JP2000314955A - エバネッセント光露光マスク及びエバネッセント光露光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 微小開口パターンから滲み出るエバネッセン
ト光を用い、露光マスクの使用光波長と金属薄膜の厚み
との最適条件を持つ露光マスクと最適な露光時間を有す
る露光装置を提供する。 【解決手段】 本発明のエバネッセント光露光装置は、
おもて面に幅が１００nm以下の微小開口パターンが形成
された金属薄膜を有するマスクのおもて面を被露光物に
対向して配置し、露光光源から露光用の光をマスク裏面
に所定の時間照射し、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、被露光物の微小開口パターンの
潜像形成と転写を行う露光装置で、 lnを 自然対数、λ
を露光用光波長、kを薄膜を形成する金属の消衰係数、
Aを３＜A＜３０なる整数とし、金属薄膜の膜厚をＬとす
る時、Ｌ＝ln A・λ／２πkを満たし、Е_thを被露光物
の露光感度とし、露光用の光のパワーをP、露光時間をt
とする時、Ｐ・ｔ＜Е_th・Aを満たす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は微細加工装置に用い
られる露光マスク及び、これを用いた露光装置に関する
ものである。

【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・大集積化の進展と共に、光リソグラフィ
ーのさらなる微細化は必要不可欠のものとなっている。
一般に光リソグラフィー装置における微細加工限界は、
用いる光の波長程度である。このため、光リソグラフィ
ー装置に用いる光の短波長化が進み、現在は近紫外線レ
ーザーが用いられ、０.１μｍ程度の微細加工が可能と
なっている。

【０００３】このように微細化が進む光リソグラフィー
であるが、０.１μｍ以下の微細加工を行うためには、
レーザーのさらなる短波長化、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も多い。

【０００４】一方、光による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。例えば、１００nm以下の大きさの微小開口から滲み
出るエバネッセント光を用いてレジストに対し、光波長
限界を超える局所的な露光を行う装置である。

【０００５】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（または数本）の加工
プローブで一筆書きのように微細加工を行っていく構成
であるため、あまりスループットが向上しないという問
題点を有していた。

【０００６】これを解決する一つの方法として、光マス
クに対してプリズムを設け、全反射の角度で光を入射さ
せ、全反射面から滲み出る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対して一括して転写する
という提案が特開平０８―１７９４９３号公報に開示さ
れている。

【０００７】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１００
nm以下に設定することが必須である。しかしながら、実
際はプリズム・マスクや基板の面精度に限界があり、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難しい。また、プリズム
・マスクと基板との位置合わせに際し、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難し
い。

【０００８】この状態で、プリズム・マスクをレジスト
面に無理に押し付けて密着させようとすると、基板に変
形が生じて露光パターンにムラが生じたり、プリズム・
マスクによりレジストが部分的に押し潰されてしまった
りするという問題点があった。

【０００９】そこで、マスクを弾性体で構成し、レジス
ト面形状に対して倣うようにマスクを弾性変形されてい
ることにより、マスク全面をレジスト面に密着させ、マ
スク上の金属薄膜に形成されている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、レジスト露光を行
う方法が有効である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上記のエバネッセント
光を用いた露光装置において、マスク上の金属薄膜の厚
さを１００nm程度とすれば、入射光が金属薄膜の微小開
口パターン形成部分以外の部分を透過する直接透過光を
ほぼ１００％遮光することができ、微小開口パターン形
成部分に対向する部分以外のレジスト表面が露光するこ
とを防止することができる。

【００１１】しかしながら、さらに線幅の小さいパター
ンを形成するためには、微小開口パターンの開口幅を小
さくする必要がある。すなわち、微小開口パターンのア
クペクト比（＝金属薄膜の膜厚／微小開口パターンの開
口幅）が大きくなると言う問題がある。

【００１２】前述の微小開口パターンから滲み出るエバ
ネッセント光を用いた露光方式では、微小開口パターン
の開口幅が小さくなるにつれ、エバネッセント光の光量
が減少する。また、同じ開口幅であっても、金属薄膜の
膜厚が大きいほど、エバネッセント光の光量が減少す
る。これは、光波長より小さい幅の通り路の長さが長い
ほどエバネッセント光が滲み出しにくいことによる。こ
れらの理由から、微小開口パターンの開口幅が小さくな
るにつれ、露光時間が増大すると言う問題がある。

【００１３】また、微小開口パターンの開口幅を小さく
しようとすると、アクペクト比が大きくなり、エバネッ
セント光露光マスク作製に、より高度な技術が必要にな
り、歩留まりが低下してしまうと言う問題がある。

