JP2014501937A - リソグラフィ法及び装置 - Google Patents
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Abstract
リソグラフィ法及び装置が本明細書に開示される。記載された実施形態において、本方法は、（ｉ）３次元構造を形成するための露出パターン３３２、３３４を有する第１のマスク３１６を提供する段階、（ｉｉ）第１のマスク３１６を放射線に露出して放射線感受性レジスト３１４に露出パターン３３２、３３４を形成する段階であって、露出パターン３３２、３３４はレジスト３１４の照射領域３３６及び非照射領域３３７によって画定される、露出パターン３３２、３３４を形成する段階、（ｉｉ）第２のマスク３２８を提供する段階、及び（ｉｉｉ）露出時に、第１のマスク３１６と第２のマスク３２８との間の相対位置を変化させて（矢印Ｂ及びＣ）照射領域３３６の選択された部分を放射線から遮蔽し、３次元構造内に異なる深さプロファイルを形成することを可能にする段階、を含む。
Description
本発明は、リソグラフィ法及び装置に関し、より具体的には、しかし排他的ではなく、３次元マイクロ構造またはナノ構造の製造に関する。
過去数十年に渡って、微細加工プロセスの進歩は、コンパクトであり、小さく、軽量であり、高速であり、信頼性があり、高価でないセンサ及びアクチュエータの開発を促進させ、そのため、科学及び産業においてきわめて多くの種類の応用を広げている。これらの小型センサ及びアクチュエータによって、小型分光計のような携帯可能または可搬の測定デバイスが可能になっている。これらの可搬又は携帯可能な測定デバイスによって、その場測定が可能となり、このことで、成長する要求に応じて新しく、急速に発達する技術が生み出されている。多数のデバイスが電磁スペクトルの可視及び近赤外部に関して開発されたことに加えて、中赤外（ＭＩＲ）及び遠赤外（ＦＩＲ）のような赤外線の範囲のより大きな部分をカバーする赤外線分光計は、化学、食品、医薬、リサイクル、石油及び炭化水素加工産業において必要とされる物質の定量分析から定性分析までに渡って、非常に多くの種類の応用を提供している。
このようなＩＲ分光計の中でも主力製品は、フーリエ変換干渉計（ＦＴＩＲ）である。これらは、マイケルソン干渉計のような干渉計に基づくものであり、鏡のような光学素子が機械的に走査されて特定のスペクトル範囲をカバーする。しかしながら、時間依存するプロセス及び、特に短く反復性でないパルス信号を測定する場合において、機械的走査サイクルに時間を要することにより、そのようなＦＴＩＲはむしろ遅いプロセスに制限される。さらには、機械的な走査は、スペクトル情報を劣化させる恐れのある機械的な振動に対する固有の敏感性にもつながる。さらに、マイケルソン型のＦＴＩＲは、最も一般的に用いられる干渉計であるが、放射源からの放射の５０％を使用することなく放射源へ本質的に反射する。その一方で、格子及びフィルターに基づく他の種類の分光計は、静的で高速検出が可能であるが、狭いスペクトル幅に限定される。さらには、格子型分光計の場合に関してスペクトル素子に入る光の分散により、小さな信号の検出に対する感度が減少する結果となる（多重化しない場合）。
本発明の目的は、上述の応用分野に用いられる３次元構造を形成するのに用いられうる、従来技術の欠点の少なくとも１つに対処し及び／または有用な選択肢を公衆に提供するリソグラフィ法及び装置を提供することである。
本発明の第１の側面に従えば、（ｉ）３次元構造を形成するための露出パターンを有する第１のマスクを提供する段階、（ｉｉ）第１のマスクを放射線に露出して放射線感受性レジストに露出パターンを形成する段階であって、露出パターンは放射線感受性レジストの照射領域及び非照射領域によって画定される、露出パターンを形成する段階、（ｉｉ）第２のマスクを提供する段階、及び（ｉｉｉ）露出の間に、第１のマスク及び第２のマスクの間の相対位置を変更して、照射領域のうち選択された部分を放射線から遮蔽し、異なる深さプロファイルを３次元構造内に形成可能にする段階、を含むリソグラフィ法が提供される。
放射線はＸ線またはＵＶ光であってもよい。また、電子またはイオンで形成される粒子ビームであってもよい。レジストは、シリコンウェハのような適切な基板上に成膜されてもよい。
記載された実施形態の利点は、放射線感受性レジストの部分のより正確かつ精密な選択が達成されうることである。このことにより、「１００ｎｍから」１０００μｍの範囲で可能な高アスペクト比及び段差を伴う、異なる深さの多層表面または任意表面を有する３次元構造を形成することが可能になる。アスペクト比は、構造の深さと最小の構造詳細部との間の比として定義される。高アスペクト比は、通常、１よりも顕著に大きいと考えられ、数百にも達すると考えられる。好適な比は、６または７でありうる。提案される方法は特に、非常に精密かつ正確な３次元構造を形成または製造するのに有用であるため、このことは、干渉及び分光に関して電磁波を操作することが可能な光学デバイスの製造に有用でありうる。特に、そのような方法は、単パルス測定が可能である高速並列処理フーリエ変換干渉計（ＦＰＰ ＦＴＩＲ）に用いられるマルチミラーアレイを製造するのに用いられうる。概して、任意の多層平面表面もまた、光波の時間構造を操作するのに有用でありえ、レーザー技術、遠隔通信の分野またはホログラフィ分野での応用を有する。
好適には、第１のマスクは、レジストと接触し、第２のマスクは第１のマスク上に配置される。換言すれば、第１及び第２のマスクは、異なる垂直座標またはＺ座標に位置する。
本方法は、さらに、相対位置を間隔をあけて変更する段階を含むものであってもよい。代替的に、本方法は、相対位置を連続的に変更する段階を含むものであってもよい。いずれの場合でも、相対位置を変更する段階は、第２のマスクの位置を維持し、第１のマスク及びレジストの両方を共に移動させる段階を含むものであってもよい。この場合、本方法は、さらに、第１のマスク及びレジストの両方を、第１の移動軸に沿って移動させ、次いで第１の移動軸に対して直交する第２の移動軸に沿って移動させる段階を含むものであってもよい。
