JPH1126344A - パターン形成方法及び装置並びに半導体装置の製造方法 - Google Patents
パターン形成方法及び装置並びに半導体装置の製造方法Info
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- JPH1126344A JPH1126344A JP9173528A JP17352897A JPH1126344A JP H1126344 A JPH1126344 A JP H1126344A JP 9173528 A JP9173528 A JP 9173528A JP 17352897 A JP17352897 A JP 17352897A JP H1126344 A JPH1126344 A JP H1126344A
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- light
- semiconductor
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- G—PHYSICS
- G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70408—Interferometric lithography; Holographic lithography; Self-imaging lithography, e.g. utilizing the Talbot effect
Abstract
(57)【要約】
【目的】周期的に繰り返す微小パターンを量産性・位置
制御性共に優れた方法で形成できるパターン形成方法と
装置及びそれを用いた半導体装置の製造方法を提供する
ことにある。 【構成】レーザ光を四つの光束２ａ、２ａ´、２ｂ、２
ｂ´に分割した後、所定の角度２θで相対する同一位相
の二光束同士を所定の角度で合波することで干渉光パタ
ーン（暗い領域Ａ、明るい領域Ｂ）を生ぜしめ、このマ
スク機能を有する干渉光を用いて試料基板面１上のフォ
トレジスト膜を露光し、現像して二次元的に配列したフ
ォトレジストパターンを形成する。干渉光のパターン形
状は、相対する二光束同士を交叉させ際の交叉角度、パ
ターンの周期はレーザ光の波長λと相対する二光束の対
向角θによって決められる。 【効果】マスク機能を有する干渉光パターンで露光する
と云う容易な手法で量子ドット作製に適したレジストパ
ターンが形成できる。
制御性共に優れた方法で形成できるパターン形成方法と
装置及びそれを用いた半導体装置の製造方法を提供する
ことにある。 【構成】レーザ光を四つの光束２ａ、２ａ´、２ｂ、２
ｂ´に分割した後、所定の角度２θで相対する同一位相
の二光束同士を所定の角度で合波することで干渉光パタ
ーン（暗い領域Ａ、明るい領域Ｂ）を生ぜしめ、このマ
スク機能を有する干渉光を用いて試料基板面１上のフォ
トレジスト膜を露光し、現像して二次元的に配列したフ
ォトレジストパターンを形成する。干渉光のパターン形
状は、相対する二光束同士を交叉させ際の交叉角度、パ
ターンの周期はレーザ光の波長λと相対する二光束の対
向角θによって決められる。 【効果】マスク機能を有する干渉光パターンで露光する
と云う容易な手法で量子ドット作製に適したレジストパ
ターンが形成できる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、パターン形成方法
及び装置並びにそれを用いた半導体装置の製造方法に係
り、独特の露光技術によってマスクを使用すること無し
にフォトレジストに規則的な周期で所定形状の微細なパ
ターンを形成することのできる新規なパターン形成方法
及び装置に関するものであり、特に二次元に広がる同一
形状の微細な繰り返しパターンの形成、例えば量子ドッ
ト半導体レーザの作製に好適なレジストパターン形成技
術に関する。
及び装置並びにそれを用いた半導体装置の製造方法に係
り、独特の露光技術によってマスクを使用すること無し
にフォトレジストに規則的な周期で所定形状の微細なパ
ターンを形成することのできる新規なパターン形成方法
及び装置に関するものであり、特に二次元に広がる同一
形状の微細な繰り返しパターンの形成、例えば量子ドッ
ト半導体レーザの作製に好適なレジストパターン形成技
術に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザの性能は、一次元量子井戸
（量子薄膜）構造を利用した所謂量子井戸レーザが実用
化されることで飛躍的に高まった。近年、半導体レーザ
の性能を更に向上させる方法として、二次元量子井戸
（量子細線）や、三次元量子井戸（量子ドット）の利用
が検討されている。特に、量子ドットを活性層に利用し
た量子ドットレーザは、電子の状態密度スペクトルがパ
ルス状となる効果により著しくレーザ発振のしきい値電
流を低減できるため、極低消費電力レーザとして期待さ
れている。
（量子薄膜）構造を利用した所謂量子井戸レーザが実用
化されることで飛躍的に高まった。近年、半導体レーザ
の性能を更に向上させる方法として、二次元量子井戸
（量子細線）や、三次元量子井戸（量子ドット）の利用
が検討されている。特に、量子ドットを活性層に利用し
た量子ドットレーザは、電子の状態密度スペクトルがパ
ルス状となる効果により著しくレーザ発振のしきい値電
流を低減できるため、極低消費電力レーザとして期待さ
れている。
【０００３】従来の量子ドットの形成方法に関しては、
長谷川英樹 他、光学、２５巻、第８号、４４８〜４５
５頁に詳細、且つ系統的にまとめられている。この文献
