JP2009015063A - 露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の目的は、露光により表面形状や反射率の変化を伴う無機レジストを用いた場合でも、高精度な焦点位置制御を可能にし、所定の高密度パターンを高速で露光可能な無機レジストによる露光方法を提供することにある。
【解決手段】本発明は、基板と、基板上に形成されたレジストと、露光光となる第１の光ビームと、第１の光ビームの焦点位置を制御するための焦点位置制御用の光となる第２の光ビームと、第２の光の前記レジスト面からの反射光を受けて第１の光ビームの焦点位置制御を行う焦点位置制御手段とを有し、基板を、露光光に対して相対的に移動させながら、基板上に形成されたレジストを露光する露光方法であって、第２の光ビームが、レジストの第１の光ビームの露光領域及び記第１の光ビームにより露光された領域以外の領域を照射することを特徴とする露光方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、露光方法に関する。

近年光記録媒体（以下、光ディスクと称す場合がある）は、コンピュータをはじめ、オーディオビジュアルなどの分野で各種情報を記録する記録媒体として利用されている。

しかし、地上波デジタル放送など高画質なコンテンツの記録媒体としてより大きな容量が必要となっている。光ディスクのトラック記録密度の高密度化は、記録及び再生用の光学系のレーザ波長λ及び対物レンズの開口数ＮＡに大きく依存し、信号再生時の空間周波数は、ＮＡ／λ程度が検出可能な限界である。従って従来の光ディスクで高密度化を実現するためには、再生光学系のレーザ波長λを短くし、対物レンズの開口数ＮＡを大きくすることで、よりトラック記録密度を高めることが可能である。開口数を大きく取ることによって、ビームのスポットを波長限界まで小さくすることが可能となるが、開口数を高めることにより、焦点距離も短くなるため、記録層の光入射側の保護膜を薄く（０．１ｍｍ）した、ブルーレイディスクが商品化された。ここで、ブルーレイディスクとは、登録商標で、以下、ＢＤと略す。

また、光ディスクの記憶容量を向上させる微細化技術は、光ディスクのパターン形成を行うマスタリング技術によって飛躍的に向上してきた。マスタリング技術の向上は、マスタリングに用いられる露光装置の露光波長を短くする事、露光パターン制御の精度向上、フォトレジストの感度向上などによってなされてきた。

マスタリング工程では従来のフォトレジストを用いた生産方法では、ＢＤ生産に用いられる精密金型となるスタンパを形成するための原盤の露光時間が一枚あたり４時間以上もかかってしまうため、より早いプロセスを構築すべく検討されている。

この問題点を解決すべく、従来のフォトレジストに変えて、無機レジストを用いた方式が提案され、各社において検討されている。

特許文献１及び２には、無機レジストを用いた原盤の作成方法が開示され、ＢＤの場合、記録再生を行う場合の等倍速度である４．９２ｍ／ｓｅｃの速度で露光可能であり、飛躍的に露光速度を向上させることが可能である。

無機レジストを用いた場合のスタンパ工程を以下に示す。

図３は無機レジストを用いた凹凸パターン形成用スタンパの製造方法を示す図である。
（１）基板３を洗浄する。このとき用いられる基板には、ガラスやＳｉウエハーなどが用いられる。
（２）基板３にスパッタリング方式によって無機レジスト４を形成する。
（３）無機レジスト４を、露光する。
（４）無機レジスト４をアルカリ現像し、基板３上に凹凸パターンを形成する。無機レジストがポジ型の場合、露光部５が現像により除去され、凹凸パターンが形成された原盤が形成される。
（５）原盤に電鋳を行い、所望の膜厚の電鋳膜６を形成する。
（６）原盤より電鋳膜６を剥離し、その後所望の形状に加工し、スタンパ７が形成される。

露光には、回転テーブルにより基板３が角速度一定或いは線速度一定で回転し、レーザ光を基板３に照射する落射ミラー部が一定速度でスライドする移動光学台を有した、露光装置が用いられる。

