JP5782451B2

JP5782451B2 - Ｘｕｖ波長範囲内で使用する横方向パターンを有する多層構造体の製造方法、及びこの方法によって製造されるｂｆ構造体及びｌｍａｇ構造体

Info

Publication number: JP5782451B2
Application number: JP2012543036A
Authority: JP
Inventors: バイケルク，フレデリック; ファン・デル・ヴィール，ウィルフレッド・ヘラルド; ファン・デル・メール，ロベルト; ヘヘマン，ペトロネラ・エメレンティアナ
Original assignee: パナリティカルビーヴィ
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2015-09-24
Anticipated expiration: 2030-12-08
Also published as: US20130220971A1; JP2013513940A; EP2510397A1; NL2003950C2; WO2011071380A1; EP2510397B1; CN102792222A

Description

本発明は、特に、波長範囲が０．１ｎｍと１００ｎｍとの間の波長の電磁放射用の光学デバイス内で使用するための光学グレーティングの横方向パターンを有し、（ｉ）多層構造体を提供するステップと、（ｉｉ）この多層構造体内に横方向パターンを配置するステップとを有する、多層構造体を製造する方法に関する。

０．１ｎｍと１０μｍとの間の波長範囲は、硬Ｘ線範囲（０．１ｎｍと１０ｎｍとの間の波長）と、文献ではＥＵＶ放射と呼ばれる波長が約１３．５ｎｍの範囲を含む、いわゆるＸＵＶ範囲（１０ｎｍと１００ｎｍとの間の波長）と、電磁スペクトルの軟Ｘ線範囲との放射を含む。

このような光学グレーティングは、例えば、ナノリソグラフィーの技術分野の中で半導体回路の製造に利用される。

このような光学グレーティングの特定の例は、いわゆるナノ・ブラッグ・フレネル（nano-Bragg-Fresnel）（ＢＦ）構造体であり、これは反射光学素子、ブラッグ構造体、回折光学素子、フレネル構造体の組み合わせを形成する。

このような光学グレーティングの別の例は、ラメラ多層振幅グレーティング（lamellar multilayer amplitude grating）（ＬＭＡＧ）構造体であり、これはＸＵＶ波長範囲内のスペクトル分析用のモノクロメータで利用される。

電子ビーム（ＥＢ）リソグラフィ及び深紫外（ＤＵＶ）リソグラフィなどの、それ自体が周知の方法に基づいて、ＢＦ構造体やＬＭＡＧ構造体を製造することが知られている。

周知の方法では、寸法がナノメータ・スケールのナノ構造体を連続して生産するには重大な欠点がある。

ＥＢリソグラフィは比較的高価であり多大な時間を必要とし、電子ビームに照射される間のいわゆる近接効果やパラメータ変動の結果として、再現性の低下がもたらされる可能性がある。

ＤＵＶフォトリソグラフィは、製造される構造体の解像度レベルが５０ｎｍより低いという基本的性質の問題に直面する。さらに、ＤＵＶフォトリソグラフィは、費用効率が高いのは極めて大規模な大量生産の場合だけである。

両方の方法には、周期的な横方向パターンのラメラの幅が最小の数百ナノメータになり、一方周期が少なくとも１μｍになるという欠点がある。

本発明の目的は、迅速で再現可能であり、費用効率が高い方法により、５０ｎｍよりも小さい独特な寸法で、多層構造体を製造する方法を提案することである。

特定の目的は、ナノＢＦ構造体又はナノＬＭＡＧ構造体を製造するそのような方法を提案することである。

前文（preamble）に記載された種類の方法を用いて、これらの目的は実現され、別の利点が得られる。この場合、本発明によれば、横方向パターンを配置するステップ（ｉｉ）は、ナノインプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）用の方法によって実現される。

ナノインプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）を行う方法には、例えば、少なくとも、（ａ）配置される横方向三次元パターンに対応するスタンプ・パターンを有するスタンプを提供するステップと、（ｂ）多層構造体に硬化性レジスト材料の層を加えるステップと、（ｃ）ステップ（ｂ）に基づいて加えられたレジスト材料の層内に、スタンプを用いてスタンプ・パターンを配置して、この材料を硬化するステップと、また（ｄ）多層構造体内に横方向三次元パターンを形成する間に、スタンプ・パターンに基づいたレジスト材料によってカバーされない、又は少なくとも実質的にカバーされない材料を、多層構造体から取り除くステップとを含む。

