JP2007017961A

JP2007017961A - 近接場露光用マスク、該マスクの製造方法、該マスクを備えた近接場露光装置及びレジストパターンの形成方法

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Publication number: JP2007017961A
Application number: JP2006158637A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Ito; 伊藤　　俊樹; Natsuhiko Mizutani; 夏彦水谷; Takako Yamaguchi; 貴子山口
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2006-06-07
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2026-06-07
Also published as: JP4194612B2

Abstract

【課題】近接場光を用いた密着露光に使用されるマスクおいて、遮光層と被露光物間の多重反射の発生を抑制でき、レジスト中に発生する酸による腐食に対して高い耐久性を有する近接場露光用マスクの提供。
【解決手段】基板上に、開口幅が露光用光源の波長よりも狭い開口が形成された遮光層を有し、前記開口に生じる近接場光を用いて被露光物と接触させた状態で、前記被露光物に対し露光を行うための近接場露光用マスクであって、前記遮光層を、シリコンをモル分率で５０％以上１００％以下の範囲で含有する膜で構成した近接場露光用マスク。
【選択図】図１

Description

本発明は、近接場露光用マスク、該マスクの製造方法、該マスクを備えた近接場露光装置及びレジストパターンの形成方法に関する。

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。

このような半導体デバイスの製造工程において、フォトリソグラフィ工程は微細パターン形成に重要な役割を果たしている。

しかしながら、現在のフォトリソグラフィ工程では、大部分が縮小投影露光で行われていることから、その解像度は光の回折限界で制約され、光源の波長の３分の１程度の空間分解能しか得られない。このため、露光光源にＫｒＦエキシマレーザやＡｒＦエキシマレーザ等を用いることによって短波長化がはかられ、１００ｎｍ程度の微細加工が可能となっている。

このような短波長化に伴い、そこで用いられるフォトマスク等についても、従来のものでは遮光性が不足することから、様々な工夫がなされてきている。

例えば、特許文献１、特許文献２では、従来のクロム系のフォトマスクではＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）に対する遮光性が不足する等の不都合から、遮光膜にシリコンを用いたフォトマスクが提案されている。

しかし、ここで開示されているのは、あくまで縮小投影露光用のマスクである。

以上のように光源の短波長化が進むフォトリソグラフィにおいては、上記したフォトマスク等以外にも、装置の大型化、その波長域でのレンズの開発、装置のコスト、対応するレジストのコストなど、解決すべき課題が数多く浮上してきている。

一方、光を用いてその波長以下の解像度の微細加工を行うために、近接場光を用いる方法が提案されている。

このような近接場光による場合には、光の回折限界の制約を受けないため、光源波長の３分の１以下の空間分解能を得ることができる。また、光源として水銀灯や半導体レーザを使えば、光源自体を小さくすることができることから、装置構成の小型化を図ることができ、コストも安くすることが可能となる。

近接場光を用いたリソグラフィの方式の一つとして、例えば、特許文献３に開示されたものがある。

特許文献３は、光源波長より狭い開口が形成された遮光層を有する近接場露光用マスクを、レジストに対して近接場領域である１００ｎｍ以下まで密着させ、マスク上の微細パターンを一括露光によってレジストに転写する方法を開示する。
特開平６−０９５３６３号公報特開平６−０９５３５８号公報特開平１１−１４５０５１号公報

ところで、近接場露光用マスクをレジストに対して密着させて露光を行う特許文献３では、遮光層の開口部に生じる近接場光は、一部が伝搬光に変換される。入射光が遮光層に垂直に入射していたとしても、近接場光から変換されて生じる伝搬光は指向性が低いため、斜め方向にも伝搬する。この伝搬光は被露光物内を伝搬して基板面で反射し、さらに遮光層にて反射する、という多重反射が生じる。多重反射しながら被露光物内を伝播した結果として、隣接するパターン部にも伝搬光が到達し、パターンに影響を及ぼす可能性がある。

また、使用するレジストによってはマスクの遮光層との密着性が高く、マスク剥離時にマスクが破損したり、レジストが基板から剥がれたりする、という可能性もある。

また、化学増幅型レジストや、光カチオン重合型レジストのように、露光で発生する酸を触媒とした反応により現像コントラストを生じるレジストを用いた場合、発生した酸によりマスクの遮光層が腐食されるため、マスクの寿命が短くなる可能性も否定できない。

