JP3083178B2 - 中間体吸収を利用したレーザ・アブレーション微細加工法 - Google Patents
中間体吸収を利用したレーザ・アブレーション微細加工法Info
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- G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
- G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
- G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
- G03F7/70425—Imaging strategies, e.g. for increasing throughput or resolution, printing product fields larger than the image field or compensating lithography- or non-lithography errors, e.g. proximity correction, mix-and-match, stitching or double patterning
- G03F7/7045—Hybrid exposures, i.e. multiple exposures of the same area using different types of exposure apparatus, e.g. combining projection, proximity, direct write, interferometric, UV, x-ray or particle beam
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
- Photosensitive Polymer And Photoresist Processing (AREA)
- Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はいわゆるレーザ・アブレ
ーションによる微細加工法において、ホトマスクの利用
を可能としたレーザ・アブレーション微細加工法に関す
る。
ーションによる微細加工法において、ホトマスクの利用
を可能としたレーザ・アブレーション微細加工法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】レーザ・アブレーションを利用した微細
加工は、ドライプロセスとして注目され盛んに研究が行
われている。特に集積回路形成においては、その集積度
が向上するにつれ、ますます微細化に対する要求が高ま
っている。レーザ・アブレーションは、レーザを用いる
ことにより、そのエネルギーを非常に小さな領域に絞り
込めることやドライプロセスであることなどから、これ
らの要求を満たした微細加工法として大いに注目されて
いる。
加工は、ドライプロセスとして注目され盛んに研究が行
われている。特に集積回路形成においては、その集積度
が向上するにつれ、ますます微細化に対する要求が高ま
っている。レーザ・アブレーションは、レーザを用いる
ことにより、そのエネルギーを非常に小さな領域に絞り
込めることやドライプロセスであることなどから、これ
らの要求を満たした微細加工法として大いに注目されて
いる。
【０００３】レーザ・アブレーションの基本原理は、レ
ーザ光誘起分解反応である。すなわち、レジスト材料に
高強度レーザ光を照射すると１光子あるいは多光子吸収
過程によってそのエネルギーが吸収され、レジスト材料
がそれを構成するフラグメントまで分解され、気体分子
となって飛散する。つまり、アブレーションには高強度
のレーザ光を必要とする。この条件は、次のような問題
点を生ぜしめていた。すなわち、光学系によってレーザ
光を掃引し、レジスト材料にアブレーション効果で微細
回路を直接描画する場合にスパッタリング等、エネルギ
ー密度の高いレーザ光による光学系のダメージであり、
これは非常に重大な問題となっていた。なぜなら、その
ような高強度のレーザ光照射に耐えうる光学材料を得る
ことは、非常に困難であるからである。また、直接描画
では、マスクを用いた方法に比べて処理時間が長いとい
う問題もあった。
ーザ光誘起分解反応である。すなわち、レジスト材料に
高強度レーザ光を照射すると１光子あるいは多光子吸収
過程によってそのエネルギーが吸収され、レジスト材料
がそれを構成するフラグメントまで分解され、気体分子
となって飛散する。つまり、アブレーションには高強度
のレーザ光を必要とする。この条件は、次のような問題
点を生ぜしめていた。すなわち、光学系によってレーザ
光を掃引し、レジスト材料にアブレーション効果で微細
回路を直接描画する場合にスパッタリング等、エネルギ
ー密度の高いレーザ光による光学系のダメージであり、
これは非常に重大な問題となっていた。なぜなら、その
ような高強度のレーザ光照射に耐えうる光学材料を得る
ことは、非常に困難であるからである。また、直接描画
では、マスクを用いた方法に比べて処理時間が長いとい
う問題もあった。
