(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン並びに周辺部にセルフアラインメント用マークが形成されたマスクもしくは原盤を保持する手段と、周辺部にセルフアラインメント用マークが形成された加工される基板を保持する手段と、前記マスクもしくは原盤に形成された前記セルフアラインメント用マークと前記基板に形成された前記セルフアラインメント用マークを合致させる第１の手段と、前記第１の手段とは異なる手段であって前記マスクもしくは原盤と前記基板間の相対位置を蛍光物質と蛍光消光物質の距離による蛍光強度の変化を検出する第２の手段とを具備することを特徴とする加工装置。
【請求項２】
パターン並びに周辺部にセルフアラインメント用マークが形成されたマスクもしくは原盤を保持する手段と、周辺部にセルフアラインメント用マークが形成された加工される基板を保持する手段と、前記マスクもしくは原盤に形成された前記セルフアラインメント用マークと前記基板に形成された前記セルフアラインメント用マークを合致させる第１の手段と、前記第１の手段とは異なる手段であって前記マスクもしくは原盤の中心部に設けられたＡＦＭプローブまたはＳＴＭプローブ及び、前記マスクもしくは原盤の前記ＡＦＭプローブまたはＳＴＭプローブに対向する位置に形成された貫通孔を介して前記両プローブからの信号を計測する計測系から構成されている第２の手段とを具備することを特徴とする加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナノメートルレベルの精度で加工が可能となるマスクもしくは原盤と基板の加工装置に関する。
【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超解像を利用する方法として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号公報）や、よりスループットを上げるために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号公報）や密着させる方法がある。
【０００３】
一方、光や電子線によるリソグラフィーではなくナノインプリンティングと呼ばれる方法が新しいナノ加工技術として提案されている。これはナノレベルで凹凸のある原盤を基板上のレジストなどに押しつけて加工する方法である。
【０００４】
近接場光用のマスクやナノインプリンティング用の原盤を用いて基板を加工する方法の欠点はマスクや原盤と基板との位置合わせが困難であり、そのため位置合わせの必要のない一回の加工のみに限定される場合がほとんどであり、通常の光リソグラフィのように何回も位置合わせを行いながら加工することができなかった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ナノメートルレベルの精度の加工を可能とする、マスクや原盤と基板の位置合わせの方法および加工装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、原盤の凹凸を利用したスタンプあるいはマスクからの光学的なパターン転写による、ナノメーター精度の加工を実現するための位置合わせ方法として、次のような方法を提案する。すなわち、位置合わせの方法として、パターンが形成されたマスクもしくは原盤を保持する手段と、加工される基板を保持する手段を有し、マスクもしくは原盤と基板の相対位置の制御を、まず双方の特定の箇所に形成されたセルフアラインメント（相対位置の自己制御）部位によって行う。ここで述べられるセルフアラインメント部位とは、立体的な構造として、鍵と鍵穴の関係にあるものでもよく、あるいは双方の特定の接触箇所において、水平方向の距離が増大するに従って、物理的なエネルギー勾配により互いに引力を生ずるもの、例えば双方の特定の接触箇所を化学的に修飾することで、表面エネルギーの差を生じさせる（メニスカス力を利用した、セルフアラインメント機構）ものであってもよい。ここに示されたセルフアラインメントの機構により、仮に異なるパターンを有するマスクもしくは原盤を用いて、すでに同じ方法でパターンが転写された基板に対して再度パターン転写を行う場合にも、パターンが描かれた部分の全てを転写する際の、全面での相対的な位置関係が保証される。
【０００７】