本発明により提供される近接場露光用マスクは、基板上に、開口幅が露光用光源の波長よりも狭い開口が形成された遮光層を有し、前記開口に生じる近接場光を用いて被露光物と接触させた状態で、前記被露光物に対し露光を行うための近接場露光用マスクであって、
前記遮光層を、シリコンをモル分率で５０％以上１００％以下の範囲で含有する膜で構成したことを特徴とする。

本発明により提供される近接場露光用マスクの製造方法は、近接場光によって被露光物と接触した状態で露光を行うための近接場露光用マスクの製造方法であって、基板上に、シリコンをモル分率で５０％以上１００％以下の範囲で含有する膜を用いて遮光層を形成する工程と、前記遮光層に、開口幅が露光用光源の波長よりも狭い開口を形成する工程と、を有することを特徴とする。

本発明は、近接場露光装置、レジストパターンの形成方法及びデバイスの作製方法を包含する。

本発明の近接場露光装置は、近接場露光用マスクと、該マスクの遮光層を被露光物に接触させる手段とを備え、該マスクの遮光層の反対側から光を照射し、該被露光物側に生じる近接場光によって被露光物に対し密着露光を行う近接場露光装置において、前記近接場露光用マスクが、本発明の近接場露光用マスクによって構成されていることを特徴とする。

本発明のレジストパターンの形成方法は、近接場露光用マスクを用い、該マスクをレジストに接触させた状態で露光を行ない、レジストパターンを形成するレジストパターンの形成方法において、前記近接場露光用マスクに、本発明の近接場露光用マスク、を用いることを特徴とする。

本発明のデバイスの作製方法は、デバイス作製用の基板を用いてデバイスを作製するデバイスの作製方法であって、前記基板上に感光性のレジストを付与する工程と、前記レジストと本発明の近接場露光用マスクを接触させる工程と、前記近接場露光用マスクを介して露光用光源からの光を前記レジストに照射する工程と、光照射後の前記レジストを現像する工程と、前記現像後のレジストに基づいて前記基板をエッチングする工程と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、遮光層と被露光物間の多重反射の発生を抑制することができ、密着露光においてレジストとの剥離が容易であり、レジスト中に発生する酸による腐食に対して高い耐久性を有する近接場露光用マスクを提供できる。

前述した特開平６−０９５３６３号公報、特開平６−０９５３５８号公報では、従来の縮小投影露光におけるフォトリソグラフィ工程で用いられるフォトマスクに、シリコンを用いた遮光膜が提案されている。しかしながら、それらは光源波長の短波長化に伴い、従来のクロム系のフォトマスクではＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）に対する遮光性が不足する等の不都合からなされたものにすぎないものである。

これに対して、本発明は近接場露光に特有の多重反射の発生、レジストとの剥離の問題、レジスト中に発生する酸による腐食等を解決するために、本発明者らが鋭意研究した結果、初めて見出されたものである。

本発明は、その実施の形態において、さらに次のように構成することもできる。

本発明の近接場露光用マスクは、遮光層を、非晶質シリコンで構成したもの、多結晶シリコン、または単結晶シリコンで構成したものを包含する。また、遮光層の露光用光源波長に対する透過率が０．１以下であるものを包含する。

また、遮光層は、シリコンを含有する膜の表面が撥水、撥油化処理された構成のものを包含する。

撥水、撥油化処理において、フッ素系シランカップリング剤を前記シリコンを含有する膜の表面に付着させた構成とすることができる。

また、そのフッ素系シランカップリング剤を、一般式がＲｆ_ｍＲ_ｎＳｉＸ_{４−ｍ−ｎ}で表される化合物で構成することができる。但し、ここで、Ｒｆは一部または全ての水素がフッ素置換されたアルキル基、Ｒはアルキル基、Ｓｉはシリコン、Ｘ：アルコキシル基、ハロゲン基あるいはアミノ基であり、１≦ｍ≦３、０≦ｎ≦２、１≦ｍ＋ｎ≦３である。

