JP2006013278A - 近接場露光方法、近接場露光用マスクの作製方法、及び近接場露光用マスク - Google Patents

近接場露光方法、近接場露光用マスクの作製方法、及び近接場露光用マスク Download PDF

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Abstract

【課題】露光マスクと被露光基板を密着させる近接場露光に際し、露光マスクと基板との間に気体が封入されることを抑制し、露光マスクと基板を密着させて露光することが可能となる近接場露光方法、近接場露光用マスクの作製方法、及び近接場露光用マスクを提供する。
【解決手段】露光光の波長サイズ以下の微小開口301を備えた遮光層を有する露光用マスク303を、被露光基板に密着させ、前記露光用マスクを介して露光光を前記被露光基板に向けて照射することで、前記露光用マスクの微小開口から滲み出る近接場光を用いて前記被露光基板を露光する近接場露光方法において、前記露光用マスクを前記被露光基板に密着させて露光する際に、前記露光用マスクと前記被露光基板間に封止される気体を外部に排出するガスリークパス302を形成し、露光するように構成する。
【選択図】 図3

Description

本発明は、近接場露光方法、近接場露光用マスクの作製方法、及び近接場露光用マスクに関するものである。
半導体メモリの大容量化やCPUの高速化や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、光源の波長程度である。このため、光リソグラフィー装置の光源に近紫外線レーザーを用いるなど短波長化がはかられ、0.1μm程度の微細加工が可能となっている。
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、光源のさらなる短波長化、その波長域でのレンズの開発等解決すべき課題も多い。
これらの課題を解決する一つの方法として、近接場露光法が提案されている。特許文献1では、マスク面の法線方向に弾性変形可能なマスクをレジストに密着させ、マスク面に形成した100nm以下の大きさの微小開口パターンから滲み出す近接場光を用いて被露光物に光の波長限界を越える局所的な露光を行う近接場露光装置が提案されている。
また、特許文献2では、密着露光において、露光マスクと基板とを、凹凸部を介して密着するようにした露光手段が提案されている。
特開平11−145051号公報 特開2003−50457号公報
しかしながら、上記特許文献2の露光方法では、露光マスクと基板とを、凹凸部を介して密着させるに際して、独立の部材による凹凸部、あるいは露光マスクの母材または遮光部材に凹凸部を形成することが必要となり、マスク作製工程の容易化を図る上で、必ずしも満足のいくものとならない可能性がある。
本発明は、上記課題に鑑み、露光マスクと被露光基板を密着させる近接場露光に際し、露光マスクと基板との間に気体が封入されることを抑制し、露光マスクと基板を密着させて露光することが可能となる近接場露光方法、近接場露光用マスクの作製方法、及び近接場露光用マスク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方法、近接場露光用マスクの作製方法、及び近接場露光用マスクを提供するものである。
すなわち、本発明の近接場露光方法は、露光光の波長サイズ以下の微小開口を備えた遮光層を有する露光用マスクを、被露光基板に密着させ、前記露光用マスクを介して露光光を前記被露光基板に向けて照射することで、前記露光用マスクの微小開口から滲み出る近接場光を用いて前記被露光基板を露光する近接場露光方法において、前記露光用マスクを前記被露光基板に密着させて露光する際に、前記露光用マスクと前記被露光基板間に封止される気体を外部に排出する空間領域を形成し、露光することを特徴としている。
また、本発明の近接場露光用マスクの作製方法は、上記した近接場露光方法に用いる露光用マスクの作製方法であって、前記露光用マスクの遮光層の溝部を、集束イオンビーム装置によって加工する工程、あるいはエッチングマスクの膜厚を部分的に減少させて加工する工程を有することを特徴としている。
また、本発明の近接場露光用マスクは、遮光層に形成された露光光の波長サイズ以下の微小開口を有し、基板上のレジスト層に対して撓ませて密着露光する際に用いる、近接場露光用マスクであって、前記遮光層表面に、該遮光層とレジスト層間に封止される気体を外部に排出する溝部が設けられていることを特徴としている。
本発明によれば、露光マスクと被露光基板を密着させる近接場露光に際し、露光マスクと基板との間に気体が封入されることを抑制し、露光マスクと基板を密着させて露光することが可能となる近接場露光方法、近接場露光用マスクの作製方法、及び近接場露光用マスクを実現することができる。
本発明の実施の形態におけるコンタクト露光用マスクについて、図を用いて説明する。
図1は本実施の形態における露光マスクと被露光基板を密着させて露光する近接場露光装置の構成を示す模式図である。
図2は図1の近接場露光装置を用いて露光する際に、露光マスクと基板間に気体が封入される場合について説明する図である。
