JP3715973B2 - 近接場光露光用のフォトマスク、該フォトマスクを用いたパターン作製方法およびパターン作製装置 - Google Patents
近接場光露光用のフォトマスク、該フォトマスクを用いたパターン作製方法およびパターン作製装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接場光露光用のフォトマスク、該フォトマスクを用いたパターン作製方法およびパターン作製装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
半導体メモリの大容量化やＣＰＵの高速化・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。
【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、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。
【０００４】
また、光による０．１μｍ以下の微細加工を可能にする別の手段として、近接場光学顕微鏡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、光波長限界よりも小さな部分への露光を行なう装置である。
【０００５】
ところで、これらの近接場光学顕微鏡の構成による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ので、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】
これを解決する一つの方法として、光マスクに対してプリズムを設け、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ー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０８−１７９４９３号公報）。
【０００７】
この特開平０８−１７９４９３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、マスクに設ける遮光膜の厚さは、できるだけ薄くする必要がある、と指摘されている。
【０００８】
また、同様の近接場露光用マスクの提案（特開２００１−００５１６８号公報）においては，遮光膜厚さは数十ｎｍとしなければならず、平坦なマスク母材上に遮光膜を形成する構成のマスクでは，遮光膜マスクの厚さは５０ｎｍ程度が上限であると指摘している。同提案のマスクは、遮光膜厚さをさらに増大させることを可能にするために、マスク母材に凹凸を形成し、溝の部分に遮光膜を形成するものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術においては、近接場光露光用のフォトマスクにおける遮光膜の厚さに関しては、できるだけ薄くすることの必要性、あるいはそれを数十ｎｍとしなければならない等の、膜厚について一定の方向性が示されてはいるが、遮光膜の厚さが遮光膜に形成された開口部の開口幅との関係において、該開口部直下での光強度とどのような相関関係があるか等について、全く明らかにされていなかった。
【００１０】
したがって、同一マスク内に幅の異なる微小開口を設けて複雑なパターンを形成する場合等において、マスク開口幅に応じて近接場強度が異なることから、両方のパターンを同時に同等の露光量で露光できる条件を見出すのは容易ではなく、また条件を見出しても許容範囲の狭いものとなるという問題があった。
【００１１】
また、一方では微小開口の近接場は開口幅に影響されるので、マスク加工時の微小開口幅の変動が、露光して形成されるレジストパターンのサイズに変動を及ぼすので、このような変動を低減することが望まれていた。また、近接場マスク露光においては、近接場強度が伝搬光の強度に比べて弱くなると考えられ、したがって近接場光を最も効率的に利用可能なマスク構成等が求められている。
【００１２】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、遮光体の開口部直下で所望の光強度を与えることが可能な近接場光露光用のフォトマスク、該フォトマスクを用いたパターン作製方法およびパターン作製装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するため、以下のように構成した近接場光露光用のフォトマスク、該フォトマスクを用いたパターン作製方法およびパターン作製装置を提供するものである。
【００１４】
本発明は、透明な母材と、該母材上にマスクパターンを構成する開口部の開口幅が光源波長以下に形成された遮光膜を有する近接場光露光用のフォトマスクであって、前記遮光膜は、２つ以上の開口幅の異なる開口部を有し、前記開口幅の異なる開口部直下におけるそれぞれの光強度の差を２０％以下にする一様な膜厚を有することを特徴とする。
【００１６】
また、前記発明において、前記遮光体の厚さが、開口部直下での光強度が開口幅の変化に対して極大値もしくは極小値をとる厚さに構成されていることも好ましい形態である。
【００１７】
さらに、前記発明において、前記遮光体の厚さが、前記開口部直下における光強度の開口幅に対する変化率を１ｎｍ当たり２％以下にする厚さに構成されていること、あるいは、前記発明において、前記遮光体の厚さが、所定の開口幅の開口部直下における光強度の極大値を与える厚さ、もしくは、該光強度が極大値の５０％以上１００％未満となる厚さに構成されていることも、それぞれ本発明の好ましい形態である。
【００１８】
本発明は、上記の近接場光露光用のフォトマスクを用い、該フォトマスクを光源波長以下の膜厚を有するフォトレジスト膜を形成した被加工基板上に対向して配置し、露光光源から露光用の光を該フォトマスク裏面に所定の時間照射し、前記フォトマスクの開口パターンをもとに、該フォトレジスト膜に潜像形成・転写を行うパターン作製方法、もしくは、上記の近接場光露光用のフォトマスクと、該フォトマスクを設置するステージと、露光用光源と、光源波長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、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でもある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
上記構成を適用することにより、遮光体の開口部直下で所望の光強度を与えることが可能な近接場光露光用のフォトマスク、該フォトマスクを用いたパターン作製方法およびパターン作製装置を実現することができるが、それは本発明者らの鋭意研究した結果によるつぎのような知見に基づくものである。
【００２０】
上記構成において、フォトマスクを光源からの光で照射すると、遮光体に設けられた光源波長以下の幅の開口において、微小開口内の伝搬モードを励起する。
【００２１】
この伝搬モードの伝搬定数すなわち波長は、微小開口の幅に依存して定まる。さて、この伝搬モードの光は、微小開口とレジスト膜の界面で一部が反射される。
【００２２】
反射された光は、再び微小開口を逆向きに伝搬して、微小開口とマスク母材の界面でさらに一部が反射される。すなわち、微小開口を有するフォトマスクの微小開口部は、両端での反射によって共振器を構成している。
【００２３】
このようなことから、上記共振器構成のもとで、開口直下における光強度は、遮光体の厚さに対応する共振器長および微小開口の幅の関数となることが見出された。
【００２４】
［実施の形態１］
上記知見に基づいて、例えばその一つの形態として、遮光体の厚さを適切な厚さに選定することで、前記幅の異なる開口直下それぞれの光強度の差を２０％以下にすることができ、これらの開口直下でのレジストの露光量の差を小さくできる。すなわち、線幅の異なるレジストパターンを同時に露光することが容易になる。ここで、光強度の差が２０％以下とは、露光時間、現像時間をはじめとするパターニングプロセスの諸条件に対するフォトマスク起因の変動を抑え、効率的なプロセス管理を可能とする目安であり、１０％以下に抑えることが望ましく、さらにこの差を０とすることがもっとも望ましい。
【００２５】
以下に、これらについて図を用いて詳細に説明する。
【００２６】
図２は、本実施の形態１におけるフォトマスクの構成を表す図である。また、図１はこのようなエバネッセント光露光用マスクを用いて露光するようにした露光装置の構成を示す図である。
【００２７】
図２に示すフォトマスクは、光源波長に対して透明なマスク母材２０１の上に、膜厚ｔの金属膜２０２を設け、この金属膜に波長の以下の幅の微小開口パターン２０３を形成したものである。マスク母材２０１は、０．１〜１００μｍの膜厚の薄膜からなっており、基板２０４に支持されている。
【００２８】
