JP2000039702A - 微細パタ―ンの転写加工方法 - Google Patents
微細パタ―ンの転写加工方法Info
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Abstract
めた微細な凹凸パターンを被転写体に形成できる微細パ
ターンの転写加工方法を提供する。 【解決手段】 微細な凹凸パターン12を備えた転写体
11を準備し、被転写体13に半固体材料15を塗布
し、転写体11の凹凸パターン12を半固体材料15に
加圧して密着させることにより、該半固体材料に凹凸パ
ターン15aを転写し、エネルギービームを該半固体材
料の凹凸パターン15aに照射することにより、被転写
体13に半固体材料の凹凸パターンに沿った凹凸パター
ン13aを転写する。
Description
写加工方法に係り、特に光の波長限界以下を含む微細な
凹凸パターンを大量に、且つ簡単に被転写体に形成する
ことができる微細パターンの転写加工方法に関する。
に微細パターンを形成するには、通常以下に述べる方法
が一般的に用いられている。即ち、半導体基板上に感光
性材料(ホトレジスト)を塗布し、縮小投影露光法によ
りマスクパターンに従った投影パターンの光線を感光性
材料上に照射して露光する。このような露光方法によれ
ば、最小線幅は光の回折現象により制限され、光の波長
程度までの寸法の転写パターンを形成することが限界で
ある。このため、パターンの微細化には使用する光線の
波長を短波長化することが必要であり、現在水銀ランプ
等によるg線(波長:436nm)、i線(波長:36
5nm)、KrFエキシマレーザ光(波長:248n
m)、ArFエキシマレーザ光(波長:193nm)等
が用いられ、微細な線幅の要求に従って使用する光の波
長が短くなる傾向に進んでいる。しかしながら、このよ
うな光露光法を用いる限りにおいては、光の波長以下の
寸法の線幅のパターンを転写することは、上述したよう
に原理的に困難である。
を利用した微細パターンの形成方法が研究されている。
エバネッセント場とは、光を透過する材料の表面に光の
波長以下の微細な凹凸を設け、この凹凸表面に例えば感
光性材料を塗布した基板を、その表面が前述の凹凸パタ
ーンの凸部に対して光の波長以下の位置に近接して配置
することにより、その部分にエバネッセント場と呼ばれ
る電磁場が形成され、この電磁場を介して光が伝達され
る。このエバネッセント場は、凹凸部の表面から光の波
長程度以上に離れると指数関数的に急激に弱くなるの
で、凹凸の段差を例えば数十nm程度にしておくことに
より、主として凹凸パターンの凸部のみから感光性材料
に光を伝達し、その光の伝達部分を露光することができ
る。このようなエバネッセント場によれば、露光される
感光性材料の線幅はマスクに設けられた凹凸部である微
細パターンの寸法により決まってきて、光の波長に依存
しない。このため、光の波長の限界を超えた微細なパタ
ーンを転写することが可能となる。
細パターンの形成方法として、光ファイバの先端部を光
の波長以下に尖鋭化したものを用いることが知られてい
る。先端を光の波長以下に尖鋭化した光ファイバにレー
ザ光線を供給し、その先端を感光性材料を塗布した基板
の表面に密着又は光の波長以下に極めて近接して配置す
ることにより、その部分に近接場が生じ、光がその近接
場を通して伝達し、感光性材料が露光される。従って、
光ファイバの先端部を光の波長以下の寸法に予め加工し
ておくことにより、光の波長以下の線幅のパターンを基
板表面の感光性材料に露光することができる。そして感
光性材料を現像して、感光性材料の露光部分をマスクと
してエッチングすることにより、基板上に光の波長以下
の線幅の線を形成することが可能である。
接場が形成されるのは光ファイバのプローブの先端部の
みの点であるので、その露光パターンは一筆書きとなら
ざるを得ない。このため、半導体集積回路等に使用され
る二次元パターンの形成に応用しようとすると、プロー
ブの先端を走査する必要があり、膨大な時間と複雑な機
構を必要とすることになり、実質的に不可能である。
用いて、二次元パターンを転写することが試みられてい
