介して十分な光量を感光性
材料に伝達することができる。同様に、ガスを励起する
ことに換えて、励起光発生用のイオン又は分子を近接場
露光パターンを備えたマスクの近傍に配置し、これらの
イオン又は分子を電子線を走査することによって励起し
てスポット的な光を生成するようにしてもよい。

【００３１】図３は、近接場露光パターン部分の拡大断
面図を示す。導波路１１の下面には近接場露光パターン
１２を備え、この近接場露光パターンは一例として幅が
５０〜１００ｎｍ程度の微細な凹凸により形成されてい
る。この微細な凹凸の凸部の高さは同様に数十ｎｍ程度
である。そして、導波路１１内に光線が閉じこめられて
いる状態で、基板１５上に感光性材料１６を塗布した表
面を近接場露光パターン１２に当接させるか、又は例え
ば数十ｎｍ程度に近接させると、そこにエバネッセント
場１７が形成される。そして、エバネッセント場１７
は、電磁場であり、導波路１１内に閉じこめられた光線
を伝達し、感光性材料１６のエバネッセント場１７に対
応した部分１６ａを露光する。この露光された部分１６
ａは、近接場露光パターン１２の凸部の線幅に対応する
ので、これにより導波路１１内に閉じこめられた光の波
長と無関係に、近接場露光パターンの寸法で決まってく
る光の波長以下の微細なサイズのパターンを感光性材料
１６に露光することができる。従って、通常の光リソグ
ラフィの手法により、これを現像して感光性材料のパタ
ーンを形成し、これをマスクとして基板１５をエッチン
グすることにより、基板１５に光の波長以下の寸法の線
幅を有するパターンを形成することができる。

【００３２】図４は、エバネッセント場の特性を示す図
である。図４（ａ）は近接場露光パターンの凹凸を示
す。近接場露光パターン１２の凸部１２ａの幅ｄに対し
て、基板１５上に塗布された感光性材料１６の表面との
距離をＬとすると、図４（ｂ）に示すように、Ｌ／ｄの
比が１よりも小さくなると、急激に光線が感光性材料１
６側に伝達される。これにより、感光性材料の露光が可
能となる。そしてＬ／ｄの比が大きくなる、即ち感光性
材料１６の表面が近接場露光パターンの凸部１２ａから
離隔すると、急激に光の伝達率が低減する。

【００３３】図５は、本発明の第２実施形態の光転写装
置を示す。この光源２０は、外容器２１と光透過性材料
からなる下板２２とから容器が構成され、その容器内に
ランプアレイ２３を備えている。ランプアレイ２３は例
えば水銀ランプのアレイであり、これにより多量の光線
が光透過性材料からなる下板２２側に供給される。下板
２２には、近接場露光パターン１２を有するマスク２４
が脱着可能に固定されている。感光性材料１６を塗布し
た基板１５を、近接場露光パターン１２に密着させる
か、又は０．１μｍ程度以下に近接して配置することに
より、近接場露光パターンの凸部１２ａとの間にエバネ
ッセント場が形成され、これにより光が伝達し、感光性
材料１６の近接部分が露光されることは上述した実施の
形態と同様である。

【００３４】この実施の形態においては、光源としてラ
ンプアレイ２３を用い、この光源に一体的に近接場露光
パターンを備えたマスク２４を配置しているので、光転
写装置として極めて簡単な構造となる。

【００３５】尚、マスク２４を下板２２に対して脱着可
能にすることにより、露光後にはマスク２４を取り外し
て洗浄することが可能である。これにより露光に際して
感光性材料がマスク２４に付着しても、これを除去し
て、再び清浄な状態で次の露光処理を行うことが可能と
なる。又、マスク２４は、安価な複製品を用いることに
より、使い捨てとして使用するようにもできる。又、用
途によってはマスク２４と下板２２とを一体的な構造と
して、脱着できないようにしてもよい。

【００３６】図６は、本発明の実施形態の光転写装置の
変形例を示す。この光転写装置においては、光源２０ａ
として、外容器２１に窓部２１ａを設け、外容器２１と
下板２２で囲まれた容器内に光励起性のガス２５を封入
したものである。光励起性のガスとしては例えばＡｒ、
Ｋｒ等のガスが好適である。そして、窓部２１ａから電
子線又はレーザ光線を容器内に照射する。光励起性ガス
２５は、電子線又はレーザ光線の照射を受けて励起状態
となり、光線を出射する。この出射された光線は基板１
５の表面に塗布された感光性材料１６が近接場露光パタ
ーン１２の凸部に極めて近接した状態においては、この
部分にエバネッセント場が形成され、光線が伝搬して感
光性材料が露光されることは上述と同様である。係る構
成により、容器内にランプアレイを配置する必要がなく
なるので、光源の構造を例えば極端に薄型化することも
可能である。

