JP2001308002A - フォトマスクを用いたパターン作製方法、及びパターン作製装置 - Google Patents

フォトマスクを用いたパターン作製方法、及びパターン作製装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エバネッセント光と伝播光の両方を用いた露
光において、均一な大小パターン形成を実現する、パタ
ーン作製方法及び、パターン作製装置を提供する。 【解決手段】 フォトマスクを透過する光の主成分がエ
バネッセント光となる微小開口と伝播光となる開口を有
したフォトマスクを用いたパターン作製方法において、
フォトレジストを微小開口の幅以下の膜厚形成し、露光
用光をフォトマスクに入射させ、フォトレジストを露光
した後に現像を行い、被加工基板上にフォトレジストの
パターンを作製した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は微細加工方法におい
て、フォトマスクを用いたパターン作製方法、及びパタ
ーン作製装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、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なうためには、
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ＳＮＯ
Ｍ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、0.1μｍ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フォトレジストに対し、
光波長限界を越える局所的な露光を行なうものである。
【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なってい
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】これを解決する方法として、エバネッセン
ト光が遮光膜間から滲み出るようなパターンを有したフ
ォトマスクを、基板上のフォトレジストに密着させて露
光し、フォトマスク上の微細パターンを一度にフォトレ
ジストに転写する方法が提案されている（特開平11−14
5051号）。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、実際のリソグ
ラフィーで要求されるパターンは、様々な大きさのパタ
ーンが混在し、例えば露光波長よりも大きなパターンと
エバネッセント光の露光による小さなパターンが混在す
る場合が多い。
【０００８】そこで同一母材上に、エバネッセント光露
光用と伝播光露光用両方の大きさの開口が混在するマス
クを用いて露光を行なおうとすると、エバネッセント光
の強度が伝播光の強度に比べ非常に小さいため、フォト
レジストの感光レベルがパターンによってばらつき、均
一なパターンを形成することが困難となる。
【０００９】この現象について図９を用いて詳しく説明
する。図９（a）は、開口２１３，２１４が近接して混
在しているマスクである。ここでは、フォトレジストと
してはポジ型のものを用いているがネガ型を用いても同
様である。
【００１０】エバネッセント光が主な露光成分として透
過してくる開口２１３は、その幅、形、他のパターンとの
位置関係にもよるが入射光量に対して透過光量は桁違い
に小さくなる。
【００１１】上記マスクを用いて、開口２１３からのエ
バネッセント光の光量でフォトレジストが感光されるよ
うにマスクへの入射光量を制御して露光を行なうと、開
口２１４からの光量が大きすぎてしまい、図９（ｂ）に
示すように開口からの露光によるフォトレジストパター
ン２１７がマスクパターンよりも大きくなり、微小開口
からの露光によるフォトレジストパターンの一部を覆っ
てしまうこともある。
【００１２】一方、上記マスクを用いて、開口２１４か
らの伝播光の光量でフォトレジストが感光されるよう
に、マスクへの入射光量を調節して露光を行なうと、開
口２１３からのエバネッセント光の光量ではフォトレジ
ストへの感光量が足りなくなり、図９（ｃ）に示すよう
に、エバネッセント光によるフォトレジスト反応部が形
成されない。
【００１３】また同様にフォトレジストの膜厚を厚くし
た場合においても、図３（a）のようにエバネッセント
光によるフォトレジスト反応部２０６と、伝播光による
フォトレジスト反応部２０７のフォトレジスト２０３の
深さ方向、基板２０４上の面方向において反応状態にば
らつきができてしまう。その結果、図３（b）に示すよ
うに、露光後の現像によって伝播光によるフォトレジス
ト反応部２０７だけが形成される。また、伝播光による
フォトレジスト反応部２０７が基板２０４上で広がって
