JP3977093B2

JP3977093B2 - マスク多重露光による近接場光露光方法

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Publication number: JP3977093B2
Application number: JP2002031099A
Authority: JP
Inventors: 昌之納谷
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2002-02-07
Filing date: 2002-02-07
Publication date: 2007-09-19
Anticipated expiration: 2022-02-07
Also published as: JP2003234274A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスクとフォトレジストを密着して近接場光によりマスクパターンをレジストに転写する近接場リソグラフィに関し、特に、複雑なマスクパターンを有する近接場露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、光リソグラフィ技術は、特に縮小投影露光技術とレジスト技術の進歩により支えられてきた。縮小投影露光技術の性能は主に、解像度と焦点深度の２つの基本量で決まる。リソグラフィの解像度を上げるためには露光波長を小さくして、投影レンズの開口数を大きくすることが重要であるが、開口数を大きくすると解像度は上がるが焦点深度が開口数の２乗に反比例して小さくなるので、微細化の流れとしては波長を小さくすることが求められるようになった。
そこで、露光波長は、ｇ線（４３６ｎｍ）からｉ線（３６５ｎｍ）へと短波長化され、更に、エキシマレーザ（２４８ｎｍ．１９３ｎｍ）に移っている。
【０００３】
しかし、光リソグラフィでは光の回析限界が解像度の限界となるため、波長が２４８ｎｍのＦ２エキシマレーザを用いても線幅１００ｎｍの微細化がレンズ列光学系を用いたリソグラフィの限界と言われている。更に、その先のナノメータオーダーの解像度を求めようとすると、電子線やＸ線（特にＳＯＲ光：シンクロトロン放射光）リソグラフィ技術を用いる必要がある。電子線リソグラフィは、ナノメータオーダーのパターン形成を高精度で制御することが可能で、光学系に比べてかなり深い焦点深度が得られる。それにウェハ上にマスク無しで直接描画が可能であるという利点があるが、スループットが低く、コストも高いことから量産レベルには程遠いという欠点がある。また、Ｘ線リソグラフィはエキシマレーザ露光に比べて１桁程度の解像度および精度の向上が可能であるが、マスクの作成が難しく実現が困難で、装置上コストが高いという欠点がある。
【０００４】
これらの問題を解決する方法として、例えば、特開平１３−１５４２７号「微細パターン形成方法」に開示されているような、照射する光の波長よりも十分小さな径の開口からしみ出す近接場光を光源としてレジストを感光させ、現像することによって微細なパターンを形成する、ＤＢＲレーザやＤＦＢレーザの回析格子（グレーティング）の作成技術等にも最適な、近接場光リソグラフィがが開発されている。
図６は従来の微細パターン形成方法のプロセスを示す図であり、図６（ａ）に示すように、基板１０１上に有機高分子からなる第１レジスト膜１０２と、感光材料からなる第２レジスト層１０３を、スピンコート法あるいはスプレイ法により順次塗布し、２層レジスト層１０３´を形成する。次に図６（ｂ）に示すように、ガラス等の誘電体からなるマスク基板１０５上に金属の微小な開口パターン１０６を形成した露光マスク１０４を２層レジスト１０３に密着させ、マスク基板１０５の裏面からｉ線（３６５ｎｍ）等の光照射により、露光マスク１０４の金属が形成されていない開口部からしみ出す近接場光１０７により露光を行うと図６（ｃ）に示すように、露光された部分のレジストが感光する。
次に、図６（ｄ）に示すように、第２レジスト層１０３を現像液で現像することにより、露光された部分が現像溶媒に可溶となりポジ型パターンを形成する。その後、図６（ｅ）に示すように、第２レジスト層１０３のパターンをマスクにして、第１レジスト層１０２をＯ₂プラズマによりドライエッチングして、図６（ｆ）に示すようなアスペクト比の高い微細パターンを形成する。