【００１４】本発明の目的は微小開口パターンから滲み
出るエバネッセント光を用いた露光方式において、露光
マスクに使用される光の波長と金属薄膜の厚みとの最適
な条件を持つ露光マスクと、その露光マスクを使用し最
適な露光時間を有する露光装置を提供することである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のエバネッセント光露光用マスクは、おもて
面に幅が１００nm以下の開口からなる微小開口パターン
が形成された金属薄膜を有するマスクのおもて面を被露
光物に対向して配置し、露光光源から露光用の光を該マ
スク裏面に照射し、該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、該被露光物の該微小開口パター
ンの転写を行うためのエバネッセント光露光マスクであ
って、 lnを 自然対数、λを露光用の光の波長、kを薄
膜を形成する金属の消衰係数、 Aを３＜A＜３０なる整
数とし、該金属薄膜の膜厚をＬとする時、Ｌ＝ln A・λ
／２πkを満たす。

【００１６】また、本発明のエバネッセント光露光装置
は、おもて面に幅が１００nm以下の開口からなる微小開
口パターンが形成された金属薄膜を有するマスクのおも
て面を被露光物に対向して配置し、露光光源から露光用
の光を該マスク裏面に所定の時間照射し、該微小開口パ
ターンから滲み出るエバネッセント光により、該被露光
物の該微小開口パターンの転写を行うためのエバネッセ
ント光露光装置であって、 lnを 自然対数、λを露光用
の光の波長、kを薄膜を形成する金属の消衰係数、 Aを
３＜A＜３０なる整数とし、該金属薄膜の膜厚をＬとす
る時、Ｌ＝ln A・λ／２πkを満たし、Е_thを該被露光
物の露光感度とし、該露光用の光のパワーをP、露光時
間をtとする時、Ｐ・ｔ＜Е_th・Aを満たす。

【００１７】また、デバイスの製造方法は、エバネッセ
ント光露光用マスクを用いて該マスク上のパターンを転
写した基板を加工処理することによりデバイスを製造す
ることを特徴とする。

【００１８】また、デバイスの製造方法は、エバネッセ
ント光露光装置を用いてパターンを転写した基板を加工
処理することによりデバイスを製造することを特徴とす
る。これにより、入射光強度に対する直接透過光強度の
比が１／３〜１／３０になり、直接透過光の光量ではレ
ジストに対する露光が行われず、微小開口パターンから
滲み出るエバネッセント光の光量ではレジストに対する
露光が行われる。

【００１９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２０】図１は、本発明のエバネッセント光露光用
マスクの構成を表す図面、図２は、このエバネッセント
光露光用マスクを用いた露光装置の構成を表す図面であ
る。図２において、２０１は本発明の露光用のマスクと
して用いるエバネッセント光露光用マスクである。エバ
ネッセント光露光用マスク２０１は、マスク母材２０
２、金属薄膜２０３から構成されている。マスク母材２
０２上に金属薄膜２０３が設けられており、金属薄膜２
０３に微小開口パターン２０４が形成されている。

【００２１】エバネッセント光露光用マスク２０１のお
もて面（図２では下側）は圧力調整容器２０５外に、裏
面（図２では上側）は圧力調整容器２０５内に面するよ
うに配置されている。圧力調整容器２０５は内部の圧力
を調整することができるようになっている。

【００２２】基板２０６の表面にレジスト２０７を形成
したもの（以降、レジスト２０７／基板２０６のように
／を用いて表記する）を被露光物とする。レジスト２０
７／基板２０６をステージ２０８上に取り付け、ステー
ジ２０８を駆動することにより、エバネッセント光露光
用マスク２０１に対する基板２０６のマスク面内２次元
方向の相対位置合わせを行う。次に、マスク面法線方向
にステージ２０８を駆動し、エバネッセント光露光用マ
スク２０１のおもて面と基板２０６上のレジスト２０７
面との間隔が全面にわたって１００nm以下になるように
両者を密着させる。

【００２３】この後、露光光源２０９から出射される露
光光２１０をコリメーターレンズ２１１で平行光にした
後、ガラス窓２１２を通し、圧力調整容器２０５内に導
入し、エバネッセント光露光用マスク２０１に対して裏
面（図２では上側）から照射し、エバネッセント光露光
用マスク２０１おもて面のマスク母材２０２上の金属薄
膜２０３に形成された微小開口パターン２０４から滲み
出すエバネッセント光でレジスト２０７の露光を行う。