代替的に、相対位置を変更する段階は、第１のマスク及びレジストの位置を維持し、第２のマスクの位置を移動させる段階を含むものであってもよい。この場合、本方法は、第２のマスクを第１の移動軸に沿って移動させ、次いで第１の移動軸に対して直交する第２の移動軸に沿って移動させる段階を含むものであってもよい。
マスクの一方が、方位角方向の移動を実施するものであってもよい。例えば、本方法は、中心点の周りに第２のマスクを回転させることを含むものであってもよい。一実施例において、第２のマスクは、２つの対向する開口部を含んでもよく、開口部は菱形であってもよい。特に、開口部は、ただ１つの開口部またはマスクの寸法に応じて２つより多いものであってもよい。
リソグラフィ法は、２つ以上のマスクを含んでもよく、従って、本方法は第３のマスクを提供することを含んでもよいとみなされる。このような好適な特徴に関して、本方法は、さらに、第１の移動軸に沿って第２のマスクを移動させ、第１の移動軸に対して直交する第２の移動軸に沿って第３のマスクを移動させ、その一方で第１のマスク及びレジストの位置を維持することを含むものであってもよい。
有利には、露出パターンは、例えば、マルチミラーアレイの場合には、層状構造を含む。
リソグラフィ法は、さらに、露出後に、現像溶液中でレジストを現像して照射領域の部分をエッチングで除去し、異なる深さプロファイルを有する３次元構造を形成する段階を含んでもよい。
他の放射線の形態、例えばＵＶもまた想定されるが、放射線はＸ線が好ましい。レジストはポリマーであってもよく、好適なレジストは、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）である。具体的には、リソグラフィは、フォトリソグラフィまたは深Ｘ線（ＤＸＲＬ）リソグラフィであってもよい。
リソグラフィ法によって製造された３次元構造は、マイクロ構造またはナノ構造を製造するために用いられるものであってよく、従って、第２の態様において、リソグラフィ法から得られる３次元構造からマイクロ構造またはナノ構造を製造する方法が提供される。この方法は、さらに、３次元構造からモールドを形成する段階、次いでモールドに基づいてマイクロ構造またはナノ構造を製造する段階を含んでもよい。
マイクロ／ナノ構造の例は、格子構造であり、第３の態様において、マイクロ／ナノ構造を製造する方法から得られる格子構造が提供され、この格子構造は、異なる構造の高さを有する異なる表面領域に配置された層状の格子セルのアレイを含む。このような格子構造は、マルチミラーアレイとして用いられてもよく、マルチミラーアレイは、フーリエ分光計の一部であってもよい。
第４の態様において、（ｉ）３次元構造を形成するための露出パターンを有する第１のマスク、（ｉｉ）第２のマスク、（ｉｉ）第１のマスクを放射線に露出して放射線感受性レジストに露出パターンを形成するための放射線源であって、露出パターンがレジストの照射領域及び非照射領域によって画定される、放射線源、並びに（ｉｉｉ）第１のマスクと第２のマスクとの間の相対的な位置を変更して照射領域の選択された部分を放射線から遮蔽し、異なる深さプロファイルを３次元構造内に形成することを可能にする手段を含む、リソグラフィ装置が提供される。
１つの態様に関する特徴はまた、他の態様にも適用可能であってよいことを理解すべきである。
本発明の例は、以下の添付した図に関連して、これから説明される。
図１は、楕円ミラー１０２及びコリメートミラー１０４を含む例示的な高速並列処理（ＦＰＰ）ＦＴＩＲ分光計１００である。楕円ミラー１０２は、物体または光源１０６からコリメートミラー１０４に向かって放射される光を反射し、凝縮するように構成される。コリメートミラー１０４は、反射光１０８から、ほぼ平行な光のビーム１１０を形成し、マルチミラーアレイ（ＭＭＡ）２００へビームを指向する。
図２は、区別可能であり異なる高さまたは深さの表面を有し、升目状のアレイに配置されたＮｘＭ２元格子セル２０２を含むＭＭＡ２００の概略図を示している。セルは、段差を有する升目状の表面の個々の高さの１つに属する領域であり、層状の上部構造である。セル２０２のそれぞれは、前後の個別の面のミラーの間の個々の距離について隣接するセルとは異なっているため、それぞれのセルは、隣のセルとは異なる特定の光学経路を形成する。ＭＭＡによる反射において、格子セル２０２のアレイは、平行光ビーム１１０を各サブビーム１１２に分割し、サブビームのそれぞれは、格子セル２０２の対応する光学経路に関連して強度を変調される。サブビーム１１２は、サブビーム１１２を開口部１１８を有する空間フィルター１１６に収束する集束ミラー１１４に指向される。空間フィルター１１６は、サブビーム１１２の空間的により高い回折次数をフィルターし、その一方で０次の放射が、フィルターされた光のビーム１２０として開口１１８を、空間フィルター１１６から離れて位置する検出器１２２の方へ通過することができるようにする。集束ミラー１１４は、検出器１２２の表面上にＭＭＡ２００の表面を同時に描像する。検出器１２２は、検出器セル（図示されない）のアレイを含み、検出器セルのそれぞれはフィルターされた光の各ビームの単一の強度の点を測定する。フィルターされた光のビーム１２０は（ＭＭＡ２００によって生成された）異なる光学経路を有するので、フィルターされた光の各ビームの光学経路の差は、検出器１２２上の強度の点またはスポットの位置から導き出すことができる。フィルターされた光のビーム１２０の強度及びそれぞれの光学経路の差は、全体で干渉図形を形成する。次いで、干渉図形は、スペクトル、通常は光の波長、波数または周波数に対するサンプルの透過率または吸収率のいずれかを得るためにフーリエ変換を受ける。もちろん、ＮｘＭアレイはＮｘＮ（つまり、各軸に沿って等しい数のセルを有する）であってもよい。
