JP2000321756A - エバネッセント光露光用マスク、エバネッセント光露光装置、デバイスの製造方法および前記エバネッセント光露光用マスクの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄膜の残留応力による撓み、反り、歪を低減
させる。 【解決手段】 Ｓｉ基板１０５にＳｉＯ₂薄膜１０４を
介して支持されたマスク母材１０１は、単結晶シリコン
の薄膜からなる。マスク母材１０１のおもて面側には、
幅が１００ｎｍ以下の微小開口パターン１０３が形成さ
れた金属薄膜１０２が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は基板等の微細加工に
用いられる露光用マスク及び露光装置に関し、特に、露
光用の光としてエバネッセント光を用いる露光用マスク
及び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、Ｓ
ＮＯＭともいう）の構成を用いた微細加工装置（露光装
置）が提案されている。この種の微細加工装置では、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、レジストに対して光波長限界
を越える局所的な露光を行うことにより微細加工を行う
ことができる。

【０００５】しかしながら、これらのＳＮＯＭ構成の露
光装置では、いずれも１本または複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、スループットがそれほど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
という提案がなされている（特開平８―１７９４９３号
公報）。

【０００７】一方、ＳＯＩ（silicon on insulator）
が、素子の高速化や低消費電力化が必須である次世代半
導体デバイス形成用のＳｉウェハとして期待されてい
る。

【０００８】中でも、特開平５―０２１３３８号公報、
及び「Epitaxial layer transfer by bond and etch ba
ck porous Si」（T.Yonehara et. al., Appl. Phys. Le
tt.vol. 64, 2108 (1994)）に開示された形成法で作製
されたＳＯＩは、５０ｎｍという極薄膜から数μｍまで
膜厚ムラが極めて少なく、活性層も埋め込み層も独立し
て自由な厚さに制御可能であるため、多種類のデバイス
に対応可能である。しかも、エピタキシャル成長を用い
ているため結晶に起因する粒子や欠陥が極めて少ないと
いう特徴を有し、次世代半導体デバイス作製用Ｓｉ基板
の有力候補となっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】特開平８―１７９４９
３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
とは困難である。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１
００ｎｍ以下に設定することが困難である。

【００１０】上記のように所望の面精度が得られず、ま
た、傾きが生じた状態で、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つぶされてしまっ
たりするという問題点があった。

【００１１】そこで、マスクを弾性体で構成し、レジス
ト面の形状に倣うようにマスクを弾性変形させながらマ
スク全面をレジスト面に密着させる方法が考えられる。
この際、レジスト面に設けられたより細かい構造にま
で、さらにはレジスト面の細かい凹凸やうねりに倣わせ
てマスク面を密着させるためにはマスクの厚さをできる
だけ薄くすることが望ましい。

【００１２】薄いマスクを製造するためには、基板上に
形成した薄膜の上にマスクパターンを形成した後、周囲
を除いて基板を除去し、マスクパターンが形成された領
域を薄膜だけで構成する方法が考えられる。この薄膜の
形成方法として、真空蒸着法やスパッタリング法、CVD
法を用いた場合、薄膜の撓み、反り、歪の原因となる薄
膜内の残留応力をマスク全面にわたって精密に制御する
必要や、膜厚をマスク全面にわたって精密に制御する必
要があり、これらがマスク作製の歩留まりを低下させる
一要因となっていた。

【００１３】本発明の第１の目的は、薄膜の残留応力に
よる撓み、反り、歪を低減させることによって、マスク
作製の歩留まりを向上させるエバネッセント光露光用マ
スクを提供することである。

【００１４】本発明の第２の目的は、露光時に被露光物
の表面の凹凸やうねりに倣って密着できるように、完成
変形し易くかつ十分な機械的強度を有するエバネッセン
ト光露光用マスクを提供することである。

【００１５】本発明の第３の目的は、エバネッセント光
露光用マスクを被露光物の表面に対して良好に密着さ
せ、微細なパターンをより正確に露光することができる
エバネッセント光露光装置を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段及び作用】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、
エバネッセント光を利用してパターンを被露光物に露光
する際に前記被露光物に対向配置されるエバネッセント
光露光用マスクであって、単結晶シリコンの薄膜からな
るマスク母材と、前記マスク母材の前記被露光物との対
向面に設けられ、前記被露光物に転写すべきパターンと
して幅が１００ｎｍ以下の微小開口パターンが形成され
た金属薄膜とを有することを特徴とする。

