JP4105919B2 - 半導体デバイス製造におけるパターン転写方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、有機ＥＬディスプレイや太陽電池、あるいはそれらに使用されるＩＣなどの半導体デバイスの製造におけるパターン転写方法に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
半導体デバイス製造でのパターン転写は、一般にフォトリソグラフィー法によって行なわれている。この方法は、基板上に感光性レジストを塗布した後、Ｃｒなどの蒸着膜でパターンマスクを形成したフォトマスクを介して、紫外線による露光を行ない、感光性レジストの露光部分を可溶性あるいは不溶性に変性させた後、現像して、パターン転写を行うものである。
【０００３】
露光方式には、フォトマスクをレジスト膜に密着させるコンタクト露光方式や、フォトマスクをレジスト膜から離して露光させる投影露光方式等、様々な種類が従来から知られている。コンタクト露光方式は初期導入コストが低く、投影露光方式は高解像度が得られる特徴がある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、コンタクト露光方式は、フォトマスクとレジスト膜とを完全に密着させる必要があり、フォトマスクとレジスト膜との間を真空排気する等の工程が必要であったり、特開平０７−２４８６０７号公報に示されるようにフォトマスクとレジスト膜とが嵌合するような形状を設けたりする必要があった。また、フォトマスクとレジスト膜とを密着させるため、フォトマスクの欠損やフォトマスクへのレジスト膜残留は避けられない問題であり、予備のフォトマスクを多数用意する必要があった。特に、レジスト膜に感光性レジストを使用した場合、フォトマスクへの付着が多く、大きな問題となっていた。そのため、現在は投影露光方式が主流であるが、フォトマスクとレジスト膜とが所定距離をおいて配置されるため、光源の制御が重要であり、例えば特開平１０−１１６７６２公報に示されるように光源にレーザーを用いたり大型レンズを多数使用したりするため、装置の維持及びメンテナンスにかかる手数や費用が多く、また、装置価格も非常に高いものとなっていた。
【０００５】
そこで、本発明は、上述の課題点を解消し、安価な露光装置を用いつつ工法が容易かつ高解像度のパターンが繰り返し得られるパターン転写方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１記載の半導体デバイス製造におけるパターン転写方法は、基板上への回路パターンの転写に際し、基板上に形成された高分子材料のレジスト膜に凹凸を有する凹凸型をプレスして行う半導体デバイス製造におけるパターン転写方法において、上記レジスト膜は層構造であり、最下層の基板側に紫外線照射によって変性する感光性レジスト膜が形成され、その表層側に凹凸型のプレスによって凹凸パターンが形成される紫外線遮蔽効果のある高分子材料からなるレジスト膜が形成され、この凹凸型のプレスによって形成された紫外線遮蔽効果のある高分子材料からなるレジスト膜の凹パターン部分の膜厚は、紫外線を透過できる程度にできるだけ薄く、かつ、凸パターン部分の高さを超えないこととされ、表層側の凹パターン部分と凸パターン部分に紫外線が照射されると、斜めに入射される紫外線が上記凸パターン部分の側面にて遮蔽され、最下層の感光性レジスト膜に変性部と非変性部とが選択的に形成されることを特徴とする。
【０００７】
この発明において、レジスト膜は層構造であり、最下層の基板側に紫外線照射によって変性するレジスト膜が形成され、その表層側に凹凸型のプレスによって凹凸パターンが形成される紫外線遮蔽効果のある高分子材料からなるレジスト膜が形成されることとなる。したがって、表層側において、凹凸型のプレスによって形成された凸部分は膜厚が厚いため紫外線が下部にまで到達せず、凹部分は膜厚が薄いため紫外線が下部を透過する。基板側においては、表層側の凹部分を透過した紫外線によってレジスト膜が変性し、これをエッチングすることによってパターン転写が可能となる。
【０００８】
この発明によれば、表層側のレジスト膜は、紫外線遮蔽効果のある高分子材料膜であるため、凹凸型のプレス後に紫外線を照射すると、表層側のレジスト膜の表面（すなわち照射面）から一定の厚さにおいて、紫外線が遮蔽される。したがって、表層側のレジスト膜の凸部分においては十分に紫外線が遮蔽され、凹部分においては紫外線の一部が遮蔽されるものの、膜厚が薄いため、紫外線が下部を透過することとなる。このとき、紫外線が厳密に平行ビームでなかったとしても、表層側の高分子材料膜の凸部分側面で紫外線が遮蔽されるため、基板に対して斜めに入射する紫外線が基板側のレジスト膜にまで達することはほとんどなく、基板側のレジスト膜には紫外線ビームの平行な成分が達することとなる。また、この発明において、基板側のレジスト膜は感光性レジストであるため、所定のパワーの紫外線が照射されることによって速やかに変性することとなる。すなわち、紫外線連続照射等により表層側のレジスト膜が劣化しても、凸部分における遮蔽効果が失われる前に、凹部分を透過する紫外線によって速やかに基板側のレジスト膜が変性することとなる。したがって、本発明においては、必ずしも紫外線を厳密な平行ビームとすることなく、正確なパターン転写を行うことができる。
【０００９】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明を前提として、前記レジスト膜は ３層構造であり、最下層の基板側に紫外線照射によって変性する感光性レジストからなるレジスト膜が形成され、中間層にポリスチレンからなるレジスト膜が形成され、最上層にポリエチレンからなるレジスト膜が形成されることを特徴とする。最も基板に近い下層の膜には、感光性レジストのように紫外線照射による変性速度が速いものを使用し、中間層の膜には、ポリスチレンのように紫外線遮蔽効果を持つものを使用し、最上層の膜には、ポリエチレンのように凹凸の加工を施しやすい材質のものを使用することが好ましい。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明を前提として、前記レジスト膜は、少なくとも２種類の高分子フィルムを貼りあわせて形成されることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、レジスト膜が少なくとも２種類の高分子フィルムを貼りあわせて形成されるため、従来の露光方式と比べ、レジスト膜形成の工程が簡略化され、また、レジスト膜材料の無駄な消費が抑制され、さらに、大きなサイズの基板においても膜厚を均一に形成することができる。また、層構造のレジスト膜の１層を、複数種類の高分子フィルムを貼りあわせて形成してもよい。特に、表層側のレジスト膜を複数種類の高分子フィルムを貼りあわせて形成する場合は、最も外側（すなわち最も表層側）のレジスト膜に、凹凸型の凸形状の厚さより薄く、かつ、凹凸形状を保持しやすい材料を選択した場合は、内側のレジスト膜が凹凸形状を保持しにくい材料を選択することもできる。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明を前提として、フォトリソグラフィー法を用いた基板上への回路パターンの転写に際し、回路パターンが凹凸形状に加工された紫外線遮蔽効果を有する高分子材料膜が透明なガラス基板上に形成されたものを、フォトマスクとして使用することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、紫外線遮蔽効果を有する高分子材料膜によって回路パターンが凹凸形状に加工されたものをフォトマスクとして使用するため、露光の際に、膜厚の薄い凹部のみにおいて紫外線が透過されることとなる。また、紫外線が斜めに入射されたとしても、凸部分の内部や側面において紫外線が遮蔽されるため、露光装置において厳密に平行な紫外線ビームを生成しなくとも、フォトマスクにおいてほとんど平行な紫外線ビームのみが透過され、高精度なパターン転写が可能となる。