【００２４】ここで、レジスト２０７の材料としては、
通常の半導体プロセスに用いられるフォトレジスト材料
を選択すればよい。これらのレジスト材料に対して露光
可能な光波長はおおむね２００〜５００nm の範囲にあ
るが、特に３５０〜４５０nmの範囲にあるｇ線・i線対
応のフォトレジストを選択すれば、種類も多く、比較的
安価であるため、プロセス自由度も高く、コストが低減
できる。

【００２５】これらのフォトレジストには、それぞれ膜
厚や露光波長に対応した露光感度E_{t h}（＝露光に関する
しきい値）が存在し、露光感度E_th以上の光量を照射す
ることによって、露光が行われる。本発明のエバネッセ
ント光露光装置では、後に詳述するように、レジスト膜
厚が１００nm以下であることが望ましく、これらのフォ
トレジストを膜厚１００nm以下で用いる場合の露光感度
E_th は、おおむね５〜５０mJ／cm²の範囲にある。

【００２６】露光光源２０９としては、用いるレジスト
２０７を露光可能な波長の光を照射するものを用いる必
要がある。例えば、レジスト２０７として、前述のｇ線
・i線対応のフォトレジストを選択した場合、露光光源
２０９として、HeCdレーザー（光波長：３２５nm,４４
２nm）、GaN系の青色半導体レーザー（同：〜４１０n
m）や、赤外光レーザーの第２高調波（SHG）レーザー
や、第３高調波（THG）レーザー、水銀ランプ（g線：４
３６nm、i線：３６５nm）を用いればよい。

【００２７】露光光源２０９の駆動電圧・電流及び照射
時間を調節することにより、露光光量の調節を行う。例
えば、ビーム径１mm、光出力１００mWのHeCdレーザーの
ビームをビーム・エクステンダーやコリメーターレンズ
を用いて、１００mm×１００mmの領域に拡大した場合、
単位面積当たりの光パワー波１mW ／cm²となる。この光
をレジスト表面に１０秒間照射すると、レジストの露光
光量は１０mJ／cm²となり、この値が前述のレジストの
露光感度E_th を越えている場合、露光が行われる。実際
はエバネッセント光露光マスクを間に挟んだ状態で、光
照射が行われるので、マスクの透過率を考慮した光のパ
ワーの調整が必要である。

【００２８】ここで、図３を用い、エバネッセント光に
よる露光の原理を説明する。

【００２９】図３において、エバネッセント光露光用マ
スク３０１を構成するマスク母材３０２に入射した入射
光３０３は、金属薄膜３０４に形成された微小開口パタ
ーン３０５を照射する。ここで、微小開口パターン３０
５の大きさ（幅）は、入射光３０３の波長に比べて小さ
く１００nm以下である。

【００３０】通常、光は波長より小さい大きさの開口を
ほとんど透過しないが、開口の近傍にはエバネッセント
光３０６と呼ばれる光がわずかに滲み出している。この
光は、開口からやく１００nm の距離以下の近傍にのみ
存在する非伝搬光であり、開口から離れるとその強度が
急激に減少する性質のものである。

【００３１】そこで、このエバネッセント光３０６が滲
み出している微小開口パターン３０５に対して、基板３
０７上に形成したレジスト３０８表面を１００nm以下の
距離にまで近づける。すると、このエバネッセント光３
０６がレジスト３０８中で散乱されて伝搬光に変換さ
れ、レジスト３０８に露光する。

【００３２】ここで、金属薄膜３０４の厚さを１００nm
程度とすれば、入射光３０３が金属薄膜３０４の微小開
口パターン３０５形成部分以外の部分を透過する直接透
過光３０９をほぼ１００％遮光することができ、微小開
口パターン３０５形成部分に対向する部分以外のレジス
ト３０８表面が露光することを防止することができる。

【００３３】しかし、本発明が解決しようとする課題で
説明したように、さらに線幅の小さいパターンを形成す
るためには、微小開口パターン３０５の開口幅を小さ
く、すなわち、微小開口パターン３０５のアクペクト比
（＝金属薄膜３０４の膜厚／微小開口パターン３０５の
開口幅）を大きくする必要がある。

【００３４】また、微小開口パターン３０５から滲み出
るエバネッセント光３０６を用いた露光方式では、微小
開口パターン３０５の開口幅が小さくなるにつれ、エバ
ネッセント光３０６の光量が減少する。また、同じ開口
幅であっても、金属薄膜３０４の膜厚が大きいほど、エ
バネッセント光３０６の光量が減少する。これは、光波
長より小さい幅の通りの路の長さが長いほどエバネッセ
ント光が滲み出しにくいことによる。これらの理由か
ら、微小開口パターン３０５の開口幅を小さくすること
につれ、露光時間が増大してしまう。

