10 ( 57) 【要約】
【課題】 フォトリソグラフィ加工技術を立体サンプル に拡張する際に、均一な光照射を
サンプル基板平面に施す露光方法では、レジスト膜厚の 不均一と界面反射の問題に対処で
きないため、露光エネルギ密度が立体上に用意されるレ ジストに対して適切な値から外れ、
場所によるオーバードーズやアンダードーズからなる露 光ムラや、反射光による異常パタ
ーンが生じる課題があった。
【解決手段】 液浸露光の液体に、光減衰の機能を加え ることにより、立体サンプル上の
レジスト膜に到達する光強度を、立体の上部にも底部に も適正な値にでき、サンプル表面
上の全体に適正な露光強度分布を形成できるので、反射 光による異常パターンの発生を確
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【 請 求 項 １ 】
レ ジ ス ト 膜 厚 よ り も 深 い 凹 凸 を 持 つ 立 体 サ ン プ ル に フ ォ ト リ ソ グ ラ
フ ィ 加 工 を 行 う 際 に 、 塗 布 し た レ ジ ス ト に パ タ ー ニ ン グ を 行 う 露 光 工 程 に お い て 、 光 減 衰 を 伴 う 液 体 中 を 光 が 伝 搬 し て 露 光 す る こ と を 特 徴 と す る 、 露 光 方 法 。
【 請 求 項 ２ 】
レ ジ ス ト 膜 厚 よ り も 深 い 凹 凸 の あ る 立 体 サ ン プ ル に フ ォ ト リ ソ グ ラ
フ ィ 加 工 を 行 う 際 に 、 塗 布 し た レ ジ ス ト に パ タ ー ニ ン グ を 行 う 露 光 工 程 に お い て 、 減 衰 率 を 調 節 し た 液 体 中 を 光 が 伝 搬 し て 露 光 す る こ と を 特 徴 と す る 、 露 光 方 法 。
【 請 求 項 ３ 】
レ ジ ス ト 膜 厚 よ り も 深 い 凹 凸 の あ る 立 体 サ ン プ ル に フ ォ ト リ ソ グ ラ
フ ィ 加 工 を 行 う 際 に 、 塗 布 し た レ ジ ス ト に パ タ ー ニ ン グ を 行 う 露 光 工 程 に お い て 、 光 減 衰 の た め の 液 体 供 給 機 構 を 備 え た こ と を 特 徴 と す る 、 露 光 装 置 。
【 発 明 の 詳 細 な 説 明 】 【 技 術 分 野 】
【 ０ ０ ０ １ 】
本 発 明 は 、 フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ を 応 用 し た 立 体 形 状 を 持 つ サ ン プ ル の 製 作 方 法 に 関 す る 。 本 発 明 の 立 体 形 状 を 持 つ サ ン プ ル へ の 露 光 方 法 及 び 露 光 装 置 は 、 レ ジ ス ト 膜 厚 よ り も 深 い 凹 凸 を 持 つ 立 体 形 状 を 持 つ セ ン サ や マ イ ク ロ 流 路 な ど を 含 む Ｍ Ｅ Ｍ Ｓ デ バ イ ス 、 ３ 次 元 Ｌ Ｓ Ｉ な ど が 応 用 分 野 と な る 。
【 背 景 技 術 】 【 ０ ０ ０ ２ 】
半 導 体 微 細 加 工 技 術 は 、 ほ ぼ 平 面 の サ ン プ ル を 対 象 と し て き た 。 フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ に お け る 露 光 工 程 は 一 般 に 、 ほ ぼ 平 面 の サ ン プ ル 基 板 を 平 面 マ ス ク と 平 行 に 配 置 し 、 基 板 に ほ ぼ 垂 直 に 入 射 す る 紫 外 光 を 照 射 す る こ と で 、 マ ス ク 上 の 微 細 パ タ ー ン を 転 写 す る こ と が 出 来 、 様 々 な パ タ ー ン を 一 括 形 成 で き る 。
フ ォ ト レ ジ ス ト 膜 厚 は 変 動 幅 が 数 ％ 以 下 ま で 均 一 に 用 意 で き る と い う 前 提 か ら 、 露 光 も 空 間 的 に 均 一 な 光 強 度 を 持 っ た 光 束 を 利 用 し て 行 う こ と が 一 般 的 で あ る 。 フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ 加 工 の 高 い 生 産 性 は 、 上 記 均 一 性 を 最 大 限 に 生 か し た 一 括 処 理 に よ っ て 得 ら れ る 。 【 ０ ０ ０ ３ 】
基 板 上 に 立 体 的 な 構 造 物 を 構 築 し デ バ イ ス を 製 作 す る Ｍ Ｅ Ｍ Ｓ 技 術 の 発 展 も あ り 、 生 産 性 の 高 い フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ 技 術 を 、 平 面 だ け で な く 深 い 凹 凸 が 存 在 す る 立 体 サ ン プ ル に 拡 張 す る 試 み が 近 年 行 わ れ て い る 。
立 体 的 構 造 を 持 つ デ バ イ ス で は 、 立 体 構 造 を 越 え る 配 線 等 も 必 要 と な る 。 マ イ ク ロ Ｔ Ａ Ｓ （ T o t a l An a l y s i s S y s t e ms ） 分 野 で は ト レ ン チ 構 造 に 液 体 を 流 す 構 成 で 、 多 く の 分 析 デ バ イ ス が 組 み 合 わ さ れ る 。 デ バ イ ス 内 で 、 電 気 的 変 調 や 検 出 を 行 い た い ニ ー ズ が あ る 。 ト レ ン チ の 中 に 電 極 構 造 を 製 作 し 、 配 線 電 極 を 従 来 の Ｌ Ｓ Ｉ の よ う に ウ ェ ハ 上 面 か ら 取 り 出 す に は 、 底 面 や 壁 面 と 基 板 上 面 を つ な げ る こ と が で き れ ば 有 用 で あ る 。