しまう。
【００１４】このような場合、微細パターン形成をエバ
ネッセント光による露光で行なった後、大きなパターン
形成を通常の伝播光による露光で行なうというように、
別々のプロセスに分けてパターンの作製を行なえばよい
が、マスク枚数、プロセス工程が多くなり高コストとなり
スループットも低下するという問題があった。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題に鑑
み、均一な大小パターンを作製可能なフォトマスクを用
いたパターン作製方法及び、パターン作製装置を提供す
ることを目的とする。
【００１６】上記目的は、透過光の主成分がエバネッセ
ント光となる微小開口と伝播光となる開口の混在するフ
ォトマスクを用いて行なう微細パターン作製方法におい
て前記微小開口以下の膜厚を有するフォトレジストを被
加工基板上に形成する工程と露光用光を入射させてフォ
トレジストを露光する工程とを有することにより達成さ
れる。
【００１７】また、透過光の主成分がエバネッセント光
となる微小開口と伝播光となる開口の混在するフォトマ
スクを用いて行なうパターン作製装置において前記微小
開口の幅以下の膜厚のフォトレジストが形成された被加
工基板を設置する試料台と、前記フォトマスクを設置す
るステージと露光用光を発生する露光用光源と、該被加
工基板と該フォトマスクとの距離制御手段とを備えるこ
とにより達成される。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の実
施形態について詳しく説明する。
【００１９】図１は、本発明のパターン作製装置を表す
図面である。同図において１０３は被加工基板を設置す
る試料台、１０２は露光用のマスクを設置するステー
ジ、１０１は露光用光を発生する露光用光源である。露
光用光に関しては、露光領域全体に光が照射されるよう
に設定する事はもちろんだが、被加工膜に垂直に入射す
るように調節するとエネルギ効率がよくなり、さらに好
適である。１０４はフォトレジストとフォトマスク間の
距離を制御する距離制御手段である。
【００２０】次に、図２を参照して本発明において使用
するフォトマスクについて説明する。
【００２１】使用するフォトマスクには、露光用の光を
透過させるガラス基板２０１の片側に、露光用光を遮光
する遮光膜２０２で転写パターンが形成されている。こ
の転写パターンは、露光用光としてエバネッセント光を
滲み出させる大きさの微小開口２１３と、伝播光を通過
させる大きさの開口２１４の両方を同時に有している。
また、微小開口２１３、開口２１４の開口幅の大きさ
は、それぞれにおいて同一でなくてもよい。
【００２２】ここで、エバネッセント光を滲み出させる
大きさの微小開口とは、露光用光の波長に比べて開口幅
が小さいものである。また、微小開口パターンの長さ方
向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。また、伝播光を透過させる大きさの開口と
は、露光用光の波長に比べて開口幅が大きいものであ
る。
【００２３】遮光膜材料としては、露光用光を通さな
い、微細パターンとして加工が容易であるなどの理由か
ら、ＡｕやＡｌ等の金属が良い。さらに、固くて傷が付
きにくく、フォトマスクをフォトレジストに押し付ける
際にフォトマスクに付着した残さを酸化剤の入った洗浄
液で洗い流すことができるため、化学的に安定している
Ｃｒがより好適である。
【００２４】遮光膜の膜厚は、遮光膜を透過する透過光
がフォトレジストを露光しないような厚さとする。使用
する遮光膜材料の消衰係数をｋ、フォトレジスト感度を
Ｅth、露光波長をλ、露光時間をｔ、露光光量をＰとす
ると、遮光膜の膜厚Ｌは、 Ｌ＞lnＡ・λ／2πｋ （Ａ＝Ｐ・ｔ／ Ｅth）…（１） （ここで、ln：自然対数である。） を満たすものであれば効率よいパターン形成が実現され
る。しかし、膜厚が薄い方が作製が容易であり且つ寸法
精度も高くなるため（１）式を満たす、最小の値である
ことが望ましい。
【００２５】フォトマスク上の遮光膜によるパターン作
製方法としては従来の技術である、レーザ加工、ＥＢ
（Electro Beam）やＸ線を使った方法が考えられる。一
般的に現在多く用いられているフォトマスク上のパター
ン作成方法は、ＥＢ描画方法である。また、ＳＰＭ（Sc
anning Probe Microscope）を使った方法も考えられ
る。
【００２６】ＳＰＭの中で、例えばＡＦＭを用いての加
工では、カンチレバーをフォトマスク上の遮光薄膜表面
に押し付けながら走査し表面を削ることによって、フォ
トマスク上に開口を作ることができる。この表面に押し
付ける力の強さや、走査方向の違い、使用するカンチレ
バー先端形状により、開口幅の異なるパターンを作製す
ることができる。
【００２７】又、被加工基板上に塗布されるフォトレジ
