JP2005085965A - 近接場露光用マスク、近接場露光方法、及び近接場露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円柱状部材を用いてレジストパターンを形成するに際して、大面積に亙ってレジストパターンを形成することが可能となる近接場露光用マスク、近接場露光方法、及び近接場露光装置を提供する。
【解決手段】レジストパターンを形成するに際して、円柱状の露光マスク２０１を構成し、該円柱状の露光マスク内に光源２０６からの光を入射させ、該露光マスクに形成された微小開口から近接場を発生させながら、被加工物（レジスト２０８／基板２０９）上を回転機構２０２により回転移動させて、被加工物を露光する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、近接場露光用マスク、近接場露光方法、及び近接場露光装置に関し、例えば半導体デバイスや光デバイス等を製造するために用いられる近接場露光用マスク、近接場露光方法、及び近接場露光装置に関する。

近年の電子機器の小型化及び薄型化の要請から、電子機器に搭載される半導体素子の微細化への要求はますます高くなっている。例えば、マスクまたはレチクルのパターンに対するデザインルールはライン・アンド・スペース（Ｌ＆Ｓ）１１０ｎｍを量産工程で達成しようとし、今後益々小さくなることが予想される。近年主流である投影露光装置は、一般に、光源から出射された光束を利用してマスクを照明する照明光学系とマスクと被露光物との間に配置される投影光学系とを有する。投影露光装置では一般に解像度は使用する光源の波長が略限界であると言われ、エキシマレーザーを使用しても投影露光装置は０．１０μｍ以下のパタ−ンを形成することが困難である。

そこで、光の回折限界よりも微細な加工方法として、光や電子線などを用いずに行う、ナノインプリンティングと呼ばれる新しい微細加工技術が提案されている。これは、電子線リソグラフィーなどにより加工された、１００ｎｍ以下の微細な凹凸を有するモールドを被加工基板状に成膜した樹脂などのレジスト薄膜に押し付け、モールドの凹凸形状をレジスト材料に転写するという加工技術である。さらに、このナノインプリント技術を応用した技術として、特許文献１あるいは非特許文献１において、円柱状のモールドでのナノインプリントが報告されている。この方法は、円柱状のモールドをこの方法を用いることで、微細な構造を大面積に、周期的に形成することが可能である。
米国特許第６，３７５，８７０号明細書 ¨Ｒｏｌｌｅｒ ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ¨，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ． Ｂ １６（６），Ｎｏｖ／Ｄｅｃ １９９８

上記の円柱状のモールドを用いてレジスト基板に凹凸パターンを形成する場合、モールドをレジスト基板に押し付け、モールドを回転させることでレジスト基板上を移動し大面積に凹凸パターンを形成する。
しかしながらこの方法の場合，レジストを押しつぶし不要なレジストをモールドと基板の間から排除し、モールドの側に押し出す。そのため、モールドを回転し移動させると、モールドと基板の間から排除したレジストがモールドの進行方向に次第に溜まってしまい、レジストがある程度溜まると、モールドが回転できなくなる場合が生じる。その結果、レジストパターンを大面積に亙って形成することができないことがあった。

そこで、本発明は、上記課題を解決し、円柱状部材を用いてレジストパターンを形成するに際して、大面積に亙ってレジストパターンを形成することが可能となる近接場露光用マスク、近接場露光方法、及び近接場露光装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、以下のように構成した近接場露光用マスク、近接場露光方法、及び近接場露光装置を提供するものである。
本発明は、レジストパターンを形成するに際して、円柱状の露光マスクを構成し、該円柱状の露光マスク内に光を入射させ、該露光マスクに形成された微小開口から近接場を発生させながら、レジスト基板上を回転移動させて、レジスト基板を露光するようにしたものである。これによれば、ナノインプリントを用いずにレジストパターンを形成することが可能となるため、ナノインプリントのようにレジストにパターンを埋め込む必要がないことから、レジストを円柱状の露光マスクの回転移動方向に溜めることがなく、後工程において好適な基板に対して垂直に立ったレジストパターンを大面積に亙り形成することが可能となる。また、光の回折限界よりも小さく光を絞ることのできる近接場光を用いて露光を行うことができ、より微細な加工を行うことが可能となる。
具体的な構成として以下の特徴を有する。

