JP2010537258A - 像を連続的に直接書き込むためのリソグラフィ法 - Google Patents

Abstract

本発明は、フォトリソグラフィ技術、詳細には、高エネルギービーム、一般にレーザービームによって特徴部が基板に直接書き込まれる、マスクを用いないフォトリソグラフィ技術に関する。
本発明によれば、ビームの位置を、支持体の表面に対して連続的に移動させることによって変位させ、ビームは、支持体に書き込まれる特徴部に従ってスイッチオンまたはスイッチオフされる。特徴部は、被照射ゾーンの最も小さい幅が、照射する必要のないゾーン（８）の最も小さい幅（Ｌ、Ｌ１）よりも大きくなるようにする。照射ビームの有効直径（Ｄ）は、照射する必要のないゾーンの幅よりも大きい。この直径は、被照射フォトレジストの深さに従って規定され、深さ方向の照射に必要なものと、書き込まれる特徴部の大きさとの妥協点から得られる。それゆえ、形成される最も精細な特徴部のサイズよりも厚さが遙かに大きいフォトレジストでも、ビームの直径が理論的に許容するものよりも高い解像度が達成される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、フォトリソグラフィ技術、より詳細には、高エネルギービーム、一般にレーザービームによって基板に特徴部（ｆｅａｔｕｒｅ）を直接書き込む、マスクを用いないフォトリソグラフィ技術に関する。

マイクロエレクトロニクス、またはより一般的には、現在ではナノテクノロジーの傾向にあるマイクロテクノロジーの分野では、材料の層をより精細な特徴部で構造化することを目的としている。

リソグラフィは、基板に堆積された層を特徴部によって構造化するために通常使用される技術であり、その特徴部の最も小さな幅を現時点では１００ナノメートルオーダーとし得る。一般に、リソグラフィはマスクによって実行され、その設計は感光性レジストまたはフォトレジストの層に全て転写される：この層は、投影光学系、ここでは、マスクでの特徴部よりも小さなレジスト特徴部を得るための縮小光学系によって、マスクを介して照射される。概して、光の作用とは、具体的には使用される光の波長が紫外線であるときに、フォトレジストを架橋または硬化することである。次いでフォトレジストを化学的に現像して、基板に照射ゾーンのみを残すようにする（レジストが「ネガティブ」フォトレジストの場合）、またはそれとは逆に、非照射ゾーンのみを残すようにする（フォトレジストが「ポジティブ」フォトレジストの場合）。基板に残るフォトレジストは、それ自体がマスクとしての機能を果たして、それが覆っている基板への局所作用の限界を定める。すなわち、フォトレジストのない箇所において下の層のエッチングの作用、フォトレジストのない箇所において不純物を注入する作用などである。

マスクを使用するこのリソグラフィ技術は、光源へのフォトレジストの露光が瞬間的であるため、有利である（それにもかかわらずフォトレジストの現像ステップが行われる必要がある）。しかしながら、この技術にはマスク作製ステップが必要である。マスク作製ステップは、マスクが大量製造工程に何度も役立つ必要があるときには許容できるが、非常に短い製造工程（短いシリーズ、見本または試作品の製造）の場合には許容することが難しい。さらに、このリソグラフィ技術は、光学系によるフォトレジストの露光を伴い、それは、良好な解像度を保証するために非常に大きな開口数を有する必要がある。しかしながらその場合、被写界の深度が非常に限定されるため、フォトレジストの非常に薄い層のみを露光することが可能であり、過度に厚いフォトレジスト層は深さ方向には露光されにくい。しかしながら、厚いフォトレジストは、フォトレジストによって保護されていない下のゾーンの深掘りエッチングを行う必要がある場合がある。なぜなら、フォトレジストが、これらの下の層をエッチングすることによりもたらされた生成物によって部分的に攻撃を受け、かつその厚さが、エッチングプロセス全体にわたってこの攻撃に対して持ちこたえるようにする必要があるためである。

それゆえ、目的は、別のリソグラフィによる手法、より正確には、マスクを用いないリソグラフィ技術、特に以下のリソグラフィ技術に関し調査することにあった：
−非常に良好な解像度をもたらすが非常に長い作製時間を必要とする電子ビームリソグラフィ；
−空間変調器を使用するリソグラフィ。マスクが、マトリクス電気光学光変調器で置き換えられ、マトリクス電気光学光変調器は、照射光源と被露光フォトレジストとの間にマスクとして置かれる。同じ変調器を、いずれかの特徴部を生じるように構成してもよいため、もはや各特徴部に特有のマスクを作製するステップを必要としない。しかしながら、解像度および被写界深度に限りがある；および
−被照射フォトレジストゾーンの各々の上に連続して配置され、次いで照射を実行するためにスイッチオンされるレーザービームによる直接書き込みソグラフィ。この技術は、被照射特徴部に高精細度をもたらすが、所望の解像度が高いと低速になる。さらに、解像度が非常に高いと、プロセスを、厚みの小さいフォトレジストに制限する必要がある。

