JPH06349697A - 微小円形パターンの形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 １μｍ以下の微小円形パターンを形成するこ
とができる新規な方法を提供する。 【構成】 ガラス基板１０の上に、厚み１μｍ程度のポ
ジ型レジスト層を形成する。直径５μｍ程度のＣｒ円形
パターン４０が形成されたガラス製のマスク板３０を、
このレジスト層に密着させて露光すると、円形パターン
４０に対応する円形の輪郭をもった境界線により、露光
部分２１と非露光部分２２とが形成される。このとき、
基板１０上面における散乱光の回り込み現象により、非
露光部分２２の中心部に、直径０．５μｍ程度の微小露
光部分２３が生じる。この微小露光部分２３が、目的と
する微小円形パターンである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は微小円形パターンの形成
方法、特に、直径１μｍ以下の微小円形パターンを形成
する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子デバイスの集積度は年々向上してき
ており、現在では、μｍのオーダの微細な加工が可能と
なってきている。特に、電子線描画によるパターン形成
方法を用いれば、直径が数μｍ程度の円形パターンを形
成することも可能である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】今後も、電子デバイス
の集積度は益々向上することが予想されるが、現在のパ
ターニング技術では、１μｍ以下の微小円形パターンを
形成することは非常に困難である。現在、最も微細な加
工に適している電子線描画による方法でも、直径１．５
μｍ程度の円形パターンを形成するのが限度であり、１
μｍ以下の微小円形パターンの形成は、実用レベルでは
これまで行われていない。

【０００４】そこで本発明は、１μｍ以下の微小円形パ
ターンを形成することができる新規な方法を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】(1) 本願第１の発明
は、基板上の感光層に微小な円形パターンを形成する方
法において、形成すべき円形パターンの直径よりも大き
な直径をもつ円形パターンが形成されたマスク板を用意
し、このマスク板を感光層の表面に密着させ、このマス
ク板を通して感光層への露光を行うようにしたものであ
る。

【０００６】(2) 本願第２の発明は、基板上の材料層
に微小な円形パターンを形成する方法において、材料層
上に感光層を形成し、形成すべき円形パターンの直径よ
りも大きな直径をもつ円形パターンが形成されたマスク
板を用意し、このマスク板を感光層の表面に密着させ、
このマスク板を通して感光層への露光を行い、感光層を
現像し、残った感光層をマスクとして用いて材料層に対
するエッチングを行うようにしたものである。

【０００７】(3) 本願第３の発明は、上述の第１また
は第２の発明に係る微小円形パターンの形成方法におい
て、マスク板に形成した円形パターン径と、このマスク
板を用いた露光により感光層に形成される微小円形パタ
ーン径と、の関係を示すグラフを予め作成しておき、こ
のグラフを用いて、形成すべき微小円形パターンの径に
対応するマスク板上の円形パターンの径を決定するよう
にしたものである。

【０００８】

【作 用】本発明の基本原理は、直径が数μｍ程度の円
形パターンをマスク板に形成し、このマスク板を感光層
に密着させて露光したときに、感光層側には、マスク板
に形成された円形パターンの像だけではなく、この円形
パターンよりも小さな１μｍ以下の径をもった別な円形
パターンの像が得られるという現象によるものである。
本願発明者は、このような現象を偶然発見し、本願発明
を想到するに至ったのである。

【０００９】より具体的に説明すれば、たとえば、直径
０．５μｍの微小円形パターンを形成する場合、これよ
り径の大きな円形パターン（たとえば、直径５μｍの円
形パターン）をマスク板に形成し、感光層に対する露光
を行えばよい。感光層にはもちろん、直径５μｍの円形
パターンの像が得られるが、それだけではなく、直径
０．５μｍの微小円形パターンの像も得られるのであ
る。

