JP4323616B2 - エバネッセント光露光マスク及びエバネッセント光露光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は微細加工装置に用いられる露光マスク及び、これを用いた露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体メモリの大容量化やＣＰＵプロセッサの高速化・大集積化の進展と共に、光リソグラフィーのさらなる微細化は必要不可欠のものとなっている。一般に光リソグラフィー装置における微細加工限界は、用いる光の波長程度である。このため、光リソグラフィー装置に用いる光の短波長化が進み、現在は近紫外線レーザーが用いられ、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うためには、レーザーのさらなる短波長化、その波長域でのレンズ開発等解決しなければならない課題も多い。
【０００４】
一方、光による０.１μｍ以下の微細加工を可能にする手段として、近接場光学顕微鏡（以下SNOMと略す）の構成を用いた微細加工装置が提案されている。
例えば、１００nm以下の大きさの微小開口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、光波長限界を超える局所的な露光を行う装置である。
【０００５】
しかしながら、これらのSNOM構成の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っていく構成であるため、あまり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特開平０８―１７９４９３号公報に開示されている。
【０００７】
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、プリズム・マスクとレジスト面との間隔を１００nm以下に設定することが必須である。しかしながら、実際はプリズム・マスクや基板の面精度に限界があり、プリズム・マスク面全面にわたってレジスト面との間隔を１００nm以下に設定することが難しい。また、プリズム・マスクと基板との位置合わせに際し、少しでも傾きがあると、やはり、プリズム・マスク面全面にわたってレジスト面との間隔を１００nm以下に設定することが難しい。
【０００８】
この状態で、プリズム・マスクをレジスト面に無理に押し付けて密着させようとすると、基板に変形が生じて露光パターンにムラが生じたり、プリズム・マスクによりレジストが部分的に押し潰されてしまったりするという問題点があった。
【０００９】
そこで、マスクを弾性体で構成し、レジスト面形状に対して倣うようにマスクを弾性変形されていることにより、マスク全面をレジスト面に密着させ、マスク上の金属薄膜に形成されている微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光により、レジスト露光を行う方法が有効である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のエバネッセント光を用いた露光装置において、マスク上の金属薄膜の厚さを１００nm程度とすれば、入射光が金属薄膜の微小開口パターン形成部分以外の部分を透過する直接透過光をほぼ１００％遮光することができ、微小開口パターン形成部分に対向する部分以外のレジスト表面が露光することを防止することができる。
【００１１】
しかしながら、さらに線幅の小さいパターンを形成するためには、微小開口パターンの開口幅を小さくする必要がある。すなわち、微小開口パターンのアクペクト比（＝金属薄膜の膜厚／微小開口パターンの開口幅）が大きくなると言う問題がある。
【００１２】
前述の微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光を用いた露光方式では、微小開口パターンの開口幅が小さくなるにつれ、エバネッセント光の光量が減少する。また、同じ開口幅であっても、金属薄膜の膜厚が大きいほど、エバネッセント光の光量が減少する。これは、光波長より小さい幅の通り路の長さが長いほどエバネッセント光が滲み出しにくいことによる。これらの理由から、微小開口パターンの開口幅が小さくなるにつれ、露光時間が増大すると言う問題がある。
【００１３】
また、微小開口パターンの開口幅を小さくしようとすると、アクペクト比が大きくなり、エバネッセント光露光マスク作製に、より高度な技術が必要になり、歩留まりが低下してしまうと言う問題がある。
【００１４】
本発明の目的は微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光を用いた露光方式において、露光マスクに使用される光の波長と金属薄膜の厚みとの最適な条件を持つ露光マスクと、その露光マスクを使用し最適な露光時間を有する露光装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のエバネッセント光露光用マスクは、おもて面に微小開口パターンが形成された金属薄膜を有するマスクを該おもて面を被露光物に対向して配置し、露光光源から露光用の光を該マスクの裏面に照射し、該微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光により、該被露光物への該微小開口パターンの転写を行うためのエバネッセント光露光マスクであって、微小開口パターンは幅が１００nm以下の開口からなり、金属薄膜は、マスクの裏面に対して垂直方向から照射された露光用の光が微小開口パターンからエバネッセント光として滲み出るような膜厚を有し、lnを自然対数、λを露光用の光の波長、kを薄膜を形成する金属の消衰係数、Aを３＜A＜３０なる数とし、該金属薄膜の膜厚をＬとするとき、Ｌ＝ln A・λ／２πkを満たす。
【００１６】
また、本発明のエバネッセント光露光装置は、おもて面に微小開口パターンが形成された金属薄膜を有するマスクを該おもて面を被露光物に対向して配置し、露光光源から露光用の光を該マスクの裏面に所定の時間照射し、該微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光により、該被露光物への該微小開口パターンの転写を行うためのエバネッセント光露光装置であって、微小開口パターンは幅が１００nm以下の開口からなり、金属薄膜は、マスクの裏面に対して垂直方向から照射された露光用の光が微小開口パターンからエバネッセント光として滲み出るような膜厚を有し、lnを自然対数、λを露光用の光の波長、kを薄膜を形成する金属の消衰係数、Aを３＜A＜３０なる数とし、該金属薄膜の膜厚をＬとする時、Ｌ＝ln A・λ／２πkを満たし、Еthを該被露光物の露光感度とし、該露光用の光のパワーをP、露光時間をtとする時、Ｐ・ｔ＜Еth・Aを満たす。
【００１８】
また、デバイスの製造方法は、エバネッセント光露光装置を用いてパターンを転写した基板を加工処理することによりデバイスを製造することを特徴とする。これにより、入射光強度に対する直接透過光強度の比が１／３〜１／３０になり、直接透過光の光量ではレジストに対する露光が行われず、微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光の光量ではレジストに対する露光が行われる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明のエバネッセント光露光用マスクの構成を表す図面、図２は、このエバネッセント光露光用マスクを用いた露光装置の構成を表す図面である。図２において、２０１は本発明の露光用のマスクとして用いるエバネッセント光露光用マスクである。エバネッセント光露光用マスク２０１は、マスク母材２０２、金属薄膜２０３から構成されている。マスク母材２０２上に金属薄膜２０３が設けられており、金属薄膜２０３に微小開口パターン２０４が形成されている。
【００２１】
エバネッセント光露光用マスク２０１のおもて面（図２では下側）は圧力調整容器２０５外に、裏面（図２では上側）は圧力調整容器２０５内に面するように配置されている。圧力調整容器２０５は内部の圧力を調整することができるようになっている。
【００２２】
基板２０６の表面にレジスト２０７を形成したもの（以降、レジスト２０７／基板２０６のように／を用いて表記する）を被露光物とする。レジスト２０７／基板２０６をステージ２０８上に取り付け、ステージ２０８を駆動することにより、エバネッセント光露光用マスク２０１に対する基板２０６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２０８を駆動し、エバネッセント光露光用マスク２０１のおもて面と基板２０６上のレジスト２０７面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。
