(57)【要約】【課題】微細な凹凸パターン構造の形成において、より材料選択の幅を広げかつ生産性を向上させることを可能とする。【解決手段】微細な凹凸パターン構造を形成するエッチングにおいて、基板４の被加工面上の空間に光Ｌの定在波Ｌｓを生じせしめ、定在波Ｌｓを通して、上記定在波Ｌｓと相互作用する原子からなるマスク材料２０を被加工面に供給しながら、被加工面をエッチングする。【選択図】図１
2013187439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の被加工面上の空間に光の定在波を生じせしめ、
前記定在波を通して、前記定在波と相互作用する原子からなるマスク材料を前記被加工面に供給しながら、前記被加工面をエッチングすることを特徴とするエッチング方法。
【請求項２】
前記被加工面のエッチングの際に前記定在波の形態を変更することを特徴とする請求項１に記載のエッチング方法。
【請求項３】
前記マスク材料の供給の度合いを徐々に弱めることを特徴とする請求項１または２に記載のエッチング方法。
【請求項４】
前記光の周波数線幅が２００ＭＨｚ以下であることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載のエッチング方法。
【請求項５】
前記光の最大強度Ｉｍａｘおよび前記原子の飽和強度Ｉｓが下記式１を満たし、前記光および前記原子についての離調δ並びに前記原子の吸収スペクトル線幅γが下記式２を満たすことを特徴とする請求項１から４いずれかに記載のエッチング方法。
Ｉｍａｘ／Ｉｓ≧１０                  式１
０．００１≦δ／γ≦１０００          式２
【請求項６】
光学窓を有するエッチング容器を含み、該エッチング容器内に配置された基板の被加工面をエッチングするエッチング手段と、
前記光学窓から光を入射せしめ、前記被加工面上の空間に光の定在波を生じせしめる定在波形成手段と、
前記被加工面のエッチングとともに、前記定在波を通して、前記定在波と相互作用する原子からなるマスク材料を前記被加工面に供給するマスク材料供給手段とを備えることを特徴とするエッチング装置。
【請求項７】
前記定在波形成手段が、前記被加工面のエッチングの際に前記定在波の形態を変更できる構成であることを特徴とする請求項６に記載のエッチング装置。
【請求項８】
前記マスク材料供給手段が、前記マスク材料の供給の度合いを徐々に弱められるように調整可能なものであることを特徴とする請求項６または７に記載のエッチング装置。
【請求項９】
前記マスク材料供給手段が原子オーブンまたはスパッタリングにより前記マスク材料を供給するものであることを特徴とする請求項６から８いずれかに記載のエッチング装置。
【請求項１０】
前記光学窓が、反射防止処理が施されたものであることを特徴とする請求項６から９いずれかに記載のエッチング装置。
【請求項１１】
前記定在波形成手段のすべての光学系が前記エッチング容器の外部に配置されていることを特徴とする請求項６から１０いずれかに記載のエッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に微細なパターンを形成するためのエッチング方法およびそれを実施するためのエッチング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
微細な凹凸パターン構造を形成する加工技術は、半導体集積回路、ナノインプリントおよび表面加工等の多くの分野で利用されている。このような凹凸パターン構造は、例えば、シリコンや石英等の基板上にレジスト膜を形成し、このレジスト膜を所望の凹凸パターンに加工し、パターン化されたレジスト膜をマスクとしてエッチングすることにより製造される。しかしながら、このような方法ではレジスト材料に含まれる不純物が、パターンを形成する表面に拡散してその部分の特性に影響を与えるという問題があった。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１は、光の定在波による原子ビームの回折を利用して、マスクレスで微細な構造物を基板上に形成することを開示している。また、例えば非特許文献１は、特許文献１と同様な手法により形成した微細な構造物をマスクとして基板をエッチングすることにより、当該構造物のパターンを当該基板に転写することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９１８０５５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】J.J McClelland, R.J Celotta, Volume 367, Issues 1-2, 15 May 2000, Pages 25-27