る。即ち、ガラス材等の光透過性材料からなるプリズム
を用いて、その下面に光の波長以下の微細な凹凸を有す
る微細パターンを形成したマスクを装着する。そして、
この微細パターンのマスク部分のプリズム下面で光線が
全反射するような角度で光を入射させ、プリズム下面に
より光を反射させる。そして、この微細パターンに光の
波長以下に極めて近接して感光性材料を表面に塗布した
基板を配置することにより、エバネッセント場が形成さ
れ、微細パターンに従った二次元パターンの露光を行う
ことができる。即ち、レーザ光をプリズムの一斜面から
入射して、微細パターンを有する面で入射光を全反射さ
せ、プリズムのもう一つの斜面からレーザ光を大気中に
取り出すように構成した光照射系を備え、この微細パタ
ーン面に基板表面の感光性材料を密着し、これによりエ
バネッセント場を生じさせ、露光パターンに従った光線
を感光性材料に伝搬させて、光の波長以下の微細パター
ンを形成するようにしたものである。
エバネッセント場を利用して光の波長以下の微細パター
ンを二次元的に基板の感光性材料に転写することが可能
となる。しかしながら、この露光方法においては微細パ
ターンを感光性材料に密着させるか、または光の波長以
下に近接して配置する必要があり、微細パターンに汚れ
が付着する等の問題がある。ところが微細パターンは、
光の波長以下の微細な線幅の二次元的なパターンであ
り、そのオリジナルマスクは、電子線露光を用いて直接
描画するか、又はX線露光を用いてレチクルから描画す
る必要がある。このため、オリジナルマスクは量産には
使用できず、安価な使い捨ても可能な量産用の微細パタ
ーンを備えたマスクが必要であった。
の光の波長以下を含む微細なサイズのパターンに基づい
て、微細な凹凸を有する被転写体を大量に複製する必要
がある場合が考えられる。例えば、レーザディスク等の
製品は、現状では光の波長よりはるかに長い多数の凹凸
が盤面に形成されているが、この凹凸を光の波長以下又
はその近傍にすることにより格段に情報密度を向上させ
ることができる。
ので、安価で大量生産が可能な、光の波長以下を含む微
細な凹凸パターンを被転写体に形成できる微細パターン
の転写加工方法を提供することを目的とする。
は、微細な凹凸パターンを備えた転写体を準備し、被転
写体に半固体材料を塗布し、前記転写体の凹凸パターン
を前記半固体材料に加圧して密着させることにより、該
半固体材料に前記凹凸パターンを転写し、エネルギービ
ームを該半固体材料の凹凸パターンに照射することによ
り、前記被転写体に前記半固体材料の凹凸パターンに沿
った凹凸パターンを転写することを特徴とするものであ
る。
成された半固体材料に、微細パターンを押圧することに
より微細パターンの転写を行い、均一なエネルギービー
ムの照射を行うことにより、その微細パターンに基づい
て被転写体に微細な凹凸を形成できる。従って、微小寸
法の位置合わせを行う必要もなく、高価な露光設備等を
必要とすることもなく、安価に且つ大量生産が可能な微
細パターンの転写が行える。
ローラであり、該ローラを回転押圧することにより前記
半固体材料に前記凹凸パターンの転写を行うことを特徴
とするものである。
し、その外周面に沿って、又は回転軸方向に沿って微細
な凹凸パターンを備えることで、ローラを被転写体の半
固体材料等に押圧しつつ回転させることで、転写体の微
細パターンを被転写体の半固体材料に転写することがで
きる。従って、被転写体が波型のようなものに対して
も、微細パターンの転写が可能となる。
撓体であり、前記被転写体の半固体材料表面から離隔し
て配置され、ローラで回転押圧することにより前記転写
体を半固体材料に密着させ、前記半固体材料に前記凹凸
パターンの転写を行うことを特徴とするものである。
を用い、ローラにより部分的に押圧しつつ、ローラを回
転させることにより被転写体の全面に微細な凹凸パター
ンを転写することができる。これにより、一般に被転写
体の表面は完全に平坦でないが、このような歪みのある
面に対しても、微細パターンの転写が行える。
ーンを備えた転写体を準備し、被転写体となる材料を加
熱により溶融している状態で前記転写体の凹凸パターン
