JP2011526069A - 大面積ナノパターン形成方法および装置 - Google Patents

Abstract

本発明の実施形態は、放射線感受性材料をイメージングするために回転式マスクが使用される、大面積の基体のナノパターン形成に有用な方法および装置に関する。典型的には、この回転式マスクは円筒を含む。このナノパターン形成技術は、基体をパターン形成するために使用されるマスクがその基体と動的接触にある、近接場フォトリソグラフィを利用する。この近接場フォトリソグラフィはエラストマーの位相シフトマスクを利用してもよいし、または回転する円筒表面が金属ナノホールまたはナノ粒子を含む表面プラズモン技術を用いてもよい。
【選択図】図６Ａ

Description

本発明の実施形態は、大きい基体、または巻かれた物品として販売される可能性があるフィルムなどの基体をパターン形成するために使用することができるナノパターン形成方法に関する。本発明の他の実施形態は、基体をパターン形成するために使用されてもよい、および記載される種類の方法を含めた方法の実施形態を実施するために使用されてもよい装置に関する。

この節は、本発明の開示された実施形態に関連する背景主題を記載する。この節で論じられる背景技術が法律的に先行技術を構成するということを、明示的にも暗示的にも表現する意図はない。

ナノ構造形成は、多くの用途および産業のため、および開発中の新しい技術のために必要である。効率の改善は、太陽電池およびＬＥＤなどの領域、および例えば、そして限定としてではなく次世代のデータ記憶デバイスにおける現在の用途に対して成し遂げることができる。

ナノ構造形成された基体は、例えば電子線直接描画、深紫外線リソグラフィー、ナノ粒子リソグラフィー、ナノインプリントリソグラフィ、近接場位相シフトリソグラフィー（ｎｅａｒ−ｆｉｌｅｄ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、およびプラズモニックリソグラフィー（ｐｌａｓｍｏｎｉｃ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）などの技術を使用して製造されてもよい。

ナノインプリントリソグラフィ（ＮＩＬ）は、インプリントレジストの機械的変形、それに続く後加工によってパターンを作成する。インプリントレジストは、典型的には、インプリンティングの間に熱によってまたはＵＶ光によって硬化される単量体配合物または高分子配合物である。ＮＩＬの多くのバリーションが存在する。しかしながら、このプロセスのうちの２つが最も重要であると思われる。これらは熱可塑性ナノインプリントリソグラフィ（ＴＮＩＬ）およびステップアンドフラッシュナノインプリントリソグラフィ（ＳＦＩＬ）である。

ＴＮＩＬは、最も初期のかつ最も成熟したナノインプリントリソグラフィである。標準的なＴＮＩＬプロセスでは、インプリントレジスト（熱可塑性ポリマー）の薄層が試料基体の上へとスピンコーティングされる。次いで、所定の位相幾何学的パターンを有する型がその試料と接触するようにされ、そして与えられた圧力の下でその試料に対して押し付けられる。その熱可塑性ポリマーのガラス転移温度よりも上に加熱されるとき、この型の上のパターンは熱可塑性ポリマーフィルムの融解物へと押し付けられる。押し付けられた型を伴うこの試料が冷却された後、この型はその試料から分離され、このインプリントレジストがその試料基体表面上に残される。このパターンはそのインプリントレジストを貫通しない。試料基体表面の上に残る未変化の熱可塑性ポリマーフィルムの残留厚さが存在する。反応性イオン・エッチングなどのパターン転写プロセスを、そのレジストにあるパターンを下にある基体へと転写するために使用することができる。未変化の熱可塑性ポリマーフィルムの残留厚さのばらつきは、そのパターンを基体へと転写するために使用されるエッチングプロセスの均一性および最適化に関する問題を呈示する。

ＳＦＩＬプロセスでは、ＵＶ硬化性液体レジストが試料基体へと付与され、型は溶融シリカなどの透明な基体で作られる。この型および試料基体が一緒に押し付けられた後に、レジストはＵＶ光を使用して硬化され、固体になる。硬化されたレジスト材料からのその型の分離後、ＴＮＩＬで使用されたパターンと類似のパターンが、そのパターンを下にある試料基体へ転写するために使用されてもよい。テンプレートの寿命、スループット率、インプリント層の許容差、およびそのパターンを下にある基体に転写する間の限界寸法制御を含めた多くの難題が、ＳＦＩＬおよびＴＮＩＬプロセスの両方に関して存在する。インプリンティングプロセス後に残る残留するインプリントされない層は、主たるパターン転写エッチングに先立ってさらなるエッチング工程を必要とする。単一場（ｓｉｎｇｌｅ ｆｉｅｌｄ）ＮＩＬは、大面積にわたって均一な圧力を維持する上での問題に起因して、複製されるパターンの均一性を大きい表面積の基体にわたって制御する上での困難さを有する。ステップアンドリピート（ｓｔｅｐ−ａｎｄ−ｒｅｐｅａｔ）法は、潜在的には大面積を覆うことができるが、各工程で形成される微細構造は他のステップから独立であり、そして継ぎ合わせることのない大面積にわたる継ぎ目のない微細構造またはナノ構造の形成は１つの問題である。繰り返されるパターン転写が適正に整列されない場合、継ぎ合わせの誤差が発生する。

均一にパターン形成されたローラー表面を得ることができれば、ロールツーロール加工が可能であろう。１９８４年１１月１３日公開の、発明の名称「大面積露光装置」の特許文献１において、青木寿男（Ｔｏｓｈｉｏ Ａｏｋｉ）らは、透明円筒ドラムであって、内部光源、および円筒ドラムの外側に取り付けられたパターン形成されたフォトマスク材料のフィルムとともに回転および前進できる透明円筒ドラムの使用を記載する。透明な熱反射性材料のフィルムはこのドラムの内部に存在する。表面上にアルミニウム膜およびこのアルミニウム膜の上にあるフォトレジストを有する基体は、このドラム表面上のパターン形成されたフォトマスクと接触されて、イメージング光は、このフォトマスクを通過してこのアルミニウム膜の表面上のフォトレジストをイメージングする。このフォトレジストは、その後現像されて、パターン形成されたフォトレジストを与える。次いでこのパターン形成されたフォトレジストは、その基体上に存在するアルミニウム膜に対するエッチングマスクとして使用される。

フォトマスクフィルムとして、またはそのアルミニウム膜の表面上のフォトレジストとして使用された材料の種類に関する記載はない。高圧水銀ランプ光源（５００Ｗ）が、アルミニウム膜の上にあるフォトレジストをイメージングするために使用された。約２１０ｍｍ（８．３インチ）×１５０ｍｍ（５．９インチ）および厚さ約０．２ｍｍ（０．００８インチ）のガラス基体は、円筒ドラムパターン転写装置を使用して製造された。この技術を使用して転写されたパターンの加工寸法（ｆｅａｔｕｒｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）は、見かけ上は約２２．２μｍ×２２．２μｍの寸法を有する正方形であり約５００μｍ^２であった。この加工寸法は、当該特許出願が１９８４年に出願された当時のＬＣＤディスプレイのおよその画素サイズに基づいていた。この円筒ドラムの外部にあるフォトマスクフィルムは、およそ１４０，０００パターン転写持ちこたえると言われていた。青木寿男らによって使用された接触リソグラフィースキームは、サブミクロンの加工部（ｆｅａｔｕｒｅ）を製造することはできない。