【００１７】このように、マスク母材を単結晶シリコン
の薄膜で構成することにより、マスク母材の薄膜自立構
造を形成した際に、残留応力による薄膜の撓み、反り、
歪みが極めて低減する。また、シリコンを材料とするこ
とにより、半導体デバイス作製技術やマイクロメカニク
ス作製技術で開発された多くのプロセス材料や装置を用
いることが可能となる。

【００１８】特また、マスク母材の厚さは０．１〜１μ
ｍであることが好ましく、またその光透過率は１０％以
上であることが好ましい。さらに、金属薄膜の厚さは１
０〜１００ｎｍであることが好ましい。

【００１９】本発明のエバネッセント光露光装置は、上
記本発明のエバネッセント光露光用マスクのうちマスク
母材の厚さが０．１〜１μｍであるエバネッセント光露
光用マスクを保持するマスク保持手段と、前記エバネッ
セント光露光用マスクの金属薄膜との間隔が１００ｎｍ
以下となるように、被露光物を前記エバネッセント光露
光用マスクの前記金属薄膜と対面させて保持する被露光
物保持手段と、前記エバネッセント光露光用マスクのマ
スク母材側から露光用の光を照射する光源とを有するこ
とを特徴とする。

【００２０】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及び被露光物をそれぞれ
マスク保持手段及び被露光物保持手段に保持させた状態
で光源からエバネッセント光露光用マスクに露光用の光
を照射することにより、エバネッセント光露光用マスク
の金属薄膜に形成された微小開口パターンからエバネッ
セント光が発生し、このエバネッセント光で被露光物の
露光が行われる。この際、エバネッセント光露光用マス
クと被露光物とは１００ｎｍ以下の間隔で対面してお
り、両者は実質的に密着した状態となっているが、エバ
ネッセント光露光用マスクのマスク母材は、単結晶シリ
コンからなる厚さが０．１〜１μｍの薄膜であるので、
十分な機械的強度を有する上に、弾性変形しやすく、被
露光物の表面のより細かな大きさの凹凸やうねりに対し
てまで倣うようになる。

【００２１】また、本発明はデバイスの製造方法を提供
するものであり、本発明のデバイスの製造方法は、上記
本発明のエバネッセント光露光装置を用いてパターン転
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
るものである。

【００２２】さらに本発明は、エバネッセント光露光用
マスクの製造方法を提供する。本発明のエバネッセント
光露光用マスクは、エバネッセント光を利用してパター
ンを被露光物に露光する際に前記被露光物に対向配置さ
れるエバネッセント光露光用マスクの製造方法であっ
て、基材の上に酸化シリコン層を形成し、かつ、該酸化
シリコン層の上に単結晶シリコン層を形成する工程と、
前記単結晶シリコン層上に微小開口パターンを形成する
工程と、前記単結晶シリコン層の光照射部に相当する部
位の前記基材、および前記酸化シリコン層を除去する工
程とを有することを特徴とする。

【００２３】本発明のエバネッセント光露光用マスクの
製造方法においては、前記単結晶シリコン層の最終的膜
厚を、照射されるべき光の波長に応じて選択するもので
あってもよい。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。

【００２５】図１は、本発明の一実施形態である、エバ
ネッセント光露光装置の概略構成図である。本実施形態
の露光装置は、レーザー光１１を発する光源１０と、光
源１０から発せられたレーザー光１１を平行光とするコ
リメーターレンズ２０と、後述するエバネッセント光露
光マスク１００が取り付けられて、コリメーターレンズ
２０で平行光とされたレーザー光１１が通過する圧力調
整容器３０と、圧力調整容器３０のレーザー光１１の出
射側に配置され、被露光物である基板１５１が載置され
るステージとを有する。

