JP2012151189A - Formation method of fine pattern - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、フラットパネルディスプレー(FPD)の回路パターンを微細化可能なパターン形成方法に関する。 The present invention relates to a pattern forming method capable of miniaturizing a circuit pattern of a flat panel display (FPD).
FPDを製造する場合、ガラス基板上に、種々の回路素子や配線を含む回路パターンが形成される。回路パターンは、ガラス基板上へ薄膜を形成し、フォトリソグラフィー技術によりエッチングマスクを形成し、エッチングマスクを用いて薄膜をエッチングするといった手順を繰り返すことにより形成される(たとえば特許文献1)。現在の回路パターン中のたとえばラインの幅は約3μmであるが、今後、1.5μm程度までの微細化が望まれている。 When manufacturing an FPD, a circuit pattern including various circuit elements and wirings is formed on a glass substrate. The circuit pattern is formed by repeating a procedure of forming a thin film on a glass substrate, forming an etching mask by a photolithography technique, and etching the thin film using the etching mask (for example, Patent Document 1). For example, the width of a line in the current circuit pattern is about 3 μm, but in the future, miniaturization to about 1.5 μm is desired.
回路パターンの微細化のためには、フォトリソグラフィー工程で使用される露光光の短波長化が欠かせない。ところが、FPDの製造には一辺の長さが1mにも及ぶ大型のガラス基板が使用されるため、そのようなガラス基板に対応可能な短波長光光源の開発・製造が難しいという事情がある。
本発明の出願人においては、約3μmの解像度を有する現状の露光装置を用いつつ、回路パターンの形成方法を工夫することにより、約2μmのスペース幅を実現する方法が検討されている。
In order to miniaturize the circuit pattern, it is indispensable to shorten the wavelength of exposure light used in the photolithography process. However, since a large glass substrate with a side length of 1 m is used for manufacturing an FPD, it is difficult to develop and manufacture a short-wavelength light source that can handle such a glass substrate.
The applicant of the present invention has studied a method of realizing a space width of about 2 μm by devising a circuit pattern forming method while using a current exposure apparatus having a resolution of about 3 μm.
以下、図1を参照しながら、この方法を説明する。まず、図1(a)に示すように、ガラス基板S上のエッチング対象となる薄膜11上に、ポジ型のフォトレジストによりフォトレジスト膜13が形成される。
Hereinafter, this method will be described with reference to FIG. First, as shown in FIG. 1A, a
次に、図1(b)に示すように、436nm(g線)、405nm(h線)、または365nm(i線)の波長を有する露光光Lがフォトマスク15を通してフォトレジスト膜13に照射され、フォトレジスト膜13が露光される。ここでフォトマスク15の図示の部分は、回路パターン中のライン・アンド・スペースを形成する部分に対応しており、複数のスリット15sが所定のピッチで形成されている。スリット15sの幅SW1は、使用する露光装置の露光限界が2.5μmから3μm程度であるのに対して、たとえば約1.7μmである。
Next, as shown in FIG. 1B, exposure light L having a wavelength of 436 nm (g line), 405 nm (h line), or 365 nm (i line) is irradiated to the
この場合、フォトマスク15のスリット15sを透過する露光光は回折現象により広がるため、透過露光光の強度曲線は、図1(b)中に参照符号Aで示すように、スリット15sの幅SW1を超えて裾を引くこととなる。したがって、フォトレジスト膜13においては、回折現象が無いと仮定したときに露光されるスリット15sの幅SW1に等しい領域だけでなく、これよりも外側の領域P2もが露光され得る。すなわち、露光時間を適切に調整すれば(オーバー露光すれば)、スリット15sの幅(約1.7μm)に対応した領域P1よりも広い領域P2、たとえば約2μmの幅を有する領域P2を露光することが可能となる。したがって、この後、フォトレジスト膜13をオーバー現像すると、約2μmの幅SW2を有するスペースSを有するエッチングマスクM1が形成される(図1(c))。
In this case, since the exposure light transmitted through the
上記の方法によれば、露光限界よりも小さい幅を有するスリット15sによる回折現象を利用してオーバー露光するとともに、オーバー現像により、スリット15sの幅SW1より大きく露光限界より小さい約2μmの幅SW2を有するスペースSを実現することができる。
According to the above method, overexposure is performed using the diffraction phenomenon by the
しかし、この方法をラインの形成に適用しようとすると、図2(a)に示すように、露光光の回折により、フォトレジスト膜13中の残存すべき領域P3までが露光され、現像後のエッチングマスクM2の膜厚が小さくなり過ぎ(図2(b))、エッチングマスクとして利用できなくなってしまうおそれがある。このように、約2μmの幅を有するラインを上記の方法で形成することは難しい。また、回折光による露光のため、現像後の各ラインの幅の均一性を得ることも困難である。
本発明は、上記の事情に鑑み、露光装置の解像限界よりも狭い線幅を有するラインパターンを形成可能な微細パターン形成方法を提供する。
However, when this method is applied to the formation of a line, as shown in FIG. 2A, the region P3 to be left in the
In view of the above circumstances, the present invention provides a fine pattern forming method capable of forming a line pattern having a line width narrower than the resolution limit of an exposure apparatus.
