JP2004253660A - パターン露光方法および露光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ホログラフィを利用した縮小投影露光方法において、比較的大きなパターンが形成されたマスク原盤を用いて微細パターンを露光することのできるパターン露光方法および露光装置を提供する。
【解決手段】所定のパターン５が形成されたマスク原盤６からホログラム記録媒体１にパターン５のホログラムを記録するホログラム記録工程と、ホログラムの再生像を基板上のレジストに露光するホログラム再生工程とを有する。ホログラム記録工程において、マスク原盤６およびホログラム記録媒体１を照明する第１の光１０の波長を、ホログラム再生工程において再生像をレジストに露光する光の波長よりも長くする。
【選択図】 図１
【解決手段】所定のパターン５が形成されたマスク原盤６からホログラム記録媒体１にパターン５のホログラムを記録するホログラム記録工程と、ホログラムの再生像を基板上のレジストに露光するホログラム再生工程とを有する。ホログラム記録工程において、マスク原盤６およびホログラム記録媒体１を照明する第１の光１０の波長を、ホログラム再生工程において再生像をレジストに露光する光の波長よりも長くする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はパターン露光方法および露光装置に関し、より詳しくは、ホログラフィを利用したパターン露光方法および露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程などにおける微細パターン形成方法の１つとして、ホログラフィを利用したパターン転写技術がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、投影レンズを用いて微細パターンを感光性組成物であるレジストに転写する技術が記載されている。
【０００４】
また、非特許文献１には、全反射方式のホログラフィ露光技術が記載されている。この方法では、図７に示すように、プリズム２０１上にホログラム記録媒体２０２を置き、また、ホログラム記録媒体２０２から所定の間隔をおいてマスク原盤２０３を置く。ここで、マスク原盤２０３には、所定のパターン２０４が形成されている。プリズム２０１を通ってホログラム記録媒体２０２に入射した記録参照光２０５は、ホログラム記録媒体２０２内で全反射される。一方、マスク原盤２０３に形成されたパターン２０４によって回折された物体光２０６もホログラム記録媒体２０２に入射する。そして、記録参照光２０５と物体光２０６とがホログラム記録媒体２０２中で干渉し、形成された干渉縞がパターン２０４のホログラムとしてホログラム記録媒体２０２に記録される。
【０００５】
次に、図８に示すように、マスク原盤２０３のあった位置に、レジスト２０７を塗布したウェハ２０８を、レジスト側をホログラム記録媒体２０２に向けて置く。記録参照光２０５と反対方向から再生参照光２０９をホログラム記録媒体２０２に照射することによって、レジスト２０７にホログラムの再生像を形成することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２９２２９５８号公報
【非特許文献１】
ビー・エイ・オマール（Ｂ．Ａ．Ｏｍａｒ），「固体技術（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」，１９９１年９月，第３４巻，ｐ．８９
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のホログラフィ技術では、ホログラム記録媒体上にホログラムを記録する記録光（記録参照光および物体光）の波長と、レジストにホログラムを再生する再生参照光の波長とは同一であった。したがって、マスク原盤に形成されたパターンの大きさと、レジストに再生されるパターンの大きさとは１対１の等倍の関係にあった。
【０００８】
一方、近年の半導体装置における集積度の増加に伴い、個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどの幅も微細化されている。こうした微細なデザイン・ルールを有する半導体装置を製造するに際しては、微細なレジストパターンを形成することが必要となる。
【０００９】
しかしながら、従来のホログラフィを利用したパターン転写技術によれば、レジストに微細なパターンを形成する場合には、これに対応する微細パターンが形成されたマスク原盤が必要となるために費用がかかるという問題があった。
【００１０】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、ホログラフィを利用した縮小投影露光方法において、比較的大きなパターンが形成されたマスク原盤を用いて微細パターンを露光することのできるパターン露光方法および露光装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、マスク原盤を用いずに微細パターンを露光することのできるパターン露光方法および露光装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン露光方法は、所定のパターンが形成されたマスクからホログラム記録媒体にこのパターンのホログラムを記録するホログラム記録工程と、ホログラムの再生像を基板上のレジストに露光するホログラム再生工程とを有し、ホログラム記録工程においてマスクおよびホログラム記録媒体を照明する第１の光の波長が、ホログラム再生工程において再生像をレジストに露光する第２の光の波長と異なることを特徴とする。
【００１４】
第１の光の波長は、第２の光の波長よりも長くすることができる。
【００１５】
また、本発明のパターン露光方法は、第１の光の波長と第２の光の波長との相違に基づく色収差の補正を行う工程をさらに有することができる。
【００１６】
本発明のパターン露光方法において、ホログラムは、計算によって作成された計算機ホログラムとすることができる。さらに、ホログラムはフーリエ変換型ホログラムとすることができる。また、ホログラムは、透過型ホログラムであってもよいし、反射型ホログラムであってもよい。
【００１７】
第２の光は、波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ２）レーザ光とすることができる。また、ホログラム記録媒体は、フッ素樹脂を含む記録層が基板上に形成されてなるものとすることができる。
【００１８】
本発明の露光装置は、第１の光源からの光の干渉による干渉縞パターンを計算によって求めることにより得られたホログラムを再生するための光を発生する第２の光源と、第２の光源からの光をホログラムに照射してホログラムを再生する光学系とを有し、第１の光源からの光の波長と第２の光源からの光の波長とが異なることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の露光装置は、ホログラム記録用の光を発生する第１の光源と、第１の光源からの光を所定のパターンを有するマスクに導きホログラム形成のための物体光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、第１の光源からの光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、ホログラム記録媒体に記録されたホログラムを再生するための光を発生する第２の光源と、第２の光源からの光をホログラム記録媒体に照射してホログラムを再生する光学系とを有し、第１の光源からの光の波長と第２の光源からの光の波長とが異なることを特徴とする。
【００２０】
第１の光源からの光の波長は、第２の光源からの光の波長よりも長くすることができる。
【００２１】
また、本発明の露光装置は、第１の光源からの光の波長と第２の光源からの光の波長との相違に基づく色収差の補正を行う手段をさらに有することができる。
【００２２】
本発明の露光装置において、ホログラムはフーリエ変換型ホログラムとすることができる。また、ホログラムは、透過型ホログラムであってもよいし、反射型ホログラムであってもよい。
【００２３】
第２の光源からの光は、波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ２）レーザ光とすることができる。また、ホログラム記録媒体は、フッ素樹脂を含む記録層が基板上に形成されてなるものとすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明は、ホログラムを利用した縮小投影露光方法を利用して、レジストに微細パターンを露光するものである。そして、本発明におけるパターン露光方法は、所定のパターンが形成されたマスクからホログラム記録媒体にこのパターンのホログラムを記録するホログラム記録工程と、このホログラムの再生像を基板上のレジストに露光するホログラム再生工程とを有し、ホログラム記録工程においてマスクおよびホログラム記録媒体を照明する第１の光の波長が、ホログラム再生工程において再生像をレジストに露光する第２の光の波長と異なることを特徴とする。
【００２５】
本発明において使用される光源は、コヒーレンシーが高く、明るい光源であることが好ましい。ここで、光源とは、ホログラム記録用の光を発生する第１の光源およびホログラム記録媒体に記録されたホログラムを再生するための再生参照光を発生する第２の光源をいう。具体的には、レーザ光または水銀灯などの線スペクトルを光源として用いることができるが、波長幅が狭いという点でレーザ光を用いることが好ましい。
【００２６】
また、記録光（記録参照光および物体光）の波長は、ホログラム記録材料にホログラムを記録可能な波長域にあればよい。長波長の方が好ましいが、ホログラムの解像性が光学系の回折条件で制限されるので、所望のパターン・サイズと同程度の波長を用いることが望ましい。尚、光に限らず、電子線またはイオン線などを用いてホログラムを形成してもよい。この場合、費用は高くなるが、高精細なホログラムを作製することが可能となる。
【００２７】
本発明においては、記録光よりも波長の短い光を再生参照光として用いることができる。再生参照光の波長が短いほど、ホログラム再生像の解像度は高くなる。したがって、波長２４８ｎｍのフッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ、波長１９３ｎｍのフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザまたは波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ２）レーザなどが、再生参照光の光源として好ましく用いられる。尚、必要に応じて、ピンホールなどでモード選択したり、ビーム・エキスパンダによって光束を拡幅したりしてもよい。
【００２８】
ホログラムが記録されるホログラム記録媒体は、例えば、ホログラム用記録材料からなる記録層が基板上に形成された構造を有する。
【００２９】
ホログラム用記録材料としては、一般に記録材料として用いられる感光剤を使用することができるが、干渉縞の屈折率変化が露光量の増加とともに一次関数的に変化するような感光剤、すなわちダイナミック・レンジの広い感光剤であることが好ましい。
【００３０】
具体的には、銀塩乳剤、重クロム酸ゼラチン、フォトレジスト、サーモプラスチックまたはフォトリフラクティブ結晶などを挙げることができる。特に、銀塩乳剤およびフォトレジストは解像度が高いことから、微細パターンの形成に好ましく用いることができる。また、フォトレジストの内で特に化学増幅型のレジストは高感度であることから、ホログラム記録のための露光時間が短くて済むという利点を有する。さらに、サーモプラスチックおよびフォトリフラクティブ結晶は記録および消去が可能であることから、容易にホログラムを修正することができるという利点を有する。
【００３１】
また、本実施の形態において適用されるホログラムは、振幅型ホログラムおよび位相型ホログラムのいずれであってもよいが、回折効率が高いという点から位相型ホログラムが好ましい。同様に、回折効率が高いという点から、ホログラムは厚い方が好ましい。但し、薄いホログラムであっても、エンボス法などによって回折効率を高めて使用することが可能である。
【００３２】
厚膜ホログラムを作製できるという点から、ホログラム用記録材料は、記録光に対して高い透明性を有するものであることが好ましい。フッ素樹脂は短波長において高い透過率を有するので、本発明におけるホログラム用記録材料として特に好ましく用いることができる。
【００３３】
表面にアルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）などを蒸着することによって、反射型エンボスホログラムとしてもよい。この場合には、ホログラム用記録材料が露光波長に吸収を持つ場合であっても使用できるという利点を有する。特に、露光波長が真空紫外域にある場合に有効である。
【００３４】
さらに、本実施の形態において使用されるホログラムは、フレネルホログラムおよびフーリエ変換型ホログラムのいずれであってもよいが、再生像の分解能が高いという点からフーリエ変換型ホログラムが好ましい。
