(57)【要約】【課題】露光対象であるレジスト塗布済基板を回転することなく、一度の露光で２次元パターニングを実現する手段を提供する。【解決手段】光源から発生した可干渉（コヒーレント）光束を、レジスト塗布済基板と、レジスト塗布済基板法線方向に対してある一定の角度θＸ、θＹをもたせた２枚の反射鏡に入射することで、反射鏡からの２つの反射光束と、直接レジスト塗布済基板に入射する直接光束の３つの光束を発生し、これをレジスト塗布済基板上で重ね合わせて発生させた干渉縞を用いて露光を行うことで、リソグラフィの対象面を回転することなく、対象面に２次元のリソグラフィパターンを１度の露光で形成することが可能となる。干渉縞のＸ方向間隔、Ｙ方向間隔は２枚の反射鏡の角度θＸおよびθＹをそれぞれ調整することで独立に調整することが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一光源から発生した可干渉（コヒーレント）光束を用いて干渉縞を発生させ、この干渉縞を用いて任意の面に塗布したレジスト層を露光してパターニングを実施する干渉リソグラフィ方法であって、空間をＸＹＺ座標軸で表した時に、ＸＹ平面内に露光対象のレジスト塗布済基板を配置するとともに、２枚の反射鏡を，１枚はＸＹ面法線方向に対してＸ軸まわりのみ，もう１枚はＸＹ面法線方向に対してＹ軸まわりのみにある一定の角度を有するよう配置し、前記可干渉光束を前記のレジスト塗布済基板表面、および前記２枚の反射鏡に入射し、該２枚の反射鏡で反射された反射光束と、前記のレジスト塗布済基板表面に直接入射した直接光束の、３本の光束を前記レジスト塗布済基板表面で重ね合わせることで干渉縞を発生させ、前記レジスト層を露光することを特徴とする、干渉リソグラフィ方法。
【請求項２】
前記２枚の反射鏡は、それぞれ独立に露光対象のＸＹ面法線方向に対する角度を調節することができることを特徴とする、請求項１に記載の干渉リソグラフィ方法。
【請求項３】
前記２枚の反射鏡にそれぞれ入射する光束の光量と、前記のレジスト塗布済表面に直接入射した直接光束の光量を、それぞれ独立に調節することができる、独立したフィルタ機構を設けたことを特徴とする、請求項１または２に記載の干渉リソグラフィ方法。
【請求項４】
同一光源から発生した可干渉（コヒーレント）光束を用いて干渉縞を発生させ、この干渉縞を用いて任意の面に塗布したレジスト層を露光してパターニングを実施する干渉リソグラフィ装置であって、空間をＸＹＺ座標軸で表した時に、ＸＹ平面内に露光対象のレジスト塗布済基板を配置し、ＸＺ平面内とＹＺ平面内に２枚の反射鏡を配置し、かつ該反射鏡はＸＹ面法線方向に対してある一定の角度を有し、前記可干渉光束を前記のレジスト塗布済基板表面、および前記２枚の反射鏡に入射し、該２枚の反射鏡で反射された反射光束と、前記のレジスト塗布済基板表面に直接入射した直接光束の、３本の光束を前記レジスト塗布済基板表面で重ね合わせることで干渉縞を発生させ、前記レジスト層を露光することを特徴とする、干渉リソグラフィ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一の光源から発生した２光束を重ね合わせて発生した干渉縞を用いることで、マスクなしでの露光を実現する干渉リソグラフィに関するもので、２枚の反射鏡を用いることで、リソグラフィの対象面を９０度回転することなく、対象面に２次元のリソグラフィパターンを形成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体パターニングなど、平滑面への微細形状加工には、平滑面上に感光材（レジスト）を塗布し、パターニングを施したマスクを通した光でレジストを感光させた後、エッチング等の処理でレジストパターンを形成して平滑面の微細加工を行う、フォトリソグラフィ手法が用いられている。
【０００３】
また、光学式エンコーダの基準として用いられる回折格子のように、広範囲領域にマイクロサイズの周期的パターンを形成する場合には、マスクを用いず、同一の光源から発生した２光束を重ね合わせて発生した干渉縞を用いることで、マスクなし露光を実現する干渉リソグラフィ手法が用いられることがある。干渉リソグラフィ手法においては、用いる光源の波長、および２光束の入射角度を調整することで干渉縞の間隔を調整することが可能であり、大型レンズ等の適用によって、広範囲マイクロパターンの一括形成が可能である。
【０００４】
干渉リソグラフィにおいて、２光束を干渉させる手法としては、光源から出射した光束をビームスプリッタもしくは回折格子によって２分割後、２枚の反射鏡を用いて１平面上で重ね合わせて干渉縞を形成する手法（特許文献１）、光源から出射した光束をビームスプリッタで２分割した後に大型レンズ等で２本のコリメート光とし、これを１平面上で重ね合わせて干渉縞を形成する手法（非特許文献１）、光源からの出射光をビームエキスパンダ光学系で広げた後に大型レンズで１本のコリメート光とし、これを９０度の角度で配置した１枚の反射鏡とパターン形成面間に入射して干渉光を発生する、いわゆるLloyd’s mirror Interferometerの光学系を用いる手法（非特許文献２）などが挙げられる。