本発明の一の態様によれば、エッチングの対象となる薄膜の上に、ネガ型のフォトレジスト膜を形成する工程と、前記フォトレジスト膜を減圧雰囲気下で乾燥する工程と、使用する露光装置における解像限界よりも幅が小さい露光光透過部を有するフォトマスクを用いて、乾燥された前記フォトレジスト膜に対し前記露光光を照射して当該フォトレジスト膜を露光する工程と、露光された前記フォトレジスト膜を現像して当該フォトレジスト膜からエッチングマスクを形成する工程と、前記エッチングマスクを用いて前記薄膜をエッチングする工程とを含む、微細パターン形成方法が提供される。 According to one aspect of the present invention, a step of forming a negative photoresist film on a thin film to be etched, a step of drying the photoresist film in a reduced-pressure atmosphere, and an exposure apparatus used Using a photomask having an exposure light transmission portion whose width is smaller than the resolution limit in the step of irradiating the dried photoresist film with the exposure light to expose the photoresist film; There is provided a fine pattern forming method including a step of developing the photoresist film to form an etching mask from the photoresist film, and a step of etching the thin film using the etching mask.
本発明の実施形態によれば、露光装置の解像限界よりも狭い線幅を有するラインパターンを形成可能な微細パターン形成方法が提供される。 According to the embodiment of the present invention, there is provided a fine pattern forming method capable of forming a line pattern having a line width narrower than the resolution limit of an exposure apparatus.
以下、図3から図5までを参照しながら、本発明の実施形態による微細パターン形成方法を説明する。以下の説明において、同一または対応する部品または部材には、同一または対応する参照符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, a fine pattern forming method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, the same or corresponding parts or members are denoted by the same or corresponding reference numerals, and redundant description is omitted.
まず、ガラス基板(以下、単に基板)Sの上にエッチングされるべき薄膜(以下、エッチング対象膜)11が形成される。エッチング対象膜11は、これらに限定されないが、化学気相堆積(CVD)法で堆積したポリシリコン膜、およびスパッタ法で堆積した金属膜であって良い。
First, a thin film (hereinafter referred to as an etching target film) 11 to be etched is formed on a glass substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) S. The
次いで、エッチング対象膜11が形成された基板Sは、所定のフォトレジスト塗布現像装置(以下、塗布現像装置)に搬入される。塗布現像装置においては、まず、たとえば疎水化処理など、フォトレジスト膜13の形成前の所定の処理が行われる。次いで、基板Sは、塗布現像装置のフォトレジスト塗布ユニットに搬送され、図4(a)に示すように、エッチング対象膜11の上にフォトレジスト膜13が形成される(図3のステップS1)。本発明の実施形態による微細パターン形成方法においては、フォトレジスト膜13は、ネガ型のフォトレジスト(液)を用いて形成される。ネガ型のフォトレジストとしては、使用される露光装置の露光光の波長に対して感度を有していれば、特に限定されることはない。また、フォトレジスト膜13の膜厚は、約0.5μmから約3μmまでの範囲にあって良い。
Next, the substrate S on which the