に述べられているように、量子ドットを形成する方法と
しては、電子線露光法により微細パターンを形成する方
法と結晶成長時の自己組織化を利用する方法が提案され
ている。
長谷川英樹 他、光学、２５巻、第８号、４４８〜４５
５頁に詳細、且つ系統的にまとめられている。この文献
に述べられているように、量子ドットを形成する方法と
しては、電子線露光法により微細パターンを形成する方
法と結晶成長時の自己組織化を利用する方法が提案され
ている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の量子ド
ットの形成方法には以下の問題点がある。電子線露光法
を用いて量子ドットを作製するための微細パターンを形
成する方法では、電子線の描画に極めて長い時間を要
し、量産性が悪かった。また、結晶成長時の自己組織化
現象を利用した量子ドットの製造方法は、上記文献に述
べられているように、ドットの位置制御が困難であると
いう問題があった。
ットの形成方法には以下の問題点がある。電子線露光法
を用いて量子ドットを作製するための微細パターンを形
成する方法では、電子線の描画に極めて長い時間を要
し、量産性が悪かった。また、結晶成長時の自己組織化
現象を利用した量子ドットの製造方法は、上記文献に述
べられているように、ドットの位置制御が困難であると
いう問題があった。
【０００５】本発明の第一の目的は、量産性・位置制御
性に優れた同一形状の微細な繰り返しパターンの形成、
例えば原子・分子レベルの精密さと超高密度集積化能力
が共に求められる量子ドット作製に好適な新規なパター
ンの形成方法を提供することにある。
性に優れた同一形状の微細な繰り返しパターンの形成、
例えば原子・分子レベルの精密さと超高密度集積化能力
が共に求められる量子ドット作製に好適な新規なパター
ンの形成方法を提供することにある。
【０００６】また、本発明の第二の目的は、位置制御性
に優れた例えば量子ドット作製用パターンを量産性良く
形成することのできるパターン形成装置を提供すること
にある。
に優れた例えば量子ドット作製用パターンを量産性良く
形成することのできるパターン形成装置を提供すること
にある。
【０００７】そして本発明の第三の目的は、このような
パターン形成方法及び装置により、リソグラフィ技術と
エッチング技術とを駆使して、例えば量子細線・量子ド
ットレーザ等、これまでにない優れた機能や性能を持つ
半導体装置を容易に実現することのできる半導体装置の
製造方法を提供することにある。
パターン形成方法及び装置により、リソグラフィ技術と
エッチング技術とを駆使して、例えば量子細線・量子ド
ットレーザ等、これまでにない優れた機能や性能を持つ
半導体装置を容易に実現することのできる半導体装置の
製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の第一の目的は、
レーザ光を四つの光束に分割した後、所定の角度で相対
する同一位相の二光束同士を所定の角度で合波すること
により規則的な周期と形状の干渉光パターンを形成せし
め、この干渉光パターンで予め基板面上に形成したフォ
トレジスト膜を露光する工程と、露光後のフォトレジス
ト膜を現像する工程とを有して成り、それによって基板
面上に干渉光パターン形状に見合った二次元的に配列さ
れたフォトレジストパターンを形成するように構成して
成るパターン形成方法により達成される（第１のパター
ン形成方法の発明と云う）。
レーザ光を四つの光束に分割した後、所定の角度で相対
する同一位相の二光束同士を所定の角度で合波すること
により規則的な周期と形状の干渉光パターンを形成せし
め、この干渉光パターンで予め基板面上に形成したフォ
トレジスト膜を露光する工程と、露光後のフォトレジス
ト膜を現像する工程とを有して成り、それによって基板
面上に干渉光パターン形状に見合った二次元的に配列さ
れたフォトレジストパターンを形成するように構成して
成るパターン形成方法により達成される（第１のパター
ン形成方法の発明と云う）。
【０００９】また、レーザ光を二つの光束に分割した
後、所定の角度で相対する同一位相の二光束を合波する
ことにより第１の干渉縞を形成せしめ、この干渉光を用
いて予め基板面上に形成したフォトレジスト膜を露光す
る第１の露光工程と、かかる干渉光の基板面上の干渉縞
の方向と異なる方向に第２の干渉縞を形成するように前
記基板もしくは前記二つの光束の入射方向を所定角度だ
け回転させた後、第１の露光工程後のフォトレジスト膜
に再度干渉露光を行う第２の露光工程と、第２の露光後
のフォトレジスト膜を現像する工程とを有して成り、そ
れによって基板面上に２度の露光によって実効的に形成
される規則的な周期と形状の干渉光パターンに見合った
二次元的に配列されたフォトレジストパターンを形成す
るように構成して成るパターン形成方法によっても達成
される（第２のパターン形成方法の発明と云う）。
後、所定の角度で相対する同一位相の二光束を合波する
ことにより第１の干渉縞を形成せしめ、この干渉光を用
いて予め基板面上に形成したフォトレジスト膜を露光す
る第１の露光工程と、かかる干渉光の基板面上の干渉縞
の方向と異なる方向に第２の干渉縞を形成するように前
記基板もしくは前記二つの光束の入射方向を所定角度だ
け回転させた後、第１の露光工程後のフォトレジスト膜
に再度干渉露光を行う第２の露光工程と、第２の露光後
のフォトレジスト膜を現像する工程とを有して成り、そ
れによって基板面上に２度の露光によって実効的に形成
される規則的な周期と形状の干渉光パターンに見合った
二次元的に配列されたフォトレジストパターンを形成す
