JP5774536B2 - 近接場露光用マスクおよびパターン形成方法 - Google Patents

近接場露光用マスクおよびパターン形成方法 Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、近接場露光用マスクおよびパターン形成方法に関する。
近年、半導体デバイスを始めとする、微細加工を必要とする各種電子デバイスの分野ではデバイスの高密度化、高集積化の要求がますます高まっている。これらの要求を満たすには配線などのパターンの微細化が必須となってきている。このような半導体デバイスの製造工程において、フォトリソグラフィ技術は微細パターン形成に重要な役割を果たしている。
また、半導体の微細化、高密度化、高速化に伴い、半導体パッケージ、インターポーザ、プリント基板等に対してもより高密度な微細加工が求められている。また特に近年、ストレージメディアの微細構造パターン形成時において、或いはバイオチップのナノ構造体の形成時において、高密度微細加工のニーズが高まっている。このような技術的要求を満たす量産手段として、近年においてナノインプリント技術が研究されている。
このナノインプリント技術は、金型を用いたプレス工法をナノスケールに応用したものであり、微細な凹凸のあるモールドを被加工材に押し付けて成形するナノスケールの成型加工技術である。ナノインプリント技術は、数十ナノメートル幅のパターン形成が可能であり、電子ビームを用いた同等の加工技術と比較して、非常に安価にかつ大量に成形することができる利点がある。
このようなナノインプリント技術においても、近接場光を用いることが提案されている。 一般にナノインプリント技術においては、凹凸モールドを光硬化樹脂が塗布された基板上に押し付けて紫外光を照射して硬化させる。モールドに光硬化樹脂を密着して露光するため、露光後にモールドを剥離する際、離型性が低いという問題点があった。
また、微細パターンを転写する際に、テンプレートと基板との密着性の向上の必要もあるなど、パターン形成方法の最適化について十分な検討がなされているとは言えない。
特開２０１０−２８７６２５号公報
本実施形態は、パターンを基板上に精度よく転写することが可能な近接場露光用マスクおよびパターン形成方法を提供する。
本実施形態の近接場露光用マスクは、基板と、前記基板の一方の面に形成された凸部および凹部を有する凹凸構造と、前記凸部の少なくとも先端部に設けられた近接場光発生膜と、前記凹部に埋め込まれた樹脂と、を備え、前記近接場光発生膜は、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｐｄ、およびＣの群から選択された少なくとも１つの元素を含む層、もしくはこれらの層の積層膜であることを特徴とする。
図１（ａ）乃至図１（ｄ）は第１実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図。 図２（ａ）乃至図２（ｄ）は第１実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図。 図３（ａ）乃至図３（ｄ）は第２実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図。 図４（ａ）乃至図４（ｄ）は第２実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図。 図５（ａ）乃至図５（ｄ）は第３実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図。 図６（ａ）乃至図６（ｄ）は第３実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図。 図７（ａ）乃至図７（ｆ）は第４実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図。 図８（ａ）乃至図８（ｆ）は第５実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図。 図９（ａ）乃至図９（ｆ）は第６実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図。 図１０（ａ）乃至図１０（ｆ）は第７実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図。 図１１（ａ）乃至図１１（ｆ）は第８実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図。 第９実施形態による近接場光リソグラフィ方法を説明する断面図。 図１３（ａ）、図１３（ｂ）は、第５乃至第８実施形態の近接場露光用マスクの近接場光発生膜の成膜方法を説明する断面図。 図１４（ａ）、図１４（ｂ）は第１０実施形態による近接場露光装置を示す断面図。 図１５（ａ）乃至図１５（ｄ）は第１１実施形態によるパターン形成方法を説明する断面図。 図１６（ａ）乃至図１６（ｄ）は第１２実施形態によるレジストパターン形成方法およびデバイス製造方法を示す断面図。 図１７（ａ）乃至図１７（ｅ）は第１３実施形態によるパターン形成方法を説明する断面図。 図１８（ａ）乃至図１８（ｃ）は第１３実施形態によるパターン形成方法を説明する断面図。
以下に、図面を参照して実施形態を説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態による近接場露光用マスク（以下、近接場光発生部材ともいう）について図１（ａ）乃至図２（ｄ）を参照して説明する。図１（ａ）乃至図２（ｄ）は、第１実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図である。
まず、例えば厚さが６００μｍのシリコン基板２を用意し、厚さが例えば１０ｎｍ〜３０ｎｍとなるレジスト層４をシリコン基板２上に塗布する（図１（ａ）、１（ｂ））。続いて、電子線リソグラフィ技術、もしくはＥＵＶ(Extreme Ultra-Violent)リソグラフィ技術を用いてレジスト層４にレジストパターン４ａを形成する（図１（ｃ））。このレジストパターン４ａは、ライン幅Ｗ１が例えば１０ｎｍでスペース幅Ｗ２が例えば１０ｎｍのライン・アンド・スペース・パターンとする。したがって、レジストパターン４ａの高さは１０ｎｍ〜３０ｎｍとなる。
その後、レジストパターン４ａのスペースを埋め込むようにレジストパターン４ａ上に近接場光発生膜６を堆積する（図１（ｄ））。近接場光発生膜６としては、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｐｄ、およびＣの群から選択された少なくとも１つの元素を含む層、もしくはこれらの層の積層膜が用いられる。
続いて、ＣＭＰ(chemical mechanical polishing)を用いて、近接場光発生膜６を研磨し、レジストパターン４ａの上面を露出させる（図２（ａ））。すると、シリコン基板２上にレジストパターン４ａの凹部に近接場光発生膜が埋め込まれた近接場光発生膜パターン６ａが形成される（図２（ａ））。その後、レジスト剥離剤を用いてレジストパターン４ａを剥離する。これにより、シリコン基板２上に形成された凹凸形状の近接場光発生膜パターン６ａが残置される（図２（ｂ））。この近接場光発生膜パターン６ａは、ライン幅Ｗ２が１０ｎｍでスペース幅Ｗ１が１０ｎｍのライン・アンド・スペース・パターンとなる。そして、近接場光発生膜パターン６ａのラインの高さ（厚さ）は１０ｎｍ〜３０ｎｍとなる。なお、近接場光発生膜パターン６ａのラインの高さ（厚さ）は、近接場光が被露光レジストに到達するためには１００ｎｍ以下であるが、５０ｎｍ以下であることが好ましい。そして、近接場光発生膜パターン６ａは、ライン幅Ｗ２が５ｎｍ以上でスペース幅Ｗ１が５ｎｍ以上のパターンであってもよい。なお、近接場光発生膜パターンの好ましいサイズは、この近接場露光用マスクを用いて形成されるデバイスによって異なる。
