JP3950538B2 - エバネッセント光露光装置及びエバネッセント光露光方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエバネッセント光露光装置及び露光方法に関する。本発明は特に１００ｎｍ以下の大きさの微細加工に用いられるエバネッセント光露光装置に良好に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光の波長により微細加工限界（現在、近紫外線レーザを用いて０．１μｍ程度）が制限される光リソグラフィ装置に対して、光の波長以下の微細加工を可能とする手段として近接場光学顕微鏡（以下ＳＮＯＭと略す）の構成を用いた微細加工装置が提案されている。例えば、１００ｎｍ以下の大きさの微小開口部から滲み出るエバネッセント光を用いてレジストに対し、光波長による加工限界を超える局所的な露光を行う装置が挙げられるが、ＳＮＯＭ構成のリソグラフィ装置ではいずれも１本（または数本）の加工プローブで微細加工を行う構成であるため、生産性がさして向上しないという問題点を有していた。
【０００３】
これを解決する一つの方法として、光マスクに対してプリズムを設け、これに全反射の角度で光を入射させ、全反射面から滲み出るエバネッセント光を用いて光マスクのパターンをレジストに対して一括して転写するという提案がなされている（特開平8-179493号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平8-179493号公報に記載のプリズムを用いたエバネッセント光による一括露光装置では、プリズム・マスク面とレジスト面との間隔が１００ｎｍ以下に設定することが必須である。これはプリズム・マスク面から滲み出たエバネッセント光の強度が、プリズム・マスク面から遠ざかるにつれ指数関数的に減衰するためによる。しかしながら、プリズム・マスク面や基板の面精度や平面度、あるいはプリズム・マスク面と基板間の平行度等の限界により、プリズム・マスク面全面にわたってレジスト面との間隔を１００ｎｍ以下に設定することは困難である。この結果、露光パターンにむらが生じたり、プリズム・マスク面によりレジストが部分的に押しつぶされたりする問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は光の波長以下の一括露光を容易に行えるエバネッセント光露光装置及び露光方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のエバネッセント光露光装置は、マスクの表面に形成されたパターンを、エバネッセント光により被露光物に露光させるエバネッセント光露光装置において、前記マスクを取り付ける開口部を有し、かつ前記マスクが取り付けられることで密閉可能な容器と、前記容器内に満たされた流体と、前記流体の圧力を変化させる手段とで構成される前記マスクの表面側と裏面側とに圧力差を発生させる手段と、前記被露光物を前記マスクの表面に対向した配置で保持する手段と、前記マスクの表面と前記被露光物との界面で全反射となる角度で、前記マスクの裏面から光を照射する光源とを有し、前記圧力差を発生させる手段により前記マスクの表面を前記被露光物に密着させた状態で、前記流体の屈折率をｎ i 、前記マスクを構成する材料の屈折率をｎ p 、前記被露光物を構成する材料の屈折率をｎ r 、前記流体と前記マスクの裏面との界面への光の入射角度をθ’、前記マスクの表面と前記被露光物との界面への光の入射角度をθ in とするとき、
ｎ p ×ｓｉｎθ in ／ｎ r ＞１
ｎ i ×ｓｉｎθ’／ｎ p ＜１
なる条件を満足するように、前記流体の屈折率と、前記流体と前記マスクの裏面との界面への光の入射角度を設定することを特徴とする。
【０００７】
上記の通り構成された本発明のエバネッセント光露光装置は、マスクを取り付ける開口部を有し、かつマスクが取り付けられることで密閉可能な容器と、容器内に満たされた流体と、流体の圧力を変化させる手段とで構成されるマスクの表面側と裏面側とに圧力差を発生させることのできる構成でマスクを保持する。
【０００８】
被露光物はマスクの表面に対向した位置で保持され、また圧力差を発生させる手段によりマスクの表面側と裏面側とに圧力差を発生させ、これによりマスクを弾性変形させることでマスクを被露光物に密着させた後、マスクの表面と被露光物との界面で全反射となる角度で、マスクの裏面から光を照射する光源により被露光物を露光する。なお、圧力差を発生させる手段によりマスクの表面を被露光物に密着させた状態で、流体の屈折率をｎ i 、マスクを構成する材料の屈折率をｎ p 、被露光物を構成する材料の屈折率をｎ r 、流体とマスクの裏面との界面への光の入射角度をθ’、マスクの表面と被露光物との界面への光の入射角度をθ in とするとき、
ｎ p ×ｓｉｎθ in ／ｎ r ＞１
ｎ i ×ｓｉｎθ’／ｎ p ＜１
なる条件を満足するように、流体の屈折率と、流体とマスクの裏面との界面への光の入射角度が設定される。
【００１０】
裏面の圧力が表面より高くなる圧力を印加した場合、マスクは弾性変形し、マスクの表面に対向して配置される露光物に密着され、エバネッセント光による一括露光が可能な状態となる。また露光終了後、露光状態とは逆の圧力差、すなわちマスクの裏面に表面より低い圧力が印加されることで、マスクは露光物から剥離される。ここで流体は屈折率の調整が可能な屈折率調整液が用いられる。
【００１２】
なお、本発明のエバネッセント光露光方法は、マスクが取り付けられることで密閉可能な容器内に満たされた流体の圧力を変化させて、前記マスクの表面を前記被露光物に密着させ、
前記マスクの表面と前記被露光物との界面で全反射となる角度で、前記マスクの裏面から光を照射し、前記マスクのパターンを、エバネッセント光により被露光物に露光させるエバネッセント光露光方法であって、
前記流体の屈折率をｎ i 、前記マスクを構成する材料の屈折率をｎ p 、前記被露光物を構成する材料の屈折率をｎ r 、前記流体と前記マスクの裏面との界面への光の入射角度をθ’、前記マスクの表面と前記被露光物との界面への光の入射角度をθ in とするとき、
ｎ p ×ｓｉｎθ in ／ｎ r ＞１
ｎ i ×ｓｉｎθ’／ｎ p ＜１
なる条件を満足するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態であるエバネッセント光露光装置の構成を示す図である。図１において、与圧容器１０３にはシリンダ１０６が接続されており、これらの内部は屈折率調整液１０５で満たされている。シリンダ１０６をピストン駆動モータ１０８で駆動することにより、与圧容器１０３内部の屈折率調整液１０５の圧力を調整することができるようになっている。また、与圧容器１０３にはレーザ１１１より射出された後、コリメータレンズ１１３で平行光となったレーザ１１２の導入用のガラス窓１１４が設けられている。基板１０２が搭載されたステージ１１０は、３次元方向に駆動可能であり、これにより基板１０２とエバネッセント光マスク１０１との位置合わせを行う。基板１０２の表面にはレジスト１０９が塗布されている。なお、以下の説明では、レジスト１０９と基板１０２を一体化された構成物として取り扱う場合、以下レジスト・基板１１６と称することとする。
【００１５】
エバネッセント光マスク１０１は、エバネッセント光マスク母材１０４とエバネッセント光マスク金属パターン１１５から構成されている。図１においてはエバネッセント光マスク１０１は与圧容器１０３の開口部に、屈折率調整液１０５を密閉するように取り付けられる。この状態で表面１０１ａは被加工用の基板１０２に対面し、裏面１０１ｂは屈折率調整液１０５に接することとなる。