【００２６】圧力調整容器３０は、レーザー光１１の入
射側面がガラス窓３１で覆われるとともに、出射側面は
開口面となっており、この開口面がエバネッセント光露
光マスク１００で覆われることにより内部が密閉され
る。また、圧力調整容器３０は、圧力調整容器３０の内
部の圧力を調整するために、ポンプ等の圧力調整手段３
２を備えている。圧力調整容器３０へのエバネッセント
光露光マスク１００の取り付けは、エバネッセント光露
光マスク１００に接着されたマスク支持部材２１０を介
してなされる。

【００２７】ステージ４０は、不図示の駆動手段によ
り、圧力調整容器３０に取り付けられたエバネッセント
光露光マスク１００のマスク面と平行な面内方向及びマ
スク面の法線方向に移動可能であり、エバネッセント光
露光マスク１００に対する基板１５１の位置決めを行
う。なお、基板１５１の上面にはレジスト１５２が塗布
されている。

【００２８】エバネッセント光露光マスク１００につい
て、図２を参照して説明する。図２は、図１に示す露光
装置に用いられるエバネッセント光露光マスクの図であ
り、（ａ）はおもて面側から見た平面図、（ｂ）は断面
図である。なお、本発明においてマスクの「おもて面」
とは、金属薄膜が設けられた面をいい、「裏面」とは、
その反対側の面をいう。

【００２９】図２に示すように、エバネッセント光露光
マスク１００は、基本的には、単結晶Ｓｉからなるマス
ク母材１０１と、マスク母材１０１のマスクおもて面側
に設けられた金属薄膜１０２とから構成される。金属薄
膜１０２には、基板１５１（図１参照）に転写すべきパ
ターンである微小開口パターン１０３が形成されてい
る。この微小開口パターン１０３の線幅は、レーザー光
１１の波長に比べて小さく、１００ｎｍ以下である。

【００３０】マスク母材１０１のマスク裏面側にはＳｉ
基板１０５が設けられている。Ｓｉ基板１０５は、マス
ク母材１０１を支持するもので、少なくとも微小開口パ
ターン１０３が形成された領域に開口部１０７を有す
る。なお、図２（ｂ）において、Ｓｉ基板１０５の両面
にＳｉＯ₂薄膜１０４及びＳｉ₃Ｎ₄薄膜１０６が形成さ
れているが、これらは本実施形態のエバネッセント光露
光マスク１０１を作製するのに必要なものであり、これ
らについては後述する。

【００３１】エバネッセント光露光マスク１００は、図
１に示すように、マスクおもて面すなわち金属薄膜１０
２が設けられた面をステージ４０と対向させて圧力調整
容器３０に取り付けられる。

【００３２】次に、本実施形態の露光装置による露光手
順について説明する。

【００３３】まず、レジスト１５２が塗布された基板１
５１をステージ４０上に固定し、ステージ４０を駆動す
ることにより、エバネッセント光露光用マスク１００の
マスク面内方向で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４０を駆動し、エバネッセント
光露光用マスク１００のおもて面と基板１５１の上面と
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。

【００３４】この後、光源１０からレーザー光１１を出
射させると、レーザー光１１はコリメーターレンズ２０
で平行光とされた後、ガラス窓３１を通過して圧力調整
容器３０内に導入される。圧力調整容器３０内に導入さ
れたレーザー光１１は、エバネッセント光露光マスク１
００のマスク母材１０１に照射され、金属薄膜１０２の
微小開口パターン１０３から、エバネッセント光となっ
て滲み出す。そして、この微小開口パターン１０３から
滲み出たエバネッセント光によって、基板１５１の上面
に塗布されたレジスト１５２に対する露光が行われる。

【００３５】ここで、図３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。

【００３６】図３において、エバネッセント光露光用マ
スク１００のマスク母材１０１に入射したレーザー光１
１は、金属薄膜１０２に形成された微小開口パターン１
０３に照射される。

【００３７】通常、光は波長より小さい大きさの開口を
殆ど透過しないが、開口の近傍にはエバネッセント光と
呼ばれる光が僅かに滲み出している。つまり、微小開口
パターン１０３からは、エバネッセント光１２が滲み出
している。この光は、開口から約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。

【００３８】そこで、このエバネッセント光１２が滲み
出している微小開口パターン１０３に対して、レジスト
１５２を１００ｎｍ以下の距離にまで近づけると、エバ
ネッセント光１２がレジスト１５２中で散乱されて伝搬
光に変換され、レジスト１５２を露光する。