るように構成して成るパターン形成方法によっても達成
される（第２のパターン形成方法の発明と云う）。
【００１０】また、本発明の第二の目的は、基板を載置
する試料台と、レーザ光源と、レーザ光を２波に分割す
る第１のビームスプリッタと、第１のビームスプリッタ
で分割された二光束をそれぞれ２波に分割する第２、第
３のビームスプリッタと、かくして四つの光束に分割さ
れたビームを、二光束ごとに所定の角度で相対向させる
と共に、これら相対向する二光束同士を所定の回転角度
で互いに交叉するように基板上に照射し合波するミラー
とを具備して成るパターン形成装置により達成される。
する試料台と、レーザ光源と、レーザ光を２波に分割す
る第１のビームスプリッタと、第１のビームスプリッタ
で分割された二光束をそれぞれ２波に分割する第２、第
３のビームスプリッタと、かくして四つの光束に分割さ
れたビームを、二光束ごとに所定の角度で相対向させる
と共に、これら相対向する二光束同士を所定の回転角度
で互いに交叉するように基板上に照射し合波するミラー
とを具備して成るパターン形成装置により達成される。
【００１１】また、基板を載置する試料台と、レーザ光
源と、レーザ光を２波に分割するビームスプリッタと、
２波に分割されたビームを所定の角度で相対向させ基板
上に照射し合波するミラーと、ミラー及び試料台の少な
くとも一方を回転させることにより相対向する二光束の
照射位置を所定の回転角度だけ移動した位置で照射する
手段とを具備して成るパターン形成装置によっても達成
される。
源と、レーザ光を２波に分割するビームスプリッタと、
２波に分割されたビームを所定の角度で相対向させ基板
上に照射し合波するミラーと、ミラー及び試料台の少な
くとも一方を回転させることにより相対向する二光束の
照射位置を所定の回転角度だけ移動した位置で照射する
手段とを具備して成るパターン形成装置によっても達成
される。
【００１２】また、本発明の第三の目的は、半導体基板
上に無機絶縁膜を形成し、さらにその上にフォトレジス
ト膜を形成してリソグラフィ技術によりフォトレジスト
膜を露光、現像するレジストマスクパターン形成工程
と、このレジストマスクパターンを用いて無機絶縁膜を
選択的にエッチングし半導体基板面を選択的に露出させ
る工程と、露出された半導体基板面上に半導体薄膜層を
形成する工程とを有して成る半導体装置の製造方法にお
いて、前記レジストマスクパターン形成工程を、上記第
１もしくは第２のパターン形成方法の発明で構成して成
る半導体装置の製造方法により達成される。
上に無機絶縁膜を形成し、さらにその上にフォトレジス
ト膜を形成してリソグラフィ技術によりフォトレジスト
膜を露光、現像するレジストマスクパターン形成工程
と、このレジストマスクパターンを用いて無機絶縁膜を
選択的にエッチングし半導体基板面を選択的に露出させ
る工程と、露出された半導体基板面上に半導体薄膜層を
形成する工程とを有して成る半導体装置の製造方法にお
いて、前記レジストマスクパターン形成工程を、上記第
１もしくは第２のパターン形成方法の発明で構成して成
る半導体装置の製造方法により達成される。
【００１３】上記半導体基板及びその上に形成する半導
体薄膜層は、例えばＧａＡｓ系III−Ｖ族化合物半導体
で構成することができる。そしてこの半導体薄膜層によ
って量子線や量子ドット等の微細な素子パターンが容易
に形成される。半導体薄膜層の形成には、周知の分子線
エピタキシー（ＭＢＥ）や有機金属気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）が適用される。
体薄膜層は、例えばＧａＡｓ系III−Ｖ族化合物半導体
で構成することができる。そしてこの半導体薄膜層によ
って量子線や量子ドット等の微細な素子パターンが容易
に形成される。半導体薄膜層の形成には、周知の分子線
エピタキシー（ＭＢＥ）や有機金属気相成長（ＭＯＣＶ
Ｄ）が適用される。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の原理と作用効果に
ついて図１および図２を用いて具体的に説明する。
ついて図１および図２を用いて具体的に説明する。
【００１５】上記第１のパターン形成方法の発明を実施
する際の特徴点は、レーザ光による露光法にあり、特定
のマスクを準備することなく光学的技法によって周期的
に繰り返す任意の同一形状の微細な干渉光パターンを生
じせしめて、直接フォトレジストに一括的に露光し、現
像することによってレジストパターンを形成することに
ある。すなわち、レーザ光を四つの光束に分割した後に
合波することで干渉を生ぜしめ、この干渉に応じて速度
あるいは性質が変化する光化学反応を利用して基板面
上、例えば半導体基板上に二次元的に配列したパターン
を形成することにある。
する際の特徴点は、レーザ光による露光法にあり、特定
のマスクを準備することなく光学的技法によって周期的
に繰り返す任意の同一形状の微細な干渉光パターンを生
じせしめて、直接フォトレジストに一括的に露光し、現
像することによってレジストパターンを形成することに
ある。すなわち、レーザ光を四つの光束に分割した後に
合波することで干渉を生ぜしめ、この干渉に応じて速度
あるいは性質が変化する光化学反応を利用して基板面
上、例えば半導体基板上に二次元的に配列したパターン
を形成することにある。
【００１６】マスクを使用しないことでは従来の電子線
による直接描画と同様であるが、量産性とパターンの位
置制御性の点で本発明は格段に優れている。したがっ
て、このパターン形成方法を、従来のリソグラフィに適
