JP2005260178A - パターン形成方法、近接場光発生素子および露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 近接場光を利用するパターン形成方法において、露光量がパターン幅の大きさに関係なく均一化され、一回の露光で２種以上の異なるパターン幅を有するパターンを形成することができ、微細なパターンを精度良くかつ効率良く形成できる方法を提供する。
【解決手段】 基板２に形成されたレジスト層１表面に、所望のパターンで金属粒子３を配置し、レジスト層１の吸収波長よりも長い波長を有する処理光４を照射することによって、処理光４によるレジスト層１の感光を防止しながら、金属粒子３の近傍領域５に発生する近接場光によってレジスト層１を感光し、レジスト層１に所望のパターンを形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、パターン形成方法、近接場光発生素子および露光装置に関する。

光を用いてパターンを転写または露光する手段としては、縮小投影露光法が一般的である。これは、あらかじめ所望のパターンが描かれた遮光性マスクに処理光を照射し、マスク上のパターンを、レンズ等を用いて基板に投影することでパターンを転写する方法である。しかしこの方法では光の回折限界に起因する制限により、パターンの転写精度は処理光の波長程度が限界である。このため、半導体の微細露光技術では、露光に用いる処理光を、ｇ線（λ＝４３６ｎｍ）からｉ線（λ＝３６５ｎｍ）、そしてエキシマレーザー（λ＝１９３ｎｍ）へと短波長化することによって、パターンの一層の微細化に対応してきた。しかし処理光の短波長化は、光源が大型で高価となり、また短波長を透過する材料が少ないので、工業的に有利な条件で光学系を構成することが困難になるなどの問題点がある。

これに対し、回折限界の壁を超える技術の一つとして、近接場光を利用した技術が近年注目されている。この技術は、プローブと呼ばれる光の波長以下の微細構造物を用いて光を回折限界以下の領域に集光する技術であり、計測の分野では近接場光学顕微鏡に応用されている。この近接場光学顕微鏡の構成を利用した露光方法によれば、回折限界を越える微細露光が可能であるけれども、針状のプローブを走査させることで一筆書きのように露光を行うため、露光に非常に時間が掛かり、また広い面積の処理が困難である問題点を有する。

この問題点を解消する手段として、透明マスク基板と、透明マスク基板の一方の面に形成されて導電性金属を含む材料からなるパターン層と、透明マスク基板の他面にその底面が接するように設置されるプリズムとを含んで構成されるマスク（露光フィルタ）を用いるパターン形成方法が提案されている（たとえば、特許文献１、２参照）。特に、特許文献２では、パターン層を形成する材料として、金、銀、白金、これらの合金といった貴金属の微粒子が用いられる。これらの方法によれば、マスクのパターン層をレジスト層に対向させ、マスクのプリズムが設置された側から、プリズムに対して、プリズムとパターン層との境界にて全反射する角度で処理光を入射させ、全反射面からしみ出る近接場光を、パターン層を介してレジスト層に散乱させることでレジスト層を感光し、マスクパターンをレジスト層に転写する。すなわち、これらのパターン形成方法では、レジスト層が処理光により感光するのを防止するために、レジスト層に対向するパターン層の背後にプリズムを設けるとともに、パターン層の背後からプリズムに処理光を入射させることを特徴とする。しかしこの方式では処理光をプリズムに対して全反射の角度で照射しなければならないので、レジスト層に対して光源を斜めの位置に配置しなければならず、光学系が複雑になる。

