(57)【要約】【課題】近接場光マスクを用いて微細なサイズのドットパターンを形成するために開口部のサイズを小さくすると、開口から発生する近接場光の強度が減少するという課題を解決する。【解決手段】遮光膜と遮光膜に設けた開口とを有し，開口から発生する近接場光で被露光物を露光する近接場光マスクであって、該遮光膜に設けた開口が、１００ｎｍより小さい幅を有する少なくとも２本以上の平行な第１のスリット開口列と、１００ｎｍより小さい幅を有し、かつ、該第１のスリット開口列間を結び、第１のスリット開口列に垂直な第２のスリット開口とからなることを特徴とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
遮光膜と遮光膜に設けた開口とを有し，開口から発生する近接場光で被露光物を露光する近接場光マスクであって、該遮光膜に設けた開口が、１００ｎｍより小さい幅を有する少なくとも２本以上の平行な第１のスリット開口列と、１００ｎｍより小さい幅を有し、かつ、該第１のスリット開口列間を結び、第１のスリット開口列に垂直な第２のスリット開口とからなることを特徴とする近接場光マスク。
【請求項２】
被露光物の露光領域が，第２のスリット開口のうち，第１のスリット開口と重ならない領域である請求項１に記載の近接場光マスク。
【請求項３】
第２スリット開口幅が，隣り合う第１スリット開口の間の遮光膜幅と等しい請求項１または２に記載の近接場光マスク。
【請求項４】
被露光物の露光領域が正方形のドットパターンである請求項３に記載の近接場光マスク。
【請求項５】
複数の第２のスリット開口が所定の間隔で配列されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の近接場光マスク。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の近接場光マスクと、前記第１のスリット開口列に平行な電界成分を持つ偏光光を、該近接場光マスクに照射する光照射手段と、該近接場光マスクを被露光物に対して近接場領域以下まで近接させる手段とからなることを特徴とする近接場露光装置。
【請求項７】
請求項６記載の近接場露光装置を用いて形成するドットパターン作製方法。
【請求項８】
前記ドットが量子ドットであることを特徴とする請求項７記載のドットパターン作製方法。
【請求項９】
前記ドットがサブ波長構造であることを特徴とする請求項７記載のドットパターン作製方法。
【請求項１０】
前記ドットが局所プラズモン発生構造であることを特徴とする請求項７記載のドットパターン作製方法。
【請求項１１】
前記ドットが複数並んで形成されることを特徴とする請求項７ないし１０のいずれか１項に記載のドットパターン作製方法。
【請求項１２】
請求項６記載の近接場露光装置を用いて作製したデバイス。
【請求項１３】
請求項７ないし１１のいずれか１項に記載のドットパターン作製方法を用いて作製したデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、量子ドットデバイスやサブ波長構造デバイス等微細パターンを形成するための露光装置及び、これに用いられるマスクに関するものである。
【０００２】
【背景技術】
半導体メモリの大容量化やＣＰＵプロセッサの高速化・大集積化の進展とともに、光リソグラフィーのさらなる微細化は必要不可欠のものとなっている。一般に光リソグラフィー装置における微細加工限界は、用いる光の波長程度である。このため、光リソグラフィー装置に用いる光の短波長化が進み、現在は近紫外線レーザーが用いられ、０．１μｍ程度の微細加工が可能となっている。
【０００３】
このように微細化が進む光リソグラフィーであるが、０．１μｍ以下の微細加工を行なうためには、レーザーのさらなる短波長化、その波長域でのレンズ開発等解決しなければならない課題も多い。
【０００４】
一方、光による０．１μｍ以下の微細加工を可能にする手段として、近接場光学顕微鏡（以下ＳＮＯＭと略す）の構成を用いた微細加工装置が提案されている。例えば、１００ｎｍ以下の大きさの微小開口から滲み出る近接場光を用いてレジストに対し、光波長限界を越える局所的な露光を行なう装置である。
【０００５】
しかしながら、これらのＳＮＯＭ構成のリソグラフィー装置では、いずれも１本（または数本）の加工プローブで一筆書きのように微細加工を行なっていく構成であるため、あまりスループットが向上しないという問題点を有していた。
【０００６】
これを解決する一つの方法として、遮光膜に０．１μｍ以下の開口パターンを設けた光マスクに裏面から光を照射し、開口パターンから滲み出る近接場光を用いて光マスクのパターンをレジストに対して一括して転写する近接場マスク露光技術の提案がなされている（特開平１１−１４５０５１号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記の近接場マスク露光を用いて、ドットパターンを露光する場合には、図１０に示したようにドット開口部１００１が配置されたマスクパターンを用いていた。
【０００８】
