JP2016173427A - パターン形成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】実施形態は、光干渉リソグラフィにおける露光パターンの均一性を向上させるパターン形成方法を提供する。【解決手段】実施形態に係るパターン形成方法は、露光時に光回折を生じさせる回折マスクの複数の第1光通過部を通過した少なくとも2つの露光光を相互に干渉させる基板上の第1領域に第1膜を選択的に形成し、前記2つの露光光を干渉させた干渉光により前記第1膜を露光する。【選択図】図1
Description
実施形態は、パターン形成方法に関する。
半導体装置やMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)などの製造過程において、微細なパターンを形成するためにフォトリソグラフィ技術が用いられる。フォトリソグラフィ技術の1つとして、例えば、光の干渉により形成される光学像を用いる光干渉リソグラフィがある。光干渉リソグラフィを用いることにより、例えば、低ラフネスのパターンを形成できる。しかしながら、露光領域の全面に渡る均一な光学像を光の干渉により得ることは難しい。
実施形態は、光干渉リソグラフィにおける露光パターンの均一性を向上させるパターン形成方法を提供する。
実施形態に係るパターン形成方法は、露光時に光回折を生じさせる回折マスクの複数の第1光通過部を通過した少なくとも2つの露光光を相互に干渉させる基板上の第1領域に第1膜を選択的に形成し、前記2つの露光光を干渉させた干渉光により前記第1膜を露光する。
以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。図面中の同一部分には、同一番号を付してその詳しい説明は適宜省略し、異なる部分について説明する。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
さらに、各図中に示すX軸、Y軸およびZ軸を用いて各部分の配置および構成を説明する。X軸、Y軸、Z軸は、相互に直交し、それぞれX方向、Y方向、Z方向を表す。また、Z方向を上方、その反対方向を下方として説明する場合がある。
図1および図2を参照して、実施形態に係るパターン形成方法を説明する。
図1(a)は、基板1上に形成された感光膜10を示す模式平面図である。
図1(b)は、感光膜10と、露光光の照射範囲と、の関係を示す模式平面図である。
図2は、回折マスク20と、回折マスク20を通過した露光光を示す模式断面図である。
図1(a)は、基板1上に形成された感光膜10を示す模式平面図である。
図1(b)は、感光膜10と、露光光の照射範囲と、の関係を示す模式平面図である。
図2は、回折マスク20と、回折マスク20を通過した露光光を示す模式断面図である。
図1(a)に示すように、基板1上に、複数の第1膜(以下、感光膜10)が選択的に形成される。基板1は、例えば、シリコン基板である。感光膜10は、例えば、ネガ型のフォトレジスト膜である。
感光膜10は、例えば、基板1に形成されるデバイス上の所定の領域、もしくは、デバイスが設けられるであろう領域に形成される。感光膜10は、基板1の表面に平行な第1方向(以下、X方向)および第2方向(以下、Y方向)に等間隔で形成される。感光膜10の配置ピッチは、基板1上におけるデバイスパターンのピッチと一致する。
実施形態に係るパターン形成方法では、回折マスク20を用いて露光光を干渉させる。回折マスク20は、複数の第1光通過部(以下、光通過部26)を有し、光通過部26を通過した少なくとも2つの露光光を基板1上において相互に干渉させる(図2参照)。そして、基板上において、少なくとも2つの露光光が干渉する第1領域に感光膜10を選択的に形成する。すなわち、感光膜10は、光通過部を通過した少なくとも2つの露光光を干渉させた干渉光により露光される。その結果、感光膜10には、少なくとも2つの露光光を干渉させた干渉パターンが転写される。
図1(b)に示すように、感光膜10は、干渉領域13の内側に位置するサイズに設けられる。すなわち、感光膜10のサイズは、基板1上の干渉領域13のサイズよりも小さい。ここで、干渉領域13は、例えば、回折マスク20の光通過部26を通過した少なくとも2つの露光光が干渉する領域全体を示す。また、干渉領域13には、露光時において、例えば、X方向に延びるストライプ状の高輝度領域15と低輝度領域17とを含む干渉パターンが形成される。感光膜10には、例えば、高輝度領域15と低輝度領域17とがY方向に交互に生成されたラインアンドスペースパターンが転写される。
