JP2009069592A - レジスト基板及び該レジスト基板を用いた密着露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】密着露光方法において、露光後のフォトマスクへのレジスト付着を防止しつつ、露光時間の延長や解像力低下を改善し、且つレジスト層表面のうねりや異物の付着、気泡の混入が生じた場合においても良好な露光を行うことができるレジスト基板及び密着露光方法を提供する。
【解決手段】本発明によって、基板１上にレジスト層２が形成されたレジスト基板４であって、前記レジスト層２の上面に密着するフォトマスク層３を具備することを特徴とするレジスト基板４が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、パターンを形成するためのレジスト基板及び該レジスト基板を用いた露光方法に関する。

各種の基板上に、アクリル樹脂、ノボラック樹脂等のポリマーに光反応基を付与した感光性レジストを使用してレジスト層を形成した後、光を照射して該レジスト層に露光部と未露光部を形成し、現像することによって露光部あるいは未露光部のレジストを除去して、基板上にレジストパターンを形成するリソグラフィー技術が各種の分野で利用されている。なお、露光方法としては、レジスト層が形成された基板上にレジスト面とフォトマスクを平行に設置して露光する投影露光方法と、レジスト面とフォトマスクを密着させて露光する密着露光方法とがある。

投影露光方法はフォトマスクがレジスト面に直接触れないので、レジスト面を損傷することがなく、またレジストによってフォトマスクが汚染されることがないので、露光に用いるフォトマスクは半永久的に使用できる。しかし一方で、レジスト面とフォトマスクが離れているため、露光時に基板を傾斜させる傾斜露光等の特殊な露光においては、投影露光方法ではフォトマスクのパターンを忠実に転写することが難しく、不向きである。

一方、密着露光方法はレジスト面にマスクが直接密着しているので、基板を傾斜させる傾斜露光等の特殊な露光でもフォトマスクのパターンを忠実に転写することが可能である。しかし反面、露光後にフォトマスクにレジストが付着し、基板上に形成したレジスト層が部分的に剥離する現象が起こる。特にこの現象は、レジスト層の厚さが厚いほど起こり易く、密着露光方法においては厚膜のレジストパターンの使用が困難となっている。

前述した密着露光方法の問題点の解決のために、例えば、レジストに密着する側のフォトマスク面上に薄膜を形成したフォトマスクを用いることで、レジスト層の剥離を防止する密着露光方法が提案されている（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照。）。形成する薄膜の材質としては、フッ素化合物、シリコン、シリコン無機化合物、テフロン（登録商標）樹脂、又はシリコン被膜等が挙げられる。
特開昭６２−４０４５８号公報 特開平３−１９０２１６号公報 特開平３−２２８０６２号公報 特開平４−７３６５２号公報

しかし、前述したレジストに密着する側のフォトマスク面上に薄膜を形成する従来の技術においては、次の問題があった。即ち、特許文献１及び特許文献２に記載された技術の場合、密着露光後にフォトマスクにレジストが付着しレジスト層が部分的に剥離する現象を改善するため、密着露光前にテフロン（登録商標）樹脂等の潤滑剤やシリコン被膜をフォトマスクのレジスト層と接する面に形成している。これによってレジスト面とフォトマスク面の接着力を低下させることが可能であり、レジスト層の部分的な剥離を改善することができる。しかし反面、フォトマスク表面にテフロン（登録商標）樹脂等やシリコン被膜を形成するため、露光に用いられる紫外線がこれらの被膜により吸収されてしまい、結果として露光時間が延長してしまう。また解像力が低下してしまうという問題も発生する。

また、特許文献３や特許文献４に記載された技術の場合、密着露光後にフォトマスクにレジストが付着し、レジスト層が部分的に剥離する現象を改善し、且つフォトマスクに形成する接着防止層による露光光の吸収を改善するため、密着露光前にアルカリ金属あるいはアルカリ土類金属のフッ化物やシリコンあるいはシリコン無機化合物を、厚さ５０Å以上１０００Å程度に膜厚制御を行い、フォトマスクのレジスト層と接する面に形成している。これにより、フォトマスクにレジストが付着することによるレジスト層の部分的な剥離を防止することができると共に露光光の吸収を低減することが可能である。しかし、微細化に対応して解像度を向上させるためには、露光光を短波長化する必要があるが、露光光を短波長にすると、前述した技術を用いても露光光の吸収による露光時間の延長や解像力の低下が問題となり、微細化の進行に伴い、露光時間を延長することなく、かつ、高解像度を確保することができるレジスト層の剥離防止技術が求められている。