【００１０】

【実施例】以下、本発明を図示する実施例に基づいて説
明する。いま、図１に側断面を示すように、基板１０の
上面に所定の厚みで感光層２０が形成されており、この
感光層２０に、直径が１μｍ以下の微小円形パターンを
形成する場合を考える。この実施例では、基板１０とし
てガラス製の基板を用い、感光層２０として一般的なレ
ジスト層を形成している。このレジスト層に微小円形パ
ターンを形成するには、マスク板３０を用意し、このマ
スク板３０の下面に円形パターン４０を形成する。この
実施例では、マスク板３０としては、やはりガラス製の
基板を用い、円形パターン４０はクロム（Ｃｒ）によっ
て形成してある。円形パターン４０は、図１の側断面図
には厚み部分しか現れていないが、平面的には円形をし
たパターンである。ただ、その直径は５μｍほどであ
り、感光層２０に形成すべき１μｍ以下の微小円形パタ
ーンに比べて、大きな直径をもつ円形パターンとなって
いる。

【００１１】このようなマスク板３０が用意できたら、
図２に示すように、このマスク板３０を感光層２０に密
着させる。より厳密に言えば、感光層２０の上面に、円
形パターン４０の下面が接触した状態にする。この状態
で、マスク板３０の上方の露光用光源（図示されていな
い）から光Ｌを照射し、感光層２０に対する露光を行
う。その結果、図３に示すように、感光層２０には、光
の照射を受けた露光部分２１と、円形パターン４０の影
になって光の照射を受けなかった非露光部分２２と、が
形成されることになる。ここで、非露光部分２２は、円
形パターン４０と同じ直径をもった円形パターンであ
る。

【００１２】本願発明者は、このような露光を行った場
合、本来形成されるべきではない微小円形パターンが形
成される事実を発見した。すなわち、非露光部分２２の
中央部に、微小露光部分２３が形成されたのである。こ
の微小露光部分２３は、円形パターン４０の直径に比べ
てかなり小さな直径の微小円形パターンとなる。より具
体的に言えば、円形パターン４０の直径が５μｍ程度で
ある場合、微小露光部分２３の直径は、たとえば、０．
５μｍ程度となる（この寸法に関する条件は、後に具体
例を挙げて説明する）。ここで、このレジスト層に対す
る現像を行うと、ポジ型レジストを用いた場合には、露
光部分２１および微小露光部分２３が除去され、図４に
示すように、非露光部分２２のみが残ることになる。ま
た、ネガ型レジストを用いた場合には、非露光部分２２
が除去され、図５に示すように、露光部分２１および微
小露光部分２３が残ることになる。いずれにしても、結
果的には２つの円形パターンが得られる。この様子は、
図６の上面図に明瞭に示されている。第１の円形パター
ンＰ１は、円形パターン４０と同じ直径（たとえば、５
μｍ）をもった円形パターンであり、第２の円形パター
ンＰ２は、円形パターン４０の直径よりも小さな直径
（たとえば、０．５μｍ）をもった微小円形パターンで
ある。

【００１３】これまでのパターニングの理論では、第１
の円形パターンＰ１が形成されるのは全くの常識と言う
べき現象である。すなわち、マスク板３０に形成したパ
ターンと同じ大きさ、同じ形状をもったパターンの潜像
がレジスト層に形成されることは、技術的常識からして
当然のことである。これに対し、第２の円形パターンＰ
２が形成されるのは、これまでの技術的常識からは予期
できない現象である。このような現象が生じるために
は、いくつかの前提条件が必要になると考えられるが、
これら前提条件についての考察は後に行うことにする。
ただ、直径数μｍ程度の大きさの円形パターンをマスク
板上に形成して露光を行うと、かなり起こりやすい現象
であることは確かである。しかしながら、本願発明者の
知る限り、このような現象の報告はこれまでになされて
いない。これは、おそらく、このような現象が発生して
いたとしても、この現象が再現性ある物理現象として認
識されることがなかったためと思われる。

