JP2005093509A - Proximity exposure mask, proximity light generating method, method of forming proximity exposure mask, proximity aligner, proximity exposure method, and method of forming micro element - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a proximity exposure mask, a proximity light generating method, a proximity exposure mask forming method, a proximity aligner, a proximity exposure method, and a micro element forming method wherein proximity light can be efficiently generated, and strong proximity light can be generated at a desired position. <P>SOLUTION: A proximity exposure mask is provided with a pattern composed of one or more metal micro structures which are formed on a mask mother material and smaller in size than the wavelength of exposure light, or micro openings which are formed on a light shading layer on the mask mother material and smaller in size than the wavelength of exposure light. The above metal micro structures or the above micro openings provided on the light shading layer are asymmetrical about an optional axis of symmetry in cross section vertical to the surface of the mask. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、近接場露光用マスク、近接場光の発生方法、近接場露光用マスクの作製方法、近接場露光装置、近接場露光方法、微小素子の作製方法に関するものである。   The present invention relates to a near-field exposure mask, a near-field light generation method, a near-field exposure mask manufacturing method, a near-field exposure apparatus, a near-field exposure method, and a microelement manufacturing method.

半導体メモリの大容量化やCPUプロセッサの高速化・大集積化の進展とともに、光リソグラフィーのさらなる微細化は必要不可欠のものとなっている。一般に光リソグラフィー装置における微細加工限界は、用いる光の波長程度である。このため、光リソグラフィー装置に用いる光の短波長化が進み、現在は近紫外線レーザが用いられ、0.1μm程度の微細加工が可能となっている。
このように微細化が進む光リソグラフィーであるが、0.1μm以下の微細加工を行うためには、レーザのさらなる短波長化、その波長域でのレンズ開発等解決しなければならない課題も多い。
一方、光による0.1μm以下の微細加工を可能にする手段として、近接場光学顕微鏡(以下SNOMと略す)の構成を用いた微細加工装置が提案されている。例えば、100nm以下の大きさの微小スリットから滲み出る近接場を用いてレジストに対し、光波長限界を越える局所的な露光を行う装置である。
しかしながら、これらのSNOM構成のリソグラフィー装置では、いずれも1本(または数本)の加工プローブで一筆書きのように微細加工を行っていく構成であるため、あまりスループットが向上しないという問題点を有していた。
これを解決する一つの方法として、例えば、特許文献1のような、光波長以下の開口パターンを有する光マスクに対してプリズムを設け、全反射の角度で光を入射させ、全反射面から滲み出るエバネッセント光を用いて光マスクのパターンをレジストに対して一括して転写するという提案がなされている。
特開平08−179493号公報
As the capacity of semiconductor memories increases and the speed and integration of CPU processors increase, further miniaturization of photolithography becomes indispensable. In general, the limit of fine processing in an optical lithography apparatus is about the wavelength of light used. For this reason, the wavelength of light used in an optical lithography apparatus has been shortened, and near-ultraviolet lasers are currently used, and fine processing of about 0.1 μm is possible.
Although photolithography is progressing in this way, there are many problems that need to be solved, such as further shortening the wavelength of the laser and developing a lens in that wavelength region, in order to perform microfabrication of 0.1 μm or less.
On the other hand, a microfabrication apparatus using a configuration of a near-field optical microscope (hereinafter abbreviated as SNOM) has been proposed as means for enabling microfabrication of 0.1 μm or less by light. For example, it is an apparatus that performs local exposure exceeding the optical wavelength limit on a resist using a near field that oozes out from a minute slit having a size of 100 nm or less.
However, these SNOM lithographic apparatuses have a problem that throughput is not improved so much because they are configured to perform microfabrication with a single (or several) processing probe as in a single stroke. Was.
As one method for solving this problem, for example, a prism is provided on an optical mask having an aperture pattern with a wavelength equal to or smaller than that of Patent Document 1 so that light is incident at an angle of total reflection, and bleeding occurs from the total reflection surface. There has been a proposal to collectively transfer the pattern of the optical mask to the resist using the evanescent light emitted.
Japanese Patent Laid-Open No. 08-179493

ところで、上記した微小な開口を用いて近接場光を発生させる場合、その発生効率の更なる向上が望まれており、また、所望の位置に強電場を発生させることが困難であるために所望の露光パターンを得る上で、必ずしも満足の行くものではなかった。
そこで、本発明は上記課題を解決し、高効率に近接場光を発生させることができ、また、所望の位置に強い近接場光を発生させることが可能となる近接場露光用マスク、近接場光の発生方法、近接場露光用マスクの作製方法、近接場露光装置、近接場露光方法、微小素子の作製方法を提供することを目的とするものである。
By the way, when near-field light is generated using the above-described minute aperture, further improvement in the generation efficiency is desired, and it is difficult to generate a strong electric field at a desired position. However, it was not always satisfactory in obtaining the exposure pattern.
Therefore, the present invention solves the above-described problems, can generate near-field light with high efficiency, and can also generate a near-field exposure mask and a near-field that can generate strong near-field light at a desired position. An object of the present invention is to provide a light generation method, a near-field exposure mask manufacturing method, a near-field exposure apparatus, a near-field exposure method, and a microelement manufacturing method.