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のような方法では、特定の材料からなる構造物を形成したい場合に、材料の原子の共鳴周波数との関係で決まる特定の周波数を持つ光の光源を用意しなければならない。このような場合、材料ごとに光源を変更しなければならず、材料種によっては適切な光源を用意できない場合がある。例えば、シリコン原子からなる構造物を形成するためには波長２５２．４ｎｍで高出力且つ狭線幅の光源が必要となるが、このような光源は容易に入手できるものではない。したがって特許文献１のような方法では、実際に選択できる材料に制限がある。一方、非特許文献１のような方法では、マスクを形成する工程とエッチングを行う工程の２段階の工程を経なければならず、煩雑で生産性の面で改良の余地がある。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、微細な凹凸パターン構造の形成において、より材料選択の幅を広げかつ生産性を向上させることを可能とするエッチング方法およびエッチング装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係るエッチング方法は、
基板の被加工面上の空間に光の定在波を生じせしめ、
定在波を通して、上記定在波と相互作用する原子からなるマスク材料を被加工面に供給しながら、被加工面をエッチングすることを特徴とするものである。
【０００９】
本明細書において、マスク材料を「供給しながら」エッチングするとは、マスク材料の供給と被加工面のエッチングが少なくとも一部の時間帯で同時に実施されることを意味する。
【００１０】
そして、本発明に係るエッチング方法において、被加工面のエッチングの際に定在波の形態を変更するように構成することもできる。
【００１１】
また、本発明に係るエッチング方法において、マスク材料の供給の度合いを徐々に弱めるように構成することもできる。
【００１２】
また、本発明に係るエッチング方法において、光の周波数線幅は２００ＭＨｚ以下であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係るエッチング方法において、上記光の最大強度Ｉｍａｘおよび上記原子の飽和強度Ｉｓが下記式１を満たし、上記光および上記原子についての離調δ並びに上記原子の吸収スペクトル線幅γが下記式２を満たすことが好ましい。
Ｉｍａｘ／Ｉｓ≧１０                  式１
０．００１≦δ／γ≦１０００          式２
【００１４】
なお原子の飽和強度Ｉｓはπｈｃ／３λ３τで与えられ、離調δは光の中心角周波数から原子の共鳴角周波数を引いたものである。ここで、ｈはプランク定数、ｃは光速度、λは共鳴波長およびτはその原子の励起状態の寿命を表す。
【００１５】
本発明に係るエッチング装置は、
光学窓を有するエッチング容器を含み、このエッチング容器内に配置された基板の被加工面をエッチングするエッチング手段と、
光学窓から光を入射せしめ、被加工面上の空間に光の定在波を生じせしめる定在波形成手段と、
被加工面のエッチングとともに、定在波を通して、上記定在波と相互作用する原子からなるマスク材料を被加工面に供給するマスク材料供給手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１６】
本明細書において、「被加工面のエッチングとともに」マスク材料を供給するとは、マスク材料の供給と被加工面のエッチングが少なくとも一部の時間帯で同時に実施されることを意味する。
【００１７】
そして、本発明に係るエッチング装置において、定在波形成手段は、被加工面のエッチングの際に定在波の形態を変更できる構成であることが好ましい。
【００１８】
また、本発明に係るエッチング装置において、マスク材料供給手段は、マスク材料の供給の度合いを徐々に弱められるように調整可能なものであることが好ましい。
【００１９】
また、本発明に係るエッチング装置において、マスク材料供給手段は原子オーブンまたはスパッタリングによりマスク材料を供給するものであることが好ましい。
【００２０】
また、本発明に係るエッチング装置において、光学窓は反射防止処理が施されたものであることが好ましい。
【００２１】
また、本発明に係るエッチング装置において、定在波形成手段のすべての光学系はエッチング容器の外部に配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るエッチング方法およびエッチング装置によれば、基板の被加工面上の空間に生じせしめた光の定在波を通してマスク材料を被加工面に供給しながら、被加工面をエッチングすることが可能となる。本発明においては、光との相互作用が必要な材料は上記マスク材料であるから、基板の材料は制限を受けない。さらに、本発明においては、マスク材料の供給と被加工面のエッチングが少なくとも一部の時間帯で同時に実施されるから、従来のようなマスクを形成するだけの工程を短縮もしくは省くことができる。この結果、微細な凹凸パターン構造の形成において、より材料選択の幅を広げかつ生産性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】第１の実施形態のエッチング装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】定在波形成手段の他の例を示す概略図である。