また、前記撥水、撥油化処理において、ハロゲン元素含有ガスをプラズマに曝露させることで前記シリコンを含有する膜の表面をハロゲン化させた構成とすることができる。

本発明の近接場露光用マスクの製造方法は、近接場光によって被露光物と接触した状態で露光を行うための近接場露光用マスクの製造方法であって、基板上に、シリコンをモル分率で５０％以上１００％以下の範囲で含有する膜を用いて遮光層を形成する工程と、前記遮光層に、開口幅が露光用光源の波長よりも狭い開口を形成する工程と、を有することを特徴とする。そして、本発明は、前記基板上の遮光層が形成されている側と反対側から、前記基板の一部を除去し、光源側からの光を入射させるための薄膜部を形成する工程を更に有するものを包含する。

また、前記開口が形成された遮光層の表面を、撥水、撥油化処理する工程を更に有するものを包含する。

また、本発明は、遮光層を形成する工程を、基板上に接合された所定厚さのシリコンを含有する遮光層を薄膜化し、前記薄膜による遮光層を形成するプロセスを含む工程とすることができる。あるいは基板上に接合されたＳＯＩウエハからその支持基板及びＢＯＸ層を除去し、前記薄膜による遮光層を形成するプロセスを含む工程とすることができる。
また、レジストパターンの形成方法において、前記レジストに、前記密着露光で発生する酸を触媒とした反応により現像コントラストを生じるレジストを用いることができる。その際、そのレジストに化学増幅型レジスト、あるいは光カチオン重合型レジストを用いることができる。

以下に、本発明の実施例について説明する。ここで示すのは代表的な例であって、本発明はここで示した実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
実施例１では、本発明を適用して、つぎのような近接場露光用マスクの製造方法によりマスクを製造した。

図１に、本実施例の近接場露光用マスクの製造方法における製造工程を説明する図を示す。

つぎに、図１を用いて近接場露光用マスクの作製手順を説明する。

まず、シリコン基板１１を用意し、この両面に弾性変形可能な薄膜によるマスクの透明母材１２となる窒化シリコンＳｉ_３Ｎ_４を減圧ＣＶＤで成膜する（図１（ａ））。但し、基板、母材はこれらに限られるものではない。

続いて、シリコン基板１１の一方の面側に、シリコン薄膜を形成し、シリコン遮光層１３とする（図１（ｂ））。

ここで、遮光層の透過率が、露光波長に対して０．１以下、好ましくは０．０１以下となるように、シリコン遮光層１３の厚さ及び／または消衰係数を調整することが好ましい。透過率が０．１以上だと、露光部と未露光部の光強度コントラストが低く、解像性が高いレジストパターンが形成されない。消衰係数は、成膜条件や、後述するような金属の添加などで調整可能である。

消衰係数ｋ、厚さｔの遮光層の、露光波長λに対する透過率Ｔは、下記式で算出される。
Ｔ＝ｅｘｐ（−４πｋｔ／λ）
例えば、厚さ５０ｎｍの遮光層の露光波長３６５ｎｍにおける透過率は、消衰係数ｋが１．３３８以上の場合０．１以下、２．６７５以上の場合０．０１以下である。非晶質シリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンの露光波長３６５ｎｍにおける消衰係数は２．６〜２．８程度である。

ここで、シリコンを含有する遮光層１３の厚さは、例えば１０〜１００ｎｍの厚さとすることができる。また、透明母材１２の厚さは０．１〜１００μｍの厚さが好ましい。

シリコン遮光層１３は、金属などを含有していても良い。その場合、その組成比を変えることによって遮光層の消衰係数を自在に変化させることが可能である。本発明のマスクに採用される遮光層を構成する膜のシリコン（原子）の含有比率は、モル分率で５０％以上１００％以下の範囲とされ、９０％以上１００％以下とするのがより好ましい。含有比率が５０％未満の場合には遮光膜の加工が困難となる。シリコン遮光層１３の形成方法としては、スパッタリング、減圧ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ）などが挙げられる。

得られたシリコンが非晶性であった場合、熱またはレーザーによるアニーリングを行なって、結晶化させても良い。結晶性シリコンは本実施例においては、後述するパターン加工上の理由により好ましい。

つぎに、シリコン遮光層１３に微細パターン１４を形成する（図１（ｃ））。微細パターン１４のパターニングは、ＦｏｃｕｓｅｄＩｏｎＢｅａｍ（ＦＩＢ）加工装置を用いた直接加工、またはＥｌｅｃｔｒｏｎＢｅａｍ（ＥＢ）描画装置でパターニングされたレジストをマスクとしたエッチング加工で行なう。本実施例では、微細パターン１４の開口幅は、近接場露光で用いる露光光源の波長よりも狭くする。

