JP2003332196A

JP2003332196A - マスク、レジスト及び露光方法

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Publication number: JP2003332196A
Application number: JP2002132491A
Authority: JP
Inventors: Kenji Yamazoe; 賢治山添
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2002-05-08
Filing date: 2002-05-08
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】光の波長以下の一括露光を容易に行える、特
定の周波数に対してエバネッセント光を減衰させない物
質を用いたマスク、レジスト及び露光方法を提供するこ
とを目的とする。【解決手段】特定の周波数に対してエバネッセント光
を減衰させない物質をエバネッセント光透光部に設けて
あることを特徴としたエバネッセント光マスクを提供す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエバネッセント光露
光装置及び露光方法に関する。本発明は特に１００ｎｍ
以下の大きさの微細加工に用いられるエバネッセント光
露光装置に良好に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】従来、光の波長により微細加工限界（現
在、近紫外線レーザを用いて０．１μｍ程度）が制限さ
れる光リソグラフィ装置に対して、光の波長以下の微細
加工を可能とする手段として近接場光学顕微鏡（以下Ｓ
ＮＯＭ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部
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、光波長による加工限界を超える局所的な露光を行な
う装置が挙げられるが、ＳＮＯＭ構成のリソグラフィ装
置ではいずれも１本（または数本）の加工プローブで微
細加工を行なう構成であるため、生産性がさして向上し
ないという問題点を有していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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、これに
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号公報参照）。上記特開平８−１
７９４９３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・マスク面か
ら滲み出たエバネッセント光の強度が、プリズム・マス
ク面から遠ざかるにつれ指数関数的に減衰するためによ
る。そこで本発明は光の波長以下の一括露光を容易に行
える、特定の周波数に対してエバネッセント光を減衰さ
せない物質を用いたマスク、レジスト及び露光方法を提
供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明のエバネッセント光露光方法は、特定の周波数
に対してエバネッセント光を減衰させない物質をエバネ
ッセント光マスクの透光部もしくは透光部及び遮光部に
設けてあることを特徴としたエバネッセント光マスクを
用いる。または、本発明のエバネッセント光露光方法
は、特定の周波数に対してエバネッセント光を減衰させ
ない物質をレジスト面上に塗布してあることを特徴とし
たレジストを用いる。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を参照して説明する。

【０００６】マスク面から滲み出たエバネッセント光の
強度はマスク面から遠ざかると指数関数的に減衰するこ
とが一般的に知られている。以下では、エバネッセント
光を減衰させない方法について述べる。真空中にある誘
電関数と透磁関数を持つ薄い平板があったとし、この平
板にエバネッセント光が入射することを考える。平板の
物質の比誘電率と比透磁率が−１を満たす極限では、エ
バネッセント光の偏光状態によらず、エバネッセント光
の平板に対する透過率は１となり反射率は０となるの
で、光源から遠いほうの面から出てくるエバネッセント
光は減衰してない。さらに、この極限においてエバネッ
セント光は増幅して平板から射出することが理論的に確
かめられている。このような可能性のある物質の例とし
ては、金、銀、銅などがあげられる。この原理を用いれ
ば通常の進行波とエバネッセント波の両方を用いて像の
解像をすることが可能になる。以下に、フィジカル・レ
ビュー・レター・ボリューム８５・３９６６頁・２００
０年（Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．８５，３９
６６（２０００））に記載されている例を紹介する。図
４に模式的に示したように、厚さ４０ｎｍの銀の平板４
３が置かれており、平板の前方２０ｎｍの位置に物体面
４１があり、平板の後方２０ｎｍの位置に像面４２があ
るとする。物体面４１は約２０ｎｍの２本のバーが間隔
約５０ｎｍで置かれているとする。物体面４１に入射さ
せる光の周波数を約３．４８ｅＶとすれば、エバネッセ
ント光が銀の平板４３中で減衰しない条件を近似的に作
り出すことができる。銀の誘電率が複素数のため、完全
な像は形成されずぼやけた像が生じるが良いコントラス
トをもって解像していることが確かめられた。以上で例
の紹介を終える。