【００１４】
本発明は、前記表層側の紫外線遮蔽効果を有する高分子材料膜に、二重共役結合を有するポリスチレン、ポリアセチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、芳香族ナイロン、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂のいずれかを用いることが好ましい。
【００１５】
この発明によれば、前記表層のレジスト膜又は紫外線遮蔽効果を有する高分子材料膜に、二重共役結合を有する高分子材料を使用するため、照射された紫外線を吸収することにより、紫外線遮蔽効果を持たせることができる。
【発明の実施の形態】
【００１６】
本発明を図面に基づいて、以下に詳細に説明する。
【００１７】
（第一の実施の形態）
本実施の形態におけるパターン転写方法は、高分子材料膜を基板上に製膜し、これに対して、凹凸形状の鋳型をプレスして、高分子材料膜に凹凸を形成し、これに紫外線照射を行って、パターン転写を行うものである。この方法について、図１から図６を用いて説明する。
【００１８】
図１は、基板上へのレジスト膜形成を示している。４は基板であり、Ｓｉ基板、ガラス基板、石英基板あるいは、これらの基板上にシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、アモルファスシリコン、多結晶シリコンなどの金属の積層膜が堆積されたものである。５は、基板側のレジスト膜であり、紫外線照射によって硬化する感光性レジスト（以下、ネガ型フォトレジスト）、あるいは紫外線照射によって可溶性となる感光性レジスト（以下、ポジ型フォトレジスト）が使用される。
【００１９】
次に、図２に示すように、基板４上に形成した基板側のレジスト膜５の上に、表層側のレジスト膜として高分子材料膜２を形成する。この高分子材料膜２は、紫外線透過量を制御できる高分子材料もしくは、紫外線吸収剤、紫外線遮蔽剤を添加した高分子材料を使用する。高分子材料膜２及び基板側のレジスト膜５の製膜方法は、スピンコート法、ディップコート法、フィルム貼り付け、蒸着によって行うことができるが、レジスト膜形成の工程が簡略化され、また、レジスト膜材料の無駄な消費が抑制され、さらに、大きなサイズの基板においても膜厚を均一に形成するため、フィルム状の高分子材料を選択することが好ましい。
【００２０】
図３は、形成された高分子材料膜２に、パターン形状が凹凸形状３ａ，３ｂに加工された鋳型３を加熱プレスすることによって、高分子材料膜２に凹凸形状２ａ，２ｂを形成する工程を示している。鋳型３の材質は、Ｓｉ基板、ガラス基板、あるいは石英基板が好ましい。この鋳型３は、フォトリソグラフィー法によってパターン転写後、ウェットエッチングあるいはドライエッチングによって作成することができる。鋳型３の凸部３ａもしくは凹部３ｂのどちらを転写するパターン形状となるように加工するかは、パターン密度やパターン幅あるいは基板側のレジスト膜５の材料等とを総合的に考慮して決定することが望ましい。例えば、パターン幅やパターン密度が小さい場合は、凸部３ａがパターン形状となるように鋳型３を加工することにより、鋳型３の加熱プレス時に必要なプレス荷重を少なくすることができる。このとき、基板側のレジスト膜５にはネガ型フォトレジストが使用される。また、経済性等の理由により、基板側のレジスト膜５にポジ型フォトレジストを使用すべきである場合は、転写するパターン形状が凹部３ｂとなるように鋳型３を加工する。プレス温度は、高分子材料膜２の軟化温度であるガラス転移温度以上とすることが好ましい。プレス荷重は、高分子材料膜２の材質や凸部３ａの面積等に応じて、適宜選択する。また、鋳型３の表面には、離型のために、フッ素樹脂コートなどの表面処理を行うか、石英製の材料で鋳型３を形成することが望ましい。
【００２１】
図４は、紫外線照射工程を示している。鋳型３の加熱プレス後、凹凸形状２ａ，２ｂが形成された高分子材料膜２に対して、紫外線照射を行ない、高分子材料膜２の下層となる基板側のレジスト膜５を変性させる。紫外線Ｕの照射は、紫外線ランプの照射によって行う。この紫外線照射によって、高分子材料膜２の凸部２ａにおいて紫外線が遮蔽され、凹部２ｂ下の基板側のレジスト膜５が紫外線Ｕによって変性する。例えば、基板側のレジスト膜５にネガ型フォトレジストを用いた場合、紫外線照射を受けた基板側のレジスト膜５は硬化し、ポジ型フォトレジストを用いた場合は、可溶化する。
【００２２】
高分子材料膜２が、二重共役結合を持つ材料で形成されている場合は、二重共役結合の長さに応じた波長の紫外線エネルギーが吸収され、紫外線遮蔽効果を持つ。このため、照射される紫外線Ｕのパワー及び照射時間に応じて、表面側から一定の厚さにおいて紫外線Ｕが遮蔽され、すなわち、膜厚が厚いほど紫外線遮蔽効果は高く、膜厚が薄い場合は、紫外線Ｕの一部が漏れることとなる。紫外線Ｕが完全に平行ビームであり、かつ、基板４に対して垂直に入射する場合は、高分子材料膜２の凹凸部２ａ，２ｂにおいて、膜厚の厚い凸部２ａにおいては十分に紫外線Ｕが遮蔽され、膜厚の薄い凹部２ｂにおいては紫外線Ｕの一部が下方に漏れて、基板側のレジスト膜５に到達する。図５に示すように、紫外線Ｕ１，Ｕ２が厳密に平行ビームでない場合、凸部２ａおよび凹部２ｂの表面全体に紫外線Ｕ１，Ｕ２が入射されることとなり、高分子材料膜２に入射された紫外線Ｕ１，Ｕ２は、表面から徐々に減衰されていき、表面から所定の深さ２ｃにしか紫外線Ｕ１，Ｕ２が届かない。所定の深さ２ｃは、高分子材料膜２の材料や、紫外線Ｕ１，Ｕ２の波長及び強度あるいは照射時間等による。このため、基板４に対して斜めに入射された紫外線Ｕ１は、凸部２ａの側面において遮蔽され、入射角θ（紫外線Ｕ１，Ｕ２と基板４の法線とがなす角）が大きい紫外線Ｕ１ほど凸部２ａの側面にて遮蔽される。したがって、凹部２ｂに到達する紫外線Ｕ２は、入射角θが小さい、すなわちほとんど平行ビームに近い状態であるため、凹部２ｂの形状に沿って、基板側のレジスト膜５を変性させることとなる。高分子材料膜２の材料が、紫外線Ｕ１，Ｕ２を吸収しつつ変性する材質（例えば、ポリスチレン）であったとしても、凸部２ａはその後のエッチングにおいて除去されるため、凸部２ａの非変性部分２ｄにおいて角が丸くなるように変性されても、凸部２ａの下方に紫外線Ｕ１，Ｕ２が届かなければ、パターン転写には問題ない。これにより、厳密に平行ではない紫外線ビームＵ１，Ｕ２が照射された場合においても、凹部２ｂの形状を基板側のレジスト膜５の変性部分５ｃに、正確に写すことができ、高精度な回路パターン転写が行われることとなる。