これに対し、弾性体からなるマスク基板と、マスク基板の一方の表面に形成され１００ｎｍ以下の幅の微小開口を有する金属薄膜であるパターン層とを含むマスクを用い、レジスト層の表面に沿うようにマスクを弾性変形させることにより、マスクとレジスト層とを１００ｎｍ以下の距離まで近接させる方法が提案されている（たとえば、特許文献３参照）。この方法によれば、金属薄膜であるパターン層の背後から処理光を照射し、パターン層に形成される微小開口近傍からしみ出る近接場光により、微小開口と同程度の大きさの微細露光を実現する。したがってプリズムを用いることなく微小開口に直接光を照射することで近接場光を発生させるため、光源は従来の投影露光と同様にレジスト層の真上に配置すればよく、入射角の制御も必要ない。しかしながら、微小開口からしみ出る近接場光は、開口の径が光の波長以下になると、その光強度が開口の径に対して指数関数的に減少してしまう。したがって、幅の異なるパターンを一括露光する場合は、開口径の違いにより近接場光の強度も異なるため、露光量が均一とならない問題が発生する。また、パターンの微細化のために開口径を小さくするほど、開口に導入する処理光の光強度を大きくすることが必要になる。

また、近接場光特有の効果を利用した露光方法として、金属のエッジ部分に発生する近接場光の利用が報告されている（たとえば、非特許文献１参照）。この報告では、レジスト層が吸収感度を持たないような長波長の光を処理光としても、近接場光がレジストを感光するのを利用することで、レジストを露光可能であることが示されている。これは近接場光の局在する特性を反映した急峻な光強度勾配により、レジストなどの感光性材料を非断熱過程で励起することが可能なためである。例として、この近接場光の効果を利用することにより、処理光の波長より大きな開口を有する金属製マスクを用いても、開口のエッジ部では近接場光が発生し、この近接場光によってレジストが露光されることが示されている。一方、開口中央部では、レジストの吸収感度がない処理光が照射されるだけなので、露光されることがない。したがって、開口の大きさに関係なく、処理光の波長以下のパターン露光が実現されている。

しかしながら、この方法では、発生する近接場光の大きさは開口の大きさによらないので、得られるパターン幅はマスクによらず一定であり、任意のパターン幅を形成することができない。また、開口径の大きさが波長より大きくなると、近接場光は開口の中心部にはほとんど発生しないので、幅の広いパターンを形成することはできない。

特開平８−１７９４９３号公報 特開２００１−２８４２４５号公報 特開平１１−１４５０５１号公報 Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．１２，ｐ１３７０−１３７１（２００３）、(株)新技術コミュニケーションズ発行

本発明の目的は、光の照射によって発生する近接場光を利用してパターンを形成する方法であって、異なる幅の領域でも同レベルの露光量で均一に露光することができ、２種以上の異なるパターン幅を有するパターンを一回の露光で形成することができるパターン形成方法ならびに該方法に用いられる近接場光発生素子および露光装置を提供することである。

本発明は、光の照射により近接場光を発生させてパターンを形成する方法において、
基板にレジスト層を形成する工程と、
レジスト層の近傍に処理光の波長以下の直径を有する金属粒子を配置する工程と、
処理光を、少なくとも金属粒子に照射して金属粒子の周囲に近接場光を発生させ、金属粒子近傍のレジスト層を露光する工程と、
近接場光により露光されたレジスト層を現像液により現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法である。

また本発明のパターン形成方法は、レジスト層の吸収波長より長い波長を有する処理光を照射することを特徴とする。

さらに本発明のパターン形成方法は、レジスト層を感光しない量の処理光を照射することを特徴とする。

さらに本発明のパターン形成方法は、前述の金属粒子がレジスト層の表面に配置されることを特徴とする。

さらに本発明のパターン形成方法は、前述の金属粒子の配置工程が、予め金属粒子が配置された保持基板をレジスト層に近接させることによって行われることを特徴とする。

また本発明は、光の照射により近接場光を発生させる素子であって、
保持基板と、光の波長以下の直径を有し、保持基板の表面にパターンが形成されるように配置される金属粒子とを含むことを特徴とする近接場光発生素子である。

