(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明体と、この透明体の面上に形成された貴金属微粒子からなるパターンと、このパターンが形成された前記透明体の面において全反射するように、前記透明体に光を照射する手段とを有することを特徴とする露光フィルター。
【請求項２】
前記微粒子からなるパターンが形成されていない領域は、光遮蔽膜が形成されていることを特徴とする請求項１記載の露光フィルター。
【請求項３】
前記微粒子からなるパターンが高分子フィルムで被覆されていることを特徴とする請求項１もしくは２記載の露光フィルター。
【請求項４】
透明体の面上に形成された貴金属微粒子からなるパターンを有する露光フィルターを、レジスト上に密着もしくは近距離に設置し、前記貴金属微粒子からなるパターンが形成された前記透明体の面において全反射するように、前記透明体に光を照射して露光した後、前記露光フィルターを取り除き、現像を行うことを特徴とするパターン形成方法。
【請求項５】
透明体と、この透明体の面上に形成された貴金属微粒子からなるパターンを有する露光フィルターと、この露光フィルターに、前記貴金属微粒子からなるパターンが形成された透明体の面上において全反射するように光を照射する手段と、前記露光フィルターをレジスト上に密着もしくは近距離に設置する手段とを有することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光の回折限界を越えて微細なリソグラフィーが実現できる露光フィルター、パターン形成方法および露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光の回折限界を越えて、微細なリソグラフィーを実現するいわゆる近接場光を利用する方法が知られている。これには、微小な開口を有するプローブを用いる方法（特開平７−１０６２２９）や、よりスループットを上げるために開口を有するマスクをレジストに極めて近距離に置く方法（特開平８−１７９４９３）がある。しかしながら開口を有するマスクを近距離に置く方法では、開口からしみ出る光強度が小さいため、十分な露光光量が得られず、長時間の露光が必要といった問題があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記述べた従来技術の問題点を解決することであり、すなわち、露光光量が十分に取れ、短時間でパターン形成が可能な露光フィルター、パターン形成方法および露光装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の露光フィルターは、透明体と、この透明体の面上に形成された貴金属微粒子からなるパターンと、このパターンが形成された前記透明体の面において全反射するように、前記透明体に光を照射する手段とを有することを特徴とする。
【０００５】
貴金属からなる微粒子が存在することによりプラズモン共鳴が起こり、近接場光強度を増幅することが可能となる。貴金属としては金、銀、白金、これらの合金等があるが、金および銀が特に好ましい。透明体側から全反射モ−ドで光を照射するための手段があると、近接場光に変換されなかった光は反射されるため、熱の発生が抑えられる。このことは熱によるパターンのズレや、形状変化を防ぐことができる。全反射モードで光を照射する手段としては、透明体がプリズム形状をしていたり、また板状の導波路を形成したりすればよいが、光を効率よく入射できる点でプリズム形状が特に好ましい。貴金属微粒子は透明体と化学結合していることが強度の点からまた、繰り返し使用の点から好ましい。貴金属微粒子からなるパターンは種々の方法で作製することができるが、好ましくは貴金属微粒子と透明体との結合を仲立ちする物質をマイクロスタンプもしくはＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて所望するパターン状に透明体に塗布した後、微粒子と接触させる方法である。仲立ち物質としては、透明体がガラスで微粒子が金の場合は、例えば両末端にエトキシシリル基とチオール基を有する直鎖炭化水素が好ましい。
【０００６】
また、本発明の露光フィルターはさらに、微粒子パターンが形成されていない領域は、光遮蔽膜が形成されていることを特徴としてもよい。光遮蔽膜が形成されていることにより、微粒子パターンが形成されていない領域からの光の浸みだしを完全に抑えることが可能となるためにコントラストを高くすることが可能となり、レジスト材料に対する許容マージンを高くすることが可能となる。
【０００７】
また、本発明の露光フィルターはさらに、微粒子パターンが高分子フィルムで被覆されていることを特徴としてもよい。この場合、高分子としてはガラス転移温度が３０Ｃ以下であることが好ましい。ガラス転移温度が３０℃以下であれば、露光フィルターとレジストとの密着性が上がり、微小なパターンを形成することができる。また、高分子膜として剥離性のあるシリコーン樹脂などを用いれば、レジストからの剥離を容易にすることが可能となる。