最後に、２層レジスト層１０３´のパターンにより基板をエッチング又は、蒸着等により加工した後、２層レジストを剥離して完成する。
【０００５】
この場合、露光マスク１０４と２層レジスト１０３´を密着させる工程は、図７に示すように、露光前、基板１０１上に２層レジスト層１０３´を塗布したウェハを露光装置の台に装着し、その上に近接させてマスク１０４を装着して、図７（ａ）のように、装置内のマスク１０４とレジスト１０３の間にＮ₂ガスを常時流して置き、露光時には、図７（ｂ）に示すように、マスク１０４とレジスト１０３の間を真空引きすることにより、マスク１０４をレジスト１０３に密着させる。
このように近接場光と２層レジストを用いた近接場光リソグラフィでは、照射する光の波長よりも十分小さな線幅のパターンからしみ出す近接場光によりレジストを感光し現像することによって、従来の光リソグラフィでは限界とされていた１００ｎｍ以下の微細なパターンを高アスペクト比、低コストで形成できるようになった。
また、従来のリソグラフィの解像度は主に光源の波長によって決定されていたが、近接場光を発生させる光源の波長は何でもよいため、新規な光源の開発の必要が無くなり、パターン微細化の制約を緩和できるので、大幅なコストダウンが見込める。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例では、光の波長よりも小さなサイズの形状を作成する方法として開発された近接場光リソグラフィにより、近接場光を発生させる露光マスク１０４を感光性レジスト材１０３´に密着させて、波長以下の微細な分布を有する近接場光を転写する場合に、図８に示すように、照射光（ｇ、ｉ等）Ｌの偏光方向（例えば、Ｐ偏光）が、図８（ａ）の実線で示す矢印のように、露光マスク１０４のスリット１１０の方向（図８では紙面に垂直な方向）に平行な場合は、近接場光１０７のしみ出しが局在的で正常であるが、図８（ｂ）のように、照射光Ｌの実線矢印で示す偏向方向がスリット１１０の方向に対して垂直な場合は、「線幅の太り」等によりスリット・パターンとは異なる転写パターンになってしまうという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、露光マスク上に形成されるスリット・パターンが１方向だけではなく、複雑な形状のパターンの場合もパターンをいくつかの要素に分解して多重露光を行うことによって微細なパターンを正確に転写できるマスク多重露光による近接場光露光方法を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の近接場光露光方法の発明は、基板上にドライエッチングにより除去可能な第１レジスト層と光照射による照射部分または非照射部分のみが現像溶媒に可溶となる感光性の耐ドライエッチング性を有する第２レジスト層をこの順に積層した記録材料に、照射光を受けて近接場光を発生させる露光マスクの発生手段により記録材料の第２レジスト層に近接場光を所望のパターン状に照射してレジスト層を現像することにより回析格子パターンを形成して、このレジスト層のパターンをエッチング・マスクとして第１レジスト層をドライエッチングすることによって記録材料の基板上にパターンを形成する近接場光露光方法であって、前記近接場光を発生させる複雑なパターンを有する１枚の露光マスクを備え、前記露光マスクの複雑なパターンを１方向に並んだスリットパターン毎に分類し、分類したスリットパターン毎に最適露光条件により多重露光を行なう近接場光露光方法において、前記露光マスクに対向配置させたマトリクス状の空間光変調素子と、該空間光変調素子に光を照射する光源とを備え、前記光源からの光を前記空間光変調素子に照射し、前記パターン毎に前記空間光変調素子を選択的に制御することにより選択された空間光変調素子からの出射光で前記露光マスクの当該パターンに対応する部位を近接場光露光することを特徴としている。
【００１３】
その他、本発明は、前記最適露光条件において前記露光マスクのパターンが一方向へ伸びる直線の集合から成る場合は、露光光の直線偏光方向と前記露光マスクのパターンの直線の向きとを一致させることを特徴としている。