図3及び図4は本実施の形態におけるコンタクト露光用マスクの構成を示す図である。
図1において、弾性体で支持された近接場露光用のメンブレンマスク101がレジスト基板102と密着している。このマスクは例えば気圧調整装置103による気圧により撓ませることでレジスト基板に密着している。
ここで、図1の近接場露光装置を用いて露光する際に、図2に示すようにメンブレンマスクを撓ませてレジスト基板に密着し、露光及びマスクの剥離を行なう工程において、メンブレンマスクと基板の間に空気やその他のガスなどの気体201が入り、メンブレンマスクとレジスト基板の間に閉じ込められるような場合が生じる。
近接場露光では、マスクと基板上のレジスト面を100nm程度以下まで接近させる必要があるが、露光中に図2に示すように露光マスクとレジスト面間に気体が封入されると、マスクとレジスト面が離れてしまい、必要とされる距離まで接近させて露光できないこととなる。
このような課題に対処するため、本実施の形態では、マスク表面に溝部によるガスリークパス302を、パターン301上に作製し、露光マスクとレジスト面間に封入された気体を外部に排出するように構成する。つまり、図3に示すように、上記ガスリークパス302によって、マスクをレジスト基板に密着する際、マスクとレジスト面間に封入される空気やその他のガスを、外部に排出できるようにしたものである。また、このようなガスリークパス302を形成することで、マスクがレジスト面に密着している場合でも、露光中に発生するガス等が存在すればそれらを外部に排出することが可能となる。
これによりマスクとレジスト面との密着が保たれ、また、マスクとレジスト面との間に僅かに含まれる空気等が露光による熱などの原因で体積が膨張した場合にも、これらの気体を外部に排出することができるため、マスクとレジスト面の密着を保つことが可能となる。
前記ガスリークパスは、露光中にガスが発生する場所であれば、上記したようにパターン301上に作製するだけでなく、レジスト面に形成してもよい。また、マスクを撓ませてマスク面の一部をレジスト基板に密着させる場合、ガスリークパスは密着部から非密着部まで通して作製することが好ましい。ただし、マスク表面のパターン部自身もガスリークパスとしての機能つまり気体を通過させる機能を有しているため、図4に示すように、ガスリークパスとパターン部両者が有する空間が、マスク密着部と非密着部を連絡している構造に作製すればよい。
また、マスク表面の凹凸はマスク表面から発生する近接場光強度分布に影響するのでそれを考慮して置く必要がある。
また、近接場光の強度分布が高コントラストを維持できるのは一般にマスク表面から50nm程度の距離までである。
更に、マスク表面のガスリークパスの深さはマスク表面の遮光層の厚みに対して十分浅いものである必要がある。
これらの理由により、マスク表面のガスリークパスの厚さは、10nm以下に形成することが必要である。
更に、露光時にはマスク表面に表面プラズモンポラリトンが発生するが、マスク表面の溝部の配置が、表面プラズモンポラリトンと共鳴してしまうピッチで作製されている場合、露光パターンに影響を及ぼすため好ましくない。このため、ガスリークパスを作製する場合、そのピッチを前記表面プラズモンポラリトンの波長の半分以下の大きさで作製しておくことが必要である。つまり表面プラズモンポラリトンにとって十分小さな構造にしておく必要がある。
ガスリークパスの作製方法は、遮光層表面を集束イオンビーム加工装置(以下、FIB加工装置と記す)等を用いて、直接加工してしまうことも可能である。また、マスク遮光層をドライエッチング等でパターニングする際に、同時にガスリークパスも作製してしまう手法もある。この方法は遮光層をパターニングする電子ビーム描画用レジスト(以下、EBレジストと記す)等のフォトレジストを、ドライエッチング処理する前に部分的に膜減りさせておき、そのままドライエッチングすることで、前記膜減り部分をガスリークパスとして形成するものである。前述のレジストを膜減りさせる方法としては露光量・ドーズ量を落として露光する等の方法があるが、本発明はこのような方法に限定されるものではない。 本実施の形態によれば、気体がマスクとレジスト面との間に滞留することが防止でき、マスクとレジスト面との剥離を低減することが可能となり、露光の歩留まりを向上させることができる。またマスクと被露光基板との密着のためのマスク形状、またはレジスト形状の作製の容易化が可能となる。
以下に、本発明の実施例について説明する。
[実施例1]
実施例1は、本発明を近接場露光用マスクの作製方法に適用した構成例である。
図5に本実施例における近接場露光用マスクの作製工程を示す。
まず、面方位(100)のSi基板である基板501を用意する。
この基板501の両面にLPCVD装置でSi34のマスク母材となる母材502を500nm成膜する(図5(a))。
つぎに、基板501の裏面にCF4でバックエッチ孔503のパターニングを行ない、基板501のおもて面に遮光層504となるCrを50nm成膜する(図5(b))。ただし遮光層504はCrに限らない。
つぎに、FIB加工装置を用いて遮光層504に微細パターン505を形成し、FIB加工装置を用いて溝部506を作製する(図5(c))。また、溝部506は水銀ランプのg線(436nm)を用いたときにマスク表面で発生する表面プラズモンポラリトンの波長(約400nm)の半分以下の150nmにする。