さらに本発明の近接場光発生素子は、前述の保持基板が、形状変化可能な、弾性体、酸化物膜またはセラミックス膜により構成されることを特徴とする。

また本発明は、処理光を照射する光源と、
前述の近接場光発生素子と、
近接場光発生素子をレジスト層に密着または近接させるための手段とを含むことを特徴とする露光装置である。

本発明によれば、レジスト層近傍に近接場光を発生する金属粒子を配置し、この金属粒子に処理光を照射し、金属粒子の周囲に近接場光を発生させる方式を採るので、金属粒子の配置、粒子径などを適宜変化させることによって、様々な大きさ、形状のパターンを一度の露光で形成することができ、またパターンの大きさおよび／または形状の違いによる露光量の差異も発生しないので、非常に寸法精度の高いｎｍ単位の微細なパターンを効率良く形成することができる。

また本発明によれば、金属粒子に照射する処理光は、レジスト層の吸収波長端よりも長い波長を有する光であることが好ましい。または、金属粒子に、レジスト層を感光しない量の処理光を照射することが好ましい。これによって、レジスト層全体に一括露光を行っても、近接場光が発生する金属粒子の直下部分およびそのｎｍ単位の近傍のみを選択的に露光することができる。

さらに本発明によれば、金属粒子をレジスト層表面に、レジスト層に接するように配置することによって、金属粒子から発生する近接場光の露光によって形成されるパターンの寸法精度がさらに向上し、所定のパターンを非常に再現性良く繰り返し形成することができる。

また本発明によれば、保持基板と、照射される光の波長以下の直径を有し、保持基板の表面にパターンが形成されるように配置される金属粒子とを含む近接場光発生素子が提供される。該発生素子は、本発明のパターン形成方法に好適に用いることができ、該発生素子とレジスト層とを金属粒子を介して密着させ、露光を行うことによって、同一のパターンを繰返し転写することが可能である。

さらに本発明によれば、前述の保持基板を、形状変化可能な弾性体、金属膜またはセラミックス膜により構成することによって、保持基板の面精度が低く、保持基板表面に凹凸、反りなどがある場合でも、レジスト層と金属粒子との密着性が一層向上し、パターンの寸法精度が増すとともに、所定のパターンを繰り返し再現性良く形成することができる。

また本発明によれば、光源と、本発明の近接場光発生素子と、該発生素子をレジスト層に密着または近接させる手段とを含む露光装置が提供される。この露光装置は、本発明のパターン形成方法を実施するのに適している。

図１は、本発明の実施の第１形態であるパターン形成方法を説明する工程図である。
図１（ａ）に示す工程では、基板２にレジスト層１が形成される。基板２にはこの分野で常用されるものを使用でき、たとえば、シリコン、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの半導体基板、石英ガラス基板、ガラス基板、窒化ホウ素基板、プラスチックフィルム、金属板などが挙げられる。また、レジスト層１と基板２との間には、図示しない下地層が形成されてもよい。下地層には、たとえば、半導体膜、金属膜、酸化物膜、窒化物膜、誘電体膜、有機膜などが挙げられる。レジスト層は、たとえば、スピンコートなどの公知の方法に従って形成できる。

図１（ｂ）に示す工程では、レジスト層１の表面に１または２以上の金属粒子３を配置する。金属粒子３は、レジスト層１に形成しようとするパターンに対応するように配置される。

金属粒子３を構成する金属としては、光の照射により近接場光を発生できるものであれば特に制限はないけれども、可視領域で近接場光共鳴（プラズモン共鳴）を起こすものが好ましく、たとえば、金、銀、白金、これらの２種以上の合金などが挙げられる。

金属粒子３は、本図では球状に形成されるけれども、たとえば、円柱状、多角柱状などの他の形状に形成されてもよい。ただし、レジスト層１に照射される近接場光の光強度の均一性などを考慮すると、真球状、楕円球状などの球状のものが好ましい。

