JP4522166B2 - 露光方法 - Google Patents

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Description

本発明は、露光方法に関し、特に近接場光を用いて露光を行うものに関する。
近年、半導体デバイスや光デバイスを製造するために用いられるリソグラフィー技術の進化・多様化が進み、新たな可能性を探るエマージングリソグラフィー技術として、様々な露光方法について提案がなされており、このような状況の中、光の回折限界を超えて微細な加工が可能となる近接場光を用いた露光方法が提案されている。
そして、このような近接場光を用いた露光方法を採用した露光装置としては、露光用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せることにより、露光用マスク全面をレジスト面に密着させ、近接場光を用いて露光を行う構成のものが提案されている（特許文献１及び２参照。）。
特開平１１−１４５０５１号公報 特開平１１−１８４０９４号公報
ところで、このような従来の近接場光を用いた露光装置、或いは露光方法では、露光用マスクと被露光物間の距離を予め設定された距離まで近づけ、この後、露光用マスクを弾性変形させ（撓ませ）、露光用マスクと被露光物とを接触させるようにしている。しかし、このように構成した場合、露光用マスクと被露光物間の距離が設定された距離からずれると、弾性変形する露光用マスクの伸張する量が変動し、これに伴って被露光物へ露光するパターンのサイズや間隔が変動する。
そして、今まで提案されてきた近接場光を用いた露光装置、或いは露光方法では、この点について検討がなされていなかった。
本発明は、弾性変形可能な保持部材と、該保持部材上に設けられた開口パターンを有する遮光膜と、アライメントマークと、を備えた露光用マスクを撓ませ、被露光物に接触させた状態で露光を行う露光方法において、前記露光用マスクを撓ませる前に該露光用マスクと前記被露光物との距離を検知する工程と、前記露光用マスクを撓ませて該露光用マスクを前記露光物に接触させ、前記アライメントマークの位置を計測して、前記開口パターンの変形量を求める工程と、前記露光用マスクを前記露光物より離間させた後、前記開口パターンの変形量を考慮して、該開口パターンの倍率を調整する距離まで、再度、前記露光用マスクを前記露光物に近づける工程と、前記露光用マスクを前記露光物に接触させて露光を行う工程と、を有する、ことを特徴とするものである。
本発明のように、露光用マスクを撓ませる前の露光用マスクと被露光物との距離を検知し、検知された距離に基づき露光用マスクを撓ませる前の露光用マスクと被露光物との距離を制御することにより、露光用マスクの撓み量を制御することができ、これにより被露光物へ露光するパターンのサイズ、間隔などを制御することができる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の参考例に係る露光装置の概略構成を示す図である。図１において、２００は近接場露光装置であり、この近接場露光装置２００は、圧力調整容器２０８と、露光光源２１０と、ステージ２０７と、圧力調整容器２０８内の圧力を調整する圧力調整装置２０９を備えている。
また、図１において、１００は、圧力調整容器２０８の底面に取り付けられている露光用マスクであり、この露光用マスク１００は、図２に示すようにマスク支持体１０４、マスク母材１０１、遮光膜１０２から構成されている。ここで、遮光膜１０２は、弾性体からなる薄膜の保持部材であるマスク母材１０１の上に保持されるように成膜されており、その遮光膜１０２に微小開口１０３が所望のパターンに形成されている。
また、この露光用マスク１００の、少なくともマスク支持体１０４から外れた中央部分は、弾性変形可能な薄膜部１０５となっている。なお、以下の説明において、露光用マスク１００の図２の（ａ）に示す面、即ち遮光膜１０２が設けられた面を表面、その反対側を裏面という。また、露光用マスク１００はマスク支持体１０４を介して圧力調整容器２０８の底面に取り付けられるようになっている。
また、図１において、２０６は、マスク面内２次元方向及びマスク面法線方向に移動可能な移動手段であるステージ２０７上に取り付けられた被露光物であり、この被露光物２０６は基板２０５と、基板２０５の表面に形成されたレジスト２０４とから構成されるものである。そして、この被露光物２０６をステージ２０７上に取り付け、ステージ２０７を駆動することにより、露光用マスク１００に対する基板２０５のマスク面内２次元方向の相対位置合わせを行い、この後、マスク面法線方向に移動させるようにしている。