上に流し込み、その後冷却することにより被転写体とな
る材料を固化すると共に前記凹凸パターンを転写し、そ
の後前記転写体から分離して被転写体として取り出すこ
とを特徴とするものである。
し込むだけで、光の波長以下の微細パターンを有する被
転写体を製造できるので、量産性及び製造コストの低減
に極めて有用である。
板にレジストを塗布し、該レジストに微細なパターンを
電子線又はX線露光と現像により形成し、該レジストパ
ターンをマスクとして高速原子線ビームを照射すること
により、前記転写体上に微細な転写用の凹凸パターンを
形成することを特徴とするものである。
ことで、光の回折の問題が生ぜず、光の波長以下を含め
た微細パターンをレジスト膜上に形成できる。そして、
このレジスト膜パターンをマスクとして高速原子線を照
射することにより、高速原子線は直進性が高く電荷によ
る反発、或いは被照射体のチャージアップ等の問題がな
く、アスペクト比の高いエッチング加工を転写体自体に
行うことができる。これにより、アスペクト比の高い光
の波長以下を含めた微細な転写用のパターンを転写体に
形成できる。
以下を含めた微細パターンの転写加工に大変有利であ
り、簡便で効率的で、低コストの転写加工方法を実現で
きる。被転写体として、エバネッセント場を利用した光
露光のマスクとして用いれば、これにより超微細パター
ンの半導体集積回路を量産することが可能となる。又、
光ディスク装置等に用いることにより、これらの情報蓄
積密度の飛躍的な向上が期待できる。
て添付図面を参照しながら説明する。
ンの転写加工方法を示す。図1(a)に示すように、光
の波長より小さいサイズの微細パターン12を備えた転
写体11を準備する。この転写体11は例えば金属で構
成されており、転写の対象となる凹凸のパターンは、光
の波長以下の例えば数十nmの幅及び数十nmの深さを
有する凹凸パターンである。被転写体13には、その表
面にレジスト膜15が塗布されている。ここで被転写体
13は、例えばAl、Ni、Ag、Au、W、Mo、S
US、黄銅等の金属、又はSi、SiO2、Ni−P、
DLC(ダイヤモンドライクカーボン)、ガラス、石英
ガラス等の無機材料、プラスチック、フッ素含有プラス
チック、ポリイミド、PMMA等の樹脂材料である。
11の凹凸のパターン12を、被転写体13の表面に塗
布されたレジスト膜15に密着させ、加圧する。これに
より微細な凹凸パターン12に対応した転写パターンで
ある凹凸パターンがレジスト膜15に形成される。レジ
スト等の高分子材料においては、転写時にはその材料の
粘度或いは硬度が大きく加工精度に影響する。例えば粘
度が低すぎると転写形状が崩れやすく、又高すぎると角
部が丸くなり、アスペクト比の高い加工が困難になり、
適切な状態に制御することが微細パターンの形成には重
要である。
5から分離した状態を示す。そしてポストベイク等の処
理を行い、レジストの加工耐性を高める。そして、図1
(d)に示すように、高速原子線の照射を行う。高速原
子線は、電気的に中性な粒子線であり、特に平行平板型
の高速電子線源を用いることにより直進性の高いビーム
が得られ、高いアスペクト比で被転写体13のエッチン
グ加工を行うことができる。
る。この例においては、(b)に示す転写体11を加圧
するのにローラ17を用いて行っている。これにより被
転写体が凸型をなしていても、被転写体の面に微細パタ
ーンを形成できる。その他の(a)、(c)、(d)の
工程は、図1の実施例と同様である。
ンの転写方法を示す図である。この実施例においては、
転写体20として可撓性のある材料を用いている。そし
て、(a)に示すように、被転写体13の表面に塗布さ
れたレジスト膜15から離隔した位置に転写体20の微
細な凹凸パターン12の面が配置されている。そして、
(b)に示すように、ローラ17で回転押圧することに
より転写体20の凹凸パターン12をレジスト膜15に
密着加圧し、レジスト膜15に微細な凹凸パターンの転
写を行う。(c)に示すように、これによってレジスト
パターン15aが形成される。これをマスクとして高速
原子線の照射を行い被転写体13のエッチング加工を行
い、(d)に示すように、その表面に微細な凹凸パター