【００２３】
この後、露光光源２０９から出射される露光光２１０をコリメーターレンズ２１１で平行光にした後、ガラス窓２１２を通し、圧力調整容器２０５内に導入し、エバネッセント光露光用マスク２０１に対して裏面（図２では上側）から照射し、エバネッセント光露光用マスク２０１おもて面のマスク母材２０２上の金属薄膜２０３に形成された微小開口パターン２０４から滲み出すエバネッセント光でレジスト２０７の露光を行う。
【００２４】
ここで、レジスト２０７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よい。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。
【００２５】
これらのフォトレジストには、それぞれ膜厚や露光波長に対応した露光感度Eth（＝露光に関するしきい値）が存在し、露光感度Eth以上の光量を照射することによって、露光が行われる。本発明のエバネッセント光露光装置では、後に詳述するように、レジスト膜厚が１００nm以下であることが望ましく、これらのフォトレジストを膜厚１００nm以下で用いる場合の露光感度Eth は、おおむね５〜５０mJ／cm2の範囲にある。
【００２６】
露光光源２０９としては、用いるレジスト２０７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２０７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２０９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）を用いればよい。
【００２７】
露光光源２０９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。例えば、ビーム径１mm、光出力１００mWのHeCdレーザーのビームをビーム・エクステンダーやコリメーターレンズを用いて、１００mm×１００mmの領域に拡大した場合、単位面積当たりの光パワー波１mW ／cm2となる。この光をレジスト表面に１０秒間照射すると、レジストの露光光量は１０mJ／cm2となり、この値が前述のレジストの露光感度Eth を越えている場合、露光が行われる。実際はエバネッセント光露光マスクを間に挟んだ状態で、光照射が行われるので、マスクの透過率を考慮した光のパワーの調整が必要である。
【００２８】
ここで、図３を用い、エバネッセント光による露光の原理を説明する。
【００２９】
図３において、エバネッセント光露光用マスク３０１を構成するマスク母材３０２に入射した入射光３０３は、金属薄膜３０４に形成された微小開口パターン３０５を照射する。ここで、微小開口パターン３０５の大きさ（幅）は、入射光３０３の波長に比べて小さく１００nm以下である。
【００３０】
通常、光は波長より小さい大きさの開口をほとんど透過しないが、開口の近傍にはエバネッセント光３０６と呼ばれる光がわずかに滲み出している。この光は、開口からやく１００nm の距離以下の近傍にのみ存在する非伝搬光であり、開口から離れるとその強度が急激に減少する性質のものである。
【００３１】
そこで、このエバネッセント光３０６が滲み出している微小開口パターン３０５に対して、基板３０７上に形成したレジスト３０８表面を１００nm以下の距離にまで近づける。すると、このエバネッセント光３０６がレジスト３０８中で散乱されて伝搬光に変換され、レジスト３０８に露光する。
【００３２】
ここで、金属薄膜３０４の厚さを１００nm程度とすれば、入射光３０３が金属薄膜３０４の微小開口パターン３０５形成部分以外の部分を透過する直接透過光３０９をほぼ１００％遮光することができ、微小開口パターン３０５形成部分に対向する部分以外のレジスト３０８表面が露光することを防止することができる。
【００３３】
しかし、本発明が解決しようとする課題で説明したように、さらに線幅の小さいパターンを形成するためには、微小開口パターン３０５の開口幅を小さく、すなわち、微小開口パターン３０５のアクペクト比（＝金属薄膜３０４の膜厚／微小開口パターン３０５の開口幅）を大きくする必要がある。
【００３４】
また、微小開口パターン３０５から滲み出るエバネッセント光３０６を用いた露光方式では、微小開口パターン３０５の開口幅が小さくなるにつれ、エバネッセント光３０６の光量が減少する。また、同じ開口幅であっても、金属薄膜３０４の膜厚が大きいほど、エバネッセント光３０６の光量が減少する。これは、光波長より小さい幅の通りの路の長さが長いほどエバネッセント光が滲み出しにくいことによる。これらの理由から、微小開口パターン３０５の開口幅を小さくすることにつれ、露光時間が増大してしまう。
【００３５】
これらの課題を解決するために、本発明のエバネッセント光露光マスク３０１は、入射光３０３に対する直接透過光３０９の強度が１／３〜１／３０になる程度に金属薄膜３０４の膜厚を薄いものとし、かつ、直接透過光３０９の光量ではレジスト３０８に対する露光が行われず、微小開口パターン３０５から滲み出るエバネッセント光３０６の光量によってレジスト３０８に対する露光が行われるような光量値の入射光を照射する条件を設定する。
【００３６】
金属薄膜に光を照射した場合、光が薄膜表面から内部に侵入するにしたがって、光強度が減衰する。入射光強度に対し、光強度が１／Aに減衰する距離はＬ［ｍ］とすると、Ｌ＝ln A・λ／２πｋ ・・・・・・・・・（１）
と表される。ここで、lnは自然対数を示す。λは入射光の波長である。ｋは金属薄膜の消衰係数であり、金属材料及び光波長により決まる値である。いくつかの金属材料における消衰係数の値を下表に示す。
【００３７】
金属薄膜３０４の膜厚をL［m］、入射光強度をP [W]、照射時間をt [s]とすると、直接透過光強度は、
Ｐ／A
であり、直接透過光光量は、
Ｐ・t／A
となる。直接透過光がレジストを露光しないようにするためには、この値が、前述のレジストの露光感度E thを超えない、すなわち、
E th＞Ｐ・t／A・・・・・・・・（２）
を満たすように、入射光強度及び露光時間を設定すればよい。
【００３８】
本発明のエバネッセント光露光装置では、Aの値が３以下の場合、エバネッセント光の光量と直接透過光の光量とが近いため、微小開口パターン３０５形成部分と非形成部分とで露光量に差が取れず、形成された潜像パターンのコントラストが低下する。
【００３９】
また、Aの値が３０以上の場合、エバネッセント光の光量に比べて、直接透過光の光量を小さくすることができるため、微小開口パターン３０５形成部分と非形成部分とで露光量の差を大きくとることが可能で、形成潜像パターンのコントラストが向上する。しかしながら、エバネッセント光の光量の絶対値が小さくなるため、露光に長い時間を要するようになる。
【００４０】
以上のことから、Aの値の範囲として
３＜A＜３０・・・・・・・・（３）
を満たすようにすることにより、エバネッセント光の光量に比べて、直接透過光の光量を小さくすることができ、微小開口パターン３０５形成部分と非形成部分とで露光量の差を大きくとることが可能で、形成潜像パターンのコントラストが向上し、しかも、エバネッセント光の光量の絶対値も比較的大きくすることが可能であるため、露光時間が短縮される。
【００４１】
さらに、Aの値が１０に近い値、すなわち、
５＜A＜２０・・・・・・・・・（３ ′）
を満たすようにすれば、形成潜像パターンのコントラストが大きく、露光時間も短く、最も効率的な露光が実現される。
【００４２】
以下に具体的数値例を挙げる。
【００４３】
金属薄膜３０４としてAlを選択し、露光波長λ＝４３１nm、A＝１０とすると、（１）式から
Ｌ＝５５.３nm
となる。
【００４４】
したがって、Al膜厚を５５.３nmとし、レジストとして、膜厚１００nm、露光波長λ＝４３１nmにおける感度Eth=10mJ／cm2のものを選択すると、（２）式から
Ｐ・t＜ １００［mJ／cm2］
を満たすように、露光光源の光量（＝光強度×露光時間）を決めればよい。
【００４５】
さて、レジスト３０８膜厚が十分に薄ければ、レジスト３０８中でエバネッセント光の散乱は面内（横）方向にあまり広がることなく、入射光３０３の波長より小さい大きさの微小開口パターン３０５に応じた微小パターンの潜像をレジストに形成・転写することができる。
【００４６】
このようにエバネッセント光による露光を行った後は、通常のプロセスを用いて基板３０７の加工を行う。例えば、レジストを現像した後、エッチングを行うことにより、基板３０７に対して上述の微小開口パターン３０５に応じた微小パターンを形成する。これを用いて半導体チップや液晶デバイス、センサデバイス等のデバイスが製造される。この点の詳細はよく知られているので省略する。
【００４７】
次に、エバネッセント光露光マスクとレジスト／基板の密着方法について図２を用いて詳細に説明する。
