JP4332395B2 - 近接場露光マスクおよび近接場露光方法 - Google Patents

Description

本発明は、超微細なパターン露光を可能にする近接場露光技術において用いられる近接場露光マスクおよび近接場露光方法に関するものである。

半導体メモリーの大容量化やＣＰＵプロセッサーの高速化・大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のものとなっている。一般に光リソグラフィー技術における微細加工の限界は、使用する光の波長程度であるため、光リソグラフィー装置に用いる光の短波長化が進んでおり、現在では紫外線レーザによる、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うためには、レーザのさらなる短波長化、その波長域での光学レンズの開発等解決しなければならない課題も多い。

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（ＳＮＯＭ）の原理を用いた露光装置が提案されている。例えば、特開平１１−１４５０５１号公報や特開平１１−１８４０９４号公報では、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パターン露光を行う装置が開示されている。

このような近接場露光装置おいて、上記弾性変形可能なマスクが局所的に被露光物に対して密着せず、近接場光の存在しない領域にまで離れている状態で露光を行うと、被露光物の一部分では光の波長限界を超える微細パターンの露光を行うことができないこととなる。そのため、このような密着露光を行う近接場露光装置においては、確実にマスクと被露光物を密着させることが必要である。
特開平１１−１４５０５１号公報 特開平１１−１８４０９４号公報

上記従来の技術においては、光の回折限界を越える微細構造の作製が可能な近接場露光のメリットを生かすために、露光時には、気体の圧力差によってマスクメンブレンの露光パターンを被露光物であるレジストに密着させた状態とする。しかしながら、各露光サイクルごとに、マスクメンブレンをレジストに密着、剥離する作業を繰り返していると、マスクメンブレンが破れてマスクが使えなくなってしまうことがある。そして従来は、繰り返し露光によるマスクの破壊が起こる前の交換時期を決定する指針が無かったため、マスクが破壊するまで使用しており、これに伴いマスクの交換、作製という工程が増え、コストの増大とスループットの低下が生じてしまい、製品のコストアップ、歩留まりの低下を招く結果となる。かかる問題は、マスクが薄型化および大型化して機械的強度が減少しつつあるという状況では特に顕著である。

本発明は、上記従来の技術の有する未解決の課題に鑑みてなされたものであり、密着露光の際のマスクメンブレンの撓みによる変形をストレインゲージによって検出することで、マスクの破壊防止や、基板とマスクを密着させる加圧力の調整等を適切に行うことのできる近接場露光マスクおよび近接場露光方法を提供することを目的とするものである。

本発明の近接場露光マスクは、マスクパターンを被露光物に密着させて露光する近接場露光方法に用いられる近接場露光マスクであって、所定のマスク領域に前記マスクパターンを支持するマスクメンブレンと、前記マスクメンブレンの外周縁を支持するマスク支持体と、前記マスクメンブレンの前記マスク領域と前記外周縁との間の周辺領域に被着されたストレインゲージとを備えており、前記ストレインゲージによって前記マスクメンブレンの変形を検出するように構成されていることを特徴とする。

本発明の近接場露光方法は、所定のマスク領域にマスクパターンを支持するマスクメンブレンを有し、前記マスクメンブレンの前記マスク領域を除く周辺領域に前記マスクメンブレンの変形を検出するストレインゲージを備えた近接場露光マスクを介して被露光物を露光する近接場露光方法であって、近接場露光マスクを被露光物に対向させる工程と、被露光物に対向させた近接場露光マスクのマスクメンブレンを加圧・変形させることでマスクパターンを被露光物に密着させる工程と、マスクパターンを被露光物に密着させたマスクメンブレンの加圧力をストレインゲージの出力に基づいて調整することで所定の密着状態に制御する工程と、所定の密着状態に制御されたマスクメンブレンのマスクパターンを介して被露光物を露光する工程と、を有することを特徴とする。