【００１６】
以下に前記エバネッセント光露光装置による露光の手順を説明する。
【００１７】
被露光物となるレジスト１０９を上面にして、基板１０２をステージ１１０上にセットする。ステージ１１０を駆動し、エバネッセント光マスク１０１に対し、マスク面内２次元方向における基板１０２の相対位置合わせを行う。次に、マスク面法線方向にステージ１１０を駆動し、エバネッセント光マスク１０１の表面１０１ａと基板１０２上のレジスト１０９面との間隔が全面にわたって１００ｎｍ以下になるように両者を密着させる。
【００１８】
ここで、エバネッセント光マスク１０１の表面１０１ａと基板１０２上レジスト１０９面がともに完全に平坦であれば、全面にわたって両者を密着させることが可能である。しかしながら、実際には、マスク面やレジスト・基板１１６の表面には凹凸やうねりが存在するので、両者を近づけ、接触させただけでは、密着している部分と非密着部分が混在する状態になってしまう。
【００１９】
そこで、図１においてピストン１０７を下方に押し下げることでシリンダ１０６内の屈折率調整液１０５を与圧容器１０３へと押し出し、与圧容器１０３の内圧を増大させる、すなわちエバネッセント光マスク１０１の裏面１０１ｂに外気圧より高い圧力を印加することで、エバネッセント光マスク１０１が弾性変形により下方に撓み、エバネッセント光マスク１０１の表面１０１ａがレジスト・基板１１６ヘと押し付けられ、全面にわたって密着させることができることとなる。
【００２０】
このような方法で圧力の印加を行うと、パスカルの原理により、エバネッセント光マスク１０１の表面１０１ａと基板１０２上のレジスト１０９面との間に作用する斥力が均一になる。このため、エバネッセント光マスク１０１や基板１０２上のレジスト１０９面に対し、局所的に大きな力が加わったりすることがなく、エバネッセント光マスク１０１や基板１０２、レジスト１０９が局所的に破壊されたりすることがなくなるという効果を有する。
【００２１】
このとき、与圧容器１０３内の圧力を調整することにより、エバネッセント光マスク１０１とレジスト・基板１１６との間に働かせる押し付け力、すなわち、両者の密着力を制御することができる。例えば、マスク面やレジスト・基板１１６の表面の凹凸やうねりがやや大きいときには、与圧容器１０３内の圧力を高めに設定することにより、密着力を増大させ、凹凸やうねりによるマスク面とレジスト・基板１１６の表面との間の間隔ばらつきをなくすようにすることができる。
【００２２】
以上、説明した手順により、エバネッセント光マスク１０１とレジスト・基板１１６とを全面にわたって均一な圧力で密着させた後、コリメーターレンズ１１３で平行光にされたレーザ光１１２が、ガラス窓１１４を透過し、与圧容器１０３内に導入され、エバネッセント光マスク１０１の裏面１０１ｂを全反射となるような角度から照射される。
【００２３】
次にエバネッセント光マスク１０１とレジスト１０９の密着境界面におけるレーザ光の全反射の詳細を図２に示す。図２において、屈折率調整液１０５側から入射するレーザ光１１２はエバネッセント光マスク母材１０４との界面に入射角θ’で入射し屈折した後、マスク母材１０４中に入り、エバネッセント光金属パターン１１５との界面に入射角θinで入射する。
【００２４】
エバネッセント光マスク１０１とレジスト１０９の密着境界面でレーザ光が全反射するためには、エバネッセント光マスク母材１０４の屈折率ｎp、レジスト１０９の屈折率ｎrと境界面ヘのレーザ光１１２の入射角度θinとの間に、次の式（１）の関係
ｎp×ｓｉｎθin／ｎr ＞ １ 式（１）
が成り立つようにする必要がある。
【００２５】
ここで、開口パターン（例えば、第１の開口パターン２１８、第２の開口パターン２１９）の部分では、エバネッセント光マスク母材１０４とレジスト１０９の間にはエバネッセント光マスク金属パターン１１５の膜厚分の空間が存在するが、後に詳細に説明するように、このエバネッセント光マスク金属パターン１１５の膜厚は１０〜１００ｎｍと十分に薄く、エバネッセント光が惨み出す領域にあるので、この界面における全反射条件を示す式（１）において、空間に存在する物質（例えば空気）の屈折率の代わりにレジスト１０９の屈折率ｎrを用いる。
【００２６】
さて、式（１）を満たすθinが存在するためには、エバネッセント光マスク母材１０４の屈折率ｎpとレジスト１０９の屈折率ｎrとの間に、次の式（２）の関係
ｎp ＞ ｎr 式（２）
が成り立つことが必要である。
【００２７】
さらに、屈折率調整液１０５とエバネッセント光マスク母材１０４の界面でレーザ光１１２が全反射しないようにするために屈折率調整液１０５の屈折率ｎiとエバネッセント光マスク母材１０４の屈折率ｎpとの間に、次の式（３）の関係
ｎi ＜ ｎp 式（３）
が成り立つ、あるいは、屈折率ｎi、ｎpと入射角θ’との間に、次の式（４）の関係
ｎi×ｓｉｎθ’／ｎp ＜ １ 式（４）
が成り立つようにする必要がある。
【００２８】
実際には、装置構成をできるだけコンパクトにすること、及び露光用の光を垂直入射に近づけることが望ましい。このためには、レーザ光１１２の入射角θin 、θ’が小さい、つまりマスクに対して垂直に近くなることが必要である。これを満たすためには、屈折率調整液１０５の屈折率ｎiとエバネッセント光マスク母材１０４の屈折率ｎpとが近い値で、かつ、レジストの屈折率ｎrがｎi、ｎpよりできるだけ小さい値となるように、すなわち、
ｎi 〜 ｎp ＞＞ ｎr
となるように、エバネッセント光マスク母材１０４、レジスト１０９、屈折率調整液１０５の材料を選ぶことが重要である。
【００２９】
実際の装置においては、式（３）あるいは式（４）を満たすようにするために、屈折率調整液１０５を用いている。屈折率調整液１０５として、光学部品の張り合わせの際によく用いられるインデックスマッチングオイルを用いれば、屈折率の選択範囲も広く、用いるマスク母材やレジストに応じて本発明に適した屈折率調整を行なうことができる。
【００３０】
本実施の形態では、図１の構成の装置において、屈折率調整液１０５として、屈折率ｎi＝１．８のインデックスマッチングオイル、エバネッセント光マスク母材１０４として、屈折率ｎp＝２．０のＳｉ3Ｎ4、レジスト１０９として、屈折率１．５のポジ型レジストを用いた。このとき、エバネッセント光マスク１０１とレジスト１０９の密着境界面ヘのレーザ光１１２の入射角θinが、式（１）の全反射条件を満たすθin＝５５゜となるようエバネッセント光マスク母材１０４ヘのレーザー光の入射角θ’をθ’＝６５．５゜とした。このようにして、レーザ光１１２は、裏面１０１ｂからエバネッセント光マスク１０１を照射し全反射されるが、エバネッセント光マスク１０１の表面１０１ａ側のエバネッセント光マスク金属パターン１１５からはエバネッセント光と呼ばれる光が惨み出しており、この光を用いてレジスト１０９の露光を行う。
【００３１】
ここで、図２を用い、エバネッセント光による露光の原理を説明する。
【００３２】
図２において、エバネッセント光マスク母材１０４に入射したレーザ光１１２は、エバネッセント光マスク金属パターン１１５に形成された第１の開口パターン２１８、第２の開口パターン２１９を照射する。ここで、第１の開口パターン２１８の大きさ（幅）は、レーザ光１１２の波長よりも小さく、１００ｎｍ以下のものとする。第２の開口パターン２１９の大きさはレーザ光２１２の波長よりも大きいとする。