本発明の目的は、従来技術よりも書き込み速度が高速である一方、比較的厚いフォトレジストでも、特に、厚さが、形成を所望する最小特徴部の幅よりも遙かに大きい（少なくとも１０倍）フォトレジストでも、レーザービームを使用する直接書き込み技術の良好な解像特性による利益を依然として受けられることを達成することにある。

本発明は、電磁放射線のビームに感応性の層に向けてこのビームを生成する源によって像を直接書き込むためのリソグラフィ法であって、ビームの位置が、支持体の表面に対して連続的に移動を行うことによって変位され、およびビームが、支持体に書き込まれる特徴部に従ってスイッチオンまたはスイッチオフされる方法において、特徴部は、ビームによって照射されるゾーンの最も小さい幅Ｌ０が、前記被照射ゾーンによって囲まれた、照射する必要のないゾーンの最も小さい幅Ｌよりも大きく、照射ビームの有効直径が、照射する必要のないゾーンの幅よりも大きく、被照射感応性フィルムの厚さΔｚが幅Ｌよりも少なくとも１０倍大きく、およびビームのくびれ部が０．８×（λΔｚ／２πｎ）^１／２〜１．８×（λΔｚ／２πｎ）^１／２、有利には０．９×（λΔｚ／２πｎ）^１／２〜１．１×（λΔｚ／２πｎ）^１／２（λはビームの波長であり、Δｚは、被照射感応性フィルムの厚さであり、およびｎは感応性フィルムの光学屈折率（ｏｐｔｉｃａｌ ｉｎｄｅｘ）である）であるようにすることを特徴とする方法を提供する。用語「ビームのくびれ部」は、その最大レベルの１／ｅ^２のレベルにおいて測定されたガウス強度分布の半径に対応するガウスビームを特徴付ける通常のパラメータを意味することを理解されたい。くびれ部は有効直径よりも、ファクター
だけわずかに小さい。

「電磁ビーム」は一般に光ビーム、特に紫外線ビームである。

語句「このビームに感応性の層」は以下のいずれかを意味すると理解されたい：
−ビームに対して直接感応性があり、かつビームを使用して特徴部を書き込みたい材料の層。例えば、透明材で作製された支持体であって、放射ビームまたは粒子ビームの熱的作用によってその屈折率または結晶構造が変えられており、所望の特徴部が、屈折率または結晶構造の局所的な変化の形態でこの透明材に直接記憶される；
−または、基板に堆積された、ビームに感応性があるフォトレジストの層である。リソグラフィ法は、まずこのフォトレジスト層を幾何学的に構造化して、そこに、定められた特徴部を形成するステップと、このステップに続き行われるこの（ポジティブまたはネガティブ）特徴部を基板の別の層（この別の層は、予めフォトレジストの下に存在するか、またはフォトレジストを現像した後に続いて堆積された）に転写するステップとを含む。

語句「ビームの有効直径」は、レーザービームの断面にわたるパワー密度分布がほとんどの場合、ビームの中心では高くかつビームのエッジでは低いほぼガウス分布であるという認識に基づいて、パワー密度が支持体に有効的な作用をもたらして（特に、フォトレジストをその深さ全体にわたって硬化させる）、そこに特徴部を刻み込むビーム断面の直径を意味することを理解されたい。それゆえ、エネルギーの低いビームの周辺部は、この有効直径の部分を形成していない。

有効直径として取られた単純な値は、ビーム断面の直径に沿ったパワー密度分布を表すガウス曲線の高さの２分の１の幅である。

ここで、感応性層に記憶される特徴部は、アスペクト比の高い（１０超および好ましくは３０超または４０超である）特徴部である。ここで考慮されるアスペクト比は、被照射感応性層の厚さ（例えば堆積されたフォトレジストの厚さ）対照射されないが形成することが望ましい最小特徴部の幅の比である。

本発明によれば、ビームの連続的な変位が、形成される最小特徴部よりも大きい幅にわたって支持体を露光する。最小特徴部は、照射する必要のないフォトレジストの特徴部である−これらは、照射する必要のあるフォトレジストの特徴部ではない。ビームよりも幅の小さい非照射フォトレジストゾーンは、これらのゾーンを通過する間に十分短時間の間ビームによる照射を中断することによって簡単に保存される。そのような非照射ゾーンはまた、ビームの有効直径よりも短い距離だけ分離された２つの隣接する経路に沿ってビームを通過させることによって維持され、この距離は、非照射フォトレジストの特徴部を規定する。

言い換えれば、本発明による方法は、これら最小特徴部よりも小さなビーム幅でこれら最小特徴部の周囲全体のフォトレジストを照射することによって、最小特徴部の輪郭を描くことにある。しかしながら、ビームには、厚みの大きなフォトレジストを考慮しかつこの厚さを含む式によって定義される幅が与えられる。

それゆえ、最も精細な細部が照射ビームの有効直径よりも小さい構造が作り上げられる；これは、特徴部のアスペクト比が従来技術のアスペクト比よりも遙かに高いにも関わらず、有効直径が最大でも、形成されるべき特徴部の最も小さい幅に等しいビームが使用される。これは、この最も小さい幅が、照射される特徴部または照射されない特徴部の一部分を形成するという事実とは無関係である。