さて、後に述べるように、このマスクは、試料基板（図１の試料基板１０６がこれに相当する）に塗布した薄膜レジストに密着させて、これに垂直な方向から光を照射して、パターンを露光するものである。
【００２９】
ここでは、マスク近傍での光の振舞いについて、詳細に説明する。
【００３０】
遮光膜を構成する金属膜２０２に設けられた微小開口２０３を伝搬する光は、この開口内を伝搬モードとして伝搬し、微小開口２０３とこれに密着するレジスト膜（不図示）の界面で光の一部が反射される。反射された光は、再び伝搬モードとして微小開口２０３を逆向きに伝搬して、微小開口２０３とマスク母材２０１の界面でふたたび反射される。すなわち、フォトマスクの微小開口２０３は、両端での反射によって共振器を構成しており、この共振器長は遮光膜の厚さｔによって決まっている。すなわち、遮光膜の厚さがこのフォトマスクの光学特性を支配する重要なパラメータである。また、微小開口内の伝搬モードの波長は、微小開口の幅に依存して定まるので、微小開口の幅もまた、重要なパラメータである。
【００３１】
このような微小開口の光学特性を詳細に調べるために、次のようなモデルについて、多重多極子法による電磁界の数値解析を行った。
【００３２】
微小開口の幅をｗとし、これが繰り返しピッチΛ＝１５０ｎｍで無限に並んでいる。光源の波長は３６５ｎｍのｉ線を用いた。このときマスク母材のＳｉＮの屈折率は１．９、レジスト膜の屈折率は１．７−０．００８ｉ、金属膜（Ｃｒ）の複素屈折率は１．４０１９２−３．２５６９４ｉとした。Ｃｒの膜厚ｔは、パラメータである。また、それぞれの微小開口の角は曲率半径５ｎｍで丸まっているとした。
【００３３】
以下では、入射光の電界ベクトル成分方向が微小開口スリットの長手方向と垂直の場合の結果を示して説明する。これと直交する偏光（入射光の電界ベクトル成分方向が微小開口スリットの長手方向に平行）の場合には、遮光膜直下の光強度は２桁程度以上小さくなり、露光にはほとんど寄与しないためである。
【００３４】
図５に、微小開口２０３直下（２ｎｍの位置）での光強度の平均値を、微小開口幅ｗと遮光体の厚さｔの関数として、等高線図によって示す。入射平面波の振幅を１に規格化している。
【００３５】
開口幅を１０ｎｍから８０ｎｍまでの間の任意の値に設定したうえで、膜厚を変化させたときの光強度の振舞いをみると、一定の開口幅に対する光強度のピークが膜厚４０ｎｍから５０ｎｍの間に存在することがわかる。
【００３６】
また、膜厚を一定として開口幅を変化させたときの振舞いを見ると、膜厚が５０ｎｍ−１２０ｎｍの範囲で、光強度が開口幅に対して極小値をとることがわかる。この例では、極小値を与える開口幅は４０ｎｍ前後である。
【００３７】
そこで、開口幅の異なる開口部が２つ以上あるときは、それらの一方が、光強度の極小値を与える開口幅より大きい開口幅となり、別の一方が光強度の極小値を与える開口幅より小さい開口幅となるように設定すれば、両者の光強度を一致させる、もしくは所定範囲内に抑えることができる。微小開口幅として、ｗ１＝２０ｎｍのものとｗ２＝５０ｎｍのものが共存している場合には、図５に示されたＣ−Ｃ´の線分の両端（Ｃがｗ＝２０ｎｍ、Ｃ´がｗ＝５０ｎｍにそれぞれ対応）から、Ｃｒ膜厚を７０ｎｍとすると、マスク直下の平均近接場強度が、ふたつの幅の異なる微小開口直下で同等となることがわかる。
【００３８】
光源波長、金属膜の材質、微小開口の幅が異なったり、各層の屈折率が異なっている場合にも、それぞれのパラメータを用いて、同様の手順で計算を行い、金属膜の厚さを選定することができる。例えば、図６に、光源の波長を４３６ｎｍに代えた場合の数値計算の結果を示す。このとき、マスク母材のＳｉＮの屈折率は１．９、レジスト膜の屈折率は１．７−０．００８ｉ、金属膜のＣｒの複素屈折率は１．７７５４４−４．０３４８１ｉとした。
【００３９】
図６で、膜厚を一定として開口幅を変化させたときの振舞いを見ると、膜厚が８０ｎｍ−１２０ｎｍの範囲で、光強度が開口幅に対して極大値をとることがわかる。この例では、極大値を与える開口幅は膜厚によってやや変化し、２０−４０ｎｍ前後である。
【００４０】
図６中の線分Ｃ−Ｃ´に対応する膜厚を用いることで、先に図５にしたがって説明したものと同様の効果が得られる。
【００４１】
［実施の形態２］
上記したように微小開口を有するフォトマスクの微小開口部は、両端に反射のある共振器を構成している。また、微小開口内の伝搬モードの波長は，微小開口の幅に依存している。そこで、共振器において、透過光量や開口直下における光強度は、遮光体の厚さに対応する共振器長および微小開口の幅の関数となる。
【００４２】
このようなことから、光強度の開口幅に対する変化率を上記の範囲内にすることで、マスク微小開口の幅が変動しても、開口直下の光強度の変動を小さく抑えることができ、形成されるレジストパターンのサイズの変動を小さくできる。より具体的には，開口幅が微小に変動したときの光強度の変化の割合を、変動１ｎｍあたり２％以下とすることができる。微小開口幅の変動が１０ｎｍあったときに，光強度の変動は２０％以下となる。ここで，光強度の変動量２０％とは、露光時間、現像時間をはじめとするパターニングプロセスの諸条件に対するフォトマスク起因の変動を抑え、効率的なプロセス管理を可能とする目安である。
【００４３】
特に、前記遮光体の厚さが、前記開口直下の光強度を前記開口幅で微分した微分係数の極小を与える厚さであるときに、開口幅の変動による光強度変動が最も小さくなり、好適な構成となる。
【００４４】
あるいは、開口幅の増大によってレジストパターンのサイズが増大する効果を、光強度の減少で打ち消すような、開口幅の変化に対する光強度の変化率を選定し、前記開口直下の光強度を前記開口幅で微分した微分係数が、この変化率と等しくなるようなマスク厚を用いることもできる。
【００４５】
以下に、このような本発明の実施の形態２について、図を用いて詳細に説明する。
【００４６】
図３は、本実施の形態２におけるエバネッセント光露光マスクの構成の断面を表す図である。図３のマスクも、図２のマスクと同様、図１に示す露光装置に用いることができる。
【００４７】
図３において、３０１は、露光波長の光に対して透明なマスク母材、３０２はこの上に形成した厚さ６０ｎｍのＣｒ薄膜であり、３０ｎｍの幅の微小開口パターン３０３を形成してある。マスク母材３０１は、０．１〜１００μｍの膜厚の薄膜からなっており、基板３０４に支持されている。
【００４８】
第１の実施形態で説明したのと同じ計算結果をもちいて、本実施形態を説明する。図７は、図５と同じ計算結果であるが、開口幅を１０ｎｍから８０ｎｍまでの間の任意の値に設定したうえで、膜厚を変化させたときの光強度の振舞いをみると、一定の開口幅に対する光強度のピークが膜厚４０ｎｍから５０ｎｍの間に存在することがわかる。例えば、微小開口幅ｗが３０ｎｍの場合に、図７のＡ点を参照して、Ｃｒ膜厚を４５ｎｍとすることで、近接場の強度を最大にすることができることがわかる。またＡ点では、ｗの変動にともなう光強度Ｉの変動ｄＩ／ｄｗなる量は、１ｎｍあたり０．０２５となっている（入射平面波の振幅を１とする。）。
【００４９】
一方、図７のＢ点に示すように、Ｃｒ膜厚を６０ｎｍとすると、近接場強度は最大値の７５％程度となるものの、ｗの変動にともなう光強度Ｉの変動ｄＩ／ｄｗを抑えることができ、１ｎｍあたり０．００８となる。すなわち、マスクの加工精度に対する要求を緩められることがわかる。
【００５０】
図８は、図６と同じ計算結果で本実施形態を説明するものである。
【００５１】
図８中の点Ａ、点Ｂに対応する膜厚を用いることで、先に図７にしたがって説明したものと同様の効果が得られる。
【００５２】
［実施の形態３］
上記したように微小開口を有するフォトマスクの微小開口部は、両端での反射によって共振器を構成している。この共振器において、共振器長は遮光体の厚さに対応しており、開口直下における光強度を遮光体の厚さの関数として考えると、光強度に極大が存在する。
【００５３】
このようなことから、この強度の極大値を基準にこれより０〜５０％減までの範囲の光強度を露光に用いることにすれば、開口直下での光量を大きく、かつ遮光部の光量を十分に抑えることができる。ここで、光強度の減少量５０％とは、露光時間、現像時間をはじめとするパターニングプロセスの諸条件に対するフォトマスク起因の変動を抑え、効率的なプロセス管理を可能とする目安である。
【００５４】
また、上記極大値を与えるマスク厚の近傍では、光強度の遮光体厚さに対する変化率が小さいので、所定の光強度を得るために用いる遮光体の厚さについての許容誤差を緩めることができ、マスク作製を容易にすることができる。
【００５５】
以上のように、遮光体の厚さを、所定の開口幅の開口部直下における光強度の極大値を与える厚さ、もしくは、光強度が極大値の５０％以上１００％未満となる厚さに構成することにより、露光に必要な光強度を確保し、かつマスク厚の製造ばらつきの許容度を高くすることができる。