【 ０ ０ ０ ４ 】
立 体 サ ン プ ル 中 の 斜 面 や 垂 直 壁 面 に も 一 括 し て パ タ ー ニ ン グ す る た め に 、 基 板 面 の 法 線 方 向 に 対 し て 斜 め 方 向 か ら 露 光 す る こ と が 試 行 さ れ て い た 。 単 に 影 に な る 領 域 が で き な い よ う 紫 外 光 を 照 射 す れ ば 目 的 に 合 致 し た 結 果 が 得 ら れ る 訳 で は な い 。
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50 、
高 品 位 な パ タ ー ン 転 写 を 、 立 体 サ ン プ ル に 対 し て 得 難 い 原 因 と な っ て い た 。 【 ０ ０ ０ ５ 】
強 度 を 減 衰 さ せ た 紫 外 光 を 利 用 す る 露 光 方 法 と い う 点 で は 、 位 相 シ フ ト マ ス ク の 一 種 で あ り 産 業 応 用 さ れ て い る ハ ー フ ト ー ン マ ス ク が あ る 。 光 干 渉 を 利 用 し た 高 解 像 パ タ ー ン を 得 る 際 に 、 意 図 し な い 部 分 に 光 干 渉 の 影 響 が 生 じ る こ と を 避 け つ つ 、 レ ジ ス ト が 光 に 反 応 す る 閾 値 以 下 に 光 強 度 を 下 げ る 効 果 が あ る 。
ま た 、 白 黒 の み な ら ず 灰 色 の 中 間 的 な 透 過 率 を も つ グ レ ー ス ケ ー ル マ ス ク は 、 露 光 エ ネ ル ギ の 空 間 分 布 を 作 り 、 厚 膜 レ ジ ス ト に 立 体 的 な パ タ ー ン を 形 成 す る も の で あ る 。 い ず れ も 、
固 体 で あ る マ ス ク に 減 衰 率 が 異 な る 領 域 を 用 意 す る 。 ま た 、 マ ス ク と 立 体 サ ン プ ル 間 の 空 間 で 減 衰 さ せ る も の で は な い 。
【 ０ ０ ０ ６ 】
【 特 許 文 献 １ 】 特 願 平 １ ０ − １ ８ ８ ５ ８ 、 「 実 装 基 板 お よ び そ の 製 造 方 法 」 【 特 許 文 献 ２ 】 特 願 ２ ０ ０ ６ − ２ ７ ３ ３ ２ ６ 、 「 露 光 方 法 及 び 露 光 装 置 」
【 非 特 許 文 献 １ 】 T AK AF UMI HOS ONO, S HI NY A K UMAGAI ,MI NOR U S AS AK I , " L i q u i d imme r s i o n a n g l e d e x p o s u r e t e c h n i q u e f o r ３ Dp h o t o lit h o g r a p h y " , P r o c e e d in g s o f F ir s t I n t e r n a t i o n a l S y mp o s i u mo n Ad v a n c e d P la s ma S c ie n c e a n d it s Ap p l ic a t io n s ( I S P la s ma ２ ０ ０ ９ ) ( ２ ０ ０ ９ .３ .９ 名 古 屋 ) P o s t e r , Mo - ２ ０ , p .１ ４ ２ .
【 非 特 許 文 献 ２ 】 久 保 裕 慎 、 熊 谷 慎 也 、 佐 々 木 実 「 ３ 次 元 フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ に お け る 光 減 衰 を 伴 う 液 体 を 用 い た 液 浸 斜 め 露 光 」 日 本 機 械 学 会 東 海 学 生 会 第 ４ １ 回 学 生 員 卒 業 研 究 発 表 講 演 会 講 演 前 刷 集 p p .２ ８ ６ - ２ ８ ７ （ 開 催 日 平 成 ２ ２ 年 ３ 月 ８ 日 、 発 行 日 平 成 ２ ２ 年 ３ 月 １ 日 ）
【 ０ ０ ０ ７ 】
特 許 文 献 １ は 、 サ ン プ ル 立 体 形 状 と 関 連 が あ る 形 で 、 局 所 的 に レ ジ ス ト 膜 厚 分 布 が 変 化 す る と い う 、 基 本 的 に 同 じ 問 題 へ の 対 処 を 示 す も の で あ る 。 パ タ ー ン 形 成 の 際 に レ ジ ス ト 残 渣 を 低 減 す る 手 法 を 、 サ ン プ ル 上 の ダ ミ ー パ タ ー ン を 用 意 す る こ と で 解 決 を 図 っ て い る 。 ス プ レ ー 方 式 が 静 電 塗 布 で あ る 点 も 異 な っ て い る が 、 サ ン プ ル 側 に ダ ミ ー パ タ ー ン 分 の 素 子 面 積 が 許 さ れ る 場 合 で の み 有 効 で あ る 。
