JP2008304816A - 近接場露光用マスクおよび近接場露光方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の加工ピッチの開口パターンを同時に露光することができ、かつ１：１の等倍露光が可能となる近接場露光用マスクおよび近接場露光方法を提供する。
【解決手段】開口部を有する遮光膜を備えた露光用マスクの前記開口部に発生する近接場光を用い、被露光物を露光する近接場露光用マスクであって、前記露光用マスクの前記開口部は、少なくとも複数の加工ピッチおよび開口幅を備え、前記開口部の開口幅をｓ（ｎｍ）、加工ピッチをｐ（ｎｍ）、無次元パラメータをＥ、係数をａ、ｂとしたとき、前記開口部が、以下の（数式１）、（数式２）、（数式３）、（数式４）を満たす前記開口幅を備えている構成とする。
【選択図】なし
【解決手段】開口部を有する遮光膜を備えた露光用マスクの前記開口部に発生する近接場光を用い、被露光物を露光する近接場露光用マスクであって、前記露光用マスクの前記開口部は、少なくとも複数の加工ピッチおよび開口幅を備え、前記開口部の開口幅をｓ（ｎｍ）、加工ピッチをｐ（ｎｍ）、無次元パラメータをＥ、係数をａ、ｂとしたとき、前記開口部が、以下の（数式１）、（数式２）、（数式３）、（数式４）を満たす前記開口幅を備えている構成とする。
【選択図】なし
Description
本発明は、近接場露光用マスクおよび近接場露光方法に関するものである。
近年、半導体デバイスを始めとする微細加工を必要とする各種電子デバイスの分野ではデバイスの高密度化、高集積化の要求がますます高まっており、これらの要求を満たすにはパターンの微細化が必須となってきている。
これら要求を満たすものとして、投影系露光装置が近年主流となっている。
投影系露光装置は一般的に光源と照明光学系とパターンが描画されたマスクと投影光学系と被露光物をスキャンさせるステージにより構成されており、解像限界は光の波長程度である。
このようなことから解像度を上げるために投影光学系と被露光物を液体で満たして露光する液浸露光技術が提案されているが、投影光学系の大型化、高精度化、装置の複雑化により装置コストが上昇するという課題も生じている。
これら要求を満たすものとして、投影系露光装置が近年主流となっている。
投影系露光装置は一般的に光源と照明光学系とパターンが描画されたマスクと投影光学系と被露光物をスキャンさせるステージにより構成されており、解像限界は光の波長程度である。
このようなことから解像度を上げるために投影光学系と被露光物を液体で満たして露光する液浸露光技術が提案されているが、投影光学系の大型化、高精度化、装置の複雑化により装置コストが上昇するという課題も生じている。
一方、解像度が光の波長に依らないローコストな微細加工方法の一つとして露光用マスク面上の遮光膜に形成された微小開口から生ずる近接場光を利用した近接場露光方法が提案されている。
近接場光の強度は一般的に微小開口からの距離に対して急激に減衰するため、実用的には被露光物と微小開口は１００ｎｍ以下に近接させることが必要である。また、微小開口近傍における近接場光強度は露光用マスク面上の遮光膜の厚さや微小開口のピッチあるいは開口幅により変化することが知られている。
そのため、近接場光を用いてレジストにパターンを精度よく露光する上で、露光用マスク面上の遮光膜や微小開口の寸法によって、微小開口近傍に生ずる近接場光分布を制御することが重要である。
特許文献１では露光用マスク面上の遮光膜の厚みに着目して、遮光膜の厚さと微小開口の開口幅と近接場光強度の関係を明確にし、遮光膜の厚さを所望の近接場光強度が得られるように選択している。
特開２００４−２９７４８号公報
近接場光の強度は一般的に微小開口からの距離に対して急激に減衰するため、実用的には被露光物と微小開口は１００ｎｍ以下に近接させることが必要である。また、微小開口近傍における近接場光強度は露光用マスク面上の遮光膜の厚さや微小開口のピッチあるいは開口幅により変化することが知られている。
そのため、近接場光を用いてレジストにパターンを精度よく露光する上で、露光用マスク面上の遮光膜や微小開口の寸法によって、微小開口近傍に生ずる近接場光分布を制御することが重要である。
特許文献１では露光用マスク面上の遮光膜の厚みに着目して、遮光膜の厚さと微小開口の開口幅と近接場光強度の関係を明確にし、遮光膜の厚さを所望の近接場光強度が得られるように選択している。
しかしながら、上記従来例では近接場光の強度については関係が明確になっているが、開口パターンのピッチと近接場光強度の空間分布については明らかにされていなかった。
特に、露光用マスク上に形成された微小開口パターンを同時にかつ１：１に露光するためには近接場光強度の空間分布を明らかにすることが重要である。
特に、露光用マスク上に形成された微小開口パターンを同時にかつ１：１に露光するためには近接場光強度の空間分布を明らかにすることが重要である。
本発明は、上記課題に鑑み、複数の加工ピッチの開口パターンを同時に露光することができ、かつ１：１の等倍露光が可能となる近接場露光用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。
本発明は、上記課題を解決するため、つぎのように構成した近接場露光用マスクおよび近接場露光方法を提供するものである。
本発明の近接場露光用マスクは、開口部を有する遮光膜を備えた露光用マスクの前記開口部に発生する近接場光を用い、被露光物を露光する近接場露光用マスクであって、