続いて、近接場光発生膜パターン６ａが形成されたシリコン基板上に例えばシリコン樹脂などの例えば熱硬化樹脂７を例えばポッティング法を用いて堆積し、１５０℃の熱をかけて硬化させる（図２（ｃ））。熱硬化樹脂７の形成方法はポッティング法に限らず、他の方法を用いてもよい。その後、ＣＭＰを用いて熱硬化樹脂７を研磨し、近接場光発生膜パターン６ａの上面を露出させ、近接場露光用マスク１を作製する（図２（ｄ））。
このようにして形成された近接場露光用マスク１は、シリコン基板２上に形成された凹凸形状を有する近接場光発生膜パターン６ａを備え、この近接場光発生膜パターンの凹部に樹脂７ａが埋め込まれた構成となっている。このため、本実施形態の近接場露光用マスク１を、パターンが転写され基板上に形成された光硬化樹脂に密着させ光を照射して近接場光によるナノインプリントを行っても、上記光硬化樹脂が近接場光発生膜パターン６ａの凹部に入り込むことを防止することが可能となる。なお、パターンが転写される基板に形成される光硬化樹脂と、近接場光発生膜パターンの凹部に埋め込まれた樹脂７ａとは、離型性の高い材料を選択する。これにより、近接場露光用マスク１を用いて、ナノインプリントを何回行っても、転写されるパターンの解像度が劣化することを防止することができる。
なお、熱硬化樹脂としてはシリコン樹脂、エポキシ樹脂などを使用することができる。熱硬化樹脂のかわりに光硬化樹脂を使用してもよい。
また、基板としてシリコン基板以外にガラス基板を使用してもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、超微細なパターンを基板上に精度よく転写することが可能なパターン形成方法を提供することができる。
また、本実施形態においては、近接場露光用マスク１はシリコン基板と、近接場光発生膜パターン６ａと、樹脂７ａとから構成されているので、耐久性を向上させることができるとともに、簡単な製造工程で作成することができる。
（第２実施形態）
第２実施形態による近接場露光用マスクについて図３（ａ）乃至図４（ｄ）を参照して説明する。図３（ａ）乃至図４（ｄ）は、第２実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図である。
まず、例えば厚さが６００μｍのシリコン基板２を用意し、厚さが例えば１０ｎｍ〜３０ｎｍとなるレジスト層４をシリコン基板２上に塗布する（図３（ａ）、３（ｂ））。続いて、電子線リソグラフィ技術、もしくはＥＵＶリソグラフィ技術を用いてレジスト層４にレジストパターン４ａを形成する（図３（ｃ））。このレジストパターン４ａは、ライン幅Ｗ１が例えば１０ｎｍでスペース幅Ｗ２が例えば１０ｎｍのライン・アンド・スペース・パターンとする。したがって、レジストパターン４ａの高さは１０ｎｍ〜３０ｎｍとなる。その後、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）を用いて、レジストパターン４ａをマスクとしてシリコン基板２をエッチングする（図３（ｄ））。これにより、表面に凹凸状のパターンが形成されたシリコン基板２ａが得られる（図３（ｄ））。このシリコン基板２ａの凹凸パターンは、ライン幅がＷ２およびスペース幅がＷ１のライン・アンド・スペース・パターンとなる。
続いて、レジスパターン４ａを剥離することにより微細なパターンを有するシリコン基板２ａを得ることができる（図４（ａ））。このシリコン基板２ａの凹凸パターンの凸部の少なくとも頂面（先端部）および側面に、近接場光発生膜６を成膜する（図４（ｂ））。なお、図示しないが凹部の底面にも近接場光発生膜６を成膜してもよい。近接場光発生膜６としては、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｐｄ、およびＣの群から選択された少なくとも１つの元素を含む層、もしくはこれらの層の積層膜が用いられる。また、先端部に設けられた近接場光発生膜６の膜厚は２ｎｍ〜８０ｎｍである。５ｎｍ〜４０ｎｍであることが好ましい。
近接場光発生膜６の成膜を行うためには、線源方向を斜めからと設定し、両方向から成膜を行えば良い。成膜方法は蒸着、スパッタ、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）が一般的であるが、これらに限らない。照射線源からの照射角度を調整することにより、凸部の頂面、凸部の側面に形成される近接場光発生膜６の膜厚や膜厚比を調整することができる。
続いて、近接場光発生膜６が成膜された基板２の上面に、例えばシリコン樹脂などの熱硬化樹脂７をポッティング法により堆積し、１５０℃の熱をかけて硬化させる（図４（ｃ））。熱硬化樹脂の堆積方法は、ポッティング法に限らず、他の方法を用いてもよい。その後Ｃ、ＭＰを用いて熱硬化樹脂７を研磨し、近接場光発生膜６の上面を露出させ、近接場露光用マスク１を作製する（図４（ｄ））。
このようにして形成された近接場露光用マスク１は、シリコン基板の表面に形成された凹凸パターンの少なくとも凸部の頂面および側面に近接場光発生膜６が形成され、凹凸パターンの凹部に樹脂７ａが埋め込まれた構成となっている。このため、本実施形態の近接場露光用マスク１を、パターンが転写され基板上に形成された光硬化樹脂に密着させ光を照射して近接場光によるナノインプリントを行っても、上記光硬化樹脂が凹凸パターンの凹部に入り込むことを防止することが可能となる。なお、パターンが転写される基板に形成される光硬化樹脂と、近接場光発生膜パターンの凹部に埋め込まれた樹脂７ａとは、離型性の高い材料を選択する。これにより、近接場露光用マスク１を用いて、ナノインプリントを何回行っても、転写されるパターンの解像度が劣化することを防止することができる。
なお、熱硬化樹脂としてはシリコン樹脂、エポキシ樹脂などを使用することができる。熱硬化樹脂のかわりに光硬化樹脂を使用してもよい。
また、基板としてシリコン基板以外にガラス基板を使用してもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、超微細なパターンを基板上に精度よく転写することが可能なパターン形成方法を提供することができる。
また、本実施形態においては、近接場露光用マスク１は、シリコン基板２ａと、近接場光発生膜６と、樹脂７ａとから構成されているので、耐久性を向上させることができるとともに、簡単な製造工程で作成することができる。
（第３実施形態）
第３実施形態による近接場露光用マスクについて図５（ａ）乃至図６（ｄ）を参照して説明する。図５（ａ）乃至図６（ｄ）は、第３実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図である。
まず、例えば厚さが６００μｍのシリコン基板２を用意し、厚さが例えば１０ｎｍ〜３０ｎｍとなるレジスト層４をシリコン基板２上に塗布する（図５（ａ）、５（ｂ））。続いて、電子線リソグラフィ技術、もしくはＥＵＶリソグラフィ技術を用いてレジスト層４にレジストパターン４ａを形成する（図５（ｃ））。このレジストパターン４ａは、ライン幅Ｗ１が例えば１０ｎｍでスペース幅Ｗ２が例えば１０ｎｍのライン・アンド・スペース・パターンとする。したがって、レジストパターン４ａの高さは１０ｎｍ〜３０ｎｍとなる。その後ＲＩＥを用いて、レジストパターン４ａをマスクとしてシリコン基板２をエッチングする（図５（ｃ））。これにより、表面に凹凸状のパターンが形成されたシリコン基板２ａが得られる（図５（ｄ））。このシリコン基板２ａの凹凸パターンは、ライン幅がＷ２およびスペース幅がＷ１のライン・アンド・スペース・パターンとなる。
続いて、レジスパターン４ａを剥離することにより微細なパターンを有するシリコン基板２ａを得ることができる（図６（ａ））。このシリコン基板２ａの凹凸パターンの凸部の頂面と、この頂面に接続する側面の一部に、近接場光発生膜６を成膜する（図６（ｂ））。近接場光発生膜６としては、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｐｄ、およびＣの群から選択された少なくとも１つの元素を含む層、もしくはこれらの層の積層膜が用いられる。