本発明においては、具体的にはつぎのような構成を採ることができる。
すなわち、本発明の近接場露光用マスクは、円柱状の透明部材と、該透明部材の表面に形成された遮光層と、該遮光層に形成された微小開口と、を有する構成を採ることができる。
また、本発明の近接場露光方法は、前記近接場露光用マスクを用い、該露光マスク内に光を入射させ、該露光マスクに形成された微小開口から近接場を発生させながら、該近接場露光用マスクの円柱状の透明部材の回転と同期させて該円柱状の外周の移動量と同じ距離、前記被加工物を移動させ、該被加工物を露光する構成を採ることができる。
また、本発明の近接場露光方法は、光の波長以下の微小開口を有する遮光層に覆われた、光に対して透明な円柱状の部材を、被加工基板に押し付ける工程と、前記透明な円柱状の部材中に光を入射させる工程と、前記透明な円柱状の部材と前記被加工基板の接触を保ちながら、該円柱状の部材を回転させ、該円柱状の部材と該被加工基板を相対的に移動する工程と、を有する構成を採ることができる。また、本発明の近接場露光方法は、前記透明な円柱状の部材中に光を入射する工程が、該透明な円柱状の部材と前記微小開口を形成する材料との界面で、該光が全反射する角度で該透明な円柱状の部材に入射する工程を含む構成を採ることができる。
また、本発明の近接場露光方法は、前記透明な円柱状の部材中に光を入射する工程が、前記被加工基板と接触している前記微小開口の幅に応じて、該光の強度を変調する工程を含む構成を採ることができる。
また、本発明の近接場露光装置は、光の波長以下の微小開口を有する遮光層に覆われた、光に対して透明な円柱状の部材で構成された露光用マスクを保持するマスク保持機構と、前記透明な円柱状の部材に入射する光の光源と、前記光源から出射した光を該透明な円柱状の部材に入射する入射光学系と、前記透明な円柱状の部材を、被加工基板に対して押し付ける押し付け装置と、前記被加工基板と、該透明な円柱状の部材とを、相対的に移動する移動装置と、を有する構成を採ることができる。
また、本発明の近接場露光装置は、前記光源が、前記微小開口の幅に応じて、前記光源から出射される光の強度を変調する強度変調機構を有する構成を採ることができる。
また、本発明の近接場露光装置は、前記押し付け装置が、前記露光マスクに対向して配置された円柱状の部材を備え、該円柱状の部材と露光マスク間で前記被加工基板をはさんで該被加工基板を露光マスクに押し付けるように構成することができる。

本発明によれば、レジストを円柱状の露光マスクの回転移動方向に溜めることがなく、大面積に亙りレジストパターンを形成することが可能となる。また、近接場光による露光により、より微細な加工を行うことが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態における露光方法について説明する。
図１に、本実施の形態における円柱状の露光マスクの概略図を示す。図２は、この円柱状の露光マスクを用いた本実施の形態における例示的な露光装置の構成を示す図である。
まず、本実施の形態における露光マスクについて、図１を参照して説明する。
図１は、図２の露光装置に用いられる露光マスクの図であり、（ａ）に断面図、（ｂ）に斜視図を示す。
図において、露光マスクは、露光光に対して透明な材料で形成された円柱１０１と、該円柱１０１の表面に形成された露光光を遮蔽する遮光層１０２と、該遮光層１０２に形成された微小開口１０３と、から構成されている。
遮光層１０２は、円柱１０１の側面を覆うように配置されている。遮光層１０２に形成され微小開口１０３は、開口の一方向が用いる光の波長よりも小さな開口として形成されている。

次に、図２に示した本実施の形態における露光装置について説明する。
露光装置は、露光マスク、露光マスク回転機構、光源、被加工物、ステージから構成されている。
被加工物２０３としては、レジスト２０８が成膜された基板２０９が挙げられる（以下これをレジスト２０８／基板２０９と記す）。その他にも、光に反応する材料で構成されているものならばこれに限るものではない。
露光マスク２０１は、露光マスク回転機構２０２の回転軸受け２０５によって支持されており、この回転軸受け内で滑らかに回転することが可能となっている。この露光マスク２０１をステージ２０４上に配置された被加工物２０３であるレジスト２０８／基板２０９に、ステージ２０４を動かすことで、２次元方向の位置あわせと、露光マスク２０１から染み出す近接場の届く範囲まで均一に密着させることを行う。この近接場の届く範囲とは、おおよそ１００ｎｍ以下である。