支持体に対するビームの相対的な移動は、支持体の性質および書き込まれる特徴部の種類に依存しており、好ましくは螺旋状または渦巻き状の動きである。しかしながら、これを、ジグザク状の動きまたは列ごとの走査の動きとしてもよい。

本発明は、フォトレジストが現像された後に残存し、ビームの幅よりも小さい最小特徴部が、フォトレジストのアイランド（照射されたフォトレジストを除去することによって囲まれた非照射フォトレジストのアイランド）であるかまたはフォトレジスト中の開口部（非照射フォトレジストを除去することによって形成された開口部）であるかに依存して、ポジティブまたはネガティブフォトレジストによって機能する。

照射ビームの直径が大きいほど支持体全体に書き込む時間は短くなるが、直径の選択は、得られる書き込み速度ではなくフォトレジストの厚さに応じて行われる。

ビームの走査ピッチは、好ましくは（Ｄ＋Ｌ）／ｋ（式中、Ｄは有効直径であり、Ｌは、照射する必要のないゾーンの最も小さい幅であり、およびｋは、１よりも大きく、好ましくは３または４に等しい整数である）に等しい。

支持体は通常、その面に対して垂直な軸の周りを回転する平らなディスクの形状をしている。次いでビームは、周辺部から回転軸に向かって（または反対方向に）並進移動し、ディスク面全体を渦巻き状に走査する。ビームが回転軸に近くなるほどディスクの回転速度は高速になり、支持体に対するビームの直線的な変位の速度を一定に維持する。

別の実施形態では、支持体を、一定速度でシリンダーの軸の周りを回転する円形のシリンダーとすることができ、およびビームは、略一定速度でこの軸に対して平行に並進移動する。

本発明の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明を読み、添付の図面を参照することから明らかとなる。

基板を被覆するフォトレジストの所望の構造化の例の概略図を示す。 基板面のレーザービーム走査を使用する直接書き込みの原理を示す。 ポジティブフォトレジスト（図３ａ〜図３ｄ）およびネガティブフォトレジスト（図３ｅ）の場合の連続的な構造化ステップを示す。 ネガティブフォトレジストの連続的な構造化ステップ後の成形複製（ｍｏｌｄｉｎｇ ｒｅｐｌｉｃａｔｉｏｎ）ステップを示す。 平らな支持体を連続的に回転させる場合に実施されるプロセスを示す。 支持体を２０個の四角いセルに分割した図を示す。 シリンダー状の支持体を連続的に回転させる場合に実施されるプロセスを示す。 フォトレジストの焦点におけるレーザービームの構成を示す。 有効直径Ｄおよびビームの走査トラック間のピッチｐのビームによる、横方向の分岐部および長手方向の分岐部を有するＴ字状の特徴部の形成を示す。 特徴部がビームの走査方向に対して斜めであるときの、特徴部の一部のギザギザのある外観を示す。

本発明を、基板に書き込まれる特徴部が、基板に堆積されたフォトレジストの層の構造化から間接的に形成される例に関して説明する。基板とフォトレジスト層との組み合わせ体は、高エネルギービームの露光に曝される、上記で「支持体」と称したものを形成している。しかしながら、場合によっては、ビームは、フォトレジストで覆われていないがビームの作用に感応性のある基板面を直接照射して、基板の材料へのビームの作用によって、特徴部が前記基板面に直接書き込まれるようにすることができることを理解されたい。これは、特にレーザービームが透明材を局所的に加熱して、（非晶質構造から結晶構造へ変化させるまたはその逆に変化させることによって）結晶構造を局所的に変性させる、または光学屈折率を局所的に変性させる場合である。

以下、本発明の一例として説明する例では、ビームは紫外線レーザービームであり、フォトレジストは、この紫外線光の露光に感応性のあるフォトレジストである。このフォトレジストを「ポジティブ」または「ネガティブ」とし得ることが分かる。前者の場合、照射後の化学的な現像により、基板に非照射フォトレジストゾーンを残す。後者の場合、現像により、基板に照射フォトレジストゾーンを残す。

図１に、基板１に形成することが望まれるポジティブフォトレジスト構造２（現像後）の原理を示す。フォトレジストの特徴部はアスペクト比が高い。これに関連して、アスペクト比とは、構造の高さ（ここではフォトレジスト厚さ）対特徴部の最も小さい壁の幅の比である。一般に、高さを１０ミクロンとし、最も小さい壁の幅を１ミクロンとし得る。しかしながら、本発明によって形成されるこの構造では、２つのポジティブフォトレジスト壁間の間隔はどこも、最も小さい壁の幅よりも大きい。言い換えれば、特徴部の精細さは、壁間の開口部の精細さからではなく、壁の精細さから得られている。フォトレジストがネガティブフォトレジストであった場合、逆のことが当てはまる。フォトレジストは開口部を有し、その最も小さい幅は、残りのフォトレジストの最小特徴部の幅よりも小さいであろう。そのため、特徴部の精細さは、フォトレジスト壁の精細さからではなく、開口部の精細さから得られるであろう。アスペクト比は、ネガティブフォトレジストの高さ（例えば１０ミクロン）対フォトレジストの開口部の最も小さい幅（例えば１ミクロン）の比によって決定されるであろう。

