JP2005101394A - 近接場光の発生方法、近接場露光用マスク、近接場露光方法、近接場露光装置、近接場光ヘッド、近接場光学顕微鏡、記録・再生装置 - Google Patents
近接場光の発生方法、近接場露光用マスク、近接場露光方法、近接場露光装置、近接場光ヘッド、近接場光学顕微鏡、記録・再生装置 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】高効率に近接場光を発生させることができ、また、より強度の高い近接場光を発生させることが可能となる近接場光の発生方法、近接場露光用マスク、近接場露光方法、近接場露光装置、近接場光ヘッド、近接場光学顕微鏡、記録・再生装置を提供する。
【解決手段】光の波長以下のサイズの微小開口に光を照射して、該微小開口の光射出側の開口部近傍に微小な光スポットを形成する近接場光の発生方法、近接場露光方法、近接場露光装置等において、前記光スポットの形成に当たり、前記微小開口を縦横サイズが異なる矩形形状とし、該矩形形状の開口によって縦横サイズがほぼ同等の光スポットが形成可能な構成とする。
【選択図】 図１
【解決手段】光の波長以下のサイズの微小開口に光を照射して、該微小開口の光射出側の開口部近傍に微小な光スポットを形成する近接場光の発生方法、近接場露光方法、近接場露光装置等において、前記光スポットの形成に当たり、前記微小開口を縦横サイズが異なる矩形形状とし、該矩形形状の開口によって縦横サイズがほぼ同等の光スポットが形成可能な構成とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、近接場光の発生方法、近接場露光用マスク、近接場露光方法、近接場露光装置、近接場光ヘッド、近接場光学顕微鏡、記録・再生装置に関するものである。
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。
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）の原理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方法等が提案されている。
このような手段として、例えば、特許文献１のような近接場プローブを構成し、金属パターンに発生する局在プラズモンを用いて近接場を発生させ微細加工を行う方法等が提案されているが、このような方法では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ことから、スループットを向上させるという点で、満足の行くものではなかった。
これに対して、例えば、特許文献２のような、光波長以下の微小な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２００３−０２８７７４号公報
特開平０８−１７９４９３号公報
このような手段として、例えば、特許文献１のような近接場プローブを構成し、金属パターンに発生する局在プラズモンを用いて近接場を発生させ微細加工を行う方法等が提案されているが、このような方法では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ことから、スループットを向上させるという点で、満足の行くものではなかった。
これに対して、例えば、特許文献２のような、光波長以下の微小な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。
一方、上記した微小な開口パターンを有する光マスクを用いて近接場光を発生させる手法に対しては、その発生効率の更なる向上や、あるいは、強度のより高い近接場光を発生させることが望まれている。
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、より強度の高い近接場光を発生させることが可能となる近接場光の発生方法、近接場露光用マスク、近接場露光方法、近接場露光装置、近接場光ヘッド、近接場光学顕微鏡、記録・再生装置を提供することを目的とするものである。
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、より強度の高い近接場光を発生させることが可能となる近接場光の発生方法、近接場露光用マスク、近接場露光方法、近接場露光装置、近接場光ヘッド、近接場光学顕微鏡、記録・再生装置を提供することを目的とするものである。
本発明は、上記課題を達成するため、以下のように構成した近接場光の発生方法、近接場露光用マスク、近接場露光方法、近接場露光装置、近接場光ヘッド、近接場光学顕微鏡、記録・再生装置を提供するものである。