密着させる手段としては、剛性が高く、円柱側面が非常に平滑な露光マスクであれば、露光マスク２０１をレジスト２０８／基板２０９に載せるだけでだけでも良く、また、露光マスク２０１をはさみ被加工物と反対側から平坦な基板を均一な力で押し当て露光マスクを被加工物に均一に密着させても良い。
また他の方法としては、露光マスクを別の円柱状の部材で押し当て、その円柱状の部材を回転可能な状態にする。このときの円柱状の部材は、側面が平滑でかつ大きなうねり等もないものが好ましい。
円柱状の部材が回転可能なことで、露光マスクの回転に応じて、部材も回転し、常に均一な圧力で押し付けることが可能である。露光マスクを均一に被加工物に密着させる方法は、これに限ったことではなく、露光マスクと被加工物が均一に密着していれば良い。

次に、露光マスク２０１の中心を回転軸として露光マスク回転機構２０２により、回転軸受け２０５内で回転させる。この露光マスク２０１が回転することにより露光マスク２０１の外周のある点が移動する距離と同じ距離を、回転軸と直交方向にステージ２０４を移動させる。露光マスク２０１の回転に同期して外周の移動量と同じ距離をステージ２０４にてレジスト２０８／基板２０９を移動することにより、露光マスクのパターンがずれることなく露光できる。

以上では、露光マスクを被加工物上を回転させ移動させる手段として、露光マスクを回転させる手段と、被加工物を移動させる手段とが、それぞれ独立に存在している構成について説明したが、本発明はこのような構成に限られるものではない。例えば、露光マスクを回転させる回転機構が無く、露光マスクと被加工物がお互い滑ることなく密着させ、被加工物側を露光マスクの回転軸に対して直交方向に移動させることで、被加工物の移動にしたがって、露光マスクが回転する様にしても良い。また、これとは逆に露光マスクと被加工物を滑ることなく密着させた上で、露光マスクを回転機構によって回転させることによって、被加工物を移動させるように構成しても良い。本発明においては、要するに、露光マスクの回転と被加工物の移動とが同期して行われれば良いのであって、上記したいずれの構成にも限定されるものではない。

次に、露光マスク２０１とレジスト２０８／基板２０９が同期して移動している最中に行う、露光について説明する。
露光マスク２０１は上述したように、露光光に対して透明な円柱の周囲に、遮光層に覆われて構成されている。光源２０６から出射した光を入射光学系２０７によって集光し、端面２１０から露光マスク２０１内に入射する。露光マスク２０１内に入射した光は、透明な円柱内を伝播する。伝播する間は、円柱を遮光層１０２によって覆い、円柱の外部に光が漏れる事を防いでいる。この遮光層１０２には、微小開口１０３が形成されているため、その微小開口１０３からのみ光が染み出ることができる。露光マスク２０１とレジスト２０８／基板２０９が同期して移動している間に、上記のように、露光マスク２０１内に光源２０６から出射された光を入射することで、微小開口１０３から染み出した光によってレジスト２０８／基板２０９を露光することができる。

露光マスクに光を入射する際に、透明な円柱内を光が全反射する角度で入射させると、微小開口から出る光は、円柱と遮光層の界面に存在するエバネッセント波によって作られる近接場成分のみとなりｆａｒ−ｆｉｅｌｄ成分の光が無くなる。そのため、露光マスクと被加工物が近接場の存在する領域（＜１００ｎｍ）に近づいたときのみ露光することができるため、円柱側面の空気との界面で全反射条件を満たす角度で光を入射した方が好ましい。

