JP2006019446A - 近接場露光方法及びこれを用いた素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 フォトマスクを使用した近接場露光において、各スリットにおける近接場露光の強度分布が同等となるようにする。
【解決手段】 ポジ型フォトレジストを使用したときに光潜像Ａｓ，Ｂｓ，Ｃｓ、及びネガ型フォトレジストを使用したときの光潜像Ｄｓ，Ｅｓ，Ｆｓと、定在波の節から入射界面への距離（レジスト厚さ）との間には相関関係がある。そこで、所望の形状の光潜像、すなわち光強度分布を得たいときには、この相関関係に基づいて、レジスト厚さを適宜な値に設定する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、近接場露光方法及びこれを用いた素子の製造方法に関する。

半導体メモリの大容量化やＣＰＵの高速化・高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となっている。一般に、光リソグラフィー装置を使用した微細加工における加工の限界は、光源の波長程度であるといわれている。このため、光リソグラフィー装置の光源として近紫外線レーザーを用いるなど短波長化が図られ、０．１μｍ程度の微細加工が可能となっている。

ところが、光リソグラフィー装置において、０．１μｍ以下の微細加工を行おうとすると、光源のさらなる短波長化が必要となり、この波長域でのレンズの開発等解決すべき課題も多い。

そこで、光リソグラフィー装置において、光源の短波長化とは別の方向で、微細加工を可能とする方法として、近接場露光法が注目されている。

特許文献１には、近接場マスク露光において「マスクに密着するレジスト厚を適切な薄さにすることによって、例えば波長程度の比較的大きな寸法の開口部から放射する光が回折により広がる影響を抑えること、及び比較的小さな、例えば半波長以下の、開口部近傍に局在するエバネッセント波を有効に露光に使用することが可能になる」ことが開示されている。

特開２００１−３５６４８６号公報

しかしながら、上述の特許文献１によると、複数の微細開口を有するフォトマスクを使用して近接場マスク露光を行った場合に、近接場光の強度分布にばらつきが発生するという問題が発生した。特に複数の微細加工のうち、最も端に位置する微小開口における強度分布が低いという問題が発生した。

そこで、本発明は、近接場露光において、近接場光の強度分布を適宜に補正することができる近接場露光方法及びこれを用いた素子の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、露光光の波長以下の開口幅を有する複数の微小開口を備えた遮光膜を、基板の表面に形成されたフォトレジスト層に密着させ、露光光源から露光光を照射して前記遮光膜の開口パターンを前記フォトレジスト層に転写する近接場露光方法であって、前記フォトレジスト層に形成される定在波の節から前記遮光膜までの距離と、前記フォトレジスト層における前記遮光膜近傍の近接場光の光強度分布との相関関係に基づいて、所望の光強度分布とすべく、前記定在波の節から前記遮光膜までの距離を決定する、ことを特徴とする。

また、本発明は、露光光の波長以下の開口幅を有する複数の微小開口を備えた遮光膜を、基板の表面に形成されたフォトレジスト層に密着させ、露光光源から露光光を照射して前記遮光膜の開口パターンを前記フォトレジスト層に転写する近接場露光方法であって、前記微小開口から前記フォトレジスト中にしみ出す近接場光と、前記微小開口から前記フォトレジスト中に放出されて前記基板表面で反射された光との干渉光について、前記近接場光と前記反射光との位相関係を調整して、前記遮光膜近傍の光強度分布の露光マスク面内方向のコントラストを所望の形状とし、前記光強度分布を用いて、前記フォトレジストに開口パターンの転写を行う、ことを特徴とする。

本発明によると、遮光膜近傍の光強度分布を適宜なものとすることができるので、光潜像形状を所望の形状に形成することができる。

以下、図面に沿って、本発明の実施の形態について説明する。なお、各図面において同じ符号を付したものは、同様の構成あるいは同様の作用をなすものであり、これらについての重複説明は適宜省略した。

＜実施の形態１＞
図１（ａ），（ｂ）に、近接場一括露光用の一般的なフォトマスク（露光マスク）１００を示す。なお、図１（ａ）は、フォトマスク１００を表面側（（ｂ）中の矢印Ｘ方向）から見た図であり、図１（ｂ）は支持体１０４に取り付けた状態のフォトマスク１００の、厚さ方向に切った縦断面図である。