さらに、レジスト層表面にうねりや異物の付着、あるいは気泡の混入が生じた場合、前述した何れの技術によっても、フォトマスクとレジスト層表面を完全に密着させることが困難であり、フォトマスクとレジスト層表面の間に僅かな空間が生じてしまう。この場合、密着露光時においてフォトマスクのパターンを忠実にレジスト層に転写する障害となり、殊に露光時に基板を傾斜させる傾斜露光等の特殊な露光においては、フォトマスクのパターンを忠実にレジスト層に転写することが困難となってしまう。僅かな空間の影響は、レジスト層の厚さによって異なる。即ち、レジスト層の厚さが厚いほど、レジスト層表面でのうねりや異物の付着あるいは気泡の混入が生じた場合に、フォトマスクのパターンを忠実にレジスト層に転写することができないという問題が顕著になる。

本発明は、これらの問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、露光後のフォトマスクへのレジスト付着を防止しつつ、露光時間の延長や解像力低下を改善し、且つレジスト層表面のうねりや異物の付着、気泡の混入が生じた場合においても良好な露光を行うことができるレジスト基板及び露光方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の請求項１係るレジスト基板は、基板上にレジスト層が形成されたレジスト基板であって、前記レジスト層の上面に密着するフォトマスク層を具備することを特徴とする。

本発明の請求項２に係る発明は、前記フォトマスク層は金属膜であることを特徴とする請求項１に記載のレジスト基板としたものである。

本発明の請求項３に係る発明は、前記フォトマスク層は、前記レジスト層の上面に所望の開口パターンを有するマスクを介して形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレジスト基板としたものである。

本発明の請求項４に係る露光方法は、基板上にレジスト層を形成し、前記レジスト層の上面に所望の開口パターンを有するマスクを介してフォトマスク層を形成し、前記フォトマスク層が形成された前記基板の全面に露光光を照射して露光し、露光した前記基板を現像してマスクパターンを形成することを特徴とする。

本発明の請求項５に係る発明は、前記フォトマスク層が形成された前記基板を水平面に対して所定の角度をもって傾斜させて、前記基板の全面に露光光を照射して露光することを特徴とする請求項４に記載の露光方法としたものである。

本発明の請求項６に係る発明は、前記フォトマスク層は、金属膜を成膜して形成することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の露光方法としたものである。

本発明の請求項７に係る発明は、前記金属膜の成膜は、スパッタリング法、真空蒸着法又はＣＶＤ法を用いて成膜されることを特徴とする請求項６に記載の露光方法としたものである。

本発明によれば、フォトマスクとレジスト層を密着させる露光方法においても、露光後のフォトマスクへのレジスト付着を防止しつつ、露光時間の延長や解像力低下を改善し、且つレジスト層表面のうねりや異物の付着、気泡の混入が生じた場合においても良好な露光を行うことができるレジスト基板及び露光方法が提供される。

以下、本発明の一実施の形態に係るレジスト基板及び該基板を用いた露光方法について、その一例を図面に基づき詳細に説明する。なお、本発明はこれらに限定されることはなく、他の形態をとることもできる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る露光方法の手順の一例を示す工程図である。但し、本発明に係る露光方法はこれに限定されることはなく、例えば、図４に示す手順をとることもできる。

まず、スピンコート法、ダイコート法、スリットコート法、バーコート法、アプリケータ法、キャスト法等の塗布方法を用いて、光感光性レジスト材料を基板１上に塗布して、基板１上にレジスト層２を形成する（図１（ａ）、（ｂ）参照。）。レジスト層２の膜厚は、用途によって異なるが、通常は５０ｎｍから１ｍｍ程度であり、特に１００ｎｍから５００μｍ程度が多用される。従って、レジスト層２の膜厚によっては、前述した塗布方法を複数回繰り返し実施しても良く、また、２種類以上の塗布方法を組み合わせてレジスト層２の成膜を行っても良い。