【図３】定在波の形態変更の例を示す概略図である。
【図４】定在波の形態変更の他の例を示す概略図である。
【図５】光の定在波による原子ビームの回折現象を示す概略図である。
【図６】定在波を通してマスク材料を被加工面に供給しながら被加工面をエッチングする工程を示す概略図である。
【図７】第２の実施形態のエッチング装置の構成を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図面中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００２５】
「第１の実施形態」
図１は第１の実施形態のエッチング装置の構成を示す概略断面図である。本実施形態のエッチング装置１は、図１に示されるように、真空チャンバ（エッチング容器）１０、光源１１、ミラー１２、原子オーブン１３、アースに接続された平面電極１５、高周波電源１８に接続された高周波電極１６および制御手段１７を備える。
【００２６】
そして、本実施形態のエッチング方法は、上記エッチング装置１を使用して、平面電極１５上に配置された基板４の被加工面上の空間にレーザ光Ｌの定在波Ｌｓを生じせしめ、この定在波Ｌｓを通して、定在波Ｌｓと相互作用する原子（マスク原子という）からなるマスク材料２０を被加工面に供給しながら、被加工面をエッチングするものである。すなわち、本発明では、定在波とマスク原子との相互作用に起因する光双極子力により、マスク原子が基板４上に堆積する前にマスク原子の進行方向を制御し、被加工面のエッチングと同時にマスク原子を所定のパターン状に堆積させている。なお、本実施形態では、レーザ光を使用した場合について説明するが、本発明はレーザ光に限定されない。
【００２７】
（エッチング手段）
本実施形態においてエッチング手段は、例えば真空チャンバ１０、平面電極１５および高周波電極１６を備える。
【００２８】
真空チャンバ１０は、真空ポンプ（図示省略）に接続されており、所望の真空度を維持することができる。また、真空チャンバ１０は、光源１１からのレーザ光Ｌを入射させるための光学窓１４を有する。光学窓１４は例えばガラスや石英から構成される。光学窓１４は、真空チャンバ１０内に実際に入射するレーザ光Ｌの出力が低下することを防止するため、反射防止処理を施されていることが好ましい。反射防止処理としては、光学窓１４の両面に誘電体多層膜を形成したりモスアイ加工を施したりすることが挙げられる。また、真空チャンバ１０は、エッチングにおける反応ガスを供給するガス源（図示省略）にも接続されており、例えば反応ガスＧ１、Ｇ２およびＧ３が真空チャンバ１０に供給されるように構成されている。真空チャンバ１０の内部は、所定の流量で反応ガスがその内部に供給されることで反応ガスの密度が所定の値となるように維持されている。
【００２９】
エッチング中の真空チャンバ１０内の真空度は、好ましくは１Ｐａ以下、より好ましくは０．１Ｐａ以下、特に好ましくは０．０１Ｐａ以下であることが好ましい。圧力が高くなると原子の平均自由工程が短くなってしまい、これに起因してマスク原子の基板への入射角分布が大きく広がってしまうためである。特に、圧力が１Ｐａを超える雰囲気下では、上記入射角分布がほぼ等方的となり、例えマスク原子に対して光双極子による力を作用させたとしても明瞭な凹凸パターンが得られなくなる可能性がある。
【００３０】
平面電極１５および高周波電極１６は真空チャンバ１０内に高周波電界を発生させる。エッチング機構は、基板４上にエネルギービームを照射する異方性ドライエッチングであれば特に限定されない。しかしながらエッチング機構は、プラズマエッチングまたはイオンビームエッチングであることが好ましく、反応性イオンエッチングであることがより好ましい。反応性イオンエッチングは、誘導結合型、平行平板型およびマイクロ波アシスト型等を採用できる。例えば上記高周波電界によって、酸素（Ｏ２）、４フッ化炭素（ＣＦ４）およびアルゴン（Ａｒ）等の反応ガスがプラズマ化し、このプラズマによって被加工面がエッチングされる。
【００３１】
（定在波形成手段）
本実施形態において定在波形成手段は、光源１１およびミラー１２から構成される。
【００３２】