特 許 文 献 ２ は 、 立 体 サ ン プ ル の 壁 な ど に パ タ ー ン 転 写 す る た め に 斜 め 露 光 を 行 う 際 に 、 紫 外 光 の エ ネ ル ギ 伝 達 率 の 違 い に 注 目 し た も の で あ る 。 一 般 的 な サ ン プ ル 形 状 を 想 定 し 、 光 エ ネ ル ギ が レ ジ ス ト 膜 に 比 較 的 伝 達 し 易 い 角 度 を 明 示 し た も の で 、 入 射 光 が サ ン プ ル 基 板 面 の 法 線 方 向 に 対 し て 、 １ ０ ° 以 上 、 ６ ０ ° 以 下 の 範 囲 で 傾 斜 さ せ る こ と と 、 サ ン プ ル 内 の 場 所 に 応 じ て 露 光 量 と 偏 光 方 向 を 変 え る 露 光 方 法 及 び 露 光 装 置 を 示 し た も の で あ る 。 非 特 許 文 献 １ は 、 発 明 者 ら が 国 際 会 議 I S P la s ma ２ ０ ０ ９ に て 発 表 し た も の で 、 目 的 は 本 発 明 と 同 一 で あ る 。 純 水 を マ ス ク と サ ン プ ル の 間 に 入 れ て 露 光 す る 方 法 を 示 し た 。 純 水 は 、 空 気 と レ ジ ス ト の 屈 折 率 の ほ ぼ 中 間 の 値 を も つ た め 、 全 て の 入 射 角 に 対 し て 反 射 率 を 、 空 気 と の 界 面 と 比 べ て 減 ら す こ と が で き る 。 加 え て 、 光 を ｐ 偏 光 に 制 御 す る と 、 反 射 の 少 な い 条 件 を 選 ぶ こ と が で き 、 反 射 光 に よ る パ タ ー ン 劣 化 を 抑 制 で き る こ と を 見 出 し た 内 容 で あ る 。 た だ し 、 プ ロ セ ス マ ー ジ ン が 狭 く 、 ア ス ペ ク ト 比 が 高 く な る と 、 そ の 効 果 は 応 用 に は 不 十 分 と 判 断 さ れ た 。 後 述 す る 図 ４ （ ｂ ） や 図 ５ （ ａ ） に 対 応 す る 。
非 特 許 文 献 ２ は 、 発 明 者 ら が 日 本 機 械 学 会 の 催 し に て 発 表 し た も の で 、 本 発 明 の 内 容 と 同 じ で あ る 。
【 発 明 の 開 示 】
【 発 明 が 解 決 し よ う と す る 課 題 】 【 ０ ０ ０ ８ 】
平 面 サ ン プ ル を 前 提 と す る フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ 加 工 技 術 を 、 立 体 サ ン プ ル に 拡 張 す る 際 に 、
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50 レ ジ ス ト 膜 厚 の 不 均 一 と 界 面 反 射 の 問 題 に 対 処 で き な い 。
露 光 エ ネ ル ギ 密 度 が 立 体 上 に 用 意 さ れ る レ ジ ス ト に 対 し て 適 切 な 値 か ら 外 れ 、 場 所 に よ る オ ー バ ー ド ー ズ や ア ン ダ ー ド ー ズ か ら な る 露 光 ム ラ や 、 反 射 光 に よ る 異 常 パ タ ー ン が 生 じ る 課 題 が あ っ た 。 パ タ ー ン の 微 細 化 に 伴 い 露 光 条 件 は 厳 し く な り 、 微 細 パ タ ー ン を 形 成 で き な い ボ ト ル ネ ッ ク と な っ て い る 。
例 え ば ス プ レ ー 成 膜 に よ っ て 、 レ ジ ス ト 薄 膜 を 立 体 サ ン プ ル 上 に 用 意 す る と 、 均 一 な 膜 厚 を 用 意 す る こ と が 難 し い 。 立 体 形 状 と 相 関 を 示 し な が ら 膜 厚 分 布 が 変 化 す る 。 特 に 問 題 と な る の は 、 立 体 サ ン プ ル 中 の 奥 ま っ た 領 域 の 下 部 に 、 十 分 な 膜 厚 の レ ジ ス ト を 供 給 す る こ と が 難 し い こ と で あ る 。 ア ス ペ ク ト 比 の 高 い 立 体 で は 、 凹 部 の レ ジ ス ト 膜 厚 が よ り 薄 く な る 。 凸 部 は 厚 く な る 。 一 括 露 光 を 行 う こ と は 難 し い と い う 課 題 が あ る 。
【 課 題 を 解 決 す る た め の 手 段 】 【 ０ ０ ０ ９ 】
本 発 明 は 、 立 体 サ ン プ ル 中 の 奥 ま っ た 領 域 に 堆 積 し た レ ジ ス ト の 膜 厚 が 薄 く 、 少 な い ド ー ズ 量 で 適 正 露 光 量 に 到 達 す る こ と に 着 目 し 、 液 浸 露 光 の 液 体 に 、 光 減 衰 の 機 能 を 加 え る よ う に し て 、 レ ジ ス ト 膜 厚 よ り も 深 い 凹 凸 を 持 つ 立 体 サ ン プ ル に フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ 加 工 を 行 う 際 に 、 塗 布 し た レ ジ ス ト に パ タ ー ニ ン グ を 行 う 露 光 工 程 に お い て 、 光 減 衰 を 伴 う 液 体 中 を 光 が 伝 搬 し て 露 光 す る こ と を 特 徴 と す る 、 露 光 方 法 と 露 光 装 置 を 実 現 し た も の で あ る 。
