JP2008015168A - 近接場露光マスクの製造方法、近接場露光方法及び近接場露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ゴム状弾性体を用いて近接場露光マスクを製造するに際し、マスク表面の歪みの発生を抑制することができ、平坦なマスクの形成が可能となる近接場露光マスクの製造方法、近接場露光方法及び近接場露光装置を提供する。
【解決手段】近接場露光マスクの製造に際し、
第１の基板を準備する工程と、前記第１の基板に剥離層を形成する剥離層形成工程と、前記剥離層上に照明光を遮光する遮光層を形成する遮光層形成工程と、前記遮光層に前記照明光の波長よりも短い幅を有する開口を形成する開口形成工程と、
前記開口が形成された遮光層上に前記照明光に対して透明なゴム状弾性体によるマスク母材を形成するマスク母材形成工程と、前記マスク母材上に前記照明光に対して透明な第２の基板を接合する第２基板接合工程と、
前記剥離層を介して前記遮光層から前記第１の基板を剥離する第１基板剥離工程と、を有する構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体デバイスや光デバイスを製造する際のリソグラフィー技術に用いられる近接場露光マスクの製造方法、近接場露光方法及び近接場露光装置に関する。

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いる。
このような露光方法の中でも、例えば、特許文献１のように光の回折限界を超えて微細な加工が可能となる光近接場を用いた露光方法が提案されている。

この近接場露光による露光方法では、近接場露光を用いて微細なパターンをレジストに露光するために、マスクに形成した微小開口とレジスト間距離を極力近づけて露光が行われる。それは、近接場光の強度分布が微小開口から離れるに従って急激に減衰することによる。
しかし、レジスト塗布基板には、基板に僅かなうねりや凹凸が存在する。このような基板に対して近接場露光を行なうには、所望の領域においてうねりや凹凸へのマスクの密着を確保する必要がある。

そこで、特許文献２では、マスク基板を薄膜化し、弾性変形が可能なマスクとし、この薄膜部を圧力制御等により変形させることで、レジストとの密着剥離を行うことが提案されている。
このような近接場露光マスクの製造方法として、基板の上に遮光膜となる薄膜に微細パターンを形成し、その上にマスクの母材となる材料を形成し、最後に基板を除去してマスクを作製する方法が知られている。

また、以上の他に、エマージングリソグラフィー技術として、ナノインプリントという技術が知られている。
このナノインプリントでは、ナノサイズの構造を有するスタンプを粘性のあるレジスト材料に押し付けて、スタンプの構造をレジスト材料に転写する手法が採られる。
この技術においても、基板が有するうねりやスタンプ自体が有するうねりなどによって、全面で一様な構造を転写することが難しい課題の一つとなっている。そのため、非特許文献１では、スタンプをゴム状弾性を有するポリジメチルシロキサンで構成することで、基板のうねりを吸収し、一様にパターンを転写する解決策が提案されている。
特開２００３−１５６８３４号公報 特開平１１−１４５０５１号公報 Ｔｈｅ ４ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｎａｎｏｉｍｐｒｉｎｔ ａｎｄ Ｎａｎｏｐｒｉｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ Ｐａｐｅｒｓ Ｐ．２０−２１ ¨Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｗｏ ＰＤＭＳ ｓｔａｍｐ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ Ｓｏｆｔ ＵＶ−ＮＩＬ¨

ところで、近接場露光に際し、レジスト塗布基板に存在するうねりや凹凸へのマスクの密着を確保するため、マスク基板を薄膜化し、弾性変形可能としたマスクを用いる場合、つぎのような問題を生じる。
すなわち、これらのマスクの薄膜部は、マスク作製のプロセス中の運搬、搬送、設置等のハンドリングミスなどによって破壊してしまうことがある。
そこで、近接場露光マスクに、破壊する恐れがある弾性変形可能な薄膜の代わりに、スタンプをゴム状弾性体で構成したナノインプリントによる技術を転用することが考えられる。
すなわち、これによれば、薄膜と比較し壊れにくいゴム状弾性体を用いることができると共に、上述したナノインプリントと同様に一様に、レジストにマスクを密着させることができるからである。