前記露光用マスクの前記開口部は、少なくとも複数の加工ピッチおよび開口幅を備え、
前記開口部の開口幅をｓ（ｎｍ）、加工ピッチをｐ（ｎｍ）、無次元パラメータをＥ、係数をａ、ｂとしたとき、前記開口部が、以下の（数式１）、（数式２）、（数式３）、（数式４）を満たす前記開口幅を備えていることを特徴とする。
本発明の近接場露光用マスクは、開口部を有する遮光膜を備えた露光用マスクの前記開口部に発生する近接場光を用い、被露光物を露光する近接場露光用マスクであって、
前記露光用マスクの前記開口部は、少なくとも複数の加工ピッチおよび開口幅を備え、
前記開口部の開口幅をｓ（ｎｍ）、加工ピッチをｐ（ｎｍ）、無次元パラメータをＥ、係数をａ、ｂとしたとき、前記開口部が、以下の（数式１）、（数式２）、（数式３）、（数式４）を満たす前記開口幅を備えていることを特徴とする。
また、本発明の近接場露光方法は、開口部を有する遮光膜を備えた露光用マスクの該開口部に発生する近接場光を用い、被露光物を露光する近接場露光方法であって、
前記露光用マスクの前記開口部は、少なくとも複数の加工ピッチおよび開口幅を備え、
前記開口部の開口幅をｓ（ｎｍ）、加工ピッチをｐ（ｎｍ）、無次元パラメータをＥ、係数をａ、ｂとするとき、前記開口幅として以下の（数式１）、（数式２）、（数式３）、（数式４）を満たす開口幅を決定する工程と、
前記開口幅を決定する工程で決定された開口幅を備えた開口部を有する露光用マスクを作製する工程と、
前記露光用マスクを作製する工程で作製された露光用フォトマスクを用い、該露光用フォトマスクへ露光光を照射し、前記被露光物を露光する工程と、
を有することを特徴とする。
前記露光用マスクの前記開口部は、少なくとも複数の加工ピッチおよび開口幅を備え、
前記開口部の開口幅をｓ（ｎｍ）、加工ピッチをｐ（ｎｍ）、無次元パラメータをＥ、係数をａ、ｂとするとき、前記開口幅として以下の（数式１）、（数式２）、（数式３）、（数式４）を満たす開口幅を決定する工程と、
前記開口幅を決定する工程で決定された開口幅を備えた開口部を有する露光用マスクを作製する工程と、
前記露光用マスクを作製する工程で作製された露光用フォトマスクを用い、該露光用フォトマスクへ露光光を照射し、前記被露光物を露光する工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の近接場露光方法は、前記被露光物は、露光光に対して反射率の高い基板とレジスト層から構成され、該レジスト層の厚さは１２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
また、本発明の近接場露光方法は、前記被露光物は、少なくとも上層レジスト層と下層レジスト層による多層レジスト層と、露光光に対して反射率の高い基板と、によって構成される多層構造を有し、
前記上層レジスト層の厚さは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であり、多層レジスト層の厚さは１２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
また、本発明の近接場露光方法は、前記被露光物は、少なくとも上層レジスト層と下層レジスト層による多層レジスト層と、露光光に対して反射率の高い基板と、によって構成される多層構造を有し、
前記上層レジスト層の厚さは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であり、多層レジスト層の厚さは１２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
本発明によれば、複数の加工ピッチの開口パターンを同時に露光することができ、かつ１：１の等倍露光が可能となる近接場露光用マスクおよび近接場露光方法を実現することができる。
本発明の上記近接場露光用マスクの開口部が、上記した（数式１）、（数式２）、（数式３）、（数式４）を満たす開口幅を備えるようにした構成は、開口パターンのピッチと近接場光強度の空間分布の関係に着目して見出されたものである。
そして、上記本発明のように構成された近接場露光用マスクによれば、露光用フォトマスクの遮光膜上に形成された各微小開口の開口中心からそれに対応する加工ピッチの１／４の距離において、被露光物中の近接場光強度が等しくなる。
これにより、被露光物における露光部と未露光部の境界において常に同じＤｏｓｅ量となり、従って複数の加工ピッチの開口パターンを同時に露光可能となり、かつ１：１の等倍露光が可能となる。
また、上記本発明のように構成された近接場露光方法によれば、近接場露光用マスクの遮光膜上に形成された各微小開口の開口中心からそれに対応する加工ピッチの１／４の距離において、被露光物中の近接場光強度が等しくなる。
これにより、被露光物における露光部と未露光部の境界において常に同じＤｏｓｅ量となり、従って複数の加工ピッチの開口パターンを同時に露光可能となり、かつ１：１の等倍露光が可能となる。
これらにより、異なるピッチおよび線幅を有する複数組のラインアンドスペース（１：１）のパターンを、同時に精度よく形成することが可能となる。
そして、上記本発明のように構成された近接場露光用マスクによれば、露光用フォトマスクの遮光膜上に形成された各微小開口の開口中心からそれに対応する加工ピッチの１／４の距離において、被露光物中の近接場光強度が等しくなる。
これにより、被露光物における露光部と未露光部の境界において常に同じＤｏｓｅ量となり、従って複数の加工ピッチの開口パターンを同時に露光可能となり、かつ１：１の等倍露光が可能となる。