このとき、露光マスク２０１内に入射する光は、被加工物２０３を露光（加工）するために必要な波長の光を入射すればよい。例えば、被加工物２０３としてｇ線（λ＝４３５．８ｎｍ）用フォトレジストを用いた場合、水銀ランプのｇ線や、Ｈｅ−Ｃｄレーザー、半導体レーザー等を用いればよく、光源の種類は限定されない。
露光終了後、ステージ２０４を動かし露光マスク２０１とレジスト２０８／基板２０９を離す。その後、レジスト２０８／基板２０９を現像し、レジストパターンを形成する。
このように、円柱状の露光マスク内に光を入射し微小開口から近接場を発生させ、その露光マスクを、レジスト基板上を回転させ転がすことで、レジスト基板を露光することができ、レジストを押し出し、進行方向に溜めることなく、大面積に亙り露光することができる。

［実施例１］
本発明の実施例１においては、本発明の実施の形態で説明した構成の露光装置を用い、具体的にはつぎのように実施した。
これを図１と図２を用いて詳細に説明する。
透明な円柱１０１として、長さ４０ｃｍ、コア径１ｍｍのプラスチックオプティカルファイバー（ＰＯＦ）を選択し、ＰＯＦのクラッドを除去した後に、コアの周囲に遮光層１０２としてＣｒをスパッタリングにより５０ｎｍ成膜した。このとき、ＰＯＦの周囲の遮光層の厚さを均一にするために、ＰＯＦを円周方向に回転させながら成膜した。遮光層１０２であるＣｒに微小開口を形成するために、ＦＩＢ（Ｆｏｒｃｕｃｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）加工機を用いて、Ｃｒの局所スパッタリングを行い、所望のパターンにＣｒを削った。また、露光マスク内に光を入射させるためＰＯＦ端面に成膜されたＣｒも削り、透明な面を出した。以上の工程を行い、露光マスク１００が完成した。

次に、上記で作製した露光マスクを用いて露光を行う、露光装置について図２を用いて詳細に説明する。
上記の露光マスクを図２の露光装置２００に取り付け、使用する。露光マスクを回転機構２０２の回転軸受け２０５に取り付ける。
ステージ２０４上に、フォトレジスト２０８を塗布したシリコン基板２０９を配置し、ステージをｚ方向に駆動し、露光マスク２０１に密着させる。ここで、ｚ方向とは、シリコン基板の法線方向である。露光マスク２０１と被加工物２０３（レジスト２０８／基板２０９）が密着し、互いが滑らない状態にした後、露光マスク２０１を回転機構２０２により回転させる。このとき露光マスクの回転速度は、０．２ｒｐｍとした。回転すると同時に、露光マスクの回転速度にあわせて、ステージ２０４を露光マスク２０１の回転軸に対して直交方向に、露光マスク表面が移動する速度（約０．６３ｍｍ／ｍｉｎ）で駆動した。

露光マスク２０１を回転させると同時に、露光マスク２０１の端面２１０から露光マスクの母材となっているＰＯＦに露光光を入射した。このとき、光源２０６として出力１０００ｍＷ・波長４４２ｎｍのＨｅ−Ｃｄレーザーを使用した。Ｈｅ−Ｃｄレーザーから出射した光を、入射光学系２０７により集光し、露光マスク端面２１０から露光マスク２０１内に入射した。このとき、露光マスク２０１内への結合効率は９０％である。露光マスク内は、ほぼ無損失で伝播し、露光マスク上の微小開口には、約９００ｍＷの光が照射されている。この光を照射した入射角度は、ＰＯＦと微小開口中の空気の界面で全反射するように、およそ６０度で入射した。

露光マスク２０１が回転し、ステージ２０４が移動することで、被加工物２０３（レジスト２０８／基板２０９）に密着している露光マスク２０１の位置、及び、露光マスクに密着している被加工物２０３（レジスト２０８／基板２０９）の位置がともに変化することになる。その際に、露光マスク上の微小開口から染み出した近接場により、レジスト基板を露光した。
その後、露光されたレジスト基板を現像することで、レジストパターンを形成する。

本実施例においては、このように、円柱状の露光マスク内に光を入射し微小開口から近接場を発生させ、その露光マスクをレジスト基板上を転がすことで、レジスト基板を露光することができ、レジストを押し出し進行方向に溜めることなく、大面積に亙り露光することができた。