光源１１は、光の定在波Ｌｓを形成するためのレーザ光Ｌを出力する。光源１１は、マスク材料２０のマスク原子の励起波長（共鳴波長）近傍の波長（若しくは共鳴周波数近傍の周波数）または励起波長そのものを持つレーザ光Ｌを出力できるものであれば特に限定されない。本発明において励起波長は、原子をどのエネルギー準位間で遷移させるか、つまり定在波（光）とマスク原子との相互作用の対象としてどの遷移を選択するかによって適宜設定される。これは、原子が、遷移可能なエネルギー準位を無数に有しており、２つのエネルギー準位の選択次第で遷移に必要なエネルギーおよび波長が変化するためである。例えば光源１１は、固体レーザ、色素レーザ、ガスレーザおよび半導体レーザを使用することができる。固体レーザとしては、ルビーレーザ、ガラスレーザ、ＹＡＧレーザおよびチタンサファイアレーザ等が挙げられる。ガスレーザとしては、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、アルゴンレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザおよびＸｅＢｒエキシマレーザ等が挙げられる。半導体レーザとしては、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＩｎＡｌＡｓおよびＧａＮ等のレーザが挙げられる。ただし、波長や周波数線幅の制御が容易であることから、光源１１は半導体レーザであることが好ましく、さらにより高い制御性および単色性という観点から外部共振器型の半導体レーザが好ましい。外部共振器型の半導体レーザの場合、周波数および波長については、外部共振器の回折格子の角度を調整することで容易に制御することができ、出力については、半導体レーザに流す電流を調整することで容易に制御することができる。また、大きな出力を得るために、発振したレーザ光を何らかの方法（例えばテーパーアンプ法）で増幅させることもできる。
【００３３】
光源１１は、レーザ光Ｌが基板４の被加工面上の定在波Ｌｓを形成するべき空間を通過するように配置されている。また光源１１は、均一なパターンを形成する観点から、レーザ光Ｌの光軸および被加工面が互いに平行となるように配置されることが好ましい。この場合、光軸および被加工面の距離は、形成するパターン形状や、光場とマスク原子の相互作用の強さ等に応じて適宜調整される。レーザ光Ｌの波長は、例えば被加工面に形成すべきパターンのスケール（特に凸部の幅、凹部の幅およびピッチ等）または使用するマスク原子の共鳴周波数に応じて適宜設定される。
【００３４】
レーザ光Ｌの周波数線幅（周波数分布の半値全幅）は、マスク原子に及ぼす力の揺らぎ（平均値からの変動）を抑制するという観点から、好ましくは２００ＭＨｚ以下、より好ましくは２０ＭＨｚ以下、特に好ましくは２ＭＨｚ以下であることが好ましい。周波数線幅が２００ＭＨｚを超えると、光がマスク原子に及ぼす力の揺らぎが大きくなって、マスク原子が堆積する場所に明瞭な周期構造が得られなくなるためである。
【００３５】
その理由は以下の通りである。光（光場）が原子に及ぼす双極子ポテンシャルＵは下記式３にて与えられる。
【００３６】
【数１】
2013187439.tif 000003
【００３７】
上記式３において、ｒは座標、Ｉは光の強度、Ｉｓは上記相互作用の対象となる遷移に必要な原子の飽和強度、γは上記相互作用の対象となる遷移に起因するその原子固有の吸収スペクトル線幅（＝１／τ：τはその原子の励起状態の寿命）である。δは光の角周波数ω１から原子の共鳴角周波数ω２を引いた離調（つまりδ＝ω１−ω２）である。なお、離調δは、その大小を考察する範囲においては周波数ｆ（＝ω／２π）の単位で表現されることもある。離調δがどちらの単位で表現されても、吸収スペクトル線幅γの単位も整合させればδ／γは無次元となる。上記式３から分かるように、双極子ポテンシャルＵの大きさは離調δに依存する。このため、マスク原子の進行方向を制御するのに十分な光双極子力Ｆ（＝−ｄＵ/ｄｒ）を得るためには、光の最大強度Ｉｍａｘ、マスク原子の飽和強度Ｉｓ、離調δおよび吸収スペクトル線幅γに関してＩｍａｘ／Ｉｓ及びδ／γが適切な値を取る必要がある。
【００３８】
本発明においては、上記光の最大強度Ｉｍａｘおよび上記原子の飽和強度Ｉｓが下記式４を満たし、上記光および上記原子についての離調δ並びに上記原子の吸収スペクトル線幅γが下記式５を満たすことが好ましい。
Ｉｍａｘ／Ｉｓ≧１０                  式４
０．００１≦δ／γ≦１０００          式５
【００３９】
例えばＩｍａｘ／Ｉｓの値が１０未満であると、充分な光双極子力を得ることができないため原子の進行方向制御が困難となる。このため、Ｉｍａｘ／Ｉｓは１０以上であることが好ましい。さらに、より大きい光双極子力を得て、原子の進行方向の制御性を向上させる観点から、Ｉｍａｘ／Ｉｓは１００以上であることがより好ましく、１０００以上であることが特に好ましい。また、δ／γの値が１０００を超える場合又は０．００１未満である場合にも、充分な光双極子力を得ることができないため原子の進行方向制御が困難となる。このため、δ／γは０．００１以上１０００以下であることが好ましい。さらに、より大きい光双極子力を得て、原子の進行方向の制御性を向上させる観点から、δ／γは０．０１以上５００以下であることがより好ましく、０．１以上１００以下であることが特に好ましい。
【００４０】
