JP5226557B2 - レーザ露光方法、フォトレジスト層の加工方法およびパターン成形品の製造方法 - Google Patents
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Description
また、保持工程の間中レーザ光の出射を止める方法に比べ、次の対象物のフォーカスサーボ制御開始時において、レーザ光を安定して出射させることができる。
また、保持工程の間中レーザ光の出射を止める方法に比べ、次の対象物のフォーカスサーボ制御開始時において、レーザ光を安定して出射させることができる。
図1に示すように、フォトレジスト層加工装置1は、本発明に係るフォトレジスト層の加工方法を実行するための装置であり、主に、支持台2と、レーザ光照射装置3と、制御装置4とを備えて構成されている。
レーザ光がワーク5上のフォーカス停止位置FEから次のワーク5上のフォーカス開始位置FSに到達するまでの間、対物レンズ35の位置が保持されるので、対物レンズ35の位置を次のワーク5においても焦点位置に近い位置に維持させることができ、フォーカスサーボ制御をより早く安定させることができる。また、このように各ワーク5上において良好にフォーカスサーボ制御が実行された状態で、レーザ光によるフォトレジスト層52の加工が行われるので、各ワーク5のフォトレジスト層52を精度良く加工することができる。
保持工程においてレーザ光を連続的に出射させ続けたので、保持工程においてレーザ光の出射を止める方法に比べ、次のワーク5のフォーカスサーボ制御開始時において、レーザ光を安定して出射させることができる。
支持台2を回転させることで複数のワーク5を公転させたので、シンプルな構造で複数のワーク5を、レーザ光照射装置3に対して相対移動させることができる。
前記実施形態では、保持工程においてレーザ光を連続的に出射させ続けたが、本発明はこれに限定されず、レーザ光を断続的に出射させ続けてもよい。また、この場合は、制御開始工程、制御停止工程および保持工程において、レーザ光照射装置からレーザ光を断続的に出射し続けることが望ましい。これによれば、レーザ光照射装置の制御は、レーザ光を常に断続的に出射し続けるといった単純な制御で済むので、制御効率を向上させることができる。さらに、この場合は、レーザの断続的な照射のタイミングを、スピンドルの回転に対応して出力される同期信号に同期させることにより、支持台の径方向に隣接するトラック間の加工位置関係を精密に制御することが望ましい。ここで、同期信号とは、位置を揃えるために定期的に出力される信号をいう。
前記実施形態では、フォーカスサーボ制御を非点収差法に基づいて行ったが、本発明はこれに限定されず、例えばフーコー法などに基づいて行ってもよい。
従って、フォトレジスト層に含有されるフォトレジスト材料としては、色素等の有機化合物が挙げられる。なお、フォトレジスト材料としては、有機材料に限られず、無機材料または無機材料と有機材料の複合材料を使用できる。ただし、有機材料であると、成膜をスピンコートやスプレー塗布により容易にでき、転移温度が低い材料を得易いため、有機材料を採用するのが好ましい。また、有機材料の中でも、光吸収量が分子設計で制御可能な色素を採用するのが好ましい。
例えば、レーザ光源の発振波長が780nm付近であった場合、ペンタメチンシアニン色素、ヘプタメチンオキソノール色素、ペンタメチンオキソノール色素、フタロシアニン色素、ナフタロシアニン色素などから選択することが有利である。この中でも、フタロシアニン色素またはペンタメチンシアニン色素を用いるのが好ましい。
また、レーザ光源の発振波長が660nm付近であった場合は、トリメチンシアニン色素、ペンタメチンオキソノール色素、アゾ色素、アゾ金属錯体色素、ピロメテン錯体色素などから選択することが有利である。
さらに、レーザ光源の発振波長が405nm付近であった場合は、モノメチンシアニン色素、モノメチンオキソノール色素、ゼロメチンメロシアニン色素、フタロシアニン色素、アゾ色素、アゾ金属錯体色素、ポルフィリン色素、アリリデン色素、錯体色素、クマリン色素、アゾール誘導体、トリアジン誘導体、ベンゾトリアゾール誘導体、1−アミノブタジエン誘導体、キノフタロン系色素などから選択することが有利である。
なお、上記の上限値及び下限値は、それぞれが任意で組み合わせることができる。
ここで、フォトレジスト層は、単層でも重層でもよく、重層構造の場合、塗布工程を複数回行うことによって形成される。