すなわち、本発明の近接場光の発生方法は、光の波長以下のサイズの微小開口に光を照射して、該微小開口の光射出側の開口部近傍に微小な光スポットを形成する近接場光の発生方法であって、前記光スポットの形成に当たり、前記微小開口を縦横サイズが異なる矩形形状とし、該矩形形状の開口によって縦横サイズがほぼ同等の光スポットを形成す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、前記光スポットのサイズが、前記矩形形状の開口の短辺側のサイズによって定まるようにすることができる。
また、本発明の近接場光の発生方法は、前記微小開口を、前記矩形形状の開口とスリット状の開口とで形成することができる。
また、本発明の近接場露光用マスクは、マスク母材上の遮光層に、露光に用いる光の波長以下のサイズの微小開口を有する近接場露光用マスクであって、前記微小開口は、その開口の縦横比が異なる矩形形状の開口で構成され、該開口の縦横比が該開口によって転写されるパターンの縦横サイズをほぼ同じ大きさに転写できる縦横比とされていることを特徴ととしている。その際、前記微小開口を、前記矩形形状の開口とスリット状の開口とで構成することができる。
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光の発生方法、また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、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と、被露光光源を備え、被露光物を露光することを特徴としている。
また、本発明の近接場光を発生させる手段を有する近接場光ヘッドは、その近接場光を発生させる手段が、光の波長以下の矩形形状の微小開口、または矩形形状の開口とスリット状の開口を備え、これらの微小開口の光射出側の開口部近傍に形成される微小な光スポットとして、該矩形形状の開口によって縦横のサイズがほぼ同等のサイズの光スポットを形成することを特徴としている。
また、本発明の近接場光学顕微鏡は、上記した近接場光ヘッドを有し、試料の表面観察を行うことを特徴としている。
また、本発明の記録・再生装置は、上記した近接場光ヘッドを有し、記録媒体に対して記録・再生を行うことを特徴としている。
すなわち、本発明の近接場光の発生方法は、光の波長以下のサイズの微小開口に光を照射して、該微小開口の光射出側の開口部近傍に微小な光スポットを形成する近接場光の発生方法であって、前記光スポットの形成に当たり、前記微小開口を縦横サイズが異なる矩形形状とし、該矩形形状の開口によって縦横サイズがほぼ同等の光スポットを形成す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、前記光スポットのサイズが、前記矩形形状の開口の短辺側のサイズによって定まるようにすることができる。
また、本発明の近接場光の発生方法は、前記微小開口を、前記矩形形状の開口とスリット状の開口とで形成することができる。
また、本発明の近接場露光用マスクは、マスク母材上の遮光層に、露光に用いる光の波長以下のサイズの微小開口を有する近接場露光用マスクであって、前記微小開口は、その開口の縦横比が異なる矩形形状の開口で構成され、該開口の縦横比が該開口によって転写されるパターンの縦横サイズをほぼ同じ大きさに転写できる縦横比とされていることを特徴ととしている。その際、前記微小開口を、前記矩形形状の開口とスリット状の開口とで構成することができる。
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光の発生方法、また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、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と、被露光光源を備え、被露光物を露光することを特徴としている。
また、本発明の近接場光を発生させる手段を有する近接場光ヘッドは、その近接場光を発生させる手段が、光の波長以下の矩形形状の微小開口、または矩形形状の開口とスリット状の開口を備え、これらの微小開口の光射出側の開口部近傍に形成される微小な光スポットとして、該矩形形状の開口によって縦横のサイズがほぼ同等のサイズの光スポットを形成することを特徴としている。
また、本発明の近接場光学顕微鏡は、上記した近接場光ヘッドを有し、試料の表面観察を行うことを特徴としている。
また、本発明の記録・再生装置は、上記した近接場光ヘッドを有し、記録媒体に対して記録・再生を行うことを特徴としている。
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、より強度の高い近接場光を発生させることが可能となる近接場光の発生方法、近接場露光用マスク、近接場露光方法、近接場露光装置、近接場光ヘッド、近接場光学顕微鏡、記録・再生装置を実現することができる。