【００３５】
本実施の形態は、マスク原盤がない場合にも適用可能である。その場合、例えば、計算機ホログラムを用いることができる。計算機ホログラムは、例えば、所望のパターンからの物体光および記録参照光から、干渉縞パターンを光学計算することによって作製したものである。具体的には、物体からホログラム面に伝播する光の場を回折理論などにより計算する。この際、高速フーリエ変換を用いることによって、計算時間を大幅に短縮してホログラム面上での光の振幅と位相を求めることができる。そして、得られた計算結果を基に、電子線描画装置などを用いて、レジストにホログラムを直接描画することができる。
【００３６】
計算機ホログラムを用いれば、マスク原盤を作製する必要がなくなるので、コストダウンを図ることができる。また、ホログラム記録時のスペックルノイズによる精度低下などの問題も解消する。尚、この場合、使用可能なホログラム記録用材料には、上記の例に加えて電子線用レジストも挙げることができる。
【００３７】
本発明においては、液晶を用いた空間変調器または音響光学素子などを利用したホログラムを使用することもできる。これらのホログラムを用いた場合には、実時間でホログラムを修正することができるので、ホログラムの修正が容易となるという利点がある。
【００３８】
ホログラムを再生すると虚像以外に実像ができる場合があるが、実際に再生参照光が像を結んでいればレジストのパターン露光に利用可能である。また、共役像を用いる場合には、前後左右が逆に露光できるという利点がある。
【００３９】
実施の形態１．
図１および図２を用いて、本実施の形態におけるパターン露光方法および露光装置について説明する。
【００４０】
また、本発明の露光装置は、ホログラム記録用の光を発生する第１の光源と、第１の光源からの光を所定のパターンを有するマスクに導きホログラム形成のための物体光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、第１の光源からの光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、ホログラム記録媒体に記録されたホログラムを再生するための光を発生する第２の光源と、第２の光源からの光をホログラム記録媒体に照射してホログラムを再生する光学系とを有し、第１の光源からの光の波長と第２の光源からの光の波長とが異なることを特徴とする。
【００４１】
尚、本明細書において、記録用光源とは第１の光源をいい、再生用光源とは第２の光源をいう。また、マスク原盤とはマスクをいう。（以下、同じ。）
【００４２】
図１は、本実施の形態におけるホログラム記録工程についての説明図である。
【００４３】
本実施の形態において、ホログラム記録媒体１はプリズム２上に設置されて、プリズム・ホルダ駆動手段３に接続されたプリズム・ホルダ４によって所定の位置に固定される。
【００４４】
１つの例では、アクリル樹脂１００重量部にイソシアネートアクリレート化合物を２０重量部加え、さらに波長４８８ｎｍに感光性を有するオニウム塩を５重量部加えることによってホログラム用記録材料を調整し、これをガラス基板上に１μｍの膜厚で形成してホログラム記録媒体とすることができる。
【００４５】
所定のパターン５が形成されたマスク原盤６は、ホログラム記録媒体１から所定の間隔をおいて配設され、マスク・ホルダ駆動手段７に接続されたマスク・ホルダ８によって保持されている。例えば、ホログラム記録媒体から５０μｍ程度の間隔をおいてマスク原盤６を配置することができる。
【００４６】
本発明においては、マスク原盤に形成するパターンの大きさを、後工程でレジストに形成する所望のパターンの大きさよりも大きなものとすることができる。すなわち、レジストに形成する微細パターンと等倍のパターンを形成する必要がないので、マスク原盤の作製が容易となり、コストダウンを図ることができる。
【００４７】
マスク原盤に形成するパターンの具体的な大きさは、後述するように、記録用光源の波長、再生用光源の波長およびレジストに形成するパターンの大きさから決定される。
【００４８】
図１に示すように、記録用光源９から放射された波長λ１（第１の光。以下、同じ。）の光１０は、光学系１１によって成形された後、ビーム・スプリッタ１２によって適当な強度比の２つの光１３，１４に分割される。この内の光１３は、まず、全反射ミラー１５によって進行方向を変えられる。次に、ビーム・エキスパンダ１６によってビーム径が広げられて平行光１７となりマスク原盤６を照射する。そして、パターン５によって回折されて物体光２１となり、ホログラム記録媒体１に入射する。一方、光１４は、全反射ミラー１８によって進行方向を変えられ、ビーム・エキスパンダ１９によってビーム径が広げられて記録参照光２０となる。記録参照光２０は、プリズム２に入射した後、ホログラム記録媒体１中で全反射する。
【００４９】
ホログラム記録媒体１に入射した物体光２１と記録参照光２０は、ホログラム記録媒体１中で干渉して干渉縞を形成する。このようにして、ホログラム記録媒体１にマスク原盤６のパターン５のホログラムが記録される。
【００５０】
また、図１の例では、マスク・ホルダ駆動手段７、プリズム・ホルダ駆動手段３およびレーザ・シャッタ２２は、計算機２３によって制御される。
【００５１】
次に、図２を用いて、本実施の形態におけるホログラム再生工程について説明する。尚、図２において、図１と同じ符号を用いた箇所は同じものであることを示している。
【００５２】
本実施の形態においては、記録光（記録参照光および物体光）よりも波長の短い光を再生参照光として用いることを特徴としている。例えば、記録用光源として発振波長４８８ｎｍのアルゴンイオンレーザを用い、再生光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザの第５高調波（波長２６６ｎｍ）を用いることができる。
【００５３】
再生用光源２４から出た波長λ２（λ２＜λ１）の光（第２の光。以下、同じ。）２５は、ビーム・エキスパンダ２６によってビーム径が広げられて平行な再生参照光２７となる。再生参照光２７は、図１に示す記録参照光２０の光路と反対方向から、プリズム２上のホログラム記録媒体１に記録されたホログラムを照射する。
【００５４】
再生用光源２４、ビーム・エキスパンダ２６および再生光源用シャッタ２８は、再生光源ステージ２９の上に設置されている。そして、これらは、所定の条件でホログラムを再生照明できるように、再生光源ステージ駆動手段３０を介して計算機２３によって制御される。
【００５５】
ホログラム記録媒体１に記録されたホログラムを照射した再生参照光２７の一部は、ホログラムによって回折して再生光３１となる。
【００５６】
一方、マスク原盤６のあった位置には、感光性材料としてのレジスト３２を塗布した（基板としての）ウェハ３３が、レジスト側をホログラム記録媒体１に向けて置かれている。ウェハはシリコンウェハなどの半導体基板であってもよいし、ガラス基板やプラスチック基板などであってもよい。また、半導体基板上に絶縁膜などの薄膜が形成されていてもよい。この場合、２以上の薄膜が積層された構造であってもよい。
【００５７】
再生光３１によりホログラムがレジスト３２上に結像することによって、所望のパターンの潜像がレジスト３２上に形成される。したがって、レジスト３２を現像処理することによって、所望のレジストパターンを得ることができる。
【００５８】
本実施の形態においては、記録光の波長（λ１）と再生光の波長（λ２）とが異なるので（λ１＞λ２）、色収差の補正を行うことが好ましい。具体的には、ホログラム記録時の光の入射角度とホログラム再生時の光の入射角度とを変化させるなどしてホログラム再生条件を補正する。
【００５９】
例えば、図２に示す再生光源ステージ駆動手段３０を用い、以下のようにして行うことができる。
【００６０】
ホログラム記録時の記録参照光２０の波数ベクトルと物体光２１の波数ベクトルの作る角度をθとする。また、ホログラム再生時の再生参照光２７の波数ベクトルと再生光３１の波数ベクトルの作る角度をθ′とする。このとき、θおよびθ′の間には式（１）の関係が成立する。
【００６１】
【数１】
【００６２】
また、記録用光源９、マスク原盤６、再生用光源２４および再生像までの距離をそれぞれＲｒ、Ｒｏ、ＲｃおよびＲｉとする。このとき、これらの間には式（２）の関係が成立する。
【００６３】
【数２】
【００６４】
したがって、式（１）および式（２）を満たす角度θ′で再生参照光２７をホログラム記録媒体１に入射させることにより、再生像が位置Ｒｉに再生される。
【００６５】
以上のようにして、ホログラム再生条件の補正を行うことができる。尚、併せて、ウェハ３３の位置についても同様の補正を行う。具体的には、ホログラム記録媒体１に記録されたホログラムの再生像がウェハ３３上のレジスト３２に結像するように、ウェハステージ駆動手段３４を用いてウェハステージ３５の位置を調整する。
【００６６】
本実施の形態によれば、ホログラム記録工程で用いる光の波長λ１に対して、ホログラム再生工程で用いる光の波長λ２を短くすることによって、縮小倍率がλ２／λ１である微細パターンをレジストに転写することができる。
【００６７】
例えば、記録用光源として発振波長４８８ｎｍのアルゴンイオンレーザを用い、再生用光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザの第５高調波（波長２６６ｎｍ）を用いる。線幅４００ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用いて、本実施の形態による縮小投影露光を行った場合には、線幅２１８ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンをレジストに転写することができる。
【００６８】
比較のために、ホログラム記録工程で用いる光の波長と、ホログラム再生工程で用いる光の波長とが同じである場合のパターン露光について述べる。例えば、記録用光源および再生光源として発振波長４８８ｎｍのアルゴンイオンレーザを用い、線幅が４００ｎｍ程度であるライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用いて同様の工程を行う。この場合、レジストに転写されるパターンの線幅は、マスク原盤に形成されたパターンの線幅と同じ４００ｎｍ程度となり、縮小されたパターンは得られない。
【００６９】
本実施の形態によれば、記録光の波長と再生照明光の波長を変えることによって、レジストに微細パターンを形成することができる。したがって、マスク原盤には比較的大きなパターンを形成すればよく、微細パターンと等倍のマスク原盤を作製する必要はないので、コストダウンを図ることが可能である。
【００７０】
また、本実施の形態のホログラフィック露光技術によれば、レンズ光学系を利用した露光技術と異なり無収差の像を作ることができる。したがって、良好なパターン転写をすることができる。
【００７１】
また、本実施の形態のホログラフィック露光技術によれば、ホログラムの全面でなく一部のみを用いることによっても再生が可能である。したがって、例えば、ホログラムに傷やゴミなどがあった場合であっても、再生像に影響を与えることなく欠陥のない良好なパターンを得ることができる。
【００７２】
さらに、本実施の形態のホログラフィック縮小投影露光法によれば、高価な縮小光学系は不要である。尚、本実施の形態によるパターン露光方法と縮小光学系を利用した露光方法とを組み合わせてもよい。この場合、より微細なパターンを形成することが可能となる。
【００７３】
実施の形態２．
本実施の形態は、透過型ホログラムを用いたホログラフィック縮小投影露光方法に関する。
【００７４】
本実施の形態の露光装置は、ホログラム記録用の光を発生する第１の光源と、第１の光源からの光を所定のパターンを有するマスクに導きホログラム形成のための物体光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、第１の光源からの光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、ホログラム記録媒体に記録されたホログラムを再生するための光を発生する第２の光源と、第２の光源からの光をホログラム記録媒体に照射してホログラムを再生する光学系とを有し、第１の光源からの光の波長と第２の光源からの光の波長とが異なることを特徴とする。さらに、ホログラムは透過型ホログラムであることを特徴とする。
【００７５】
図３および図４を用いて、本実施の形態におけるパターン露光方法および露光装置について説明する。
【００７６】
図３は、本実施の形態におけるホログラム記録工程についての説明図である。
【００７７】
本実施の形態において、ホログラム記録媒体４１はホログラム・ホルダ４２上に設置されて、ホログラム・ホルダ駆動手段４３によって所定の位置に固定される。
【００７８】
１つの例では、エトキシエチルオキシ含有フッ素樹脂１００重量部に、波長３５５ｎｍに感光性を有するオニウム塩を５重量部加えてホログラム記録用材料とし、これをガラス基板上に５００ｎｍの膜厚で形成して、ホログラム記録媒体とすることができる。
【００７９】