フィンランドの技術研究センターであるＶＴＴのＴａｐｉｏ Ｍａｋｅｌａらは、高スループットでサブミクロンの構造体を製造するための専用の、特注の実験室スケールのロールツーロールインプリンティングツールについての情報を公開した。日立（Ｈｉｔａｃｈｉ）等は、シートまたはロールツーロール基本型のＮＩＬ機を開発し、１５メートル長のシートを加工する能力を実証した。目標は、燃料電池、バッテリおよび場合によりディスプレイ用の膜などの大きい幾何構造用途のためのポリスチレンシートをインプリントするための、ベルトモール（ニッケルメッキされた型）を使用する連続インプリントプロセスを創出することであった。現在、この基本型のツールは、所望のスループットを提供していない。加えて、インプリントされた表面に関する信頼性および再現性を改善する必要がある。東芝（Ｔｏｓｈｉｂａ）もまた、サブミクロンの加工寸法を製造すると言われているロールツーロールＵＶインプリンティングツールについての情報を公開した。

このロールツーロールＮＩＬを含めたナノインプリンティングリソグラフィー技術は、いまだ多くの難題を克服しなければならない。欠陥は、ネガ型のパターンの不十分な充填および高分子材料に対して発生することが多い収縮現象によって生み出される可能性がある。型と基体との間の熱膨張係数の差は横方向の歪みを引き起こし、そしてこの歪みはそのパターンの角に集中する。この歪みは欠陥を誘発し、離型工程の間にこのパターンの基礎部分で破壊欠陥を引き起こす。加えて、インプリンティングプロセス後に残る残留するインプリントされていない層の不均一な厚さは、インプリントされたレジスト層の下の大面積基体への均一にエッチングされたパターンを得るという点では、特に有害である。

ソフトリソグラフィーは、マイクロファブリケーションおよびナノファブリケーションの方法としてフォトリソグラフィに代わるものである。この技術は、自己組織化単分子層のレプリカ成形に関連する。ソフトリソグラフィーでは、表面上にパターン形成されたレリーフ構造を有するエラストマーのスタンプが使用されて、３０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲の加工寸法を有するパターンおよび構造が生成される。最も有望なソフトリソグラフィー技術は、自己組織化した単分子層（ＳＡＭＳ）を用いるマイクロコンタクトプリンティング（μＣＰ）である。μＣＰの基本的プロセスは、以下を含む：１．ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の型が特定の物質の溶液の中へと浸漬される。この特定の物質は、自己組織化した単分子層（ＳＡＭ）を形成することができる。このような特定の物質はインキと呼ばれてもよい。この特定の物質は、このＰＤＭＳのマスター表面上の突き出ているパターンに付着する。２．このＰＤＭＳの型は、この物質でコーティングされた表面を下方向に向けて、金または銀などの金属コーティングされた基体の表面と接触され、その結果、ＰＤＭＳの型の表面上のパターンだけがこの金属コーティングされた基体と接触する。３．この特定の物質はその金属と化学結合を形成し、その結果、突き出ているパターン表面上にある特定の物質だけが、このＰＤＭＳの型を取り除いた後に、金属コーティングされた表面上にいまだ残る。この特定の物質は、金属コーティングされた基体上で、（まさに一片の紙の上のインキのように）その金属コーティングされた表面の上におよそ１〜２ナノメートル延在するＳＡＭを形成する。４．このＰＤＭＳの型は、その基体の金属コーティングされた表面から取り除かれ、パターン形成されたＳＡＭをその金属コーティングされた表面上に残す。

金または銀でコーティングされた表面上にＳＡＭを形成するための最も良く確立された特定の物質は、アルカンチオレートである。基体表面がＳｉ／ＳｉＯ_２、Ａｌ／Ａｌ_２Ｏ_３、ガラス、マイカ、およびプラズマ処理されたポリマーなどのように、ヒドロキシル末端部分を含む場合は、アルキルシロキサンはこの特定の物質として良好に働く。アルカンチオレートに関しては、金または銀の蒸着された薄い（厚さ１０〜２００ｎｍ）膜上のヘキサデカンチオールのμＣＰが、最も再現性のあるプロセスであるように思われる。これらは、パターン形成を実施するための最もよく知られた物質であるが、他方で、金または銀含有電極または導電性のワイヤが使用されてもよいが、金および銀はシリコン技術に基づくマイクロエレクトロニクスデバイスとは適合しない。現在、Ｓｉ／ＳｉＯ_２表面上でのシロキサンのＳＡＭＳのためのμＣＰは、金または銀上でのアルカンチオレートのＳＡＭＳほどには扱いやすいものではない。Ｓｉ／ＳｉＯ_２上でのシロキサンのＳＡＭＳは無秩序なＳＡＭを与えることが多く、ある場合には準単分子層（ｓｕｂｍｏｎｏｌａｙｅｒ）または多分子層を生成する。最後に、μＣＰに利用可能なパターン形成された型は平坦な「スタンプ」表面であり、大面積上での再現性がありかつ信頼性の高いプリンティングには、その型からのプリンティングされたパターンの非常に正確な継ぎ合わせを必要とするだけではなく、ＳＡＭを形成する特定の物質によるそのスタンプの一定の濡れをも必要とするが、これは非常に問題が多い。

近接場エバネッセント効果に基づくいくつかの新しい光リソグラフィー技術は、小面積の上だけではあるが、サブ１００ｎｍ構造をプリンティングすることにおいて優位点をすでに実証した。近接場位相シフトリソグラフィー（ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）ＮＦＰＳＬには、エラストマーの位相マスクがフォトレジストと共形接触にある間に、フォトレジスト層をそのマスクを通過する紫外（ＵＶ）光に曝露することが関与する。エラストマーの位相マスクをフォトレジストの薄層と接触させると、このフォトレジストがこのマスクの接触表面の表面を「濡らす」ということが引き起こされる。マスクがフォトレジストに接触している間にＵＶ光にこのマスクを通過させると、そのフォトレジストは、そのマスクの表面を作り上げる光の強度の分布に露光される。透過光の位相をπだけ調節するように設計されたレリーフの深さを有するマスクの場合は、強度の局所的なゼロが、レリーフのステップのエッジに現れる。ポジ型フォトレジストが使用される場合、このようなマスクを通しての露光、それに続く現像により、強度ゼロの特徴的な幅に等しい幅を持つフォトレジストの線が得られる。従来のフォトレジストと組み合わせた３６５ｎｍの（近紫外線）光については、強度ゼロの幅はおよそ１００ｎｍである。ＰＤＭＳマスクは、フォトレジストの平坦な、固体層との共形の、原子スケールでの接触を形成するために使用することができる。この接触は、加えられる圧力なしに、接触の際に自然発生的に確立される。全体にわたる接着力はこのプロセスを案内し、そして完全な接触を確立するために、そのマスクをそのフォトレジスト表面に対して法線方向にある角度および位置に整列させる単純かつ簡便な方法を提供する。このフォトレジストに対する物理的間隙は存在しない。ＰＤＭＳは、３００ｎｍを超える波長を有するＵＶ光に対しては透明である。ＰＤＭＳがフォトレジストの層に共形接触している間に水銀ランプ（主なスペクトル線は３５５〜３６５ｎｍである）からそのＰＤＭＳを通って光を通過させると、そのフォトレジストは、そのマスクで生成する強度分布に曝される。