１つの実施形態では、金属層が、ステップ（ｂ）の前又はステップ（ｃ）に続いて、平坦であるか又は横方向パターンが付いている多層構造体上に付着形成され、実質的にエッチング・マスクとして利用される。

本発明に基づいて提供されるスタンプは、例えば、Ｓｉ又はＳｉＯ_２（石英）から製造され、スタンプ・パターンは、例えば、電子ビーム・リソグラフィー（ＥＢＬ）またはレーザ干渉リソグラフィにより、それ自体が周知の方法に基づいて配置される。

多層構造体から材料を取り除いて、ステップ（ｄ）において多層構造体内に横方向三次元パターンを形成した後で、レジスト材料の層は溶剤を用いて除かれ、三次元パターンが付いた多層構造体は次の処理ステップを受けることができる。

ステップ（ｄ）における材料の除去は、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）又はボッシュ・タイプのエッチング法による反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）法に基づいて実行される。

製造される多層構造体の仕様に基づいて、この方法の実施形態によれば、ステップ（ｄ）で多層構造体内に形成される横方向三次元パターンは、多層構造体の表面から平行な拡張くさび形又は狭窄くさび形の形状に与えられる。

ステップ（ｂ）に基づいて利用されるレジスト材料は、好ましくは、硬化した状態では粘度が比較的小さいＵＶ硬化性プラスチック、例えば、ポリメチル・メタクリレート（ＰＭＭＡ）である。

製造される多層構造体の仕様によれば、本発明による方法の実施形態では、横方向パターンを配置するステップ（ｉｉ）の後に、三次元パターン上にカバー層を加えるステップ（ｉｉｉ）が続く。

本発明は、前述された方法に基づいて製造された、周期が１μｍよりも小さい周期的な横方向パターンを有する多層構造体にも関係する。

本発明は、前述された方法に基づいて製造されたＢＦ構造体にも関係する。この場合、多層構造体は、炭素（Ｃ）とケイ素（Ｓｉ）とを含む第１のグループからの第１の材料の層と、元素の周期系の内の第４周期、第５周期及び第６周期からの遷移元素のグループからの材料を含む第２のグループからの第２の材料の層とのスタックを有する。

１つの実施形態では、第２の材料の層は、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）及びイリジウム（Ｉｒ）を含む遷移元素のグループから選択される。

本発明によるＢＦ構造体を使用することにより、０．１ｎｍと１００ｎｍとの間の波長範囲の放射の波長の選択、集束及びコリメーションに適用できる光学素子が効率よく利用可能になる。このことは、横方向パターンがない従来技術の多層構造体を使うことでは実現できない。

本発明は、上記の方法に基づいて製造されたＬＭＡＧ構造体にさらに関連する。この方法では、多層構造体は、ホウ素（Ｂ）、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）及びスカンジウム（Ｓｃ）を含む第１のグループからの第１の材料の層と、元素の周期系の内の第４周期、第５周期及び第６周期からの遷移元素のグループからの材料を含む第２のグループからの第２の材料の層とのスタックを有する。

本発明によるＬＭＡＧ構造体の実施形態では、多層構造体は、タングステン及びシリコン（Ｗ／Ｓｉ）、タングステン及び炭化ホウ素（Ｗ／Ｂ_４Ｃ）、モリブデン及び炭化ホウ素（Ｍｏ／Ｂ_４Ｃ）、ランタン及び炭化ホウ素（Ｌａ／Ｂ_４Ｃ）、クロム及び炭素（Ｃｒ／Ｃ）、鉄及びスカンジウム（Ｆｅ／Ｓｃ）、クロム及びスカンジウム（Ｃｒ／Ｓｃ）、ニッケル及び炭素（Ｎｉ／Ｃ）、並びにニッケル・バナジウム及び炭素（ＮｉＶ／Ｃ）の層のスタックを含むグループから選択される。