図１のポジティブフォトレジスト構造２を形成するために、本発明に従って壁の輪郭が描かれる。すなわち、フォトレジストは、基板の面全体にトレースされたトラック上をレーザービームが連続的に動く間、壁を残さない箇所においてのみ露光され、現像後に残す必要のある壁ゾーンを通過する時は、その都度ビームがスイッチオフされる。

図２にこの原理を説明する。レーザービーム４は、フォトレジスト６のゾーン５に集束し、参照符号６は照射および現像フェーズ前のフォトレジストを示す。フォトレジストは、その厚み全体にわたってこのゾーン５において照射される。フォトレジストに集束したレーザースポットが通過することにより、フォトレジストの深さ方向の変性、一般に架橋または硬化を引き起こす。そのように架橋されるフォトレジスト部分を、クロスハッチングゾーン７で示す。ビーム放射はゾーン８において局所的に中断されるので、このゾーンにおいてはフォトレジストは架橋されない。

レーザービームの効果を直接的なフォトニック効果（構造化可能材料とのフォトニックの反応）または熱的効果（レーザースポット下の材料が加熱されることによる反応）とし得る。ＵＶ硬化性フォトレジストの場合、作用は主としてフォトニックによるものである一方、照射材料がフォトレジストでなく、直接基板である場合、作用は主として熱的であり、この場合、伴うエネルギーは高くなる。

レーザービームは、基板全体にわたって定期的に構造化可能材料の面を走査し、レーザー光の放射は、照射する必要のない材料のゾーンではその都度中断される。

いくつかの照射方式を考えることができ、これらは、当然ながら、使用されるフォトレジストのポジティブまたはネガティブな性質に依存する。

第１の方式は、ポジティブフォトレジストを使用し、フォトレジスト層に形成される特徴部は、基板に残る非照射ゾーンによって規定される。図３ａ〜図３ｄに種々のステップを示す。図３ａに、フォトレジスト６の均一な層で覆われた基板１を示す。図３ｂに、層上を左から右へ、有効直径Ｄのレーザービーム４を変位させる状態、およびスイッチオンされたレーザービームが通過することによりゾーン７におけるフォトレジストが変質した状態を示す。図３ｃに、ゾーン８上を通過するときにレーザービームがスイッチオフされたために、変質したゾーン７が、８で示す中断部を有することを示す。ゾーン８のフォトレジストは硬化されていない。最後に、図３ｄに、現像後のフォトレジストを示す。非照射フォトレジストは感応性を有していなくてかつ照射フォトレジストは感応性を有している選択的なエッチング液により、照射されたゾーン７が除去されている。非照射ゾーン８は保持され、かつ壁９を形成する。作製される構造の最も狭い特徴部のこの壁の幅Ｌ１は、レーザービームの有効直径Ｄよりも小さい。ここでは、幅Ｌ１は、レーザービームの直径Ｄにではなく、レーザー源と基板との間の相対的な移動の間のレーザービームの中断の持続時間にリンクされる。アスペクト比は高いかもしれないが、フォトレジストの厚さ全体にわたってレーザービームはほとんど発散しない条件にあることを理解されたい。この点を理解させるために、ある種の発散を意図的に示し、この発散の結果、図示のように構造に垂直ではない壁があることもある。厚いフォトレジストでも可能な限り垂直な壁をいかにして得るかを以下説明する。

このようにゾーン８に保たれたポジティブフォトレジストは、基板１において実施するのに望ましい処理作業の性質に応じて、特にエッチングマスクまたは注入マスクとしての機能を果たし得る。下のゾーンは、フォトレジストが除去された箇所でエッチングされるかまたは注入される。この解決法は、形成される特徴部が、エッチングまたは注入を行う必要のない非常に狭いゾーンを有するが、注入またはエッチングが施された非常に狭いゾーンではない場合に適用される。

第２の方式は、ネガティブフォトレジストを使用することにある。基板に対しレーザービームを相対的に移動させる期間中に、非常に短い長さの期間だけレーザービームを中断することにより、フォトレジストの化学的な現像で除去される非照射ゾーンを形成する。それゆえ、現像後、フォトレジストの特徴部は非常に狭い開口部を含み、例えば下の基板に非常に狭いエッチングまたは非常に狭い注入を実施することが可能となる。これは例えば図３ｅに示す場合である。図３ａ、図３ｂおよび図３ｃのステップと各ステップは同じであるが、フォトレジストはネガティブであり、照射部分が現像後に残る。この解決法は、最も狭いゾーンが、注入またはエッチングを施す必要があるゾーンのみであり、注入またはエッチングに対して保護する必要があるゾーンではない場合に好適である。