さらにパターン部と、加工される基板との相対位置制御の精度をナノメーターレベルにまで向上させるために、本発明では以下のような方法を提案する。その第１の方法は、パターンが形成されたマスクもしくは原盤を保持する手段と、加工される基板を保持する手段を有し、マスクもしくは原盤と基板の相対位置の測定を、マスクもしくは原盤上、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によって行うことを特徴とするものである。
【０００８】
その第２の方法として本発明が提案する方法は、マスクもしくは原盤上、あるいは基板上にマークされた蛍光物質と蛍光消光物質の距離による蛍光強度の変化を検出することによって行うことを特徴とする。
【０００９】
蛍光物質と蛍光消光物質の距離はエネルギー移動による消光の場合は数十ｎｍから消光が顕著となり、電子移動による消光の場合は数ｎｍから消光が顕著となる。いずれの場合も蛍光強度は距離の指数関数で表現できる。したがってエネルギー移動と電子移動による消光を組み合わせた位置制御も可能である。蛍光物質としては有機、無機種々の蛍光物質を用いることができる。また蛍光消光物質としては、エネルギー移動のためには金属や色素が好ましい。また電子移動のためには蛍光物質とはイオン化ポテンシャルや電子親和力が異なる有機物質や無機物質を用いることができる。一般にエネルギー移動は蛍光物質の蛍光スペクトルが蛍光消光物質の吸収スペクトルと重なる場合に起こる。
【００１０】
本発明が提案する第３の位置合わせ方法は、パターンが形成されたマスクもしくは原盤を保持する手段と、加工される基板を保持する手段を有し、マスクもしくは原盤と基板の相対位置の測定を、マスクもしくは原盤上、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うことを特徴とする。なお１から３の位置合わせ方法は、最終的に、位置合わせにかかわる部位間の水平方向の相対位置をナノメートルオーダーで制御するために、パターンが形成されたマスクもしくは原盤の側、あるいは加工される側の基板のいずれかあるいは双方に、ＳＴＭ、ＡＦＭ等で用いられる、ピエゾ素子を用いた位置制御機構によって、水平方向の相対位置を決定することが望ましい。
【００１１】
これら本発明が提案する位置合わせ方法と前述した双方の基板のセルフアラインメント機構によって、パターンが形成されたマスクもしくは原盤と加工される基板とのパターンが描かれた全面におけるナノメーター精度の相対位置制御を、実現することが可能となる。
【００１２】
このような機構に基づく、パターンが形成されたマスクもしくは原盤および加工される基板の双方の位置合わせ方法の形態として、本発明は、次のような方法を提案する。
【００１３】
すなわち、前述したセルフアラインメント機構により、マスクもしくは原盤と加工される基板全面の相対位置制御を行った上で、前述の位置合わせ方法１、２により、パターン部と加工される基板の間のサブミクロンオーダーから数１０ｎｍに至るまでの相対位置制御を行う。これらの位置合わせ手段は、パターン部の周辺付近に形成されることが望ましい。さらに最終的なパターン転写の精度を、ナノメーター・サブナノメーターレベルまで向上させるために、本発明が提案する位置合わせ方法では、パターン部と加工される基板の中心部分において、前述の第３の位置合わせ方法、すなわち、ＳＴＭ・ＡＦＭの測定法によるトンネル電流、あるいは原子間力を検出するための部位を設けることによって、パターンの中心部付近から、パターン全面にわたり、加工される基板との間の相対的な位置制御の精度をナノメーター・サブナノメーターレベルで保証することが可能となる。
【００１４】
またセルフアラインメント機構、および相対位置の調整機構の一つの形態として、次のようなものであってもよい。すなわち、パターンが形成されたマスクもしくは原盤および加工される基板のいずれかがディスク形状を有する場合、パターンが形成されたマスクもしくは原盤を保持する手段と、加工される基板を保持する手段を有し、マスクもしくは原盤と基板の位置合わせを、マスクもしくは原盤の回転中心、および基板の回転中心を合わせることと、マスクもしくは原盤、あるいは基板を回転させることにより、相対位置の調整を行うことを特徴とする位置合わせ方法である。
【００１５】