マスクメンブレンに作用する気体の圧力を圧力調整手段によって調整することによって、マスクパターンの被露光物に対する密着状態を制御するとよい。

マスクパターンを基板に密着させたときのマスクメンブレンの変形をストレインゲージによって常時モニタすることができる。そして、ストレインゲージの検出値に基づいて、マスクパターンと基板の密着状態を適切に保つためのマスクメンブレンに対する加圧制御を行うことができる。

また、ストレインゲージの検出値が所定の値を超えたとき、自動的にマスクメンブレンに対する加圧を停止する手段を設けて、マスクメンブレンの寿命を大幅に延ばすことも可能である。

上記の加圧制御のためには、予め各マスクについてストレインゲージの出力とマスクメンブレンの撓みの関係を調べて参照データを用意することが必要であるが、この過程で、他のマスクの参照データと比較することでマスクメンブレンの初期状態が分かるため、各マスクの寿命を個別に予測することもできる。

図１は、一実施の形態による近接場露光マスクを示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）は断面図である。また、図２は、図１の近接場露光マスクを用いて密着制御をおこなう露光装置の構成を説明する図である。

図１に示すように、近接場露光マスクであるマスク１は、中央部にマスクメンブレン１０を形成するメンブレン母材１１、マスク支持体１２、遮光膜１３から構成されている。遮光膜１３は、メンブレン母材１１の上に成膜されており、その遮光膜１３に所望のマスクパターンである露光パターン１４が形成されている。また、メンブレン母材１１は弾性体で、０．１μｍ〜１００μｍ程度の厚さを有し、マスクメンブレン１０のマスク領域である中央部分の露光パターン１４とマスク支持体１２との間の周辺領域には、ストレインゲージ１５が被着、形成され、マスクメンブレン１０の撓み変形による変位を検出する。ストレインゲージ１５は露光パターン１４の周囲を連続的に１まわりしており、ストレインゲージ１５の対向端には外部と接続するための電極１６ａ、１６ｂが配設される。

次に、図２を参照して、マスク１の近接場露光装置での用い方を説明する。まず、マスク１の裏面側すなわちマスク支持体１２が近接場露光装置の圧力調整室２のマスクチャック３に面するように配置して排気手段４によって吸着し、圧力調整を加えてマスク１の撓みを調整する。被露光物である基板Ｗの表面にはレジストＲが形成されており、基板Ｗをステージ５上に取り付け、ステージ５を駆動することにより、マスク１に対向する露光位置に移動させる。

次いで、マスク面の法線方向にステージ５を駆動する。このとき、マスク１のマスクメンブレン１０とレジストＲの面が１００μｍ以内で接触しない程度近いことが望ましい。続いて、マスク支持体１２側からマスクメンブレン１０を加圧することにより、マスクメンブレン１０を、露光パターン１４全面がレジストＲに密着するまで撓ませた後、光源７からレンズ８を介して露光光Ｌを照射し、露光を行う。マスクメンブレン１０の加圧は、図２に示す駆動シリンダ６等の圧力調整手段を用いて、圧力調整室２内が外気圧よりより高い圧力になるように調整することで行われる。すなわち、駆動シリンダ６により圧力調整室２内の気体の圧力を増大させ、マスク１の露光パターン１４と基板Ｗ上のレジストＲとを全面にわたって均一に密着させる。

ストレインゲージ１５によるマスクメンブレン１０の撓み検出は以下のように行われる。図３の（ａ）に示すように、マスク１が基板ＷのレジストＲから離間した状態では、ストレインゲージ１５に応力は加わらない。そして、図３の（ｂ）に示すようにマスクメンブレン１０を撓ませレジストＲの全面に密着させると、一点鎖線領域Ａで示すマスクメンブレン１０の外周部分が変形し、それに応じてストレインゲージ１５も引っ張り方向に変形する。