本発明は、以下のように構成した近接場露光用マスク、近接場光の発生方法、近接場露光用マスクの作製方法、近接場露光装置、近接場露光方法、微小素子の作製方法を提供するものである。
すなわち、本発明の近接場露光用マスクは、マスク母材上に形成された遮光層により構成された露光に用いる光の波長以下のサイズの金属微細構造体、または前記遮光層に設けられた微小開口による、パターンを有する近接場露光用のマスクであって、前記金属微細構造体の前記マスク面と垂直な方向の断面、または前記微小開口の前記マスクの面と垂直な方向の断面のうち少なくとも一つが、マスク面に垂直な任意の対称軸に対して非対称な断面形状を有していることを特徴としている。
また、本発明の近接場露光用マスクは、該マスクの第一の面側から前記露光に用いる光を入射させ、第二の面側から光電場を発生させる構成を備え、前記マスクの非対称な断面形状における前記第二の面側近傍に、少なくとも1つの先鋭な頂点を有するように構成することができる。その際、前記第一の面近傍に第一の頂点及び第二の頂点を有し、前記第二の面近傍に第三の頂点を有する構成とすることができる。
また、本発明の近接場露光用マスクは、前記非対称な断面形状が、略三角形、または略四角形、略平行四辺形を含む略多角形とすることができる。また、上記の略三角形とするに際しては、第一〜第三の頂点を有する三角形において、第一の頂点の内角または第二の頂点の内角の一方を、90度以上とする構成を採ることができる。
また、本発明の近接場光の発生方法は、上記したいずれかに記載の近接場露光用マスクを用い、前記断面形状における非対称な系内で、電界集中、表面プラズモンポラリトンの干渉、及びプラズマ振動のうち少なくとも一つを発生させることによって、前記マスクの非対称な断面形状における先鋭な頂点近傍に、強い近接場光を発生させることを特徴としている。
また、本発明の近接場光の発生方法は、上記表面プラズモンポラリトンの干渉において、前記非対称な系内を一方の側から伝播する表面プラズモンポラリトンの実効的伝播距離と、これと逆向きの他方の側から伝播する表面プラズモンポラリトンの実効的伝播距離との差が、該表面プラズモンポラリトンの波長の略半波長の奇数倍となるようにして発生させることを特徴としている。
また、本発明の近接場光の発生方法は、上記プラズマ振動において、前記非対称な断面形状における先鋭な頂点近傍に、強い近接場光を発生させることを特徴としている。
また、本発明の近接場露光用マスクの作製方法は、マスク母材上に形成された露光に用いる光の波長以下のサイズの一つ以上の金属微細構造体、またはマスク母材上の遮光層に形成された露光に用いる光の波長以下のサイズの複数の微小開口、によるパターン部を有する近接場露光用のマスクを作製するに際し、前記金属微細構造体または前記微小開口間の遮光層における前記マスクの面と垂直な方向の断面を、非対称な形状に形成する工程を有していることを特徴としている。
また、本発明の近接場露光用マスクの作製方法は、上記非対称な形状に形成する工程が、金属遮光層を成膜する工程と、エッチングマスク層を成膜する工程と、該エッチングマスク層を用いて該金属遮光層を該エッチングマスク層表面の法線に対して角度をなしてエッチングする工程とを有する構成とすることができる。また、本発明の近接場露光用マスクの作製方法は、上記非対称な形状に形成する工程が、金属遮光層を成膜する工程と、エッチングマスク層を成膜する工程と該エッチングマスク層を該金属遮光面の法線を含む平面で切った該エッチングマスク層の断面形状が、該法線と平行な線対称軸を有しない形状に加工する工程と該エッチングマスクを用いて該金属遮光層をエッチングする工程とを有する構成とすることができる。
また、本発明の近接場露光用マスクの作製方法は、上記非対称な形状に形成する工程が、金属遮光膜を成膜する工程と、エッチングマスク層を成膜する工程と、近接場光を発生させる露光マスクに露光光を該露光マスクの法線と角度をなして照射することで該エッチングマスク層をパターニングする工程とを有する構成とすることができる。
また、本発明の近接場露光用マスクの作製方法は、上記非対称な形状に形成する工程が、金属遮光層を成膜する工程と、該金属遮光層表面の法線と平行な回転対称軸を有しない強度分布を有するビームを用いて該金属遮光層を加工する工程とを有する構成とすることができる。
また、本発明の近接場露光用マスクの作製方法は、上記非対称な形状に形成する工程が、金属遮光層を成膜する工程と、該金属遮光層表面の法線にたいして角度をなしたビームを用いて該金属遮光層を加工する工程とを有する構成とすることができる。
また、本発明の近接場露光装置は、上記したいずれかに記載の近接場露光用マスクと、被露光物と、露光用光源と、を有することを特徴としている。
また、本発明の近接場露光方法は、上記したいずれかに記載の近接場露光用マスクを用いて、該近接場露光用マスクに露光用の光を照射し、または上記したいずれかに記載の近接場光の発生方法を用い、前記マスクの非対称な断面形状における先鋭な頂点近傍に、強い近接場光を発生させ、被露光物を露光することを特徴としている。
また、本発明の微小素子の作製方法は、上記した近接場露光装置または近接場露光方法を用いて微小素子を作成することを特徴としている。
The present invention provides a near-field exposure mask configured as follows, a near-field light generation method, a near-field exposure mask manufacturing method, a near-field exposure apparatus, a near-field exposure method, and a microelement manufacturing method. Is.
That is, the near-field exposure mask of the present invention is a metal microstructure having a size equal to or smaller than the wavelength of light used for exposure, which is composed of a light-shielding layer formed on a mask base material, or a minute structure provided on the light-shielding layer. A near-field exposure mask having a pattern by an opening, wherein the metal microstructure has at least one of a cross section in a direction perpendicular to the mask surface and a cross section in the direction perpendicular to the mask surface of the micro opening. One is characterized by having an asymmetric cross-sectional shape with respect to an arbitrary axis of symmetry perpendicular to the mask surface.
Further, the near-field exposure mask of the present invention has a configuration in which light used for the exposure is incident from the first surface side of the mask and a photoelectric field is generated from the second surface side, and the mask is asymmetric. It can be configured to have at least one sharp apex in the vicinity of the second surface side in the cross-sectional shape. In that case, it can be set as the structure which has a 1st vertex and a 2nd vertex in the said 1st surface vicinity, and has a 3rd vertex in the said 2nd surface vicinity.
In the near-field exposure mask of the present invention, the asymmetric cross-sectional shape may be a substantially triangular shape, a substantially polygonal shape including a substantially quadrangular shape, or a substantially parallelogram shape. In addition, when the above-described substantially triangular shape is used, in the triangle having the first to third vertices, one of the internal angle of the first vertex or the internal angle of the second vertex may be 90 degrees or more. it can.
Further, the near-field light generating method of the present invention uses the near-field exposure mask according to any one of the above, and an electric field concentration, surface plasmon polariton interference, and plasma oscillation in an asymmetric system in the cross-sectional shape. By generating at least one of the above, strong near-field light is generated in the vicinity of a sharp vertex in the asymmetric sectional shape of the mask.
Further, the near-field light generating method of the present invention includes an effective propagation distance of the surface plasmon polariton propagating from one side in the asymmetric system in the interference of the surface plasmon polariton, and the other opposite direction. The difference is that the difference from the effective propagation distance of the surface plasmon polariton propagating from the side is an odd multiple of approximately half the wavelength of the surface plasmon polariton.
The near-field light generation method of the present invention is characterized in that strong near-field light is generated in the vicinity of a sharp apex in the asymmetric cross-sectional shape in the plasma vibration.
Further, the method for producing a near-field exposure mask of the present invention includes one or more metal microstructures having a size equal to or smaller than the wavelength of light used for exposure formed on a mask base material, or a light shielding layer on the mask base material. When producing a near-field exposure mask having a pattern portion with a plurality of micro openings having a size equal to or smaller than the wavelength of light used for exposure formed in the metal fine structure or the light shielding layer between the micro openings It has a step of forming a cross section in a direction perpendicular to the surface of the mask into an asymmetric shape.
Further, in the method for producing a near-field exposure mask of the present invention, the step of forming the asymmetric shape includes a step of forming a metal light shielding layer, a step of forming an etching mask layer, and the etching mask layer. And etching the metal light-shielding layer at an angle with respect to the normal to the surface of the etching mask layer. Further, in the method for producing a near-field exposure mask of the present invention, the step of forming the asymmetric shape includes a step of forming a metal light shielding layer, a step of forming an etching mask layer, and the etching mask layer. A step in which the cross-sectional shape of the etching mask layer cut along a plane including the normal line of the metal light-shielding surface is processed into a shape having no line symmetry axis parallel to the normal line, and the metal light-shielding layer is formed using the etching mask. And a step of etching.
Further, in the method for producing a near-field exposure mask of the present invention, the step of forming the asymmetric shape includes a step of forming a metal light shielding film, a step of forming an etching mask layer, and generating near-field light. A step of patterning the etching mask layer by irradiating the exposure mask to be exposed with exposure light at an angle with the normal line of the exposure mask.
Further, in the method for producing a near-field exposure mask according to the present invention, the step of forming the asymmetric shape includes a step of forming a metal light-shielding layer, and a rotational symmetry axis parallel to the normal line of the surface of the metal light-shielding layer. And a step of processing the metal light-shielding layer using a beam having an intensity distribution that is not included.
Further, in the method for producing a near-field exposure mask according to the present invention, the step of forming the asymmetric shape includes a step of forming a metal light shielding layer and a beam having an angle with respect to a normal line of the surface of the metal light shielding layer. And a step of processing the metal light shielding layer.
A near-field exposure apparatus according to the present invention includes any one of the above-described near-field exposure masks, an object to be exposed, and an exposure light source.
Moreover, the near-field exposure method of the present invention uses the near-field exposure mask described above to irradiate the near-field exposure mask with exposure light, or as described above. Using a near-field light generation method, strong near-field light is generated in the vicinity of a sharp apex in the asymmetric cross-sectional shape of the mask, and the object to be exposed is exposed.
The microelement manufacturing method of the present invention is characterized in that microelements are formed using the above-described near-field exposure apparatus or near-field exposure method.