【０００８】
高分子膜に用いることができる材料としては、屈折率は、透明体に近い方が好ましい。一般に透明体の屈折率は高い方が好ましいので、高分子膜材料にも屈折率を高くすることができる芳香環があった方が好ましい。高分子膜に用いることができる材料としては例えば、ビニルアルコール類、ポリビニルアセタール類、ポリビニルブチラール類、四フッ化エチレン樹脂、三フッ化エチレン樹脂、フッ化エチレン・プロピレン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、フッ化ビニル樹脂、四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、四  フッ化エチレン・エチレン共重合体などの四フッ化エチレン共重合体、含フッ素ポリベンゾオキサゾールなどのフッ素樹脂類、アクリル樹脂類、メタクリル樹脂類、ポリウリロニトリル、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体などのアクリロニトリル共重合体、ポリスチレン、スチレン・アクリロニトリル共重合体、アセタール樹脂、ナイロン６６などのポリアミド類、ポリカーボネート類、ポリエステルカーボネート類、セルロース樹脂類、フェノール樹脂類、ユリア樹脂類、エポキシ樹脂類、不飽和ポリエステル樹脂類、アルキド樹脂類、メラミン樹脂類、ポリウレタン類、ジアリールフタレート類、ポリフェニレンオキサイド類、ポリフェニレンスルフィド類、ポリポリスルフォン類、ポリフェニルサルフォン類、シリコーン樹脂類、ポリイミド類、ビスマレイミドトリアジン樹脂類、ポリイミドアミド類、ポリエーテルイミド類、ポリビニルカルバゾール類、ノルボルネン系非晶質ポリオレフィンなどが例として挙げられる。
【０００９】
本発明の透明体に用いることができる材料としては、種々の無機ガラスや上記透明高分子膜に用いることができる材料がある。好ましくは耐熱性が高く、表面を平坦にできる無機ガラスである。
【００１０】
本発明に係る第２の発明のパターン形成方法は、少なくとも、透明体と、該透明体上に形成された、貴金属微粒子からなるパターンを有する露光フィルターを、レジスト上に密着もしくは近距離に設置し、該貴金属微粒子に透明基板側から全反射モ−ドで露光した後、露光フィルターを取り除き、現像を行うことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る第３の発明の露光装置は、少なくとも、透明体と、該透明体上に形成された、貴金属微粒子からなるパターンを有する露光フィルターと、
該露光フィルターに全反射モ−ドで光を照射する手段と、
該露光フィルターをレジスト上に密着もしくは近距離に設置させる手段とを有することを特徴とする。
【００１２】
該露光フィルターをレジスト上に密着もしくは近距離に設置させる手段としては、ピエゾ素子を用いて、ナノメートルの精度で位置制御することが好ましい。また、露光フィルターとレジスト基板との相対的位置を、計測する手段を有していることが好ましい。
【００１３】
そのような計測手段としては、露光フィルター上、および基板上に形成された微小チップ間のトンネル電流、原子間力、もしくは散乱光の変化を検出することによって行ったり、露光フィルター上、および基板上に形成された傾斜台間の光干渉縞の変化を検出することを好ましく用いることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
【００１５】
第１の実施形態
図１に本実施形態で示す露光フィルター１０の断面図を示した。光学研磨された底面の１辺の長さが３０ｍｍの石英製のフリズム１１上にＡＦＭで構造式
【化１】
0003679975.tif 000002
で示される分子１２を幅３０ｎｍで１００ｎｍ間隔で塗布し、８０度で１時間加熱した後、エタノールで洗浄、乾燥した。次に直径１０ｎｍの金微粒子の水分散液にプリズムを１時間浸した後、８０度で乾燥した。プリズム表面をＡＦＭで評価したところ、金微粒子１３が単層で密集した幅３０ｎｍのライン１４が１００ｎｍ間隔で並んだライン＆スペースのパターンが形成されていた。次にプリズム表面を側鎖にフッ素原子で置換された炭化水素基を有するポリイミドでコートして保護膜１５を作製して、露光フィルター１０を作成した。
【００１６】
これを通常の半導体上に形成された高解像度の二層式レジストに真空下で気泡が入らないように密着させた。ｉ線を用いて１０秒露光を行った後、露光フィルターを簡単にはがすことができた。通常の方法によりレジストを現像することにより、３０ｎｍの線幅のパターンが１００ｎｍの間隔で形成できた。
【００１７】
第２の実施形態
図２に本実施形態で示す露光フィルター２０の断面図を示した。光学研磨された底面の１辺の長さが３０ｍｍの石英製のフリズム２１上に、光遮蔽膜２２としてアルミニウムを３０ｎｍの膜厚で蒸着した後、電子線レジストを形成し、電子線露光、およびエッチングにより５０ｎｍ径の開口を１２０ｎｍ間隔で形成した。次に、銀を少量蒸着した後、１２０度で１時間加熱した。プリズム表面をＡＦＭで評価したところ、開口部には平均粒径５ｎｍの銀微粒子２３が平均間隔１０ｎｍで形成されていた。次にプリズム表面を側鎖にフッ素原子で置換された炭化水素基を有するポリイミドでコートして保護膜２４を作製して、露光フィルター２０を作成した。