【００４８】
エバネッセント光露光マスク２０１のおもて面と基板２０６上のレジスト２０７面がともに完全に平坦であれば、全面にわたって両者を密着させることが可能である。しかしながら、実際には、マスク面やレジスト／基板面に凹凸やうねりが存在するので、両者を近づけ、接触させただけでは、密着している部分と非密着部分が混在する状態になってしまう。
【００４９】
そこで、エバネッセント光露光マスク２０１の裏面からおもて面方向に向かって圧力を印加することにより、エバネッセント光露光マスク２０１に弾性変形による撓みを生じさせ、レジスト２０７／基板２０６に押し付けるようにすることにより、全面にわたって密着させることができる。
【００５０】
このような圧力を印加する方法の一例として、図２に示したように、エバネッセント光露光マスク２０１のおもて面を圧力調整容器２０５外側に面するように、裏面を圧力調整容器２０５内側に面するように配置させ、ポンプ等の圧力調整手段２１３を用いて、圧力調整容器内に高圧ガスを導入し、圧力調整器２０５内が外気圧より高い圧力になるようにする。
【００５１】
他の例として、圧力調整容器２０５の内部を露光光２１０に対して透明な液体で満たし、シリンダーを用いて圧力調整容器２０５内部の液体の圧力を調整するようにしてもよい。
【００５２】
さて、圧力調整手段２１３から圧力調整容器２０５内に高圧ガスを導入し、圧力調整容器２０５内の圧力を増大させ、エバネッセント光露光マスク２０１のおもて面と基板２０６上のレジスト２０７面とを全面にわたって均一な圧力で密着させる。
【００５３】
このような方法で圧力の印加を行うと、パスカルの原理により、エバネッセント光露光マスク２０１のおもて面と基板２０６上のレジスト２０７面との間に作用する斥力が均一になる。このため、エバネッセント光露光マスク２０１や基板２０６上のレジスト２０７面に対し、局所的に大きな力が加わることがなく、エバネッセント光露光マスク２０１や基板２０６、レジスト２０７が局所的に破壊されることがなくなる。
【００５４】
このとき、圧力調整容器２０５内の圧力を調整することにより、エバネッセント光露光マスク２０１と、レジスト２０７／基板２０６との間に働かせる押し付け力、すなわち両者の密着力を制御することができる。例えば、マスク面やレジスト／基板面の凹凸やうねりがやや大きいときはには、圧力調整容器内の圧力を高めに設定することにより、密着力を増大させ、凹凸やうねりによるマスク面と、レジスト／基板面との間の間隔ばらつきをなくすようにすることができる。
【００５５】
ここでは、エバネッセント光露光マスクと、レジスト／基板とを密着させるために、エバネッセント光露光マスクの裏面を加圧容器内に配置し、加圧容器内より低い外気圧との圧力差により、エバネッセント光露光マスクの裏面側からおもて面側に圧力が加わるようにした例を示したが、逆の構成として、エバネッセント光露光マスクのおもて面及びレジスト／基板を減圧容器内に配置し、減圧容器内より高い外気圧との圧力差により、エバネッセント光露光マスクの裏面側からおもて面側に圧力が加わるようにしてもよい。いずれにしても、エバネッセント光露光マスクのおもて面側に比べ、裏面側が高い圧力となるような圧力差を設けるようにすればよい。
【００５６】
さて、エバネッセント光露光終了後におけるエバネッセント光露光マスクと、レジスト／基板との剥離方法について説明する。
【００５７】
圧力調整手段２１３を用いて、圧力調整用器２０５内の圧力を外気圧より小さくし、基板２０６上のレジスト２０７面からエバネッセント光露光マスク２０１上の金属薄膜２０３面を剥離させる。
【００５８】
また、このような方法で圧力の減圧を行い、レジスト２０７／基板２０６からのエバネッセント光露光マスク２０１の剥離を行う場合、パスカルの原理により、
エバネッセント光露光マスク２０１のおもて面と基板２０６上のレジスト２０７面との間に作用する引力が均一になる。このため、エバネッセント光露光マスク２０１や基板２０６上のレジスト２０７面に対し、局所的に大きな力が加わることがなく、エバネッセント光露光マスク２０１や基板２０６、レジスト２０７が剥離時に局所的に破壊されることもなくなる。
【００５９】
このとき、圧力調整容器２０５内の圧力を調整することにより、エバネッセント光露光マスク２０１と、レジスト２０７／基板２０６との間に働く引力、すなわち両者の引っ張り力を制御することができる。例えば、マスク面と、レジスト／基板面との間の吸着力が大きいときには、圧力調整容器内の圧力をより低めに設定することにより、引っ張り力を増大させ、剥離しやすくすることができる。前述したように、密着時の圧力印加の装置構成において、図２とは逆の構成として、エバネッセント光露光マスクのおもて面及びレジスト／基板とを減圧容器内に配置し、減圧容器内より高い外気圧との圧力差により、エバネッセント光露光マスクの裏面側からおもて面側に圧力が加わるようにした場合は、剥離時には、容器内を外気圧より高い圧力にすればよい。
【００６０】
いずれにしても剥離時には、エバネッセント光露光マスクのおもて面側に比べ、裏面側が低い圧力となるような圧力差を設けるようにすればよい。
【００６１】
【実施例】
図１に本発明のエバネッセント光露光マスクの構成の詳細を示す。図１(a)はマスクのおもて面側から見た図、図１(b)は断面図である。
【００６２】
図１に示すように、エバネッセント光露光マスクは、０.１〜１μmの膜厚の薄膜からなる露光波長の光に対して透明なマスク母材１０１上に前述したよう
に膜厚Ｌ
Ｌ＝ln A・λ／２πｋ
（ただし、３＜A＜３０）の金属薄膜１０２を設け、１００nm以下の幅の微小開口パターン１０３を形成したものである。マスク母材１０１は、基板１０４に支持されている。
【００６３】
マスク母材１０１の厚さが薄ければ、より弾性変形しやすく、レジスト／基板表面のより細かな大きさの凹凸やうねりに対してまで倣うように弾性変形することが可能であるため、より密着性が増すことになる。しかしながら、露光面積に対して薄すぎるとマスクとしての強度が不足したり、密着および露光を行った後、剥離させる場合にレジスト／基板との間に作用する吸着力で破壊してしまったりする。
【００６４】
以上の機械的特性の観点からは、マスク母材１０１の厚さとして、０.１〜１μmの範囲にあることが望ましい。
【００６５】
次に、本発明のエバネッセント光露光マスクの作製方法の詳細について、図４を用いて説明する。
【００６６】
図４aに示すように、両面研磨された厚さ５００μmのSi（１００）基板４０１に対し、LP ―CVD法を用い、表面（図４中では上面）と裏面（図４中では下面）にそれぞれ、膜厚２μmのマスク母材用のSi3 N4膜４０２とエッチング窓用のSi3 N4膜４０３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、微小開口パターンを形成するための金属膜として、蒸着法により表面のSi3 N4膜４０２上にAl薄膜４０４を膜厚が５５.３nm となるように成膜する。 次に、図４bに示すように、表面に電子線用のレジスト４０５を塗布し、電子線ビーム４０６で１０nm幅の描画パターン４０７を形成し、図４cに示すように、現像を行った後、CCl4でドライエッチングを行い、Al薄膜３０４に微小開口パターン４０８を形成する。
【００６７】
続いて、図４cに示すように、裏面のSi3 N4膜４０３にエッチング用の窓４０９を形成し、図４dに示すように、Si基板４０１に対し、KOHを用いて裏面から異方性エッチングを行い、薄膜状のマスク４１０を形成する。
【００６８】
最後に、図４eに示すように、マスク支持部材４１１に接着し、エバネッセント光露光マスクとする。
【００６９】
本実施例では、Al薄膜４０４に対する微小開口パターン４０８形成工程に、電子線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）加工法を用いてもよい。中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。
【００７０】
本実施例では、マスク母材を薄膜化し、弾性変形させることにより、レジスト面形状に対して倣わせ、マスク全面をレジスト面に密着させる例を示した。本発明の概念はこれに限定されるものではなく、薄膜化せず、剛性の高いマスク母材の場合も適用される。しかしながら、この場合はマスク面とレジスト面との全面密着性が悪化してしまう。
【００７１】
また、レジスト／基板に密着する側の金属薄膜１０２表面が平坦でないと、マスクとレジスト／基板がうまく密着せず、結果として露光ムラを生じてしまう。このため、金属薄膜１０２表面の凹凸の大きさは、少なくとも１００nm以下、望ましくは１０nm以下という極めて平坦なものである必要がある。
【００７２】