本発明によれば、高効率に近接場光を発生させることができ、また、所望の位置に強い近接場光を発生させることが可能となる近接場露光用マスク、近接場光の発生方法、近接場露光用マスクの作製方法、近接場露光装置、近接場露光方法、微小素子の作製方法を実現することができ、また、近接場光発生領域の横方向の広がりを小さく抑えることができる。したがって、高解像な露光を短時間で行うことが可能となる。   According to the present invention, a near-field exposure mask capable of generating near-field light with high efficiency and capable of generating strong near-field light at a desired position, a method for generating near-field light, A method for manufacturing a near-field exposure mask, a near-field exposure apparatus, a near-field exposure method, and a method for manufacturing a microelement can be realized, and the lateral spread of the near-field light generation region can be suppressed to a low level. Therefore, high-resolution exposure can be performed in a short time.

つぎに、本発明の実施の形態における近接場光の発生方法について説明する。ここでは、近接場光を所望の位置に発生させ、更に近接場光強度を増大するために、主に、〈1〉電界集中、〈2〉表面プラズモンポラリトンの干渉、〈3〉金属中の自由電子のプラズマ振動という3つの現象を用いた。
それは、これらを入射光に対して「非対称」な系内で発生させることにより、強い近接場光を所望の場所に、特に金属微細構造体や微小開口の出射面側に存在する頂点近傍に発生させることができるという、本発明者らの鋭意検討した結果、初めて見出された知見に基づくものである。
Next, a method for generating near-field light in the embodiment of the present invention will be described. Here, in order to generate near-field light at a desired position and further increase the near-field light intensity, mainly <1> electric field concentration, <2> surface plasmon polariton interference, and <3> free in metal Three phenomena of electron plasma oscillation were used.
By generating these in a system that is “asymmetric” with respect to the incident light, strong near-field light is generated at the desired location, particularly near the top of the metal microstructure or the exit surface of the minute aperture. This is based on the knowledge found for the first time as a result of intensive studies by the present inventors.

以下に、上記の現象が微細構造体もしくは微小開口内で発生することにより、微細構造体の表面近傍の所望の位置での近接場光強度が増大する原理について説明する。まず、上記〈1〉〜〈3〉の現象について説明する。
上記〈1〉の電界集中であるが、これは物質が電場中に置かれた場合、この物質の形状が頂点などの角を持つ場合その部分に電界が集中する現象であり、電磁気学でよく知られた現象なので詳細は割愛する。この効果は上記頂点が電場方向に対して突出し、その先端がとがっているほどその効果が大きく、逆に電場方向と直交する方向に頂点が突出していても電界集中効果はほとんど生じないことに注意が必要である。
The principle of increasing the near-field light intensity at a desired position near the surface of the fine structure when the above phenomenon occurs in the fine structure or the minute opening will be described below. First, the above phenomena <1> to <3> will be described.
The electric field concentration of <1> above is a phenomenon in which, when a substance is placed in an electric field, the electric field concentrates on that part when the shape of the substance has corners such as vertices. Since it is a known phenomenon, details are omitted. Note that this effect increases as the apex protrudes with respect to the electric field direction and the tip of the apex is sharp, and conversely, even if the apex protrudes in a direction perpendicular to the electric field direction, the electric field concentration effect hardly occurs. is required.

つぎに、上記〈2〉の表面プラズモンポラリトンの干渉について説明する。
表面プラズモンポラリトン(SPP)は金属と誘電体の界面で生じる電荷密度波である。SPPは通常の伝播光とは結合できないが、エバネッセント波との結合や散乱体を用いた伝播光との結合が可能である。
ここで図1(a)を用いて説明する。
本図は本発明の一例である。図1において、母材の表面に金属で出来た微細構造体が形成されているものとする。この微細構造体に光を入射する。この光の偏光は図中に示す通りである。ここで偏光方向は光電場ベクトルの向きである。図中の金属微細構造体は周囲の空気と金属空気界面をなしており、ここに光が入射すると、頂点AおよびBが散乱体として機能し、金属微細構造体の表面にSPPが発生する。
Next, the interference of the surface plasmon polariton of <2> will be described.
Surface plasmon polariton (SPP) is a charge density wave generated at the interface between a metal and a dielectric. SPP cannot be coupled with ordinary propagating light, but can be coupled with evanescent waves or with propagating light using a scatterer.
Here, a description will be given with reference to FIG.
This figure is an example of the present invention. In FIG. 1, it is assumed that a fine structure made of metal is formed on the surface of a base material. Light enters this fine structure. The polarization of this light is as shown in the figure. Here, the polarization direction is the direction of the photoelectric field vector. The metal microstructure in the figure forms a metal-air interface with the surrounding air. When light is incident on the metal microstructure, vertices A and B function as scatterers, and SPP is generated on the surface of the metal microstructure.

ここで、このSPPの位相について説明する。光電場のある時刻での向きを図中のEでしめす。このとき、頂点A及びBに加わる光電場Eは、頂点Aに対してはEは金属微細構造体の内側に向かって印加され、反対に頂点Bに対しては金属微細構造体の外側に向かって印加される。つまり同時刻に頂点AとBに印加される光電場は金属微細構造体の表面に対してその向きが逆であり、これは頂点AとBに逆位相の電場が印加されていることと同等である。したがって、この印加電場により頂点A及びBから発生するSPPは互いに逆位相となる。   Here, the phase of this SPP will be described. The direction of the photoelectric field at a certain time is indicated by E in the figure. At this time, the photoelectric field E applied to the vertices A and B is applied to the vertex A toward the inside of the metal microstructure, and conversely to the vertex B toward the outside of the metal microstructure. Applied. In other words, the photoelectric fields applied to the vertices A and B at the same time have opposite directions with respect to the surface of the metal microstructure, which is equivalent to the application of antiphase electric fields to the vertices A and B. It is. Therefore, the SPP generated from the apexes A and B by this applied electric field is in opposite phase.

つぎに、これらのSPPが頂点Cまで伝播することを考える。頂点Aから頂点Cに伝播してきたSPPと頂点Bから頂点Cに伝播してきたSPPは頂点Cで干渉する。頂点C及びその近傍に近接場光を発生させるためには、頂点Cで両者が同位相で干渉する必要がある。そのためには頂点Aから頂点Cまでの伝播距離aと頂点Bから頂点Cまでの伝播距離bとの差がSPP波長の半波長の奇数倍である必要がある。また逆に金属微細構造体を上述のような形状に作製しておくことで頂点C近傍に強い近接場光を発生させることが出来る。ここで、伝播距離aとbはともに金属微細構造体の幾何的な形状によってのみ決定されるものではなく、界面での有効屈折率等を考慮した、実効的な伝播距離を指している。このため、例えばこの金属微細構造体がアレイ状に並んでいてその間隔が光の波長と比較して非常に小さい場合(図2(a))もしくは金属微細構造体表面に別の高屈折率な誘電体などが形成されている場合などは界面での有効屈折率が変化しているため、これらのことを考慮して伝播距離を決定する必要がある。   Next, consider that these SPPs propagate to the vertex C. The SPP propagated from the vertex A to the vertex C and the SPP propagated from the vertex B to the vertex C interfere with each other at the vertex C. In order to generate near-field light at the vertex C and its vicinity, it is necessary for the vertex C to interfere with each other in the same phase. For this purpose, the difference between the propagation distance a from the vertex A to the vertex C and the propagation distance b from the vertex B to the vertex C needs to be an odd multiple of a half wavelength of the SPP wavelength. On the contrary, strong near-field light can be generated in the vicinity of the vertex C by forming the metal microstructure in the shape as described above. Here, the propagation distances a and b are not determined only by the geometric shape of the metal microstructure, but are effective propagation distances taking into consideration the effective refractive index at the interface. Therefore, for example, when the metal microstructures are arranged in an array and the interval is very small compared to the wavelength of light (FIG. 2 (a)), or the surface of the metal microstructure has another high refractive index. When a dielectric or the like is formed, the effective refractive index at the interface changes. Therefore, it is necessary to determine the propagation distance in consideration of these points.