図2に示すように、回折マスク20は、例えば、透明基板22と、遮光膜24と、を備える。Y方向に並設された遮光膜24の間には、光通過部26が設けられる。透明基板22は、例えば、石英ガラス板である。遮光膜24は、例えば、金属クロム膜または酸化クロム膜である。
透明基板22は、第1面22aと、第1面とは反対側の第2面22bと、を有する。遮光膜24は、第1面22a上において、例えば、Y方向に等間隔で形成される。光通過部26は、隣接する遮光膜24の間に形成される。遮光膜24および光通過部26は、例えば、X方向に延在する。
図2に示すように、露光光LEXを回折マスク20の第2面22bに照射する。露光光LEXには、例えば、コヒーレント光を用いることが好ましい。露光光LEXには、例えば、レーザ光を用いる。
露光光LEXは、回折マスク20の光通過部26を通過し、第1面22a側に配置された基板1に照射される。光通過部26を通過した露光光LEXは、例えば、0次光LD0と、+1次光LDAと、−1次光LDBと、を含む。0次光LD0は、光通過部26を通過した後、−Z方向に直進する。+1次光LDAは、Y方向に回折され、−1次光LDBは、−Y方向に回折される。
図2に示すように、0次光LD0と、+1次光LDAと、−1次光LDBと、が重なる位置に自己結像IMが生じる。また、+1次光LDAと、−1次光LDBと、が重なる位置に反転像IMRが生じる。
自己結像IMは、光通過部26に対応する位置に現れる光強度の高い結像のことをいう。例えば、図2中に破線で示す仮想面P1およびP2において、自己結像IMは、Y方向に等間隔で並ぶ。Y方向における自己結像IMのピッチは、光通過部26のY方向のピッチpと同じである。例えば、仮想面P1もしくはP2に感光膜10が位置するように基板1を配置すると、感光膜10を自己結像IMにより露光することができる。すなわち、回折マスク20に形成されたパターンに対応する干渉パターンにて露光することができる。
自己結像IMは、−Z方向にも周期的に現れる。その周期は、P1とP2との間隔Ztである。Ztは、所謂タルボ距離であり、式(1)および(2)で表される。ここで、露光光の波長をλ、光通過部26のピッチをpとする。
回折マスク20に照射される露光光の波長λと、ピッチpと、が近いときは、Ztは式(1)で表される。
また、ピッチpが露光光の波長λの2倍以上であるときは、Ztは近似的に式(2)で表される。
そして、感光膜10と、回折マスク20と、の間隔がZtの整数倍となるように基板1を配置することにより、感光膜10を所定の干渉パターンで露光することができる。
回折マスク20に照射される露光光の波長λと、ピッチpと、が近いときは、Ztは式(1)で表される。
また、ピッチpが露光光の波長λの2倍以上であるときは、Ztは近似的に式(2)で表される。
そして、感光膜10と、回折マスク20と、の間隔がZtの整数倍となるように基板1を配置することにより、感光膜10を所定の干渉パターンで露光することができる。
一方、反転像IMRは、仮想面P1とP2との中間に位置する。また、反転像IMRは、遮光膜24の中心に対応した位置に生成される高光強度像である。そして、X方向に並ぶ反転像IMRにより生じる光強度分布は、自己結像IMにより生じる光強度分布を反転させたものとなる。すなわち、感光膜10をP1とP2の中間位置に配置することにより、回折マスク20に形成されたパターンを反転させた干渉パターンにより露光することができる。
上述の回折マスク20を用いた光干渉リソグラフィでは、例えば、等間隔で配置された光通過部の終端付近において、光干渉の周期性が失われる。このため、自己結像IMの終端付近において、干渉パターンに乱れが生じる。言い換えれば、回折マスク20の終端において、光強度分布が変化し、露光パターンの均一性が劣化する。
本実施形態では、感光膜10を基板1上に選択的に配置し、感光膜10のサイズを干渉領域13のサイズよりも小さくする。これにより、回折マスク20の終端における干渉パターンの乱れを除いた均一な干渉露光を実現できる。
図3〜図5を参照して、実施形態に係るパターン形成方法を説明する。図3は、実施形態に係るパターン形成方法を示すフローチャートである。図4は、実施形態に係る感光膜10の形成方法を示す模式断面図である。図5は、実施形態に係る転写パターン110、回折マスク120および感光膜10を示す模式平面図である。
図3に示すように、本実施形態に係るパターン形成方法では、例えば、ステップS201〜S206を実行する。以下、図3に従って各ステップを順に説明する。
ステップS201:干渉露光に用いる回折マスク120を作製する。回折マスク120は、例えば、透明基板22と、透明基板22の第1面22a上に形成される遮光膜24と、を有する。
ステップS202:感光膜10を基板1の上に形成する方法を選択する。感光膜10は、様々な方法を用いることができる。ここでは、例えば、有版印刷法を用いるか否かを判断する。有版印刷法を用いる場合には、ステップS203に進む。有版印刷法を用いない場合には、ステップS204に進む。