【００３５】これらの課題を解決するために、本発明の
エバネッセント光露光マスク３０１は、入射光３０３に
対する直接透過光３０９の強度が１／３〜１／３０にな
る程度に金属薄膜３０４の膜厚を薄いものとし、かつ、
直接透過光３０９の光量ではレジスト３０８に対する露
光が行われず、微小開口パターン３０５から滲み出るエ
バネッセント光３０６の光量によってレジスト３０８に
対する露光が行われるような光量値の入射光を照射する
条件を設定する。

【００３６】金属薄膜に光を照射した場合、光が薄膜表
面から内部に侵入するにしたがって、光強度が減衰す
る。入射光強度に対し、光強度が１／Aに減衰する距離
はＬ［ｍ］とすると、 Ｌ＝ln A ・λ／２π ・・・・・・・・・（１） と表される。ここで、lnは自然対数を示す。λは入射光
の波長である。ｋは金属薄膜の消衰係数であり、金属材
料及び光波長により決まる値である。いくつかの金属材
料における消衰係数の値を下表に示す。

【００３７】金属材料 消衰計数（光波長［nm］） Al ２.８５ （４３１） Sb ３.１３ （４３１） Au １.７９ （４４０） Pt ２.８３ （４３１） Ag ２.３９ （４５０） 金属薄膜３０４の膜厚をL［m］、入射光強度をP [W]、
照射時間をt [s]とすると、直接透過光強度は、 Ｐ／A であり、直接透過光光量は、Ｐ・t／A となる。直接透過光がレジストを露光しないようにする
ためには、この値が、前述のレジストの露光感度E _thを
超えない、すなわち、 E _th＞Ｐ・t／A・・・・・・・・（２） を満たすように、入射光強度及び露光時間を設定すれば
よい。

【００３８】本発明のエバネッセント光露光装置では、
Aの値が３以下の場合、エバネッセント光の光量と直接
透過光の光量とが近いため、微小開口パターン３０５形
成部分と非形成部分とで露光量に差が取れず、形成され
た潜像パターンのコントラストが低下する。

【００３９】また、Aの値が３０以上の場合、エバネッ
セント光の光量に比べて、直接透過光の光量を小さくす
ることができるため、微小開口パターン３０５形成部分
と非形成部分とで露光量の差を大きくとることが可能
で、形成潜像パターンのコントラストが向上する。しか
しながら、エバネッセント光の光量の絶対値が小さくな
るため、露光に長い時間を要するようになる。

【００４０】以上のことから、Aの値の範囲として ３＜A＜３０・・・・・・・・（３） を満たすようにすることにより、エバネッセント光の光
量に比べて、直接透過光の光量を小さくすることがで
き、微小開口パターン３０５形成部分と非形成部分とで
露光量の差を大きくとることが可能で、形成潜像パター
ンのコントラストが向上し、しかも、エバネッセント光
の光量の絶対値も比較的大きくすることが可能であるた
め、露光時間が短縮される。

【００４１】さらに、Aの値が１０に近い値、すなわ
ち、 ５＜A＜２０・・・・・・・・・（３ ′） を満たすようにすれば、形成潜像パターンのコントラス
トが大きく、露光時間も短く、最も効率的な露光が実現
される。

【００４２】以下に具体的数値例を挙げる。

【００４３】金属薄膜３０４としてAlを選択し、露光波
長λ＝４３１nm、A＝１０とすると、（１）式から Ｌ＝５５.３nm となる。

【００４４】したがって、Al膜厚を５５.３nmとし、レ
ジストとして、膜厚１００nm、露光波長λ＝４３１nmに
おける感度E_th=10mJ／cm²のものを選択すると、（２）
式から Ｐ・t＜ １００［mJ／cm²］ を満たすように、露光光源の光量（＝光強度×露光時
間）を決めればよい。

【００４５】さて、レジスト３０８膜厚が十分に薄けれ
ば、レジスト３０８中でエバネッセント光の散乱は面内
（横）方向にあまり広がることなく、入射光３０３の波
長より小さい大きさの微小開口パターン３０５に応じた
微小パターンの潜像をレジストに形成・転写することが
できる。

【００４６】このようにエバネッセント光による露光を
行った後は、通常のプロセスを用いて基板３０７の加工
を行う。例えば、レジストを現像した後、エッチングを
行うことにより、基板３０７に対して上述の微小開口パ
ターン３０５に応じた微小パターンを形成する。これを
用いて半導体チップや液晶デバイス、センサデバイス等
のデバイスが製造される。この点の詳細はよく知られて
いるので省略する。