最後に、上記〈3〉の金属中の自由電子のプラズマ振動について説明する。
金属に光が照射されると、金属の表面近傍の自由電子が振動し光電場の振動に追随する。これにより光電場は金属のごく表面近傍(10nm程度)の深さで打ち消され金属内部には染み込まない。ところが金属の大きさ自体が数10nm以下になってくると、この光電場の染み込みにより、金属中のほとんど全ての自由電子が光電場に影響され、光電場に略等しい周波数で振動するようになる。金属微細構造と入射光が共鳴すれば金属中の自由電子全体がプラズマ振動を起こす。
Finally, plasma oscillation of free electrons in the metal <3> will be described.
When the metal is irradiated with light, free electrons near the surface of the metal vibrate and follow the vibration of the photoelectric field. As a result, the photoelectric field is canceled at a depth in the vicinity of the very surface of the metal (about 10 nm) and does not penetrate into the metal. However, when the size of the metal itself becomes several tens of nm or less, almost all free electrons in the metal are affected by the photoelectric field due to the penetration of the photoelectric field, and oscillate at a frequency substantially equal to the photoelectric field. . If the metal microstructure and the incident light resonate, the entire free electrons in the metal will cause plasma oscillation.

この結果、金属微細構造体内に電荷密度分布が生じる。そしてこの電荷密度分布により金属微細構造体近傍に電場が発生し、この電場が近接場光となる。この電荷密度分布は金属微細構造体の形状や誘電率、光の振動数などにより変化する。ただ傾向としては、金属内の自由電子は入射する光電場ベクトルと平行に力を受けるため、金属微細構造の頂点のうち光電場の振動方向に突出している頂点近傍に近接場光が発生する。例えば図1(b)のような状況ならば、強い近接場光が発生するのは頂点Aと頂点Cである。
なお、上記〈2〉の表面プラズモンポラリトンの干渉と上記〈3〉のプラズマ振動は同時に発生しうるが、上記〈2〉の表面プラズモンポラリトンの干渉は比較的大きい粒子(直径数ミクロン〜100nm程度)で効果が顕著であり、上記〈3〉のプラズマ振動は比較的小さい粒子(直径数10nm〜数nm程度)において顕著である。また、上記〈1〉の電界集中効果は金属微細構造の大きさにかかわらず発生する。これらの現象の相乗効果により、さらに強い近接場光を発生させることが望ましい。
This results in a charge density distribution within the metal microstructure. This electric charge density distribution generates an electric field in the vicinity of the metal microstructure, and this electric field becomes near-field light. This charge density distribution varies depending on the shape, dielectric constant, light frequency, etc. of the metal microstructure. However, as a tendency, since free electrons in the metal receive a force parallel to the incident photoelectric field vector, near-field light is generated in the vicinity of the apex of the metal microstructure that protrudes in the oscillation direction of the photoelectric field. For example, in the situation as shown in FIG. 1B, strong near-field light is generated at vertex A and vertex C.
The surface plasmon polariton interference of <2> and the plasma oscillation of <3> can occur simultaneously, but the interference of the surface plasmon polariton of <2> is relatively large (diameter of about several microns to 100 nm). The above-mentioned <3> plasma vibration is remarkable in relatively small particles (diameter of about several tens of nm to several nm). Further, the electric field concentration effect <1> occurs regardless of the size of the metal microstructure. It is desirable to generate stronger near-field light due to the synergistic effect of these phenomena.

ここでは、上記〈1〉〜〈3〉を用いて近接場光を発生するが、これらを用いる上で重要なことは、「系の非対称性」である。例えば上記〈2〉の表面プラズモンポラリトンの干渉により図1(a)中の頂点C近傍に近接場光を発生させる場合には、SPPの伝播距離aとbに所定の差をつける必要があるため、金属微細構造体及びその周囲の環境が入射光に対して非対称性を有する必要がある。
また上記〈3〉のプラズマ振動による場合でも、もし仮に図1(b)において金属微細構造体が入射光に対して左右対称である場合には頂点C近傍には近接場光がほとんど発生しない。頂点C近傍に近接場光を発生させるには少しでも金属微細構造体が入射光に対して左右非対称である必要がある。さらに好ましくは図1(b)で言うならば頂点Cが頂点Bよりも更に図中右側に突出していることである。
Here, near-field light is generated using <1> to <3> described above, but what is important in using these is "system asymmetry". For example, when near-field light is generated in the vicinity of the vertex C in FIG. 1A due to the interference of the surface plasmon polariton in <2> above, it is necessary to make a predetermined difference between the propagation distances a and b of the SPP. The metal microstructure and the surrounding environment need to be asymmetric with respect to incident light.
Even in the case of <3> plasma vibration, if the metal microstructure is symmetrical with respect to the incident light in FIG. 1B, almost no near-field light is generated in the vicinity of the vertex C. In order to generate near-field light in the vicinity of the vertex C, the metal microstructure needs to be asymmetrical with respect to the incident light as much as possible. More preferably, in FIG. 1B, the vertex C protrudes further to the right in the drawing than the vertex B.

上記〈1〉から〈3〉の現象は金属微細構造に発生するだけでなく微小開口でも同様に現れる。例えば図2(b)のような系では上述の理由により、頂点BとDの近傍に選択的に近接場光を発生させることが出来る。もしも仮にこの系が左右対称な図2(c)のような状況の場合には頂点AからDまでが皆同じようにその近傍に近接場光を発生させてしまい、所望の頂点近傍に選択的に近接場光を発生させることが出来なくなってしまう。また近接場光を発生させる位置として先鋭な頂点近傍を選択できない場合には発生する近接場光強度が弱まってしまう。 つまり、強い近接場光を所望の位置(特に金属微細構造体や微小開口の出射面側頂点近傍)に発生させるためには「非対称な系」に1)から3)の効果を発現させることが重要となる。
そして上述のような手法により所望の場所に発生させた近接場光の発生領域の横方向の広がりは非常に狭いので、例えばこれを用いてフォトレジストを感光させることで微細パターン潜像を所望の位置に形成することが出来る。
The above phenomena <1> to <3> occur not only in the metal microstructure but also in the minute aperture. For example, in the system as shown in FIG. 2B, near-field light can be selectively generated in the vicinity of the vertices B and D for the reasons described above. If the system is symmetrical as shown in FIG. 2 (c), near-field light is generated in the vicinity of vertices A to D in the same manner, and selective to the vicinity of the desired vertex. It will not be possible to generate near-field light. In addition, when the vicinity of a sharp vertex cannot be selected as a position for generating near-field light, the generated near-field light intensity is weakened. In other words, in order to generate strong near-field light at a desired position (especially near the top of the exit surface side of the metal microstructure or microscopic aperture), the effects of 1) to 3) can be expressed in the “asymmetric system”. It becomes important.
Then, the lateral spread of the near-field light generation region generated at a desired location by the above-described method is very narrow. For example, by using this to expose a photoresist, a fine pattern latent image can be obtained as desired. Can be formed at the position.