ところが、より微細なサイズのドットパターンを形成するために開口部のサイズを小さくすると、開口から発生する近接場光の強度が減少し、露光に要する時間が長くなり、加工装置としてのスループットが低下するという課題が生じた。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決する手段としての本発明は，第１に、遮光膜と遮光膜に設けた開口とを有し，開口から発生する近接場光で被露光物を露光する近接場光マスクであって、該遮光膜に設けた開口が、１００ｎｍより小さい幅を有する少なくとも２本以上の平行な第１のスリット開口列と、１００ｎｍより小さい幅を有し、かつ、該第１のスリット開口列間を結び、第１のスリット開口列に垂直な第２のスリット開口とからなることを特徴とする。
【００１０】
第２に，本発明の第１である上記近接場光マスクと，前記第１のスリット開口列に平行な電界成分を持つ偏光光を、該近接場光マスクに照射する光照射手段と、該近接場光マスクを被露光物に対して近接場領域以下まで近接させる手段とからなる近接場露光装置である。
【００１１】
さらに，本発明は，第３に，上記の近接場露光装置を用いて形成するドットパターン作製方法であり、第４に，上記の近接場露光装置を用いて作製したデバイスである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（マスク）
幅が１００ｎｍ以下のスリット開口に可視〜近紫外域の波長の光を照射した場合、入射光の電場の方向とスリット開口が平行の場合、発生する近接場光の光量が小さく、入射光の電場の方向とスリットが垂直の場合、近接場光の光量が大きい。これは、入射光の電場の方向に対して、平行なスリット部分の端部分に比べ、垂直なスリット開口の端部分で近接場光が増強されるためである。
【００１３】
そこで、近接場露光に用いるフォトレジストに対して、入射光の電場の方向がスリット開口に平行の場合に発生する近接場光の光量に対しては、潜像形成のしきい値以下となり、入射光の電場の方向がスリット開口に垂直な場合に発生する近接場光の光量に対しては、潜像形成のしきい値以上となるように露光量を調整することにより、入射光の電場の方向に対して、垂直なスリット開口のパターンの潜像のみをフォトレジスト中に形成できる。
【００１４】
例えば、図１に示すように、近接場光マスク１０１の遮光膜１０２に設けた入射光の電場の方向に平行な第１のスリット開口列１０３に対して、複数の開口列を結ぶように入射光の電場の方向に垂直な第２のスリット開口１０４を設ける。説明のため、第２のスリット開口１０４を図１中に開口よりもひと回り小さな点線で囲った部分で示す。このとき、第２のスリット開口は、２つの第１のスリット開口列を結ぶものでも良いし、３つ以上の第１のスリット開口列を結ぶものであっても良い。
【００１５】
このような近接場光マスク１０１を用いてフォトレジストに露光を行った結果、フォトレジスト中に形成される潜像パターンを１０５に示す。近接場光マスク１０１における遮光部分１０６と第２のスリット開口１０４の交差する部分に潜像が形成される。この潜像形成部分を１０７に示す。この理由は、前述したように、入射光の電場の方向に対して、平行なスリット部分の端部分に比べ、垂直なスリット開口の端部分で近接場光が増強されることと、第１のスリット開口列と第２のスリット開口の交差する部分には開口の端部分が存在しないことによる。
【００１６】
上記のような近接場光マスク１０１における遮光部分１０６と第２のスリット開口１０４の交差する部分に発生する近接場光の強度は、交差部分と同じ大きさの単独のドット開口に発生する近接場光の強度に比べ、大きい。これは、交差部分の周囲の近傍において、入射光の電場の方向と垂直な方向に遮光膜がないため、遮光膜中の電子移動による遮蔽の効果が交差部分に及ばないためである。
【００１７】
図６に本発明の近接場光マスクの構成の詳細を示す。図６ａはマスクのおもて面側から見た図、図６ｂは断面図である。
【００１８】
図６に示すように、近接場光マスクは、０．１〜１μｍの膜厚の薄膜からなる露光波長の光に対して透明なマスク母材１０１上に前述したように膜厚５０〜１００ｎｍ程度の金属薄膜６０２を設け、１００ｎｍ以下の幅の微小開口パターン６０３を形成したものである。マスク母材６０１は、基板６０４に支持されている。
【００１９】
マスク母材６０１の厚さが薄ければ、より弾性変形しやすく、レジスト／基板表面のより細かな大きさの凹凸やうねりに対してまでならうように弾性変形することが可能であるため、より密着性が増すことになる。しかしながら、露光面積に対して薄過ぎるとマスクとしての強度が不足したり、密着・露光を行った後、剥離させる場合にレジスト／基板との間に作用する吸着力で破壊してしまったりする。
【００２０】
以上の機械的特性の観点からは、マスク母材６０１の厚さとして、０．１〜１００μｍの範囲にあることが望ましい。
【００２１】
（露光装置）
以下で，本発明の近接場光マスクを用いた露光装置の例を説明する．
図７は、この近接場光マスクを用いた近接場マスク露光装置の構成を表す図面である。図７において、７０１は本発明の露光用のマスクとして用いる近接場光マスクである。近接場光マスク７０１は、マスク母材７０２、金属薄膜７０３から構成されている。マスク母材７０２上に金属薄膜７０３が設けられており、金属薄膜７０３には微小開口パターン７０４が形成されている。
【００２２】
近接場光マスク７０１のおもて面（図７では下側）は圧力調整容器７０５外に、裏面（図７では上側）は圧力調整容器７０５内に面するように配置されている。圧力調整容器７０５は内部の圧力を調整することができるようになっている。
【００２３】