【００２３】
また、基板側のレジスト膜５は、感光性レジスト（ネガ型フォトレジストあるいはポジ型フォトレジスト）であるため、所定のパワーの紫外線Ｕ１，Ｕ２が照射されることによって速やかに変性することとなる。すなわち、紫外線遮蔽効果を持つ高分子材料膜２が、長時間及び強大なパワーの紫外線照射によって徐々に劣化し、紫外線遮蔽効果が表面から次第に低下するような場合においても、非変性部分２ｄが失われて全て変性部分２ｃとなる前、すなわち、凸部２ａにおける遮蔽効果（特に、斜めに入射された紫外線Ｕ１に対する遮蔽効果）が失われる前に、凹部２ｂの下部にある基板側のレジスト膜５が速やかに変性するため、凹部２ｂの形状に正確に沿った変性が得られる。このとき、高分子材料膜２において、凹部２ｂの膜厚はできるだけ薄く、かつ、アスペクト比を高くして、凹部２ｂの膜厚が凸部２ａの高さを超えないようにすることが望ましい。
【００２４】
基板側のレジスト膜５を変性させた後、高分子材料膜２を除去した後に基板側のレジスト膜５を現像してパターン転写を完成する。図６は、その現像工程を示している。高分子材料膜２の除去とレジスト膜５の現像を同時に行ってもよい。容器８に入った現像液７に基板を浸すことによって、基板側のレジスト膜５の現像を行う。現像後、洗浄のためのリンスやベーキングを必要に応じて行う。以上のようにして、パターン転写を行う。
【００２５】
本実施の形態においては、基板４上に高分子材料膜２と基板側のレジスト膜５の２層構造の膜を形成する場合で説明したが、２層以上の膜を形成することとしてもよい。このとき、最も基板に近い下層の膜には、感光性レジストのように紫外線照射による変性速度が速いものを使用し、中間層の膜には、ポリスチレンのように紫外線遮蔽効果を持つものを使用し、最上層の膜には、ポリエチレンのように凹凸の加工を施しやすい材質のものを使用することが好ましい。
【００２６】
（第二の実施の形態）
本実施の形態は、透明なガラス基板上に回路パターンが凹凸形状に加工された高分子材料膜を形成し、これをフォトマスクとして、フォトリソグラフィー法によってパターン転写する方法である。まず、フォトマスクの加工について述べる。図７において、１はフォトマスク用基板であり、このフォトマスク用基板１は透明なガラスまたは石英でできている。２は、高分子材料膜を示している。この高分子材料膜２は、紫外線透過を制御するために、紫外線Ｕを吸収する二重共役結合を有するポリスチレンなどの高分子材料、または、紫外線吸収剤であるベンゼフェノンなどを添加した、ポリエチレンなどの軟質な高分子材料、もしくは、紫外線遮蔽剤である酸化チタンなどを添加した高分子材料を使用する。この高分子材料膜２の製膜は、スピンコート法、ディップコート法、フィルム貼り付け、蒸着によって行うことができる。
【００２７】
次に、図８に示すように、パターン形状が凹凸形状３ａ，３ｂに加工された鋳型３を高分子材料膜２に対して、加熱プレスする。プレス時の温度は、高分子材料膜２の軟化温度であるガラス転移温度以上とすることが望ましい。プレス荷重は、高分子材料膜２の材質や凸部３ａの面積等に応じて、適宜選択する。また、鋳型３の表面には、離型のために、フッ素樹脂コートなどの表面処理を行うか、石英性の材料で鋳型３を形成することが望ましい。この鋳型３の加熱プレスによって、高分子材料膜２に凹凸部２ａ，２ｂを形成して、凹凸形状のフォトマスクを作製する。
【００２８】
次に、高分子材料膜２を凹凸形状に加工したフォトマスクを用いたフォトリソグラフィー法によるパターン転写方法について、図９から図１２を用いて説明する。図９にて、レジスト膜形成について述べる。図９において、４は基板であるが、この基板４は、Ｓｉ基板、ガラス基板、石英基板あるいは、これらの基板上にシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、アモルファスシリコン、多結晶シリコンなどの金属の積層膜が堆積されたものでもよい。５は、レジスト膜で、このレジスト膜５の形成は、溶媒にレジスト材料を溶解させて作製したレジスト液を回転させた基板に塗布して行うスピンコート法、あるいは、レジスト材料のフィルムを基板４に直接貼り付けるフィルム貼付法によって行うことができる。レジスト膜５は、紫外線照射によって硬化するネガ型フォトレジスト、あるいは紫外線照射によって可溶性となるポジ型フォトレジスト等の感光性レジストを使用する。
【００２９】
図１０は、露光工程を示す。フォトマスクの高分子材料膜２を、レジスト膜５の上に配する。高分子材料膜２の材料としては、二重共役結合を有するポリスチレン、ポリアセチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、芳香族ナイロン、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００３０】
その後、図１０に示すように、上方から紫外線照射ランプ６によって紫外線照射を行う。このとき、高分子材料膜２は紫外線遮蔽効果を持つため、凸部分２ａにおいては十分に紫外線Ｕが遮蔽され、凹部分２ｂにおいては、紫外線Ｕの一部が下方に漏れてレジスト膜５に達する。ここで、図１１に示すように、紫外線Ｕが厳密に平行ビームでなかったとしても、凸部分２ａにおいては十分に遮蔽され、凹部分２ｂに対して斜め上方から入射された紫外線Ｕ１は、高分子材料膜２の材料固有の屈折率に従って屈折して斜めに出射するものの、凸部２ａの側面に入射して遮蔽されることとなり、結果として、凹部２ｂの下方に位置するレジスト膜５に到達する紫外線Ｕ２は、ほとんど平行な状態となる。また、フォトマスク用基板１及び高分子材料膜２の屈折率が空気よりも大きい場合、入射角θ１（紫外線Ｕ１と入射する面の法線とがなす角）よりも出射角θ２（出射する紫外線Ｕ１と出射する面の法線とがなす角）のほうが小さくなるため、凹部２ｂから出射する紫外線Ｕ２は、より平行に近くなる。したがって、厳密に平行ではない紫外線Ｕ１，Ｕ２が照射された場合においても、凹部２ｂの形状に沿って正確にレジスト膜５を変性させることができる。
【００３１】
また、レジスト膜５は、感光性レジスト（ネガ型フォトレジストあるいはポジ型フォトレジスト）であるため、所定のパワーの紫外線Ｕ１，Ｕ２が照射されることによって速やかに変性することとなる。すなわち、紫外線遮蔽効果を持つ高分子材料膜２が、長時間及び強大なパワーの紫外線照射によって徐々に劣化し、紫外線遮蔽効果が表面から次第に低下するような場合においても、非変性部分２ｄが失われて全て変性部分２ｃとなる前、すなわち、凸部２ａにおける遮蔽効果（特に、斜めに入射された紫外線の遮蔽効果）が失われる前に、凹部２ｂの下部にあるレジスト膜５が速やかに変性するため、凹部２ｂの形状に正確に沿った変性が得られる。このとき、高分子材料膜２において、凹部２ｂの膜厚はできるだけ薄く、かつ、アスペクト比を高くして、凹部２ｂの膜厚が凸部２ａの高さを超えないようにすることが望ましい。
【００３２】
露光後、図１２に示すように、レジスト膜の現像を行う。フォトマスクを外した後、基板４を現像液７が入った容器８に浸し、レジスト膜５の現像を行う。現像後、洗浄のためのリンスやベーキングを必要に応じて行う。以上のようにして、パターン転写を行う。
【００３３】
（実施例１）