本 発 明 で は 、 光 減 衰 率 は 任 意 に 調 節 が 可 能 で 、 立 体 サ ン プ ル 上 の レ ジ ス ト 膜 に 到 達 す る 光 強 度 を 、 立 体 の 上 部 に も 底 部 に も 適 正 な 値 に で き る 。 従 っ て 、 均 一 な 光 強 度 分 布 を 持 つ 光 束 を 照 射 す る 従 来 か ら の 一 括 露 光 で あ り な が ら 、 立 体 サ ン プ ル 上 の レ ジ ス ト 膜 全 体 に と っ て 適 正 な 露 光 強 度 分 布 を 形 成 で き る 。 加 え て 、 斜 め 露 光 に よ っ て 壁 面 に パ タ ー ニ ン グ を 施 す 場 合 を 考 え る と 、 反 射 光 も 液 体 中 を 伝 搬 中 に 強 度 が 減 衰 す る 。 反 射 光 に よ っ て は 、 パ タ ー ニ ン グ を 正 常 に 施 す 光 よ り も 伝 搬 距 離 が よ り 長 く な る 。 従 っ て 、 反 射 光 の 影 響 を 更 に 低 減 す る こ と が で き る 。
本 発 明 に よ れ ば 、 レ ジ ス ト 膜 厚 よ り も 深 い 凹 凸 を 持 つ 立 体 サ ン プ ル に フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ 加 工 を 行 う 際 に 、 レ ジ ス ト を 塗 布 し て パ タ ー ニ ン グ を 行 う 露 光 工 程 に お い て 、 光 減 衰 を 伴 う 液 体 中 を 光 が 伝 搬 し て 露 光 す る こ と を 特 徴 と す る 、 露 光 方 法 が 利 用 で き る 。
ま た 本 発 明 に よ れ ば 、 表 面 に 凹 凸 の あ る 立 体 サ ン プ ル に フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ 加 工 を 行 う 際 に 、 レ ジ ス ト を 塗 布 し て パ タ ー ニ ン グ を 行 う 露 光 工 程 に お い て 、 減 衰 率 を 調 節 し た 液 体 を 光 が 伝 搬 し て 露 光 す る こ と を 特 徴 と す る 、 露 光 方 法 が 利 用 で き る 。
ま た 本 発 明 に よ れ ば 、 レ ジ ス ト 膜 厚 よ り も 深 い 凹 凸 の あ る 立 体 サ ン プ ル に フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ 加 工 を 行 う 際 に 、 レ ジ ス ト を 塗 布 し て パ タ ー ニ ン グ を 行 う 露 光 工 程 に お い て 、 光 減 衰 の た め の 液 体 供 給 機 構 を 備 え た こ と を 特 徴 と す る 、 露 光 装 置 が 構 成 で き る 。
【 発 明 の 効 果 】 【 ０ ０ １ ０ 】
立 体 サ ン プ ル の 形 状 や ア ス ペ ク ト 比 は 、 応 用 に よ っ て 変 わ る た め 、 上 部 と 底 部 の 膜 厚 比 、 ま た は 最 適 露 光 量 の 比 は 様 々 と な る 。 こ の よ う な 任 意 性 が あ っ て も 、 光 を 吸 収 す る 材 料 の 濃 度 を 調 節 す る こ と で 、 減 衰 率 α を 立 体 サ ン プ ル お よ び レ ジ ス ト 膜 厚 分 布 に 応 じ て 自 在 に 調 節 で き る 。 ま た 反 射 光 の 強 度 も 小 さ く な る 。 上 記 効 果 を 利 用 す る こ と に よ り 、 露 光 工 程 に お い て 適 切 な パ タ ー ン を 得 る こ と が で き る 露 光 範 囲 を 広 く で き 、 プ ロ セ ス の 安 定 化 が 可 能 で あ る 。 扱 う こ と の で き る 立 体 形 状 の 高 ア ス ペ ク ト 比 化 な ど 、 広 範 な サ ン プ ル 形 状 を 扱 う こ と が で き る こ と と な る 。 レ ジ ス ト 膜 厚 よ り も 深 い 凹 凸 を 持 つ 立 体 サ ン プ ル へ の フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ 加 工 技 術 の 基 盤 と な る 。
【 発 明 を 実 施 す る た め の 最 良 の 形 態 】 【 ０ ０ １ １ 】
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50 図 １ は 本 発 明 の 実 施 に よ る 、 現 象 を 説 明 し た 模 式 図 で あ る 。 図 １ （ ａ ） は 、 光 減 衰 を 伴 わ
な い 媒 体 （ 具 体 的 に は 空 気 や 純 水 ） を 介 し て 、 ト レ ン チ 上 部 、 壁 面 、 底 部 を 斜 め 露 光 す る 様 子 を 示 し た 模 式 図 で あ る 。 １ は 立 体 サ ン プ ル で あ る 。 ３ は 光 減 衰 を 伴 わ な い 媒 体 で あ る 。
４ は １ の 上 に 用 意 さ れ た フ ォ ト レ ジ ス ト 膜 で あ り 、 凹 凸 の 上 部 で は 厚 く 、 底 部 で は 薄 い 膜 厚 分 布 を 模 式 的 に 示 し て い る 。 ５ は パ タ ー ニ ン グ の た め の 紫 外 線 で あ り 、 ７ の 波 線 の 大 き さ に よ っ て 、 ５ の 強 度 を 模 式 的 に 表 し て い る 。 光 の 強 度 に 変 化 は 無 く 、 凹 凸 の 上 部 ・ 底 部 と も に ほ ぼ 同 じ と な る 。 従 っ て 、 上 部 で 適 正 露 光 量 に 合 わ せ る と 、 底 部 で は オ ー バ ー ド ー ズ と な り 易 い 。 ６ は 反 射 光 で あ る が 、 そ の 強 度 も 比 較 的 大 き な も の と な る 。 図 １ （ ｂ ） は 、