【００３３】
通常、第１の開口パターン２１８のように、波長より小さい大きさの微小開口を光が透過することはない。また、第２の開口パターン２１９のように、波長より大きい大きさの開口であっても、全反射条件の界面を越えて光が透過することもない。
【００３４】
しかしながら、第１の開口パターン２１８、第２の開口パターン２１９の近傍にはエバネッセント光２１７と呼ばれる光がわずかに惨み出している。この光は、微小開口や全反射条件の界面から約１００ｎｍの距離以下の近傍にのみ存在する非伝搬光であり、開口や界面から離れるとその強度が急激に減少する性質のものである。
【００３５】
そこで、このエバネッセント光２１７が惨み出している第１の開口パターン２１８、第２の開口パターン２１９に対して、レジスト１０９を１００ｎｍ以下の距離にまで近づける。すると、このエバネッセント光２１７がレジスト１０９中で散乱され、散乱光となって、レジスト１０９を露光する。
【００３６】
ここで、レジスト１０９の膜厚が十分薄ければ、レジスト１０９中のエバネッセント光の散乱光もあまり広がらず、光の波長より小さい開口パターン（例えば第１の開口パターン２１８）と大きいパターン（例えば第２の開口パターン２１９）とに対して同時に、それぞれの形に応じたパターンの潜像をレジストに露光・転写することができる。
【００３７】
以上のように露光後、ピストン１０７を図１において、上方に引き上げることで与圧容器１０３内の屈折率調整液１０５をシリンダ１０６へと吸い込み、与圧容器１０３の内圧を低減させる、すなわちエバネッセント光マスク１０１の裏面１０１ｂ側の圧力が表面１０１ａ側の外気圧より低くなることで、エバネッセント光マスク１０１が弾性変形により上方に撓み、基板１０２上のレジスト１０９面からエバネッセント光マスク１０１の表面１０１ａを剥離させる。
【００３８】
このような方法で減圧を行い、レジスト・基板１１６からのエバネッセント光マスク１０１の剥離を行う場合、パスカルの原理により、エバネッセント光マスク１０１の表面１０１ａと基板１０２上のレジスト１０９面との間に作用する引っ張り力が均一になる。このため、エバネッセント光マスク１０１や基板１０２上のレジスト１０９面に対し、局所的に大きな力が加わったりすることがなく、エバネッセント光マスク１０１や基板１０２、レジスト１０９が剥離時に局所的に破壊されたりすることがなくなるという効果を有する。このとき、与圧容器１０３内の圧力を調整することにより、エバネッセント光マスク１０１とレジスト・基板１１６との間に働く引っ張り力を制御することができる。例えば、マスク面とレジスト・基板１１６面との間の吸着力が大きいときには、与圧容器内の圧力をより低めに設定することにより、引っ張り力を増大させ、剥離しやすくすることができる。
【００３９】
また、逆の装置構成として、エバネッセント光マスクの表面１０１ａおよびレジスト・基板１１６を与圧容器１０３内側に配置した場合、印加圧力も逆にすればよい。すなわち密着時には与圧容器１０３内を外気圧以下に、剥離時には与圧容器１０３内を外気圧以上とする。いずれにしても、密着時にはエバネッセント光マスク１０１の表面１０１ａ側よりも裏面１０１ｂ側が高い圧力となり、剥離時には逆の圧力差、すなわち裏面１０１ｂ側よりも表面１０１ａ側が高い圧力となるような圧力差を設けるようにすれば良い。
【００４０】
このようにエバネッセント光による露光を行なった後は、通常のプロセスを用い、基板１０２の加工を行う。例えば、レジストを現像した後、エッチングを行うことにより、基板１０２に対して上述の開口パターン（例えば図４における第１の開口パターン２１８、第２の開口パターン２１９）に応じたパタ一ンを形成する。これにより、光の波長より小さいパターンと大きいパターンとを同時に、基板１０２に形成することができる。
【００４１】
ここでマスクについて詳細に説明する。本発明で用いるエバネッセント光マスクの構成を図３に示す。図３（ａ）はマスクの表面から見た図、図３（ｂ）は断面図である。
【００４２】
図３に示すように、エバネッセント光マスクは、０．１〜１００μｍの膜厚の薄膜からなるマスク母材３２０上に１０〜１００ｎｍの膜厚の金属薄膜３２１を設け、開口パターン３２２を形成したものである。またマスク母材の材料としては、Ｓｉ3Ｎ4やＳｉＯ2等、マスク面法線方向に弾性変形による撓みを生じることが可能な弾性体からなり、かつ、露光波長が透過可能な透明なもの選択する。マスク母材の厚さが薄ければ、より弾性変形しやすく、レジスト・基板１１６の表面においてより細かな大きさの凹凸やうねりに対してまでならうように弾性変形することが可能であるため、より密着性が増すことになる。しかしながら、露光面積に対して薄過ぎるとマスクとしての強度が不足したり、密着・露光を行った後、レジスト・基板１１６に吸着してしまい離れなくなったりする。以上のことから、マスク母材３２０の厚さとして、０． １〜１００μｍの範囲にあることが望ましい。
【００４３】
マスク上の開口パターン３２２から惨み出すエバネッセント光強度をなるべく大きくするためには、開口部のマスク面法線方向の長さを短くする必要があり、そのためには、金属薄膜３２１の膜厚はなるべく薄いことが望ましい。しかしながら、あまり薄いと金属薄膜３２０が連続膜にならず、微小開口部以外のところからも光が漏れてしまう。したがって、金属薄膜３２０の膜厚としては、 １０〜１００ｎｍが望ましい。
【００４４】
また、レジスト・基板１１６に密着する側の金属薄膜３２１の表面が平坦でないと、マスクとレジスト・基板１１６がうまく密着せず、結果として露光むらを生じてしまう。このため、金属薄膜３２１の表面の凹凸の大きさは、少なくとも１００ｎｍ以下、望ましくは１０ｎｍ以下という極めて平坦なものである必要がある。
【００４５】
ここで、開口パターンの形状（幅・長さ）や大きさに関しては制限がなく、所望の形状を選択することができる。例えば、図３（ａ）に示したようなカギ型パターンでも良いし、Ｓ字パターンでも良い。
【００４６】
上述のように、光の波長よりも小さい開口パターン３２３（図２では、第１の開口パターン２１８）であってもエバネッセント光は惨み出しているので、本発明のエバネッセント光マスク上の開口パターンとして用いることができる。
【００４７】
光の波長より大きい開口パターン３２４（図２では、第２の開口パターン２１９）においても、エバネッセント光マスク表面とレジスト表面との間の全反射界面からエバネッセント光が惨み出しており、本発明のエバネッセント光マスク上の開口パターンとして用いることができる。
【００４８】
しかも、開口パターンの大きさに関わらず、エバネッセント光で露光を行なうので、開口の大きさによって露光むらを生じることもない。したがって、エバネッセント光マスク上の開口パターンとしては、光の波長よりも小さい開口パターンのみで構成しても良いし、あるいは、これらに加えて光の波長よりも大きい開口パターンを混在させて構成しても良い。
【００４９】
次に、エバネッセント光マスク作製方法の詳細について、図４を用いて説明する。
【００５０】
図４（ａ）に示すように、両面研磨された厚さ５００μｍのＳｉ（１１１）基板４２５に対し、ＬＰ−ＣＶＤ法を用い、表面（図４中では上面）・裏面（図４中では下面）ともに膜厚２μｍのＳｉ3Ｎ4膜４２６、４２７を成膜する。その後、表面のＳｉ3Ｎ4膜４２６上に、蒸着法により膜厚１０ｎｍのＣｒ薄膜４２８を成膜する。
【００５１】
次いで図４（ｂ）に示すようにＣｒ薄膜４２８の表面に電子線レジスト４２９を塗布し、電子線レジスト４２９に電子線ビーム４３０で描画パターン４３１を形成する。