２０ｍｍ角で厚さ１ｍｍの石英ガラス基板４の表面にスピンコート法により、基板側のレジスト膜５として膜厚０．５μｍの感光性レジスト（ＺＥＰ５２０：日本ゼオン（株）製）を製膜し、溶媒を揮発させた後、スピンコート法により、高分子材料膜２として膜厚５μｍのポリスチレンを製膜し、溶媒を揮発させて膜を固形化させた。鋳型３は、２０ｍｍ角で厚さ１ｍｍであり、片面に深さ２．５μｍの凹パターンにて最小線幅が１００μｍであるパターン形状が設けられている。この基板４の高分子材料膜２に、鋳型３の凹凸面を温度１２０℃、プレス圧力１５ｋｇｆ／ｃｍ2でプレスした。プレス後、高分子材料膜２には、パターン形状の凸部２ｂが高さ２．５μｍで形成された。次いで、波長２５４ｎｍ、出力０．０４ｍＷ／ｃｍ2の紫外線ランプ６により、３０分間の紫外線照射を行った。その後、ポリスチレンの現像液によって高分子材料膜２を除去し、感光性レジストの現像液及びリンス液によって、基板側レジスト膜５の現像、リンスを行った後、所定の温度でベーキングを行った。その結果、基板上にパターン形状の凸パターンのみが残っていることを確認した。
【００３４】
（実施例２）
２０ｍｍ角で厚さ１ｍｍの石英ガラス基板１の表面にスピンコート法により、高分子材料膜２として膜厚１０μｍのポリスチレンを製膜した。鋳型３は、２０ｍｍ角、厚さ１ｍｍであって、片面には、最小線幅が１００μｍであるパターン形状が、高さ１６μｍの凸形状に設けられている。この基板１の高分子材料膜２に、鋳型３を温度１２０℃、プレス圧力１５ｋｇｆ／ｃｍ2でプレスした。プレス後、高分子材料膜２には、パターン形状の凹部分２ｂが形成された。この高分子材料膜２に凹部分２ｂが形成された基板１をフォトマスクとした。次に、２０ｍｍ角で厚さ０．６ｍｍのシリコン製の基板４にスピンコート法により、膜厚１．６μｍのネガ型フォトレジストのレジスト膜５を製膜した。この基板４のレジスト膜５に、上記フォトマスクの高分子材料膜２の凸部分２ａを密着させた後、その上方（フォトマスクの裏面側）より、波長２５４ｎｍ、出力０．０４ｍＷ／ｃｍ2の紫外線ランプにより、紫外線照射を３０分間行った。その後、レジスト膜５の現像液及びリンス液によって、レジスト膜の現像、リンスを行った後、所定の温度でベーキングを行った。その結果、基板４上にパターン形状の凸パターンのみが残っていることを確認した。
【発明の効果】
【００３５】
本発明は、基板上に回路パターンを転写するに際し、レジスト膜を層構造とし、基板側に紫外線照射によって変性する最下層のレジスト膜が形成され、その表層側に凹凸型のプレスによって凹凸パターンが形成される表層のレジスト膜が形成されるため、凸部分においては紫外線が下部にまで到達せず、凹部分においては紫外線が下部に到達することとなり、基板側において、表層側の凹部分を透過した紫外線によってレジスト膜が変性する。すなわち、表層側の凹凸部分により、レジスト膜を選択的に変性させることができ、凹凸部分はレジスト膜の現像において除去されるため、従来のフォトリソグラフィー法によるフォトマスクの欠損やフォトマスクへのレジスト膜の残膜といった問題点が起こらないこととなる。
【００３６】
また、最下層のレジスト膜に感光性レジスト膜を使用し、表層のレジスト膜に紫外線遮蔽効果のある高分子材料を使用することにより、凹部分において透過する紫外線を受けて速やかに変性されることとなる。このとき、紫外線が厳密に平行ビームでなかったとしても、凸部分の側面にて、斜めに入射される紫外線が遮蔽されるため、凹部分には平行な紫外線ビームが達することとなる。したがって、凹部分の形状に正確に沿って感光性レジスト膜が変性し、回路パターン形状の正確な転写が行えることとなるとともに、露光装置に紫外線を平行ビームとするための高価な装置が必要とされないため、低価格な露光装置を使用することができる。
【００３７】
さらに、表層側のレジスト膜材料は、凹凸型でのプレス条件を考慮して選択することが可能となり、基板側のレジスト膜は、凹凸成形のしやすさを考慮する必要がなく、紫外線照射条件を考慮して選択することが可能となる。すなわち、感光性レジスト膜の、紫外線照射による変性速度が速い（紫外線に対する感度が高い）という性質を生かしつつ、感光性レジスト膜の表面を凹凸成形がしやすく、かつ、紫外線遮蔽効果のある高分子材料で覆うことにより、従来のフォトリソグラフィー法のように、フォトマスクへの感光性レジスト膜残留といった問題が起こらない。特に、高分子材料膜にポリスチレンを使用する場合は、鋳型への付着も起こりにくい。また、紫外線遮蔽効果のある高分子材料としては、二重共役結合を有するポリスチレン、ポリアセチレン等が挙げられる。
【００３８】
また、パターン形状が凹凸に加工された高分子材料膜をフォトマスクとしてフォトリソグラフィー法によるパターン転写を行うことで、紫外線が厳密に平行ビームでなくとも、凸部分の内部や側面において、斜めに入射する紫外線が遮蔽されるため、高精度なパターン転写が可能となる。さらに、紫外線を平行ビームにする必要がないため、精密な光学系機器を必要とせず、安価な露光装置を使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】レジスト膜を基板表面に形成した段階の説明図である。
【図２】基板上のレジスト膜の上に高分子材料膜を形成した状態の断面図である。
【図３】高分子材料膜に鋳型を加熱プレスして高分子材料膜に凹凸パターンを加工した状態の断面図である。
【図４】紫外線照射工程の説明図である。
【図５】紫外線による変性の説明図である。
【図６】現像工程の説明図である。
【図７】高分子材料膜をフォトマスク用基板表面に形成した状態の断面図である。
【図８】高分子材料膜に凹凸形状の鋳型を加熱プレスして、高分子材料膜に凹凸パターンを加工した状態の断面図である。
【図９】レジスト膜を基板表面に形成した状態の断面図である。
【図１０】フォトマスクを用いてレジスト膜への紫外線照射を行う工程の説明図である。
【図１１】紫外線による変性の説明図である。
【図１２】現像工程の説明図である。
【符号の説明】
１ フォトマスク用基板、
２ 高分子材料膜、２ａ 凸部、２ｂ 凹部、
３ 鋳型、３ａ 凸部、３ｂ 凹部、
４ 基板、
５ レジスト膜（基板側のレジスト膜）、５ｃ 変性部分、５ｄ 非変性部分、
６ 紫外線ランプ、
７ 現像液、
８ 容器、
Ｕ，Ｕ１，Ｕ２ 紫外線、
θ，θ１ 入射角、θ２ 出射角
【０００１】
本発明は、液晶ディスプレイ、フィールドエミッションディスプレイ、有機ＥＬディスプレイや太陽電池、あるいはそれらに使用されるＩＣなどの半導体デバイスの製造におけるパターン転写方法に関するものである。
【従来の技術】
【０００２】
半導体デバイス製造でのパターン転写は、一般にフォトリソグラフィー法によって行なわれている。この方法は、基板上に感光性レジストを塗布した後、Ｃｒなどの蒸着膜でパターンマスクを形成したフォトマスクを介して、紫外線による露光を行ない、感光性レジストの露光部分を可溶性あるいは不溶性に変性させた後、現像して、パターン転写を行うものである。
【０００３】
露光方式には、フォトマスクをレジスト膜に密着させるコンタクト露光方式や、フォトマスクをレジスト膜から離して露光させる投影露光方式等、様々な種類が従来から知られている。コンタクト露光方式は初期導入コストが低く、投影露光方式は高解像度が得られる特徴がある。