用し、周知のエッチング技術及び結晶薄膜形成技術とを
組み合わせれば、二次元、三次元に規則的に展開した量
子線・量子ドット等の微細な素子を有するデバイスを容
易に実現することができる。
による直接描画と同様であるが、量産性とパターンの位
置制御性の点で本発明は格段に優れている。したがっ
て、このパターン形成方法を、従来のリソグラフィに適
用し、周知のエッチング技術及び結晶薄膜形成技術とを
組み合わせれば、二次元、三次元に規則的に展開した量
子線・量子ドット等の微細な素子を有するデバイスを容
易に実現することができる。
【００１７】図１は、周期的に繰り返す任意の同一形状
の微細なレーザ光による干渉光パターンを生じせしめる
原理を説明する模式図である。図示の如く、試料１面上
に波長λの互いに相関のある四つの光束２（２ａ、２ａ
´、２ｂ、２ｂ´）を入射すると、相対する二光束のな
す角を２θ、また、その角度の中線方向と試料面の法線
とがなす角をσとすれば、試料面上に、下記の式（１）
で表せる周期Λの市松状模様の干渉光パターンができ
る。
の微細なレーザ光による干渉光パターンを生じせしめる
原理を説明する模式図である。図示の如く、試料１面上
に波長λの互いに相関のある四つの光束２（２ａ、２ａ
´、２ｂ、２ｂ´）を入射すると、相対する二光束のな
す角を２θ、また、その角度の中線方向と試料面の法線
とがなす角をσとすれば、試料面上に、下記の式（１）
で表せる周期Λの市松状模様の干渉光パターンができ
る。
【００１８】
【数１】 Λ＝λ／（２・ｓｉｎθ・ｃｏｓσ） …（１） 図中のパターンＡは各光束が互いに弱め合ってできた暗
いパターン領域、Ｂは各光束が互いに強め合ってできた
明るいパターン領域を示している。干渉光パターンを作
成するに際しては、角度２θで相対する同一位相の二光
束同士（２ａ−２ａ´の組と２ｂ−２ｂ´の組）を交叉
させるが、この交叉角度を調節することにより干渉光パ
ターンの形状を変えることができる。この例では、相互
に直交させて合波しているのでパターン形状はほぼ正方
形を形成しているが、交叉角度を９０°から０°の間で
任意に選択すれば、正方形からそれを押しつぶした菱
形、さらには線状にまで変形することができる。
いパターン領域、Ｂは各光束が互いに強め合ってできた
明るいパターン領域を示している。干渉光パターンを作
成するに際しては、角度２θで相対する同一位相の二光
束同士（２ａ−２ａ´の組と２ｂ−２ｂ´の組）を交叉
させるが、この交叉角度を調節することにより干渉光パ
ターンの形状を変えることができる。この例では、相互
に直交させて合波しているのでパターン形状はほぼ正方
形を形成しているが、交叉角度を９０°から０°の間で
任意に選択すれば、正方形からそれを押しつぶした菱
形、さらには線状にまで変形することができる。
【００１９】したがって、試料１面上にフォトレジスト
膜を塗布しておけば、この市松状の干渉光パターンで露
光することにより、二次元的に規則正しく配列したレジ
ストパターンを形成できる。
膜を塗布しておけば、この市松状の干渉光パターンで露
光することにより、二次元的に規則正しく配列したレジ
ストパターンを形成できる。
【００２０】フォトレジストの感光特性および露光、現
像条件を適当に調節すれば、すなわち、ポジ型フォトレ
ジストであれば図２（ａ）に示すごとく、試料１面上に
レジスト残存部３が規則正しく配列したパターンを形成
することはもちろん、ネガ型フォトレジストであれば図
２（ｂ）に示すごとく、試料面上のレジスト膜に規則正
しくレジストの抜けた部分４が配列したパターンも形成
できることは言うまでもない。
像条件を適当に調節すれば、すなわち、ポジ型フォトレ
ジストであれば図２（ａ）に示すごとく、試料１面上に
レジスト残存部３が規則正しく配列したパターンを形成
することはもちろん、ネガ型フォトレジストであれば図
２（ｂ）に示すごとく、試料面上のレジスト膜に規則正
しくレジストの抜けた部分４が配列したパターンも形成
できることは言うまでもない。
【００２１】このような二次元的に規則正しく配列した
レジストパターンを、例えば化合物半導体装置を製造す
るリソグラフィ工程に適用することにより、規則正しく
配列した量子ドットを容易に作製することが可能となっ
た。
レジストパターンを、例えば化合物半導体装置を製造す
るリソグラフィ工程に適用することにより、規則正しく
配列した量子ドットを容易に作製することが可能となっ
た。
【００２２】また、上記第２のパターン形成方法の発明
を実施する際の特徴点は、後で図６により具体的に説明
するが、図１の四つの光束の代わりに二つの相対する光
束２ａ、２ｂにより干渉縞を作成し、この干渉光でフォ
トレジスト膜を角度を変えて（所定の回転角度で）二回
露光することにある。一回目の露光に対して二回目の露
光は、例えば９０°回転した位置とすれば、実効的に図
１と同様の干渉光パターンで露光したことになり、図２
に示したフォトレジストパターンが得られる。すなわ
ち、二回目の露光する回転角度を選択すれば任意の形状
のパターンが得られる。
を実施する際の特徴点は、後で図６により具体的に説明
するが、図１の四つの光束の代わりに二つの相対する光
束２ａ、２ｂにより干渉縞を作成し、この干渉光でフォ
トレジスト膜を角度を変えて（所定の回転角度で）二回
露光することにある。一回目の露光に対して二回目の露
光は、例えば９０°回転した位置とすれば、実効的に図
１と同様の干渉光パターンで露光したことになり、図２
に示したフォトレジストパターンが得られる。すなわ
ち、二回目の露光する回転角度を選択すれば任意の形状
のパターンが得られる。