【００３９】ここで、レジスト１５２の厚さが十分に薄
ければ、エバネッセント光１２はレジスト１５２中で散
乱しても面内（横）方向にあまり広がることなはく、レ
ーザー光１１の波長よりも線幅が小さい微小開口パター
ン１０３に応じた微小パターンを、より正確にレジスト
１５２に露光・転写することができる。

【００４０】このようにエバネッセント光１２による露
光を行った後は、通常のプロセスを用いて基板１５１の
加工を行う。例えば、レジスト１５２を現像した後、エ
ッチングを行うことにより、基板１５１に対して上述の
微小開口パターン１０３に応じた微小パターンを転写形
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作製される。この種のデバ
イスの製造方法の詳細はよく知られているので、その説
明は省略する。

【００４１】次に、エバネッセント光露光用マスク１０
０と被露光物１５０との密着方法の詳細について図１を
用いて説明する。

【００４２】エバネッセント光露光用マスク１００のお
もて面と基板１５１上のレジスト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、両者には凹凸やうね
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。

【００４３】そこで、エバネッセント光露光用マスク１
００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用マスク１００のマ
スク母材１０１に弾性変形による撓みを生じさせ、金属
薄膜１０２をレジスト１５２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ができる。

【００４４】このような圧力を印加する方法の一例とし
て、圧力調整手段３２としてポンプを用い、このポンプ
によって圧力調整容器３０内に高圧ガスを導入し、圧力
調整容器３０の内圧が外気圧よりも高い圧力になるよう
にする方法が挙げられる。

【００４５】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１０
０のおもて面と基板１５１上のレジスト面との間に作用
する斥力が均一になり、これらの面が全面にわたって均
一な圧力で密着する。このため、エバネッセント光露光
用マスク１００や基板１５１上のレジスト面に対し局所
的に大きな力が加わったりすることがなく、エバネッセ
ント光露光用マスク１００や基板１５１、レジスト１５
２が局所的に破壊されたりすることはなくなる。

【００４６】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用マスク１
００と基板１５１のレジスト面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面の凹凸やうねりがやや大
きいときには、その凹凸やうねりの大きさに応じて圧力
調整容器３０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
面との間の間隔のばらつきをなくすようにすることがで
きる。

【００４７】以上は、圧力調整容器３０内に高圧ガスを
導入することにより圧力調整容器３０内の圧力を調整す
る方法を示したが、これに限らず、圧力調整容器３０の
内部をレーザー光１１に対して透明な液体で満たすとと
もに、圧力調整手段３２としてシリンダーを用い、この
シリンダーによって、圧力調整容器３０内の液体の量を
調整することで、圧力調整容器３０の内圧を外気圧より
も高くしてもよい。

【００４８】また、本実施形態では、エバネッセント光
露光マスク１００を、圧力調整容器３０のレーザー光１
１出射側端において、おもて面を圧力調整容器３０の外
側に配置した例を示したが、これとは逆に、圧力調整容
器３０をレーザー光１１の出射側端に配置しておもて面
が圧力調整容器３０の内側になる形態にしてエバネッセ
ント光露光マスク１００を配置することもできる。この
場合、圧力調整容器３０はエバネッセント光露光マスク
１００を取り付けるための開口を除いて密閉した容器で
あり、基板１５１は圧力調整容器３０の内部に配置され
る。

【００４９】このような構成の場合には、圧力調整容器
３０内の圧力を外気圧よりも低くして、この圧力差によ
りマスク母材１０１を圧力調整容器３０の内側へ弾性変
形させることにより、エバネッセント光露光マスク１０
０を基板１５１のレジスト面に密着させる。いずれにし
ても、エバネッセント光露光マスク１００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。

【００５０】さて、エバネッセント光露光終了後の、エ
バネッセント光露光用マスク１００と基板１５１との剥
離に関しては以下のように行う。

【００５１】圧力調整手段３０を用いて、圧力調整容器
３０内の圧力を外気圧より小さくし、基板１５１上のレ
ジスト１５２からエバネッセント光露光用マスク１００
の金属薄膜１０２を剥離させる。