さらに、本発明は、前記最適露光条件において、前記所望の直線偏光成分に対する、それと垂直方向に直線偏光している成分の比率が２５％以下、好ましくは１５％以下であることを特徴としている。
このようにすることにより、マスクパターンの線幅を超える分のマスクパターン線幅に対する比で表す露光された「線幅の太り」が、ラインアンドスペース比が１：１の時に隣接パターンが重なるのを防止できる数値である５０％以下に抑えられ、更に、直線偏光成分（Ｐ偏光とすれば）に対する垂直成分（Ｓ偏光）の比率を２５％から１５％以下に下げれば、パターンの重なりを防止できる数値を３０％以下程度まで抑えることが可能になり、露光された線幅の太りを抑えて、極めて微細なパターンが得られるという効果がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係るマスク多重露光による近接場光露光方法のマスク・パターンを示す図である。
図２は図１に示すマスク・パターンを用いた多重露光の概念図である。
図１において、１は、例えば、ウェハーと同じ円形形状の露光マスクであり、４は露光マスク１上に形成された元のマスク・パターンで、電子ビーム等により書かれた光波長より微細サイズ（１００ｎｍ以下も可能）の開口パターン（スリット・パターン）を、Ｘ・Ｙ２方向に有する複雑パターンである。
露光時同一の偏光波は１方向のスリットにしか平行にセットできないので、Ｙ（縦）方向のスリット５だけを形成した露光マスク２と、Ｘ（横）方向のスリット６だけを形成した露光マスク３と、露光マスクを２つに分割して作成する。
【００１５】
つぎに図２を参照して動作について説明する。
先ず、露光マスク２の露光の場合、ウェハ搬送系等（図示していない）を利用してマスクキャリアに保持する露光マスク２を、従来技術の図７と同様な露光装置に搬送してセットし、露光マスク２と基板の第２レジスト層７を真空引きにより密着させる。
次に、水銀ランプ光源からｇかｉ線等の光Ｌを露光マスク２に照射して近接場光を発生させ、パターン５を第２レジスト層に転写する。
【００１６】
露光マスク２の露光が終了したら、露光装置内の露光マスク２と第２レジスト層７間にＮ₂ガス等を吹込んで、露光マスク２と第２レジスト層７を剥離させ、再び、ウェハ搬送系により露光マスク２をマスクキャリアに戻す。
次に、露光マスク３を露光装置内に搬送してセットし、真空引きにより第２レジスト層７に密着させる。
続いて、ｇ線等の光Ｌを露光マスク３に照射して近接場光を発生させ、パターン６を第２レジスト層７へ転写する。
露光マスク３のパターン６の露光が完了したら、露光装置内にＮ₂ガス等を吹込み、露光マスク３と第２レジスト層７を剥離して露光マスク３をマスクキャリア内に戻し、第２レジスト層７に露光マスク１の複雑パターン４が多重露光により転写される。
【００１７】
ここで、水銀ランプのｇ又はｉ線等の光Ｌを照射して近接場光を発生させる際に、照射する光Ｌの直線偏光の向きと露光マスク２又は３のスリットパターンの直線の向きと一致させる必要があるが、水銀ランプの光Ｌを直線偏光させるには偏光板（図示していない）等を光源と露光マスク間に挿入して、例えば、Ｐ偏光をスリット・パターンの直線方向へ一致させるように制御する。
このスリット・パターンの直線の向きに一致させる露光光の直線偏光成分（例えば、Ｐ偏光）に対する、垂直な方向の直線偏光成分（例えば、Ｓ偏光）の比率は２５％以下を目安として、１５％以下が望ましい。これによって、露光された線幅の太り等が防止できる。
また、光源として偏光されているレーザ波を使用する場合は光源自体を回転制御する等の方法で、スリットパターンに一致させればよい。
【００１８】
次に、本発明の第２の実施の形態について図を参照して説明する。
図３は本発明の第２の実施の形態に係るマスク多重露光による近接場光露光方法の空間光変調素子の概念図である。
図４は図１に示す空間光変調素子を液晶により構成した図である。
図５は図１に示す空間光変調素子をＭＥＭＳにより構成した図である。