【００５２】
さらに描画パターン４３１を形成後、図４（ｃ）に示すようにＣＣＬ4でドライエッチングを行い、Ｃｒ薄膜４２８に開口パターン４３２を形成する。続いて、裏面のＳｉ3Ｎ4膜４２７にエッチング用窓４３３を形成する。
【００５３】
その後、図４（ｄ）に示すように、Ｓｉ（１１１）基板４２５に対し、ＫＯＨを用いてＳｉ（１１１）基板４２５の裏面から異方性エッチングを行い、薄膜状のマスク４３４を形成する。最後に図４（ｅ）に示すようにマスク支持部材４３５に接着する。
【００５４】
なお、本発明のエバネッセント光露光装置に適用する被加工用の基板１０２として、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板や、ガラス、石英、ＢＮ等絶縁性基板、それらの基板上に金属や酸化物、窒化物等を成膜したものなど広く用いることができる。ただし、本発明のエバネッセント光露光装置では、エバネッセント光マスク１０１とレジスト・基板１１６とを露光領域全域にわたって、少なくとも１００ｎｍ以下、望ましくは１０ｎｍ以下の間隔になるよう密着させることが重要である。したがって、基板１０２としては、なるべく平坦なものを選択する必要がある。同様に、本発明で用いるレジスト１０９は、表面の凹凸が小さく平坦である必要がある。また、エバネッセント光マスク１０１から惨み出た光は、マスクから距離が遠ざかるにつれて指数関数的に減衰するため、レジスト１０９に対して１００ｎｍ以上の深いところまで露光しにくいこと、及び、散乱されるようにレジスト中に広がり、露光パターン幅を広げることになることを考慮すると、レジスト１０９の厚さは、少なくとも１００ｎｍ以下で、さらにできるだけ薄い必要がある。
【００５５】
以上から、レジスト材料・コーティング方法として、少なくとも１００ｎｍ以下、望ましくは１０ｎｍ以下の膜厚であって、かつ、レジスト表面の凹凸の大きさが少なくとも１００ｎｍ以下、望ましくは１０ｎｍ以下という極めて平坦なものであるような材料・コーティング方法を用いる必要がある。
【００５６】
このような条件をみたすものとして、普通用いられるような光レジスト材料をなるべく粘性が低くなるように溶媒に溶かし、スピンコートで極めて薄くかつ均一厚さになるようコーティングしてもよい。
【００５７】
また、他の光レジスト材料コーテイング方法として、一分子中に疎水基、親水基官能基を有する両親媒性光レジスト材料分子を水面上に並ベた単分子膜を所定の回数、基板上にすくい取ることにより、基板上に単分子膜の累積膜を形成するラングミュアー・ブロジェット（ＬＢ）法を用いても良い。
【００５８】
また、溶液中や気相中で、基板に対して、一分子層だけ物理吸着あるい化学結合することにより基板上に光レジスト材料の単分子膜を形成する自己配向単分子膜形成法（ＳＡＭ法）を用いても良い。
【００５９】
これらのコーテイング方法のうち、後者のＬＢ法やＳＡＭ法は極めて薄いレジスト膜を均一な厚さで、しかも表面の平坦性よく形成することができるため、本発明のエバネッセント光露光装置にきわめて適した光レジスト材料のコーテイング方法である。
【００６０】
上記に説明したとおり、エバネッセント光露光においては、露光領域全面にわたりエバネッセント光マスク１０１とレジスト・基板１１６の間隔は１００ｎｍ以下でしかもばらつきなく一定に保たれている必要がある。
【００６１】
このため、エバネッセント光露光に用いる基板としては、他のリソグラフイープロセスを経て、すでに凹凸を有するパターンが形成され、基板表面に１００ｎｍ以上の凹凸があるものは好ましくなく、他のプロセスをあまり経ていないプロセスの初期の段階のできるだけ平坦な基板が望ましい。したがって、エバネッセント光露光プロセスと他のリソグラフイープロセスを組み合わせる場合も、エバネッセント光露光プロセスをできるだけ、初めに行うようにするのが望ましい。以上の説明では、基板全面に対応するエバネッセント光マスクを用い、基板全面に一括でエバネッセント光露光を行う装置について説明を行った。本発明の概念はこれに限定されるものでなく、基板より小さなエバネッセント光マスクを用い、基板の一部分に対するエバネッセント光露光を行うことを基板上の露光位置を変えて繰り返し行うステツプ・アンド・リピート方式の装置としても良い。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、流体の屈折率と、流体とマスクの裏面との界面への光の入射角度を適切に設定することにより、マスクとレジストの界面に全反射条件で光が照射されて開口パターンから惨み出るエバネッセント光でレジストが露光されることとなり、１００ｎｍ以下の大きさのパターン、あるいは１００ｎｍ以下の大きさのパターンと同時にこれより大きい大きさのパターンをマスク全面にわたりむらなく、基板に一括転写することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエバネッセント光露光装置の一実施形態を示す図である。
【図２】エバネッセント光による露光原理を説明する図である。
【図３】本発明で用いるエバネッセント光マスクの構成を示す図である。
【図４】エバネッセント光マスク作製方法の一例を説明する図である。
【符号の説明】
１０１ エバネッセント光マスク
１０１ａ 表面
１０１ｂ 裏面
１０２ 基板
１０３ 与圧容器
１０４ エバネッセント光マスク母材
１０５ 屈折率調整液
１０６ シリンダ
１０７ ピストン
１０８ ピストン駆動モータ
１０９ レジスト
１１０ ステージ
１１１ レーザ
１１２ レーザ光
１１３ コリメータレンズ
１１４ ガラス窓
１１５ エバネッセント光マスク金属パターン
１１６ レジスト・基板
２１７ エバネッセント光
２１８ 第１の開口パターン
２１９ 第２の開口パターン
３２０ マスク母材
３２１ 金属薄膜
３２２ 開口パターン
３２３ 小さい開口パターン
３２４ 大きい開口パターン
４２５ Ｓｉ（１１１）基板
４２６，４２７ Ｓｉ３Ｎ４薄膜
４２８ Ｃｒ薄膜
４２９ 電子線レジスト
４３０ 電子線ビーム
４３１ 描画パターン
４３２ 開ロパターン
４３３ エッチング用窓
４３４ 薄膜状のマスク
４３５ マスク支持部
【発明の属する技術分野】
本発明はエバネッセント光露光装置及び露光方法に関する。本発明は特に１００ｎｍ以下の大きさの微細加工に用いられるエバネッセント光露光装置に良好に適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光の波長により微細加工限界（現在、近紫外線レーザを用いて０．１μｍ程度）が制限される光リソグラフィ装置に対して、光の波長以下の微細加工を可能とする手段として近接場光学顕微鏡（以下ＳＮＯＭと略す）の構成を用いた微細加工装置が提案されている。例えば、１００ｎｍ以下の大きさの微小開口部から滲み出るエバネッセント光を用いてレジストに対し、光波長による加工限界を超える局所的な露光を行う装置が挙げられるが、ＳＮＯＭ構成のリソグラフィ装置ではいずれも１本（または数本）の加工プローブで微細加工を行う構成であるため、生産性がさして向上しないという問題点を有していた。
【０００３】