【００１８】
これを通常の半導体上に形成された高解像度の二層式レジストに真空下で気泡が入らないように密着させた。ｉ線を用いて１０秒露光を行った後、露光フィルターを簡単にはがすことができた。通常の方法によりレジストを現像することにより、５０ｎｍ径のパターンが１２０ｎｍの間隔で形成できた。
【００１９】
第３の実施形態
図３に本実施形態で示す露光装置３０の構成を示した。３１は露光フィルター３２を保持するためのホルダー、３３は基板３４を保持するためのホルダー、３５は基板ホルダーをＸ、Ｙ、Ｚ方向に精密に駆動するための微動アクチュエーター、３６は微動アクチュエーターをＸ、Ｙ、Ｚ方向に大まかに駆動するための粗動アクチュエーター、３７は大まかな位置決めのための光学顕微鏡である。
【００２０】
図４に露光フィルター３２と基板３４の断面を示す。露光フィルター３２を、Ｓｉ０２／Ｓｉ基板上３４に設置した。露光フィルター３１には金微粒子パターン（５０ｎｍ幅で１００ｎｍ間隔で設置、図示せず）と、セルフアラインメントのための凸部４１が設けられている。また光学的に大まかに位置決めするためのマーク４２が設けられている。また、精密に位置制御するための光緩衝用のスロープ４３が設けられている。基板３４上にはレジスト膜４４、セルフアラインメントのための凹凸部４５が設けられている。また光学的に大まかに位置決めするためのマーク４６および精密に位置制御するための光緩衝用のスロープ４７が設けられている。
【００２１】
露光フィルター３２と基板３４は光学顕微鏡３７を用いてマーク４２およびマーク４６が合うように合わせた。次にセルフアライメント用の凹凸がかみ合うように設置した。次に半導体レーザーを用いて、光緩衝用のスロープ４３と４７を照射して緩衝縞をＣＣＤで観測し、所定の相対位置になるように位置制御を行った。
【００２２】
光源３８からｉ線を用いて光学系３９を経て、全反射モードでレジスト膜４４を１０秒露光した後、基板を下降させて露光フィルター３２を簡単にはがすことができた。通常の方法によりレジストを現像することにより、基板３４上所定の位置に、５０ｎｍの線幅のパターンが１００ｎｍの間隔で形成できた。
【００２３】
比較例
図５に本比較例で示す露光フィルター５０の断面図を示した。光学研磨された底面の１辺の長さが３０ｍｍの石英製のフリズム５１上に、光遮蔽膜５２としてアルミニウムを３０ｎｍの膜厚で蒸着した後、電子線レジストを形成し、電子線露光、およびエッチングにより５０ｎｍ径の開口を１２０ｎｍ間隔で形成した。次にプリズム表面を側鎖にフッ素原子で置換された炭化水素基を有するポリイミドでコートして保護膜５３を作製して、露光フィルター５０を作成した。
【００２４】
これを第２の実施形態と同様にして、通常の半導体上に形成された高解像度の二層式レジストに真空下で気泡が入らないように密着させた。ｉ線を用いて１０秒露光を行った後、露光フィルターを簡単にはがすことができた。通常の方法によりレジストを現像したが、５０ｎｍ径のパターンが形成できす１０〜４０ｎｍ径のばらつきのあるパターンが得られた。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、光の回折限界を越えて微細なリソグラフィーが実現できる露光フィルター、パターン形成方法および露光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態で示す露光フィルターの断面図。
【図２】第２の実施形態で示す露光フィルターの断面図。
【図３】第３の実施形態で示す露光装置の構成図。
【図４】第３の実施形態で示す露光フィルターと基板の断面図。
【図５】比較例で示す露光フィルターの断面図。
【符号の説明】
１０…露光フィルター
１１…石英製のフリズム
１２…構造式（１）で示される分子
１３…金微粒子
１４…幅３０ｎｍのライン
１５…保護膜
２０…露光フィルター
２１…石英製のフリズム
２２…光遮蔽膜
２３…銀微粒子
２４…保護膜
３０…露光装置
３１…ホルダー
３２…露光フィルター
３３…基板ホルダー
３４…基板
３５…微動アクチュエーター
３６…粗動アクチュエーター
３７…光学顕微鏡
３８…光源
３９…光学系
４１…セルフアラインメントのための凸部
４２…マーク
４３…光緩衝用のスロープ
４４…レジスト膜
４５…セルフアラインメントのための凹凸部
４６…マーク
４７…光緩衝用のスロープ
５０…露光フィルター
５１…石英製のフリズム
５２…光遮蔽膜
５３…保護膜
【図１】
0003679975.tif 000003
【図２】
0003679975.tif 000004
【図３】
0003679975.tif 000005
【図４】
0003679975.tif 000006
【図５】
0003679975.tif 000007