なお、光源１１は電気光学素子を含んでもよい。電気光学素子は、マスク原子の進行方向を制御するレーザ光Ｌの周波数、波長、位相および出力等を制御するものである。電気光学素子のレーザ光Ｌの制御に起因して、定在波の形態が変更されるから、マスク原子の進行方向をリアルタイムに制御することができる。このような素子としては、特に限定されるものではないが、光透過率ができるだけ高い材質のものを選択することとし、透過率は９５％以上あることが好ましい。電気光学素子としては、例えばポッケルス効果、カー効果などの電気光学効果を奏する素子が挙げられる。電気光学効果とは、電場の作用で物質の屈折率が変化する効果を意味する。カー効果を奏する電気光学素子としては、例えば液体のニトロベンゼンを用いたカーセルなどが挙げられる。ポッケルス効果を奏する電気光学素子としては、ＡＤＰ（リン酸二水素アンモニウム）およびＫＤＰ（リン酸二水素カリウム）などの結晶から構成される素子が挙げられる。
【００４１】
さらに、光源１１は、レーザ光Ｌを導光するための光学系を含んでもよい。この場合光学系は、定在波Ｌｓが被加工面上のより広い空間範囲にわたって形成されるように、レーザ光Ｌのビーム断面形状を被加工面に平行な方向に引き伸ばす素子を含むことが好ましい。このような素子としてはアナモルフィックプリズムを使用することができる。
【００４２】
ミラー１２は、光学窓１４を透過したレーザ光Ｌを反射する。ミラー１２は、当該反射光Ｌｒが被加工面上の空間でレーザ光Ｌと重ね合わさるように配置されており、これらの光の干渉によって被加工面上の空間に定在波Ｌｓが形成される。本実施形態ではミラー１２は、真空チャンバ１０の外部に設けられているが、その内部に設けることも可能である。ただし、ミラー等の光学系を真空チャンバ１０の内部に設けた場合には、マスク原子やエッチング生成物の堆積等の汚れによって光学系の光学特性が低下するおそれ（例えばミラーの反射効率の減少）があるため、ミラー等の光学系は真空チャンバ１０の外部に設けることが好ましい。なお、定在波形成手段は、本実施形態のように光源１１とミラー１２の組み合わせに限定されない。例えば、図２に示されるように定在波形成手段は、対向するレーザ光をそれぞれ出力する光源１１ａおよび光源１１ｂの組み合わせでもよい。図１および図２のように定在波を発生させた場合、当該定在波を通過したマスク原子は、被加工面上でライン＆スペースパターンを形成するように進行方向が制御される。
【００４３】
また図３および図４に示されるように、本発明において定在波形成手段は、図１または図２中の定在波Ｌｓがある位置とは異なる位置に新たな定在波を形成するように、図１または図２に示される構成に加えて、光源およびミラーのセットまたは２つの光源のセットを備えてもよい。新たな定在波を「定在波Ｌｓがある位置とは異なる位置に」形成するとは、当該新たな定在波の光軸と定在波Ｌｓの光軸とが、被加工面に平行な平面内で互いに交わる場合の他、これらの軸が互いにねじれの関係を有する場合を含む意味である。
【００４４】
図３および図４は、図１または図２に示される定在波形成手段の構成に加えて、さらに光源およびミラーのセットを備えた定在波形成手段の例を示す概略図である。図３および図４における定在波形成手段は、定在波３３を生じせしめる光源３０およびミラー３１のセットと、定在波４３を生じせしめる光源４０およびミラー４１のセットとを有する。そして、これらのセットは、定在波３３の光軸と定在波４３の光軸とが被加工面に平行な平面内でかつ被加工面上で互いに直交するように配置されている。
【００４５】
図３ａは定在波３３のみが生じている状態を示し、図３ａ中の符号４ａはそのときにマスク原子が基板上で堆積しやすい場所（白い部分）および堆積しにくい場所（黒い部３４分）のパターンを示している。図３ｂは定在波３３および定在波４３が生じている状態を示し、図３ｂ中の符号４ａはそのときにマスク原子が基板上で堆積しやすい場所（白い部分）および堆積しにくい場所（黒い部分３４および４４）のパターンを示している。また、図４ａは、図３ａと同じ状態を示している。図４ｂは定在波４３のみが生じている状態を示し、図４ｂ中の符号４ａはそのときにマスク原子が基板上で堆積しやすい場所（白い部分）および堆積しにくい場所（黒い部分４４）のパターンを示している。このように、各図のａの状態およびｂの状態を、エッチング工程中に前半と後半で切り替えたり交互に切り替えたりすることでも、定在波の形態が変更されるから、マスク原子の進行方向をリアルタイムに制御するとともに、より複雑な凹凸パターン構造を形成することができる。
【００４６】
（マスク材料供給手段）
本実施形態においてマスク材料供給手段は、原子オーブン１３および制御手段１７から構成される。
【００４７】