７０９は露光光源である．光源から出射された光は，偏光器７１４とコリメータレンズ７１１を経て露光光７１０となり，圧力調整容器７０５のガラス窓７１２をとおってマスク７０１に照射される．偏光器７１４は，透過した光の電界方向が、マスクの第１スリット開口に平行な方向となるように，偏光軸が設定されている。
【００２４】
基板７０６の表面にレジスト７０７を形成したものを被露光物とする。レジスト７０７／基板７０６をステージ７０８上に取り付け、ステージ７０８を駆動することにより、近接場光マスク７０１に対する基板７０６のマスク面内２次元方向の相対位置合わせを行う。次に、マスク面法線方向にステージ７０８を駆動し、近接場光マスク７０１のおもて面と基板７０６上のレジスト７０７面との間隔が全面にわたって１００ｎｍ以下になるように両者を密着させる。
【００２５】
この後、露光光源７０９から出射される露光光７１０を、ガラス窓７１２を通し、圧力調整容器７０５内に導入し、近接場光露光用マスク７０１に対して裏面（図７では上側）から照射し、近接場光露光用マスク７０１おもて面のマスク母材７０２上の金属薄膜７０３に形成された微小開口パターン７０４から滲み出す近接場光でレジスト７０７の露光を行う。
【００２６】
ここで、レジスト７０７の材料としては、通常の半導体プロセスに用いられるフォトレジスト材料を選択すれば良い。これらのレジスト材料に対して露光可能な光波長はおおむね２００〜５００ｎｍの範囲にあるが、特に３５０〜４５０ｎｍの範囲にあるｇ線・ｉ線対応のフォトレジストを選択すれば、種類も多く、比較的安価であるため、プロセス自由度も高く、コストが低減できる。
【００２７】
これらのフォトレジストには、それぞれ膜厚や露光波長に対応した露光感度Ｅｔｈ（＝露光に関するしきい値）が存在し、露光感度Ｅｔｈ以上の光量を照射することによって、露光が行われる。本発明の近接場光露光装置では、後に詳述するように、レジスト膜厚が１００ｎｍ以下であることが望ましく、これらのフォトレジストを膜厚１００ｎｍ以下で用いる場合の露光感度Ｅｔｈは、おおむね５〜５０ｍＪ／ｃｍ２の範囲にある。
【００２８】
露光光源７０９としては、用いるレジスト７０７を露光可能な波長の光を照射するものを用いる必要がある。例えば、レジスト７０７として、前述のｇ線・ｉ線対応のフォトレジストを選択した場合、露光光源７０９として、ＨｅＣｄレーザー（光波長：３２５ｎｍ，４４２ｎｍ）、ＧａＮ系の青色半導体レーザー（同：〜４１０ｎｍ）や、赤外光レーザーの第２高調波（ＳＨＧ）レーザーや第３高調波（ＴＨＧ）レーザー、水銀ランプ（ｇ線：４３６ｎｍ，ｉ線：３６５ｎｍ）を用いれば良い。
【００２９】
露光光源７０９の駆動電圧・電流及び照射時間を調節することにより、露光光量の調節を行う。例えば、ビーム径１ｍｍ，光出力１００ｍＷのＨｅＣｄレーザーのビームをビーム・エクステンダーやコリメーターレンズを用いて、１００ｍｍ×１００ｍｍの領域に拡大した場合、単位面積あたりの光パワーは１ｍＷ／ｃｍ２となる。この光をレジスト表面に１０秒照射すると、レジストの露光光量は１０ｍＪ／ｃｍ２となり、この値が前述のレジストの露光感度Ｅｔｈを越えている場合、露光が行われる。実際は、近接場光露光マスクを間に挟んだ状態で、光照射が行われるので、マスクの透過率を考慮した光パワーの調整が必要である。
【００３０】
（近接場露光の原理）
ここで、図８を用い、近接場光による露光の原理を説明する。
【００３１】
図８において、近接場光露光用マスク８０１を構成するマスク母材８０２に入射した入射光８０３は、金属薄膜８０４に形成された微小開口パターン８０５を照射する。ここで、微小開口パターン８０５の大きさ（幅）は、入射光８０３の波長に比べて小さく、１００ｎｍ以下である。
【００３２】
通常、光は波長より小さい大きさの開口をほとんど透過しないが、開口の近傍には近接場光８０６と呼ばれる光がわずかに滲み出している。この光は、開口から約１００ｎｍの距離以下の近傍にのみ存在する非伝搬光であり、開口から離れるとその強度が急激に減少する性質のものである。
【００３３】
そこで、この近接場光８０６が滲み出している微小開口パターン８０５に対して、基板８０７上に形成したレジスト８０８表面を１００ｎｍ以下の距離にまで近づける。すると、この近接場光８０６がレジスト８０８中で散乱されて伝搬光に変換され、レジスト８０８を露光する。
【００３４】
ここで、金属薄膜８０４の厚さを１００ｎｍ程度とすれば、入射光８０３が金属薄膜８０４の微小開口パターン８０５形成部分以外の部分を透過する直接透過光３０９をほぼ１００％遮光することができ、微小開口パターン８０５形成部分に対向する部分以外のレジスト８０８表面が露光することを防止することができる。
【００３５】
しかしながら、さらに線幅の小さいパターンを形成するためには、微小開口パターン８０５の開口幅を小さく、すなわち、微小開口パターン８０５のアクペクト比（＝金属薄膜８０４の膜厚／微小開口パターン３０５の開口幅）を大きくする必要がある。
【００３６】
本実施例で説明したような微小開口パターン８０５から滲み出る近接場光８０６を用いた露光方式では、微小開口パターン８０５の開口幅が小さくなるにつれ、近接場光８０６の光量が減少する。また、同じ開口幅であっても、金属薄膜８０４の膜厚が大きいほど、近接場光８０６の光量が減少する。これは、光波長より小さい幅の通り路の長さが長いほど近接場光が滲み出しにくいことによる。これらの理由から、微小開口パターン８０５の開口幅を小さくするにつれ、露光時間が増大してしまう。