露光時には、レジストに対し露光光が焦点されるように、露光光を焦点位置制御する必要がある。

フォトレジストの場合、図５に示すように、露光光１と同じ位置に焦点位置制御用の光２を照射する２ビーム型の露光装置が特許文献３に開示されている。露光光と焦点位置制御用の光を同一位置に照射する場合、焦点位置制御用の光は、フォトレジストを感光させない波長の光が選択される。通常は、フォトレジストが感光感度を保たない露光光よりも長波長の光が用いられる。露光光と焦点位置制御用の光は、同一対物レンズを介してフォトレジスト上に照射されるので、露光光１のスポット径よりも焦点位置制御用の光のスポット径が大きくなり、スポットは、図５に示す用に同心円状になる。無機レジストの露光を行う場合、露光光１と焦点位置制御用の光２とはレーザ光が用いられる。

無機レジストの場合、露光光１により露光される露光部５は、露光光１のスポット径の中央部の無機レジストが感光するエネルギー以上の領域のみが露光される。

これに対し、特許文献１及び２に開示された無機レジストの場合、露光光によりレジスト表面に変化が生じないことから、露光光の反射光を用いて焦点位置制御を行う１ビーム型の露光装置が開示されている。
特開２００３−３１５９８８号公報 特開２００４−１５２４６５号公報 特開２００４−１４０７８号公報

しかしながら、露光により表面形状や反射率が変化する無機レジストを用いた場合、１ビーム型の露光装置、及び、２ビーム型の露光装置ともに、焦点位置制御を高精度に行うことが困難な場合があった。焦点位置制御が高精度に行えない場合、所定の溝やピット形状が得られず、致命的な欠陥を生じる場合があった。

本発明の目的は、露光により表面形状や反射率の変化を伴う無機レジストを用いた場合でも、高精度な焦点位置制御を可能にし、所定の高密度パターンを高速で露光可能な無機レジストによる露光方法を提供することにある。

本発明は、基板と、基板上に形成されたレジストと、露光光となる第１の光ビームと、第１の光ビームの焦点位置を制御するための焦点位置制御用の光となる第２の光ビームと、第２の光の前記レジスト面からの反射光を受けて第１の光ビームの焦点位置制御を行う焦点位置制御手段とを有し、基板を、露光光に対して相対的に移動させながら、基板上に形成されたレジストを露光する露光方法であって、第２の光ビームが、レジストの第１の光ビームの露光領域及び記第１の光ビームにより露光された領域以外の領域を照射することを特徴とする露光方法である。

本発明によれば、焦点位置制御に用いる第２の光ビームの照射位置を第１の光ビームで露光されていない領域に照射することで、露光により表面形状の変化を伴う無機レジストを用いた場合でも高精度に焦点位置制御を行う事ができる。

これにより、露光により表面形状の変化を伴う無機レジストを用いた場合でも、所定の高密度パターンを高速で露光可能な無機レジストによる原盤及びスタンパ作成方法を提供することができる。

発明者は、露光光により、レジスト表面が変化するレジスト材料を使用し、基板を、露光光に対して相対的に移動させながら露光する際に、焦点位置制御用の光を用い、焦点位置精度を高精度に行う方法を検討した。検討した結果、焦点位置制御用の光をレジスト表面の未露光領域に照射することで、焦点位置制御用の光の反射光が、露光光による、レジスト表面の変化による影響を避けられることを認識し本発明に至った。

基板を、露光光に対して相対的に移動するとは、基板を回転させながら、露光光を基板の中心を通る軸方向に移動させながら露光する、あるいは、ステッパー（縮小投影型露光装置）のように、基板を逐次移動させながら露光する等の方法がある。

無機レジストの場合、露光光により露光される露光部は、露光光１のスポット径の中央部の無機レジストが感光するエネルギー以上の領域のみが露光される。

本発明は、基板と、基板上に形成されたレジストと、露光光となる第１の光ビームと、第１の光ビームの焦点位置を制御するための焦点位置制御用の光となる第２の光ビームと、第２の光のレジスト面からの反射光を受けて第１の光ビームの焦点位置制御を行う焦点位置制御手段とを有し、基板を、露光光に対して相対的に移動させながら、基板上に形成されたレジストを露光する露光方法であって、第２の光ビームが、レジストの第１の光ビームの未露光領域を照射することを特徴とする露光方法である。

レジストとしては、無機レジストを用いることができ、このレジストが印加されるエネルギーによって表面に凹凸が形成されるレジストであっても良い。

焦点制御用の第２の光ビームの照射領域は、露光光となる第１の光ビームの非露光領域と重なり合っていても良い。非露光領域とは、露光光のスポット径の外縁部の無機レジストが感光するエネルギー以下の領域を意味している。