このストレインゲージ１５の基本原理は以下に説明するとおりである。まず、一本の棒抵抗の長さをＬ［ｍ］、断面積Ｓ［ｍ² ］とすると、抵抗率ρ［Ω・ｍ］から、全抵抗値Ｒ［Ω］は、Ｒ＝ρＬ／Ｓとなる。ここで、抵抗体が被測定物の変形にともなって引っ張られたとき、抵抗線は伸びる。すなわち、Ｌ＝Ｌ＋ΔＬとなり、抵抗が増加する。このとき断面積もＳ＝Ｓ−ΔＳと小さくなり、また抵抗率ρに変化する。小さな変化においては、出力電圧が抵抗変化分に比例することになり、マスクメンブレン１０の歪みに比例した電圧（検出値）が得られる。

このように、マスクメンブレン１０に設けられたストレインゲージ１５がマスクメンブレン１０の変形にともなって引っ張られると出力電圧が変化し、それをマスク１の変位として読み取ることができる。予め、出力電圧とマスク１の撓みの関係を調べて参照データを用意しておき、マスク１とレジストＲとの密着している度合いを参照データとストレインゲージ１５の出力電圧を比較することで検知することができる。

上記の参照データを、各マスクごとに個別に用意する場合は、各マスクの参照データを互いに比較することで、マスクメンブレンの初期状態が分かるため、個々のマスクの寿命を予測することも可能である。

また、近接場光による露光終了後におけるマスク１とレジストＲ間の剥離は、駆動シリンダ６を逆駆動することによって行われる。すなわち、圧力調整室２内の圧力を外気圧より小さくし、負圧によってレジストＲからマスクメンブレン１０を剥離させることができる。

次に、図４に基づいてマスク１の作製工程を説明する。

（１）図４の（ａ）に示すように、マスク支持体１２となるマスク支持体母材１２ａの両面にメンブレン母材１１を成膜する。

（２）図４の（ｂ）に示すように、マスク支持体母材１２ａの片面のメンブレン母材１１を、マスクメンブレン１０の作製の際のエッチングマスクとなるよう、位置合わせを行い、パターニングを行う。

（３）図４の（ｃ）に示すように、パターニングを行っていない側のメンブレン母材１１に遮光膜１３を成膜する。

（４）図４の（ｄ）に示すように、遮光膜１３の中央部分を加工し、微細パターンである露光パターン１４を作製する。なお、ストレインゲージ１５の出力端である電極１６ａ、１６ｂとなる箇所は遮光膜１３を除去する。

（５）図４の（ｅ）に示すように、スパッタにて薄膜からなるストレインゲージ１５を成膜する。

（６）図４の（ｆ）に示すように、図４の（ｂ）においてパターニングした側のメンブレン母材１１をマスクとしてマスク支持体母材１２ａをエッチングすることによって、マスクメンブレン１０を作製する。

上記工程は決まっているわけではなくマスクメンブレン１０を作製する工程を、遮光膜１３を作製する前や露光パターン１４の作製前に行ってもよい。

以上のようにして作製したマスク１を用い、レジストＲに密着させるためにマスクメンブレン１０を撓ませる。すなわち、圧力調整室２内の圧力を圧力調整室２外に比べ高くするため、駆動シリンダ６を駆動し、このとき、圧力調整室２内に設置された圧力センサ２ａをモニタし、駆動シリンダ６の駆動を制御する。

圧力調整室２内の圧力と圧力調整室２外の圧力が等しいときは、マスクメンブレン１０に撓みは無くストレインゲージ１５の電極１６ａ、１６ｂ間の出力変化は無い。圧力調整室２内の圧力が外気より高くなると、マスクメンブレン１０に加圧力がかかり、露光パターン１４の外側の周辺領域が撓む、それに従ってストレインゲージ１５は伸びて、抵抗変化分が出力として得られる。予め得られている出力電圧とマスクメンブレン１０の撓みの関係を表わす参照データからマスクメンブレン１０とレジストＲの密着状態を検知する。