これを解決する一つの方法として、光マスクに対してプリズムを設け、これに全反射の角度で光を入射させ、全反射面から滲み出るエバネッセント光を用いて光マスクのパターンをレジストに対して一括して転写するという提案がなされている（特開平8-179493号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平8-179493号公報に記載のプリズムを用いたエバネッセント光による一括露光装置では、プリズム・マスク面とレジスト面との間隔が１００ｎｍ以下に設定することが必須である。これはプリズム・マスク面から滲み出たエバネッセント光の強度が、プリズム・マスク面から遠ざかるにつれ指数関数的に減衰するためによる。しかしながら、プリズム・マスク面や基板の面精度や平面度、あるいはプリズム・マスク面と基板間の平行度等の限界により、プリズム・マスク面全面にわたってレジスト面との間隔を１００ｎｍ以下に設定することは困難である。この結果、露光パターンにむらが生じたり、プリズム・マスク面によりレジストが部分的に押しつぶされたりする問題点があった。
【０００５】
そこで本発明は光の波長以下の一括露光を容易に行えるエバネッセント光露光装置及び露光方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明のエバネッセント光露光装置は、マスクの表面に形成されたパターンを、エバネッセント光により被露光物に露光させるエバネッセント光露光装置において、前記マスクを取り付ける開口部を有し、かつ前記マスクが取り付けられることで密閉可能な容器と、前記容器内に満たされた流体と、前記流体の圧力を変化させる手段とで構成される前記マスクの表面側と裏面側とに圧力差を発生させる手段と、前記被露光物を前記マスクの表面に対向した配置で保持する手段と、前記マスクの表面と前記被露光物との界面で全反射となる角度で、前記マスクの裏面から光を照射する光源とを有し、前記圧力差を発生させる手段により前記マスクの表面を前記被露光物に密着させた状態で、前記流体の屈折率をｎ i 、前記マスクを構成する材料の屈折率をｎ p 、前記被露光物を構成する材料の屈折率をｎ r 、前記流体と前記マスクの裏面との界面への光の入射角度をθ’、前記マスクの表面と前記被露光物との界面への光の入射角度をθ in とするとき、
ｎ p ×ｓｉｎθ in ／ｎ r ＞１
ｎ i ×ｓｉｎθ’／ｎ p ＜１
なる条件を満足するように、前記流体の屈折率と、前記流体と前記マスクの裏面との界面への光の入射角度を設定することを特徴とする。
【０００７】
上記の通り構成された本発明のエバネッセント光露光装置は、マスクを取り付ける開口部を有し、かつマスクが取り付けられることで密閉可能な容器と、容器内に満たされた流体と、流体の圧力を変化させる手段とで構成されるマスクの表面側と裏面側とに圧力差を発生させることのできる構成でマスクを保持する。
【０００８】
被露光物はマスクの表面に対向した位置で保持され、また圧力差を発生させる手段によりマスクの表面側と裏面側とに圧力差を発生させ、これによりマスクを弾性変形させることでマスクを被露光物に密着させた後、マスクの表面と被露光物との界面で全反射となる角度で、マスクの裏面から光を照射する光源により被露光物を露光する。なお、圧力差を発生させる手段によりマスクの表面を被露光物に密着させた状態で、流体の屈折率をｎ i 、マスクを構成する材料の屈折率をｎ p 、被露光物を構成する材料の屈折率をｎ r 、流体とマスクの裏面との界面への光の入射角度をθ’、マスクの表面と被露光物との界面への光の入射角度をθ in とするとき、
ｎ p ×ｓｉｎθ in ／ｎ r ＞１
ｎ i ×ｓｉｎθ’／ｎ p ＜１
なる条件を満足するように、流体の屈折率と、流体とマスクの裏面との界面への光の入射角度が設定される。
【００１０】
裏面の圧力が表面より高くなる圧力を印加した場合、マスクは弾性変形し、マスクの表面に対向して配置される露光物に密着され、エバネッセント光による一括露光が可能な状態となる。また露光終了後、露光状態とは逆の圧力差、すなわちマスクの裏面に表面より低い圧力が印加されることで、マスクは露光物から剥離される。ここで流体は屈折率の調整が可能な屈折率調整液が用いられる。
【００１２】
なお、本発明のエバネッセント光露光方法は、マスクが取り付けられることで密閉可能な容器内に満たされた流体の圧力を変化させて、前記マスクの表面を前記被露光物に密着させ、
前記マスクの表面と前記被露光物との界面で全反射となる角度で、前記マスクの裏面から光を照射し、前記マスクのパターンを、エバネッセント光により被露光物に露光させるエバネッセント光露光方法であって、
前記流体の屈折率をｎ i 、前記マスクを構成する材料の屈折率をｎ p 、前記被露光物を構成する材料の屈折率をｎ r 、前記流体と前記マスクの裏面との界面への光の入射角度をθ’、前記マスクの表面と前記被露光物との界面への光の入射角度をθ in とするとき、
ｎ p ×ｓｉｎθ in ／ｎ r ＞１
ｎ i ×ｓｉｎθ’／ｎ p ＜１
なる条件を満足するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態であるエバネッセント光露光装置の構成を示す図である。図１において、与圧容器１０３にはシリンダ１０６が接続されており、これらの内部は屈折率調整液１０５で満たされている。シリンダ１０６をピストン駆動モータ１０８で駆動することにより、与圧容器１０３内部の屈折率調整液１０５の圧力を調整することができるようになっている。また、与圧容器１０３にはレーザ１１１より射出された後、コリメータレンズ１１３で平行光となったレーザ１１２の導入用のガラス窓１１４が設けられている。基板１０２が搭載されたステージ１１０は、３次元方向に駆動可能であり、これにより基板１０２とエバネッセント光マスク１０１との位置合わせを行う。基板１０２の表面にはレジスト１０９が塗布されている。なお、以下の説明では、レジスト１０９と基板１０２を一体化された構成物として取り扱う場合、以下レジスト・基板１１６と称することとする。
【００１５】
エバネッセント光マスク１０１は、エバネッセント光マスク母材１０４とエバネッセント光マスク金属パターン１１５から構成されている。図１においてはエバネッセント光マスク１０１は与圧容器１０３の開口部に、屈折率調整液１０５を密閉するように取り付けられる。この状態で表面１０１ａは被加工用の基板１０２に対面し、裏面１０１ｂは屈折率調整液１０５に接することとなる。
【００１６】
以下に前記エバネッセント光露光装置による露光の手順を説明する。
【００１７】
被露光物となるレジスト１０９を上面にして、基板１０２をステージ１１０上にセットする。ステージ１１０を駆動し、エバネッセント光マスク１０１に対し、マスク面内２次元方向における基板１０２の相対位置合わせを行う。次に、マスク面法線方向にステージ１１０を駆動し、エバネッセント光マスク１０１の表面１０１ａと基板１０２上のレジスト１０９面との間隔が全面にわたって１００ｎｍ以下になるように両者を密着させる。
【００１８】
ここで、エバネッセント光マスク１０１の表面１０１ａと基板１０２上レジスト１０９面がともに完全に平坦であれば、全面にわたって両者を密着させることが可能である。しかしながら、実際には、マスク面やレジスト・基板１１６の表面には凹凸やうねりが存在するので、両者を近づけ、接触させただけでは、密着している部分と非密着部分が混在する状態になってしまう。
【００１９】
そこで、図１においてピストン１０７を下方に押し下げることでシリンダ１０６内の屈折率調整液１０５を与圧容器１０３へと押し出し、与圧容器１０３の内圧を増大させる、すなわちエバネッセント光マスク１０１の裏面１０１ｂに外気圧より高い圧力を印加することで、エバネッセント光マスク１０１が弾性変形により下方に撓み、エバネッセント光マスク１０１の表面１０１ａがレジスト・基板１１６ヘと押し付けられ、全面にわたって密着させることができることとなる。