ステップS203:印刷版を作成する。印刷法には、例えば、グラビア印刷法、マイクロコンタクト印刷法およびスクリーン印刷法などがある。各印刷法では、下地上に所定のパターンを形成するための印刷版が必要となる。そこで、所望のパターンを含む印刷版を作成する。
ステップS204:選択した方法を用いて感光膜10を基板上に形成する。
ここで、図4(a)〜図4(d)を参照して、印刷版および印刷方法を説明する。図4(a)〜図4(c)は、それぞれ、印刷版を用いる印刷方法の具体例を示す。
ここで、図4(a)〜図4(d)を参照して、印刷版および印刷方法を説明する。図4(a)〜図4(c)は、それぞれ、印刷版を用いる印刷方法の具体例を示す。
図4(a)は、グラビア印刷法を例示する模式断面図である。この方法では、印刷版40、感光材50およびスキージ60を用いる。印刷版40は、円形シリンダ42の表面にセットされる。印刷版40は、その表面に彫り込まれた複数の凹部44を有する。凹部44は、その開口が感光膜10の形状となるように形成される。各凹部44は、そのピッチが感光膜10のピッチに一致するように形成される。
例えば、凹部44を基板1上の所定の領域に位置合わせした後、円形シリンダ42を回転させながら印刷版上に感光材50を塗布し、スキージ60により表面の感光材を除去する。これにより、各凹部44は、感光材50で満たされる。続いて、基板1をA1方向に移動させながら凹部44から基板1の表面に感光材50を転写する。さらに、基板1をベークし、感光材50の溶媒を蒸発させる。これにより、基板1の上に感光膜10が形成される。
図4(b)は、マイクロコンタクト印刷法を例示する模式断面図である。この方法では、感光材50および印刷版70を用いる。印刷版70は、その表面に複数の凸部74を有する。凸部74の表面74aは、感光膜10の形状を有する。凸部74のピッチは、感光膜10の配置ピッチと同じである。
例えば、凸部74の各先端に感光材50を塗布する。続いて、凸部74を基板1上の所定の領域に位置合わせし、凸部74の先端を基板1の表面に接触させて感光材50を転写する。次に、基板1をベークして感光材50の溶媒を蒸発させ、感光膜10を形成する。
図4(c)は、スクリーン印刷法を例示する模式断面図である。この方法では、感光材50、印刷版80およびスキージ90を用いる。基板1の上方に、印刷版80を配置する。印刷版80は、複数の貫通孔82を有する。貫通孔82の開口は、感光膜10の形状を有する。貫通孔82のピッチは、感光膜10のピッチと同じである。
まず、貫通孔82を基板1の所定の領域に位置合わせする。続いて、感光材50を印刷版80の上に供給し、スキージ90を用いて、感光材50を各貫通孔82から押し出し、基板1の上に転写する。基板1をベークして感光材50の溶媒を蒸発させ、感光膜10を形成する。
図4(d)は、インクジェット印刷法を例示する模式断面図である。この方法では、印刷版を用いない。すなわち、ステップS202において有版印刷法を選択しない場合、この方法を用いて感光膜10を形成することができる。すなわち、インクジェット印刷法では、ノズル100を用いて感光材50を基板1上の所定の領域に塗布する。
ノズル100を基板1上の所定領域に位置合わせし、ノズル100の吐出部100aから感光材50を吐出させる。続いて、基板1をスライドさせ、別の位置に感光材50を吐出させる。感光材50の印刷を完了した後、基板1をベークして感光材50の溶媒を蒸発させ、感光膜10を形成する。
図5(a)は、印刷版に形成される転写パターン110を例示する模式平面図である。転写パターン110は、例えば、グラビア印刷法の凹部44もしくはスクリーン印刷法の貫通孔82を例示している。
転写パターン110は、第1開口部112と、第2開口部114と、を有し、例えば、第1感光材および第2感光材を基板1上に転写することを可能とする。第1感光材は、例えば、感光膜10であり、第1開口部112を介して転写される。第2感光材は、第2開口114を介して第1感光材から離間した領域に転写される。第1感光材は、基板1上の第1領域に転写され、第2感光材は、第1領域から離間した第2領域に転写される。第1開口部112のサイズは、干渉領域13よりも小さく形成される(図1(b)参照)。第2開口部114は、例えば、アライメントマーク18(図5(c)参照)の形状を有する。第2開口部114は、例えば、第1開口部112の四隅に近接して形成される。第2開口部114は、例えば、十字形である。
ステップS205:回折マスク120を用いて感光膜10を干渉露光する。例えば、図5(b)は、回折マスク120を例示する模式平面図である。回折マスク120は、回折パターン122と、露光光LEXを基板1上に直接照射できる開口部124と、を有する。