ＦＰＰ ＦＴＩＲ分光計１００は、時間がかかる走査機構または狭いスペクトル稼働バンドによって制限されないことは明らかであろう。分光計１００は、物体１０６から入射する光の信号の全ての光束を用いることができ、静的ＭＭＡ２００を有するという利点を有する。分光計１００内に可動部がないことは、小型で丈夫な設計をもたらす一方で、爆発、火炎、放電、プラズマ過程、稲妻、多数の物体の分光的走査及び分類、有毒性又は可燃性ガス流などに典型的な、非常に短い非反復性パルスの検出を可能とする。このような過程は、内部燃焼、ジェットエンジン、炎、環境の汚染、廃棄物の処理、有毒性ガスの危険性、化学反応、及び爆発物の監視及び診断に高い重要性があり、これらはクリーンエネルギー及び環境、安全性、警備、武力衝突、民間防衛及び国土防衛に関連する。分光計２００は、広いスペクトル幅、処理能力及び多重化能力という点でＦＴＩＲの利点をそのまま有している。加えて、従来技術のＦＴＩＲに用いられるビームスプリッターによる５０％の強度損失を避けることができる。
ＭＭＡ２００、特に格子セルの鏡面の正確な製造が非常に重要であることは理解されるべきである。リソグラフィによるＭＭＡ２００の格子セルのような多層表面を形成する方法をこれから説明する。
図３ａは、本発明の実施形態に従うリソグラフィ法の露出段階を実施するための二重マスクを有するＸ線リソグラフィ装置３００の上面図であり、図３ｂは、装置３００の側面斜視図である。装置３００は、装置３００の構成要素の残りの部分を支えるためのＸ線走査テーブル３０２を含む。
装置３００は、微小移動ステージ３１０を搬送するための中央下部領域３０８を有する摺動板３０６を搬送するためのホルダープレート３０４を含む。微小移動ステージ３１０は、放射線感受性レジストを搬送するための基板テーブル３１２を支持するように配置され、この実施形態において、レジストは、ポジ型レジストのように働く多層ＰＭＭＡシートを含む、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）レジスト３１４を含む。ＰＭＭＡレジスト３１４が放射線に露出されると、露出された部分は放射線を吸収し、これによって、具体的には露出された部分で、照射されたＰＭＭＡレジストの分子量が減少する。この放射線によって引き起こされた分子鎖切断により、ＰＭＭＡレジスト３１４の照射部と非照射部との間で、現像溶液における可溶性に違いが生じる。換言すれば、ＰＭＭＡレジスト３１４の照射部の現像速度は、非照射部のそれと比較してはるかに高く、その程度は、放射線を受けた吸収量または程度に依存する。
微小移動ステージ３１０は、図３ｂの矢印Ａによって示されるように、線形的にまたは水平にＰＭＭＡレジスト３１４を移動させるように配置される。
第１のマスク３１６は、ＰＭＭＡレジスト３１４の上面に位置合わせされて配置され、第１のマスク３１６とＰＭＭＡレジスト３１４との相対的な位置が固定される。
装置３００はさらに、３つの微動ねじ３２０によって、ＰＭＭＡレジスト３１４上に懸架されるマスクホルダープレート３１８を含み、微動ねじは、マスクホルダープレート３１８とＰＭＭＡレジスト３１４とを所望の距離だけ離隔させる。マスクホルダープレート３１８は、マスクホルダーリング３２４を受けるように配置された円形の中央開口部３２２を有する。マスクホルダーリング３２４は、マスクホルダーリング３２４をマスクホルダープレート３１８に締め付ける多数のマスクホルダー取り付けクランプ３２６を用いてマスクホルダープレート３１８によって支持される。マスクホルダーリング３２４は、第２のマスク３２８を支持するように配置される。いわゆる近接間隔である、ＰＭＭＡレジスト基板３１４（及び従って第１のマスク３１６）と第２のマスク３２８との望ましい距離は、高いパターン転写精度を可能にする最適な距離であるべきであり、その距離は、微動ねじ３２０を調整することによって変更される。
図４は、図３ａ及び３ｂの装置によって実施されるＸ線リソグラフィ法を示す簡略化された概略である。図４に示されるように、第１のマスク３１６及び第２のマスク３２８の動きは、Ｘ線ビーム３３０によって照射される間、Ｘ線光源（図示されない）から、ＰＭＭＡレジスト３１４の露出領域を正確に選択できるように、相互に関連している。装置３３０は、ＰＭＭＡレジスト３１４が典型的には入射Ｘ線ビーム３３０に対して垂直となるように配置される。しかしながら、特別な場合には、Ｘ線ビーム３３０と装置３００との間の角度を傾斜させることも可能であり、有用である。
例示的なＭＭＡの場合を詳述すると、第１のマスク３１６は、ＰＭＭＡレジスト３１４の上部に直接取り付けられ、Ｘ線ビーム３３０が（第２のマスク３２８によってマスクされた後に）ＰＭＭＡレジスト３１４に向けて通過するのを防ぐ第１の部分３３２及びＸ線ビーム３３０がＰＭＭＡレジストの照射対応部３３６に向けて通過できるようにする第２の部分３３４を含む。換言すれば、第１及び第２の部分３３２、３３４は、ＰＭＭＡレジスト３１４上に具体的な露出または幾何学的パターンを生成し、この実施形態においては、パターンはＰＭＭＡレジスト３１４上に層状構造を形成するように意図される。
第２のマスク３２８は、露出パターンの特性を変更するように用いられ、露出は、追加的に、空間的に構造化されることが可能であり、この実施形態においては、第２のマスク３２８は、Ｘ線ビームを遮蔽する第１のマスク部３３８及び基本的にＸ線ビーム３３０をマスクされたＸ線ビーム３３０として通過させることができる開口部である第２のマスク部３４０を含む。このように、第２のマスク３２８は、制限され均一な照射量のビームプロファイルを第１のマスク３１６（及び従ってＰＭＭＡレジスト３１４）に与えるように構成され、第１のマスク３１６によって形成された幾何学的パターンによって引き起こされる層状構造内に段差構造またはプロファイルを生成する。