【００２０】
このような方法で圧力の印加を行うと、パスカルの原理により、エバネッセント光マスク１０１の表面１０１ａと基板１０２上のレジスト１０９面との間に作用する斥力が均一になる。このため、エバネッセント光マスク１０１や基板１０２上のレジスト１０９面に対し、局所的に大きな力が加わったりすることがなく、エバネッセント光マスク１０１や基板１０２、レジスト１０９が局所的に破壊されたりすることがなくなるという効果を有する。
【００２１】
このとき、与圧容器１０３内の圧力を調整することにより、エバネッセント光マスク１０１とレジスト・基板１１６との間に働かせる押し付け力、すなわち、両者の密着力を制御することができる。例えば、マスク面やレジスト・基板１１６の表面の凹凸やうねりがやや大きいときには、与圧容器１０３内の圧力を高めに設定することにより、密着力を増大させ、凹凸やうねりによるマスク面とレジスト・基板１１６の表面との間の間隔ばらつきをなくすようにすることができる。
【００２２】
以上、説明した手順により、エバネッセント光マスク１０１とレジスト・基板１１６とを全面にわたって均一な圧力で密着させた後、コリメーターレンズ１１３で平行光にされたレーザ光１１２が、ガラス窓１１４を透過し、与圧容器１０３内に導入され、エバネッセント光マスク１０１の裏面１０１ｂを全反射となるような角度から照射される。
【００２３】
次にエバネッセント光マスク１０１とレジスト１０９の密着境界面におけるレーザ光の全反射の詳細を図２に示す。図２において、屈折率調整液１０５側から入射するレーザ光１１２はエバネッセント光マスク母材１０４との界面に入射角θ’で入射し屈折した後、マスク母材１０４中に入り、エバネッセント光金属パターン１１５との界面に入射角θinで入射する。
【００２４】
エバネッセント光マスク１０１とレジスト１０９の密着境界面でレーザ光が全反射するためには、エバネッセント光マスク母材１０４の屈折率ｎp、レジスト１０９の屈折率ｎrと境界面ヘのレーザ光１１２の入射角度θinとの間に、次の式（１）の関係
ｎp×ｓｉｎθin／ｎr ＞ １ 式（１）
が成り立つようにする必要がある。
【００２５】
ここで、開口パターン（例えば、第１の開口パターン２１８、第２の開口パターン２１９）の部分では、エバネッセント光マスク母材１０４とレジスト１０９の間にはエバネッセント光マスク金属パターン１１５の膜厚分の空間が存在するが、後に詳細に説明するように、このエバネッセント光マスク金属パターン１１５の膜厚は１０〜１００ｎｍと十分に薄く、エバネッセント光が惨み出す領域にあるので、この界面における全反射条件を示す式（１）において、空間に存在する物質（例えば空気）の屈折率の代わりにレジスト１０９の屈折率ｎrを用いる。
【００２６】
さて、式（１）を満たすθinが存在するためには、エバネッセント光マスク母材１０４の屈折率ｎpとレジスト１０９の屈折率ｎrとの間に、次の式（２）の関係
ｎp ＞ ｎr 式（２）
が成り立つことが必要である。
【００２７】
さらに、屈折率調整液１０５とエバネッセント光マスク母材１０４の界面でレーザ光１１２が全反射しないようにするために屈折率調整液１０５の屈折率ｎiとエバネッセント光マスク母材１０４の屈折率ｎpとの間に、次の式（３）の関係
ｎi ＜ ｎp 式（３）
が成り立つ、あるいは、屈折率ｎi、ｎpと入射角θ’との間に、次の式（４）の関係
ｎi×ｓｉｎθ’／ｎp ＜ １ 式（４）
が成り立つようにする必要がある。
【００２８】
実際には、装置構成をできるだけコンパクトにすること、及び露光用の光を垂直入射に近づけることが望ましい。このためには、レーザ光１１２の入射角θin 、θ’が小さい、つまりマスクに対して垂直に近くなることが必要である。これを満たすためには、屈折率調整液１０５の屈折率ｎiとエバネッセント光マスク母材１０４の屈折率ｎpとが近い値で、かつ、レジストの屈折率ｎrがｎi、ｎpよりできるだけ小さい値となるように、すなわち、
ｎi 〜 ｎp ＞＞ ｎr
となるように、エバネッセント光マスク母材１０４、レジスト１０９、屈折率調整液１０５の材料を選ぶことが重要である。
【００２９】
実際の装置においては、式（３）あるいは式（４）を満たすようにするために、屈折率調整液１０５を用いている。屈折率調整液１０５として、光学部品の張り合わせの際によく用いられるインデックスマッチングオイルを用いれば、屈折率の選択範囲も広く、用いるマスク母材やレジストに応じて本発明に適した屈折率調整を行なうことができる。
【００３０】
本実施の形態では、図１の構成の装置において、屈折率調整液１０５として、屈折率ｎi＝１．８のインデックスマッチングオイル、エバネッセント光マスク母材１０４として、屈折率ｎp＝２．０のＳｉ3Ｎ4、レジスト１０９として、屈折率１．５のポジ型レジストを用いた。このとき、エバネッセント光マスク１０１とレジスト１０９の密着境界面ヘのレーザ光１１２の入射角θinが、式（１）の全反射条件を満たすθin＝５５゜となるようエバネッセント光マスク母材１０４ヘのレーザー光の入射角θ’をθ’＝６５．５゜とした。このようにして、レーザ光１１２は、裏面１０１ｂからエバネッセント光マスク１０１を照射し全反射されるが、エバネッセント光マスク１０１の表面１０１ａ側のエバネッセント光マスク金属パターン１１５からはエバネッセント光と呼ばれる光が惨み出しており、この光を用いてレジスト１０９の露光を行う。
【００３１】
ここで、図２を用い、エバネッセント光による露光の原理を説明する。
【００３２】
図２において、エバネッセント光マスク母材１０４に入射したレーザ光１１２は、エバネッセント光マスク金属パターン１１５に形成された第１の開口パターン２１８、第２の開口パターン２１９を照射する。ここで、第１の開口パターン２１８の大きさ（幅）は、レーザ光１１２の波長よりも小さく、１００ｎｍ以下のものとする。第２の開口パターン２１９の大きさはレーザ光２１２の波長よりも大きいとする。
【００３３】
通常、第１の開口パターン２１８のように、波長より小さい大きさの微小開口を光が透過することはない。また、第２の開口パターン２１９のように、波長より大きい大きさの開口であっても、全反射条件の界面を越えて光が透過することもない。
【００３４】
しかしながら、第１の開口パターン２１８、第２の開口パターン２１９の近傍にはエバネッセント光２１７と呼ばれる光がわずかに惨み出している。この光は、微小開口や全反射条件の界面から約１００ｎｍの距離以下の近傍にのみ存在する非伝搬光であり、開口や界面から離れるとその強度が急激に減少する性質のものである。
【００３５】
そこで、このエバネッセント光２１７が惨み出している第１の開口パターン２１８、第２の開口パターン２１９に対して、レジスト１０９を１００ｎｍ以下の距離にまで近づける。すると、このエバネッセント光２１７がレジスト１０９中で散乱され、散乱光となって、レジスト１０９を露光する。
【００３６】
ここで、レジスト１０９の膜厚が十分薄ければ、レジスト１０９中のエバネッセント光の散乱光もあまり広がらず、光の波長より小さい開口パターン（例えば第１の開口パターン２１８）と大きいパターン（例えば第２の開口パターン２１９）とに対して同時に、それぞれの形に応じたパターンの潜像をレジストに露光・転写することができる。
【００３７】