塗布液中の色素の濃度は、一般に0.01〜30質量%の範囲であり、好ましくは0.1〜20質量%の範囲、より好ましくは0.5〜15質量%の範囲、最も好ましくは0.5〜10質量%の範囲である。
上記溶剤は使用する色素の溶解性を考慮して単独で、或いは二種以上を組み合わせて使用することができる。塗布液中には、更に、酸化防止剤、UV吸収剤、可塑剤、潤滑剤等各種の添加剤を目的に応じて添加してもよい。
フォトレジスト層は、スピンコート法による形成に有利であるという点から、有機溶媒に対して色素を0.01〜30質量%で溶解することが好ましく、0.1〜20質量%で溶解することがより好ましく、0.5〜15質量%で溶解することがさらに好ましく、0.5〜10質量%で溶解することが最も好ましい。また、フォトレジスト材料は、熱分解温度が150℃以上500℃以下であることが好ましく、200℃以上400℃以下であることがより好ましい。
塗布の際、塗布液の温度は、23〜50℃の範囲であることが好ましく、24〜40℃の範囲であることがより好ましく、中でも、25〜30℃の範囲であることが特に好ましい。
褪色防止剤としては、一般的に一重項酸素クエンチャーが用いられる。一重項酸素クエンチャーとしては、既に公知の特許明細書等の刊行物に記載のものを利用することができる。
その具体例としては、特開昭58−175693号公報、同59−81194号公報、同60−18387号公報、同60−19586号公報、同60−19587号公報、同60−35054号公報、同60−36190号公報、同60−36191号公報、同60−44554号公報、同60−44555号公報、同60−44389号公報、同60−44390号公報、同60−54892号公報、同60−47069号公報、同63−209995号公報、特開平4−25492号公報、特公平1−38680号公報、及び同6−26028号公報等の各公報、ドイツ特許350399号明細書、そして日本化学会誌1992年10月号第1141頁等に記載のものを挙げることができる。前記一重項酸素クエンチャー等の褪色防止剤の使用量は、色素の量に対して、通常0.1〜50質量%の範囲であり、好ましくは、0.5〜45質量%の範囲、更に好ましくは、3〜40質量%の範囲、特に好ましくは5〜25質量%の範囲である。
この色素の吸収ピークの波長は、必ずしも可視光の波長域内であるものに限定されず、紫外域や、赤外域にあるものであっても構わない。
この厚みは、例えば、1〜10000nmの範囲で適宜設定することができ、厚さの下限は、好ましくは10nm以上であり、より好ましくは30nm以上である。厚さの下限値を前述した値に設定すると、エッチングマスクとしての効果を十分発揮することができる。また、厚さの上限は、好ましくは1000nm以下であり、より好ましくは500nm以下である。厚さの上限値を前述した値に設定すると、大きなレーザパワーが不要になるとともに、容易に深い穴を形成することができ、さらには、加工速度を上げることができる。
実施例では、20mm角の矩形のワークを直径120mmの支持台上に複数設置するとともに、ワークの線速が0.1m/sとなるように支持台を回転させ、波長405nmのレーザ゛を、NA0.85の光学系を用いて複数のワークに対してフォーカスサーボ制御および加工を行った。なお、ワークは、基板とフォトレジスト層とで構成した。詳細は以下の通りである。
材質 シリコン
厚さ 0.5mm
・色素層(フォトレジスト層)
下記化学式の色素材料2gをTFP(テトラフルオロプロパノール)溶剤100mlに溶解し、スピンコートした。スピンコートの際には、塗布開始回転数500rpm、塗布終了回転数1000rpmとして塗布液を基板の内周部にディスペンスし、徐々に2200rpmまで回転を上げた。なお、色素材料の屈折率nは1.986であり、消衰係数kは0.0418である。
フォーカス開始位置FS(図4のL1)を+500μm、加工開始位置CS(L2)を+550μm、加工停止位置CE(L3)を−550μm、フォーカス停止位置FE(L4)を−500μmとした。すなわち、実施例1では、レーザ光がワーク5の前端5bおよび後端5cからはみ出さないように、各位置を設定した。また、フォーカスサーボ制御の開始、加工開始、加工停止、フォーカスサーボ制御の停止の順に制御が実行されるように、各位置を設定した。そして、フォーカスサーボ制御を停止した後は、対物レンズ35をそのときの位置に保持した。その結果、次のワーク5においてもフォーカスサーボ制御が良好に実行されることが確認された。
