JP2005303197A - 微細構造形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フォトリソグラフィをプラズモンを用いて、正確にパターンを転写し、複雑な微細構造を安定に形成することを目的とする。
【解決手段】 基板上33にフォトレジスト層32を形成するフォトレジスト層形成工程と、前記フォトレジスト層32に前記微細パターンの金属構造を有するマスク基体34を、該フォトレジスト層と金属構造を互い接触させて露光する露光工程と、前記露光された感光樹脂層を現像して前記構造体を形成する工程とからなり、前記露光工程は、前記マスク基体34に光を照射して、前記金属構造と接触するフォトレジスト層32の領域を感光させる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、微細構造の形成方法に関する。

近年、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、光リソグラフィ技術のさらなる微細化が必要不可欠のものとなっている。光リソグラフィ技術における縮小投影露光光学系の性能は、主に解像度Ｒと焦点深度Ｄの２つの基本量で決定される。投影光学系の露光波長をλ、投影レンズの開口数をＮＡとすると、前記２つの基本量は、Ｒ≒λ/ＮＡ、Ｄ≒λ/ＮＡ２で表される。光リソグラフィの解像度を上げるためには、露光光源の波長λを短波長化するか、あるいは投影レンズの開口数ＮＡを大きくする必要がある。

しかし、ＮＡを大きくすると解像度は上がるが、焦点深度がＮＡの２乗に反比例して小さくなる。反比例して小さくなる結果、焦点深度は浅くなり、焦点深度以上の凹凸のある表面への露光が、所定の解像度が得られなくなる。これにより焦点深度が浅くなれば基板の平面度を向上する必要性が発生し、立体的な構造を作成することが困難となる。このため、さらなる微細化のため、光源の波長λを短波長にすることが求められるようになった。露光波長λは、ｇ線（４３６ｎｍ）からｉ線（３６５ｎｍ）へと短波長化され、現在では、エキシマレーザ（２４８ｎｍ、１９３ｎｍ）がその主流となり、100ｎｍ程度の微細加工が可能となっている。

しかし、光を用いるリソグラフィーでは露光光源の回折限界が解像度の限界となるため、波長が２４８ｎｍのＦ２エキシマレーザを用いてもこの線幅100ｎｍの微細化がレンズ列光学系を用いたリソグラフィの限界と言われている。

さらに、その先のナノメータオーダーの解像度を求めようとすると、電子線やＸ線（特にＳＯＲ光：シンクロトロン放射光）リソグラフィー技術を用いる必要がある。電子線リソグラフィは、ナノメータオーダーのパターンの形成を高精度で制御することができ、光学系に比べてかなり深い焦点深度をもっている。この電子線リソグラフィは、ウェハ上にマスクなしで直接描画が可能であるという利点があるが、スループットが低く、コストもかかることから、量産レベルにはほど遠いという欠点がある。

また、Ｘ線リソグラフィは、１対１マスクの等倍露光にしても、反射型結像Ｘ線光学系を用いた場合にも、エキシマレーザ露光に比べて、１桁程度の解像度および精度の向上が可能である。しかし、Ｘ線リソグラフィは、マスクの作成が難しく実現が困難であり、また装置上コストが高いという問題もある。

さらに、電子線やＸ線を用いたリソグラフィでは、その露光方法に合わせてフォトレジストを開発する必要があり、感度、解像度、エッチング耐性等の面において問題も多い。

そこで、最近、上記のような問題を解決する方法として、照射する光の波長よりも十分小さな径の開口からしみ出す近接場光を光源とし、フォトレジストを感光させ、現像することにより、微細なパターンを形成する方法が提案されている。この方法によれば、光源の波長に関わらず、ナノメータオーダーの空間分解能を得ることができる。