２００６年のｔｈｅ ３２ｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｍｉｃｒｏ ａｎｄ Ｎａｎｏ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇにおける、「Ｎｅａｒ−Ｆｉｅｌｄ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ａｓ ａ ｐｒｏｔｏｔｙｐｅ ｎａｎｏ−ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｔｏｏｌ（基本型ナノファブリケーションツールとしての近接場リソグラフィー）」と題するプレゼンテーションで、Ｙａｓｕｈｉｓａ Ｉｎａｏは、キャノン（Ｃａｎｏｎ，Ｉｎｃ．）によって開発されたステップアンドリピート近接場ナノリソグラフィーを説明した。マスクとパターンが転写されることになるフォトレジストとの間の距離ができるだけ近いところでは、近接場リソグラフィー（ＮＦＬ）が使用される。このマスクとウェーハ基体との間の最初の距離は約５０μｍに設定された。このパターン形成技術は、非常に薄いフォトレジストを使用する「３層レジストプロセス」として説明された。パターン転写マスクが圧力容器の底部に取り付けられ、そのマスクとウェーハ表面との間の「完全な物理的接触」を成し遂げるために、加圧された。このマスクは、「そのウェーハにフィットするように変形され」た。このマスクとウェーハとの間の最初の５０μｍの距離は、このマスクが５ｍｍ×５ｍｍを超える面積の露光およびパターニングのための別の位置へと移動することを可能にすると言われている。このパターニングシステムは、光源としての水銀ランプからのｉ線（３６５ｎｍ）放射線を利用した。５０ｎｍよりも小さい構造を有する４インチ（約１０ｃｍ）のシリコンウェーハの成功裏のパターニングは、このようなステップアンドリピート法によって成し遂げられた。

「Ｌａｒｇｅ−ａｒｅａ ｐａｔｔｅｒｎｉｎｇ ｏｆ ５０ ｎｍ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｎ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｕｓｉｎｇ ｎｅａｒ−ｆｉｅｌｄ １９３ ｎｍ ｒａｄｉａｔｉｏｎ（近接場１９３ｎｍ放射線を使用するフレキシブル基板上の５０ｎｍ構造の大面積パターニング）」と題する論文、非特許文献１において、Ｋｕｎｚらは、近接場位相シフトマスクリソグラフィーを、剛直な溶融シリカマスクおよび深ＵＶ波長の露光を使用する柔軟性のあるシート（ポリイミドフィルム）のナノパターン形成に適用した。「Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｓｔｕｄｉｅｓ ｏｆ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ ｗｉｔｈ ｂｉｎａｒｙ ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ ｍａｓｋｓ（２成分からなるエラストマーマスクを用いる位相シフトリソグラフィーの実験による研究およびコンピュータによる研究）」と題するその後の論文、非特許文献２において、Ｍａｒｉａらは、フォトレジストの層と共形接触にある２成分からなるエラストマーマスクを使用する位相シフトフォトリソグラフィー技術の実験による研究およびコンピュータによる研究を提示した。この研究は、ＳｉＯ_２／Ｓｉ上の単結晶シリコンの異方的にエッチングされた構造に接してプレポリマーをキャストし、それをエラストマーポリ（ジメチルシロキサン）へと硬化することによって形成された最適化されたマスクを組み込む。著者らは、マスク上のレリーフの幾何構造全体の中にレジスト加工部を形成するためにそのＰＤＭＳ位相マスクが使用できるということについて報告する。

２００４年６月２２日に発行された、発明の名称「Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ，Ｃｏｎｔａｃｔ−Ｍｏｄｅ Ｐｈｏｔｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ Ｍａｓｋ，Ｓｅｎｓｏｒ，ａｎｄ Ｗａｖｅｆｒｏｎｔ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｅｌｅｍｅｎｔ（透明なエラストマーの、接触様式フォトリソグラフィマスク、センサ、および波面工学要素）」のＲｏｇｅｒｓらに対する特許文献２は、複数のくぼみおよび突起を有する回折表面を備える接触様式フォトリソグラフィ位相マスクを記載する。この突起は、ポジ型フォトレジストの表面と接触するようにされ、この表面は位相シフトマスクを通して電磁放射線に曝される。突起と対向しているくぼみを通過する放射線に起因する位相シフトは実質的に完結している。これにより、電磁放射線の強度の最小値は、そのくぼみと突起との間の境界で生成される。このエラストマーマスクはこのフォトレジストの表面によく一致し、このフォトレジストの現像後、１００ｎｍより小さい加工部を得ることができる（要約）。１つの実施形態では、その基体および接触マスクの外部で反射性プレートが使用され、そのため、放射線は、シフトした位相で所望の場所へと跳ね返されるであろう。別の実施形態では、この基体は、位相シフトマスクの変形を引き起こして露光の間の位相シフトマスクの挙動に影響を及ぼす様式で形作られてもよい。

２００６年１２月２１日公開の、発明の名称「Ｍｅｔｈｏｄｓ Ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ Ｆｏｒ Ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｎａｎｏｓｃａｌｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ（三次元ナノスケール構造を製作するための方法および装置）」のＲｏｇｅｒｓらの特許文献３は、基体表面の上に三次元構造体を製作する方法を記載する。この三次元構造体は、（その三次元構造体を製造するために）光加工（ｐｈｏｔｏ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）を受ける放射線感受性材料と共形接触できる共形の、エラストマーの位相マスクを使用して生成されてもよい。この三次元構造は、その放射線感受性材料にわたって全体的に延在していなくてもよい（要約）。