【０００４】従来、直接描画に代わる処理時間の短い回
路パターン形成には、ホトマスクが利用されている。現
在、広く用いられている微細パターン形成用のマスクと
しては、ガラス基板に薄く蒸着したＣr 等の高融点金属
薄膜にパターンを形成したものが用いられている。この
ようなマスクに高強度レーザ光を照射すると、高融点金
属薄膜の回路パターンがレーザ・スパッタリングによっ
て破壊されてしまう。従って、高強度レーザを用いるレ
ーザ・アブレーション加工にマスクを用いる場合、回路
パターンが破壊され、マスクを用いた加工は困難である
という問題点もあった。この問題の解決法として、ホト
リソグラフィで作製した、高強度レーザ光に耐え得る銅
製ホトマスクを用いることが考えられるが、例えば線幅
が10μm以下の細線は、不可能であるとか、複雑なパタ
ーンが得られないなど微細加工には適してはいなかっ
た。
路パターン形成には、ホトマスクが利用されている。現
在、広く用いられている微細パターン形成用のマスクと
しては、ガラス基板に薄く蒸着したＣr 等の高融点金属
薄膜にパターンを形成したものが用いられている。この
ようなマスクに高強度レーザ光を照射すると、高融点金
属薄膜の回路パターンがレーザ・スパッタリングによっ
て破壊されてしまう。従って、高強度レーザを用いるレ
ーザ・アブレーション加工にマスクを用いる場合、回路
パターンが破壊され、マスクを用いた加工は困難である
という問題点もあった。この問題の解決法として、ホト
リソグラフィで作製した、高強度レーザ光に耐え得る銅
製ホトマスクを用いることが考えられるが、例えば線幅
が10μm以下の細線は、不可能であるとか、複雑なパタ
ーンが得られないなど微細加工には適してはいなかっ
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】レーザ・アブレーショ
ンを実際に回路パターン形成プロセスに導入する場合に
は、上述のごとき困難な解決さるべき問題点が存在して
いた。本発明者らは紫外−可視領域に強い中間体吸収を
持つ有機分子を側鎖に持つ、あるいはこの有機分子をド
ープした高分子をレジスト材料として用いれば、現在レ
ーザ・アブレーションを利用した微細加工法がかかえて
いる上記問題点が解決され、ホトマスクを用いた従来プ
ロセスにレーザ・アブレーションを組み込んだ微細加工
法が確立できるのではないかとの発想のもとに本発明を
完成するに至った。
ンを実際に回路パターン形成プロセスに導入する場合に
は、上述のごとき困難な解決さるべき問題点が存在して
いた。本発明者らは紫外−可視領域に強い中間体吸収を
持つ有機分子を側鎖に持つ、あるいはこの有機分子をド
ープした高分子をレジスト材料として用いれば、現在レ
ーザ・アブレーションを利用した微細加工法がかかえて
いる上記問題点が解決され、ホトマスクを用いた従来プ
ロセスにレーザ・アブレーションを組み込んだ微細加工
法が確立できるのではないかとの発想のもとに本発明を
完成するに至った。
【０００６】本発明の目的は、レーザ・アブレーション
現象を利用した微細加工法においてホトマスクの利用を
可能とする方法を提供しようとするものである。
現象を利用した微細加工法においてホトマスクの利用を
可能とする方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、いわゆるレー
ザ・アブレーションによる微細加工において、紫外−可
視領域に強い中間体吸収を持つ有機分子を側鎖に持つ、
あるいはこの有機分子をドープした高分子をレジスト材
とすることによってホトマスクの使用を可能にしたもの
である。さらに詳しくは、ホトマスクを用いてフラッシ
ュランプを照射して、照射部位の有機分子のみを励起さ
せて中間体状態とし、ついで、その中間状態の有機分子
ののみが吸収する（一重項−一重項吸収、三重項−三重
項吸収、ラジカル種の吸収など）レーザ光をホトマスク
とホトレジストの間から斜めにフラッシュランプと同期
して照射することにより露光部分のみでアブレーション
を生ぜしめ、パターンを形成するホトマスク利用を可能
としたレーザ・アブレーション微細加工法である。即
ち、本発明は次の方法に関する。 (1) 光照射により紫外−可視領域に一重項−一重項吸
収、三重項−三重項吸収、ラジカル種の吸収などの中間
体吸収を示す有機分子を側鎖に持つ高分子、あるいはこ
の有機分子をドープした高分子をレジスト材とし、 (2) ホトマスクを用いてフラッシュランプを該ホトレジ
スト材に照射することにより、照射部位の有機分子のみ
を中間体状態とし、 (3) 中間体状態の有機分子の中間体吸収と一致したレー
ザ光をホトマスクと該ホトレジスト材の間の側面からフ
ラッシュランプと同期して該ホトレジスト材に照射する
ことにより、露光部分のみをアブレーション除去する微
細加工法に関する。 図１に、これを実施するための装置の概略の一例を示
す。
ザ・アブレーションによる微細加工において、紫外−可
視領域に強い中間体吸収を持つ有機分子を側鎖に持つ、
あるいはこの有機分子をドープした高分子をレジスト材
とすることによってホトマスクの使用を可能にしたもの
である。さらに詳しくは、ホトマスクを用いてフラッシ