【０００７】前述の例では平板の両側が空気であった
が、平板の物体面側が比較的屈折率の小さいガラスなど
に密着している場合においても、平板に用いられた物質
の空気に対する比誘電率と比透磁率が前記極限を満たす
ようであれば、近似的にエバネッセント光の平板に対す
る透過率は１になり、かつ減衰はおこらない。

【０００８】この原理を用いたマスクを以下に紹介して
いく。図５（ａ）に模式的に示したエバネッセント光マ
スクは透光部材５１がエバネッセント光マスク母材でパ
タンに応じて遮光部材５２が設けてある。図５（ａ）の
エバネッセント光マスクにおいて、透光部に特定の周波
数に対してエバネッセント光を減衰させない物質５３、
例えば銀の膜をつけたものが本発明のエバネッセント光
マスク図５（ｂ）である。図５（ｂ）のエバネッセント
光マスクにおいて、遮光部材５２を例えばクロムとした
とき、クロム膜厚は銀膜厚以上で銀膜厚が波長以下であ
ることが好ましい。図５（ｂ）のエバネッセント光マス
クにエバネッセント光を入射させたとき、エバネッセン
ト光の周波数が最適ならばエバネッセント光は反射する
ことなく、かつ減衰することもなく銀を透過してくる。
このとき、クロムはエバネッセント光を減衰させない条
件を満たしていないので、クロム中ではエバネッセント
光は減衰する。よって、図５（ｂ）に模式的に示したエ
バネッセント光マスクを用いてエバネッセント光露光を
行なえば、エバネッセント光を減衰させることなく微細
パタンの露光が可能になる。

【０００９】図５（ｃ）に模式的に示したマスクは、透
光部材５１がエバネッセント光マスク母材でパタンに応
じて遮光部材５２を設け、光源から遠いほうの面を平面
にしたエバネッセント光マスクである。図５（ｄ）は図
５（ｃ）に模式的に示したエバネッセント光マスクの光
源から遠いほうの面に特定の周波数に対してエバネッセ
ント光を減衰させない物質５３、例えば銀を塗布した本
発明のエバネッセント光マスクを模式的に示したもので
ある。銀膜厚は波長以下が好ましい。図５（ｄ）のエバ
ネッセント光マスクにエバネッセント光を入射させる
と、エバネッセント光の周波数が最適なとき、エバネッ
セント光は反射することなく、かつ減衰することなく銀
を透過してくる。一方、遮光部材５２として例えばクロ
ムを選べば、クロムはエバネッセント光を減衰させない
条件を満たしていないので、クロム中ではエバネッセン
ト光は減衰する。よって、図５（ｄ）に示したエバネッ
セント光マスクを用いてエバネッセント光露光を行なえ
ば微細パタンの露光が可能となる。

【００１０】レジスト面を改良したエバネッセント光露
光を考える。図６に模式的に示したように、レジスト面
６２に特定の周波数に対してエバネッセント光を減衰さ
せない物質６１、例えば波長以下の銀膜を塗布したもの
が本発明のレジストである。前記レジストを用いてエバ
ネッセント光露光を行なうと、エバネッセント光の周波
数が最適なとき、エバネッセント光は反射することな
く、かつ減衰することもなく銀を透過してくる。よっ
て、レジストにエバネッセント光を感光させることが可
能となる。後の処理でレジストとともに銀を取り除けば
ウエハ面上に微細パタンを形成することが可能となる。