【０００５】
いずれの手法とも、マスクパターンを用いることなく、一括して広範囲に渡るパターニングが実現できる利点がある。一方、例えば特許文献１に開示の手法では、例えば回折格子によりビームを２分割する場合、基本的には１次回折光を用いることになるが、この場合にはパターニングのピッチに応じて回折格子ピッチを調整する必要があり、かつ大面積に渡り干渉縞を形成するためには比較的大型の回折格子を準備する必要がある。更には２つの光束を、なるべく位相ずれが生じないように重ね合わせる必要があり、２枚の平面鏡の調整は決して容易ではない。また例えば非特許文献１に開示の手法では、露光範囲に対応した大型のコリメートレンズを用いる必要があり、かつその光学系レイアウトには精密な調整が要求されるが、光学系に用いる光学部品には大型なものが多く、その調整は容易ではない。また、光学系自体も大がかりなものとなるため、光路における空気のゆらぎ等が干渉パターンに及ぼす影響は決して無視できない。更に、コリメートレンズが大型になる場合、球面収差等に伴い、特に光学系の光軸から離れるほど干渉パターンのコントラストが低下し、実際には十分な露光が出来ない場合が多い。
【０００６】
一方、非特許文献２に開示の手法では、非特許文献１に開示の手法に比べると、比較的簡易な光学系で広範囲の干渉パターンを得ることができる。この光学系では、反射鏡の平面度及び反射鏡とパターン形成面間の直角度が干渉パターンの品質に影響するが、平面度の良い大型の反射鏡は入手が比較的容易であり、また直角度の調整もそれほど困難ではない。また、非特許文献２に開示の手法のように、Lloyd’s mirror Interferometerの光学系を回転ステージ上に搭載すると、反射鏡へのコリメート光の入射角度を調整することで、干渉パターンの間隔を自由に調整することができる。
【０００７】
その一方で、いずれの手法においても、得られる干渉パターンは１次元パターンである。したがって、例えばパターン形成面にＸＹ２次元パターンを形成したい場合には、Ｘ方向の１次元の干渉パターンで露光を実施した後、パターン形成面を９０度回転させて１次元パターンを発生し、これをＹ方向の１次元パターンとして重ねて露光する必要がある。この場合、露光量の不均一から、実際に露光されるＸ方向パターンとＹ方向パターンにおいては、露光パターンのピッチ幅および露光深さに差が生じてしまう。また、レジストの露光途中のパターン形成面回転、およびＸＹパターンの直角度保証は決して容易ではない。
【０００８】
これに対し、露光面に対して２枚の反射鏡をそれぞれ直角に配置し、入射光束が露光面および２枚の反射鏡にかかるよう調整して、直接入射光と２つの反射光を露光面で重ね合わせることでＸＹ２次元パターン露光を一括で実施する方法が開示されている（特許文献２）。しかしながら、この手法では入射光の波長、入射角度、および２枚の反射鏡の開き角φによってパターンのピッチ間隔を調整するため、Ｘ方向、Ｙ方向のパターンピッチをそれぞれ独立に制御することができない。また、これらの角度を連携して制御する必要があり、その調整は容易ではない。更には、２次元パターンの干渉縞の光強度コントラストを露光面上で一定にすることができず、結果としてパターン幅にばらつきが生じてしまう。
【０００９】
以上述べたとおり、干渉リソグラフィにより任意のピッチ間隔を有する２次元干渉パターン露光を一括で精密に実施するのは容易ではない。大範囲に渡るマイクロサイズの２次元パターン形成を実現する手法の確立が望まれているが、上記従来の手法は技術面の問題のためその実現が容易ではなく、干渉リソグラフィ手法適用の足かせとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−４０７７５号公報
【特許文献２】ＵＳ２００１／００３５９９１Ａ１
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】L. Shi, L. J. Zeng and L. F. Li. Fabrication of optical mosaic gratings with phase and attitude adjustments employing latent fringes and a red-wavelength dual-beam interferometer. Optics Express, 17(24), 21530-21543 (2009).