同図に示すように、フォトマスク１００は、マスク母体１０１と、このマスク母体１０１上（表面）に設けられた遮光膜１０２とによって構成されている。

マスク母体１０１は、厚さＴが０．１〜１００μｍの、露光光（後述）に対して透過率の高い材料、例えば、ＳｉＮ，ＳｉＯ_２，ＳｉＣなどの材料によって形成されている。

これに対して、遮光膜１０２は、厚さがｔの、露光光に対して透過率の低い材料、例えば、Ｃｒ，Ａｌ，Ａｕ，Ｔａなどの金属材料によって形成されている。この遮光膜１０２には、複数の微小開口からなる開口パターン（微小開口群）１０３が形成されている。それぞれの微小開口は、例えば、図１（ａ）に示すように表面側から見た形状が矩形のスリットｓによって形成されている。スリットｓは、図１（ｂ）に示すように、遮光膜１０２を表裏方向に貫通している。このスリットｓの開口幅ｗは、露光光源（図２の水銀ランプ１３０）から発生される露光光の波長以下のサイズであり、また開口長さは開口幅ｗに対して十分に長く設定されている。このような開口パターン１０３の形成には、収束イオンビームや走査型プローブ加工機による直接加工、また電子ビームリソグラフィーやＸ線リソグラフィーなどによってレジスト膜を加工するリソグラフィー、ナノインプリント法や近接場露光法による微細パターン作製方法等を用いることができる。

上述のような全体として薄膜状のフォトマスク１００は、支持体１０４によって支持されている。支持体１０４は、図１（ｂ）に示すように形成されていて、マスク母体１０１の裏面の外周側を支持している。上述の遮光膜１０２のうちの、開口パターン１０３が形成されている部分は、支持体１０４の中空部分に対応している。

このフォトマスク１００は、基板（後述）に塗布した薄膜状のフォトレジストに密着させて、これに垂直な方向から光を照射して、パターンを露光するものである。

フォトマスク１００に照射された光によって、フォトレジスト中に形成される光強度分布がフォトレジスト中に光潜像を形成する。フォトレジストに適切な現像プロセスを施すことで、この光潜像に対応したフォトレジストパターンを得ることができる。

次に、図２を参照して、上述のフォトマスク１００を使用した露光装置１１０について説明する。この露光装置１１０は、上述のフォトマスク１００を保持して、フォトレジストが塗布されている基板に、パターンを転写をするものである。露光装置１１０を示す。

図２に示すように、近接場露光用のフォトマスク１００は、その表面を下側に向けた状態、すなわちマスク母体１０１上側で、遮光膜１０２が下側に位置した状態で支持体１０４を介して圧力調整容器１１１の下部に取り付けられている。言い換えると、フォトマスク１００は、表面側（同図中の下面）を圧力調整容器１１１の外側に、また裏面側（同図中の上面）を圧力調整容器１１１の向けた状態で配置されている。この圧力容器１１１は、その内側の圧力が、圧力調整手段１１２によって調整することができるようになっている。

被露光物としては、表面にレジスト膜（フォトレジスト）１２１が形成された基板１２０が使用される。基板１２０は、ステージ１２２上に取り付けられる。そして、ステージ３０８をｘ−ｙ面内で駆動して、フォトマスク１００に対して基板１２０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（同図中の上下方向）にステージ１２２を駆動し、フォトマスク１００を基板１２０上のフォトレジスト層１２１に密着させる。

圧力調整手段１１２によって圧力調整容器１１１内の圧力を調整して、フォトマスク１００の表面と基板１２０上のフォトレジスト層１２１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。

その後、露光光源としての水銀ランプ１３０から出射される露光光１３１をコリメーターレンズ１３２で平行光にした後、ガラス窓１３３を通し、圧力調整容器１１１内に導入し、フォトマスク１００に対して裏面側から照射する。このような照明によって、フォトマスク１００表面側のスリットの近くに生じる近接場でフォトレジスト層１２１の露光を行う。