所定のパターン４４が形成されたマスク原盤４５は、ホログラム記録媒体４１から所定の間隔をおいて配設され、マスク・ホルダ駆動手段４６に接続されたマスク・ホルダ４７によって保持されている。
【００８０】
本発明においては、マスク原盤に形成するパターンの大きさを、後工程でレジストに形成する所望のパターンの大きさよりも大きなものとすることができる。すなわち、レジストに形成する微細パターンと等倍のパターンを形成する必要がないので、マスク原盤の作製が容易となり、コストダウンを図ることができる。
【００８１】
マスク原盤に形成するパターンの具体的な大きさは、後述するように、記録用光源の波長、再生用光源の波長およびレジストに形成するパターンの大きさから決定される。
【００８２】
図３に示すように、記録用光源４８から放射された波長λ１の光（第１の光。以下、同じ。）４９は、光学系５０によって成形された後、ビーム・スプリッタ５１によって適当な強度比の２つの光５２，５３に分割される。この内の光５２は、まず、全反射ミラー５４によって進行方向を変えられる。次に、ビーム・エキスパンダ５５によってビーム径が広げられて平行光５６となりマスク原盤４５を照射する。そして、パターン４４によって回折されて物体光６１となり、ホログラム記録媒体４１に入射する。一方、光５３は、全反射ミラー５７，５８によって進行方向を変えられ、ビーム・エキスパンダ５９によってビーム径が広げられて記録参照光６０となって、ホログラム記録媒体４１を照射する。
【００８３】
ホログラム記録媒体４１に入射した物体光６１と記録参照光６０は、ホログラム記録媒体４１中で干渉して干渉縞を形成する。このようにして、ホログラム記録媒体４１にマスク原盤４５のパターン４４のホログラムが記録される。
【００８４】
また、図３の例では、マスク・ホルダ駆動手段４６、ホログラム・ホルダ駆動手段４３およびレーザ・シャッタ６２は、計算機６３によって制御される。
【００８５】
次に、図４を用いて、本実施の形態におけるホログラム再生工程について説明する。尚、図４において、図３と同じ符号を用いた箇所は同じものであることを示している。
【００８６】
本実施の形態においては、記録光（記録参照光および物体光）よりも波長の短い光を再生参照光として用いることを特徴としている。例えば、記録用光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波（波長３５５ｎｍ）を用い、再生光源として発振波長１５７ｎｍのＦ２レーザを用いることができる。
【００８７】
再生用光源６４から出た波長λ２（λ２＜λ１）の光（第２の光。以下、同じ。）７７は、全反射ミラー６５によって進行方向を変えらた後、ビーム・エキスパンダ６６によってビーム径が広げられて平行な再生参照光６７となる。再生参照光６７は、図３に示す記録参照光６０の光路と反対方向から、ホログラム記録媒体４１に記録されたホログラムを照射する。
【００８８】
再生用光源６４、全反射ミラー６５、ビーム・エキスパンダ６６および再生用光源用シャッタ６８は、再生光源ステージ６９の上に設置されている。そして、これらは、所定の条件でホログラムパターンを再生照明できるように、再生光源ステージ駆動手段７０を介して計算機７１によって制御される。
【００８９】
ホログラム記録媒体４１に形成されたホログラムパターンを照射した再生参照光６７の一部は、ホログラムによって回折して再生光７２となる。
【００９０】
一方、フォトマスク原盤４５のあった位置には、感光性材料としてのレジスト７３を塗布した（基板としての）ウェハ７４がレジスト側をホログラム記録媒体４１に向けて置かれている。ウェハはシリコンウェハなどの半導体基板であってもよいし、ガラス基板やプラスチック基板などであってもよい。また、半導体基板上に絶縁膜などの薄膜が形成されていてもよい。この場合、２以上の薄膜が積層された構造であってもよい。
【００９１】
再生光７２によりホログラムがレジスト７３上に結像することによって、所望のパターンの潜像がレジスト７３上に形成される。したがって、レジスト７３を現像処理することによって、所望のレジストパターンを得ることができる。
【００９２】
本実施の形態においては、記録光の波長（λ１）と再生光の波長（λ２）とが異なるので（λ１＞λ２）、色収差の補正を行うことが好ましい。具体的には、ホログラム記録時の光の入射角度とホログラム再生時の光の入射角度とを変化させるなどしてホログラム再生条件を補正する。
【００９３】
例えば、図４に示す再生光源ステージ駆動手段７０を用い、実施の形態１と同様にして行うことができる。
【００９４】
また、ウェハ７４の位置についても同様の補正を行う。具体的には、ホログラム記録媒体４１に形成されたホログラムの再生像がウェハ７４上のレジスト７３に結像するように、ウェハステージ駆動手段７５を用いてウェハステージ７６の位置を調整する。
【００９５】
本実施の形態によれば、透過型ホログラムを用い、ホログラム記録工程で用いる光の波長λ１に対して、ホログラム再生工程で用いる光の波長λ２を短くすることによって、縮小倍率がλ２／λ１である微細パターンをレジストに転写することができる。
【００９６】
例えば、記録用光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波（波長３５５ｎｍ）を用い、再生用光源として発振波長１５７ｎｍのＦ２レーザを用いる。線幅２００ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用いて、本実施の形態による縮小投影露光を行った場合には、線幅８８ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンをレジストに転写することができる。
【００９７】
尚、実際にレジストに形成されるパターンの大きさは、レジスト材料の種類やホログラム用記録材料の種類などによっても変動する。したがって、光源の種類などに応じて適切な材料を選択することが必要である。
【００９８】
具体的には、再生参照光が透過可能な材料を選択して、ホログラム記録媒体を形成することが必要である。上述したエトキシエチルオキシ含有フッ素樹脂にオニウム塩を加えたフォトレジストであればＦ２レーザ光を透過させることができるので、所望のパターンを転写することができる。例えば、線幅２００ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用いて本実施の形態による露光を行った場合、線幅８０ｎｍ程度のパターンを得ることができた。
【００９９】
比較のために、ｇ線用フォトレジストを用いてホログラム記録媒体を形成した例について述べる。この場合、図３に示す装置によって得られたホログラムパターンを用い、図４に示す装置で再生化を行っても、レジストにパターンを形成することはできない。ｇ線用フォトレジストは、Ｆ２レーザの発振波長である波長１５７ｎｍに大きな吸収を有する。したがって、再生照明光は、ｇ線用フォトレジストを透過することができない。すなわち、レジストに再生光を結像することができないので、パターンを形成することができない。
【０１００】
本実施の形態によれば、記録光の波長と再生照明光の波長を変えることによって、レジストに微細パターンを形成することができる。したがって、マスク原盤には比較的大きなパターンを形成すればよく、微細パターンと等倍のマスク原盤を作製する必要はないので、コストダウンを図ることが可能である。
【０１０１】
実施の形態３．
本実施の形態は、フーリエ変換型ホログラムを用いたホログラフィック縮小投影露光方法に関する。
【０１０２】
本実施の形態の露光装置は、ホログラム記録用の光を発生する第１の光源と、第１の光源からの光を所定のパターンを有するマスクに導きホログラム形成のための物体光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、第１の光源からの光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、ホログラム記録媒体に記録されたホログラムを再生するための光を発生する第２の光源と、第２の光源からの光をホログラム記録媒体に照射してホログラムを再生する光学系とを有し、第１の光源からの光の波長と第２の光源からの光の波長とが異なることを特徴とする。さらに、ホログラムはフーリエ変換型ホログラムであることを特徴とする。
【０１０３】
図５および図６を用いて、本実施の形態におけるパターン露光方法および露光装置について説明する。
【０１０４】
図５は、本実施の形態におけるホログラム記録工程についての説明図である。
【０１０５】
本実施の形態において、ホログラム記録媒体８１はホログラム・ホルダ８２上に設置されて、ホログラム・ホルダ駆動手段８３によって所定の位置に固定される。
【０１０６】
１つの例では、酸性ヒドロキシル基含有フッ素樹脂１００重量部にグリシジル化合物化合物を２０重量部加え、さらに波長３０８ｎｍに感光性を有するオニウム塩を５重量部加えることによってホログラム用記録材料を調整し、これをガラス基板上に５００ｎｍの膜厚で形成してホログラム記録媒体とすることができる。
【０１０７】
所定のパターン８４が形成されたマスク原盤８５は、ホログラム記録媒体８１から所定の間隔をおいて配設され、マスク・ホルダ駆動手段８６に接続されたマスク・ホルダ８７によって保持されている。
【０１０８】
本発明においては、マスク原盤に形成するパターンの大きさを、後工程でレジストに形成する所望のパターンの大きさよりも大きなものとすることができる。すなわち、レジストに形成する微細パターンと等倍のパターンを形成する必要がないので、マスク原盤の作製が容易となり、コストダウンを図ることができる。
【０１０９】
マスク原盤に形成するパターンの具体的な大きさは、後述するように、記録用光源の波長、再生用光源の波長およびレジストに形成するパターンの大きさから決定される。
【０１１０】
図５に示すように、記録用光源８８から放射された波長λ１の光（第１の光。以下、同じ。）８９は、ピンホール９０により点光源に成形された後、その一部がレンズ９１によって全反射ミラー９２上に集光される。集光された光は、記録参照光９３となってホログラム記録媒体８１を照明する。一方、ピンホール９０を透過した他の光は、マスク原盤８５に形成されたパターン８４を直接照明する。そして、パターン８４によって回折されて物体光９４となってホログラム記録媒体８１に入射する。
【０１１１】
ホログラム記録媒体８１に入射した記録参照光９３と物体光９４がホログラム記録媒体８１中で干渉することにより干渉縞を形成する。このようにして、マスク原盤８５のパターン８４のホログラムがホログラム記録媒体８１に記録される。
【０１１２】
また、図５の例では、マスク・ホルダ駆動手段８６、ホログラム・ホルダ駆動手段８３および記録用光源シャッタ９５は、計算機９６によって制御される。
【０１１３】
次に、図６を用いて、本実施の形態におけるホログラム再生工程について説明する。尚、図６において、図５と同じ符号を用いた箇所は同じものであることを示している。
【０１１４】
本実施の形態においては、記録光（記録参照光および物体光）よりも波長の短い光を再生参照光として用いることを特徴としている。例えば、記録用光源として発振波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い、再生光源として発振波長１５７ｎｍのＦ２レーザを用いることができる。
【０１１５】
再生用光源９７から出た波長λ２（λ２＜λ１）の光（第２の光。以下、同じ。）９８は、光学系９９によって収斂し再生参照光１００となってホログラム記録媒体８１に記録されたホログラムを照明する。そして、再生参照光１００は、ホログラムによって回折して再生光１０１となる。
【０１１６】
一方、フォトマスク原盤８５のあった位置には、感光性材料としてのレジスト１０２を塗布した（基板としての）ウェハ１０３が、レジスト側をホログラム記録媒体８１に向けて置かれている。ウェハはシリコンウェハなどの半導体基板であってもよいし、ガラス基板やプラスチック基板などであってもよい。また、半導体基板上に絶縁膜などの薄膜が形成されていてもよい。この場合、２以上の薄膜が積層された構造であってもよい。
【０１１７】
ホログラム記録媒体８１は、ホログラム・ホルダ１０７上に設置され、ホログラム・ホルダ駆動手段１０８によって所定の位置に固定されている。
【０１１８】
再生光１０１によりホログラムがレジスト１０２上に結像することによって、所望のパターンの潜像がレジスト１０２に形成される。したがって、レジスト１０２を現像処理することによって、所望のレジストパターンを得ることができる。
【０１１９】
本実施の形態においては、記録光の波長（λ１）と再生光の波長（λ２）とが異なるので（λ１＞λ２）、色収差の補正を行うことが好ましい。具体的には、ホログラム記録時の光の入射角度とホログラム再生時の光の入射角度とを変化させるなどしてホログラム再生条件を補正する。
【０１２０】
また、ウェハ１０３の位置についても同様の補正を行う。具体的には、ホログラム記録媒体８１に形成されたホログラムの再生像がウェハ１０３上のレジスト１０２に結像するように、ウェハステージ駆動手段１０４を用いてウェハステージ１０５の位置を調整する。
【０１２１】