【００３７】
また、微小開口パターン８０５の開口幅を小さくしようとすると、アクペクト比が大きくなり、近接場光露光マスク８０１作製により高度な技術が必要となるため、歩留まりが低下してしまう。
【００３８】
さて、レジスト８０８膜厚が十分に薄ければ、レジスト８０８中で近接場光の散乱は面内（横）方向にあまり広がることなく、入射光８０３の波長より小さい大きさの微小開口パターン８０５に応じた微小パターンの潜像をレジストに形成・転写することができる。
【００３９】
このように近接場光による露光を行なった後は、通常のプロセスを用いて基板８０７の加工を行う。例えば、レジストを現像した後、エッチングを行うことにより、基板８０７に対して上述の微小開口パターン８０５に応じた微小パターンを形成する。
【００４０】
（密着方法）
次に、近接場光マスクとレジスト／基板の密着方法の詳細について図７を用いて説明する。
【００４１】
近接場光露光マスク７０１のおもて面と基板７０６上のレジスト７０７面がともに完全に平坦であれば、全面にわたって両者を密着させることが可能である。しかしながら、実際には、マスク面やレジスト／基板面に凹凸やうねりが存在するので、両者を近づけ、接触させただけでは、密着している部分と非密着部分が混在する状態になってしまう。
【００４２】
そこで、近接場光露光マスク７０１の裏面からおもて面方向に向かって圧力を印加することにより、近接場光露光マスク７０１に弾性変形による撓みを生じさせ、レジスト７０７／基板７０６へ押し付けるようにすることにより、全面にわたって密着させることができる。
【００４３】
このような圧力を印加する方法の一例として、図７に示したように、近接場光露光マスク７０１のおもて面を圧力調整容器７０５外側に面するように、裏面を圧力調整容器７０５内側に面するように配置させ、ポンプ等の圧力調整手段７１３を用いて、圧力調整容器内に高圧ガスを導入し、圧力調整容器７０５内が外気圧より高い圧力になるようにする。
【００４４】
他の例として、圧力調整容器７０５の内部を露光光７１０に対して透明な液体で満たし、シリンダーを用いて圧力調整容器７０５内部の液体の圧力を調整するようにしても良い。
【００４５】
さて、圧力調整手段７１３から圧力調整容器７０５内に高圧ガスを導入し、圧力調整容器７０５内の圧力を増大させ、近接場光マスク７０１のおもて面と基板７０６上のレジスト７０７面とを全面にわたって均一な圧力で密着させる。
【００４６】
このような方法で圧力の印加を行うと、パスカルの原理により、近接場光マスク７０１のおもて面と基板７０６上のレジスト７０７面との間に作用する斥力が均一になる。このため、近接場光マスク７０１や基板７０６上のレジスト７０７面に対し、局所的に大きな力が加わったりすることがなく、近接場光マスク７０１や基板７０６、レジスト７０７が局所的に破壊されたりすることがなくなるという効果を有する。
【００４７】
このとき、圧力調整容器７０５内の圧力を調整することにより、近接場光マスク７０１とレジスト７０７／基板７０６との間に働かせる押し付け力、すなわち、両者の密着力を制御することができる。例えば、マスク面やレジスト／基板面の凹凸やうねりがやや大きいときには、圧力調整容器内の圧力を高めに設定することにより、密着力を増大させ、凹凸やうねりによるマスク面とレジスト／基板面との間の間隔ばらつきをなくすようにすることができる。
【００４８】
ここでは、近接場光露光マスクとレジスト／基板を密着させるために、近接場光マスクの裏面を加圧容器内に配置し、加圧容器内より低い外気圧との圧力差により、近接場光マスクの裏面側からおもて面側に圧力が加わるようにした例を示したが、逆の構成として、近接場光マスクのおもて面およびレジスト／基板を減圧容器内に配置し、減圧容器内より高い外気圧との圧力差により、近接場光マスクの裏面側からおもて面側に圧力が加わるようにしても良い。いずれにしても、近接場光マスクのおもて面側に比べ、裏面側が高い圧力となるような圧力差を設けるようにすれば良い。
【００４９】
（剥離方法）
さて、近接場露光終了後における近接場光マスクとレジスト／基板の剥離に関しては以下のように行う。
【００５０】
圧力調整手段７１３を用いて、圧力調整容器７０５内の圧力を外気圧より小さくし、基板７０６上のレジスト７０７面から近接場光マスク７０１上の金属薄膜７０３面を剥離させる。
【００５１】
また、このような方法で圧力の減圧を行い、レジスト７０７／基板７０６からの近接場光マスク７０１の剥離を行う場合、パスカルの原理により、近接場光マスク７０１のおもて面と基板７０６上のレジスト７０７面との間に作用する引力が均一になる。このため、近接場光マスク７０１や基板７０６上のレジスト７０７面に対し、局所的に大きな力が加わったりすることがなく、近接場光マスク７０１や基板７０６、レジスト７０７が剥離時に局所的に破壊されたりすることもなくなるという効果を有する。
【００５２】
このとき、圧力調整容器７０５内の圧力を調整することにより、近接場光マスク７０１とレジスト７０７／基板７０６との間に働く引力、すなわち、両者の引っ張り力を制御することができる。例えば、マスク面とレジスト／基板面との間の吸着力が大きいときには、圧力調整容器内の圧力をより低めに設定することにより、引っ張り力を増大させ、剥離しやすくすることができる。
【００５３】