［実施例２］
図３に、本発明の実施例２における大小パターンに区分された開口幅に応じて入射光を強度変調するようにした構成例を示す。図３において、露光マスクの母材となる、透明の円柱３０３としてポリスチレンを成型して作製した径１ｍｍの円柱を用いた。この円柱の周囲に遮光層３０４となるＣｒを厚さ５０ｎｍスパッタリングにて成膜した。このとき、実施例１と同様に、円柱を回転させながら成膜し、均一な厚さとなるようにしている。
実施例１と同様に、円柱状の露光マスクをレジスト基板に密着させ、密着後、露光マスクを回転させ、ステージを駆動しレジスト基板を移動させる。露光マスクを回転させると同時に、露光マスク内に入射光学系を通して露光光を入射する。ここまでは、実施例１と同様である。

露光マスクに形成した微小開口は、極微細な５０ｎｍの太さのパターンから、５００ｎｍ以上の太さまで、様々な太さのパターンが存在することがある。微小開口から染み出す近接場は、開口の太さに応じて強度が変化する。そのため、極微細な微小開口３０２の５０ｎｍの開口であると、開口からの近接場強度は小さくなり、５００ｎｍの太さの開口３０１からであると、微小開口３０２に比べ大きくなる。そのため、この微小開口３０２と開口３０１が、同時にレジスト基板に密着し、均一な強度で照明していると、均一な露光を行い好適なパターンを形成することが難しくなる。

図４は、本実施例２における光強度変調機構を備えた露光装置の概略を示す図である。本実施例では、露光マスクに形成された微小開口が、開口の幅に応じて円周方向に区分し配置（図３内の微小開口３０２と開口３０１に区分）されている場合に、露光時に区分した開口の幅に応じて、露光マスク内に入射する露光光を変調する。つまり、露光マスクの回転に同期して、微小開口３０２がレジストに密着しているときは入射強度を強く、太い開口３０１が密着しているときは入射強度を弱くというように、露光マスクに入射する光の強度変調を図４内の光強度変調機構４１１を用いて行う。

本実施例においては、このように、円柱状の露光マスク内に光を入射し微小開口から近接場を発生させ、その露光マスクをレジスト基板上を転がすことで、レジスト基板を露光することができ、レジストを押し出し進行方向に溜めることなく、大面積に亙り露光することができた。さらに、露光マスクに入射する露光光の強度を、露光マスクに形成した微小開口のパターンに応じて変調することで、様々な幅のパターンも均一に露光することができた。

［実施例３］
つぎに、本発明の実施例３における２本のローラー間に基板を通すようにした構成例について説明する。図５は、本実施例における円柱状の距離制御ローラーを備えた露光装置構成の概略を示す図であり、図６は本実施例における露光マスクとレジスト基板の密着時の模式図である。

露光マスクは実施例２と同様に作製する。露光マスクを、図５の露光装置の回転機構５０２に取り付ける。露光マスク５０１と向かい合い、被加工物５０３（レジスト５０８／基板５０９）の厚さと同じ距離だけ離した位置に、円柱状の距離制御ローラー５１０を図示しない駆動装置にて配置する。露光マスクと距離制御ローラーを同時に、同じ回転速度で回転させる。このときの回転速度は、０．２ｒｐｍである。その後、レジスト基板を搬送する図示しない搬送ステージによって、被加工物５０３（レジスト５０８／基板５０９）を露光マスク５０１と距離制御ローラー５１０間に挿入する（図６）。露光マスクと距離制御ローラーは、レジスト基板の厚さとほぼ同じ距離だけ離れているため、その間をレジスト基板が通るときは、露光マスクに密着している。その後、露光マスク内に露光光を入射し、露光マスクに形成した微小開口から近接場を発生させ、レジストを露光する。
その後、露光されたレジスト基板を現像することで、レジストパターンを形成する。

本実施例においては、このように、円柱状の露光マスク内に光を入射し微小開口から近接場を発生させ、その露光マスクをレジスト基板上を転がすことで、レジスト基板を露光することができ、レジストを押し出し進行方向に溜めることなく、大面積に亙り露光することができた。さらに、露光マスクとレジスト基板の距離を、はじめに、露光マスクと距離制御ローラーの距離を制御することのみで行え、露光マスクとレジスト基板の距離制御を簡便に行うことができた。