ＥＢ描画装置を用いたエッチング加工では、シリコン遮光層１３上にＥＢレジストを直接塗布するか、シリコン遮光層１３上にＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２などの酸化物層、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｕ、Ａｌなどの金属層といった中間層を形成し、その上にＥＢレジストを塗布する。

シリコン及び／または該中間層のエッチングはドライエッチングでもウエットエッチングでも良い。ドライエッチングはＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＣｌ_２Ｆ_２、ＣＣｌ_４、ＣＢｒＦ_３、ＢＣｌ_３、ＰＣｌ_３、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、ＨＣｌ、ＨＢｒなどのガスを用いて行なう。ウエットエッチングは水酸化カリウムやテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドなどのアルカリ性水溶液を用いて行なう。

結晶性シリコンをウエットエッチングすると、結晶軸に沿った異方性の高い微細パターン１４が形成できる。

ここで、レジストに対して近接場露光用マスクを密着させて露光した際に、条件によっては、マスクがレジストに密着接合して露光後にマスクをレジストから剥離し難くなる可能性がある。そこで、このような不都合を防止し、露光後の剥離を容易にするため、微細パターン１４が形成されたシリコン遮光層１３の撥水、撥油化処理を行なうことできる。

シリコン表面に形成される撥水、撥油性の層は、緻密でかつシリコンとの化学結合力も強固なものであるため、撥水、撥油効果の持続力が高い。この結果、撥水、撥油化処理の効果として、近接場露光用マスクの耐久性が向上する。

撥水、撥油化処理はフッ素系シランカップリング剤を用いて行うことができる。

その際、まず、液相または気相条件下でシリコン遮光層１３にフッ素系シランカップリング剤を付着させる。液相条件下での付着は、フッ素系シランカップリング剤を含有する溶液中に上記マスク基板を数分から数十分浸漬することにより行なう。

また、気相条件下での付着は、フッ素系シランカップリング剤の蒸気雰囲気中に前記マスク基板を数分から数十分置くことにより行なう。

フッ素系シランカップリング剤は、一般式がＲｆ_ｍＲ_ｎＳｉＸ_{４−ｍ−ｎ}で表される化合物（但し、Ｒｆは一部または全ての水素がフッ素置換されたアルキル基、Ｒはアルキル基、Ｓｉはシリコン、Ｘはアルコキシル基、ハロゲン基あるいはアミノ基であり、１≦ｍ≦３、０≦ｎ≦２、１≦ｍ＋ｎ≦３である。）が特に好ましく用いることができる。

フッ素系シランカップリング剤を付着させた後、温度２０〜６０℃、湿度４０〜１００％の環境下で前記マスク基板を１時間以上放置する。これにより、シリコン遮光層１３上の自然酸化膜の水酸基と、フッ素系シランカップリング剤のアルコキシル基またはハロゲン基とを縮合反応させる。

その後、有機溶剤液中に数分浸漬し、未反応の余剰のフッ素系シランカップリング剤を除去する。

シリコン遮光層１３の撥水、撥油化処理の他の方法として、フッ素、塩素、臭素などのハロゲン原子を含むプラズマへの曝露による表面のハロゲン化も用いることができる。

前記マスク基板をドライエッチング装置の真空チャンバー内に設置し、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、ＣＣｌ_２Ｆ_２、ＣＣｌ_４、ＣＢｒＦ_３、ＢＣｌ_３、ＰＣｌ_３、ＳＦ_６、Ｃｌ_２、ＨＣｌ、ＨＢｒなどのプラズマに曝露することで遮光層シリコンの表面をハロゲン化することができる。

つぎに、シリコン基板１１のもう一方の面側（マスクにおける裏面側）の透明母材１２にバックエッチ孔１５をパターニングする（図１（ｄ））。

バックエッチ孔１５のパターニングは透明母材１２上に塗布され、露光、現像されたレジストパターンをマスクとしてエッチングすること、などで行うことができる。

その後、水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などのアルカリ性水溶液を用いてシリコン基板１１の結晶軸異方性エッチングを行ない、マスク薄膜部１６を有する薄膜マスク構造を形成する（図１（ｅ））。