金属粒子３は、図１（ｃ）の工程において金属粒子３に照射される処理光４の波長よりも小さい直径を有する。金属粒子３の直径（大きさ）を小さくするほど、パターンの解像度が向上し、一層微細なパターンを形成できる。金属粒子３の直径は、前述のように、処理光４の波長よりも小さければ特に制限されないけれども、近接場光を効率良く発生させるためには、好ましくは１００ｎｍ以下、近接場光を効率良く発生させかつ金属粒子３とレジスト膜１との密着性を一層向上させるためには、さらに好ましくは５〜５０ｎｍである。

このような金属粒子３を用いれば、任意のパターンを形成することができる。たとえば、金属粒子３を一列に並べれば、金属粒子３の直径程度の幅を有する線をパターニング可能であり、金属粒子３からなる列を複数列、近接して配置すれば、複数列全体の幅に応じた太い線のパターニングも可能である。通常、金属粒子３はレジスト層１表面に複数個配置され、複数個の金属粒子３の大きさ（直径）は異なっていてもまたは同一でもよいけれども、パターン再現の正確性を考慮すると、同一の方が好ましい。ただし、異なる幅の線をパターニングする場合には、勿論、異なる大きさの金属粒子３を併用することもできる。

金属粒子３をレジスト層１表面へ配置し、所望のパターンを形成するに際しては、公知の方法を採用できる。たとえば、自己組織化による規則パターンの作成方法が挙げられる。この方法によれば、一端に金属と親和性の高い官能基を有し、他端に配位子間で相互作用（離反作用）を示す官能基を有する有機配位分子を保護剤として金属粒子３表面に配位させ、この金属粒子３を溶媒に分散させ、得られる金属粒子３の分散液をレジスト層１表面に塗布すると、配位子間で相互作用を示す官能基の働きにより、金属粒子３は自己組織的にレジスト層１表面に等間隔で配列される。有機配位分子を選択することで配列の間隔を制御することができる。図２は、自己組織化による規則パターンの作成方法により、レジスト層１表面に等間隔に配列された金属粒子３を、レジスト層１の上方から見た平面図である。このようにして等間隔で配列された金属粒子３を用いてレジスト層１を露光することにより、単にパターンを形成するだけでなく、２次元的に周期的な微細構造を有する結晶、たとえば、フォトニック結晶などを形成することができる。

また、原子間力顕微鏡などの走査プローブ型顕微鏡を用いて金属粒子３をレジスト層１表面に一つ一つ並べる方法が挙げられる。

図１（ｃ）に示す工程では、その表面に金属粒子３が配置されたレジスト層１に対して、処理光４が照射される。

処理光４は、その波長がレジスト層１の吸収感度よりも長波長のものが好ましい。すなわち、レジストの露光に一般的に用いられるｈ線（λ＝４０５ｎｍ）またはｉ線（λ＝３６５ｎｍ）ではなく、たとえば、アルゴンレーザ（λ＝４８８ｎｍ）、Ｈｅ−Ｎｅレーザ（λ＝６３３ｎｍ）などが用いられる。このような処理光４を照射すると、レジスト層１は処理光４の波長領域に感度を持たないので、感光しない。一方、金属粒子３の表面近傍５では、レジスト層１の吸収感度よりも長波長の処理光４の照射により、近接場光が発生する。このとき発生する近接場光は、その局在性のため急峻な光強度勾配を持ち、非断熱過程を励起してレジスト層１を感光することができる。したがって、レジスト膜１の金属粒子３が近傍に配置されない部分は露光されず、金属粒子３が近傍に配置される部分は近接場光により露光され、回折限界の制限を受けることなく、金属粒子３と同程度の大きさまたは幅のパターンを形成することができる。

