JP3602594B2

JP3602594B2 - 微小光学開口の形成方法

Info

Publication number: JP3602594B2
Application number: JP2126195A
Authority: JP
Inventors: 恒男桑原
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 1995-01-13
Filing date: 1995-01-13
Publication date: 2004-12-15
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: JPH08194102A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、フォトマスクや近視野光学におけるエバネッセント光用開口に好適な微小光学開口を形成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大規模集積回路等の微細なパターンの形成には、微細な光学開口からなるパターンを形成したフォトマスクが用いられる。また、近視野光学におけるエバネッセント光用開口も、極めて微小な光学開口である必要がある。従来、ミクロンからサブミクロンオーダーの光学開口を形成するためには、フォトリソグラフィー技術を用いることが一般的である。フォトリソグラフィーには、大規模な光学系、強力で短波長のレーザ光が必要であり、また、パターン形成に長時間を要する。このため、低コストかつ短時間で微小な光学開口を形成できる方法が望まれている。
【０００３】
微小な光学開口形成には、フォトリソグラフィー技術の他にも、電子ビームによる描画や機械加工なども提案ないし実用化されているが、いずれも、短時間に低コストで微小な光学開口を形成するという要求は満たせない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、フォトマスクや近視野光学におけるエバネッセント光用開口に好適な微小光学開口を、低コストかつ短時間で形成できる方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記（１）〜（５）のいずれかの構成により達成される。（１）下部透明層と上部透明層とに挟まれたマスク層に、変調されたレーザビームを集光することにより、マスク層の集光部の厚さを不可逆的に減少させて光透過率を増加させ、光学開口とする微小光学開口の形成方法。
（２）マスク層の融点が１００〜７００℃である上記（１）の微小光学開口の形成方法。
（３）マスク層が半導体系合金から構成される上記（１）または（２）の微小光学開口の形成方法。
（４）マスク層が、Ｇｅ、Ｇａ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｅ、ＳｂおよびＡｓから選択される少なくとも１種の元素を含む合金である上記（３）の微小光学開口の形成方法。
（５）フォトマスクに用いられる光学開口を形成する上記（１）〜（４）のいずれかの微小光学開口の形成方法。
【０００６】
【作用および効果】
本発明では、図１に示すように、マスク層３２に変調されたレーザビームを集光することにより、マスク層３２の集光部の厚さを不可逆的に減少させる。これにより、多重反射条件が変化して光透過率が増加し、光学開口３０となる。
【０００７】
レーザビームスポットは、マスク層面においてガウス分布に近似した強度分布を有するため、光学開口形成に必要な温度上昇が生じる領域の径（実効スポット径）は、波長λおよび開口数ＮＡによって決まるスポット径よりも小さくなる。このため、光学開口３０の径はレーザビームスポット径よりも小さくなる。従来、微小な光学開口を形成するためには、短波長のエキシマレーザの利用や電子線直接描画などの大掛かりな手段が必要であり、形成に要する時間も長かった。しかし、本発明ではレーザビームの実効スポット径を小さくすることができるので、安価で単純な構造の照射装置、例えば半導体レーザなどの手段を利用できる。また、本発明では、マスク層の構成やレーザビームの照射条件を適宜決定することにより、様々な寸法および形状の光学開口を形成することができる。このように本発明によれば、微小光学開口を低コストで簡便に効率よく形成することが可能となる。
【０００８】
【具体的構成】
以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。
【０００９】