図４に、本発明の多くのオプションを一例として、図３ｅのように幅Ｌ１の非常に狭い開口部を有して構成されたネガティブフォトレジストを使用する別の方法を示す。図４に示すこの例では、非常に狭い開口部を有するフォトレジストの特徴部がまず形成され、次いでこの非常に狭い開口部を有する特徴部は、非常に狭い壁を有する相補的な特徴部に変えられる。

図４ａに、照射および現像後の、幅Ｌ１の開口部を有するフォトレジスト層２６を示す（図３ａ、図３ｂおよび図３ｃと同様であるが、ネガティブフォトレジストを有する先のステップは図示していない）。図４ｂに、フォトレジストの特徴部２６の開口部を全て埋める特徴部転写層２７を示す。この層２７を堆積させ、次いで任意選択により平坦化して、そこに転写基板２８を結合させ得る。層２７は、成形複製タイプの加工において液体形態で注入することができる。図４ｃでは、基板１およびフォトレジスト２６の双方とも機械的および／または化学的な作用により除去されており、転写基板２８には、フォトレジスト２６の特徴部の補足物である特徴部を有する層２７が残っている。それゆえ、層２７は、フォトレジスト２６に残された幅Ｌ１の開口部の補足物に対応する幅Ｌ１の突出壁３０を備える。

図５に、このプロセスを、平らな円形支持体１３に適用することを示す。この支持体には、渦巻き状のトラック１４（または円形および同心のトラック）に沿って整列した情報をエッチングすることが望ましい。ビーム４を発するレーザー源の焦点合わせ光学系１２は支持体１３の上に配置され、光学系と支持体との間の相対的な移動は渦巻き状の動きである：支持体は垂直軸の周りを回転し（矢印１１）、レーザー源は支持体の回転軸に対して垂直に、この軸の方向に動く（周辺部から軸に向かって接近するまたは軸から周辺部に向かって離れるように動く）（矢印１０）。書き込まれたトラックが分布するピッチをｐとすることが望ましい場合、ビームの並進速度Ｖ_{ｔｒａｎｓ}にはｐＶ_ｒｏｔに等しい値が与えられ、ここで、Ｖ_ｒｏｔは支持体の回転速度である。

フォトレジストを照射するために供給されるエネルギーが、レーザービームの所与のパワーに関する移動の速度とリンクされるため、トラックに沿ったスポットの直線的な変位の速度が一定であることが好ましいことを指摘する。速度が一定でない場合、フォトレジストのレーザービームに対する応答は均一とはならない。

支持体１３を渦巻き状に走査する場合、支持体が１回転するときのトラックの長さは、ビームが回転軸に接近するにつれて短くなる。それゆえ、レーザースポットが回転軸に接近するにつれて支持体の回転速度を高速にするか、または回転軸から離れて移動するときには遅くする必要がある。支持体の中心ゾーンを犠牲にする必要がある。この中心ゾーンの半径を、支持体に与え得る最大回転速度とリンクさせる。

フォトレジストを正確に露光するための所望の直線的な速度がＶ_ｌｉｎである場合、および許容可能な最大回転速度がＶ_{ｍａｘｒｏｔ}である場合、犠牲にされたゾーンの半径はＲ_ｍｉｎ＝Ｖ_ｌｉｎ／２πＶ_{ｍａｘｒｏｔ}となる。

Ｒ_ｍａｘが支持体の最小半径である場合、支持体の全露光時間はＴ１＝（１／Ｖ_ｌｉｎ）π（Ｒ_ｍａｘ ^２−Ｒ_ｍｉｎ ^２）／ｐとなる。

例を挙げると、数値は以下の通り：
Ｖ_{ｍａｘｒｏｔ}＝５０００ｒｐｍ、すなわち毎秒８３回転；
Ｖ_ｌｉｎ＝８ｍ／ｓ；
Ｒ_ｍｉｎ＝１６ｍｍ、すなわち０．０１６ｍ；
Ｒ_ｍａｘ＝１００ｍｍ、すなわち０．１００ｍ；
ｐ＝８３３ナノメートル、すなわち８３３×１０^−９メートル、
となり、１時間１７分の露光時間Ｔ１をもたらす。

支持体が、各辺３２ミリメートルの２０個の四角いセルに（符号１６）に分割され、かつ図６に示すスコーリング（ｓｃｏｒｉｎｇ）に従って体系化される（犠牲となったゾーン１７を規定する中心では、セルは省略される）場合、各セルの露光時間は約４分である。

ビームの並進速度が連続的かつ一定である場合、レーザースポットとディスクとの間の相対経路は、ディスクの軸を中心とした渦巻き状の経路である。変位が非連続的で、１回転の持続時間に等しい一定の間隔で段階的に行われる場合、経路は一連の同心の円形トラックである。並進速度は、変位が非連続的であっても平均して全体的に一定であると考えることができる。結果として、変位が連続的であろうと非連続的であろうと、トラックに対して垂直にビームが前進する平均速度は一定の並進速度であるとみなす。