光 減 衰 を 伴 う 液 体 を 介 し て 、 ト レ ン チ 上 部 、 壁 面 、 底 部 を 斜 め 露 光 す る 様 子 を 示 し た 模 式 図 で あ る 。 パ タ ー ニ ン グ の た め の 紫 外 線 ５ は 、 ２ の 光 減 衰 を 伴 う 液 体 を 伝 搬 す る 間 に 、 ７ の 大 き さ で 示 す よ う に 、 強 度 を 減 衰 さ せ る 。 立 体 サ ン プ ル １ の 上 部 で は 強 度 が 大 き く 、 底 部 で は 強 度 が 小 さ く で き る 。 底 面 や 壁 面 で 発 生 し た 反 射 光 ６ の 強 度 も 小 さ く で き る 。 底 面 で 反 射 し た 光 が 壁 面 に 入 射 す る 場 合 に は 、 伝 搬 距 離 が よ り 長 く な る た め 、 影 響 を よ り 少 な く で き る 。
図 ２ は 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 光 減 衰 を 伴 う 液 体 を マ ス ク と サ ン プ ル 間 に 導 入 し 、 マ ス ク と サ ン プ ル の 位 置 合 わ せ 、 お よ び 斜 め 露 光 を 可 能 と し た 、 露 光 装 置 の 模 式 図 で あ る 。
１ １ は マ ス ク で あ る 。 平 面 リ ソ グ ラ フ ィ 用 に 製 作 さ れ る 、 ガ ラ ス 基 板 上 に 形 成 さ れ た エ マ ル ジ ョ ン や ク ロ ム 膜 を 利 用 す る こ と が 可 能 で あ る 。
露 光 装 置 は マ ス ク を サ ン プ ル に 近 接 さ せ る ア ラ イ ナ に 限 ら ず 、 投 影 方 式 の も の も あ り え る 。
光 を 斜 め 方 向 か ら 照 射 す る 方 法 も 、 光 源 側 を 斜 め に す る 方 法 、 サ ン プ ル 側 を 斜 め に す る 方 法 、 ミ ラ ー や プ リ ズ ム 等 で 光 束 を 曲 げ る 方 法 、 な ど 自 由 度 が あ る 。 １ ２ は 露 光 用 光 源 で あ る 。 １ ３ は 偏 光 制 御 を 行 う 場 合 に 挿 入 す る 偏 光 子 で あ る 。 マ ス ク と サ ン プ ル の 位 置 あ わ せ は 平 面 リ ソ グ ラ フ ィ 用 の ア ラ イ ナ を 利 用 し て 行 っ た 後 、 機 械 的 に 互 い を 固 定 し て か ら 、 斜 め 露 光 用 の 光 学 系 に セ ッ ト す る こ と が 可 能 で あ る 。 サ ン プ ル 近 傍 の 様 子 を 拡 大 し て 、 挿 入 図 に よ り 示 し て い る 。
【 ０ ０ １ ２ 】
１ は 立 体 サ ン プ ル で あ る 。 ４ は レ ジ ス ト 膜 で あ る 。 ５ は 露 光 の た め の 紫 外 線 で あ る 。 ２ ま た は ３ は 紫 外 線 が 伝 搬 す る 媒 体 で あ る 。 光 減 衰 を 伴 わ な い 媒 体 で も 、 伴 う 媒 体 で も 良 い 。 液 体 を 立 体 サ ン プ ル 内 部 に ま で 気 泡 無 く 導 入 す る に は 、 表 面 張 力 の 小 さ な 液 で 気 泡 を 無 く し て お い て か ら 液 の 置 換 を 行 っ た り 、 真 空 脱 泡 を 行 っ た り す る こ と で 可 能 で あ る 。 例 え ば 、 垂 直 壁 を も つ ア ス ペ ク ト 比 ∼ １ 、 深 さ １ ０ ０ μ ｍ の ト レ ン チ 上 部 と 底 部 で は レ ジ ス ト 膜 厚 が 異 な る の で 、 ポ ジ レ ジ ス ト 膜 に パ タ ー ン を 抜 く に は 垂 直 露 光 相 当 の パ ワ ー 密 度 で 、 上 部 で は ２ １ ２ ｍ Ｊ ／ ｃ ｍ
２
、 底 部 中 央 部 で は ６ ３ ｍ Ｊ ／ ｃ ｍ
２
の 露 光 量 が 適 量 と な る 。
大 気 中 か ら ４ ５ ° の 斜 め 露 光 を 行 う と 、 純 水 と 同 じ 程 度 の 屈 折 を 仮 定 し て 、 約 １ １ ８ μ ｍ の 伝 搬 距 離 が 底 部 に 到 達 す る ま で に 発 生 す る 。 こ の 間 に ３ ０ ％ 程 度 に ま で 光 減 衰 を 行 う 必 要 が あ る こ と と な る 。
【 ０ ０ １ ３ 】
図 ３ （ ａ ） は 、 光 減 衰 を 伴 う 液 体 に 、 万 年 筆 の 水 性 黒 イ ン ク を 利 用 し た 際 の 、 透 過 光 強 度 と 伝 搬 距 離 の 関 係 で あ り 、 減 衰 の 様 子 を 示 す 。 減 衰 が ほ と ん ど 無 い 純 水 に よ っ て 希 釈 し た 溶 液 を ３ 種 類 用 意 し た 。 光 減 衰 率 を 求 め る た め に 、 溶 液 の 伝 搬 距 離 の 増 加 に 伴 う 光 強 度 の 減 少 を 再 現 性 良 く 観 察 す る こ と が 可 能 で あ る 。 体 積 比 で ０ ． １ 、 ０ ． ５ 、 お よ び １ ％ に 希 釈 し た 溶 液 で の 光 減 衰 の デ ー タ を 示 し て い る 。
10 20 30 40 50 。
こ れ ら の デ ー タ か ら 、 黒 イ ン ク 原 液 の 光 減 衰 率 と 、 求 め る べ き 光 減 衰 率 を 持 つ 溶 液 の 体 積 濃 度 を 求 め る こ と が で き る 。