【００１１】図１はエバネッセント光露光装置の構成の
一実施形態を示す図である。与圧容器１０３があり、レ
ーザ１１１より射出された後コリメータレンズ１１３で
平行光となったレーザ１１２の導入用のガラス窓１１４
が設けられている。基盤１０２が搭載されたステージ１
１０は３次元方向に駆動可能であり、これにより基盤１
０２とエバネッセント光マスク１０１の位置合わせを行
なう。基盤１０２の表面にはレジスト１０９が塗布され
ている。なお、以下の説明では、レジスト１０９と基盤
１０２を一体化された構成物をして取り扱う場合、以下
レジスト・基盤１１６称することとする。エバネッセン
ト光マスク１０１は、エバネッセント光マスク母材１０
４とエバネッセント光金属パタン１１５から構成されて
いる。

【００１２】以下に前記エバネッセント光露光装置によ
る露光の手順を説明する。被露光物となるレジスト１０
９を上面にして、基板１０２をステージ１１０上にセッ
トする。ステージ１１０を駆動し、エバネッセント光マ
スク１０１に対し、マスク面内２次元方向における基板
１０２の相対位置合わせを行なう。次に、マスク面法線
方向にステージ１１０を駆動し、エバネッセント光マス
ク１０１の表面１０１ａと基板１０２上のレジスト１０
９面とを密着させる。エバネッセント光マスク１０１と
レジスト・基板１１６とを全面にわたって密着させた
後、コリメータレンズ１１３で平行光にされたレーザ光
１１２が、ガラス窓１１４を透過し、与圧容器１０３内
に導入され、エバネッセント光マスク１０１の裏面１０
１ｂを全反射となるような角度から照射される。

【００１３】ここで、図２を用い、エバネッセント光に
よる露光の原理を説明する。図２において、エバネッセ
ント光マスク母材１０４に入射したレーザ光１１２は、
エバネッセント光マスク金属パタン１１５に形成された
第１の開口パタン２１８、第２の開口パタン２１９を照
射する。ここで、第１の開口パタン２１８の大きさ
（幅）は、レーザ光１１２の波長よりも小さく、１００
ｎｍ以下のものとする。第２の開口パタン２１９の大き
さはレーザ光２１２の波長よりも大きいとする。通常、
第１の開口パタン２１８のように、波長より小さい大き
さの微小開口を光が透過することはない。また、第２の
開口パタン２１９のように、波長より大きい大きさの開
口であっても、全反射条件の界面を越えて光が透過する
こともない。しかしながら、第１の開口パタン２１８、
第２の開口パタン２１９の近傍にはエバネッセント光２
１７と呼ばれる光がわずかに惨み出している。この光
は、微小開口や全反射条件の界面から約１００ｎｍの距
離以下の近傍にのみ存在する非伝搬光であり、開口や界
面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。そこで、このエバネッセント光２１７が惨み出し
ている第１の開口パタン２１８、第２の開口パタン２１
９に対して、レジスト１０９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２１７が
レジスト１０９中で散乱され、散乱光となって、レジス
ト１０９を露光する。ここで、レジスト１０９の膜厚が
十分薄ければ、レジスト１０９中のエバネッセント光の
散乱光もあまり広がらず、光の波長より小さい開口パタ
ン（例えば第１の開口パタン２１８）と大きいパタン
（例えば第２の開口パタン２１９）とに対して同時に、
それぞれの形に応じたパタンの潜像をレジストに露光・
転写することができる。

【００１４】このように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、基板１０２の加
工を行なう。例えば、レジストを現像した後、エッチン
グを行なうことにより、基板１０２に対して上述の開口
パタン（例えば図４における第１の開口パタン２１８、
第２の開口パタン２１９）に応じたパタ一ンを形成す
る。これにより、光の波長より小さいパタンと大きいパ
タンとを同時に、基板１０２に形成することができる。