図７に本発明の第２の実施形態を示す。この実施形態では、１９で示す支持体が円形のシリンダーであり、その軸の周りで連続的に回転し（矢印１１）、レーザー源の光学系１２が、シリンダーの回転軸に対して平行に並進移動する（矢印１０）。この解決法は、特に可撓性基板によって形成された支持体１９が、シリンダー状ドラム１８が回転することによって前記基板を回転させたそのドラムの形状に合致する場合に、適用することができる。

ビームの並進速度が連続的でかつ一定である場合、レーザースポットと支持体との間の相対経路は螺旋状の経路であり、その軸はドラムの回転軸である。変位が、１回転の持続時間に等しい一定間隔での段階的な変位である場合、経路は、一連の平行する円形トラックである。ここでも、一定であるとみなす必要のあるビームの並進速度は、基礎となるステップ（ｂａｓｅｍｅｎｔ ｓｔｅｐｓ）が非連続的な性質を有するにもかかわらず、平均速度である。

図７に示す方法の利点は、レーザー源が一定速度で並進的に変位する間のドラムの回転速度が一定のままである点である。さらに、ここでは犠牲となるゾーンがない。全露光時間はＴ２＝Ｌ_ｓ／（ｐＶ_ｒｏｔ）（ここで、Ｌ_ｓは、光学系１２の並進移動方向における基板の長さであり、Ｖ_ｒｏｔは、一定の回転速度であり、ｐは、螺旋状トラックのピッチである）である。

上述の数値と同様の数値、より正確にはＶ_ｌｉｎ＝８ｍ／ｓ、８３３ナノメートルのピッチ、および各辺が３２ｍｍの２０個の四角いセルを含む約１６０ｍｍ×１３０ｍｍ（後者の値、すなわち１３０ｍｍは回転軸に対して平行にとられる）の寸法の基板の場合、約３０ミリメートルの半径のドラムを用いることが可能であり、露光時間が約１時間（各セル３分）であることが判明した。ここで、回転速度は、実際は約２，５００ｒｐｍである。回転速度が５，０００ｒｐｍまで増大し、かつ直線的な速度が８ｍ／ｓではなく１６ｍ／ｓであることが許容される場合、時間は約３０分まで、すなわち各セル１分３０秒まで削減される。

本発明を可能な限り効果的な方法で実装するためには、フォトレジストを照射するための最も適切なビーム幅Ｄおよび平行な（渦巻き状または螺旋状）線での相対的な移動におけるビームの変位ピッチｐの双方を決定する必要があり、これら２つの量は、下記で説明するようにリンクしている。

レーザーを集束するための光学系は、原理上、図８に示すような砂時計形のビームをもたらすことを思い出されたい：ビームは漸次的に最も狭いゾーンに集中し、その後広がる。

光学計算（その詳細は、ここでは説明しない）によって、最も集束している箇所でのビームの最小直径が小さいほどビームの広がりが大きくなることを示すことが可能になる。それゆえ、非常に厚いフォトレジストを露光する一方、壁が非常に垂直であること確実にしたい場合には、より薄いフォトレジストを露光したい場合よりも幅広のビームを使用する必要がある。それゆえ従来技術では、フォトレジストの厚みが大きいときには書き込みビームが幅広であるため、解像度が低い。本発明によって、幅広のビームを使用することが可能となり、そのためあまり広がらない一方、それにもかかわらずプロセスが、非照射特徴部のみである最も狭い特徴部の輪郭を描くことを伴うため、非常に良好な解像度を維持する−それゆえ、より厚いフォトレジストを正確に露光し得る。

しかしながら、ビームが幅広である場合、ビームの幅方向および照射されたフォトレジストの深さ方向の双方において露光精度が失われることを指摘する必要がある。これは、ビーム内でのガウスエネルギー分布のためである。より広がったビームは、ビーム断面の有効部分と非有効部分との間の境界があまりはっきりしていないエネルギー分布を有する。実際、照射されたフォトレジストの架橋は、ビーム内のエネルギー分布に著しく依存し、かつ、受けた照射量に依存する架橋閾値効果がある。ある点でのこの受けた照射量は、ビーム軸に対する照射点の距離ｘおよびこの軸に沿った照射点の位置（それゆえ、フォトレジストのポイントの深さ）の双方に依存する。

それゆえ、過度に幅広のビームを使用することは、フォトレジストの架橋境界における精度を失わせる危険があり、それは、ビームの広がりを少なくすることによって改良することができるものである。それゆえ、可能な限り幅広のものではないが、許容できる妥協点であるビーム有効直径を選択する。

最大集束箇所のビームのくびれ部ｗ_０の好ましい値を以下の式によって規定する：
ｗ_０＝（λΔｚ／２πｎ）^１／２（λはレーザービームの波長であり、Δｚは、照射したい感応性層の深さ（例えば堆積したフォトレジストの厚さ）であり、ｎは感応性層（例えばフォトレジスト）の光学屈折率である。本発明によれば、値（λΔｚ／２πｎ）^１／２の０．８倍〜１．８倍であるビームのくびれ部を使用する。好ましくは、本発明によれば、値（λΔｚ／２πｎ）^１／２の０．９〜１．１倍のビームのくびれ部を使用する。