図 ３ （ ｂ ） は 光 減 衰 率 １ ０ ． ２ ／ ｍ ｍ を 得 よ う と 、 体 積 濃 度 １ ２ ． ５ ％ で 用 意 し た 溶 液 の 光 減 衰 の 効 果 を 調 べ た も の で あ る 。 ４ 種 類 の 溶 液 の 実 験 値 で あ る が 、 平 均 で 光 減 衰 率 ９ ． ８ ９ ／ ｍ ｍ を 得 て い る 。 底 面 に は ３ １ ％ の パ ワ ー が 到 達 す る こ と と な り 、 目 標 値 ３ ０ ％ に 近 い 値 が 再 現 性 良 く 得 ら れ て い る 。
【 ０ ０ １ ４ 】
図 ４ は 本 発 明 の 効 果 を 検 証 し た 結 果 で あ る 。
斜 め 露 光 と 現 像 を 施 し て 得 ら れ た 、 立 体 サ ン プ ル 上 の レ ジ ス ト パ タ ー ン の 電 子 顕 微 鏡 写 真 で あ る 。 ト レ ン チ 深 さ は １ ０ ０ μ ｍ 、 ア ス ペ ク ト 比 は ０ ． ７ ４ で あ る 。 転 写 パ タ ー ン は 、 ト レ ン チ 長 手 方 向 に 対 し て ４ ５ ° 傾 い た 幅 ７ ０ μ ｍ の ラ イ ン − ア ン ド − ス ペ ー ス で あ る 。 目 標 と し た パ タ ー ニ ン グ 結 果 の 模 式 図 を 図 ４ （ ｄ ） に 示 す 。 □ で 囲 っ た 範 囲 が 、 観 察 範 囲 に 対 応 す る 。
垂 直 壁 を 持 つ ト レ ン チ を 斜 め 方 向 か ら 観 察 し た 。 紫 外 光 は 垂 直 入 射 相 当 で ３ ０ ０ ｍ Ｊ ／ ｃ ｍ
２
の エ ネ ル ギ 密 度 で 照 射 し た 。
図 ４ （ ａ ） は 図 １ （ ａ ） の 系 に 対 応 し 、 空 気 を 介 し て 斜 め 露 光 に よ る パ タ ー ニ ン グ を 行 っ た 結 果 で あ る 。 反 射 光 の 影 響 が 大 き く 、 底 面 と 壁 面 の 両 方 で 、 本 来 つ な が っ て い る べ き ラ イ ン 状 パ タ ー ン が 寸 断 さ れ て い る 。
図 ４ （ ｂ ） は 純 水 を 利 用 し た 液 浸 斜 め 露 光 に 、 偏 光 方 向 制 御 を 加 え る こ と で 反 射 光 の 影 響 を 少 な く し た と き の 結 果 で あ る 。 ト レ ン チ 底 部 で は 、 パ タ ー ン 劣 化 は 抑 制 さ れ て い る 。 壁 面 で は 、 パ タ ー ン 劣 化 が 生 じ て い る 。 転 写 し た い 斜 め の 向 き と は 逆 方 向 に 斜 め の パ タ ー ン が 壁 に 現 れ て い る 。 こ の 影 響 は 、 本 来 つ な が っ て い る べ き レ ジ ス ト が 途 切 れ る く ら い に ま で 、 パ タ ー ニ ン グ 結 果 を 劣 化 さ せ て い る 。 こ れ を 立 体 配 線 等 に 利 用 す る こ と は 不 適 で あ る 。
図 ４ （ ｃ ） は 図 １ （ ｂ ） の 系 に 対 応 し 、 光 減 衰 を 伴 う 液 体 を 利 用 し た 、 液 浸 斜 め 露 光 の 結 果 で あ る 。 底 面 部 の パ タ ー ン 劣 化 が 少 な い の は 図 ４ （ ｂ ） と 同 じ で あ る 。 加 え て 、 壁 面 部 の レ ジ ス ト パ タ ー ン が 、 形 状 劣 化 を 伴 う こ と な く 、 真 直 ぐ に 製 作 で き て い る 。 こ の 結 果 は 、
偏 光 制 御 を 行 う こ と な く 得 ら れ た 。
光 減 衰 率 を 適 切 に 施 せ ば 、 露 光 装 置 側 の 光 学 部 品 を 減 ら し て 、 シ ン プ ル な 装 置 で 適 切 な パ タ ー ニ ン グ 結 果 を 得 る こ と が 可 能 で あ る 。
【 ０ ０ １ ５ 】
図 ５ は 、 本 発 明 の 実 施 の 形 態 に よ る 、 英 数 字 パ タ ー ン に よ る デ モ ン ス ト レ ー シ ョ ン で 、 斜 め 露 光 と 現 像 を 施 し て 得 ら れ た 立 体 サ ン プ ル 上 の レ ジ ス ト パ タ ー ン の 電 子 顕 微 鏡 写 真 で あ る 。 ト レ ン チ 深 さ は １ ０ ０ μ ｍ 、 ア ス ペ ク ト 比 は ０ ． ７ ４ で あ る 。
図 ５ （ ａ ） は 、 比 較 の た め 純 水 と 偏 光 方 向 制 御 を 利 用 し た パ タ ー ニ ン グ 結 果 で あ る 。 図 ５ （ ｂ ） は 光 減 衰 を 伴 う 液 体 を 利 用 し た 斜 め 露 光 に よ る パ タ ー ニ ン グ 結 果 で あ る 。 「 Ａ 」
の 字 を 構 成 す る 太 い 線 幅 は マ ス ク 上 で ３ ０ μ ｍ で あ る 。
ト レ ン チ 上 面 、 壁 面 、 底 面 に パ タ ー ン 転 写 さ れ て い る 。 「 Ａ 」 の 字 の 真 ん 中 の 「 − 」 の 左 側
は 、 マ ス ク 上 で つ な が っ て い な い 。 分 離 幅 は ５ μ ｍ で あ る 。 こ の 様 子 は 、 ト レ ン チ 上 部 で あ れ ば 、 図 ５ （ ａ ） 、 （ ｂ ） い ず れ で も 正 確 に 転 写 さ れ て い る 。 し か し 、 図 ５ （ ａ ） の ト レ