しかしながら、近接場露光マスクにおいては露光光を遮る遮光膜が必要となることから、上記ナノインプリントによるゴム状弾性体による技術をそのまま転用した場合、つぎのような不都合が生じる。
すなわち、このようなゴム状弾性体に露光光を遮る遮光膜を形成すると、その遮光膜が有する応力によって、ゴム状弾性体及び遮光膜の表面が歪んでしまい、平坦なマスクを形成する際の支障となることがある。
これらについて更に説明すると、遮光膜を形成する前のゴム状弾性を有するポリジメチルシロキサンの膜の表面は、原子間力顕微鏡像で示すと、図３に示されるように、表面がナノメートルオーダーで平坦な表面を有している。
これに対して、ポリジメチルシロキサンの膜の上に遮光膜を形成した場合の原子間力顕微鏡像は、図４に示されるように、遮光膜の応力によって表面に歪みが形成され、図３で示されているような平坦性がなくなってしまっている。
このように、ゴム状弾性体に遮光膜を形成して近接場露光マスクを形成する場合には、遮光膜が有する応力によって、ゴム状弾性体及び遮光膜の表面が歪んでしまうことから、平坦なマスクを形成することが困難となる。

本発明は、上記課題に鑑み、従来のものより壊れにくいゴム状弾性体を用いて近接場露光マスクを製造するに際し、マスク表面の歪みの発生を抑制することができ、平坦なマスクの形成が可能となる近接場露光マスクの製造方法の提供を目的としている。
また、本発明は、上記近接場露光マスクの製造方法で製造された、従来のものより壊れにくいマスクによる近接場露光方法及び近接場露光装置の提供を目的としている。

本発明は上記課題を解決するため、次のように構成した近接場露光マスクの製造方法、近接場露光方法及び近接場露光装置を提供するものである。
本発明の近接場露光マスクの製造方法は、微小開口が形成された遮光層を有し、被露光物に対し弾性変形させ、前記微小開口に生じる近接場光によって密着露光をする近接場露光マスクの製造方法であって、
第１の基板を準備する工程と、
前記第１の基板に剥離層を形成する剥離層形成工程と、
前記剥離層上に、照明光を遮光する遮光層を形成する遮光層形成工程と、
前記遮光層に、前記照明光の波長よりも短い幅を有する開口を形成する開口形成工程と、
前記開口が形成された遮光層上に、前記照明光に対して透明なゴム状弾性体によるマスク母材を形成するマスク母材形成工程と、
前記マスク母材上に、前記照明光に対して透明な第２の基板を接合する第２基板接合工程と、
前記剥離層を介して、前記遮光層から前記第１の基板を剥離する第１基板剥離工程と、を有することを特徴とする。
また、本発明の近接場露光マスクの製造方法は、前記遮光層形成工程において、前記遮光層をオゾンアッシング処理することを特徴とする。
また、本発明の近接場露光マスクの製造方法は、前記マスク母材形成工程において、透明なゴム状弾性体としてポリジメチルシロキサンを用い、１μｍ以上１００μｍ以下の厚さの層を形成することを特徴とする。
また、本発明の近接場露光マスクの製造方法は、前記第２基板接合工程において、前記ゴム状弾性体と前記第２の基板をオゾンアッシング処理することを特徴とする。
また、本発明の近接場露光マスクの製造方法は、前記剥離層形成工程において剥離層としてフォトレジストを用い、前記第１基板剥離工程において溶剤を用いて前記フォトレジストを溶解させ、前記遮光層から前記第１の基板を剥離することを特徴とする。
また、本発明の近接場露光方法は、露光マスクを変形させ被露光物に対して密着させ、該露光マスクに形成した微小開口からにじみ出る近接場を用いて露光を行う近接場露光方法において、
前記露光マスクとして、上記したいずれかに記載の近接場露光マスクの製造方法によって製造された近接場露光マスクを用い、該近接場露光マスクの遮光膜側を前記被露光物と対向して配置する工程と、
前記近接場露光マスクと前記被露光物とを近接させ、該近接場露光マスクを該被露光物に均一な力で押し付ける工程と、
前記近接場露光マスクの前記第２の基板側から、露光光を照明する工程と、
を有することを特徴とする。
また、本発明の近接場露光装置は、露光マスクを変形させ被露光物に対して密着させ、該露光マスクに形成した微小開口からにじみ出る近接場を用いて露光を行う近接場露光装置において、
前記露光マスクとして、上記したいずれかに記載の近接場露光マスクの製造方法によって製造された近接場露光マスクを備えると共に、
前記近接場露光マスクを、前記被露光物に対して均一な力で押し付けるマスク密着機構と、
前記近接場露光マスクの前記第２の基板側から光を照明する露光光源と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、従来のものより壊れにくいゴム状弾性体を用いて近接場露光マスクを製造するに際し、マスク表面の歪みの発生を抑制することができ、平坦なマスクの形成が可能となる近接場露光マスクの製造方法を実現することができる。
また、本発明によれば、上記近接場露光マスクの製造方法で製造された、従来のものより壊れにくいマスクによる近接場露光方法及び近接場露光装置を実現することができる。