例えば、フォトレジストの深さが２０ミクロン、波長が５００ナノメートルおよび光学屈折率が１．５である場合、０．８μｍ〜１．８μｍ、好ましくは０．９μｍ〜１．１μｍのビームのくびれ部を選択することができる。当業者の実施によれば、くびれ部を、ビームの強度分布の、最大レベルの１／ｅ^２のレベルにおける半径に等しいと規定する。くびれ部は、ファクター
によって有効直径にリンクしている。

ビームの有効直径は、一般に、ビーム内でのガウスエネルギー分布の場合、パワー密度がビーム軸のパワー密度の２分の１である径方向対向する２つの点を分離する距離によって規定されていると考えられる（言い換えると、単純にするために、有効直径は、ガウスパワー密度分布の高さの２分の１の幅であるとみなされている）。

いずれの場合も、ビーム直径Ｄは、照射されるべきゾーンの最も小さい幅Ｌ０以下である。本発明は、被照射ゾーンの最も小さい幅が、照射されないゾーンの最も小さい幅よりも大きい構造の製造にのみに適用される。

ビームを支持体上で連続的に走査するとき、ビームは、その経路に沿ってスイッチオンされ、非照射フォトレジストの特徴部を、支持体に対してビームの相対的な変位方向に対して横方向に書き込む必要があるときは、その都度スイッチオフされる必要がある。さらに、平行なトラックを、照射されない間隔がトラック間に、ビームの相対的な変位方向に対して平行に残るように、走査する必要がある。これら２つのパラメータは非照射特徴部の幅を規定し、かつ、形成されるべき構造の設計によって、最も狭い非照射特徴部を横方向および長手方向の双方に形成することを可能にする必要がある。

図９に、１つのトラックから次のトラックまでのビームの変位ピッチを表す距離ｐだけ離れた平行な線に沿った左から右への有効直径Ｄのビームの走査を概略的に示す。図には、７つのビームの通過が示されている。ビームは、その長手方向経路の間に最短時間Ｔ１だけスイッチオフされて、最小幅Ｌ１の横方向の非照射ゾーン２３を残す（これらはビームの経路に対して垂直である）。ビームはまた、いくつかの連続的なトラックに沿ってＴ１よりも長い時間にわたってスイッチオフされて、最小幅Ｌの照射されない長手方向ゾーン２４を残す。以下示すように、最小幅Ｌを直径Ｄおよびトラックのピッチｐとリンクさせる。それゆえ、図９に、７つの連続的なトラックで、照射されていないＴ字形の特徴部（幅Ｌ１およびＬを有する横方向の分岐部２３および長手方向の分岐部２４）の漸進的な形態を示す。

長手方向の最小幅Ｌ１は、レーザービームがスイッチオフされかつ再びスイッチオンするために必要な最短時間に依存する。例えば、５００ＭＨｚで変調されかつ８ｍ／ｓで移動することができるビームによって、幅Ｌ１が２２ナノメートルの非照射特徴部を得ることが可能となる。

横方向の最小幅Ｌは、式Ｌ＝ｋｐ−Ｄ（ｋは、少なくとも２に等しい正の整数である）に従ってビームのピッチｐおよび幅Ｄの双方から推定される。具体的には、幅Ｄ（ビームの幅）の帯がトラックに沿って照射され、ビームが、以下のｋ−１のトラックに沿った同じ箇所でスイッチオフされ、かつビームが、ｋ番目のトラックにおいてその幅Ｄ上で再びスイッチオンされると仮定すると、幅がｋｐ−Ｄに等しい非照射帯が残されることが分かる。必要な場合には照射ゾーンを重複させる（連続的なゾーン上に照射する）ことができるようにするために、ｋを１に等しいとすることはできず、かつｐはＤよりも小さいままである必要があることに留意されたい。

単純な仮定であるとすると、ＬはＬ１に等しいとすることができる、すなわち、形成される構造は、長手方向および横方向双方に非常に狭い非照射特徴部を有する。傾斜した特徴部の場合を以下説明する。一例では、形成されるべき最小特徴部の幅は、２０μｍの厚いフォトレジストにおいてＬ＝Ｌ１＝０．５ミクロンである。最適なくびれ部は９２７ｎｍであり、すなわち有効直径は１．１μｍである。

ＬおよびＤに選択した数値は、ビーム経路に与えられるピッチｐに可能な値は選択が限られていることを意味する。具体的には、上述の式ｐ＝（Ｄ＋Ｌ）／ｋからである。

ｋに高い値が選択される場合、横方向の非照射ゾーン２３の境界の直線度が改善される、すなわち、スポットが円形であることによる境界の飾り（ｆｅｓｔｏｏｎｉｎｇ）効果が低減される。しかしながら、これは、表面を完全に走査する時間の損失となり、ピッチｐが小さく、それゆえｋが高い場合には走査時間が非常に長くなってしまう。