図1は、近接場露光による微細パターンの転写方法を示す図である。図1（ａ）に示すように、基板１３上に感光性材料からなるフォトレジスト層１２をスピンコート法あるいはスプレイ法により順次塗布してフォトレジスト層１２を形成する。一方、ガラス等の誘電体からなるマスク基板１０上に金属の微小な開口パターン１１を形成したマスク基体１４を用意する。次に、図1（ｂ）に示すように、マスク基板１０上のパターン１１を基板１３側に対向させてマスクをフォトレジスト層１２に密着させる。図1（ｃ）では、このように基板１３にマスク基体１４を重ねた状態で、マスク基板１０の裏面からのｉ線（３６５ｎｍ）の光により照射を行う。

そうすると、図1（ｃ）に示すように、ｉ線の光照射によりマスク基体１４のパターン１１の金属が形成されていない開口部から近接場光が浸みだし、これにより露光が行なわれ、露光されたフォトレジスト部分１５（黒く塗った部分）が感光する。

感光後、図1（ｄ）に示すように、マスク基体１４を基板１３から外し、フォトレジスト層１２を現像液で現像することにより、露光された部分１５が現像溶媒に可溶となり、パターンを形成する。

しかし、近接場光は、従来使用されてきた伝搬光とは違い、微細開口部分に局在化し、そのひろがりは開口径程度であり、光の波長よりも小さい開口から発生する近接場光は原則的に放射されない。

したがって、厚さ1000nmのような厚膜レジストの厚み方向にわたって深く感光させるのは不可能であり、高アスペクト比のレジストパターンを形成することが困難であるという問題がある。

このような問題を解決するため２層レジストを用いた方法が提案されている（特許文献１参照）。

この微細パターン形成方法は、基板上にドライエッチングにより除去可能な第１レジスト層と、光照射による照射部分のみ又は非照射部分のみが現像溶媒に可溶となる感光性の耐ドライエッチング性を有する第２レジスト層をこの順に積層してなる記録材料に、照射光を受けて近接場光を発生させる手段により、記録材料の第２レジスト層に近接場光を所望のパターン状で照射し、その後、該第２レジスト層を現像することにより第２レジスト層のパターンを形成し、該パターンをマスクにして、第１レジスト層をドライエッチングすることにより、記録材料の基板上にパターンを形成するものである。

図２に、この微細パターン形成方法を示す。図２(ａ)に示すように、基板２４上に、有機高分子からなる第１レジスト層２３と、感光性材料からなる第２レジスト層２２を、スピンコート法あるいはスプレイ法により順次塗布し、２層レジスト層を形成する。次に、図２(ｂ)に示すように、ガラス等の誘電体からなるマスク基板２０上に金属の微小な開口パターン２１を形成したマスク２５を前記２層レジストに密着させる。次に、マスク基板２０の裏面からのｉ線（365nm）の光照射によりマスク２５の金属が形成されていない開口部からしみ出す近接場光により露光を行うと、図２(ｃ)に示すように、露光された部分２６（黒く塗った部分）のレジストが感光する。次に、図２(ｄ)に示すように、マスク２５を基板２４から外し、第２レジスト層２２を、現像液で現像することにより、露光された部分２６が現像溶媒に可溶となり、ポジ型パターンを形成する。その後、図２(ｅ)に示すように、第２レジスト層２２のパターンをマスクにして、第１レジスト層２３をＯ_２プラズマによりドライエッチングし、図２(ｅ)に示すようなアスペクト比の高いパターンを形成することが開示されている。
特開２００１−１５４２７号公報 I. I. Smolyaninov et al., "Experimental study of surface-plasmon scattering by individual surface defects" Physical Review B, Vol.56, No.3, pp. 1601-1611 (1997)

しかし、波長より十分小さい微細開口を形成したマスクにおいて、入射光がｐ偏光の場合と、ｓ偏光の場合で得られる画像に違いがある。したがって、このような微細開口を備えたマスクを用いて微細パターンを形成する場合、入射光の偏光方向に対して、垂直な方向に開口パターンを形成した場合と、水平な方向に開口パターンを形成した場合、微細開口部に発生する近接場光の分布が変化するため、複雑な形状を転写することは大変困難である。