【００４７】次に、エバネッセント光露光マスクとレジ
スト／基板の密着方法について図２を用いて詳細に説明
する。

【００４８】エバネッセント光露光マスク２０１のおも
て面と基板２０６上のレジスト２０７面がともに完全に
平坦であれば、全面にわたって両者を密着させることが
可能である。しかしながら、実際には、マスク面やレジ
スト／基板面に凹凸やうねりが存在するので、両者を近
づけ、接触させただけでは、密着している部分と非密着
部分が混在する状態になってしまう。

【００４９】そこで、エバネッセント光露光マスク２０
１の裏面からおもて面方向に向かって圧力を印加するこ
とにより、エバネッセント光露光マスク２０１に弾性変
形による撓みを生じさせ、レジスト２０７／基板２０６
に押し付けるようにすることにより、全面にわたって密
着させることができる。

【００５０】このような圧力を印加する方法の一例とし
て、図２に示したように、エバネッセント光露光マスク
２０１のおもて面を圧力調整容器２０５外側に面するよ
うに、裏面を圧力調整容器２０５内側に面するように配
置させ、ポンプ等の圧力調整手段２１３を用いて、圧力
調整容器内に高圧ガスを導入し、圧力調整器２０５内が
外気圧より高い圧力になるようにする。

【００５１】他の例として、圧力調整容器２０５の内部
を露光光２１０に対して透明な液体で満たし、シリンダ
ーを用いて圧力調整容器２０５内部の液体の圧力を調整
するようにしてもよい。

【００５２】さて、圧力調整手段２１３から圧力調整容
器２０５内に高圧ガスを導入し、圧力調整容器２０５内
の圧力を増大させ、エバネッセント光露光マスク２０１
のおもて面と基板２０６上のレジスト２０７面とを全面
にわたって均一な圧力で密着させる。

【００５３】このような方法で圧力の印加を行うと、パ
スカルの原理により、エバネッセント光露光マスク２０
１のおもて面と基板２０６上のレジスト２０７面との間
に作用する斥力が均一になる。このため、エバネッセン
ト光露光マスク２０１や基板２０６上のレジスト２０７
面に対し、局所的に大きな力が加わることがなく、エバ
ネッセント光露光マスク２０１や基板２０６、レジスト
２０７が局所的に破壊されることがなくなる。

【００５４】このとき、圧力調整容器２０５内の圧力を
調整することにより、エバネッセント光露光マスク２０
１と、レジスト２０７／基板２０６との間に働かせる押
し付け力、すなわち両者の密着力を制御することができ
る。例えば、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はには、圧力調整容器内の圧力を高
めに設定することにより、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／基板面との間の間隔
ばらつきをなくすようにすることができる。

【００５５】ここでは、エバネッセント光露光マスク
と、レジスト／基板とを密着させるために、エバネッセ
ント光露光マスクの裏面を加圧容器内に配置し、加圧容
器内より低い外気圧との圧力差により、エバネッセント
光露光マスクの裏面側からおもて面側に圧力が加わるよ
うにした例を示したが、逆の構成として、エバネッセン
ト光露光マスクのおもて面及びレジスト／基板を減圧容
器内に配置し、減圧容器内より高い外気圧との圧力差に
より、エバネッセント光露光マスクの裏面側からおもて
面側に圧力が加わるようにしてもよい。いずれにして
も、エバネッセント光露光マスクのおもて面側に比べ、
裏面側が高い圧力となるような圧力差を設けるようにす
ればよい。

【００５６】さて、エバネッセント光露光終了後におけ
るエバネッセント光露光マスクと、レジスト／基板との
剥離方法について説明する。

【００５７】圧力調整手段２１３を用いて、圧力調整用
器２０５内の圧力を外気圧より小さくし、基板２０６上
のレジスト２０７面からエバネッセント光露光マスク２
０１上の金属薄膜２０３面を剥離させる。

【００５８】また、このような方法で圧力の減圧を行
い、レジスト２０７／基板２０６からのエバネッセント
光露光マスク２０１の剥離を行う場合、パスカルの原理
により、エバネッセント光露光マスク２０１のおもて面
と基板２０６上のレジスト２０７面との間に作用する引
力が均一になる。このため、エバネッセント光露光マス
ク２０１や基板２０６上のレジスト２０７面に対し、局
所的に大きな力が加わることがなく、エバネッセント光
露光マスク２０１や基板２０６、レジスト２０７が剥離
時に局所的に破壊されることもなくなる。