原子オーブン１３は、固体状のマスク原子を加熱することで気化させて、マスク材料２０としてマスク原子の原子ビームを飛ばすものである。原子オーブン１３には、例えば直径が数ｍｍ程度のピンホールが空いており、このピンホールから気体状の原子が放出される。供給するマスク原子の原子ビームを発生させるのに十分な蒸気圧をオーブン内で達成できるまで原子を高温に保っておくことができるものであれば、原子オーブン１３は特に限定されない。マスク原子は、レーザ光Ｌの周波数若しくは波長に応じて決定される。なお、マスク原子は、被加工面をエッチングする際のエッチング選択比の観点からも充分な値が得られるように選択される。例えばマスク原子は、金属原子であることが好ましく、特に光の波長が４２６ｎｍ近傍である場合にはＣｒ原子、光の波長が５８９ｎｍ近傍である場合にはＮａ原子、光の波長が８５２ｎｍ近傍である場合にはＣｓ原子であることが好ましい。
【００４８】
制御手段１７は、マスク材料の供給と被加工面のエッチングが少なくとも一部の時間帯で同時に実施されるように、原子オーブン１３、または原子オーブン１３およびエッチング手段の両方の駆動するタイミングを制御する。また、光源１１が電気光学素子を有する場合には、制御手段１７は、エッチングの際に電気光学素子を制御してレーザ光Ｌの周波数や出力を変えることで、定在波Ｌｓの形態をリアルタイムに変更する。また、定在波形成手段が複数の光源を有する場合には、制御手段１７は、それぞれの光源から出力される光のＯｎ／Ｏｆｆを制御することで、定在波Ｌｓの形態をリアルタイムに変更する。
【００４９】
本発明では、マスク材料２０の供給と被加工面のエッチングを同時に行うことにより、実質的にマスクレスで凹凸パターン構造を被加工面に形成することができる。この理由は以下の通りである。
【００５０】
上記式３によれば、光の角周波数ω１が原子の共鳴角周波数ω２より小さい（δ＜０）場合、マスク原子に対して、双極子ポテンシャルが高くなる方向へ光双極子力が働く。つまりこの場合、マスク原子は定在波Ｌｓの腹に向かうことになる。一方、光の角周波数ω１が原子の共鳴角周波数ω２より大きい（δ＞０）場合、マスク原子に対して、双極子ポテンシャルが低くなる方向へ光双極子力が働く。つまりこの場合、マスク原子は定在波Ｌｓの節に向かうことになる。なお、光の出力（パワー）が大きい程マスク原子に対して働く光双極子力は大きくなり、出力が小さい程小さくなる。
【００５１】
ここでδ＞０の場合を考える。図５は、光の定在波による原子ビームの回折現象を示す概略図である。図５中のＰは、定在波Ｌｓがマスク原子に及ぼす双極子ポテンシャル曲線を表す。図５ではポテンシャル曲線Ｐの極大点の位置が定在波Ｌｓの腹の位置に対応し、極小点の位置が節の位置に対応する。したがって、マスク材料２０のうち節の位置に到達したマスク原子２０ａはそのまま直進することとなるが、節の位置からずれた位置に到達したマスク原子２０ｂは双極子力が働くため節に引き寄せられながら定在波Ｌｓを通過する。この結果、マスク原子は、定在波Ｌｓの節の位置に対応した被加工面上の特定の領域に堆積しやすくなる。節の位置は定在波Ｌｓの形態を反映したものであるから、定在波Ｌｓの形態が変われば当然マスク原子の堆積しやすい領域も変わることになる。
【００５２】
以上は、マスク材料のみが存在する場合の説明であるが、エッチング材料であるエッチャント２２が存在する場合でも同じ現象が起きる。つまり、マスク材料２０およびエッチャント２２が同時に供給された場合でも、マスク原子は光場による相互作用を受けて、定在波Ｌｓの節の位置に対応した被加工面上の領域に堆積しやすくなる（図６ａ）。一方、エッチャント２２は光場による相互作用を受けない。これは、一般的なエッチャント原子の共鳴角周波数とマスク原子に対して相互作用可能な光の角周波数とについての離調の大きさは数ギガ以上になるためである。つまりエッチャント原子に対しては、式３中のδの大きさが極めて大きくなることに起因して、式３中の自然対数関数内の第二項が０となる。このとき、当該光がエッチャント原子に及ぼす双極子ポテンシャルＵが０となり、光双極子力Ｆも０となるため、エッチャント２２は光場による相互作用を受けないと言える。このようなエッチャント２２は、均等に被加工面に到達し、その後被加工面のエッチングを行う。その結果、マスク原子が堆積しやすい領域はエッチングされにくく、その他の領域ではエッチングが進行するため、実質的にマスクレスで凹凸パターン構造を被加工面に形成することができる（図６ｂ）。
【００５３】
以上のように、本実施形態に係るエッチング方法およびエッチング装置によれば、基板の被加工面上の空間に生じせしめた光の定在波を通してマスク材料を被加工面に供給しながら、被加工面をエッチングすることが可能となる。本発明においては、光との相互作用が必要な材料は上記マスク材料であるから、基板の材料は制限を受けない。さらに、本発明においては、マスク材料の供給と被加工面のエッチングが少なくとも一部の時間帯で同時に実施されるから、従来のようなマスクを形成するだけの工程を短縮もしくは省くことができる。この結果、微細な凹凸パターン構造の形成において、より材料選択の幅を広げかつ生産性を向上させることが可能となる。
【００５４】
さらに本発明では、微視的には被加工面上でのマスク形成とエッチングが同時に進行する。そして、マスク原子が常に特定の領域に供給され続けるため、形成した凹凸パターン構造にマスクの後退が発生しないという利点も有する。