なお、本実施例において、支持基板側だけに透明母材を形成したＳＯＩウエハを用い、上記した図１（ｂ）に示す構造を形成してもよい。この場合、微細パターン１４の形成以降のプロセスは同様に行う。

［実施例２］
実施例２では、本発明を適用して、実施例１とは別の形態の近接場露光用マスクの製造方法によりマスクを製造した。

図２に、本実施例の近接場露光用マスクの製造方法における製造工程を説明する図を示す。

以下、図２を用いて近接場露光用マスクの作製手順を説明する。

まず、透明基板２１を用意し、実施例１と同様にシリコン遮光層２２を形成する（図２（ａ））。

つぎに、シリコン遮光層２２に微細パターン２３を形成する（図２（ｂ））。微細パターン２３のパターニングは実施例１と同様に行う。

ここで、微細パターン２３が形成されたシリコン遮光層２２の撥水、撥油化処理を行なうことが好ましい。撥水、撥油化処理は、実施例１と同様に行う。

つぎに、透明基板２１の、シリコン遮光層が形成されていない側にレジスト２４を塗布する（図２（ｃ））。

続いて、露光、現像することでバックエッチ孔２５を形成する（図２（ｄ））。その後、フッ酸水溶液などで透明基板２１のエッチングを行う。このエッチングを、透明基板２１を０．１〜１００μｍ残して終了することで、弾性変形可能なマスク薄膜部２６を有する薄膜マスク構造を形成する（図２（ｅ））。

このようにして作製された本実施例の近接場露光用マスクによれば、マスク薄膜部２６と透明基板２１が同一の基板から形成されていることから、マスク薄膜部２６にたるみが生じにくい近接場露光用マスクを得ることができる。

［実施例３］
実施例３では、本発明を適用して、上記各実施例とは別の形態の近接場露光用マスクの製造方法によりマスクを製造した。

図３に、本実施例の近接場露光用マスクの製造方法における製造工程を説明する図を示す。図３を用いて近接場露光用マスクの作製手順を説明する。

まず、シリコン基板３１を用意し、この片面に石英などの透明基板３２を接合する（図２（ａ））。

続いて、シリコン基板３１を、機械研磨、ＣＭＰ、ドライエッチングなどで１０〜１００ｎｍ厚まで薄膜化する（図３（ｂ））。

つぎに、薄膜化されたシリコン基板３１に微細パターン３３を形成する（図３（ｃ））。微細パターン３３のパターニングは実施例１と同様に行う。

ここで、微細パターン３３が形成された薄膜化されたシリコン基板３１の撥水、撥油化処理を行なうことが好ましい。撥水、撥油化処理は、実施例１と同様に行う。

つぎに、透明基板３２の、微細パターン３３が形成されていない側にレジスト３４を塗布する（図３（ｄ））。

続いて、露光、現像することでバックエッチ孔３５を形成する（図３（ｅ））。その後、フッ酸水溶液などで透明基板２のエッチングを行う。このエッチングを、透明基板３２を０．１〜１００μｍ残して終了することで、弾性変形可能なマスク薄膜部３６を有する薄膜マスク構造を形成する（図３（ｆ））。

このようにして作製された本実施例の近接場露光用マスクによれば、実施例２と同様、マスク薄膜部３６と透明基板３２が同一の基板から形成されていることから、マスク薄膜部３６にたるみが生じにくい近接場露光用マスクを得ることができる。

［実施例４］
実施例４では、本発明を適用して、上記各実施例とは別の形態の近接場露光用マスクの製造方法によりマスクを製造した。

図４に、本実施例の近接場露光用マスクの製造方法における製造工程を説明する図を示す。図４を用いて近接場露光用マスクの作製手順を説明する。

まず、ＳＯＩウエハ４１を用意し、この片面に石英などの透明基板４２を接合する（図４（ａ））。ＳＯＩウエハ４１のＳＯＩ層の厚さは１０〜１００ｎｍが好ましいが、それより厚い場合でも、後述する図４（ｃ）に示す工程後に、実施例３と同様のＳＯＩ層の薄膜化を行なえば良い。

つぎに、ＳＯＩウエハ４１の支持基板を水酸化カリウム、テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などのアルカリ性水溶液を用いて除去する（図４（ｂ））。