近接場光発生膜６の成膜を行うためには、線源方向を斜めからと設定し、両方向から成膜を行えば良い。成膜方法は蒸着、スパッタ、ＭＢＥが一般的であるが、これらに限らない。照射線源からの照射角度を調整することにより、凸部の頂面、凸部の側面に形成される近接場光発生膜６の膜厚や膜厚比を調整することができる。
続いて、近接場光発生膜６が成膜された基板２の上面に、例えばシリコン樹脂などの熱硬化樹脂７をポッティング法により堆積し、１５０℃の熱をかけて硬化させる（図６（ｃ））。熱硬化樹脂の堆積方法は、ポッティング法に限らず、他の方法を用いてもよい。その後Ｃ、ＭＰを用いて熱硬化樹脂７を研磨し、近接場光発生膜６の上面を露出させ、近接場露光用マスク１を作製する（図６（ｄ））。
このようにして形成された近接場露光用マスク１は、シリコン基板の表面に形成された凹凸パターンの少なくとも凸部の頂面およびこの頂面に接続する側面の一部に近接場光発生膜６が形成され、凹凸パターンの凹部に樹脂７ａが埋め込まれた構成となっている。このため、本実施形態の近接場露光用マスク１を、パターンが転写され基板上に形成された光硬化樹脂に密着させ光を照射して近接場光によるナノインプリントを行っても、上記光硬化樹脂が凹凸パターンの凹部に入り込むことを防止することが可能となる。なお、パターンが転写される基板に形成される光硬化樹脂と、近接場光発生膜パターンの凹部に埋め込まれた樹脂７ａとは、離型性の高い材料を選択する。これにより、近接場露光用マスク１を用いて、ナノインプリントを何回行っても、転写されるパターンの解像度が劣化することを防止することができる。
なお、熱硬化樹脂としてはシリコン樹脂、エポキシ樹脂などを使用することができる。熱硬化樹脂のかわりに光硬化樹脂を使用してもよい。
また、基板としてシリコン基板以外にガラス基板を使用してもよい。
以上説明したように、本実施形態によれば、超微細なパターンを基板上に精度よく転写することが可能なパターン形成方法を提供することができる。
また、本実施形態においては、近接場露光用マスク１は、シリコン基板２ａと、近接場光発生膜６と、樹脂７ａとから構成されているので、耐久性を向上させることができるとともに、簡単な製造工程で作成することができる。
（第４実施形態）
第４実施形態による近接場露光用マスクについて図７（ａ）乃至図７（ｆ）を参照して説明する。図７（ａ）乃至図７（ｆ）は、第４実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図である。
まず、例えば厚さが６００μｍのシリコン基板２を用意し、厚さが例えば１０ｎｍ〜３０ｎｍとなるレジスト層４をシリコン基板２に塗布する（図７（ａ）、７（ｂ））。続いて、電子線リソグラフィ技術、もしくはＥＵＶリソグラフィ技術を用いてレジスト層４にレジストパターン４ａを形成する（図７（ｃ））。このレジストパターン７ａは、ライン幅Ｗ１が例えば１０ｎｍでスペース幅Ｗ２が例えば１０ｎｍのライン・アンド・スペース・パターンとする。したがって、レジストパターン４ａの高さは１０ｎｍ〜３０ｎｍとなる。その後、レジストパターン４ａのスペース（凹部）を埋め込むようにレジストパターン４ａ上に近接場光発生膜６を堆積する（図７（ｄ））。近接場光発生膜６としては、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｐｄ、およびＣの群から選択された少なくとも１つの元素を含む層、もしくはこれらの層の積層膜が用いられる。
続いて、ＣＭＰを用いて、近接場光発生膜６を研磨し、レジストパターン４ａの上面を露出させる。これにより、レジストパターン４ａのスペース（凹部）に近接場光発生膜６ａが残置される（７（ｅ））。
その後、レジスト剥離剤を用いてレジストパターン４ａを剥離し、近接場露光用マスク１を作製する（図７（ｆ））。これにより、シリコン基板２上に、近接場光発生膜６ａからなる、ライン（凸部）の幅がＷ２、スペース（凹部）の幅がＷ１であるライン・アンド・スペース・パターンが形成される。
このようにして形成された近接場露光用マスク１は、シリコン基板の表面に、近接場光発生膜６からなる凹凸パターンが形成された構成となっている。
なお、基板としてシリコン基板以外にガラス基板を使用してもよい。
後述する第９実施形態で説明するように、本実施形態によれば、超微細なパターンを基板上に精度よく転写することが可能なパターン形成方法を提供することができる。
また、本実施形態においては、近接場露光用マスク１は、シリコン基板２ａと、近接場光発生膜６と、から構成されているので、耐久性を向上させることができるとともに、簡単な製造工程で作成することができる。
なお、基板としてシリコン基板以外にガラス基板を使用してもよい。
後述する第９実施形態で説明するように、本実施形態によれば、超微細なパターンを基板上に精度よく転写することが可能なパターン形成方法を提供することができる。
また、本実施形態においては、近接場露光用マスク１は、シリコン基板２と、近接場光発生膜パターン６ａと、から構成されているので、耐久性を向上させることができるとともに、簡単な製造工程で作成することができる。
（第５実施形態）
第５実施形態による近接場露光用マスクについて図８（ａ）乃至図８（ｆ）を参照して説明する。図８（ａ）乃至図８（ｆ）は、第５実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図である。
まず、例えば厚さが６００μｍのシリコン基板２を用意し、厚さが例えば１０ｎｍ〜３０ｎｍとなるレジスト層４をシリコン基板２上に塗布する（図８（ａ）、８（ｂ））。続いて、電子線リソグラフィ技術、もしくはＥＵＶリソグラフィ技術を用いてレジスト層４にレジストパターン４ａを形成する（図８（ｃ））。このレジストパターン４ａは、ライン幅Ｗ１が例えば１０ｎｍでスペース幅Ｗ２が例えば１０ｎｍのライン・アンド・スペース・パターンとする。したがって、レジストパターン４ａの高さは１０ｎｍ〜３０ｎｍとなる。その後ＲＩＥを用いて、レジストパターン４ａをマスクとしてシリコン基板２をエッチングする（図８（ｄ））。これにより、表面に凹凸状のパターンが形成されたシリコン基板２ａが得られる（図８（ｄ））。このシリコン基板２ａの凹凸パターンは、ライン幅がＷ２およびスペース幅がＷ１のライン・アンド・スペース・パターンとなる。
続いて、レジスパターン４ａを剥離することにより微細なパターンを有するシリコン基板２ａを得ることができる（図８（ｅ））。このシリコン基板２ａの凹凸パターンの凸部の頂面と凹部の底面に、近接場光発生膜６を成膜する（図８（ｆ））。近接場光発生膜６としては、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｐｄ、およびＣの群から選択された少なくとも１つの元素を含む層、もしくはこれらの層の積層膜が用いられる。
近接場光発生膜６の成膜を行うためには、線源方向を斜めからと設定し、両方向から成膜を行えば良い。成膜方法は蒸着、スパッタ、ＭＢＥが一般的であるが、これらに限らない。照射線源からの照射角度を調整することにより、凸部の頂面、凹部の底面に形成される近接場光発生膜６の膜厚や膜厚比を調整することができる。
このようにして形成された近接場露光用マスク１は、シリコン基板の表面に形成された凹凸パターンの凸部の頂面および凹部の底面に近接場光発生膜６が形成された構成となっている。
なお、基板としてシリコン基板以外にガラス基板を使用してもよい。
後述する第９実施形態で説明するように、本実施形態によれば、超微細なパターンを基板上に精度よく転写することが可能なパターン形成方法を提供することができる。
また、本実施形態においては、近接場露光用マスク１は、シリコン基板２ａと、近接場光発生膜６と、から構成されているので、耐久性を向上させることができるとともに、簡単な製造工程で作成することができる。
（第６実施形態）
