(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性体で構成され、表側の面に１００ｎｍ以下の幅の微小開口パターンを有するマスクを用いて被露光物にパターンを露光転写する露光装置において、前記マスクの裏面側を表面側より相対的に高い圧力に調整し、その圧力差により前記マスクを弾性変形させて前記被露光物に密着させる密着手段と、前記マスクの裏面側から前記微小開口パターンの幅よりも長い波長の露光光を照射する照射手段とを有し、前記微小開口パターンで発生するエバネッセント光により前記被露光物にパターンを露光転写することを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記密着手段が前記マスクの裏面側に設けられた与圧容器であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記密着手段が前記マスクの表面側と前記被露光物側に設けられた減圧容器であることを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項４】
前記マスクは、０．１〜１００μｍの基板厚を持ち、該基板上に１０〜１００ｎｍ厚の金属薄膜が形成され、該金属薄膜上に前記微小開口パターンが形成されていることを特徴とする請求項１〜３いずれかの露光装置。
【請求項５】
前記基板がＳｉ３Ｎ４またはＳｉＯ２であることを特徴とする請求項４記載の露光装置。
【請求項６】
弾性体で構成され、表側の面に１００ｎｍ以下の幅の微小開口パターンを有するマスクを用いて被露光物にパターンを露光転写する露光方法において、前記マスクの裏面側を表面側より相対的に高い圧力に調整し、その圧力差により前記マスクを弾性変形させて前記被露光物に密着させた後、前記マスクの裏面側から前記微小パターンの幅よりも長い波長の露光光を照射し、前記微小開口パターンで発生するエバネッセント光により前記被露光物にパターンを露光転写することを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微細加工を行なう露光方法及び露光装置に関し、特に線幅１００ｎｍ以下のパターンの微細加工を行なう際に好適な露光方法及び露光装置に関するもである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体メモリの大容量化やＣＰＵプロセッサの高速化・大集積化の発展とともに、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の限界は用いる光の波長程度である。光リソグラフィー装置ではこのため短波長化が進み、現在では近紫外線レーザーが用いられ、０．１μｍ前後の微細加工が可能となっている。
【０００３】
このように光リソグラフィーでは微細化が進んでいるが、０．１μｍ以下の微細加工を行なうには、レーザーのさらなる短波長化、さらに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が多い。
【０００４】
一方、光によって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。これは例えば１００ｎｍ以下の大きさの微小開口から滲み出すエバネッセント光を用いてレジストに光の波長限界を越える局所的な露光を行なう装置である。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本あるい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う構成のため、スループットが向上しないという問題点を有していた。
【０００５】
これを解決する方法として特開平０８−１７９４９３号公報に見られるように、光マスクに対してプリズムを設けて全反射となる角度で光を入射させ、全反射面から滲み出すエバネッセント光を用いて光マスクのパターンをレジストに一括転写するという提案がなされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平０８−１７９４９３号公報に記載のプリズムを用いたエバネッセント光による一括露光装置では、プリズム・マスクとレジスト面との間隔を１００ｎｍ以下に設定することが必須である。しかしながら実際にはプリズム・マスク面全面に渡ってレジスト面との間隔を１００ｎｍ以下にすることはプリズム・マスクや基板の面精度の限界から困難である。またプリズム・マスクと基板の位置合わせに少しでも傾きがあると、やはりプリズム・マスク面全面にわたってレジスト面との間隔を１００ｎｍ以下に設定することが困難となる。
【０００７】