ン13aを形成することは、上述の実施例と同様であ
る。この実施例においては、転写体20が可撓性を有す
るので、例えば被転写体13が平坦な加工面を有さず、
うねりを有するものであっても、微細パターンの転写加
工が可能である。
ンの転写加工方法を示す図である。この実施例において
は、転写体として外周面に微細な凹凸パターンを有する
ローラ21を用いている。即ち、(a)に示すように、
上述の例と同様に表面にレジスト膜15を塗布した被転
写体13を準備する。そして、(b)に示すように、微
細な凹凸パターンを外周面に備えたローラを押圧しなが
ら回転することにより、レジスト膜15に微細な凹凸の
転写パターンを形成する。そして、以降の工程(c)、
(d)は上述の各実施例と同様である。この転写加工方
法によれば、被転写体13が例えば波形を有する表面形
状のものであっても、ローラを用いることにより正確に
微細な凹凸パターンを転写することが可能となる。
ンの転写加工方法を示す図である。この実施例において
は、(a)に示すように、転写体として軸方向に微細な
凹凸パターンを有するローラ21aを用いている。そし
て上述の例と同様に、表面にレジスト膜15を塗布した
被転写体13を準備する。この場合には被転写体として
石英ガラスが用いられる。ローラ21aを回転しながら
押圧することにより、(b)に示すように、レジスト膜
15に微細な凹凸の転写パターンが形成される。そして
(c)に示すように、高速原子線の照射を行い、レジス
ト膜15及びその下面の被転写体13をエッチング加工
する。この結果、(d)に示すように、被転写体13に
はレジスト膜15に形成された凹凸パターン((b)参
照)がそのまま転写して形成される。
1μm〜100μm程度に、その深さBを0.1μm〜
100μm程度の寸法に形成することができる。そして
石英ガラス表面に設けられたこのような凹凸パターン
は、回折、ピックアップ用レンズ、フレネルレンズ等に
好適に用いることができる。そして、高速原子線による
加工の条件としては、例えばSF6ガスを用い、放電電
圧3kv、放電電流30〜50mA、ビーム径80mm
φ、基板の冷却温度−30〜−50℃程度が好適であ
り、加工速度としては、100〜300Å/minが得
られる。又、ローラとしては、一体型として製作したも
のでもよく、又、凹凸部分を個別に製造し、これらを組
み合わせて製作したものでもよい。そしてレジスト膜1
5の凹凸は適当な治具を用いて一定圧力でローラを加圧
しながら回転することで形成することができる。
である。この場合は、(a)に示すようにローラ21b
の回転軸方向に沿った凹凸パターンのピッチに変化を設
けたものである。これによって、(d)に示すように被
転写体13に形成された凹凸パターンにも(a)に示す
ローラの凹凸パターンに従ったパターンが転写される。
ンの転写加工方法を示す図である。この実施例において
は、上述の実施例のレジスト膜に換えて、重合性高分子
膜22を用いたものである。即ち、(a)に示すよう
に、表面に光の波長以下の微細な凹凸パターン12を備
えた転写体11を準備すると共に、半固体状態の重合性
高分子膜(SiO2)を表面に配設した被転写体13を
準備する。そして(b)に示すように、転写体11を重
合性高分子膜22に押圧する。そして転写体11を分離
することにより、(c)に示すように重合性高分子膜に
転写パターン22aを形成する。そして、この半固体状
態の重合性高分子膜を加熱することにより、(d)に示
すように重合性高分子膜をSiO2膜22bに変質させ
る。重合性高分子膜22は、加熱によりその変質状態を
制御するため、熱制御機構を用いて温度管理を行うこと
が重要である。このSiO2膜22bは、高速原子線等
のエネルギービームに対して十分な加工耐性を有するの
で、(e)に示すように、高速原子線によるエッチング
加工に際して、十分な強度を有するマスクとして機能す
る。これにより被転写体にアスペクト比の高い加工を行
うことが可能となる。
ンの転写加工方法を示す。この実施例においては、
(a)に示すように、レジスト又は重合性高分子膜15
の表面に水溶性の薄膜24を塗布している。この薄膜2