なお、図１において、２１１は露光光源２１０から出射される露光光ＥＬを平行光にするためのコリメータレンズであり、このコリメータレンズ２１１で平行光とされた露光光ＥＬは、圧力調整容器２０８の上面に設けられたガラス窓２１２を通って圧力調整容器２０８内に導入されるようになっている。
次に、このように構成された近接場露光装置２００の露光方法について説明する。
まず、圧力調整容器２０８の底面に露光用マスク１００を、表面が被露光物２０６に面する状態で取り付ける。次に、被露光物２０６をステージ２０７上に取り付け、ステージ２０７を駆動することにより、露光用マスク１００に対する基板２０５のマスク面内２次元方向の相対位置合わせを行い、この後、露光用マスク１００との距離が所定の設定距離となるまでマスク面法線方向に移動させる。
次に、圧力調整容器２０８内に圧力調整手段２０９から気体を送り込み、露光用マスク１００に対して裏面から表面に向かって圧力を印加することにより、露光用マスク１００（の薄膜部１０５）を被露光物側に弾性変形させ（撓ませ）、露光用マスク１００の表面と基板２０５上のレジスト２０４面との間隔が全面にわたって１００ｎｍ以下になるように露光用マスク１００と被露光物２０６を密着（接触）させる。
次に、このように露光用マスク１００を被露光物２０６に密着させた後、露光光源２１０から出射される露光光ＥＬをコリメータレンズ２１１で平行光にした後、ガラス窓２１２を通って圧力調整容器２０８内に導入し、露光用マスク１００に対して裏面から照射する。これにより、露光用マスク１００のマスク母材１０１上の遮光膜１０２に形成された微小開口パターンから近接場光が滲み出し、この近接場光により被露光物２０６に対して露光が行われる。
次に、このような露光工程が終了した後、圧力調整容器２０８内の気体を排出し、圧力調整容器外の気圧と等しくする。これにより、露光用マスク１００の撓みが解消され、露光用マスク１００が被露光物２０６から剥離される。なお、このとき露光用マスク１００と被露光物２０６の間に吸着力が存在する場合、圧力調整容器内外の気圧を等しくしても、露光用マスク１００が被露光物２０６から剥離されないことがある。この場合は、圧力調整容器内の気圧を、外の気圧よりも低くすることで露光用マスク１００を図中上方向に撓ませ、剥離する力を強くするようにする。
以上の工程を行うことで、露光プロセスを終了し、所望のパターンを被露光物２０６に露光することができる。なお、本参考例においては、露光用マスク１００を撓ませる方法として露光用マスク１００に圧力を印加する圧力印加方法を用いたが、この他、例えば露光用マスク１００と被露光物２０６との間に静電力を発生させ、この静電力により露光用マスク１００を被露光物２０６側に撓ませる方法もあるが、本発明はどのような露光用マスク１００の撓ませ方にも限定されるものではない。
ところで、本参考例に係る近接場光を用いた近接場露光装置２００においては、露光用マスク１００を被露光物２０６に密着させる時に、露光用マスク自体を撓ませるようにしている。ここで、露光用マスク自体は弾性体で構成されているため、撓ませると露光用マスク１００（の薄膜部１０５）が伸張し、これにより露光用マスク上に形成した微小開口パターンが存在するパターン領域が、図３の（ａ）に示す露光用マスク１００が伸張する前のパターン領域２ｄから、図３の（ｂ）に示すパターン領域２Ｄへと広がり、この結果、微小開口パターンのサイズや位置などが広がる。
なお、この露光用マスク１００の伸張量は、露光用マスク１００が図２に示す円形の場合、その半径をｄ、露光用マスク中心の変位量をｔとし、露光用マスク１００が成す円弧の形状を直線に近似するものとすると、伸張後の露光用マスク１００の半径長さＤは、およそｄ／［ｃｏｓ（ｔ／ｄ）］となる。
このため、露光用マスク１００の微小開口パターンを設計する際は、露光用マスク１００と被露光物２０６との間隔の設定値に応じて、露光用マスク１００が伸張する量を予め実験や薄膜の弾性変形に関する数値計算から求めておき、この伸張する量を考慮して露光用マスク上の微小開口パターンを予め補正して設計するようにしている。
例えば、露光用マスク１００と被露光物２０６の間隔（距離）の設定値が１００μｍであり、このとき露光用マスク上の微小開口パターンが１．００１倍に伸張する場合は、予め露光用マスク上の微小開口パターンを０．９９９（≒１／１．００１）倍に縮小したものとするよう補正して設計する。