【非特許文献２】J. Adams, G. Tizazu, S. Janusz, S.R.J. Brueck, G. P. Lopez and G. J. Leggett. Large-area nanopatterning of self-assembled monolayers of alkanethiolates by interferometric lithography. Langmuir Article, 26(16), pp: 13600-13606 (2010).
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで本発明では、これらの問題を解決する手法として、独立に角度が調節できる２枚の反射鏡を組み合わせて用い、パターン形成面に２次元の干渉パターンを一括形成する、全く新しい干渉リソグラフィ光学系を提供する。従来手法では、２次元の干渉パターン形成のためにパターン形成面を９０度回転する必要があったが、本提案の手法では２次元の干渉パターンを一括形成できるため、パターン形成面を回転する必要はない。また、露光に用いる干渉パターン自体が２次元パターンなので、Ｘ方向、Ｙ方向で露光量に差が出ることがなく、原理的にＸ方向、Ｙ方向で露光パターンのピッチ幅および露光深さに差が出ることがなく、均一なパターン露光が実現できる。更に、パターン形成面に対する２枚の反射鏡の角度を調整することで、Ｘ方向、Ｙ方向のパターンピッチをそれぞれ独立に制御することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明によれば、同一光源から発生した可干渉（コヒーレント）光束を用いて干渉縞を発生させ、この干渉縞を用いて任意の面に塗布したレジスト層を露光してパターニングを実施する干渉リソグラフィ技術に関するものであって、露光対象のレジスト塗布済基板表面法線方向に対してある一定の角度をもたせて少なくとも２枚の反射鏡を配置し、前記可干渉光束を前記のレジスト塗布済基板表面、および前記の少なくとも２枚の反射鏡に入射させ、前記の少なくとも２枚の反射鏡で反射された反射光束と、前記のレジスト塗布済基板表面に直接入射した直接光束の、少なくとも３本の光束を前記レジスト塗布済基板表面で重ね合わせることで干渉縞を発生させ、前記レジスト層の露光を実施することを特徴とする、干渉リソグラフィ方法、およびこの方法を用いた干渉リソグラフィ装置が得られる。
【００１４】
また、本発明によれば、前記の少なくとも２枚の反射鏡は独立に露光対象のレジスト塗布済基板表面法線方向に対する角度を調節することができることを特徴とする、前記干渉リソグラフィ方法、およびこの方法を用いた干渉リソグラフィ装置が得られる。
【００１５】
更に、本発明によれば、前記の少なくとも２枚の反射鏡それぞれに入射する光束の光量と、前記のレジスト塗布済表面に直接入射した直接光束の光量を、それぞれ独立に調節することができることを特徴とする、前記干渉リソグラフィ方法、およびこの方法を用いた干渉リソグラフィ装置が得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、２枚の反射鏡を組み合わせて用いることで、パターン形成面に２次元の干渉パターンを一括形成し、一度の露光で２次元パターンをパターン形成面に形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明にかかる第一の実施形態で用いる光学系の概略図である。
【図２】第一の実施形態で用いる光学系をＺ軸方向から見たときの、各入射光領域の光束が重なり合う位置を示した模式図である。
【図３】第一の実施形態で用いる光学系をＸＺ平面上で見た際に、Ｘ反射光と直進光束がなす角度θｘと、直進光束とＸ反射鏡からの反射光束が基板上において発生する干渉パターン１３のパターン間隔ｐｘとの関係を示した模式図である。
【図４】基板上に発生する干渉パターンをシミュレートした結果の一例である。
【図５】第一の実施形態で用いる光学系によって実際に基板上のレジストに露光処理を実施し、現像処理を実施した後、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって表面パターンを観察した結果の一例である。
【図６】本発明にかかる第二の実施形態で用いる光学系の概略図である。