続いて、ＢＯＸ層をフッ酸水溶液などで除去する（図４（ｃ））。

つぎに、ＳＯＩ層に微細パターン４３を形成する（図４（ｄ））。

微細パターン４３のパターニングは実施例１と同様に行う。

ここで、微細パターン４３が形成された、ＳＯＩウエハ４１のＳＯＩ層の撥水、撥油化処理を行なうことが好ましい。撥水、撥油化処理は、実施例１と同様に行う。

つぎに、透明基板４２の、シリコン層が形成されていない側にレジスト４４を塗布する（図４（ｅ））。

続いて、露光、現像することでバックエッチ孔４５を形成する（図４（ｆ））。その後、フッ酸水溶液などで透明基板４２のエッチングを行う。このエッチングを、透明基板４２を０．１〜１００μｍ残して終了することで、弾性変形可能なマスク薄膜部４６を有する薄膜マスク構造を形成する（図３（ｆ））。

このようにして作製された本実施例の近接場露光用マスクによれば、実施例２と同様、マスク薄膜部４６と透明基板４２が同一の基板から形成されていることから、マスク薄膜部４６にたるみが生じにくい近接場露光用マスクを得ることができる。

近接場露光用マスク作製のその他の実施例として、パターンが形成されたシリコン遮光層を有する透明基板を、遮光層と反対側から研磨して薄膜化し、別途用意した開口部を有する支持体に貼り合わせる、といった方法も挙げられる。

［実施例５］
実施例５においては、本発明を適用した近接場露光用マスクを用い、つぎのようなレジストパターンの形成方法によりレジストパターンを形成した。

レジストは、使用する光源に対して光感度を有するものであれば、ポジ型、ネガ型を問わずに使用できる。ポジ型レジストとしては、例えば、ジアゾナフトキノン−ノボラック型、化学増幅ポジ型が挙げられる。ネガ型レジストとしては、例えば、化学増幅ネガ型、光カチオン重合型、光ラジカル重合型、ポリヒドロキシスチレン−ビスアジド型、環化ゴム−ビスアジド型、ポリケイ皮酸ビニル型などが挙げられる。ここで、化学増幅ポジ型及び化学増幅ネガ型のレジストを使用すると、線幅精度の高いパターンが形成される。

化学増幅型レジストや、光カチオン重合型レジストは、露光で酸を発生する。金属を遮光層とする従来の近接場露光用マスクと比べ、シリコンを遮光層とする本発明の近接場露光用マスクは酸に腐食されにくいため、化学増幅型レジストや光カチオン重合型レジストを使用する近接場露光において、さらに耐久性が高い。

レジストは被加工基板（デバイス作製用基板）上に塗布される。被加工基板としては、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板や、ガラス、石英、ＢＮなどの絶縁性基板、またはこれらの基板上にレジスト、金属、酸化物、窒化物など１種類あるいは複数種類を成膜したものなど、広い範囲のものを使用することができる。

近接場光の伝搬深さは、通常１００ｎｍ以下である。そこで、近接場光リソグラフィで高さ１００ｎｍ以上のレジストパターンを形成するためには、多層レジスト法を用いることが好ましい。即ち、基板上に塗布されたドライエッチングにより除去可能な下層レジスト層の上に酸素ドライエッチング耐性を有するレジストが塗布された構成による２層レジスト法を用いることが好ましい。あるいは、基板上に塗布されたドライエッチングにより除去可能な下層レジスト層、その上に酸素プラズマエッチング耐性層、さらにその上にレジスト層が塗布された構成による３層レジスト法を用いることが好ましい。

前記レジストの塗布は、スピンコータ、ディップコータ、ローラコータなどのような公知の塗布装置、方法を使用して行なうことができる。

膜厚は、下地基板の加工深さと前記レジストのプラズマエッチ耐性及び光強度プロファイルを鑑みて総合的に決定される。通常、プリベーク後で１０〜３００ｎｍとなるように塗布するのが望ましい。

さらに、前記レジストの塗布前に、プリベーク後膜厚を薄くすることを目的として、ベンジルエチルエーテル、ジ−ｎ−ヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、アセトニルアセトン、イソホロン、カプロン酸、カプリル酸、１−オクタノール、１−ノナノール、ベンジルアルコール、酢酸ベンジル、安息香酸エチル、シュウ酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、γ−ブチロラクトン、炭酸エチレン、炭酸プロピレン、エチレングリコールモノフェニルエーテルアセテート等の高沸点溶剤を１種以上添加することもできる。