近接場表面プラズモンリソグラフィー（Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ、ＮＦＳＰＬ）は、ナノ構造を製造するための光化学的変化または光物理的変化を誘発するために近接場励起を利用する。主な近接場技術は、表面プラズモン共鳴周波数で照射されたときの、金属ナノ構造の周りの局所場での増強に基づく。プラズモンプリンティング（ｐｌａｓｍｏｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）は、金属ナノ構造の下の層に光化学的変化または光物理的変化を生成するための、その金属ナノ構造を通る、プラズモンに案内されたエバネッセント波の使用からなる。特に、ｇ線フォトレジスト（ドイツ、ウルム（Ｕｌｍ）のマイクロケミカルズ（ＭｉｃｒｏＣｈｅｍｉｃａｌｓ ＧｍｂＨ）、エーゼット−エレクロトニック・マテリアルズ（ＡＺ−Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）から入手できるＡＺ−１８１３）の薄膜にごく近接した銀ナノ粒子の可視光への露光（λ＝４１０ｎｍ）は、λ／２０よりも小さい直径を有する選択的に露光された領域を生成することができる。Ｗ．Ｓｒｉｔｕｒａｖａｎｉｃｈらは、「Ｐｌａｓｍｏｎｉｃ Ｎａｎｏｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ（プラズモンナノリソグラフィー）」と題する論文、非特許文献３において、励起光波長に比べて効果的により短い波長を用いてサブ波長の周期的な開口部を通る透過を増強するための、金属基体上のＳＰを励起するための近紫外光（λ＝２３０ｎｍ〜３５０ｎｍ）の使用を記載する。ＵＶ範囲でのリソグラフィー用に設計されたプラズモンマスクは、二次元の周期的な穴のアレイで穿孔したアルミニウム層および２つの囲む誘電体層（各側に１つある）から構成される。アルミニウムはＵＶ範囲でＳＰを励起できるため、アルミニウムが選択される。マスク支持基体として石英が用いられ、これとともに、このアルミニウム箔に対する接着剤としておよびアルミニウムと石英との間の誘電体として作用するポリ（メタクリル酸メチル）スペーサ層も用いられる。ポリ（メタクリル酸メチル）は石英と組み合わせて使用される。なぜなら、露光波長（３６５ｎｍのｉ線）においてはＵＶ光に対してそれらは透明であり、かつ同等の誘電率（石英およびＰＭＭＡ、それぞれ２．１８および２．３０）を有するからである。１７０ｎｍの周期でサブ１００ｎｍのドットアレイパターンが、３６５ｎｍ波長の露光放射線を使用して成功裏に生成された。見かけ上、パターニングの総面積は約５μｍ×５μｍであったが、規模拡大可能性の論点は上記論文では論じられていない。

特開昭５９−２００４１９号公報 米国特許第６，７５３，１３１号明細書 米国特許出願公開第２００６／０２８６４８８号明細書

ＪＶＳＴ Ｂ ２００２年、第２１巻、７８−８１頁 ＪＶＳＴ Ｂ ２００６年、第２４巻、第２号、８２８−８３５頁 Ｎａｎｏｌｅｔｔｅｒｓ ２００４年、第４巻、第６号、１０８５−１０８８頁

インプリンティング方法（熱硬化またはＵＶ硬化）またはＳＡＭ材料を用いるプリンティングを使用するソフトリソグラフィーは、製造性の高いプロセスであるとは思われない。一般に、このインプリンティング方法は、熱処理（例えば熱ＮＩＬ）に起因する基体材料の変形またはポリマー硬化の際のパターン加工部（ＵＶ硬化された高分子の加工部）の収縮を作り出す。さらに、スタンプと基体との間への圧力の付与（ハードコンタクト）に起因して、欠陥は本質的に不可避であり、そしてスタンプは非常に限られた寿命を有する。ソフトリソグラフィーは熱的でかつ無応力のプリンティング技術であるという点で、ソフトリソグラフィーは確かに優位点を有する。しかしながら、サブ１００ｎｍのパターンを目指した「インク」としてのＳＡＭの使用は、その表面にわたる分子の移動（ｄｒｉｆｔｉｎｇ）に起因して非常に問題が多く、大面積にわたる適用は、実験的に証明されていない。

本発明の実施形態は、例としてそして限定としてではなく約２００ｍｍ^２〜約１，０００，０００ｍｍ^２の範囲の大面積の基体のナノパターン形成において有用な方法および装置に関する。いくつかの例では、この基体は、ロール状で販売される、所定の幅および不確定の長さを有するフィルムであってもよい。当該ナノパターン形成技術は、基体をパターン形成するために使用されるマスクがその基体と動的接触にあるかまたは非常に近接している（エバネッセントな場にある、１００ｎｍ未満）、近接場ＵＶフォトリソグラフィを利用する。この近接場フォトリソグラフィは、位相シフトマスクまたは表面プラズモン技術を含んでもよい。記載される方法を使用して得ることができる加工寸法は約１μｍ〜約１ｎｍの範囲であり、しばしば約１００ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲である。

１つの実施形態は、外部表面上に特定の位相シフトレリーフを有するＵＶに透明な回転式マスクの形態の位相シフトマスクを含む露光装置である。この位相シフトマスク技術の別の実施形態では、この透明な回転式マスク（これは典型的には円筒である）は、位相シフトマスクであるポリマーフィルムを有してもよく、このマスクはこの円筒の外部表面に取り付けられる。とりわけ大きい加工面積についてこの基体表面と良好かつ均一な接触を得ることが困難な場合、そのポリマーフィルムがファン・デル・ワールス力を介してその基体と優れた共形接触を行う共形の、エラストマーのポリマーフィルム（ＰＭＤＳなど）であるようにすることが有利である。このポリマーフィルムの位相シフトマスクは、放射線感受性の（光感受性の）層の中の規定された加工寸法をより正確に表すように外側層がナノパターン形成される、複数の層からなっていてもよい。

露光装置の別の実施形態は、表面のうちの１つに製作された不透明な加工部を有して、かつこの円筒の外部表面に取り付けられる柔らかいエラストマーのフォトマスク材料（ＰＤＭＳフィルムなど）を用いる。このような加工部は、当該技術分野で公知のリソグラフィー技法のうちの１つを使用してそのＰＤＭＳフィルム上に製造されるクロム（ｃｈｒｏｍｅ）加工部であってもよい。

表面プラズモン技術を含む露光装置の実施形態では、金属層またはフィルムはこの回転式マスク（これは典型的には透明な円筒である）の外部表面の上へとラミネートされるかまたは堆積される。この金属層またはフィルムは、特定の系列の貫通したナノホールを有する。表面プラズモン技術の別の実施形態では、金属ナノ粒子の層が透明な回転式マスクの外部表面の上に堆積され、表面プラズモンが増強されたナノパターン形成を成し遂げる。放射線源は、この透明な円筒の内部に備えられる。例えば、そして限定としてではなく、ＵＶランプがこの円筒の内部に設置されてもよい。あるいは、この放射線源は、円筒の外部に置かれ、この放射線源からの光がこの円筒の一端または両端を通してこの円筒の内部へとパイプで送られてもよい。この放射線は、例えば鏡、レンズ、またはこれらの組合せを含む光学系を使用して、円筒の外部からまたはこの円筒内で円筒の内部の内の特定の領域に向かって導かれてもよい。この円筒内に存在する放射線は、光回折格子（ｏｐｔｉｃａｌ ｇｒａｔｉｎｇ）を使用して、マスク基体接触領域に向かって導かれてもよい。放射線は、回折格子を用いて導波管を通して（結合されている）マスク基体領域に向かって導かれてもよい。この導波管または回折格子は、放射線を円筒外部表面とイメージングされるべき基体表面との間の接触領域に向かって再度導くように、典型的には、円筒の内部に置かれる。