前述したように、マスクされたＸ線ビーム３３０は、第１のマスク３１６によってさらにマスクされ、ＰＭＭＡレジスト３１４上に具体的なパターン、この場合には、一連の平行な溝を照射する。第１のマスク３１６は、Ｘ線光源（図示されない）からのＸ線ビーム３３０の形成における放射線を遮蔽する第１の部分３３２及びＸ線ビーム３３０がＰＭＭＡレジスト上の照射対応部３３６へ通過することを可能にする第２の部分３３４を含み、従って、これらの第１の部分３３２の下部の非照射部３３７は放射線に露出されない。
図４に示されるように、位置ＡＡにおいて、マスクされたＸ線ビーム３３０は、第１のマスク３１６上の露出領域ＡＡ及びＰＭＭＡレジスト３３６を所定の露出時間だけ照射して、照射部３３６上に所望の深さプロファイルを生成するが、第１のマスク３１６によってマスクされた非照射部３３７は露出しない。所定の露出時間経過後、ＰＭＭＡレジスト３１４と共に、第１のマスク３１６が、基板テーブル３１２（従ってレジスト３１４及び第１のマスク３１６）を移動させる微小移動ステージ３１０を作動させることにより、Ｘ線ビーム３３０に露出した状態で方向Ｂに直線的に、例えば６００μｍステップで移動される。静止した第２のマスク３２８に対して、Ｂの方向に第１のマスク３１６を偏移させることまたは移動させることの効果は、第２のマスク３２８が図４に示されるように位置ＡＡから位置ＢＢへ、方向Ｃへ偏移されることである。
もちろん、同じ効果は、反対の配置及び移動によっても達成されうる。第２のマスク３２８を線形的に偏移させ、その一方で第１のマスク３１６及びＰＭＭＡレジスト３１４を静的または静止させたままにすることである。これは、装置３００の設定に対して適切な改良を施すことによって達成されうる。
図４に戻って、第１のマスク（及びＰＭＭＡレジスト３１４）と第２のマスクとの相対位置の偏移は、露出領域ＢＢに対応し、これは、露出領域ＡＡと重なって、第１のＰＭＭＡの部分３３６ａがもはや照射されず、３つのＰＭＭＡの部分３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄは照射され続けるようにする。さらに、第５のＰＭＭＡの部分３３６ｅは、第２のマスク３１６が位置ＢＢにあるときに照射される。所定の露出時間の後、第１のマスク３１６及びＰＭＭＡレジスト３１４は、露出中に再び位置ＢＢから位置ＣＣへ、続いて位置ＤＤへ移動され、これらの位置が、対応する露出領域ＣＣ及びＤＤを生成する。第２のマスク３２８が、さらなる放射線にさらされるべきでないこれらの照射部３３６を遮蔽するように配置されるため、これらの位置を通して、第２のマスク３２８に対する第１のマスク３１６の偏移により、様々な位置３３６ｂ、３３６ｃ、３３６ｄ、３３６ｅ、３３６ｆ、３３６ｇが、露出時間の様々な量に従うことは了解されるべきである。
最終的な効果は、異なる露出時間に対応する照射部３３６の様々な深さプロファイルが、ＰＭＭＡレジスト３１４上に生成されることである。
第２のマスク３２８に対する方向Ｂへの第１のマスク３１６及びＰＭＭＡレジスト３１４の移動は、図５ａに示されるように、ＰＭＭＡレジスト３１４に関連してＸ露出領域またはＸ軸に沿った移動であると考えてもよい。例として図２を参照すると、Ｘ露出領域の移動は、従って、ＭＭＡ２００のような多層構造のＸ軸に様々な深さプロファイルを生成することである。多層構造のＹ軸に様々な深さプロファイルを生成することに関して、微小移動ステージ３１０は、第１のマスク３１６及びＰＭＭＡレジスト３１４を、図５ｂに示されるようにＸ軸に直交するＹ露出領域またはＹ軸に変位するように配置される。
露出段階の後、露出されたＰＭＭＡレジスト３１４は、装置３００から取り除かれ、レジスト現像段階にかけられ、露出されたＰＭＭＡレジスト３１４が、適切な現像溶液内に浸漬され、ＰＭＭＡレジスト３１４の照射部３３６が、非照射部に対してはるかに速い現像速度で現像液内に溶解する。結果的に得られる現像深さまたはエッチング深さは、露出段階における照射量プロファイル、現像溶液及び現像条件に依存する。２種類の現像、つまり撹拌及び浸漬現像について、３０℃の溶液温度での３０分の現像サイクルに関する関係が、図６に示されている。現像時間及び露出量は、所定の現像条件下で深さプロファイルに変換し、そのため照射部３３６の深さプロファイルを決定する。
図６のエッチング深さと露出量の関係から、図６の右側の第２座標で示された、浸漬及び撹拌現像に関して現像速度と露出量との間の関係を導くことができる。
現像段階後、ＰＭＭＡレジスト３１４は、様々な深さまたは段差を有する多層表面を有する３次元構造を明らかにする。図７は、エッチングされた３次元構造の写真である。
エッチングされた３次元構造は、次いで、めっきを介して金属モールドを形成するのに用いられ、金属モールドは、次いで、３次元構造、特に異なる深さまたは高さの多層表面または段差を有するマイクロ３次元構造またはナノ３次元構造を大量生産する非常に費用効果が高い方法となるエンボス成形または射出成型を介してＭＭＡ２００（実際、これらはエッチングされた３次元構造の鏡像となる）のような３次元構造を再び形成するのに用いられる。リソグラフィを介して３次元構造（例えば、ＭＭＡ２００）の現像／原版作成が直接可能であるが、大量生産に関してモールディング（プラスチックモールディングなど）も好適に使用されることが明確にされるべきである。
図８は、４ｘ５セル−５行のセルを含む、上で提案された方法に従って形成されたＭＭＡのＳＥＭ像であり、これらのセルは４つの水平な線３５０及び、セルサイズ（この場合は６００ｘ６００μｍ２）によって与えられるようにまたは像の明度の変化から発見できるように、セルの水平方向の４つの列によって、垂直方向に離隔される。
理解されるように、提案された、この実施形態のリソグラフィ法は、露出領域の正確な選択を可能にする。この方法は、２つの積層されたマスク３１６、３２８を用い、それらの少なくとも一方は他方に対して独立に移動することができる。この実施形態において、第１のマスク３１６は、構造の幾何学的形状全体または露出パターン（すなわち、この実施形態に関しては直線及び空隙を有する構造）を提供し、第１のマスク３２８の上部に配置された第２のマスク３２８が、どこを照射すべきか、いつどの程度の長さだけレジスト３１４のどの部分を放射線ビームの適切な遮蔽によって照射されるかについて、選択的な照射を可能にする。照射領域は、第１のマスク３１６によって規定される初期（２Ｄ）パターン（おそらくｃｍの範囲であり、露出システムおよび応用に依存する）と同程度に大きくてもよく、または移動ステージ３１０の移動が許す限り（サブミクロン）小さくてもよい。