本発明の実施の形態における露光マスクの構成を示す図であり、（ａ）は露光マスクの断面図、（ｂ）露光マスクの斜視図である。 本発明の実施の形態の露光装置の構成の概略を示す図である。 本発明の実施例２における大小パターンに区分された開口幅に応じて入射光を強度変調するようにした構成例を示す図であり、（ａ）は太い開口がレジスト基板に密着している状態の概略を示す図、（ｂ）は微小開口がレジスト基板に密着している状態の概略を示す図である。 実施例２における光強度変調機構を備えた露光装置の構成の概略を示す図である。 実施例３における円柱状の距離制御ローラーを備えた露光装置構成の概略を示す図である。 実施例３における露光マスクとレジスト基板の密着時の模式図である。

符号の説明

１００（ａ）、（ｂ）：露光用マスク
１０１：透明な円柱
１０２：遮光層
１０３：微小開口
２００：露光装置
２０１、４０１、５０１：露光マスク
２０２、４０２、５０２：回転機構
２０３、４０３、５０３：被加工物
２０４、４０４：ステージ
２０５、４０５、５０５：回転軸受け
２０６、４０６、５０６：光源
２０７、４０７、５０７：入射光学系
２０８、４０８、５０８：レジスト
２０９、４０９、５０９：基板
２１０、４１０：露光マスク端面
３０１、６０１：開口
３０２、６０２：微小開口
３０３、６０３：透明の円柱
３０４、６０４：遮光層
３０５：光強度の小さい照射部
３０６：光強度の大きい照射部
４１１：光強度変調機構
５１０：距離制御ローラー

Claims (8)

1. 円柱状の透明部材と、該透明部材の表面に形成された遮光層と、該遮光層に形成された微小開口と、を有することを特徴とする近接場露光用マスク。
2. 請求項１に記載の近接場露光用マスクを用いて被加工物を露光する近接場露光方法であって、
   前記露光マスク内に光を入射させ、該露光マスクに形成された微小開口から近接場を発生させながら、該近接場露光用マスクの円柱状の透明部材の回転と同期させて該円柱状の外周の移動量と同じ距離、前記被加工物を移動させ、該被加工物を露光することを特徴とする近接場露光方法。
3. 光の波長以下の微小開口を有する遮光層に覆われた、光に対して透明な円柱状の部材を、被加工基板に押し付ける工程と、
   前記透明な円柱状の部材中に光を入射させる工程と、
   前記透明な円柱状の部材と前記被加工基板の接触を保ちながら、該円柱状の部材を回転させ、該円柱状の部材と該被加工基板を相対的に移動する工程と、
   を有することを特徴とする近接場露光方法。
4. 前記透明な円柱状の部材中に光を入射する工程が、該透明な円柱状の部材と前記微小開口を形成する材料との界面で、該光が全反射する角度で該透明な円柱状の部材に入射する工程を含んでいることを特徴とする請求項３に記載の近接場露光方法。
5. 前記透明な円柱状の部材中に光を入射する工程が、前記被加工基板と接触している前記微小開口の幅に応じて、該光の強度を変調する工程を含んでいることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の近接場露光方法。
6. 光の波長以下の微小開口を有する遮光層に覆われた、光に対して透明な円柱状の部材で構成された露光用マスクを保持するマスク保持機構と、
   前記透明な円柱状の部材に入射する光の光源と、
   前記光源から出射した光を該透明な円柱状の部材に入射する入射光学系と、
   前記透明な円柱状の部材を、被加工基板に対して押し付ける押し付け装置と、 前記被加工基板と、該透明な円柱状の部材とを、相対的に移動する移動装置と、
   を有することを特徴とする近接場露光装置。
7. 前記光源が、前記微小開口の幅に応じて、前記光源から出射される光の強度を変調する強度変調機構を有することを特徴とする請求項６に記載の近接場露光装置。
8. 前記押し付け装置が、前記露光マスクに対向して配置された円柱状の部材を備え、該円柱状の部材と露光マスク間で前記被加工基板をはさんで該被加工基板を露光マスクに押し付けることを特徴とする請求項６または請求項７に記載の近接場露光装置。

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