JP6046183B2 - ダイナミック光ヘッド層とこれを用いたリソグラフィ方法及び装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ダイナミック光ヘッド層（動的なナノ開口を形成するための層を有する光学ヘッド層）とこれを用いたリソグラフィ方法及び装置に係り、より詳しくは、上下の誘電層及びその中間層にダイナミックナノアパーチャ層（動的光ナノ開口を形成するための層）を設けたダイナミック光ヘッド層とこれを用いた近接場光リソグラフィ方法及び装置に関する。
情報化時代への移行に伴い、我々の日常生活の便利さのためのディスプレイ、コンピューター、太陽電池などの様々な電子機器の性能及び便宜性が益々向上しつつあり、これに伴い、電子部品の小型化、高密度集積化のための研究が盛んに行われている。このような高集積化に当たって露光技術が最も核心的な役割を果たしており、半導体の製作に際して数百種類の工程を経ることになり、露光工程は、全体の生産工程時間の６０％を占める重要な技術である。一般に、露光工程は、密着焼付け法（ｃｏｎｔａｃｔ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、近接焼付け法（ｐｒｏｘｉｍｉｔｙ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、投影焼付け法（ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）により行われ、密着焼付け法及び近接焼付け法は、フォトマスクを用いる方法であり、電子部品の生産工程において最も広く用いられる。フォトマスクを用いる露光工程では、各モデルによる高価なマスクの設計及び製作コストとマスク製作後のメンテナンスコストが発生して多品種少量生産に際して難点がある。また、高精密パターンを製作するために投影焼付けを経たレーザー光を用いて露光を行うが、このとき、高価な低い波長光源及び高倍率の光学系が求められる。投影焼付けのうちのマスクレスリソグラフィ（ｍａｓｋｌｅｓｓ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）技術は、フォトマスクを用いずに任意の形状を製作する方法であり、高コストのマスクを用いないことから、非常に経済性に富んでおり、しかも多品種少量生産を行うことが可能である。しかし、光源の波長及びレンズの開口数（ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ａｐｅｒｔｕｒｅ）により光の分解能（回折限界）が存在する結果、高精密パターンの製作に限界が存在する。このような回折限界を克服するための方法として、極端紫外線リソグラフィ（ＥＵＶ：ｅｘｔｒｅｍｅ ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、ナノインプリントリソグラフィ（ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔｉｎｇ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、電子ビームリソグラフィ（ｅ−ｂｅａｍ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、集束イオンビームリソグラフィー（ｆｏｃｕｓｅｄ ｉｏｎ ｂｅａｍ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、走査プローブリソグラフィ（ｓｃａｎｎｉｎｇ ｐｒｏｂｅ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）に基づくリソグラフィ（Ｓｏｌｉｄ Ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ Ｌｅｎｓ ｂａｓｅｄ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）、プラズモニックリソグラフィ（ｐｌａｓｍｏｎｉｃ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）などの様々なプロセス技術が存在し、超精密Ｇａｐ制御、低いスキャン速度、及び透過効率による高いプロセスコストと長い工程時間が依然として重要な問題として残されている。
図１は、従来のナノリソグラフィ装置を示す図であり、（ａ）は、単一プローブに基づくナノリソグラフィ装置を示す図であり、（ｂ）は、並列プローブに基づくナノリソグラフィ装置を示す図である。