なお、マスク支持体１０４が支持する薄膜状のマスク母材１０１を法線方向からみた形状が円形である場合、露光用マスクは面内方向に等方的に伸張するので、この場合は、全体形状の補正は不要である。しかしながら、マスク母材１０１を法線方向からみた形状が、例えば四角形である場合は、糸巻き型に面内方向に非等方的に伸張する。したがって、この場合は、あらかじめ、開口パターンの全体配置を樽型に配置する補正を行う必要がある。
ところが、このように微小開口パターンを設計した露光用マスク１００を用いた露光時に、露光用マスク１００を撓ませる前の露光用マスク１００と被露光物２０６との距離が、予め設定されている距離と異なるようになると、露光用マスク１００の伸張する量も変化する。
例えば、露光用マスク−被露光物間の距離が設定距離よりも短くなると、撓み量も設定された撓み量よりも小さくなる。逆に、露光用マスク−被露光物間距離が設定距離よりも長くなると、撓み量も設定された撓み量よりも大きくなる。
そして、このように露光用マスクの撓み量（伸張量）が、露光用マスク−被露光物間距離に依存して変化すると、露光されるパターンサイズ・間隔も同様に変化し、この結果、所望の露光を行うことができなくなる。
したがって、露光されるパターンサイズ・間隔の精度を高めるためには露光用マスク−被露光物間距離を精密に制御する必要があり、このように露光用マスク−被露光物間距離を制御するためには、距離を精密に測定することが必要となる。
そこで、本参考例においては、露光用マスク１００と被露光物２０６との間の距離を測定するため、図１に示すように圧力調整容器２０８内に距離検知手段として距離測定装置２１４を設置するようにしている。
ここで、この距離測定装置２１４は、例えばレーザ光を用いた三角測距式で距離を測定する構成のものであり、このような方式による距離測定が可能となるよう、図２に示すように、露光用マスク１００の距離測定装置２１４に対応する位置には距離測定の基準点となる光透過窓である透明領域部１０６が設けられている。
そして、本参考例において、近接場露光装置２００は既述した露光を行う前に、この距離測定装置２１４を用い、露光用マスク１００と被露光物２０６との間の距離を検出し、この信号を用いたフィードバック制御によってステージ２０７を駆動し、被露光物２０６を露光用マスク１００に設定した距離まで精度よく近づけるようにしている。
次に、このような距離測定装置２１４の距離測定動作について説明する。
この距離測定装置２１４では、距離を測定する場合には、まずレーザ光を露光用マスク１００の透明領域部１０６に向けて出射する。そして、このように出射されたレーザ光は、透明領域部１０６で反射する成分と、透明領域部１０６を透過する成分とに分かれる。ここで、レーザ光のうち反射した成分は、距離測定装置２１４内に入射し、この反射光の位置によって透明領域部１０６までの距離、即ち露光用マスク１００までの距離を測定することができる。
また、レーザ光のうち透明領域部１０６を透過した成分は、この後、被露光物２０６に到達して反射し、この反射したレーザ光が再び透明領域部１０６を透過して距離測定装置２１４内に入射する。そして、この入射した反射光の位置により、被露光物２０６までの距離を測定することができる。
更に、このようにしてそれぞれ測定された露光用マスク１００までの距離と、被露光物２０６までの距離との差分を取ることで、露光用マスク１００と被露光物２０６との距離を得ることができる。
そして、このようにして得た距離から、近接場露光装置２００の所定の位置に設けられた距離制御手段であるフィードバック制御部２０１によってステージ２０７をフィードバック制御することにより、露光用マスク１００と被露光物２０６との距離が所望の設定値となるよう精密に制御することができる。
なお、この露光用マスク１００と被露光物２０６との距離を測定するための測定点となる透明領域部１０６を、マスク面内上に複数、本参考例においては図２に示すように４箇所に配置することにより、より正確な距離を測定することができる。さらに、４つの透明領域部１０６を均等に配置することにより、露光用マスク１００と被露光物２０６の相対的な傾きも測定できる。
そして、このように測定した露光用マスク１００と被露光物２０６の相対的な傾きを、ステージ２０７を用いて補正し、露光用マスク１００と被露光物２０６とを平行にすることで、この後、近接場光で被露光物２０６に対して露光を行う場合におけるパターンの露光精度を向上させることができる。