【００１５】ここで、エバネッセント光マスク１０１の
代わりに本発明のエバネッセント光マスクを用いてエバ
ネッセント光露光を行なっても前述の露光方法が適用で
き、エバネッセント光マスクパタンに応じた形の潜像を
レジストに露光・転写することができる。また、本発明
のレジストを適用しても前述の露光方法を適用すること
ができ、所望のパタンの潜像をレジストに露光・転写す
ることができる。本発明によるエバネッセント光マスク
の利点は、界面から滲みでたエバネッセント光の減衰を
抑える（場合によっては増幅させる）ので、レジストと
エバネッセント光マスクの間隔についての制約を、従来
のエバネッセント光露光に比べてゆるくできることにあ
る。本発明によるレジストの利点についても同様であ
る。

【００１６】図３に示すように、従来のエバネッセント
光マスクは、０．１〜１００μｍの膜厚の薄膜からなる
マスク母材３２０上に１０〜１００ｎｍの膜厚の金属薄
膜３２１を設け、開口パタン３２２を形成したものであ
る。またマスク母材の材料としては、Ｓｉ３Ｎ４やＳｉ
Ｏ２等、マスク面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からなり、かつ、露光波長が透過
可能な透明なもの選択する。マスク母材の厚さが薄けれ
ば、より弾性変形しやすく、レジスト・基板１１６の表
面においてより細かな大きさの凹凸やうねりに対してま
でなら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・露光を行った後、レジスト・基板１１６に吸着して
しまい離れなくなったりする。以上のことから、マスク
母材３２０の厚さとして、０．１〜１００μｍの範囲に
あることが望ましい。このことは本発明のエバネッセン
ト光マスクに対しても言えることである。

【００１７】従来、マスク上の開口パタン３２２から惨
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、開口部のマスク面法線方向の長さを短くする必要
があり、そのためには、金属薄膜３２１の膜厚はなるべ
く薄いことが望ましいとされていた。しかし、本発明の
エバネッセント光マスクではそのような必要性を緩和す
る効果が期待できる。

【００１８】また、レジスト・基板１１６に密着する側
の金属薄膜３２１の表面が平坦でないと、マスクとレジ
スト・基板１１６がうまく密着せず、結果として露光む
らを生じてしまう。このため、金属薄膜３２１の表面の
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。ここで、開口パタンの形状（幅・長さ）や大きさに
関しては制限がなく、所望の形状を選択することができ
る。例えば、図３（ａ）に示したようなカギ型パタンで
も良いし、Ｓ字パタンでも良い。上述のように、光の波
長よりも小さい開口パタン３２３（図２では、第１の開
口パタン２１８）であってもエバネッセント光は惨み出
しているので、エバネッセント光マスク上の開口パタン
として用いることができる。光の波長より大きい開口パ
タン３２４（図２では、第２の開口パタン２１９）にお
いても、エバネッセント光マスク表面とレジスト表面と
の間の全反射界面からエバネッセント光が惨み出してお
り、エバネッセント光マスク上の開口パタンとして用い
ることができる。しかも、開口パタンの大きさに関わら
ず、エバネッセント光で露光を行なうので、開口の大き
さによって露光むらを生じることもない。したがって、
エバネッセント光マスク上の開口パタンとしては、光の
波長よりも小さい開口パタンのみで構成しても良いし、
あるいは、これらに加えて光の波長よりも大きい開口パ
タンを混在させて構成しても良い。これらのことも本発
明のエバネッセント光マスクに対しても言えることであ
る。

【００１９】なお、エバネッセント光露光装置に適用す
る被加工用の基板１０２として、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｉｎ
Ｐ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
たものなど広く用いることができる。基板１０２として
は、なるべく平坦なものを選択する必要がある。同様
に、エバネッセント光露光で用いるレジスト１０９は、
表面の凹凸が小さく平坦である必要がある。また、エバ
ネッセント光マスク１０１から惨み出た光は、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１０９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、露光パタン幅を広げることになることを考
慮すると、レジスト１０９の厚さは、少なくとも１００
ｎｍ以下で、さらにできるだけ薄い必要がある。