以上、本発明が提案する位置合わせ方法を利用することにより、パターンが形成されたマスクもしくは原盤を、加工される基板にナノメートルの相対位置の精度を保った状態で接触させ、凹凸のパターンを有する基板に一定の機械的圧力を加える、あるいはマスクの場合は、一定の間隔を保った状態、あるいは接触させた状態で、光源からの特定波長の光を照射、あるいは電子線や粒子線を照射することにより、パターンを基板上に転写し、その後ＲＩエッチングや化学エッチング等の後処理（現像工程）を経て、ナノメートル精度の高スループットのパターン転写を行う加工装置を実現することができる。また、既に加工を施した基板に対して、異なるパターンを有するマスクもしくは原盤を用いて、再度同様の方法で相対位置制御をナノメートル精度で行いながら、パターンの加工を行うことができる。
【００１６】
本発明が提案する位置合わせ方法および、加工装置は、ナノメートル精度の高スループット加工に必須の技術であり、パターン転写を行う加工方法であれば、フォトン、電子線、粒子線等、エネルギー粒子の種類や密着、縮小、近接場等の露光方法の種類を問わず、例えば異なる加工原理に基づく加工方法を、その加工精度に応じて使い分け、複数回の加工に必要なパターン間の相対位置を調整することにより、あらゆるサイズの複雑なパターンを高スループットで形成することが可能となる。これにより、数１０ナノメートルオーダーの回路パターンを有する複雑な量子化デバイスやその他複合デバイス、テラビットクラス以上の、超高密度記録媒体の記録方式やアドレッシングに応じて、トラッキング用のパターン、プレフォーマット用のパターンやランド＆グルーブのパターンを形成することが可能となる。
【００１７】
この装置には、位置合わせ方法の項で既に述べたように、パターン部と加工される基板の中心部分において、前述の第３の位置合わせ方法、すなわち、ＳＴＭ・ＡＦＭの測定法によるトンネル電流、あるいは原子間力を検出するための部位を設けることによって、より効果的にナノメーター・サブナノメーターレベルの加工精度を保証することが可能となる。
【００１８】
また、位置合わせ方法の項で既に述べたように、セルフアラインメント機構、および相対位置の調整機構の一つの形態として、次のようなものであってもよい。すなわち、パターンが形成されたマスクもしくは原盤および加工される基板のいずれかがディスク形状を有する場合、パターンが形成されたマスクもしくは原盤を保持する手段と、加工される基板を保持する手段を有し、マスクもしくは原盤と基板の位置合わせを、マスクもしくは原盤の回転中心、および基板の回転中心を合わせることと、マスクもしくは原盤、あるいは基板を回転させることにより、相対位置の調整を行うことを特徴とする加工装置である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１に本実施の形態に係る加工装置の構成を示した。１１はマスク２１を保持するためのホルダー、１２は基板３１を保持するためのホルダー、１３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、１４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、１５はＳＴＭ信号を処理するための計測系、１６は大まかな位置決めのための光学顕微鏡である。なお、加工装置は加熱できる、真空チャンバー（図示せず）の中に収納されている。
【００２０】
ここで図２で示すようにガラスマスク２１を、ポリメチルメタクリレートを塗布したＳｉＯ２／Ｓｉ基板上３１に設置した。マスク２１にはパターンを転写するためのクロムからなる凹凸部２２（凹部は５０ｎｍ角の四角で深さ１００ｎｍで、１００ｎｍ間隔で設置）と、セルフアラインメントのための凸部２３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２４が設けられている。またマスクの中央にはナノメートルで制御するための金属製のＳＴＭプローブ２５が設置されている。なおＳＴＭプローブはマスク２１に導電スルホール２６を設けて１５と電気接続している。基板３１上にはポリメチルメタクリレート塗布膜３２、セルフアラインメントのための凹凸部３３が設けられている。また、中央にはナノメートルで制御するためのＳＴＭプローブ２５に対応する、３つの金属製のプローブ３４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３５が設けられている。
【００２１】
マスク２１と基板３１は光学顕微鏡１６を用いてマーク２４およびマーク３５が合うように合わせた。次にセルフアラインメント用の凹凸がかみ合うように設置した。次にＳＴＭプローブ２５を用いて３つの金属プローブの位置を測定し、その中央にプローブ２５が来るようにした。次に、基板３１のみを上昇させ凹凸パターン２２をポリメチルメタクリレート塗布膜３２に転写した。なおこれらの操作は真空下、１２０℃で行った。基板３１を静かに下降させマスク２１を剥がした。