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、コンタクト露光方式は、フォトマスクとレジスト膜とを完全に密着させる必要があり、フォトマスクとレジスト膜との間を真空排気する等の工程が必要であったり、特開平０７−２４８６０７号公報に示されるようにフォトマスクとレジスト膜とが嵌合するような形状を設けたりする必要があった。また、フォトマスクとレジスト膜とを密着させるため、フォトマスクの欠損やフォトマスクへのレジスト膜残留は避けられない問題であり、予備のフォトマスクを多数用意する必要があった。特に、レジスト膜に感光性レジストを使用した場合、フォトマスクへの付着が多く、大きな問題となっていた。そのため、現在は投影露光方式が主流であるが、フォトマスクとレジスト膜とが所定距離をおいて配置されるため、光源の制御が重要であり、例えば特開平１０−１１６７６２公報に示されるように光源にレーザーを用いたり大型レンズを多数使用したりするため、装置の維持及びメンテナンスにかかる手数や費用が多く、また、装置価格も非常に高いものとなっていた。
【０００５】
そこで、本発明は、上述の課題点を解消し、安価な露光装置を用いつつ工法が容易かつ高解像度のパターンが繰り返し得られるパターン転写方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の請求項１記載の半導体デバイス製造におけるパターン転写方法は、基板上への回路パターンの転写に際し、基板上に形成された高分子材料のレジスト膜に凹凸を有する凹凸型をプレスして行う半導体デバイス製造におけるパターン転写方法において、上記レジスト膜は層構造であり、最下層の基板側に紫外線照射によって変性する感光性レジスト膜が形成され、その表層側に凹凸型のプレスによって凹凸パターンが形成される紫外線遮蔽効果のある高分子材料からなるレジスト膜が形成され、この凹凸型のプレスによって形成された紫外線遮蔽効果のある高分子材料からなるレジスト膜の凹パターン部分の膜厚は、紫外線を透過できる程度にできるだけ薄く、かつ、凸パターン部分の高さを超えないこととされ、表層側の凹パターン部分と凸パターン部分に紫外線が照射されると、斜めに入射される紫外線が上記凸パターン部分の側面にて遮蔽され、最下層の感光性レジスト膜に変性部と非変性部とが選択的に形成されることを特徴とする。
【０００７】
この発明において、レジスト膜は層構造であり、最下層の基板側に紫外線照射によって変性するレジスト膜が形成され、その表層側に凹凸型のプレスによって凹凸パターンが形成される紫外線遮蔽効果のある高分子材料からなるレジスト膜が形成されることとなる。したがって、表層側において、凹凸型のプレスによって形成された凸部分は膜厚が厚いため紫外線が下部にまで到達せず、凹部分は膜厚が薄いため紫外線が下部を透過する。基板側においては、表層側の凹部分を透過した紫外線によってレジスト膜が変性し、これをエッチングすることによってパターン転写が可能となる。
【０００８】
この発明によれば、表層側のレジスト膜は、紫外線遮蔽効果のある高分子材料膜であるため、凹凸型のプレス後に紫外線を照射すると、表層側のレジスト膜の表面（すなわち照射面）から一定の厚さにおいて、紫外線が遮蔽される。したがって、表層側のレジスト膜の凸部分においては十分に紫外線が遮蔽され、凹部分においては紫外線の一部が遮蔽されるものの、膜厚が薄いため、紫外線が下部を透過することとなる。このとき、紫外線が厳密に平行ビームでなかったとしても、表層側の高分子材料膜の凸部分側面で紫外線が遮蔽されるため、基板に対して斜めに入射する紫外線が基板側のレジスト膜にまで達することはほとんどなく、基板側のレジスト膜には紫外線ビームの平行な成分が達することとなる。また、この発明において、基板側のレジスト膜は感光性レジストであるため、所定のパワーの紫外線が照射されることによって速やかに変性することとなる。すなわち、紫外線連続照射等により表層側のレジスト膜が劣化しても、凸部分における遮蔽効果が失われる前に、凹部分を透過する紫外線によって速やかに基板側のレジスト膜が変性することとなる。したがって、本発明においては、必ずしも紫外線を厳密な平行ビームとすることなく、正確なパターン転写を行うことができる。
【０００９】
本発明の請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明を前提として、前記レジスト膜は ３層構造であり、最下層の基板側に紫外線照射によって変性する感光性レジストからなるレジスト膜が形成され、中間層にポリスチレンからなるレジスト膜が形成され、最上層にポリエチレンからなるレジスト膜が形成されることを特徴とする。最も基板に近い下層の膜には、感光性レジストのように紫外線照射による変性速度が速いものを使用し、中間層の膜には、ポリスチレンのように紫外線遮蔽効果を持つものを使用し、最上層の膜には、ポリエチレンのように凹凸の加工を施しやすい材質のものを使用することが好ましい。
【００１０】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明を前提として、前記レジスト膜は、少なくとも２種類の高分子フィルムを貼りあわせて形成されることを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、レジスト膜が少なくとも２種類の高分子フィルムを貼りあわせて形成されるため、従来の露光方式と比べ、レジスト膜形成の工程が簡略化され、また、レジスト膜材料の無駄な消費が抑制され、さらに、大きなサイズの基板においても膜厚を均一に形成することができる。また、層構造のレジスト膜の１層を、複数種類の高分子フィルムを貼りあわせて形成してもよい。特に、表層側のレジスト膜を複数種類の高分子フィルムを貼りあわせて形成する場合は、最も外側（すなわち最も表層側）のレジスト膜に、凹凸型の凸形状の厚さより薄く、かつ、凹凸形状を保持しやすい材料を選択した場合は、内側のレジスト膜が凹凸形状を保持しにくい材料を選択することもできる。
【００１２】
また、請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明を前提として、フォトリソグラフィー法を用いた基板上への回路パターンの転写に際し、回路パターンが凹凸形状に加工された紫外線遮蔽効果を有する高分子材料膜が透明なガラス基板上に形成されたものを、フォトマスクとして使用することを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、紫外線遮蔽効果を有する高分子材料膜によって回路パターンが凹凸形状に加工されたものをフォトマスクとして使用するため、露光の際に、膜厚の薄い凹部のみにおいて紫外線が透過されることとなる。また、紫外線が斜めに入射されたとしても、凸部分の内部や側面において紫外線が遮蔽されるため、露光装置において厳密に平行な紫外線ビームを生成しなくとも、フォトマスクにおいてほとんど平行な紫外線ビームのみが透過され、高精度なパターン転写が可能となる。
【００１４】
本発明は、前記表層側の紫外線遮蔽効果を有する高分子材料膜に、二重共役結合を有するポリスチレン、ポリアセチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、芳香族ナイロン、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂のいずれかを用いることが好ましい。