【００２３】以上説明したように本発明においては、こ
のように一定の周期で規則的に二次元に配列されたレジ
ストパターンを使用することによって、レジストパター
ンに見合って二次元に配列された薄膜素子を形成できる
ことは勿論のこと、この薄膜素子の形成工程を繰り返し
積層すれば三次元に配列された微小な素子を備えた半導
体装置をも容易に製造することができる。
のように一定の周期で規則的に二次元に配列されたレジ
ストパターンを使用することによって、レジストパター
ンに見合って二次元に配列された薄膜素子を形成できる
ことは勿論のこと、この薄膜素子の形成工程を繰り返し
積層すれば三次元に配列された微小な素子を備えた半導
体装置をも容易に製造することができる。
【００２４】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図３〜図６を用い
てさらに具体的に説明する。
てさらに具体的に説明する。
【００２５】〈実施例１〉先ず、第一の実施例を図３を
用いて詳細に説明する。
用いて詳細に説明する。
【００２６】図３（ａ）に示すように、ｎ型ＩｎＰ基板
５上に、ポジ型レジスト６を１００ｎｍの厚さにスピン
ナー塗布する。
５上に、ポジ型レジスト６を１００ｎｍの厚さにスピン
ナー塗布する。
【００２７】次に、図３（ｂ）に示すように、後に図５
で説明する四光束のＨｅ−Ｃｄレーザ光７（波長λ＝３
２５ｎｍ）を用いて干渉露光を行い、２００ｎｍ周期で
露光部８（干渉光パターンＡによる）と未露光部９（干
渉光パターンＢによる）が周期的に配列した露光パター
ンを得る。なお、相対する二つの光束７ａ、７ａ´と７
ｂ、７ｂ´との交叉角度は直交させているため９０°で
ある。
で説明する四光束のＨｅ−Ｃｄレーザ光７（波長λ＝３
２５ｎｍ）を用いて干渉露光を行い、２００ｎｍ周期で
露光部８（干渉光パターンＡによる）と未露光部９（干
渉光パターンＢによる）が周期的に配列した露光パター
ンを得る。なお、相対する二つの光束７ａ、７ａ´と７
ｂ、７ｂ´との交叉角度は直交させているため９０°で
ある。
【００２８】続いてアルカリ現像液を用いて現像をおこ
ない、露光部８を溶解除去することにより、図３（ｃ）
に示すように、Λ＝２００ｎｍ周期で配列した、未露光
部９による５０ｎｍ角のレジストパターンを得た。
ない、露光部８を溶解除去することにより、図３（ｃ）
に示すように、Λ＝２００ｎｍ周期で配列した、未露光
部９による５０ｎｍ角のレジストパターンを得た。
【００２９】本実施例では、二次元的に小さなサイズの
レジスト残存部９が配列したパターンを得る例について
説明したが、現像時間を少なくする等の方法により、小
さなサイズのレジスト除去部が配列したパターンを得る
こともできる。また、本実施例では、ポジ型レジストを
用いた例について説明したが、ネガ型レジストを用いて
も同様の効果があることは言うまでもない。
レジスト残存部９が配列したパターンを得る例について
説明したが、現像時間を少なくする等の方法により、小
さなサイズのレジスト除去部が配列したパターンを得る
こともできる。また、本実施例では、ポジ型レジストを
用いた例について説明したが、ネガ型レジストを用いて
も同様の効果があることは言うまでもない。
【００３０】また、本実施例では、Ｈｅ−Ｃｄレーザを
光源として用いたが、Ｎｅイオンレーザ等、他のレーザ
を用いてもよい。また、本実施例では、四光束を同時に
照射してドットパターンを形成したが、相対する二光束
を用いて、照射方向を変えて二度照射を行うことでも同
様の効果が得られることは言うまでもない。
光源として用いたが、Ｎｅイオンレーザ等、他のレーザ
を用いてもよい。また、本実施例では、四光束を同時に
照射してドットパターンを形成したが、相対する二光束
を用いて、照射方向を変えて二度照射を行うことでも同
様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３１】〈実施例２〉次に、本発明の第二の実施例
を図４を用いて詳細に説明する。
を図４を用いて詳細に説明する。
【００３２】図４（ａ）に示すように、表面に予め膜厚
１００ｎｍの絶縁薄膜（Ｓｉ3Ｎ4）１０を形成したｎ型
ＧａＡｓ基板５上に、図４（ｂ）に示すように、ネガ型
レジスト６を１００ｎｍの厚さにスピンナー塗布する。
次いで図４（ｃ）に示すように、実施例１と同様の露光
方法によってレジストパターンを形成した。ただし、ネ
ガ型レジストであるため実施例１（ポジ型フォトレジス
ト）の図３（ｃ）に示したパターンを逆転したパターン
で、図２（ｂ）に示したものと同様に未露光部分による
５０ｎｍ角の開口部（Ｓｉ3Ｎ4が露出）を有するレジス
トパターン１１を得る。
１００ｎｍの絶縁薄膜（Ｓｉ3Ｎ4）１０を形成したｎ型
ＧａＡｓ基板５上に、図４（ｂ）に示すように、ネガ型
レジスト６を１００ｎｍの厚さにスピンナー塗布する。
次いで図４（ｃ）に示すように、実施例１と同様の露光
方法によってレジストパターンを形成した。ただし、ネ
ガ型レジストであるため実施例１（ポジ型フォトレジス
ト）の図３（ｃ）に示したパターンを逆転したパターン
で、図２（ｂ）に示したものと同様に未露光部分による
５０ｎｍ角の開口部（Ｓｉ3Ｎ4が露出）を有するレジス
トパターン１１を得る。
【００３３】次いで、図４（ｄ）に示すように、レジス
トパターンをマスクにして露出したＳｉ3Ｎ4をエッチン
グ除去し、ｎ型ＧａＡｓ基板面を露出させる。
トパターンをマスクにして露出したＳｉ3Ｎ4をエッチン
グ除去し、ｎ型ＧａＡｓ基板面を露出させる。
【００３４】次いで、図４（ｅ）に示すように、レジス
トパターン１１を除去して周知のＭＯＣＶＤにより、膜