図３（ａ）〜（ｄ）に、１層のバッファ層を含む本実施の形態のパターン作成方法を示す。２層レジスト法と呼ばれる方法である。図３（ａ）にフォトマスク１００と被露光物としての基板１２０とを示す。フォトマスク１００は、上述のように、マスク母体１０１と、開口パターン１０３を有する遮光膜１０２とによって構成されている。また、基板１２０は、以下のような構成である。Ｓｉ基板１２３上に、ネガ型フォトレジストをスピンコータで塗布する。その後、ハードベークして１層目の下層レジスト（汎用レジスト：バッファ層）１２４とする。下層レジスト１２４の膜厚は１８０ｎｍとした。この加熱処理によって、下層レジスト１２４の感光性能は失われる。

次に、この下層レジスト１２４上に、Ｓｉ含有ポジ型フォトレジスト（例えば、ＦＨ−ＳＰ３ＣＬ：富士フィルムアーチ社製）を塗布後、プリベークしてこれを２層目の上層レジスト１２５とする。上層レジスト１２５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層を形成した。

２層構造のフォトレジスト層が塗布されたＳｉ基板１２３とフォトマスク１００とを、前述の図２に示す露光装置１１０によって近接させ、圧力を加えて上層レジスト１２５とフォトマスク１００とを密着させる。フォトマスク１００を介して露光光１３１を照射して、フォトマスク１００上のパターンを上層レジスト１２５に露光する（図３（ｂ））。その後、フォトマスク１００を上層レジスト１２５表面から離し、上層レジスト１２５の現像、ポストベークを行い、フォトマスク１００上のパターンをレジストパターンとして転写した（図３（ｃ））。

２層のフォトレジストの膜厚の合計が２００ｎｍとなっていることから、図４に示すように、側壁が垂直に近い光潜像が形成された上層レジストパターンとして、垂直性が高く、寸法精度の高いものが得られる。

引き続いて、上層レジスト１２５によるパターンをエッチングマスクとした酸素リアクティブイオンエッチングによって１層目である下層レジスト１２４をエッチングする（図３（ｄ））。ここで、酸素リアクティブイオンエッチングは、上層レジスト１２５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１００上の様々なパターンを基板１２０上にアスペクト比の高いレジストパターンとして大きさを揃えて転写することができる。

ここで、例えば上述のプロセスにおいて、上層レジスト１２５に形成されたレジストパターンを、下層レジスト１２４にパターンを形成するために用いる場合には、上層レジスト１２５に開いた開口のボトムのサイズが最も重要な量となる。この場合、この上層／下層の界面近傍で電界強度が急峻に変化しているときにサイズ変動の小さなレジストパターンが得られることになる。

また、このレジストパターンを直ちに下地基板である基板１２０のエッチングマスクとして用いる場合に、側壁の垂直性が高ければ、転写後のパターンサイズの精度を高めることができる。一方、これとは逆に、形成されたレジストパターン上に、金属膜を形成して回折光学素子やサブ波長サイズの光学素子を形成する場合には、素子の設計に応じてむしろなだらかに形状の変化する正弦波状のレジストパターンが望ましい場合もある。

ここに例示したような目的に応じた所望の断面形状のレジストパターンを得るために、露光・現像のプロセス条件を適切に選定することと合わせて、露光時のフォトレジスト層１２１内の光強度分布を制御することも有効である。

特に、近接場露光ではフォトレジスト層１２１の厚さ方向の光強度分布を制御することにより、多様なレジストプロファイルが得られる可能性がある。

伝搬光は概ね平面波として記述されてフォトレジスト層１２１の厚さ方向へは急激な変化をしないのに対して、スリット（微小開口）からしみ出す近接場光は、スリットからの距離に依存する光強度分布を有するためである。伝搬光を用いて光学像を形成する投影露光法との大きな違いである。

さて、上述したようにフォトマスク１００をフォトレジスト層１２１に密着させて光を照射するときに、スリットの開口部近傍に近接場光が生じるが、同時にフォトレジスト層内には下向き伝搬光と上向き伝搬光との干渉で定在波が形成されることになる。

この定在波は、開口部からしみ出す光の伝搬光成分が、フォトレジスト／基板界面及びフォトレジスト／遮光膜界面のそれぞれで反射されることによって形成される。ここで、それぞれの界面での振幅反射率をｒ１、ｒ２とする。また、遮光膜の開口部の屈折率（通常は空気ないし真空で屈折率は１となる）に対して定義されるフォトレジスト／開口界面での振幅反射率をｒｖとする。