図１に、本発明により形成される光学開口３０を有するマスク１を示す。本発明では同図に示されるように、下部透明層３１と上部透明層３３とに挟まれたマスク層３２に、変調されたレーザビームを集光することにより、マスク層３２の集光部の厚さを不可逆的に減少させて光透過率を増加させ、光学開口３０とする。
【００１０】
図１に示す構成では、基材２を通してレーザビームを積層体に照射しているが、上部透明層３３側から照射してもよい。
【００１１】
基材２は、光学開口として使用する際の対象光に対して実質的に透明である材質、また、光学開口形成時にレーザビームを基材側から照射する場合には、このレーザビームに対しても実質的に透明である材質から構成する。一般的には、基材２は樹脂やガラスから構成することが好ましく、樹脂としては、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート、エポキシ樹脂、ポリオレフィン等の各種樹脂を用いればよい。基材の形状および寸法は特に限定されず、用途に応じて適宜決定すればよいが、厚さは、通常、０．２〜３ｍｍ程度である。
【００１２】
レーザビーム照射によりマスク層３２の照射部位は温度が上昇するため、圧力が急激に上昇して膨張する。マスク層３２は、下部透明層３１と上部透明層３３とに挟まれているため、主として面内方向に膨張して照射部位の厚さが減少する。このとき、通常、図示のように下部透明層３１と上部透明層３３とが変形してほとんど接触した状態となり、マスク層３２の厚さがほぼゼロとなる。また、樹脂基材を用いた場合には、基材２にも変形が生じることがある。このようにマスク層３２の厚さが減少して多重反射条件が変化した領域が、光学開口３０となる。光学開口におけるマスク層３２の厚さは、光学開口として利用可能な程度に光透過率が増加するものであればよく、特に限定されないが、未照射部の厚さに対し、通常、５０％以下、好ましくは３０％以下である。なお、各部が変形していることは、透過型電子顕微鏡や走査トンネル顕微鏡などにより確認することができる。
【００１３】
なお、本発明では、光学開口において光透過率が高くなる必要があり、かつ、光学開口以外では光透過率が低い必要がある。このためには、光学開口として使用する際の対象光の波長に対して最適な多重反射条件となるように、各層の厚さおよび屈折率を適宜選択する。
【００１４】
レーザビームのスポット径に対して光学開口の径を小さくするためには、マスク層の体積膨張率の温度依存性が非線形的であることが好ましい。すなわち、レーザビームスポットの中央付近の高温領域において体積膨張率が急激に高くなるように、高温において体積膨張率が高い組成の材料を用いることが好ましい。具体的には、マスク層の融点付近の高温領域において、体積膨張率が５×１０^−５／ｄｅｇ以上であることが好ましい。マスク層の融点は、好ましくは１００〜７００℃、より好ましくは２００〜６００℃である。マスク層の融点が高すぎると高パワーのレーザビームが必要であり、マスク層の融点が低すぎると、熱的な安定性が低くなる。
【００１５】
マスク層の組成は特に限定されないが、低結晶性半導体系合金であることが好ましい。低結晶性とは、スパッタ法などにより非晶質状の薄膜を形成し、これを加熱した場合、容易に結晶化しないことを意味する。低結晶性合金を用いることにより、マスク層の形状変化以外の要素を排除することができ、光学開口の安定性が良好となる。このような合金としては、Ｇｅ、Ｇａ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｅ、ＳｂおよびＡｓから選択される少なくとも１種の元素を含むものが好ましく、特に、Ｇｅ−Ｔｅ合金が好ましい。Ｇｅ−Ｔｅ合金のＧｅ含有率は、好ましくは５０原子％以下、より好ましくは３５原子％以下であり、好ましくは５原子％以上である。このような合金は、上述した体積膨張率の点でも好ましい。Ｇｅ含有率が高すぎると融点が高くなってしまう。Ｇｅ含有率が低すぎると、転移点付近での体積膨張率の温度依存性が小さくなってしまい、上述した効果が得られにくい。なお、Ｇｅ−Ｔｅ合金中には、３０原子％以下の範囲でＧａ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｅ、Ｓｂ、Ａｓ等やその他の元素が含まれていてもよい。
【００１６】
マスク層の好ましい厚さは、その組成や他の層の構成によっても異なるが、好ましくは３〜２００ｎｍ、より好ましくは５〜１００ｎｍである。マスク層が薄すぎると光学開口以外でのマスク効果が不十分となり、厚すぎると光学開口の形成に大きなパワーが必要となってしまう。
【００１７】
マスク層の形成方法は特に限定されず、スパッタ法や蒸着法などから適宜選択すればよい。
【００１８】