厚５０ｎｍのｎ型ＧａＡｓ膜／膜厚１０ｎｍのアンドー
プＡｌＧａＡｓ膜／膜厚５ｎｍのアンドープＧａＡｓ膜
／膜厚１０ｎｍのアンドープＡｌＧａＡｓ膜を順次形成
した。
トパターン１１を除去して周知のＭＯＣＶＤにより、膜
厚５０ｎｍのｎ型ＧａＡｓ膜／膜厚１０ｎｍのアンドー
プＡｌＧａＡｓ膜／膜厚５ｎｍのアンドープＧａＡｓ膜
／膜厚１０ｎｍのアンドープＡｌＧａＡｓ膜を順次形成
した。
【００３５】次いで、Ｓｉ3Ｎ4を膜をエッチング除去
し、ＭＯＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍのＡｌＧａＡｓ
膜を全面に形成し、図４（ｆ）に示すようにＧａＡｓ量
子ドット１２を形成した。
し、ＭＯＣＶＤ法により膜厚１００ｎｍのＡｌＧａＡｓ
膜を全面に形成し、図４（ｆ）に示すようにＧａＡｓ量
子ドット１２を形成した。
【００３６】〈実施例３〉次に、本発明の第三の実施例
を図５を用いて詳細に説明する。これは第１のパターン
形成方法の発明を実施することのできるパターン形成装
置の一実施例となるものである。
を図５を用いて詳細に説明する。これは第１のパターン
形成方法の発明を実施することのできるパターン形成装
置の一実施例となるものである。
【００３７】図５は露光光学系を模式的に示した装置の
概略図である。Ｈｅ−Ｃｄ、あるいはＮｅイオンあるい
はＡｒレーザ等のレーザ光源１３から放射されたレーザ
光２をビームスプリッタ１５を用いて四光束に分割した
後、それぞれの光をビームエキスパンダ１６でビーム径
を拡大し、それぞれをコリメータ１７を介してミラー１
８で反射させることで進行方向を変えて四方向から試料
１９に照射することで、試料１９面上で二次元的に配列
した干渉光パターンを得ることができた。
概略図である。Ｈｅ−Ｃｄ、あるいはＮｅイオンあるい
はＡｒレーザ等のレーザ光源１３から放射されたレーザ
光２をビームスプリッタ１５を用いて四光束に分割した
後、それぞれの光をビームエキスパンダ１６でビーム径
を拡大し、それぞれをコリメータ１７を介してミラー１
８で反射させることで進行方向を変えて四方向から試料
１９に照射することで、試料１９面上で二次元的に配列
した干渉光パターンを得ることができた。
【００３８】さらに詳述すると、レーザ光源１３から放
射されたレーザ光２は、第１のビームスプリッタ１５ａ
によって二つの光束２ａ、２ｂに分割され、これらの光
束は第２、第３のビームスプリッタ１５ｂ、１５ｃによ
ってさらにそれぞれを二つの光束に分割され、合計四つ
の光束２ａ、２ａ´、２ｂ、２ｂ´に分割される。
射されたレーザ光２は、第１のビームスプリッタ１５ａ
によって二つの光束２ａ、２ｂに分割され、これらの光
束は第２、第３のビームスプリッタ１５ｂ、１５ｃによ
ってさらにそれぞれを二つの光束に分割され、合計四つ
の光束２ａ、２ａ´、２ｂ、２ｂ´に分割される。
【００３９】分割された四つの光束は、それぞれビーム
エキスパンダ１６ａ、１６ａ´、１６ｂ、１６ｂ´及び
コリメータ１７ａ、１７ａ´、１７ｂ、１７ｂ´を介し
てミラー１８で反射させることで進行方向を変えて四方
向から、試料台２０に載置された試料１９上に照射する
ことで、試料１９面上で二次元的に配列した干渉光パタ
ーンを得る。
エキスパンダ１６ａ、１６ａ´、１６ｂ、１６ｂ´及び
コリメータ１７ａ、１７ａ´、１７ｂ、１７ｂ´を介し
てミラー１８で反射させることで進行方向を変えて四方
向から、試料台２０に載置された試料１９上に照射する
ことで、試料１９面上で二次元的に配列した干渉光パタ
ーンを得る。
【００４０】これら四つの光束を試料１９上で合波する
に際しては、先に図１で説明した原理にしたがい、相対
する二つの光束２ａ−２ａ´、２ｂ−２ｂ´がそれぞれ
特定の角度２θで向き合い、しかも向き合ったこれら二
つの光束同士が直交もしくは所定の角度で交叉できるよ
うにミラー１８の位置及び角度を制御する光束制御手段
が設けられている。
に際しては、先に図１で説明した原理にしたがい、相対
する二つの光束２ａ−２ａ´、２ｂ−２ｂ´がそれぞれ
特定の角度２θで向き合い、しかも向き合ったこれら二
つの光束同士が直交もしくは所定の角度で交叉できるよ
うにミラー１８の位置及び角度を制御する光束制御手段
が設けられている。
【００４１】〈実施例４〉次に、本発明の第四の実施例
を図６を用いて詳細に説明する。これは第２のパターン
形成方法の発明を実施することのできるパターン形成装
置の一実施例となるもので、実施例３（図５）の光学系
をさらに簡略化したものである。
を図６を用いて詳細に説明する。これは第２のパターン
形成方法の発明を実施することのできるパターン形成装
置の一実施例となるもので、実施例３（図５）の光学系
をさらに簡略化したものである。
【００４２】図６は、露光光学系を模式的に示した装置
の概略図である。Ｈｅ−ＣｄあるいはＮｅイオンあるい
はＡｒレーザ等のレーザ光源１３から放射されたレーザ
光２をビームスプリッタ１５を用いて二つの光束２ａ、
２ｂに分割した後、それぞれの光をビームエキスパンダ
１６でビーム径を拡大し、それぞれをコリメータ１７を
介してミラー１８で反射させることで進行方向を変えて
所定の対向角度２θで二方向から試料台２０に載置され
た試料１９に照射、合波することによって露光を行う。
の概略図である。Ｈｅ−ＣｄあるいはＮｅイオンあるい
はＡｒレーザ等のレーザ光源１３から放射されたレーザ
光２をビームスプリッタ１５を用いて二つの光束２ａ、
２ｂに分割した後、それぞれの光をビームエキスパンダ
１６でビーム径を拡大し、それぞれをコリメータ１７を
介してミラー１８で反射させることで進行方向を変えて