また、上記本発明のように構成された近接場露光方法によれば、近接場露光用マスクの遮光膜上に形成された各微小開口の開口中心からそれに対応する加工ピッチの１／４の距離において、被露光物中の近接場光強度が等しくなる。
これにより、被露光物における露光部と未露光部の境界において常に同じＤｏｓｅ量となり、従って複数の加工ピッチの開口パターンを同時に露光可能となり、かつ１：１の等倍露光が可能となる。
これらにより、異なるピッチおよび線幅を有する複数組のラインアンドスペース（１：１）のパターンを、同時に精度よく形成することが可能となる。
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においては、本発明を適用して構成した近接場露光用マスクについて説明する。
図１に、本実施例における近接場露光用マスクの構成例を説明する図を示す。
図１において、１はマスク母材、２は遮光膜、４は近接場フォトマスク、３１は微小開口パターン、３２は微小開口パターン、３３は微小開口パターンである。
［実施例１］
実施例１においては、本発明を適用して構成した近接場露光用マスクについて説明する。
図１に、本実施例における近接場露光用マスクの構成例を説明する図を示す。
図１において、１はマスク母材、２は遮光膜、４は近接場フォトマスク、３１は微小開口パターン、３２は微小開口パターン、３３は微小開口パターンである。
本実施例においては、露光光の波長は３６５ｎｍのものが用いられる。
マスク母材１と遮光膜２および近接場光を発生させるための微小開口パターン３により、近接場フォトマスク４が構成されている。
マスク母材１の材料は窒化シリコンであり、厚みは４００ｎｍ程度である。
遮光膜２の材料はアモルファスシリコンであり厚みは５０ｎｍ程度である。
遮光膜２には、それぞれ加工ピッチが異なる微小開口パターン３１、微小開口パターン３２、微小開口パターン３３が描画されている。
そして、これらの各加工ピッチは、４４ｎｍ，７２ｎｍ，１３０ｎｍとされている。
マスク母材１と遮光膜２および近接場光を発生させるための微小開口パターン３により、近接場フォトマスク４が構成されている。
マスク母材１の材料は窒化シリコンであり、厚みは４００ｎｍ程度である。
遮光膜２の材料はアモルファスシリコンであり厚みは５０ｎｍ程度である。
遮光膜２には、それぞれ加工ピッチが異なる微小開口パターン３１、微小開口パターン３２、微小開口パターン３３が描画されている。
そして、これらの各加工ピッチは、４４ｎｍ，７２ｎｍ，１３０ｎｍとされている。
ここで、各微小開口パターンの加工ピッチと開口幅は、開口幅をｓ（ｎｍ）、加工ピッチをｐ（ｎｍ）としたとき、開口幅はつぎの（数式５）を満たすように設定される。
ｓ＝０．０７３ｐ＋１４．６３…………（数式５）
これは、課題を解決するための手段で示した（数式１）において、ａ＝０．０７３，ｂ＝４．１９，Ｅ＝１とした場合と一致する。
上記（数式５）から、上記各微小開口パターンの加工ピッチに対する開口幅は、微小開口パターン３１は１８ｎｍ，微小開口パターン３２は２０ｎｍ、微小開口パターン３３は２４ｎｍとなる。
ｓ＝０．０７３ｐ＋１４．６３…………（数式５）
これは、課題を解決するための手段で示した（数式１）において、ａ＝０．０７３，ｂ＝４．１９，Ｅ＝１とした場合と一致する。
上記（数式５）から、上記各微小開口パターンの加工ピッチに対する開口幅は、微小開口パターン３１は１８ｎｍ，微小開口パターン３２は２０ｎｍ、微小開口パターン３３は２４ｎｍとなる。
図２は、本実施例における被露光物の概略構成を説明する図である。
図２において、５は上層レジスト層、６はＳＯＧ層、７は下層レジスト層、８は基板、９は被露光物である。
本実施例の被露光物９は、上層レジスト層５と、ＳＯＧ層６と、下層レジスト層７から成る多層レジスト層と、露光光に対して反射率の高い基板８から構成される多層構造を備えている。
上層レジスト層５は露光波長により感光し、現像工程においてパターニングされるものである。
各層の厚みは概ね上層レジスト層５が１０ｎｍ、ＳＯＧ層６が２０ｎｍ、下層レジスト層７が１００ｎｍ、基板８が５００ｕｍである。
なお、上層レジスト層の厚さは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下とし、多層レジスト層の厚さは１２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の範囲とすることが望ましい。
上層レジスト層５および下層レジスト層７は樹脂系の材料が一般的に使われ、基板８の材料はシリコンである。
図２において、５は上層レジスト層、６はＳＯＧ層、７は下層レジスト層、８は基板、９は被露光物である。
本実施例の被露光物９は、上層レジスト層５と、ＳＯＧ層６と、下層レジスト層７から成る多層レジスト層と、露光光に対して反射率の高い基板８から構成される多層構造を備えている。
上層レジスト層５は露光波長により感光し、現像工程においてパターニングされるものである。
各層の厚みは概ね上層レジスト層５が１０ｎｍ、ＳＯＧ層６が２０ｎｍ、下層レジスト層７が１００ｎｍ、基板８が５００ｕｍである。
なお、上層レジスト層の厚さは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下とし、多層レジスト層の厚さは１２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下の範囲とすることが望ましい。