つぎに、本発明の実施の形態について説明する。
本実施の形態では、近接場露光マスクのマスク母材を、ゴム状弾性体で形成する。
このゴム状弾性体としては、ガラスや金属に比べて大きく変形し、除荷すれば元の形状に復元する物質が用いられる。
具体的には、ヤング率が１Ｍｐａ以上１ＧＰａ以下のものであり、例えば、ポリジメチルシロキサン（以下、ＰＤＭＳと記す）を用いることができる。
ＰＤＭＳは波長２５０ｎｍ以上において透明である。ＰＤＭＳの具体例としては、ダウ・コーニング社（Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ）によって製造され、Ｓｙｌｇａｒｄ（登録商標）で市販されているＳｙｌｇａｒｄ１８２、１８４および１８６、等が挙げられる。

本実施の形態においては、このようなゴム状弾性体によるマスク母材を用い、近接場露光マスクをつぎのように形成する。
まず、剥離層を形成した第１の基板を準備する。
次に、第１の基板に形成された剥離層上に遮光膜を形成し、この遮光膜に微小開口を形成する。
次に、この微小開口が形成された遮光膜上に、上記ゴム状弾性体によるマスク母材を形成する。
次に、このマスク母材の表面に透明な第２の基板を貼り合わせる。
最後に、前記剥離層を介して前記遮光膜表面から前記第１の基板を剥離する。
これにより、ゴム状弾性体及び遮光膜の表面の歪みの発生を抑制し、平坦なマスクを形成することができる。

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、本発明を適用した近接場露光マスクの製造方法について説明する。
図１に、本実施例における近接場露光マスクの作製手順を説明するためのプロセスフローを示す。
図１において、１０１はシリコン基板、１０２は剥離層、１０３は遮光膜、１０４は微小開口、１０５はマスク母材、１０６は透明基板である。
近接場露光マスクの作製に際し、まず、表面が平坦なシリコン基板１０１を準備する（図１（ａ））。
次に、この表面が平坦なシリコン基板１０１上に、１μｍの厚さでフォトレジストをスピンコート法にて形成する。（図１（ｂ））。
このフォトレジスト層は有機溶剤に浸漬させ、超音波を当てることで用意に溶解することができ、剥離層１０２としての機能を有している。
剥離層１０２として、その他にも有機溶剤によって可溶な有機材料であればよい。また、このような有機材料以外にも、溶剤で用意に溶解する材料ならば、剥離層１０２として用いることができる。

次に、後述する露光工程で用いられる露光光に対して遮光性を有する遮光膜１０３として、クロム（Ｃｒ）をスパッタリング法にて５０ｎｍの厚さで形成する（図１（ｃ））。
ここでは、遮光膜１０３としてＣｒを用いたが、後述する露光工程で用いられる露光光に対して、十分な遮光性能を有する材料ならばよく、その膜の形成方法は、スパッタリング法、真空蒸着法、ゾルゲル法、等どのような膜の形成方法でもよい。

次に、このＣｒの遮光膜１０３に微小開口１０４を作製する（図１（ｄ））。この微小開口１０４の作製方法は、どのような手段を用いてもよい。例えば、遮光膜上に電子線用レジストを塗布し、電子線描画によって電子線用レジストにパターニングを行い、そのレジストをマスクに遮光膜のドライエッチングを行ってもよい。
また、収束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いて、直接に遮光膜１０３を加工してもよい。さらには、他の方法であっても微小開口を形成できる微細加工手段であれば、その方法は問わない。