以下に、本発明の実施例について説明する。
[実施例1]
図3に、本発明の実施例1における近接場露光用マスクの作製方法を説明するための工程図を示す。
まず、(100)面を出してあるSiウェハである基板301を用意する。この基板表面に膜厚500nmの窒化シリコンを成膜し、母材302を形成する(図3(a))。
次に、出射面側の母材にバックエッチ孔303をフォトリソグラフィーによりパターニングする。さらに、出射面側の母材に膜厚50nmのCrを遮光金属層304として成膜する(図3(b))。
Examples of the present invention will be described below.
[Example 1]
FIG. 3 is a process diagram for explaining a method for producing a near-field exposure mask in Example 1 of the present invention.
First, a substrate 301 that is a Si wafer with a (100) plane is prepared. A silicon nitride film having a thickness of 500 nm is formed on the surface of the substrate to form a base material 302 (FIG. 3A).
Next, the back etch hole 303 is patterned in the base material on the emission surface side by photolithography. Further, a 50 nm thick Cr film is formed as a light shielding metal layer 304 on the base material on the exit surface side (FIG. 3B).

次に、遮光金属層にエッチングマスク層を成膜したのちEB描画装置及びドライエッチング装置を用いてエッチングマスク層をスリットアレイ状にパターニングしその後、微細パターン305を形成してエッチングマスク層を除去する(図3(c))。但しパターニング手法はこの限りではない。リフトオフやその他の手法も含め所望の形状を作るためにこれらの手法を単独及び複合で用いても良い。エッチングマスク層はSiO2やSiN、フォトレジストなどが好ましいがこの限りではない。微細パターンはその遮光金属層の幅を110nm程度に形成しておく。 Next, after forming an etching mask layer on the light-shielding metal layer, the etching mask layer is patterned into a slit array using an EB drawing apparatus and a dry etching apparatus, and then a fine pattern 305 is formed to remove the etching mask layer. (FIG. 3C). However, the patterning method is not limited to this. These methods may be used singly or in combination to produce a desired shape including lift-off and other methods. The etching mask layer is preferably SiO 2 , SiN, photoresist or the like, but is not limited thereto. The fine pattern is formed so that the width of the light shielding metal layer is about 110 nm.

次に、出射面側に補助層306としてSiO2をスパッタ成膜する(図3(d))。さらに補助層表面を研磨して遮光金属層304と面一にしてから金属層307としてAlを20nm成膜し、微細パターン305の開口部を覆うようにパターニングする。そしてICP−RIE装置を用いて斜めにエッチングする(図3(e))。但しこの加工はICP−RIE装置を用いた手法に限るものではない。
次に、金属層307を除去し、さらに補助層306を除去する。そして、高屈折率層308として窒化シリコンを50nm成膜したあとEB描画装置等を用いてパターニングを行い、微細パターン305上に窒化シリコンを形成する。次に、KOH水溶液に異方性エッチングを行い、母材と遮光金属層をメンブレン化しマスクが完成する(図3(f))。
Next, SiO 2 is sputter-deposited as the auxiliary layer 306 on the emission surface side (FIG. 3D). Further, the surface of the auxiliary layer is polished to be flush with the light-shielding metal layer 304, and then 20 nm of Al is formed as the metal layer 307, and is patterned so as to cover the opening of the fine pattern 305. And it etches diagonally using an ICP-RIE apparatus (FIG.3 (e)). However, this processing is not limited to the technique using the ICP-RIE apparatus.
Next, the metal layer 307 is removed, and the auxiliary layer 306 is further removed. Then, after depositing 50 nm of silicon nitride as the high refractive index layer 308, patterning is performed using an EB drawing apparatus or the like to form silicon nitride on the fine pattern 305. Next, anisotropic etching is performed on the KOH aqueous solution, and the base material and the light-shielding metal layer are made into a membrane to complete the mask (FIG. 3F).

本実施例ではマスクをメンブレン化したが、基板301を露光波長に対して透明な物質で構成すれば、マスクのメンブレン化は必ずしも必要ではない。
ここでこの近接場光発生マスクに光を入射する。入射光を水銀ランプからの光(波長436nm)とする。遮光金属層表面にSPP(波長は略400nm)が発生する。このマスクの構成により、マスクの入射面側の第一の頂点から出射面側の頂点までのSPPの伝播距離とマスクの入射面側の第二の頂点から出射面側の第三の頂点までのSPPの伝播距離との差が100nmとなり、実効的な屈折率を考慮すると伝播距離の差は200nmであり略SPP波長の半分であるので第三の頂点近傍で近接場光が発生する。
本実施例の近接場光露光マスクにより、入射光のエネルギーを効率よく近接場光に変換できる。また遮光金属層の形状により、近接場光が強く発生する領域を小さくすることができる。
また高屈折率層の存在により、容易に遮光金属層表面で所望のSPPの伝播距離の差を生じさせることが可能となる。
In this embodiment, the mask is made into a membrane, but if the substrate 301 is made of a material that is transparent to the exposure wavelength, the mask is not necessarily made into a membrane.
Here, light is incident on the near-field light generating mask. The incident light is light from a mercury lamp (wavelength 436 nm). SPP (wavelength is approximately 400 nm) is generated on the surface of the light shielding metal layer. With this mask configuration, the propagation distance of the SPP from the first vertex on the entrance surface side of the mask to the vertex on the exit surface side and the second vertex on the entrance surface side of the mask to the third vertex on the exit surface side The difference from the propagation distance of SPP is 100 nm, and considering the effective refractive index, the difference in propagation distance is 200 nm, which is substantially half of the SPP wavelength, so near-field light is generated near the third vertex.
The near-field light exposure mask of this embodiment can efficiently convert the energy of incident light into near-field light. In addition, the region where strong near-field light is generated can be reduced by the shape of the light shielding metal layer.
In addition, the presence of the high refractive index layer makes it possible to easily cause a difference in the desired SPP propagation distance on the surface of the light shielding metal layer.

本実施例では遮光金属層の断面形状は略三角形としたが、この形状は比較的簡便に作製することができることから、好ましい形状である。また、この三角形の頂点のうち入射面側の頂点の一方を鈍角に形成すれば、発生する近接場光強度が増大するためより好ましい。但し、本発明において、遮光金属層の断面形状は、これらの形状に限られるものではなく、例えば上記工程を図3(e)の工程で形成される平行四辺形などの形状にしてもよい。平行四辺形の場合はマスクの出射面側が比較的平面的に構成されるのでマスク表面の強度が維持できる。さらには非対称な多角形やその角が丸まった形状などでも良い。この形状は例えば多角形の頂点が多くなるほど一つの頂点あたりでのSPPの伝播損失が低減するため、高効率に出射側頂点までSPPを伝播することができる。
また、SPPの位相差が高屈折率層が無くても、遮光金属層の断面形状だけで所望の値に調整できるならば、より簡便な工程で本発明の近接場光露光マスクを作製することができる。
また本実施例では、金属微細構造体の形成を行なったが、略同様の手法を用いて微小開口部を所望の形状に形成することも可能である。
In this embodiment, the cross-sectional shape of the light shielding metal layer is substantially triangular, but this shape is a preferable shape because it can be manufactured relatively easily. Further, it is more preferable that one of the apexes on the incident surface side of the triangle is formed at an obtuse angle because the near-field light intensity generated is increased. However, in the present invention, the cross-sectional shape of the light shielding metal layer is not limited to these shapes, and for example, the above process may be a parallelogram formed in the process of FIG. In the case of the parallelogram, the strength of the mask surface can be maintained because the exit surface side of the mask is relatively planar. Furthermore, an asymmetric polygon or a shape with rounded corners may be used. In this shape, for example, as the number of vertexes of the polygon increases, the propagation loss of the SPP per vertex is reduced, so that the SPP can be propagated to the output side vertex with high efficiency.
In addition, if the SPP phase difference can be adjusted to a desired value only by the cross-sectional shape of the light-shielding metal layer even without the high refractive index layer, the near-field light exposure mask of the present invention can be produced by a simpler process. Can do.
In this embodiment, the metal microstructure is formed. However, it is also possible to form the minute opening into a desired shape by using a substantially similar method.

