(57)【要約】      （修正有）【課題】基板上にサブ波長寸法の構造体を製造する方法を提供すること。【解決手段】導波路構造体１６を持ちフォトレジスト１２より屈折率が大きい親水性材料のスタンプを作製し、基板１４上に形成した変形しうるフォトレジスト１２に押印する。その導波路構造体１６に光を受容させることにより、エバネッセント光を生成させ、導波路構造体１６に隣接する微少なフォトレジスト１２を露光する。露光後、現像処理をしてサブ波長構造体を形成する。【選択図】図１
2004200664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変形しうるフォトレジスト（１２、２４）が基板（１４）の上部に配置されており、
ａ）導波路構造体（１６）をもち、用いられるフォトレジスト（１２、２４）より屈折率が大きい材料からなる親水性スタンプ（１０）を形作るステップ；
ｂ）前記スタンプ（１０）と前記基板（１４）を接触させることにより、前記の変形しうるフォトレジスト（１２、２４）に前記導波路構造体（１６）を押印するステップ；
ｃ）導波路構造体（１６）に光を受容することにより、エバネッセント波を生成させて前記フォトレジスト（１２、２４）を露光させるステップ；および
ｄ）前記フォトレジスト（１２、２４）を現像するステップ；
により特徴づけられる、前記基板（１４）上にサブ波長構造体（２２、２６）を製造する方法。
【請求項２】
ポジ型フォトレジストが用いられる請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ネガ型フォトレジストが用いられる請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記導波路構造体が、直接マスク製造法を用いることにより、あるいはプリカーサからレプリカ法を用いることにより形作られる請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記スタンプ（１０）がポリ（ジメチル）シロキサンからなる請求項１ないし４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記の光の受容が格子状またはプリズム状構造体により、あるいは光ファイバ・コネクタによりなされる請求項１ないし５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記スタンプ（１０）の水平表面の全体が金属層（１８）により被覆されている請求項１ないし６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記金属がクロムである請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記スタンプ（１０）もしくは前記フォトレジストもしくはその両方の材料、または前記フォトレジスト（１２、２４）を露光させるために用いる光の波長あるいはその両方を変えることにより、前記サブ波長構造体（２２、２６）の寸法を任意に変更しうる請求項１ないし８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記サブ波長構造体（２２、２６）の限界寸法が前記エバネッセント波の浸透深さに依存する請求項１ないし９のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、ポリマーのリソグラフィ法に関する。詳細には、本発明は、サブ波長（sub-wavelength）構造体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体技術およびマイクロエレクトロニクスでは、構造体の寸法はどんどん小さくなっている。メモリ製造では今日、例えば４００ｎｍより小さい幅の構造体が、マスク技術と組み合わせて光リソグラフィを用いて製造されている。フォトリソグラフィ・プロセスは、例えば半導体デバイスの製造における重要なステップである。フォトリソグラフィ法では、通常は紫外光（ＵＶ）である光が用いられて、マスク（以下ではフォトマスクと呼ばれる）を通して、フォトレジストで被覆された半導体ウェハが露光される。フォトリソグラフィ法の目的は、回路層を表す１組のパターンをウェハ上に転写することである。フォトマスクのパターンは、ウェハ上の拡散領域、金属接点および金属配線形成層などの様々な回路素子の位置、形状および寸法を定める。
【０００３】
光リソグラフィでは、回折効果のために約１５０ｎｍで限界と予想することができる。しかし、単一電子トランジスタまたは分子エレクトロニクス素子などの新しい応用では、一層小さい寸法の構造体が必要とされている。これは、非常に高周波数の回路の場合には、従来のエレクトロニクスについてもまた言える。また、例えば、薄膜磁気ヘッドの読み出しおよび書き込み寸法を小さくすることもまた求められている。これに加えて、約５から３０およびそれ以上の非常に大きなアスペクト比をもつ微小構造体が必要とされるであろう。