いま、伝搬光のエネルギーは、遮光膜側から導入されるものであるので、伝搬光である平面波は、フォトレジスト／遮光膜界面（ｚ＝０とする）からフォトレジスト／基板界面（ｚ＝Ｌとする）に向かってｚ軸方向に中に伝わっていくものとして、定在波の状態を考える。

定在波の複素電界強度Ｅ（ｚ）は、
Ｅ（ｚ）＝（ｅｘｐ（ｉｋｚ）＋ｒ１ｅｘｐ［−ｉｋｚ］
＊ｅｘｐ［２ｉｋＬ］）／（１−ｒ１ｒ２ｅｘｐ（２ｉｋＬ））……（ａ）
と表される。ここでｋ＝ｎω／ｃは、角振動数ωの光の波数であり，ｎはフォトレジストの屈折率である。

ちなみに、フォトレジスト／遮光膜界面の開口部の影響を考えるためには、式（ａ）において、ｒ２をｒｖに置き換えればよい。この置き換えを行っても、得られる定在波分布の腹と節の位置に格段の変化は生じなかった。

このような定在波の分布は、フォトレジスト／基板界面の反射率ｒ１、及びフォトレジスト層１２１の厚さＬ、波数ｋを介してフォトレジストの屈折率に依存することがわかる。さらに、フォトレジスト／基板界面の反射率ｒ１は、基板１２０の最上層に屈折率制御層を設け、ここの屈折率と厚さを制御することによっても調整できることが分かる。この場合、基板１２１とその上に設けた屈折率制御層とを合わせたものが、ここまでの説明における「基板」に相当することになる。

ここまで説明してきたように、定在波と、スリットの開口部から生じる近接場光とを考慮した上で、薄膜のフォトレジスト層１２１中の光強度分布、すなわち光潜像の形状を議論するためには、ベクトル電磁界解析手法を用いた数値解析を行うことが有用である。

発明者は、ベクトル電磁界解析手法のひとつである有限差分時間域法によってこの光潜像の形状を解析した。

計算の前提は以下のものである。マスク母材１０１は屈折率１．９のＳｉＮを使用し、このマスク母材１０１表面に遮光膜１０２として厚さ５０ｎｍのＣｒ膜を設け、この遮光膜１０２に微小開口であるスリットが形成されている。このフォトマスク１００は、Ｓｉ基板１２３上のフォトレジスト層１２１に密着させた。露光光の波長は真空中で４３６ｎｍのｇ線として、計算を行った。計算例としては、開口幅が４０ｎｍのスリットがピッチｐ＝１００ｎｍで繰り返されるパターンを用いた。

これらの解析の結果、以下のことが見出された。
（１）フォトレジスト層１２１中に形成される光潜像の形状は、ネガ型フォトレジストを使用する場合、ポジ型フォトレジストを使用する場合のそれぞれについて、大きく３種類に分類できることが判明した。図４（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、ポジ型フォトレジストの３種類を光潜像の概略形状を示し、また図４（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）に、ネガ型フォトレジストの３種類を光潜像の概略形状を示す。なお、これら（Ａ）〜（Ｆ）の図中における、右上がりの斜線領域は、フォトレジスト層１２１がある部分、すなわちフォトレジスト層１２１の非溶解部分に対応し、でき上がりのレジストパターンに相当する。また、左上がりに斜線領域は、遮光膜１０２がある部分を示している。
（２）これらの光潜像の形状は、フォトレジスト層１２１に形成される定在波の分布と強く関係していること。より詳細には、上述の式（ａ）で表される定在波の分布において、節から入射界面（フォトレジスト／遮光膜界面）までの距離が、光強度分布において極めて支配的なパラメータである。

ここで光潜像の形状とは、フォトマスク１００の遮光膜１０２側の上側のマスク母材１０１の中で振幅１の平面波が遮光膜１０２を照明したときに、フォトレジスト層１２１中での光強度について、等強度線で表されるものである。光潜像を定義する光強度としておおむね０．０５から２の範囲内から選ばれることが多い。さらに典型的には０．１から１の間の適当な強度をもって、光潜像のサイズとしたときに、実プロセスの結果との対応がよくなることが多い。