【００５２】このような方法で圧力調整容器３０内の圧
力を減圧し、基板１５１とエバネッセント光露光用マス
ク１００とを剥離する場合、パスカルの原理により、エ
バネッセント光露光用マスク１００のおもて面と基板１
５１上のレジスト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用マスク１００や
基板１５１上のレジスト面に対し、局所的に大きな力が
加わったりすることがなく、エバネッセント光露光マス
ク１００や基板１５１、レジスト１５２が剥離時に局所
的に破壊されたりすることもなくなる。

【００５３】このとき、圧力調整容器３０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１００
と基板１５１のレジスト面との間に働く引力、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面との間の吸着力が大きいとき
には、その吸着力の大きさに応じて圧力調整容器３０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。

【００５４】なお、前述したように、エバネッセント光
露光マスク１００を、そのおもて面を圧力調整容器３０
の内側にしてレーザー光１１の入射側に配置した場合に
は、圧力長容器３０内の圧力を外気圧よりも高い圧力に
すればよい。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１００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。

【００５５】次に、エバネッセント光露光マスク１００
について図２を参照して詳細に説明する。

【００５６】エバネッセント光露光用マスク１００は、
０．１〜１μｍの膜厚の単結晶Ｓｉからなる薄膜である
マスク母材１０１上に１０〜１００ｎｍの膜厚の金属薄
膜１０２を設け、この金属薄膜１０２に１００ｎｍ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、ＳｉＯ₂薄膜１０４を介してＳｉ
基板１０５に支持されている。

【００５７】マスク母材１０１の厚さが薄ければ、より
弾性変形しやすくなり、基板１５１のレジスト面のより
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・露光を行った後、剥離させる
場合に基板１５１との間に作用する吸着力で破壊してし
まったりするおそれがある。以上の機械的特性の観点か
らは、マスク母材１０１の厚さとしては、０．１〜１μ
ｍの範囲にあることが望ましい。

【００５８】一方、露光波長における単結晶マスク母材
１０１の光吸収係数が大きい場合、マスク母材１０１が
厚過ぎるとマスク母材１０１中を透過する際に光が吸収
されてしまい、露光に必要な光強度が得られなくなる。
また、光吸収によるマスク母材１０１の熱膨張のため生
じる微小開口パターン１０３の面内方向の歪みも問題と
なる。これらを考慮すると、マスク母材１０１の光透過
率は１０％以上であることが望ましい。

【００５９】したがって、マスク母材１０１の厚さが上
述の機械的特性条件である０．１〜１μｍの範囲を満た
し、かつマスク母材１０１の光透過率が１０％以上とな
るようにするためには、露光波長の選択も重要である。

【００６０】光波長が３００〜５００ｎｍにおけるＳｉ
薄膜（マスク母材１０１）の光透過率の変化を図４に示
す。また、図４に示された関係から得られた、マスク母
材１０１の種々の膜厚での光透過率が１０％（＝０．
１）以上となるための光波長の条件を、表１に示す。

【００６１】

【表１】 以上より、露光波長が３７５ｎｍに近い場合には、マス
ク母材１０１の膜厚は０．１μｍ程度まで薄くする必要
があることがわかる。また、露光波長が３９５ｎｍに近
い場合には、マスク母材１０１の膜厚を０．１〜０．２
μｍの範囲で選択すればよく、以下同様に、露光波長に
応じてマスク母材１０１の膜厚を選択すればよい。な
お、マスク母材１０２の膜厚が決まっている場合には、
その膜厚に応じて、マスク母材１０１の光透過率が１０
％以上となるような露光波長を選択してもよい。

【００６２】次に、エバネッセント光露光用マスク１０
０の作製方法について、図５及び図６を参照して説明す
る。

【００６３】出発材料として、図５（ａ）に示すよう
な、両面研磨されたＳＯＩ（siliconon insulator）ウ
ェハ２０１を用いる。このＳＯＩウェハ２０１は、面方
位（１００）を有する単結晶のＳｉ基板１０５（厚さ３
００μm ）上に厚さ１００ｎｍのＳｉＯ₂薄膜４０３が
形成され、さらにその上に、マスク母材１０１となる厚
さ１００ｎｍの単結晶Ｓｉ薄膜が形成されているもので
ある。