本発明は近接場光の発生方法において、縦横のサイズの異なる矩形形状の開口を用いて、より強度の高い近接場光を得ることができるようにしたものであるが、それは、本発明者らによって初めて見出された、つぎのような知見によるものである。
以下に、これらを本発明の実施の形態により詳細に説明する。
図１に本実施の形態における近接場露光用フォトマスクの構成を示す。図１において、近接場露光用フォトマスクは、光源波長に対して透明なマスク母材１０１上に、膜厚ｔの金属膜１０２を設け、この金属膜に波長以下のサイズの矩形形状の微小開口パターン１０４および、波長以下の幅のスリット状の微小開口１０５を配置したものである。マスク母材１０１は、膜厚が０．１〜１００μｍの薄膜からなっており、支持体である基板１０３に支持されている。
このマスクは、後に述べるように、基板に塗布した薄膜レジストに密着させて、これに母材側から光を照射して、パターンを露光する際に用いるものである。
図１に本実施の形態における近接場露光用フォトマスクの構成を示す。図１において、近接場露光用フォトマスクは、光源波長に対して透明なマスク母材１０１上に、膜厚ｔの金属膜１０２を設け、この金属膜に波長以下のサイズの矩形形状の微小開口パターン１０４および、波長以下の幅のスリット状の微小開口１０５を配置したものである。マスク母材１０１は、膜厚が０．１〜１００μｍの薄膜からなっており、支持体である基板１０３に支持されている。
このマスクは、後に述べるように、基板に塗布した薄膜レジストに密着させて、これに母材側から光を照射して、パターンを露光する際に用いるものである。
以下に、このようなマスクに設けた矩形形状の微小開口による近接場光の分布について、有限差分時間域法によって解析した結果に基づいて説明する。
ここでの計算は、ＳｉＮ上に厚さ５０ｎｍのＣｒ膜を設けたマスクを、十分厚いフォトレジストに密着した状態を前提としている。光源の波長は真空中で４３６ｎｍのｇ線とした。また、直交する二つの偏光方向それぞれに、独立に計算した結果の光強度を加算して表示している。マスクは、Ｃｒによる遮光膜に微小開口を形成したものを用いた。
ここでの計算は、ＳｉＮ上に厚さ５０ｎｍのＣｒ膜を設けたマスクを、十分厚いフォトレジストに密着した状態を前提としている。光源の波長は真空中で４３６ｎｍのｇ線とした。また、直交する二つの偏光方向それぞれに、独立に計算した結果の光強度を加算して表示している。マスクは、Ｃｒによる遮光膜に微小開口を形成したものを用いた。
図２（ａ）に、４０ｎｍ×６０ｎｍのサイズに形成した矩形形状の開口の近傍における近接場分布を示す。
図中の実線は、入射光強度を１とした場合の、強度０．３の等強度線である。レジスト内の深さ２０ｎｍでは、ｘ方向に５０ｎｍ、ｙ方向に４０ｎｍの広がりを有する近接場分布となっていることがわかる。また、図中破線は、矩形形状の開口と共に配置した幅４０ｎｍのスリット状開口断面での近接場分布において、強度０．３に相当する等強度線である。
図２（ｂ）には、上記図２（ａ）の構成と比較する例としての４０ｎｍ×４０ｎｍのサイズに形成した正方形形状の開口の近傍における近接場分布を示す。
正方形形状の開口近傍での近接場は、矩形形状の開口近傍の近接場よりも弱いので、ここでは、入射光強度を１とした場合の、強度０．１５の等強度線を示している。この等強度線がレジスト内の深さ２５ｎｍに到達する程度である。スポットのサイズとしては、レジスト内の深さ２０ｎｍのところで、５０ｎｍ×５０ｎｍのスポットとなることが分かる。
また、図中破線は、正方形形状の開口と共に配置した幅４０ｎｍのスリット状開口断面での近接場分布において、強度０．１５に相当する等強度線であり、マスク表面に沿う方向に、広がったプロファイルとなることがわかる。
図中の実線は、入射光強度を１とした場合の、強度０．３の等強度線である。レジスト内の深さ２０ｎｍでは、ｘ方向に５０ｎｍ、ｙ方向に４０ｎｍの広がりを有する近接場分布となっていることがわかる。また、図中破線は、矩形形状の開口と共に配置した幅４０ｎｍのスリット状開口断面での近接場分布において、強度０．３に相当する等強度線である。
図２（ｂ）には、上記図２（ａ）の構成と比較する例としての４０ｎｍ×４０ｎｍのサイズに形成した正方形形状の開口の近傍における近接場分布を示す。
正方形形状の開口近傍での近接場は、矩形形状の開口近傍の近接場よりも弱いので、ここでは、入射光強度を１とした場合の、強度０．１５の等強度線を示している。この等強度線がレジスト内の深さ２５ｎｍに到達する程度である。スポットのサイズとしては、レジスト内の深さ２０ｎｍのところで、５０ｎｍ×５０ｎｍのスポットとなることが分かる。
また、図中破線は、正方形形状の開口と共に配置した幅４０ｎｍのスリット状開口断面での近接場分布において、強度０．１５に相当する等強度線であり、マスク表面に沿う方向に、広がったプロファイルとなることがわかる。
これらの計算結果から、以下のことが明らかとされた。