つぎに、基板501をKOHにより結晶軸異方性エッチングをし、マスク薄膜部507を有する薄膜マスク構造を形成する(図5(d))。
以上により、本実施例の表面処理を施した近接場光露光用マスクを作製することができる。
本実施例の近接場露光用マスクによれば、マスクと被露光基板が密着するときに、マスクと被露光基板の間に気体が閉じ込められることを防止することができる。
[実施例2]
実施例2は、本発明を近接場光露光用マスクに適用する場合の構成例である。図6に本実施例における近接場露光用マスクの作製工程を示す。
まず、面方位(100)のSi基板である基板601を用意する。この基板601の両面にLPCVD装置でSi34のマスク母材となる母材602を500nm成膜する(図6(a))。
つぎに、基板601の裏面にCF4でバックエッチ孔603のパターニングを行ない、基板601のおもて面に遮光層604となるCrを50nm成膜する(図6(b))。ただし遮光層604はCrに限らない。
つぎに、EBレジスト層605を塗布する。そしてEB描画装置(電子ビーム描画装置)を用いてパターン部606を露光する。更にEB描画装置を用いて溝部パターン607を露光する(図6(c))。このとき、溝部パターン607のドーズ量はパターン部606のドーズ量の10分の1程度にする。
次に、ドライエッチング装置を用いて遮光層604をドライエッチングし微細パターン608及び溝部609を作製し、基板601をKOHにより結晶軸異方性エッチングをし、マスク薄膜部610を有する薄膜マスク構造を形成する(図6(d))。
以上により、本実施例の表面処理を施した近接場光露光用マスクを作製することができる。
本実施例の近接場露光用マスクによれば、マスクと被露光基板が密着するときに、マスクと被露光基板の間に気体が閉じ込められることを防止することができる。
[実施例3]
実施例3は本発明を近接場露光する被露光基板に適用する場合の構成例である。
図7に本実施例における近接場露光用マスクの作製工程を示す。
まず、基板701を用意する。この基板にフォトレジスト702を塗布する(図7(a))。これを被露光基板とする。
つぎに、フォトレジスト702表面をFIB加工装置で走査して溝部703を作製する。但し溝部の作製法はこれに限らない。また、溝部のピッチは100nmにする。つぎに、被露光基板にメンブレンで構成された近接場露光用マスク704で露光する。このマスクの遮光層はCrで構成され、遮光層には長さが20μm、幅80nmのラインと幅80nmスペースが交互に形成されている。更に露光光としてHgランプのg線(436nm)を照射する(図7(b))。そして微細パターン705を作製する(図7(c))。
以上により、本実施例の表面処理を施した近接場光露光用マスクを作製することができる。
本実施例の近接場露光用マスクによれば、マスクと被露光基板が密着するときに、マスクと被露光基板の間に気体が閉じ込められることを防止することができる。
[実施例4]
実施例4は本発明を偏光子作製に応用した場合の構成例である。
図8に本実施例における近接場露光用マスクの作製工程を示す。
まず、面方位(100)のSi基板である基板801を用意する。この基板801の両面にLPCVD装置でSi34のマスク母材となる母材802を500nm成膜する(図8(a))。
つぎに、基板801の裏面にCF4でバックエッチ孔803のパターニングを行ない、基板801のおもて面に遮光層804となるCrを50nm成膜する(図8(b))。ただし遮光層804はCrに限らない。
つぎに、FIB加工装置を用いて遮光層804に微細パターン805を形成する。パターンは150nmピッチのラインアンドスペースを作製する。つぎに、FIB加工装置を用いて溝部806を作製する(図8(c))。また、溝部806は水銀ランプのg線(436nm)を用いたときにマスク表面で発生する表面プラズモンポラリトンの波長(約400nm)の半分以下の150nmにする。
つぎに、基板801をKOHにより結晶軸異方性エッチングをし、マスク薄膜部807を有する薄膜マスク構造を形成する(図8(d))。
そして、上記手段にて作製したマスク808を用いて近接場露光をすることで、偏光子809を作製する(図8(e))。
本実施の形態における露光マスクと被露光基板を密着させて露光する近接場露光装置の構成を示す模式図。 図1の近接場露光装置を用いて露光する際に、露光マスクと基板間に気体が封入される場合について説明する図。 本実施の形態におけるコンタクト露光用マスクの構成を示す図。 本実施の形態におけるコンタクト露光用マスクの構成を示す図。 本発明の実施例1における近接場露光用マスクの作製工程を示す図。 本発明の実施例2における近接場露光用マスクの作製工程を示す図。 本発明の実施例3における近接場露光用マスクの作製工程を示す図。 本発明の実施例4における偏光子の作製工程を示す図。
符号の説明
101:メンブレンマスク
102:レジスト基板
201:気体
301:パターン
302:ガスリークパス
303:メンブレンマスク
401:パターン
402:ガスリークパス
403:メンブレンマスク