【００６４】まず、図５（ｂ）に示すように、このＳＯ
Ｉウェハ２０１の両面にＬＰ―ＣＶＤ法を用いて、厚さ
１μｍ のＳｉ₃Ｎ₄薄膜１０６，１０６’を形成する。

【００６５】次に、通常のフォトリソグラフィを用い
て、図５（ｃ）に示すように、マスク母材１０１上に形
成されたＳｉ₃Ｎ₄薄膜１０６’を全面除去する。一方、
Ｓｉ基板１０５側に対しては、外周部を残してＳｉ₃Ｎ₄
薄膜１０６を除去し、ウェハ裏面からＳｉ基板１０５に
対するエッチングを行うためのエッチング窓２０２を形
成する。

【００６６】次に、図５（ｄ）に示すように、マスク母
材１０１上に、微小開口パターンを形成するための金属
薄膜１０２として、スパッタ法を用いて厚さ３０ｎｍの
Ｃｒ薄膜を形成する。

【００６７】次に、図５（ｅ）に示すように、金属薄膜
１０２上に、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）やノ
ボラック樹脂等の電子線露光用レジスト２０３を３０ｎ
ｍの厚さで塗布し、この電子線レジスト２０３に電子線
２０４を用いて３０ｎｍ幅の描画パターン潜像２０５を
所望のパターンで形成する。そして、これを現像した
後、ＣＣｌ₄を用いてドライエッチングを行い、図６
（ｆ）に示すように、金属薄膜１０２に微小開口パター
ン１０３を形成する。

【００６８】次に、図６（ｇ）に示すように、微小開口
パターン１０３を形成した金属薄膜１０２上にスピナー
を用いて厚さ１μｍのポリイミド保護膜２０６を形成
し、その後、加熱したＫＯＨ水溶液中に浸潤することに
よって、図６（ｈ）に示すように、エッチング窓２０２
からＳｉ基板１０５裏面の異方性エッチングを行う。こ
のとき、ＳｉＯ₂薄膜１０４がエッチングストップ層と
して機能し、ＳｉＯ₂薄膜１０４が露出する。

【００６９】最後に、図６（ｉ）に示すように、緩衝Ｈ
Ｆ溶液を用いて、ＳｉＯ₂薄膜１０４の露出した部分を
除去して開口部１０７を形成し、その後、酸素プラズマ
エッチング法を用いてポリイミド保護膜２０６を除去
し、図６（ｊ）に示すように、エバネッセント光露光マ
スク１００を形成する。

【００７０】そして、図６（ｋ）に示すように、このエ
バネッセント光露光マスク１００にマスク支持部材２１
０を接着すれば、図１に示したように、エバネッセント
光露光マスク１００を露光装置の圧力調整容器３０（図
１参照）に取り付けることが可能となる。

【００７１】以上述べたように、本実施形態では、エバ
ネッセント光露光マスク１００を形成するための出発基
板として、ＳＯＩウェハ２０１を用い、このＳＯＩウェ
ハ２０１の単結晶Ｓｉ薄膜をマスク母材１０１として用
いた例を示した。単結晶Ｓｉ薄膜は、酸化によるＳｉＯ
₂薄膜形成法等、他の薄膜形成法に比較して残留応力が
ないため、このようにＳＯＩウェハ２０１のＳｉ薄膜を
マスク母材１０１として利用することで、薄膜の自立構
造を形成した際に、残留応力による自立薄膜の撓み、そ
り、歪みを極めて低減させることが可能である。

【００７２】また、Ｓｉを材料とすれば、半導体電子デ
バイス作製技術やマイクロメカニクス作製技術で開発さ
れた多くのプロセス材料や装置を用いることが可能であ
るため、エバネッセント光露光マスク１００を量産する
上で、新たな材料開発や設備も必要なくなる。その結
果、エバネッセント光露光マスク１００の製造コストの
低減も容易である。

【００７３】さらに、本実施形態では、金属薄膜１０２
への微小開口パターン１０３の形成に電子線ビーム２０
４による加工法を用いた例を示したが、電子線加工法以
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１０３を形成すれば、１０ｎｍ以下の極微小
開口パターン１０３を形成可能であるため、これも本発
明に極めて適した加工法である。