ここで、微小開口パターンの幅は露光に用いる光の波長より小さく、レジストに対して行う所望のパターン露光幅とする。具体的には、１〜１００nmの範囲から選択することが好ましい。微小開口パターンが１００nm以上の場合は、本発明の目的とするエバネッセント光ばかりでなく、強度的により大きな直接光がマスクを透過してしまうことになり好ましくない。また、１nm以下の場合は、露光が不可能ではないが、マスクから滲み出すエバネッセント光強度が極めて小さくなり、露光に長時間を要するのであまり実用的でない。
【００７３】
なお、微小開口パターンの幅は１００nm以下である必要があるが、長手方向の長さに関しては制限はなく、自由なパターンを選択することができる。例えば、図１aに示したようなカギ型パターンでもよいし、（図示しないが、）S字パターンでもよい。
【００７４】
本発明のエバネッセント光露光装置に適用する被加工用の基板２０６として、Si, GaAs, InP 等の半導体基板や、ガラス、石英、BN等絶縁性基板、それらの基板上に金属や酸化物、窒化物等を成膜したもの等広く用いることができる。
【００７５】
ただし、本発明のエバネッセント光露光装置では、エバネッセント光露光用マスク２０１と、レジスト２０７／基板２０６との露光領域全域にわたって、少なくとも１００nm以下、望ましくは１０nm以下の間隔になるよう密着させることが重要である。したがって、基板としては、なるべく平坦なものを選択する必要がある。
【００７６】
同様に、本発明で用いるレジスト２０７も表面の凹凸が小さく平坦である必要がある。また、エバネッセント光露光マスク２０１から滲み出た光は、マスクから距離が遠ざかるにつれて指数関数的に減衰するため、レジスト２０７に対して１００nm以上の深いところまで露光しにくいこと、及び、散乱されるようにレジスト中に広がり、露光パターン幅を広げることになることを考慮すると、レジスト２０７の厚さは、少なくとも１００nm以下で、さらにできるだけ薄い必要がある。
【００７７】
以上から、レジスト材料・コーティング方法として、少なくとも１００nm以下、望ましくは１０nm以下の膜厚であって、かつ、レジスト表面の凹凸の大きさが少なくとも１００nm以下、望ましくは１０nm以下という極めて平坦なものであるような材料・コーティング方法を用いる必要がある。
【００７８】
このような条件を満たすものとして、レジスト材料をなるべく粘性が低くなるように溶媒に溶かし、スピンコートで極めて薄くかつ均一厚さになるようコーティングしてもよい。
【００７９】
また、他のレジスト材料コーティング方法として、一分子中に疎水基、親水基官能基を有する両親媒性レジスト材料分子を水面上に並べた単分子膜を所定の回数、基板上にすくいとることにより、基板上に単分子膜の累積膜を形成するLB (Langmuir Blodgett)法を用いてもよい。
【００８０】
また、溶液中や気相中で、基板に対して、一分子層だけ物理吸着あるいは化学結合することにより基板上に光レジスト材料の単分子膜を形成する自己配向単分子膜（Self Assemble Monolyer)形成法を用いてもよい。
【００８１】
これらのコーティング方法のうち、後者のLB法やSAM形成法は極めて薄いレジスト膜を均一な厚さで、しかも表面の平坦性よく形成することができるため、本発明のエバネッセント光露光装置に極めて適したレジスト材料のコーティング方法である。
【００８２】
エバネッセント光露光においては、露光領域全面にわたりエバネッセント光露光用マスク２０１と、レジスト２０７／基板２０６との間隔が１００nm以下でしかもばらつきがなく一定に保たれている必要がある。
【００８３】
このため、エバネッセント光露光に用いる基板としては、他のリソグラフィープロセスを経て、既に凹凸を有するパターンが形成され、基板表面に１００nm以上の凹凸があるものは好ましくない。
【００８４】
したがって、エバネッセント光露光には、他のプロセスをあまり経ていない、プロセスの初期の段階のできるだけ平坦な基板が望ましい。したがって、エバネッセント光露光プロセスと他のリソグラフィープロセスを組み合わせる場合も、エバネッセント光露光プロセスをできるだけ、初めに行うようにするのが望ましい。
【００８５】
また、図３において、エバネッセント光露光用マスク上の微小開口パターン３０５から滲み出すエバネッセント光３０６の強度は、微小開口パターン３０５の大きさによって異なるので、微小開口の大きさがまちまちであると、レジスト３０８に対する露光の程度にばらつきが生じてしまい、均一なパターン形成が難しくなる。そこで、これを避けるために、一回のエバネッセント光露光プロセスで用いるエバネッセント光露光マスク上の微小開口パターンの幅を揃える必要がある。
【００８６】
以上の説明では、基板全面に対応するエバネッセント光露光マスクを用い、基板全面に一括でエバネッセント光露光を行う装置について説明を行った。本発明の概念はこれに限定されるものでなく、基板より小さなエバネッセント光露光マスクを用い、基板の一部分に対するエバネッセント光露光を行うことを基板上の露光位置を変えて繰り返し行うステップ・アンド・リピート方式の装置としてもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、微小開口パターンを形成したエバネッセント光露光マスクをレジスト／基板面に密着させて、微小開口パターンから滲み出したエバネッセント光でレジスト面に露光を行う露光装置に用いるエバネッセント光露光マスクにおいて、入射光に対する直接透過光の強度が１／３〜１／３０になる程度に金属薄膜の膜厚を薄いものとし、かつ、直接透過光の光量ではレジストに対する露光が行われず、微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光の光量ではレジストに対する露光が行われるような光量値の入射光を照射することにより、微小開口パターンの開口幅の小さい場合の露光時間が短縮し、スループットを向上させることができた。また、エバネッセント光露光マスク作製の歩留まりを向上させることができた。
【００８８】
本発明によれば、微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光を用いた露光方式において、露光マスクに使用される光の波長と金属薄膜の厚みとの最適な条件を持つ露光マスクと、その露光マスクを使用し最適な露光時間を有する露光装置を提供することのできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエバネッセント光露光マスクの構成図である。
【図２】エバネッセント光露光用マスクを用いた露光装置の構成を表す図である。
【図３】本発明のエバネッセント光による露光原理の説明図である。
【図４】エバネッセント光露光マスク作製方法の詳細説明図である。
【符号の説明】
１０１ マスク母材
１０２ 金属薄膜
１０３ 微小開口パターン
１０４ 基板
２１０ エバネッセント光露光マスク
２０２ マスク母材
２０３ 金属薄膜
２０４ 微小開口パターン
２０５ 圧力調整容器
２０６ 基板
２０７ レジスト
２０８ ステージ
２０９ 露光光源
２１０ 露光光
２１１ コリメーターレンズ
２１２ ガラス窓
２１３ 圧力調整手段
３０１ エバネッセント光露光マスク
３０２ マスク母材
３０３ 入射光
３０４ 金属薄膜
３０５ 微小開口パターン
３０６ エバネッセント光
３０７ 基板
３０８ レジスト
３０９ 直接透過光
４０１ Si基板
４０２ Si3 N4膜
４０３ Si3 N4膜
４０４ Al薄膜
４０５ 電子線レジスト
４０６ 電子線ビーム
４０７ 描画パターン
４０８ 微小開口パターン
４０９ エッチング用の窓
４１０ 薄膜状のマスク
４１１ マスク支持部材
【発明の属する技術分野】
本発明は微細加工装置に用いられる露光マスク及び、これを用いた露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体メモリの大容量化やＣＰＵプロセッサの高速化・大集積化の進展と共に、光リソグラフィーのさらなる微細化は必要不可欠のものとなっている。一般に光リソグラフィー装置における微細加工限界は、用いる光の波長程度である。このため、光リソグラフィー装置に用いる光の短波長化が進み、現在は近紫外線レーザーが用いられ、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うためには、レーザーのさらなる短波長化、その波長域でのレンズ開発等解決しなければならない課題も多い。
【０００４】
一方、光による０.１μｍ以下の微細加工を可能にする手段として、近接場光学顕微鏡（以下SNOMと略す）の構成を用いた微細加工装置が提案されている。
例えば、１００nm以下の大きさの微小開口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、光波長限界を超える局所的な露光を行う装置である。