前述したように、密着時の圧力印加の装置構成において、図７とは逆の構成として、近接場光マスクのおもて面およびレジスト／基板を減圧容器内に配置し、減圧容器内より高い外気圧との圧力差により、近接場光マスクの裏面側からおもて面側に圧力が加わるようにした場合は、剥離時には、容器内を外気圧より高い圧力にすればよい。
【００５４】
いずれにしても剥離時には、近接場光マスクのおもて面側に比べ、裏面側が低い圧力となるような圧力差を設けるようにすれば良い。
【００５５】
（マスク作製方法）
本発明の近接場光マスク作製方法の詳細について、図９を用いて説明する。
【００５６】
図９ａに示すように、両面研磨された厚さ５００μｍのＳｉ（１００）基板９０１に対し、ＬＰ−ＣＶＤ法を用い、表面（図９中では上面）・裏面（図９中では下面）にそれぞれ、膜厚２μｍのマスク母材用のＳｉ３Ｎ４膜９０２・エッチング窓用のＳｉ３Ｎ４膜９０３を成膜する。その後、水晶振動子による膜厚モニターにより制御を行いながら、微小開口パターンを形成するための金属薄膜として、蒸着法により表面のＳｉ３Ｎ４膜９０２上にＣｒ薄膜９０４を膜厚が５０ｎｍとなるように成膜する。
【００５７】
次に、表面に電子線用のレジスト９０５を塗布し、電子線ビーム９０６で１０ｎｍ幅の描画パターン９０７を形成し（図９ｂ）、現像を行った後、ドライエッチングを行い、Ｃｒ薄膜９０４に微小開口パターン９０８を形成する（図９ｃ）。
【００５８】
続いて、裏面のＳｉ３Ｎ４膜９０３にエッチング用の窓９０９を形成し（図９ｃ）、Ｓｉ基板９０１に対し、ＫＯＨを用いて裏面から異方性エッチングを行い、薄膜状のマスク９１０を形成する（図９ｄ）。
【００５９】
最後に、マスク支持部材９１１に接着し、近接場光マスクとする（図９ｅ）。
【００６０】
本実施形態では、Ｃｒ薄膜９０４に対する微小開口パターン９０８形成工程に、電子線による加工法を用いた例を示したが、電子線加工以外にも集束イオンビーム加工法、Ｘ線リソグラフィ法、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）加工法を用いても良い。なかでも走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、近接場光学顕微鏡（ＳＮＯＭ）に代表されるＳＰＭ技術を応用した加工法を用いて微小開口パターン形成を行えば、１０ｎｍ以下の極微小開口パターン形成が可能であるため、これも本発明に極めて適した加工法である。
【００６１】
（露光方法）
本実施形態では、マスク母材を薄膜化し、弾性変形させることにより、レジスト面形状に対してならわせ、マスク全面をレジスト面に密着させる例を示した。本発明の概念はこれに限定されるものではなく、薄膜化せず、剛性の高いマスク母材の場合も適用されるが、この場合はマスク面とレジスト面との全面密着性が悪化してしまう。
【００６２】
また、レジスト／基板に密着する側の金属薄膜６０２表面が平坦でないと、マスクとレジスト／基板がうまく密着せず、結果として露光むらを生じてしまう。このため、金属薄膜６０２表面の凹凸の大きさは、少なくとも１００ｎｍ以下、望ましくは１０ｎｍ以下という極めて平坦なものである必要がある。
【００６３】
ここで、微小開口パターンの幅は露光に用いる光の波長より小さく、レジストに対して行う所望のパターン露光幅とする。具体的には、１〜１００ｎｍの範囲から選択することが好ましい。微小開口パターンが１００ｎｍ以上の場合は、本発明の目的とする近接場光ばかりでなく、強度的により大きな直接光がマスクを透過してしまうことになり好ましくない。また、１ｎｍ以下の場合は、露光が不可能ではないが、マスクから滲み出す近接場光強度がきわめて小さくなり、露光に長時間を要するのであまり実用的でない。
【００６４】
なお、微小開口パターンの幅は１００ｎｍ以下である必要があるが、長手方向の長さに関しては制限はなく、自由なパターンを選択することができる。例えば、図６ａに示したようなカギ型パターンでも良いし、（図示しないが、）Ｓ字パターンでも良い。
【００６５】
本発明の近接場光露光装置に適用する被加工用の基板２０６として、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板や、ガラス、石英、ＢＮ等絶縁性基板、それらの基板上に金属や酸化物、窒化物等を成膜したものなど広く用いることができる。
【００６６】
ただし、本発明の近接場光露光装置では、近接場光露光用マスク７０１とレジスト７０７／基板７０６とを露光領域全域にわたって、少なくとも１００ｎｍ以下、望ましくは１０ｎｍ以下の間隔になるよう密着させることが重要である。したがって、基板としては、なるべく平坦なものを選択する必要がある。
【００６７】
同様に、本発明で用いるレジスト７０７も表面の凹凸が小さく平坦である必要がある。また、近接場光マスク７０１から滲み出た光は、マスクから距離が遠ざかるにつれて指数関数的に減衰するため、レジスト７０７に対して１００ｎｍ以上の深いところまで露光しにくいこと、及び、散乱されるようにレジスト中に広がり、露光パターン幅を広げることになることを考慮すると、レジスト７０７の厚さは、少なくとも１００ｎｍ以下で、さらにできるだけ薄い必要がある。
【００６８】
以上から、レジスト材料・コーティング方法として、少なくとも１００ｎｍ以下、望ましくは１０ｎｍ以下の膜厚であって、かつ、レジスト表面の凹凸の大きさが少なくとも１００ｎｍ以下、望ましくは１０ｎｍ以下という極めて平坦なものであるような材料・コーティング方法を用いる必要がある。