【００３７】図７は、更に他の変形例を示す図である。
この実施の形態においては、外容器２１と下板２２で囲
まれた容器内にＡｒ、Ｋｒ等の光励起性ガス２５を封入
することは図６に示す実施例と同様である。この実施例
においては、光源２０ｂとして外容器２１の外周に誘導
コイル２６を備えている。そして外容器２１は石英又は
セラミック材により構成されている。誘導コイル２６に
高周波電源から例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力を
供給することにより、容器内に封入された光励起性のガ
ス２５が励起され、プラズマ状態となり光を発生する。
そしてこの光を近接場露光パターンに従ってエバネッセ
ント場を形成して、これにより露光することは上述の実
施例と同様である。尚、印加する電力としては、２ＧＨ
ｚ程度の超高周波の電力を用いるようにしてもよい。

【００３８】図８は、更に他の変形例を示す図である。
この実施例においては、外容器２８が角錐台状を為して
おり、その上側に電子線の発生及び走査装置２９を備え
ている。そして外容器２８と下板２２で囲まれた容器内
には、Ａｒ、Ｋｒ等の光励起性ガス２５が封入されてい
ることは上述の実施例と同様である。この実施例におい
ては、電子線を装置２９により発生し、容器内を走査す
る。これにより電子線が走査された部分の光励起性ガス
２５を励起し、その部分からスポット的に光が発生す
る。この発生した光を近接場露光パターンを有するマス
ク２４からエバネッセント場を介して感光性材料を露光
することは上述の実施例と同様である。尚、電子線の走
査に代えてレーザ光線で走査するようにしてもよい。

【００３９】図９は、更に他の変形例を示す図である。
この実施例においては、容器内に光励起性ガスを封入す
ることに代えて、光透過性材料からなる下板３０に励起
光発生用の原子、イオン又は分子等の発光粒子３１を配
設した光源２０ｄとしている。例えばローダミン等の蛍
光性材料、又はＭｇ、Ｔｉ等のイオン３１を分散して下
板３０内に配置している。そして電子線発生及び走査装
置２９より発生した電子線を走査することにより、これ
らの発光粒子３１を励起し、これにより光を発生させ
る。係る方法によれば、光が近接場露光パターンを有す
るマスク２４のごく近傍にて発生するため、しかも比較
的細い電子線等を用いて高エネルギー密度のビーム照射
を行うことにより、スポット的に十分な光量の光を発生
することができる。従って、エバネッセント場を介して
十分な光量を感光性材料に供給することができる。

【００４０】図１０は、更に他の変形例を示す図であ
る。その実施例においては電子線の発生及び走査装置に
代えて、電子線を面状に発生するマイクロエミッタアレ
イ又は面発光レーザ３２を用いたものである。この光源
により、下板３０内に配置された励起光発生用粒子３１
が電子線又はレーザ光線の照射を受けて、面上の光を発
生し、これにより近接場露光パターンを有するマスク２
４を介して、外部に近接して配置された感光性材料を露
光することは上述の実施例と同様である。係る装置構成
によれば、上述のスポット的に電子線等の照射により光
を発生するのと比較して、一括して光の二次元的な発生
を行うことができるので、例えば、極端に薄型化した光
転写装置を形成することができる。

【００４１】次に、近接場露光パターンを有するマスク
についての本発明の実施例を説明する。近接場露光パタ
ーンとしては、図３及び図４に示す光透過性材料に微細
な凹凸パターンを設けたものが一般に用いられている。
しかしながら、この近接場露光パターンは、凹凸の凹部
より光が漏洩するという問題があり、コントラストの高
い露光が困難である。そこで、以下に凹部に光透過性の
低い材料を埋め込んだマスクの実施例について述べる。

【００４２】図１１は、近接場露光パターンを有するマ
スク及びその製造方法の一実施例を示す。（ａ）に示す
ように、石英ガラス等の光透過性基板４０を準備し、そ
の表面にレジスト４１を塗布する。そして（ｂ）に示す
ように、プリベイクを行った後に、電子線露光装置を用
いて数十ｎｍ程度の寸法サイズの近接場露光パターンの
パターンニングを電子線を用いて行う。この電子線リソ
グラフィによれば、線幅及び線間隔共に、１から１００
ｎｍ程度の描画が可能である。そして（ｃ）に示すよう
に、リンスの後にポストベイクを行い、現像により電子
線の照射されていない部分を除去し、レジストパターン
４２を形成する。尚、電子線に代えてＸ線とレティクル
を用いて加工するようにしてもよい。これらは共に、光
の回折の影響を受けないため、上述のサイズの加工が可
能である。