[実施例2]
図4に、本発明の実施例2における近接場露光用マスクの作製方法を説明するための工程図を示す。
まず(100)面を出してあるSiウェハである基板401を用意する。この基板表面に膜厚500nmの窒化シリコンを成膜し、母材402を形成する(図4a)。
次に、入射面側の母材にバックエッチ孔403をフォトリソグラフィーによりパターニングする。さらに、出射面側の母材に膜厚50nmのCrを遮光金属層404として成膜する(図4b)。
[Example 2]
FIG. 4 is a process diagram for explaining a method for producing a near-field exposure mask in Embodiment 2 of the present invention.
First, a substrate 401, which is a Si wafer with a (100) plane, is prepared. A silicon nitride film having a thickness of 500 nm is formed on the surface of the substrate to form a base material 402 (FIG. 4a).
Next, the back etch hole 403 is patterned in the base material on the incident surface side by photolithography. Further, Cr having a film thickness of 50 nm is formed as a light shielding metal layer 404 on the base material on the emission surface side (FIG. 4b).

次に、遮光金属層を集束イオンビーム406を用いてパターニングする。このとき、基板に対して集束イオンビーム406を斜めから照射することで遮光金属層の形状を非対称な形状に作製する。次にKOH水溶液により異方性エッチングを行い、母材と遮光金属層をメンブレン化する(図4c)。
ここで近接場光露光マスクに光を入射する。入射光を水銀ランプ(波長436nm)とし、グレーティングピッチを略100nm程度に作製しておく。
遮光金属層には金属自由電子によるプラズマ振動が発生する。その結果遮光金属層の出射面側頂点近傍に近接場光が発生する。発生領域の大きさは遮光金属層の出射面側頂点及びそのごく近傍に限られる。
Next, the light shielding metal layer is patterned using the focused ion beam 406. At this time, the shape of the light shielding metal layer is made asymmetric by irradiating the substrate with the focused ion beam 406 obliquely. Next, anisotropic etching is performed with a KOH aqueous solution to form a base material and a light shielding metal layer as a membrane (FIG. 4c).
Here, light is incident on the near-field light exposure mask. The incident light is a mercury lamp (wavelength 436 nm), and the grating pitch is made approximately 100 nm.
Plasma vibration due to metal free electrons occurs in the light shielding metal layer. As a result, near-field light is generated in the vicinity of the exit surface side apex of the light shielding metal layer. The size of the generation area is limited to the apex of the light-shielding metal layer and the vicinity thereof.

本実施例の近接場光露光マスクにより、入射光のエネルギーを効率よく近接場光に変換できる。また遮光金属層の形状により、近接場光が強く発生する領域を小さくすることができる。
本実施例では遮光金属層の断面形状は出射側にある二つの頂点の曲率半径が異なる非対称な四角形としたが、これに限るものではなく、平行四辺形や非対称な多角形の角が丸まった形状などでも良い。またその大きさは本実施例と同様に1辺が100nm以下程度であることが好ましい。
また、集束イオンビームの強度分布を、その進行方向に対して左右非対称にしておけば遮光金属層に対して斜め照射でなく垂直に照射しても良い。
また本実施例では、遮光金属層の形成を行なったが略同様の手段を用いて微小開口部を所望の形状に形成することも可能である。
The near-field light exposure mask of this embodiment can efficiently convert the energy of incident light into near-field light. In addition, the region where strong near-field light is generated can be reduced by the shape of the light shielding metal layer.
In this embodiment, the cross-sectional shape of the light-shielding metal layer is an asymmetric quadrilateral with different radii of curvature at the two vertices on the exit side, but this is not restrictive, and the corners of a parallelogram or asymmetric polygon are rounded. It may be a shape. The size is preferably about 100 nm or less on one side as in the present embodiment.
Further, if the intensity distribution of the focused ion beam is asymmetrical with respect to the traveling direction, the light shielding metal layer may be irradiated vertically instead of obliquely.
In this embodiment, the light shielding metal layer is formed. However, it is possible to form the minute opening into a desired shape by using substantially the same means.

[実施例3]
図6に、本発明の実施例3における近接場露光用マスクの作製方法を説明するための工程図を示す。
まず、(100)面を出してあるSiウェハである基板601を用意する。この基板表面に膜厚500nmの窒化シリコンを成膜し、母材602を形成する(図6a)。
次に、入射面側の母材にバックエッチ孔603をフォトリソグラフィーによりパターニングする。さらに、出射面側の母材に膜厚50nmのCrを遮光金属層604として成膜する(図6b)。
[Example 3]
FIG. 6 is a process diagram for explaining a method for producing a near-field exposure mask in Example 3 of the present invention.
First, a substrate 601 that is a Si wafer having a (100) plane is prepared. A silicon nitride film having a thickness of 500 nm is formed on the surface of the substrate to form a base material 602 (FIG. 6a).
Next, a back etch hole 603 is patterned in the base material on the incident surface side by photolithography. Further, Cr having a film thickness of 50 nm is formed as a light shielding metal layer 604 on the base material on the exit surface side (FIG. 6b).

次に、遮光金属層604にフォトレジスト605を塗布しパターニングする(図6c)。このときフォトレジストは基板に対して斜めに露光し、次工程のドライエッチングを斜めに行なうときの角度にあわせておくことが好ましい。次に、基板に対してICP−RIE装置等を用いてドライエッチングする。このとき基板に対して斜めからドライエッチングすることで金属遮光層の形状を非対称な形状に作製する。次にKOH水溶液により異方性エッチングを行い、母材と遮光金属層をメンブレン化する(図6d)。
ここで近接場光露光マスクに光を入射する。入射光を水銀ランプ(波長436nm)とする。遮光金属には金属自由電子によるプラズマ振動が発生する。遮光金属は図の様に平行四辺形に形成されており、その結果遮光金属層の出射面側頂点のうち鋭角の方の頂点近傍により強い近接場光が発生する。発生領域の大きさは遮光金属層の出射面側頂点及びそのごく近傍に限られる。
Next, a photoresist 605 is applied to the light shielding metal layer 604 and patterned (FIG. 6c). At this time, it is preferable that the photoresist is exposed obliquely with respect to the substrate, and is adjusted to the angle at which the next dry etching is performed obliquely. Next, the substrate is dry-etched using an ICP-RIE apparatus or the like. At this time, the shape of the metal light-shielding layer is made asymmetric by dry-etching with respect to the substrate. Next, anisotropic etching is performed with a KOH aqueous solution to form a base material and a light shielding metal layer as a membrane (FIG. 6d).
Here, light is incident on the near-field light exposure mask. The incident light is a mercury lamp (wavelength 436 nm). Plasma vibration due to metal free electrons occurs in the light shielding metal. As shown in the figure, the light shielding metal is formed in a parallelogram, and as a result, a stronger near-field light is generated in the vicinity of the apex of the acute angle among the vertices on the exit surface side of the light shielding metal layer. The size of the generation area is limited to the apex of the light-shielding metal layer and the vicinity thereof.