図３において、８は強誘電性液晶、又はＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）等を用いた空間光変調素子を概念的に表したものである。９は露光マスク１のＸ（横）方向のパターン領域であり、１０は露光マスク１のＹ（縦）方向のパターン領域である。
【００１９】
つぎに動作について説明する。
図３に示す第２の実施の形態は、選択性の光透過特性を示す空間光変調素子８を用いて露光領域を限定し、所望の（例えば、Ｘ方向：図３（ａ）、又は、Ｙ方向：図３（ｂ）の一方のスリットパターンのみ）方向のスリットパターン領域のみに光Ｌを照射して、合成する多重露光により近接場光リソグラフィを構成するものである。
先ず、空間光変調素子８のＸ方向のスリットパターン領域９に相当する位置の液晶スイッチング素子をＯＮ制御して、スリットパターンと方向を一致させた直線偏光光Ｌをスリットパターン９に照射して近接場光露光を行う。
次に、Ｘ方向のスリットパターンに相当する液晶スイッチング素子をＯＦＦさせ、Ｙ方向のスリットパターン領域１０に相当する液晶スイツチング素子をＯＮにして、スリットパターンと方向を一致させた直線偏光光を照射してＹ方向のスリットパターンの近接場光露光を行い、Ｘ・Ｙ２方向の露光分割制御により多重露光を行う。
【００２０】
実際の具体的な空間光変調素子の構成については、図４に示すように、強誘電性の液晶をスイッチング素子としてＯＮ／ＯＦＦ駆動するＭＯＳ−ＦＥＴを一体に構成した、液晶型の空間光変調素子２１の対向透明基板側に偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２２を配置し、光源２３からの光ＬはＰＢＳ２２によりＳ偏光波が反射されて、空間光変調素子２１に入射し、液晶層で反射されて再度ＰＢＳ２２に入射し、反射光のＰ偏光成分のみがＰＢＳ２２を透過して出力光となる。この空間光変調素子をアレイ型マトリクス状に配置して、液晶をＯＮ／ＯＦＦ制御することで出力光を変調制御するように構成されている。
【００２１】
次に、実際のＭＥＭＳの例では、ＤＭＤ（ＤｉｇｉｔａｌＭｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒＤｅｖｉｃｅ）等のように、アレイ状に構成した極小ミラーの入射角の変化に応じて光変調を行う素子や、図５に示すような、例えば、ダイヤフラムを電気機械動作させて光変調を行うようにした空間光変調素子等がある。
図５に示す、空間光変調素子ＭＥＭＳ３０は、平面光源ユニット３３ａの側方に設けたＵＶランプ３３ｂからの光を平面光源ユニット３３ａの上面から出射させ、ダイヤフラム（機械動作部）３２の下に、誘電体多層膜ミラー３５を基板３１上の誘電体多層膜ミラー３６と、所定の間隔をあけて対向配置している。
ここで基板上電極に制御電圧を印加すると、ダイヤフラム３２の変形により誘電体多層膜ミラー間の空隙３７が小さくなり、光の入射角が変化して入射光を透過・出射する。このＭＥＭＳをアレイ型マトリクス状に配置して光変調を行うものである。これは、ファプリペロー干渉を応用したＭＥＭＳであるが、導光拡散作用を応用するものやそれ以外のＭＥＭＳでも構わない。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、基板上にドライエッチングにより除去可能な第１レジスト層と光照射による照射部分または非照射部分のみが現像溶媒に可溶となる感光性の耐ドライエッチング性を有する第２レジスト層をこの順に積層した記録材料に、照射光を受けて近接場光を発生させる露光マスク等の発生手段により記録材料の第２レジスト層に近接場光を所望のパターン状に照射してレジスト層を現像することにより回析格子パターンを形成して、このレジスト層のパターンをエッチング・マスクとして第１のレジスト層をドライエッチングすることによって記録材料の基板上にパターンを形成する近接場光露光方法において、近接場光を発生させる複雑なパターンを、１方向に並んだスリットパターン毎に分割し、分割したスリットパターン毎に最適露光条件により多重露光を行う手段を備えたので、分割したスリットパターン毎に最適な条件により偏光を制御して近接場光を発生させ、分割スリットパターン毎に露光する多重露光によって、所望の複雑な微細パターンを忠実に形成するための露光が可能になるという効果がある。