【００４３】尚、レジストを塗布した後に、レジスト膜
上に溶解性導電膜を１０〜５０ｎｍ程度塗布するように
してもよい。これにより、電子線の照射に際してレジス
ト膜のチャージアップの問題がなくなり、良好なパター
ンの形成を行える。

【００４４】そして図１１（ｄ）に示すように、直進性
に優れ、且つチャージアップの問題の生じない高速原子
線４３を全面に照射することにより、エッチングを行
う。これにより、石英ガラス等の基板に１０から５０ｎ
ｍ程度の凹凸が形成される。以上の工程により近接場露
光パターン１２が形成され、図３に示すように、光の波
長以下のエバネッセント場を形成するマスクとして使用
することが可能である。高速原子線による照射を行っ
て、光透過性の材料からなるマスク基板に微細なパター
ンを形成することで、マスク基板に光の波長限界以下の
サイズのアスペクト比の高い加工を容易に行うことがで
きる。ここで高速原子線の照射は平行平板型の高速原子
線源を用いることが好ましく、これにより直進性に優
れ、且つ大きな面積の均一な加工が可能となる。

【００４５】しかしながら、この実施例においては、凹
部に光透過性の低い材料を埋め込むために、このマスク
に更に次の加工を行う。即ち図１１（ｅ）に示すよう
に、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ等の金属膜４５を蒸着する。そし
て、図１１（ｆ）に示すように、表面を化学・機械的研
磨等により平坦化研磨を行い、表面を平坦な状態にす
る。これにより、近接場露光パターンの凹凸の凹部に光
透過性の低い金属材料４５ａが埋め込まれたマスクが形
成される。

【００４６】このようなマスクを用いて、エバネッセン
ト場を利用した露光を行うことにより、近接場露光パタ
ーンの凸部のみにエバネッセント場が形成され、凹部か
ら光が漏洩することが無くなり、コントラストの高い露
光を行え、アスペクト比の高いエッチングが可能とな
る。

【００４７】図１２は、本発明の他の実施例のマスク及
びその製造工程を示す。これは近接場露光パターンの凹
凸の凹部に光透過性の低い材料を埋め込むために、イオ
ン交換を用いて行う方法を示したものである。この実施
例においては、ガラス基板として光透過性の高いＮａ含
有ガラス基板を用い、このＮａイオンを、Ａｇイオンに
置換して、凹凸の凹部の光透過性を低くするものであ
る。即ち、ガラス基板上にレジストパターンを形成する
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）迄の工程は、前述の図１１と同
様である。

【００４８】そして、図１２（ｄ）に示すように、レジ
ストパターン４２の形成後にＮａ含有ガラス基板４０を
例えばＡｇＮＯ_３溶融液中にレジストパターン側を浸漬
し、Ｎａ含有ガラス基板の反対側をＮａＮＯ_３溶融液中
に浸漬する。そして両者の液間に交流又は直流電圧を印
加する。これにより、ガラス基板の表面がＮａ^＋イオン
に代えてＡｇ^＋イオンが入り、ガラス基板の表面の性質
が改変されて、光の透過性が悪くなる。レジストパター
ンに覆われている部分は、透明ガラスの状態のままであ
るので、これによりガラス基板表面に光透過性の有無に
よる凹凸部が形成され、凹部に光透過性の低い材料４６
が埋め込まれた状態となる。従って、これを図１２
（ｅ）に示すように、レジスト膜４２を除去することに
より、表面が平坦で且つ凹凸パターンの凹部に光透過性
の低い材料４６が埋め込まれた近接場露光パターンを備
えたマスクを製造できる。これによりコントラストの良
好なエバネッセント場を利用した露光を行えることは前
述の実施例と同様である。

【００４９】又、イオン交換以外にも、例えばイオン注
入を利用して局所的な結晶構造の相変化を起こさせ、光
の透過性を変化させるようにしてもよい。

【００５０】図１３は、本発明の更に他のマスクの製造
方法を示す。（ａ）に示すように、石英ガラス等の光透
過性基板４０上にＣｒ、Ａｌ等の金属膜（導電膜）４８
を１０〜５０ｎｍ程度被着する。そしてその上にレジス
ト膜４１を塗布し、プリベイクを行う。この状態を
（ｂ）に示す。そして、（ｃ）に示すように、電子線露
光によりレジスト上に電子線を用いて近接場露光パター
ンに相当する部分の照射を行い、（ｄ）に示すように、
リンス及びポストベイク後に現像を行い、レジストパタ
ーン４２を形成する。

【００５１】そして、レジストパターン４２をマスクと
して高速原子線４３を用いてエッチングを行い、図１３
（ｅ）に示すように、光透過性ガラス基板４０上に金属
膜（導電膜）の二次元パターン４８ａを形成することが
できる。このマスクは、マスクの母材として利用でき、
これを光透過性樹脂材料等にスタンピングを行うことに
より、レプリカとして近接場露光パターンを備えたマス
クを大量に生産することが可能となる。