放射線の光源の特別の実施形態では、画素の各々から基体に向かって光を発するように、ＯＬＥＤフレキシブルディスプレイが、回転式マスクの外側の周りに取り付けられてもよい。この例では、回転式マスクは透明である必要はない。加えて、基体表面上の放射線感受性材料へと転写されるべき特定のパターンは、このＯＬＥＤから発せられた光の制御を通して、用途に応じて生成されてもよい。転写されるべきパターンは、製造ラインをシャットダウンする必要なしに「稼働中に（オンザフライで）」変更されてもよい。

パターン転写の高スループットを放射線感受性材料に与えるため、およびナノパターン形成された表面積の品質を高めるために、この基体または回転式マスク（円筒など）を互いに対して移動させることが有益である。基体が静止している場合はこの円筒は基体表面上で回転され、または円筒が静止している間に基体はこの円筒に向かって動かされる。以下で論じる理由のため、基体を円筒に向かって移動させることが有利である。

円筒と基体の表面上の放射線感受性材料との間の接触線（例えば、円筒の表面上に存在するエラストマーのナノパターン形成されたフィルムと基体表面上のフォトレジストとの間の接触線）で生じる力の量を制御できることが重要である。この接触線を制御するために、この円筒は、円筒の重量を補正する張力装置（例えば、ばねなど）によって支持されてもよい。この基体または円筒（またはその両方）は、互いに向かって（上向きおよび下向きに）動かされ、その結果、円筒表面と放射線感受性材料と（例えば、エラストマーのナノパターン形成されたフィルムと基体表面上のフォトレジストと）の間で接触がなされるまで、それらの表面間の間隔は減少される。このエラストマーのナノパターン形成されたフィルムは、ファン・デル・ワールス力を介してフォトレジストと結合を作り出すであろう。次いでこの基体の位置は、ばねが伸長される位置まで（下向きに）戻されるが、エラストマーのナノパターン形成されたフィルムはこのフォトレジストに接触したまま留まる。次いでこの基体は、円筒に向かって動かされ、円筒を強制的に回転させ、エラストマーのナノパターン形成されたフィルムと基体表面上のフォトレジストとの間の動的接触を維持してもよい。あるいは、この円筒は回転することができ、基体は独立に、しかし同期した動きで移動することができ、この同期した動きが動的露光の間の滑りのない接触を確実にするであろう。

基体表面の二重、三重、および多重のパターニングを提供するために、複数の円筒が１つのシステムへと複合され、基体の放射線感受性の表面を逐次様式で露光するように構成されてもよい。この露光技術は、より高い分解能を提供するために使用されてもよい。この円筒の相対的位置は、干渉計および適切なコンピュータ化された制御システムによって制御されてもよい。

別の実施形態では、照射線量はリソグラフィーに影響を及ぼす可能性があり、そのためエッジリソグラフィー（この場合、例えばＰＤＭＳマスクの中での位相のシフトに対応する狭い加工部を形成することができる）を従来のコンタクトリソグラフィーへと変えることができ、そしてイメージングされるフォトレジストの中の加工寸法は、照射線量によって制御することができる。このような照射線量の制御は、放射線源の出力または円筒の回転速度（露光時間）を制御することによって可能である。このフォトレジストの中に製造される加工寸法はまた、例えば露光放射線、光源の波長を変えることによって制御されてもよい。

この円筒上のマスクは、基体の移動の方向に対してある角度だけ配向していてもよい。これは、基体に対して異なる方向でのパターン形成を可能にする。２以上の円筒が二次元パターンを可能にする順序で配置されてもよい。

別の実施形態では、この透明な円筒形チャンバーは剛直である必要はなく、光学的に透明なガスを用いて加圧されてもよい柔軟性のある材料から形成されてもよい。このマスクは、円筒壁であってもよく、または円筒壁の表面上に存在する共形の材料であってもよい。これは、基体表面との共形接触をなしつつも、平坦ではない基体の上に円筒が巻かれるということを許容する。

上記の特定の説明を参照すると、および例示的な実施形態の詳細な説明を参照すると本発明の例示的な実施形態が達成される態様は明白であり、かつ詳細に理解することができるように、出願人らは例証する図面を提供した。本発明の例示的な実施形態を理解する必要があるときのみ図面が提供されていること、および本開示の主題の創意工夫の本質を不明確にしないために、特定の周知のプロセスおよび装置は本願明細書には図示されていないということを理解されたい。

放射線に透明な円筒１０６が放射線源１０２が存在する中空の内部１０４を有する、大面積の基体材料のパターン形成において有用な装置１００の１つの実施形態の断面図を示す。この実施形態では、円筒１０６の外部表面１１１は、特定の表面レリーフ１１２を有してパターン形成されている。円筒１０６は、基体１１０の上に存在する放射線感受性材料１０８の上を転がる。 表面レリーフ１１２を通過する放射線（図示せず）によって放射線感受性材料１０８がイメージングされた（１０９）、図１Ａに図示される装置および基体の上面図を示す。 大面積の基体材料のパターン形成に有用な装置２００の別の実施形態の断面図を示す。この図では、基体はフィルム２０８であり、このフィルム２０８の上に、フィルム２０８がロール２１１からロール２１３へと移動する間に、第１の（透明な）円筒２０６上の表面レリーフ２１２を通過する放射線によってパターンがイメージングされる。フィルム２０８と第１の円筒２０６との間の接触を制御するために、第２の円筒２１５が、フィルム２０８の裏面２０９に設けられている。 大面積の基体材料をパターン形成するのに有用な装置３００の別の実施形態の断面図を示す。この図では、基体はロール３１１からロール３１３へと移動するフィルム３０８である。表面レリーフ３１２を有する第１の透明な円筒３０６は、フィルム３０８の上側３１０をパターン形成するために使用され、他方、表面レリーフ３３２を有する第２の透明な円筒３２６は、フィルム３０８の下側３０９をパターン形成するために使用される。 図４Ａは、放射線４０２の内部供給源を有する中空の中心領域４０４を含む透明な円筒４０６の実施形態４００の断面図を示す。表面レリーフ領域４１２は、近接場リソグラフィーに特に有用なパターン形成された表面４１３を有するポリマーフィルム４１５を含む共形の構造体である。図４Ｂは、ポリマーベース材料４１５の上の表面レリーフポリマー構造４１３である、表面４１３の拡大図を示す。図４Ｂでは、ポリマーベース材料４１５は、パターン形成された表面材料４１３と同じ高分子材料であってもよいし、またはパターン形成された表面材料４１３とは異なる高分子材料であってもよい。 図５Ａは、中空の透明な円筒５０６上に存在する表面レリーフ５１２の代替の実施形態５００の断面図を示す。図５Ｂは、一連のナノホール５１３でパターン形成されている薄い金属層５１４である表面レリーフ５１２の拡大図を示す。この金属層は中空の透明な円筒５０６の外部表面５１１の上に付与されている。図５Ｃは、透明な円筒５０６の表面上で使用されてもよい代替の表面レリーフ５２２を示す。表面レリーフ５２２は、中空の透明な円筒５０６の外部表面５１１の上に直接付与されてもよいし、または中空の透明な円筒５０６の外部表面５１１に取り付けられる透明なフィルム５２４上に付与されてもよい金属粒子５２６によって形成される。 パターン形成された表面６０８を有する透明な円筒６０４の三次元図６００の概略図であり、円筒６０４が、ばねとして図示される張力装置６０２を使用して基体６１０の上に吊り下げられている。 イメージングを達成するために使用される放射線が円筒６０４の外部の放射線源６１２から供給され、放射線は円筒６０４の中空部分内で内部に分散される（６１５および６１６）、実施形態６２０の概略図である。 イメージングを達成するために使用される放射線が外部放射線源６１２から供給され導波管６１８へと集束され（６１７）、そして導波管６１８から円筒６０４の内部表面６０１上に存在する光回折格子６２１へと分散される、実施形態６３０の概略図である。 イメージングを達成するために使用される放射線が２つの外部放射線源６１２Ａおよび６１２Ｂから供給され、それぞれ円筒６０４の内部表面６０１上に存在する光回折格子６２１の上に集束される（６２１および６１９）、実施形態６４０の概略図である。 例えばより高い分解能を得るために使用されてもよい複数のパターン形成を提供するために、複数の円筒（例えば、２つの円筒７０２および７０４など）を直列で使用することを示す概略図である。 放射線感受性材料７１０のイメージングおよび現像後に第１の円筒７０２によって作り出されたパターン７０６を示す略断面図である。変更されたパターン７０８は、放射線感受性材料７１０のイメージングおよび現像後に存在し、このときこの変更されたパターン７０８は第２の円筒７０４と組み合わせて第１の円筒７０２を使用することにより作り出される。 変形できる円筒８００の略断面図を示す。この変形できる円筒８００の内部８０４は光学的に透明なガスを供給する装置８１３を使用して加圧される。変形できる円筒８００の外部表面８１１は、放射線源８０２からの放射線を平らではない基体８０５の表面８１６にわたって正確に付与することができるように基体８０５の上で転がすことができる、共形の材料のナノパターン形成された／ナノ構造化されたフィルム８０２であってもよい。