【０００５】
しかしながら、これらのSNOM構成の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っていく構成であるため、あまり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特開平０８―１７９４９３号公報に開示されている。
【０００７】
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、プリズム・マスクとレジスト面との間隔を１００nm以下に設定することが必須である。しかしながら、実際はプリズム・マスクや基板の面精度に限界があり、プリズム・マスク面全面にわたってレジスト面との間隔を１００nm以下に設定することが難しい。また、プリズム・マスクと基板との位置合わせに際し、少しでも傾きがあると、やはり、プリズム・マスク面全面にわたってレジスト面との間隔を１００nm以下に設定することが難しい。
【０００８】
この状態で、プリズム・マスクをレジスト面に無理に押し付けて密着させようとすると、基板に変形が生じて露光パターンにムラが生じたり、プリズム・マスクによりレジストが部分的に押し潰されてしまったりするという問題点があった。
【０００９】
そこで、マスクを弾性体で構成し、レジスト面形状に対して倣うようにマスクを弾性変形されていることにより、マスク全面をレジスト面に密着させ、マスク上の金属薄膜に形成されている微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光により、レジスト露光を行う方法が有効である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記のエバネッセント光を用いた露光装置において、マスク上の金属薄膜の厚さを１００nm程度とすれば、入射光が金属薄膜の微小開口パターン形成部分以外の部分を透過する直接透過光をほぼ１００％遮光することができ、微小開口パターン形成部分に対向する部分以外のレジスト表面が露光することを防止することができる。
【００１１】
しかしながら、さらに線幅の小さいパターンを形成するためには、微小開口パターンの開口幅を小さくする必要がある。すなわち、微小開口パターンのアクペクト比（＝金属薄膜の膜厚／微小開口パターンの開口幅）が大きくなると言う問題がある。
【００１２】
前述の微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光を用いた露光方式では、微小開口パターンの開口幅が小さくなるにつれ、エバネッセント光の光量が減少する。また、同じ開口幅であっても、金属薄膜の膜厚が大きいほど、エバネッセント光の光量が減少する。これは、光波長より小さい幅の通り路の長さが長いほどエバネッセント光が滲み出しにくいことによる。これらの理由から、微小開口パターンの開口幅が小さくなるにつれ、露光時間が増大すると言う問題がある。
【００１３】
また、微小開口パターンの開口幅を小さくしようとすると、アクペクト比が大きくなり、エバネッセント光露光マスク作製に、より高度な技術が必要になり、歩留まりが低下してしまうと言う問題がある。
【００１４】
本発明の目的は微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光を用いた露光方式において、露光マスクに使用される光の波長と金属薄膜の厚みとの最適な条件を持つ露光マスクと、その露光マスクを使用し最適な露光時間を有する露光装置を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のエバネッセント光露光用マスクは、おもて面に微小開口パターンが形成された金属薄膜を有するマスクを該おもて面を被露光物に対向して配置し、露光光源から露光用の光を該マスクの裏面に照射し、該微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光により、該被露光物への該微小開口パターンの転写を行うためのエバネッセント光露光マスクであって、微小開口パターンは幅が１００nm以下の開口からなり、金属薄膜は、マスクの裏面に対して垂直方向から照射された露光用の光が微小開口パターンからエバネッセント光として滲み出るような膜厚を有し、lnを自然対数、λを露光用の光の波長、kを薄膜を形成する金属の消衰係数、Aを３＜A＜３０なる数とし、該金属薄膜の膜厚をＬとするとき、Ｌ＝ln A・λ／２πkを満たす。
【００１６】
また、本発明のエバネッセント光露光装置は、おもて面に微小開口パターンが形成された金属薄膜を有するマスクを該おもて面を被露光物に対向して配置し、露光光源から露光用の光を該マスクの裏面に所定の時間照射し、該微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光により、該被露光物への該微小開口パターンの転写を行うためのエバネッセント光露光装置であって、微小開口パターンは幅が１００nm以下の開口からなり、金属薄膜は、マスクの裏面に対して垂直方向から照射された露光用の光が微小開口パターンからエバネッセント光として滲み出るような膜厚を有し、lnを自然対数、λを露光用の光の波長、kを薄膜を形成する金属の消衰係数、Aを３＜A＜３０なる数とし、該金属薄膜の膜厚をＬとする時、Ｌ＝ln A・λ／２πkを満たし、Еthを該被露光物の露光感度とし、該露光用の光のパワーをP、露光時間をtとする時、Ｐ・ｔ＜Еth・Aを満たす。
【００１８】
また、デバイスの製造方法は、エバネッセント光露光装置を用いてパターンを転写した基板を加工処理することによりデバイスを製造することを特徴とする。これにより、入射光強度に対する直接透過光強度の比が１／３〜１／３０になり、直接透過光の光量ではレジストに対する露光が行われず、微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光の光量ではレジストに対する露光が行われる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明のエバネッセント光露光用マスクの構成を表す図面、図２は、このエバネッセント光露光用マスクを用いた露光装置の構成を表す図面である。図２において、２０１は本発明の露光用のマスクとして用いるエバネッセント光露光用マスクである。エバネッセント光露光用マスク２０１は、マスク母材２０２、金属薄膜２０３から構成されている。マスク母材２０２上に金属薄膜２０３が設けられており、金属薄膜２０３に微小開口パターン２０４が形成されている。
【００２１】
エバネッセント光露光用マスク２０１のおもて面（図２では下側）は圧力調整容器２０５外に、裏面（図２では上側）は圧力調整容器２０５内に面するように配置されている。圧力調整容器２０５は内部の圧力を調整することができるようになっている。
【００２２】
基板２０６の表面にレジスト２０７を形成したもの（以降、レジスト２０７／基板２０６のように／を用いて表記する）を被露光物とする。レジスト２０７／基板２０６をステージ２０８上に取り付け、ステージ２０８を駆動することにより、エバネッセント光露光用マスク２０１に対する基板２０６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２０８を駆動し、エバネッセント光露光用マスク２０１のおもて面と基板２０６上のレジスト２０７面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。
【００２３】
この後、露光光源２０９から出射される露光光２１０をコリメーターレンズ２１１で平行光にした後、ガラス窓２１２を通し、圧力調整容器２０５内に導入し、エバネッセント光露光用マスク２０１に対して裏面（図２では上側）から照射し、エバネッセント光露光用マスク２０１おもて面のマスク母材２０２上の金属薄膜２０３に形成された微小開口パターン２０４から滲み出すエバネッセント光でレジスト２０７の露光を行う。
【００２４】
ここで、レジスト２０７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よい。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。
【００２５】
これらのフォトレジストには、それぞれ膜厚や露光波長に対応した露光感度Eth（＝露光に関するしきい値）が存在し、露光感度Eth以上の光量を照射することによって、露光が行われる。本発明のエバネッセント光露光装置では、後に詳述するように、レジスト膜厚が１００nm以下であることが望ましく、これらのフォトレジストを膜厚１００nm以下で用いる場合の露光感度Eth は、おおむね５〜５０mJ／cm2の範囲にある。
【００２６】
