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
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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