ランタン及び炭化ホウ素（Ｌａ／Ｂ_４Ｃ）の層のスタックを含む多層構造体の実施形態では、ランタン及び炭化ホウ素の層は、拡散障壁として機能するランタン・ホウ化物（ＬａＢ）の層によって分離される。

本発明によるＬＭＡＧ構造体を使用することにより、０．１ｎｍと１００ｎｍとの間の波長範囲の放射の波長の選択、集束及びコリメーションに適用できる光学素子が効率よく利用可能になる。このことは、横方向パターンがない従来技術の多層構造体を使うことでは実現できない。

本発明は、図面を参照して、例示的な実施形態に基づいて以下に説明される。

本発明によるモノクロメータとしてのＬＭＡＧ構造体１のアプリケーションの概略図である。ＬＭＡＧ構造体１は、層の周期ｄで互いに積み重ねられた薄い層３、４の多層構造体を上に有する、例えば、ＳｉＯ_２の基板２によって形成される。この場合、前述された方法によれば、周期的な横方向構造体が、横方向の周期Ｄ及びライン幅ΓＤで配置される。波長λ_０の（矢印５て示された）ＸＵＶ放射のビームが、ＬＭＡＧ構造体１の表面に対して角度ψ_０でＬＭＡＧ構造体１の表面に入射する。入射ビームは、ＬＭＡＧ構造体１によって、出射ゼロ次ビームＩ_０、１次ビームＩ_１、Ｉ_−１、２次ビームＩ_２、Ｉ_−２及び高次ビーム（図示せず）に回折される。

本発明によるＬＭＡＧ構造体１を使用することにより、平坦な、さもなければ、横方向構造体がない多層構造体と同じものよりも分散が著しく低い（高解像度）モノクロメータを備えることができることが見出されている。この場合、ＬＭＡＧ構造体の反射率は、平坦な多層構造体の反射率と比べてわずかな程度しか減少していない。

（実施例１）
図１によるＬＭＡＧ構造体は、Ｌａを含む１２０個の層３（層厚３．１３ｎｍ、粗さ０．３８ｎｍ）及びＢ_４Ｃを含む層４（層厚５．０５ｎｍ、粗さ０．５０ｎｍ）の周期的スタックから構成され、Ｓｉの基板上で横方向の周期性Ｄ＝５００ｎｍ及び線幅係数Γ＝０．２０である。ＬＭＡＧ構造体１の表面に角度ψ_０で入射する波長λ_０＝６．７ｎｍのＸＵＶ放射のビームは、その他の点では同一の横方向の構造体がない平坦な多層構造体を用いて実現された、分散係数０．２４に相当する分散でゼロ次に反射されることが判明している。この場合、反射率は、この平坦な多層構造体と比べて１１％しか減少しない。

（実施例２）
図１によるＬＭＡＧ構造体は、Ｃｒを含む１５０個の層３（層厚２．１２５ｎｍ、粗さ０．３１２ｎｍ）及びＣを含む層４（層厚４．０４８ｎｍ、粗さ０．３３８ｎｍ）の周期的スタックから構成され、Ｓｉの基板上で横方向の周期性Ｄ＝３００ｎｍ及び線幅係数Γ＝０．３３である。ＬＭＡＧ構造体１の表面に角度ψ_０で入射する波長λ_０＝４．５ｎｍのＸＵＶ放射のビームは、その他の点では同一の横方向の構造体がない平坦な多層構造体を用いて実現された、分散係数０．３４に相当する分散でゼロ次に反射されることが判明している。この場合、反射率は、この平坦な多層構造体と比べて５％しか減少しない。

（実施例３）
図１によるＬＭＡＧ構造体は、Ｗを含む４００個の層３（層厚０．７１５ｎｍ、粗さ０．２４８ｎｍ）及びＳｉを含む層４（層厚１．１８５ｎｍ、粗さ０．３８４ｎｍ）の周期的スタックから構成され、Ｓｉの基板２上で横方向の周期性Ｄ＝４００ｎｍ及び線幅係数Γ＝０．２５である。厚さが２ｎｍのＳｉＯ_２のカバー層が、構造体に加えられる（図１には示されていない）。ＬＭＡＧ構造体１の表面に角度ψ_０で入射する波長λ_０＝２．４ｎｍのＸＵＶ放射のビームは、その他の点では同一の横方向の構造体がない平坦な多層構造体を用いて実現された、分散係数０．２５に相当する分散でゼロ次に反射されることが判明している。この場合、反射率は、この平坦な多層構造体と比べて１５％しか減少しない。