第６実施形態による近接場露光用マスクについて図９（ａ）乃至図９（ｆ）を参照して説明する。図９（ａ）乃至図９（ｆ）は、第６実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図である。
まず、例えば厚さが６００μｍのシリコン基板２を用意し、厚さが例えば１０ｎｍ〜３０ｎｍとなるレジスト層４をシリコン基板２上に塗布する（図９（ａ）、９（ｂ））。続いて、電子線リソグラフィ技術、もしくはＥＵＶリソグラフィ技術を用いてレジスト層４にレジストパターン４ａを形成する（図９（ｃ））。このレジストパターン４ａは、ライン幅Ｗ１が例えば１０ｎｍでスペース幅Ｗ２が例えば１０ｎｍのライン・アンド・スペース・パターンとする。したがって、レジストパターン４ａの高さは１０ｎｍ〜３０ｎｍとなる。その後ＲＩＥを用いて、レジストパターン４ａをマスクとしてシリコン基板２をエッチングする（図９（ｄ））。これにより、表面に凹凸状のパターンが形成されたシリコン基板２ａが得られる（図９（ｄ））。このシリコン基板２ａの凹凸パターンは、ライン幅がＷ２およびスペース幅がＷ１のライン・アンド・スペース・パターンとなる。
続いて、レジスパターン４ａを剥離することにより微細なパターンを有するシリコン基板２ａを得ることができる（図９（ｅ））。このシリコン基板２ａの凹凸パターンの凸部の頂面と、この頂面に接続する凸部の側面と、凹部の底面とにそれぞれ近接場光発生膜６を成膜する（図９（ｆ））。近接場光発生膜６としては、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｐｄ、およびＣの群から選択された少なくとも１つの元素を含む層、もしくはこれらの層の積層膜が用いられる。
近接場光発生膜６の成膜を行うためには、線源方向を斜めからと設定し、両方向から成膜を行えば良い。成膜方法は蒸着、スパッタ、ＭＢＥが一般的であるが、これらに限らない。照射線源からの照射角度を調整することにより、凸部の頂面、この頂面に接続する凸部の側面、および凹部の底面に形成される近接場光発生膜６の膜厚や膜厚比を調整することができる。
このようにして形成された近接場露光用マスク１は、シリコン基板の表面に形成された凹凸パターンの凸部の頂面、この頂面に接続する側面、および凹部の底面に近接場光発生膜６が形成された構成となっている。
なお、基板としてシリコン基板以外にガラス基板を使用してもよい。
後述する第９実施形態で説明するように、本実施形態によれば、超微細なパターンを基板上に精度よく転写することが可能なパターン形成方法を提供することができる。
また、本実施形態においては、近接場露光用マスク１は、シリコン基板２ａと、近接場光発生膜６と、から構成されているので、耐久性を向上させることができるとともに、簡単な製造工程で作成することができる。
（第７実施形態）
第７実施形態による近接場露光用マスクについて図１０（ａ）乃至図１０（ｆ）を参照して説明する。図１０（ａ）乃至図１０（ｆ）は、第７実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図である。
まず、例えば厚さが６００μｍのシリコン基板２を用意し、厚さが例えば１０ｎｍ〜３０ｎｍとなるレジスト層４をシリコン基板２上に塗布する（図１０（ａ）、１０（ｂ））。続いて、電子線リソグラフィ技術、もしくはＥＵＶリソグラフィ技術を用いてレジスト層４にレジストパターン４ａを形成する（図１０（ｃ））。このレジストパターン４ａは、ライン幅Ｗ１が例えば１０ｎｍでスペース幅Ｗ２が例えば１０ｎｍのライン・アンド・スペース・パターンとする。したがって、レジストパターン４ａの高さは１０ｎｍ〜３０ｎｍとなる。
その後、ＲＩＥを用いて、レジストパターン４ａをマスクとしてシリコン基板２をエッチングする（図１０（ｄ））。これにより、表面に凹凸状のパターンが形成されたシリコン基板２ａが得られる（図１０（ｄ））。このシリコン基板２ａの凹凸パターンは、ライン幅がＷ２およびスペース幅がＷ１のライン・アンド・スペース・パターンとなる。
続いて、レジスパターン４ａを剥離することにより微細なパターンを有するシリコン基板２ａを得ることができる（図１０（ｅ））。このシリコン基板２ａの凹凸パターンの凸部の頂面および側面に、近接場光発生膜６を成膜する（図１０（ｆ））。近接場光発生膜６としては、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｐｄ、およびＣの群から選択された少なくとも１つの元素を含む層、もしくはこれらの層の積層膜が用いられる。
近接場光発生膜６の成膜を行うためには、線源方向を斜めからと設定し、両方向から成膜を行えば良い。成膜方法は蒸着、スパッタ、ＭＢＥが一般的であるが、これらに限らない。照射線源からの照射角度を調整することにより、凸部の頂面、凸部の側面に形成される近接場光発生膜６の膜厚や膜厚比を調整することができる。
このようにして形成された近接場露光用マスク１は、シリコン基板の表面に形成された凹凸パターンの凸部の頂面および側面に近接場光発生膜６が形成された構成となっている。
なお、基板としてシリコン基板以外にガラス基板を使用してもよい。
後述する第９実施形態で説明するように、本実施形態によれば、超微細なパターンを基板上に精度よく転写することが可能なパターン形成方法を提供することができる。
また、本実施形態においては、近接場露光用マスク１は、シリコン基板２ａと、近接場光発生膜６と、から構成されているので、耐久性を向上させることができるとともに、簡単な製造工程で作成することができる。
（第８実施形態）
第８実施形態による近接場露光用マスクについて図１１（ａ）乃至図１１（ｆ）を参照して説明する。図１１（ａ）乃至図１１（ｆ）は、第８実施形態による近接場露光用マスクの製造工程を示す断面図である。
まず、例えば厚さが６００μｍのシリコン基板２を用意し、厚さが例えば１０ｎｍ〜３０ｎｍとなるレジスト層４をシリコン基板２上に塗布する（図１１（ａ）、１１（ｂ））。続いて、電子線リソグラフィ技術、もしくはＥＵＶリソグラフィ技術を用いてレジスト層４にレジストパターン４ａを形成する（図１１（ｃ））。このレジストパターン４ａは、ライン幅Ｗ１が例えば１０ｎｍでスペース幅Ｗ２が例えば１０ｎｍのライン・アンド・スペース・パターンとする。したがって、レジストパターン４ａの高さは１０ｎｍ〜３０ｎｍとなる。
その後、ＲＩＥを用いて、レジストパターン４ａをマスクとしてシリコン基板２をエッチングする（図１１（ｄ））。これにより、表面に凹凸状のパターンが形成されたシリコン基板２ａが得られる（図１１（ｄ））。このシリコン基板２ａの凹凸パターンは、ライン幅がＷ２およびスペース幅がＷ１のライン・アンド・スペース・パターンとなる。
続いて、レジスパターン４ａを剥離することにより微細なパターンを有するシリコン基板２ａを得ることができる（図１１（ｅ））。このシリコン基板２ａの凹凸パターンの凸部の頂面およびこの頂面に接続する側面の一部に、近接場光発生膜６を成膜する（図１１（ｆ））。近接場光発生膜６としては、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｐｄ、およびＣの群から選択された少なくとも１つの元素を含む層、もしくはこれらの層の積層膜が用いられる。
近接場光発生膜６の成膜を行うためには、線源方向を斜めからと設定し、両方向から成膜を行えば良い。成膜方法は蒸着、スパッタ、ＭＢＥが一般的であるが、これらに限らない。照射線源からの照射角度を調整することにより、凸部の頂面、凸部の側面の一部に形成される近接場光発生膜６の膜厚や膜厚比を調整することができる。
このようにして形成された近接場露光用マスク１は、シリコン基板の表面に形成された凹凸パターンの凸部の頂面および凸部の側面の一部に近接場光発生膜６が形成された構成となっている。
なお、基板としてシリコン基板以外にガラス基板を使用してもよい。
後述する第９実施形態で説明するように、本実施形態によれば、超微細なパターンを基板上に精度よく転写することが可能なパターン形成方法を提供することができる。