回折パターン122は、遮光部122aと、光通過部122bを有する。遮光部122aおよび光通過部122bは、例えば、X方向に延びるストライプ状に設けられる。遮光部122aおよび光通過部122b(第1光通過部)は、Y方向に交互に配置される。すなわち、遮光部122aは、Y方向に等間隔に配置される。回折パターン122のサイズは、転写パターン110の第1開口部112のサイズよりも大きい。
開口部124(第2光通過部)は、例えば、回折パターン122の四隅に近接して配置される。開口部124は、転写パターン110の第2開口部114に重なる位置に設けられる。開口部124のサイズは、第2開口部114のサイズよりも大きい。すなわち、基板1上の第2領域よりも広い。
次に、回折マスク120を用いて第1感光材(第1膜:感光膜10)および第2感光材(第2膜)を露光する手順を説明する。まず、基板1上に転写された第1感光材上に回折パターン122を位置合わせする。例えば、転写パターン110の第2開口114により基板上に形成された第2感光材(以下、アライメントマーク18)が回折マスク120の開口124の内側に位置するように、回折マスク120の位置を合わせる。続いて、回折マスク120の第2面側に露光光LEXを照射する(図2参照)。
例えば、回折マスク120と感光膜10との間隔をZtの整数倍とした場合には、自己結合した回折パターン122が感光膜10に転写される。また、回折マスク120と感光膜10との間隔をZtの整数倍+Zt/2とした場合には、回折パターン122の反転像が感光膜10に転写される。
ステップS206:干渉露光された感光膜10を現像する。例えば、図5(c)は、現像後の感光膜10およびアライメントマーク18を表す模式平面図である。
図5(c)に示すように、感光膜10には、回折パターン122に対応した現像パターンが形成される。例えば、感光材50がネガレジストであり、自己結像IMを転写した場合、感光膜10には、光通過部122bに対応したパターンが残る。例えば、図5(c)中に示すように、ラインパターン12およびスペースパターン14を含むラインアンドスペースパターンが形成される。
アライメントマーク18は、回折マスク120の開口124を介して露光光LEXにより直接露光され、基板1の上に残る。また、反転像IMRを転写した場合には、遮光部122aに対応したパターンが感光膜10に残る。
実施形態のパターン形成方法によれば、干渉領域13の内側に感光膜10を形成するので、例えば、回折パターンの終端における干渉パターンの乱れた部分が転写されることはない。これにより、感光膜10に均一な干渉パターンを転写することができる。
また、本実施形態に示すように、干渉露光の過程において、アライメントマーク18を基板1上に形成することができる。これにより、感光膜10とアライメントマーク18との間の位置ずれを回避できるため、後続の工程におけるマスクアライメントの精度を向上させ、デバイスの製造歩留りを向上させることができる。
次に、図6(a)および図6(b)を参照して、実施形態に係る別の干渉露光方法を説明する。図6(a)は、二光束干渉を用いた干渉露光方法を例示する模式断面図である。図6(b)は、二光束干渉を用いた別の干渉露光方法を例示する模式断面図である。
図6(a)に示す例では、感光膜10を形成した基板1の表面と、回折マスク130と、を向かい合わせて配置する。回折マスク130は、2つのグレーティング132(以下、グレーティング132aおよびグレーティング132b)を有する。グレーティング132aおよびグレーティング132bは、X方向に並設される。グレーティング132は、例えば、Y方向に延びるストライプ状の複数のスリットを含む。
露光光LEXを、回折マスク130に照射する。露光光LEXは、例えば、EUVレーザ光であり、コヒーレント光である。露光光LEXは、例えば、波長13.5nm付近の極端紫外線である。露光光LEXは、グレーティング132aおよびグレーティング132bの各スリットを通過し、基板1上に照射される。
グレーティング132aのスリットを通過した露光光LEXは、例えば、0次光LD0と、+1次光LDaと、−1次光LDbと、を含む。0次光は、スリットにおいて回折されることなく、基板1に向かって直進する。1次光LDaおよびLDbは、スリットにおいてそれぞれ+X方向および−X方向に回折される。
グレーティング132bのスリットを通過した露光光LEXは、例えば、0次光LD0と、+1次光LDeと、−1次光LDfと、を含む。