ン チ 底 部 で は 分 離 線 が 無 く な っ て お り 、 幅 ３ ０ μ ｍ の 線 と つ な が っ て い る こ と が 分 か る 。 純 水 を 利 用 し た 偏 光 方 向 制 御 で は 、 オ ー バ ー ド ー ズ が 著 し く 、 パ タ ー ン 幅 が マ ス ク の 値 よ り も 太 く な っ て い る 。 対 し て 、 図 ５ （ ｂ ） の ト レ ン チ 底 部 で は 分 離 線 が ほ ぼ 忠 実 に 転 写 さ れ て い る 。
10
20
30
40
50 比 較 の た め に 、 図 １ （ ａ ） に 光 減 衰 の 効 果 が 無 い 場 合 の 斜 め 露 光 の 模 式 図 を 示 す 。 １ は 立
体 サ ン プ ル で あ る 。 立 体 形 状 は 任 意 で あ る が 、 例 と し て 、 垂 直 壁 を も つ ア ス ペ ク ト 比 ∼ １ 、
深 さ １ ０ ０ μ ｍ の ト レ ン チ を 考 え る 。 ト レ ン チ に 成 膜 し た レ ジ ス ト 膜 の 膜 厚 分 布 も 模 式 的 に 示 す 。 詳 細 は 、 ス プ レ ー 成 膜 の 条 件 に よ っ て も 変 化 す る が 、 レ ジ ス ト 膜 厚 は 上 部 で ６ ． ０ １ μ ｍ 、 底 の 中 央 部 で ２ ． ３ ８ μ ｍ 、 底 の コ ー ナ 部 で ２ ． １ ７ μ ｍ と な る 。 立 体 底 部 に 堆 積 す る レ ジ ス ト 膜 厚 は 、 上 部 に 堆 積 す る レ ジ ス ト 膜 厚 に 比 べ て 薄 く な る 。 ３ は 空 気 や 純 水 の よ う に 、 光 減 衰 を 伴 わ な い 媒 体 で あ る 。 ５ は パ タ ー ニ ン グ の た め の 紫 外 線 で あ る 。 ７ の 波 線 の 大 き さ に よ っ て 、 ５ の 強 度 を 模 式 的 に 表 す 。 ト レ ン チ 上 部 に 到 達 す る 光 強 度 と 、 ト レ ン チ 内 部 に 到 達 す る 光 強 度 は 同 じ で あ る 。 ト レ ン チ 上 部 の レ ジ ス ト を パ タ ー ン 転 写 す る た め の 必 要 最 小 限 の 露 光 量 で あ っ て も 、 ト レ ン チ 底 部 に と っ て は オ ー バ ー ド ー ズ と な る 。
６ は 反 射 光 で あ る 。 レ ジ ス ト に と っ て は 、 オ ー バ ー ド ー ズ の 上 に 、 反 射 光 に よ る パ タ ー ン が 重 な り 、 パ タ ー ン 異 常 を 引 き 起 こ す 。
【 ０ ０ １ ７ 】
図 １ （ ｂ ） に 光 減 衰 を 伴 う 液 体 を 利 用 し た 液 浸 斜 め 露 光 の 模 式 図 を 示 す 。 ５ は パ タ ー ニ ン グ の た め の 紫 外 線 で あ る 。 ７ の 波 線 の 大 き さ に よ っ て 、 ５ の 強 度 を 模 式 的 に 表 す 。 例 え ば 、
マ ス ク を 立 体 サ ン プ ル 近 傍 に 配 置 す る 近 接 露 光 で 行 う 場 合 、 マ ス ク と 立 体 サ ン プ ル 間 の ギ ャ ッ プ に は 、 光 減 衰 を 伴 う 液 体 で 充 填 で き る 。 パ タ ー ニ ン グ の た め に 照 射 さ れ た 紫 外 線 は 、
立 体 サ ン プ ル の 底 部 に 到 達 す る ま で に 、 ト レ ン チ 内 部 に 充 填 さ れ た 液 体 を 伝 搬 す る 。 ２ の 光 減 衰 を 伴 う 液 体 を 伝 搬 す る 間 に 、 強 度 は 減 衰 す る 。 こ の 様 子 を ７ の 波 線 の 大 き さ が 小 さ く な る こ と で 表 し て い る 。 光 強 度 は L a mb e r t - Be e r の 式 Ｉ ＝ Ｉ
０ ｅ - α L
に し た が っ て 減 衰 す る 。 1
０ は 伝 搬 距 離 ０ で の 光 強 度 、 I は 減 衰 し た 光 強 度 、 L は 伝 搬 距 離 、 α は 減 衰 率 で
あ
る 。 こ れ に よ り 、 光 強 度 の 変 化 を 安 定 に 予 測 で き る 。 立 体 サ ン プ ル 上 部 の パ タ ー ニ ン グ に 、
あ る 露 光 量 （ I ０ に 相 当 ） が 必 要 で あ り 、 底 部 で は 別 の 露 光 量 （ I に 相 当 ） と し た い 場 合 に は 、 あ る 減 衰 係 数 を 設 定 す る こ と で 、 両 者 を 満 足 で き る 。
【 ０ ０ １ ８ 】
立 体 サ ン プ ル の 形 状 や ア ス ペ ク ト 比 は 、 応 用 に よ っ て 変 わ る た め 、 上 部 と 底 部 の 膜 厚 比 、 ま た は 最 適 露 光 量 の 比 は 様 々 と な る 。 こ の よ う な 任 意 性 が あ っ て も 、 光 を 吸 収 す る 材 料 の 濃 度 を 調 節 す る こ と で 、 減 衰 率 α を 立 体 サ ン プ ル お よ び レ ジ ス ト 膜 厚 分 布 に 応 じ て 自 在 に 調 節 で き る 。 ま た 反 射 光 ６ の 強 度 も 小 さ く な る 。 上 記 効 果 を 利 用 す る こ と に よ り 、 露 光 工 程 に お い て 適 切 な パ タ ー ン を 得 る こ と が で き る 露 光 範 囲 を 広 く で き 、 プ ロ セ ス の 安 定 化 が 可 能 で あ る 。 扱 う こ と の で き る 立 体 形 状 の 高 ア ス ペ ク ト 比 化 な ど 、 広 範 な サ ン プ ル 形 状 を 扱 う こ と が で き る こ と と な る 。 レ ジ ス ト 膜 厚 よ り も 深 い 凹 凸 を 持 つ 立 体 サ ン プ ル へ の フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ 加 工 技 術 の 基 盤 と な る 。