【００５６】
以下に、このような本発明の実施の形態３について、図を用いて詳細に説明する。
【００５７】
図４は、本実施の形態３におけるフォトマスクの構成を表す図である。図４のマスクも、図２や図３のマスクと同様、図１に示す露光装置に用いることができる。
【００５８】
図４において、光源波長に対して透明なマスク母材４０１の上に、膜厚ｔの金属膜４０２を設け、この金属膜に波長の以下の幅ｗの微小開口パターン４０３を形成したものである。マスク母材４０１は、０．１〜１００μｍの膜厚の薄膜からなっており、基板４０４に支持されている。
【００５９】
第１および第２の実施形態で説明したのと同じ計算結果をもちいて、本実施形態を説明する。図９は、図８と同じ計算結果であるが、開口幅を１０ｎｍから８０ｎｍまでの間の任意の値に定めたときの、膜厚の変化に対する光強度のふるまいをみると、例えば、微小開口幅ｗが３０ｎｍの場合に、光強度のピークが膜厚７０ｎｍの点Ａに存在するので、図９のＡ点に対応して、Ｃｒ膜厚を７０ｎｍとすることで、近接場の強度を最大にすることができることがわかる。
【００６０】
また、図９の線分Ｂ−Ｂ´から、Ｃｒ膜厚が４０ｎｍから１００ｎｍの範囲内にあれば、上記極大値の５０％以上の平均光強度が得られることがわかる。
【００６１】
図１０は、図７と同じ計算結果で本実施形態を説明するものである。図１０中の点Ａ、ないし線分ＢＢ´に対応する膜厚を用いることで、先に図９にしたがって説明したものと同様の効果が得られる。
【００６２】
図７において、点Ｂの光強度は点Ａの極大光強度の７５％なので、図７の点Ｂは図１０の線分ＢＢ‘の上にある。また、図８において、点Ｂの光強度は点Ａの極大光強度の６６％なので、図８の点Ｂは図９の線分ＢＢ’の上にある。すなわち、図７、図８における点Ｂに対応する膜厚と開口幅を持つマスクは本実施形態の１つであり、露光に必要な光強度を確保し、かつマスク厚の製造ばらつきの許容度を高くするものである。それに加えて、第２の実施形態で説明したように、開口幅の変動に対する光強度の変化率が１ｎｍあたり２％以下になるので、開口幅の変動に対しての許容度も高いマスクであるということができる。
【００６３】
また、理由は必ずしも明確ではないが、図９に見られるとおり、光強度が極大値の５０％以上の範囲（線分ＢＢ‘上）では、開口幅の変動に対する光強度の変化率は、線分ＢＢ’のＢ側のほうがＢ’側より小さい。すなわち、開口幅の変動に対する光強度の変化率を小さくするには、膜厚を光強度の極大を与える点Ａの膜厚よりも厚くするほうが好ましいといえる。図８の点Ｂが、対応する図９の線分ＢＢ’のＢ側にあるのは、この、好ましい条件に適合するものである。
【００６４】
【実施例】
以下に本発明の実施例について説明する。
【００６５】
［実施例１］
本発明の実施例１にいては、図２に示されるエバネッセント光露光マスクを構成した。
【００６６】
同図において、２０１は露光波長の光に対して透明なマスク母材、２０２はこの上に形成した厚さ７０ｎｍのＣｒ薄膜であり、２０ｎｍの幅および５０ｎｍ幅の混在した微小開口パターン２０３が形成されている。その他は、実施の形態１での図５のモデルと同じ条件によるものであり、この状況での数値計算結果は図５に示すとおりである。図中の線分ＣＣ´（Ｃがｗ＝２０ｎｍ、Ｃ´がｗ＝５０ｎｍにそれぞれ対応）に示すように、Ｃｒ膜厚を７０ｎｍに設定すると、光強度は最大値の半分以下とはなるが、２０ｎｍ幅の開口直下と５０ｎｍ幅の開口直下で同じ強度となる。本実施例の構成によると、このように開口幅の異なる部分での露光条件を同じものとできるので、２種類の開口幅を有する複雑なマスクパターンを用いても良好なレジストパターンを形成できる。
【００６７】
［実施例２］
本発明の実施例２においては、図３に示されるエバネッセント光露光マスクを構成した。
【００６８】
同図において、３０１は露光波長の光に対して透明なマスク母材、３０２はこの上に形成した厚さ６０ｎｍのＣｒ薄膜であり、４０ｎｍの幅の微小開口パターン３０３を形成してある。マスク母３０１は、０．１〜１００μｍの膜厚の薄膜からなっており、基板３０４に支持されている。その他は、実施の形態２での図７のモデルと同じ条件によるものであり、この状況での数値計算結果は図７に示すとおりである。図から、開口幅が３０ｎｍのとき、Ｃｒの膜厚が４５ｎｍの場合には近接場強度は最大となるが、微小開口幅の１ｎｍの変動が開口直下の平均光強度の０．０２５の変動をもたらすことがわかる。一方、本実施例に示すようにＣｒの膜厚を６０ｎｍとすると、光強度は最大値の３／４に弱まるが、開口幅が１ｎｍ変動したときの平均光強度の変動は、０．００８以下に低減される。本実施例の構成によると、このようにマスク作製時に開口幅の変動があっても、これに起因する光強度の変化を低減できるので、マスクの許容誤差を拡大できる。
【００６９】
［実施例３］
本発明の実施例３にいては、図４に示されるエバネッセント光露光マスクを構成した。
【００７０】
図４（ａ）はマスクのおもて面側から見た図、図４（ｂ）は断面図である。
【００７１】
同図において、４０１は露光波長の光に対して透明なマスク母材、４０２はこの上に形成した厚さ７０ｎｍのＣｒ薄膜であり、３０ｎｍの幅の微小開口パターン４０３を形成してある。ここで３０ｎｍ幅の微小開口パターンを用いて、光源に波長４３６ｎｍのｇ線を用いた場合に、マスクおもて面での近接場の光強度を最大にするように、実施の形態３で用いた図９についてのモデルと同じ条件によることを前提として、Ｃｒ膜４０２の厚さ７０ｎｍを選んでいる。マスク母材４０１はさらに基板４０４に支持されている。
【００７２】
［実施例４］
本発明の実施例４におけるフォトマスク作製方法を、図１１を用いて説明する。
【００７３】
図１１の（ａ）に示すように、両面研磨された厚さ５００μｍのＳｉ（１００）基板１１０１に対し、ＬＰ−ＣＶＤ法を用い、おもて面（図１１中では上面）・裏面（図１１中では下面）にそれぞれ、膜厚０．８μｍのマスク母材となるＳｉ３Ｎ４膜１１０２・エッチング窓とするＳｉ３Ｎ４膜１１０３を成膜する。その後、水晶振動子による膜厚モニターにより制御を行いながら、蒸着法により表面のＳｉ３Ｎ４膜１１０２上に膜厚７０ｎｍのＣｒ薄膜１１０４を成膜する。
【００７４】
次に、表面に電子線用のレジスト１１０５を塗布し、電子線ビーム１１０６で２０ｎｍ幅および５０ｎｍ幅のパターン１１０７を描画し（図１１（ｂ））、現像後にＣＣｌ４でドライエッチングを行い，微小開口パターン１１０８を形成する（図１１（ｃ））。
【００７５】
続いて、裏面のＳｉ３Ｎ４膜１１０３の一部を除去してエッチング用の窓１１０９を形成した。（図１１（ｃ））ＫＯＨを用いて裏面から異方性エッチングを行ってＳｉ基板１１０１を除去して、Ｓｉ３Ｎ４膜１１０２とＣｒ膜１１０４からなるマスク１１１０を形成する（図１１（ｄ））。
【００７６】
本実施例では、Ｃｒ薄膜１１０４に対する微小開口パターン１１０８形成工程に、電子線ビームによる加工法を用いた例を示したが、電子線加工以外にも集束イオンビーム加工法、Ｘ線リソグラフィ法、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）加工法を用いても良い。なかでも走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、近接場光学顕微鏡（ＳＮＯＭ）に代表されるＳＰＭ技術を応用した加工法を用いて微小開口パターン形成を行えば、１０ｎｍ以下の極微小開口パターン形成が可能であるため、これも本発明に極めて適した加工法である。
【００７７】
［実施例５］
本発明の実施例５における上記各実施例のエバネッセント光露光用マスクを用いた露光装置について、図１を用いて説明する。
【００７８】
図１において、１０１は本発明のフォトマスクである。フォトマスク１０１のおもて面（図１では下側）は圧力調整容器１０５外に、裏面（図１では上側）は圧力調整容器１０５内に面するように配置されている。圧力調整容器１０５は圧力調整手段１１３によって、内部の圧力を調整することができるようになっている。
【００７９】
基板１０６の表面にレジスト１０７を形成したものを被露光物とする。レジスト１０７／基板１０６をステージ１０８上に取り付け、ステージ１０８を駆動することにより、フォトマスク１０１に対する基板１０６のマスク面内２次元方向の相対位置合わせを行う。次に、マスク面法線方向にステージ１０８を駆動し、マスク１０１を基板１０６上のレジスト１０７に密着させる。さらに、圧力調整手段１１３によって圧力調整容器１０５内の圧力を調整して、エバネッセント光露光用マスク１０１のおもて面と基板１０６上のレジスト１０７との間隔が全面にわたって１００ｎｍ以下になるように両者を密着させる。
【００８０】