または、ｈ線、ｉ線などの、波長がレジスト層１の吸収波長の範囲にある処理光４であっても、一般的なマスクを用いる露光において、レジストを感光させるのに必要な照射量に満たないように、処理光４の照射量を設定することによっても、本発明のパターン形成方法を行うことができる。その際、処理光４の照射量は、処理光４およびレジスト層１の種類に応じて適宜選択されるけれども、好ましくは、レジスト層１を感光させるのに必要な照射量の１／１０〜１／２である。処理光４を前述のような照射量で照射すると、レジスト層１に与えられる露光量が感光に必要な量に満たないので、レジスト層１は感光しない。一方、波長がレジスト層１の吸収感度の範囲にある処理光４が照射された金属粒子３の表面近傍５では近接場光が発生する。この近接場光は、金属粒子３を構成する金属のプラズモン共鳴効果により金属粒子３の表面で非常に大きな光強度を示す。また、その光強度は金属粒子３の表面から離反すると急激に減少し、金属粒子３の表面に膜のように存在する。この近接場光の発生する領域５は金属粒子３の半径〜直径程度であるため、レジスト層１の領域５近傍の部分のみが強い近接場光を受け感光される。一方、金属粒子３のない部分は露光されない。したがって、レジスト層１の金属粒子３の近傍部分は回折限界の制限を受けることなく金属粒子３と同程度の大きさまたは幅のパターンを形成することができる。

このような露光方法はレジスト層１全体に処理光を照射しても、金属粒子３の直下または近傍のみが露光されるため、マスクを用いる従来の露光方法のように、基板２のレジスト層１側から光を照射する必要はなく、基板２が処理光に対して透過性を示せば、レジスト層１が形成されていない基板２の裏側から処理光を照射することも可能である。たとえば基板１がシリコンウエハである場合、シリコンは波長８００ｎｍ以上の光をある程度透過するので、基板１側から露光することが可能である。

図１（ｄ）に示す工程では、前工程でパターンに対応する露光が施されたレジスト層１を現像処理し、レジスト層１に、微細パターン６が形成される。

図３（ａ）は、本発明の実施の第２形態である近接場光発生素子の構成を模式的に示す断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す近接場光発生素子を用いる、本発明の実施の第３形態であるパターン形成方法を説明する断面図である。

近接場光発生素子７は、保持基板８と、保持基板８の一方の面に、所望のパターンを形成するように配置される金属粒子３ａとを含んで構成される。

金属粒子３ａは、保持基板８に、たとえば化学結合などによって強固に結合していることが好ましい。これによって、金属粒子３ａの欠落が防止され、近接場光発生素子７を繰り返し使用できる。

近接場光発生素子７は、たとえば、金属粒子３ａを接着または吸着させるサイトを保持基板８表面にパターニングしておき、そのサイトに金属粒子３ａを接着または吸着させることによって製造できる。

また、近接場光発生素子７は、保持基板８表面の全面に、金属粒子３ａの単一層を形成し、この単一層をパターニングすることによっても製造できる。金属粒子３ａの単一層は、たとえば、金属粒子３ａの分散液を保持基板８表面に塗布し、溶媒を加熱などで除去することによって形成することができる。また、気相堆積法、真空蒸着法、スパッタ法などの真空薄膜堆積法により、保持基板８表面に金属粒子３ａの単一層を形成できる。真空堆積薄膜法では、通常、保持基板８上に金属膜が形成されるけれども、堆積速度を小さくし、金属膜が形成されるに満たない短い時間で堆積を終了することで、保持基板８上に島状または粒子状の金属が堆積される。さらに、堆積時に保持基板８上の堆積物に特定の波長の光を照射することで、一様な微粒子の単一層が形成可能である。このとき、微粒子の大きさは照射する光の波長に依存し、均一な粒子径を得ることができる。このようにして得られた金属粒子３ａの単一層を、電子ビーム、イオンビームなどを用いてパターニングすることで、保持基板８表面に金属粒子３ａよりなる任意のパターンを形成することができる。真空薄膜堆積法により保持基板８に直接金属粒子３ａを堆積する方法は、金属粒子が分散した溶液を基板上に塗布する方法に比べ金属粒子３ａの保持基板８への密着力が強いため、繰り返しの使用に適している。