フォトレジスト膜13が形成された後、図4(b)に示すように、塗布現像装置に設けられる減圧乾燥ユニット46内に基板Sが搬送される。減圧乾燥ユニット46は、外部雰囲気に対して気密可能に構成され、図示しない排気装置により内部が減圧に排気される。これにより、減圧乾燥ユニット46内のフォトレジスト膜13に含まれるフォトレジストの溶剤が蒸発し、フォトレジスト膜13が乾燥する(図3のステップS2)。ここで、減圧乾燥ユニット46内での基板Sの温度(たとえば23℃)におけるフォトレジスト溶剤の蒸気圧よりも低い圧力にまで、減圧乾燥ユニット46の内部が減圧されることが望ましい。フォトレジスト(液)の溶剤が、たとえば複数の溶剤を含む場合は、いずれかの溶剤、好ましくは含有量の最も多い溶剤の蒸気圧よりも減圧乾燥ユニット46の内部が減圧されることが望ましい。また、複数の溶剤の蒸気圧のうちの最も低い蒸気圧よりも低い圧力まで減圧乾燥ユニット46の内部を減圧しても良い。
After the
なお、フォトレジスト溶剤の蒸気圧より低い圧力に到達するまでの時間は、たとえば5secから40secまでの範囲であることが好ましい。本発明の発明者の検討によれば、この程度の時間でフォトレジスト膜13を急速に乾燥すると、フォトレジスト膜13の表層が、より硬化されるため、露光耐性が高くなる(露光され難くなる)傾向があることが分かっている。
The time required to reach a pressure lower than the vapor pressure of the photoresist solvent is preferably in the range of 5 sec to 40 sec, for example. According to the study of the inventor of the present invention, when the
また、減圧乾燥ユニット46内でフォトレジスト膜13を減圧雰囲気下で乾燥しているときに、基板Sの上方に、窒素ガスや希ガスなどの不活性ガスGを流すことにより、フォトレジスト膜13の乾燥を促進することが好ましい。これにより、フォトレジスト膜13の硬化および露光耐性の促進が期待される。
なお、フォトレジスト膜13の形成に好適な塗布ユニットと、減圧雰囲気下での乾燥に好適な減圧乾燥ユニット46とについては後に説明する。
Further, when the
A coating unit suitable for forming the
フォトレジスト膜13が減圧雰囲気下で乾燥された後、塗布現像装置において更に乾燥するために基板Sが加熱され、再び室温(たとえば23℃)に冷却される。この後、基板Sは露光装置に搬送され、図4(c)に示すように、フォトマスク15を通してフォトレジスト膜13が露光される(図3のステップS3)。ここで露光光の波長は、たとえば波長405nm(h線)と波長365nm(i線)の混合波長であり、露光限界は2.5μmから3.0μm程度である。また、露光光の露光量はたとえば30〜40mJであって良い。また、100mJ程度の露光量でフォトレジスト膜13をオーバー露光しても良い。
After the
フォトマスク15のスリット15s(露光光透過部)の幅SW1は、本実施形態においては露光限界より小さいたとえば約1.8μmである。スリット15sを透過する露光光Lの光強度曲線Aは、露光光Lがスリット15sにより回折されるため、スリット15sの幅SW1の外側にまで裾を引くことになる。このため、図4(c)に示すように、スリット15sの幅SW1にほぼ対応する領域P4が露光されるのに加えて、領域P4の外側の領域P5までに露光光が照射され得る。
In this embodiment, the width SW1 of the
続いて、現像塗布装置の現像ユニットへ基板Sが搬送され、露光されたフォトレジスト膜13が現像される(図3のステップS4)。本発明の実施形態においてフォトレジスト膜13はネガ型であるため、現像後には領域P4およびP5が残ることになる。しかしながら、フォトレジスト膜13の表層はステップS2において減圧雰囲気下で急速に乾燥されて露光され難くなっているため、露光光の回折成分が照射されたに過ぎない領域P5は十分には露光されておらず、現像により除去される。その結果、図5(d)に示すように、領域P4のみが残ったエッチングマスクMが得られる。
なお、領域P5の確実な除去のために、フォトレジスト膜13における露光光が照射されていない部分が現像液に十分に溶け出した後も、所定の時間、フォトレジスト膜13を現像液に晒しておいても良い(オーバー現像を行っても良い)。
Subsequently, the substrate S is transported to the developing unit of the developing and coating apparatus, and the exposed
In order to surely remove the region P5, the
ここでエッチングマスクMの断面形状に着目すると、エッチングマスクM(領域P4)の幅は、上端部で広く、下端部に向かって狭くなっていることがわかる(いわゆるTトップ形状)。しかも、上端部でのエッチングマスクM(領域P4)の幅は、フォトマスク15のスリット15sの幅にほぼ等しい。これは、フォトレジスト膜13を減圧雰囲気下で乾燥したことにより、フォトレジスト膜13の表層ほど乾燥し、硬化され、露光耐性が向上したためと考えられる。また、減圧雰囲気下での乾燥中に、フォトレジスト膜13の上方において不活性ガスG(図4(b))を流すことによる乾燥促進の効果でもある。