既存のマスクレスナノリソグラフィ技術は、主として単一近接場プローブに基づいてパターニングを行っているため、大面積パターンの製作に難点が存在する。これを克服するために、最近、多数の近接場プローブを用いる並列近接場パターニングシステムが提案されたが、試料との厳密な間隙を維持（数十ｎｍレベル）することが必須的に求められる近接場パターニングシステムの特性からみて、広い面積に亘って均一な間隙を維持しながらパターニングを行うことができないという問題がある。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、低いエネルギー光源によるマイクロレンズアレイを用いて大面積パターニングを行うことが可能な超微細パターンを形成するためのダイナミック光ヘッド層とこれを用いたリソグラフィ方法及び装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、スキャニング方式の大面積ナノパターニングを行うことができるダイナミック光ヘッド層とこれを用いたリソグラフィ方法及び装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、屈曲面などの様々な形状の基板に容易に結合することができるダイナミック光ヘッド層とこれを用いたリソグラフィ方法及び装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、スキャニング方式の大面積ナノパターニングを行うことができるダイナミック光ヘッド層とこれを用いたリソグラフィ方法及び装置を提供することにある。
また、本発明の目的は、屈曲面などの様々な形状の基板に容易に結合することができるダイナミック光ヘッド層とこれを用いたリソグラフィ方法及び装置を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるダイナミック光ヘッド層は、基板にパターンを形成するための光学リソグラフィ装置において前記基板に着脱可能なダイナミック光ヘッド層であって、前記ダイナミック光ヘッド層は、上部に第１の誘電層、下部に第２の誘電層、及び前記第１の誘電層と前記第２の誘電層との間にダイナミックナノアパーチャ層が配設され、前記ダイナミックナノアパーチャ層は、光学的異方性を有する物質であり、前記第１の誘電層及び前記第２の誘電層は、酸化物系の物質、窒化物系の物質、又は炭化物系の物質であり、前記第２の誘電層の下面には、フォトレジストとの分離を容易にするためのポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の自己組織化小重合体である疎水性コーティング層が更に配設されることを特徴とする。
前記光学的異方性を有する物質は、Ｓｂ６５Ｓｅ３５であり得る。
前記酸化物系の物質は、ＳｉＯ２、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、ＧｅＯ２、ＢｅＯ２、ＺｒＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、又はＴａＯであり得る。
前記窒化物系の物質は、ＳｉＮ４、ＢＮ、又はＡｌＮであり得る。
前記炭化物系の物質は、ＳｉＣであり得る。
前記第１の誘電層及び前記第２の誘電層は、ＺｎＳ−ＳｉＯ２であり得る。
前記第１の誘電層の上部には、前記第１の誘電層、前記ダイナミックナノアパーチャ層、及び前記第２の誘電層の積層構造を支持するための基板層が配設され得る。
前記基板層は、蒸着面が曲面である場合に柔らかな弾性を有する素材で形成され、蒸着面が平面である場合に硬いガラス素材で形成され得る。
前記基板層１４０は、フィルム類としてポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、オリエンテッドポリプロピレン（ＯＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、及びアクリルのうちのいずれか一種が用いられるか、或はガラス類としてソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、溶融石英ガラス、及び石英のうちのいずれか一種が用いられ得る。
前記第２の誘電層の下面には、フォトレジスト２２０との分離を容易にするための疎水性コーティング層が更に配設され得る。
前記疎水性コーティング層は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の自己組織化小重合体により形成され得る。
前記自己組織化単分子膜は、シラン又はチオール系の自己組織化単分子膜であり得る。
前記第１の誘電層１１０の厚さは、３０〜５００ｎｍであり、前記ダイナミックナノアパーチャ層１２０の厚さは、５〜３０ｎｍであり、前記第２の誘電層１３０の厚さは、５〜６０ｎｍであり得る。