ストの膜厚は、エバネッセント光と伝播光の強度差を考
慮し、透過光の主成分がエバネッセント光となる微小開
口の幅以下とする必要がある。この理由について詳しく
説明する。
【００２８】微小開口の形状にもよるが、透過光の主成
分がエバネッセント光となるような微小開口においては
入射光に比べて透過光の光量が桁違いに小さくなるた
め、エバネッセント光、伝播光の両者を同時に用いて露
光を行なう場合には両者の光量比を調節するのが困難と
なるが、膜厚を微小開口の幅以下とすれば、例えば図９
（ｂ）に示したように伝播光によってエバネッセント光
によって形成されるパターンが侵食されることはない。
これは伝播光によるパターンの膜面方向への広がりはフ
ォトレジストの膜厚以上に広がることがないためで、し
たがってフォトレジストの膜厚を微小開口の幅以下とす
ることによって、パターンの広がりが隣接するパターン
まで広がることを防止できるのである。
【００２９】したがってフォトレジストの膜厚を微小開
口の幅以下の膜厚とすれば図４（a）のように伝播光に
よるフォトレジスト反応部８０２の基板２０４上での広
がりが少なく抑えられ、また、エバネッセント光による
フォトレジスト反応部８０１の領域が基板２０４上に達
するため、フォトマスク上に大小様々な大きさの開口が
あってもフォトマスク上の転写パターンをより正確に基
板２０４上に形成することができる（図４（b））。
【００３０】またエバネッセント光は伝播光と比較して
光量は小さくなるが、やはり膜面方向へのパターンの広
がりは若干であるが存在する。したがって、その広がり
を考慮してフォトレジストの膜厚を実際に被加工基板上
に形成される最小パターンの幅以下に設定しても、同様
の効果が得られる。
【００３１】また、微小開口の形状にもよるが、エバネ
ッセント光の光量は露光用光２０５のフォトマスクへの
入射光量を１とするとエバネッセント光２１０の光量は
１×１０-7程度と桁違いに小さくなるために、エバネッ
セント光によってフォトレジストを基板に達するまで露
光するためにはフォトレジストの膜厚は１００ｎｍ以下
で、できるだけ薄いことが望ましく、膜厚範囲は膜厚を
h(ｎｍ)とすると０＜h≦100とするのが好ましい。
【００３２】次に、マスクパターンの補正について説明
する。
【００３３】伝播光による露光においてフォトレジスト
反応部８０２の基板２０４上での広がりによる現像後の
パターンのフォトマスク上の開口２１４との大きさのず
れが問題となるような場合には、開口幅を設計寸法より
も小さく調整すればよい。
【００３４】使用するフォトレジスト、プロセスにもよ
るが、具体的には通常の開口と微小開口の距離や、露光
後のパターンに求められる大きさ精度誤差が１μｍ以下
の場合には開口の大きさを調整するのが好ましい。
【００３５】上記のようなパターン作製後に行なうデバ
イスプロセスにおいて、基板上に作製されたパターンの
アスペクト比が小さく、エッチングや蒸着などの工程に
支障を来す場合には、基板とフォトレジストとの間にバ
ッファ層を形成すると良い。例えば、基板側から耐ドラ
イエッチング耐性の層、酸素RIE耐性の層、像形成用フ
ォトレジスト層、というような多層構造を形成し、薄い
像形成フォトレジスト層に作製されたパターンを他の厚
い層に転写することによって、高アスペクト比パターン
を作製することができる。
【００３６】フォトレジスト２０３の材料としては、通
常の半導体プロセスに用いられる材料を選択すれば良
い。これらの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３５０〜４５
０ｎｍ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、コストを低減する事ができる。
【００３７】基板によって反射される露光用光と、基板
に入射する露光用光が互いに干渉することによってパタ
ーンの基板に垂直方向にできる形状が歪む場合には、基
板上に反射防止膜を塗布するのが好適である。
【００３８】また、フォトレジストと被加工基板との間
にバッファ層を含む場合、フォトレジストの下層からの
露光用光の回りこみによるパターンの広がりを抑えるた
めに、バッファ層として、露光用光に対して透過率の低
い物質を用いるのが好適である。
【００３９】露光用光としては、用いるフォトレジスト
２０３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。例えばフォトレジスト２０３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、露光と
しては、ＨｅＣｄレーザー（光波長：３２５ｎｍ、４４
２ｎｍ）、ＧａＮ系の青色半導体レーザー（同：４１０