この後、露光光源１０９から出射される露光光１１０をコリメーターレンズ１１１で平行光にした後、ガラス窓１１２を通し、圧力調整容器１０５内に導入し、フォトマスク１０１に対して裏面（図１では上側）から照射し、フォトマスク１０１おもて面に形成された微小開口パターン１０４から滲み出すエバネッセント光でレジスト１０７の露光を行う。
【００８１】
ここで、レジスト１０７の材料としては、通常の半導体プロセスに用いられるフォトレジスト材料を選択すれば良い。これらのレジスト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３５０〜４５０ｎｍ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、コストが低減できる。
【００８２】
露光光源１０９としては、用いるレジスト１０７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、レジスト１０７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、露光光源１０９として、ＨｅＣｄレーザー（光波長：３２５ｎｍ，４４２ｎｍ）、ＧａＮ系の青色半導体レーザー（同：〜４１０ｎｍ）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。
【００８３】
露光光源１０９の駆動電圧・電流及び照射時間を調節することにより、露光光量の調節を行う。ここでは、水銀ランプのｇ線（波長４３６ｎｍ）を用いるために、波長選択フィルタを介して、コリメーターレンズを用いて、１００ｍｍ×１００ｍｍの領域を照射した。パワーメータで、光パワーをモニターし、レジストの露光量が露光に関するしきい値を超えるように、露光時間を設定する。ここで、フォトマスクを介して露光をおこなうので、マスクの透過率を考慮して露光量を調整する必要がある。
【００８４】
［実施例６］
本発明の実施例６における１層のバッファ層を含むパターン作成方法を、図１２を用いて説明する。
【００８５】
図１２（ａ）にフォトマスクと被露光物を示す。ここで、フォトマスク１２０４は、上記各実施例に示したようなフォトマスクである。
【００８６】
Ｓｉ基板１２０１上に、ポジ型フォトレジストをスピンコータで塗布する。その後、１２０℃で３０分加熱して１層目１２０２とする。１層目の膜厚は４００ｎｍとした。つぎに、この上に、Ｓｉ含有ネガ型フォトレジストを塗布後、プリベークしてこれを２層目１２０３とする。２層目の膜厚は、４０ｎｍとなるようにして、２層構造のフォトレジストとした。
【００８７】
２層構造フォトレジストが塗布されたＳｉ基板１２０１とフォトマスク１２０４を図１に示す露光装置によって近接させ、圧力を加えてレジスト層１２０３とフォトマスク１２０４を密着させる。
【００８８】
フォトマスクを介して露光用光１２０５（この波長に合わせて、フォトマスクは作製されている）を照射して、フォトマスク１２０４上のパターンをフォトレジスト層１２０３に露光する（図１２（ｂ））。その後、フォトマスクをフォトレジスト表面から離し、フォトレジストの現像、ポストベークを行い、フォトマスク上のパターンをレジストパターンとして転写した。（図１２（ｃ））。
【００８９】
その後、２層目のフォトレジスト１２０３によるパターンをエッチングマスクとして、酸素リアクティブイオンエッチングによって１層目フォトレジスト１２０２をエッチングする（図１２（ｄ））。ここで、酸素リアクティブイオンエッチングは、２層目フォトレジスト１２０３に含まれているＳｉを酸化して、この層のエッチング耐性を増加させる作用を有する。
【００９０】
以上のような手順で、フォトマスク上の様々なパターンを基板１２０１上にはっきりとしたコントラストのレジストパターンとして転写することができる。
【００９１】
【発明の効果】
本発明によれば、遮光体の開口部直下で所望の光強度を与えることが可能な近接場光露光用のフォトマスク、該フォトマスクを用いたパターン作製方法およびパターン作製装置を実現することができる。
【００９２】
また、本発明によれば、２つ以上の開口幅の異なる開口部を有し、該遮光体の厚さが該開口幅の異なる開口部直下でのそれぞれの光強度の差を、０〜２０％以下にする厚さに構成することで、幅の異なる開口直下における単位面積あたりの近接場光強度の差を低減することができ、線幅の異なるレジストパターンを同時に露光することが容易になり、複雑なパターンの形成を簡便に行うことが可能となる。
【００９３】
また、本発明によれば、マスクの加工時に開口幅が設計値から変動しても、開口直下の光強度の変動を抑えることができ、形成されるレジストパターンのサイズの変動を小さくでき、マスク加工の精度を緩やかなものにすることができるので、マスクの作製が容易となる。
【００９４】
また、本発明によれば、所定の幅の開口直下で、遮光膜の厚さに対する光強度の極大を与える遮光膜の厚さを定め、この近くの膜厚を用いることで開口直下での光量を大きくすることができ、露光時間の短縮化を図ることが可能となり、露光装置の振動、温度などの環境制御を簡便なものとすることができる。また、マスク作製時の遮光体の厚さについての許容精度をゆるめることができ、マスクの作製が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態及び実施例に係るエバネッセント光露光用マスクを用いた露光装置を表す図である。
【図２】本発明の実施の形態１及び実施例１に係るフォトマスクの構成を表す図である。
【図３】本発明の実施の形態２及び実施例２に係るフォトマスクの構成を表す図である。
【図４】本発明の実施の形態３及び実施例３に係るフォトマスクの構成を表す図であり、（ａ）はマスクのおもて面側から見た図、図１ｂは断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１及び実施例１に係る微小開口直下での平均光強度の計算例を表す図である。
【図６】本発明の実施の形態１及び実施例１に係る微小開口直下での平均光強度の計算例を表す図である。
【図７】本発明の実施の形態２及び実施例２に係る微小開口直下での平均光強度の計算例を表す図である。
【図８】本発明の実施の形態２及び実施例２に係る微小開口直下での平均光強度の計算例を表す図である。
【図９】本発明の実施の形態３及び実施例３に係る微小開口直下での平均光強度の計算例を表す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３及び実施例３に係る微小開口直下での平均光強度の計算例を表す図である。
【図１１】本発明の実施例４に係るフォトマスク作成方法を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施例６に係るパターン作成方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１，４０１ マスク母材
１０２ フォトマスク
１０３，２０３，３０３，４０３ 微小開口パターン
１０４，２０４，３０４，４０４ 基板
１０５ 圧力調整容器
１０６ 試料基板
１０７ レジスト
１０８ ステージ
１０９ 露光光源
１１０ 露光光
１１１ コリメーターレンズ
１１２ ガラス窓
１１３ 圧力調整手段
２０２，３０２，４０２ 金属薄膜
１１０１ Ｓｉ基板
１１０２，１１０３ Ｓｉ３Ｎ４薄膜
１１０４ Ｃｒ薄膜
１１０５ 電子線レジスト
１１０６ 電子線ビーム
１１０７ 描画パターン
１１０８ 微小開口パターン
１１０９ エッチング用の窓
１１１０ 薄膜状のマスク
１２０１ Ｓｉ基板
１２０２ １層目のフォトレジスト層
１２０３ ２層目のフォトレジスト層
１２０４ フォトマスク
１２０５ 露光用光
【発明の属する技術分野】
本発明は、近接場光露光用のフォトマスク、該フォトマスクを用いたパターン作製方法およびパターン作製装置に関するものである。
【０００２】
【背景技術】
半導体メモリの大容量化やＣＰＵの高速化・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。
【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、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。
【０００４】
また、光による０．１μｍ以下の微細加工を可能にする別の手段として、近接場光学顕微鏡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、光波長限界よりも小さな部分への露光を行なう装置である。
【０００５】
ところで、これらの近接場光学顕微鏡の構成による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ので、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】