また、本実施形態においては、近接場露光用マスク１は、シリコン基板２ａと、近接場光発生膜６と、から構成されているので、耐久性を向上させることができるとともに、簡単な製造工程で作成することができる。
（第９実施形態）
第９実施形態による近接場光リソグラフィ方法について図１２を参照して説明する。
近接場露光方法や近接場光ナノインプリント方法は、近接場光が発生する部材をマスクに用いて行うリソグラフィ技術であり、通常照射する伝播光の波長よりも長波長の光で近接場光を発生させる。近接場光を用いると、本来反応しない、より短波長での光化学反応がレジストで起きることが知られている。したがって、近接場光が発生しない伝播光のみ照射されている部位では反応は起こらず、近接場光が存在する部位のみで光化学反応を起こし、パターニングできる。これは近接場露光方法および近接場光ナノインプリント方法の双方で起こる現象である。
近接場光は、局所的に表面の曲率半径の小さい箇所に強く集中する。すなわち、角部近傍で、近接場光の電場強度が強くなる傾向がある。したがって、通常、ナノインプリントやマスクを用いた光露光では、マスクのラインの形状に依存したパターニングが行われる。しかし、マスク上のライン幅の両脇でのみ、露光やインプリントの硬化が起きれば、パターニングされるライン幅は半分以下になり、ライン数は倍になる。すなわち、近接場光を利用することにより、より高微細化のパターニングの結果が得られる。
第９実施形態の近接場光リソグラフィ方法は、近接場露光用マスク（近接場光発生部材）として、第１実施形態乃至第８実施形態のいずれかの近接場露光用マスク１を用いて行う。なお、図１２では、図９（ｆ）に示す第６実施形態の近接場露光用マスクを用いた場合を例にとって説明する。図１２に示すように、近接場光発生部材１００は、透明な基板１０２の対向する一方の面上に少なくとも１個の凸構造１０４が形成されている。基板１０２と凸構造１０４は、異なる材料で形成してもよいし、同じ材料で形成してもよい。それぞれの基板材料はＳｉ、ＳｉＯ２、サファイア、フッ化マグネシウム、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、フッ化カルシウム等がある。そして、この凸構造１０４は、先端部１０４ａと、側部１０４ｂとを有している。側部１０４ｂは先端部１０４ａと、基板１０２とを接続する側面となっている。そして、先端部１０４ａと側部１０４ｂは、金属、ＣＮＴ(Carbon nanotube)、またはグラフェンからなる近接場光発生膜１０６によって覆われている。すなわち、近接場発生膜１０６は、凸構造１０４の先端部１０４ａを覆う第１の層１０６ａと、凸構造１０４の側部１０４ｂを覆う第２の層１０６ｂとを備えている。なお、基板の凸構造が形成された面であって、凸構造１０４以外の領域にも金属、ＣＮＴ、またはグラフェンからなる第３の層１０６ｃが形成されていてもよいし、形成されていなくともよい。
この近接場光発生部材１００は、光硬化樹脂層１２２が形成された基板１２０と、光硬化樹脂１２２が凸構造１０４と対向するように配置される。そして、この状態で、近接場光発生部材１００の裏面、すなわち凸構造１０４が形成された面と反対側の面から光が照射されることにより、近接場光発生膜１０６から近接場光が発生され、この近接場光によって光硬化樹脂１２２が露光される。なお、基板１２０が透明基板であれば、基板１２０側から光を照射してもよい。
近接場光発生膜６の成膜を行うためには、図１３（ａ）、１３（ｂ）に示すように、線源方向を斜めからと設定し、両方向から成膜を行えば良い。成膜方法は蒸着、スパッタ、ＭＢＥが一般的であるが、これらに限らない。照射線源からの照射角度を調整することにより、第１の層１０６ａ、第２の層１０６ｂ、第３の層１０６ｃの膜厚や膜厚比を調整することができる。
金属、ＣＮＴ、グラフェンは近接場光を発生させ、導波させる機能を有している。これらの材料によって発生された近接場光は、進行方向と垂直な、平面波伝播光の一般的な偏光成分よりも、進行方向（凸構造の側面内で基板から凸構造の先端部へ向けた方向）の偏光成分、いわゆるｚ偏光（進行方向の偏光）が、リソグラフィ技術に用いるにはより良く、ダブルパターニングの特徴を有している。したがって、リソグラフィ技術におけるレジスト、あるいはナノインプリント方法における硬化樹脂の重合開始剤反応がｚ偏光に強く反応するものであるとより強くダブルパターニングの形成が可能となる。
また、凸構造の幅を細くすることにより、ダブルパターニングでなくとも細いパターニングを行うことが可能となる。
以上説明したように、本実施形態によれば、超微細なパターンを基板上に精度よく転写することが可能なパターン形成方法を提供することができる。
（第１０実施形態）
第１０実施形態による近接場露光装置について図１４（ａ）、１４（ｂ）を参照して説明する。この第１０実施形態の近接場露光装置２０は、例えば図７に示す第４実施形態の近接場露光用マスク１を用いて露光するものであって、レジスト１４が塗布された被加工基板１２が設置される載置台２２ａと、近接場露光用マスク１の近接場光発生膜パターン６ａが形成された側の面を支持する支持台２２ｂと、光源２６からの光が近接場露光用マスク１の近接場光発生膜パターン６ａが形成された領域を照射するマスク２４とを備えている。図１４（ａ）、１４（ｂ）に示すように、近接場露光用マスク１のシリコン基板２側から光源からの光が照射され、近接場光発生膜パターン６ａと、被加工基板１２上に塗布されたレジスト１４が対向するように、配置される。なお、第１０実施形態の近接場露光装置２０は、第１乃至第３実施形態のいずれかの近接場露光用マスク１、または第５乃至第８実施形態のいずれかの近接場露光用マスク１を用いる露光してもよい。
なお、図１４（ａ）は、近接場露光用マスク１の近接場光発生膜パターン６ａと、被加工基板１２上に塗布されたレジスト１４が接していないときの状態を示す断面図であり、図１４（ｂ）は、近接場露光用マスク１の近接場光発生膜パターン６ａと、被加工基板１２上に塗布されたレジスト１４が接しているときの状態を示す断面図である。
この第１０実施形態の近接場露光装置２０は、近接場露光に用いられる光源２６と、位置決め機構２８とを備えている。位置決め機構２８は、近接場露光用マスク１の近接場光発生膜パターン６ａの上面と、被加工基板１２上に塗布されたレジスト１４の表面とが「接する」ように、近接場露光用マスク１およびレジスト１４が塗布された被加工基板１２のいずれか一方を移動させ、位置決めするものである。この位置決め機構は、例えば、真空ポンプ等によって駆動される。
本明細書では、近接場光発生膜パターン６ａの頂面と、被加工基板１２上に塗布されたレジスト１４の表面とが「接する」とは、近接場光の効果が及ぶ範囲（例えば、−１０ｎｍ以上０ｎｍ未満の範囲か、または０ｎｍより大きく１０ｎｍ以下の範囲）であることを意味し、実際に接していなくともよい。すなわち、近接場光発生膜パターン６ａの頂面と被加工基板１２上に塗布されたレジスト１４の表面との間の距離が、−１０ｎｍ以上０ｎｍ未満の範囲か、または０ｎｍより大きく１０ｎｍ以下の範囲であれば、近接場光の効果が及び、超微細なパターンを基板上に精度よく転写することができる。ここで、距離がマイナスの距離であることは、近接場光発生膜パターン６ａの頂面がレジスト１４の表面に食いこんだ状態を意味している。
図１４（ａ）に示すように、近接場光発生膜パターン６ａと、被加工基板１２上に塗布されたレジスト１４が接していないときは、位置決め機構２８は動作せず、かつ光源２６はオフ状態となっている。一方、図１４（ｂ）に示すように、近接場光発生膜パターン６ａと、被加工基板１２上に塗布されたレジスト１４が接しているときは、位置決め機構２８は動作しかつ光源２６はオン状態となっている。すなわち、位置決め機構２８を動作させることにより、近接場光発生膜パターン６ａと、レジスト１４の表面とを接するようにする。そして、接した状態で近接場露光用マスク１の裏面から光源２６からの光を照射する。なお、光源２６としては、波長１１００ｎｍ以上の光を発生できる必要がある。その理由は、波長１１００ｎｍ以上の光はＳｉを透過することができるからである。