また、図６の例では、ウェハステージ駆動手段１０４、ホログラム・ホルダ駆動手段１０８および再生用光源シャッタ１０６は、計算機９６によって制御される。
【０１２２】
本実施の形態によれば、フーリエ変換型ホログラムを用い、ホログラム記録工程で用いる光の波長λ１に対して、ホログラム再生工程で用いる光の波長λ２を短くすることによって、縮小倍率がλ２／λ１である微細パターンをレジストに転写することができる。
【０１２３】
例えば、記録用光源として発振波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い、再生用光源として発振波長１５７ｎｍのＦ２レーザを用いる。線幅１５０ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用いて、本実施の形態による縮小投影露光を行った場合には、線幅７６ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンをレジストに転写することができる。
【０１２４】
尚、実際にレジストに形成されるパターンの大きさは、レジスト材料の種類やホログラム用記録材料の種類などによっても変動する。したがって、光源の種類などに応じて適切な材料を選択することが必要である。
【０１２５】
具体的には、再生参照光が透過可能な材料を選択して、ホログラム記録媒体を形成することが必要である。上述した酸性ヒドロキシル基含有フッ素樹脂にグリシジル化合物およびオニウム塩を加えたフォトレジストであればＦ２レーザ光を透過させることができるので、所望のパターンを転写することができる。例えば、線幅１５０ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用いて本実施の形態による露光を行った場合、線幅７５ｎｍ程度のパターンを得ることができた。
【０１２６】
本実施の形態においては透過型ホログラムを用いてホログラムを再生する例について述べたが、本発明は反射型ホログラムを用いてホログラムを再生する場合にも適用可能である。
【０１２７】
例えば、ホログラムを記録したホログラム記録媒体に金蒸着などを施し、これを用いてホログラム再生工程を行う。
【０１２８】
ホログラム再生工程における再生参照光は、記録光（記録参照光および物体光）よりも短い波長の光とする。例えば、記録用光源として発振波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い、再生光源として発振波長１５７ｎｍのＦ２レーザを用いることができる。１つの例として、線幅１５０ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用い、上述の酸性ヒドロキシル基含有フッ素樹脂にグリシジル化合物およびオニウム塩を加えたフォトレジストを用いて露光したところ、線幅７５ｎｍ程度のパターンを得ることができた。
【０１２９】
本実施の形態によれば、記録光の波長と再生照明光の波長を変えることによって、レジストに微細パターンを形成することができる。したがって、マスク原盤には比較的大きなパターンを形成すればよく、微細パターンと等倍のマスク原盤を作製する必要はないので、コストダウンを図ることが可能である。
【０１３０】
また、本実施の形態によれば、フーリエ変換型ホログラムを用いることによって、分解能の高い再生像を得ることができる。
【０１３１】
実施の形態４．
本実施の形態は、計算機ホログラムを用いたホログラフィック縮小投影露光方法に関する。
【０１３２】
本実施の形態における露光装置は、第１の光源からの物体光と記録参照光との干渉による干渉縞パターンを計算によって求めることにより得られたホログラムを再生するための再生参照光を発生する第２の光源と、再生参照光をホログラムに照射してホログラムを再生する再生参照光照射光学系とを有し、第１の光源からの光の波長と第２の光源からの光の波長とが異なることを特徴としている。
【０１３３】
本実施の形態では、まず、記録参照光と物体光との干渉による干渉縞のパターンを計算する。次に、これを電子線描画装置を用いてホログラム記録媒体に直接描画することによりホログラムを作製する。尚、記録参照光および物体光は、記録用光源から放射された波長λ１の光（第１の光。以下、同じ。）に対応する。
【０１３４】
具体的には、実施の形態３で説明した図５に示す露光装置において、記録参照光９３と物体光９４とがホログラム記録媒体８１に伝播する光の場を高速フーリエ変換を用いて計算する。得られた計算結果にしたがい、電子線描画装置を用いてレジストにパターンを直接描画する。レジストを現像処理することによって、所望のホログラムを得ることができる。
【０１３５】
得られたホログラムの再生化は、例えば、実施の形態１で説明した図６に示す装置によって行うことができる。
【０１３６】
本実施の形態においては、記録光（記録参照光および物体光）よりも波長の短い光を再生参照光として用いることを特徴としている。例えば、記録用光源として発振波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い、再生用光源として発振波長１５７ｎｍのＦ２レーザを用いることができる。
【０１３７】
再生用光源９７から出た波長λ２（λ２＜λ１）の光（第２の光。以下、同じ。）９８は、光学系９９によって収斂し再生参照光１００となってホログラム記録媒体８１に記録されたホログラムを照明する。そして、再生参照光１００は、ホログラムによって回折されて再生光１０１となる。
【０１３８】
一方、ホログラム記録媒体８１から所定の間隔をおいた位置に、感光性材料としてのレジスト１０２を塗布した（基板としての）ウェハ１０３が、レジスト側をホログラム記録媒体８１に向けて置かれている。ウェハはシリコンウェハなどの半導体基板であってもよいし、ガラス基板やプラスチック基板などであってもよい。また、半導体基板上に絶縁膜などの薄膜が形成されていてもよい。この場合、２以上の薄膜が積層された構造であってもよい。
【０１３９】
再生光１０１によりホログラムがレジスト１０２上に結像することによって、所望のパターンの潜像がレジスト１０２に形成される。したがって、レジスト１０２を現像処理することによって、所望のレジストパターンを得ることができる。
【０１４０】
本実施の形態においては、記録光の波長（λ１）と再生光の波長（λ２）とが異なるので（λ１＞λ２）、色収差の補正を行うことが好ましい。具体的には、ホログラム記録時の光の入射角度とホログラム再生時の光の入射角度とを変化させるなどしてホログラム再生条件を補正する。また、ウェハの位置についても同様の補正を行うことが好ましい。
【０１４１】
以上の述べたように、ホログラム記録工程で用いる光の波長λ１に対して、ホログラム再生工程で用いる光の波長λ２を短くすることによって、縮小倍率がλ２／λ１である微細パターンをレジストに転写することができる。
【０１４２】
例えば、記録用光源として発振波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い、再生用光源として発振波長１５７ｎｍのＦ２レーザを用いる。線幅１５００ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用いて、本実施の形態による縮小投影露光を行った場合には、線幅７６ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンをレジストに転写することができる。
【０１４３】
尚、実際にレジストに形成されるパターンの大きさは、レジスト材料の種類やホログラム用記録材料の種類などによっても変動する。したがって、光源の種類などに応じて適切な材料を選択することが必要である。
【０１４４】
例えば、記録用光源として発振波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い、再生用光源として発振波長１５７ｎｍのＦ２レーザを用いることができる。１つの例として、線幅１５０ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用い、実施の形態３で示した酸性ヒドロキシル基含有フッ素樹脂にグリシジル化合物およびオニウム塩を加えたフォトレジストを用いて露光したところ、線幅７５ｎｍ程度のパターンを得ることができた。
【０１４５】
本実施の形態におけるホログラムは、フーリエ変換型ホログラムであってもよい。また、ホログラムは透過型ホログラムに限られず、反射型ホログラムであってもよい。
【０１４６】
また、本実施の形態では、記録用再生光と物体光との干渉による干渉縞パターンを計算によって求めることによりホログラムを作製する例について示したが、本発明はこれに限られるものではない。計算によって作製されたホログラムであれば他の方法によって作製されてもよい。
【０１４７】
本実施の形態によれば、記録光の波長と再生照明光の波長を変えることによって、レジストに縮小された微細パターンを形成することができる。すなわち、所望の微細パターンの大きさよりも大きなパターンを有するホログラムを用いて、縮小投影露光することができる。大きなパターンのホログラムを作製することは比較的容易であるので、このようなパターンを縮小投影露光することによって、良好な形状の微細パターンを形成することが可能となる。
【０１４８】
また、本実施の形態によれば、ホログラムを計算によって作成することによりマスク原盤を不要とすることができるので、一層のコストダウンを図ることが可能となる。
【０１４９】
【発明の効果】
本発明によれば、マスクおよびホログラム記録媒体を照明する第１の光の波長と、再生像をレジストに露光する第２の光の波長を変えることによって、レジストに微細な縮小パターンを形成することができる。したがって、微細パターンと等倍のマスクを作製する必要がないので、コストダウンを図ることができる。
【０１５０】
また、本発明によれば、計算機ホログラムとすることによって、マスク原盤の作製そのものを不要とすることができる。この場合、大きなパターンのホログラムを用いて縮小投影露光することにより、良好な形状の微細パターンを形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１におけるホログラム記録工程の説明図である。
【図２】実施の形態１におけるホログラム再生工程の説明図である。
【図３】実施の形態２におけるホログラム記録工程の説明図である。
【図４】実施の形態２におけるホログラム再生工程の説明図である。
【図５】実施の形態３におけるホログラム記録工程の説明図である。
【図６】実施の形態３におけるホログラム再生工程の説明図である。
【図７】従来のホログラム記録工程の説明図である。
【図８】従来のホログラム再生工程の説明図である。
【符号の説明】
１，４１，８１，２０２ ホログラム記録媒体、 ２，２０１ プリズム、 ５，４４，８４，２０４ パターン、 ６，４５，８５，２０３ マスク原盤、９，４８，８８ 記録用光源、 １０，４９，８９ 第１の光、 ２０，６０，９３，２０５ 記録参照光、 ２１，６１，９４，２０６ 物体光、 ２４，６４，９７ 再生用光源、 ２５，７７，９８ 第２の光、 ２７，６７，１００，２０９ 再生参照光、 ３１，７２，１０１ 再生光、 ３２，７３，１０２，２０７ レジスト、 ３３，７４，１０３，２０８ ウェハ。
【発明の属する技術分野】
本発明はパターン露光方法および露光装置に関し、より詳しくは、ホログラフィを利用したパターン露光方法および露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置の製造工程などにおける微細パターン形成方法の１つとして、ホログラフィを利用したパターン転写技術がある。
【０００３】
例えば、特許文献１には、投影レンズを用いて微細パターンを感光性組成物であるレジストに転写する技術が記載されている。
【０００４】
また、非特許文献１には、全反射方式のホログラフィ露光技術が記載されている。この方法では、図７に示すように、プリズム２０１上にホログラム記録媒体２０２を置き、また、ホログラム記録媒体２０２から所定の間隔をおいてマスク原盤２０３を置く。ここで、マスク原盤２０３には、所定のパターン２０４が形成されている。プリズム２０１を通ってホログラム記録媒体２０２に入射した記録参照光２０５は、ホログラム記録媒体２０２内で全反射される。一方、マスク原盤２０３に形成されたパターン２０４によって回折された物体光２０６もホログラム記録媒体２０２に入射する。そして、記録参照光２０５と物体光２０６とがホログラム記録媒体２０２中で干渉し、形成された干渉縞がパターン２０４のホログラムとしてホログラム記録媒体２０２に記録される。
【０００５】
次に、図８に示すように、マスク原盤２０３のあった位置に、レジスト２０７を塗布したウェハ２０８を、レジスト側をホログラム記録媒体２０２に向けて置く。記録参照光２０５と反対方向から再生参照光２０９をホログラム記録媒体２０２に照射することによって、レジスト２０７にホログラムの再生像を形成することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特許第２９２２９５８号公報
【非特許文献１】