前記フィルム類は、厚さが５〜３００μｍであり得る。
前記酸化物系の物質は、ＳｉＯ２、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、ＧｅＯ２、ＢｅＯ２、ＺｒＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、又はＴａＯであり得る。
前記窒化物系の物質は、ＳｉＮ４、ＢＮ、又はＡｌＮであり得る。
前記炭化物系の物質は、ＳｉＣであり得る。
前記第１の誘電層及び前記第２の誘電層は、ＺｎＳ−ＳｉＯ２であり得る。
前記第１の誘電層の上部には、前記第１の誘電層、前記ダイナミックナノアパーチャ層、及び前記第２の誘電層の積層構造を支持するための基板層が配設され得る。
前記基板層は、蒸着面が曲面である場合に柔らかな弾性を有する素材で形成され、蒸着面が平面である場合に硬いガラス素材で形成され得る。
前記基板層１４０は、フィルム類としてポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、オリエンテッドポリプロピレン（ＯＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、及びアクリルのうちのいずれか一種が用いられるか、或はガラス類としてソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、溶融石英ガラス、及び石英のうちのいずれか一種が用いられ得る。
前記第２の誘電層の下面には、フォトレジスト２２０との分離を容易にするための疎水性コーティング層が更に配設され得る。
前記疎水性コーティング層は、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の自己組織化小重合体により形成され得る。
前記自己組織化単分子膜は、シラン又はチオール系の自己組織化単分子膜であり得る。
前記第１の誘電層１１０の厚さは、３０〜５００ｎｍであり、前記ダイナミックナノアパーチャ層１２０の厚さは、５〜３０ｎｍであり、前記第２の誘電層１３０の厚さは、５〜６０ｎｍであり得る。
前記フィルム類は、厚さが５〜３００μｍであり得る。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるダイナミック光ヘッド層を用いたリソグラフィ方法は、基板にパターンを形成するために該基板をステージの上に載置する基板準備ステップと、前記基板にフォトレジストをコーティングするフォトレジストコーティングステップと、前記フォトレジストの上にダイナミック光ヘッド層を結合するダイナミック光ヘッド層結合ステップと、レーザービームを照射し、前記ステージを移動させながら基板にパターンを形成するパターン形成ステップと、前記ダイナミック光ヘッド層を分離するダイナミック光ヘッド層分離ステップと、を有し、前記ダイナミック光ヘッド層は、上部に第１の誘電層、下部に第２の誘電層、及び前記第１の誘電層と前記第２の誘電層との間にダイナミックナノアパーチャ層が配設され、前記ダイナミックナノアパ
ーチャ層は、光学的異方性を有する物質であり、前記第１の誘電層及び前記第２の誘電層は、酸化物系の物質、窒化物系の物質、又は炭化物系の物質であり、前記第２の誘電層の下面には、フォトレジストとの分離を容易にするためのポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の自己組織化小重合体である疎水性コーティング層が更に配設され、前記パターン形成ステップにおいて、レーザービームが照射されると、前記ダイナミック光ヘッド層のダイナミックナノアパーチャ層に動的光ナノ開口が形成されてレーザービームが透過しながらパターンが形成されることを特徴とする。
ーチャ層は、光学的異方性を有する物質であり、前記第１の誘電層及び前記第２の誘電層は、酸化物系の物質、窒化物系の物質、又は炭化物系の物質であり、前記第２の誘電層の下面には、フォトレジストとの分離を容易にするためのポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の自己組織化小重合体である疎水性コーティング層が更に配設され、前記パターン形成ステップにおいて、レーザービームが照射されると、前記ダイナミック光ヘッド層のダイナミックナノアパーチャ層に動的光ナノ開口が形成されてレーザービームが透過しながらパターンが形成されることを特徴とする。