この等強度線よりも開口部に近い領域では近接場の光強度が強く、この等強度線よりも開口部から遠い領域では近接場の光強度が弱い。

光潜像の形状について、図４（Ａ）〜（Ｆ）を参照して詳述する。

フォトレジスト層１２１としてポジ型フォトレジストを用いる場合とネガ型フォトレジストを用いる場合とで、実用的な潜像形状を与える強度は、少し異なる場合がある。ネガ型フォトレジストを用いた場合には、露光して非溶解とする部分が、相互に接続した形状になるように、比較的露光量を多めに設定することになるためである。すなわち、計算結果から選ぶ等強度線の強度の値としては、小さ目のものを選定することになる。

はじめにポジ型フォトレジストを前提とする場合の潜像分布について見ていく。以下、潜像の幅ｈとは、図中の白抜き部の幅を指す（光強度がより強い領域の幅である）。

（Ａ）の光潜像Ａｓは、遮光部の縁１０２ａ，１０２ｂから１０ｎｍ程度後退した位置から始まる。光潜像Ａｓは遮光部の下から、深さ１０〜４０ｎｍ程度まで到達し、この側壁部分ｈ１，ｈ２は、垂直性が良好な形状となっている。光潜像Ａｓの底部ｈ３は、遮光膜１０２の縁１０２ａ，１０２ｂ近傍から下がる側壁ｈ１，ｈ２につながっている。光潜像Ａｓの幅ｈは、深さに対してあまり変化しない。なお、以下の（Ｂ）〜（Ｆ）の説明においては、符合は適宜省略する。

（Ｂ）の光潜像Ｂｓの形状は、（Ａ）と同様に、遮光部の縁から１０ｎｍ程度後退した位置から始まる。そして、光潜像Ｂｓの側壁部分は緩やかな円弧を描きながらフォトレジスト中に浸入するが、この境界線は開口部直下に向かうことなく、同じ遮光部の反対の縁近傍に戻ってくる。光潜像Ｂｓの幅は、フォトレジスト中の深さに対して単調増加する。

（Ｃ）の光潜像Ｃｓの形状は、遮光部の縁から２０ｎｍ程度後退した所から始まる。光潜像Ｃｓの上側における幅は、遮光膜の開口部の幅と比べて大幅に拡大している。ここから、フォトレジスト中深くに侵入するにつれて、開口部の下に緩やかに近づいていき、開口部直下で最も深くなる。すなわち、光潜像Ｃｓの幅は深さとともに狭くなっていく。そして、隣接する遮光部の下でフォトレジストの表面に戻ってくる。

この（Ｃ）における（Ａ）との違いは、光潜像Ｃｓの側壁部分がなだらかな傾斜を有しており、光潜像Ｃｓのサイズが、フォトレジスト内で深さとともに小さくなっていくことである。

これら、（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の光潜像Ａｓ，Ｂｓ，Ｃｓの形状の境界は、露光・現像の条件、すなわち光潜像の境界線として選ぶ強度の選定によって、多少の影響は受けるものの、全体の傾向は、上に示したとおりである。この影響を考慮した場合には、図４で潜像形状を区別した境界線は±１５ｎｍ程度の誤差を有するもの、ということができる。

つづいて、ネガ型フォトレジストを前提とする場合の潜像分布について説明する。ここでは、光潜像Ｄｓ，Ｅｓ，Ｆｓの幅とは、図中の右上がりの斜線領域の幅を指す（光強度がより強い領域の幅である。）。

（Ｄ）の光潜像Ｄｓは、遮光部の縁から、開口部をまたがずに、同じ遮光部の反対側へ至るものである。フォトレジストに形成される光潜像の幅は、深さに応じて単調に広くなる。

（Ｅ）の光潜像Ｅｓは、開口部をまたがない点は上述の（Ｄ）の光潜像Ｄｓと同様であるが、フォトレジスト内で深さとともに光潜像Ｅｓの幅が狭くなっていく領域が存在している。

（Ｆ）の光潜像Ｆｓは、遮光部下から始まって、開口部をまたいで隣接する遮光部下まで到達する。比較的なだらかな形状のものである。

単層のフォトレジスト層に対して適用して上述の（Ｂ）ないし（Ｆ）の形状の光潜像Ｄｓ，Ｅｓ，Ｆｓを用いてレジストパターンを形成することは容易ではないが、２層レジスト法などの表面イメージング法と組み合わせた場合には、（Ｂ）ないし（Ｆ）の光潜像Ｄｓ，Ｅｓ，Ｆｓも利用可能となる。