次に、この微小開口１０４を有する遮光膜１０３上に、マスク母材１０５となるゴム状弾性を有するポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）をスピンコート法にて塗布し、ベークを行ない、１０μｍの厚さとした（図１（ｅ））。
この塗布の方法としては、スピンコート法のほかに、浸漬法、スピン塗布、スプレー塗布、気相蒸着などで行なうことができる。ベークはホットプレート、熱風乾燥機などの加熱手段を用い、１００〜２００℃で１０〜６０分程度で行なう。
その際、遮光膜１０３とマスク母材１０５のＰＤＭＳの接着性を上げるために、遮光膜１０３に対してオゾンアッシング処理を行った。

このときマスク母材１０５として、ポリジメチルシロキサンを用いたが、後述する露光工程で用いられる露光光に対して十分な透過率を有し、且つ、ゴム状弾性を有する材料ならばよく、ポリジメチルシロキサンに限られるものではない。
また、本実施例ではゴム状弾性を有する材料の厚さとして、１０μｍとしたが、後述する露光工程で行う密着動作での密着圧力や基板のうねりの大きさによって、０．１μｍ〜１０００μｍの厚さの範囲において好ましい厚さで、膜を形成すればよい。ここでは、特に１μｍ〜１００μｍの厚さとすることが好ましい。

次に、このマスク母材１０５のＰＤＭＳ表面に、透明基板１０６として石英基板を貼り合わせ、両者を接着させる（図１（ｆ））。
本実施例では、石英基板を貼り合わせたが、この材料に限るものではなく、ダイヤモンド基板やサファイア基板など、後述する露光工程で用いられる露光光に対して透明な基板であればよい。
この貼り合せる工程において、ＰＤＭＳと透明基板１０６の接着性を上げるために、必要に応じて基板、及び、ＰＤＭＳ表面にオゾンアッシング処理を行う。
その際、他の接着性を上げる手段を行ってもよく、例えば、基板とＰＤＭＳ表面を紫外線−オゾン雰囲気に曝露してもよい。あるいは、接着性を上げるためのプライマー層を設けてもよい。

最後に、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミドやアセトンなどの有機溶剤に、これまで膜を形成してきた基板を浸漬し、超音波洗浄することで剥離層１０２のフォトレジスト膜を溶解し、シリコン基板を剥離する（図１（ｇ））。
以上の作製手順によって、表面に歪みを発生させることなく、ゴム状弾性体の上層に遮光膜を形成することができ、表面に歪みのない近接場露光マスクを作製することができる。

［実施例２］
実施例２においては、本発明を適用した近接場露光マスクの製造方法で作製された近接場露光マスクを用いた露光方法を説明する。
図２に、本実施例の近接場露光方法を説明するための図を示す。
図２において、２０１は近接場露光マスク、２０２はフォトレジスト基板、２０３は遮光膜、２０４は透明基板である。

露光に際し、基板にフォトレジストを形成する（以下、このフォトレジストを形成した基板をフォトレジスト基板２０２と記す）。
次に、近接場露光マスク２０１の遮光膜２０３が存在する面を、フォトレジスト基板２０２のフォトレジスト面に対向させ、両者を均一な力で密着させる。
このとき、近接場露光マスク２０１の母材にはゴム状弾性体があるため、基板のうねりにならってゴム状弾性体が変形し、近接場露光マスク２０１とフォトレジスト基板２０２との均一な密着が得られる。
その後、露光光ＥＬとして水銀ランプのｉ線（波長３６５ｎｍ）を近接場露光マスク２０１の透明基板２０４側から照射し、近接場露光マスク２０１の遮光膜２０３に形成した微小開口から発生する近接場光によって、フォトレジストを感光させる。
次いで、そのフォトレジストを現像することで、フォトレジストにパターンを形成することができる。