前記パターン形成ステップにおいて、変調されて入射するレーザービームを、マイクロレンズアレイを用いてフォーカシングしてパターンを形成するか、或はデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を用いてマスクレス方式でパターンを形成し得る。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるダイナミック光ヘッド層を用いたリソグラフィ装置は、パターンが形成される基板を有するパターニング部と、前記基板に着脱可能なダイナミック光ヘッド層と、前記ダイナミック光ヘッド層及びパターニング部に入射するレーザーをフォーカシングするマイクロレンズアレイと、を備え、前記ダイナミック光ヘッド層は、上部に第１の誘電層、下部に第２の誘電層、及び前記第１の誘電層と前記第２の誘電層との間にダイナミックナノアパーチャ層が配設され、前記ダイナミックナノアパーチャ層は、光学的異方性を有する物質であり、前記第１の誘電層及び前記第２の誘電層は、酸化物系の物質、窒化物系の物質、又は炭化物系の物質であり、前記第２の誘電層の下面には、フォトレジストとの分離を容易にするためのポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の自己組織化小重合体である疎水性コーティング層が更に配設されることを特徴とする。
本発明によれば、遠距離場の光学系（マイクロレンズアレイ）により生成される相対的に大きな焦点深度領域に柔らかなナノ薄膜光構造を配設した後、ナノ薄膜の光学的な物性変化を引き起こして近接場を発現する原理を用いることにより、ナノパターンの大面積化に際して既存の近接場システムが有する根本的な限界である焦点面離脱による近接場未発現の問題及びフレキシブルな基板上のパターニングし難さの問題を解消することができる。
また、本発明によれば、柔らかなダイナミック光ヘッド層をリソグラフィ装置に適用することにより、うねりがあるなど様々な形状を有する基板に対してナノスケールのパターンが製作可能になる。即ち、既存の近接場を用いるパターニング方式の間隙制御問題を解消することにより、高精度を有する任意のナノパターンを大面積に製作可能にする。
また、既存のマスクレス露光装置に柔らかなダイナミック光ヘッド層を着脱して工程を行うことができることから、システムの変更若しくは新たなシステムの製作なしに本発明を適用することができる。なお、パターン形成と同時にアニーリングを行うことにより、ダイナミック光ヘッド層が再使用できるため、産業上の適用が容易になる。
更に、本発明によれば、ダイナミックナノアパーチャ層として光学的異方性を有する物質、好ましくはＳｂ６５Ｓｅ３５を用いて、光学的ナノ開口形成温度を下げて低いエネルギー光源を用いてマイクロレンズアレイを用いた大面積パターニングを行うことができ、速い応答速度により光及び熱拡散現象が減少して超微細パターンの形成を行うことができる。即ち、Ｓｂ６５Ｓｅ３５は、５３８℃の低い値を有するため、このような効果が発生する。
また、ｍｍ／ｓ単位のスキャニング方式のパターニングが行え、Ｘ、Ｙステージを用いたスキャニング方式の大面積ナノパターニングが行えることから、ディスプレイ、半導体の生産に適用することができる。
更に、ダイナミック光ヘッド層の基板層を柔らかな弾性素材で形成してうねりがあるなどの様々な形状の基板に容易に蒸着することができる。
また、本発明によれば、柔らかなダイナミック光ヘッド層をリソグラフィ装置に適用することにより、うねりがあるなど様々な形状を有する基板に対してナノスケールのパターンが製作可能になる。即ち、既存の近接場を用いるパターニング方式の間隙制御問題を解消することにより、高精度を有する任意のナノパターンを大面積に製作可能にする。
また、既存のマスクレス露光装置に柔らかなダイナミック光ヘッド層を着脱して工程を行うことができることから、システムの変更若しくは新たなシステムの製作なしに本発明を適用することができる。なお、パターン形成と同時にアニーリングを行うことにより、ダイナミック光ヘッド層が再使用できるため、産業上の適用が容易になる。
更に、本発明によれば、ダイナミックナノアパーチャ層として光学的異方性を有する物質、好ましくはＳｂ６５Ｓｅ３５を用いて、光学的ナノ開口形成温度を下げて低いエネルギー光源を用いてマイクロレンズアレイを用いた大面積パターニングを行うことができ、速い応答速度により光及び熱拡散現象が減少して超微細パターンの形成を行うことができる。即ち、Ｓｂ６５Ｓｅ３５は、５３８℃の低い値を有するため、このような効果が発生する。
また、ｍｍ／ｓ単位のスキャニング方式のパターニングが行え、Ｘ、Ｙステージを用いたスキャニング方式の大面積ナノパターニングが行えることから、ディスプレイ、半導体の生産に適用することができる。
更に、ダイナミック光ヘッド層の基板層を柔らかな弾性素材で形成してうねりがあるなどの様々な形状の基板に容易に蒸着することができる。