なお、透明領域部１０６の形成位置は、薄膜部１０５は距離測定時にたわみが生じる可能性があり、この場合には正確に距離が測定できないことから、露光用マスク１００と被露光物２０６との距離を正確に測定するためには、撓まないマスク支持体上に形成することが望ましい。
このように、露光を行う前、即ち露光用マスク１００を撓ませる前の、露光用マスク１００と被露光物２０６との距離を検知し、検知された距離に基づき露光用マスク１００を撓ませる前の露光用マスク１００と被露光物２０６との距離を制御することにより、露光用マスク１００の撓み量を制御することができ、これにより被露光物２０６へ露光するパターンのサイズ、間隔などを制御することができる。
なお、これまでの説明においては、距離測定装置２１４は三角測距式により距離を測定するものとしたが、光学系のフォーカス位置から距離を検出する方法や光の干渉を利用する方法など、異なる光学的な距離測定方法を用いてもよい。
また、光学的な距離測定方法の他、例えば、露光用マスクと被露光物間の静電容量を測定することにより距離測定を行うようにしても良い。
次に、このような距離測定方法として、静電容量を測定するようにした本発明の第２の参考例について説明する。
図４は、本参考例に係る露光装置の概略構成を示す図である。なお、同図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示している。
図４において、２１３は露光用マスク１００に設けられ、静電容量を測定するための電極パッドであり、この電極パッド２１３と被露光物２０６との間には図示しない駆動回路が接続されるようになっている。
そして、本参考例においては、既述した露光を行う前に駆動回路から出力された電圧値を不図示の検知部により検知し、この電圧値から静電容量を検知するようにしている。なお、本参考例においては、これら電極パッド２１３、不図示の駆動回路及び検知部により距離検知手段が構成される。
ここで、この静電容量は、露光用マスク１００と被露光物２０６との距離に応じたものであることから、静電容量を検出することにより、電極パッド２１３と被露光物２０６との距離を測定することが可能となる。
そして、このようにして得た距離から、フィードバック制御部２０１によってステージ２０７をフィードバック制御することにより、露光用マスク１００と被露光物２０６との距離を所望の値となるよう精密に制御することができる。
なお、この露光用マスク１００と被露光物２０６との距離を測定するための基準点となる電極パッド２１３を、マスク面内上に複数、本参考例においては図５に示すように４箇所に配置することにより、より正確な距離を測定することができる。さらに、４つの電極パッド２１３を、既述した第１の参考例と同様に、均等に配置することにより、露光用マスク１００と被露光物２０６の相対的な傾きも測定できる。
ここで、電極パッド２１３形成位置は、薄膜部１０５は距離測定時にたわみが生じる可能性があり、この場合には正確に距離が測定できないことから、露光用マスク１００と被露光物２０６との距離を正確に測定するためには、撓まないマスク支持体上に形成することが望ましい。
なお、これまでは、露光用マスク１００と被露光物２０６との距離を測定するのに、光、或いは静電容量を用いる２例を挙げたが、本発明は、これらの距離測定方法に限定されるものではなく、露光用マスクと被露光物との距離を測定することが可能な測定方法ならばよい。
ところで、本発明は、これまで第１及び第２の参考例で述べてきたように、露光用マスク１００と被露光物２０６との距離を測定し、その測定結果に応じて露光用マスク１００と被露光物２０６との距離を所望の値となるようにすることにより、露光用マスク１００を設定された量だけ撓ませるようにすることができるが、本発明は、これだけに限らず、露光用マスク１００を所望する量だけ撓ませる距離となるよう露光用マスク１００と被露光物２０６との距離を制御するようにしても良い。
例えば、ある微小開口パターンを形成した露光用マスクを用いて被露光物に露光を行うとき、露光工程とは別の、微小開口パターンの作製誤差などのプロセスが原因で、微小開口パターン設計時の露光用マスク−被露光物間距離では、所望の微小開口パターンサイズ・間隔が得られない場合がある。