基板１としては、シリコン基板や石英基板、Ｆｅ、Ｃｕ又はステンレス等の金属基板、ＰＥＴ、アクリル等の樹脂基板を用いることができる。

また、レジスト層２の材料としては、アクリル樹脂、ノボラック樹脂、エポキシ樹脂等からなる光感光性レジストを用いることができる。より具体的には、ＳＵ−８（化薬マイクロケム社製）、ＴＭＭＲＳ２０００（東京応化工業社製）、ＴＭＭＦＳ２０００（東京応化工業社製）、ＰＭＥＲ＿Ｐ−ＬＡ９００（東京応化工業社製）、ＰＭＥＲ＿Ｐ−ＣＡ３０００（東京応化工業社製）、ＰＭＥＲ＿Ｎ−ＣＡ３０００（東京応化工業社製）、ＯＦＰＲ−８００（東京応化工業社製）等のレジスト材料を用いることができる。

次に、スパッタリング法、真空蒸着法又はＣＶＤ法等の成膜方法や、グラビア印刷法やインクジェット法等の印刷方法を用いて、基板１上に形成されたレジスト層２の表面上に直接フォトマスク層３を形成する。

フォトマスク層３の材料としては、前述した成膜方法による場合は、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｆｅ等の金属及びこれらの化合物を用いる。また、前述した印刷方法による場合には、顔料や染料等からなるインキなどを用いることができる。特に金属やこれらの化合物を用いることにより、高い遮光性能を得ることができ、露光光の吸収を抑制することができる。従って、本発明の一実施の形態においては、上述した工程において、所望の領域に開口を有するマスクを介して、前述した何れかの成膜方法を行い、金属薄膜からなるフォトマスク層３を形成することで、良好な遮光性能を有するレジスト基板４を形成する。以上述べた方法によって、レジスト基板４が完成する（図１（ｃ）参照。）。

ここで、前述した所望の領域に開口を有するマスクは、使用するレジスト層２が、ネガ型かポジ型かによって異なる。使用するレジスト層２のタイプに合わせて適宜選択する。

上述したように、本発明の一実施の形態に係るレジスト基板及び該基板を用いた露光方法においては、レジスト層２の表面上に直接フォトマスク層３を形成するため、レジスト層２にうねりや異物の付着あるいは気泡の混入があった場合でも、フォトマスク層３は、これらに起因する突起部に追従して成膜されるため、レジスト層２と良好な密着状態が確保できる。従って、かかる工程によって製造したレジスト基板４は、傾斜露光等の特殊な露光においても使用でき、フォトマスク層３のパターンを忠実にレジスト層２に転写することができる。

また、上述したようにフォトマスク層３を金属薄膜で形成した場合、良好な遮光性能を有するため、露光後のフォトマスク層３へのレジスト付着によるレジスト層２の部分剥離を効果的に防止できる。従って、レジスト層２の膜厚を厚くすることができ、密着露光方法においても、膜厚のレジストパターンの使用が可能となる。

なお、フォトマスク層３の厚さとしては、５０ｎｍ以上１０μｍ以下が一般的であるが、遮光性能及び応力による歪みを考慮すると１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下とするのが望ましい。

上述の工程により基板１上に形成されたレジスト層２の表面上に直接フォトマスク層３を形成したら、次に、前記基板１に対して露光光５を照射することによって露光を行い、潜像６を得る（図１（ｄ）参照。）。

ここで、露光光５としては、ｇ線、ｈ線、ｉ線、ＫｒＦ、ＡｒＦ等の紫外線を用いることができ、波長が短いほど解像度が向上する。本発明の一実施の形態に係るレジスト基板及び該基板を用いた露光方法においては、フォトマスク層３を、高い遮光性能を有する金属薄膜により形成しているため、短波長の露光光を使用しても、露光光の吸収による露光時間の延長や解像力の低下を防止することができる。

次に、基板１からフォトマスク層３を剥離した後、現像工程を行い、レジスト層２のパターニングが完了する（図１（ｅ）、（ｆ）参照。）。なお、フォトマスク層３の剥離は、アッシング法、ドライエッチング法、又はウェットエッチング法等で行うことが可能であるが、レジスト層２にネガ型レジストを用いた場合は、現像工程時にリフトオフ法によりレジスト層２のパターニングと同時にフォトマスク層３を剥離させることも可能である。