これを解決する一つの方法として、光マスクに対してプリズムを設け、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ー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０８−１７９４９３号公報）。
【０００７】
この特開平０８−１７９４９３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、マスクに設ける遮光膜の厚さは、できるだけ薄くする必要がある、と指摘されている。
【０００８】
また、同様の近接場露光用マスクの提案（特開２００１−００５１６８号公報）においては，遮光膜厚さは数十ｎｍとしなければならず、平坦なマスク母材上に遮光膜を形成する構成のマスクでは，遮光膜マスクの厚さは５０ｎｍ程度が上限であると指摘している。同提案のマスクは、遮光膜厚さをさらに増大させることを可能にするために、マスク母材に凹凸を形成し、溝の部分に遮光膜を形成するものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術においては、近接場光露光用のフォトマスクにおける遮光膜の厚さに関しては、できるだけ薄くすることの必要性、あるいはそれを数十ｎｍとしなければならない等の、膜厚について一定の方向性が示されてはいるが、遮光膜の厚さが遮光膜に形成された開口部の開口幅との関係において、該開口部直下での光強度とどのような相関関係があるか等について、全く明らかにされていなかった。
【００１０】
したがって、同一マスク内に幅の異なる微小開口を設けて複雑なパターンを形成する場合等において、マスク開口幅に応じて近接場強度が異なることから、両方のパターンを同時に同等の露光量で露光できる条件を見出すのは容易ではなく、また条件を見出しても許容範囲の狭いものとなるという問題があった。
【００１１】
また、一方では微小開口の近接場は開口幅に影響されるので、マスク加工時の微小開口幅の変動が、露光して形成されるレジストパターンのサイズに変動を及ぼすので、このような変動を低減することが望まれていた。また、近接場マスク露光においては、近接場強度が伝搬光の強度に比べて弱くなると考えられ、したがって近接場光を最も効率的に利用可能なマスク構成等が求められている。
【００１２】
そこで、本発明は、上記課題を解決し、遮光体の開口部直下で所望の光強度を与えることが可能な近接場光露光用のフォトマスク、該フォトマスクを用いたパターン作製方法およびパターン作製装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するため、以下のように構成した近接場光露光用のフォトマスク、該フォトマスクを用いたパターン作製方法およびパターン作製装置を提供するものである。
【００１４】
本発明は、透明な母材と、該母材上にマスクパターンを構成する開口部の開口幅が光源波長以下に形成された遮光膜を有する近接場光露光用のフォトマスクであって、前記遮光膜は、２つ以上の開口幅の異なる開口部を有し、前記開口幅の異なる開口部直下におけるそれぞれの光強度の差を２０％以下にする一様な膜厚を有することを特徴とする。
【００１６】
また、前記発明において、前記遮光体の厚さが、開口部直下での光強度が開口幅の変化に対して極大値もしくは極小値をとる厚さに構成されていることも好ましい形態である。
【００１７】
さらに、前記発明において、前記遮光体の厚さが、前記開口部直下における光強度の開口幅に対する変化率を１ｎｍ当たり２％以下にする厚さに構成されていること、あるいは、前記発明において、前記遮光体の厚さが、所定の開口幅の開口部直下における光強度の極大値を与える厚さ、もしくは、該光強度が極大値の５０％以上１００％未満となる厚さに構成されていることも、それぞれ本発明の好ましい形態である。
【００１８】
本発明は、上記の近接場光露光用のフォトマスクを用い、該フォトマスクを光源波長以下の膜厚を有するフォトレジスト膜を形成した被加工基板上に対向して配置し、露光光源から露光用の光を該フォトマスク裏面に所定の時間照射し、前記フォトマスクの開口パターンをもとに、該フォトレジスト膜に潜像形成・転写を行うパターン作製方法、もしくは、上記の近接場光露光用のフォトマスクと、該フォトマスクを設置するステージと、露光用光源と、光源波長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、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でもある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
上記構成を適用することにより、遮光体の開口部直下で所望の光強度を与えることが可能な近接場光露光用のフォトマスク、該フォトマスクを用いたパターン作製方法およびパターン作製装置を実現することができるが、それは本発明者らの鋭意研究した結果によるつぎのような知見に基づくものである。
【００２０】
上記構成において、フォトマスクを光源からの光で照射すると、遮光体に設けられた光源波長以下の幅の開口において、微小開口内の伝搬モードを励起する。
【００２１】
この伝搬モードの伝搬定数すなわち波長は、微小開口の幅に依存して定まる。さて、この伝搬モードの光は、微小開口とレジスト膜の界面で一部が反射される。
【００２２】
反射された光は、再び微小開口を逆向きに伝搬して、微小開口とマスク母材の界面でさらに一部が反射される。すなわち、微小開口を有するフォトマスクの微小開口部は、両端での反射によって共振器を構成している。
【００２３】
このようなことから、上記共振器構成のもとで、開口直下における光強度は、遮光体の厚さに対応する共振器長および微小開口の幅の関数となることが見出された。
【００２４】
［実施の形態１］
上記知見に基づいて、例えばその一つの形態として、遮光体の厚さを適切な厚さに選定することで、前記幅の異なる開口直下それぞれの光強度の差を２０％以下にすることができ、これらの開口直下でのレジストの露光量の差を小さくできる。すなわち、線幅の異なるレジストパターンを同時に露光することが容易になる。ここで、光強度の差が２０％以下とは、露光時間、現像時間をはじめとするパターニングプロセスの諸条件に対するフォトマスク起因の変動を抑え、効率的なプロセス管理を可能とする目安であり、１０％以下に抑えることが望ましく、さらにこの差を０とすることがもっとも望ましい。
【００２５】
以下に、これらについて図を用いて詳細に説明する。
【００２６】
図２は、本実施の形態１におけるフォトマスクの構成を表す図である。また、図１はこのようなエバネッセント光露光用マスクを用いて露光するようにした露光装置の構成を示す図である。
【００２７】
図２に示すフォトマスクは、光源波長に対して透明なマスク母材２０１の上に、膜厚ｔの金属膜２０２を設け、この金属膜に波長の以下の幅の微小開口パターン２０３を形成したものである。マスク母材２０１は、０．１〜１００μｍの膜厚の薄膜からなっており、基板２０４に支持されている。
【００２８】
さて、後に述べるように、このマスクは、試料基板（図１の試料基板１０６がこれに相当する）に塗布した薄膜レジストに密着させて、これに垂直な方向から光を照射して、パターンを露光するものである。
【００２９】
ここでは、マスク近傍での光の振舞いについて、詳細に説明する。
【００３０】
遮光膜を構成する金属膜２０２に設けられた微小開口２０３を伝搬する光は、この開口内を伝搬モードとして伝搬し、微小開口２０３とこれに密着するレジスト膜（不図示）の界面で光の一部が反射される。反射された光は、再び伝搬モードとして微小開口２０３を逆向きに伝搬して、微小開口２０３とマスク母材２０１の界面でふたたび反射される。すなわち、フォトマスクの微小開口２０３は、両端での反射によって共振器を構成しており、この共振器長は遮光膜の厚さｔによって決まっている。すなわち、遮光膜の厚さがこのフォトマスクの光学特性を支配する重要なパラメータである。また、微小開口内の伝搬モードの波長は、微小開口の幅に依存して定まるので、微小開口の幅もまた、重要なパラメータである。
【００３１】
このような微小開口の光学特性を詳細に調べるために、次のようなモデルについて、多重多極子法による電磁界の数値解析を行った。
【００３２】
微小開口の幅をｗとし、これが繰り返しピッチΛ＝１５０ｎｍで無限に並んでいる。光源の波長は３６５ｎｍのｉ線を用いた。このときマスク母材のＳｉＮの屈折率は１．９、レジスト膜の屈折率は１．７−０．００８ｉ、金属膜（Ｃｒ）の複素屈折率は１．４０１９２−３．２５６９４ｉとした。Ｃｒの膜厚ｔは、パラメータである。また、それぞれの微小開口の角は曲率半径５ｎｍで丸まっているとした。