対照的に、ｋに低い値を選択する場合（最小値であるｋ＝２）、走査時間は短時間となるがゾーン２３の境界は飾られる。

図９に示す例を参照すると、ビームは、最小幅Ｌの約３倍の幅Ｄを有すると考えられるので、Ｄ＋Ｌはほぼ４Ｌに等しい。ｋが４に等しいとすると、ピッチｐはほぼＬであり、幅Ｌ＝４ｐ−Ｄの非照射帯２４を構成するためにビームは、３回通過する間スイッチオフされる。４回目の通過中にビームが再びスイッチオンされる。しかしながら、ｋ＝２としてピッチｐを約２Ｌとすること、またはｋ＝３およびピッチｐを約１．３Ｌとすること、またはｋ＝５およびピッチを約０．８Ｌとすることも可能である。

Ｌ＝０．５ミクロンおよびＤ＝１．１ミクロンである数値の例では、ピッチｐを、以下の値を有するように選択する：ｐ＝０．８ミクロン（ｋ＝２）；ｐ＝０．５３ミクロン（ｋ＝３）；ｐ＝０．４ミクロン（ｋ＝４）；およびｐ＝０．３２ミクロン（ｋ＝５）。ｐ＝０．８ミクロンを選択することは、速度と、ビームの移動に対して横方向に向けられた境界の直線度（飾りのないこと）との間の良好な妥協点である。

図１０に、横方向、長手方向および斜め方向の境界の外見が、幅Ｄおよびピッチｐのビームによって得られることを概略的に示す。垂直な輪郭線のわずかな飾りは示していない。ビームの走査軸に対して斜めである、構造の特徴部のかなり飾りのある輪郭線が、本発明による方法の実装に特徴的である。図１０の２つの例は、斜め線が２つの異なる角度であるこの飾りを示す。

Claims (10)

1. 電磁放射線のビームに感応性の層に向けてこのビームを生成する源によって像を直接書き込むためのリソグラフィ法であって、ビームの位置が、支持体の表面に対して連続的に移動を行うことによって変位され、およびビームが、支持体に書き込まれる特徴部に従ってスイッチオンまたはスイッチオフされる方法において、
   前記特徴部は、このビームによって照射されるゾーンの最も小さい幅Ｌ０が、前記被照射ゾーンによって囲まれた、照射する必要のないゾーンの最も小さい幅Ｌよりも大きく、照射ビームの有効直径が前記照射する必要のないゾーンの幅よりも大きく、被照射感応性フィルムの厚さΔｚが前記幅Ｌよりも少なくとも１０倍大きく、およびビームのくびれ部が０．８×（λΔｚ／２πｎ）^１／２〜１．８×（λΔｚ／２πｎ）^１／２（λは前記ビームの波長であり、Δｚは、前記被照射感応性フィルムの厚さであり、およびｎは前記感応性フィルムの光学屈折率である）であるようなものであることを特徴とする方法。
2. 前記照射ビームのくびれ部が０．９×（λΔｚ／２πｎ）^１／２〜１．１×（λΔｚ／２πｎ）^１／２であることを特徴とする請求項１に記載のリソグラフィ法。
3. 前記ビームが、連続的に移動を行うことによって、ピッチｐ＝（Ｄ＋Ｌ）／ｋ（Ｄは前記ビームの有効直径であり、Ｌは、前記照射する必要のないゾーンの最も小さい幅であり、およびｋは、１よりも大きい整数である）で分布されたトラックに沿って前記支持体の表面を走査することを特徴とする１または２に記載のリソグラフィ法。
4. ｋが２、３または４に等しいことを特徴とする請求項３に記載のリソグラフィ法。
5. 定められた特徴部を備えるフォトレジスト構造を形成するため、前記支持体が、感光性レジストまたはフォトレジスト（６）で被覆された基板（１）であり、かつ前記ビームが、前記フォトレジストが感応性である波長のレーザービームであり、フォトレジスト構造形成後、フォトレジストの特徴部を支持体の別の層にポジティブまたはネガティブ転写することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のリソグラフィ法。
6. 前記支持体は、軸の周りで回転する平らなディスク（１３）の形状であり、前記ビームが、周辺部からその軸までまたはその逆に並進移動することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のリソグラフィ法。
7. 前記ビームが軸に近くなるほど、前記支持体の回転速度が高速になることを特徴とする請求項６に記載のリソグラフィ法。
8. 前記支持体（１９）が、シリンダーの軸の周りを一定速度で回転する円形のシリンダーであり、および前記ビームが、この軸に平行に一定速度で並進移動することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のリソグラフィ法。
9. 前記支持体が、前記ビームの熱的作用に感応性のある透明材で作製された基板を含み、これにより、この透明材に特徴部を直接書き込むことができることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のリソグラフィ法。
10. 前記透明材が、前記ビームによって供給されたエネルギーの影響により光学屈折率の変化または結晶構造の変化を生じることができることを特徴とする請求項９に記載のリソグラフィ法。