【００５９】このとき、圧力調整容器２０５内の圧力を
調整することにより、エバネッセント光露光マスク２０
１と、レジスト２０７／基板２０６との間に働く引力、
すなわち両者の引っ張り力を制御することができる。例
えば、マスク面と、レジスト／基板面との間の吸着力が
大きいときには、圧力調整容器内の圧力をより低めに設
定することにより、引っ張り力を増大させ、剥離しやす
くすることができる。前述したように、密着時の圧力印
加の装置構成において、図２とは逆の構成として、エバ
ネッセント光露光マスクのおもて面及びレジスト／基板
とを減圧容器内に配置し、減圧容器内より高い外気圧と
の圧力差により、エバネッセント光露光マスクの裏面側
からおもて面側に圧力が加わるようにした場合は、剥離
時には、容器内を外気圧より高い圧力にすればよい。

【００６０】いずれにしても剥離時には、エバネッセン
ト光露光マスクのおもて面側に比べ、裏面側が低い圧力
となるような圧力差を設けるようにすればよい。

【００６１】

【実施例】図１に本発明のエバネッセント光露光マスク
の構成の詳細を示す。図１(a)はマスクのおもて面側か
ら見た図、図１(b)は断面図である。

【００６２】図１に示すように、エバネッセント光露光
マスクは、０.１〜１μmの膜厚の薄膜からなる露光波長
の光に対して透明なマスク母材１０１上に前述したよう
に膜厚Ｌ Ｌ＝ln A ・λ／２π （ただし、３＜A＜３０）の金属薄膜１０２を設け、１
００nm以下の幅の微小開口パターン１０３を形成したも
のである。マスク母材１０１は、基板１０４に支持され
ている。

【００６３】マスク母材１０１の厚さが薄ければ、より
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対してまで倣うように弾性変形す
ることが可能であるため、より密着性が増すことにな
る。しかしながら、露光面積に対して薄すぎるとマスク
としての強度が不足したり、密着および露光を行った
後、剥離させる場合にレジスト／基板との間に作用する
吸着力で破壊してしまったりする。

【００６４】以上の機械的特性の観点からは、マスク母
材１０１の厚さとして、０.１〜１μmの範囲にあること
が望ましい。

【００６５】次に、本発明のエバネッセント光露光マス
クの作製方法の詳細について、図４を用いて説明する。

【００６６】図４aに示すように、両面研磨された厚さ
５００μmのSi（１００）基板４０１に対し、LP ―CVD
法を用い、表面（図４中では上面）と裏面（図４中では
下面）にそれぞれ、膜厚２μmのマスク母材用のSi₃ N₄
膜４０２とエッチング窓用のSi₃ N₄膜４０３を成膜す
る。その後、水晶振動子による膜厚モニターにより制御
を行いながら、微小開口パターンを形成するための金属
膜として、蒸着法により表面のSi₃ N₄膜４０２上にAl薄
膜４０４を膜厚が５５.３nm となるように成膜する。
次に、図４bに示すように、表面に電子線用のレジスト
４０５を塗布し、電子線ビーム４０６で１０nm幅の描画
パターン４０７を形成し、図４cに示すように、現像を
行った後、CCl₄でドライエッチングを行い、Al薄膜３０
４に微小開口パターン４０８を形成する。

【００６７】続いて、図４cに示すように、裏面のSi₃ N
₄膜４０３にエッチング用の窓４０９を形成し、図４dに
示すように、Si基板４０１に対し、KOHを用いて裏面か
ら異方性エッチングを行い、薄膜状のマスク４１０を形
成する。

【００６８】最後に、図４eに示すように、マスク支持
部材４１１に接着し、エバネッセント光露光マスクとす
る。

【００６９】本実施例では、Al薄膜４０４に対する微小
開口パターン４０８形成工程に、電子線による加工法を
用いた例を示したが、電子線加工以外にも集束イオンビ
ーム加工法、X線リソグラフィ法、走査型プローブ顕微
鏡（SPM）加工法を用いてもよい。中でも走査型トンネ
ル顕微鏡（STM）や原子間力顕微鏡（AFM）、近接場光学
顕微鏡（SNOM）に代表されるSPM技術を応用した加工法
を用いて微小開口パターン形成を行えば、１０nm以下の
極微小開口パターン形成が可能であるため、これも本発
明に極めて適した加工法である。

【００７０】本実施例では、マスク母材を薄膜化し、弾
性変形させることにより、レジスト面形状に対して倣わ
せ、マスク全面をレジスト面に密着させる例を示した。
本発明の概念はこれに限定されるものではなく、薄膜化
せず、剛性の高いマスク母材の場合も適用される。しか
しながら、この場合はマスク面とレジスト面との全面密
着性が悪化してしまう。

【００７１】また、レジスト／基板に密着する側の金属
薄膜１０２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、結果として露光ムラを生じてしま
う。このため、金属薄膜１０２表面の凹凸の大きさは、
少なくとも１００nm以下、望ましくは１０nm以下という
極めて平坦なものである必要がある。