【００２３】
また、請求項２記載の発明によれば、多重露光を行う手段は、分割したスリットパターン毎にパターンを形成した露光マスクを複数用意し、各露光マスクを順次前記レジスト層に密着させ、それぞれの最適露光条件により露光して複雑なパターンを形成する多重露光を行うので、分割したスリットパターン毎に露光マスクを作成して偏光方向とスリットの方向を一致させる最適な条件により露光を行うことで、所望の微細パターンを形成する多重露光が可能になるという効果がある。
【００２４】
また、請求項３記載の発明によれば、多重露光を行う手段は、近接場光を発生させる複雑なパターンの所望の部分のみに空間光変調素子を介して光が照射されるようにして、所望の部分毎に最適露光条件で露光して多重露光を行うので、１枚の露光マスク上において偏光光の照射領域を変えることで最適な条件の多重露光が可能になり、所望の微細パターンを形成できるという効果がある。
【００２５】
また、請求項４記載の発明によれば、空間光変調素子は、液晶で構成したので、精細なアレイ構造の空間光変調素子を構成して、分割スリットパターン領域毎に局在的で忠実に微細パターンを露光できるな近接場光を発生させる光照射が可能になるという効果がある
【００２６】
また、請求項５記載の発明によれば、空間光変調素子は、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏ−ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）により構成したので、ＵＶ光を使用できて偏光系によるロスが無いので利用効率の高い空間光変調素子を構成して、分割スリットパターン領域毎に微細パターンを露光できる近接場光を発生させる光照射が可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るマスク多重露光による近接場光露光方法のマスクパターンを示す図である。
【図２】図１に示したマスクパターンを用いた多重露光の概念図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係るマスク多重露光による近接場光露光方法の空間光変調素子の概念図である。
【図４】図３に示す空間光変調素子を液晶で構成した図である。
【図５】図３に示す空間光変調素子をＭＥＭＳで構成した図である。
【図６】従来の微細パターン形成方法を示す図である。
【図７】図１に示すパターンの露光装置を示す図である。
【図８】図７に示す露光装置の偏光光の説明図である。
【符号の説明】
１露光マスク
２、３分割露光マスク
４複雑パターン
５、６分割パターン
７２層レジスト層
８空間光変調素子
９、１０パターン領域
２１液晶を用いた空間光変調素子
２２ＰＢＳ
２３光源
３０ＭＥＭＳ
３１基板
３２ダイヤフラム
３３ＵＶランプ
３５、３６誘電体多層膜ミラー

Claims

基板上にドライエッチングにより除去可能な第１レジスト層と光照射による照射部分または非照射部分のみが現像溶媒に可溶となる感光性の耐ドライエッチング性を有する第２レジスト層をこの順に積層した記録材料に、照射光を受けて近接場光を発生させる露光マスクの発生手段により記録材料の第２レジスト層に近接場光を所望のパターン状に照射してレジスト層を現像することにより回析格子パターンを形成して、このレジスト層のパターンをエッチング・マスクとして第１レジスト層をドライエッチングすることによって記録材料の基板上にパターンを形成する近接場光露光方法であって、
前記近接場光を発生させる複雑なパターンを有する１枚の露光マスクを備え、前記露光マスクの複雑なパターンを１方向に並んだスリットパターン毎に分類し、分類したスリットパターン毎に最適露光条件により多重露光を行なう近接場光露光方法において、
前記露光マスクに対向配置させたマトリクス状の空間光変調素子と、該空間光変調素子に光を照射する光源とを備え、前記光源からの光を前記空間光変調素子に照射し、前記パターン毎に前記空間光変調素子を選択的に制御することにより選択された空間光変調素子からの出射光で前記露光マスクの当該パターンに対応する部位を近接場光露光することを特徴とする近接場光露光方法。