露光光源２０９としては、用いるレジスト２０７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２０７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２０９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）を用いればよい。
【００２７】
露光光源２０９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。例えば、ビーム径１mm、光出力１００mWのHeCdレーザーのビームをビーム・エクステンダーやコリメーターレンズを用いて、１００mm×１００mmの領域に拡大した場合、単位面積当たりの光パワー波１mW ／cm2となる。この光をレジスト表面に１０秒間照射すると、レジストの露光光量は１０mJ／cm2となり、この値が前述のレジストの露光感度Eth を越えている場合、露光が行われる。実際はエバネッセント光露光マスクを間に挟んだ状態で、光照射が行われるので、マスクの透過率を考慮した光のパワーの調整が必要である。
【００２８】
ここで、図３を用い、エバネッセント光による露光の原理を説明する。
【００２９】
図３において、エバネッセント光露光用マスク３０１を構成するマスク母材３０２に入射した入射光３０３は、金属薄膜３０４に形成された微小開口パターン３０５を照射する。ここで、微小開口パターン３０５の大きさ（幅）は、入射光３０３の波長に比べて小さく１００nm以下である。
【００３０】
通常、光は波長より小さい大きさの開口をほとんど透過しないが、開口の近傍にはエバネッセント光３０６と呼ばれる光がわずかに滲み出している。この光は、開口からやく１００nm の距離以下の近傍にのみ存在する非伝搬光であり、開口から離れるとその強度が急激に減少する性質のものである。
【００３１】
そこで、このエバネッセント光３０６が滲み出している微小開口パターン３０５に対して、基板３０７上に形成したレジスト３０８表面を１００nm以下の距離にまで近づける。すると、このエバネッセント光３０６がレジスト３０８中で散乱されて伝搬光に変換され、レジスト３０８に露光する。
【００３２】
ここで、金属薄膜３０４の厚さを１００nm程度とすれば、入射光３０３が金属薄膜３０４の微小開口パターン３０５形成部分以外の部分を透過する直接透過光３０９をほぼ１００％遮光することができ、微小開口パターン３０５形成部分に対向する部分以外のレジスト３０８表面が露光することを防止することができる。
【００３３】
しかし、本発明が解決しようとする課題で説明したように、さらに線幅の小さいパターンを形成するためには、微小開口パターン３０５の開口幅を小さく、すなわち、微小開口パターン３０５のアクペクト比（＝金属薄膜３０４の膜厚／微小開口パターン３０５の開口幅）を大きくする必要がある。
【００３４】
また、微小開口パターン３０５から滲み出るエバネッセント光３０６を用いた露光方式では、微小開口パターン３０５の開口幅が小さくなるにつれ、エバネッセント光３０６の光量が減少する。また、同じ開口幅であっても、金属薄膜３０４の膜厚が大きいほど、エバネッセント光３０６の光量が減少する。これは、光波長より小さい幅の通りの路の長さが長いほどエバネッセント光が滲み出しにくいことによる。これらの理由から、微小開口パターン３０５の開口幅を小さくすることにつれ、露光時間が増大してしまう。
【００３５】
これらの課題を解決するために、本発明のエバネッセント光露光マスク３０１は、入射光３０３に対する直接透過光３０９の強度が１／３〜１／３０になる程度に金属薄膜３０４の膜厚を薄いものとし、かつ、直接透過光３０９の光量ではレジスト３０８に対する露光が行われず、微小開口パターン３０５から滲み出るエバネッセント光３０６の光量によってレジスト３０８に対する露光が行われるような光量値の入射光を照射する条件を設定する。
【００３６】
金属薄膜に光を照射した場合、光が薄膜表面から内部に侵入するにしたがって、光強度が減衰する。入射光強度に対し、光強度が１／Aに減衰する距離はＬ［ｍ］とすると、Ｌ＝ln A・λ／２πｋ ・・・・・・・・・（１）
と表される。ここで、lnは自然対数を示す。λは入射光の波長である。ｋは金属薄膜の消衰係数であり、金属材料及び光波長により決まる値である。いくつかの金属材料における消衰係数の値を下表に示す。
【００３７】
Ｐ／A
であり、直接透過光光量は、
Ｐ・t／A
となる。直接透過光がレジストを露光しないようにするためには、この値が、前述のレジストの露光感度E thを超えない、すなわち、
E th＞Ｐ・t／A・・・・・・・・（２）
を満たすように、入射光強度及び露光時間を設定すればよい。
【００３８】
本発明のエバネッセント光露光装置では、Aの値が３以下の場合、エバネッセント光の光量と直接透過光の光量とが近いため、微小開口パターン３０５形成部分と非形成部分とで露光量に差が取れず、形成された潜像パターンのコントラストが低下する。
【００３９】
また、Aの値が３０以上の場合、エバネッセント光の光量に比べて、直接透過光の光量を小さくすることができるため、微小開口パターン３０５形成部分と非形成部分とで露光量の差を大きくとることが可能で、形成潜像パターンのコントラストが向上する。しかしながら、エバネッセント光の光量の絶対値が小さくなるため、露光に長い時間を要するようになる。
【００４０】
以上のことから、Aの値の範囲として
３＜A＜３０・・・・・・・・（３）
を満たすようにすることにより、エバネッセント光の光量に比べて、直接透過光の光量を小さくすることができ、微小開口パターン３０５形成部分と非形成部分とで露光量の差を大きくとることが可能で、形成潜像パターンのコントラストが向上し、しかも、エバネッセント光の光量の絶対値も比較的大きくすることが可能であるため、露光時間が短縮される。
【００４１】
さらに、Aの値が１０に近い値、すなわち、
５＜A＜２０・・・・・・・・・（３ ′）
を満たすようにすれば、形成潜像パターンのコントラストが大きく、露光時間も短く、最も効率的な露光が実現される。
【００４２】
以下に具体的数値例を挙げる。
【００４３】
金属薄膜３０４としてAlを選択し、露光波長λ＝４３１nm、A＝１０とすると、（１）式から
Ｌ＝５５.３nm
となる。
【００４４】
したがって、Al膜厚を５５.３nmとし、レジストとして、膜厚１００nm、露光波長λ＝４３１nmにおける感度Eth=10mJ／cm2のものを選択すると、（２）式から
Ｐ・t＜ １００［mJ／cm2］
を満たすように、露光光源の光量（＝光強度×露光時間）を決めればよい。
【００４５】
さて、レジスト３０８膜厚が十分に薄ければ、レジスト３０８中でエバネッセント光の散乱は面内（横）方向にあまり広がることなく、入射光３０３の波長より小さい大きさの微小開口パターン３０５に応じた微小パターンの潜像をレジストに形成・転写することができる。
【００４６】
このようにエバネッセント光による露光を行った後は、通常のプロセスを用いて基板３０７の加工を行う。例えば、レジストを現像した後、エッチングを行うことにより、基板３０７に対して上述の微小開口パターン３０５に応じた微小パターンを形成する。これを用いて半導体チップや液晶デバイス、センサデバイス等のデバイスが製造される。この点の詳細はよく知られているので省略する。
【００４７】
次に、エバネッセント光露光マスクとレジスト／基板の密着方法について図２を用いて詳細に説明する。
【００４８】
エバネッセント光露光マスク２０１のおもて面と基板２０６上のレジスト２０７面がともに完全に平坦であれば、全面にわたって両者を密着させることが可能である。しかしながら、実際には、マスク面やレジスト／基板面に凹凸やうねりが存在するので、両者を近づけ、接触させただけでは、密着している部分と非密着部分が混在する状態になってしまう。
【００４９】
そこで、エバネッセント光露光マスク２０１の裏面からおもて面方向に向かって圧力を印加することにより、エバネッセント光露光マスク２０１に弾性変形による撓みを生じさせ、レジスト２０７／基板２０６に押し付けるようにすることにより、全面にわたって密着させることができる。
【００５０】
このような圧力を印加する方法の一例として、図２に示したように、エバネッセント光露光マスク２０１のおもて面を圧力調整容器２０５外側に面するように、裏面を圧力調整容器２０５内側に面するように配置させ、ポンプ等の圧力調整手段２１３を用いて、圧力調整容器内に高圧ガスを導入し、圧力調整器２０５内が外気圧より高い圧力になるようにする。
【００５１】
他の例として、圧力調整容器２０５の内部を露光光２１０に対して透明な液体で満たし、シリンダーを用いて圧力調整容器２０５内部の液体の圧力を調整するようにしてもよい。
【００５２】
さて、圧力調整手段２１３から圧力調整容器２０５内に高圧ガスを導入し、圧力調整容器２０５内の圧力を増大させ、エバネッセント光露光マスク２０１のおもて面と基板２０６上のレジスト２０７面とを全面にわたって均一な圧力で密着させる。