【００３３】
以下では、入射光の電界ベクトル成分方向が微小開口スリットの長手方向と垂直の場合の結果を示して説明する。これと直交する偏光（入射光の電界ベクトル成分方向が微小開口スリットの長手方向に平行）の場合には、遮光膜直下の光強度は２桁程度以上小さくなり、露光にはほとんど寄与しないためである。
【００３４】
図５に、微小開口２０３直下（２ｎｍの位置）での光強度の平均値を、微小開口幅ｗと遮光体の厚さｔの関数として、等高線図によって示す。入射平面波の振幅を１に規格化している。
【００３５】
開口幅を１０ｎｍから８０ｎｍまでの間の任意の値に設定したうえで、膜厚を変化させたときの光強度の振舞いをみると、一定の開口幅に対する光強度のピークが膜厚４０ｎｍから５０ｎｍの間に存在することがわかる。
【００３６】
また、膜厚を一定として開口幅を変化させたときの振舞いを見ると、膜厚が５０ｎｍ−１２０ｎｍの範囲で、光強度が開口幅に対して極小値をとることがわかる。この例では、極小値を与える開口幅は４０ｎｍ前後である。
【００３７】
そこで、開口幅の異なる開口部が２つ以上あるときは、それらの一方が、光強度の極小値を与える開口幅より大きい開口幅となり、別の一方が光強度の極小値を与える開口幅より小さい開口幅となるように設定すれば、両者の光強度を一致させる、もしくは所定範囲内に抑えることができる。微小開口幅として、ｗ１＝２０ｎｍのものとｗ２＝５０ｎｍのものが共存している場合には、図５に示されたＣ−Ｃ´の線分の両端（Ｃがｗ＝２０ｎｍ、Ｃ´がｗ＝５０ｎｍにそれぞれ対応）から、Ｃｒ膜厚を７０ｎｍとすると、マスク直下の平均近接場強度が、ふたつの幅の異なる微小開口直下で同等となることがわかる。
【００３８】
光源波長、金属膜の材質、微小開口の幅が異なったり、各層の屈折率が異なっている場合にも、それぞれのパラメータを用いて、同様の手順で計算を行い、金属膜の厚さを選定することができる。例えば、図６に、光源の波長を４３６ｎｍに代えた場合の数値計算の結果を示す。このとき、マスク母材のＳｉＮの屈折率は１．９、レジスト膜の屈折率は１．７−０．００８ｉ、金属膜のＣｒの複素屈折率は１．７７５４４−４．０３４８１ｉとした。
【００３９】
図６で、膜厚を一定として開口幅を変化させたときの振舞いを見ると、膜厚が８０ｎｍ−１２０ｎｍの範囲で、光強度が開口幅に対して極大値をとることがわかる。この例では、極大値を与える開口幅は膜厚によってやや変化し、２０−４０ｎｍ前後である。
【００４０】
図６中の線分Ｃ−Ｃ´に対応する膜厚を用いることで、先に図５にしたがって説明したものと同様の効果が得られる。
【００４１】
［実施の形態２］
上記したように微小開口を有するフォトマスクの微小開口部は、両端に反射のある共振器を構成している。また、微小開口内の伝搬モードの波長は，微小開口の幅に依存している。そこで、共振器において、透過光量や開口直下における光強度は、遮光体の厚さに対応する共振器長および微小開口の幅の関数となる。
【００４２】
このようなことから、光強度の開口幅に対する変化率を上記の範囲内にすることで、マスク微小開口の幅が変動しても、開口直下の光強度の変動を小さく抑えることができ、形成されるレジストパターンのサイズの変動を小さくできる。より具体的には，開口幅が微小に変動したときの光強度の変化の割合を、変動１ｎｍあたり２％以下とすることができる。微小開口幅の変動が１０ｎｍあったときに，光強度の変動は２０％以下となる。ここで，光強度の変動量２０％とは、露光時間、現像時間をはじめとするパターニングプロセスの諸条件に対するフォトマスク起因の変動を抑え、効率的なプロセス管理を可能とする目安である。
【００４３】
特に、前記遮光体の厚さが、前記開口直下の光強度を前記開口幅で微分した微分係数の極小を与える厚さであるときに、開口幅の変動による光強度変動が最も小さくなり、好適な構成となる。
【００４４】
あるいは、開口幅の増大によってレジストパターンのサイズが増大する効果を、光強度の減少で打ち消すような、開口幅の変化に対する光強度の変化率を選定し、前記開口直下の光強度を前記開口幅で微分した微分係数が、この変化率と等しくなるようなマスク厚を用いることもできる。
【００４５】
以下に、このような本発明の実施の形態２について、図を用いて詳細に説明する。
【００４６】
図３は、本実施の形態２におけるエバネッセント光露光マスクの構成の断面を表す図である。図３のマスクも、図２のマスクと同様、図１に示す露光装置に用いることができる。
【００４７】
図３において、３０１は、露光波長の光に対して透明なマスク母材、３０２はこの上に形成した厚さ６０ｎｍのＣｒ薄膜であり、３０ｎｍの幅の微小開口パターン３０３を形成してある。マスク母材３０１は、０．１〜１００μｍの膜厚の薄膜からなっており、基板３０４に支持されている。
【００４８】
第１の実施形態で説明したのと同じ計算結果をもちいて、本実施形態を説明する。図７は、図５と同じ計算結果であるが、開口幅を１０ｎｍから８０ｎｍまでの間の任意の値に設定したうえで、膜厚を変化させたときの光強度の振舞いをみると、一定の開口幅に対する光強度のピークが膜厚４０ｎｍから５０ｎｍの間に存在することがわかる。例えば、微小開口幅ｗが３０ｎｍの場合に、図７のＡ点を参照して、Ｃｒ膜厚を４５ｎｍとすることで、近接場の強度を最大にすることができることがわかる。またＡ点では、ｗの変動にともなう光強度Ｉの変動ｄＩ／ｄｗなる量は、１ｎｍあたり０．０２５となっている（入射平面波の振幅を１とする。）。
【００４９】
一方、図７のＢ点に示すように、Ｃｒ膜厚を６０ｎｍとすると、近接場強度は最大値の７５％程度となるものの、ｗの変動にともなう光強度Ｉの変動ｄＩ／ｄｗを抑えることができ、１ｎｍあたり０．００８となる。すなわち、マスクの加工精度に対する要求を緩められることがわかる。
【００５０】
図８は、図６と同じ計算結果で本実施形態を説明するものである。
【００５１】
図８中の点Ａ、点Ｂに対応する膜厚を用いることで、先に図７にしたがって説明したものと同様の効果が得られる。
【００５２】
［実施の形態３］
上記したように微小開口を有するフォトマスクの微小開口部は、両端での反射によって共振器を構成している。この共振器において、共振器長は遮光体の厚さに対応しており、開口直下における光強度を遮光体の厚さの関数として考えると、光強度に極大が存在する。
【００５３】
このようなことから、この強度の極大値を基準にこれより０〜５０％減までの範囲の光強度を露光に用いることにすれば、開口直下での光量を大きく、かつ遮光部の光量を十分に抑えることができる。ここで、光強度の減少量５０％とは、露光時間、現像時間をはじめとするパターニングプロセスの諸条件に対するフォトマスク起因の変動を抑え、効率的なプロセス管理を可能とする目安である。
【００５４】
また、上記極大値を与えるマスク厚の近傍では、光強度の遮光体厚さに対する変化率が小さいので、所定の光強度を得るために用いる遮光体の厚さについての許容誤差を緩めることができ、マスク作製を容易にすることができる。
【００５５】
以上のように、遮光体の厚さを、所定の開口幅の開口部直下における光強度の極大値を与える厚さ、もしくは、光強度が極大値の５０％以上１００％未満となる厚さに構成することにより、露光に必要な光強度を確保し、かつマスク厚の製造ばらつきの許容度を高くすることができる。
【００５６】
以下に、このような本発明の実施の形態３について、図を用いて詳細に説明する。
【００５７】
図４は、本実施の形態３におけるフォトマスクの構成を表す図である。図４のマスクも、図２や図３のマスクと同様、図１に示す露光装置に用いることができる。
【００５８】
図４において、光源波長に対して透明なマスク母材４０１の上に、膜厚ｔの金属膜４０２を設け、この金属膜に波長の以下の幅ｗの微小開口パターン４０３を形成したものである。マスク母材４０１は、０．１〜１００μｍの膜厚の薄膜からなっており、基板４０４に支持されている。
【００５９】
第１および第２の実施形態で説明したのと同じ計算結果をもちいて、本実施形態を説明する。図９は、図８と同じ計算結果であるが、開口幅を１０ｎｍから８０ｎｍまでの間の任意の値に定めたときの、膜厚の変化に対する光強度のふるまいをみると、例えば、微小開口幅ｗが３０ｎｍの場合に、光強度のピークが膜厚７０ｎｍの点Ａに存在するので、図９のＡ点に対応して、Ｃｒ膜厚を７０ｎｍとすることで、近接場の強度を最大にすることができることがわかる。
【００６０】
また、図９の線分Ｂ−Ｂ´から、Ｃｒ膜厚が４０ｎｍから１００ｎｍの範囲内にあれば、上記極大値の５０％以上の平均光強度が得られることがわかる。
【００６１】
図１０は、図７と同じ計算結果で本実施形態を説明するものである。図１０中の点Ａ、ないし線分ＢＢ´に対応する膜厚を用いることで、先に図９にしたがって説明したものと同様の効果が得られる。
【００６２】