【００１５】
この発明によれば、前記表層のレジスト膜又は紫外線遮蔽効果を有する高分子材料膜に、二重共役結合を有する高分子材料を使用するため、照射された紫外線を吸収することにより、紫外線遮蔽効果を持たせることができる。
【発明の実施の形態】
【００１６】
本発明を図面に基づいて、以下に詳細に説明する。
【００１７】
（第一の実施の形態）
本実施の形態におけるパターン転写方法は、高分子材料膜を基板上に製膜し、これに対して、凹凸形状の鋳型をプレスして、高分子材料膜に凹凸を形成し、これに紫外線照射を行って、パターン転写を行うものである。この方法について、図１から図６を用いて説明する。
【００１８】
図１は、基板上へのレジスト膜形成を示している。４は基板であり、Ｓｉ基板、ガラス基板、石英基板あるいは、これらの基板上にシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、アモルファスシリコン、多結晶シリコンなどの金属の積層膜が堆積されたものである。５は、基板側のレジスト膜であり、紫外線照射によって硬化する感光性レジスト（以下、ネガ型フォトレジスト）、あるいは紫外線照射によって可溶性となる感光性レジスト（以下、ポジ型フォトレジスト）が使用される。
【００１９】
次に、図２に示すように、基板４上に形成した基板側のレジスト膜５の上に、表層側のレジスト膜として高分子材料膜２を形成する。この高分子材料膜２は、紫外線透過量を制御できる高分子材料もしくは、紫外線吸収剤、紫外線遮蔽剤を添加した高分子材料を使用する。高分子材料膜２及び基板側のレジスト膜５の製膜方法は、スピンコート法、ディップコート法、フィルム貼り付け、蒸着によって行うことができるが、レジスト膜形成の工程が簡略化され、また、レジスト膜材料の無駄な消費が抑制され、さらに、大きなサイズの基板においても膜厚を均一に形成するため、フィルム状の高分子材料を選択することが好ましい。
【００２０】
図３は、形成された高分子材料膜２に、パターン形状が凹凸形状３ａ，３ｂに加工された鋳型３を加熱プレスすることによって、高分子材料膜２に凹凸形状２ａ，２ｂを形成する工程を示している。鋳型３の材質は、Ｓｉ基板、ガラス基板、あるいは石英基板が好ましい。この鋳型３は、フォトリソグラフィー法によってパターン転写後、ウェットエッチングあるいはドライエッチングによって作成することができる。鋳型３の凸部３ａもしくは凹部３ｂのどちらを転写するパターン形状となるように加工するかは、パターン密度やパターン幅あるいは基板側のレジスト膜５の材料等とを総合的に考慮して決定することが望ましい。例えば、パターン幅やパターン密度が小さい場合は、凸部３ａがパターン形状となるように鋳型３を加工することにより、鋳型３の加熱プレス時に必要なプレス荷重を少なくすることができる。このとき、基板側のレジスト膜５にはネガ型フォトレジストが使用される。また、経済性等の理由により、基板側のレジスト膜５にポジ型フォトレジストを使用すべきである場合は、転写するパターン形状が凹部３ｂとなるように鋳型３を加工する。プレス温度は、高分子材料膜２の軟化温度であるガラス転移温度以上とすることが好ましい。プレス荷重は、高分子材料膜２の材質や凸部３ａの面積等に応じて、適宜選択する。また、鋳型３の表面には、離型のために、フッ素樹脂コートなどの表面処理を行うか、石英製の材料で鋳型３を形成することが望ましい。
【００２１】
図４は、紫外線照射工程を示している。鋳型３の加熱プレス後、凹凸形状２ａ，２ｂが形成された高分子材料膜２に対して、紫外線照射を行ない、高分子材料膜２の下層となる基板側のレジスト膜５を変性させる。紫外線Ｕの照射は、紫外線ランプの照射によって行う。この紫外線照射によって、高分子材料膜２の凸部２ａにおいて紫外線が遮蔽され、凹部２ｂ下の基板側のレジスト膜５が紫外線Ｕによって変性する。例えば、基板側のレジスト膜５にネガ型フォトレジストを用いた場合、紫外線照射を受けた基板側のレジスト膜５は硬化し、ポジ型フォトレジストを用いた場合は、可溶化する。
【００２２】
高分子材料膜２が、二重共役結合を持つ材料で形成されている場合は、二重共役結合の長さに応じた波長の紫外線エネルギーが吸収され、紫外線遮蔽効果を持つ。このため、照射される紫外線Ｕのパワー及び照射時間に応じて、表面側から一定の厚さにおいて紫外線Ｕが遮蔽され、すなわち、膜厚が厚いほど紫外線遮蔽効果は高く、膜厚が薄い場合は、紫外線Ｕの一部が漏れることとなる。紫外線Ｕが完全に平行ビームであり、かつ、基板４に対して垂直に入射する場合は、高分子材料膜２の凹凸部２ａ，２ｂにおいて、膜厚の厚い凸部２ａにおいては十分に紫外線Ｕが遮蔽され、膜厚の薄い凹部２ｂにおいては紫外線Ｕの一部が下方に漏れて、基板側のレジスト膜５に到達する。図５に示すように、紫外線Ｕ１，Ｕ２が厳密に平行ビームでない場合、凸部２ａおよび凹部２ｂの表面全体に紫外線Ｕ１，Ｕ２が入射されることとなり、高分子材料膜２に入射された紫外線Ｕ１，Ｕ２は、表面から徐々に減衰されていき、表面から所定の深さ２ｃにしか紫外線Ｕ１，Ｕ２が届かない。所定の深さ２ｃは、高分子材料膜２の材料や、紫外線Ｕ１，Ｕ２の波長及び強度あるいは照射時間等による。このため、基板４に対して斜めに入射された紫外線Ｕ１は、凸部２ａの側面において遮蔽され、入射角θ（紫外線Ｕ１，Ｕ２と基板４の法線とがなす角）が大きい紫外線Ｕ１ほど凸部２ａの側面にて遮蔽される。したがって、凹部２ｂに到達する紫外線Ｕ２は、入射角θが小さい、すなわちほとんど平行ビームに近い状態であるため、凹部２ｂの形状に沿って、基板側のレジスト膜５を変性させることとなる。高分子材料膜２の材料が、紫外線Ｕ１，Ｕ２を吸収しつつ変性する材質（例えば、ポリスチレン）であったとしても、凸部２ａはその後のエッチングにおいて除去されるため、凸部２ａの非変性部分２ｄにおいて角が丸くなるように変性されても、凸部２ａの下方に紫外線Ｕ１，Ｕ２が届かなければ、パターン転写には問題ない。これにより、厳密に平行ではない紫外線ビームＵ１，Ｕ２が照射された場合においても、凹部２ｂの形状を基板側のレジスト膜５の変性部分５ｃに、正確に写すことができ、高精度な回路パターン転写が行われることとなる。
【００２３】
また、基板側のレジスト膜５は、感光性レジスト（ネガ型フォトレジストあるいはポジ型フォトレジスト）であるため、所定のパワーの紫外線Ｕ１，Ｕ２が照射されることによって速やかに変性することとなる。すなわち、紫外線遮蔽効果を持つ高分子材料膜２が、長時間及び強大なパワーの紫外線照射によって徐々に劣化し、紫外線遮蔽効果が表面から次第に低下するような場合においても、非変性部分２ｄが失われて全て変性部分２ｃとなる前、すなわち、凸部２ａにおける遮蔽効果（特に、斜めに入射された紫外線Ｕ１に対する遮蔽効果）が失われる前に、凹部２ｂの下部にある基板側のレジスト膜５が速やかに変性するため、凹部２ｂの形状に正確に沿った変性が得られる。このとき、高分子材料膜２において、凹部２ｂの膜厚はできるだけ薄く、かつ、アスペクト比を高くして、凹部２ｂの膜厚が凸部２ａの高さを超えないようにすることが望ましい。
【００２４】