また、近年、近接場光の発生効率をさらに上げるために、表面プラズモンを利用したデバイスが提案されている。例えば、非特許文献１（個々の表面欠陥による表面プラズモン散乱の実験的研究）には、各種表面プラズモンを表面構造により制御するプラズモンミラー、プラズモンレンズの例が提案されている。

このような表面プラズモンを効率よく利用し、近接場プローブ部分から高効率に近接場光を発生させ、高効率かつ高速に情報の記録再生が可能な光情報記録装置が提案されている。

このような複雑な構造をもつデバイス、又は光情報記録装置を作製するため、複雑な微細形状を転写することは、先に提案されている開口型のマスクを用いた方法では大変困難である。

そこで、本発明は、上述の実情に鑑み、正確にパターンを転写し、複雑な微細構造を形成する方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の微細構造作成方法は、基板上に微細パターンを有する構造体を形成する微細構造形成方法であって、前記基板上にフォトレジスト層を形成するフォトレジスト層形成工程と、前記フォトレジスト層に前記微細パターンの金属構造を有するマスク基体を、該フォトレジスト層と金属構造を互い接触させて露光する露光工程と、前記露光された感光樹脂層を現像して前記構造体を形成する工程とからなり、前記露光工程は、前記マスク基体に光を照射して、前記金属構造と接触するフォトレジスト層の領域を感光させる工程とを有するように構成することができる。

これにより、正確にパターンを転写し、複雑な微細構造を形成する方法を提供することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明の微細構造作成方法は、さらに、前記露光工程は、前記光の照射により金属構造近傍にプラズモンを発生させるように構成することができる。

これにより、金属構造近傍にプラズモンを発生させることにより、正確にパターンを転写し、複雑な微細構造を形成する方法を提供することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明の微細構造作成方法は、前記フォトレジスト層形成工程の前に、前記基板上に前記構造体となる連続膜を形成する工程と、前記露光工程の後に、前記微細パターンの開口部が形成されたフォトレジスト層をマスクとして前記連続膜を研削する工程をさらに備えるように構成することができる。

これにより、さらに、前記基板上にアスペクト比の高い微細パターンを形成することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明の微細構造作成方法における前記マスク基体は、透明基体と、該透明基体表面に形成された前記金属構造からなり、前記露光工程は、金属構造が形成されていない面から光を入射するように構成することができる。

これにより、さらに、透明基体における金属構造が形成されていない面から光を入射するようにすることで、簡単な構成で光を微細構造に照射することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明の微細構造作成方法における前記透明基体は多面体プリズムからなるように構成することができる。

これにより、さらに、入射光量を向上させることができる。

また、上記目的を達成するために、本発明の微細構造作成方法における透明基体は、光が入射される面に反射防止膜が設けられるように構成することができる。

これにより、レジスト層への入射光量を向上することができ、正確にパターンを転写し、複雑な微細構造を形成する方法を提供することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明の微細構造作成方法における前記金属は、Ａｇ、Ａｕ、およびＡｌからなる群のうち少なくとも１種の元素を含むように構成することができる。

これにより、さらに、高効率で局在プラズモンを励起可能とすることができる。

また、上記目的を達成するために、本発明の微細構造作成方法における前記光はｐ偏光であるように構成することができる。

これにより、さらに、高効率で局在プラズモンを励起可能とすることができる。

本発明の微細構造作成方法によれば、正確にパターンを転写し、複雑な微細構造を安定に形成することが可能となる。

以下に本発明の微細構造形成法について説明する。

図３は、本発明のプラズモンを用いた近接場露光による微細構造形成方法を示す図である。図３（ａ）に示すように、基板３３上に感光性材料からなるフォトレジスト層３２をスピンコート法あるいはスプレイ法などの塗布方法を用いて順次塗布しフォトレジスト層３２を形成する。感光材料としてはｇ線用のフォトレジスト（Ａｚ９７０４、クラリアントジャパン社製）を用い、そのフォトレジスト層３２の厚さは５０ｎｍ程度である。またここでは感光体材料としてＧ線用のフォトレジストで厚さ５０ｎｍを使用したが、これに限定されることはない。ｉ線用のフォトレジスト等、照射する線によっても使用するフォトレジスト層の材料や厚さは違ってくる。