【００６９】
このような条件をみたすものとして、レジスト材料をなるべく粘性が低くなるように溶媒に溶かし、スピンコートで極めて薄くかつ均一厚さになるようコーティングしてもよい。
【００７０】
また、他のレジスト材料コーティング方法として、一分子中に疎水基、親水基官能基を有する両親媒性レジスト材料分子を水面上に並べた単分子膜を所定の回数、基板上にすくい取ることにより、基板上に単分子膜の累積膜を形成するＬＢ（Ｌａｎｇｍｕｉｒ　Ｂｌｏｄｇｅｔｔ）法を用いても良い。
【００７１】
また、溶液中や気相中で、基板に対して、一分子層だけ物理吸着あるい化学結合することにより基板上に光レジスト材料の単分子膜を形成する自己配向単分子膜（Ｓｅｌｆ　Ａｓｓｅｍｂｌｅ　Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）形成法を用いても良い。
【００７２】
これらのコーティング方法のうち、後者のＬＢ法やＳＡＭ形成法は極めて薄いレジスト膜を均一な厚さで、しかも表面の平坦性よく形成することができるため、本発明の近接場光露光装置にきわめて適したレジスト材料のコーティング方法である。
【００７３】
近接場露光においては、露光領域全面にわたり近接場光マスク７０１とレジスト７０７／基板７０６の間隔が１００ｎｍ以下でしかもばらつきなく一定に保たれている必要がある。
【００７４】
このため、近接場露光に用いる基板としては、他のリソグラフィープロセスを経て、すでに凹凸を有するパターンが形成され、基板表面に１００ｎｍ以上の凹凸があるものは好ましくない。
【００７５】
したがって、近接場露光には、他のプロセスをあまり経ていない、プロセスの初期の段階のできるだけ平坦な基板が望ましい。したがって、近接場露光プロセスと他のリソグラフィープロセスを組み合わせる場合も、近接場露光プロセスをできるだけ、初めに行うようにするのが望ましい。
【００７６】
また、図８において、近接場光マスク上の微小開口パターン８０５から滲み出す近接場光８０６の強度は、微小開口パターン８０５の大きさによって異なるので、微小開口の大きさがまちまちであると、レジスト８０８に対する露光の程度にばらつきが生じてしまい、均一なパターン形成が難しくなる。そこで、これを避けるために、一回の近接場光露光プロセスで用いる近接場光マスク上の微小開口パターンの幅を揃える必要がある。
【００７７】
以上の説明では、基板全面に対応する近接場光マスクを用い、基板全面に一括で近接場露光を行う装置について説明を行った。本発明の概念はこれに限定されるものでなく、基板より小さな近接場光マスクを用い、基板の一部分に対する近接場露光を行うことを基板上の露光位置を変えて繰り返し行うステップ・アンド・リピート方式の装置としても良い。
【００７８】
【実施例】
［実施例１］
本発明の近接場光マスクの開口パターンの第一の実施例を図２に示す。
【００７９】
図２において、近接場光マスク２０１における遮光部分２０６と第２のスリット開口２０４の交差する部分２０８が四角格子の形状に並んでいる。この近接場光マスク２０１を用いて露光を行い、フォトレジスト中に形成される潜像パターンは２０５に示すようにドットが四角格子の形状に並んだものとなる。
【００８０】
ここで、近接場光マスク２０１における開口パターンの大きさの一例を示すと、第１のスリット開口列２０３の幅が４０ｎｍ、遮光部分の幅が２０ｎｍ、第２のスリット開口２０４の幅が２０ｎｍ、複数の第２のスリット開口同士の間隔が６０ｎｍ、交差部分２０８の大きさが２０ｎｍ×２０ｎｍである。このとき、フォトレジスト中に形成される潜像パターン２０５は、１つが約３０ｎｍ×３０ｎｍの大きさのドット潜像形成部分２０７が、図２中で縦方向の周期８０ｎｍ、横方向の周期６０ｎｍで、２次元アレイ状に複数並んだものとなった。
【００８１】
［実施例２］
本発明の近接場光マスクの開口パターンの第二の実施例を図３に示す。
【００８２】
図３において、近接場光マスク３０１における遮光部分３０６と第２のスリット開口３０４の交差する部分３０８が三角格子の形状に並んでいる。この近接場光マスク３０１を用いて露光を行い、フォトレジスト中に形成される潜像パターンは３０５に示すようにドットが三角格子の形状に並んだものとなる。
【００８３】
ここで、近接場光マスク３０１における開口パターンの大きさの一例を示すと、第１のスリット開口列３０３の幅が４０ｎｍ、遮光部分の幅が２０ｎｍ、第２のスリット開口３０４の幅が２０ｎｍ、複数の第２のスリット開口同士の間隔が６０ｎｍ、交差部分３０８の大きさが２０ｎｍ×２０ｎｍである。このとき、フォトレジスト中に形成される潜像パターン３０５は、１つが約３０ｎｍ×３０ｎｍの大きさのドット潜像形成部分３０７が、図３中で斜め方向の周期１００ｎｍ、横方向の周期１２０ｎｍで、三角格子のアレイ状に複数並んだものとなった。
【００８４】
［実施例３］
本発明の近接場光マスクの開口パターンの第三の実施例を図４に示す。
【００８５】
図４において、近接場光マスク４０１における遮光部分４０６と第２のスリット開口４０４の交差する部分４０８が六角格子の形状に並んでいる。この近接場光マスク４０１を用いて露光を行い、フォトレジスト中に形成される潜像パターンは４０５に示すようにドットが六角格子の形状に並んだものとなる。