4の膜厚は、例えば10〜50nm程度であり、レジス
ト又は重合性高分子膜15の厚さ10〜100nmに対
して十分に薄い。そして(b)に示すように、転写体1
1による加圧を行い、レジスト膜15等に微細パターン
を転写する。そして、(c)に示すように水中に浸漬す
る。これにより水溶性の薄膜24が水に溶け、転写体1
1を容易にレジストパターン側から引き抜くことができ
る。即ち、離型が容易となり、レジスト等に形成した微
細な凹凸パターンが離型に際して損傷することを防止す
ることができる。その後の工程(d)、(e)は上述の
各実施例と同様である。
ンの転写加工方法を示す。図9(a)に示すように、微
細パターン12を備えた転写体11を準備する。この転
写体は金属材より構成されている。図9(b)に示すよ
うに、ガラス、樹脂(PMMA)、プラスチック材等の
被転写体材料を加熱により溶融している状態13xで転
写体11上に流し込む。次に図9(c)に示すように、
加力発生器26を用いて、被転写体材料13xに圧力を
加える。これにより、被転写体の溶融状態での材料13
xが、転写体の微細な凹凸である微細パターンの隅々ま
で行き渡り、冷却することにより転写体の微細パターン
12を正確に転写することが可能である。
材料13cを転写体11から分離することにより転写さ
れた微細パターン12aを備えた被転写体13cが完成
する。離型に際しては、転写体が金属材料であり、被転
写体材料がガラス又は樹脂であると、これらは熱膨張率
が異なり、特に被転写体材料が加熱状態で転写体に流し
込まれ、その後冷却により固化するので、容易に離型す
ることができる。
ーンの転写加工方法を示す。この実施例においては、微
細パターン12を備えた金属材からなる転写体11の表
面に溶解性の薄膜28を被着する。この溶解性の薄膜2
8は水溶性であり、後の離型のために被着する。そして
図10(b)に示すように、加熱して溶融している状態
の材料13xを流し込む。次に図10(c)に示すよう
に、ローラ17を用いて加圧することにより、被転写体
の材料である光透過性の材料13xを微細パターン12
の隅々まで行き渡らせる。そして冷却することにより、
固形の微細パターン12の転写パターン13cが被転写
体の材料13x上に形成される。
9中に入れられた水30に浸漬することにより、溶解性
の材料28が水30中に溶解し、これにより被転写体1
3cが転写体11から分離される。これにより、図10
(e)に示すように、転写体から転写された微細パター
ンを備えた被転写体13cが完成する。
す。図11(a)に示すように、金属材11にレジスト
31を塗布する。金属材11としては、例えばステンレ
ス鋼(Ns-P/SUS)等が好適である。次に図11(b)に
示すように、電子線の直接露光を行い、電子線による露
光パタ−ン31aを形成する。この電子線の直接露光法
によれば、電子線は光線のような波長限界の影響がない
ため、光の波長以下の微細なパターンの形成が容易に可
能である。次に図11(c)に示すように、現像を行
い、レジスト膜31中の露光部分31aを残して他を除
去することにより、レジストパターン31bを形成す
る。このレジストパターン31bは、電子線で直接描画
した微細パターンである。
を行い、レジストパターン31bの加工耐性を高め、次
に図11(d)に示すように、レジストパターン31b
をマスクとして金属材11のエッチング加工を行う。こ
のエッチング加工は高速原子線(FAB)を用いること
が好適である。特に平行平板型のFAB源により照射さ
れる高速原子線は直進性が高く、又電荷によるビームの
拡散という問題が生じないため、レジストパターン31
bをマスクとして、極めてアスペクト比の高いエッチン
グ加工を金属材料11に対して行うことができる。これ
により微細パターン12を備えた金属材からなる転写体
11を形成することができる。
えば電子線露光に代えてX線露光を用いてもよく、又、
高速原子線によるエッチングに代えてプラズマエッチン
グを用いてもよい。又、転写体の材料も金属に代えてシ
リコン材、セラミクス、又は樹脂材料等を用いてもよ
い。このように本発明の趣旨を逸脱することなく、種々
の変形実施例が可能である。