なお、金属粒子３ａの表面に発生する近接場光は、その光強度が粒子の表面から離れるに従い指数関数的に減少し、近接場光の到達範囲を近接場光強度が金属表面における値の１／ｅ（ｅ：自然対数の底）になる値と定義すると、金属粒子３ａから発生する近接場光の到達範囲は金属粒子３ａの表面から粒子の半径に等しい距離の範囲である。したがって、近接場光発生素子７は、金属粒子３ａが配置された面をレジスト層１の表面に対向させ、レジスト層１に可能な限り近接させるかまたは金属粒子３ａとレジスト層１表面とが密着するようにして用いられる。近接させる場合、金属粒子３ａとレジスト層１表面との間隔は、金属粒子３ａの直径以下であるのが好ましい。ここで、金属粒子３ａとレジスト層１表面の間隔とは、金属粒子３ａの中心とレジスト層１表面との間隔を意味する。

保持基板８としては特に制限されず、たとえば、セラミックス膜、酸化物膜、プラスチックフィルムなどが挙げられる。これらの中でも、面精度が良好で、表面に凹凸などがなく、また反りのないものが好ましい。なお、本発明の近接場光発生素子７では、金属粒子３ａをレジスト層１表面に近接させるかまたは密着させる構成を採用するので、面と面とを近接または密着させる従来技術に比べると、金属粒子３ａとレジスト層１表面との間隔は、均一になり易いけれども、さらにその精度を向上させるという観点から、保持基板８は、変形可能な材料で構成されるのが好ましい。また、本発明の近接場光発生素子７では、処理光４は、好ましくは保持基板８の金属粒子３ａが配置される面と反対側の面から照射されるので、保持基板８は光透過性を有する材料が好ましい。変形可能でかつ光透過性を有する材料としては、たとえば、変形可能でかつ光透過性を有する弾性体、酸化物膜、セラミックス膜などが挙げられ、さらに具体的には、弾性プラスチック、酸化シリコン、窒化シリコン、炭化シリコンなどが挙げられる。このような材料からなる保持基板８を含む近接場光発生素子７を用いれば、たとえば、レジスト層１表面に近接場光発生素子７を載せ、保持基板８の方向から加圧することにより、レジスト層１の面精度が低く、凹凸、反りなどがあっても、保持基板８がレジスト層１表面の形状に合わせて変形するので、全ての金属粒子３ａをレジスト層１表面に確実に近接させるかまたは密着させることができる。

近接場光発生素子７を用いて、基板２上のレジスト層１に所望のパターンを形成するには、まず、保持基板８の金属粒子３ａが配置された面を、レジスト層１表面に対向させ、金属粒子３ａとレジスト層１表面とを近接させる。次いで、保持基板８の金属粒子３ａが配置された面とは反対側の面の背後から、処理光４を照射すると、金属粒子３ａの表面近傍５に近接場光が発生する。ここで処理光４は、レジスト層１の吸収波長より長い波長の光かまたはその照射量がレジスト層１を感光しない量であることが好ましい。金属粒子３ａから発生する近接場光によって、レジスト層１の、保持基板８の金属粒子３ａの配置に対応する部分のみが選択的に露光される。以後、図示しないけれども、図１（ｄ）の工程と同様に現像が行われ、基板２上に所望のパターンが形成される。このように、近接場光発生素子７を用いると、繰り返し、同様のパターンを形成することができる。