本実施例の近接場光露光マスクにより、入射光のエネルギーを効率よく近接場光に変換できる。また遮光金属層の形状により、近接場光が強く発生する領域を小さくすることができる。
本実施例では遮光金属層の断面形状として平行四辺形としたがこれに限るものではなく、非対称な多角形の角が丸まった形状などでも良い。
また本実施例ではエッチングマスク層を斜めに露光した後に金属遮光層も斜めにドライエッチングを行なったが、この限りではなく、斜めから露光を行なった後、垂直にドライエッチングを行なっても良い。この場合でも、斜めからの露光によりフォトレジストの膜厚に分布が生じているため、これを垂直にドライエッチングを行なっても遮光金属層を非対称に形成できる。この斜め露光には例えば多重露光を用いても良いし、近接場露光マスクを斜めに照明する露光法により非対称な近接場分布を発生させ、これを用いてエッチングマスク層を非対称に露光及びパターニングしても良い。
The near-field light exposure mask of this embodiment can efficiently convert the energy of incident light into near-field light. In addition, the region where strong near-field light is generated can be reduced by the shape of the light shielding metal layer.
In this embodiment, the cross-sectional shape of the light-shielding metal layer is a parallelogram, but is not limited to this, and may be a shape in which the corners of an asymmetric polygon are rounded.
In this embodiment, the metal light shielding layer is also obliquely dry etched after the etching mask layer is obliquely exposed. However, the present invention is not limited thereto, and the etching may be performed vertically and then dry etching may be performed. Even in this case, since the distribution of the thickness of the photoresist is caused by the oblique exposure, the light shielding metal layer can be formed asymmetrically even if this is vertically etched. For this oblique exposure, for example, multiple exposure may be used, or an asymmetric near-field distribution is generated by an exposure method in which the near-field exposure mask is obliquely illuminated, and this is used to asymmetrically expose and pattern the etching mask layer. May be.

[実施例4]
図5に、本発明の実施例4における本発明の近接場光露光マスクを露光装置に適用した構成を示す。
近接場光露光マスク501から発生させた近接場光を基板上のレジスト502に照射し、レジスト502への露光(潜像形成)を行う。ここで、露光用の光源503としては、レジスト502を露光する波長の光を発生するものを用いる。
位置合わせ/露光制御コンピュータ504を用いて、近接場光露光マスク501に対するレジスト502の位置合わせを行う。
このように本発明の近接場光露光マスクを露光装置に適用した本実施例によれば、高効率な近接場光を発生させることができるため、短時間で露光することが可能となる。また近接場光発生領域が微小な範囲であるため、高解像な露光ができる。
[Example 4]
FIG. 5 shows a configuration in which the near-field light exposure mask of the present invention in Example 4 of the present invention is applied to an exposure apparatus.
The near field light generated from the near field light exposure mask 501 is irradiated onto the resist 502 on the substrate, and exposure (latent image formation) is performed on the resist 502. Here, as the light source 503 for exposure, a light source that generates light having a wavelength for exposing the resist 502 is used.
An alignment / exposure control computer 504 is used to align the resist 502 with respect to the near-field light exposure mask 501.
As described above, according to the present embodiment in which the near-field light exposure mask of the present invention is applied to an exposure apparatus, highly efficient near-field light can be generated, and therefore, exposure can be performed in a short time. In addition, since the near-field light generation region is a minute range, high-resolution exposure can be performed.

[実施例5]
図7に、本発明の実施例5における微小素子の作製方法を説明するための図を示す。
[Example 5]
FIG. 7 is a diagram for explaining a method for manufacturing a microelement in Example 5 of the present invention.

本実施例においては、本発明の近接場光露光マスクを用いた近接場露光装置(または露光方法)によって、図7に示すような反射防止構造素子を作製した。
すなわち、本発明の近接場光露光マスクを用いた近接場露光装置(または露光方法)には、サブ波長構造(=SWS)を有する光素子の作製に適しており、サブ波長構造では、100nm以下の構造を広い範囲に作製することが必要であるため、具体的デバイスの一例としては、図7に示すような反射防止構造素子が挙げられる。
図7に示した反射防止構造素子は、石英基板701上に形成された石英円錐状構造702の2次元アレイから構成されている。ここで、石英円錐状構造702のピッチは、基板に対して入射させる光の波長よりも小さくしておくと、この構造が入射光に対する無反射機能を有する。また、第1の例と同様、必要に応じて石英円錐状構造の一部に欠陥を導入し、部分的に反射(散乱)機能を持たせるようにしても良い。
In this example, an antireflection structural element as shown in FIG. 7 was produced by a near-field exposure apparatus (or exposure method) using the near-field light exposure mask of the present invention.
That is, the near-field exposure apparatus (or exposure method) using the near-field light exposure mask of the present invention is suitable for manufacturing an optical element having a sub-wavelength structure (= SWS). Therefore, an example of a specific device is an antireflection structural element as shown in FIG.
The antireflection structural element shown in FIG. 7 is composed of a two-dimensional array of quartz conical structures 702 formed on a quartz substrate 701. Here, if the pitch of the quartz conical structure 702 is made smaller than the wavelength of light incident on the substrate, this structure has a non-reflective function for incident light. Further, as in the first example, a defect may be introduced into a part of the quartz conical structure as necessary to partially have a reflection (scattering) function.

このような反射防止構造素子の作製方法は以下のとおりである。
まず、石英基板に対して、上記した露光装置を用いて、ネガ型フォトレジスト塗布→露光→現像のプロセスを行い、所定の2次元ドットアレイ形状にレジストをパターニングする。
次に、この2次元ドットアレイ形状のフォトレジストパターンをマスクとして、石英のエッチングを行うことで、図7に示すように、先端が尖鋭で、裾が広がった円錐状構造を形成される。
本実施例によれば、従来の自己組織的な手法を用いて作製する上記のような素子における構造に比べ、作製する構造は周期やサイズの規則性が向上するため、デバイス性能を格段に向上させることが可能となる。
The manufacturing method of such an antireflection structural element is as follows.
First, a negative photoresist coating → exposure → development process is performed on the quartz substrate using the above-described exposure apparatus, and the resist is patterned into a predetermined two-dimensional dot array shape.
Next, by using this two-dimensional dot array-shaped photoresist pattern as a mask, quartz is etched to form a conical structure with a sharp tip and wide skirt as shown in FIG.
According to this example, compared with the structure of the above-described element manufactured using a conventional self-organizing method, the structure to be manufactured improves the regularity of the period and size, so that the device performance is greatly improved. It becomes possible to make it.