ビー・エイ・オマール（Ｂ．Ａ．Ｏｍａｒ），「固体技術（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）」，１９９１年９月，第３４巻，ｐ．８９
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のホログラフィ技術では、ホログラム記録媒体上にホログラムを記録する記録光（記録参照光および物体光）の波長と、レジストにホログラムを再生する再生参照光の波長とは同一であった。したがって、マスク原盤に形成されたパターンの大きさと、レジストに再生されるパターンの大きさとは１対１の等倍の関係にあった。
【０００８】
一方、近年の半導体装置における集積度の増加に伴い、個々の素子の寸法は微小化が進み、各素子を構成する配線やゲートなどの幅も微細化されている。こうした微細なデザイン・ルールを有する半導体装置を製造するに際しては、微細なレジストパターンを形成することが必要となる。
【０００９】
しかしながら、従来のホログラフィを利用したパターン転写技術によれば、レジストに微細なパターンを形成する場合には、これに対応する微細パターンが形成されたマスク原盤が必要となるために費用がかかるという問題があった。
【００１０】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものである。即ち、本発明の目的は、ホログラフィを利用した縮小投影露光方法において、比較的大きなパターンが形成されたマスク原盤を用いて微細パターンを露光することのできるパターン露光方法および露光装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、マスク原盤を用いずに微細パターンを露光することのできるパターン露光方法および露光装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のパターン露光方法は、所定のパターンが形成されたマスクからホログラム記録媒体にこのパターンのホログラムを記録するホログラム記録工程と、ホログラムの再生像を基板上のレジストに露光するホログラム再生工程とを有し、ホログラム記録工程においてマスクおよびホログラム記録媒体を照明する第１の光の波長が、ホログラム再生工程において再生像をレジストに露光する第２の光の波長と異なることを特徴とする。
【００１４】
第１の光の波長は、第２の光の波長よりも長くすることができる。
【００１５】
また、本発明のパターン露光方法は、第１の光の波長と第２の光の波長との相違に基づく色収差の補正を行う工程をさらに有することができる。
【００１６】
本発明のパターン露光方法において、ホログラムは、計算によって作成された計算機ホログラムとすることができる。さらに、ホログラムはフーリエ変換型ホログラムとすることができる。また、ホログラムは、透過型ホログラムであってもよいし、反射型ホログラムであってもよい。
【００１７】
第２の光は、波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ２）レーザ光とすることができる。また、ホログラム記録媒体は、フッ素樹脂を含む記録層が基板上に形成されてなるものとすることができる。
【００１８】
本発明の露光装置は、第１の光源からの光の干渉による干渉縞パターンを計算によって求めることにより得られたホログラムを再生するための光を発生する第２の光源と、第２の光源からの光をホログラムに照射してホログラムを再生する光学系とを有し、第１の光源からの光の波長と第２の光源からの光の波長とが異なることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の露光装置は、ホログラム記録用の光を発生する第１の光源と、第１の光源からの光を所定のパターンを有するマスクに導きホログラム形成のための物体光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、第１の光源からの光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、ホログラム記録媒体に記録されたホログラムを再生するための光を発生する第２の光源と、第２の光源からの光をホログラム記録媒体に照射してホログラムを再生する光学系とを有し、第１の光源からの光の波長と第２の光源からの光の波長とが異なることを特徴とする。
【００２０】
第１の光源からの光の波長は、第２の光源からの光の波長よりも長くすることができる。
【００２１】
また、本発明の露光装置は、第１の光源からの光の波長と第２の光源からの光の波長との相違に基づく色収差の補正を行う手段をさらに有することができる。
【００２２】
本発明の露光装置において、ホログラムはフーリエ変換型ホログラムとすることができる。また、ホログラムは、透過型ホログラムであってもよいし、反射型ホログラムであってもよい。
【００２３】
第２の光源からの光は、波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ２）レーザ光とすることができる。また、ホログラム記録媒体は、フッ素樹脂を含む記録層が基板上に形成されてなるものとすることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明は、ホログラムを利用した縮小投影露光方法を利用して、レジストに微細パターンを露光するものである。そして、本発明におけるパターン露光方法は、所定のパターンが形成されたマスクからホログラム記録媒体にこのパターンのホログラムを記録するホログラム記録工程と、このホログラムの再生像を基板上のレジストに露光するホログラム再生工程とを有し、ホログラム記録工程においてマスクおよびホログラム記録媒体を照明する第１の光の波長が、ホログラム再生工程において再生像をレジストに露光する第２の光の波長と異なることを特徴とする。
【００２５】
本発明において使用される光源は、コヒーレンシーが高く、明るい光源であることが好ましい。ここで、光源とは、ホログラム記録用の光を発生する第１の光源およびホログラム記録媒体に記録されたホログラムを再生するための再生参照光を発生する第２の光源をいう。具体的には、レーザ光または水銀灯などの線スペクトルを光源として用いることができるが、波長幅が狭いという点でレーザ光を用いることが好ましい。
【００２６】
また、記録光（記録参照光および物体光）の波長は、ホログラム記録材料にホログラムを記録可能な波長域にあればよい。長波長の方が好ましいが、ホログラムの解像性が光学系の回折条件で制限されるので、所望のパターン・サイズと同程度の波長を用いることが望ましい。尚、光に限らず、電子線またはイオン線などを用いてホログラムを形成してもよい。この場合、費用は高くなるが、高精細なホログラムを作製することが可能となる。
【００２７】
本発明においては、記録光よりも波長の短い光を再生参照光として用いることができる。再生参照光の波長が短いほど、ホログラム再生像の解像度は高くなる。したがって、波長２４８ｎｍのフッ化クリプトン（ＫｒＦ）エキシマレーザ、波長１９３ｎｍのフッ化アルゴン（ＡｒＦ）エキシマレーザまたは波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ２）レーザなどが、再生参照光の光源として好ましく用いられる。尚、必要に応じて、ピンホールなどでモード選択したり、ビーム・エキスパンダによって光束を拡幅したりしてもよい。
【００２８】
ホログラムが記録されるホログラム記録媒体は、例えば、ホログラム用記録材料からなる記録層が基板上に形成された構造を有する。
【００２９】
ホログラム用記録材料としては、一般に記録材料として用いられる感光剤を使用することができるが、干渉縞の屈折率変化が露光量の増加とともに一次関数的に変化するような感光剤、すなわちダイナミック・レンジの広い感光剤であることが好ましい。
【００３０】
具体的には、銀塩乳剤、重クロム酸ゼラチン、フォトレジスト、サーモプラスチックまたはフォトリフラクティブ結晶などを挙げることができる。特に、銀塩乳剤およびフォトレジストは解像度が高いことから、微細パターンの形成に好ましく用いることができる。また、フォトレジストの内で特に化学増幅型のレジストは高感度であることから、ホログラム記録のための露光時間が短くて済むという利点を有する。さらに、サーモプラスチックおよびフォトリフラクティブ結晶は記録および消去が可能であることから、容易にホログラムを修正することができるという利点を有する。
【００３１】
また、本実施の形態において適用されるホログラムは、振幅型ホログラムおよび位相型ホログラムのいずれであってもよいが、回折効率が高いという点から位相型ホログラムが好ましい。同様に、回折効率が高いという点から、ホログラムは厚い方が好ましい。但し、薄いホログラムであっても、エンボス法などによって回折効率を高めて使用することが可能である。
【００３２】
厚膜ホログラムを作製できるという点から、ホログラム用記録材料は、記録光に対して高い透明性を有するものであることが好ましい。フッ素樹脂は短波長において高い透過率を有するので、本発明におけるホログラム用記録材料として特に好ましく用いることができる。
【００３３】
表面にアルミニウム（Ａｌ）または金（Ａｕ）などを蒸着することによって、反射型エンボスホログラムとしてもよい。この場合には、ホログラム用記録材料が露光波長に吸収を持つ場合であっても使用できるという利点を有する。特に、露光波長が真空紫外域にある場合に有効である。
【００３４】
さらに、本実施の形態において使用されるホログラムは、フレネルホログラムおよびフーリエ変換型ホログラムのいずれであってもよいが、再生像の分解能が高いという点からフーリエ変換型ホログラムが好ましい。
【００３５】
本実施の形態は、マスク原盤がない場合にも適用可能である。その場合、例えば、計算機ホログラムを用いることができる。計算機ホログラムは、例えば、所望のパターンからの物体光および記録参照光から、干渉縞パターンを光学計算することによって作製したものである。具体的には、物体からホログラム面に伝播する光の場を回折理論などにより計算する。この際、高速フーリエ変換を用いることによって、計算時間を大幅に短縮してホログラム面上での光の振幅と位相を求めることができる。そして、得られた計算結果を基に、電子線描画装置などを用いて、レジストにホログラムを直接描画することができる。
【００３６】
計算機ホログラムを用いれば、マスク原盤を作製する必要がなくなるので、コストダウンを図ることができる。また、ホログラム記録時のスペックルノイズによる精度低下などの問題も解消する。尚、この場合、使用可能なホログラム記録用材料には、上記の例に加えて電子線用レジストも挙げることができる。
【００３７】
本発明においては、液晶を用いた空間変調器または音響光学素子などを利用したホログラムを使用することもできる。これらのホログラムを用いた場合には、実時間でホログラムを修正することができるので、ホログラムの修正が容易となるという利点がある。
【００３８】
ホログラムを再生すると虚像以外に実像ができる場合があるが、実際に再生参照光が像を結んでいればレジストのパターン露光に利用可能である。また、共役像を用いる場合には、前後左右が逆に露光できるという利点がある。
【００３９】
実施の形態１．
図１および図２を用いて、本実施の形態におけるパターン露光方法および露光装置について説明する。
【００４０】
また、本発明の露光装置は、ホログラム記録用の光を発生する第１の光源と、第１の光源からの光を所定のパターンを有するマスクに導きホログラム形成のための物体光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、第１の光源からの光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、ホログラム記録媒体に記録されたホログラムを再生するための光を発生する第２の光源と、第２の光源からの光をホログラム記録媒体に照射してホログラムを再生する光学系とを有し、第１の光源からの光の波長と第２の光源からの光の波長とが異なることを特徴とする。
【００４１】
尚、本明細書において、記録用光源とは第１の光源をいい、再生用光源とは第２の光源をいう。また、マスク原盤とはマスクをいう。（以下、同じ。）
【００４２】
図１は、本実施の形態におけるホログラム記録工程についての説明図である。
【００４３】
本実施の形態において、ホログラム記録媒体１はプリズム２上に設置されて、プリズム・ホルダ駆動手段３に接続されたプリズム・ホルダ４によって所定の位置に固定される。
【００４４】
１つの例では、アクリル樹脂１００重量部にイソシアネートアクリレート化合物を２０重量部加え、さらに波長４８８ｎｍに感光性を有するオニウム塩を５重量部加えることによってホログラム用記録材料を調整し、これをガラス基板上に１μｍの膜厚で形成してホログラム記録媒体とすることができる。
【００４５】
所定のパターン５が形成されたマスク原盤６は、ホログラム記録媒体１から所定の間隔をおいて配設され、マスク・ホルダ駆動手段７に接続されたマスク・ホルダ８によって保持されている。例えば、ホログラム記録媒体から５０μｍ程度の間隔をおいてマスク原盤６を配置することができる。
【００４６】