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図２は、ダイナミック光ヘッド層を用いたリソグラフィ装置を示す図であり、（ａ）は、全体システムを示す図であり、（ｂ）は、多重並列ビームアレイ、ダイナミック光ヘッド層、及びパターニング部を拡大して示す図であり、（ｃ）は、基板の上にダイナミック光ヘッド層が結合された状態を拡大して示す図である。
図２を参照してダイナミック光ヘッド層１００について説明すると、ダイナミック光ヘッド層１００は、上部に第１の誘電層１１０が配設され、下部に第２の誘電層１３０が配設され、第１の誘電層１１０と第２の誘電層１３０との間にダイナミックナノアパーチャ層１２０が配設される。
ダイナミック光ヘッド層１００は、レンズで集光される光が第１の誘電層１１０及び第２の誘電層１３０により取り囲まれたダイナミックナノアパーチャ層１２０を透過しながら集束領域を減少させる。このとき、第１の誘電層１１０及び第２の誘電層１３０は、ダイナミックナノアパーチャ層１２０と光感性ポリマー及び基板２１０との間の相互拡散による劣化及びミキシングを防ぎ、第２の誘電層１３０は、ソリッドイマージョンレンズ（ＳＩＬ）リソグラフィに際してエアーギャップの役割を果たしてダイナミック光ヘッド層１００と光感性ポリマー（パターニング部）との間の所定の間隔を維持することにより精度よいナノパターンの製作を可能にする。
第１の誘電層１１０及び第２の誘電層１３０には、酸化物系、窒化物系、炭化物系の物質が使用可能であり、酸化物系の物質としては、ＳｉＯ２、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、ＧｅＯ２、ＢｅＯ２、ＺｒＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、又はＴａＯなどが使用され、窒化物系の物質としては、ＳｉＮ４、ＢＮ、又はＡｌＮなどが使用される。また、炭化物系の物質としては、ＳｉＣなどが使用される。これらの様々な物質の中でも、ＺｎＳ−ＳｉＯ２は、高いレベルの高温、機械的強度を維持すると共に熱変形が少ないため、第１の誘電層１１０及び第２の誘電層１３０として最適に使用可能である。
第１の誘電層１１０の上部には、第１の誘電層１１０、ダイナミックナノアパーチャ層１２０、及び第２の誘電層１３０の積層構造を支持するための基板層１４０が配設される。基板層１４０は、蒸着面が曲面である場合に、柔らかな弾性を有する素材で形成され、蒸着面が平面である場合に、柔らかな弾性素材だけでなく、硬いガラスなどの素材で形成される。基板層１４０には、フィルム類としてポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、オリエンテッドポリプロピレン（ＯＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、及びアクリルのうちのいずれか一種が用いられるか、或はガラス類としてソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、溶融石英ガラス、及び石英のうちのいずれか一種が用いられる。また、本実施形態によるダイナミック光ヘッド層１００は、基板２１０に着脱可能であることから、取付け後に取り外される過程でダイナミック光ヘッド層１００や基板２１０が損傷することを防ぐために疎水性コーティング層１５０を更に備える。疎水性コーティング層１５０は、第２の誘電層１３０の下面にコーティングされる。
一般に、薄膜を分離し易くするためには、離型剤を用いて薄膜をコーティングする。コーティング材としては、テフロン（登録商標）、ダイアモンドなど様々な材料が存在するが、近接光で制御するためには、高い透過率及び薄い厚さを有する素材が必要である。テフロン（登録商標）、ダイアモンドのコーティングは、厚いため、近接光のダイナミック光ヘッド層１００にコーティングして光を透過することが困難であり、自己組織化単分子膜（ＳＡＭ：ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）の場合、蒸着中に酸性ガスが発生してフィルム製のダイナミック光ヘッド層１００に損傷を負わせる。このため、このような問題を解消するために、本実施形態では、疎水性コーティング層１５０を、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の自己組織化小重合体（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｏｌｉｇｏｍｅｒ）を用いて形成するか、或は耐酸性素材の場合に自己組織化単分子膜（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｅｄ ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を蒸着して形成する。なお、自己組織化単分子膜としては、シラン又はチオール系の自己組織化単分子膜が使用可能である。