一方、ガラス等の誘電体からなるマスク基板３０上に金属の微細構造のパターン３１を形成したマスク基体３４を用意する。

また、ここで用意されるマスク基板は、半透明な基板でも使用は可能だが、マスク面に照射される光量が減少することから、使用する波長で透明な基板となることが望ましく、例えば有機材料のポリカーボネートなどが挙げられる。

このマスク基体３４は、マスク基板３０上にレジストを塗布し、電子線描画装置等で露光した後、リフトオフ法などの平坦化技術を用いてＡｇ、Ａｕ、およびＡｌなどの金属の微細構造を作製したものである。また、ここでいう微細とは光源の波長の１／１０程度以下が望ましく、今回ｇ線を用いた場合では、微細構造は、幅５０ｎｍ程度、ピッチ１００ｎｍ高さ２０ｎｍのものを作製した。

ここで、図４にリフトオフ法による微細構造を作製する様子を示す。図４（a）に示すように、ガラス等の誘電体からなるマスク基板４０を用意し、図４（ｂ）に示すように、このマスク基板４０上にフォトレジスト層４１を塗布する。次に、図４（ｃ）のように、ＥＢ照射でフォトレジスト層４１にパターンを直接描画する。なお、本発明は、このＥＢ照射に限定されることはなく、パターンが描けるものであれば、マスクなどを用いてパターンを形成するものを用いることができる。

次に図４（ｄ）に示すように、マスクパターンの描画後、現像液を用いて現像しパターンを形成する。次いで、図４（ｅ）に示すように、パターンが作製されたガラス基板上に蒸着やスパッタリング等で金属薄膜４２をつける。

その後、図４（ｆ）に示すように、フォトレジスト層は有機溶剤等を用いて溶かし、フォトレジスト層４１を除去する。以上のような工程で金属の微細構造を作製する。

次に、図３に戻って、図３（ｂ）に示すように、マスク基板３０上の金属の微細構造のパターン３１を基板３３側に対向させてマスク基体３４をフォトレジスト層３２に密着させる。次いで、図３（ｃ）に示すように、このように基板３３にマスク基体３４を重ねた状態で、マスク基板３０の裏面側方からｇ線（４３６ｎｍ）の光を照射する。 このとき、プラズモンを励起するには基板表面に近接場光（エバネッセント光）を発生させる必要があり、このとき全反射条件以上の入射角で光を入射すると近接場光の発生が起こりやすい。このため入射角度を７０度以上、９０度未満とすることが望ましい。

また、プラズモンはｐ偏光であるので、マスク基板上の微細構造３１にｐ偏光の光源からの光を入射させる。

なお、ここで入射角度を７０度以上、９０度未満としたが、本発明はこれに限定されるものではない。

その結果、図３（ｃ）に示すように、ｇ線の光照射によりマスクのパターン３１の金属が形成されている部分に局在プラズモンが発生し、金属の微細構造の近傍の入射光電界強度が増強される。この増強された電界により金属の微細構造の近傍で近接場光が発生されることでフォトレジストに露光が行なわれ、露光されたフォトレジスト部分３５が感光する。感光後、図３（ｄ）に示すように、マスク基体３４を基板３３から外し、フォトレジスト層３２を現像液で現像することにより、露光された部分３５が現像溶媒に可溶となり、マスク基板３０上の金属の微細構造に対応したパターンが形成される。

アスペクト比が小さい構造については以上の方法で簡便に形成することができる。

また、図５のようにマスク基板３０上に微細構造を作製する前に、マスク基板３０上に入射光に対する反射防止膜５０を真空蒸着法により形成することで、必要な入射光量を減少させることを抑えることができる。また、反射防止膜を設けることで、基板の裏面からの反射を防ぐようにも設計できることから、基板内での多重反射の影響を軽減させることができ、良好な微細構造形成が可能になる。