基板側のレジスト膜５を変性させた後、高分子材料膜２を除去した後に基板側のレジスト膜５を現像してパターン転写を完成する。図６は、その現像工程を示している。高分子材料膜２の除去とレジスト膜５の現像を同時に行ってもよい。容器８に入った現像液７に基板を浸すことによって、基板側のレジスト膜５の現像を行う。現像後、洗浄のためのリンスやベーキングを必要に応じて行う。以上のようにして、パターン転写を行う。
【００２５】
本実施の形態においては、基板４上に高分子材料膜２と基板側のレジスト膜５の２層構造の膜を形成する場合で説明したが、２層以上の膜を形成することとしてもよい。このとき、最も基板に近い下層の膜には、感光性レジストのように紫外線照射による変性速度が速いものを使用し、中間層の膜には、ポリスチレンのように紫外線遮蔽効果を持つものを使用し、最上層の膜には、ポリエチレンのように凹凸の加工を施しやすい材質のものを使用することが好ましい。
【００２６】
（第二の実施の形態）
本実施の形態は、透明なガラス基板上に回路パターンが凹凸形状に加工された高分子材料膜を形成し、これをフォトマスクとして、フォトリソグラフィー法によってパターン転写する方法である。まず、フォトマスクの加工について述べる。図７において、１はフォトマスク用基板であり、このフォトマスク用基板１は透明なガラスまたは石英でできている。２は、高分子材料膜を示している。この高分子材料膜２は、紫外線透過を制御するために、紫外線Ｕを吸収する二重共役結合を有するポリスチレンなどの高分子材料、または、紫外線吸収剤であるベンゼフェノンなどを添加した、ポリエチレンなどの軟質な高分子材料、もしくは、紫外線遮蔽剤である酸化チタンなどを添加した高分子材料を使用する。この高分子材料膜２の製膜は、スピンコート法、ディップコート法、フィルム貼り付け、蒸着によって行うことができる。
【００２７】
次に、図８に示すように、パターン形状が凹凸形状３ａ，３ｂに加工された鋳型３を高分子材料膜２に対して、加熱プレスする。プレス時の温度は、高分子材料膜２の軟化温度であるガラス転移温度以上とすることが望ましい。プレス荷重は、高分子材料膜２の材質や凸部３ａの面積等に応じて、適宜選択する。また、鋳型３の表面には、離型のために、フッ素樹脂コートなどの表面処理を行うか、石英性の材料で鋳型３を形成することが望ましい。この鋳型３の加熱プレスによって、高分子材料膜２に凹凸部２ａ，２ｂを形成して、凹凸形状のフォトマスクを作製する。
【００２８】
次に、高分子材料膜２を凹凸形状に加工したフォトマスクを用いたフォトリソグラフィー法によるパターン転写方法について、図９から図１２を用いて説明する。図９にて、レジスト膜形成について述べる。図９において、４は基板であるが、この基板４は、Ｓｉ基板、ガラス基板、石英基板あるいは、これらの基板上にシリコン窒化膜、シリコン酸化膜、アモルファスシリコン、多結晶シリコンなどの金属の積層膜が堆積されたものでもよい。５は、レジスト膜で、このレジスト膜５の形成は、溶媒にレジスト材料を溶解させて作製したレジスト液を回転させた基板に塗布して行うスピンコート法、あるいは、レジスト材料のフィルムを基板４に直接貼り付けるフィルム貼付法によって行うことができる。レジスト膜５は、紫外線照射によって硬化するネガ型フォトレジスト、あるいは紫外線照射によって可溶性となるポジ型フォトレジスト等の感光性レジストを使用する。
【００２９】
図１０は、露光工程を示す。フォトマスクの高分子材料膜２を、レジスト膜５の上に配する。高分子材料膜２の材料としては、二重共役結合を有するポリスチレン、ポリアセチレン、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、芳香族ナイロン、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００３０】
その後、図１０に示すように、上方から紫外線照射ランプ６によって紫外線照射を行う。このとき、高分子材料膜２は紫外線遮蔽効果を持つため、凸部分２ａにおいては十分に紫外線Ｕが遮蔽され、凹部分２ｂにおいては、紫外線Ｕの一部が下方に漏れてレジスト膜５に達する。ここで、図１１に示すように、紫外線Ｕが厳密に平行ビームでなかったとしても、凸部分２ａにおいては十分に遮蔽され、凹部分２ｂに対して斜め上方から入射された紫外線Ｕ１は、高分子材料膜２の材料固有の屈折率に従って屈折して斜めに出射するものの、凸部２ａの側面に入射して遮蔽されることとなり、結果として、凹部２ｂの下方に位置するレジスト膜５に到達する紫外線Ｕ２は、ほとんど平行な状態となる。また、フォトマスク用基板１及び高分子材料膜２の屈折率が空気よりも大きい場合、入射角θ１（紫外線Ｕ１と入射する面の法線とがなす角）よりも出射角θ２（出射する紫外線Ｕ１と出射する面の法線とがなす角）のほうが小さくなるため、凹部２ｂから出射する紫外線Ｕ２は、より平行に近くなる。したがって、厳密に平行ではない紫外線Ｕ１，Ｕ２が照射された場合においても、凹部２ｂの形状に沿って正確にレジスト膜５を変性させることができる。
【００３１】
また、レジスト膜５は、感光性レジスト（ネガ型フォトレジストあるいはポジ型フォトレジスト）であるため、所定のパワーの紫外線Ｕ１，Ｕ２が照射されることによって速やかに変性することとなる。すなわち、紫外線遮蔽効果を持つ高分子材料膜２が、長時間及び強大なパワーの紫外線照射によって徐々に劣化し、紫外線遮蔽効果が表面から次第に低下するような場合においても、非変性部分２ｄが失われて全て変性部分２ｃとなる前、すなわち、凸部２ａにおける遮蔽効果（特に、斜めに入射された紫外線の遮蔽効果）が失われる前に、凹部２ｂの下部にあるレジスト膜５が速やかに変性するため、凹部２ｂの形状に正確に沿った変性が得られる。このとき、高分子材料膜２において、凹部２ｂの膜厚はできるだけ薄く、かつ、アスペクト比を高くして、凹部２ｂの膜厚が凸部２ａの高さを超えないようにすることが望ましい。
【００３２】
露光後、図１２に示すように、レジスト膜の現像を行う。フォトマスクを外した後、基板４を現像液７が入った容器８に浸し、レジスト膜５の現像を行う。現像後、洗浄のためのリンスやベーキングを必要に応じて行う。以上のようにして、パターン転写を行う。
【００３３】
（実施例１）
２０ｍｍ角で厚さ１ｍｍの石英ガラス基板４の表面にスピンコート法により、基板側のレジスト膜５として膜厚０．５μｍの感光性レジスト（ＺＥＰ５２０：日本ゼオン（株）製）を製膜し、溶媒を揮発させた後、スピンコート法により、高分子材料膜２として膜厚５μｍのポリスチレンを製膜し、溶媒を揮発させて膜を固形化させた。鋳型３は、２０ｍｍ角で厚さ１ｍｍであり、片面に深さ２．５μｍの凹パターンにて最小線幅が１００μｍであるパターン形状が設けられている。この基板４の高分子材料膜２に、鋳型３の凹凸面を温度１２０℃、プレス圧力１５ｋｇｆ／ｃｍ2でプレスした。プレス後、高分子材料膜２には、パターン形状の凸部２ｂが高さ２．５μｍで形成された。次いで、波長２５４ｎｍ、出力０．０４ｍＷ／ｃｍ2の紫外線ランプ６により、３０分間の紫外線照射を行った。その後、ポリスチレンの現像液によって高分子材料膜２を除去し、感光性レジストの現像液及びリンス液によって、基板側レジスト膜５の現像、リンスを行った後、所定の温度でベーキングを行った。その結果、基板上にパターン形状の凸パターンのみが残っていることを確認した。
【００３４】
（実施例２）