その結果、近接場露光用マスク１の近接場光発生膜パターン６ａの開口部から近接場光が発生し、被加工基板１２上のレジスト１４にパターンの潜像が転写される。なお、露光は、近接場露光用マスク１と被加工基板１２に形成されたレジスト１４が、パターンを形成する領域で良好に接した状態（接しない領域がない状態）で行うことが好ましい。なお、この第１０実施形態においては、近接場露光用マスク１の近接場光発生膜パターン６ａが形成された側と反対側から光を入射して露光したが、後述するように、近接場露光用マスク１の近接場光発生膜パターン６ａが形成された側から光を入射して露光することもできる。
このようにして近接場光を用いて、レジスト１４を露光し、露光されたレジスト１４を現像することにより、レジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして被加工基板１２をエッチングすることにより、被加工基板１２上に超微細なパターンを精度よく転写することができる。
この第１０実施形態において用いられるレジスト１４として、ポジ型レジストまたはネガ型レジストのいずれも用いることができる。ポジ型レジストとしては、例えば、ジアゾナフトキノン−ノボラック型レジスト、化学増幅ポジ型レジストが挙げられる。ネガ型レジストとしては、化学増幅ネガ型レジスト、光カチオン重合型レジスト、光ラジカル重合型レジスト、ポリヒドロキシスチレン−ビスアジド型レジスト、環化ゴム−ビスアジド型レジスト、ポリケイ皮酸ビニル型レジスト、等が挙げられる。化学増幅ポジ型および化学増幅ネガ型のレジストを使用すると、ライン・エッジ・ラフネスの小さいパターンが形成されるため、本実施形態では特に好ましい。
また、本実施形態では、近接場露光の光源２６としては、公知の光源を用いることができる。例えば、０．３５μｍ以上２０μｍ以下の波長を有するレーザ，もしくは発光ダイオードなどが用いられる。これら光源は１つまたは複数で使用できる。半導体レーザが低コスト、高出力であるので、半導体レーザ、もしくは発光ダイオードを用いることが本実施形態においてはより好ましい。
以上説明したように、本実施形態の近接場露光装置を用いて露光を行い、パターン形成を行えば、超微細なパターンを基板上に精度よく転写することができる。
（第１１実施形態）
第９実施形態では、近接場露光用マスク１００の裏面（近接場光発生膜パターンが形成された側と反対側のＳｉ基板１０２の面）から光を照射して露光するパターン形成方法であったが、第１１実施形態による近接場露光方法は、近接場露光用マスク１の表側、すなわち近接場光発生膜パターン６ａが形成された側の面から光を照射するパターン形成方法である。この第１１実施形態のパターン形成方法について図１５（ａ）乃至図１５（ｄ）を参照して説明する。
まず、図１５（ａ）に示すように、第９実施形態と同様に、Ｓｉ基板５２上にレジスト層５４をスピンコート法などによる塗布方法を用いて形成する。続いて、図１５（ａ）に示すように、Ｓｉ基板６２に近接場光発生膜パターン６６ａを形成した近接場露光用マスク６１を用意する。この近接場露光用マスク６１は第４実施形態と同じ構成を有している。
次に、図１５（ｂ）に示すように、近接場光発生膜パターン６６ａをレジスト層５４の表面に接するように位置決めを行う。続いてレジストが塗布されたＳｉ基板５２側から波長が１５５０ｎｍの光を照射する。入射偏光はｐ偏光である。また、入射光は斜めの角度θｉで入射する。光はレジスト層５４を伝播するが、使用している波長はレジストが感光する波長よりもずっと長いために感光されることはない。しかし、近接場露光用マスク６１の近接場光発生膜パターン６６ａとレジスト層５４との界面に到達した光は、近接場光発生膜パターン６６ａのエッジ部で近接場光６９に変換される。近接場光６９が発生した近傍のレジスト部分５４ａは多段階遷移過程を経て解離する。従って、近接場露光用マスク６１の表側から光を照射した場合でも微細パターンを形成することができる。
露光光源として波長が１５５０ｎｍのＬＥＤを用い、入射パワー３０ｍＷにて２時間の露光を行った。露光されたレジスト層５４を含むＳｉ基板５２は、現像液に浸積して３０秒間の現像を行い、純水で洗浄し、エアブローで水分を除去する。露光されたレジスト部分５４ａは現像液に溶け、近接場光発生膜パターン６６ａのエッジ部に対応したパターンが形成される。近接場光発生膜パターン６６ａのエッジ部に沿って幅５０ｎｍ、深さ５０ｎｍのパターンを作製することができる。
このようにして近接場光を用いて、レジスト５４を露光し、露光されたレジスト５４を現像することにより、レジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして被加工基板５２をエッチングすることにより、被加工基板５２に超微細なパターンを精度よく転写することができる。
また、第１１実地形態のように近接場露光用マスク６１の表側から光を照射した場合は、第９実施形態のように近接場露光用マスクの裏面から光を照射した場合と比較すると、近接場露光用マスク６１の近接場光発生膜パターン６６ａのエッジ部での近接場光が励起しやすい。その理由は、近接場露光用マスク６１の裏面から光を照射したときは、Ｓｉ基板６２側における近接場光発生膜パターン６６ａのエッジ部で近接場光が発生し、その近接場光がレジスト層５４側における近接場光発生膜パターン６６ａのエッジ部に移動することでレジスト層５４が感光される。近接場光がＳｉ基板６２側における近接場光発生膜パターン６６ａのエッジ部からレジスト層５４側における近接場光発生膜パターン６６ａのエッジ部に移動するときに近接場光発生膜パターン６６ａによって近接場光の一部が吸収され、近接場光の強度が減少してしまう。一方、近接場露光用マスク６１の表側から光を照射した場合は、レジスト層５４を伝搬後、レジスト層５４側における近接場光発生膜パターン６６ａのエッジ部で近接場光が発生するため、近接場露光用マスク６１の裏面から光を照射したときと比較すると近接場光発生膜パターン６６ａによる近接場光の強度の減少は起きない。
以上説明したように、本実施形態によれば、超微細なパターンを基板上に精度よく転写することができる。
（第１２実施形態）
第１２実施形態によるレジストパターンの形成方法およびデバイスの製造方法について図１６（ａ）乃至１６（ｄ）を参照して説明する。
この第１２実施形態においては、第４実施形態の近接場露光用マスク１および例えば第１０実施形態の近接場露光装置２０を用いる。
まず、被加工基板１２を用意し、この被加工基板１２上に光硬化樹脂を塗布する。この光硬化樹脂は１層でもよいが、本実施形態においては、レジスト層１５と光硬化樹脂層１６とがこの順序で被加工基板１２上に積層された２層構造とする。その後、被加工基板１２および第４実施形態による近接場露光用マスク１を第１０実施形態による近接場露光装置（図示せず）に載置する。このとき、近接場露光用マスク１の近接場光発生膜パターン６ａが被加工基板１２のレジスト層１４に対向するように配置する（図１６（ａ））。続いて、近接場露光用マスク１の近接場光発生膜パターン６ａと被加工基板１２の光硬化樹脂層１４とを密着させ、近接場露光を行う。すると、近接場光発生膜パターン６ａのエッジ部に沿って近接場光が浸み出し、光硬化樹脂層１４を硬化する。なお、本実施形態においては、レジスト層１４は２層構造となっているので、近接場光によって露光されるのは、上層の光硬化樹脂層１６が露光される。
次に、近接場露光用マスク１を被加工基板１２から離す。これにより、図１６（ｂ）に示すように、レジスト層１５上にパターン１６ａが形成される。続いて、パターン１６ａをマスクとしてリソグラフィ技術を用いてレジスト層１５をパターニングし、レジストパターン１５ａを形成する（図１６（ｃ））。これにより、レジストパターン１５ａおよびパターン１６ａの積層構造を有するパターン１４ａが被加工基板１２上に形成される（図１６（ｄ））。