詳細な説明の前置きとして、本願明細書および添付の特許請求の範囲で使用される場合、単数形「１つの（ａ、ａｎ）」、および「この（ｔｈｅ）」は、文脈から明らかにそうではないと判明する場合でない限り、複数形の指示対象を包含するということに留意されたい。

語「約」が本願明細書で使用される場合、これは、提示された名目上の値は±１０％の範囲内で正確であるということを意味することが意図されている。

本発明の実施形態は、回転式マスクが放射線感受性材料をイメージングするために使用される、大面積の基体のナノパターン形成に有用な方法および装置に関する。典型的には、この回転式マスクは円筒を含む。このナノパターン形成技術は、基体上の放射線感受性の層をイメージングするために使用される放射線の波長は４３８ｎｍ以下であり、そしてその基体をパターン形成するために使用されるマスクは基体と接触している、近接場フォトリソグラフィを利用する。この近接場フォトリソグラフィは、透明な回転する円筒の表面上の位相シフトマスク、またはナノ粒子を利用してもよく、またはこの回転する円筒表面上の金属層がナノホールを含む表面プラズモン技術を用いてもよい。以下に提供される詳細な説明は、本願明細書の開示を読んだ際に当業者が認識するであろう可能性のサンプリングにすぎない。

放射線感受性材料の層内にナノパターンを生成するために使用される回転するマスクは有益であるいずれの構成のものであってもよく、これらのうちのいくつかは後述されるが、中空の円筒は、最少の維持コストでのイメージングされた基体の製造可能性という点で特に有利である。図１Ａは、放射線に透明な円筒１０６が放射線源１０２が存在する中空の内部１０４を有する、大面積の基体材料のパターン形成において有用な装置１００の１つの実施形態の断面図を示す。この実施形態では、円筒１０６の外部表面１１１は、特定の表面レリーフ１１２を有してパターン形成されている。円筒１０６は、基体１１０の上に存在する放射線感受性材料１０８の上を転がる。図１Ｂは、表面レリーフ１１２を通過する放射線（図示せず）によって放射線感受性材料１０８がイメージングされた（１０９）、図１Ａに図示される装置および基体の上面図を示す。この円筒は、矢印１１８で示される方法に回転しており、放射線源１０２からの放射線は回転する円筒１０６の外部表面１０３上に存在するナノパターン１１２を通過し、基体１０８上の放射線感受性の層（図示せず）をイメージングし、その放射線感受性の層内にイメージングされたパターン１０９を与える。その後、この放射線感受性の層は現像され、基体１０８の表面上にナノ構造が与えられる。図１Ｂでは、回転式円筒１０６および基体１２０は互いに対して独立に駆動されるように示されている。別の実施形態では、基体１２０は、回転式円筒１０６と動的接触にあるように保たれて、回転式円筒１０６の接触表面に向かう方向へもしくは回転式円筒１０６の接触表面から離れる方向へ動かされて、さもなくば静止している回転式円筒１０６に動きを提供してもよい。さらに別の実施形態では、基体が静止している一方で、回転式円筒１０６は、基体１２０上で回転されてもよい。

特定の表面レリーフ１１２は、透明な回転する円筒１０６の外部表面の中へとエッチングされてもよい。あるいは、特定の表面レリーフ１１２は、回転する円筒１０６の外部表面に接着された高分子材料のフィルムの上に存在してもよい。この高分子材料のフィルムは、型（マスター）上への高分子材料の堆積によって製造されてもよい。例えばシリコン基体上に作り出されるこのマスターは、典型的には、そのシリコン基体上に存在するフォトレジストへの、パターンの電子線による直接描画を使用して生成される。その後、このパターンはシリコン基体へとエッチングされる。次いで、シリコンのマスター型上のパターンは、その型の表面上に堆積された高分子材料へと複製される。この高分子材料は、好ましくは、基体に接して接触マスクとして使用される場合に使用によく耐えるのに十分な剛直性を呈するが、しかしその基体表面上で放射線感受性材料と優れた接触をなすこともできる、共形の材料である。一般に転写マスキング材料として使用されるこの共形の材料の１つの例はＰＤＭＳであり、このＰＤＭＳは、マスター型の表面の上にキャストすることができ、放射線で硬化させることができ、かつその型から剥がして、その型の表面の優れた複製を生じることができる。

図２は、大面積の基体材料のパターン形成に有用な装置の別の実施形態の断面図２００を示す。図２では、基体は、フィルム２０８であり、このフィルム２０８の上に、フィルム２０８がロール２１１からロール２１３へと移動する間に第１の（透明な）円筒２０６上の表面レリーフ２１２を通過する放射線によって、パターンがイメージングされる。フィルム２０８と第１の円筒２０６との間の接触を制御するために、第２の円筒２１５が、フィルム２０８の裏面２０９に設けられる。透明な円筒２０６内の中空の空間２０４に存在する放射線源２０２は、水銀蒸気ランプまたは３６５ｎｍ以下の放射線波長を提供する別の放射線源であってもよい。表面レリーフ２１２は、例えば、背景技術で上記したような、複数のくぼみおよび突起を有する回折表面を含む位相シフトマスクであってもよい。この突起は、ポジ型フォトレジスト（放射線感受性材料）の表面と接触するようにされ、そしてこの表面は、位相マスクを通して電磁放射線に露光される。突起とは対照的にくぼみを通過する放射線に起因する位相シフトは、実質的に完結している。これにより、電磁放射線の強度の最小値は、くぼみと突起との間の境界で生成される。エラストマーの位相マスクは、このフォトレジストの表面とよく一致し、このフォトレジストの現像後、１００ｎｍよりも小さい加工部を得ることができる。