Claims (10)

  1. 露光光の波長サイズ以下の微小開口を備えた遮光層を有する露光用マスクを、被露光基板に密着させ、前記露光用マスクを介して露光光を前記被露光基板に向けて照射することで、前記露光用マスクの微小開口から滲み出る近接場光を用いて前記被露光基板を露光する近接場露光方法において、
    前記露光用マスクを前記被露光基板に密着させて露光する際に、前記露光用マスクと前記被露光基板間に封止される気体を外部に排出する空間領域を形成し、露光することを特徴とする近接場露光方法。
  2. 前記露光用マスクは可撓性を有し、該露光用マスクを気圧によって前記被露光基板に対して撓ませて密着させ、露光することを特徴とする請求項1に記載の近接場露光方法。
  3. 前記気体を外部に排出する空間領域が、前記露光用マスクの遮光層表面または前記被露光基板を構成するレジスト層表面に形成された溝部であることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の近接場露光方法。
  4. 前記溝部は、略周期的に配置され、且つその周期が前記露光用マスクの遮光層と前記基板上のレジスト層との界面に発生する、表面プラズモンポラリトンの波長の略半分以下であ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. 前記溝部が、前記露光用マスクの遮光層と前記被露光基板を構成するレジスト層との密着部と非密着部とに亙って形成されることを特徴とする請求項3または4項に記載の近接場露光方法。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の近接場露光方法に用いる近接場露光用マスクの作製方法であって、前記露光用マスクの遮光層の溝部を、集束イオンビーム装置によって加工する工程を有することを特徴とする近接場露光用マスクの作製方法。
  7. 請求項1〜5のいずれか1項に記載の近接場露光方法に用いる露光用マスクの作製方法であって、前記露光用マスクの遮光層の溝部を、エッチングマスクの膜厚を部分的に減少させて加工する工程を有することを特徴とする近接場露光用マスクの作製方法。
  8. 遮光層に形成された露光光の波長サイズ以下の微小開口を有し、基板上のレジスト層に対して撓ませて密着露光する際に用いる、近接場露光用マスクであって、
    前記遮光層表面に、該遮光層とレジスト層間に封止される気体を外部に排出する溝部が設けられていることを特徴とする近接場露光用マスク。
  9. 前記溝部は、該溝部の深さが10nm以下であることを特徴とする請求項8に記載の近接場露光用マスク。
  10. 前記溝部は、略周期的に配置され、且つその周期が前記露光用マスクの遮光層と前記基板上のレジスト層との界面に発生する表面プラズモンポラリトンの波長の略半分以下であることを特徴とする請求項8または請求項9に記載の近接場露光用マスク。
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