特に、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）は離型性に優れているため疎水性コーティング層１５０として好適に用いられ、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）転写の場合、１０ｎｍ未満の高さに安定的に製作可能であり、素材の透光性が高いため光透過損失が少ないというメリットがあり、他の抗接着性（シラン自己組織化単分子膜（ＳＡＭ））素材と比較して、炭素に基づく［Ｃ−Ｃ−Ｃ］ｎ主鎖結合とは異なり、強い［Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ］ｎ主鎖結合をしているため、高温及び光における表面エネルギー値の変化が少ないという特徴がある。
図３は、本発明の一実施形態によるダイナミック光ヘッド層１００の製作工程を示す図である。
図３を参照すると、本実施形態によるダイナミック光ヘッド層１００は、先ず、（ａ）基板層１４０を準備し、（ｂ）第１の誘電層１１０、ダイナミックナノアパーチャ層１２０、及び第２の誘電層１３０を蒸着する。次に、適度に加熱して材料の内部構造中に残留する熱履歴及び加工による影響を除去すると共に、光学的な非透過相への初期化のための（ｃ）アニーリング工程を行う。即ち、所定の温度まで加熱してから徐々に冷却し、（ｄ）第２の誘電層１３０に疎水性コーティング層１５０をコーティングしてダイナミック光ヘッド層１００を完成する。
図４は、基板２１０が曲面状である場合の本発明の一実施形態によるダイナミック光ヘッド層１００が結合された状態を示す図である。
本実施形態によるダイナミック光ヘッド層１００は、柔らかな弾性材質の基板層１４０の上に薄膜が蒸着された構造であるため、図４に示すように、曲面状の基板２１０にも結合し易い。
本実施形態では、ダイナミックナノアパーチャ層１２０として光学的異方性を有する物質、好ましくはＳｂ６５Ｓｅ３５を用いる。
図５は、Ｓｂ６５Ｓｅ３５の特性を実験した結果を示すグラフであり、（ａ）は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）を用いたターゲットの熱分析結果を示すグラフであり、（ｂ）の左側は、は、エリプソメータを用いて温度変化に対する光学係数を測定した結果を示すグラフであり、（ｂ）の右側は、光の全波長に対する光学係数（ｎ、ｋ）の測定値を示すグラフである。
図５（ａ）を参照すると、Ｓｂ６５Ｓｅ３５は、光学的異方性を有する物質であり、５３８℃の低い値を有することを確認され、低い融点により低いエネルギー光源を用いてダイナミック光ヘッド層１００の光学的ナノ開口を形成することができることを示唆する。
示差走査熱量測定（ＤＳＣ）は、試料を所定の速度で加熱しながら光学的な非透過相から光学的な透過相への変化による熱量の変化を観測し、これを用いることで、物質のＴｇ、Ｔｃ、Ｔｍを観測することができる。図５（ａ）のグラフで、ピーク値は物質のＴｇ地点となる。即ち、レーザーを用いてダイナミックナノアパーチャ層１２０に熱を加えたとき、Ｔｇ以上の地点で光学的な非透過相から光学的な透過相に又は溶融状態に変化して吸光係数が下がると共に透過率が上がる。
図５の（ｂ）の左側は、エリプソメータを用いて温度変化に伴う光学係数ｎ、ｋを測定した結果を示すグラフであり、Ｔｇ以上でｋ値が下がることが観察され、これにより、ダイナミック光ヘッド層１００の光透過率が上がることが分かる。特に、４０５ｎｍ波長のレーザー光源におけるグラフから明らかになる。
図５の（ｂ）の右側は、光の全波長における光学係数ｎ、ｋの測定値を示すグラフであり、この素材が紫外線から可視光領域までｎ、ｋ値に違いが出ることを示しており、これにより、様々なレーザー源が使用可能であることが分かる。
本実施形態によるダイナミック光ヘッド層１００において、動的光ナノ開口形成の一助となる第１の誘電層１１０の厚さは、３０〜５００ｎｍの範囲であり、ダイナミックナノアパーチャ層１２０は、露光時に動的光ナノ開口形成層が厚い場合、透光性が低下して基板２１０の露光が行われないため、５〜３０ｎｍの範囲で使用される。
第２の誘電層１３０は、保護層及びダイナミックナノアパーチャ層１２０の動的光ナノ開口形成の一助となる役割を果たすと共に、近接場の発現のために薄い厚さが必要なことから、５〜６０ｎｍの範囲で使用される。
フィルム類は、曲面上及び平面上に貼り付けることから、ある程度弾性を有する厚さが求められるため、５〜３００μｍのものが用いられ、ガラス類は、光学焦点距離さえ許容されれば、厚さに特に制限はない。