マスク層３２は、下部透明層３１と上部透明層３３とに挟まれている。このような構成とすることにより、上記した作用による光学開口の形成が容易となる。各透明層の構成材料は特に限定されず、例えば、ＳｉＯ_２や、ＳｉＯ_２とＺｎＳとの混合物、Ｌａ、Ｓｉ、ＯおよびＮを含有するいわゆるＬａＳｉＯＮ、Ｓｉ、Ａｌ、ＯおよびＮを含有するいわゆるＳｉＡｌＯＮ、Ｙを含有するＳｉＡｌＯＮ、ＮｄＳｉＯＮなどを用いればよい。各透明層の厚さは特に限定されず、上述した効果が十分に発揮できるように適宜決定すればよいが、通常、各透明層の厚さは１０〜１００ｎｍとすることが好ましい。各透明層は、スパッタ法や蒸着法等の気相成長法により形成することが好ましい。
【００１９】
上部透明層３３上には、耐擦傷性や耐食性の向上のため、また、断熱・保温により低パワーでの開口形成を可能にするために、保護層を設けてもよい。この保護層は種々の有機系の物質から構成されることが好ましいが、特に、放射線硬化型化合物やその組成物を、電子線、紫外線等の放射線により硬化させた物質から構成されることが好ましい。保護層の厚さは、通常、０．１〜１００μｍ程度であり、スピンコート、グラビア塗布、スプレーコート、ディッピング等、通常の方法により形成すればよい。
【００２０】
光学開口の形状は、レーザビームの変調に応じて、円形、長円形、線状等の種々のものとすることができる。また、光学開口の径や幅は、レーザビームの波長、そのパワー、その照射光学系、その変調、レーザビームに対するマスク層の相対速度、各層の組成、その厚さ、全体的な熱的設計などの各種条件を適宜決定することによって制御でき、例えば、０．１〜１０μｍ程度の範囲で自在に制御できる。光学開口の寸法へのこれら各種条件の寄与は、ＦＥＭなどを用いた熱シミュレーションにより推定することができる。本発明は、フォトマスク、特にフォトレジスト層に密着させて使用するフォトマスクの製造に好適であり、また、近視野光学におけるエバネッセント光用開口の形成にも好適である。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【００２２】
＜実施例１＞
レーザビームの案内溝を有する厚さ１．２ｍｍのポリカーボネート基材の表面に、下部透明層（厚さ２０ｎｍのＳｉＯ_２）、マスク層（厚さ５０ｎｍのＧｅ_２０Ｔｅ_８０）および上部透明層（厚さ８０ｎｍのＳｉＯ_２）をスパッタ法により順次形成し、図１に示す構成のマスクを得た。
【００２３】
次いで、波長７８０ｎｍのレーザビームを、開口数が０．５の光学系を用いてマスク層に集光した。マスク層に対するレーザビームの相対速度は３ｍ／ｓとし、レーザビームの変調周波数は４ＭＨｚ、パワーは１５ｍＷとした。
【００２４】
レーザビーム照射後、下部透明層３１、マスク層３２および上部透明層３３からなる積層体を溶剤処理および酸処理により単離した。この積層体の透過型電子顕微鏡写真を、図２に示す。この写真から、マスク層に０．７５μｍ間隔で直径約０．２μｍのほぼ円形の厚さ減少領域が形成されていることがわかる。この厚さ減少領域は、光学開口としてはたらくものであった。すなわち、レーザビーム照射後、ガラス板上のフォトレジスト層にマスクを密着させ、露光、現像したところ、前記光学開口のパターンが転写されていることが確認できた。
【００２５】
また、レーザビーム照射後に上部透明層３３の表面を走査トンネル顕微鏡により測定したところ、光学開口では深さ１５〜２０ｎｍの陥没が確認された。
【００２６】
以上の実施例の結果から、本発明の効果が明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明により形成された光学開口を有するマスクの部分断面図である。
【図２】下部透明層３１、マスク層３２および上部透明層３３からなる積層体のレーザビーム照射後の透過型電子顕微鏡写真である。
【符号の説明】
１マスク
２基材
３０光学開口
３１下部透明層
３２マスク層
３３上部透明層

Claims

下部透明層と上部透明層とに挟まれたマスク層に、変調されたレーザビームを集光することにより、マスク層の集光部の厚さを不可逆的に減少させて光透過率を増加させ、光学開口とする微小光学開口の形成方法。
マスク層の融点が１００〜７００℃である請求項１の微小光学開口の形成方法。
マスク層が半導体系合金から構成される請求項１または２の微小光学開口の形成方法。
マスク層が、Ｇｅ、Ｇａ、Ｔｅ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｅ、ＳｂおよびＡｓから選択される少なくとも１種の元素を含む合金である請求項３の微小光学開口の形成方法。
フォトマスクに用いられる光学開口を形成する請求項１〜４のいずれかの微小光学開口の形成方法。