【図７】減光フィルタを用いた場合に、基板上に発生する干渉パターンをシミュレートした結果の一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明にかかる第一の実施形態を、図１から図３を用いて説明する。図１は、本発明にかかる第一の実施形態で用いる光学系３１の概略図である。本光学系は、ＸＹ平面に配置したレジスト塗布済基板４面の法線方向に対してそれぞれθＸ、θＹの角度を持たせて設置したＸ反射鏡２、Ｙ反射鏡３と、それぞれに入射する入射光束１からなる。ある一定の領域に広がる入射光束１を、光学系のＺ軸正方向から見たときに、Ｘ反射鏡２、Ｙ反射鏡３、およびレジスト塗布後基板４に対し、入射光領域Ａ５、入射光領域Ｂ６、および入射光領域Ｃ７としてそれぞれ重なるよう、入射させる。このとき、入射光領域Ｃ７の光束はそのまま直進光束１０としてレジスト塗布済基板４に入射する。また、入射光領域Ａ５の光は、Ｘ反射鏡２によって反射された後、Ｘ反射鏡からの反射光束８としてレジスト塗布済基板４に入射し、入射光領域Ｂ６の光は、Ｙ反射鏡３によって反射された後、Ｙ反射鏡からの反射光束９としてレジスト塗布済基板４に入射する。このとき、直接光束１０と、Ｘ反射鏡からの反射光束８と、Ｙ反射鏡からの反射光束９がレジスト塗布済基板４上で干渉し、２次元干渉パターン１３を発生する。
【００１９】
第一の実施形態で用いる光学系をＺ軸方向から見たときの、各入射光領域の光束が重なり合う位置関係を、図２を用いて説明する。入射光領域７の光束は、そのまま直進光束１０としてレジスト塗布済基板４に入射する。一方、入射光領域５の光束は、Ｘ反射鏡２によって反射された後、Ｘ反射鏡からの反射光束８としてレジスト塗布済基板４に入射し、直進光束１０と重なりあう。このとき、レジスト塗布済基板４上においては、Ｘ反射鏡からの反射光束８は、Ｘ反射鏡の傾斜角θＸに応じた分だけＸ方向に縮小した領域を照射することになる。同様に、Ｙ反射鏡からの反射光束９は、Ｙ反射鏡の傾斜角θＹに応じた分だけＹ方向に縮小した領域を照射することになる。すなわち、直進光束１０、Ｘ反射鏡からの反射光束８、Ｙ反射鏡からの反射光束９が同時に重なりあう箇所は、図２に示すように入射光領域５の一部分となる。この３光束が同時に重なりあうことで、ＸＹ２次元の干渉パターンを得ることが可能となる。なお、この干渉パターンのパターン間隔は、Ｘ反射鏡の傾斜角θＸおよびＹ反射鏡の傾斜角θＹをそれぞれ調整することで、独立に変化させることが可能である。
【００２０】
第一の実施形態で用いる光学系をＸＺ平面上で見た際に、Ｘ反射光と直進光束がなす角度θｘと、直進光束１０とＸ反射鏡からの反射光束が基板上において発生する干渉パターン１３のパターン間隔ｐｘとの関係を、図３を用いて説明する。直進光束１０は、そのままレジスト塗布済基板４に入射する。一方、入射光領域５の光束は、レジスト塗布済基板４の法線方向に対し角度θＸで配置されたＸ反射鏡２によって反射された後、Ｘ反射鏡からの反射光束８としてレジスト塗布済基板４に入射する。このとき、直進光束１０とＸ反射鏡からの反射光束８は、それぞれ同一の光源から射出されたコヒーレント光であるため、レジスト塗布済基板４上で干渉縞を形成する。いま、レジスト塗布済基板４上の点Ａにおいて明るい縞が得られた場合、Ｘ方向に向かって隣に明るい縞が発生する点Ｂとの位置関係、すなわち干渉パターンのＸ方向ピッチ間隔ｐＸ１４は、式（１）を用いて表せる。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
ここで、λは入射光束１の波長である。式（１）によれば、干渉パターンのＸ方向ピッチ間隔ｐＸ１４は、入射光束１の波長λによらず、Ｘ反射鏡の角度θＸを調整することで任意に設定可能である。簡単のため、ここではＸ反射鏡からの反射光束８と直進光束１０の干渉で得られるＸ方向干渉パターンについて述べたが、Ｙ方向干渉パターンについても同様であることは自明である。また式（１）より、この干渉パターンのパターン間隔は、Ｘ反射鏡の傾斜角θＸおよびＹ反射鏡の傾斜角θＹをそれぞれ調整することで、独立に変化させることが可能であることも自明である。なお，式（１）によれば，コヒーレントな光源であれば波長λによらず任意のピッチ間隔を有する干渉パターンが得られることになるが、より明瞭な干渉パターンを得るためには，例えばＨｅ−Ｃｄレーザのように狭ライン幅のレーザを光源に用いることがより好ましい。
【００２３】