【０００４】
従来の光リソグラフィのスキームによる解像度は、マスク・パターンをレジスト上に転写するのに使用される光の波長により主に限定されている。露光波長は、ｌを露光波長、ＮＡを光リソグラフィ装置の開口数、ｋ１を特定のリソグラフィ・プロセスに対する定数として、レイリーの式により与えられるパターン解像度Ｗの主な決定因子である。別の言い方をすると、解像度Ｗは露光波長ｌに比例する。最先端の製造では今日、２４８ｎｍの照射を用いて、１３０ｎｍの幅をもつ加工パターン（feature）を作り出す。現在、光に基づいて実施されているスキームは、１００ｎｍ未満の加工パターンをもつ構造体を得ようとするときボトルネックとなる。例えば、現行ＤＲＡＭ製造用の最先端の光リソグラフィ・システムは全く高価である。さらに小さい寸法の加工パターンに移行しつつあるとき、別の方法に引き付けられるが、必要とされる投資は莫大である。したがって、既存の方法と互換性を保つ技術が本来的に価値がある。
【０００５】
光リソグラフィの一つのよく知られた形態は、パターン化される基板にマスクが直接密着する、いわゆる堅固な密着（hard-contact）によるリソグラフィである。マスクの加工パターンは、輪郭の明確なパターンとして交互に透光性と不透光性の部分を備え、マスクのそれらの寸法に１：１の関係でフォトレジストに転写される。堅固な密着によるリソグラフィは、照射波長より小さい寸法をもつ構造体を原理的には作ることができるが、基板上にマスクを配置するためになされる密着により、マスク表面に混入した材料およびマスク損傷の可能性のためにマスクの可使用回数を大きく制限するので、プロセスの完全性が損なわれる。加工パターンの寸法が縮小するとコストは特に厄介で、マスク製造の費用は、その加工パターン密度が増加するにつれて急激に上昇する。密着マスクはまた一般に、光投影リソグラフィで使用されるものよりずっと高価であり、その理由は解像度を同じにするためには、前者の限界寸法は、投影システムで用いられる縮小ファクタだけ、後者のものより小さくなければならないためである。堅固な密着によるリソグラフィでは、塵粒および基板に対する他の物理的障害物は、それらによりマスクが表面から浮き上がり、パターンを不鮮明にするので破滅的である。このような欠点は、マスクがそれらの存在に沿うことができないので、隠れている粒子よりずっと広い範囲にわたって現れる。この問題は、２００ｎｍの粒子さえ有害でありうるようなスケールに加工パターンが縮小されるとき、一層大きくなる。さらに、レジストはマスクに付着することがある。こうして、堅固な密着によるリソグラフィは微小スケールの集積回路の製造では重要な役割を果たしていない。
【０００６】
フィルタ、投影レンズ、または適切に修正されたマスクが用いられる、通常のリソグラフィ・システムを改良する多くの手法が知られている。これらの手法は、加工パターンが縮小されると共に、益々複雑で費用のかかるものになってきている。このような一例が、いわゆる光投影リソグラフィである。投影に基づく光リソグラフィは、２００ｎｍまでの加工パターンの作製の、非常に成功した、広く用いられている手段である。ここで、密着リソグラフィで使用されたものに似たマスクを通して光が照射されたとき、離れた露光面（field）でのパターン強度の変動が生じる。光は空気を通して伝播し、レジストで被覆された基板上に、多くの場合マスク上のその寸法から５〜１０倍だけ縮小されて、望みのパターンの像が結ばれるように、レンズにより焦点が合わせられる。投影リソグラフィでは概ね、加工パターンの寸法は光の波長ｌ以上の寸法に制限されている。スケールが２００ｎｍに近づきまたそれ以下に縮小されるとき、非常に複雑なレンズ系と材料が、既存のまた提案されたスキームを実行するために必要とされ、その実施は益々困難になる。一様な照射を実現できる範囲は特に問題である。最高の２４８ｎｍ露光装置での現在の最大の露光面寸法は、今日たった３０×３０ｍｍである。
【０００７】
これらの手法のほとんどの不都合は一般に、より小さい寸法の加工パターンを実現しようとするとき、それらが益々複雑で費用のかかるものになることである。さらに、最高の解像度、焦点深度ならびに光に焦点を結ばせるレンズの使用に起因する実現できる露光面積の間には相反関係がある。
【０００８】
ＥＰ−Ａ−１  ０１１  ３１１は、入射光がそれを用いて少なくとも部分的に、そのパターン化装置と接触している少なくとも１つの被覆要素へ誘導可能であるパターン化装置を提案する。被覆要素は、感光性材料を含み、基板表面上の基板突起（protrusion）要素の上部に配置されるか、またはそれ自体が基板上で構造化されているか、あるいはその両方である。
【０００９】
従来のリソグラフィ・システムを用いることにより、限界寸法に到達しようとする多くの試みがなされてきたが、依然として、微小な加工パターンを形成できる、複雑でなく低コストの方法が求められている。
【００１０】