図７において、点Ｂの光強度は点Ａの極大光強度の７５％なので、図７の点Ｂは図１０の線分ＢＢ‘の上にある。また、図８において、点Ｂの光強度は点Ａの極大光強度の６６％なので、図８の点Ｂは図９の線分ＢＢ’の上にある。すなわち、図７、図８における点Ｂに対応する膜厚と開口幅を持つマスクは本実施形態の１つであり、露光に必要な光強度を確保し、かつマスク厚の製造ばらつきの許容度を高くするものである。それに加えて、第２の実施形態で説明したように、開口幅の変動に対する光強度の変化率が１ｎｍあたり２％以下になるので、開口幅の変動に対しての許容度も高いマスクであるということができる。
【００６３】
また、理由は必ずしも明確ではないが、図９に見られるとおり、光強度が極大値の５０％以上の範囲（線分ＢＢ‘上）では、開口幅の変動に対する光強度の変化率は、線分ＢＢ’のＢ側のほうがＢ’側より小さい。すなわち、開口幅の変動に対する光強度の変化率を小さくするには、膜厚を光強度の極大を与える点Ａの膜厚よりも厚くするほうが好ましいといえる。図８の点Ｂが、対応する図９の線分ＢＢ’のＢ側にあるのは、この、好ましい条件に適合するものである。
【００６４】
【実施例】
以下に本発明の実施例について説明する。
【００６５】
［実施例１］
本発明の実施例１にいては、図２に示されるエバネッセント光露光マスクを構成した。
【００６６】
同図において、２０１は露光波長の光に対して透明なマスク母材、２０２はこの上に形成した厚さ７０ｎｍのＣｒ薄膜であり、２０ｎｍの幅および５０ｎｍ幅の混在した微小開口パターン２０３が形成されている。その他は、実施の形態１での図５のモデルと同じ条件によるものであり、この状況での数値計算結果は図５に示すとおりである。図中の線分ＣＣ´（Ｃがｗ＝２０ｎｍ、Ｃ´がｗ＝５０ｎｍにそれぞれ対応）に示すように、Ｃｒ膜厚を７０ｎｍに設定すると、光強度は最大値の半分以下とはなるが、２０ｎｍ幅の開口直下と５０ｎｍ幅の開口直下で同じ強度となる。本実施例の構成によると、このように開口幅の異なる部分での露光条件を同じものとできるので、２種類の開口幅を有する複雑なマスクパターンを用いても良好なレジストパターンを形成できる。
【００６７】
［実施例２］
本発明の実施例２においては、図３に示されるエバネッセント光露光マスクを構成した。
【００６８】
同図において、３０１は露光波長の光に対して透明なマスク母材、３０２はこの上に形成した厚さ６０ｎｍのＣｒ薄膜であり、４０ｎｍの幅の微小開口パターン３０３を形成してある。マスク母３０１は、０．１〜１００μｍの膜厚の薄膜からなっており、基板３０４に支持されている。その他は、実施の形態２での図７のモデルと同じ条件によるものであり、この状況での数値計算結果は図７に示すとおりである。図から、開口幅が３０ｎｍのとき、Ｃｒの膜厚が４５ｎｍの場合には近接場強度は最大となるが、微小開口幅の１ｎｍの変動が開口直下の平均光強度の０．０２５の変動をもたらすことがわかる。一方、本実施例に示すようにＣｒの膜厚を６０ｎｍとすると、光強度は最大値の３／４に弱まるが、開口幅が１ｎｍ変動したときの平均光強度の変動は、０．００８以下に低減される。本実施例の構成によると、このようにマスク作製時に開口幅の変動があっても、これに起因する光強度の変化を低減できるので、マスクの許容誤差を拡大できる。
【００６９】
［実施例３］
本発明の実施例３にいては、図４に示されるエバネッセント光露光マスクを構成した。
【００７０】
図４（ａ）はマスクのおもて面側から見た図、図４（ｂ）は断面図である。
【００７１】
同図において、４０１は露光波長の光に対して透明なマスク母材、４０２はこの上に形成した厚さ７０ｎｍのＣｒ薄膜であり、３０ｎｍの幅の微小開口パターン４０３を形成してある。ここで３０ｎｍ幅の微小開口パターンを用いて、光源に波長４３６ｎｍのｇ線を用いた場合に、マスクおもて面での近接場の光強度を最大にするように、実施の形態３で用いた図９についてのモデルと同じ条件によることを前提として、Ｃｒ膜４０２の厚さ７０ｎｍを選んでいる。マスク母材４０１はさらに基板４０４に支持されている。
【００７２】
［実施例４］
本発明の実施例４におけるフォトマスク作製方法を、図１１を用いて説明する。
【００７３】
図１１の（ａ）に示すように、両面研磨された厚さ５００μｍのＳｉ（１００）基板１１０１に対し、ＬＰ−ＣＶＤ法を用い、おもて面（図１１中では上面）・裏面（図１１中では下面）にそれぞれ、膜厚０．８μｍのマスク母材となるＳｉ３Ｎ４膜１１０２・エッチング窓とするＳｉ３Ｎ４膜１１０３を成膜する。その後、水晶振動子による膜厚モニターにより制御を行いながら、蒸着法により表面のＳｉ３Ｎ４膜１１０２上に膜厚７０ｎｍのＣｒ薄膜１１０４を成膜する。
【００７４】
次に、表面に電子線用のレジスト１１０５を塗布し、電子線ビーム１１０６で２０ｎｍ幅および５０ｎｍ幅のパターン１１０７を描画し（図１１（ｂ））、現像後にＣＣｌ４でドライエッチングを行い，微小開口パターン１１０８を形成する（図１１（ｃ））。
【００７５】
続いて、裏面のＳｉ３Ｎ４膜１１０３の一部を除去してエッチング用の窓１１０９を形成した。（図１１（ｃ））ＫＯＨを用いて裏面から異方性エッチングを行ってＳｉ基板１１０１を除去して、Ｓｉ３Ｎ４膜１１０２とＣｒ膜１１０４からなるマスク１１１０を形成する（図１１（ｄ））。
【００７６】
本実施例では、Ｃｒ薄膜１１０４に対する微小開口パターン１１０８形成工程に、電子線ビームによる加工法を用いた例を示したが、電子線加工以外にも集束イオンビーム加工法、Ｘ線リソグラフィ法、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）加工法を用いても良い。なかでも走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）、近接場光学顕微鏡（ＳＮＯＭ）に代表されるＳＰＭ技術を応用した加工法を用いて微小開口パターン形成を行えば、１０ｎｍ以下の極微小開口パターン形成が可能であるため、これも本発明に極めて適した加工法である。
【００７７】
［実施例５］
本発明の実施例５における上記各実施例のエバネッセント光露光用マスクを用いた露光装置について、図１を用いて説明する。
【００７８】
図１において、１０１は本発明のフォトマスクである。フォトマスク１０１のおもて面（図１では下側）は圧力調整容器１０５外に、裏面（図１では上側）は圧力調整容器１０５内に面するように配置されている。圧力調整容器１０５は圧力調整手段１１３によって、内部の圧力を調整することができるようになっている。
【００７９】
基板１０６の表面にレジスト１０７を形成したものを被露光物とする。レジスト１０７／基板１０６をステージ１０８上に取り付け、ステージ１０８を駆動することにより、フォトマスク１０１に対する基板１０６のマスク面内２次元方向の相対位置合わせを行う。次に、マスク面法線方向にステージ１０８を駆動し、マスク１０１を基板１０６上のレジスト１０７に密着させる。さらに、圧力調整手段１１３によって圧力調整容器１０５内の圧力を調整して、エバネッセント光露光用マスク１０１のおもて面と基板１０６上のレジスト１０７との間隔が全面にわたって１００ｎｍ以下になるように両者を密着させる。
【００８０】
この後、露光光源１０９から出射される露光光１１０をコリメーターレンズ１１１で平行光にした後、ガラス窓１１２を通し、圧力調整容器１０５内に導入し、フォトマスク１０１に対して裏面（図１では上側）から照射し、フォトマスク１０１おもて面に形成された微小開口パターン１０４から滲み出すエバネッセント光でレジスト１０７の露光を行う。
【００８１】
ここで、レジスト１０７の材料としては、通常の半導体プロセスに用いられるフォトレジスト材料を選択すれば良い。これらのレジスト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３５０〜４５０ｎｍ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、コストが低減できる。
【００８２】
露光光源１０９としては、用いるレジスト１０７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、レジスト１０７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、露光光源１０９として、ＨｅＣｄレーザー（光波長：３２５ｎｍ，４４２ｎｍ）、ＧａＮ系の青色半導体レーザー（同：〜４１０ｎｍ）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。
【００８３】