本発明においては、マスク原盤に形成するパターンの大きさを、後工程でレジストに形成する所望のパターンの大きさよりも大きなものとすることができる。すなわち、レジストに形成する微細パターンと等倍のパターンを形成する必要がないので、マスク原盤の作製が容易となり、コストダウンを図ることができる。
【００４７】
マスク原盤に形成するパターンの具体的な大きさは、後述するように、記録用光源の波長、再生用光源の波長およびレジストに形成するパターンの大きさから決定される。
【００４８】
図１に示すように、記録用光源９から放射された波長λ１（第１の光。以下、同じ。）の光１０は、光学系１１によって成形された後、ビーム・スプリッタ１２によって適当な強度比の２つの光１３，１４に分割される。この内の光１３は、まず、全反射ミラー１５によって進行方向を変えられる。次に、ビーム・エキスパンダ１６によってビーム径が広げられて平行光１７となりマスク原盤６を照射する。そして、パターン５によって回折されて物体光２１となり、ホログラム記録媒体１に入射する。一方、光１４は、全反射ミラー１８によって進行方向を変えられ、ビーム・エキスパンダ１９によってビーム径が広げられて記録参照光２０となる。記録参照光２０は、プリズム２に入射した後、ホログラム記録媒体１中で全反射する。
【００４９】
ホログラム記録媒体１に入射した物体光２１と記録参照光２０は、ホログラム記録媒体１中で干渉して干渉縞を形成する。このようにして、ホログラム記録媒体１にマスク原盤６のパターン５のホログラムが記録される。
【００５０】
また、図１の例では、マスク・ホルダ駆動手段７、プリズム・ホルダ駆動手段３およびレーザ・シャッタ２２は、計算機２３によって制御される。
【００５１】
次に、図２を用いて、本実施の形態におけるホログラム再生工程について説明する。尚、図２において、図１と同じ符号を用いた箇所は同じものであることを示している。
【００５２】
本実施の形態においては、記録光（記録参照光および物体光）よりも波長の短い光を再生参照光として用いることを特徴としている。例えば、記録用光源として発振波長４８８ｎｍのアルゴンイオンレーザを用い、再生光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザの第５高調波（波長２６６ｎｍ）を用いることができる。
【００５３】
再生用光源２４から出た波長λ２（λ２＜λ１）の光（第２の光。以下、同じ。）２５は、ビーム・エキスパンダ２６によってビーム径が広げられて平行な再生参照光２７となる。再生参照光２７は、図１に示す記録参照光２０の光路と反対方向から、プリズム２上のホログラム記録媒体１に記録されたホログラムを照射する。
【００５４】
再生用光源２４、ビーム・エキスパンダ２６および再生光源用シャッタ２８は、再生光源ステージ２９の上に設置されている。そして、これらは、所定の条件でホログラムを再生照明できるように、再生光源ステージ駆動手段３０を介して計算機２３によって制御される。
【００５５】
ホログラム記録媒体１に記録されたホログラムを照射した再生参照光２７の一部は、ホログラムによって回折して再生光３１となる。
【００５６】
一方、マスク原盤６のあった位置には、感光性材料としてのレジスト３２を塗布した（基板としての）ウェハ３３が、レジスト側をホログラム記録媒体１に向けて置かれている。ウェハはシリコンウェハなどの半導体基板であってもよいし、ガラス基板やプラスチック基板などであってもよい。また、半導体基板上に絶縁膜などの薄膜が形成されていてもよい。この場合、２以上の薄膜が積層された構造であってもよい。
【００５７】
再生光３１によりホログラムがレジスト３２上に結像することによって、所望のパターンの潜像がレジスト３２上に形成される。したがって、レジスト３２を現像処理することによって、所望のレジストパターンを得ることができる。
【００５８】
本実施の形態においては、記録光の波長（λ１）と再生光の波長（λ２）とが異なるので（λ１＞λ２）、色収差の補正を行うことが好ましい。具体的には、ホログラム記録時の光の入射角度とホログラム再生時の光の入射角度とを変化させるなどしてホログラム再生条件を補正する。
【００５９】
例えば、図２に示す再生光源ステージ駆動手段３０を用い、以下のようにして行うことができる。
【００６０】
ホログラム記録時の記録参照光２０の波数ベクトルと物体光２１の波数ベクトルの作る角度をθとする。また、ホログラム再生時の再生参照光２７の波数ベクトルと再生光３１の波数ベクトルの作る角度をθ′とする。このとき、θおよびθ′の間には式（１）の関係が成立する。
【００６１】
【数１】
また、記録用光源９、マスク原盤６、再生用光源２４および再生像までの距離をそれぞれＲｒ、Ｒｏ、ＲｃおよびＲｉとする。このとき、これらの間には式（２）の関係が成立する。
【００６３】
【数２】
したがって、式（１）および式（２）を満たす角度θ′で再生参照光２７をホログラム記録媒体１に入射させることにより、再生像が位置Ｒｉに再生される。
【００６５】
以上のようにして、ホログラム再生条件の補正を行うことができる。尚、併せて、ウェハ３３の位置についても同様の補正を行う。具体的には、ホログラム記録媒体１に記録されたホログラムの再生像がウェハ３３上のレジスト３２に結像するように、ウェハステージ駆動手段３４を用いてウェハステージ３５の位置を調整する。
【００６６】
本実施の形態によれば、ホログラム記録工程で用いる光の波長λ１に対して、ホログラム再生工程で用いる光の波長λ２を短くすることによって、縮小倍率がλ２／λ１である微細パターンをレジストに転写することができる。
【００６７】
例えば、記録用光源として発振波長４８８ｎｍのアルゴンイオンレーザを用い、再生用光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザの第５高調波（波長２６６ｎｍ）を用いる。線幅４００ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用いて、本実施の形態による縮小投影露光を行った場合には、線幅２１８ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンをレジストに転写することができる。
【００６８】
比較のために、ホログラム記録工程で用いる光の波長と、ホログラム再生工程で用いる光の波長とが同じである場合のパターン露光について述べる。例えば、記録用光源および再生光源として発振波長４８８ｎｍのアルゴンイオンレーザを用い、線幅が４００ｎｍ程度であるライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用いて同様の工程を行う。この場合、レジストに転写されるパターンの線幅は、マスク原盤に形成されたパターンの線幅と同じ４００ｎｍ程度となり、縮小されたパターンは得られない。
【００６９】
本実施の形態によれば、記録光の波長と再生照明光の波長を変えることによって、レジストに微細パターンを形成することができる。したがって、マスク原盤には比較的大きなパターンを形成すればよく、微細パターンと等倍のマスク原盤を作製する必要はないので、コストダウンを図ることが可能である。
【００７０】
また、本実施の形態のホログラフィック露光技術によれば、レンズ光学系を利用した露光技術と異なり無収差の像を作ることができる。したがって、良好なパターン転写をすることができる。
【００７１】
また、本実施の形態のホログラフィック露光技術によれば、ホログラムの全面でなく一部のみを用いることによっても再生が可能である。したがって、例えば、ホログラムに傷やゴミなどがあった場合であっても、再生像に影響を与えることなく欠陥のない良好なパターンを得ることができる。
【００７２】
さらに、本実施の形態のホログラフィック縮小投影露光法によれば、高価な縮小光学系は不要である。尚、本実施の形態によるパターン露光方法と縮小光学系を利用した露光方法とを組み合わせてもよい。この場合、より微細なパターンを形成することが可能となる。
【００７３】
実施の形態２．
本実施の形態は、透過型ホログラムを用いたホログラフィック縮小投影露光方法に関する。
【００７４】
本実施の形態の露光装置は、ホログラム記録用の光を発生する第１の光源と、第１の光源からの光を所定のパターンを有するマスクに導きホログラム形成のための物体光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、第１の光源からの光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、ホログラム記録媒体に記録されたホログラムを再生するための光を発生する第２の光源と、第２の光源からの光をホログラム記録媒体に照射してホログラムを再生する光学系とを有し、第１の光源からの光の波長と第２の光源からの光の波長とが異なることを特徴とする。さらに、ホログラムは透過型ホログラムであることを特徴とする。
【００７５】
図３および図４を用いて、本実施の形態におけるパターン露光方法および露光装置について説明する。
【００７６】
図３は、本実施の形態におけるホログラム記録工程についての説明図である。
【００７７】
本実施の形態において、ホログラム記録媒体４１はホログラム・ホルダ４２上に設置されて、ホログラム・ホルダ駆動手段４３によって所定の位置に固定される。
【００７８】
１つの例では、エトキシエチルオキシ含有フッ素樹脂１００重量部に、波長３５５ｎｍに感光性を有するオニウム塩を５重量部加えてホログラム記録用材料とし、これをガラス基板上に５００ｎｍの膜厚で形成して、ホログラム記録媒体とすることができる。
【００７９】
所定のパターン４４が形成されたマスク原盤４５は、ホログラム記録媒体４１から所定の間隔をおいて配設され、マスク・ホルダ駆動手段４６に接続されたマスク・ホルダ４７によって保持されている。
【００８０】
本発明においては、マスク原盤に形成するパターンの大きさを、後工程でレジストに形成する所望のパターンの大きさよりも大きなものとすることができる。すなわち、レジストに形成する微細パターンと等倍のパターンを形成する必要がないので、マスク原盤の作製が容易となり、コストダウンを図ることができる。
【００８１】
マスク原盤に形成するパターンの具体的な大きさは、後述するように、記録用光源の波長、再生用光源の波長およびレジストに形成するパターンの大きさから決定される。
【００８２】
図３に示すように、記録用光源４８から放射された波長λ１の光（第１の光。以下、同じ。）４９は、光学系５０によって成形された後、ビーム・スプリッタ５１によって適当な強度比の２つの光５２，５３に分割される。この内の光５２は、まず、全反射ミラー５４によって進行方向を変えられる。次に、ビーム・エキスパンダ５５によってビーム径が広げられて平行光５６となりマスク原盤４５を照射する。そして、パターン４４によって回折されて物体光６１となり、ホログラム記録媒体４１に入射する。一方、光５３は、全反射ミラー５７，５８によって進行方向を変えられ、ビーム・エキスパンダ５９によってビーム径が広げられて記録参照光６０となって、ホログラム記録媒体４１を照射する。
【００８３】
ホログラム記録媒体４１に入射した物体光６１と記録参照光６０は、ホログラム記録媒体４１中で干渉して干渉縞を形成する。このようにして、ホログラム記録媒体４１にマスク原盤４５のパターン４４のホログラムが記録される。
【００８４】
また、図３の例では、マスク・ホルダ駆動手段４６、ホログラム・ホルダ駆動手段４３およびレーザ・シャッタ６２は、計算機６３によって制御される。
【００８５】
次に、図４を用いて、本実施の形態におけるホログラム再生工程について説明する。尚、図４において、図３と同じ符号を用いた箇所は同じものであることを示している。
【００８６】
本実施の形態においては、記録光（記録参照光および物体光）よりも波長の短い光を再生参照光として用いることを特徴としている。例えば、記録用光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波（波長３５５ｎｍ）を用い、再生光源として発振波長１５７ｎｍのＦ２レーザを用いることができる。
【００８７】
再生用光源６４から出た波長λ２（λ２＜λ１）の光（第２の光。以下、同じ。）７７は、全反射ミラー６５によって進行方向を変えらた後、ビーム・エキスパンダ６６によってビーム径が広げられて平行な再生参照光６７となる。再生参照光６７は、図３に示す記録参照光６０の光路と反対方向から、ホログラム記録媒体４１に記録されたホログラムを照射する。
【００８８】
再生用光源６４、全反射ミラー６５、ビーム・エキスパンダ６６および再生用光源用シャッタ６８は、再生光源ステージ６９の上に設置されている。そして、これらは、所定の条件でホログラムパターンを再生照明できるように、再生光源ステージ駆動手段７０を介して計算機７１によって制御される。
【００８９】
ホログラム記録媒体４１に形成されたホログラムパターンを照射した再生参照光６７の一部は、ホログラムによって回折して再生光７２となる。
【００９０】
一方、フォトマスク原盤４５のあった位置には、感光性材料としてのレジスト７３を塗布した（基板としての）ウェハ７４がレジスト側をホログラム記録媒体４１に向けて置かれている。ウェハはシリコンウェハなどの半導体基板であってもよいし、ガラス基板やプラスチック基板などであってもよい。また、半導体基板上に絶縁膜などの薄膜が形成されていてもよい。この場合、２以上の薄膜が積層された構造であってもよい。