【００８６】
ここで、近接場光マスク４０１における開口パターンの大きさの一例を示すと、第１のスリット開口列４０３の幅が４０ｎｍ、遮光部分の幅が２０ｎｍ、第２のスリット開口４０４の幅が２０ｎｍ、複数の第２のスリット開口同士の間隔が４０ｎｍ、交差部分４０８の大きさが２０ｎｍ×２０ｎｍである。このとき、フォトレジスト中に形成される潜像パターン４０５は、１つが約３０ｎｍ×３０ｎｍの大きさのドット潜像形成部分４０７が、図４中で斜め方向の間隔８５ｎｍ、横方向の間隔６０ｎｍで、六角格子のアレイ状に複数並んだものとなった。
【００８７】
［実施例４］
本発明の近接場光マスクの開口パターンの第四の実施例を図５に示す。
【００８８】
図５において、近接場光マスク５０１における遮光部分５０６と第２のスリット開口５０４の交差する部分５０８が任意の形状に並んでいる。この近接場光マスク５０１を用いて露光を行い、フォトレジスト中に形成される潜像パターンは５０５に示すようにドットが近接場光マスク５０１のパターンに対応した形状に並んだものとなる。
【００８９】
ここで、近接場光マスク５０１における開口パターンの大きさの一例を示すと、第１のスリット開口列５０３の幅が４０ｎｍ、遮光部分の幅が２０〜１００ｎｍ、第２のスリット開口５０４の幅が２０ｎｍ、交差部分５０８の大きさが２０ｎｍ×２０ｎｍである。このとき、フォトレジスト中に形成される潜像パターン５０５は、１つが約３０ｎｍ×３０ｎｍの大きさのドット潜像形成部分５０７が、近接場光マスク５０１のパターンに対応した形状に複数並んだものとなった。
【００９０】
次に、本発明の近接場光マスクを用いた近接場マスク露光装置を用いて作製するデバイスの例を説明する。本発明に適したデバイスとしては、１００ｎｍ以下のドットパターンを有するデバイスであれば良いが、特に適したものは以下のようなデバイスである。
【００９１】
［実施例５］
第１の例として、本発明は量子ドットの作製に適している。具体的なデバイスとしては、図１１に示すような１００ｎｍ以下のサイズの量子ドットが周期的に配列した超格子デバイスが挙げられる。
【００９２】
図１１に示した量子ドット超格子デバイスは、ＧａＡｓ量子ドット１１０１をｉ型ＡｌＧａＡｓ１１０２中に埋め込んだ活性層１１０３をｎ型ＡｌＡｓクラッド層１１０４とｐ型ＡｌＡｓクラッド層１１０５に挟んだものの両側にｎ側電極１１０６とｐ側電極１１０７を設けた構造をなすことにより、発光効率を高めた発光デバイスの例である。
【００９３】
このような量子ドット超格子デバイスの作製方法は以下のとおりである。ｐ側電極、ｐ型ＡｌＡｓクラッド層を設けた基板上に所定厚さのｉ型ＡｌＧａＡｓを成長させた後、その上にＧａＡｓ層を所定厚さに成長させる。次に、このＧａＡｓ層を本発明の露光装置・方法を用いて、フォトレジスト塗布→露光→現像→エッチングのプロセスを行い、所定の２次元ドットアレイ形状にパターニングし、ＧａＡｓ量子ドットを形成する。フォトマスクは図３の三角格子パターンを持つものを用いた。さらに、この上に所定厚さのｉ型ＡｌＧａＡｓを成長させた後、ｎ型ＡｌＡｓクラッド層、ｎ側電極を設ける。
【００９４】
［実施例６］
第２の例として、本発明はサブ波長構造（＝ＳＷＳ）を有する光素子の作製に適している。サブ波長構造では、１００ｎｍ以下の構造を広い範囲に作製することが必要である。具体的デバイスの一例としては、図１２に示すような反射防止構造素子が挙げられる。
【００９５】
図１２に示した反射防止構造素子は、石英基板１２０１上に形成された石英円錐状構造１２０２の２次元アレイから構成されている。ここで、石英円錐状構造１２０２のピッチは、基板に対して入射させる光の波長よりも小さくしておくと、この構造が入射光に対する無反射機能を有する。また、第１の例と同様、必要に応じて石英円錐状構造の一部に欠陥を導入し、部分的に反射（散乱）機能を持たせるようにしても良い。
【００９６】
このような反射防止構造素子の作製方法は以下のとおりである。石英基板に対して、本発明の露光装置・方法を用いて、ネガ型フォトレジスト塗布→露光→現像のプロセスを行い、所定の２次元ドットアレイ形状にレジストをパターニングする。次に、この２次元ドットアレイ形状のフォトレジストパターンをマスクとして、石英のエッチングを行うを行うことで、図１２に示すように、先端が尖鋭で、裾が広がった円錐状構造を形成される。
【００９７】
［実施例７］
第３の例として、本発明は局所プラズモンを利用したセンサの作製に適している。局所プラズモンの発生には、金属において１００ｎｍ以下の構造を作製することが必要である。具体的なデバイスとしては、図１３に示すようなナノ金属微粒子に光を照射したときに、ナノ金属微粒子周囲に発生する局所プラズモンにより、電界を増強させ、センシング感度を向上させるようなバイオセンサが挙げられる。
【００９８】
図１３に示したバイオセンサは、ガラス基板１３０１上に形成されたＡｕナノ粒子１３０２の周囲にセンサ材料１３０３を設けたものの２次元アレイから構成されている。このセンサに対し、検出のための光を照射し、透過光のスペクトルからセンサ信号が得られる。
【００９９】
このようなバイオセンサの作製方法は以下のとおりである。Ａｕ薄膜を成膜したガラス基板に対して、本発明の露光装置・方法を用いて、フォトレジスト塗布→露光→現像→エッチングのプロセスを行い、所定の２次元ドットアレイ形状にＡｕ薄膜をパターニングし、Ａｕのナノ粒子アレイを作製する。次に、Ａｕと結合を作るような官能基を分子中に導入したセンサ材料を結合させ、Ａｕナノ粒子の周囲を覆うようにセンサ材料を配置させる。