露光光源１０９の駆動電圧・電流及び照射時間を調節することにより、露光光量の調節を行う。ここでは、水銀ランプのｇ線（波長４３６ｎｍ）を用いるために、波長選択フィルタを介して、コリメーターレンズを用いて、１００ｍｍ×１００ｍｍの領域を照射した。パワーメータで、光パワーをモニターし、レジストの露光量が露光に関するしきい値を超えるように、露光時間を設定する。ここで、フォトマスクを介して露光をおこなうので、マスクの透過率を考慮して露光量を調整する必要がある。
【００８４】
［実施例６］
本発明の実施例６における１層のバッファ層を含むパターン作成方法を、図１２を用いて説明する。
【００８５】
図１２（ａ）にフォトマスクと被露光物を示す。ここで、フォトマスク１２０４は、上記各実施例に示したようなフォトマスクである。
【００８６】
Ｓｉ基板１２０１上に、ポジ型フォトレジストをスピンコータで塗布する。その後、１２０℃で３０分加熱して１層目１２０２とする。１層目の膜厚は４００ｎｍとした。つぎに、この上に、Ｓｉ含有ネガ型フォトレジストを塗布後、プリベークしてこれを２層目１２０３とする。２層目の膜厚は、４０ｎｍとなるようにして、２層構造のフォトレジストとした。
【００８７】
２層構造フォトレジストが塗布されたＳｉ基板１２０１とフォトマスク１２０４を図１に示す露光装置によって近接させ、圧力を加えてレジスト層１２０３とフォトマスク１２０４を密着させる。
【００８８】
フォトマスクを介して露光用光１２０５（この波長に合わせて、フォトマスクは作製されている）を照射して、フォトマスク１２０４上のパターンをフォトレジスト層１２０３に露光する（図１２（ｂ））。その後、フォトマスクをフォトレジスト表面から離し、フォトレジストの現像、ポストベークを行い、フォトマスク上のパターンをレジストパターンとして転写した。（図１２（ｃ））。
【００８９】
その後、２層目のフォトレジスト１２０３によるパターンをエッチングマスクとして、酸素リアクティブイオンエッチングによって１層目フォトレジスト１２０２をエッチングする（図１２（ｄ））。ここで、酸素リアクティブイオンエッチングは、２層目フォトレジスト１２０３に含まれているＳｉを酸化して、この層のエッチング耐性を増加させる作用を有する。
【００９０】
以上のような手順で、フォトマスク上の様々なパターンを基板１２０１上にはっきりとしたコントラストのレジストパターンとして転写することができる。
【００９１】
【発明の効果】
本発明によれば、遮光体の開口部直下で所望の光強度を与えることが可能な近接場光露光用のフォトマスク、該フォトマスクを用いたパターン作製方法およびパターン作製装置を実現することができる。
【００９２】
また、本発明によれば、２つ以上の開口幅の異なる開口部を有し、該遮光体の厚さが該開口幅の異なる開口部直下でのそれぞれの光強度の差を、０〜２０％以下にする厚さに構成することで、幅の異なる開口直下における単位面積あたりの近接場光強度の差を低減することができ、線幅の異なるレジストパターンを同時に露光することが容易になり、複雑なパターンの形成を簡便に行うことが可能となる。
【００９３】
また、本発明によれば、マスクの加工時に開口幅が設計値から変動しても、開口直下の光強度の変動を抑えることができ、形成されるレジストパターンのサイズの変動を小さくでき、マスク加工の精度を緩やかなものにすることができるので、マスクの作製が容易となる。
【００９４】
また、本発明によれば、所定の幅の開口直下で、遮光膜の厚さに対する光強度の極大を与える遮光膜の厚さを定め、この近くの膜厚を用いることで開口直下での光量を大きくすることができ、露光時間の短縮化を図ることが可能となり、露光装置の振動、温度などの環境制御を簡便なものとすることができる。また、マスク作製時の遮光体の厚さについての許容精度をゆるめることができ、マスクの作製が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態及び実施例に係るエバネッセント光露光用マスクを用いた露光装置を表す図である。
【図２】本発明の実施の形態１及び実施例１に係るフォトマスクの構成を表す図である。
【図３】本発明の実施の形態２及び実施例２に係るフォトマスクの構成を表す図である。
【図４】本発明の実施の形態３及び実施例３に係るフォトマスクの構成を表す図であり、（ａ）はマスクのおもて面側から見た図、図１ｂは断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１及び実施例１に係る微小開口直下での平均光強度の計算例を表す図である。
【図６】本発明の実施の形態１及び実施例１に係る微小開口直下での平均光強度の計算例を表す図である。
【図７】本発明の実施の形態２及び実施例２に係る微小開口直下での平均光強度の計算例を表す図である。
【図８】本発明の実施の形態２及び実施例２に係る微小開口直下での平均光強度の計算例を表す図である。
【図９】本発明の実施の形態３及び実施例３に係る微小開口直下での平均光強度の計算例を表す図である。
【図１０】本発明の実施の形態３及び実施例３に係る微小開口直下での平均光強度の計算例を表す図である。
【図１１】本発明の実施例４に係るフォトマスク作成方法を説明するための図である。
【図１２】本発明の実施例６に係るパターン作成方法を説明するための図である。
【符号の説明】
１０１，２０１，３０１，４０１ マスク母材
１０２ フォトマスク
１０３，２０３，３０３，４０３ 微小開口パターン
１０４，２０４，３０４，４０４ 基板
１０５ 圧力調整容器
１０６ 試料基板
１０７ レジスト
１０８ ステージ
１０９ 露光光源
１１０ 露光光
１１１ コリメーターレンズ
１１２ ガラス窓
１１３ 圧力調整手段
２０２，３０２，４０２ 金属薄膜
１１０１ Ｓｉ基板
１１０２，１１０３ Ｓｉ３Ｎ４薄膜
１１０４ Ｃｒ薄膜
１１０５ 電子線レジスト
１１０６ 電子線ビーム
１１０７ 描画パターン
１１０８ 微小開口パターン
１１０９ エッチング用の窓
１１１０ 薄膜状のマスク
１２０１ Ｓｉ基板
１２０２ １層目のフォトレジスト層
１２０３ ２層目のフォトレジスト層
１２０４ フォトマスク
１２０５ 露光用光
Claims (10)
- 透明な母材と、該母材上にマスクパターンを構成する開口部の開口幅が光源波長以下に形成された遮光膜を有する近接場光露光用のフォトマスクであって、前記遮光膜は、２つ以上の開口幅の異なる開口部を有し、前記開口幅の異なる開口部直下におけるそれぞれの光強度の差を２０％以下にする一様な膜厚を有することを特徴とする近接場光露光用のフォトマスク。
- 前記遮光膜の厚さが、開口部直下での光強度が開口幅の変化に対して極大値もしくは極小値をとる厚さに構成されている請求項１に記載の近接場光露光用のフォトマスク。
- 前記遮光膜が、前記光強度の極大値もしくは極小値を与える開口幅より大きい開口幅の開口部と、前記光強度の極大値もしくは極小値を与える開口幅より小さい開口幅の開口部とを有する請求項２に記載の近接場光露光用のフォトマスク。
- 前記遮光膜の厚さが、開口部直下における光強度の開口幅の微小変動に対する変化率を１ｎｍ当たり２％以下にする厚さに構成されていることを特徴とする請求項１に記載の近接場光露光用のフォトマスク。
- 前記遮光膜の厚さが、所定の開口幅の開口部直下における光強度の極大値を与える厚さ、もしくは、該光強度が極大値の５０％以上１００％未満となる厚さに構成されている請求項１に記載の近接場光露光用のフォトマスク。
- 前記遮光膜の厚さが、所定の開口幅の微小変動に対する前記光強度の変化率を１ｎｍ当たり２％以下にする厚さに構成されていることを特徴とする請求項５に記載の近接場光露光用のフォトマスク。
- 前記遮光膜の厚さが、前記光強度の極大値を与える厚さより厚い膜厚に構成されている請求項５に記載の近接場光露光用のフォトマスク。
- 請求項１に記載の近接場光露光用のフォトマスクを用い、該フォトマスクを光源波長以下の膜厚を有するフォトレジスト膜を形成した被加工基板上に対向して配置し、露光光源から露光用の光を該フォトマスク裏面に所定の時間照射し、前記フォトマスクの開口パターンをもとに、該フォトレジスト膜に潜像形成・転写を行うパターン作製方法。
- 請求項１に記載の近接場光露光用のフォトマスクと、該フォトマスクを設置するステージと、露光用光源と、光源波長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、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。
- 請求項１に記載の近接場光露光用のフォトマスクを、光源波長以下の膜厚を有するフォトレジスト膜を形成したシリコン基板上に密着して配置し、露光光源から露光用の光を該フォトマスク裏面に所定の時間照射し、前記フォトマスクの開口パターンをもとに、該フォトレジスト膜にパターンを形成し、該パターンをシリコン基板に転写し、該パターンをシリコン基板に加工するシリコン半導体メモリの製造方法。
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