図６は、本発明の一実施形態によるダイナミック光ヘッド層１００を用いたリソグラフィ方法を示す図である。
図６を参照すると、本実施形態によるダイナミック光ヘッド層１００を用いたリソグラフィ方法は、（ａ）先ず、基板２１０をステージ４００の上に載置し、フォトレジスト２２０を蒸着した後にフォトレジスト２２０の上にダイナミック光ヘッド層１００を真空合着などにより結合する。（ｂ）次に、レーザービームを照射して多重並列ビームアレイなどを経てパターニング基板２１０にパターンを形成する。（ｃ）その後、ダイナミック光ヘッド層１００は分離され、（ｄ）アニーリング工程を経てダイナミック光ヘッド層１００は再使用される。
図７は、ダイナミック光ヘッド層１００をパターニング基板２１０に真空合着する方式を示す図である。
図７の（ａ）に示すように、ダイナミック光ヘッド層１００とパターニング部２００との間にはギャップが存在するため、このようなギャップが発生しないように真空合着を行う。このとき、図７（ｂ）に示すように、ダイナミック光ヘッド層１００を真空状態でローリングして均一に基板２１０に貼り付ける。
図８は、ダイナミック光ヘッド層のダイナミックナノアパーチャ層による光学的ナノ開口の形成原理を示す図である。
マイクロレンズ３１０を介して集光された光源がダイナミックナノアパーチャ層１２０に照射されると、ダイナミックナノアパーチャ層１２０の内部の特定のエネルギーＥｔｈ以上を有する領域で光学的な非透過相から光学的な透過相又は溶融状態への変化を引き起こすことによって光学的ナノ開口が形成される。従って、任意の領域に集光されたビームを照射することにより、所望の個所に可変的に光学的ナノ開口が形成される。この場合、光源は、光学的ナノ開口を形成すると共に、ナノ開口の内部への進行に伴う近接場を形成し、これにより、超微細ナノパターンが製作可能になる。なお、ナノ開口を形成した後に、アニーリング工程を行ってダイナミックナノアパーチャ層の物性を第２の状態から第１の状態に戻すことができる。
図９は、ダイナミック光ヘッド層１００のダイナミックナノアパーチャ層１２０及び第１の誘電層１１０の厚さを変化させながら観察したダイナミックナノアパーチャ層１２０における光学的ナノ開口径のシミュレーション結果であり、（ａ）は、光学的ナノ開口が形成されることを示す図であり、（ｂ）は、光学的ナノ開口径を示す表である。
ダイナミックナノアパーチャ層１２０では、Ｔｇ以上の温度で光学的な物性変化が発生してナノ開口が生成され、ナノ開口はダイナミック光ヘッド層１００の厚さに応じてやや違いがあり、生成されたナノ開口により近接場が形成される。
基板２１０に蒸着されるフォトレジスト２２０の露光は、近接場が形成されてダイナミックナノアパーチャ層１２０の透過率の増加に影響する。
図１０は、マイクロレンズアレイを用いたパターンの形成を示す図である。
図１０に示すように、マイクロレンズアレイを用いることで、同時多発的にナノパターンを実現することができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
１００ ダイナミック光ヘッド層
１１０ 第１の誘電層
１２０ ダイナミックナノアパーチャ層
１３０ 第２の誘電層
１４０ 基板層
１５０ 疎水性コーティング層
２００ パターニング部
２１０ 基板
２２０ フォトレジスト
３００ マイクロレンズアレイ
３１０ マイクロレンズ
４００ ステージ
１１０ 第１の誘電層
１２０ ダイナミックナノアパーチャ層
１３０ 第２の誘電層
１４０ 基板層
１５０ 疎水性コーティング層
２００ パターニング部
２１０ 基板
２２０ フォトレジスト
３００ マイクロレンズアレイ
３１０ マイクロレンズ
４００ ステージ
Claims (12)
- 基板にパターンを形成するための光学リソグラフィ装置において前記基板に着脱可能なダイナミック光ヘッド層であって、
前記ダイナミック光ヘッド層は、上部に第１の誘電層、下部に第２の誘電層、及び前記第１の誘電層と前記第２の誘電層との間にダイナミックナノアパーチャ層が配設され、
前記ダイナミックナノアパーチャ層は、光学的異方性を有する物質であり、
前記第１の誘電層及び前記第２の誘電層は、酸化物系の物質、窒化物系の物質、又は炭化物系の物質であり、前記第２の誘電層の下面には、フォトレジストとの分離を容易にするためのポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の自己組織化小重合体である疎水性コーティング層が更に配設されることを特徴とするダイナミック光ヘッド層。 - 前記光学的異方性を有する物質は、Ｓｂ６５Ｓｅ３５であることを特徴とする請求項１に記載のダイナミック光ヘッド層。