【０１００】
さて、従来の自己組織的な手法を用いて作製する上記のような素子における構造に比べ、本発明を用いて作製する構造は周期やサイズの規則性が向上するため、デバイス性能が向上する。また、設計どおりの構造に対する局所的な欠陥の導入が自由であり、デバイスに特有の機能を持たせることも可能になった。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の近接場光マスクでは、遮光膜に設けた開口パターンを１００ｎｍより小さい幅で、かつ、該入射光の電場の方向に平行な少なくとも２本以上の第１のスリット開口列と、１００ｎｍより小さい幅で、かつ、該第１のスリット開口列間を結ぶ入射光の電場の方向に垂直な第２のスリット開口とから構成することにより、開口パターンから発生する近接場光強度を増大させ、露光における加工スループットを向上させることができた。また、これにより、このマスクを用いて作製したデバイスの作製コストを低減することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の近接場光マスクの原理を説明する図
【図２】本発明の近接場光マスクの第１の実施例を示す図
【図３】本発明の近接場光マスクの第２の実施例を示す図
【図４】本発明の近接場光マスクの第３の実施例を示す図
【図５】本発明の近接場光マスクの第４の実施例を示す図
【図６】近接場光マスクの構成を示す図
【図７】近接場マスク露光装置の構成を示す図
【図８】近接場露光の原理を説明する図
【図９】近接場光マスクの作製方法を示す図
【図１０】近接場光マスクの従来例を説明する図
【図１１】本発明の露光装置・方法を用いて作製した量子ドット超格子デバイスの構成を示す図
【図１２】本発明の露光装置・方法を用いて作製したサブ波長光素子の構成を示す図
【図１３】本発明の露光装置・方法を用いて作製したセンサの構成を示す図
【符号の説明】
１０１　近接場光マスク
１０２　遮光膜
１０３　第１のスリット開口列
１０４　第２のスリット開口
１０５　フォトレジスト中に形成された潜像パターン
１０６　遮光部分
１０７　潜像形成部分
１０８　交差部分
２０１　近接場光マスク
２０２　遮光膜
２０３　第１のスリット開口列
２０４　第２のスリット開口
２０５　フォトレジスト中に形成された潜像パターン
２０６　遮光部分
２０７　ドット潜像形成部分
２０８　交差部分
３０１　近接場光マスク
３０２　遮光膜
３０３　第１のスリット開口列
３０４　第２のスリット開口
３０５　フォトレジスト中に形成された潜像パターン
３０６　遮光部分
３０７　ドット潜像形成部分
３０８　交差部分
４０１　近接場光マスク
４０２　遮光膜
４０３　第１のスリット開口列
４０４　第２のスリット開口
４０５　フォトレジスト中に形成された潜像パターン
４０６　遮光部分
４０７　ドット潜像形成部分
４０８　交差部分
５０１　近接場光マスク
５０２　遮光膜
５０３　第１のスリット開口列
５０４　第２のスリット開口
５０５　フォトレジスト中に形成された潜像パターン
５０６　遮光部分
５０７　ドット潜像形成部分
５０８　交差部分
６０１　マスク母材
６０２　金属薄膜
６０３　微小開口パターン
６０４　基板
７０１　近接場光マスク
７０２　マスク母材
７０３　金属薄膜
７０４　微小開口パターン
７０５　圧力調整容器
７０６　基板
７０７　レジスト
７０８　ステージ
７０９　露光光源
７１０　露光光
７１１　コリメーターレンズ
７１２　ガラス窓
７１３　圧力調整手段
７１４　偏光器
８０１　近接場光マスク
８０２　マスク母材
８０３　入射光
８０４　金属薄膜
８０５　微小開口パターン
８０６　近接場光
８０７　基板
８０８　レジスト
９０１　Ｓｉ基板
９０２　Ｓｉ３Ｎ４薄膜
９０３　Ｓｉ３Ｎ４薄膜
９０４　Ｃｒ薄膜
９０５　電子線レジスト
９０６　電子線ビーム
９０７　描画パターン
９０８　微小開口パターン
９０９　エッチング用の窓
９１０　薄膜状のマスク
９１１　マスク支持部材
１００１　ドット開口部１００１
１１０１　ＧａＡｓ量子ドット
１１０２　ｉ型ＡｌＧａＡｓ
１１０３　活性層
１１０４　ｎ型ＡｌＡｓクラッド層
１１０５　ｐ型ＡｌＡｓクラッド層
１１０６　ｎ側電極
１１０７　ｐ側電極
１１０８　量子ドットの欠陥
１２０１　石英基板
１２０２　石英円錐状構造
１３０１　ガラス基板
１３０２　Ａｕナノ粒子
１３０３　センサー材料
【図１】
2004103718.tif 000003
【図２】
2004103718.tif 000004
【図３】
2004103718.tif 000005
【図４】
2004103718.tif 000006
【図５】
2004103718.tif 000007
【図６】
2004103718.tif 000008
【図７】
2004103718.tif 000009
【図８】
2004103718.tif 000010
【図９】
2004103718.tif 000011
【図１０】
2004103718.tif 000012
【図１１】
2004103718.tif 000013
【図１２】
2004103718.tif 000014
【図１３】
2004103718.tif 000015