ｎｍ）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：４３６ｎｍ，ｉ線：３６５ｎｍ）を用いれば良い。
【００４０】以下、本発明のパターン作製方法について
図２を用いて説明する。
【００４１】まず、基板２０４の表面にフォトレジスト
２０３を塗布する。この際の膜厚は、微小開口２１３の
幅以下で、できるだけ薄い方が好ましく、膜厚をｈ(ｎ
ｍ)とすると、０＜ｈ≦１００であるのが好ましい。
【００４２】次に、図２（a）のように、フォトマスク
のガラス基板２０１上の遮光膜２０２がある側をフォト
レジスト２０３に、遮光膜２０２とフォトレジスト２０
３が均一に接触するまで近づける（図２（ｂ））。
【００４３】フォトマスク上の遮光膜をフォトレジスト
に接触させる方法としては、フォトマスクとフォトレジ
ストのどちらか一方を固定しておき、固定されていない
方をマイクロメーターなどを用いて他方に近づけていく
方法、固定されていない方の側から固体、液体、気体を
利用して加圧する方法、両者の間をポンプなどを使用し
て減圧する方法がある。
【００４４】また薄膜弾性体マスクを用いれば、マスク
―フォトレジスト間を吸気することによってマスクが撓
み、マスク全面がよりフォトレジスト面に密着する。
【００４５】次に図２（ｃ）のように、ガラス基板２０
１上の遮光膜２０２がない側から、露光用光２０５を照
射することによってフォトレジスト２０３の露光を行
う。
【００４６】フォトレジストとしては、ポジ型でもネガ
型でも良い。図２では、フォトレジストとしてネガ型の
ものを使用した様子を示している。
【００４７】露光によってフォトマスク上の遮光膜２０
２のない部分の下のネガ型フォトレジスト２０３が、フ
ォトレジスト反応部２１１として耐現像性となる。そし
てフォトマスクを離し、現像を行うことにより、基板２
０４上に、フォトマスク上の遮光膜のパターンを反映し
た大小様々な幅のフォトレジストによるパターンが形成
される（図２（d））。
【００４８】このように伝播光とエバネッセント光によ
る露光を行なった後は、通常のプロセスを用いて基板２
０４の加工を行う。例えば、フォト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２０４に対して
基板上のフォトレジストに形成されたパターンに応じた
パターンを形成する。
【００４９】図５に作製プロセスのフローチャートを示
す。
【００５０】以上のように、本発明では、フォトマスク
１枚で光の回折限界を超える微小パターンから通常のフ
ォトリソグラフィーで作製できる大きさのパターンまで
均一な大小様々なパターンが作製できるため、フォトリ
ソグラフィー工程のスループットが向上する。
【００５１】
【実施例】以下に実施例をあげて、本発明をより具体的
に説明する。なお、以下の実施例は本発明の最良の実施
の形態の一例ではあるものの、本発明は、これら実施例に
より限定を受けるものではない。
【００５２】（実施例１）図６に、本実施例のパターン
作製方法を示す。
【００５３】フォトマスク基板としてガラス板６５０を
用意し、この上に遮光膜として膜厚３６ｎｍのＡｌ薄膜
６５１をスパッタにより作製する。図６（a）に示すよ
うに、弾性定数が４５Ｎ/ｍのＡＦＭ用カンチレバー６
５２の針先端を〜１×１０-5Ｎの強さで薄膜上に押し付
けそのままＡｌ薄膜６５１上を走査することによって、
開口幅１００ｎｍ程度の大きさの微小開口６５３を作製
する（図６（b））。また、ＡＦＭ用カンチレバー６５
２の針先端をＴｉ膜に押し付けながら何度か走査させる
ことにより、ＡＦＭ用カンチレバー６５２の針先端をな
まらせたものを、先程と同様に〜５×１０-5Ｎの強さで
Ａｌ薄膜６５１上に押し付けそのままＡｌ薄膜６５１上
を走査することによって、開口幅１μｍの大きさの開口
６５４を作製する。
【００５４】次に、Si基板６０１上に反射防止膜を塗布
し、その上にｇ線対応のポジ型フォトレジスト６０２を
膜厚１００ｎｍとなるようにスピンコータを用いて塗布
する。その後、プリベークを行う。
【００５５】ポジ型フォトレジスト６０２の露光は、マ
スクアライナー（ＭＡ-１０型、ミカサ社製）を用いて
行う。まず、図６（ｃ）のように、Ａｌ薄膜６５１をポ
ジ型フォトレジスト６０２に近づけていく。Ａｌ薄膜６
５１とポジ型フォトレジスト６０２を接触させ、水銀ラ
ンプからの露光用光６０９（10mW）でポジ型フォトレジ
スト６０２を３秒間照射し、微小開口６５３から滲み出
てくるエバネッセント光６１０、及び開口６５４から透
過してくる伝播光６１５による露光を行うことにより、
ポジ型フォトレジスト６０２内に現像液に溶解する、フ
ォトレジスト反応部６１１を形成する（図６（d））。
露光後、Ａｌ薄膜６５１とポジ型フォトレジスト６０２
を離し、ポジ型フォトレジスト６０２の現像、ポストベ
ークを行う。
【００５６】以上のような手順により、一度の露光で、