以上のように露光後、ピストン１０７を図１において、上方に引き上げることで与圧容器１０３内の屈折率調整液１０５をシリンダ１０６へと吸い込み、与圧容器１０３の内圧を低減させる、すなわちエバネッセント光マスク１０１の裏面１０１ｂ側の圧力が表面１０１ａ側の外気圧より低くなることで、エバネッセント光マスク１０１が弾性変形により上方に撓み、基板１０２上のレジスト１０９面からエバネッセント光マスク１０１の表面１０１ａを剥離させる。
【００３８】
このような方法で減圧を行い、レジスト・基板１１６からのエバネッセント光マスク１０１の剥離を行う場合、パスカルの原理により、エバネッセント光マスク１０１の表面１０１ａと基板１０２上のレジスト１０９面との間に作用する引っ張り力が均一になる。このため、エバネッセント光マスク１０１や基板１０２上のレジスト１０９面に対し、局所的に大きな力が加わったりすることがなく、エバネッセント光マスク１０１や基板１０２、レジスト１０９が剥離時に局所的に破壊されたりすることがなくなるという効果を有する。このとき、与圧容器１０３内の圧力を調整することにより、エバネッセント光マスク１０１とレジスト・基板１１６との間に働く引っ張り力を制御することができる。例えば、マスク面とレジスト・基板１１６面との間の吸着力が大きいときには、与圧容器内の圧力をより低めに設定することにより、引っ張り力を増大させ、剥離しやすくすることができる。
【００３９】
また、逆の装置構成として、エバネッセント光マスクの表面１０１ａおよびレジスト・基板１１６を与圧容器１０３内側に配置した場合、印加圧力も逆にすればよい。すなわち密着時には与圧容器１０３内を外気圧以下に、剥離時には与圧容器１０３内を外気圧以上とする。いずれにしても、密着時にはエバネッセント光マスク１０１の表面１０１ａ側よりも裏面１０１ｂ側が高い圧力となり、剥離時には逆の圧力差、すなわち裏面１０１ｂ側よりも表面１０１ａ側が高い圧力となるような圧力差を設けるようにすれば良い。
【００４０】
このようにエバネッセント光による露光を行なった後は、通常のプロセスを用い、基板１０２の加工を行う。例えば、レジストを現像した後、エッチングを行うことにより、基板１０２に対して上述の開口パターン（例えば図４における第１の開口パターン２１８、第２の開口パターン２１９）に応じたパタ一ンを形成する。これにより、光の波長より小さいパターンと大きいパターンとを同時に、基板１０２に形成することができる。
【００４１】
ここでマスクについて詳細に説明する。本発明で用いるエバネッセント光マスクの構成を図３に示す。図３（ａ）はマスクの表面から見た図、図３（ｂ）は断面図である。
【００４２】
図３に示すように、エバネッセント光マスクは、０．１〜１００μｍの膜厚の薄膜からなるマスク母材３２０上に１０〜１００ｎｍの膜厚の金属薄膜３２１を設け、開口パターン３２２を形成したものである。またマスク母材の材料としては、Ｓｉ3Ｎ4やＳｉＯ2等、マスク面法線方向に弾性変形による撓みを生じることが可能な弾性体からなり、かつ、露光波長が透過可能な透明なもの選択する。マスク母材の厚さが薄ければ、より弾性変形しやすく、レジスト・基板１１６の表面においてより細かな大きさの凹凸やうねりに対してまでならうように弾性変形することが可能であるため、より密着性が増すことになる。しかしながら、露光面積に対して薄過ぎるとマスクとしての強度が不足したり、密着・露光を行った後、レジスト・基板１１６に吸着してしまい離れなくなったりする。以上のことから、マスク母材３２０の厚さとして、０． １〜１００μｍの範囲にあることが望ましい。
【００４３】
マスク上の開口パターン３２２から惨み出すエバネッセント光強度をなるべく大きくするためには、開口部のマスク面法線方向の長さを短くする必要があり、そのためには、金属薄膜３２１の膜厚はなるべく薄いことが望ましい。しかしながら、あまり薄いと金属薄膜３２０が連続膜にならず、微小開口部以外のところからも光が漏れてしまう。したがって、金属薄膜３２０の膜厚としては、 １０〜１００ｎｍが望ましい。
【００４４】
また、レジスト・基板１１６に密着する側の金属薄膜３２１の表面が平坦でないと、マスクとレジスト・基板１１６がうまく密着せず、結果として露光むらを生じてしまう。このため、金属薄膜３２１の表面の凹凸の大きさは、少なくとも１００ｎｍ以下、望ましくは１０ｎｍ以下という極めて平坦なものである必要がある。
【００４５】
ここで、開口パターンの形状（幅・長さ）や大きさに関しては制限がなく、所望の形状を選択することができる。例えば、図３（ａ）に示したようなカギ型パターンでも良いし、Ｓ字パターンでも良い。
【００４６】
上述のように、光の波長よりも小さい開口パターン３２３（図２では、第１の開口パターン２１８）であってもエバネッセント光は惨み出しているので、本発明のエバネッセント光マスク上の開口パターンとして用いることができる。
【００４７】
光の波長より大きい開口パターン３２４（図２では、第２の開口パターン２１９）においても、エバネッセント光マスク表面とレジスト表面との間の全反射界面からエバネッセント光が惨み出しており、本発明のエバネッセント光マスク上の開口パターンとして用いることができる。
【００４８】
しかも、開口パターンの大きさに関わらず、エバネッセント光で露光を行なうので、開口の大きさによって露光むらを生じることもない。したがって、エバネッセント光マスク上の開口パターンとしては、光の波長よりも小さい開口パターンのみで構成しても良いし、あるいは、これらに加えて光の波長よりも大きい開口パターンを混在させて構成しても良い。
【００４９】
次に、エバネッセント光マスク作製方法の詳細について、図４を用いて説明する。
【００５０】
図４（ａ）に示すように、両面研磨された厚さ５００μｍのＳｉ（１１１）基板４２５に対し、ＬＰ−ＣＶＤ法を用い、表面（図４中では上面）・裏面（図４中では下面）ともに膜厚２μｍのＳｉ3Ｎ4膜４２６、４２７を成膜する。その後、表面のＳｉ3Ｎ4膜４２６上に、蒸着法により膜厚１０ｎｍのＣｒ薄膜４２８を成膜する。
【００５１】
次いで図４（ｂ）に示すようにＣｒ薄膜４２８の表面に電子線レジスト４２９を塗布し、電子線レジスト４２９に電子線ビーム４３０で描画パターン４３１を形成する。
【００５２】
さらに描画パターン４３１を形成後、図４（ｃ）に示すようにＣＣＬ4でドライエッチングを行い、Ｃｒ薄膜４２８に開口パターン４３２を形成する。続いて、裏面のＳｉ3Ｎ4膜４２７にエッチング用窓４３３を形成する。
【００５３】
その後、図４（ｄ）に示すように、Ｓｉ（１１１）基板４２５に対し、ＫＯＨを用いてＳｉ（１１１）基板４２５の裏面から異方性エッチングを行い、薄膜状のマスク４３４を形成する。最後に図４（ｅ）に示すようにマスク支持部材４３５に接着する。
【００５４】
なお、本発明のエバネッセント光露光装置に適用する被加工用の基板１０２として、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板や、ガラス、石英、ＢＮ等絶縁性基板、それらの基板上に金属や酸化物、窒化物等を成膜したものなど広く用いることができる。ただし、本発明のエバネッセント光露光装置では、エバネッセント光マスク１０１とレジスト・基板１１６とを露光領域全域にわたって、少なくとも１００ｎｍ以下、望ましくは１０ｎｍ以下の間隔になるよう密着させることが重要である。したがって、基板１０２としては、なるべく平坦なものを選択する必要がある。同様に、本発明で用いるレジスト１０９は、表面の凹凸が小さく平坦である必要がある。また、エバネッセント光マスク１０１から惨み出た光は、マスクから距離が遠ざかるにつれて指数関数的に減衰するため、レジスト１０９に対して１００ｎｍ以上の深いところまで露光しにくいこと、及び、散乱されるようにレジスト中に広がり、露光パターン幅を広げることになることを考慮すると、レジスト１０９の厚さは、少なくとも１００ｎｍ以下で、さらにできるだけ薄い必要がある。