第２の光ビームは、エネルギー密度が、レジストが変質するエネルギー密度よりも小さければ良く、露光光となる第１の光ビームと同一波長で、レジストが変質するエネルギー密度が以下であっても良い。又、第２の光ビームは、エネルギー密度が、レジストが変質するエネルギー密度よりも小さい第１の光ビームよりも波長が長い光で合っても良い。

以下に本発明における無機レジストを用いた原盤の製造方法を、図３を用いて詳細に説明する。
（１）基板３を洗浄する。洗浄では、基板３表面へのゴミを取除ければ、ドライ、ウェット等の洗浄方法のいかなる方法であっても構わない。用いる基板３としては特に指定するものではなく、青板ガラス、石英ガラス、アルカリガラス、Ｓｉウエハー、樹脂板、金属板であってもかまわない。但し、無機レジスト４を形成する面の平面性及び無機レジスト４の密着性と、後工程として行われる現像液に対する耐性、電鋳時の応力に耐えられる強度を保持している材料である事が必要である。
（２）その後スパッタリング方式により基板３上に無機レジスト膜４を形成する。

無機レジスト４として用いられる材料としては、熱により結晶／非結晶の相変化を示す材料としてＷＯｘ、ＴｅＯ等の多くの材料が公知の技術として存在する。後工程の現像工程で、現像液により凹凸パターンを形成するため、露光部５と未露光部で現像液に対して選択比が大きく取れる材料が好ましい。

形成する膜厚はこの選択比を元に算出することが好ましい。また、露光時に無機レジスト４上の露光エネルギーの熱的拡散を抑制するための、熱伝導率の低い材料薄膜を基板３と無機レジスト４の間に形成してもよい。

特にＷＯｘ、ＴｅＯは、露光光となる第１の光ビームにより表面形状が変化しやすいため、本発明の露光装置により焦点位置精度を向上させることができる。

レジストの形成方法として、スパッタリング方式以外にも、蒸着方式、ＣＶＤ方式等選択することも可能であり、特に指定するものではない。
（３）無機レジスト膜４に、露光装置を用いて露光を行った。用いた露光装置は、回転テーブルと、露光光となる第１の光ビーム及び第１の光ビームの焦点位置を制御する第２の光ビーム用の光源とを具備している。露光装置は、回転テーブルにより基板３が角速度一定或いは線速度一定で回転し、露光光１となる第１の光ビーム１及び第１の光ビームの焦点位置制御用の光２となる第２の光ビームを基板３に照射する光源が一定速度でスライドする移動光学台を有している。露光光の焦点位置制御は、焦点位置制御用の光となる第２の光ビームの反射光を用い、露光光となる第１の光ビームの焦点位置制御を行った。

露光されると表面形状が変化するＷＯｘ、ＴｅＯ等の無機レジストは、露光光となる第１の光ビームが照射されると、一定以上のエネルギー密度の露光光が照射された露光部５が盛り上がる現象が瞬時に起きる。これは一定以上の熱による結晶／非結晶の相変化が膜の膨張を伴うためと推定される。

図４は、無機レジスト材料をパラメータとし、膜面の形状変化と、第２の光ビームの反射光量の変化を示したのである。図４（１）は、露光パワーと反射光量差の相関を示すグラフである。図４（２）は、盛り上がり量と反射光量差の相関を示すグラフである。

図４では、無機レジスト材料として、ＷＯｘ、ＴｅＯ、露光光となる第１の光ビームは、波長３５１ｎｍのレーザを用い、焦点位置制御用の第２の光ビームは、波長６３３ｎｍのレーザ光を用いた。

反射光量は、分光分析装置（日本分光社：Ｖ−５７０）を用い、波長６３３ｎｍでの反射率を測定し、露光前後の反射率の比から求めることができ、単位は、％である。

図４は、ＷＯｘ及びＴｅＯ等無機レジストの場合、組成（酸素量）や成膜条件等により様々な挙動を示す図である。

図４（１）に示す様に、露光パワーが増大することで、無機レジスト材料からの反射光量に差が生じる。同時に図４（２）で示す様に、反射光量差によって各々の無機レジスト材料によって盛り上がり量が変化することが判明した。