上層レジスト層５および下層レジスト層７は樹脂系の材料が一般的に使われ、基板８の材料はシリコンである。
図３は、近接場フォトマスク４と被露光物９を用いて近接場露光する際の概要を説明する図である。
図３には、図１及び図２と同じ構成に同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。
図３において、１０は近接場光である。近接場露光では、フォトマスク４と被露光物９の上層レジスト層５を密着させた上で露光光を近接場フォトマスク４に照射し、それぞれ微小開口パターンの近傍に生じる近接場光１０により上層レジスト層５を感光させる。
すなわち、上層レジスト層５のうち相対的に近接場光の強度が高い空間が露光部となり、強度が低い空間が未露光部となる。
このとき、微小開口パターンのピッチや開口幅、あるいは被露光物９の層構造の厚みや材料により、近接場光１０の強度やその空間分布が複雑に変化することが知られている。
また、近接場光の強度やその空間分布を予測する手法としてＦＤＴＤ法による電磁界解析法が知られている。発明者はＦＤＴＤ法を図３にあらわした近接場露光に適用し、近接場光１０の強度や空間分布を予測することに成功した。
図３には、図１及び図２と同じ構成に同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。
図３において、１０は近接場光である。近接場露光では、フォトマスク４と被露光物９の上層レジスト層５を密着させた上で露光光を近接場フォトマスク４に照射し、それぞれ微小開口パターンの近傍に生じる近接場光１０により上層レジスト層５を感光させる。
すなわち、上層レジスト層５のうち相対的に近接場光の強度が高い空間が露光部となり、強度が低い空間が未露光部となる。
このとき、微小開口パターンのピッチや開口幅、あるいは被露光物９の層構造の厚みや材料により、近接場光１０の強度やその空間分布が複雑に変化することが知られている。
また、近接場光の強度やその空間分布を予測する手法としてＦＤＴＤ法による電磁界解析法が知られている。発明者はＦＤＴＤ法を図３にあらわした近接場露光に適用し、近接場光１０の強度や空間分布を予測することに成功した。
図４は、ＦＤＴＤ法によって得られた図３に示す近接場フォトマスク４と被露光物９との密着界面近傍における近接場光強度の例を示す図である。
図４には、図１及び図２と同じ構成に同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。
図４において、１４は近接場光強度分布の等高強度線である。
ここで、便宜的に近接場フォトマスク４に対して垂直な方向をＺ、水平方向をＸとする。
等強度線１４によって近接場光強度の空間分布を示している。
図４には、図１及び図２と同じ構成に同一の符号が付されているので、共通する部分の説明は省略する。
図４において、１４は近接場光強度分布の等高強度線である。
ここで、便宜的に近接場フォトマスク４に対して垂直な方向をＺ、水平方向をＸとする。
等強度線１４によって近接場光強度の空間分布を示している。
次に、１：１の微細な凹凸パターン、例えばラインアンドスペースパターンを、被露光物９の上層レジスト層５に形成するための条件について説明する。
微小開口パターン３の中でひとつの微小開口の開口中心からＸ方向に微小開口パターンのピッチの１／４の位置であって、被露光物９の上層レジスト層５とＳＯＧ層６の境界にあたるＺ方向の位置に着目する。
前記に示した位置は１：１のラインアンドスペースパターンにおいて上層レジスト層５の露光部と未露光部の境界にあたる。
複数の異なる加工ピッチを１：１に同時に露光するためには、それぞれの微小開口パターンの１／４の距離で、上層レジスト層５とＳＯＧ層６の境界における近接場光強度が等しいことが必要である。
微小開口パターン３の中でひとつの微小開口の開口中心からＸ方向に微小開口パターンのピッチの１／４の位置であって、被露光物９の上層レジスト層５とＳＯＧ層６の境界にあたるＺ方向の位置に着目する。
前記に示した位置は１：１のラインアンドスペースパターンにおいて上層レジスト層５の露光部と未露光部の境界にあたる。
複数の異なる加工ピッチを１：１に同時に露光するためには、それぞれの微小開口パターンの１／４の距離で、上層レジスト層５とＳＯＧ層６の境界における近接場光強度が等しいことが必要である。
図５は、加工ピッチが４４ｎｍと１３０ｎｍのときに、上記加工ピッチの１／４の距離で、Ｚ方向深さが１０ｎｍの位置での開口幅に対する近接場光強度の変化を説明する図である。
加工ピッチ４４ｎｍの場合の近接場光強度変化を線１５、加工ピッチ１３０ｎｍの場合の近接場光強度変化を線１６に示す。
無次元パラメータＥは線１５の最大値における図５に示す近接場光強度を１とするものである。
無次元パラメータＥ＝１、すなわち加工ピッチ４４ｎｍのときの最大近接場光強度を与える加工ピッチ４４ｎｍの開口幅およびその強度と同等の値を与える加工ピッチ１３０ｎｍの開口幅を点ａ，ｂと示す。
図５では点ａ，ｂはそれぞれ加工ピッチが４４ｎｍでは開口幅２０ｎｍ、加工ピッチが１３０ｎｍでは開口幅２４ｎｍとすることをあらわしている。
同様に無次元パラメータＥが０．６７の場合を点ｃ，ｄであらわし、これらは加工ピッチ４４ｎｍでは開口幅１１．５ｎｍ、加工ピッチ１３０ｎｍでは開口幅１８ｎｍとすることをあらわす。
加工ピッチ４４ｎｍの場合の近接場光強度変化を線１５、加工ピッチ１３０ｎｍの場合の近接場光強度変化を線１６に示す。