また、この実施例では反射防止膜を蒸着法で作製したが、本発明では、この方法に限定されるものではなく、他にもスパッタリング製膜法やＣＶＤ製膜法などを用いてもよい。

また、反射防止膜をしては、ＭＧＦ_２、ＳＩ０、ＳＩＯ_２、ＴＩＯ_２、ＺＮＯ_２、ＣＥＦ_３、などが使用可能である。

図５のように反射防止膜を作製した後、マスク基板３０上の反射膜が形成されている面とは、反対側の面にレジストを塗布する。そして上記記載の金属微細構造の作製と同様に、電子線描画装置等で露光した後、リフトオフ法などの平坦化技術を用いてＡｇ、Ａｕ、およびＡｌなどの金属の微細構造を作製したものである。

また、マスク基板３０上に形成された微細構造３１に発生する局在プラズモンのひろがりは、電界強度の減衰長が影響してくる。また、感光させるレジストは、電界強度を減衰させる機能を有しているので、局在プラズモンのひろがりは、この感光させるレジストの厚さが影響することとなる。したがって、感光させるレジストの厚さは、プラズモンの減衰長の影響が出ない範囲以下に設定することが望ましい。また、この減衰長の影響が出る厚さは、金属の微細構造の厚さ程度であり、露光に使用する波長よりも小さいサイズの厚さとなる。したがって、基板３３上に形成された感光性材料からなるフォトレジスト層３２の厚さは１００ｎｍ以下が望ましい。また、最小の膜の厚さとしては、レジストを行った際に、レジストの役割をはたすだけの充分な厚さが必要である。

さらに、マスク基板３０上に形成された微細構造３１は局在プラズモンを効率良く発生させるためには金属の分散関数で、誘電体の実部が虚部よりも小さいほうが望ましい。したがってこの条件を満たすＡｇ、Ａｕ、Ａｌ及びこれらを含む合金などの金属で形成されていることが望ましい。

また、プラズモンはｐ偏光である。したがって、マスク基板１０上に形成された微細構造３１に局在プラズモンを効率良く発生させるためには、ｐ偏光の励起光から直接、プラズモンを励起することが望ましい。このことから、マスク基板３０に、入射する光の偏光方向がマスク基板３０に対してｐ偏光であることが望ましい。

上述したように、実施例１によれば、ナノメータオーダーの複雑な微細構造のパターンの形成を高精度で制御することができ、正確にパターンを転写し、複雑な微細構造を形成する方法を提供することができる。

高アスペクト比のレジストパターンを形成する為、２層のレジストを用いた微細パターン形成法について説明する。

図６は本発明の表面プラズモンを用いた近接場露光による高アスペクト比の微細構造形成方法を示す図である。

この微細構造形成方法は、基板上にドライエッチングにより除去可能な第１レジスト層と、光照射による照射部分のみまたは非照射部分のみが現像溶媒に可溶となる感光性の耐ドライエッチング性を有する第２レジスト層(構造体となる連続膜である)をこの順に積層してなる記録材料に、照射光を受けて局在プラズモンを発生させる手段により、記録材料の第２レジスト層に所望のパターン状で局在的に増強された電場を発生させ、その後、該第２レジスト層を現像することにより第２レジスト層のパターンを形成し、該パターンをマスクにして、第１レジスト層をドライエッチングすることにより、記録材料の基板上にパターンを形成する。また、実施例２におけるマスク基体は、前記実施例１で用いたマスク基体を用いている。

図６に、この微細パターン形成方法を示す。図６（ａ）に示すように、基板６４上に、有機高分子からなる第１レジスト膜６３と、感光性材料からなる第２レジスト層６２を、スピンコート法あるいはスプレイ法などによる塗布方法を用いて順次塗布し、２層レジスト層を形成する。一方、ガラス等の誘電体からなるマスク基板６０上に金属の微細構造のパターン６１を形成したマスク基体６５を用意する。なお、第１レジスト膜６３に用いられる有機高分子として、例えば芳香族含有ポリマーが挙げられる。