一つは、微小開口近傍の近接場光の分布強度は、正方形形状の開口より矩形形状の開口の方が強いということである。
レジスト中に２０ｎｍまで到達する所望の大きさの潜像を形成することを基準として露光条件を選定して、矩形形状の開口をレジスに対して用いた場合、強度０．３の等強度線がレジストの溶解・非溶解の境目となるような露光時間を用いれば良いことが分かる。また、このような露光時間によりスリット状の微小開口においても、深さ２０ｎｍでの線幅８０ｎｍのラインパターンが良好に形成できる。さらに、スポットと同等の線幅のラインパターンとするためには、スリット状の微小開口の幅を更に狭めればよい。具体的には３０ｎｍ幅でスリット状開口を形成すると、レジスト内の深さ２０ｎｍのところで線幅が５０ｎｍのラインパターンを形成することができる。
一つは、微小開口近傍の近接場光の分布強度は、正方形形状の開口より矩形形状の開口の方が強いということである。
レジスト中に２０ｎｍまで到達する所望の大きさの潜像を形成することを基準として露光条件を選定して、矩形形状の開口をレジスに対して用いた場合、強度０．３の等強度線がレジストの溶解・非溶解の境目となるような露光時間を用いれば良いことが分かる。また、このような露光時間によりスリット状の微小開口においても、深さ２０ｎｍでの線幅８０ｎｍのラインパターンが良好に形成できる。さらに、スポットと同等の線幅のラインパターンとするためには、スリット状の微小開口の幅を更に狭めればよい。具体的には３０ｎｍ幅でスリット状開口を形成すると、レジスト内の深さ２０ｎｍのところで線幅が５０ｎｍのラインパターンを形成することができる。
これに対して、正方形形状の開口を有するマスクに用いた場合には、近接場光の強度分布が弱いため、同様に深さ２０ｎｍまで到達する潜像を形成するためには、強度０．１５の等強度線が、レジストの溶解・非溶解の境目となるような露光時間を用いる必要がある。すなわち、矩形形状の開口の場合と比べて略２倍の露光時間が必要となるのである。さらに、スリット状パターンに同じ露光条件を適用すると、ラインパターンは、過露光となってしまい、ラインパターンを形成するのが困難となる（図２（ｂ）参照）。
ここでは、一つの計算例によって結果を示したが、波長以下のサイズの開口においては、同様の傾向が見られ、縦横のサイズの異なる矩形形状の開口を用いたときに、正方形形状の開口を用いたときよりも強度の高い近接場光を得ることができる。これは、正方形形状の開口の縦横の一方のサイズを、少しずつ大きくして縦横のサイズを異ならせて行くと、開口を滲み出す近接場光の強度が、急峻に強くなって行くことによる。それは、概ねつぎのような理由による。二つの偏光方向のうちで、電界ベクトルにおける矩形の短辺に平行な成分の寄与率が、主として増大して行く。ところが、このような偏光成分の光は矩形の短辺の近傍では電界が界面に平行な向きとなるので、短辺の極めて近傍では近接場の強度はあまり強くならない。すなわち、開口の形状を正方形から矩形にしたときに、特に電界ベクトルが短辺に平行な偏光成分で照射されて、滲み出す光の強度が直ちに強くなっていくのに対して、このような偏光成分による近接場光の拡がり方は緩やかであることにより、縦横のサイズの異なる矩形形状の開口を用いたときに、より強度の高い近接場光を得ることができるのである。
さて、このような現象を近接場露光に用いる場合には、光強度が強ければ露光時間を短くして、より強度の大きな等強度線がレジストの溶解・非溶解の境界面となるような露光条件とすることができる。例えば、所望の深さのレジスト中に所望のサイズの潜像を形成できるようなある露光条件を考えた場合、基準となる正方形の開口に対して、開口の一辺を長くした矩形形状とすることで、近接場光強度を強めることができる。このとき、光源に対して偏光制御することは、ここでは特に必要としない。近接場光の強度が強まれば、より短時間の露光で、同等の露光量とすることができる。このとき、潜像形成の目安となる等強度線（例えば強度Ｉｏ）は、正方形形状の開口の場合と比べて、強度の強い新しい等強度線（強度Ｉ１、例えばＩ１＝２×Ｉｏ）を用いることとなる。矩形開口において長辺の拡大とともに、強度Ｉｏの等強度線は、拡がっていくのであるが、露光においては、新しい強度Ｉ１の等強度線を用いればよい。すなわち、潜像サイズの著しい拡大を招くことなく、短時間での露光が可能となる。
このような仕組みでの露光に用いる矩形形状の開口の縦横比は、計算結果からみて、１．５倍程度の比が適当である。また、正方形の開口に比べて有意な光強度の増強を得るためには、少なくとも１．１倍程度の縦横比が必要となる。一方、この矩形形状の開口を用いて該微小開口の光射出側の開口部近傍に微小な光スポットを形成するに際して、光スポットの縦横比をほぼ同等（例えば１．１倍以下）とするためには、該矩形形状の開口の縦横比は２倍以下とする必要がある。このように、電磁界解析の結果を参照して、矩形形状の開口を用いると、正方形状の開口と比べて２倍以上の光強度が得られ、同じ深さまで到達する潜像を形成するための露光時間を短縮できることが分かる。また。図１に示すような、矩形上の開口とスリット状の開口とを有するマスクであれば、両パターンを同じ露光条件でパターニングに使用できることが分かる。