Claims

（ｉ）多層構造体を提供するステップであって、前記多層構造体が、タングステン及びシリコン（Ｗ／Ｓｉ）、タングステン及び炭化ホウ素（Ｗ／Ｂ _４Ｃ）、モリブデン及び炭化ホウ素（Ｍｏ／Ｂ _４Ｃ）、ランタン及び炭化ホウ素（Ｌａ／Ｂ _４Ｃ）、クロム及び炭素（Ｃｒ／Ｃ）、鉄及びスカンジウム（Ｆｅ／Ｓｃ）、クロム及びスカンジウム（Ｃｒ／Ｓｃ）、ニッケル及び炭素（Ｎｉ／Ｃ）、並びにニッケル・バナジウム及び炭素（ＮｉＶ／Ｃ）の層のスタックを含むグループから選択されるものである、多層構造体を提供するステップと、
（ｉｉ）前記多層構造体内に横方向三次元パターンを配置するステップと
を含み、波長範囲が０．１ｎｍと１００ｎｍとの間の波長の電磁放射用の光学デバイス内で使用するためのラメラ多層振幅グレーティング（ＬＭＡＧ）構造体を有する光学グレーティングの製造方法であって、
前記三次元横方向パターンを配置するステップ（ｉｉ）が、ナノインプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）用の方法によって実現され、
前記ナノインプリント・リソグラフィ（ＮＩＬ）用の方法が、少なくとも、
（ａ）配置される前記横方向三次元パターンに対応するスタンプ・パターンを有するスタンプを提供するステップと、
（ｂ）前記多層構造体に硬化性レジスト材料の層を加えるステップと、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）に基づいて加えられる前記レジスト材料の層内に、前記スタンプを用いて前記スタンプ・パターンを配置して、前記材料を硬化するステップと、
（ｄ）前記多層構造体内に前記横方向三次元パターンを形成する間に、前記スタンプ・パターンに基づいたレジスト材料によってカバーされない、又は少なくとも実質的にカバーされない材料を、前記多層構造体から取り除くステップと
を含むことを特徴とする製造方法。
ステップ（ｄ）による前記材料の除去が、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）法に基づいて実行されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
ステップ（ｄ）における前記材料の除去が、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）によって実行されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
ステップ（ｄ）における前記材料の除去が、ボッシュ・タイプのエッチング法に基づいて実行されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
前記多層構造体の表面からくさび形に拡大する形状が、ステップ（ｄ）で前記多層構造体内に形成される前記横方向三次元パターンに与えられることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
前記多層構造体の表面からくさび形に狭くなる形状が、ステップ（ｄ）で前記多層構造体内に形成される前記横方向三次元パターンに与えられることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
ステップ（ｂ）に基づいて利用される前記レジスト材料が、硬化した状態では粘度が比較的小さいＵＶ硬化性プラスチックであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法。
前記横方向パターンを配置するステップ（ｉｉ）の後に、前記三次元パターン上にカバー層を加えるステップ（ｉｉｉ）が続くことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の製造方法。
周期的横方向パターンを有する多層構造体を製造するための、上記請求項１〜８のいずれかに記載の製造方法であって、周期のパターンが１μｍよりも小さいことを特徴とする製造方法。
前記多層構造体が、ホウ素（Ｂ）、炭化ホウ素（Ｂ_４Ｃ）、炭素（Ｃ）、ケイ素（Ｓｉ）及びスカンジウム（Ｓｃ）を含む第１のグループからの第１の材料の層と、元素の周期系のうちの第４周期、第５周期及び第６周期からの遷移元素のグループからの材料を含む第２のグループからの第２の材料の層とのスタックを有することを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の製造方法。
ランタン及び炭化ホウ素（Ｌａ／Ｂ_４Ｃ）の層のスタックを含む多層構造体が、ランタン・ホウ化物（ＬａＢ）の層によって分離されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。