図6(a)に示すように、基板1上において、グレーティング132aを通過した−1次光LDbと、グレーティング132bを通過した+1次光LDeと、が重なり、光干渉が生じる。そして、この位置(以下、干渉位置P3)に感光膜10を配置することにより干渉露光を行うことができる。干渉位置P3の近傍には、他の露光光、例えば、0次光LD0が照射されるが、感光膜10を干渉位置P3に選択的に形成することにより、これらの影響を回避できる。また、この例では、グレーティング132のスリットを、そのX方向のピッチの半分のピッチを有する干渉パターンとして転写することができる。
図6(b)に示す例では、図示しない露光光源と基板1との間に、第1回折マスク140と、第2回折マスク150と、を配置する。基板1の感光膜10が形成された表面は、第2回折マスク150と向かい合う。
第1回折マスク140は、グレーティング142を有する。第2回折マスク150は、2つのグレーティング152(以下、グレーティング152aおよびグレーティング152b)を有する。グレーティング152aおよびグレーティング152bは、X方向に並設される。グレーティング152aおよびグレーティング152bは、例えば、Y方向に延びるストライプ状の複数のスリットを有する。
第1回折マスク140に照射された露光光LEXは、グレーティング142を通過して第2回折マスク150に照射される。グレーティング142を通過した露光光LEXは、0次光LD0と、+1次光LDgと、−1次光LDhと、を含む。
+1次光LDgおよび−1次光LDhは、それぞれ、第2回折マスク150のグレーティング152aおよび152bに照射される。0次光LD0は、第2回折マスク150に遮られ、基板1に到達しない。そこで、図6(b)では、0次光LD0を省略している。
+1次光LDgは、グレーティング152aを通過し、例えば、0次光LDi、+1次光LDjおよび−1次光LDkとなる。また、−1次光LDhは、グレーティング152bを通過し、例えば、0次光LDl、+1次光LDm、−1次光LDnとなる。
図6(b)に示すように、グレーティング152aおよび152bを通過した露光光のうちの−1次光LDkと+1次光LDmとは、基板1上の干渉位置P4に照射される。したがって、感光膜10を干渉位置P4に位置合わせすることにより、−1次光LDkと+1次光LDmとの干渉パターンを転写することができる。図6(b)に示す干渉露光方法では、図6(a)に示す例よりも干渉パターンの解像度を高くすることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1・・・基板、 10・・・感光膜、 12・・・ラインパターン、 13・・・干渉領域、 14・・・スペースパターン、 15・・・高輝度領域、 17・・・低輝度領域、 18・・・アライメントマーク、 20、120、130、140、150・・・回折マスク、 22・・・透明基板、 22a・・・第1面、 22b・・・第2面、 24・・・遮光膜、 26、122b・・・光通過部、 40、70、80、110・・・印刷版、 42・・・円形シリンダ、 44・・・凹部、 50・・・感光材、 60、90・・・スキージ、 74・・・凸部、 74a・・・表面、 82・・・貫通孔、 100・・・ノズル、 100a・・・吐出部、 110・・・転写パターン、 112、114、124・・・開口部、 122・・・回折パターン、 122a・・・遮光部、 132a、132b、142、152a、152b・・・グレーティング
Claims (6)
- 露光時に光回折を生じさせる回折マスクの複数の第1光通過部を通過した少なくとも2つの露光光を相互に干渉させる基板上の第1領域に第1膜を選択的に形成し、
前記少なくとも2つの露光光を干渉させた干渉光により前記第1膜を露光するパターン形成方法。 - 前記第1膜を形成する前記第1領域のサイズは、前記基板上における前記少なくとも2つの露光光が干渉する領域全体よりも小さい請求項1記載のパターン形成方法。
- 前記複数の第1光通過部は、前記回折マスク上の第1方向に等間隔に設けられる請求項1または2に記載のパターン形成方法。
- 前記第1膜は、インクジェット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法、およびマイクロコンタクト印刷法のいずれか1つを用いて形成される請求項1〜3のいずれか1つに記載のパターン形成方法。
- 前記基板上において前記第1領域から離間した第2領域に第2膜を選択的に形成し、前記回折マスクの第2光通過部を通過した露光光により前記第2膜を露光する請求項1〜4のいずれか1つに記載のパターン形成方法。
- 前記第2光通過部のサイズは、前記第2領域のサイズよりも大きい請求項5記載のパターン形成方法。
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