このマスク基体６５は、マスク基板６０上にレジストを塗布し、電子線描画装置等で露光した後、リフトオフ法などの平坦化技術を用いてＡｇ、Ａｕ、およびＡｌなどの金属の微細構造を作製したものである。なお、マスク基体６５は、実施例１におけるマスク基体６４と同様に、作成することができる。

次に、図６（ｂ）に示すように、ガラス等の誘電体からなるマスク基板６０上に金属の微細構造からなるパターン６１を形成したマスク基体６５を前記２層レジストに密着させる。

図６（ｃ）で、このように基板６３にマスク基体６５を重ねた状態で、実施例１と同様に、マスク基板６０の裏面側方からｇ線（４３６ｎｍ）の光を照射する。このとき、マスク基板上の微細構造６１にｐ偏光で光源からの光が入射させる。この時の入射角度はマスク基板鉛直方向に対して７０度以上、９０度未満が望ましい。そうすると図６（ｃ）に示すように、ｇ線の光照射によりマスクのパターン６１の金属が形成されている部分に局在プラズモンが発生し、金属の微細構造の近傍の入射光電界強度が増強される。この増強された電界により露光が行なわれ、露光されたフォトレジスト部分６２が感光する。次に、図６（ｄ）に示すように、第２レジスト層６２を、現像液で現像することにより、露光された部分６６が現像溶媒に可溶となり、パターンを形成する。このように、実施例２における第２レジスト層６２に対する露光及び現像は、実施例１と同様に行われる。

その後、図５（ｅ）に示すように、第２レジスト層６２のパターンをマスクにして、第１レジスト層６３をＯ_２プラズマなどによりドライエッチングし、アスペクト比の高い、金属の微細構造に対応したパターンを形成することができる。

また、マスク基板６０上に入射光に対する反射防止膜を形成することにより、入射光量を減少させることがなく、また基板内での多重反射の影響を軽減させることができ、良好な微細構造形成が可能になる。

以下に本発明の微細構造形成法について、別の実施例を示す。実施例３は、実施例１におけるマスク基体３４として、プリズムの底面に金属の微細構造のパターンを形成したマスク基体を用いたものである。

図７は本発明のプラズモンを用いた近接場露光による微細構造形成方法の別の実施例を示す図である。

図７（ａ）に示すように、実施例１と同様に、基板７３上に感光性材料からなるフォトレジスト層７２をスピンコート法あるいはスプレイ法などによる塗布方法を用いて順次塗布し、フォトレジスト層７２を形成する。

一方、ガラス等からなるプリズム７０の底面に金属の微細構造のパターン７１を形成したマスク基体７４を用意する。このマスク基体７４は、プリズム７０の底面上にレジストを塗布し、電子線描画装置等で露光した後、図４で述べたリフトオフ法などの平坦化技術を用いてＡｇ、Ａｕ、およびＡｌなどの金属の微細構造を作製したものである。

次に、図７（ｂ）に示すように、プリズム７０の底面に形成された金属の微細構造のパターン７１を基板７３側に対向させてマスク基体７４をフォトレジスト層７２に密着させる。

図７（ｃ）で、このように基板７３にマスクを重ねた状態で、プリズム７０の側面方向からｇ線（４３６ｎｍ）の光を照射する。このとき、プリズム７０の底面で入射光が全反射するため、プリズム底面上の微細構造７１に近接場光が照射される。このとき、微細構造７１にプラズモンを励起するためにｐ偏光で光源からの光を入射させることが好ましい。
そうすると図７（ｃ）に示すように、ｇ線の光照射によりプリズム７０底面のパターン７１の金属が形成されている部分に局在プラズモンが発生し、金属の微細構造の近傍の入射光電界強度が増強される。この増強された電場により露光が行なわれ、露光されたフォトレジスト部分７５が感光する。