ュランプを照射して、照射部位の有機分子のみを励起さ
せて中間体状態とし、ついで、その中間状態の有機分子
ののみが吸収する（一重項−一重項吸収、三重項−三重
項吸収、ラジカル種の吸収など）レーザ光をホトマスク
とホトレジストの間から斜めにフラッシュランプと同期
して照射することにより露光部分のみでアブレーション
を生ぜしめ、パターンを形成するホトマスク利用を可能
としたレーザ・アブレーション微細加工法である。即
ち、本発明は次の方法に関する。 (1) 光照射により紫外−可視領域に一重項−一重項吸
収、三重項−三重項吸収、ラジカル種の吸収などの中間
体吸収を示す有機分子を側鎖に持つ高分子、あるいはこ
の有機分子をドープした高分子をレジスト材とし、 (2) ホトマスクを用いてフラッシュランプを該ホトレジ
スト材に照射することにより、照射部位の有機分子のみ
を中間体状態とし、 (3) 中間体状態の有機分子の中間体吸収と一致したレー
ザ光をホトマスクと該ホトレジスト材の間の側面からフ
ラッシュランプと同期して該ホトレジスト材に照射する
ことにより、露光部分のみをアブレーション除去する微
細加工法に関する。 図１に、これを実施するための装置の概略の一例を示
す。
【０００８】以下、本発明について、具体的な例をあげ
てさらに詳細に説明する。有機分子は、光励起によって
電子が励起された励起一重項状態となる。励起一重項状
態の分子は、更に光を吸収し、より高い励起一重項状態
へ遷移する。この遷移に対応する光吸収を一重項−一重
項吸収と称する。また、励起一重項状態の分子は、外部
からの摂動をうけて、時間とともにスピン多重度の異な
る三重項状態へと、いわゆる項間交差（intersystem-cr
ossing）によって遷移することが知られている。三重項
状態の分子は、光を吸収してより高い励起三重項状態へ
遷移する。この遷移に対応する光吸収を三重項−三重項
吸収と称する。これらの波長領域は、紫外領域以外に基
底状態の分子が吸収しない可視領域（≧400nm)にも存在
し、その吸収係数は、一般的にいって比較的大きな値を
持っている。また、励起一重項あるいは励起三重項状態
にある分子は、例えば分子内開裂反応などによりラジカ
ル種を生成する。このようなラジカル種においても、一
般的に基底状態の分子の吸収のない可視領域に強い吸収
を持っている。このような有機分子を測鎖に導入、ある
いはドープした高分子をレジスト材とし、マスクを通し
てフラッシュランプを照射すると、上記のごとく照射部
位のみに中間体状態の分子を作り出すことができる。つ
いで、この中間体分子の中間体吸収に対応するレーザ光
を照射すると、中間体状態の分子のみがその光を選択的
に吸収し、その結果レーザ照射部のみ選択的にアブレー
ションを生ぜしめることが出来る。
てさらに詳細に説明する。有機分子は、光励起によって
電子が励起された励起一重項状態となる。励起一重項状
態の分子は、更に光を吸収し、より高い励起一重項状態
へ遷移する。この遷移に対応する光吸収を一重項−一重
項吸収と称する。また、励起一重項状態の分子は、外部
からの摂動をうけて、時間とともにスピン多重度の異な
る三重項状態へと、いわゆる項間交差（intersystem-cr
ossing）によって遷移することが知られている。三重項
状態の分子は、光を吸収してより高い励起三重項状態へ
遷移する。この遷移に対応する光吸収を三重項−三重項
吸収と称する。これらの波長領域は、紫外領域以外に基
底状態の分子が吸収しない可視領域（≧400nm)にも存在
し、その吸収係数は、一般的にいって比較的大きな値を
持っている。また、励起一重項あるいは励起三重項状態
にある分子は、例えば分子内開裂反応などによりラジカ
ル種を生成する。このようなラジカル種においても、一
般的に基底状態の分子の吸収のない可視領域に強い吸収
を持っている。このような有機分子を測鎖に導入、ある
いはドープした高分子をレジスト材とし、マスクを通し
てフラッシュランプを照射すると、上記のごとく照射部
位のみに中間体状態の分子を作り出すことができる。つ
いで、この中間体分子の中間体吸収に対応するレーザ光
を照射すると、中間体状態の分子のみがその光を選択的
に吸収し、その結果レーザ照射部のみ選択的にアブレー
ションを生ぜしめることが出来る。
【０００９】側鎖に導入する、あるいはドープする有機
分子は、高い励起中間体収量を持ち、それ自身およびホ
トレジスト高分子が光吸収する波長領域以外に強い中間
体吸収帯を持ったものなら、どのようなものであっても
よく、例えばナフタレン、アントラセン、ピレン、クリ
セン、フェナントレン、プロフラビンなどが挙げられ
る。
分子は、高い励起中間体収量を持ち、それ自身およびホ
トレジスト高分子が光吸収する波長領域以外に強い中間
体吸収帯を持ったものなら、どのようなものであっても
よく、例えばナフタレン、アントラセン、ピレン、クリ
セン、フェナントレン、プロフラビンなどが挙げられ
る。
【００１０】本発明においてレーザ・アブレーションを
誘起するレーザとしては、特に限定するものではなく、
従来公知のもので、例えばXeCl、XeF 、エキシマーレー
ザ、ルビーレーザ、Nd-YAGレーザあるいは色素レーザな
ど、ホトマスクを通した光照射で生じた中間体状態の有