無次元パラメータＥは線１５の最大値における図５に示す近接場光強度を１とするものである。
無次元パラメータＥ＝１、すなわち加工ピッチ４４ｎｍのときの最大近接場光強度を与える加工ピッチ４４ｎｍの開口幅およびその強度と同等の値を与える加工ピッチ１３０ｎｍの開口幅を点ａ，ｂと示す。
図５では点ａ，ｂはそれぞれ加工ピッチが４４ｎｍでは開口幅２０ｎｍ、加工ピッチが１３０ｎｍでは開口幅２４ｎｍとすることをあらわしている。
同様に無次元パラメータＥが０．６７の場合を点ｃ，ｄであらわし、これらは加工ピッチ４４ｎｍでは開口幅１１．５ｎｍ、加工ピッチ１３０ｎｍでは開口幅１８ｎｍとすることをあらわす。
図５において点ａ，ｂあるいは点ｃ，ｄがあらわすこれら開口幅を各加工ピッチに対して設けることで、加工ピッチが異なるにも関わらずレジスト中の露光部と未露光部の近接場光強度が同じになり従って同時露光可能である。
なお、無次元パラメータＥは加工ピッチ４４ｎｍの微小開口パターンにおいて開口幅を変化させたとき、得られる近接場光強度のうち最大量を１としている。
ゆえに、図５は近接場フォトマスク４に照射される露光光の照射強度に対しては不変である。
なお、無次元パラメータＥは加工ピッチ４４ｎｍの微小開口パターンにおいて開口幅を変化させたとき、得られる近接場光強度のうち最大量を１としている。
ゆえに、図５は近接場フォトマスク４に照射される露光光の照射強度に対しては不変である。
このように、加工ピッチの１／４の距離でＺ方向深さが１０ｎｍの位置で近接場光強度が等しくなるような加工ピッチ４４ｎｍ以上で１３０ｎｍ以下において、
加工ピッチｐ（ｎｍ）と無次元パラメータＥと開口幅ｓ（ｎｍ）の関係をプロットしたものが図６である。
これら加工ピッチと無次元パラメータと開口幅を軸とする３次元空間において、前記のプロットは概略つぎの（数式６）による平面式で近似できる。
ｓ＝０．０７３ｐ−４．１９＋１８．８２Ｅ………（数式６）
また、図６の（数式６）の平面式はフィッティング精度を考慮すると、
ｓ＝ａｐ−ｂ＋１８．８２Ｅ………（数式７）
において、係数ａ，ｂをつぎの（数式８）、（数式９）とする範囲においても、十分に近似可能である。
加工ピッチｐ（ｎｍ）と無次元パラメータＥと開口幅ｓ（ｎｍ）の関係をプロットしたものが図６である。
これら加工ピッチと無次元パラメータと開口幅を軸とする３次元空間において、前記のプロットは概略つぎの（数式６）による平面式で近似できる。
ｓ＝０．０７３ｐ−４．１９＋１８．８２Ｅ………（数式６）
また、図６の（数式６）の平面式はフィッティング精度を考慮すると、
ｓ＝ａｐ−ｂ＋１８．８２Ｅ………（数式７）
において、係数ａ，ｂをつぎの（数式８）、（数式９）とする範囲においても、十分に近似可能である。
次に（数式６）を用いた近接場フォトマスク４に設ける開口幅の決定手順について説明する。
被露光物９に対して加工する加工ピッチは、被露光物９を利用することで得られる製造物の仕様によって決定される。
次に、レジスト感度、近接場フォトマスク４への露光光の照射強度を考慮し、無次元パラメータを０．６７以上１以下の範囲で選択することで上層レジスト層５において所望の露光強度が得られる。
このとき選択した無次元パラメータの値により各加工ピッチに対する開口幅が決定できる。
本実施例では加工ピッチが４４ｎｍ，７２ｎｍおよび１３０ｎｍで、無次元パラメータＥは１とすることで図１に示した微小開口パターン３１、３２、３３の開口幅はそれぞれ１８ｎｍ，２０ｎｍおよび２４ｎｍを得ることができる。
このようにして得られた加工ピッチと開口幅を有する複数の微小開口パターン３１，３２，３３を備えた近接場フォトマスク４に対して露光光を照射することで被露光物９に対して、異なる加工ピッチのパターンを同時露光かつ１：１の等倍露光が可能である。
被露光物９に対して加工する加工ピッチは、被露光物９を利用することで得られる製造物の仕様によって決定される。
次に、レジスト感度、近接場フォトマスク４への露光光の照射強度を考慮し、無次元パラメータを０．６７以上１以下の範囲で選択することで上層レジスト層５において所望の露光強度が得られる。
このとき選択した無次元パラメータの値により各加工ピッチに対する開口幅が決定できる。
本実施例では加工ピッチが４４ｎｍ，７２ｎｍおよび１３０ｎｍで、無次元パラメータＥは１とすることで図１に示した微小開口パターン３１、３２、３３の開口幅はそれぞれ１８ｎｍ，２０ｎｍおよび２４ｎｍを得ることができる。
このようにして得られた加工ピッチと開口幅を有する複数の微小開口パターン３１，３２，３３を備えた近接場フォトマスク４に対して露光光を照射することで被露光物９に対して、異なる加工ピッチのパターンを同時露光かつ１：１の等倍露光が可能である。
［実施例２］
実施例２においては、実施例１で得られる近接場フォトマスクを用いた近接場露光方法について説明する。
図７に、本実施例における近接場露光方法の概要を説明するフローチャートを示す。
本実施例においては、近接場フォトマスクや被露光物の構成は実施例１と同等のものを用いる。
実施例２においては、実施例１で得られる近接場フォトマスクを用いた近接場露光方法について説明する。
図７に、本実施例における近接場露光方法の概要を説明するフローチャートを示す。
本実施例においては、近接場フォトマスクや被露光物の構成は実施例１と同等のものを用いる。
まず、工程１において、被露光物を加工する加工ピッチをｐ（ｎｍ）、フォトマスクの遮光膜上の微小開口パターンの開口幅をｓ（ｎｍ）とするとき、（数式５）を満たすようにフォトマスクに設ける微小開口パターンの開口幅を決定する。