次に、パターン１４ａをマスクとして、ドライエッチング、もしくはウエットエッチングなどを行う。続いて、マスクを除去した後、被加工基板１２上に金属蒸着、リフトオフ、めっき等の半導体プロセスを行うことで被加工基板１２を加工する。これにより被加工基板１２に所望のデバイスが製造される。
本実施形態に用いられる光硬化樹脂１６として変性アクリレート樹脂，メタクリレート樹脂，変性エポキシ樹脂，ポリエステルアクリレート樹脂、エポキシアクリレート樹脂、ウレタンアクリレート樹脂などが挙げられる。
また、本実施形態に用いられるレジスト１５としては、使用する光源に対して光感度を有するものであれば、ポジ型、ネガ型を問わずに使用できる。ポジ型レジストとしては、例えば、ジアゾナフトキノン−ノボラック型、化学増幅ポジ型が挙げられる。ネガ型レジストとしては、例えば、化学増幅ネガ型、光カチオン重合型、光ラジカル重合型、ポリヒドロキシスチレン−ビスアジド型、環化ゴム−ビスアジド型、ポリケイ皮酸ビニル型などが挙げられる。ここで、化学増幅ポジ型及び化学増幅ネガ型のレジストを使用すると、線幅精度の高いパターンが形成される。
また、被加工基板１２としては、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板や、ガラス、石英、ＢＮなどの絶縁性基板、またはこれらの基板上にレジスト、金属、酸化物、窒化物など１種類あるいは複数種類を成膜したものなど、広い範囲のものを使用することができる。
近接場光の伝搬深さは、通常１００ｎｍ以下である。そこで、近接場光リソグラフィで高さ１００ｎｍ以上のパターン１４ａを形成するためには、多層構造のレジストを用いることが好ましい。すなわち、被加工基板１２上に塗布されたドライエッチングにより除去可能な下層レジスト層１５の上に酸素ドライエッチング耐性を有する光硬化樹脂層１６が塗布された構成による２層構造の樹脂層１４を用いることが好ましい。あるいは、被加工基板１２上に塗布されたドライエッチングにより除去可能な下層レジスト層１５、その上に酸素プラズマエッチング耐性層（図示せず）、さらにその上にレジスト層１６が塗布された構成による３層構造のレジスト層を用いてもよい。
なお、レジスト１４、１５、１６の塗布は、ポッティング，インクジェット，スピンコータ、ディップコータ、ローラコータなどのような公知の塗布装置、方法を使用して行なうことができる。
膜厚は、被加工基板１２の加工深さとレジストのプラズマエッチ耐性及び光強度プロファイルを考慮して総合的に決定される。通常、プリベーク後で１０ｎｍ〜３００ｎｍとなるように塗布するのが望ましい。
さらに、レジスト１４、１５、１６の塗布前に、プリベーク後膜厚を薄くすることを目的として、ベンジルエチルエーテル、ジ−ｎ−ヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、アセトニルアセトン、イソホロン、カプロン酸、カプリル酸、１−オクタノール、１−ノナノール、ベンジルアルコール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、シュウ酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート等の高沸点溶剤を１種以上添加することもできる。
なお、レジストは、塗布後に８０℃〜２００℃、好ましくは８０℃〜１５０℃でプリベークされる。プリベークにはホットプレート、熱風乾燥機などの加熱手段を用いることができる。
近接場露光の後、マスク１を被加工基板１２から離型する。これにより近接場レジストパターンが形成される。近接場露光により形成されたレジストパターン１６ａを２層積層構造のレジスト層により高アスペクト化する場合、パターン１６ａをマスクとして酸素プラズマエッチングを行う。酸素プラズマエッチングに使用する酸素含有ガスとしては、例えば、酸素単独、酸素とアルゴン等の不活性ガスとの混合ガス、または酸素と一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニア、一酸化二窒素、二酸化硫黄などとの混合ガスを用いることができる。
近接場露光により形成されたレジストパターン１６ａを３層積層構造のレジスト層により高アスペクト化する場合、パターンをマスクとして酸素プラズマエッチング耐性層のエッチングを行なう。エッチングにはウエットエッチング、ドライエッチングが適用できるが、ドライエッチングの方が微細パターン形成に適しており、より好ましい。
ウエットエッチング剤としては、エッチング対象に応じてフッ酸水溶液、フッ化アンモニウム水溶液、リン酸水溶液、酢酸水溶液、硝酸水溶液、硝酸セリウムアンモニウム水溶液等を挙げることができる。
ドライエッチング用ガスとしては、ＣＨＦ３、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＣＦ６、ＣＣｌ４、ＢＣｌ３、Ｃｌ２、ＨＣｌ、Ｈ２、Ａｒ等を挙げることができ、必要に応じてこれらのガスを組み合わせて使用される。
酸素プラズマエッチング耐性層のエッチングの後、２層積層構造のレジスト層の場合と同様に酸素プラズマエッチングを行ない、下層レジスト層１５にパターンを転写する。
本実施形態のデバイスの製造方法を用いると、例えば、つぎの（１）〜（６）のデバイス、あるいは素子等を製造することができる。
（１）半導体デバイス。
（２）５０ｎｍサイズのＧａＡｓ量子ドットを５０ｎｍの間隔で２次元に並べた構造を有する量子ドットレーザ素子。
（３）５０ｎｍサイズの円錐状のＳｉＯ２部材をＳｉＯ２基板上に５０ｎｍ間隔で２次元に並べた構造を有する、光反射防止機能を備えたサブ波長素子（ＳＷＳ）。
（４）ＧａＮや金属からなる１００ｎｍサイズの部材を１００ｎｍ間隔で２次元に周期的に並べた構造を有す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。
（５）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次元に並べた構造を有する、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）素子。
（６）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を有する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。
（実施例）
第１２実施形態の実施例を以下に説明する。
近接場露光用マスクの近接場光発生膜パターン側に、光硬化樹脂が塗布された被加工基板を設置した。ここで用いた被加工基板１２はシリコン基板である。ここで、光硬化樹脂としては、東洋合成製樹脂を用いた。
近接場露光の光源として、１．５μｍの赤外線レーザを用いた。照度はマスク上面で、ｉ線において約８５ｍＪ／ｃｍ２であった。
露光時間２分でハーフピッチ２０ｎｍ、深さ約１００ｎｍのパターン、露光時間１分でハーフピッチ５０ｎｍ、深さ約１００ｎｍのライン・アンド・スペース・パターンが得られた。
（第１３実施形態）
第１３実施形態によるパターン形成方法について図１７（ａ）乃至図１８（ｃ）を参照して説明する。この第１３実施形態のパターン形成方法は、押し付け位置を制御したナノインプリント法を用いた方法である。
まず、図１７（ａ）、１７（ｂ）に示すようにＳｉ基板８０を用意し、このＳｉ基板８０上に光硬化樹脂膜８２を形成する。この光硬化樹脂膜８２の形成には、例えばスピンナー法を採用してもよい。このスピンナー法では、光硬化樹脂８２の粘度、固形分含有量及び溶剤の蒸発速度を参照しつつ、スピンナーの回転数を制御することにより、所望の膜厚を得ることができる。ちなみに、光硬化樹脂膜８２の形成後、膜中に含まれている溶剤を除去すべくプリベークを行うようにしてもよい。
次に、図１７（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板９２上に近接場光発生膜パターン９４が形成されたテンプレート９０を用意する。このテンプレート９０は、第１実施形態乃至第８実施形態で説明した近接場露光用マスク１を用いることができる。そして、Ｓｉ基板８０上に形成された光硬化樹脂膜８２と、テンプレート９０の近接場光発生膜パターン９４とを接しさせる（図１７（ｄ））。