【００９１】
再生光７２によりホログラムがレジスト７３上に結像することによって、所望のパターンの潜像がレジスト７３上に形成される。したがって、レジスト７３を現像処理することによって、所望のレジストパターンを得ることができる。
【００９２】
本実施の形態においては、記録光の波長（λ１）と再生光の波長（λ２）とが異なるので（λ１＞λ２）、色収差の補正を行うことが好ましい。具体的には、ホログラム記録時の光の入射角度とホログラム再生時の光の入射角度とを変化させるなどしてホログラム再生条件を補正する。
【００９３】
例えば、図４に示す再生光源ステージ駆動手段７０を用い、実施の形態１と同様にして行うことができる。
【００９４】
また、ウェハ７４の位置についても同様の補正を行う。具体的には、ホログラム記録媒体４１に形成されたホログラムの再生像がウェハ７４上のレジスト７３に結像するように、ウェハステージ駆動手段７５を用いてウェハステージ７６の位置を調整する。
【００９５】
本実施の形態によれば、透過型ホログラムを用い、ホログラム記録工程で用いる光の波長λ１に対して、ホログラム再生工程で用いる光の波長λ２を短くすることによって、縮小倍率がλ２／λ１である微細パターンをレジストに転写することができる。
【００９６】
例えば、記録用光源としてＮｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波（波長３５５ｎｍ）を用い、再生用光源として発振波長１５７ｎｍのＦ２レーザを用いる。線幅２００ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用いて、本実施の形態による縮小投影露光を行った場合には、線幅８８ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンをレジストに転写することができる。
【００９７】
尚、実際にレジストに形成されるパターンの大きさは、レジスト材料の種類やホログラム用記録材料の種類などによっても変動する。したがって、光源の種類などに応じて適切な材料を選択することが必要である。
【００９８】
具体的には、再生参照光が透過可能な材料を選択して、ホログラム記録媒体を形成することが必要である。上述したエトキシエチルオキシ含有フッ素樹脂にオニウム塩を加えたフォトレジストであればＦ２レーザ光を透過させることができるので、所望のパターンを転写することができる。例えば、線幅２００ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用いて本実施の形態による露光を行った場合、線幅８０ｎｍ程度のパターンを得ることができた。
【００９９】
比較のために、ｇ線用フォトレジストを用いてホログラム記録媒体を形成した例について述べる。この場合、図３に示す装置によって得られたホログラムパターンを用い、図４に示す装置で再生化を行っても、レジストにパターンを形成することはできない。ｇ線用フォトレジストは、Ｆ２レーザの発振波長である波長１５７ｎｍに大きな吸収を有する。したがって、再生照明光は、ｇ線用フォトレジストを透過することができない。すなわち、レジストに再生光を結像することができないので、パターンを形成することができない。
【０１００】
本実施の形態によれば、記録光の波長と再生照明光の波長を変えることによって、レジストに微細パターンを形成することができる。したがって、マスク原盤には比較的大きなパターンを形成すればよく、微細パターンと等倍のマスク原盤を作製する必要はないので、コストダウンを図ることが可能である。
【０１０１】
実施の形態３．
本実施の形態は、フーリエ変換型ホログラムを用いたホログラフィック縮小投影露光方法に関する。
【０１０２】
本実施の形態の露光装置は、ホログラム記録用の光を発生する第１の光源と、第１の光源からの光を所定のパターンを有するマスクに導きホログラム形成のための物体光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、第１の光源からの光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、ホログラム記録媒体に記録されたホログラムを再生するための光を発生する第２の光源と、第２の光源からの光をホログラム記録媒体に照射してホログラムを再生する光学系とを有し、第１の光源からの光の波長と第２の光源からの光の波長とが異なることを特徴とする。さらに、ホログラムはフーリエ変換型ホログラムであることを特徴とする。
【０１０３】
図５および図６を用いて、本実施の形態におけるパターン露光方法および露光装置について説明する。
【０１０４】
図５は、本実施の形態におけるホログラム記録工程についての説明図である。
【０１０５】
本実施の形態において、ホログラム記録媒体８１はホログラム・ホルダ８２上に設置されて、ホログラム・ホルダ駆動手段８３によって所定の位置に固定される。
【０１０６】
１つの例では、酸性ヒドロキシル基含有フッ素樹脂１００重量部にグリシジル化合物化合物を２０重量部加え、さらに波長３０８ｎｍに感光性を有するオニウム塩を５重量部加えることによってホログラム用記録材料を調整し、これをガラス基板上に５００ｎｍの膜厚で形成してホログラム記録媒体とすることができる。
【０１０７】
所定のパターン８４が形成されたマスク原盤８５は、ホログラム記録媒体８１から所定の間隔をおいて配設され、マスク・ホルダ駆動手段８６に接続されたマスク・ホルダ８７によって保持されている。
【０１０８】
本発明においては、マスク原盤に形成するパターンの大きさを、後工程でレジストに形成する所望のパターンの大きさよりも大きなものとすることができる。すなわち、レジストに形成する微細パターンと等倍のパターンを形成する必要がないので、マスク原盤の作製が容易となり、コストダウンを図ることができる。
【０１０９】
マスク原盤に形成するパターンの具体的な大きさは、後述するように、記録用光源の波長、再生用光源の波長およびレジストに形成するパターンの大きさから決定される。
【０１１０】
図５に示すように、記録用光源８８から放射された波長λ１の光（第１の光。以下、同じ。）８９は、ピンホール９０により点光源に成形された後、その一部がレンズ９１によって全反射ミラー９２上に集光される。集光された光は、記録参照光９３となってホログラム記録媒体８１を照明する。一方、ピンホール９０を透過した他の光は、マスク原盤８５に形成されたパターン８４を直接照明する。そして、パターン８４によって回折されて物体光９４となってホログラム記録媒体８１に入射する。
【０１１１】
ホログラム記録媒体８１に入射した記録参照光９３と物体光９４がホログラム記録媒体８１中で干渉することにより干渉縞を形成する。このようにして、マスク原盤８５のパターン８４のホログラムがホログラム記録媒体８１に記録される。
【０１１２】
また、図５の例では、マスク・ホルダ駆動手段８６、ホログラム・ホルダ駆動手段８３および記録用光源シャッタ９５は、計算機９６によって制御される。
【０１１３】
次に、図６を用いて、本実施の形態におけるホログラム再生工程について説明する。尚、図６において、図５と同じ符号を用いた箇所は同じものであることを示している。
【０１１４】
本実施の形態においては、記録光（記録参照光および物体光）よりも波長の短い光を再生参照光として用いることを特徴としている。例えば、記録用光源として発振波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い、再生光源として発振波長１５７ｎｍのＦ２レーザを用いることができる。
【０１１５】
再生用光源９７から出た波長λ２（λ２＜λ１）の光（第２の光。以下、同じ。）９８は、光学系９９によって収斂し再生参照光１００となってホログラム記録媒体８１に記録されたホログラムを照明する。そして、再生参照光１００は、ホログラムによって回折して再生光１０１となる。
【０１１６】
一方、フォトマスク原盤８５のあった位置には、感光性材料としてのレジスト１０２を塗布した（基板としての）ウェハ１０３が、レジスト側をホログラム記録媒体８１に向けて置かれている。ウェハはシリコンウェハなどの半導体基板であってもよいし、ガラス基板やプラスチック基板などであってもよい。また、半導体基板上に絶縁膜などの薄膜が形成されていてもよい。この場合、２以上の薄膜が積層された構造であってもよい。
【０１１７】
ホログラム記録媒体８１は、ホログラム・ホルダ１０７上に設置され、ホログラム・ホルダ駆動手段１０８によって所定の位置に固定されている。
【０１１８】
再生光１０１によりホログラムがレジスト１０２上に結像することによって、所望のパターンの潜像がレジスト１０２に形成される。したがって、レジスト１０２を現像処理することによって、所望のレジストパターンを得ることができる。
【０１１９】
本実施の形態においては、記録光の波長（λ１）と再生光の波長（λ２）とが異なるので（λ１＞λ２）、色収差の補正を行うことが好ましい。具体的には、ホログラム記録時の光の入射角度とホログラム再生時の光の入射角度とを変化させるなどしてホログラム再生条件を補正する。
【０１２０】
また、ウェハ１０３の位置についても同様の補正を行う。具体的には、ホログラム記録媒体８１に形成されたホログラムの再生像がウェハ１０３上のレジスト１０２に結像するように、ウェハステージ駆動手段１０４を用いてウェハステージ１０５の位置を調整する。
【０１２１】
また、図６の例では、ウェハステージ駆動手段１０４、ホログラム・ホルダ駆動手段１０８および再生用光源シャッタ１０６は、計算機９６によって制御される。
【０１２２】
本実施の形態によれば、フーリエ変換型ホログラムを用い、ホログラム記録工程で用いる光の波長λ１に対して、ホログラム再生工程で用いる光の波長λ２を短くすることによって、縮小倍率がλ２／λ１である微細パターンをレジストに転写することができる。
【０１２３】
例えば、記録用光源として発振波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い、再生用光源として発振波長１５７ｎｍのＦ２レーザを用いる。線幅１５０ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用いて、本実施の形態による縮小投影露光を行った場合には、線幅７６ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンをレジストに転写することができる。
【０１２４】
尚、実際にレジストに形成されるパターンの大きさは、レジスト材料の種類やホログラム用記録材料の種類などによっても変動する。したがって、光源の種類などに応じて適切な材料を選択することが必要である。
【０１２５】
具体的には、再生参照光が透過可能な材料を選択して、ホログラム記録媒体を形成することが必要である。上述した酸性ヒドロキシル基含有フッ素樹脂にグリシジル化合物およびオニウム塩を加えたフォトレジストであればＦ２レーザ光を透過させることができるので、所望のパターンを転写することができる。例えば、線幅１５０ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用いて本実施の形態による露光を行った場合、線幅７５ｎｍ程度のパターンを得ることができた。
【０１２６】
本実施の形態においては透過型ホログラムを用いてホログラムを再生する例について述べたが、本発明は反射型ホログラムを用いてホログラムを再生する場合にも適用可能である。
【０１２７】
例えば、ホログラムを記録したホログラム記録媒体に金蒸着などを施し、これを用いてホログラム再生工程を行う。
【０１２８】
ホログラム再生工程における再生参照光は、記録光（記録参照光および物体光）よりも短い波長の光とする。例えば、記録用光源として発振波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い、再生光源として発振波長１５７ｎｍのＦ２レーザを用いることができる。１つの例として、線幅１５０ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用い、上述の酸性ヒドロキシル基含有フッ素樹脂にグリシジル化合物およびオニウム塩を加えたフォトレジストを用いて露光したところ、線幅７５ｎｍ程度のパターンを得ることができた。
【０１２９】
本実施の形態によれば、記録光の波長と再生照明光の波長を変えることによって、レジストに微細パターンを形成することができる。したがって、マスク原盤には比較的大きなパターンを形成すればよく、微細パターンと等倍のマスク原盤を作製する必要はないので、コストダウンを図ることが可能である。
【０１３０】
また、本実施の形態によれば、フーリエ変換型ホログラムを用いることによって、分解能の高い再生像を得ることができる。
【０１３１】
実施の形態４．
本実施の形態は、計算機ホログラムを用いたホログラフィック縮小投影露光方法に関する。
【０１３２】