次に、工程２においては、前記開口幅を決定する工程で決定された開口幅を備えた開口部を有する露光用マスクを作製する。
次に、工程３においては、工程２の露光用マスクを作製する工程で作製された露光用フォトマスクを用い、該露光用フォトマスクへ露光光を照射し、被露光物を露光する。
次に、工程２においては、前記開口幅を決定する工程で決定された開口幅を備えた開口部を有する露光用マスクを作製する。
次に、工程３においては、工程２の露光用マスクを作製する工程で作製された露光用フォトマスクを用い、該露光用フォトマスクへ露光光を照射し、被露光物を露光する。
工程１における微小開口パターンの開口幅の決定方法については実施例１で詳細を記述した。
実施例１と同様に加工ピッチをそれぞれ４４ｎｍ，７２ｎｍおよび１３０ｎｍとして微小開口パターンの開口幅を１８ｎｍ，２０ｎｍおよび２４ｎｍとする。
工程２では、工程１で得られた開口幅と加工ピッチを有する微小開口パターン３１、３２、３３を備えた近接場フォトマスク４を作製する。
実施例１と同様に加工ピッチをそれぞれ４４ｎｍ，７２ｎｍおよび１３０ｎｍとして微小開口パターンの開口幅を１８ｎｍ，２０ｎｍおよび２４ｎｍとする。
工程２では、工程１で得られた開口幅と加工ピッチを有する微小開口パターン３１、３２、３３を備えた近接場フォトマスク４を作製する。
図８に、工程２における近接場フォトマスク４を作製するための工程の一例を示す。
図８（ａ）では、シリコン基板１７の両面に窒化シリコン膜１８を４００ｎｍ程度成膜したものを用意する。
図８（ｂ）ではシリコン基板裏面にバックエッチ孔１９を形成する。
図８（ｃ）では基板表面に遮光膜２０であるアモルファスシリコンを５０ｎｍ程度成膜する。
図８（ｄ）において工程１で得られた加工ピッチおよび開口幅を有する微小開口パターン２１１、２１２、２１３を電子線描画装置などで遮光膜２０上にパターニングする。
図８（ｅ）ではＫＯＨによる異方性ウェットエッチングによりバックエッチ孔１９からシリコン基板１７を除去することで微小開口パターンがパターニングされている領域を薄膜化して近接場フォトマスク４と同等の構成のメンブレンフォトマスク２２を得る。
図８（ａ）では、シリコン基板１７の両面に窒化シリコン膜１８を４００ｎｍ程度成膜したものを用意する。
図８（ｂ）ではシリコン基板裏面にバックエッチ孔１９を形成する。
図８（ｃ）では基板表面に遮光膜２０であるアモルファスシリコンを５０ｎｍ程度成膜する。
図８（ｄ）において工程１で得られた加工ピッチおよび開口幅を有する微小開口パターン２１１、２１２、２１３を電子線描画装置などで遮光膜２０上にパターニングする。
図８（ｅ）ではＫＯＨによる異方性ウェットエッチングによりバックエッチ孔１９からシリコン基板１７を除去することで微小開口パターンがパターニングされている領域を薄膜化して近接場フォトマスク４と同等の構成のメンブレンフォトマスク２２を得る。
工程３では、工程２で用意したメンブレンフォトマスク２２と被露光物９の上層レジスト層５を密着させる。
工程３における密着の方法の一例を図９に示す。
メンブレンフォトマスク２２を不図示の圧力容器に取り付けて加圧する。
加圧力２３によりメンブレンフォトマスク２２のパターニングされている領域は薄膜化されているために撓むことで上層レジスト層５と密着することができる。密着後に露光光をメンブレンフォトマスク２２に照射し、微小開口パターン２１１、２１２、２１３の近傍に生ずる近接場光により被露光物９の上層レジスト層５を露光する。
工程３における密着の方法の一例を図９に示す。
メンブレンフォトマスク２２を不図示の圧力容器に取り付けて加圧する。
加圧力２３によりメンブレンフォトマスク２２のパターニングされている領域は薄膜化されているために撓むことで上層レジスト層５と密着することができる。密着後に露光光をメンブレンフォトマスク２２に照射し、微小開口パターン２１１、２１２、２１３の近傍に生ずる近接場光により被露光物９の上層レジスト層５を露光する。
本実施例の近接場露光方法による露光工程は以上であるが、上層レジスト層５が概ね１０ｎｍ程度で通常ＬＳＩの製造など広く産業分野に利用するためには不十分な厚さである。
よってこれを補うため、被露光物９の露光後のパターン形成工程についても説明を行う。
露光後に上層レジスト層５を現像処理する。このとき上層レジスト層５がポジ型レジストであれば現像工程で露光部が除去され、ネガ型レジストであれば現像工程で未露光部が除去される。
本実施例ではポジ型レジストとして説明する。
図１０に、高アスペクトなパターンを転写する工程を説明する図を示す。
図１０（ａ）では現像工程で露光部の上層レジスト層５は除去される。
図１０（ｂ）では残った上層レジスト層５をマスクとしてフッ素系ガスを用いてＳＯＧ層６をエッチングする。（ｃ）ではエッチングされたＳＯＧ層６をマスクとして酸素系ガスを用いて下層レジスト層７をエッチングする。
なお、下層レジスト層７の材料は樹脂系の中でフッ素系ガスに対して耐性があるフェノール樹脂である。
よってこれを補うため、被露光物９の露光後のパターン形成工程についても説明を行う。
露光後に上層レジスト層５を現像処理する。このとき上層レジスト層５がポジ型レジストであれば現像工程で露光部が除去され、ネガ型レジストであれば現像工程で未露光部が除去される。
本実施例ではポジ型レジストとして説明する。
図１０に、高アスペクトなパターンを転写する工程を説明する図を示す。
図１０（ａ）では現像工程で露光部の上層レジスト層５は除去される。