【００２０】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１０
ｎｍ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１０ｎ
ｍ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。このような条件をみ
たすものとして、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
グしてもよい。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ベた単分子膜
を所定の回数、基板上にすくい取ることにより、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（ＬＢ）法を用いても良い。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形成法（ＳＡＭ法）を用
いても良い。これらのコーティング方法のうち、後者の
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きわめて適し
た光レジスト材料のコーティング方法である。

【００２１】上記に説明したとおり、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
光マスク１０１とレジスト・基板１１６の間隔は１００
ｎｍ以下でしかもばらつきなく一定に保たれている必要
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、他のリソグラフイープロセスを経て、すでに
凹凸を有するパタンが形成され、基板表面に１００ｎｍ
以上の凹凸があるものは好ましくなく、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イ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、初めに行なうようにするのが望ましい。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を用
い、基板全面に一括でエバネッセント光露光を行なう装
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
を行なうことを基板上の露光位置を変えて繰り返し行な
うステツプ・アンド・リピート方式の装置としても良
い。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
マスクとレジスト・基板の界面に全反射条件で光を照射
し、開口パタンから惨み出るエバネッセント光を減衰さ
せずにレジストを露光することにより、１００ｎｍ以下
の大きさのパタン、あるいは１００ｎｍ以下の大きさの
パタンと同時にこれより大きい大きさのパタンをマスク
全面にわたりむらなく、基板に一括転写することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】エバネッセント光露光装置の一実施形態を示
す図である。

【図２】従来のエバネッセント光マスクによる露光原
理を説明する図である。

【図３】従来のエバネッセントマスクの構成を示す一
例である。

【図４】減衰しないエバネッセント光を実施するため
の一例である。

【図５】本発明によるエバネッセント光マスクを説明
する図である。

【図６】本発明によるエバネッセント光露光用レジス
トを説明する図である。

【符号の説明】

１０１エバネッセント光マスク１０１ａ表面１０１ｂ裏面１０２基盤１０３与圧容器１０４エバネッセント光マスク母材１０９レジスト１１０ステージ１１１レーザ１１２レーザ光１１３コリメータレンズ１１４ガラス窓１１５エバネッセント光マスク金属パタン１１６レジスト・基盤２１７エバネッセント光２１８第一の開口パタン２１９第二の開口パタン３２０マスク母材３２１金属薄膜３２２開口パタン３２３小さい開口パタン３２４大きい開口パタン４１物体面４２像面４３銀４４光軸５１エバネッセント光マスク母材５２金属薄膜５３特定の周波数に対してエバネッセント光を減衰さ
せない物質６１特定の周波数に対してエバネッセント光を減衰さ
せない物質６２レジスト６３基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】特定の周波数に対してエバネッセント
光を減衰させない物質をエバネッセント光透光部に設け
てあることを特徴としたエバネッセント光マスク。
【請求項２】特定の周波数に対してエバネッセント
光を減衰させない物質をエバネッセント光透光部及びエ
バネッセント光遮光部に設けてあることを特徴としたエ
バネッセント光マスク。
【請求項３】マスクにおけるパタンを、エバネッセ
ント光により被露光物に露光させるエバネッセント光露
光装置において、請求項１または２に記載のエバネッセ
ント光マスクを用いたエバネッセント光露光方法。
【請求項４】特定の周波数に対してエバネッセント光
を減衰させない物質をレジスト面上に塗布してあること
を特徴としたレジスト。
【請求項５】マスクにおけるパタンを、エバネッセ
ント光により被露光物に露光させるエバネッセント光露
光装置において、請求項４に記載のレジストを用いるこ
とを特徴としたエバネッセント光露光方法。
【請求項６】マスクにおけるパタンを、エバネッセン
ト光により被露光物に露光させるエバネッセント光露光
装置において、請求項１または請求項２記載のエバネッ
セント光マスクと請求項４記載のレジスト両方を用いる
ことを特徴としたエバネッセント光露光方法。