ここで、このような露光用マスク上の微小開口の作製誤差が原因の場合、所望の微小開口パターンサイズ・間隔を得るためには、露光用マスクの修正や作り直しが必要となる。しかし、本発明のように、露光用マスク−被露光物間距離を設定・制御することによって露光用マスクの状態に応じて露光用マスクの伸張量を変化させるようにすれば、露光用マスクの微小開口作製誤差を補正することができる。これにより、露光用マスクの修正や作り直しを行うことなく微小開口パターンサイズ・間隔などを変化させることができる。
また、例えばマスク母材の硬さや膜厚などによって露光用マスクの伸張のしかたが変化した場合、或いは複数の露光用マスクを用いてパターンを重ねて露光を行う時、個々の露光用マスクによってサイズに誤差がある場合等、他のプロセス時の作製誤差などが原因で、所望の微小開口パターンサイズ・間隔が得られない場合でも、本発明により、個々の露光用マスクに対して露光用マスク−被露光物間距離を設定・制御することで、重ね合わせ精度をあげることができる。
このように、露光用マスクと被露光物との間隔を制御し、露光用マスクの撓ませ量を所望の様々な値とすることで、被露光物へ露光するパターンのサイズ・間隔などを、様々なサイズ・間隔とする調整や補正を行うことができる。
さらに、例えば露光用マスクを撓ませて被露光物に密着させたとき、露光用マスクの開口パターンが設けられている領域を挟んで設けられた複数のアライメントマークの位置の計測結果から所望のパターンに対して、開口パターンが１．００１倍大きくなることがわかる場合がある。
そして、このような場合でも、本発明の実施の形態として、一旦露光用マスクを被露光物から離し、再度密着させる際、計算上、開口パターンが被露光物上でちょうど１．０００倍となる距離まで露光用マスクと被露光物を近づけた後、再び露光用マスクを弾性変形させて被露光物に密着させ、開口パターンが所定のサイズとなる状態で露光を行うことにより、露光時における露光用マスクの開口パターンの倍率調整を行うことができる。
また、露光用マスクと被露光物との間を平行からずらして傾けることにより、マスク面内方向に非等方的な倍率補正を行うことも可能である。これにより、例えば、四角い形に配置されたパターンを台形に配置させるような補正も可能となる。
また、被露光物としてレジストを塗布する基板材料の物性値のばらつきによって、倍率が異なる場合が考えられる。例えば、導波路デバイス中に回折格子を作製する時に、導波路を構成する基板材料の屈折率が、基板ごとにばらついている場合、実際の屈折率にあわせて、倍率を制御し、回折格子のピッチを変化させ、屈折率に応じたピッチの回折格子を作製することが可能である。
なお、その他にも利用目的は多数あるが、本発明はこれらの利用目的に限定されるものではなく、露光用マスク−被露光物間距離を設定・制御することで、マスクの伸張量を制御し、露光するパターンのサイズ・間隔などを制御するものであればよい。
本発明の第１の参考例に係る露光装置の概略構成を示す図。 上記露光装置に設けられる露光用マスクを説明する図。 上記露光用マスクを撓ませることで露光用マスクが伸張し、パターンが広がって位置ずれを起こすことを説明する原理図。 本発明の第２の参考例に係る露光装置の概略構成を示す図。 上記露光装置に設けられる露光用マスクを説明する図。
符号の説明
１００ 露光用マスク
１０１ マスク母材
１０２ 遮光膜
１０４ マスク支持体
１０５ 薄膜部
１０６ 透明領域部
２００ 近接場露光装置
２０１ フィードバック制御部
２０６ 被露光物
２０７ ステージ
２０８ 圧力調整容器
２０９ 圧力調整装置
２１０ 露光光源
２１３ 電極パッド
２１４ 距離測定装置

Claims (1)

  1. 弾性変形可能な保持部材と、該保持部材上に設けられた開口パターンを有する遮光膜と、アライメントマークと、を備えた露光用マスクを撓ませ、被露光物に接触させた状態で露光を行う露光方法において、
    前記露光用マスクを撓ませる前に該露光用マスクと前記被露光物との距離を検知する工程と、
    前記露光用マスクを撓ませて該露光用マスクを前記露光物に接触させ、前記アライメントマークの位置を計測して、前記開口パターンの変形量を求める工程と、
    前記露光用マスクを前記露光物より離間させた後、前記開口パターンの変形量を考慮して、該開口パターンの倍率を調整する距離まで、再度、前記露光用マスクを前記露光物に近づける工程と、
    前記露光用マスクを前記露光物に接触させて露光を行う工程と、を有する、ことを特徴とする露光方法。
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