他方、パターン化された表面から薄い材料層への印刷は、印刷産業では、よく知られ、また文書に詳細に記載されているプロセスである。
【００１１】
印刷プロセスは、元々人間の視覚に訴えて情報を交換し蓄積するために発達した。この用途分野では、高品質の再現のために、２０μｍまでの、パターン及び重ね合わせの精度が要求される。いくつかの場合に、印刷プロセスが工業的パターニングに利用され、例えばグラビア・オフセット印刷が、セラミック基板上に５０μｍ幅の導体ラインを作製するために、また低コスト・ディスプレイ用薄膜トランジスタのパターン化に使われた。オフセット印刷は、コンデンサ、および２５μｍの細さの印刷、メッキ金属ラインの製造に使用された。最後に、印刷回路基板と集積回路パッケージは、エレクトロニクス工業におけるスクリーン印刷のよく知られた応用である。（B.Michel et al., IBM J.Res.Develop.45, 697(2001)およびこの中の参考文献）
【００１２】
フレキソ印刷として知られるプロセスでは、粘稠なインクが多孔質の紙および浸透性プラスチック上に印刷される。フレキソ印刷は、フォトポリマーを含むゴムまたは他の弾性材料からなる弾性のあるレリーフ画像プレートを使用して、通常は従来のオフセットまたはグラビア法では描くのが困難な多様な材料、例えば厚紙、プラスチック・フィルム、ならびに吸収性であろうと非吸収性であろうと事実上如何なる種類の基材にも画像を印刷する、回転式直接印刷法である。このために、それは包装産業で多くの応用と潜在市場を見出した。通常、粘稠なインクは、高速の印刷作業中にそれを十分速く押しのけることができないために、スタンプと基材の直接接触を妨げる。この作業の典型的な形態では、厚いインク層を転写することが望ましいが、それにより細長いパターンの再生もまた妨げられる。これが、印刷されたパターンの寸法が２０μｍより小さくはあり得ない主な理由である。金属箔上への印刷がいくつかの応用で実行されたが、他のプロセスよりずっと困難である。（H.Kipphan, "Handbuch der Printmedien（印刷媒体ハンドブック）",Springer Berlin, 2000およびJ.M.Adams, D.D.Faux, and J.J.Rieber, "PrintingTechnology 4th Ed. （印刷技術、第４版）", Delamare Publishers, Albany, NY）
【００１３】
マイクロコンタクト・プリンティングは、フレキソ印刷と類似のスタンプを用いるが、典型的には不浸透性金属表面上に単分子層のインクを転写する。現在ソフト・リソグラフィと呼ばれるより一般的なプロセスは、チオールおよび他の化学薬品を多様な表面にプリントするために、様々な変形形態で応用されている。通常、まず化学薬品が、揮発性溶剤の溶液として、あるいは接触インク付けパッドを用いて、パターン化されたスタンプ表面に付けられる。インク付けと乾燥の後、分子は大量に、また「乾燥」状態でスタンプの表面に存在し、機械的な接触により表面に転写される。スタンプ材料としてポリ（ジメチル）シロキサン（ＰＤＭＳ）がよく使われる理由には、その優れたゴム状弾性、ガラスに似た化学的性質、インク分子のバッファとなる可能性、また非常に重要なことであるが、少量の空気がスタンプ・マトリックスに溶け込む、あるいはそれを通して逃げることができるその優れたガス透過性がある。（比較、B.Michel et al., "Printing meets lithography（プリンティングとリソグラフィの出会い）",IBM,J.Res.Develop.45(5), 697(2001)）
【特許文献１】ＥＰ−Ａ−１  ０１１  ３１１
【非特許文献１】B.Michel et al., IBM J.Res.Develop.45, 697(2001)およびこの中の参考文献
【非特許文献２】H.Kipphan, "Handbuch derPrintmedien（印刷媒体ハンドブック）", Springer Berlin, 2000
【非特許文献３】J.M.Adams, D.D.Faux, andJ.J.Rieber, "Printing Technology 4th Ed. （印刷技術、第４版）", DelamarePublishers, Albany, NY
【非特許文献４】B.Michel et al., "Printingmeets lithography（プリンティングとリソグラフィの出会い）", IBM, J.Res.Develop. 45(5),697(2001)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、本発明の目的は、サブ波長構造体の製造方法を提供することである。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、アスペクト比の増大した前記構造体を提供することである。
【００１６】
本発明のさらなる目的は、すでに存在する限界寸法をさらに狭めることができる前記方法を提供することである。