所定の対向角度２θで二方向から試料台２０に載置され
た試料１９に照射、合波することによって露光を行う。
【００４３】この露光光学系には、図示されていないが
任意の角度２θで互いに向き合った二つの光束２ａ、２
ｂが、試料上で相対的に任意の角度だけ回転移動できる
露光光学系回転移動手段を有している。この露光光学系
回転移動手段は、ミラー１８を任意の一定位置及び角度
に固定した状態で光学系全体を回転するか、もしくは試
料台を任意の角度だけ回転移動するようにしてもよい。
任意の角度２θで互いに向き合った二つの光束２ａ、２
ｂが、試料上で相対的に任意の角度だけ回転移動できる
露光光学系回転移動手段を有している。この露光光学系
回転移動手段は、ミラー１８を任意の一定位置及び角度
に固定した状態で光学系全体を回転するか、もしくは試
料台を任意の角度だけ回転移動するようにしてもよい。
【００４４】この装置を使用してフォトレジスト膜を露
光し、レジストパターンを形成する場合には、この回転
移動角度を任意の角度だけ変えて２回の露光を行ってか
ら現像すればよい。１回目の露光と２回目の露光の移動
角度を例えば９０°として交叉させれば、角度２θで互
いに向き合った二つの光束２ａ、２ｂ同士を直交させて
合波、露光したことに等しくなり、実施例３（図５）に
示した四つの光束を有する装置を用いて露光した場合と
実質的に同一のパターンを形成することができる。干渉
光パターンの形状は、２回目露光時の移動角度を選定す
ることにより任意の形状とすることができる。
光し、レジストパターンを形成する場合には、この回転
移動角度を任意の角度だけ変えて２回の露光を行ってか
ら現像すればよい。１回目の露光と２回目の露光の移動
角度を例えば９０°として交叉させれば、角度２θで互
いに向き合った二つの光束２ａ、２ｂ同士を直交させて
合波、露光したことに等しくなり、実施例３（図５）に
示した四つの光束を有する装置を用いて露光した場合と
実質的に同一のパターンを形成することができる。干渉
光パターンの形状は、２回目露光時の移動角度を選定す
ることにより任意の形状とすることができる。
【００４５】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明により所期
の目的を達成することができた。すなわち、本発明によ
れば、リソグラフィでパターンを形成する際に、光学的
手段でマスクを形成したと同等のマスク機能を有する干
渉光パターンで露光するため、電子線による直接描画と
同様に格別なマスクを準備する必要がないにもかかわら
ず、電子線描画と同様の微小サイズのパターンをそれよ
りも格段に速いスピードで確実に形成できるという効果
を有している。
の目的を達成することができた。すなわち、本発明によ
れば、リソグラフィでパターンを形成する際に、光学的
手段でマスクを形成したと同等のマスク機能を有する干
渉光パターンで露光するため、電子線による直接描画と
同様に格別なマスクを準備する必要がないにもかかわら
ず、電子線描画と同様の微小サイズのパターンをそれよ
りも格段に速いスピードで確実に形成できるという効果
を有している。
【００４６】したがって、本発明のパターン形成方法を
用いれば、例えば量子ドットのごとき微細な半導体素子
の作製に好適な位置制御性に優れたレジストパターンを
量産性良く形成でき、このレジストパターンを使用する
ことによって規則的に二次元もしくは三次元に配列され
た微小な素子を備えた半導体装置を容易に製造すること
ができる。
用いれば、例えば量子ドットのごとき微細な半導体素子
の作製に好適な位置制御性に優れたレジストパターンを
量産性良く形成でき、このレジストパターンを使用する
ことによって規則的に二次元もしくは三次元に配列され
た微小な素子を備えた半導体装置を容易に製造すること
ができる。
【００４７】また、本発明のパターン形成装置は、原理
的に単純な光学系で構成するものであることから、容易
にして信頼性の高い装置を実現することができる。
的に単純な光学系で構成するものであることから、容易
にして信頼性の高い装置を実現することができる。
【図１】本発明により露光用の干渉光パターンを作成す
る露光光学系の原理説明図である。
る露光光学系の原理説明図である。
【図２】本発明の干渉光パターンによる露光によりフォ
トレジスト膜にレジストパターンを形成する説明図であ
る。
トレジスト膜にレジストパターンを形成する説明図であ
る。
【図３】本発明の一実施例となるパターン形成方法によ
り、半導体基板上のフォトレジスト膜にレジストパター
ンを形成する説明図である。
り、半導体基板上のフォトレジスト膜にレジストパター
ンを形成する説明図である。
【図４】本発明の一実施例となる半導体装置の製造工程
を説明する工程断面図である。
を説明する工程断面図である。
【図５】本発明の一実施例となるパターン形成装置の露
光光学系を示す概略図である。
光光学系を示す概略図である。
【図６】本発明の他の実施例となるパターン形成装置の
露光光学系を示す概略図である。
露光光学系を示す概略図である。
１…試料、 ２…光束（レーザ光）、 ３…レジスト残存部、 ４…レジストの抜けた部分、 ５…半導体基板、 ６…レジスト、 ７…レーザ光、 ８…露光部、 ９…未露光部、 １０…絶縁膜、 １１…レジストパターン、 １２…量子ドット、 １３…レーザ光源、 １５…ビームスプリッタ、 １６…ビームエキスパンダ、 １７…コリメータ、 １８…ミラー（鏡）、 １９…試料、 ２０…試料台、 Ａ…干渉光による暗いパターン領域、 Ｂ…干渉光による明るいパターン領域。
Claims (11)