【００５５】
以上から、レジスト材料・コーティング方法として、少なくとも１００ｎｍ以下、望ましくは１０ｎｍ以下の膜厚であって、かつ、レジスト表面の凹凸の大きさが少なくとも１００ｎｍ以下、望ましくは１０ｎｍ以下という極めて平坦なものであるような材料・コーティング方法を用いる必要がある。
【００５６】
このような条件をみたすものとして、普通用いられるような光レジスト材料をなるべく粘性が低くなるように溶媒に溶かし、スピンコートで極めて薄くかつ均一厚さになるようコーティングしてもよい。
【００５７】
また、他の光レジスト材料コーテイング方法として、一分子中に疎水基、親水基官能基を有する両親媒性光レジスト材料分子を水面上に並ベた単分子膜を所定の回数、基板上にすくい取ることにより、基板上に単分子膜の累積膜を形成するラングミュアー・ブロジェット（ＬＢ）法を用いても良い。
【００５８】
また、溶液中や気相中で、基板に対して、一分子層だけ物理吸着あるい化学結合することにより基板上に光レジスト材料の単分子膜を形成する自己配向単分子膜形成法（ＳＡＭ法）を用いても良い。
【００５９】
これらのコーテイング方法のうち、後者のＬＢ法やＳＡＭ法は極めて薄いレジスト膜を均一な厚さで、しかも表面の平坦性よく形成することができるため、本発明のエバネッセント光露光装置にきわめて適した光レジスト材料のコーテイング方法である。
【００６０】
上記に説明したとおり、エバネッセント光露光においては、露光領域全面にわたりエバネッセント光マスク１０１とレジスト・基板１１６の間隔は１００ｎｍ以下でしかもばらつきなく一定に保たれている必要がある。
【００６１】
このため、エバネッセント光露光に用いる基板としては、他のリソグラフイープロセスを経て、すでに凹凸を有するパターンが形成され、基板表面に１００ｎｍ以上の凹凸があるものは好ましくなく、他のプロセスをあまり経ていないプロセスの初期の段階のできるだけ平坦な基板が望ましい。したがって、エバネッセント光露光プロセスと他のリソグラフイープロセスを組み合わせる場合も、エバネッセント光露光プロセスをできるだけ、初めに行うようにするのが望ましい。以上の説明では、基板全面に対応するエバネッセント光マスクを用い、基板全面に一括でエバネッセント光露光を行う装置について説明を行った。本発明の概念はこれに限定されるものでなく、基板より小さなエバネッセント光マスクを用い、基板の一部分に対するエバネッセント光露光を行うことを基板上の露光位置を変えて繰り返し行うステツプ・アンド・リピート方式の装置としても良い。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、流体の屈折率と、流体とマスクの裏面との界面への光の入射角度を適切に設定することにより、マスクとレジストの界面に全反射条件で光が照射されて開口パターンから惨み出るエバネッセント光でレジストが露光されることとなり、１００ｎｍ以下の大きさのパターン、あるいは１００ｎｍ以下の大きさのパターンと同時にこれより大きい大きさのパターンをマスク全面にわたりむらなく、基板に一括転写することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエバネッセント光露光装置の一実施形態を示す図である。
【図２】エバネッセント光による露光原理を説明する図である。
【図３】本発明で用いるエバネッセント光マスクの構成を示す図である。
【図４】エバネッセント光マスク作製方法の一例を説明する図である。
【符号の説明】
１０１ エバネッセント光マスク
１０１ａ 表面
１０１ｂ 裏面
１０２ 基板
１０３ 与圧容器
１０４ エバネッセント光マスク母材
１０５ 屈折率調整液
１０６ シリンダ
１０７ ピストン
１０８ ピストン駆動モータ
１０９ レジスト
１１０ ステージ
１１１ レーザ
１１２ レーザ光
１１３ コリメータレンズ
１１４ ガラス窓
１１５ エバネッセント光マスク金属パターン
１１６ レジスト・基板
２１７ エバネッセント光
２１８ 第１の開口パターン
２１９ 第２の開口パターン
３２０ マスク母材
３２１ 金属薄膜
３２２ 開口パターン
３２３ 小さい開口パターン
３２４ 大きい開口パターン
４２５ Ｓｉ（１１１）基板
４２６，４２７ Ｓｉ３Ｎ４薄膜
４２８ Ｃｒ薄膜
４２９ 電子線レジスト
４３０ 電子線ビーム
４３１ 描画パターン
４３２ 開ロパターン
４３３ エッチング用窓
４３４ 薄膜状のマスク
４３５ マスク支持部
Claims (6)
- マスクの表面に形成されたパターンを、エバネッセント光により被露光物に露光させるエバネッセント光露光装置において、
前記マスクを取り付ける開口部を有し、かつ前記マスクが取り付けられることで密閉可能な容器と、前記容器内に満たされた流体と、前記流体の圧力を変化させる手段とで構成される前記マスクの表面側と裏面側とに圧力差を発生させる手段と、
前記被露光物を前記マスクの表面に対向した配置で保持する手段と、
前記マスクの表面と前記被露光物との界面で全反射となる角度で、前記マスクの裏面から光を照射する光源とを有し、
前記圧力差を発生させる手段により前記マスクの表面を前記被露光物に密着させた状態で、前記流体の屈折率をｎi、前記マスクを構成する材料の屈折率をｎp、前記被露光物を構成する材料の屈折率をｎr、前記流体と前記マスクの裏面との界面への光の入射角度をθ’、前記マスクの表面と前記被露光物との界面への光の入射角度をθinとするとき、
ｎp×ｓｉｎθin／ｎr＞１
ｎi×ｓｉｎθ’／ｎp＜１
なる条件を満足するように、前記流体の屈折率と、前記流体と前記マスクの裏面との界面への光の入射角度を設定することを特徴とするエバネッセント光露光装置。 - 前記マスクの厚さは０．１〜１００μｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のエバネッセント光露光装置。
- 前記圧力差を発生させる手段は、前記マスクの裏面側の圧力を表面側より高くすることで、前記被露光物に密着させる請求項１または２に記載のエバネッセント光露光装置。
- 前記圧力差を発生させる手段は、前記マスクの裏面側の圧力を表面側より低くすることで前記被露光物から剥離させる請求項１または２に記載のエバネッセント光露光装置。
- 前記流体が、屈折率調整液である請求項１に記載のエバネッセント光露光装置。
- マスクが取り付けられることで密閉可能な容器内に満たされた流体の圧力を変化させて、前記マスクの表面を前記被露光物に密着させ、
前記マスクの表面と前記被露光物との界面で全反射となる角度で、前記マスクの裏面から光を照射し、前記マスクのパターンを、エバネッセント光により被露光物に露光させるエバネッセント光露光方法であって、
前記流体の屈折率をｎ i 、前記マスクを構成する材料の屈折率をｎ p 、前記被露光物を構成する材料の屈折率をｎ r 、前記流体と前記マスクの裏面との界面への光の入射角度をθ’、前記マスクの表面と前記被露光物との界面への光の入射角度をθ in とするとき、
ｎ p ×ｓｉｎθ in ／ｎ r ＞１
ｎ i ×ｓｉｎθ’／ｎ p ＜１
なる条件を満足するエバネッセント光露光方法。
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