本実施の形態における露光装置は、第１の光源からの物体光と記録参照光との干渉による干渉縞パターンを計算によって求めることにより得られたホログラムを再生するための再生参照光を発生する第２の光源と、再生参照光をホログラムに照射してホログラムを再生する再生参照光照射光学系とを有し、第１の光源からの光の波長と第２の光源からの光の波長とが異なることを特徴としている。
【０１３３】
本実施の形態では、まず、記録参照光と物体光との干渉による干渉縞のパターンを計算する。次に、これを電子線描画装置を用いてホログラム記録媒体に直接描画することによりホログラムを作製する。尚、記録参照光および物体光は、記録用光源から放射された波長λ１の光（第１の光。以下、同じ。）に対応する。
【０１３４】
具体的には、実施の形態３で説明した図５に示す露光装置において、記録参照光９３と物体光９４とがホログラム記録媒体８１に伝播する光の場を高速フーリエ変換を用いて計算する。得られた計算結果にしたがい、電子線描画装置を用いてレジストにパターンを直接描画する。レジストを現像処理することによって、所望のホログラムを得ることができる。
【０１３５】
得られたホログラムの再生化は、例えば、実施の形態１で説明した図６に示す装置によって行うことができる。
【０１３６】
本実施の形態においては、記録光（記録参照光および物体光）よりも波長の短い光を再生参照光として用いることを特徴としている。例えば、記録用光源として発振波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い、再生用光源として発振波長１５７ｎｍのＦ２レーザを用いることができる。
【０１３７】
再生用光源９７から出た波長λ２（λ２＜λ１）の光（第２の光。以下、同じ。）９８は、光学系９９によって収斂し再生参照光１００となってホログラム記録媒体８１に記録されたホログラムを照明する。そして、再生参照光１００は、ホログラムによって回折されて再生光１０１となる。
【０１３８】
一方、ホログラム記録媒体８１から所定の間隔をおいた位置に、感光性材料としてのレジスト１０２を塗布した（基板としての）ウェハ１０３が、レジスト側をホログラム記録媒体８１に向けて置かれている。ウェハはシリコンウェハなどの半導体基板であってもよいし、ガラス基板やプラスチック基板などであってもよい。また、半導体基板上に絶縁膜などの薄膜が形成されていてもよい。この場合、２以上の薄膜が積層された構造であってもよい。
【０１３９】
再生光１０１によりホログラムがレジスト１０２上に結像することによって、所望のパターンの潜像がレジスト１０２に形成される。したがって、レジスト１０２を現像処理することによって、所望のレジストパターンを得ることができる。
【０１４０】
本実施の形態においては、記録光の波長（λ１）と再生光の波長（λ２）とが異なるので（λ１＞λ２）、色収差の補正を行うことが好ましい。具体的には、ホログラム記録時の光の入射角度とホログラム再生時の光の入射角度とを変化させるなどしてホログラム再生条件を補正する。また、ウェハの位置についても同様の補正を行うことが好ましい。
【０１４１】
以上の述べたように、ホログラム記録工程で用いる光の波長λ１に対して、ホログラム再生工程で用いる光の波長λ２を短くすることによって、縮小倍率がλ２／λ１である微細パターンをレジストに転写することができる。
【０１４２】
例えば、記録用光源として発振波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い、再生用光源として発振波長１５７ｎｍのＦ２レーザを用いる。線幅１５００ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用いて、本実施の形態による縮小投影露光を行った場合には、線幅７６ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンをレジストに転写することができる。
【０１４３】
尚、実際にレジストに形成されるパターンの大きさは、レジスト材料の種類やホログラム用記録材料の種類などによっても変動する。したがって、光源の種類などに応じて適切な材料を選択することが必要である。
【０１４４】
例えば、記録用光源として発振波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い、再生用光源として発振波長１５７ｎｍのＦ２レーザを用いることができる。１つの例として、線幅１５０ｎｍ程度のライン・アンド・スペースのパターンが形成されたマスク原盤を用い、実施の形態３で示した酸性ヒドロキシル基含有フッ素樹脂にグリシジル化合物およびオニウム塩を加えたフォトレジストを用いて露光したところ、線幅７５ｎｍ程度のパターンを得ることができた。
【０１４５】
本実施の形態におけるホログラムは、フーリエ変換型ホログラムであってもよい。また、ホログラムは透過型ホログラムに限られず、反射型ホログラムであってもよい。
【０１４６】
また、本実施の形態では、記録用再生光と物体光との干渉による干渉縞パターンを計算によって求めることによりホログラムを作製する例について示したが、本発明はこれに限られるものではない。計算によって作製されたホログラムであれば他の方法によって作製されてもよい。
【０１４７】
本実施の形態によれば、記録光の波長と再生照明光の波長を変えることによって、レジストに縮小された微細パターンを形成することができる。すなわち、所望の微細パターンの大きさよりも大きなパターンを有するホログラムを用いて、縮小投影露光することができる。大きなパターンのホログラムを作製することは比較的容易であるので、このようなパターンを縮小投影露光することによって、良好な形状の微細パターンを形成することが可能となる。
【０１４８】
また、本実施の形態によれば、ホログラムを計算によって作成することによりマスク原盤を不要とすることができるので、一層のコストダウンを図ることが可能となる。
【０１４９】
【発明の効果】
本発明によれば、マスクおよびホログラム記録媒体を照明する第１の光の波長と、再生像をレジストに露光する第２の光の波長を変えることによって、レジストに微細な縮小パターンを形成することができる。したがって、微細パターンと等倍のマスクを作製する必要がないので、コストダウンを図ることができる。
【０１５０】
また、本発明によれば、計算機ホログラムとすることによって、マスク原盤の作製そのものを不要とすることができる。この場合、大きなパターンのホログラムを用いて縮小投影露光することにより、良好な形状の微細パターンを形成することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１におけるホログラム記録工程の説明図である。
【図２】実施の形態１におけるホログラム再生工程の説明図である。
【図３】実施の形態２におけるホログラム記録工程の説明図である。
【図４】実施の形態２におけるホログラム再生工程の説明図である。
【図５】実施の形態３におけるホログラム記録工程の説明図である。
【図６】実施の形態３におけるホログラム再生工程の説明図である。
【図７】従来のホログラム記録工程の説明図である。
【図８】従来のホログラム再生工程の説明図である。
【符号の説明】
１，４１，８１，２０２ ホログラム記録媒体、 ２，２０１ プリズム、 ５，４４，８４，２０４ パターン、 ６，４５，８５，２０３ マスク原盤、９，４８，８８ 記録用光源、 １０，４９，８９ 第１の光、 ２０，６０，９３，２０５ 記録参照光、 ２１，６１，９４，２０６ 物体光、 ２４，６４，９７ 再生用光源、 ２５，７７，９８ 第２の光、 ２７，６７，１００，２０９ 再生参照光、 ３１，７２，１０１ 再生光、 ３２，７３，１０２，２０７ レジスト、 ３３，７４，１０３，２０８ ウェハ。
Claims (18)
- 所定のパターンが形成されたマスクからホログラム記録媒体に前記パターンのホログラムを記録するホログラム記録工程と、
前記ホログラムの再生像を基板上のレジストに露光するホログラム再生工程とを有し、
前記ホログラム記録工程において前記マスクおよび前記ホログラム記録媒体を照明する第１の光の波長が、前記ホログラム再生工程において前記再生像を前記レジストに露光する第２の光の波長と異なることを特徴とするパターン露光方法。 - 前記第１の光の波長は前記第２の光の波長よりも長い請求項１に記載のパターン露光方法。
- 前記第１の光の波長と前記第２の光の波長との相違に基づく色収差の補正を行う工程をさらに有する請求項１または２に記載のパターン露光方法。
- 前記ホログラムが計算によって作製された計算機ホログラムである請求項１〜３のいずれか１に記載のパターン形成方法。
- 前記ホログラムがフーリエ変換型ホログラムである請求項１〜４のいずれか１に記載のパターン露光方法。
- 前記ホログラムが透過型ホログラムである請求項１〜５のいずれか１に記載のパターン露光方法。
- 前記ホログラムが反射型ホログラムである請求項１〜５のいずれか１に記載のパターン露光方法。
- 前記第２の光は、波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ２）レーザ光である請求項１〜７のいずれか１に記載のパターン露光方法。
- 前記ホログラム記録媒体は、フッ素樹脂を含む記録層が基板上に形成されてなる請求項１〜８のいずれか１に記載のパターン露光方法。
- 第１の光源からの光の干渉による干渉縞パターンを計算によって求めることにより得られたホログラムを再生するための光を発生する第２の光源と、
前記第２の光源からの光を前記ホログラムに照射してホログラムを再生する光学系とを有し、
前記第１の光源からの光の波長と前記第２の光源からの光の波長とが異なることを特徴とする露光装置。 - ホログラム記録用の光を発生する第１の光源と、
前記第１の光源からの光を所定のパターンを有するマスクに導きホログラム形成のための物体光をホログラム記録媒体に照射する光学系と、
前記第１の光源からの光を前記ホログラム記録媒体に照射する光学系と、
前記ホログラム記録媒体に記録されたホログラムを再生するための光を発生する第２の光源と、
前記第２の光源からの光を前記ホログラム記録媒体に照射してホログラムを再生する光学系とを有し、
前記第１の光源からの光の波長と前記第２の光源からの光の波長とが異なることを特徴とする露光装置。 - 前記第１の光源からの光の波長は前記第２の光源からの光の波長よりも長い請求項１０または１１に記載の露光装置。
- 前記第１の光源からの光の波長と前記第２の光源からの光の波長との相違に基づく色収差の補正を行う手段をさらに有する請求項１０〜１２のいずれか１に記載の露光装置。
- 前記ホログラムはフーリエ変換型ホログラムである請求項１０〜１３のいずれか１に記載の露光装置。
- 前記ホログラムは透過型ホログラムである請求項１０〜１４のいずれか１に記載の露光装置。
- 前記ホログラムは反射型ホログラムである請求項１０〜１４のいずれか１に記載の露光装置。
- 前記第２の光源からの光は、波長１５７ｎｍのフッ素（Ｆ２）レーザ光である請求項１０〜１６のいずれか１に記載の露光装置。
- 前記ホログラム記録媒体は、フッ素樹脂を含む記録層が基板上に形成されてなる請求項１１〜１７のいずれか１に記載の露光装置。
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|---|---|---|---|
| JP2003043316A JP2004253660A (ja) | 2003-02-20 | 2003-02-20 | パターン露光方法および露光装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007251147A (ja) * | 2006-02-15 | 2007-09-27 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 露光方法及び半導体装置の作製方法 |
| JP2008010845A (ja) * | 2006-05-30 | 2008-01-17 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | ホログラム記録媒体及びそのホログラム記録媒体の作製方法、並びに当該ホログラム記録媒体を用いた露光方法 |
| US8053145B2 (en) | 2006-05-30 | 2011-11-08 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing holographic recording medium and method for manufacturing semiconductor device |
| US8233203B2 (en) | 2006-02-15 | 2012-07-31 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Exposure method and method of manufacturing semiconductor device |
-
2003
- 2003-02-20 JP JP2003043316A patent/JP2004253660A/ja active Pending
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