- 【請求項１】レーザ光を四つの光束に分割した後、所定
の角度で相対する同一位相の二光束同士を所定の角度で
合波することにより規則的な周期と形状の干渉光パター
ンを形成せしめ、この干渉光パターンで予め基板面上に
形成したフォトレジスト膜を露光する工程と、露光後の
フォトレジスト膜を現像する工程とを有して成り、それ
によって基板面上に干渉光パターン形状に見合った二次
元的に配列されたフォトレジストパターンを形成するよ
うに構成して成るパターン形成方法。 - 【請求項２】レーザ光を二つの光束に分割した後、所定
の角度で相対する同一位相の二光束を合波することによ
り第１の干渉縞を形成せしめ、この干渉光を用いて予め
基板面上に形成したフォトレジスト膜を露光する第１の
露光工程と、かかる干渉光の基板面上の干渉縞の方向と
異なる方向に第２の干渉縞を形成するように前記基板も
しくは前記二つの光束の入射方向を所定角度だけ回転さ
せた後、第１の露光工程後のフォトレジスト膜に再度干
渉露光を行う第２の露光工程と、第２の露光後のフォト
レジスト膜を現像する工程とを有して成り、それによっ
て基板面上に２度の露光によって実効的に形成される規
則的な周期と形状の干渉光パターンに見合った二次元的
に配列されたフォトレジストパターンを形成するように
構成して成るパターン形成方法。 - 【請求項３】基板を載置する試料台と、レーザ光源と、
レーザ光を２波に分割する第１のビームスプリッタと、
第１のビームスプリッタで分割された二光束をそれぞれ
２波に分割する第２、第３のビームスプリッタと、かく
して四つの光束に分割されたビームを、二光束ごとに所
定の角度で相対向させると共に、これら相対向する二光
束同士を所定の回転角度で互いに交叉するように基板上
に照射し合波するミラーとを具備して成る請求項１記載
のパターン形成方法を実施するためのパターン形成装
置。 - 【請求項４】基板を載置する試料台と、レーザ光源と、
レーザ光を２波に分割するビームスプリッタと、２波に
分割されたビームを所定の角度で相対向させ基板上に照
射し合波するミラーと、ミラー及び試料台の少なくとも
一方を回転させることにより相対向する二光束の照射位
置を所定の回転角度だけ移動した位置で照射する手段と
を具備して成る請求項２記載のパターン形成方法を実施
するためのパターン形成装置。 - 【請求項５】第２、第３のビームスプリッタと、それぞ
れに対応するミラーとの間の光路上にビームエキスパン
ダとコリメータとを順次配設して成る請求項３記載のパ
ターン形成装置。 - 【請求項６】ビームスプリッタとミラーとの間の光路上
にビームエキスパンダとコリメータとを順次配設して成
る請求項４記載のパターン形成装置。 - 【請求項７】半導体基板上に無機絶縁膜を形成し、さら
にその上にフォトレジスト膜を形成してリソグラフィ技
術によりフォトレジスト膜を露光、現像するレジストマ
スクパターン形成工程と、このレジストマスクパターン
を用いて無機絶縁膜を選択的にエッチングし半導体基板
面を選択的に露出させる工程と、露出された半導体基板
面上に半導体薄膜層を形成する工程とを有して成る半導
体装置の製造方法において、前記レジストマスクパター
ン形成工程を、請求項１もしくは２記載のパターン形成
方法により構成して成る半導体装置の製造方法。 - 【請求項８】上記半導体基板及びその上に形成する半導
体薄膜層を、化合物半導体で構成して成る請求項７記載
の半導体装置の製造方法。 - 【請求項９】上記化合物半導体をＧａＡｓ系III−Ｖ族
化合物半導体で構成して成る請求項８記載の半導体装置
の製造方法。 - 【請求項１０】上記半導体薄膜層を、ＧａＡｓ系III−
Ｖ族化合物半導体で構成すると共にそれによって量子ド
ットが形成されて成る請求項８記載の半導体装置の製造
方法。 - 【請求項１１】上記化合物半導体で構成される半導体薄
膜層は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）もしくは有機金
属気相成長（ＭＯＣＶＤ）により形成されて成る請求項
７乃至１０いずれか一つに記載の半導体装置の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9173528A JPH1126344A (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | パターン形成方法及び装置並びに半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9173528A JPH1126344A (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | パターン形成方法及び装置並びに半導体装置の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1126344A true JPH1126344A (ja) | 1999-01-29 |
Family
ID=15962206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9173528A Pending JPH1126344A (ja) | 1997-06-30 | 1997-06-30 | パターン形成方法及び装置並びに半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1126344A (ja) |
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