図４は、本発明の実施の第４形態であるパターン形成方法を説明する断面図である。
ここで用いられる近接場光発生素子９は、保持基板８ａと、保持基板８ａの一方の面に形成されたフォトマスク層１０と、フォトマスク層１０の遮光部分に配置される金属粒子３ａとを含んで構成される。このとき、保持基板８ａは、レジスト層１の吸収波長の範囲にある波長を有する光を透過できる材料で形成される。フォトマスク層１０には、従来から用いられるフォトマスクを使用できる。フォトマスク層１０の遮光部分は、金属粒子３ａから発生する近接場光によって形成されるパターン部分を覆うように形成される。近接場光発生素子９によれば、フォトマスクを用いる従来の露光技術で形成可能な比較的大きなサイズのパターンは、フォトマスク層１０を用いて形成される。また、従来の露光技術では形成不可能な微小サイズのパターンは、金属粒子３ａから発生する近接場光によって形成される。このような近接場光発生素子９を用いれば、金属粒子３ａを保持基板８ａの広い範囲に配置する必要がないので、その製造が容易になり、工業的に有利である。

また、近接場光発生素子９を用いる場合、基板２は、レジスト層１の吸収波長よりも長い波長を有する光を透過できる材料で構成される。

近接場光発生素子９を用いるパターン形成は、たとえば、次のようにして行われる。まず、基板２上に形成されたレジスト層１表面に、近接場光発生素子９の金属粒子３ａを近接させる。次いで、近接場光発生素子９のフォトマスク層１０および金属粒子３ａが配置された面の反対面の背後から、レジスト層１の吸収波長の範囲にある波長を有する処理光４ａを照射する。これによって、フォトマスク層１０に対応するパターンがレジスト層１に形成される。また、基板２のレジスト層１が形成された面の反対面の背後から、レジスト層１の吸収波長よりも長い波長を有する処理光４ｂを照射する。レジスト層１は処理光４ｂによって感光されることはないけれども、処理光４ｂによって金属粒子３ａの周囲に近接場光が発生する。この近接場光によってレジスト層１が感光され、レジスト層１に微細パターンが形成される。このようにして、レジスト層１に所望のパターンが形成される。以後、図示しないけれども、図１（ｄ）の工程と同様に現像が行われ、基板２上に所望のパターンが形成される。このように、近接場光発生素子９を用いると、繰り返し、同様のパターンを形成することができる。

図５は、本発明の実施の第５形態である露光装置１１の構成を模式的に示す側面図である。露光装置１１は、光源１２と、コリメートレンズ１３と、近接場光発生素子７と、密着手段１４とを含んで構成され、近接場光発生素子７の金属粒子３が配置された面と、レジスト層１とが対向するように、近接場光発生素子７の直下に、レジスト層１が形成された基板２が配置される。

光源１２は、近接場光発生素子７を用いることに対応して、レジスト層１の吸収波長よりも長い波長を有する処理光４を発生する。

コリメートレンズ１３は、光源１２から射出される処理光４を平行光に変換し、近接場光発生素子７に、その金属粒子３が配置されない側から処理光４を供給する。

近接場光発生素子７は、図３（ａ）に示すものである。
密着手段１４は、近接場光発生素子７をレジスト層１に対して弾性変形させることで、金属粒子３をレジスト層１の表面に近接させるための密着手段であり、表面にレジスト層１が形成された基板２を近接場光発生素子７に向かって移動させ機械的に押し付ける移動手段１７と、それらを載置する圧力調整容器１５と、圧力調整容器１５中の気圧、特に近接場光発生素子７と基板２との間の空間の気圧を、近接場光発生素子７の金属粒子３が配置されない側の気圧よりも低下させる圧力調整手段１６とを含んで構成される。

また、図示しないけれども、圧力調整容器１５は、基板２を該容器１５内に搬送し、パターン形成後の基板２を該容器１５外へ搬送する基板搬送手段と、基板２を該容器に出入りさせる基板出入口と、基板出入口を開閉する開閉手段とを備える。