【００５５】
また、定在波の形態、マスク材料の供給分布および供給量等を変化させることで、マスク材料の供給場所、供給度合いおよびエッチング処方を常に制御下に置くことができるため、凹凸パターン構造の形状制御に対する柔軟性が高い。すなわち、被加工面をエッチングする段階でマスクの形状が定まっていないため、得られる凹凸パターン構造の形状がマスクの形状に依存せず、複雑な形状にも対応可能であるという利点も有する。この原理を応用すれば、例えば、マスク原子の堆積の度合いを徐々に弱めれば、先端が先細った形状のパターン構造を得ることができ、逆にマスク原子の堆積の度合いを一定に維持すれば、マスクの後退無しにエッチングが出来るため、矩形でかつアスペクト比の大きな形状のパターン構造を得ることができる。
【００５６】
「第２の実施形態」
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態は、スパッタリング法によってマスク材料を供給する点で第１の実施形態と異なる。したがって、第１の実施形態と同様の構成についての詳細な説明は、特に必要のない限り省略する。
【００５７】
図７は第２の実施形態のエッチング装置２の構成を示す概略断面図である。本実施形態のエッチング装置２は、図２に示されるように、真空チャンバ１０、光源１１、ミラー１２、アースに接続された平面電極１５、平面電極１５上に配置されマスク材料からなる支持体７、および高周波電源１８に接続された高周波電極１６を備える。
【００５８】
そして、本実施形態のエッチング方法は、上記エッチング装置２を使用して、支持体７上に配置された基板４の被加工面上の空間にレーザ光Ｌの定在波Ｌｓを生じせしめ、被加工面をエッチングするものである。エッチング手段および定在波形成手段については第１の実施形態と同様である。
【００５９】
（マスク材料供給手段）
本実施形態においてマスク材料供給手段は、平面電極１５上に配置されたマスク材料からなる支持体７である。支持体７は、基板４よりも広い面積を有し、その上に基板４が配置された場合でもその表面が露出するような形状を有する（図７）。これにより、エッチングと同時に、例えばプラズマ化され加速されたイオンによって支持体７がスパッタリングされ、マスク材料２１が飛散する。そして、飛散したマスク材料２１は定在波Ｌｓを通過して被加工面上に堆積することとなる。つまり、本実施形態はマスク材料供給の手法としていわゆる逆スパッタリングを採用している。本実施形態の場合、被加工面のエッチングを行えば必然的に支持体７がスパッタリングされるので、マスク材料の供給のタイミングを制御するという操作が不要となる。なお、支持体７の配置は、平面電極１５上に限られず、通常のスパッタリングターゲットとして高周波電極１６側に配置してもよい。
【００６０】
飛散したマスク材料２１のマスク原子が定在波Ｌｓによって受ける相互作用、およびその相互作用によって特定の領域にマスク原子が堆積しやすいことについては、第１の実施形態と同様である。
【００６１】
以上のように、本実施形態に係るエッチング方法およびエッチング装置によっても、基板の被加工面上の空間に生じせしめた光の定在波を通してマスク材料を被加工面に供給しながら、被加工面をエッチングすることが可能となる。したがって第１の実施形態と同様の効果を奏する。
【００６２】
また、従来（例えば特許第４５０５６７０号）ドライエッチングと逆スパッタリングを同時に実施する方法は知られているが、単に逆スパッタリングを行っただけでは、ランダムな凹凸のパターン構造しか得られない。しかし本実施形態のエッチング方法および装置によれば、定在波の形態を反映した所望の形状のパターン構造を得ることが可能となる。
【実施例】
【００６３】
本発明に係るエッチング方法および装置の実施例を以下に示す。
【００６４】
「実施例１」
＜真空チャンバの構成＞
真空チャンバ側壁上部にマスク原子としてクロム原子を発する原子オーブン、真空チャンバ上部にプラズマ発生源となる高周波電極、真空チャンバ下部に基板保持機構及びイオン加速のためのバイアス電極、真空チャンバ側面に光を入射するための光学窓を備えた真空チャンバを使用した。
【００６５】
＜光の定在波の形成＞
波長４２５．５５ｎｍのレーザ光を出力可能な外部共振器型半導体レーザを使用した。そして、光学窓から４本のレーザ光を、２本ずつが各々対向するように導入し、定在波を基板の被加工面から２５０μｍ離れた位置に形成した。
【００６６】
＜光の周波数幅、波長、出力の制御＞
半導体レーザへの電流、半導体レーザの回折格子を微調整し、レーザ出力２００ｍＷ／ｃｍ２、離調２０ＭＨｚ、周波数線幅を２０ＭＨｚ未満となるように調整した。
【００６７】
＜クロム原子の基板上への堆積＞
真空チャンバ内に直系６インチのシリコン基板をセットし、真空チャンバ内が十分にベークされ、かつ１０−５Ｐａ程度以下まで十分に真空引きされた後、原子オーブンからクロム原子を放出させ、被加工面上にクロム原子を堆積させた。
【００６８】