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装置の構成を示す。近接場露光装置では、上記した本発明の実施の形態で説明した図１のような孤立した矩形のホールと、波長よりも長いスリット状のラインパターンの混在した近接場露光用フォトマスクが用いられており、図３において３０１で示されている。この近接場露光用フォトマスク３０１は、弾性体で構成されたマスク母材の上に成膜され遮光膜に上記したパターンが形成された構成を有している。なお、ここでマスクの「おもて面」とは、マスクの遮光膜が設けられた面をいい（図３では下側）、「裏面」（図３では上側）とは、その反対側をいう。
図３に、本発明の実施例１における近接場露光装置の構成を示す。近接場露光装置では、上記した本発明の実施の形態で説明した図１のような孤立した矩形のホールと、波長よりも長いスリット状のラインパターンの混在した近接場露光用フォトマスクが用いられており、図３において３０１で示されている。この近接場露光用フォトマスク３０１は、弾性体で構成されたマスク母材の上に成膜され遮光膜に上記したパターンが形成された構成を有している。なお、ここでマスクの「おもて面」とは、マスクの遮光膜が設けられた面をいい（図３では下側）、「裏面」（図３では上側）とは、その反対側をいう。
本実施例においては、フォトマスク３０１のおもて面は圧力調整容器３０５外に、裏面は圧力調整容器３０５内に面するように配置されている。圧力調整容器３０５は圧力調整手段３１３によって、内部の圧力を調整することができるようになっている。
基板３０６の表面にレジスト膜３０７を形成したもの（（以下、これをレジスト３０７／基板３０６と記す））を被露光物とする。レジスト３０７／基板３０６をステージ３０８上に取り付け、ステージ３０８を駆動して、フォトマスク３０１に対して基板３０６のマスク面内２次元方向の相対位置合わせを行う。
基板３０６の表面にレジスト膜３０７を形成したもの（（以下、これをレジスト３０７／基板３０６と記す））を被露光物とする。レジスト３０７／基板３０６をステージ３０８上に取り付け、ステージ３０８を駆動して、フォトマスク３０１に対して基板３０６のマスク面内２次元方向の相対位置合わせを行う。
次に、マスク面法線方向にステージ３０８を駆動し、フォトマスク３０１を基板３０６上のレジスト３０７に密着させる。
この密着に際して、圧力調整手段３１３によって圧力調整容器３０５内の圧力を調整して、エバネッセント光露光用マスク３０１のおもて面と基板３０６上のレジスト３０７との間隔が全面にわたって、１００ｎｍ以下になるように両者を密着させる。
この後、露光光源３０９から出射される露光光をコリメーターレンズ３１１で平行光にした後、ガラス窓３１２を通し、圧力調整容器３０５内に導入し、エバネッセント光露光用マスク３０１に対して裏面から照射する。このとき、フォトマスク３０１おもて面の微小開口の近くに生じる近接場でレジスト３０７の露光を行う。
マスクのパターンは、図１に示したように、孤立した矩形のホールと、波長よりも長いスリット状のラインパターンの混在したものである。矩形の形状を、短辺４０ｎｍ、長辺６０ｎｍとし、また、スリット幅は３０ｎｍとしている。
この密着に際して、圧力調整手段３１３によって圧力調整容器３０５内の圧力を調整して、エバネッセント光露光用マスク３０１のおもて面と基板３０６上のレジスト３０７との間隔が全面にわたって、１００ｎｍ以下になるように両者を密着させる。
この後、露光光源３０９から出射される露光光をコリメーターレンズ３１１で平行光にした後、ガラス窓３１２を通し、圧力調整容器３０５内に導入し、エバネッセント光露光用マスク３０１に対して裏面から照射する。このとき、フォトマスク３０１おもて面の微小開口の近くに生じる近接場でレジスト３０７の露光を行う。
マスクのパターンは、図１に示したように、孤立した矩形のホールと、波長よりも長いスリット状のラインパターンの混在したものである。矩形の形状を、短辺４０ｎｍ、長辺６０ｎｍとし、また、スリット幅は３０ｎｍとしている。
本実施例における近接場露光用フォトマスクの作製方法を、図４を用いて詳細に説明する。
図４（ａ）に示すように、両面研磨された厚さ５００μｍのＳｉ（１００）基板４０１に対し、ＬＰ−ＣＶＤ法を用い、おもて面（図４中では上面）・裏面（図４中では下面）にそれぞれ、膜厚０．８μｍのマスク母材となるＳｉＮ膜４０２・エッチング窓とするＳｉＮ膜４０３を成膜する。その後、水晶振動子による膜厚モニターにより制御を行いながら、蒸着法により表面のＳｉＮ膜４０２上に膜厚７０ｎｍのＣｒ薄膜４０４を成膜する。