感光後、図７（ｄ）に示すように、マスク基体７４を基板７３から外し、フォトレジスト層７２を現像液で現像することにより、露光された部分７５が現像溶媒に可溶となり、パターンを形成する。
アスペクト比が小さい構造については以上の方法で簡便に形成することができる。

なお、プリズムを使用した場合には入射光の光軸調整が簡易であり、入射に際しては特別な光学系を使用しないため入射光量を向上することができる。

また、プリズム７０側面に入射光に対する反射防止膜を形成することにより、実施例１と同様に、入射光量を減少させることを抑えることができる。また、反射防止膜を設けることで、基板の裏面からの反射を防ぐようにも設計できることから、基板内での多重反射の影響を軽減させることができ、良好な微細構造形成が可能になる。このような反射防止膜をしては、MgF2、SiO、CeF3などが使用可能である。

また、プリズム７０底面上に形成された微細構造７１に発生する局在プラズモンのひろがりは、電界強度の減衰長が影響してくる。したがって感光させるレジストの厚さが影響する。したがって感光させるレジストの厚さもプラズモンの減衰長の影響が出ないある範囲以下が望ましい。したがって基板７３上に形成された感光性材料からなるフォトレジスト層７２の厚さは１００ｎｍ以下が望ましい。

さらに、プリズム底面７０上に形成された微細構造７１は局在プラズモンを効率良く発生させるためには金属の分散関数で、誘電体の実部が虚部よりも小さいほうが望ましい。したがってこの条件を満たすＡｇ
また、プラズモンはｐ偏光である。したがってプリズム底面７０上に形成された微細構造７１に局在プラズモンを効率良く発生させるためには、励起光から直接プラズモンを励起することが望ましい。したがって入射する光の偏光方向がマスク基板７０に対してｐ偏光であることが望ましい。

高アスペクト比のレジストパターンを形成する為の２層レジストを用いた微細構造形成法の別の実施例について説明する。

実施例３は、実施例１におけるマスク基体３４として、プリズムの底面に金属の微細構造のパターンを形成したマスク基体を用い、マスク基板として、実施例２における２層のレジストを有するマスク基板を用いたものである。また実施例４で述べているマスクは前記実施例３で用いたマスクを用いている。

図８は本発明の表面プラズモンを用いた近接場露光による高アスペクト比の微細構造形成方法で別の実施例を示す図である。

図８（ａ）に示すように、実施例２と同様に、基板８４上に、有機高分子からなる第１レジスト膜８３と、感光性材料からなる第２レジスト層８２を、スピンコート法あるいはスプレイ法などによる塗布方法を用いて順次塗布し、２層レジスト層を形成する。
一方、実施例３と同様に、ガラス等からなるプリズム８０の底面に金属の微細構造のパターン８１を形成したマスク８５を用意する。このマスク８５は、プリズム８０の底面上にレジストを塗布し、電子線描画装置で露光した後、リフトオフ法などの平坦化技術を用いてＡｇ、Ａｕ、およびＡｌなどの金属の微細構造を作製したものである。

次に、図８（ｂ）に示すように、実施例３と同様に、プリズム８０の底面に形成されたパターン８１を基板８３側に対向させてマスク８５を前記２層レジストに密着させる。そうすると図８（ｃ）に示すように、プリズム８０の側面方向からｇ線（４３６ｎｍ）の光を照射する。このとき、プリズム８０の底面で入射光が全反射するため、プリズム底面上の微細構造８１に近接場光が照射される。この時、微細構造８１にプラズモンを励起するためにｐ偏光で光源からの光を入射させることが好ましい。