フォーカス開始位置FS(L1)を+500μm、加工開始位置CS(L2)を+550μm、加工停止位置CE(L3)を0μm、フォーカス停止位置FE(L4)を0μmとした。すなわち、実施例2では、レーザ光がワーク5の後端5cからはみ出す可能性がある位置に、加工停止位置CEおよびフォーカス停止位置FEを設定した。そして、フォーカスサーボ制御を停止した後は、対物レンズ35の位置を次のワーク5の表面位置に合わせて再設定した。
フォーカス開始位置FS(L1)を+100μm、加工開始位置CS(L2)を+100μm、加工停止位置CE(L3)を−550μm、フォーカス停止位置FE(L4)を−500μmとした。すなわち、実施例3では、フォーカスサーボ制御と加工と同時に開始した。そして、フォーカスサーボ制御を停止した後は、対物レンズ35の位置を次のワーク5の表面位置に合わせて再設定した。その結果、フォーカスサーボ制御と加工と同時に開始する場合であっても、次のワーク5においてフォーカスサーボ制御が良好に実行されることが確認された。また、距離L1,L2を100μmにしても、フォーカスサーボ制御が良好に実行されることが確認された。
フォーカス開始位置FS(L1)を+500μm、加工開始位置CS(L2)を+550μm、加工停止位置CE(L3)を0μm、フォーカス停止位置FE(L4)を0μmとした。すなわち、比較例1では、レーザ光がワーク5の後端5cからはみ出す可能性がある位置に、加工停止位置CEおよびフォーカス停止位置FEを設定した。そして、フォーカスサーボ制御を停止した後は、対物レンズ35をそのときの位置に保持した。
フォーカス開始位置FS(L1)を0μm、加工開始位置CS(L2)を0μm、加工停止位置CE(L3)を−550μm、フォーカス停止位置FE(L4)を−500μmとした。すなわち、比較例2では、レーザ光がワーク5の前端5bからはみ出す可能性がある位置に、フォーカス開始位置FSおよび加工開始位置CSを設定した。そして、フォーカスサーボ制御を停止した後は、対物レンズ35をそのときの位置に保持した。
前述した化学式7に示した色素材料の代わりに以下の3種類の色素材料をそれぞれ用いてワークを作成し、前述した実施例1〜3と同様の各実験を行った。
ZnPc(α−SO2Bu−sec)4
屈折率n:1.82、消衰係数k:0.14
3 レーザ光照射装置
4 制御装置
5 ワーク
31 レーザ光源
35 対物レンズ
41 フォーカス手段
42 同期手段
43 出力調整手段
44 移動制御手段
45 記憶手段
51 基板
52 フォトレジスト層
CE 加工停止位置
CS 加工開始位置
FE フォーカス停止位置
FS フォーカス開始位置
Claims (17)
- 間隔を空けて配設される複数の対象物を支持する支持台と、反射光に基づいて光学部品を動かすフォーカスサーボ制御を行いながら前記対象物にレーザ光を照射するレーザ光照射装置とを、前記複数の対象物が並ぶ方向に相対移動させることで、前記レーザ光で複数の対象物を露光するレーザ露光方法であって、
前記レーザ光照射装置から照射されるレーザ光が前記対象物上のフォーカス開始位置に到達したことを条件として、前記フォーカスサーボ制御を開始させる制御開始工程と、
前記レーザ光照射装置から照射されるレーザ光が前記対象物上のフォーカス停止位置に到達したことを条件として、前記フォーカスサーボ制御を停止させる制御停止工程と、
前記レーザ光照射装置から照射されるレーザ光が前記対象物上のフォーカス停止位置から次の対象物上のフォーカス開始位置に到達するまでの間、前記光学部品の位置を所定位置に保持する保持工程と、を備え、
前記保持工程において、前記レーザ光照射装置からレーザ光を連続的または断続的に出射し続けることを特徴とするレーザ露光方法。 - 前記フォーカス開始位置および前記フォーカス停止位置は、前記レーザ光のすべてが前記対象物上に照射される位置であることを特徴とする請求項1に記載のレーザ露光方法。
- 前記制御開始工程、前記制御停止工程および前記保持工程において、
前記レーザ光照射装置からレーザ光を断続的に出射し続けることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のレーザ露光方法。 - 前記所定位置は、前記フォーカスサーボ制御が停止したときの前記光学部品の位置であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のレーザ露光方法。
- 前記所定位置は、次に露光する対象となる対象物の表面に対応した位置であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のレーザ露光方法。