２０ｍｍ角で厚さ１ｍｍの石英ガラス基板１の表面にスピンコート法により、高分子材料膜２として膜厚１０μｍのポリスチレンを製膜した。鋳型３は、２０ｍｍ角、厚さ１ｍｍであって、片面には、最小線幅が１００μｍであるパターン形状が、高さ１６μｍの凸形状に設けられている。この基板１の高分子材料膜２に、鋳型３を温度１２０℃、プレス圧力１５ｋｇｆ／ｃｍ2でプレスした。プレス後、高分子材料膜２には、パターン形状の凹部分２ｂが形成された。この高分子材料膜２に凹部分２ｂが形成された基板１をフォトマスクとした。次に、２０ｍｍ角で厚さ０．６ｍｍのシリコン製の基板４にスピンコート法により、膜厚１．６μｍのネガ型フォトレジストのレジスト膜５を製膜した。この基板４のレジスト膜５に、上記フォトマスクの高分子材料膜２の凸部分２ａを密着させた後、その上方（フォトマスクの裏面側）より、波長２５４ｎｍ、出力０．０４ｍＷ／ｃｍ2の紫外線ランプにより、紫外線照射を３０分間行った。その後、レジスト膜５の現像液及びリンス液によって、レジスト膜の現像、リンスを行った後、所定の温度でベーキングを行った。その結果、基板４上にパターン形状の凸パターンのみが残っていることを確認した。
【発明の効果】
【００３５】
本発明は、基板上に回路パターンを転写するに際し、レジスト膜を層構造とし、基板側に紫外線照射によって変性する最下層のレジスト膜が形成され、その表層側に凹凸型のプレスによって凹凸パターンが形成される表層のレジスト膜が形成されるため、凸部分においては紫外線が下部にまで到達せず、凹部分においては紫外線が下部に到達することとなり、基板側において、表層側の凹部分を透過した紫外線によってレジスト膜が変性する。すなわち、表層側の凹凸部分により、レジスト膜を選択的に変性させることができ、凹凸部分はレジスト膜の現像において除去されるため、従来のフォトリソグラフィー法によるフォトマスクの欠損やフォトマスクへのレジスト膜の残膜といった問題点が起こらないこととなる。
【００３６】
また、最下層のレジスト膜に感光性レジスト膜を使用し、表層のレジスト膜に紫外線遮蔽効果のある高分子材料を使用することにより、凹部分において透過する紫外線を受けて速やかに変性されることとなる。このとき、紫外線が厳密に平行ビームでなかったとしても、凸部分の側面にて、斜めに入射される紫外線が遮蔽されるため、凹部分には平行な紫外線ビームが達することとなる。したがって、凹部分の形状に正確に沿って感光性レジスト膜が変性し、回路パターン形状の正確な転写が行えることとなるとともに、露光装置に紫外線を平行ビームとするための高価な装置が必要とされないため、低価格な露光装置を使用することができる。
【００３７】
さらに、表層側のレジスト膜材料は、凹凸型でのプレス条件を考慮して選択することが可能となり、基板側のレジスト膜は、凹凸成形のしやすさを考慮する必要がなく、紫外線照射条件を考慮して選択することが可能となる。すなわち、感光性レジスト膜の、紫外線照射による変性速度が速い（紫外線に対する感度が高い）という性質を生かしつつ、感光性レジスト膜の表面を凹凸成形がしやすく、かつ、紫外線遮蔽効果のある高分子材料で覆うことにより、従来のフォトリソグラフィー法のように、フォトマスクへの感光性レジスト膜残留といった問題が起こらない。特に、高分子材料膜にポリスチレンを使用する場合は、鋳型への付着も起こりにくい。また、紫外線遮蔽効果のある高分子材料としては、二重共役結合を有するポリスチレン、ポリアセチレン等が挙げられる。
【００３８】
また、パターン形状が凹凸に加工された高分子材料膜をフォトマスクとしてフォトリソグラフィー法によるパターン転写を行うことで、紫外線が厳密に平行ビームでなくとも、凸部分の内部や側面において、斜めに入射する紫外線が遮蔽されるため、高精度なパターン転写が可能となる。さらに、紫外線を平行ビームにする必要がないため、精密な光学系機器を必要とせず、安価な露光装置を使用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】レジスト膜を基板表面に形成した段階の説明図である。
【図２】基板上のレジスト膜の上に高分子材料膜を形成した状態の断面図である。
【図３】高分子材料膜に鋳型を加熱プレスして高分子材料膜に凹凸パターンを加工した状態の断面図である。
【図４】紫外線照射工程の説明図である。
【図５】紫外線による変性の説明図である。
【図６】現像工程の説明図である。
【図７】高分子材料膜をフォトマスク用基板表面に形成した状態の断面図である。
【図８】高分子材料膜に凹凸形状の鋳型を加熱プレスして、高分子材料膜に凹凸パターンを加工した状態の断面図である。
【図９】レジスト膜を基板表面に形成した状態の断面図である。
【図１０】フォトマスクを用いてレジスト膜への紫外線照射を行う工程の説明図である。
【図１１】紫外線による変性の説明図である。
【図１２】現像工程の説明図である。
【符号の説明】
１ フォトマスク用基板、
２ 高分子材料膜、２ａ 凸部、２ｂ 凹部、
３ 鋳型、３ａ 凸部、３ｂ 凹部、
４ 基板、
５ レジスト膜（基板側のレジスト膜）、５ｃ 変性部分、５ｄ 非変性部分、
６ 紫外線ランプ、
７ 現像液、
８ 容器、
Ｕ，Ｕ１，Ｕ２ 紫外線、
θ，θ１ 入射角、θ２ 出射角
Claims (4)
- 基板上への回路パターンの転写に際し、基板上に形成された高分子材料のレジスト膜に凹凸を有する凹凸型をプレスして行う半導体デバイス製造におけるパターン転写方法において、上記レジスト膜は層構造であり、最下層の基板側に紫外線照射によって変性する感光性レジスト膜が形成され、その表層側に凹凸型のプレスによって凹凸パターンが形成される紫外線遮蔽効果のある高分子材料からなるレジスト膜が形成され、この凹凸型のプレスによって形成された紫外線遮蔽効果のある高分子材料からなるレジスト膜の凹パターン部分の膜厚は、紫外線を透過できる程度にできるだけ薄く、かつ、凸パターン部分の高さを超えないこととされ、表層側の凹パターン部分と凸パターン部分に紫外線が照射されると、斜めに入射される紫外線が上記凸パターン部分の側面にて遮蔽され、最下層の感光性レジスト膜に変性部と非変性部とが選択的に形成されることを特徴とする半導体デバイス製造におけるパターン転写方法。
- 前記レジスト膜は３層構造であり、最下層の基板側に紫外線照射によって変性する感光性レジストからなるレジスト膜が形成し、中間層にポリスチレンからなるレジスト膜が形成され、最上層にポリエチレンからなるレジスト膜が形成されることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス製造におけるパターン転写方法。
- 前記レジスト膜は、少なくとも２種類の高分子フィルムを貼りあわせて形成されることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体デバイス製造におけるパターン転写方法。
- フォトリソグラフィー法を用いた基板上への回路パターンの転写に際し、回路パターンが凹凸形状に加工された紫外線遮蔽効果を有する高分子材料膜が透明なガラス基板上に形成されたものを、フォトマスクとして使用することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体デバイス製造におけるパターン転写方法。
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