【 産 業 上 の 利 用 可 能 性 】 【 ０ ０ １ ９ 】
立 体 サ ン プ ル に フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ を 適 用 し 、 配 線 な ど 微 細 な パ タ ー ン を 形 成 し て 製 作 し て い る デ バ イ ス が 、 わ ず か な が ら あ る 。 垂 直 壁 や 、 ア ス ペ ク ト 比 が 高 い も の な ど 、 よ り 多 く の 立 体 サ ン プ ル に も フ ォ ト リ ソ グ ラ フ ィ 加 工 が 可 能 と な れ ば 、 応 用 が 広 が る 。 平 面 リ ソ グ ラ フ ィ で 製 作 さ れ る 工 程 と 接 続 し て 利 用 す る こ と も 可 能 で 、 集 積 度 向 上 に も つ な が る 。
10
20
30 創 出 に つ な が る と い っ た 相 乗 効 果 が 期 待 で き る 。
【 図 面 の 簡 単 な 説 明 】 【 ０ ０ ２ ０ 】
【 図 １ 】 （ ａ ） は 、 光 減 衰 を 伴 わ な い 媒 体 （ 具 体 的 に は 空 気 や 純 水 ） を 介 し て 、 ト レ ン チ 上 部 、 壁 面 、 底 部 を 斜 め 露 光 す る 様 子 を 示 し た 模 式 図 で あ る 。 （ ｂ ） は 、 光 減 衰 を 伴 う 液 体 を 介 し て 、 ト レ ン チ 上 部 、 壁 面 、 底 部 を 斜 め 露 光 す る 様 子 を 示 し た 模 式 図 で あ る 。 【 図 ２ 】 光 減 衰 を 伴 う 液 体 を マ ス ク と サ ン プ ル 間 に 導 入 し 、 マ ス ク と サ ン プ ル の 位 置 合 わ せ 、 お よ び 斜 め 露 光 を 可 能 と し た 、 露 光 装 置 の 模 式 図 で あ る 。
【 図 ３ 】 （ ａ ） は 、 光 減 衰 を 伴 う 液 体 の 、 あ る 伝 搬 距 離 だ け 紫 外 光 が 通 っ た 際 の 強 度 減 少 の 関 係 を 示 し た デ ー タ で あ る 。 傾 き に よ っ て 減 衰 率 α が 分 か る 。 万 年 筆 用 水 性 黒 イ ン ク を 原 液 と し 、 純 水 に よ る 希 釈 の 割 合 を 変 化 さ せ た ３ 種 類 の 液 体 の デ ー タ を 示 す 。 （ ｂ ） は 、 減 衰 率 α ＝ １ ０ ． ２ ／ ｍ ｍ を 目 標 と し て 体 積 濃 度 １ ２ ． ５ ％ に 希 釈 し た 溶 液 の 、 実 際 の 減 衰 の 様 子 を 示 し て い る 。
【 図 ４ 】 斜 め 露 光 と 現 像 を 施 し て 得 ら れ た 、 立 体 サ ン プ ル 上 の レ ジ ス ト パ タ ー ン の 電 子 顕 微 鏡 写 真 で あ る 。 （ ａ ） は 、 液 体 を 使 わ ず 、 空 気 を 介 し た 斜 め 露 光 に よ る パ タ ー ニ ン グ 結 果 。 （ ｂ ） 純 水 を 利 用 し た 液 浸 露 光 に お い て 壁 面 に 対 し て ｐ 偏 光 制 御 を 加 え た パ タ ー ニ ン グ 結 果 。 （ ｃ ） 光 減 衰 を 伴 う 液 体 を 介 し て 、 偏 光 制 御 は 加 え ず 行 っ た パ タ ー ニ ン グ 結 果 。 （ ｄ ） 目 標 と し た パ タ ー ニ ン グ の 模 式 図 。 □ で 囲 っ た 範 囲 が 、 写 真 観 察 範 囲 に 対 応 す る 。 【 図 ５ 】 斜 め 露 光 と 現 像 を 施 し て 得 ら れ た 立 体 サ ン プ ル 上 の レ ジ ス ト パ タ ー ン の 電 子 顕 微 鏡 写 真 で あ る 。 （ ａ ） は 、 純 水 を 利 用 し た 液 浸 露 光 に お い て 、 壁 面 に 対 し て ｐ 偏 光 制 御 を 加 え た パ タ ー ニ ン グ 結 果 。 （ ｂ ） は 、 光 減 衰 を 伴 う 液 体 を 介 し て 、 偏 光 制 御 は 加 え ず に 行 っ た パ タ ー ニ ン グ 結 果 で あ る 。
【 符 号 の 説 明 】 【 ０ ０ ２ １ 】
１ ・ ・ ・ 立 体 サ ン プ ル ２ ・ ・ ・ 光 減 衰 を 伴 う 液 体
３ ・ ・ ・ 光 減 衰 を 伴 わ な い 媒 体 （ 例 え ば 、 空 気 や 純 水 ） ４ ・ ・ ・ １ の 上 に 用 意 さ れ た フ ォ ト レ ジ ス ト 膜
５ ・ ・ ・ パ タ ー ニ ン グ の た め の 紫 外 線 ６ ・ ・ ・ 反 射 光
７ ・ ・ ・ ５ の 強 度 を 模 式 的 に 表 す 波 １ １ ・ ・ ・ マ ス ク
【 図 １ 】 【 図 ２ 】
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Ｆターム( 参考) 3C081 AA17 BA04 BA05 CA23