圧力調整手段１６は、たとえば、真空吸引装置、減圧装置などにより構成され、吸引を行うことによって、近接場光発生素子７と基板２との間の空間における気圧を低下させる。

密着手段１４によれば、たとえば、表面にレジスト層１が形成された基板２を、基板２を下側にして圧力調整容器１５中の移動手段１７に載置し、基板２の真上に近接場光発生素子７を設置し、この移動手段１７によりレジスト層１を近接場光発生素子７に押し付ける。さらに圧力調整手段１６によって圧力調整容器１５内の気圧を低下させることによって、近接場光発生素子７がレジスト層１の方向に弾性変形し、レジスト層１や近接場光発生素子７の反りや面精度に起因する近接場光発生素子７とレジスト層１の隙間を解消し、金属粒子３がレジスト層１に近接する。

このような構成を有する露光装置１１においては、光源１２から処理光４が射出されると、金属粒子３の近傍に近接場光が発生し、レジスト層１の、金属粒子３の配置パターンに対応する部分が露光され、レジスト層１に所望のパターンが形成される。一方、処理光４は、近接場光発生素子７を透過し、レジスト層１にも到達するけれども、処理光４がレジスト層１の吸収波長よりも長い波長を有する光なので、レジスト層１が露光により感光することがない。

本実施の形態では、光源１２およびコリメートレンズ１３は、基板２のレジスト層１に対向するように配置されるけれども、それに限定されず、たとえば、基板２が処理光４を透過可能な材料で構成される場合には、基板２に対向するように配置することも可能である。

また本実施の形態では、密着手段１４は圧力調整容器１５と圧力調整手段１６と移動手段１７とを含んで構成されるけれども、それに限定されず、たとえば、近接場光発生素子７の金属粒子３が配置されない側を加圧する機構であってもよい。

本発明の実施の第１形態であるパターン形成方法を説明する工程図である。 レジスト層での金属粒子の配置パターンの一例を示す平面図である。 本発明の実施の第２形態である近接場光発生素子の構成を模式的に示す断面図および本発明の実施の第３形態であるパターン形成方法を説明する断面図である。 本発明の実施の第４形態であるパターン形成方法を説明する断面図である。 本発明の実施の第５形態である露光装置の構成を模式的に示す側面図である。

符号の説明

１ レジスト層
２ 基板
３，３ａ 金属粒子
４ 処理光
５ 金属粒子の近傍領域
６ 微細パターン
７，９ 近接場光発生素子
８，８ａ 保持基板
１０ フォトマスク層
１１ 露光装置
１２ 光源
１３ コリメートレンズ
１４ 密着手段
１５ 圧力調整容器
１６ 圧力調整手段
１７ 移動手段

Claims (8)

1. 光の照射により近接場光を発生させてパターンを形成する方法において、
   基板にレジスト層を形成する工程と、
   レジスト層の近傍に処理光の波長以下の直径を有する金属粒子を配置する工程と、
   処理光を、少なくとも金属粒子に照射して金属粒子の周囲に近接場光を発生させ、金属粒子近傍のレジスト層を露光する工程と、
   近接場光により露光されたレジスト層を現像液により現像する工程とを含むことを特徴とするパターン形成方法。
2. レジスト層の吸収波長より長い波長を有する処理光を照射することを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
3. レジスト層を感光しない量の処理光を照射することを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
4. 金属粒子がレジスト層の表面に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
5. 金属粒子の配置工程が、予め金属粒子が配置された保持基板をレジスト層に近接させることによって行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
6. 光の照射により近接場光を発生させる素子であって、
   保持基板と、光の波長以下の直径を有し、保持基板の表面にパターンが形成されるように配置される金属粒子とを含むことを特徴とする近接場光発生素子。
7. 保持基板が、形状変化可能な、弾性体、酸化物膜またはセラミックス膜により構成されることを特徴とする請求項６記載の近接場光発生素子。
8. 処理光を照射する光源と、
   請求項６または７の近接場光発生素子と、
   近接場光発生素子をレジスト層に密着または近接させるための手段とを含むことを特徴とする露光装置。

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