【００１４】本願発明者も当初は、このような微小円形
パターンの生成について、再現性ある物理現象であると
の認識はもたなかった。すなわち、当初は、露光を行う
光学系のレンズ収差やアライナーの位置合わせ不良な
ど、装置の不良に基づく現象であるとの認識をもってい
た。ところが、実験を繰り返すうちに、どの露光装置を
用いても共通して生じる再現性のある物理現象であるこ
とが確認できた。このような現象についての理論的な考
察は未だ不十分であるが、本願発明者は、次のような理
由によりこの現象を説明できるものと考えている。すな
わち、図２において、光Ｌを照射した場合、その一部は
感光層２０を完全に透過し、基板１０と感光層２０との
界面にまで到達する。そして、この界面において光の散
乱が生じ、散乱光は互いに干渉を及ぼすことになる。微
小円形パターンは、この散乱光の特定波長成分が集束
し、いわば中心部への回り込み現象により発生したもの
と考えることができる。後述するように、形成される微
小円形パターンの直径は、基板１０の材質によって異な
るが、これは、基板１０の材質によって界面における散
乱状態が変わるためであると思われる。

【００１５】本願発明者は、上述の現象が再現性ある物
理現象であることを確認し、この現象を、直径１μｍ以
下の微小円形パターンの形成に利用できることを思い付
いたのである。すなわち、図１に示すような円形パター
ン４０が形成されたマスク板３０を用いた露光は、本
来、図６に示す第１の円形パターンＰ１を得るためのも
のであるが、第１の円形パターンＰ１とともに第２の円
形パターンＰ２が得られることがわかっていれば、この
第２の円形パターンＰ２を得る目的でこのような露光を
行ってもよいわけである。もっとも、上述した方法で
は、第２の円形パターンＰ２だけを得ることはできない
ので、最終的に第１の円形パターンＰ１を除外したい場
合には、そのための工程を付加する必要がある。

【００１６】続いて、本願発明者が行った実験に基づく
より具体的な実施例を説明する。なお、本願図面におけ
る各部の寸法は、説明の便宜上、下記の各実施例に示さ
れた各部の寸法比を無視して描いてある。

【００１７】＜第１の具体的実施例＞ガラス基板上に、
ポジ型の光軟化型レジスト（東京応化工業株式会社製：
ＯＦＰＲ−８００ ２０ｃｐ）を１μｍ程度の厚みに塗
布し、図１に示す基板１０および感光層２０を形成し
た。一方、ガラス製のマスク板３０上にクロム層からな
る円形パターン４０（直径を２〜１０μｍに変化させて
数回の実験を行った）を形成した。そして、レジストか
らなる感光層２０を温度８５℃でプリベークした後、図
２に示すように、マスク板３０を感光層２０に圧着させ
た。この際の圧着圧力は、３ｋｇ／ｃｍとした。そし
て、波長４０５ｎｍの紫外線（光源としては、ウシオ電
機株式会社製：ＵＳＨ−２００４ＭＡを用いた）を５〜
３０ｍＷ／ｃｍ^２の強度でマスク板３０の上方から照射
し、感光層２０に対する露光を行った。この際の露光時
間は１〜５ｓｅｃとした。露光終了後、ただちに、現像
液（東京応化工業株式会社製：ＮＭＤ−３）による現像
を行った。この際の現像時間は４５〜６０ｓｅｃとし
た。現像後、十分に水洗いを行い、窒素ガスを送風する
ことにより水分を取り除いた。更に、その後、１２０℃
の大気中において３０分間にわたりポストベークを行
い、レジストを完全に硬化させた。以上の工程を経るこ
とにより、図４に示すように、非露光部分２２からなる
円形パターンの中心に、微小円形パターンが出現した。

【００１８】＜第２の具体的実施例＞図７の側断面図に
示すように、ガラス基板１０上に、クロムからなる材料
層５０を厚み０．２μｍで形成し、その上に上述した第
１の具体的実施例と同様のポジ型レジストを塗布して感
光層２０とした。続いて、上述した第１の具体的実施例
と同様に、ガラス製のマスク板３０上にクロム層からな
る円形パターン４０を形成し、図８に示すように、マス
ク板３０を感光層２０に圧着させ、露光を行った。この
結果、図９に示すように、露光部分２１と非露光部分２
２とが形成され、更に、非露光部分２２の中央部に微小
露光部分２３が形成された。この後、現像、乾燥、ポス
トベークを行うことにより、図１０に示すように、レジ
スト層のうち非露光部分２２のみを残した。そして、ク
ロムエッチング溶液（ザ・インテック株式会社製：ＭＲ
−ＥＳ）に４５〜９０ｓｅｃほど浸漬させ、クロムから
なる材料層５０に対するエッチングを行った。その後、
純水を用いてエッチング溶液を十分に洗い流し、乾燥を
行った。そして、アセトンを用いてレジスト層の非露光
部分２２を剥離除去すると、図１１に示すように、基板
１０の上にクロムからなるポジパターン層５２が得られ
た。このポジパターン層５２は、第１の円形パターンＰ
１を輪郭にもつパターンであるが、中心部には、微小な
第２の円形パターンＰ２が出現している。