１００ｎｍの微細パターンと１μｍのパターンの両方
が、Ｓｉ基板６０１上に転写された（図６（e））。
【００５７】（実施例２）図７に、２層のバッファ層を
含む本実施例のパターン作成方法を示す。２層のバッフ
ァ層とフォトレジスト層を用いるパターン作成方法をこ
こでは３層レジスト法とする。図７（a）にフォトマス
クと被露光物を示す。ガラス基板７０５の片側に膜厚６
０ｎｍのＣｒ薄膜を蒸着し、ＥＢ（Electon Beam）描画
装置で転写元パターンである遮光膜７０６を作製したフ
ォトマスクを作製する。このとき、フォトマスク上には
主成分としてエバネッセント光が滲み出てくる大きさの
微小開口７５３と、伝播光が透過してくる開口７５４が
混在している。
【００５８】遮光膜を塗布したSi基板７０１上に、ポジ
型フォトレジストを膜厚５００ｎｍとなるようにスピン
コータを用いて塗布する。その後、１２０℃で３０分加
熱して１層目７０２とする。１層目７０２の上に、ＳＯ
Ｇ（Spin On Glass）の有機溶媒溶液を塗布し、加熱し
て膜厚１００ｎｍの酸化Si薄膜を作る。これを２層目７
０３とする。２層目７０３の上に第３層７０４の像形成
用として、ネガ型フォトレジストを膜厚５０ｎｍで塗布
し、１１０℃１０分間プリベークを行う。
【００５９】Ｓｉ基板７０１を、マスクアライナーの試
料台に置き、試料台をマイクロメーターでフォトマスク
に近づけていく。３層目７０４のフォトレジストを、フ
ォトマスク上のＣｒ薄膜による遮光膜７０６に接触さ
せ、露光用光７０７で３層目７０４をエバネッセント光
７０８及び伝播光７１０で露光することにより、遮光膜
７０６のパターンを、フォトレジスト反応部７０９とし
て３層目７０４に転写する（図７（b））。
【００６０】その後、フォトマスクと３層目７０４のフ
ォトレジストを離し、３層目７０４フォトレジストの現
像、ポストベークを行う。このことによって、フォトマ
スク上の転写元パターンが３層目７０４に転写された
（図７（c））。その後、３層目７０４に転写されたパ
ターンをマスクとして、２層目７０３をドライエッチン
グによりパターンニングする（図７（d））。このよう
にして作製した２層目７０３のパターンをマスクとし
て、１層目７０２を酸素ＲＩＥによって加工する（図７
（e））。
【００６１】以上のような手順で、フォトマスク上の大
小の転写元パターンがSi基板７０１上によりはっきりと
したコントラストで転写された。また、Ｓｉ基板７０１
上のフォトレジストによるパターンのアスペクト比が高
いため、後のデバイス加工プロセスが容易なパターンを
形成することができた。
【００６２】（実施例３）図８に、1層のバッファ層を
含む本実施例のパターン作成方法を示す。1層のバッフ
ァ層とフォトレジスト層を用いるパターン作成方法をこ
こでは2層レジスト法とする。図８（ａ）にフォトマス
クと被露光物を示す。ガラス基板８０５の片側に膜厚８
０ｎｍのＣｒ薄膜を蒸着し、ＥＢ（Electon Beam）描画
装置で転写元パターンである遮光膜８０６を有するフォ
トマスクを作製する。このフォトマスク上には、主成分
としてエバネッセント光が滲み出てくる大きさのもの
や、伝播光が透過してくる大きさのものなど大小様々な
開口が混在している。
【００６３】遮光膜を塗布した Si基板８０１上に、ポ
ジ型フォトレジストを膜厚４００ｎｍとなるようにスピ
ンコータを用いて塗布する。その後、１２０℃で３０分
加熱して１層目８０２とする。１層目８０２の上に、Ｓ
ｉ含有ネガ型フォトレジストを膜厚８０ｎｍとなるよう
に塗布後、プリベークしてこれを２層目８０３とする。
【００６４】２層構造フォトレジストが塗布されたＳｉ
基板８０１と上記フォトマスク上の遮光膜８０６を近づ
け、２層目８０３のフォトレジストを、フォトマスク上
のＣｒ薄膜による遮光膜８０６に接触させる。
【００６５】その後、露光用光８０７によるエバネッセ
ント光や伝播光で２層目８０３を露光することにより、
遮光膜８０６のパターンをフォトレジスト反応部８０９
として２層目８０３に転写する（図８（b））。その
後、フォトマスクとフォトレジストを離し、フォトレジ
ストの現像、ポストベークを行う。このことによって、
フォトマスク上の転写元パターンが２層目８０３に転写
された（図８（c））。
【００６６】その後、２層目に転写されたパターンをマ
スクとして、１層目を酸素ＲＩＥによって加工する（図
８（d））。加工に酸素ＲＩＥを用いることで、２層目
に含まれているSiが酸化され、酸素ＲＩＥ耐性が増す。
【００６７】以上のような手順で、一度の露光によって
フォトマスク上の大小様々な転写元パターンが基板８０
１上にはっきりとしたコントラストで転写された。ま
た、フォトレジスト塗布回数が２回に減り、パターンの
転写回数も減るため、スループットがより向上した。
【００６８】（実施例４）本実施例では開口と微小開口