この様な間隔の不均一性は露光パターンのむらや、プリズム・マスクによるレジストの部分的に押しつぶすという問題を生じさせていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のエバネッセント光を用いた露光方法及び露光装置では表側の面に幅が１００ｎｍ以下の開口からなる微小開口パターンを有し、且つ弾性体で構成されてマスク面の法線方向に弾性変形可能なマスクを用いることにより、該マスクの表側の面に対向して配置した被露光物に該微小開口パターンの露光・転写を行なうことを特徴としている。さらに本発明の露光方法及び露光装置では該微小開口から滲み出すエバネッセント光による微細加工を行なうため、該マスクを弾性変形させて非露光物に密着させる密着手段を有するとともに、該マスク裏面から光を照射する照明手段を有することを特徴としている。前記密着手段は該マスクの表側の面側に比べ、裏面側が高い圧力となるような圧力差を設ける手段を有し、該圧力によりマスクが弾性変形し、マスクと被露光物を密着させることを特徴としている。
【０００９】
このうち請求項１の発明の露光装置では、弾性体で構成され、表側の面に１００ｎｍ以下の幅の微小開口パターンを有するマスクを用いて被露光物にパターンを露光転写する露光装置において、前記マスクの裏面側を表面側より相対的に高い圧力に調整し、その圧力差により前記マスクを弾性変形させて前記被露光物に密着させる密着手段と、前記マスクの裏面側から前記微小開口パターンの幅よりも長い波長の露光光を照射する照射手段とを有し、前記微小開口パターンで発生するエバネッセント光により前記被露光物にパターンを露光転写することを特徴としている。
又、請求項６の発明の露光方法では、弾性体で構成され、表側の面に１００ｎｍ以下の幅の微小開口パターンを有するマスクを用いて被露光物にパターンを露光転写する露光方法において、前記マスクの裏面側を表面側より相対的に高い圧力に調整し、その圧力差により前記マスクを弾性変形させて前記被露光物に密着させた後、前記マスクの裏面側から前記微小パターンの幅よりも長い波長の露光光を照射し、前記微小開口パターンで発生するエバネッセント光により前記被露光物にパターンを露光転写することを特徴としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のエバネッセント光を用いた露光装置の実施例１の構成を表わすものである。同図において１０６は露光用のマスクとして用いるエバネッセント光マスク、１０８は被加工用の基板である。図１の下側はエバネッセント光マスク１０６の表側の面で、与圧容器１０５の外側に、上側にある裏面は与圧容器１０５の内側に面するように配置されている。与圧容器１０５は圧力調節弁１０９を通して高圧ガス容器１１０に接続され、与圧容器１０５内の圧力を調整することができるようになっている。
【００１１】
被露光物の基板１０８は表面にレジスト１０７が塗布され、ステージ１１１上に取り付けられている。基板１０８は、次いで、ステージ１１１の駆動でエバネッセント光マスク１０６に対し２次元的に相対位置合わせされる。相対位置合わせが完了すると、エバネッセント光マスク１０６の表側の面と基板１０８上のレジスト１０７面の間隔が全面にわたって１００ｎｍ以下となって密着するよう、基板１０８がマスク面の法線方向にステージ駆動される。
【００１２】
両者の密着後、コリメーターレンズ１０３で平行光にされた露光用レーザー１０１から出射のレーザー光１０２が、ガラス窓１０４を通して与圧容器１０５内に導入される。導入された光は与圧容器１０５内に配置されたエバネッセント光マスク１０６を裏面側、即ち上側から照射し、エバネッセント光マスク１０６の表側の面上に配された金属パターン１１２から滲み出すエバネッセント光がレジスト１０７の露光を行なう。ここでレーザー１０１、コリメーターレンズ１０３は照明手段の一要素を構成している。
【００１３】
ここで図４を用いてエバネッセント光による露光の原理を説明する。同図においてマスク母材に入射したレーザー光４０２は金属パターン４０３により形成された微小開口４０４を照射する。微小開口４０４の大きさ（幅）は、レーザ光４０２の波長に比べて小さく、１００ｎｍ以下のものである。
【００１４】
通常、波長より小さい大きさの開口を光は透過しない。しかしながら、開口の近傍にはエバネッセント光４０５と呼ばれる光がわずかに滲みだしている。エバネッセント光は開口から約１００ｎｍの距離以下近傍にのみ存在する非伝播光で、開口から離れるとその強度が急激に減少する。エバネッセント光４０５が滲み出している微小開口４０４に対してレジストが塗布されている基板４０７を近づけると、エバネッセント光４０５がレジスト４０６中で散乱し、レジスト４０６を露光するのである。
【００１５】
レジスト４０６の膜厚が充分薄ければレジスト４０６中のエバネッセント光の散乱もあまり広がらず、レーザー光４０２の波長より小さい大きさの微小開口４０４に応じた微小パターンをレジスト４０６に露光・転写することができる。
【００１６】