図４に示される様に有機レジストと異なり、ＷＯｘ及びＴｅＯ等無機レジストの場合、盛り上がり及び反射光量変化が生じる。

通常、有機レジストの焦点位置制御では、公知の焦点誤差検出方式によって得られる焦点誤差信号を反射光量で除算する事でサーボゲイン調整を行っているので膜全体の反射率が多少変動しても問題は生じない。ところが、露光部の反射光量が変化するレジストを用いて図５に示すような従来のスポット配置を取った場合、反射光量変動の影響が焦点制御用スポットの一部分に集中するため、通常のゲイン調整では補正しきれなくなる。

これらのことから露光光と焦点位置制御用の光とを同じ場所に照射すると焦点位置制御が不安定になることが明らかである。したがって、第２の光ビームの照射位置を反射光量変化の生じない領域に配置することで、露光による影響を受けることなく、高精度に焦点位置を制御することが可能となる。

本発明の趣旨は、露光／未露光での反射率変化領域を避けることで焦点位置制御を向上させることを目的とし、レーザ照射によって生じた膜の変化領域（露光領域）を避けた領域に焦点位置制御用の第２の光ビームを照射するものである。

また図４（１）及び（２）に示す如く、用いる無機レジスト材料や露光パワーにより、反射光量変動は低下するだけではなく、結晶／非結晶の状態によっては反射光量が上昇する（グラフ中マイナス表記となる）こともある。本発明では第２の光ビームを光学的な影響の受けない領域に照射するので、特に無機レジスト材料の違いなどは考慮する必要はない。

上記第２の光ビームスポットの照射位置は、第１の光ビームの未露光部であれば良く、第１の光ビームスポットの照射される前方或いは露光されていない横側が好ましい。上記第１の光ビームスポットの未露光部は、露光により無機レジストの表面形状変化及び反射率変化した領域以外であれば良い。第１の光ビームの露光部以外の領域であれば、第２の光ビームスポットと第１の光ビームスポットの一部が重なっていても良い。露光部とは、表面形状変化及び反射率変化した領域であり、第１の光ビームのスポット径よりも領域が小さい。第１の光ビームの未露光部とは、上記露光部以外である。

上記第１の光ビームと第２の光ビームの波長は、第２の光ビームにより無機レジストの表面形状が変化しない強度であれば同一の波長を用いることができる。その場合は、同一の光源から出射した光ビームをビームスプリッタなどで２本に分けて使えばよい。第２の光ビームは膜を変質させない程度にエネルギー密度を下げる必要があるため、第１の光ビームよりも長波長である別の光源からの光を使い、スポットサイズを広げても良い。これにより、第２の光ビームのパワーを高めることができ、焦点位置制御の安定性を更に高めることもできる。

焦点位置制御方法は、一般的な非点収差方式、ビームサイズ方式、ナイフエッジ方式、スキュー方式などを用いることができる。第２の光ビームは、第２の光ビームスポットを小さくして、第１の光ビームの近傍に配置することが好ましい。

上述したように、第２の光ビームを、第１の光ビームによる形状変化や反射率変化による光学的な影響を受けない領域に照射することで、高精度に焦点位置制御を行う事を可能とした。

（４）露光部５あるいは未露光部を選択的にエッチングし、基板３上に凹凸パターンを形成する。このときに用いる材料としては、アルカリ溶液あるいは酸溶液、純水、有機溶剤など無機レジスト４に最適なものを選択することが可能であり、特に限定するものではない。

このようにして得られた、凹凸パターン付き原盤を目的に応じて後工程を行う。
（５）原盤に電鋳を行い、所望の膜厚の電鋳膜６を形成する。
（６）原盤より電鋳膜６を剥離し、その後所望の形状に加工し、スタンパ７が形成される。

また、原盤を直接スタンパとして用いることもできる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

（実施例１）
実施形態に基づき凹凸パターンの露光を行った。

基板３は石英ガラスを用いた。無機レジスト４としては、酸化タングステンをスパッタリング方式により基板３上に形成した。このときのスパッタリング条件としては、投入パワーは５００Ｗである。導入ガスはＡｒとＯ₂を用いて各々の流量は、Ａｒが１５ｓｃｃｍで、Ｏ₂が１６ｓｃｃｍである。圧力としては０．４Ｐａである。処理時間は２３０ｓｅｃであり、膜厚は１００ｎｍとした。