記載された実施形態は、限定的なものとして解釈されるべきではない。例えば、記載された実施形態において、第１のマスク３１６及びＰＭＭＡレジスト３１４は照射の間第２のマスクの位置に対して線形的に偏移し、または露出して、ＰＭＭＡレジスト３１４の領域が選択的に第２のマスク３２８の影の領域（つまり、吸収体と呼ばれうる第１のマスクの部分３３８の下部）に入り、Ｘ線ビーム３３０に露出されるこれらの領域に、中間調の照射量の付与を可能とする。しかしながら、第１のマスク３１６及びＰＭＭＡレジスト３１４の位置が静止し、第２のマスク３２８がその代わりに装置３００に対して適切な改良によって偏移すれば、同じ効果が達成されうる。また、両方のマスク３１６、３２８が動くように構成されてもよいともみなされる。
第１のマスク３１６は、ＰＭＭＡレジスト３１４に直接取り付けられずに離隔されてもよい。垂直方向に沿った第１のマスク３１６及び第２のマスク３２８の位置は、従って入れ替えられてもよい。つまり、第２のマスク３２８がＰＭＭＡレジスト３１４に直接隣接し、その一方第１のマスク３１６が第２のマスク３２８上にある。
この実施形態において、第１のマスク３１６は、標準的なリソグラフィマスク（好適には放射線に対してほぼゼロの透過率を有する金属からなるパターン化された構造を支持する、光のビームを透過させることができる透明な膜を有する）であり、ＰＭＭＡレジスト３１４及び、所定の時間に所定の露出継続時間だけ照射ビーム３３０に対して第１のマスク領域を「開閉する」のに用いられる第２のマスク３２８に隣接する。しかしながら、第１のマスク及び／または第２のマスクは、図９に拡大して示されているステンシルマスク４００のように、「開」領域が、どのような膜も有さない貫通開口部であることを意味するステンシルマスクであってもよい。ステンシルマスク４００は、１０’１０ｍｍ２の、シリコンマスクフレーム４０４によって保持され、シリコンフレーム４０５によって支持されたＸ線ステンシルマスク領域４０２を有する。マスク領域４０２は、下部のメンブレン層によって支持されるのではなく、シリコンマスクフレーム４０４によって自由に懸架された一連の間隔をあけられた縦方向の金の部材４０６を含む。縦方向の金の部材４０６は、放射線を吸収しまたは通過を防ぐ第１のマスク３１６の第１の部分３３２に対応し、金の部材４０６の間の溝部は放射線を通過させる第１のマスク３１６の第２の部分３３４に対応する。これによって、メンブレン層によるＸ線ビーム３３０へのどのような影響も避けることができ、従って、リソグラフィの品質を改善し、より良好な３次元構造につながる。
記載された実施形態は、モノリシックな多層構造を形成するためにＰＭＭＡレジスト３１４を用いるが、その他のレジスト材料、ポリマーまたは基板もまた、放射線のスペクトル範囲及びその他の工程上の必要性に応じて用いられてもよい。
記載された実施形態において、第１のマスク３１６及びＰＭＭＡレジスト３１４は、ステップ動作で共に移動し、段差プロファイルを有する３次元構造を形成するが、第１のマスク３１６及びＰＭＭＡレジスト３１４が、連続的な掃引動作または走査移動で連続的な表面プロファイルを形成するように配置されてもよいことは理解されるべきである。例えば、掃引動作によって、第２のマスク３２８と第１のマスク３１６（従ってＰＭＭＡ基板３１４）との間の相対位置が変化する場合、このことはＸ線ビーム３３０の照射の程度に変化を引き起こし、曲面状のミラー格子を形成するのに用いられうる。代替的に、第２のマスク３２８は、曲面状の２次元マスクによって置き換えられてもよく、従ってマスクの曲面が曲面マスクと第１のマスク３１６及びＰＭＭＡレジスト３１４との間の相対的な位置に対応する変化を発生させる。レジスト上の露出領域を「閉じまたは開ける」マスクの間の相対位置は、従って付与される照射量の程度、つまり、一定強度の露出の経過時間を異なるものとすることができる。このことにより、Ｘ線ビーム３３０への露出の対応する異なる強度という結果が得られ、Ｙ方向への曲面マスクの走査と共に、曲面状の照射量プロファイルという結果が得られる。曲面状の底部プロファイルを有する３次元構造のＳＥＭ画像が、図１０に、曲面状プロファイルを明確に示すための想像線（白色）とともに示される。
Ｘ線リソグラフィの代わりに、その他の種類のリソグラフィ、例えば、深Ｘ線リソグラフィ（ＤＸＲＬ）、ＵＶリソグラフィ及び電子またはイオンビームリソグラフィが用いられてもよい。
たがいに対して位置を変更するように構成された２つのマスク３１６、３２８を有する代わりに、より多くのマスクが用いられてもよいとみなされる。例えば、第３のマスクが含まれてもよい。このような、「多数」の可動マスク技術の構成は、図１１に示されており、既に記載された実施形態に類似しており、レジストはＰＭＭＡレジスト４５０の形態であり、第１のマスク４５２はＰＭＭＡレジスト４５０の上面に位置合わせされ取り付けられている。第１のマスク４５２は、既に記載された実施形態の第１のマスク３１６と類似した構造を有している。第２のマスク４５４及び第３のマスク４５６は、第１のマスク４５２上に、異なるＺ座標で懸架され、ＰＭＭＡレジスト４５０の選択された部分上への照射からＸ線ビーム４５０を選択的に遮蔽する。マスク４５４、４５６のいずれも、単純には領域全体が放射線が通過するのを防ぐように構成された平板であってよく、従って、マスク４５４及び４５６がＸ線ビーム４５８に対してオフセットして偏移されると、ビームは平板の側方を通過する。第２のマスク４５４は、Ｘ軸に沿って偏移または移動するように構成され、第３のマスク４５６は、Ｙ軸に沿って第１のマスク４５２、ＰＭＭＡレジスト４５０及びＸ線ビーム４５８の位置に対して偏移または移動するように構成される。