図３は、大面積の基体材料をパターン形成するのに有用な装置３００の別の実施形態の断面図３００を示す。この基体はロール３１１からロール３１３へと移動するフィルム３０８である。フィルム３０８の上側３１０およびフィルム３０８の下側３０９の両方の上に放射線感受性材料の層（図示せず）が存在する。第１の透明な円筒３０６があり、放射線源３０２を備える中空の中心３０４は、フィルム３０８の上側３１０をパターン形成するために使用される表面レリーフ３１２を有する。第２の透明な円筒３２６があり、放射線源３２２を備える中空の中心３２４は、フィルム３０８の下側３０９をパターン形成するために使用される表面レリーフ３３２を有する。

図４Ａは、放射線の内部供給源４０２を有する中空の中心領域４０４を含む透明な円筒４０６の実施形態の断面図４００を示す。表面レリーフ領域４１２は、近接場リソグラフィーに特に有用なパターン形成された表面４１３を有するポリマーフィルム４１５を含む共形の構造体である。パターン形成された表面４１３の高分子材料は、そのパターンがイメージングされる基体表面と適正な位置で接触するのに十分剛直である必要がある。同時に、この高分子材料は、イメージングされるべき放射線感受性材料（図示せず）の表面に一致しなければならない。

図４Ｂは、ポリマーベース材料４１５の上の表面レリーフポリマー構造４１３である、表面４１３の拡大図を示す。図４Ｂでは、ポリマーベース材料４１５は、パターン形成された表面材料４１３と同じ高分子材料であってもよいし、またはパターン形成された表面材料４１３とは異なる高分子材料であってもよい。例えばシリコーンまたはＰＤＭＳなどの透明な共形の材料は、より剛直な透明な上に存在する層の材料と組み合わせて、ポリマーフィルム４１５として、例えば様々な比の混合成分、すなわち例えばポリメタクリル酸メチルＰＭＭＡを伴うＰＤＭＳなどとして使用されてもよい。これは、基体の放射線感受性の表面（図示せず）上のある場所と接触する際に加工部のひずみを回避するのに役立つパターン形成された表面４１３を提供し、他方でこの高分子のベース材料は同時に基体表面全般との共形を提供する。

図５Ａは透明な円筒５０６の断面図５００を示し、中空の中央領域５０４は放射線源５０２を備え、表面５１１は表面レリーフ５１２の代替の実施形態を提示する。図５Ｂは、一連のナノホール５１３でパターン形成されている薄い金属層５１４である表面レリーフ５１２の拡大図を示す。この図では、この金属層は中空の透明な円筒５０６の外部表面５１１の上に存在している。この金属層は、透明な円筒５０６の外部表面に接着されたパターン形成された層であってもよい。あるいは、金属層は、パターン形成された金属外部表面５１１を与えるために、エバポレーションもしくはスパッタリングまたは当該技術分野で公知の別の技術によってこの透明な円筒の表面上に堆積され、次いでその後レーザーを用いてエッチングまたはアブレーションされてもよい。図５Ｃは、透明な円筒５０６の表面上で使用されてもよい代替の表面レリーフ５２２を示す。表面レリーフ５２２は、中空の透明な円筒５０６の外部表面５１１の上に、または中空の透明な円筒５０６の外部表面５１１に取り付けられる透明なフィルム５２４上に付与される金属粒子５２６によって形成される。

図６Ａは、パターン形成された表面６０８を有する透明な円筒６０４の略三次元図６００である。放射線源（図示せず）は、透明な円筒６０４の内部の内に存在する。透明な円筒６０４は、図６００の中でばねとして示される張力装置６０２を使用して基体６１０の上に吊り下げられている。機械工学の当業者なら、透明な円筒６０４の外部表面６０８と基体６１０の表面との間の適正な量の接触を得るために使用されてもよい多くの張力装置に精通しているであろう。図６Ａに示される装置を使用する１つの実施形態の方法では、この装置は、基体６１０上の放射線感受性材料（図示せず）をイメージングするために使用され、ここで基体６１０は、図２に示される種類のロールツーロールシステムで供給および回収されてもよいポリマーフィルムである。透明な円筒６０４は、その放射線感受性材料との接触が起こるまで、このポリマーフィルム基体に向かって下げられる（またはこのポリマーフィルム基体が上げられる）。典型的にはエラストマーであるこのポリマーフィルムは、放射線感受性材料とファン・デル・ワールス力結合を作り出すであろう。次いで透明な円筒６０４は、透明な円筒６０４の表面６０８と放射線感受性材料の表面との間で接触は残るが、その２つの表面間の張力は表面６０８上に加わる力が最小であるようなものである位置まで上げられ（またはこのポリマーフィルム基体が下げられ）てもよい。これによって、透明な円筒６０４の表面６０８上の非常に微細なナノパターン形成された加工部の使用が可能になる。基体６１０が動き始めると、透明な円筒６０４も動き、透明な円筒６０４を強制的に回転させ、放射線感受性材料と下にあるポリマーフィルム基体６１０との間の動的接触を維持するであろう。この動的露光のいずれの瞬間においても、この円筒と光感受性層との間の接触は、１つの狭い線に限定される。例えばこの円筒外部表面上のエラストマーのフィルムと基体上の放射線感受性の（光感受性の）層との間の強力なファン・デル・ワールス力に起因して、接触は、プロセス全体を通して、およびこの円筒表面上のマスクの幅全体（長さ）に沿って均一に維持される。ファン・デル・ワールス力が円筒接触表面と光感受性層との間の強力な十分な接着を提供しない例では、この基体の並進運動と同期するステッパーモーター（ｓｔｅｐｐｅｒ−ｍｏｔｏｒ）を使用する作動する（回転する）円筒が使用されてもよい。これは、この基体に対して強力な接着力を提供しないポリマーのまたは他の円筒表面材料に対して、滑りのない露光プロセスを提供する。

図６Ｂは、イメージングを達成するために使用される放射線が円筒６０４の外部の放射線源６１２から供給され、放射線は円筒６０４の中空部分内で内部に分散される（６１５および６１６）、実施形態６２０の概略図である。この放射線は、種々のレンズ、鏡、およびこれらの組合せを使用して、透明な円筒６０４を通して、パターン形成されたマスク表面６０８を通して基体６０８の放射線感受性の表面（図示せず）に向かって導かれてもよい。

図６Ｃは、放射線感受性材料のイメージングを達成するために使用される放射線が、透明な円筒６０４の外部にある位置から供給される実施形態６３０の概略図である。外部放射線源６１２は、導波管６１８へと集束され（６１７）、そして導波管６１８から円筒６０４の内部表面６０１上に存在する光回折格子６２０へと分散される。