- 前記酸化物系の物質は、ＳｉＯ２、ＺｎＳ−ＳｉＯ２、ＧｅＯ２、ＢｅＯ２、ＺｒＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、又はＴａＯであることを特徴とする請求項１に記載のダイナミック光ヘッド層。
- 前記窒化物系の物質は、ＳｉＮ４、ＢＮ、又はＡｌＮであることを特徴とする請求項１に記載のダイナミック光ヘッド層。
- 前記炭化物系の物質は、ＳｉＣであることを特徴とする請求項１に記載のダイナミック光ヘッド層。
- 前記第１の誘電層の上部には、前記第１の誘電層、前記ダイナミックナノアパーチャ層、及び前記第２の誘電層の積層構造を支持するための基板層が配設されることを特徴とする請求項１に記載のダイナミック光ヘッド層。
- 前記基板層は、蒸着面が曲面である場合に柔らかな弾性を有する素材で形成され、蒸着面が平面である場合に硬いガラス素材で形成されることを特徴とする請求項６に記載のダイナミック光ヘッド層。
- 前記基板層は、フィルム類としてポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、オリエンテッドポリプロピレン（ＯＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、及びアクリルのうちのいずれか一種が用いられるか、或はガラス類としてソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、溶融石英ガラス、及び石英のうちのいずれか一種が用いられることを特徴とする請求項７に記載のダイナミック光ヘッド層。
- 基板にパターンを形成するために該基板をステージの上に載置する基板準備ステップと、
前記基板にフォトレジストをコーティングするフォトレジストコーティングステップと、
前記フォトレジストの上にダイナミック光ヘッド層を結合するダイナミック光ヘッド層結合ステップと、
レーザービームを照射し、前記ステージを移動させながら基板にパターンを形成するパターン形成ステップと、
前記ダイナミック光ヘッド層を分離するダイナミック光ヘッド層分離ステップと、を有し、
前記ダイナミック光ヘッド層は、上部に第１の誘電層、下部に第２の誘電層、及び前記第１の誘電層と前記第２の誘電層との間にダイナミックナノアパーチャ層が配設され、
前記ダイナミックナノアパーチャ層は、光学的異方性を有する物質であり、
前記第１の誘電層及び前記第２の誘電層は、酸化物系の物質、窒化物系の物質、又は炭化物系の物質であり、
前記第２の誘電層の下面には、フォトレジストとの分離を容易にするためのポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の自己組織化小重合体である疎水性コーティング層が更に配設され、
前記パターン形成ステップにおいて、レーザービームが照射されると、前記ダイナミック光ヘッド層のダイナミックナノアパーチャ層に動的光ナノ開口が形成されてレーザービームが透過しながらパターンが形成されることを特徴とするダイナミック光ヘッド層を用いたリソグラフィ方法。 - 前記パターン形成ステップにおいて、変調されて入射するレーザービームを、マイクロレンズアレイを用いてフォーカシングしてパターンを形成するか、或はデジタル・マイクロミラー・デバイス（ＤＭＤ）を用いてマスクレス方式でパターンを形成することを特徴とする請求項９に記載のダイナミック光ヘッド層を用いたリソグラフィ方法。
- 前記光学的異方性を有する物質は、Ｓｂ６５Ｓｅ３５であることを特徴とする請求項９に記載のダイナミック光ヘッド層を用いたリソグラフィ方法。
- パターンが形成される基板を有するパターニング部と、
前記基板に着脱可能なダイナミック光ヘッド層と、
前記ダイナミック光ヘッド層及び前記パターニング部に入射するレーザーをフォーカシングするマイクロレンズアレイと、を備え、
前記ダイナミック光ヘッド層は、上部に第１の誘電層、下部に第２の誘電層、及び前記第１の誘電層と前記第２の誘電層との間にダイナミックナノアパーチャ層が配設され、
前記ダイナミックナノアパーチャ層は、光学的異方性を有する物質であり、
前記第１の誘電層及び前記第２の誘電層は、酸化物系の物質、窒化物系の物質、又は炭化物系の物質であり、
前記第２の誘電層の下面には、フォトレジストとの分離を容易にするためのポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）の自己組織化小重合体である疎水性コーティング層が更に配設されることを特徴とするダイナミック光ヘッド層を用いたリソグラフィ装置。
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