【００２２】
次に基板３１をＲＩエッチング処理した後、残ったポリメチルメタクリレートを溶剤で除去した。その結果ＳｉＯ２／Ｓｉ基板には５０ｎｍ角の凸部が１００ｎｍ間隔で形成されていた。
【００２３】
次にマスク２１の代わりに、別のパターン形状の凹凸を持つマスクを設置し、上と同様な方法で基板３１にパターンを転写し、ＲＩエッチング処理した後、残ったポリメチルメタクリレートを溶剤で除去した。なおパターン凹凸はパターン凹凸２２の四角い凹部の中央に直径２０ｎｍの丸い凸が来るように設計した。
【００２４】
作成されたＳｉＯ２／Ｓｉ基板をＡＦＭで観測したところ、中央に２０ｎｍの孔を持つ５０ｎｍ角の凸部が１００ｎｍ間隔で形成されていた。
【００２５】
（第２の実施の形態）
図３に本実施の形態に係る加工装置の構成を示した。４１はマスク５１を保持するためのホルダー、４２は基板６１を保持するためのホルダー、４３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、４４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、４５は蛍光信号を検出するための光ディテクター、４６は蛍光信号を処理するための計測系、４７は大まかな位置決めのための光学顕微鏡である。なお、加工装置は加熱できる、真空チャンバー（図示せず）の中に収納されている。
【００２６】
ここで図４で示すようにガラス製のマスク５１を、ポリメチルメタクリレートを塗布したＳｉＯ２／Ｓｉ基板上６１に設置した。マスク５１にはパターン転写するためのクロムからなる凹凸部５２（凹部は５０ｎｍ角の四角で深さ１００ｎｍで、１００ｎｍ間隔で設置）と、セルフアラインメントのための凸部５３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５４が設けられている。またマスクの中央にはナノメートルで制御するための蛍光色素のスポット（５ｎｍ径）５５が設置されている。基板６１上にはポリメチルメタクリレート塗布膜６２、セルフアラインメントのための凹凸部６３が設けられている。また、中央にはナノメートルで制御するための、３つの金属製のプローブ６４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６５が設けられている。
【００２７】
マスク５１と基板６１は光学顕微鏡４７を用いてマーク５４およびマーク６５が合うように合わせた。次にセルフアラインメント用の凹凸がかみ合うように設置した。次に蛍光強度の変化から、３つの金属プローブ６４の位置を測定し、その中央に蛍光スポット５５が来るようにした。次に、基板６１のみを上昇させ凹凸パターン５２をポリメチルメタクリレート塗布膜６２に転写した。なおこれらの操作は真空下、１２０℃で行った。基板６１を静かに下降させマスク５１を剥がした。
【００２８】
次に基板６１をＲＩエッチング処理した後、残ったポリメチルメタクリレートを溶剤で除去した。その結果ＳｉＯ２／Ｓｉ基板には５０ｎｍ角の凸部が１００ｎｍ間隔で形成されていた。
【００２９】
次にマスク５１の代わりに、別のパターン形状の凹凸を持つマスクを設置し、上と同様な方法で基板６１にパターンを転写し、ＲＩエッチング処理した後、残ったポリメチルメタクリレートを溶剤で除去した。なおパターン凹凸はパターン凹凸５２の四角い凹部の中央に直径２０ｎｍの丸い凸が来るように設計した。
【００３０】
作成されたＳｉＯ２／Ｓｉ基板をＡＦＭで観測したところ、中央に２０ｎｍの孔を持つ５０ｎｍ角の凸部が１００ｎｍ間隔で形成されていた。
【００３１】
７１は転写するパターンを有するマスク基板７２を保持するためのホルダー、８１は加工される基板８２を保持するためのホルダー。７３はマスクパターンの位置合わせを行うためのレーザー光照射を行う光学系、７４は光干渉の信号を検出する計測系。７５はセルフアラインメントを行うためにマスク基板側に設けられた部位、７６はマスク基板の中心部に設けられたピンホール、９６はＡＦＭプローブ、なお図では省略したがＡＦＭプローブの変位検出は、別のレーザー光学系により、マスク基板の中心部に設けられたピンホールを通じて行う。また、近接場光露光のための光源は、７３で兼ねても良いし、別に設けても良い。８３は基板ホルダー８１をＸ、Ｙ、Ｚ方向に駆動するための微動アクチュエータ、８４は粗動アクチュエータ。８５は加工される基板をパターン基板に対して、適当な圧力で加圧するための加圧機構である。