【００７４】ところで、微小開口パターン１０３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
には、微小開口の（マスク面法線方向の）長さを小さく
する必要があり、そのためには、金属薄膜１０２の膜厚
はなるべく薄いことが望ましい。しかし、金属薄膜１０
２が薄すぎると、場合によっては金属薄膜１０２が連続
膜にならず、微小開口以外のところからも光が漏れてし
まう。したがって、金属薄膜１０２の膜厚としては、１
０〜１００ｎｍの範囲内にあることが望ましい。

【００７５】また、金属薄膜１０２の表面が平坦でない
と、エバネッセント光露光マスク１００と基板１５１と
の密着が良好に行えず、結果として露光ムラを生じてし
まう場合がある。このため、金属薄膜１０２の表面の凹
凸の大きさは１００ｎｍ以下であることが望ましく、さ
らには１０ｎｍ以下であることがより望ましい。

【００７６】ここで、上述したように、微小開口パター
ン１０３の幅は露光に用いる光の波長より小さく、レジ
スト１５２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１０３の幅が１００ｎｍを
超える場合は、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未満
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。

【００７７】なお、エバネッセント光のみを透過させる
ためには、微小開口パターン１０３の幅が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２（ａ）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。

【００７８】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１５１としては、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。

【００７９】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１００と基板１
５１とを露光領域全域にわたって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。

【００８０】同様に、基板１５１上に設けられるレジス
ト１５２も、表面の凹凸が小さく平坦であることが重要
である。また、エバネッセント光露光用マスク１００か
ら滲み出たエバネッセント光は、エバネッセント光露光
マスク１００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１５２に対して１００ｎｍ以上
の深いところまでは露光しにくいこと、及び、レジスト
１５２中に散乱されるように広がり、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１５２の
厚さは１００ｎｍ以下で、さらにできるだけ薄いことが
望ましい。

【００８１】以上から、レジスト材料・コーティング方
法として、望ましくは１００ｎｍ以下、より望ましくは
１０ｎｍ以下の膜厚であって、かつ、レジスト表面の凹
凸の大きさが望ましくは１００ｎｍ以下、より望ましく
は１０ｎｍ以下という、極めて平坦なものを形成できる
方法が適している。

【００８２】このような条件を満たす方法として、普通
用いられるような光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する方法がある。

【００８３】また、他の光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 Blodget
t）法を用いてもよい。

【００８４】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 Assemmble Monolayer）形成法を用いても
よい。

【００８５】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
た光レジスト材料のコーティング方法である。

【００８６】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１００と
基板１５１との間隔が１００ｎｍ以下でしかもばらつき
なく一定に保たれていることが重要である。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、全てに凹凸を有するパター
ンが形成され、基板表面に１００ｎｍ以上の凹凸がある
ものは好ましくない。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。また、図３において、微小開口パターン１０３か
ら滲み出すエバネッセント光１２の強度は微小開口パタ
ーン１０３の幅によって異なるので、微小開口パターン
１０３の幅がまちまちであると、レジスト１５２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
ント光露光用マスク１００での微小開口パターン１０３
の幅を揃える必要がある。

【００８７】以上の説明では、基板全面に対応するエバ
ネッセント光露光用マスクを用い、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
も小さなエバネッセント光露光用マスクを用い、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。

【００８８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エ
バネッセント光露光用マスクはマスク母材が単結晶シリ
コンの薄膜で構成されるので、残留応力による薄膜の撓
み、反り、歪を低減させることができ、結果として、マ
スクの歩留まりを向上させることができる。特に、マス
ク母材の厚さを０．１〜１μｍとすることで、露光の際
の被露光物に対する密着のときの十分な機械的強度を有
する上、弾性変形も容易であるので、被露光物の表面に
凹凸やうねりがあっても、その形状に倣うことができ
る。

【００８９】また、本発明のエバネッセント光露光装置
は、上述した本発明のエバネッセント光露光用マスクを
用いてエバネッセント光露光を行うので、エバネッセン
ト光露光用マスクは被露光物に対して良好に密着し、微
細なパターンをより正確に露光することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である、エバネッセント光
露光装置の概略構成図である。