微細パターンを備えた被転写体を容易に且つ低コストで
製造することができる。これによりエバネッセント場を
利用した微細パターンのホトレジスト等への転写を量産
用マスクを用いて行うことができ、従って、光の波長限
界以下を含めた微細パターンの転写を半導体LSIの製
造等に利用することが可能となる。又、光ディスク装置
等への応用も可能である。
方法を示す図である。
例を示す図である。
方法を示す図である。
方法を示す図である。
方法を示す図である。
方法を示す図である。
方法を示す図である。
方法を示す図である。
方法を示す図である。
工方法を示す図である。
ある。
Claims (5)
- 【請求項1】 微細な凹凸パターンを備えた転写体を準
備し、被転写体に半固体材料を塗布し、前記転写体の凹
凸パターンを前記半固体材料に密着して加圧することに
より、該半固体材料に前記凹凸パターンを転写し、エネ
ルギービームを該半固体材料の凹凸パターンに照射する
ことにより、前記被転写体に前記半固体材料の凹凸パタ
ーンに沿った凹凸パターンを転写することを特徴とする
微細パターンの転写加工方法。 - 【請求項2】 前記転写体は、ローラであり、該ローラ
を回転押圧することにより前記半固体材料に前記凹凸パ
ターンの転写を行うことを特徴とする請求項1に記載の
微細パターンの転写加工方法。 - 【請求項3】 前記転写体は可撓体であり、前記被転写
体の半固体材料表面から離隔して配置され、ローラで回
転押圧することにより前記転写体を半固体材料に密着加
圧し、前記半固体材料に前記凹凸パターンの転写を行う
ことを特徴とする請求項1に記載の微細パターンの転写
加工方法。 - 【請求項4】 微細な凹凸パターンを備えた転写体を準
備し、被転写体となる材料を加熱により溶融している状
態で前記転写体の凹凸パターン上に流し込み、その後冷
却することにより被転写体となる材料を固化すると共に
前記凹凸パターンを転写し、その後前記転写体から分離
して被転写体として取り出すことを特徴とする微細パタ
ーンの転写加工方法。 - 【請求項5】 転写体となる基板にレジストを塗布し、
該レジストに微細なパターンを電子線又はX線露光と現
像により形成し、該レジストパターンをマスクとして高
速原子線ビームを照射することにより、前記転写体上に
微細な転写用の凹凸パターンを形成することを特徴とす
る転写体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12237199A JP2000039702A (ja) | 1998-04-30 | 1999-04-28 | 微細パタ―ンの転写加工方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10-136150 | 1998-04-30 | ||
| JP13615098 | 1998-04-30 | ||
| JP12237199A JP2000039702A (ja) | 1998-04-30 | 1999-04-28 | 微細パタ―ンの転写加工方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000039702A true JP2000039702A (ja) | 2000-02-08 |
Family
ID=26459512
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12237199A Pending JP2000039702A (ja) | 1998-04-30 | 1999-04-28 | 微細パタ―ンの転写加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000039702A (ja) |
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- 1999-04-28 JP JP12237199A patent/JP2000039702A/ja active Pending
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