また、レジスト塗布済基板４上の任意の座標位置（ｘ、ｙ）における干渉光強度Ｉ（ｘ、ｙ）は、式（２）を用いて表すことができる。
【００２４】
【数２】
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【００２５】
式（２）において、Ｉ０、ＩＸ、Ｉｙはそれぞれ直進光束１０、Ｘ反射鏡からの反射光束８、Ｙ反射鏡からの反射光束９の光強度である。式（２）をもとに、３光束の重ね合わせによって得られる干渉縞をシミュレートした結果の一例を図４に示す。光源としてはＨｅ−Ｃｄレーザ（波長λ＝４４２ｎｍ）を想定し、Ｘ反射鏡の角度θＸおよびＹ反射鏡の角度θＹは、式（１）をもとに、Ｘ方向ピッチ間隔ｐＸおよびＸ方向ピッチ間隔ｐＸがそれぞれ１μｍとなるよう、θＸ＝θＹ＝１３．１度に設定した。このシミュレーション結果から、反射鏡の角度を調節することで、任意のピッチ間隔の２次元干渉パターンが得られることが確認できた。
【００２６】
実際に、前記シミュレーションと同じ条件のもと、２次元干渉パターンを形成して露光および現像を実施した基板の原子間力顕微鏡画像を図５に示す。ＸＹ方向に規則正しい２次元パターンが得られていることが分かる。従来の公知例に開示の技術では、２次元パターンの露光中にレジスト塗布済基板４をＺ軸まわりに９０度回転する必要があったが、本発明によれば、レジスト塗布済基板４を回転することなく、１度の露光で２次元パターンが得られることが本実験結果によって実証された。また、図４に示した２次元干渉パターンのシミュレーション結果とよく一致する形状が実際に形成されており、以上の結果から本発明の有効性が確認できる。
【００２７】
本発明にかかる第二の実施形態を、図６を用いて説明する。図６は、本発明にかかる第二の実施形態で用いる光学系３２の概略図である。主な構成は図１に示した第一の実施形態で用いる光学系と同じであるが、第二の実施形態では、入射光領域Ａ５、および入射光領域Ｂ６が減光フィルタ１８と１９を通過するよう構成している。
【００２８】
実際に、減光フィルタを用いた場合に得られる干渉縞をシミュレートした結果の一例を図７に示す。シミュレーション条件は、入射光領域Ａ５、および入射光領域Ｂ６の光強度を、入射光領域Ｃ７の光強度の１／５０に設定した以外は、図４のシミュレーションと同一である。減光フィルタを用いない場合、式（２）の第３項の影響によって２次元干渉パターンには斜め方向のゆがみが生じるが、減光フィルタを導入することで、このゆがみを低減することができる。
【００２９】
なお、ここでは減光フィルタを用いることとしたが、他の光学系の構成でも減光を実現することは可能であり、例えば光学系の一部分にケーラー照明系のような光学系を組込む手法も適用可能であることは自明である。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明を用いると、２次元干渉パターンのＸ方向、Ｙ方向ピッチ間隔は、２枚の反射鏡とパターン形成面がそれぞれなす角度を調整することで、自由に、かつ独立して調整可能で、大面積に渡って均一なマイクロサイズの２次元パターン形成が実現できるので、３軸エンコーダのスケールや精密二次元加工機のスケールとして用いることができ、その産業上の利用可能性は高い。
【符号の説明】
【００３１】
３１．    本発明にかかる第一の実施形態で用いる光学系
１．      入射光束
２．      Ｘ反射鏡
３．      Ｙ反射鏡
４．      レジスト塗布済基板
５．      入射光領域Ａ
６．      入射光領域Ｂ
７．      入射光領域Ｃ
８．      Ｘ反射鏡からの反射光束
９．      Ｙ反射鏡からの反射光束
１０．    直進光束
１１．    Ｘ反射鏡  角度調整用回転ステージ
１２．    Ｙ反射鏡  角度調整用回転ステージ
１３．    ２次元干渉パターン
１４．    Ｘ軸方向干渉ピッチ
１５．    基板
１６．    レジスト層
１７．    現像後の露光パターンＡＦＭ像
３２．    本発明にかかる第二の実施形態で用いる光学系
１８．    入射光領域Ａ５用フィルタ
１９．    入射光領域Ｂ６用フィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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