図４（ａ）に示すように、両面研磨された厚さ５００μｍのＳｉ（１００）基板４０１に対し、ＬＰ−ＣＶＤ法を用い、おもて面（図４中では上面）・裏面（図４中では下面）にそれぞれ、膜厚０．８μｍのマスク母材となるＳｉＮ膜４０２・エッチング窓とするＳｉＮ膜４０３を成膜する。その後、水晶振動子による膜厚モニターにより制御を行いながら、蒸着法により表面のＳｉＮ膜４０２上に膜厚７０ｎｍのＣｒ薄膜４０４を成膜する。
次に、表面に電子線用のレジスト４０５を塗布し、電子線ビーム４０６で２０ｎｍ幅および５０ｎｍ幅のパターン４０７を描画し（図４（ｂ））、現像後にＣＣｌ4でドライエッチングを行い、微小開口パターン４０８を形成する（図４（ｃ））。
続いて、裏面のＳｉＮ膜４０３の一部を除去してエッチング用の窓４０９を形成した（図４（ｃ））。ＫＯＨを用いて裏面から異方性エッチングを行ってＳｉ基板４０１を除去して、ＳｉＮ膜４０２とＣｒ膜４０４からなるマスク４１０を形成する（図４（ｄ））。
続いて、裏面のＳｉＮ膜４０３の一部を除去してエッチング用の窓４０９を形成した（図４（ｃ））。ＫＯＨを用いて裏面から異方性エッチングを行ってＳｉ基板４０１を除去して、ＳｉＮ膜４０２とＣｒ膜４０４からなるマスク４１０を形成する（図４（ｄ））。
本実施例では、Ｃｒ薄膜４０４に対する微小開口パターン４０８形成工程に、電子線による加工法を用いた例を示したが、電子線加工以外にも集束イオンビーム加工法、Ｘ線リソグラフィ法、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）加工法を用いても良い。中でも走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、近接場光学顕微鏡（ＳＮＯＭ）に代表されるＳＰＭ技術を応用した加工法を用いて微小開口パターン形成を行えば、１０ｎｍ以下の極微小開口パターン形成が可能であるため、これも本発明に極めて適した加工法である。
ここで、レジスト２０７の材料としては、通常の半導体プロセスに用いられるフォトレジスト材料を選択すれば良い。これらのレジスト材料に対して露光可能な光波長はおおむね２００〜５００ｎｍの範囲にあるが、特に３５０〜４５０ｎｍの範囲にあるｇ線・ｉ線対応のフォトレジストを選択すれば、種類も多く、比較的安価であるため、プロセス自由度も高く、コストが低減できる。
ここで、レジスト２０７の材料としては、通常の半導体プロセスに用いられるフォトレジスト材料を選択すれば良い。これらのレジスト材料に対して露光可能な光波長はおおむね２００〜５００ｎｍの範囲にあるが、特に３５０〜４５０ｎｍの範囲にあるｇ線・ｉ線対応のフォトレジストを選択すれば、種類も多く、比較的安価であるため、プロセス自由度も高く、コストが低減できる。
また、露光光源３０９としては、用いるレジスト３０７を露光可能な波長の光を照射するものを用いる必要がある。例えば、レジスト３０７として、前述のｇ線・ｉ線対応のフォトレジストを選択した場合、露光光源３０９として、ＨｅＣｄレーザー（光波長：３２５ｎｍ、４４２ｎｍ）、ＧａＮ系の青色半導体レーザー（同：〜４１０ｎｍ）や、赤外光レーザーの第２高調波（ＳＨＧ）レーザーや第３高調波（ＴＨＧ）レーザー、水銀ランプ（ｇ線：４３６ｎｍ、ｉ線：３６５ｎｍ）を用いれば良い。
露光光源３０９の駆動電圧・電流及び照射時間を調節することにより、露光光量の調節を行う。ここでは、水銀ランプのｇ線（波長４３６ｎｍ）を用いるために、波長選択フィルタを介して、コリメーターレンズを用いて、１００ｍｍ×１００ｍｍの領域を照射した。パワーメータで、光パワーをモニターし、レジストの露光量が露光に関するしきい値を超えるように、露光時間を設定する。ここで、フォトマスクを介して露光をおこなうので、マスクの透過率を考慮して露光量を調整する必要がある。
図５に、本実施例における近接場露光用フォトマスクを用いた１層のバッファ層を含むパターンの作成方法を示す。
図５（ａ）にフォトマスクと被露光物を示す。ここでのフォトマスク５０４は、図３で説明したフォトマスクと同様のフォトマスクである。
Ｓｉ基板５０１上に、ポジ型フォトレジストをスピンコータで塗布する。その後、１２０℃で３０分加熱して１層目５０２とする。１層目の膜厚は４００ｎｍとした。つぎに、この上に、Ｓｉ含有ネガ型フォトレジストを塗布後、プリベークしてこれを２層目５０３とする。２層目の膜厚は、２０ｎｍとなるようにして、２層構造のフォトレジストとした。
図５（ａ）にフォトマスクと被露光物を示す。ここでのフォトマスク５０４は、図３で説明したフォトマスクと同様のフォトマスクである。