このようにして、第２及び第３のマスク４５４、４５６によって、どの部分が遮蔽されるかに応じてＰＭＭＡレジスト４５０のどの位置を照射するかを選択することが可能になる。３次元構造を形成する例として、第１のマスク４５２はＰＭＭＡレジスト４５０のための幾何学的パターン全体を提供し、第１のマスク４５２がまず、Ｘ線ビーム４５８を遮蔽しないようにマスク３が完全に除去された状態でＸ線ビーム４５８に露出される。連続的なＸ線ビーム４５８への露出の間、次に第２のマスク４５４がステップ的にまたは間隔をあけてＸ軸に沿って照射領域を横断して移動され、ＰＭＭＡレジスト４５０の（第１のマスク４５２によって露出された）部分をＸ線ビーム４５８による照射から選択的に遮蔽する。Ｘ方向の走査が１回行われれば、第２のマスク４５４は取り払われ、第３のマスク４５６が活性化されてＸ軸に対して直交するＹ軸に沿ってステップ的に移動する。このようにして、このことがＰＭＭＡレジスト４５０の選択された部分をＹ軸に沿って照射ビームに露出して、その方向に、様々な深さのプロファイルを生成する。
露出後、照射されたＰＭＭＡレジスト４５０は、同様に現像溶液内で現像されて、照射領域を除去し、図１１の工程によって形成された現像された結果であるＰＭＭＡ構造４５０の簡略化された概略が図１２に示され、変化する深さプロファイルまたは段差構造が観察される。段差構造の深さは、露出及び現像時に受けた全照射量または全露出時間に依存する。
マスク４５２、４５４、４５６間の相対的な移動は、第２及び／または第３のマスク４５４、４５６の独立的な偏移によってまたは第２及び第３のマスク４５４、４５６の静止した／固定された積層体の背後で、第１のマスク４５２及びＰＭＭＡレジスト４５０の積層体のＸ及びＹ方向への移動によって実施されてもよいことは理解されるべきである。いずれにしてもマスクの相対的な移動によって、段差状の構造が、ＭＭＡ２００に必要とされる所定の初期パターン（直線と空隙）で形成されることが可能となる。
本方法はまた、選択された曲面底部プロファイルまたは半球を有する３次元構造のようなより複雑なまたは任意な構造を作製するのに適合されるものであってもよい。図１１の例を用いれば、これは第３のマスクを、半円形の開口部４６２を有し、放射線は透過することができるが第４のマスク４６０のその他の部分は透過しない第４のマスク４６０で置き換えることを伴うものであってもよい。同様に、第１のマスク４５２は、ＰＭＭＡレジスト４５０上に基本的な幾何学的パターンを提供し、第２のマスク４５４は、Ｘ線ビーム４５８への露出の間、ステップ状に、Ｘ方向に線形的に移動するように操作することが可能である。さらに、第４のマスク４６０は、Ｘ線ビーム４５８への露出下で第１のマスク４５２及びＰＭＭＡレジスト４５０を横切ってＹ方向に連続的に走査されまたは引かれる。
第４のマスク４６０において、ＰＭＭＡレジスト４５０の選択された照射領域は、曲面状のプロファイルを有するものであってもよく、照射及びそれに続くレジスト現像後の一例が、図１４に示されている。
さらなる例が、図１６に示されており、そこでは、中心点４７２の周りで矢印Ｅの方向にマスク４７０を回転させるように構成された共通の部材または点４７２に取り付けられた２つの菱形（またはダイヤモンド形として一般的に称される）の切欠きまたは開口部４７１を特徴とするマスク４７０を有する。菱形マスク４７０は、上部に配置され、ＰＭＭＡ４７４の表面上に置かれたステンシルマスク４７３から離隔されており、ステンシルマスク４７３の構造は、中心点４７２に関して直径方向に走る１つの細長い金の吸収体リボン４７５を含み、リボン４７４のそれぞれの側に２つの半円開口部４７６を含む。そのため、回転するマスク４７０は、回転速度に依存してＰＭＭＡレジスト４７４の照射からＸ線源を遮蔽または露出し、従って、露出照射量及びマスク４７０の形状に対応する露出パターンは、ステンシルマスク４７３によって露出されたレジスト４７４の部分に形成される。図１７は、図１６の照射レジストを現像した結果を示している。菱形マスク４７０とステンシルマスク４７３との間の相対位置の変化によって生成された露出パターンは、直径方向に１つの隔壁４７９を有する環状の逆さまの円錐形凹部４７８を含む。
マスク４７０は、図１７と同様のエッチングされた構造を生成するために、例えば露出時間を２倍にするように露出時間を適切に調整して、２つではなく１つの菱形開口部４７１を有するだけであってもよいことは理解されるべきである。さらに、菱形開口部の数は、３つ、４つまたはそれ以上に増やしてもよく、開口部が互いに接触するまで到達した開口部の最大数で、マスク４７０の大きさによって制限される。
約１００ｎｍの最小段差深さでＰＭＭＡレジストにエッチングされた文字「ＳＳＬＳ」の微細構造の光学プロファイラーの３次元プロットである図１５に示されるような、高い解像度及び高いアスペクト比の構造を有するその他の複雑なまたは任意の多層構造が理解されるべきである。１文字の幅は約４５０μｍであり、深さは１２μｍから２８μｍまで、約１００ｎｍの段差で変化する。レジストの上面プロファイルは、ＰＭＭＡシート内の段差及び文字４９０のより良好な視認性のためのプロットのほとんどから明らかになる。上面の一部、レジストの左上角４９２は残され、参照として働く。
上の例から理解されるように、提案された製造技術のマイクロメートル以下の深さ解像度は、従来の直線、微小な角部、又は切断技術に対してより優れている。さらには、リソグラフィを用いる製造技術は、従来の製造技術では加工が不可能であった３次元構造形状の製造を可能にする。光源がシンクロトロンに基づくＸ線のＰＭＭＡ表面への露出を用いるならば、これは、より優れた表面の品質となる。独立に移動可能である少なくとも２つのマスクを有することにより、以下のことが可能になる。
少なくとも１つの固定されたマスク及び１つの移動するマスクを用いることによる、複雑な３次元幾何学形状の製造。移動可能なマスクを固定されたマスクと組み合わせて用いることにより、固定されたマスクパターンによって与えられた２次元幾何学形状の深さプロファイルを独立して制御することが可能となる。