本実施例では、近接場露光マスクをフォトレジスト基板のフォトレジスト面に対向させ、両者を均一な力で密着させる手段として、例えば、上記した特許文献２に示されているような構成のものを用いることができる。
また、露光光として水銀ランプのｉ線を用いたが、フォトレジストが感度を有する波長の光であれば、これに限るものではない。
例えば、波長２４８ｎｍに感度を有するフォトレジストを用いた場合、重水素ランプやＫｒＦエキシマレーザーを用いてもよい。
また、波長１９３ｎｍに感度を有するフォトレジストを用いた場合、ＡｒＦエキシマレーザーを用いても良く、光源の種類は限定されない。

本発明の実施例１における近接場露光マスクの作製手順を説明するためのプロセスフローを示す図である。 本発明の実施例２における近接場露光マスクを用いた露光方法を説明するための概略図である。 本発明の課題を説明するための、遮光膜を形成する前のゴム状弾性を有するポリジメチルシロキサンの膜の表面の原子間力顕微鏡像である。 本発明の課題を説明するための、ポリジメチルシロキサンの膜の上に、遮光膜を形成した表面の原子間力顕微鏡像である。

符号の説明

１０１：シリコン基板
１０２：剥離層
１０３：遮光膜
１０４：微小開口
１０５：マスク母材
１０６：透明基板
２０１：近接場露光マスク
２０２：フォトレジスト基板
２０３：遮光膜
２０４：透明基板

Claims (7)

1. 微小開口が形成された遮光層を有し、被露光物に対し弾性変形させ、前記微小開口に生じる近接場光によって密着露光をする近接場露光マスクの製造方法であって、
   第１の基板を準備する工程と、
   前記第１の基板に剥離層を形成する剥離層形成工程と、
   前記剥離層上に、照明光を遮光する遮光層を形成する遮光層形成工程と、
   前記遮光層に、前記照明光の波長よりも短い幅を有する開口を形成する開口形成工程と、
   前記開口が形成された遮光層上に、前記照明光に対して透明なゴム状弾性体によるマスク母材を形成するマスク母材形成工程と、
   前記マスク母材上に、前記照明光に対して透明な第２の基板を接合する第２基板接合工程と、
   前記剥離層を介して、前記遮光層から前記第１の基板を剥離する第１基板剥離工程と、
   を有することを特徴とする近接場露光マスクの製造方法。
2. 前記遮光層形成工程において、前記遮光層をオゾンアッシング処理することを特徴とする請求項１に記載の近接場露光マスクの製造方法。
3. 前記マスク母材形成工程において、透明なゴム状弾性体としてポリジメチルシロキサンを用い、１μｍ以上１００μｍ以下の厚さの層を形成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の近接場露光マスクの製造方法。
4. 前記第２基板接合工程において、前記ゴム状弾性体と前記第２の基板をオゾンアッシング処理することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の近接場露光マスクの製造方法。
5. 前記剥離層形成工程において剥離層としてフォトレジストを用い、前記第１基板剥離工程において溶剤を用いて前記フォトレジストを溶解させ、前記遮光層から前記第１の基板を剥離することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の近接場露光マスクの製造方法。
6. 露光マスクを変形させ被露光物に対して密着させ、該露光マスクに形成した微小開口からにじみ出る近接場を用いて露光を行う近接場露光方法において、
   前記露光マスクとして、請求項１乃至５のいずれかに記載の近接場露光マスクの製造方法によって製造された近接場露光マスクを用い、該近接場露光マスクの遮光膜側を前記被露光物と対向して配置する工程と、
   前記近接場露光マスクと前記被露光物とを近接させ、該近接場露光マスクを該被露光物に均一な力で押し付ける工程と、
   前記近接場露光マスクの前記第２の基板側から、露光光を照明する工程と、
   を有することを特徴とする近接場露光方法。
7. 露光マスクを変形させ被露光物に対して密着させ、該露光マスクに形成した微小開口からにじみ出る近接場を用いて露光を行う近接場露光装置において、
   前記露光マスクとして、請求項１乃至５のいずれかに記載の近接場露光マスクの製造方法によって製造された近接場露光マスクを備えると共に、
   前記近接場露光マスクを、前記被露光物に対して均一な力で押し付けるマスク密着機構と、
   前記近接場露光マスクの前記第２の基板側から光を照明する露光光源と、
   を有することを特徴とする近接場露光装置。

Images