【００５３】
このような方法で圧力の印加を行うと、パスカルの原理により、エバネッセント光露光マスク２０１のおもて面と基板２０６上のレジスト２０７面との間に作用する斥力が均一になる。このため、エバネッセント光露光マスク２０１や基板２０６上のレジスト２０７面に対し、局所的に大きな力が加わることがなく、エバネッセント光露光マスク２０１や基板２０６、レジスト２０７が局所的に破壊されることがなくなる。
【００５４】
このとき、圧力調整容器２０５内の圧力を調整することにより、エバネッセント光露光マスク２０１と、レジスト２０７／基板２０６との間に働かせる押し付け力、すなわち両者の密着力を制御することができる。例えば、マスク面やレジスト／基板面の凹凸やうねりがやや大きいときはには、圧力調整容器内の圧力を高めに設定することにより、密着力を増大させ、凹凸やうねりによるマスク面と、レジスト／基板面との間の間隔ばらつきをなくすようにすることができる。
【００５５】
ここでは、エバネッセント光露光マスクと、レジスト／基板とを密着させるために、エバネッセント光露光マスクの裏面を加圧容器内に配置し、加圧容器内より低い外気圧との圧力差により、エバネッセント光露光マスクの裏面側からおもて面側に圧力が加わるようにした例を示したが、逆の構成として、エバネッセント光露光マスクのおもて面及びレジスト／基板を減圧容器内に配置し、減圧容器内より高い外気圧との圧力差により、エバネッセント光露光マスクの裏面側からおもて面側に圧力が加わるようにしてもよい。いずれにしても、エバネッセント光露光マスクのおもて面側に比べ、裏面側が高い圧力となるような圧力差を設けるようにすればよい。
【００５６】
さて、エバネッセント光露光終了後におけるエバネッセント光露光マスクと、レジスト／基板との剥離方法について説明する。
【００５７】
圧力調整手段２１３を用いて、圧力調整用器２０５内の圧力を外気圧より小さくし、基板２０６上のレジスト２０７面からエバネッセント光露光マスク２０１上の金属薄膜２０３面を剥離させる。
【００５８】
また、このような方法で圧力の減圧を行い、レジスト２０７／基板２０６からのエバネッセント光露光マスク２０１の剥離を行う場合、パスカルの原理により、
エバネッセント光露光マスク２０１のおもて面と基板２０６上のレジスト２０７面との間に作用する引力が均一になる。このため、エバネッセント光露光マスク２０１や基板２０６上のレジスト２０７面に対し、局所的に大きな力が加わることがなく、エバネッセント光露光マスク２０１や基板２０６、レジスト２０７が剥離時に局所的に破壊されることもなくなる。
【００５９】
このとき、圧力調整容器２０５内の圧力を調整することにより、エバネッセント光露光マスク２０１と、レジスト２０７／基板２０６との間に働く引力、すなわち両者の引っ張り力を制御することができる。例えば、マスク面と、レジスト／基板面との間の吸着力が大きいときには、圧力調整容器内の圧力をより低めに設定することにより、引っ張り力を増大させ、剥離しやすくすることができる。前述したように、密着時の圧力印加の装置構成において、図２とは逆の構成として、エバネッセント光露光マスクのおもて面及びレジスト／基板とを減圧容器内に配置し、減圧容器内より高い外気圧との圧力差により、エバネッセント光露光マスクの裏面側からおもて面側に圧力が加わるようにした場合は、剥離時には、容器内を外気圧より高い圧力にすればよい。
【００６０】
いずれにしても剥離時には、エバネッセント光露光マスクのおもて面側に比べ、裏面側が低い圧力となるような圧力差を設けるようにすればよい。
【００６１】
【実施例】
図１に本発明のエバネッセント光露光マスクの構成の詳細を示す。図１(a)はマスクのおもて面側から見た図、図１(b)は断面図である。
【００６２】
図１に示すように、エバネッセント光露光マスクは、０.１〜１μmの膜厚の薄膜からなる露光波長の光に対して透明なマスク母材１０１上に前述したよう
に膜厚Ｌ
Ｌ＝ln A・λ／２πｋ
（ただし、３＜A＜３０）の金属薄膜１０２を設け、１００nm以下の幅の微小開口パターン１０３を形成したものである。マスク母材１０１は、基板１０４に支持されている。
【００６３】
マスク母材１０１の厚さが薄ければ、より弾性変形しやすく、レジスト／基板表面のより細かな大きさの凹凸やうねりに対してまで倣うように弾性変形することが可能であるため、より密着性が増すことになる。しかしながら、露光面積に対して薄すぎるとマスクとしての強度が不足したり、密着および露光を行った後、剥離させる場合にレジスト／基板との間に作用する吸着力で破壊してしまったりする。
【００６４】
以上の機械的特性の観点からは、マスク母材１０１の厚さとして、０.１〜１μmの範囲にあることが望ましい。
【００６５】
次に、本発明のエバネッセント光露光マスクの作製方法の詳細について、図４を用いて説明する。
【００６６】
図４aに示すように、両面研磨された厚さ５００μmのSi（１００）基板４０１に対し、LP ―CVD法を用い、表面（図４中では上面）と裏面（図４中では下面）にそれぞれ、膜厚２μmのマスク母材用のSi3 N4膜４０２とエッチング窓用のSi3 N4膜４０３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、微小開口パターンを形成するための金属膜として、蒸着法により表面のSi3 N4膜４０２上にAl薄膜４０４を膜厚が５５.３nm となるように成膜する。 次に、図４bに示すように、表面に電子線用のレジスト４０５を塗布し、電子線ビーム４０６で１０nm幅の描画パターン４０７を形成し、図４cに示すように、現像を行った後、CCl4でドライエッチングを行い、Al薄膜３０４に微小開口パターン４０８を形成する。
【００６７】
続いて、図４cに示すように、裏面のSi3 N4膜４０３にエッチング用の窓４０９を形成し、図４dに示すように、Si基板４０１に対し、KOHを用いて裏面から異方性エッチングを行い、薄膜状のマスク４１０を形成する。
【００６８】
最後に、図４eに示すように、マスク支持部材４１１に接着し、エバネッセント光露光マスクとする。
【００６９】
本実施例では、Al薄膜４０４に対する微小開口パターン４０８形成工程に、電子線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）加工法を用いてもよい。中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。
【００７０】
本実施例では、マスク母材を薄膜化し、弾性変形させることにより、レジスト面形状に対して倣わせ、マスク全面をレジスト面に密着させる例を示した。本発明の概念はこれに限定されるものではなく、薄膜化せず、剛性の高いマスク母材の場合も適用される。しかしながら、この場合はマスク面とレジスト面との全面密着性が悪化してしまう。
【００７１】
また、レジスト／基板に密着する側の金属薄膜１０２表面が平坦でないと、マスクとレジスト／基板がうまく密着せず、結果として露光ムラを生じてしまう。このため、金属薄膜１０２表面の凹凸の大きさは、少なくとも１００nm以下、望ましくは１０nm以下という極めて平坦なものである必要がある。
【００７２】
ここで、微小開口パターンの幅は露光に用いる光の波長より小さく、レジストに対して行う所望のパターン露光幅とする。具体的には、１〜１００nmの範囲から選択することが好ましい。微小開口パターンが１００nm以上の場合は、本発明の目的とするエバネッセント光ばかりでなく、強度的により大きな直接光がマスクを透過してしまうことになり好ましくない。また、１nm以下の場合は、露光が不可能ではないが、マスクから滲み出すエバネッセント光強度が極めて小さくなり、露光に長時間を要するのであまり実用的でない。
【００７３】
なお、微小開口パターンの幅は１００nm以下である必要があるが、長手方向の長さに関しては制限はなく、自由なパターンを選択することができる。例えば、図１aに示したようなカギ型パターンでもよいし、（図示しないが、）S字パターンでもよい。
【００７４】
本発明のエバネッセント光露光装置に適用する被加工用の基板２０６として、Si, GaAs, InP 等の半導体基板や、ガラス、石英、BN等絶縁性基板、それらの基板上に金属や酸化物、窒化物等を成膜したもの等広く用いることができる。
【００７５】
ただし、本発明のエバネッセント光露光装置では、エバネッセント光露光用マスク２０１と、レジスト２０７／基板２０６との露光領域全域にわたって、少なくとも１００nm以下、望ましくは１０nm以下の間隔になるよう密着させることが重要である。したがって、基板としては、なるべく平坦なものを選択する必要がある。
【００７６】