形成された、無機レジスト４膜に露光を行った。露光用に用いた第１の光ビームの波長は３５１ｎｍのＡｒ＋イオンレーザーである。第１の光ビームのスポット径は、約４００ｎｍであった。線速は１．０ｍ／ｓｅｃで露光を行った。露光後の、露光部の形状は、約１０ｎｍの高さがあった。

第２の光ビームとしては、波長６３３ｎｍの半導体レーザを用いた。焦点位置制御方法は、非点収差方式である。第２の光ビームのスポット径は約７００ｎｍであった。第２の光ビームの照射位置は、第２の光ビームスポットの中心位置を第１の光ビームスポットの中心位置よりも４５０ｎｍ横側の未露光部にした。第１の光ビームと第２の光ビームスポット位置の関係は図１のようになる。原盤の内周から外周に向かって露光を行う際には、第２の光ビームを第１の光ビームよりも外周側に配置することで、露光部５の影響を受けることなく露光を行うことができる。第２の光ビームによる原盤からの反射光量は、露光前の段階で３．０ｍＷであり、露光中の段階でも３．０ｍＷであった。すなわち、第２の光ビームの反射光は、第１の光ビームによる形状変化や反射率変化の影響を受けていなかった。これにより、焦点位置を高精度に制御可能であった。第１の光ビームの強度は、現像後の溝深さが２０ｎｍになるように設定した。露光後、アルカリ溶液により３分間のウェットエッチングを行い、所定の形状にパターニングした原盤を作成した。アルカリ溶液としては、ＴＭＡＨ溶液２．３８％を原液とし、これを純水によりＴＭＡＨ：純水＝１：４に希釈した物を用いた。

現像後、溝形状を確認するためＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて溝形状を確認した結果、溝深さは２１ｎｍであった。

（実施例２）
本実施例２は、第２の光ビームスポットの位置を変えることを除き、実施例１と同様にして原盤を作成した。

第２の光ビームスポットは、第１の光ビームによりレジストが露光される進行方向の前方に形成した。この場合、第２の光ビームスポットが、第１の光ビームにより露光され、レジスト表面に凹凸が形成された露光領域に重なり合わないようにする必要がある。このため、第２の光ビームの照射位置を図２に示すように、第２の光ビームスポットの中心位置を第１の光ビームスポットの中心から前方約４００ｎｍでかつ約１００ｎｍ横側の斜め前方に配置した。

上記方法においても、実施例１と同様に焦点位置を高精度で制御可能であり、所定の凹凸パターンを形成することができた。

本発明の第１の実施例に係る第１の光ビームと第２の光ビームの原盤上でのスポット位置を示した概略図である。 本発明の第２の実施例に係る第１の光ビームと第２の光ビームの原盤上でのスポット位置を示した概略図である。 無機レジストを用いたスタンパ製造方法の模式図の一例。 反射光量の変化と無機レジスト材料及び盛り上がり量の相関グラフ。 従来の露光装置における第１の光ビームと第２の光ビームの原盤上でのスポット位置を示した概略図である。

符号の説明

１ 露光光
２ 焦点制御用の光業
３ 基板ガラス
４ 無機レジスト
５ 露光部
６ 電鋳膜
７ スタンパ

Claims (5)

1. 基板と、基板上に形成されたレジストと、露光光となる第１の光ビームと、前記第１の光ビームの焦点位置を制御するための焦点位置制御用の光となる第２の光ビームと、前記第２の光の前記レジスト面からの反射光を受けて前記第１の光ビームの焦点位置制御を行う焦点位置制御手段とを有し、前記基板を、前記露光光に対して相対的に移動させながら、前記基板上に形成されたレジストを露光する露光方法であって、
   前記第２の光ビームが、前記レジストの前記第１の光ビームの未露光領域を照射することを特徴とする露光方法。
2. 前記レジストが、印加されるエネルギーによって凹凸が形成される無機レジストであることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
3. 前記第２の光ビームの照射領域が前記第１の光ビームの非露光領域と重なり合っていることを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
4. 第２の光ビームのエネルギー密度が、レジストが変質するエネルギー密度よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の露光方法。
5. 前記第２の光ビームの波長が、前記第１の光ビームの波長よりも長いことを特徴とする請求項４に記載の露光方法。

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