が特に接近している場合、もしくは露光後のパターンに
求められる精度誤差が１μｍ以下の場合について述べ
る。
【００６９】図１０（ａ）はマスクパターンを、同
（ｂ）は同（ａ）に示されているマスクを用いて露光
後、現像することによってできるフォトレジストパター
ンを示す。図１０（ａ）中、所望の大きさのパターンの
輪郭２２２を点線で示す。
【００７０】開口２１４からの光量を１とすると、パタ
ーン幅100ｎｍの微小開口２１３からの光量はけた違い
に落ちるために、微小開口２１３に合わせた露光を行う
と、開口２１４からの露光によるフォトレジストパター
ン２１７は開口２１４より大きくなる。
【００７１】ポジ型Ｓｉ含有フォトレジストに対して、
マスクアライナーによってパターン作製を行う。このと
き、露光時間30ｓ、現像５ｓではマスクパターン幅１０
０ｎｍの微小開口パターンの露光パターンがフォトレジ
ストに形成されない。微小開口２１３からの露光による
フォトレジストパターン２１６が形成できるのは、露光
時間１００ｓであった。
【００７２】これに対し、開口２１４からの露光による
フォトレジストパターン２1７は、露光時間が長くなる
と約１割パターン幅が広がった。そこで、あらかじめ開
口のパターンを所望のパターンの大きさ２２２より１割
小さくして露光を行うことで、所望の大小フォトレジス
トパターンを得ることができた。
【００７３】（実施例５）本実施例においては微小開口
が周期的に並んで存在しているパターンに関して説明す
る。図１１（ａ）に、エバネッセント光が滲み出てくる
微小開口が周期的に並んでいる、周期微小開口９１３と
伝播光が通過する開口２１４との両方を有したマスクを
示す。
【００７４】このように、露光用波長以下のピッチで微
小開口が周期的に並んでいる構造では、孤立微小開口パ
ターンよりも透過効率がよい。パターン幅８０ｎｍ、ピ
ッチ２００ｎｍの５本の周期構造では１本あたり、孤立
微小開口の約１５倍もの光量がマスクパターンを透過し
た。
【００７５】従って、周期微小開口９１３での露光によ
り微細周期フォトレジストパターン９１６が作製できる
露光量で露光を行うことで、開口２１４からの露光によ
るフォトレジストパターン２１７のパターン広がりも低
く抑えられた。
【００７６】（実施例６）本実施例においては２層フォ
トレジストの１層目として、露光用光を吸収する層を用
いている。図１２（ａ）に本実施例に用いるフォトマス
クとフォトレジストを示す。マスク基板９０５の片側に
膜厚８０ｎｍのＣｒ薄膜を蒸着し、ＥＢ（Electｒon Be
am）描画装置で転写元パターンである遮光膜８０６を有
するフォトマスクを作製する。このフォトマスク上に
は、主成分としてエバネッセント光が滲み出てくる幅が
８０ｎｍ以上の大きさのものや、伝播光が透過してくる
大きさの、大小様々な開口が混在している。
【００７７】Si基板８０１上に、ｇ線対応ポジ型フォト
レジストに感光剤を加えて露光用光の吸収度を上げたも
のを膜厚４００ｎｍとなるようにスピンコータを用いて
塗布する。その後、１２０℃で３０分加熱して１層目８
２２とする。１層目８２２の上に、KrF対応Ｓｉ含有ポ
ジ型フォトレジストを膜厚８０ｎｍとなるように塗布
後、プリベークしてこれを２層目８０３とする。
【００７８】２層構造フォトレジストが塗布されたＳｉ
基板８０１と上記フォトマスク上の遮光膜８０６を近づ
け、２層目８０３のフォトレジストを、フォトマスク上
のＣｒ薄膜による遮光膜８０６に接触させる。
【００７９】その後、露光用光８０７によるエバネッセ
ント光や伝播光で２層目８０３を露光することにより、
遮光膜８０６のパターンをフォトレジスト反応部８０９
として２層目８０３に転写する（図８（b））。
【００８０】１層目として露光用光の吸収度を上げたフ
ォトレジストを用いることで、露光用光が吸収され、反
射や広がりが抑えられる。
【００８１】その後、フォトマスクとフォトレジストを
離し、フォトレジストの現像、ポストベークを行う。こ
のことによって、フォトマスク上の転写元パターンが２
層目８０３に転写された（図８（c））。
【００８２】その後、２層目に転写されたパターンをマ
スクとして、１層目を酸素ＲＩＥによって加工する（図
８（d））。加工に酸素ＲＩＥを用いることで、２層目
に含まれているSiが酸化され、酸素ＲＩＥ耐性が増す。
【００８３】以上のように、微小開口に合わせた露光量
で、微小開口及び開口からの露光によるパターンが同時
に形成でき、しかも露光用波長の吸収率が高いものを一
層目としたことで、開口空の露光による基板に平行な方
向へのパターン広がりが小さく抑えられた。
【００８４】（実施例７）本実施例においてはフォトマ
スクに弾性体を用いた露光方法に関して説明する。図１
３（ａ）に本実施例に用いるフォトマスクとフォトレジ
ストを示す。マスク支持体９０２であるＳｉ基板上にマ