図６Ｄは、イメージングを達成するために使用される放射線が２つの外部放射線源６１２Ａおよび６１２Ｂから供給され、それぞれ円筒６０４の内部表面６０１上に存在する光回折格子６２０の上に集束される（６２１および６１９）、実施形態６４０の概略図である。

図７Ａは、例えばより高い分解能を得るために使用されてもよい複数のパターン形成を提供するために、複数の円筒（例えば、２つの円筒７０２および７０４など）を直列で使用することを示す概略図７００である。例えば円筒７０２および７０４の相対的位置は、コンピュータ化された制御システム（図示せず）と組み合わせた干渉計（図示せず）からのデータを使用して制御されてもよい。

図７Ｂは、放射線感受性材料７１０のイメージングおよび現像後に第１の円筒７０２によって作り出されたパターン７０６を示す略断面７２０である。変更されたパターン７０８は、放射線感受性材料７１０のイメージングおよび現像後に存在し、このときこの変更されたパターン７０８は第２の円筒７０４と組み合わせて第１の円筒７０２を使用することにより作り出される。

図８は、変形できる円筒８００の略断面図を示す。この変形できる円筒８００の内部８０４は光学的に透明なガス（例えば、窒素など）を供給する装置８１３を使用して加圧される。変形できる円筒８００の外部表面８１１は、放射線源８０２からの放射線を平らではない基体８０５の表面８１６にわたって正確に付与することができるように基体８０５の上で転がすことができる、共形の材料のナノパターン形成された／ナノ構造化されたフィルム８１２であってもよい。

別の実施形態では、１より大きい屈折率を有する液体が、円筒表面と基体表面上に存在する放射線感受性の（例えば光感受性の）材料との間に使用されてもよい。例えば水が使用されてもよい。これは、この光感受性層の中のパターンの特徴物のコントラストを高める。

本発明が上記の様々な実施形態について詳細に説明されたが、本発明の範囲および趣旨の範囲内の種々の改変が、当該技術分野の当業者には明らかであろう。従って、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって判断されるべきである。

Claims (31)

1. 近接場ナノリソグラフィーの方法であって、
   ａ）表面上に放射線感受性の層を有する基体を準備する工程と、
   ｂ）回転式マスクを準備する工程であって、前記回転式マスクはその外部表面にナノパターンを有する、工程と、
   ｃ）前記ナノパターンを、前記基体表面上の前記放射線感受性の層と接触させる工程と、
   ｄ）前記回転式マスクを前記放射線感受性の層にわたって回転させつつ、放射線を前記ナノパターンを通して分散させ、これにより、１μｍ未満〜約１ｎｍの範囲の加工寸法を有する像が前記放射線感受性の層の中に作り出される工程と
   を含む、方法。
2. 前記加工寸法が約１００ｎｍ〜約１０ｎｍの範囲にある、請求項１に記載の方法。
3. 前記放射線が４３６ｎｍ以下の波長を有する、請求項１に記載の方法。
4. 前記ナノパターンが、前記基体表面上の前記放射線感受性の層に一致する共形のナノパターンである、請求項１に記載の方法。
5. 前記共形のナノパターンが、形作られたまたはナノ構造化された高分子材料である、請求項４に記載の方法。
6. 前記回転式マスクが、放射線に、前記放射線感受性の層の中に干渉パターンを形成させる位相シフトマスクである、請求項３に記載の方法。
7. 前記マスクが表面プラズモン挙動を用いる、請求項３に記載の方法。
8. 前記回転式マスクが円筒である、請求項１に記載の方法。
9. 前記円筒が柔軟性のある壁を有し、これにより前記円筒形状は、前記基体表面との接触の際に変形してもよい、請求項８に記載の方法。
10. 前記円筒を充填するために、光学的に透明なガスが使用される、請求項９に記載の方法。
11. 前記回転式マスクが透明な円筒であり、これにより放射線は前記円筒の内部の位置から透過してもよい、請求項３に記載の方法。
12. 前記マスクが、前記透明な円筒の表面上にレリーフとして存在する位相シフトマスクである、請求項１１に記載の方法。
13. 前記マスクが、前記円筒の表面にわたって付与された層上に存在する位相シフトマスクである、請求項１１に記載の方法。
14. 前記位相シフトマスクが複数の層からなり、かつ前記光感受性層の中に規定された加工寸法をより正確に表すために外側層がナノパターン形成されている、請求項１３に記載の方法。
15. 前記円筒の前記接触表面からの放射線の分散の間、前記基体が、前記回転式円筒と動的接触にあるように保たれ、かつ前記回転式円筒の接触表面に向かう方向に、または前記回転式円筒の接触表面から離れる方向に動かされる、請求項８に記載の方法。
16. 前記円筒が前記基体の上で回転され、他方、前記基体は静止している、請求項８に記載の方法。
17. 複数の回転するマスクが放射線感受性の層と接触する、請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記回転式マスクおよび前記基体表面が、ステッパーモーターおよびモーター駆動の基体並進機構を使用して独立に動かされ、かつ前記回転式マスクおよび前記基体表面の動きが互いに同期しており、これにより前記放射線感受性の層の滑りのない接触露光が成し遂げられる、請求項１に記載の方法。
19. 液体が前記回転式マスクと前記基体表面との間の中間面に供給される、請求項１または請求項１８に記載の方法。
20. 近接場リソグラフィーを実施するための装置であって、
    ａ）マスクの外部表面にナノパターンを有する回転式マスクと、
    ｂ）前記ナノパターンが放射線感受性の層の材料と接触している間に、前記ナノパターンから４３６ｎｍ以下の波長の放射線を供給する放射線源と
    を含む装置。
21. 前記回転式マスクが透明である、請求項２０に記載の装置。
22. 前記回転式マスクが位相シフトマスクである、請求項２１に記載の装置。
23. 前記回転式マスクが表面プラズモン技術を使用して生成される放射線を用いる、請求項２１に記載の装置。
24. 前記マスクの表面が、ナノホールを含む金属層を含む、請求項２２に記載の装置。
25. 前記回転式マスクが円筒である、請求項２０から請求項２４のいずれか１項に記載の装置。
26. 前記円筒が柔軟性のある円筒である、請求項２５に記載の装置。
27. 前記柔軟性のある円筒が光学的に透明なガスで満たされている、請求項２６に記載の装置。
28. 複数の円筒が、前記複数の円筒が基体の上を逐次的に通過するような配置で存在する、請求項２５に記載の装置。
29. 複数の円筒が存在し、かつ円筒が、前記装置によってイメージングされる基体の上側および下側の両方に存在する、請求項２５に記載の装置。
30. イメージング放射線を透過させる少なくとも１つの円筒が、前記装置によってイメージングされる基体の上側および下側の両方に存在する、請求項２９に記載の装置。
31. 回転式マスクが、前記回転式マスクと接触している表面に加えられた力の量を制御するために調整できる張力装置によって、前記基体の上に吊り下げられている、請求項２０に記載の装置。

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