図１０（ｂ）では残った上層レジスト層５をマスクとしてフッ素系ガスを用いてＳＯＧ層６をエッチングする。（ｃ）ではエッチングされたＳＯＧ層６をマスクとして酸素系ガスを用いて下層レジスト層７をエッチングする。
なお、下層レジスト層７の材料は樹脂系の中でフッ素系ガスに対して耐性があるフェノール樹脂である。
図１０に示した高アスペクトなパターンを転写する工程を適用するためには、被露光物は図３に示すように基板上に少なくとも３層以上の積層構造を有することが望ましい。
被露光物９の構成であるが、上層レジスト層５の厚みは１０ｎｍが好ましいが、５ｎｍ〜１５ｎｍの範囲であっても（数式５）は有効である。
ＳＯＧ層６の厚みは上層レジスト層での近接場光強度や空間分布には実質上影響を及ぼさないため、選択範囲は広いがエッチングを行う上で２０ｎｍが望ましい。
下層レジスト層７の厚みは上層レジスト層５とＳＯＧ層６と下層レジスト層７の厚みの総和すなわち多層レジスト層の厚みが１３０ｎｍであることが特に好ましいが、１２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であってもよい。
被露光物９の構成であるが、上層レジスト層５の厚みは１０ｎｍが好ましいが、５ｎｍ〜１５ｎｍの範囲であっても（数式５）は有効である。
ＳＯＧ層６の厚みは上層レジスト層での近接場光強度や空間分布には実質上影響を及ぼさないため、選択範囲は広いがエッチングを行う上で２０ｎｍが望ましい。
下層レジスト層７の厚みは上層レジスト層５とＳＯＧ層６と下層レジスト層７の厚みの総和すなわち多層レジスト層の厚みが１３０ｎｍであることが特に好ましいが、１２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であってもよい。
この理由は次によるものである。フォトマスク４の微小開口パターン３に生ずる近接場光が伝播光に変換され、上層レジスト層５およびＳＯＧ層６を伝播する進行波が生ずる。
また、進行波が基板８と下層レジスト層７の境界で反射されることにより反射波が生ずることにより、多層レジスト層において定在波が生じる。
上層レジスト層５が１０ｎｍ程度の厚さで、多層レジスト層の厚みが１３０ｎｍ程度であるときに上層レジスト層５とＳＯＧ層６の境界に定在波の節が形成される。
これは基板８の露光光に対する反射率が低い場合や上層レジスト層５の厚さあるいは上層レジスト層５、ＳＯＧ層６、下層レジスト層７の厚さが上記の範囲を大きく逸脱した場合と比べて、上層レジスト層５を露光する近接場光の強度が増強される。
ゆえに、基板８は露光光に対して反射率が高い材料が好ましく本実施例においてはシリコンとした。
また、進行波が基板８と下層レジスト層７の境界で反射されることにより反射波が生ずることにより、多層レジスト層において定在波が生じる。
上層レジスト層５が１０ｎｍ程度の厚さで、多層レジスト層の厚みが１３０ｎｍ程度であるときに上層レジスト層５とＳＯＧ層６の境界に定在波の節が形成される。
これは基板８の露光光に対する反射率が低い場合や上層レジスト層５の厚さあるいは上層レジスト層５、ＳＯＧ層６、下層レジスト層７の厚さが上記の範囲を大きく逸脱した場合と比べて、上層レジスト層５を露光する近接場光の強度が増強される。
ゆえに、基板８は露光光に対して反射率が高い材料が好ましく本実施例においてはシリコンとした。
これらレジスト層中の定在波による近接場光強度の増強効果を定量的に調べた結果を以下に述べる。
図１１により、Ｚ方向深さとコントラストの関係を説明する。
図１１は、加工ピッチが４４ｎｍ、開口幅が１５ｎｍで上層レジスト厚さを１３０ｎｍとしたときに、図６におけるＺのマイナス方向で上層レジスト層表面からの位置をＺ方向深さとして、コントラストの変化をあらわしたものである。
ここで、コントラストとはあるＺ方向の位置において、Ｘ方向の一断面での近接場光強度分布の最大値をＩｍａｘ，最小値をＩｍｉｎとするとき、つぎの（数式１０）によって求められる量である。
図１１により、Ｚ方向深さとコントラストの関係を説明する。
図１１は、加工ピッチが４４ｎｍ、開口幅が１５ｎｍで上層レジスト厚さを１３０ｎｍとしたときに、図６におけるＺのマイナス方向で上層レジスト層表面からの位置をＺ方向深さとして、コントラストの変化をあらわしたものである。
ここで、コントラストとはあるＺ方向の位置において、Ｘ方向の一断面での近接場光強度分布の最大値をＩｍａｘ，最小値をＩｍｉｎとするとき、つぎの（数式１０）によって求められる量である。
コントラストは、Ｚ深さ１５ｎｍ以内であれば０．６５以上を得られ、これは上層レジスト層を露光する上で十分な条件である。
すなわち、上層レジスト層の表面から１５ｎｍまで十分に露光することができる。
また、図１１によればＺ方向深さは小さいほどよいが、スピンコート法などでレジスト層を塗布できる下限が５ｎｍ程度であることから上層レジスト層５の厚さは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下が実用的であるといえる。
すなわち、上層レジスト層の表面から１５ｎｍまで十分に露光することができる。
また、図１１によればＺ方向深さは小さいほどよいが、スピンコート法などでレジスト層を塗布できる下限が５ｎｍ程度であることから上層レジスト層５の厚さは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下が実用的であるといえる。
次に、図１２によりレジスト層の厚さとコントラストの関係を説明する。