続いて、接した状態で、図１７（ｅ）に示すように、シリコン基板８０の裏面側、すなわち光硬化樹脂膜８２が形成された側と反対側から光を照射する。この光の照射は、０．１秒乃至２０秒程度照射する。すると、テンプレート９０の近接場光発生膜パターン９４のエッジ部から近接場光は発生し、発生させた近接場光が光硬化樹脂膜に到達する。ちなみに、本実施形態において照射する光は、いわゆる非共鳴光であるため、光硬化樹脂膜８２は、照射された光により直接的に感応するが、照射時間および強度を調整することにより、全体に亘り化学変化することはない。なお、図１７（ｄ）に示すステップにおいて、光硬化樹脂膜８２が塗布されたＳｉ基板８０とテンプレート９０との間隔については、照射する光の波長に基づいて決定してもよい。また、本実施形態においては、テンプレート９０としては、Ｓｉ基板９２上に近接場光発生膜パターン９４が形成されたテンプレートを用いたが、凹凸モールドであってもよく、この凹凸モールドの材料はＳｉであってもよい。
テンプレート９０のパターン９４に応じた凹凸のエッジ部分において近接場光の光強度がより高くなっている。この発生させた近接場光により、光硬化樹脂膜８２が感応する結果、図１８（ａ）に示すように、上記エッジ部分に応じた局所領域８２ａにおいて光硬化樹脂膜８２が硬化することになる。
次に、図１８（ｂ）に示すように、テンプレート９０をＳｉ基板８０から剥離させる。図１７（ｅ）に示すステップにおいて発生した近接場光によって光硬化樹脂膜８２が硬化しているエッジ近傍８２ａと近接場光が発生しないエッジ近傍以外の光硬化樹脂膜８２ｂがＳｉ基板８０上に残存することになる。
次に、Ｓｉ基板８０上に残存した光硬化樹脂膜８２ｂをマスクとしてＳｉ基板８０をエッチングすることにより、微細なパターンを有するシリコン基板８０ａを得ることができる（図１８（ｃ））。
テンプレート９０の近接場光発生膜パターン９４は、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒの群から選択された少なくとも１つの元素を含む金属から形成され、膜厚が０ｎｍより大きく４０ｎｍ以下であってもよい。照射する光は、波長が０．３６μｍ乃至５．０μｍであってもよい。また、テンプレート９０側から光を照射してもよい。また光硬化樹脂膜８２は波長１μｍ乃至５．０μｍの光で硬化しなくてもよい。
また、凹凸モールドの凹部のエッジ部位がさらに微細なパターンとしての役割を果たすことになる。即ち、本実施形態を適用したナノインプリント方法では、凹凸のエッジ部分において急激に増強された近接場光により光硬化樹脂膜を局所的に硬化させ、剥離時において急峻な剥離面を作り出すことができ、これにより凹凸からなるパターンと比較してはるかに微細なパターンを作り出すことが可能となる。この凹凸のエッジ部分では、照射される光に基づいてより急峻な電場勾配が存在するところ、かかる領域のみで反応する非断熱過程が利用可能となるため、１０ｎｍ以下の微細なパターニングを精度よく実現することが可能となる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１ 近接場露光用マスク（近接場光発生部材）
２ Ｓｉ基板
４ レジスト層
４ａ レジストパターン
６ 近接場光発生膜
６ａ 近接場光発生膜パターン
１２ 被加工基板
１４ レジスト層
１４ａ レジストパターン
１５ 第１レジスト層
１５ａ レジストパターン
１６ 第２レジスト層
１６ａ レジストパターン
２０ 近接場露光装置
２２ａ 載置台
２２ｂ 支持台
２４ マスク
２６ 光源
２８ 位置決め機構
５２ Ｓｉ基板
５４ レジスト層
５４ａ 近接場光露光領域
５４ｂ レジストパターン
６１ 近接場露光用マスク
６２ Ｓｉ基板
６６ａ 近接場光発生膜パターン
１００ 近接場光発生部材（近接場露光用マスク）
１０２ 透明基板
１０４ 凸構造
１０４ａ 先端部
１０４ｂ 側部
１０６ 近接場光発生膜
１０６ａ 第１の層
１０６ｂ 第２の層
１０６ｃ 第３の層
１２０ 基板
１２２ 感光性樹脂

Claims (10)

  1. シリコン基板と、
    前記シリコン基板の一方の面に設けられ、表面に凸部および凹部を有し、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｐｄ、およびＣの群から選択された少なくとも１つの元素を含む層、もしくはこれらの層の積層膜である近接場光発生膜と、
    前記凹部に埋め込まれた樹脂と、
    を備えた近接場露光用マスク。
  2. 前記近接場光発生膜の少なくとも１つの高さが５０ｎｍ以下である請求項１記載の近接場露光用マスク。
  3. 表面に凸部および凹部を有するシリコン基板と、
    前記凸部の少なくとも先端部に設けられ、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｐｄ、およびＣの群から選択された少なくとも１つの元素を含む層、もしくはこれらの層の積層膜である近接場光発生膜と、
    前記凹部に埋め込まれた樹脂と、
    を備えた近接場露光用マスク。
  4. 前記近接場光発生膜は、前記凸部の頂面と、この頂面に接続する前記凸部の側面の少なくとも一部とを覆っている請求項３記載の近接場露光用マスク。
  5. 前記凹部に埋め込まれた前記樹脂がシリコン樹脂またはエポキシ樹脂である請求項１乃至４のいずかに記載の近接場露光用マスク。
  6. 第１シリコン基板と、前記第１シリコン基板の一方の面に設けられ、表面に凸部および凹部を有し、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｐｄ、およびＣの群から選択された少なくとも１つの元素を含む層、もしくはこれらの層の積層膜である近接場光発生膜と、を備えた近接場露光用マスクを用いてパターン形成を行うパターン形成方法であって、
    前記近接場光発生膜が、第２シリコン基板上に塗布された光硬化樹脂の表面に接するように前記近接場露光用マスクを位置決めするステップと、
    前記第１シリコン基板および第２シリコン基板の一方のシリコン基板側から光を照射するステップと、
    前記近接場露光用マスクを前記第２シリコン基板から剥離させるステップと、
    を備えたパターン形成方法。
  7. 表面に凸部および凹部を有する第１シリコン基板と、前記凸部の少なくとも先端部に設けられ、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｓｂ、Ｗ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｐｄ、およびＣの群から選択された少なくとも１つの元素を含む層、もしくはこれらの層の積層膜である近接場光発生膜と、を備えた近接場露光用マスクを用いてパターン形成を行うパターン形成方法であって、
    前記先端部に設けられた前記近接場光発生膜が、第２シリコン基板上に塗布された光硬化樹脂の表面に接するように前記近接場露光用マスクを位置決めするステップと、
    前記第１シリコン基板および第２シリコン基板の一方のシリコン基板側から光を照射するステップと、
    前記近接場露光用マスクを前記第２シリコン基板から剥離させるステップと、
    を備えたパターン形成方法。
  8. 前記近接場光発生膜は、前記凸部の頂面と、この頂面に接続する前記凸部の側面の少なくとも一部とを覆っている請求項７記載のパターン形成方法。
  9. 前記近接場露光用マスクは、前記凹凸構造の凹部に樹脂が埋め込まれている請求項６乃至８のいずれかに記載のパターン形成方法。
  10. 前記第１シリコン基板側から前記光が照射される請求項６乃至９のいずれかに記載のパターン形成方法。
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