機分子の中間体吸収帯と一致するものであればいずれで
あってもかまわない。
誘起するレーザとしては、特に限定するものではなく、
従来公知のもので、例えばXeCl、XeF 、エキシマーレー
ザ、ルビーレーザ、Nd-YAGレーザあるいは色素レーザな
ど、ホトマスクを通した光照射で生じた中間体状態の有
機分子の中間体吸収帯と一致するものであればいずれで
あってもかまわない。
【００１１】
【実施例】以下、本発明について、実施例をあげてさら
に詳細に説明するが、本発明の実施の態様はこれにより
限定されるものではない。 実施例１ メタクリル酸メチル（95部）とメタクリル酸ヒドロキシ
エチル（５部）の共重合によって合成したポリマーをト
ルエンに溶解し、これに別途合成した９位にカルボキシ
ル基を有するフェナントレンを加えてエステル化反応に
よってメタクリル酸ヒドロキシエチル部位にフェナント
レンクロモホアを結合させた。これをガラス基板上にキ
ャストし薄膜とした。これにホトマスクを通してXeフラ
ッシュランプ（200W,fWhm=10μs ）を照射し、10μs 遅
れて、ホトマスクと基板の間斜め上方よりNd-YAGレーザ
の第２高調波（エネルギー密度500mJ/cm2, 532nm）を照
射した。レーザ照射後のフィルムのＳＥＭ観察の結果、
回路パターン通りに線幅約５μm で極めて鋭く除去され
ていることが判明し、レーザ・アブレーションによって
高分子レジストが蒸発除去されていることが明かとなっ
た。比較例１ Ｃr 蒸着したホトマスクを通してNd-YAGレーザの第２高
調波（エネルギー密度500mJ/cm 2 , 532nm）を照射した以
外は実施例１と同一条件でサンプルを作成した。ＳＥＭ
観察の結果、サンプルの照射部位にレーザ・スパッタリ
ングによると思われるＣr の剥離のために、マスク回路
パターンが破壊されていることが明らかになった。
に詳細に説明するが、本発明の実施の態様はこれにより
限定されるものではない。 実施例１ メタクリル酸メチル（95部）とメタクリル酸ヒドロキシ
エチル（５部）の共重合によって合成したポリマーをト
ルエンに溶解し、これに別途合成した９位にカルボキシ
ル基を有するフェナントレンを加えてエステル化反応に
よってメタクリル酸ヒドロキシエチル部位にフェナント
レンクロモホアを結合させた。これをガラス基板上にキ
ャストし薄膜とした。これにホトマスクを通してXeフラ
ッシュランプ（200W,fWhm=10μs ）を照射し、10μs 遅
れて、ホトマスクと基板の間斜め上方よりNd-YAGレーザ
の第２高調波（エネルギー密度500mJ/cm2, 532nm）を照
射した。レーザ照射後のフィルムのＳＥＭ観察の結果、
回路パターン通りに線幅約５μm で極めて鋭く除去され
ていることが判明し、レーザ・アブレーションによって
高分子レジストが蒸発除去されていることが明かとなっ
た。比較例１ Ｃr 蒸着したホトマスクを通してNd-YAGレーザの第２高
調波（エネルギー密度500mJ/cm 2 , 532nm）を照射した以
外は実施例１と同一条件でサンプルを作成した。ＳＥＭ
観察の結果、サンプルの照射部位にレーザ・スパッタリ
ングによると思われるＣr の剥離のために、マスク回路
パターンが破壊されていることが明らかになった。
【００１２】実施例２ 実施例１と同様にしてメタクリル酸メチル（95部）とメ
タクリル酸ヒドロキシエチル（５部）の共重合になるポ
リマーに、プロフラビン分子を導入したポリマーをガラ
ス基板上にキャストし薄膜を作製した。これに、ホトマ
スクを用いて、Xeフラッシュランプ（200W,fWhm=10μs
）を照射し、10μs 遅れてホトマスクと基板の間斜め
上方よりNd-YAGレーザの第２高調波（エネルギー密度 5
00mJ/cm2，532nm)を照射した。レーザ照射後のフィルム
のＳＥＭ観察の結果、回路パターン通り線幅５μm で極
めて鋭く除去されていることが判明した。
タクリル酸ヒドロキシエチル（５部）の共重合になるポ
リマーに、プロフラビン分子を導入したポリマーをガラ
ス基板上にキャストし薄膜を作製した。これに、ホトマ
スクを用いて、Xeフラッシュランプ（200W,fWhm=10μs
）を照射し、10μs 遅れてホトマスクと基板の間斜め
上方よりNd-YAGレーザの第２高調波（エネルギー密度 5
00mJ/cm2，532nm)を照射した。レーザ照射後のフィルム
のＳＥＭ観察の結果、回路パターン通り線幅５μm で極
めて鋭く除去されていることが判明した。
【００１３】
【発明の効果】本発明は、紫外−可視領域に強い中間体
吸収帯を持つ有機分子を側鎖に持つ、あるいはこの有機
分子をドープした高分子をレジスト材料とし、ホトマス
クを用いてフラッシュランプを照射して照射部位の有機
分子のみを中間体状態とすることを、回路パターン認識
に用いることにより、従来用いられているホトマスクを
利用したレーザ アブレーション微細加工を可能とする
ものである。
吸収帯を持つ有機分子を側鎖に持つ、あるいはこの有機
分子をドープした高分子をレジスト材料とし、ホトマス
クを用いてフラッシュランプを照射して照射部位の有機
分子のみを中間体状態とすることを、回路パターン認識
に用いることにより、従来用いられているホトマスクを