本発明の実施の形態を説明するための概略図。Schematic for demonstrating embodiment of this invention. 本発明の実施の形態を説明するための概略図。Schematic for demonstrating embodiment of this invention. 本発明の実施例1における近接場露光用マスクの作製方法を説明するための工程図。Process drawing for demonstrating the manufacturing method of the mask for near-field exposure in Example 1 of this invention. 本発明の実施例2における近接場露光用マスクの作製方法を説明するための工程図。Process drawing for demonstrating the preparation methods of the near-field exposure mask in Example 2 of this invention. 本発明の実施例4における本発明の近接場光露光マスクを露光装置に適用した構成を示す図。The figure which shows the structure which applied the near-field light exposure mask of this invention in Example 4 of this invention to the exposure apparatus. 本発明の実施例3における近接場露光用マスクの作製方法を説明するための工程図。Process drawing for demonstrating the manufacturing method of the mask for near-field exposure in Example 3 of this invention. 本発明の実施例5における微小素子の作製方法を説明するための図。10A and 10B illustrate a method for manufacturing a microelement in Example 5 of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

301:基板
302:母材
303:バックエッチ孔
304:遮光金属層
305:微細パターン
306:補助層
307:金属層
308:高屈折率層
401:基板
402:母材
403:バックエッチ孔
404:遮光金属層
405:微細パターン
406:集束イオンビーム
501:近接場光露光マスク
502:レジスト
503:光源
504:位置合わせ/露光制御コンピュータ
505:光
601:基板
602:母材
603:バックエッチ孔
604:遮光金属層
605:フォトレジスト
606:微細パターン
701:石英基板
702:石英円錐状構造
301: Substrate 302: Base material 303: Back etch hole 304: Light shielding metal layer 305: Fine pattern 306: Auxiliary layer 307: Metal layer 308: High refractive index layer 401: Substrate 402: Base material 403: Back etch hole 404: Light shielding Metal layer 405: Fine pattern 406: Focused ion beam 501: Near-field light exposure mask 502: Resist 503: Light source 504: Positioning / exposure control computer 505: Light 601: Substrate 602: Base material 603: Back etch hole 604: Light shielding Metal layer 605: Photoresist 606: Fine pattern 701: Quartz substrate 702: Quartz cone structure

Claims (10)

マスク母材上に形成された遮光層により構成された露光に用いる光の波長以下のサイズの金属微細構造体、または前記遮光層に設けられた微小開口による、パターンを有する近接場露光用のマスクであって、
前記金属微細構造体の前記マスク面と垂直な方向の断面、または前記微小開口の前記マスクの面と垂直な方向の断面のうち少なくとも一つが、マスク面に垂直な任意の対称軸に対して非対称な断面形状を有していることを特徴とする近接場露光用マスク。
A near-field exposure mask having a pattern formed by a metal microstructure having a size equal to or smaller than the wavelength of light used for exposure, which is configured by a light shielding layer formed on a mask base material, or a minute opening provided in the light shielding layer Because
At least one of a cross section in a direction perpendicular to the mask surface of the metal microstructure or a cross section in a direction perpendicular to the mask surface of the minute opening is asymmetric with respect to an arbitrary symmetry axis perpendicular to the mask surface. A near-field exposure mask having a unique cross-sectional shape.
前記マスクは、該マスクの第一の面側から前記露光に用いる光を入射させ、第二の面側から光電場を発生させる構成を備え、
前記マスクの非対称な断面形状における前記第二の面側近傍に、少なくとも1つの先鋭な頂点を有することを特徴とする請求項1に記載の近接場露光用マスク。
The mask includes a configuration in which light used for the exposure is incident from the first surface side of the mask and a photoelectric field is generated from the second surface side,
The near-field exposure mask according to claim 1, wherein at least one sharp apex is provided in the vicinity of the second surface side in the asymmetric cross-sectional shape of the mask.
前記非対称な断面形状が、略三角形、または略四角形、略平行四辺形を含む略多角形であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の近接場露光用マスク。   The near field exposure mask according to claim 1, wherein the asymmetric cross-sectional shape is a substantially triangular shape, a substantially rectangular shape, or a substantially polygonal shape including a substantially parallelogram. 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の近接場露光用マスクを用い、前記断面形状における非対称な系内で、電界集中、表面プラズモンポラリトンの干渉、及びプラズマ振動のうち少なくとも一つを発生させることによって、前記マスクの非対称な断面形状における先鋭な頂点近傍に、強い近接場光を発生させることを特徴とする近接場光の発生方法。   4. The near-field exposure mask according to claim 1, wherein at least one of electric field concentration, surface plasmon polariton interference, and plasma oscillation is generated in an asymmetric system in the cross-sectional shape. By generating strong near-field light in the vicinity of a sharp apex in the asymmetric cross-sectional shape of the mask. 表面プラズモンポラリトンの干渉は、前記非対称な系内を一方の側から伝播する表面プラズモンポラリトンの実効的伝播距離と、これと逆向きの他方の側から伝播する表面プラズモンポラリトンの実効的伝播距離との差が、該表面プラズモンポラリトンの波長の略半波長の奇数倍となるようにして発生させることを特徴とする請求項4に記載の近接場光の発生方法。   Surface plasmon polariton interference is the difference between the effective propagation distance of the surface plasmon polariton propagating from one side in the asymmetric system and the effective propagation distance of the surface plasmon polariton propagating from the other side in the opposite direction. 5. The method of generating near-field light according to claim 4, wherein the difference is generated so as to be an odd multiple of approximately half the wavelength of the surface plasmon polariton. 前記プラズマ振動によって、前記非対称な断面形状における先鋭な頂点近傍に、強い近接場光を発生させることを特徴とする請求項4に記載の近接場光の発生方法。 5. The method of generating near-field light according to claim 4, wherein strong near-field light is generated in the vicinity of a sharp vertex in the asymmetric cross-sectional shape by the plasma vibration. 近接場露光用マスクの作製方法において、
マスク母材上に形成された露光に用いる光の波長以下のサイズの一つ以上の金属微細構造体、またはマスク母材上の遮光層に形成された露光に用いる光の波長以下のサイズの複数の微小開口、によるパターン部を有する近接場露光用のマスクを作製するに際し、
前記金属微細構造体または前記微小開口間の遮光層における前記マスクの面と垂直な方向の断面を、非対称な形状に形成する工程を有していることを特徴とする近接場露光用マスクの作製方法。
In the method for producing a near-field exposure mask,
One or more metal microstructures having a size smaller than the wavelength of light used for exposure formed on the mask base material, or a plurality of sizes smaller than the wavelength of light used for exposure formed on the light shielding layer on the mask base material When producing a mask for near-field exposure having a pattern portion by a minute opening of
Producing a near-field exposure mask comprising a step of forming a cross section in a direction perpendicular to the surface of the mask in the light shielding layer between the metal microstructures or the micro openings in an asymmetric shape Method.
請求項1〜請求項3のいずれかに1項に記載の近接場露光用マスクと、被露光物と、露光用光源と、を有することを特徴とする近接場露光装置。   A near-field exposure apparatus comprising the near-field exposure mask according to claim 1, an object to be exposed, and an exposure light source. 請求項1〜請求項3のいずれかに1項に記載の近接場露光用マスクを用いて、該近接場露光用マスクに露光用の光を照射し、または請求項4〜請求項6のいずれかに1項に記載の近接場光の発生方法を用い、前記マスクの非対称な断面形状における先鋭な頂点近傍に、強い近接場光を発生させ、被露光物を露光することを特徴とする近接場露光方法。   The near-field exposure mask according to any one of claims 1 to 3 is used to irradiate the near-field exposure mask with exposure light, or any one of claims 4 to 6. A near-field light generating method according to claim 1, wherein strong near-field light is generated in the vicinity of a sharp vertex in the asymmetric cross-sectional shape of the mask to expose an object to be exposed. Field exposure method. 請求項8に記載の近接場露光装置または請求項9に記載の近接場露光方法を用いて微小素子を作成することを特徴とする微小素子の作製方法。   A method for producing a microelement, wherein the microelement is produced by using the near-field exposure apparatus according to claim 8 or the near-field exposure method according to claim 9.
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