エバネッセント光による露光を行なった後は通常のプロセスで基板４０７の加工を行なう。例えばレジスト現像後、エッチングを行なえば、基板４０７に微小開口４０４に応じた微小パターンを形成することができる。
【００１７】
次にエバネッセント光マスクとレジスト／基板の密着方法の詳細について説明する。
【００１８】
エバネッセント光マスク１０６の表面と基板１０８上のレジスト１０７面がともに完全に平坦であれば、両者を全面にわたって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／基板面には凹凸やうねりが存在するため、単純に両者を近づけ接触させるだけだと密着部分と非密着分が混在する状態となる。
【００１９】
このため本実施例ではエバネッセント光マスク１０６の裏面から表側の面方向に向かって圧力を印加してエバネッセント光マスク１０６に弾性変形による撓みを生じさせ、該マスク１０６をレジスト１０７／基板１０８へ押し付けることにより、両者を全面にわたって密着させることを特徴としている。
【００２０】
圧力を印加する実施例１が図１で、エバネッセント光マスク１０６の裏面側が与圧容器１０５内に面し、与圧容器内に高圧ガスが導入されて与圧容器内を外気圧より高い圧力にしている。これによりエバネッセント光マスク１０６とレジスト１０７／基板１０８が全面にわたって均一な圧力で密着される。
【００２１】
密着状態の調整は与圧容器内の圧力調整によって行なわれ、エバネッセント光マスク１０６とレジスト１０７／基板１０８の間に働く押し付け力、即ち、両者の密着力が制御される。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与圧容器内の圧力を高めに設定して密着力を増大させ、凹凸やうねりによるマスク面とレジスト／基板面との間隔ばらつきをなくすことができる。
【００２２】
逆にエバネッセント光マスクの表側の面及びレジスト／基板を減圧容器内に配置する構成もある。この場合には減圧容器内より高い外気圧との圧力差によりエバネッセント光マスクの裏面側から表面側に圧力がかかり、エバネッセント光マスクとレジストの密着性を高めることができる。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、減圧容器内の圧力を低めに設定して密着力を増大させ、マスク面とレジスト／基板面の間隔ばらつきをなくすことができる。ここで与圧容器１０５や減圧容器はマスク１０６を基板１０８に密着させる密着手段を構成している。
【００２３】
以上のように実施例１では密着性を良くするために、エバネッセント光マスクの表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て密着性を向上させ、エバネッセント光を用いた露光を可能としている。
【００２４】
図５に示す参考例は上記圧力印加方法として静電力を用いたものである。同図に示された電圧印加手段５０３はエバネッセント光マスク５０１と基板５０２との間に電圧を印加し、両者の間に静電力を発生させている。該静電力による引力がエバネッセント光マスク５０１と基板５０２を密着させる。エバネッセント光マスク５０１とレジスト１０７／基板５０２との間の密着力の調節は、印加電圧の値の制御によって行なうことができる。
【００２５】
図２は本発明で用いるエバネッセント光マスクの構成である。図２（Ａ）はマスクの表側の面から転写パターンを見た図、図２（Ｂ）は断面図である。エバネッセント光マスクは０．１〜１００μｍの膜厚の薄膜からなるマスク母材（基板）２０１上に設けた１０〜１００ｎｍの膜厚の金属薄膜に、１００ｎｍ以下の幅の微小開口パターン２０３を形成したものである。マスク母材２０１はＳｉ3Ｎ4やＳｉＯ2等、マスク面の法線方向に弾性変形による撓みを生じることが可能な弾性体で、露光波長において透明な材料を選択する。
【００２６】
マスク母材の厚さは薄いほど弾性変形しやすく、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ならうような弾性変形が可能であるため、密着性が増す。しかしながら、一方、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、密着露光を行なった後、レジスト／基板に吸着して離れなくなる不都合が生じる。このためマスク母材２０１の厚さは０．１〜１００μｍの範囲にあることが望ましい。
【００２７】
金属薄膜２０２については、マスク上の微小開口パターンから滲み出すエバネッセント光強度をなるべく大きくするため、微小開口のマスク面の法線方向の長さは小さくする必要がある。このためには金属薄膜２０２の厚さはなるべく薄いことが好ましい。しかしながら、一方、金属薄膜２０２があまり薄いと金属薄膜２０２が連続膜とならず、微小開口以外のところからの光が漏れてしまう不都合が生じる。このため金属薄膜２０２の厚さは１０〜１００ｎｍの範囲にあることが好ましい。