同様に、本発明で用いるレジスト２０７も表面の凹凸が小さく平坦である必要がある。また、エバネッセント光露光マスク２０１から滲み出た光は、マスクから距離が遠ざかるにつれて指数関数的に減衰するため、レジスト２０７に対して１００nm以上の深いところまで露光しにくいこと、及び、散乱されるようにレジスト中に広がり、露光パターン幅を広げることになることを考慮すると、レジスト２０７の厚さは、少なくとも１００nm以下で、さらにできるだけ薄い必要がある。
【００７７】
以上から、レジスト材料・コーティング方法として、少なくとも１００nm以下、望ましくは１０nm以下の膜厚であって、かつ、レジスト表面の凹凸の大きさが少なくとも１００nm以下、望ましくは１０nm以下という極めて平坦なものであるような材料・コーティング方法を用いる必要がある。
【００７８】
このような条件を満たすものとして、レジスト材料をなるべく粘性が低くなるように溶媒に溶かし、スピンコートで極めて薄くかつ均一厚さになるようコーティングしてもよい。
【００７９】
また、他のレジスト材料コーティング方法として、一分子中に疎水基、親水基官能基を有する両親媒性レジスト材料分子を水面上に並べた単分子膜を所定の回数、基板上にすくいとることにより、基板上に単分子膜の累積膜を形成するLB (Langmuir Blodgett)法を用いてもよい。
【００８０】
また、溶液中や気相中で、基板に対して、一分子層だけ物理吸着あるいは化学結合することにより基板上に光レジスト材料の単分子膜を形成する自己配向単分子膜（Self Assemble Monolyer)形成法を用いてもよい。
【００８１】
これらのコーティング方法のうち、後者のLB法やSAM形成法は極めて薄いレジスト膜を均一な厚さで、しかも表面の平坦性よく形成することができるため、本発明のエバネッセント光露光装置に極めて適したレジスト材料のコーティング方法である。
【００８２】
エバネッセント光露光においては、露光領域全面にわたりエバネッセント光露光用マスク２０１と、レジスト２０７／基板２０６との間隔が１００nm以下でしかもばらつきがなく一定に保たれている必要がある。
【００８３】
このため、エバネッセント光露光に用いる基板としては、他のリソグラフィープロセスを経て、既に凹凸を有するパターンが形成され、基板表面に１００nm以上の凹凸があるものは好ましくない。
【００８４】
したがって、エバネッセント光露光には、他のプロセスをあまり経ていない、プロセスの初期の段階のできるだけ平坦な基板が望ましい。したがって、エバネッセント光露光プロセスと他のリソグラフィープロセスを組み合わせる場合も、エバネッセント光露光プロセスをできるだけ、初めに行うようにするのが望ましい。
【００８５】
また、図３において、エバネッセント光露光用マスク上の微小開口パターン３０５から滲み出すエバネッセント光３０６の強度は、微小開口パターン３０５の大きさによって異なるので、微小開口の大きさがまちまちであると、レジスト３０８に対する露光の程度にばらつきが生じてしまい、均一なパターン形成が難しくなる。そこで、これを避けるために、一回のエバネッセント光露光プロセスで用いるエバネッセント光露光マスク上の微小開口パターンの幅を揃える必要がある。
【００８６】
以上の説明では、基板全面に対応するエバネッセント光露光マスクを用い、基板全面に一括でエバネッセント光露光を行う装置について説明を行った。本発明の概念はこれに限定されるものでなく、基板より小さなエバネッセント光露光マスクを用い、基板の一部分に対するエバネッセント光露光を行うことを基板上の露光位置を変えて繰り返し行うステップ・アンド・リピート方式の装置としてもよい。
【００８７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、微小開口パターンを形成したエバネッセント光露光マスクをレジスト／基板面に密着させて、微小開口パターンから滲み出したエバネッセント光でレジスト面に露光を行う露光装置に用いるエバネッセント光露光マスクにおいて、入射光に対する直接透過光の強度が１／３〜１／３０になる程度に金属薄膜の膜厚を薄いものとし、かつ、直接透過光の光量ではレジストに対する露光が行われず、微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光の光量ではレジストに対する露光が行われるような光量値の入射光を照射することにより、微小開口パターンの開口幅の小さい場合の露光時間が短縮し、スループットを向上させることができた。また、エバネッセント光露光マスク作製の歩留まりを向上させることができた。
【００８８】
本発明によれば、微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光を用いた露光方式において、露光マスクに使用される光の波長と金属薄膜の厚みとの最適な条件を持つ露光マスクと、その露光マスクを使用し最適な露光時間を有する露光装置を提供することのできる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエバネッセント光露光マスクの構成図である。
【図２】エバネッセント光露光用マスクを用いた露光装置の構成を表す図である。
【図３】本発明のエバネッセント光による露光原理の説明図である。
【図４】エバネッセント光露光マスク作製方法の詳細説明図である。
【符号の説明】
１０１ マスク母材
１０２ 金属薄膜
１０３ 微小開口パターン
１０４ 基板
２１０ エバネッセント光露光マスク
２０２ マスク母材
２０３ 金属薄膜
２０４ 微小開口パターン
２０５ 圧力調整容器
２０６ 基板
２０７ レジスト
２０８ ステージ
２０９ 露光光源
２１０ 露光光
２１１ コリメーターレンズ
２１２ ガラス窓
２１３ 圧力調整手段
３０１ エバネッセント光露光マスク
３０２ マスク母材
３０３ 入射光
３０４ 金属薄膜
３０５ 微小開口パターン
３０６ エバネッセント光
３０７ 基板
３０８ レジスト
３０９ 直接透過光
４０１ Si基板
４０２ Si3 N4膜
４０３ Si3 N4膜
４０４ Al薄膜
４０５ 電子線レジスト
４０６ 電子線ビーム
４０７ 描画パターン
４０８ 微小開口パターン
４０９ エッチング用の窓
４１０ 薄膜状のマスク
４１１ マスク支持部材
Claims (4)
- おもて面に微小開口パターンが形成された金属薄膜を有するマスクを該おもて面を被露光物に対向して配置し、露光光源から露光用の光を該マスクの裏面に照射し、該微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光により、該被露光物への該微小開口パターンの転写を行うためのエバネッセント光露光マスクであって、
前記微小開口パターンは幅が１００nm以下の開口からなり、
前記金属薄膜は、前記マスクの裏面に対して垂直方向から照射された露光用の前記光が前記微小開口パターンから前記エバネッセント光として滲み出るような膜厚を有し、
lnを自然対数、λを露光用の光の波長、kを薄膜を形成する金属の消衰係数、Aを３＜A＜３０なる数とし、該金属薄膜の膜厚をＬとするとき、
Ｌ＝ln A・λ／２πk
を満たすエバネッセント光露光マスク。 - おもて面に微小開口パターンが形成された金属薄膜を有するマスクを該おもて面を被露光物に対向して配置し、露光光源から露光用の光を該マスクの裏面に所定の時間照射し、該微小開口パターンから滲み出るエバネッセント光により、該被露光物への該微小開口パターンの転写を行うためのエバネッセント光露光装置であって、
前記微小開口パターンは幅が１００nm以下の開口からなり、
前記金属薄膜は、前記マスクの裏面に対して垂直方向から照射された露光用の前記光が前記微小開口パターンから前記エバネッセント光として滲み出るような膜厚を有し、
lnを自然対数、λを露光用の光の波長、kを薄膜を形成する金属の消衰係数、Aを３＜A＜３０なる数とし、該金属薄膜の膜厚をＬとするとき、
Ｌ＝ln A・λ／２πkを満たし、
Еthを該被露光物の露光感度とし、該露光用の光のパワーをP、露光時間をtとするとき、
Ｐ・ｔ＜Еth・A
を満たすエバネッセント光露光装置。 - 圧力調整容器と、該圧力調整容器の内部の圧力を調整する圧力調整手段と、をさらに有し、
前記マスクの裏面が前記圧力調整容器内に面して空間を形成し、かつ前記マスクのおもて面が前記被露光物に接触するように、該マスクが配置され、
前記圧力調整手段による前記空間の圧力の調整により、前記マスクは前記被露光物に密着するように弾性変形され、
露光用の前記光が、前記空間を通って、弾性変形された前記マスクの裏面に対して垂直方向から照射される、請求項２に記載のエバネッセント光露光装置。 - 請求項２または３に記載のエバネッセント光露光装置を用いてパターンを転写した基板を加工処理することによりデバイスを製造することを特徴とするデバイスの製造方法。
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