なお、現像工程で使用される現像液は、レジスト層２の材料により異なるが、通常は有機溶媒、ＴＭＡＨ水溶液、あるいは炭酸ナトリウム水溶液等のアルカリ水溶液を用いることができる。

以上に説明した、本発明の一実施の形態に係るレジスト基板及び該基板を用いた露光方法により、露光後のフォトマスクへのレジスト付着を防止しつつ、露光光の吸収問題から開放され、且つレジスト層表面のうねりや異物の付着、気泡の混入が生じた場合においても良好なパターニングを行うことができる。また、短波長の露光光を使用しても、露光光の吸収による露光時間の延長や解像力の低下を防止することができる。

（実施例１）
次に、図１及び図２を参照しながら、本発明の一実施の形態に係るレジスト基板及び該基板を用いた露光方法の実施例１について説明する。ここで、図２は、本発明の一実施の形態に係るレジスト基板の一例を示す断面図である。まず、石英からなる基板１上に、スピンコート法を用いて、光感光性レジストＰＭＥＲ＿Ｎ−ＣＡ３０００（東京応化工業社製）を、厚さ８０μｍで塗布してレジスト層２を形成した。形成されたレジスト層２は、図２に示すように、表面に、うねりや気泡に起因する突起部が確認された。

次に、蒸着マスクを介して、前記レジスト層２の表面上に、真空蒸着法によりＣｒを膜厚３００ｎｍで成膜し、フォトマスク層３を形成した。図２に示すように、形成されたフォトマスク層３は、レジスト層２の表面に確認されたうねりや気泡に起因する突起部に追従して成膜され、良好な密着状態が確認された。

次に、水銀ランプを光源とした露光装置を用いて、図１に示すように、ｇ線、ｉ線にピークを持つ露光光５を、レジスト層２の表面にフォトマスク層３が形成された基板１の全面に照射して露光を行い、潜像６を得た。

その後、現像工程として、露光後の前記基板１を現像液Ｐ−７Ｇ（３％ＴＭＡＨ水溶液）に浸漬して揺動を４５分間行い、最後に純水でリンスを行った。その後、前記基板１を窒素ブローで乾燥することによりレジスト層２のパターニングが完了し、所望のレジスト基板４を得た。尚、フォトマスク層３は、現像工程において、リフトオフによりレジスト層２から剥離した。

完成したレジスト基板４のレジストパターンは、表面の剥離も確認されず、フォトマスク層３のパターンを忠実に転写していた。

（比較例）
次に、図３を参照しながら、本発明の一実施の形態に係るレジスト基板の比較例について説明する。図３は、比較例における密着露光状態の一例を示す断面図である。まず、実施例１と同様に、石英からなる基板１上にスピンコート法を用いて、光感光性レジストＰＭＥＲ＿Ｎ−ＣＡ３０００（東京応化工業社製）を、厚さ８０μｍで塗布してレジスト層２を形成した。形成されたレジスト層２は、図３に示すように、表面にうねりや気泡に起因する突起部が確認された。

次に、フォトマスク９を基板１のレジスト層２上に設置し、水銀ランプを光源とした露光装置を用いて、ｇ線、ｉ線にピークを持つ露光光により密着露光を行った。

密着露光時にフォトマスク９とレジスト層２を観察したところ、図３に示すように、フォトマスク９とレジスト層２の間には空間１０が確認された。即ち、フォトマスク９とレジスト層２表面との密着は完全なものではなかった。

その後、フォトマスク９をレジスト層２から取り外したところ、フォトマスク９とレジスト層２の接触部において、レジスト層２の表面が剥離し、フォトマスク９に付着した。

さらに露光後のレジスト層２を有する前記基板１を、現像液Ｐ−７Ｇ（３％ＴＭＡＨ水溶液）に浸漬して揺動を４５分間行い、最後に純水でリンスを行った。その後、前記基板１を窒素ブローで乾燥することによりレジスト層２のパターニングが完了し、所望のレジスト基板４を得た。