これらの潜像形状のなかから、先に述べたように個別にプロセス・目的に応じた潜像形状を選択することができる。そのためには、所望の光強度分布に応じたレジスト膜厚、基板を構成する屈折率制御層の膜厚・屈折率の選定を行えばよい。このときに、選定の具体的な指針として、式（ａ）を参照して、この定在波分布の節とレジスト／遮光膜界面との距離を選定することで、簡便に指針が得られる。

図４の下側のグラフに、上述の（Ａ）〜（Ｆ）の光潜像Ａｓ〜Ｆｓを得るための、定在波の節から入射界面への距離を示す。同グラフでは、横軸にフォトレジストのレジスト厚さ（ｎｍ）をとり、縦軸に定在波の節から入射界面への距離をとっている。同グラフから、レジスト厚さを決めると、定在波の節から入射界面への距離が一義的に決まり、同時に、ポジ型フォトレジストにおける光潜像の形状が（Ａ）〜（Ｃ）のうちから決まる。同様に、ネガ型フォトレジストを使用する場合には、そのときの光潜像の形状が（Ｄ）〜（Ｆ）から決まる。この逆に、光潜像の形状を決定すれば、それを実現するためのレジスト厚さが決まる。なお、光潜像の所定の形状を与えるレジスト厚さは、定在波の波長に対応して、周期的に繰り返される。

ここで、例えば、ポジ型フォトレジストに対して、（Ａ）の光潜像Ａｓの形状を目指す場合には、定在波の波長をλＲとすると、定在波の節から遮光膜までの距離が０．１６λＲから０．４λＲの範囲となるように選定すればよいことが、図４から読み取ることができる。このような形状を選んだときには特に、フォトレジスト中の深いところまで到達する近接場光の強度分布を得ることができる。

以上述べてきたスリットの開口部近傍の光強度分布に対する、フォトマスク面内方向のコントラスト制御方法に関しては、フォトマスクの遮光膜の開口部からしみ出る近接場光と、基板からの反射光との干渉から説明することもできる。

フォトマスクの遮光膜の開口部からしみ出た近接場光は、その一部がフォトレジスト中で伝搬光に変換され、基板との界面で反射されて、逆方向に進み、開口部近傍の近接場光と干渉する。この干渉による光強度分布のフォトマスク面内方向のコントラストが開口部近傍の所望のフォトレジスト中で大きくなるのは、その位置における近接場光と反射光との位相がほぼ一致する場合である。

ここで、フォトレジストの屈折率をｎｒ、基板の屈折率ｎｓとすると、ｎｒ＜ｎｓの場合は、基板表面での反射光は位相が反転するため、開口部近傍で近接場光と反射光の位相とがほぼ一致する条件は、前述のフォトレジストの厚さＬ、露光光の波長λ、フォトレジスト内波長λＲを用いて、
ｎｓ×Ｌ≒（１／４＋ｍ／２）×λ
ただし、ｍ＝０，１，２……）
又は、
Ｌ＝（１／４＋ｍ／２）×λＲ
ただし、ｍ＝０，１，２……）
と表すことができる。

また、ｎｒ＞ｎｓの場合は、基板表面での反射光は位相が反転しないため、開口部近傍で近接場光と反射光との位相がほぼ一致する条件は、
ｎｓ×Ｌ≒（１／２＋ｍ／２）×λ
ただし、ｍ＝０，１，２……）
又は、
Ｌ＝（１／２＋ｍ／２）×λＲ
ただし、ｍ＝０，１，２……）
と表すことができる。

このように開口部からしみ出る近接場光と基板反射光との位相関係を制御して、フォトマスク近傍の光強度分布の、フォトマスク面内方向のコントラストの制御を行うことができる。

実際には、上述の開口部からしみ出る近接光と基板からの反射光とに加え、さらに基板からの反射光がフォトマスク表面で反射された光が干渉し、上述の干渉条件から少しずれたものとなる。これを数値的に解析した結果が前述の図４で述べた内容である。

ここで、フォトマスク近傍の光強度分布のフォトマスク面内方向のコントラストを大きくするために、反射光強度を増大させることが有効である。例えば、基板として、露光光に対して、反射率が低い場合は、その表面に金属等の高反射率層を設ければよい。