【００７２】ここで、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く、レジストに対して行う所望の
パターン露光幅とする。具体的には、１〜１００nmの範
囲から選択することが好ましい。微小開口パターンが１
００nm以上の場合は、本発明の目的とするエバネッセン
ト光ばかりでなく、強度的により大きな直接光がマスク
を透過してしまうことになり好ましくない。また、１nm
以下の場合は、露光が不可能ではないが、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あまり実用的でない。

【００７３】なお、微小開口パターンの幅は１００nm以
下である必要があるが、長手方向の長さに関しては制限
はなく、自由なパターンを選択することができる。例え
ば、図１aに示したようなカギ型パターンでもよいし、
（図示しないが、）S字パターンでもよい。

【００７４】本発明のエバネッセント光露光装置に適用
する被加工用の基板２０６として、Si, GaAs, InP 等の
半導体基板や、ガラス、石英、BN等絶縁性基板、それら
の基板上に金属や酸化物、窒化物等を成膜したもの等広
く用いることができる。

【００７５】ただし、本発明のエバネッセント光露光装
置では、エバネッセント光露光用マスク２０１と、レジ
スト２０７／基板２０６との露光領域全域にわたって、
少なくとも１００nm以下、望ましくは１０nm以下の間隔
になるよう密着させることが重要である。したがって、
基板としては、なるべく平坦なものを選択する必要があ
る。

【００７６】同様に、本発明で用いるレジスト２０７も
表面の凹凸が小さく平坦である必要がある。また、エバ
ネッセント光露光マスク２０１から滲み出た光は、マス
クから距離が遠ざかるにつれて指数関数的に減衰するた
め、レジスト２０７に対して１００nm以上の深いところ
まで露光しにくいこと、及び、散乱されるようにレジス
ト中に広がり、露光パターン幅を広げることになること
を考慮すると、レジスト２０７の厚さは、少なくとも１
００nm以下で、さらにできるだけ薄い必要がある。

【００７７】以上から、レジスト材料・コーティング方
法として、少なくとも１００nm以下、望ましくは１０nm
以下の膜厚であって、かつ、レジスト表面の凹凸の大き
さが少なくとも１００nm以下、望ましくは１０nm以下と
いう極めて平坦なものであるような材料・コーティング
方法を用いる必要がある。

【００７８】このような条件を満たすものとして、レジ
スト材料をなるべく粘性が低くなるように溶媒に溶か
し、スピンコートで極めて薄くかつ均一厚さになるよう
コーティングしてもよい。

【００７９】また、他のレジスト材料コーティング方法
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、基板上にすくいとることにより、基板上に単分
子膜の累積膜を形成するLB (Langmuir Blodgett)法を用
いてもよい。

【００８０】また、溶液中や気相中で、基板に対して、
一分子層だけ物理吸着あるいは化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（Self Assemble Monolyer)形成法を用いても
よい。

【００８１】これらのコーティング方法のうち、後者の
LB法やSAM形成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よ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露光装置に極めて適した
レジスト材料のコーティング方法である。

【００８２】エバネッセント光露光においては、露光領
域全面にわたりエバネッセント光露光用マスク２０１
と、レジスト２０７／基板２０６との間隔が１００nm以
下でしかもばらつきがなく一定に保たれている必要があ
る。

【００８３】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
に凹凸を有するパターンが形成され、基板表面に１００
nm以上の凹凸があるものは好ましくない。

【００８４】したがって、エバネッセント光露光には、
他のプロセスをあまり経ていない、プロセスの初期の段
階のできるだけ平坦な基板が望ましい。したがって、エ
バネッセント光露光プロセスと他のリソグラフィープロ
セスを組み合わせる場合も、エバネッセント光露光プロ
セスをできるだけ、初めに行うようにするのが望まし
い。

【００８５】また、図３において、エバネッセント光露
光用マスク上の微小開口パターン３０５から滲み出すエ
バネッセント光３０６の強度は、微小開口パターン３０
５の大きさによって異なるので、微小開口の大きさがま
ちまちであると、レジスト３０８に対する露光の程度に
ばらつきが生じてしまい、均一なパターン形成が難しく
なる。そこで、これを避けるために、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露光マス
ク上の微小開口パターンの幅を揃える必要がある。

【００８６】以上の説明では、基板全面に対応するエバ
ネッセント光露光マスクを用い、基板全面に一括でエバ
ネッセント光露光を行う装置について説明を行った。本
発明の概念はこれに限定されるものでなく、基板より小
さなエバネッセント光露光マスクを用い、基板の一部分
に対するエバネッセント光露光を行うことを基板上の露
光位置を変えて繰り返し行うステップ・アンド・リピー
ト方式の装置としてもよい。