【００５２】高速原子線を用いることにより、絶縁物の
加工に際してチャージアップという問題が無く、又ビー
ム自体の電荷の反発による拡散という問題がなく、直進
性の良好なビームが得られるので、極めて高精度の加工
が可能となる。これにより近接場露光パターンに必要な
数十ｎｍ程度の微細パターンを容易に作成することがで
きる。又、近接場露光パターンの凹凸の間隔は、光の波
長以上の間隔を含むようにしてもよい。

【００５３】尚、係るマスクの製造方法によれば、高速
原子線を用いてガラス基板上に金属薄膜のパターンが形
成されたマスクを製造できるので、一般のＬＳＩ等の製
造工程のマスクとして直接利用することができる。この
場合には、微細パターンは光の波長以下に限定されるも
のでなく、光の波長以上であっても勿論よい。

【００５４】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
エバネッセント場を利用した光の波長限界以下の微細パ
ターンを形成するための光転写装置を、小型コンパクト
な構造で且つ経済的に提供することができる。

【００５５】又、本発明の近接場露光パターンを備えた
マスクは、その凹凸パターンの凹部に光透光性の低い材
料が埋め込まれているので、これによりコントラストの
良好なエバネッセント場を利用した露光を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の光転写装置の概要を示
す斜視図である。

【図２】光源と導波路との接続を示す図である。

【図３】エバネッセント場を利用した露光の要部を示す
図である。

【図４】エバネッセント場の効果を説明する図であり、
（ａ）は近接場露光パターンの断面形状を示し、（ｂ）
は近接場露光パターンの凸部と感光性材料との間の距離
による光の伝搬特性を示す図である。

【図５】本発明の第２実施形態の光転写装置の説明図で
ある。

【図６】図５の変形例を示す図である。

【図７】更に他の変形例を示す図である。

【図８】図５の変形例を示す図であり、電子線の走査を
用いて光励起性ガスから光線を生成することを利用した
転写装置の図である。

【図９】図５の変形例を示す図であり、電子線の走査を
用いて励起光発生用粒子から光線を生成することを利用
した転写装置の図である。

【図１０】図９の変形例を示す図である。

【図１１】近接場露光パターンを有するマスクの本発明
の第１実施例の製造方法を示す図である。

【図１２】近接場露光パターンを有するマスクの本発明
の第２実施例の製造方法を示す図である。

【図１３】近接場露光パターンを有するマスクの本発明
の第３実施例の製造方法を示す図である。

【符号の説明】

１１導波路１２近接場露光パターン１３，２０光源１５基板１６感光性材料２１外容器２２下板２３ランプアレイ２４近接場露光パターンを備えたマスク４０マスク基板４１レジスト膜４２レジストパターン４５ａ，４６凹部に埋め込まれた光透過性の低い材
料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/30 ５３１Ａ 21/302 Ｈ (72)発明者一木克則神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号株式会社荏原総合研究所内 (72)発明者佐竹徹神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号株式会社荏原総合研究所内 (72)発明者畑村洋太郎東京都文京区小日向２−12−11 (72)発明者中尾政之千葉県松戸市新松戸４−272 Ｄ−805

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導波路と、該導波路の一部に固定された
近接場露光パターンと、該導波路に光線を供給する光源
とを備えたことを特徴とする光転写装置。
【請求項２】光源と、該光源から出射される光をエバ
ネッセント場を介して外部に配置された感光性材料を露
光する近接場露光パターンを有するマスクとを備え、該
マスクを前記光源に一体的に配設したことを特徴とする
光転写装置。
【請求項３】導波路又は光源の一部に近接場露光パタ
ーンを配設し、感光性材料を表面に塗布した加工対象の
基板を前記パターンに近接して配置し、前記導波路又は
光源より前記パターンに光線を供給し、前記パターンの
エバネッセント場により前記感光性材料に前記パターン
を転写することを特徴とする光転写方法。
【請求項４】光源から入射する光線を近接場を利用す
ることにより光の波長限界を超えた微細パターンを感光
性材料に露光するマスクにおいて、光透過性のマスク基
板には、光の波長以下の凹凸パターンが形成され、該凹
凸パターンの凹部に光透過性の低い材料が埋め込まれた
ことを特徴とする近接場露光パターンを備えたマスク。
【請求項５】光透過性の材料からなるマスク基板に感
光性材料を塗布し、電子線又はＸ線を用いて微細パター
ンを前記感光性材料に形成し、該感光性材料に形成され
た微細パターンをマスクとして、高速原子線を照射する
ことにより、前記光透過性の材料からなるマスク基板に
微細パターンを形成することを特徴とするマスクの製造
方法。