図１２は、加工ピッチが４４ｎｍで開口幅が１５ｎｍのときにＺ方向深さ１０ｎｍにおけるレジスト層の厚さとコントラストの変化について示した図である。
コントラストが最適なレジスト層の厚さは１３０ｎｍであるが、多層レジスト層の厚さが１２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下では上述のコントラスト０．６５以上が得られるので好ましい。
なお被露光物９の多層レジスト構造が望まれるのはＬＳＩ製造のように深く加工することが求められる場合であって、加工深さが１０ｎｍ以下であってもよい場合において被露光物は単層のレジスト層と基板から成る構成でもよい。
この場合単層のレジスト層の厚さは１３０ｎｍが最も好ましく、１２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下が好ましく基板はシリコンのように露光光に対して高い反射率を有するものが望ましい。
図１２は、加工ピッチが４４ｎｍで開口幅が１５ｎｍのときにＺ方向深さ１０ｎｍにおけるレジスト層の厚さとコントラストの変化について示した図である。
コントラストが最適なレジスト層の厚さは１３０ｎｍであるが、多層レジスト層の厚さが１２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下では上述のコントラスト０．６５以上が得られるので好ましい。
なお被露光物９の多層レジスト構造が望まれるのはＬＳＩ製造のように深く加工することが求められる場合であって、加工深さが１０ｎｍ以下であってもよい場合において被露光物は単層のレジスト層と基板から成る構成でもよい。
この場合単層のレジスト層の厚さは１３０ｎｍが最も好ましく、１２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下が好ましく基板はシリコンのように露光光に対して高い反射率を有するものが望ましい。
１：マスク母材
２：遮光膜
３：開口パターン
４：近接場フォトマスク
５：上層レジスト層
６：ＳＯＧ層
７：下層レジスト層
８：基板
９：被露光物
１０：近接場光
１４：近接場光強度分布の等高強度線
１５：加工ピッチ４４ｎｍでの開口幅に対する近接場光強度変化をあらわす曲線
１６：加工ピッチ１３０ｎｍでの開口幅に対する近接場光強度変化をあらわす線
１７：シリコン基板
１８：窒化シリコン膜
１９：バックエッチ孔
２０：遮光膜
２２：メンブレンフォトマスク
２３：加圧力
３１：微小開口パターン
３２：微小開口パターン
３３：微小開口パターン
２１１：微小開口パターン
２１２：微小開口パターン
２１３：微小開口パターン
２：遮光膜
３：開口パターン
４：近接場フォトマスク
５：上層レジスト層
６：ＳＯＧ層
７：下層レジスト層
８：基板
９：被露光物
１０：近接場光
１４：近接場光強度分布の等高強度線
１５：加工ピッチ４４ｎｍでの開口幅に対する近接場光強度変化をあらわす曲線
１６：加工ピッチ１３０ｎｍでの開口幅に対する近接場光強度変化をあらわす線
１７：シリコン基板
１８：窒化シリコン膜
１９：バックエッチ孔
２０：遮光膜
２２：メンブレンフォトマスク
２３：加圧力
３１：微小開口パターン
３２：微小開口パターン
３３：微小開口パターン
２１１：微小開口パターン
２１２：微小開口パターン
２１３：微小開口パターン
Claims (4)
- 開口部を有する遮光膜を備えた露光用マスクの前記開口部に発生する近接場光を用い、被露光物を露光する近接場露光用マスクであって、
前記露光用マスクの前記開口部は、少なくとも複数の加工ピッチおよび開口幅を備え、
前記開口部の開口幅をｓ（ｎｍ）、加工ピッチをｐ（ｎｍ）、無次元パラメータをＥ、係数をａ、ｂとしたとき、前記開口部が、以下の（数式１）、（数式２）、（数式３）、（数式４）を満たす前記開口幅を備えていることを特徴とする近接場露光用マスク。
- 開口部を有する遮光膜を備えた露光用マスクの該開口部に発生する近接場光を用い、被露光物を露光する近接場露光方法であって、
前記露光用マスクの前記開口部は、少なくとも複数の加工ピッチおよび開口幅を備え、
前記開口部の開口幅をｓ（ｎｍ）、加工ピッチをｐ（ｎｍ）、無次元パラメータをＥ、係数をａ、ｂとするとき、前記開口幅として以下の（数式１）、（数式２）、（数式３）、（数式４）を満たす開口幅を決定する工程と、
前記開口幅を決定する工程で決定された開口幅を備えた開口部を有する露光用マスクを作製する工程と、
前記露光用マスクを作製する工程で作製された露光用フォトマスクを用い、該露光用フォトマスクへ露光光を照射し、前記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。
- 前記被露光物は、露光光に対して反射率の高い基板とレジスト層から構成され、該レジスト層の厚さは１２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の近接場露光方法。
- 前記被露光物は、少なくとも上層レジスト層と下層レジスト層による多層レジスト層と、露光光に対して反射率の高い基板と、によって構成される多層構造を有し、
前記上層レジスト層の厚さは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であり、多層レジスト層の厚さは１２０ｎｍ以上１５０ｎｍ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。
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