- 前記所定位置は、フォーカスエラー信号のS字カーブのピークの間に相当する位置であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のレーザ露光方法。
- 前記支持台を回転させることで、前記複数の対象物を前記支持台の回転軸を中心に公転させることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のレーザ露光方法。
- 前記対象物における前記支持台の回転中心側のエッジから1μm以上内側の部位であり、かつ、前記対象物における前記支持台の回転中心から最も遠い側のエッジから1μm以上内側である部位に対して、レーザ光を照射することを特徴とする請求項7に記載のレーザ露光方法。
- フォトレジスト層を有する複数の対象物を間隔を空けて支持する支持台と、反射光に基づいて光学部品を動かすフォーカスサーボ制御を行いながら前記対象物のフォトレジスト層にレーザ光を照射するレーザ光照射装置とを、前記複数の対象物が並ぶ方向に相対移動させることで、前記レーザ光で複数の対象物のフォトレジスト層を露光するフォトレジスト層の加工方法であって、
前記レーザ光照射装置から照射されるレーザ光が前記対象物上のフォーカス開始位置に到達したことを条件として、前記フォーカスサーボ制御を開始させる制御開始工程と、
前記レーザ光照射装置から照射されるレーザ光が前記対象物上のフォーカス停止位置に到達したことを条件として、前記フォーカスサーボ制御を停止させる制御停止工程と、
前記レーザ光照射装置から照射されるレーザ光が前記対象物上のフォーカス停止位置から次の対象物上のフォーカス開始位置に到達するまでの間、前記光学部品の位置を所定位置に保持する保持工程と、を備え
前記保持工程において、前記レーザ光照射装置からレーザ光を連続的または断続的に出射し続けることを特徴とするフォトレジスト層の加工方法。 - 前記フォーカス開始位置よりも前記対象物の移動方向後側の位置に設定される加工開始位置に、前記レーザ光が到達したことを条件として、前記フォーカスサーボ制御開始時よりもレーザ光の出力を上げる加工開始工程と、
前記フォーカス停止位置よりも前記対象物の移動方向前側の位置に設定される加工停止位置に、前記レーザ光が到達したことを条件として、前記フォーカスサーボ制御開始時の出力までレーザ光の出力を下げる加工停止工程と、を備えたことを特徴とする請求項9に記載のフォトレジスト層の加工方法。 - 前記加工開始工程において、
前記条件の代わりに、前記フォーカスサーボ制御において前記光学部品の焦点位置までの距離が±300μm以内になったことを条件として、前記フォーカスサーボ制御開始時よりもレーザ光の出力を上げることを特徴とする請求項10に記載のフォトレジスト層の加工方法。 - 前記フォーカスサーボ制御において前記光学部品の焦点位置までの距離が所定範囲外に外れた場合に、レーザ光の出力をフォーカスサーボ制御開始時の出力に維持または変更する加工禁止制御を実行することを特徴とする請求項9〜請求項11のいずれか1項に記載のフォトレジスト層の加工方法。
- 前記加工禁止制御を実行した場合に、当該加工禁止制御を実行した際のフォーカス開始位置と同じ位置に前記レーザ光が戻ってくるように、前記支持台および前記レーザ光照射装置の少なくとも一方を相対移動させることを特徴とする請求項12に記載のフォトレジスト層の加工方法。
- 前記フォーカスサーボ制御において前記光学部品の焦点位置までの距離が所定範囲外に外れた場合に、当該フォーカスサーボ制御におけるフォーカス開始位置に対応した欠陥情報を記憶手段に記録することを特徴とする請求項9〜請求項11のいずれか1項に記載のフォトレジスト層の加工方法。
- 前記フォーカスサーボ制御において前記光学部品の焦点位置までの距離が所定範囲外に外れた場合に、すべての制御を停止させることを特徴とする請求項9〜請求項11のいずれか1項に記載のフォトレジスト層の加工方法。
- 前記フォトレジスト層が、ヒートモードの形状変化が可能な材料で形成されていることを特徴とする請求項9〜請求項15のいずれか1項に記載のフォトレジスト層の加工方法。
- 請求項9〜請求項16のいずれか1項に記載のフォトレジスト層の加工方法によって前記フォトレジスト層に形成される穴部パターンを利用して、当該穴部パターンに対応した形状が形成されるパターン成形品を製造することを特徴とするパターン成形品の製造方法。
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