Ｘ線源によって発生された利用可能なビームのほとんどが並列に利用可能とされることによる、表面の広範囲に渡るリソグラフィパターンの転写。このことは、コストのかかる露出時間を減少させる。
異なる幾何学形状の並列的な露出。
レジストプロファイルに渡って最も小さいステップで走査された、または固定マスクパターンに渡って走査されたマスク（または吸収層）の側部を用いることによる（傾斜したエッチング表面の作成）、またはマスクを用いて露出中に異なる露出領域の照射を許可しまたは遮蔽することによる（段差を有するエッチング表面の作成）、構造である、マスク内のエッチングされた表面の底面の調整。
提案された技術によって提供される３次元構造化は、高い光学品質の表面を製造することを可能にする。レジスト（またはＰＭＭＡレジスト）に指向されたシンクロトロンＸ線照射ビームは、格子の層状構造の、良好に規定され鋭い側壁プロファイルの形成を可能とし、特に、エッチングされた平面の底面は、層状構造の側壁に対して垂直である。
開発されたリソグラフィ技術は、層状構造内における段差構造の製造を、１つのポリマー構造またはモノリシック構造内に共に組み合わせる。そのようにして、製造された構造には、リソグラフィ後に追加的な位置合わせの段階は必要とならない。この技術の作業領域は、数ｃｍ２であり、０からミリメートル範囲の深さプロファイルを有することができる。Ｘ−Ｙ構造の寸法の制限は、用いられる具体的なリソグラフィツールの従来の構造の制限によって与えられる。
以前に説明したように、提案されるリソグラフィ法は、図２のＭＭＡ２００を製造するために（またはむしろ、ＭＭＡ２００を製造するためのモールドを形成するための３次元構造を製造すること）特に有用である。光学ツールとして用いられる場合、ＭＭＡは、可動部を有さず、そのため既存の干渉計に対して以下の点でより優れている。
・フーリエ変換干渉分光法によって、単一の短い非反復性のパルス信号の分光測定が可能となる。
・連続波信号の測定の際に時間分解能を向上させる。
・振動に対するスペクトル感度を除去する（全ての干渉データが同一の瞬間に収集されるため、振動が全てのデータ点で同一であり、従ってデータの精度を変化させない）。
・マイケルソン型干渉計と比較して機械的部品がより少ないことにより、デバイスの機械的寿命が延長される。
・フーリエ変換干渉分光法によって、単一の短い非反復性のパルス信号の分光測定が可能となる。
・連続波信号の測定の際に時間分解能を向上させる。
・振動に対するスペクトル感度を除去する（全ての干渉データが同一の瞬間に収集されるため、振動が全てのデータ点で同一であり、従ってデータの精度を変化させない）。
・マイケルソン型干渉計と比較して機械的部品がより少ないことにより、デバイスの機械的寿命が延長される。
ＦＰＰ ＦＴＩＲのためのＭＭＡを製造する製造技術の使用に加えて、３次元リソグラフィ技術は、その他の光学的応用のための機械要素に用いられてもよい。そのような構成要素は、直列デジタルホログラフィのための位相変調器または干渉分光応用または分析デバイスのための平面／曲面ミラーアレイを含む。
物質の分析を要求するどのような応用にも用いられる分光計として幅広く分類される分析機器の例は、次の通りである。
・化学産業における化学製品
・工程分析
・生物学及び薬学における非侵襲分析
・医薬品産業の薬品開発
・安全保障および軍事産業を含む環境監視
・研究開発市場の物質の特定及び定量化
・化学産業における化学製品
・工程分析
・生物学及び薬学における非侵襲分析
・医薬品産業の薬品開発
・安全保障および軍事産業を含む環境監視
・研究開発市場の物質の特定及び定量化
本発明は完全に説明されたが、本発明の特許請求の範囲から逸脱しないように多くの改良を行うことができることは当業者にとって明らかである。
１００ ＦＰＰ ＦＴＩＲ分光計
１０２ 楕円ミラー
１０４ コリメートミラー
１０６ 光源
１０８ 反射光
１１０ 平行光ビーム
１１２ サブビーム
１１４ 集束ミラー
１１６ 空間フィルター
１１８ 開口
１２０ ビーム
１２２ 検出器
２００ マルチミラーアレイ（ＭＭＡ）
２０２ 格子セル
３００ Ｘ線リソグラフィ装置
３０２ Ｘ線走査テーブル
３０４ ホルダープレート
３０６ 摺動板
３０８ 中央下部領域
３１０ 微小移動ステージ
３１２ 基板テーブル
３１４ ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）レジスト
３１６ 第１のマスク
３１８ マスクホルダープレート
３２０ 微動ねじ
３２２ 開口部
３２４ マスクホルダーリング
３２６ マスクホルダー取り付けクランプ
３２８ 第２のマスク
３３０ Ｘ線ビーム
３３２ 第１の部分
３３４ 第２の部分
３３６ 照射部
３３７ 非照射部
３３８ 第１のマスク部
３４０ 第２のマスク部
４００ ステンシルマスク
４０２ Ｘ線ステンシルマスク領域
４０４ シリコンマスクフレーム
４０５ シリコンフレーム
４０６ 金の部材
４５０ ＰＭＭＡレジスト
４５２ 第１のマスク
４５４ 第２のマスク
４５６ 第３のマスク
４５８ Ｘ線ビーム
４６０ 第４のマスク
４６２ 開口部
４７０ 菱形マスク
４７１ 開口部
４７２ 中心点
４７３ ステンシルマスク
４７４ ＰＭＭＡレジスト
４７６ 半円開口部
４７８ 円錐形凹部
４７９ 隔壁
４９０ 文字
４９２ レジストの左上角
１０２ 楕円ミラー
１０４ コリメートミラー
１０６ 光源
１０８ 反射光
１１０ 平行光ビーム
１１２ サブビーム
１１４ 集束ミラー
１１６ 空間フィルター
１１８ 開口
１２０ ビーム
１２２ 検出器
２００ マルチミラーアレイ（ＭＭＡ）
２０２ 格子セル
３００ Ｘ線リソグラフィ装置
３０２ Ｘ線走査テーブル
３０４ ホルダープレート
３０６ 摺動板
３０８ 中央下部領域
３１０ 微小移動ステージ
３１２ 基板テーブル