Here, focusing on the cross-sectional shape of the etching mask M, it can be seen that the width of the etching mask M (region P4) is wide at the upper end and narrows toward the lower end (so-called T-top shape). Moreover, the width of the etching mask M (region P4) at the upper end is substantially equal to the width of the
続けて、図5(e)に示すように、エッチングマスクMを使用してエッチング対象膜11がエッチングされる(図3のステップS5)。このエッチングは、たとえば100mTorrより低い圧力の下で、エッチング対象膜11の性質に応じて、塩素を含むエッチングガスまたはフッ素を含むエッチングガスにより行われることが好ましい。塩素を含むエッチングガスとしては、たとえば、塩素(Cl2)ガス、Cl2と六フッ化硫黄(SF6)との混合ガス、Cl2と四フッ化炭素(CF4)との混合ガス、Cl2と三塩化ホウ素(BCl3)との混合ガス、およびCl2と酸素(O2)との混合ガスがある。また、フッ素を含むエッチングガスとしては、SF6とO2との混合ガス、SF6と窒素(N2)との混合ガス、CF4とO2との混合ガス、およびCF4とN2との混合ガスがある。これらによれば、エッチング対象膜11が異方的にエッチングされる。すなわち、図5(e)に示すように、エッチングマスクMの上端部の幅がエッチング対象膜11に転写され、エッチング対象膜11からライン11Lが基板S上に形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 5E, the
以上、本発明の実施形態によれば、エッチング対象膜11の上にネガ型のフォトレジスト膜13を形成し、フォトレジスト膜13を減圧雰囲気下で乾燥することにより、露光限界よりも小さい幅を有するスリット15sを用いてフォトレジスト膜13を露光しても、露光限界より小さい幅を有するエッチングマスクMを得ることができる。このエッチングマスクMを用いた異方性エッチングにより、露光限界より小さい幅を有するラインを形成することが可能となる。また、フォトレジスト膜13の表層の露光耐性が向上しているため、露光光が照射された領域がより確実に残ることとなり、各ライン幅の均一性も向上され得る。
As described above, according to the embodiment of the present invention, the
また、上述のとおり、フォトレジスト膜13の表層を減圧雰囲気下で急速に乾燥することにより、フォトレジスト膜13の表層が露光され難くなるため、フォトレジスト膜13におけるスリット15sで回折した露光光が照射された領域P5は、オーバー現像により除去され得る。したがって、現像により得られたエッチングマスクM(領域P4)の幅は、スリット15sの幅SW1とほぼ等しくなる。すなわち、スリット15sの幅SW1を露光限界よりも小さく設定することにより、露光限界よりも小さい幅を有するラインを形成することが可能となる。しかも、ライン幅の均一性をより向上できる。
Further, as described above, since the surface layer of the
また、本発明の実施形態による微細パターン形成方法によれば、解像限界を低減可能であり、大型基板に対応可能な短波長光光源を備える露光装置の開発を待つことなく、解像限界よりも小さい幅を有し、ライン幅均一性に優れたラインを形成できる。すなわち、新たな露光装置の開発・導入が不要なため、製造コストの上昇を伴うことなく微細化が可能となるという利点が提供される。 Further, according to the fine pattern forming method according to the embodiment of the present invention, the resolution limit can be reduced, and without waiting for the development of an exposure apparatus equipped with a short wavelength light source capable of handling a large substrate, the resolution limit is exceeded. Can be formed with a small width and excellent line width uniformity. That is, since it is not necessary to develop and introduce a new exposure apparatus, there is an advantage that miniaturization is possible without an increase in manufacturing cost.