前記レジストの塗布膜は、８０〜２００℃、好ましくは８０〜１５０℃でプリベークされる。プリベークにはホットプレート、熱風乾燥機などの加熱手段を用いることができる。マスク薄膜部の上面と下面に圧力差を設け、薄膜部をマスク面の法線方向に弾性変形させることによってマスクとレジストとを密着させる。

近接場露光の光源としては、公知の光源、例えば、カーボンアーク灯、水銀蒸気アーク灯、高圧水銀灯、キセノンランプ、ＹＡＧレーザ、Ａｒイオンレーザ、半導体レーザ、Ｆ２エキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、可視光、などが用いられる。これら光源は１つまたは複数で使用できる。本発明においては３６５ｎｍより短い波長の光が特に好ましく使用できる。シリコンは３６５ｎｍより短い波長に対して高い消衰係数を有するためである。

シリコンは、従来遮光層として使用されてきた金属と比べ、レジスト／遮光層界面での反射率が低い。このため、近接場光から変換されて生じる伝搬光の多重反射が抑制され、パターン群の孤立性がさらに高い。

前述のような撥水、撥油化処理が施されたシリコン遮光層３を有する近接場露光用マスクは、近接場露光後、マスクの破損やレジストの基板からの剥がれも無く、レジストから容易に剥離することができる。

近接場露光の後、露光後加熱を行う。露光後加熱は８０〜２００℃、好ましくは８０〜１５０℃で行う。露光後加熱にはホットプレート、熱風乾燥機などの加熱手段を用いることができる。

近接場露光されたレジスト層はアルカリ性水溶液、水系現像液、有機溶剤などで現像される。現像の方式としては、例えば、ディップ方式、スプレー方式、ブラッシング、スラッピング等が挙げられる。

近接場露光により形成されたレジストパターンを２層レジスト法により高アスペクト化する場合、パターンをマスクとして酸素プラズマエッチングを行う。酸素プラズマエッチングに使用する酸素含有ガスとしては、例えば、酸素単独、酸素とアルゴン等の不活性ガスとの混合ガス、または酸素と一酸化炭素、二酸化炭素、アンモニア、一酸化二窒素、二酸化硫黄などとの混合ガスを用いることができる。

近接場露光により形成されたレジストパターンを３層レジスト法により高アスペクト化する場合、パターンをマスクとして酸素プラズマエッチング耐性層のエッチングを行なう。エッチングにはウエットエッチング、ドライエッチングが適用できるが、ドライエッチングの方が微細パターン形成に適しており、より好ましい。

ウエットエッチング剤としては、エッチング対象に応じてフッ酸水溶液、フッ化アンモニウム水溶液、リン酸水溶液、酢酸水溶液、硝酸水溶液、硝酸セリウムアンモニウム水溶液等を挙げることができる。

ドライエッチング用ガスとしては、ＣＨＦ_３、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、ＣＦ_６、ＣＣｌ_４、ＢＣｌ_３、Ｃｌ_２、ＨＣｌ、Ｈ_２、Ａｒ等を挙げることができ、必要に応じてこれらのガスを組み合わせて使用される。

酸素プラズマエッチング耐性のエッチングののち、２層レジスト法と同様に酸素プラズマエッチングを行ない、下層レジスト層にパターンを転写する。

以上のようにして形成されたレジストパターンをマスクとしてドライエッチング、ウエットエッチング、金属蒸着、リフトオフまたはめっきすることで基板を加工することができる。

上記のような基板の加工方法を用いて、例えば、つぎの（１）〜（５）のデバイス、あるいは素子等を製造することができる。
（１）半導体デバイス。
（２）５０ｎｍサイズのＧａＡｓ量子ドットを５０ｎｍ間隔で２次元に並べた構造製造に用いることによる量子ドットレーザ素子。
（３）５０ｎｍサイズの円錐状ＳｉＯ_２構造をＳｉＯ２基板上に５０ｎｍ間隔で２次元に並べた構造製造に用いることによる光反射防止機能を有するサブ波長素子（ＳＷＳ）。
（４）ＧａＮや金属からなる１００ｎｍサイズの構造を１００ｎｍ間隔で２次元に周期的に並べた構造製造に用いることによるフォトニック結晶光学デバイス、プラズモン光学デバイス。
（５）５０ｎｍサイズのＡｕ微粒子をプラスティック基板上５０ｎｍ間隔で２次元に並べた構造製造に用いることによる局在プラズモン共鳴（ＬＰＲ）や表面増強ラマン分光（ＳＥＲＳ）を利用したバイオセンサやマイクロトータル解析システム（μＴＡＳ）素子。
（６）トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、近接場光学顕微鏡等の走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）に用いられる５０ｎｍ以下のサイズの尖鋭な構造製造に用いることによるＳＰＭプローブ等のナノエレクトロメカニカルシステム（ＮＥＭＳ）素子。