利用したレーザ アブレーション微細加工を可能とする
ものである。
【００１４】本発明によれば、従来のホトマスクを用い
たレジスト加工プロセスをそのまま用い、レーザ・アブ
レーション現象を利用したドライな微細加工法が可能で
あるため、その産業上の利用可能性は極めて大きい。
たレジスト加工プロセスをそのまま用い、レーザ・アブ
レーション現象を利用したドライな微細加工法が可能で
あるため、その産業上の利用可能性は極めて大きい。
【図１】本発明を実施するために用いられる装置の一例
を示す概略図である。
を示す概略図である。
１ 基板 ２ 本発明に基づいたレジスト膜 ３ ホトマスク ４ フラッシュランプ ５ レーザ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１ Ｇ０３Ｆ 7/20 ５２１ 7/36 7/36 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５６９Ｈ (72)発明者 福村 裕史 大阪府枚方市禁野本町２丁目11番842号 審査官 藤田 年彦 (56)参考文献 特開 昭60−211939（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−14746（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−182093（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−102309（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−145651（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−105638（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/027 G03F 7/004 501 G03F 7/027 502 G03F 7/031 G03F 7/20 505 G03F 7/20 521 G03F 7/36
Claims (1)
- 【請求項１】 (1) 光照射により紫外−可視領域に一重
項−一重項吸収、三重項−三重項吸収、ラジカル種の吸
収などの中間体吸収を示す有機分子を側鎖に持つ高分
子、あるいはこの有機分子をドープした高分子をホトレ
ジスト材とし、 (2) ホトマスクを用いてフラッシュランプを該ホトレジ
スト材に照射することにより、照射部位の有機分子のみ
を中間体状態とし、 (3) 中間体状態の有機分子の中間体吸収と一致したレー
ザ光をホトマスクと該ホトレジスト材の間の側面からフ
ラッシュランプと同期して該ホトレジスト材に照射する
ことにより、露光部分のみをアブレーション除去する微
細加工法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03176469A JP3083178B2 (ja) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | 中間体吸収を利用したレーザ・アブレーション微細加工法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03176469A JP3083178B2 (ja) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | 中間体吸収を利用したレーザ・アブレーション微細加工法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0521305A JPH0521305A (ja) | 1993-01-29 |
| JP3083178B2 true JP3083178B2 (ja) | 2000-09-04 |
Family
ID=16014226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03176469A Expired - Fee Related JP3083178B2 (ja) | 1991-07-17 | 1991-07-17 | 中間体吸収を利用したレーザ・アブレーション微細加工法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3083178B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101108162B1 (ko) * | 2010-01-11 | 2012-01-31 | 서울대학교산학협력단 | 고해상도 유기 박막 패턴 형성 방법 |
-
1991
- 1991-07-17 JP JP03176469A patent/JP3083178B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0521305A (ja) | 1993-01-29 |
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