完成したレジスト基板４のレジストパターンは、上述したように表面の剥離が確認された。また、フォトマスク９とレジスト層２表面との密着は完全なものではなかったことに起因して、完成したレジスト基板４のレジストパターンは、フォトマスク９のパターンを忠実にレジスト層２に転写したものではなかった。即ち、フォトマスク９のパターンを忠実にレジスト層２に転写できなかった。

（実施例２）
次に、図４を参照しながら、本発明の一実施形態に係るレジスト基板及び該基板を用いた露光方法の実施例２について説明する。図４は、本発明の一実施の形態に係る傾斜露光方法の手順の一例を示す工程図である。まず、石英からなる基板１上に、スリットコート法を用いて、光感光性レジストＳＵ−８（化薬マイクロケム社製）を、厚さ４００μｍで塗布してレジスト層２を形成した。

次に、蒸着マスクを介して、前記レジスト層２の表面上に、真空蒸着法によりＣｒを膜厚３００ｎｍで成膜し、フォトマスク層３を形成した。

次に、レジスト層２の表面にフォトマスク層３が形成された基板１を、水平面に対して２０度傾斜させ、水銀ランプを光源とした露光装置を用いて、ｇ線、ｉ線にピークを持つ露光光５を照射して第一回目の傾斜露光を行い、第一の潜像７を得た。

次に、前記基板１を水平面に対して−２０度傾斜させ、水銀ランプを光源とした露光装置を用いて、ｇ線、ｉ線にピークを持つ露光光５を照射して第二回目の傾斜露光を行い、第二の潜像８を得た。

その後、現像工程として、露光後の前記基板１を、現像液ＳＵ−８＿Ｄｅｖｅｌｏｐｅｒに浸漬して揺動を３時間行い、最後にＩＰＡ（イソプロピルアルコール）でリンスを行った。その後、前記基板１を窒素ブローで乾燥することによりレジスト層２のパターニングが完了し、レジスト基板４を得た。尚、フォトマスク層３は、現像工程において、リフトオフによりレジスト層２から剥離した。

完成したレジストパターンは、表面の剥離も確認されず、またフォトマスク層３のパターンを忠実に転写することができ、２度の傾斜露光によって断面がテーパー形状のパターンを形成することができた。

本発明は、半導体素子製造工程等で用いられるリソグラフィー技術において、密着露光方法や傾斜露光方法を用いる分野に利用することができ、半導体分野のみならず、上記リソグラフィー技術を用いる他の分野にも応用できる。

本発明の一実施の形態に係る密着露光方法の手順の一例を示す工程図である。 本発明の一実施の形態に係るレジスト基板の一例を示す断面図である。 比較例における密着露光状態の一例を示す断面図である。 本発明の一実施の形態に係る傾斜露光方法の手順の一例を示す工程図である。

符号の説明

１・・・基板
２・・・レジスト層
３・・・フォトマスク層
４・・・レジスト基板
５・・・露光光
６・・・潜像
７・・・第一の潜像
８・・・第二の潜像
９・・・フォトマスク
１０・・空間

Claims (7)

1. 基板上にレジスト層が形成されたレジスト基板であって、
   前記レジスト層の上面に密着するフォトマスク層を具備することを特徴とするレジスト基板。
2. 前記フォトマスク層は金属膜であることを特徴とする請求項１に記載のレジスト基板。
3. 前記フォトマスク層は、前記レジスト層の上面に所望の開口パターンを有するマスクを介して形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のレジスト基板。
4. 基板上にレジスト層を形成し、
   前記レジスト層の上面に所望の開口パターンを有するマスクを介してフォトマスク層を形成し、
   前記フォトマスク層が形成された前記基板の全面に露光光を照射して露光し、
   露光した前記基板を現像してマスクパターンを形成することを特徴とする密着露光方法。
5. 前記フォトマスク層が形成された前記基板を水平面に対して所定の角度をもって傾斜させて、前記基板の全面に露光光を照射して露光することを特徴とする請求項４に記載の密着露光方法。
6. 前記フォトマスク層は、金属膜を成膜して形成することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の密着露光方法。
7. 前記金属膜の成膜は、スパッタリング法、真空蒸着法又はＣＶＤ法を用いて成膜されることを特徴とする請求項６に記載の密着露光方法。