＜基板のエッチング＞
上記クロム原子の堆積工程と同時に、下記のようなエッチング工程を実施した。真空チャンバ内にエッチングガスであるＣＦ４／ＳＦ６／Ａｒの混合ガスを導入し、圧力を０．１Ｐａに保った状態とした。高周波電極の出力を３００Ｗとしプラズマを発生させ、かつバイアス電極に１５Ｗの出力を印加し、反応性イオンエッチングにより基板をエッチングした。目標とするエッチング深さは４００ｎｍとした。
【００６９】
「実施例２」
クロム原子の基板上への堆積を下記に示す方法で行った点以外は実施例１と同様である。
＜クロム原子の基板上への堆積＞
クロムからなる支持体をバイアス電極上に配置し、その支持体上に直径６インチシリコン基板を配置した。その後のシリコン基板のエッチングにより、逆スパッタリングによってシリコン基板上にクロム原子を堆積させた。
【００７０】
「比較例１」
基板のエッチングを行わず、クロム原子の基板上への堆積のみによってパターン構造を形成した点以外は実施例１と同様である。
【００７１】
「比較例２」
クロム原子の堆積工程と基板のエッチング工程を別々の工程として実施した点以外は実施例１と同様である。
【００７２】
「比較例３」
光の定在波を形成しなかった点以外は実施例２と同様である。
【００７３】
「評価方法」
＜形状について＞
下記の（１）および（２）の項目において、両方が良好（○）と判断される場合に形状についての総合判断として良好（○）と判断し、それ以外の場合には不良（×）と判断した。
（１）得られたパターン構造の断面形状を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した。この場合において、ドット状凸部の側壁のテーパ角度≧８０°かつ凸部の半値幅≧５０ｎｍ以上である場合に良好（○）と判断し、それ以外の場合には不良（×）と判断した。
（２）得られたパターン構造の凸部高さを原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）にて測定した。この場合において、凸部高さの標準偏差の３倍（３σ）≦２０ｎｍである場合に良好（○）と判断し、それ以外の場合には不良（×）と判断した。
【００７４】
＜配列規則性ついて＞
下記の（３）および（４）の項目において、両方が良好（○）と判断される場合に配列規則についての総合判断として良好（○）と判断し、それ以外の場合には不良（×）と判断した。
（３）形成されたドット形状の配列をＳＥＭのＴＯＰＶＩＥＷにて観察した。この場合において、ドット間距離の標準偏差の３倍（３σ１）≦２０ｎｍである場合に良好（○）と判断し、それ以外の場合には不良（×）と判断した。ここで、ドット間距離の標準偏差σ１は、隣接するドット間の距離（隣り合う二つのドットの中心間距離）を任意の５０箇所で測長したときの標準偏差である。
（４）形成されたドット形状の配列をＳＥＭのＴＯＰＶＩＥＷにて観察した。この場合において、線分間角度の標準偏差の３倍（３σ２）≦５°である場合に良好（○）と判断し、それ以外の場合には不良（×）と判断した。ここで、線分間角度の標準偏差σ２は、最近接の任意の２つのドット（それぞれ第１ドット、第２ドットとする）について、それらを結ぶ線分１を求め、さらに線分１から最も近距離にある第３ドットを選択し、第１或いは第２ドットのうち第３ドットに近い方とこの第３のドットとを結ぶ線分２を求め、線分１と線分２の角度を任意の５０箇所で算出したときの標準偏差である。
【００７５】
「結果」
下記表１は実施例および比較例の結果を示す。
本発明では、光と相互作用させるのはマスク原子であり、加工対象の基板に依らないことから、基板の材料に制限がない。また、本発明では、マスクの形成とエッチングを同時に行うことが可能となるため、生産性が向上するのは自明である。そして、下記表１の結果から本発明によれば、矩形なドット状の凹凸パターン構造を周期的にかつ所望の形状で作製可能であることが実証された。
【００７６】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、微細な凹凸パターン構造を形成する加工技術として、半導体集積回路、ナノインプリントおよび表面加工等の多くの分野で利用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１、２ エッチング装置
４     基板
７     支持体
１０   真空チャンバ
１１、１１ａ、１１ｂ  光源
１２   ミラー
１３   原子オーブン
１４   光学窓
１５   平面電極
１６   高周波電極
１７   制御手段
１８   高周波電源
２０、２１    マスク材料
２２   エッチャント
Ｌ     光
Ｌｒ   反射光
Ｌｓ   定在波
Ｐ     ポテンシャル曲線
【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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