Ｓｉ基板５０１上に、ポジ型フォトレジストをスピンコータで塗布する。その後、１２０℃で３０分加熱して１層目５０２とする。１層目の膜厚は４００ｎｍとした。つぎに、この上に、Ｓｉ含有ネガ型フォトレジストを塗布後、プリベークしてこれを２層目５０３とする。２層目の膜厚は、２０ｎｍとなるようにして、２層構造のフォトレジストとした。
２層構造フォトレジストが塗布されたＳｉ基板５０１とフォトマスク５０４を近接場露光装置によって近接させ、圧力を加えてレジスト層５０３とフォトマスク５０４を密着させる。
フォトマスクを介して露光用光５０５を照射して、フォトマスク５０４上のパターンをフォトレジスト層５０３に露光する（図５（ｂ））。その後、フォトマスクをフォトレジスト表面から離し、フォトレジストの現像、ポストベークを行い、フォトマスク上のパターンをレジストパターンとして転写した。（図５（ｃ））。
フォトマスクを介して露光用光５０５を照射して、フォトマスク５０４上のパターンをフォトレジスト層５０３に露光する（図５（ｂ））。その後、フォトマスクをフォトレジスト表面から離し、フォトレジストの現像、ポストベークを行い、フォトマスク上のパターンをレジストパターンとして転写した。（図５（ｃ））。
その後、２層目のフォトレジスト５０３によるパターンをエッチングマスクとして、酸素リアクティブイオンエッチングによって１層目フォトレジスト５０２をエッチングする（図５（ｄ））。ここで、酸素リアクティブイオンエッチングは、２層目フォトレジスト５０３に含まれているＳｉを酸化して、この層のエッチング耐性を増加させる作用を有する。
以上のような手順で、フォトマスク上の様々なパターンを基板５０１上にはっきりとしたコントラストのレジストパターンとして転写することができる。
以上のような手順で、フォトマスク上の様々なパターンを基板５０１上にはっきりとしたコントラストのレジストパターンとして転写することができる。
［実施例２］
図６に、本発明の実施例２における光ヘッドの構成を示す。
図６において、６０１は、光磁気ディスクまたは、微小ピット、相変化記録などの光ディスクである。６０２はスライダであり、アーム（不図示）によってディスク６０１から所定の間隔だけ浮上して保持される。ここで、所定の間隔とは、概ね近接場光源の開口のサイズ以下である。スライダ６０２は、アクチュエータ（不図示）によって光ディスク６０１上の所定の範囲を往復運動する。スライダ６０２上には、近接場光源となる本発明の近接場プローブ６０３が搭載されている。
図６に、本発明の実施例２における光ヘッドの構成を示す。
図６において、６０１は、光磁気ディスクまたは、微小ピット、相変化記録などの光ディスクである。６０２はスライダであり、アーム（不図示）によってディスク６０１から所定の間隔だけ浮上して保持される。ここで、所定の間隔とは、概ね近接場光源の開口のサイズ以下である。スライダ６０２は、アクチュエータ（不図示）によって光ディスク６０１上の所定の範囲を往復運動する。スライダ６０２上には、近接場光源となる本発明の近接場プローブ６０３が搭載されている。
スライダ上に搭載されない半導体レーザ光源からの光はコリメートレンズで平行化し、ビーム整形したのち、対物レンズを介して、近接場プローブを照明する。対物レンズの焦点は、駆動アクチュエータで制御し、媒体の凹凸に応じた光ヘッドの上下動などの外乱に対して追随させる。
ここで、本願の近接場プローブ６０３はガラス基板上に形成した金属薄膜膜６０４に、矩形状の微小開口６０５を形成したものである。開口サイズは８０ｎｍ×１２０ｎｍとなっている。開口サイズ８０ｎｍ×８０ｎｍの開口を用いた場合と比べて、近接場光スポットのサイズをほとんど増大させることなく、１．５倍の光強度を得られ、効率的な光ヘッドとなった。
ここで、本願の近接場プローブ６０３はガラス基板上に形成した金属薄膜膜６０４に、矩形状の微小開口６０５を形成したものである。開口サイズは８０ｎｍ×１２０ｎｍとなっている。開口サイズ８０ｎｍ×８０ｎｍの開口を用いた場合と比べて、近接場光スポットのサイズをほとんど増大させることなく、１．５倍の光強度を得られ、効率的な光ヘッドとなった。
光ディスク６０１の反射特性の変化は、近接場光の散乱特性を変動させるので、微小開口をとおして光ヘッドに戻る光量の変化としてディスクに記録された情報を読み取ることができる。
また、光ヘッド近傍に磁気記録ヘッドを配して、近接場光のエネルギーによって局所的に記録媒体を加熱昇温させて、磁気書き込みを容易にする、光アシスト磁気記録ヘッドを構成することもできる。
また、光ディスクに記録するための光源としての光ヘッドは、照明モードの近接場光学顕微鏡としての利用もできる。光ディスクから読み出すための光源としての光ヘッドは、照明／集光モードの近接場光学顕微鏡としての利用も可能である。
この場合は、試料を設置して試料の２次元的走査を可能にする試料ステージと、近接場光源を試料近傍まで近づけるプローブ駆動系（より具体的にはカンチレバー、ピエゾアクチュエータなどから構成され、近接場光源と試料の距離を制御する）によって、近接場光学顕微鏡装置を構成する。