【００１９】なお、ネガ型レジストを用いた場合には、
現像後は、図１２に示すように、レジスト層のうち露光
部分２１および微小露光部分２３が残ることになり、ク
ロムエッチングを行うと、図１３に示すように、ネガパ
ターン層５１，５３が得られることになり、やはり第１
の円形パターンＰ１の中心部に微小な第２の円形パター
ンＰ２が出現する。

【００２０】＜第３の具体的実施例＞上述した第２の具
体的実施例におけるクロムの材料層５０の代わりに、ア
ルミニウムの材料層を用いた。このため、エッチング工
程では、アルミニウムエッチング溶液（菱江化学株式会
社製：ＭＲ−ＡＬＥ）に２〜５分間ほど浸漬させ、アル
ミニウムに対するエッチングを行ったが、その他は、第
２の具体的実施例と全く同じ工程を実施した。

【００２１】以上、３つの具体的実施例を述べたが、形
成される微小円形パターンＰ２の直径を左右する最も重
要なパラメータは、マスク板３０上に形成しておく円形
パターン４０の直径（円形パターンＰ１の直径と等し
い）であることがわかった。図１４は、マスク板上の円
形パターン径と、形成される微小円形パターン径との関
係を、上述の３つの具体的実施例について示したグラフ
である。いずれの実施例においても、マスク板上の円形
パターン径が大きくなるほど、形成される微小円形パタ
ーン径は小さくなる関係にあることがわかる。また、３
つの実施例によって異なるグラフが得られたことから、
感光層２０の下に形成されている層の材料（実施例１で
はガラス、実施例２ではクロム、実施例３ではアルミニ
ウム）も、形成される微小円形パターンＰ２の直径を左
右するパラメータのひとつであることがわかる。この
他、微小円形パターンＰ２の直径を左右するパラメータ
としては、感光層２０の厚みが考えられるが、感光層２
０の厚みを０．５〜２．５μｍの範囲で変化させてみた
結果では、有意差はみられなかった。なお、０．５μｍ
以下の厚み、あるいは２．５μｍ以上の厚みの感光層に
ついては、実験を行っていないが、やはり有意差はみら
れないものと思われる。また、露光を行う際のマスク板
３０と感光層２０との密着度を変化させてみたが、圧着
圧力の変化は露光濃度に影響を与えるものの、微小円形
パターンＰ２の直径には影響は現れなかった。

【００２２】現在のところ、マスク板側の円形パターン
の大きさと、感光層側に形成される微小円形パターンの
大きさと、の関係式を理論的に求めることは困難であ
る。したがって、特定の直径をもった微小円形パターン
を得るためには、どれほどの大きさの円形パターンをマ
スク板に形成しておけばよいかを定める一般式を立てる
ことはできない。ただ、厚み０．５〜２．５μｍの感光
層を用い、マスク板側に直径２〜１０μｍ程度の円形パ
ターンを形成して露光を行えば、感光層側に１．２〜
０．２μｍ程度の微小円形パターンが得られるというこ
とは、図１４のグラフに示されているように実証済みで
ある。もちろん、材料層の材料を別なものにすれば、多
少は異なったグラフが得られるものと予想される。しか
し、材料を特定すれば、その材料についての図１４に示
すようなグラフを得ることは実験により容易にできる。
したがって、このようなグラフを用意しておけば、０．
１〜１μｍの間の任意の直径をもった微小円形パターン
を形成することが可能である。たとえば、アルミニウム
材料層に、直径０．４μｍほどの微小円形パターンを形
成したいのであれば、図１４のグラフから、直径４．３
μｍほどの円形パターンをマスク板側に形成しておけば
よいことがわかる。このように、本発明の基本原理は、
現段階においては、理論的、数値的な解析が十分ではな
いが、実際的な利用は現段階でも十分に行い得るもので
ある。