【００１７】
本発明のさらに別の目的は、回折によっては限界づけられることなく、構造体を製造できる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
これらおよび他の目的および利点は、請求項１に開示される方法により達成される。
【００１９】
本発明の利点のある実施形態が従属請求項に開示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
提案される技術は、導波路構造体を用いる一体化された光学系と弾性スタンプを用いるインプリンティング（imprinting）技術の組合せである。
【００２１】
インプリンティングでは、そこそこのアスペクト比とレジストの厚さで、１００ｎｍ未満の微小な構造体をはっきりと分離することが可能である。スタンプに一体化された光学的構造体を通して、押印された（imprinted）プレポリマーを硬化あるいは露光することにより、押し付ける（stamp）ことで生じた所定の構造の寸法を、さらに減少させ、アスペクト比を増加させることができる。
【００２２】
本方法はスタンプ構造体を作製する上での必要な前提条件を緩くする。これはイオン・ビーム・トリミングまたはスリミング（slimming）のようなプロセスに似ており、Ｘ倍小さい光による構造体が得られる。したがって、アスペクト比は増大する。
【００２３】
スタンプは、ＵＶ光による照射に耐えられるが、導波モードを支えるために必要とされる全反射の条件を可能にするために用いられるポリマー、例えば架橋ポリマーもしくはポリ（ジメチル）シロキサンより屈折率が大きく、親水性のある材料、例えば石英およびＳｉＮへの、イオン・ビーム・リソグラフィおよびドライ・エッチングのような標準的な方法により作製される。スタンプは、導波路構造体が、材料へのｅ−ビーム露光およびエッチングのようなマスク作製法を直接用いるか、あるいはプリカーサ（precursor）からのレプリカ法を用いるかのいずれかにより形作られた構造をしている。導波路構造体への光の受容（coupling）は、格子状もしくはプリズム状構造体を用いて、あるいは外部の光源から光ファイバに、そして次にスタンプ上の導波路構造体に光を供給する光ファイバ・コネクタにより行われる。マスクは、金属、例えばクロムの層で水平表面全体が覆われている。光は導波路構造体内に閉じ込められ、幾何学的構造と材料組成に応じて導波モードが確立され、それはほとんど導波路のコアに制限されるが、ある一定量まで周囲の感光材料に広がる。マスク材料の外側には、伝播する波は全くなく、エバネッセント波だけが存在するということが重要である。光の伝播は導波路のコアだけで起こる。
【００２４】
図１は、スタンプ１０に予め形作られた構造が、処理される基板１４上に形成されたフォトレジスト材料（フォトレジスト）１２に、どのように押印されるかということを概略的に示している。押し付けられる基板材料１４は、押し付けることにより変形しうるフォトレジスト材料１２で被覆されている。図１に示すように、スタンプ１０および基板材料１４は接触し、フォトレジスト材料１２は押しのけられる。その結果、フォトレジスト材料１２はスタンプ構造のレプリカとしての構造をもつことになる。図１に見られるように、こうして、スタンプ１０上に形作られた導波路構造体１６は、感光性材料、すなわちフォトレジスト材料１２に沈み込み、限界寸法３０の部分が形作られるであろう。すでに記載されたように、スタンプは、光の受容が格子状またはプリズム状構造体でなされるときに、フォトレジスト材料が直接露光されないように、水平表面全体が金属層１８、例えばクロムにより被覆されている。格子状またはプリズム状構造体で確立された光の受容に特に用いられる部分だけは覆わずに残して、導波路構造体を含めてスタンプ全体を被覆することもまた利点がありうる。
【００２５】
次に、スタンプ１０内の導波構造体１６には、スタンプ内の受容機構、すなわち格子状またはプリズム状構造体により、感光性材料１２の露光に適する波長の光が送られる。スタンプ材料と感光性材料１２の間の境界で、エバネッセント波が感光性材料１２を露光し、露光部分２０を残すであろう（図２）。
【００２６】
次のステップでは、スタンプが基板およびフォトレジスト材料から取り除かれ、図３に示される構造体が残される。
【００２７】
ポジ型のフォトレジスト１２の場合には、露光部分は現像で失われ、２つの隣り合う導波路構造体をフォトレジストに押し付けることによりフォトレジストを除去された部分の間に、レジスト・ライン２２が残される。このレジスト・ラインは押し付けられて残されたレジスト・ライン、すなわち限界寸法３０より、確立されたエバネッセント波により露光された部分の長さだけ小さいであろう（図４）。このように、導波路構造体１６により生じるエバネッセント波を用いることにより、本発明によりプロセスの開始時に存在した構造をさらに狭めることができる（図４）。
【００２８】