なお、２層レジスト等、フォトレジストと基板との間にバッファ層（上述の下層レジスト）設ける場合は、上述の干渉条件におけるＬの代わりに、フォトレジストの厚さＬ、屈折率ｎｒ、バッファ層の厚さＬ’、屈折率ｎｂを用いて、フォトレジストと基板との間の光学的距離を表す
ｎｒ＊Ｌ＋ｎｂ＊Ｌ’
を用いればよい。

＜実施の形態２＞
屈折率がフォトレジストよりも小さい基板へのパターン形成を行い、なだらかなレジスト形状を利用した光学素子を作成する例を示す。

ここでの被露光物は、屈折率がフォトレジストよりもわずかに小さいＳｉＯ_２基板と、その上に形成した２０ｎｍ厚のＣｒ層からなる。フォトレジストとＳｉＯ_２の界面では屈折率差が小さく、この界面での反射率が大きくないので、間にＣｒ層を導入した。Ｃｒ層の上に、厚さ１５０ｎｍのポジ型フォトレジスト、例えばＡｚ７９０４を塗布した。

この被露光基板とフォトマスクを図２に示す露光装置１１１によって近接させ、圧力を加えてフォトレジストとフォトマスクとを密着させる。フォトマスクを介して露光光を照射して、フォトマスク上のパターンをフォトレジストに露光した。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。

このレジスト厚さを選んだことで、図４（Ｃ）に示すような光潜像Ｃｓ、すなわち、レジストパターンのプロファイルがなだらかな光潜像を形成し、この光潜像によって同様のレジストパターンを形成することができる。

こうして形成されたレジストパターンの上から、５０ｎｍ厚のＡｕを成膜して、反射型回折格子を構成する。これにより、なだらかなレジストパターンを反映した、角のとれたプロファイルの回折格子とすることができる。

＜実施の形態３＞
ネガ型フォトレジストを用いたレジストパターニングの例によって、フォトレジストの種類に応じたレジスト厚の選定を示す。

被露光物は、以下のような構成である。Ｓｉ基板上に、ネガ型フォトレジストをスピンコータで塗布する。レジスト厚を１００ｎｍとした。

この被露光基板とフォトマスクを図２に示す露光装置１１０によって近接させ、圧力を加えてフォトレジストとフォトマスクとを密着させる。フォトマスクを介して露光光を照射して、フォトマスク上のパターンをフォトレジストに露光した。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する。

このレジスト厚では、ポジ型フォトレジストへのパターニングは困難であるが、ネガ型フォトレジストに対しては、深さ２０ｎｍ程度のレジストパターンを形成することができる。

＜実施の形態４＞
上述のように、微小開口（開口部）近傍の近接場分布を制御した近接場露光の方法を用いて、露光・現像後に形成されるレジストパターンの断面形状を制御することができる。このレジストパターンを各種基板に転写することにより、１００ｎｍ以下のサイズの種々の形状の構造を形成することが可能である。

このような１００ｎｍ以下のサイズの構造の製造技術を例えば、
（１）５０ｎｍサイズのＧａＡｓ量子ドットを５０ｎｍ間隔で２次元で並べた構造製造に用いることによる量子ドットレーザー素子、
（２）５０ｎｍサイズの円錐状ＳｉＯ２構造をＳｉＯ２基板上に５０ｎｍ間隔で２次元に並べた構造製造に用いることによる光反射防止機能を有するサブ波長素子（ＳＷＳ）構造、
（３）ＧａＮや金属からなる１００ｎｍサイズの構造を１００ｎｍ間隔で２次元に周期的に並べた構造製造に用いることによるフォトニック結晶光学デバイス、プラズモン光学デバイス、
（４）５０ｎｍサイズのＡｕ微粒子をプラスティック基板上、５０ｎｍ間隔で２次元に並べた構造製造に用いることによる局在プラズモン共鳴（ＬＰＲ）や表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）を利用したバイオセンサやマイクロトータル解析システム（μＴＡＳ）、
（５）トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、近接場光学顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）に用いられる５０ｎｍ以下のサイズの尖鋭な構造製造に用いることによるＳＰＭプローブ等のナノエレクトロメカニカルシステム（ＮＥＭＳ）素子、
等の具体的素子製造に応用することができる。