【００２３】以上、本発明を図示するいくつかの実施例
に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施例のみに
限定されるものではなく、この他にも種々の態様で実施
可能である。特に、基板、感光層、マスク板などに用い
る材料は、上述した実施例に用いられているものの他、
どのようなものを用いてもかまわない。

【００２４】

【発明の効果】以上のとおり本発明に係る微小円形パタ
ーンの形成方法によれば、マスク板側に形成された円形
パターンよりも直径の小さな円形パターンを感光層に得
ることができるため、１μｍ以下の微小円形パターンを
形成することができるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】感光層上に微小円形パターンを形成する本発明
の第１の実施例に係る方法を示す側断面図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係る方法における露光
工程を示す側断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例に係る方法における露光
工程後の状態を示す側断面図である。

【図４】本発明の第１の実施例に係る方法における現像
工程後の状態（感光層としてポジ型レジストを用いた場
合）を示す側断面図である。

【図５】本発明の第１の実施例に係る方法における現像
工程後の状態（感光層としてネガ型レジストを用いた場
合）を示す側断面図である。

【図６】本発明の第１の実施例に係る方法によって形成
される２つの円形パターンを示す平面図である。

【図７】感光層上に微小円形パターンを形成する本発明
の第２の実施例に係る方法を示す側断面図である。

【図８】本発明の第２の実施例に係る方法における露光
工程を示す側断面図である。

【図９】本発明の第２の実施例に係る方法における露光
工程後の状態を示す側断面図である。

【図１０】本発明の第２の実施例に係る方法における現
像工程後の状態（感光層としてポジ型レジストを用いた
場合）を示す側断面図である。

【図１１】本発明の第２の実施例に係る方法におけるエ
ッチング工程後の状態（感光層としてポジ型レジストを
用いた場合）を示す側断面図である。

【図１２】本発明の第２の実施例に係る方法における現
像工程後の状態（感光層としてネガ型レジストを用いた
場合）を示す側断面図である。

【図１３】本発明の第２の実施例に係る方法におけるエ
ッチング工程後の状態（感光層としてネガ型レジストを
用いた場合）を示す側断面図である。

【図１４】本発明に係る微小円形パターンの形成方法に
おいて、種々の条件で形成される微小円形パターンの直
径の値を示すグラフである。

【符号の説明】

１０…基板 ２０…感光層 ２１…露光部分 ２２…非露光部分 ２３…微小露光部分 ３０…マスク板 ４０…円形パターン ５０…材料層 ５１…ネガパターン層 ５２…ポジパターン層 ５３…ネガパターン層 Ｐ１…円形パターン Ｐ２…微小円形パターン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上の感光層に微小な円形パターンを
   形成する方法であって、 形成すべき円形パターンの直径よりも大きな直径をもつ
   円形パターンが形成されたマスク板を用意し、このマス
   ク板を前記感光層の表面に密着させ、このマスク板を通
   して前記感光層への露光を行うようにしたことを特徴と
   する微小円形パターンの形成方法。
2. 【請求項２】 基板上の材料層に微小な円形パターンを
   形成する方法であって、 前記材料層上に感光層を形成し、形成すべき円形パター
   ンの直径よりも大きな直径をもつ円形パターンが形成さ
   れたマスク板を用意し、このマスク板を前記感光層の表
   面に密着させ、このマスク板を通して前記感光層への露
   光を行い、前記感光層を現像し、残った感光層をマスク
   として用いて前記材料層に対するエッチングを行うよう
   にしたことを特徴とする微小円形パターンの形成方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２のいずれかに記載の微
   小円形パターンの形成方法において、 マスク板に形成した円形パターン径と、このマスク板を
   用いた露光により感光層に形成される微小円形パターン
   径と、の関係を示すグラフを予め作成しておき、このグ
   ラフを用いて、形成すべき微小円形パターンの径に対応
   するマスク板上の円形パターンの径を決定することを特
   徴とする微小円形パターンの形成方法。