図５から８は、ネガ型フォトレジスト材料２４を用いた場合の状態を示している。見られるように、第１のステップ（図１から３）はポジ型フォトレジスト材料１２を用いて実施されたステップと同じである。しかし、ネガ型フォトレジスト２４の場合には、導波路１６の両側に、エバネッセント波の浸透深さによる限界寸法をもつライン２６が形作られる。浸透深さはスタンプおよびフォトレジスト材料の間の屈折率差と吸収特性ならびにフォトレジスト材料の現像特性により与えられる。２つの導波路１６の間に形成され隣り合うライン２６は、レジスト構造体の間の、任意に小さくすることができるスペースを形成する。このようにして、回折によっては限界づけられることのない構造体を製造することができる。
【００２９】
まとめとして、本発明の構成に関して以下の事項を開示する。
【００３０】
（１）変形しうるフォトレジスト（１２、２４）が基板（１４）の上部に配置されており、
ａ）導波路構造体（１６）をもち、用いられるフォトレジスト（１２、２４）より屈折率が大きい材料からなる親水性スタンプ（１０）を形作るステップ；
ｂ）前記スタンプ（１０）と前記基板（１４）を接触させることにより、前記の変形しうるフォトレジスト（１２、２４）に前記導波路構造体（１６）を押印するステップ；
ｃ）導波路構造体（１６）に光を受容することにより、エバネッセント波を生成させて前記フォトレジスト（１２、２４）を露光させるステップ；および
ｄ）前記フォトレジスト（１２、２４）を現像するステップ；
により特徴づけられる、前記基板（１４）上にサブ波長構造体（２２、２６）を製造する方法。
（２）ポジ型フォトレジストが用いられる上記（１）に記載の方法。
（３）ネガ型フォトレジストが用いられる上記（１）に記載の方法。
（４）前記導波路構造体が、直接マスク製造法を用いることにより、あるいはプリカーサからレプリカ法を用いることにより形作られる上記（１）ないし（３）のいずれか一項に記載の方法。
（５）前記スタンプ（１０）がポリ（ジメチル）シロキサンからなる上記（１）ないし（４）のいずれか一項に記載の方法。
（６）前記の光の受容が格子状またはプリズム状構造体により、あるいは光ファイバ・コネクタによりなされる上記（１）ないし（５）のいずれか一項に記載の方法。
（７）前記スタンプ（１０）の水平表面の全体が金属層（１８）により被覆されている上記（１）ないし（６）のいずれか一項に記載の方法。
（８）前記金属がクロムである上記（７）に記載の方法。
（９）前記スタンプ（１０）もしくは前記フォトレジストもしくはその両方の材料、または前記フォトレジスト（１２、２４）を露光させるために用いる光の波長あるいはその両方を変えることにより、前記サブ波長構造体（２２、２６）の寸法を任意に変更しうる上記（１）ないし（８）のいずれか一項に記載の方法。
（１０）前記サブ波長構造体（２２、２６）の限界寸法が前記エバネッセント波の浸透深さに依存する上記（１）ないし（９）のいずれか一項に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ポジ型フォトレジストを用いた場合の、本発明の第１の実施形態によるプロセスの１ステップを概略的に示す図である。
【図２】ポジ型フォトレジストを用いた場合の、本発明の第１の実施形態によるプロセスの１ステップを概略的に示す図である。
【図３】ポジ型フォトレジストを用いた場合の、本発明の第１の実施形態によるプロセスの１ステップを概略的に示す図である。
【図４】ポジ型フォトレジストを用いた場合の、本発明の第１の実施形態によるプロセスの１ステップを概略的に示す図である。
【図５】ネガ型フォトレジストを用いた場合の、本発明の第２の実施形態によるプロセスの１ステップを概略的に示す図である。
【図６】ネガ型フォトレジストを用いた場合の、本発明の第２の実施形態によるプロセスの１ステップを概略的に示す図である。
【図７】ネガ型フォトレジストを用いた場合の、本発明の第２の実施形態によるプロセスの１ステップを概略的に示す図である。
【図８】ネガ型フォトレジストを用いた場合の、本発明の第２の実施形態によるプロセスの１ステップを概略的に示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０  スタンプ
１２  ポジ型フォトレジスト材料
１４  基板
１６  導波路構造体
１８  スタンプ被覆金属層
２０  露光部分
２２  レジスト・ライン
２４  ネガ型フォトレジスト材料
２６  ライン
２８  導波路１６の間に形成され隣り合うライン
３０  限界寸法
【図１】
2004200664.tif 000003
【図２】
2004200664.tif 000004
【図３】
2004200664.tif 000005
【図４】
2004200664.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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