【００２８】
エバネッセント光マスクに要求される他の性能に平坦性がある。レジスト／基板に密着する側の金属薄膜２０２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、露光むらを生じてしまう。このため、金属薄膜２０２表面の凹凸の大きさは、望ましくは１０ｎｍ以下、少なくとも１００ｎｍ以下の極めて平坦なものである必要がある。平坦性に関しては前述のマスク母材２０１で例にあげたＳｉ3Ｎ4やＳｉＯ2等を用いて達成することができる。
【００２９】
エバネッセント光マスクを用いて露光する場合、マスクの表側の面に形成される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い必要があり、レジストに転写する所望のパターン露光幅、具体的には１〜１００ｎｍの範囲から選択される。
【００３０】
微小開口パターンの幅が１００ｎｍ以上になると、本発明で用いるエバネッセント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、パターンにより光量レベルが大きく異なるため好ましくない。また１ｎｍ以下の場合、露光は不可能ではないが、マスクから滲み出すエバネッセント光強度が極めて小さくなり、露光に長時間を要するので実用的でない。従って、本発明では露光に直接光は使用せず、エバネッセント光のみを用いることが特徴の一つである。
【００３１】
なお、微小開口パターンの幅は１００ｎｍ以下とすることが必要であるが、長手方向の長さの関しては制限がなく、自由なパターンが選択できる。図２（Ａ）では一例としてカギ型のパターンを示したが、この他にＳ字パターンの様に任意のパターンが適用できる。
【００３２】
図３はエバネッセント光マスク作製の詳細を示したものである。図３（Ａ）は第１段階を示すもので、両面研磨された厚さ５００μｍのＳｉ（１１１）基板３０１にＬＰ−ＣＶＤ法で表側となる面（図３（Ａ）の上側）及び裏面（図３（Ａ）の下側）双方に膜厚２μｍのＳｉ3Ｎ4膜３０２、３０３を成膜する。その後、表側となる面のＳｉ3Ｎ4膜３０２上に蒸着法でＣｒ薄膜３０４を膜厚１０ｎｍで成膜する。
【００３３】
第２段階では図３（Ｂ）に示す様に表面に電子線レジスト３０５を塗布し、電子線ビーム３０６で１０ｎｍ幅の描画パターン３０７を露光する。露光された電子線レジストの現像を行なった後、ＣＣ１４でドライエッチングを行ない、Ｃｒ薄膜３０４に微小開口パターン３０８を形成する。さらに裏面側のＳｉ3Ｎ4膜３０３にエッチング用の窓を形成したのが図３（Ｃ）である。
【００３４】
続いて図３（Ｄ）に示す用にＳｉ基板３０１に対しＫＯＨを用いて裏面から異方性エッチングを行なうと薄膜状のマスク３０９が形成される。最後にマスク支持部材３１０に接着して完成した状態が図３（Ｅ）である。
【００３５】
本発明のエバネッセント光を用いた露光装置の被加工用の基板１０８にはＳｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板や、ガラス、石英、ＢＮ等の絶縁性基板、あるいはこれらの基板上に金属、酸化物、窒化物等を成膜したものなど、広い範囲のものを用いることができる。ただし、本発明の露光方法及び露光装置では、エバネッセント光マスクとレジスト／基板を露光領域全域にわたって望ましくは１０ｎｍ以下、少なくとも１００ｎｍ以下の間隔になるよう密着させることが重要である。このため、基板にはなるべく平坦なものを選択する必要がある。
【００３６】
同様に、本発明で用いられるレジストの形状も表面の凹凸が小さく平坦である必要がある。エバネッセント光マスクから滲み出した光はマスクからの距離が遠ざかるにつれ指数関数的に減少するため、レジストを１００ｎｍ以上の深いところまで露光することが困難である。またエバネッセント光はレジストの中で散乱されるように広がるため、露光パターン幅が広がることを考慮すると、レジストの厚さは少なくとも１００ｎｍ以下で、さらにできるだけ薄くする必要がある。
【００３７】
以上より、レジスト材料およびコーティング方法にの選択に当たっては、膜厚及びレジスト表面の凹凸の大きさが望ましくは１０ｎｍ以下、少なくとも１００ｎｍ以下の値が達成できるよう、極めて平坦な値を達成できる条件を選択する必要がある。一つの例としては、普通用いられる光レジスト材料をなるべく粘性が低くなる溶媒に溶かし、スピンコートで薄く、且つ均一な厚さになるようコーティングする方法をあげることができる。
【００３８】
また、他の光レジスト材料及びコーティング法の実施例として、一分子中に疎水基、親水基、官能基を有する両親媒性光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、基板上にすくいとって、基板上に単分子膜の累積膜を形成するラングミュアー・ブロジェット法（ＬＢ法）を用いることもできる。
【００３９】