そうすると図８（ｃ）に示すように、ｇ線の光照射によりプリズム８０底面のパターン８１の金属が形成されている部分に局在プラズモンが発生し、金属の微細構造の近傍の入射光電界強度が増強される。この増強された電場により露光が行なわれ、露光されたフォトレジスト部分８６が感光する。次に、図８（ｄ）に示すように、第２レジスト層８２を、現像液で現像することにより、露光された部分８６が現像溶媒に可溶となり、ポジ型パターンを形成する。

その後、図８（ｅ）に示すように、実施例２と同様に、第２レジスト層８２のパターンをマスクにして、第１レジスト層８３をＯ_２プラズマなどによりドライエッチングし、アスペクト比の高い微細なパターンを形成することができる。

また、上記実施例では、照射する光はｇ線として説明として説明したが、本発明は、ｇ線に限らずｉ線やエキシマレーザ、Ｘ線等で実施することができる。

従来技術における基板上のレジスト層が一層のときの近接場露光による微細パターン形成方法を示す図である。 従来技術における基板上に２層のレジスト層を用いて近接場露光による微細パターン形成方法を示す図である。 本実施例１におけるプラズモンを用いた近接場露光による微細構造形成方法を示す図である。 本発明の実施例におけるマスク基板上の金属パターン形成方法を示す図である。 本発明の実施例におけるマスク基板上に反射防止膜を作製する方法を示す図である。 本実施例２におけるプラズモンを用いた近接場露光による微細構造形成方法を示す図である。 本実施例３におけるプラズモンを用いた近接場露光による微細構造形成方法を示す図である。 本実施例４におけるプラズモンを用いた近接場露光による微細構造形成方法を示す図である。

符号の説明

１０ ２０ ３０ ４０ ６０ マスク基板
１１ ２１ 微小開口パターンを有する金属
１２ ３２ ４１ ７２ フォトレジスト層
１３ ２４ ３３ ６４ ７３ ８４ 基板
１４ ２５ ３４ ６４ ７４ ８５ マスク基体
２２ ６２ ８２ 第２フォトレジスト層
２３ ６３ ８３ 第１フォトレジスト層
２６ ３５ ６６ ７５ ８６ 露光されたフォトレジスト部
３１ ６１ ７１ ８１ 金属微細構造パターン
４２ 金属構造
５０ 反射防止膜
７０ プリズム

Claims (8)

1. 基板上に微細パターンを有する構造体を形成する微細構造形成方法であって、
   前記基板上にフォトレジスト層を形成するフォトレジスト層形成工程と、
   前記フォトレジスト層に前記微細パターンの金属構造を有するマスク基体を、該フォトレジスト層と金属構造を互い接触させて露光する露光工程と、
   前記露光された感光樹脂層を現像して前記構造体を形成する工程とからなり、
   前記露光工程は、前記マスク基板に光を照射して、前記金属構造と接触するフォトレジスト層の領域を感光させることを特徴とする微細構造形成方法。
2. 前記露光工程は、前記光の照射により金属構造近傍にプラズモンを発生させることを特徴とする請求項１記載の微細構造形成方法。
3. 前記フォトレジスト層形成工程の前に、前記基板上に前記構造体となる連続膜を形成する工程と、
   前記露光工程の後に、前記微細パターンの開口部が形成されたフォトレジスト層をマスクとして前記連続膜を研削する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２記載の微細構造形成方法。
4. 前記マスク基体は、透明基体と、該透明基体表面に形成された前記金属構造からなり、
   前記露光工程は、金属構造が形成されていない面から光を入射することを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか一項記載の微細構造形成方法。
5. 前記透明基体は多面体プリズムからなることを特徴とする請求項４記載の微細構造形成方法。
6. 前記透明基体は、光が入射される面に反射防止膜が設けられていることを特徴とする請求項４または５記載の微細構造形成方法。
7. 前記金属構造は、Ａｇ、Ａｕ、およびＡｌからなる群のうち少なくとも１種の元素を含むことを特徴とする請求項１〜６のうち、いずれか一項記載の微細構造形成方法。
8. 前記光はｐ偏光であることを特徴とする請求項１〜７のうち、いずれか一項記載の微細構造形成方法。

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