【図２】図１に示す露光装置に用いられるエバネッセン
ト光露光マスクの図であり、（ａ）はおもて面側から見
た平面図、（ｂ）は断面図である。

【図３】エバネッセント光による露光の原理を説明する
図である。

【図４】Ｓｉ薄膜の光透過率と光波長との関係を示すグ
ラフである。

【図５】図２に示すエバネッセント光露光マスクの作製
工程を説明する断面図である。

【図６】図２に示すエバネッセント光露光マスクの作製
工程を説明する断面図である。

【符号の説明】

１０ 光源 １１ レーザー光 １２ エバネッセント光 ２０ コリメーターレンズ ３０ 圧力調整容器 ３１ ガラス窓 ３２ 圧力調整手段 ４０ ステージ １００ エバネッセント光露光マスク １０１ マスク母材 １０２ 金属薄膜 １０３ 微小開口パターン １０４ ＳｉＯ₂薄膜 １０５ Ｓｉ基板 １０６ Ｓｉ₃Ｎ₄薄膜 １０７ 開口部 １５１ 基板 １５２ レジスト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山口 貴子 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 2H095 BA04 BA06 BB35 BB36 BC05 BC08 BC09 BC27 BC28 2H097 CA17 GA31 HB00 JA02 LA10 5F046 AA25 AA28 BA02 CB14 CB17 CB19 DA17

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エバネッセント光を利用してパターンを
   被露光物に露光する際に前記被露光物に対向配置される
   エバネッセント光露光用マスクであって、 単結晶シリコンの薄膜からなるマスク母材と、 前記マスク母材の前記被露光物との対向面に設けられ、
   前記被露光物に転写すべきパターンとして幅が１００ｎ
   ｍ以下の微小開口パターンが形成された金属薄膜とを有
   することを特徴とするエバネッセント光露光用マスク。
2. 【請求項２】 前記マスク母材の厚さは０．１〜１μｍ
   である、請求項１に記載のエバネッセント光露光用マス
   ク。
3. 【請求項３】 前記マスク母材の光透過率は１０％以上
   である、請求項１または２に記載のエバネッセント光露
   光用マスク。
4. 【請求項４】 前記金属薄膜の厚さは１０〜１００ｎｍ
   である、請求項１、２または３に記載のエバネッセント
   光露光用マスク。
5. 【請求項５】 請求項２に記載のエバネッセント光露光
   用マスクを保持するマスク保持手段と、 前記エバネッセント光露光用マスクの金属薄膜との間隔
   が１００ｎｍ以下となるように、被露光物を前記エバネ
   ッセント光露光用マスクの前記金属薄膜と対面させて保
   持する被露光物保持手段と、 前記エバネッセント光露光用マスクのマスク母材側から
   露光用の光を照射する光源とを有することを特徴とする
   エバネッセント光露光装置。
6. 【請求項６】 前記光源から照射される光の波長は、前
   記エバネッセント光露光用マスクのマスク母材の厚さに
   応じて、前記マスク母材の光透過率が１０％以上となる
   ように選択される、請求項５に記載のエバネッセント光
   露光装置。
7. 【請求項７】 前記マスク保持手段は、一端に開口を有
   し該開口にエバネッセント光露光用マスクを保持するこ
   とによって内部が密閉され、かつ、前記エバネッセント
   光露光用マスクを保持した状態で前記内部の圧力が調整
   可能な容器である、請求項５または６に記載のエバネッ
   セント光露光装置。
8. 【請求項８】 請求項５ないし７のいずれか１項に記載
   のエバネッセント光露光装置を用いてパターン転写した
   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。
9. 【請求項９】 エバネッセント光を利用してパターンを
   被露光物に露光する際に前記被露光物に対向配置される
   エバネッセント光露光用マスクの製造方法であって、 基材の上に酸化シリコン層を形成し、かつ、該酸化シリ
   コン層の上に単結晶シリコン層を形成する工程と、 前記単結晶シリコン層上に微小開口パターンを形成する
   工程と、 前記単結晶シリコン層の光照射部に相当する部位の前記
   基材、および前記酸化シリコン層を除去する工程とを有
   することを特徴とするエバネッセント光露光用マスクの
   製造方法。
10. 【請求項１０】 前記単結晶シリコン層の最終的膜厚
    を、照射されるべき光の波長に応じて選択する、請求項
    ９に記載のエバネッセント光露光用マスクの製造方法。