本発明の実施例１における近接場露光用マスクの製造工程を説明する図。本発明の実施例２における近接場露光用マスクの製造工程を説明する図。本発明の実施例３における近接場露光用マスクの製造工程を説明する図。本発明の実施例４における近接場露光用マスクの製造工程を説明する図。

符号の説明

１１基板
１２透明母材
１３シリコン遮光層
１４微細パターン
１５バックエッチ孔
１６マスク薄膜部

Claims

基板上に、開口幅が露光用光源の波長よりも狭い開口が形成された遮光層を有し、前記開口に生じる近接場光を用いて被露光物と接触させた状態で、前記被露光物に対し露光を行うための近接場露光用マスクであって、
前記遮光層を、シリコンをモル分率で５０％以上１００％以下の範囲で含有する膜で構成したことを特徴とする近接場露光用マスク。
前記遮光層は、非晶質シリコンで構成されている請求項１に記載の近接場露光用マスク。
前記遮光層は、多結晶シリコン、または単結晶シリコンで構成されている請求項１に記載の近接場露光用マスク。
前記遮光層の、前記露光用光源の波長に対する透過率が０．１以下である請求項１に記載の近接場露光用マスク。
前記遮光層の、前記露光用光源の波長に対する透過率が０．０１以下である請求項４に記載の近接場露光用マスク。
前記遮光層は、その表面にフッ素系シランカップリング剤を付与したものである請求項１記載の近接場露光用マスク。
近接場光によって被露光物と接触した状態で露光を行うための近接場露光用マスクの製造方法であって、基板上に、シリコンをモル分率で５０％以上１００％以下の範囲で含有する膜を用いて遮光層を形成する工程と、
前記遮光層に、開口幅が露光用光源の波長よりも狭い開口を形成する工程と、を有することを特徴とする近接場露光用マスクの製造方法。
前記基板上の遮光層が形成されている側と反対側から、前記基板の一部を除去し、光源側からの光を入射させるための薄膜部を形成する工程を更に有する請求項７に記載の近接場露光用マスクの製造方法。
近接場露光用マスクと、該マスクの遮光層を被露光物に接触させる手段とを備え、該マスクの遮光層の反対側から光を照射し、該被露光物側に生じる近接場光によって被露光物に対し密着露光を行う近接場露光装置において、
前記近接場露光用マスクが、請求項１に記載の近接場露光用マスクによって構成されていることを特徴とする近接場露光装置。
近接場露光用マスクを用い、該マスクをレジストに接触させた状態で露光を行ない、レジスト中にパターンを形成するレジストパターンの形成方法において、
前記近接場露光用マスクに、請求項１項に記載の近接場露光用マスク、を用いることを特徴とするレジストパターンの形成方法。
前記レジストに、前記密着露光で発生する酸を触媒とした反応により現像コントラストを生じるレジストが用いられることを特徴とする請求項１０に記載のレジストパターンの形成方法。
前記レジストが、化学増幅型レジストであることを特徴とする請求項１１に記載のレジストパターンの形成方法。
前記レジストが、光カチオン重合型レジストであることを特徴とする請求項１１に記載のレジストパターンの形成方法。
デバイス作製用の基板を用いてデバイスを作製するデバイスの作製方法であって、前記基板上に感光性のレジストを付与する工程と、前記レジストと請求項１に記載の近接場露光用マスクを接触させる工程と、前記近接場露光用マスクを介して露光用光源からの光を前記レジストに照射する工程と、光照射後の前記レジストを現像する工程と、前記現像後のレジストに基づいて前記基板をエッチングする工程と、を有することを特徴とするデバイスの作製方法。