【００８７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
微小開口パターンを形成したエバネッセント光露光マス
クをレジスト／基板面に密着させて、微小開口パターン
から滲み出したエバネッセント光でレジスト面に露光を
行う露光装置に用いるエバネッセント光露光マスクにお
いて、入射光に対する直接透過光の強度が１／３〜１／
３０になる程度に金属薄膜の膜厚を薄いものとし、か
つ、直接透過光の光量ではレジストに対する露光が行わ
れず、微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光
の光量ではレジストに対する露光が行われるような光量
値の入射光を照射することにより、微小開口パターンの
開口幅の小さい場合の露光時間が短縮し、スループット
を向上させることができた。また、エバネッセント光露
光マスク作製の歩留まりを向上させることができた。

【００８８】本発明によれば、微小開口パターンから滲
み出るエバネッセント光を用いた露光方式において、露
光マスクに使用される光の波長と金属薄膜の厚みとの最
適な条件を持つ露光マスクと、その露光マスクを使用し
最適な露光時間を有する露光装置を提供することのでき
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエバネッセント光露光マスクの構成図
である。

【図２】エバネッセント光露光用マスクを用いた露光装
置の構成を表す図である。

【図３】本発明のエバネッセント光による露光原理の説
明図である。

【図４】エバネッセント光露光マスク作製方法の詳細説
明図である。

【符号の説明】

１０１ マスク母材 １０２ 金属薄膜 １０３ 微小開口パターン １０４ 基板 ２１０ エバネッセント光露光マスク ２０２ マスク母材 ２０３ 金属薄膜 ２０４ 微小開口パターン ２０５ 圧力調整容器 ２０６ 基板 ２０７ レジスト ２０８ ステージ ２０９ 露光光源 ２１０ 露光光 ２１１ コリメーターレンズ ２１２ ガラス窓 ２１３ 圧力調整手段 ３０１ エバネッセント光露光マスク ３０２ マスク母材 ３０３ 入射光 ３０４ 金属薄膜 ３０５ 微小開口パターン ３０６ エバネッセント光 ３０７ 基板 ３０８ レジスト ３０９ 直接透過光 ４０１ Si基板 ４０２ Si₃ N₄膜 ４０３ Si₃ N₄膜 ４０４ Al薄膜 ４０５ 電子線レジスト ４０６ 電子線ビーム ４０７ 描画パターン ４０８ 微小開口パターン ４０９ エッチング用の窓 ４１０ 薄膜状のマスク ４１１ マスク支持部材

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 おもて面に幅が１００nm以下の開口から
   なる微小開口パターンが形成された金属薄膜を有するマ
   スクのおもて面を被露光物に対向して配置し、露光光源
   から露光用の光を該マスク裏面に照射し、該微小開口パ
   ターンから滲み出るエバネッセント光により、該被露光
   物の該微小開口パターンの転写を行うためのエバネッセ
   ント光露光マスクであって、 lnを 自然対数、λを露光用の光の波長、kを薄膜を形成
   する金属の消衰係数、 Aを３＜A＜３０なる整数とし、
   該金属薄膜の膜厚をＬとする時、 Ｌ＝ln A・λ／２πk を満たすエバネッセント光露光マスク。
2. 【請求項２】 おもて面に幅が１００nm以下の開口から
   なる微小開口パターンが形成された金属薄膜を有するマ
   スクのおもて面を被露光物に対向して配置し、露光光源
   から露光用の光を該マスク裏面に所定の時間照射し、該
   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、該被露光物の該微小開口パターンの転写を行うため
   のエバネッセント光露光装置であって、 lnを 自然対数、λを露光用の光の波長、kを薄膜を形成
   する金属の消衰係数、 Aを３＜A＜３０なる整数とし、
   該金属薄膜の膜厚をＬとする時、 Ｌ＝ln A・λ／２πk を満たし、 Е_thを該被露光物の露光感度とし、該露光用の光のパワ
   ーをP、露光時間をtとする時、 Ｐ・ｔ＜Е_th・A を満たすエバネッセント光露光装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のエバネッセント光露光
   用マスクを用いて該マスク上のパターンを転写した基板
   を加工処理することによりデバイスを製造することを特
   徴とするデバイスの製造方法。
4. 【請求項４】 請求項２に記載のエバネッセント光露光
   装置を用いてパターンを転写した基板を加工処理するこ
   とによりデバイスを製造することを特徴とするデバイス
   の製造方法。