３１４ ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）レジスト
３１６ 第１のマスク
３１８ マスクホルダープレート
３２０ 微動ねじ
３２２ 開口部
３２４ マスクホルダーリング
３２６ マスクホルダー取り付けクランプ
３２８ 第２のマスク
３３０ Ｘ線ビーム
３３２ 第１の部分
３３４ 第２の部分
３３６ 照射部
３３７ 非照射部
３３８ 第１のマスク部
３４０ 第２のマスク部
４００ ステンシルマスク
４０２ Ｘ線ステンシルマスク領域
４０４ シリコンマスクフレーム
４０５ シリコンフレーム
４０６ 金の部材
４５０ ＰＭＭＡレジスト
４５２ 第１のマスク
４５４ 第２のマスク
４５６ 第３のマスク
４５８ Ｘ線ビーム
４６０ 第４のマスク
４６２ 開口部
４７０ 菱形マスク
４７１ 開口部
４７２ 中心点
４７３ ステンシルマスク
４７４ ＰＭＭＡレジスト
４７６ 半円開口部
４７８ 円錐形凹部
４７９ 隔壁
４９０ 文字
４９２ レジストの左上角
Claims (25)
- （ｉ）３次元構造を形成するための露出パターンを有する第１のマスクを提供する段階、
（ｉｉ）第１のマスクを放射線に露出して放射線感受性レジスト上に前記露出パターンを形成する段階であって、前記露出パターンが、レジストの照射領域及び非照射領域によって画定される、段階、
（ｉｉ）第２のマスクを提供する段階、
（ｉｉｉ）露出の間に、前記第１のマスクと前記第２のマスクとの間の相対的な位置を変更して、前記照射領域のうち選択された部分を放射線から遮蔽し、異なる深さプロファイルを前記３次元構造内に形成可能にする段階、
を含む、リソグラフィ法。 - 前記第１のマスクが、前記レジストと接触する、請求項１に記載のリソグラフィ法。
- 前記相対位置を間隔をあけて変更する段階をさらに含む、請求項１または２に記載のリソグラフィ法。
- 前記相対位置を連続的に変更する段階をさらに含む、請求項１または２に記載のリソグラフィ法。
- 前記相対位置を変更する段階が、前記第２のマスクの位置を維持し、前記第１のマスク及び前記レジストの両方を共に移動させる段階を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のリソグラフィ法。
- 前記第１のマスク及び前記レジストの両方を、第１の移動軸に沿って移動させ、次いで前記第１の移動軸に対して直交する第２の移動軸に沿って移動させる段階をさらに含む、請求項５に記載のリソグラフィ法。
- 前記相対位置を変更する段階が、前記第１のマスク及び前記レジストの位置を維持し、前記第２のマスクの位置を移動させる段階を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のリソグラフィ法。
- 前記第２のマスクを第１の移動軸に沿って移動させ、次いで前記第１の移動軸に対して直交する第２の移動軸に沿って移動させる段階をさらに含む、請求項７に記載のリソグラフィ法。
- 前記第２のマスクを、中心点の周りに回転させる段階をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のリソグラフィ法。
- 前記第２のマスクが、２つの対向する開口部を含む、請求項９に記載のリソグラフィ法。
- 前記開口部が、菱形の開口部である、請求項９または１０に記載のリソグラフィ法。
- 第３のマスクを提供する段階をさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のリソグラフィ法。
- 前記第２のマスクを第１の移動軸に沿って移動させ、前記第３のマスクを前記第１の軸に直交する第２の移動軸に沿って移動させ、その間前記第１のマスク及び前記レジストの位置を維持する段階をさらに含む、請求項１２に記載のリソグラフィ法。
- 前記露出パターンが、層状構造を含む、請求項１から１３のいずれか一項に記載のリソグラフィ法。
- 露出後に、前記レジストを現像溶液中で現像して前記照射領域の部分をエッチングで除去し、異なる深さプロファイルを有する前記３次元構造を形成する段階をさらに含む、請求項１から１４のいずれか一項に記載のリソグラフィ法。
- 前記放射線がＸ線である、請求項１から１５のいずれか一項に記載のリソグラフィ法。
- 前記レジストが、ポリマーである、請求項１から１６のいずれか一項に記載のリソグラフィ法。
- 前記レジストが、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）である、請求項１から１７のいずれか一項に記載のリソグラフィ法。
- 請求項１から１８のいずれか一項に記載のリソグラフィ法から得られる３次元構造から、マイクロ構造またはナノ構造を製造する方法。
- 前記３次元構造からモールドを形成する段階をさらに含む、請求項１９に記載の方法。
- 前記モールドに基づいて、前記マイクロ構造または前記ナノ構造を製造する段階をさらに含む、請求項２０に記載の方法。
- 請求項１９から２１のいずれか一項の方法から得られる、異なる高低差を有する異なる表面領域上に配置された層状格子セルのアレイを含む格子構造。
- 請求項２２に記載の格子構造を有するマルチミラーアレイ。
- 請求項２３に記載のマルチミラーアレイを含む、フーリエ分光計。
- （ｉ）３次元構造を形成するための露出パターンを有する第１のマスク、
（ｉｉ）第２のマスク、
（ｉｉ）前記第１のマスクを放射線に露出して放射線感受性レジスト上に露出パターンを形成するための放射線源であって、前記露出パターンが、前記レジストの照射領域及び非照射領域によって画定される、放射線源、及び
（ｉｉｉ）前記第１のマスクと前記第２のマスクとの間の相対的な位置を変更して前記照射領域の選択された部分を放射線から遮蔽し、異なる深さプロファイルを前記３次元構造内に形成することを可能にする手段、
を含む、リソグラフィ装置。
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