（ａ）は一般的なフォトマスクの構成を示す上面図である。（ｂ）は支持体に取り付けられた上体の一般的なフォトマスクの縦断面図である。 露光装置の構成を示す縦断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は２層レジスト法によりレジストパターンの製造方法を説明する図である。 レジスト厚さと光潜像の形状との関係とを説明する図である。

符号の説明

１００ フォトマスク（露光マスク）
１０１ マスク母体
１０２ 遮光膜
１０３ 開口パターン（開口群）
１２０ 基板（被露光基板）
１２１ フォトレジスト層
１２３ Ｓｉ基板
１２４ 下層レジスト
１２５ 上層レジスト
１３１ 露光光
ｓ スリット（微小開口）

Claims (12)

1. 露光光の波長以下の開口幅を有する複数の微小開口を備えた遮光膜を、基板の表面に形成されたフォトレジスト層に密着させ、露光光源から露光光を照射して前記遮光膜の開口パターンを前記フォトレジスト層に転写する近接場露光方法であって、
   前記フォトレジスト層に形成される定在波の節から前記遮光膜までの距離と、前記フォトレジスト層における前記遮光膜近傍の近接場光の光強度分布との相関関係に基づいて、所望の光強度分布とすべく、前記定在波の節から前記遮光膜までの距離を決定する、
   ことを特徴とする近接場露光方法。
2. 上記定在波が、フォトレジスト／基板界面での反射光と、フォトレジスト／遮光膜界面での反射光との干渉で形成されるものである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の近接場露光方法。
3. 前記定在波の節から前記遮光膜までの距離を決定するために、前記フォトレジストの厚さ、前記フォトレジスト層の屈折率、前記露光光の波長、の少なくとも一つを調整する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の近接場露光方法。
4. 前記基板が、下地基板とこの上に形成された屈折率制御層との積層構造からなる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の近接場露光方法。
5. 前記定在波の節から前記遮光膜までの距離を決定するために、前記屈折率制御層の屈折率、前記屈折率制御層の厚さ、の少なくとも一つを調整する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の近接場露光方法。
6. 前記フォトレジスト層がポジ型フォトレジストであり、前記定在波の前記フォトレジスト内での波長をλＲとしたときに、前記定在波の節から前記遮光膜までの距離が０．１６λＲから０．４λＲの範囲内にある、
   ことを特徴とする請求項１に記載の近接場露光方法。
7. 露光光の波長以下の開口幅を有する複数の微小開口を備えた遮光膜を、基板の表面に形成されたフォトレジスト層に密着させ、露光光源から露光光を照射して前記遮光膜の開口パターンを前記フォトレジスト層に転写する近接場露光方法であって、
   前記微小開口から前記フォトレジスト中にしみ出す近接場光と、前記微小開口から前記フォトレジスト中に放出されて前記基板表面で反射された光との干渉光について、前記近接場光と前記反射光との位相関係を調整して、前記遮光膜近傍の光強度分布の露光マスク面内方向のコントラストを所望の形状とし、前記光強度分布を用いて、前記フォトレジストに開口パターンの転写を行う、
   ことを特徴とする近接場露光方法。
8. 前記位相関係の調整が、前記フォトレジスト層の上面と前記基板表面との間の光学的距離を調整することにより行われる、
   ことを特徴とする請求項７に記載の近接場露光方法。
9. 前記基板表面に接する材料の屈折率が前記基板の屈折率より小さい場合、前記フォトレジスト層の上面と前記基板表面との光学的距離をほぼ（１／４＋ｍ／２）×λＲ（ただし、ｍ＝０，１，２……）とすることで、前記遮光膜近傍の光強度分布の露光マスク面内方向のコントラストを大きくする、
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載の近接場露光方法。
10. 前記基板表面に接する材料の屈折率が前記基板の屈折率より大きい場合、前記フォトレジスト層の上面と前記基板表面との光学的距離をほぼ（１／２＋ｍ／２）×λＲ（ただし、ｍ＝０，１，２……）とすることで、前記遮光膜近傍の光強度分布の露光マスク面内方向のコントラストを大きくする、
    ことを特徴とする請求項７又は８に記載の近接場露光方法。
11. 前記基板と前記フォトレジスト層の間に高反射率層を設ける、
    ことを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の近接場露光方法。
12. 請求項１ないし１１のいずれか１項に記載の近接場露光方法を用いた素子の製造方法。
    

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