次に、フォトレジスト膜13の形成に好適な塗布ユニットと、減圧雰囲気下での乾燥に好適な減圧乾燥ユニット46とについて説明する。
図6は、塗布ユニット30と、これに組み合わされた減圧乾燥ユニット46を示す側面図である。図示のとおり、塗布ユニット30には、支持台80の上に配置されるガイドレール81と、基板Sを保持可能で、ガイドレール81に沿って平行移動可能な搬送アーム82と、塗布ユニット30と減圧乾燥ユニット46との間に配置される、ノズル84を含むレジスト塗布ユニット44とを備える。ノズル84は、図示しないフォトレジスト液供給源に接続されており、フォトレジスト液供給源から供給されるフォトレジスト液を下方に向けて吐出するように、支持台80に固定されたゲート83の上部から吊り下げられている。
Next, a coating unit suitable for forming the
FIG. 6 is a side view showing the
減圧乾燥ユニット46は、図6および図7に示すように、上面が開口する椀状の下部チャンバ85と、下面が開口する蓋状の上部チャンバ86とを有している。上部チャンバ86は、図示しない昇降機構により昇降可能である。昇降機構により上部チャンバ86が下部チャンバ85の上面に載置されると、図示しないシール部材により上部チャンバ86と下部チャンバ85が気密に密着する。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
また、下部チャンバ85には、基板Sが載置されるステージ88が配置されており、上部チャンバ86が上方に持ち上げられるとき、基板Sが搬入されステージ88に載置される。また、下部チャンバ85の底部には排気口89が形成されており、排気口89には配管90の一端が接続され、配管90の他端には真空ポンプ91が接続されている。さらに、下部チャンバ85の底部に、窒素ガスや希ガスなどの不活性ガスを供給する供給口92が形成され、供給口92には配管96の一端が接続され、配管96の他端には不活性ガス供給源97が接続されている。供給口92と排気口89との間において、下部チャンバ85の底面とステージ88との間を塞ぐように整流板93が設けられている。これにより、供給口92から、ステージ88に載置される基板Sの上方を通り、基板Sの裏側に回り込んで吸気口89へ至る気流路が形成される。
The
上記の構成を有する塗布ユニット30および減圧乾燥ユニット46により、以下のように、フォトレジスト膜13が形成され、このフォトレジスト膜13が減圧雰囲気下で乾燥される。
まず、基板Sが搬送アーム82上に載置されると、搬送アーム82は、レール81上をレジスト塗布ユニット44のゲート83に向かって移動する。搬送アーム82上の基板Sの前端が、ゲート83から吊り下げられたノズル84の下に達すると、ノズル84から基板Sに対しフォトレジスト液Rが吐出され、基板Sが更に移動するのに伴って、基板Sの上面にフォトレジスト液が塗布されていく。このとき、減圧乾燥ユニット46の上部チャンバ86は、下部ユニット85から持ち上げられており、基板Sはその前端から上部チャンバ86と下部チャンバ85との間の空間へと移動する。基板Sの後端がノズル84の下方を通り過ぎて、基板Sの上面全体にフォトレジスト液が塗布されると、基板Sはそのままステージ88の上方に至りステージ88上に載置される。
By the
First, when the substrate S is placed on the
次いで、上部ユニット86が下部ユニット85上に載置され、上部ユニット86および下部ユニット85により気密に形成される空間が真空ポンプ91により減圧される。また、不活性ガス供給源97から配管96および供給口92を通して不活性ガスが供給されると、基板S上のフォトレジスト膜13の表面上を流れる不活性ガスの気流が形成される。
このときの減圧乾燥ユニット46内の圧力は、たとえば100Paであって良く、不活性ガスの流量は、たとえば11リットル/分程度であって良い。
Next, the
The pressure in the reduced
以上、実施形態を参照しながら本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されることなく、添付の特許請求の範囲に照らし種々に変更または変形することが可能である。 Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be variously changed or modified in light of the appended claims.
11・・・エッチング対象膜、13・・・ネガ型のフォトレジスト膜、15・・・フォトマスク、11L・・・ライン、30・・・塗布ユニット、82・・・搬送アーム、84・・・(フォトレジスト液供給)ノズル、46・・・減圧乾燥ユニット、85・・・下部ユニット、86・・・上部ユニット、88・・・ステージ、91・・・真空ポンプ、89・・・排気口、92・・・吸気口、97・・・不活性ガス供給源、A・・・露光光強度曲線、M・・・エッチングマスク。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記フォトレジスト膜を減圧雰囲気下で乾燥する工程と、
使用する露光装置における解像限界よりも幅が小さい露光光透過部を有するフォトマスクを用いて、乾燥された前記フォトレジスト膜に対し前記露光光を照射して当該フォトレジスト膜を露光する工程と、
露光された前記フォトレジスト膜を現像して当該フォトレジスト膜からエッチングマスクを形成する工程と、
前記エッチングマスクを用いて前記薄膜をエッチングする工程と
を含む、微細パターン形成方法。 Forming a negative photoresist film on the thin film to be etched; and
Drying the photoresist film in a reduced pressure atmosphere;
A step of exposing the photoresist film by irradiating the dried photoresist film with the exposure light using a photomask having an exposure light transmission portion having a width smaller than a resolution limit in an exposure apparatus to be used; ,
Developing the exposed photoresist film to form an etching mask from the photoresist film;
And a step of etching the thin film using the etching mask.
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