また、溶媒中や気相中で基板に対して一分子層だけで物理吸着あるいは科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形成法（ＳＡＭ法）を用いても良い。
【００４０】
これらのコーティング法のうち、ＬＢ法やＳＡＭ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良く形成することができるため本発明のエバネッセント光を用いた露光に適した光レジスト材料のコーティング法といえる。
【００４１】
エバネッセント光を用いた露光においては露光時、露光領域全面にわたってエバネッセント光マスク１０６とレジスト１０７／基板１０８の間隔を少なくとも１００ｎｍ以下で、しかもばらつきなく一定に保つ必要がある。このためエバネッセント光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既に基板上に１００ｎｍ以上の凹凸のあるパターンが形成されているものは好ましくない。
【００４２】
従ってエバネッセント光露光の対象としては、他のプロセスの影響をあまり経ていない、例えばプロセスの初期段階のできるだけ平坦な基板が望ましい。エバネッセント光露光プロセスを他のリソグラフィープロセスと組み合わせる場合も、エバネッセント光露光プロセスはできるだけ初めに行なうことが望ましい。
【００４３】
また図４でエバネッセント光マスク上の微小開口４０４から滲み出すエバネッセント光４０５の強度は、微小開口４０４の大きさによって異なる。従って微小開口の大きさがまちまちであるとレジスト４０６に対する露光の程度にばらつきが生じ、均一なパターン形成が難しくなる。均一性の問題を避けるためには、一回のエバネッセント光露光プロセスで用いるエバネッセント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。
【００４４】
以上の説明では基板全面に対応するエバネッセント光マスクで、基板全面に一括でエバネッセント光露光をする装置について説明したが、本発明の概念はこれに限定されるものでない。本発明は基板より小さなエバネッセント光マスクを用い、基板の一部分に対するエバネッセント光露光を基板上の位置を変えて繰り返し行なうステップアンドリピート方式の装置にも同様に適用できる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では１００ｎｍ以下の幅の微小開口パターンを有するマスクを弾性体で構成し、該マスクを弾性変形させてレジスト／基板に密着させて微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光によりレジストを露光することにより、１００ｎｍ以下のパターンをマスク全面にわたってむらなく、基板に一括またはステップアンドリピートしながら転写することが可能となった。
【００４６】
本発明では直接光を使用せず、全てエバネセント光で露光するため、露光光の波長よりも細かいパターンを効率良く、同一条件で露光することができる。また薄いマスク厚で弾性変形を用いているため、密着性が良いにもかかわらず、レジストを押しつぶすこともなく良好なパターンを形成できる。
【００４７】
さらに工程によって本発明の露光法を使い分けることによって、被露光対象である基板の状態に応じて最適の露光法を選択することを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１のエバネッセント光露光装置を示す図、
【図２】 本発明のエバネッセント光マスクの構成を示す図、
【図３】 エバネッセント光マスクの作製法を示す図、
【図４】 エバネッセント光による露光原理の説明図、
【図５】 本発明の参考例のエバネッセント光露光装置を示す図
【符号の説明】
１０１ レーザー
１０２ レーザー光
１０３ コリメーターレンズ
１０４ ガラス窓
１０５ 与圧容器
１０６ エバネッセント光マスク
１０７ レジスト
１０８ 基板
１０９ 与圧調整弁
１０９ 圧力調整弁
１１０ 高圧ガス
１１１ ステージ
１１２ 金属パターン
２０１ マスク母材
２０２ 金属薄膜
２０３ 微小開口パターン
３０１ Ｓｉ（１１１）基板
３０２，３０３ Ｓｉ3Ｎ4薄膜
３０４ Ｃｒ薄膜
３０５ 電子線レジスト
３０６ 電子線ビーム
３０７ 描画パターン
３０８ 微小開口パターン
３０９ 薄膜状のマスク
３１０ マスク支持部材
４０１ マスク母材
４０２ レーザー光
４０３ 金属パターン
４０４ 微小開口
４０５ エバネッセント光
４０６ レジスト
４０７ 基板
５０１ エバネッセント光マスク
５０２ 基板
５０３ 電圧印加手段
【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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