スク母材９０１としてSiNを1μｍ蒸着する。この片側
に、膜厚５０ｎｍのＣｒ薄膜を蒸着し、ＦＩＢ（Focuse
d Ion Beam）描画装置で転写元パターンである遮光膜８
０６を有する弾性体フォトマスクを作製する。このフォ
トマスク上には、主成分としてエバネッセント光が滲み
出てくる幅が８０ｎｍ以上の大きさの微小開口７５３
や、伝播光が透過してくる大きさの開口７５４の、大小
様々な開口が混在している。
【００８５】遮光膜を塗布した Si基板８０１上に、ポ
ジ型フォトレジストを膜厚４００ｎｍとなるようにスピ
ンコータを用いて塗布する。その後、１２０℃で３０分
加熱して１層目８０２とする。１層目８０２の上に、Ｓ
ｉ含有ポジ型フォトレジストを膜厚８０ｎｍとなるよう
に塗布後、プリベークしてこれを２層目８０３とする。
【００８６】２層構造フォトレジストが塗布されたＳｉ
基板８０１と上記フォトマスク上の遮光膜８０６を近づ
ける。そしてさらにフォトマスクと２層目フォトレジス
ト８０３間の空気をポンプによって排気することによ
り、弾性体フォトマスクが大気圧に押されて撓み、２層
目フォトレジスト８０６と薄膜フォトマスクが広面積に
わたって均一に近づく（図１３（b））。
【００８７】その後、露光用光８０７によるエバネッセ
ント光や伝播光で２層目８０３を露光することにより、
遮光膜８０６のパターンをフォトレジスト反応部８０９
として２層目８０３に転写する（図１３（ｃ））。その
後、フォトマスクとフォトレジストを離し、フォトレジ
ストの現像、ポストベークを行う。このことによって、
フォトマスク上の転写元パターンが２層目８０３に転写
された。その後、２層目に転写されたパターンをマスク
として、１層目を酸素ＲＩＥによって加工する。
【００８８】薄膜フォトマスクを用いたことでフォトレ
ジストとフォトマスクとがより広範囲に、より均一に近
接された。また、加工に酸素ＲＩＥを用いることで、２
層目に含まれているSiが酸化され、酸素ＲＩＥ耐性が増
す。
【００８９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エバネッセント光がフォトレジスト露光用光の主成分と
なる微小開口パターンと、伝播光がフォトレジスト露光
用光の主成分となる開口パターンとを形成したフォトマ
スクを用いて、基板上に微小開口以下の膜厚１００ｎｍ
以下で形成されたフォトレジストを露光することによっ
て、基板上に均一で大小様々なフォトレジストパターン
を一度の露光で形成することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパターン作製装置を示す図である。
【図２】本発明のパターン作製方法を示す図である。
【図３】従来例のフォトレジストの膜厚が厚い場合の露
光の様子を示す図である。
【図４】本発明の露光の様子と露光後に作製されるパタ
ーンを示す図である。
【図５】本発明の作製プロセスのフローチャートであ
る。
【図６】本発明の実施例１におけるフォトマスク、及び
パターン作製方法について示す図である。
【図７】本発明の実施例２における３層フォトレジスト
構造を用いたパターン作製方法を示す図である。
【図８】本発明の実施例３における２層フォトレジスト
構造を用いたパターン作製方法を示す図である。
【図９】マスクパターン及び露光量の違いによってでき
るフォトレジストパターンを示す図である。
【図１０】マスクパターン及び露光後のフォトレジスト
パターンとの差を示す図である。
【図１１】本発明の実施例５における微小開口が周期的
に並んでいるマスクパターン、及び、フォトレジストパ
ターンを示す図である。
【図１２】本発明の実施例６におけるフォトレジスト層
の１層目として露光用光を吸収する層を用いたパターン
作製方法を示す図である。
【図１３】本発明の実施例７における弾性体マスクを用
いた露光の様子を示す図である。
【符号の説明】 １０１ 露光用光源 １０２ マスク搭載ステージ １０３ 試料台 １０４ 距離制御手段 １０５ 露光用光 １０６ マスク １０７ 試料 ２０１ マスク母材 ２０２ 遮光膜 ２０３ フォトレジスト ２０４ 基板 ２０５ 露光用光 ２０６ エバネッセント光によるフォトレジスト反応部 ２０７ 伝播光によるフォトレジスト反応部 ２１０ エバネッセント光 ２１１ 露光によるフォトレジスト反応部 ２１３ 微小開口 ２１４ 開口 ２１５ 伝播光 ２１６ 微小開口からの露光によるフォトレジストパタ