圧力センサ２ａおよびストレインゲージ１５からの出力から、図示しない密着判断制御ＰＣがマスク１とレジストＲが所定の密着状態に到達したと判断したら、圧力を印加している駆動シリンダ６の駆動を止める。その後、光源７から、レンズ８および圧力調整室２の窓２ｂを介して露光光を照射し、レジストＲを露光する。露光後、駆動シリンダ６の逆駆動により圧力調整室２の圧力を大気圧まで減圧し、マスクメンブレン１０の撓みを解消する。マスク１の撓みを解消するときのストレインゲージ１５の出力は、密着するときの逆の変化となり、ある圧力で初期の電圧に戻る。このようにストレインゲージ１５の出力電圧値が初期値に戻ることでマスクメンブレン１０の撓みが解消されたことを検知する。

図５は一変形例による近接場露光マスクであるマスク２１を示す。これは、マスクメンブレン３０の各辺ごとに分割したストレインゲージ３５ａ〜３５ｄを用いて、それに応じて検出出力数を増やしたものである。マスク２１の作製、制御はマスク１と同じであるので、説明は省略する。ストレインゲージ３５ａ〜３５ｄはマスク２１のマスクメンブレン３０の露光パターン３４の外側に形成される。マスク１では、マスクメンブレン１０の４辺の境界部分に連続して形成されたストレインゲージ１５によって撓みを検出したが、マスク２１では、露光パターン３４の各辺に隣接して独立したストレインゲージ３５ａ〜３５ｄを形成しその出力端にそれぞれ電極３６ａ、３６ｂを形成する。このように異なる辺でそれぞれ個別に撓みを検出することにより、より正確に密着状態を判別することができる。

一実施の形態によるマスクを示すもので、（ａ）はその平面図、（ｂ）断面図である。 図１のマスクを用いた露光装置を説明する図である。 露光中のマスクメンブレンの変形を示す図である。 マスクの製作プロセスを示す図である。 一変形例によるマスクを示す平面図である。

符号の説明

１、２１ マスク
２ 圧力調整室
３ マスクチャック
４ 排気手段
５ ステージ
６ 駆動シリンダ
７ 光源
１０、３０ マスクメンブレン
１１ メンブレン母材
１２ マスク支持体
１３ 遮光膜
１４、３４ 露光パターン
１５、３５ａ〜３５ｄ ストレインゲージ
１６ａ、１６ｂ、３６ａ、３６ｂ 電極

Claims (3)

1. マスクパターンを被露光物に密着させて露光する近接場露光方法に用いられる近接場露光マスクであって、所定のマスク領域に前記マスクパターンを支持するマスクメンブレンと、前記マスクメンブレンの外周縁を支持するマスク支持体と、前記マスクメンブレンの前記マスク領域と前記外周縁との間の周辺領域に被着されたストレインゲージとを備えており、前記ストレインゲージによって前記マスクメンブレンの変形を検出するように構成されていることを特徴とする近接場露光マスク。
2. 所定のマスク領域にマスクパターンを支持するマスクメンブレンを有し、前記マスクメンブレンの前記マスク領域を除く周辺領域に前記マスクメンブレンの変形を検出するストレインゲージを備えた近接場露光マスクを介して被露光物を露光する近接場露光方法であって、
   近接場露光マスクを被露光物に対向させる工程と、
   被露光物に対向させた近接場露光マスクのマスクメンブレンを加圧・変形させることでマスクパターンを被露光物に密着させる工程と、
   マスクパターンを被露光物に密着させたマスクメンブレンの加圧力をストレインゲージの出力に基づいて調整することで所定の密着状態に制御する工程と、
   所定の密着状態に制御されたマスクメンブレンのマスクパターンを介して被露光物を露光する工程と、を有することを特徴とする近接場露光方法。
3. マスクメンブレンに作用する気体の圧力を圧力調整手段によって調整することによって、マスクパターンの被露光物に対する密着状態を制御することを特徴とする請求項２記載の近接場露光方法。

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