【００３２】
この加工装置の詳細は、図６に示される。９１はガラス基板上に形成された金属Ｃｒからなる転写用パターン、９２は基板上に塗布されたＰＭＭＡレジスト、９３、９３は光学的な位置合わせを行うマーク部、９５は加工される基板側に設けられたセルフアラインメント部位、９６は転写用パターン側に設けられたＡＦＭのプローブ、９７はＡＦＭによる相対位置制御の基準となる凹凸のパターン（中心部と周辺部とでは、高さが異なる）。
【００３３】
この装置を用いて次のような加工を行った。ディスク状の５インチ径のＳｉ基板（表面は自然酸化膜に覆われている）表面にポリメチル・メタクリレートのレジストを５０ｎｍの厚さでスピンコートし、この上から、記載されている装置のマスクパターン（ガラス基板状に金属Ｃｒによる回路パターンが描かれている、１００ｎｍピッチ、幅３０ｎｍのライン＆スペース）を１００ｋｇ／ｃｍ２の圧力を加えながら、基板上に押し付けた。その後基板上面から紫外線を照射し、近接場光露光によるパターン転写を行った。その後マスクパターンを９０度回転させ、まず周辺のセルフアラインメント部位で全体のパターン基板と、加工される基板側の相対位置調整を行った後、再度パターン側基板の中心部に設けられたＡＦＭ探針と加工される基板側の中心部に設けられた基準点との相対位置を微動ステージによって調整する。その後再びマスクパターンを同じ条件で基板上に押し付け、同様の方法で近接場光による露光−パターン転写を行った。この２回のパターン転写後、現像液でパターンを現像し、基板の形状をＡＦＭで観察したところ、高さ５０ｎｍ、一辺の長さ３０ｎｍ、１００ｎｍピッチのドットパターン（正方格子）が形成されていることが確認された。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、マスクあるいは原盤上に形成されたナノメートル・オーダーのパターンを他の基板上へ繰り返し、高精度で転写することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る加工装置の構成を示す図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る位置合わせ方法を説明するための図。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る加工装置の構成を示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る位置合わせ方法を説明するための図。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る加工装置の構成を示す図。
【図６】本発明の第３の実施の形態に係る位置合わせ方法を説明するための図。
【符号の説明】
１１、４１…マスクを保持するホルダー
１２、４２…基板を保持するためのホルダー
１３、４３、８３…微動アクチュエーター
１４、４４、８４…粗動アクチュエーター
１５…ＳＴＭ信号計測系
１６、４７…光学顕微鏡
２１…マスク
２２…パターンを転写する凹凸部
２３、５３…セルフアラインメントのための凸部
２４、５４、９３…光学的な位置決めのためのマーク
２５…ＳＴＭプローブ
２６…導電スルホール
３１…ＳｉＯ２／Ｓｉ基板
３２、６２…ポリメチルメタクリレート塗布膜
３３、６３…セルフアラインメントのための凹凸部
３４、６４…３つの金属製プローブ
３５、６５…光学的な位置決めのためのマーク
４５…光ディテクター
４６…蛍光信号を処理する計測系
５１…ガラス性マスク
５２…クロムからなる凹凸部
５５…蛍光色素のスポット
６１、８２…基板
７１、８１…ホルダー
７２…マスク基板
７３…レーザー光学系
７４…光干渉の信号検出および計測系
７５、９５…セルフアラインメント部位
７６…ピンホール
７７、９６…ＡＦＭプローブ
８５…加圧機構
９１…転写用Ｃｒパターン
９２…ポリメチルメタクリレート・レジスト
９７…位置制御の基準となるパターン
【図１】
0004091222.tif 000002
【図２】
0004091222.tif 000003
【図３】
0004091222.tif 000004
【図４】
0004091222.tif 000005
【図５】
0004091222.tif 000006
【図６】
0004091222.tif 000007