ーン ２１７ 開口からの露光によるフォトレジストパターン ２１８ 伝播光によるフォトレジスト反応部 ２１９ エバネッセント光によるフォトレジスト反応部 ２２２ 所望の大きさのパターンの輪郭 ６０１ Ｓｉ基板 ６０２ ポジ型フォトレジスト ６０９ 露光用光 ６１０ エバネッセント光 ６１１ フォトレジスト反応部 ６１５ 伝播光 ６５０ ガラス板 ６５１ Ａｌ薄膜 ６５２ ＡＦＭ用カンチレバー ６５３ 微小開口 ６５４ 開口 ７０１ Ｓｉ基板 ７０２ １層目 ７０３ ２層目 ７０４ ３層目 ７０５ ガラス基板 ７０６ 遮光膜 ７０７ 露光用光 ７０８ エバネッセント光 ７０９ フォトレジスト反応部 ７１０ 伝播光 ７５３ 微小開口 ７５４ 開口 ８０１ Ｓｉ基板 ８０２ １層目 ８０３ ２層目 ８０５ ガラス基板 ８０６ 遮光膜 ８０７ 露光用光 ８０９ フォトレジスト反応部 ８２２ １層目 ９０１ 薄膜マスク母材 ９０２ マスク支持体 ９０５ マスク母材 ９１３ 周期微小開口 ９１６ 微細周期レジストパターン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 21/30 ５７３

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 透過光の主成分がエバネッセント光とな
    る微小開口と伝播光となる開口の混在するフォトマスク
    を用いて行なうパターン作製方法において前記微小開口
    の幅以下の膜厚を有するフォトレジストを被加工基板上
    に形成する工程と露光用光を入射させてフォトレジスト
    を露光する工程とを有することを特徴とするパターン作
    製方法。
  2. 【請求項２】 前記露光用光をフォトマスクに対して略
    垂直方向に入射させることを特徴とする請求項１に記載
    のパターン作製方法。
  3. 【請求項３】 前記フォトレジストの膜厚を１００ｎｍ
    以下とすることを特徴とする請求項１，２に記載のパタ
    ーン作製方法。
  4. 【請求項４】 前記フォトマスクを該フォトレジスト方
    向に撓ませる工程を有することを特徴とする請求項１〜
    ３に記載のパターン作製方法。
  5. 【請求項５】 前記透過光の主成分が伝播光となる開口
    の幅を設計寸法よりも小さくする工程を有することを特
    徴とする請求項１〜４に記載のパターン作製方法。
  6. 【請求項６】 前記フォトレジストと前記被加工基板間
    に、バッファ層を形成する工程を有することを特徴とす
    る請求項１〜５に記載のパターン作製方法。
  7. 【請求項７】 前記バッファ層を形成する工程は耐ドラ
    イエッチング性を有する有機材料膜と、ＲＩＥ（Reacti
    ve Ion Etching）耐性を有する膜を形成する工程を有す
    ることを特徴とする請求項６に記載のパターン作製方
    法。
  8. 【請求項８】 前記バッファ層を形成する工程は耐ドラ
    イエッチング性を有する有機材料膜を形成する工程を有
    し、前記フォトレジストはＲＩＥ耐性を有する物質で形
    成されていることを特徴とする請求項６に記載のパター
    ン作製方法。
  9. 【請求項９】 前記バッファ層において少なくとも前記
    フォトレジストに面しているバッファ層として、露光用
    光に対して該フォトレジストよりも吸収度が高いことを
    特徴とする請求項６〜８に記載のパターン作製方法。
  10. 【請求項１０】 前記フォトマスクとして、透過光の主
    成分がエバネッセント光となる微小開口が露光用光波長
    以下のピッチで周期的に配置されていることを特徴とす
    る請求項１〜９に記載のパターン作製方法。
  11. 【請求項１１】 請求項１〜１０に記載の方法を用いて
    パターンを作製することを特徴とするパターン作製装
    置。
  12. 【請求項１２】 透過光の主成分がエバネッセント光と
    なる微小開口と伝播光となる開口の混在するフォトマス
    クを用いて行なうパターン作製装置において前記微小開
    口の幅以下の膜厚のフォトレジストが形成された被加工
    基板を設置する試料台と、 前記フォトマスクを設置するステージと露光用光を発生
    する露光用光源と、 該被加工基板と該フォトマスクとの距離制御手段とを有
    することを特徴とするパターン作製装置。
  13. 【請求項１３】 前記フォトマスク母材が弾性体から成
    ることを特徴とする請求項１２に記載のパターン作製装
    置。
  14. 【請求項１４】 前記フォトマスクにおいて、前記透過
    光の主成分が伝播光となる開口の幅が設計寸法よりも小
    さいことを特徴とする請求項１２、１３に記載のパター
    ン作製装置。
  15. 【請求項１５】 前記フォトマスクとして、透過光の主
    成分がエバネッセント光となる微小開口が露光用光波長
    以下のピッチで周期的に配置されていることを特徴とす
    る請求項１２〜１４に記載のパターン作製装置。
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