また、光ヘッド近傍に磁気記録ヘッドを配して、近接場光のエネルギーによって局所的に記録媒体を加熱昇温させて、磁気書き込みを容易にする、光アシスト磁気記録ヘッドを構成することもできる。
また、光ディスクに記録するための光源としての光ヘッドは、照明モードの近接場光学顕微鏡としての利用もできる。光ディスクから読み出すための光源としての光ヘッドは、照明／集光モードの近接場光学顕微鏡としての利用も可能である。
この場合は、試料を設置して試料の２次元的走査を可能にする試料ステージと、近接場光源を試料近傍まで近づけるプローブ駆動系（より具体的にはカンチレバー、ピエゾアクチュエータなどから構成され、近接場光源と試料の距離を制御する）によって、近接場光学顕微鏡装置を構成する。
１０１：マスク母材
１０２：金属膜
１０３：基板
１０４：矩形形状の微小開口パターン
１０５：スリット状微小開口パターン
３０１：フォトマスク
３０５：圧力容器
３０６：基板
３０７：レジスト
３０８：ステージ
３０９：露光光源
３１１：コリメータレンズ
３１２：ガラス窓
３１３：圧力調整手段
４０１：Ｓｉ基板
４０２、４０３：ＳｉＮ薄膜
４０４：Ｃｒ薄膜
４０５：電子線用のレジスト
４０６：電子線ビーム
４０７：描画パターン
４０８：微小開口パターン
４０９：エッチング用の窓
４１０：薄膜状のマスク
５０１：Ｓｉ基板
５０２：レジスト層１層目
５０３：レジスト層２層目
５０４：フォトマスク
５０５：露光用光
６０１：光ディスク
６０２：スライダ
６０３：近接場プローブ
６０４：金属薄膜
６０５：微小開口
１０２：金属膜
１０３：基板
１０４：矩形形状の微小開口パターン
１０５：スリット状微小開口パターン
３０１：フォトマスク
３０５：圧力容器
３０６：基板
３０７：レジスト
３０８：ステージ
３０９：露光光源
３１１：コリメータレンズ
３１２：ガラス窓
３１３：圧力調整手段
４０１：Ｓｉ基板
４０２、４０３：ＳｉＮ薄膜
４０４：Ｃｒ薄膜
４０５：電子線用のレジスト
４０６：電子線ビーム
４０７：描画パターン
４０８：微小開口パターン
４０９：エッチング用の窓
４１０：薄膜状のマスク
５０１：Ｓｉ基板
５０２：レジスト層１層目
５０３：レジスト層２層目
５０４：フォトマスク
５０５：露光用光
６０１：光ディスク
６０２：スライダ
６０３：近接場プローブ
６０４：金属薄膜
６０５：微小開口
Claims (10)
- 光の波長以下のサイズの微小開口に光を照射して、該微小開口の光射出側の開口部近傍に微小な光スポットを形成する近接場光の発生方法であって、
前記光スポットの形成に当たり、前記微小開口を縦横サイズが異なる矩形形状とし、該矩形形状の開口によって縦横サイズがほぼ同等の光スポットを形成することを特徴とする近接場光の発生方法。 - 前記光スポットのサイズが、前記矩形形状の開口の短辺側のサイズによって定まることを特徴とする請求項１に記載の近接場光の発生方法。
- 前記微小開口が、前記矩形形状の開口とスリット状の開口とで形成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の近接場光の発生方法。
- マスク母材上の遮光層に、露光に用いる光の波長以下のサイズの微小開口を有する近接場露光用マスクであって、
前記微小開口は、その開口の縦横比が異なる矩形形状の開口で構成され、該開口の縦横比が該開口によって転写されるパターンの縦横サイズをほぼ同じ大きさに転写できる縦横比とされていることを特徴とする近接場露光用マスク。 - 前記微小開口は、前記矩形形状の開口とスリット状の開口とで構成されていることを特徴とする請求項４に記載の近接場露光用マスク。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の近接場光の発生方法、または請求項４〜５のいずれかに記載の近接場露光用マスクを用い、被露光物を露光することを特徴とする近接場露光方法。
- 請求項４〜５のいずれかに記載の近接場露光用マスクと、被露光光源を備え、被露光物を露光することを特徴とする近接場露光装置。
- 近接場光を発生させる手段を有する近接場光ヘッドであって、
前記近接場光を発生させる手段が、光の波長以下の矩形形状の微小開口、または矩形形状の開口とスリット状の開口を備え、これらの微小開口の光射出側の開口部近傍に形成される微小な光スポットとして、該矩形形状の開口によって縦横のサイズがほぼ同等のサイズの光スポットを形成することを特徴とする近接場光ヘッド。 - 請求項８に記載の近接場光ヘッドを有し、試料の表面観察を行うことを特徴とする近接場光学顕微鏡。
- 請求項８に記載の近接場光ヘッドを有し、記録媒体に対して記録・再生を行うことを特徴とする記録・再生装置。
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