JPH1048810A

JPH1048810A - リソグラフィ方法

Info

Publication number: JPH1048810A
Application number: JP20608796A
Authority: JP
Inventors: Yotaro Hatamura; 洋太郎畑村; Masayuki Nakao; 政之中尾
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-08-05
Filing date: 1996-08-05
Publication date: 1998-02-20

Abstract

(57)【要約】【課題】露光線幅が細く、露光所要時間が短く、か
つ、通常の安価線源装置を用いることができるリソグラ
フィ方法を提供すること。【解決手段】基板３上にはレジスト層４が塗布されて
いる。一方、ガラス板１０には凸部１０ａと凹部１０ｂ
により所要のパタンが作成されている。凸部１０ａをレ
ジスト層４に密着、押し込み、又は近接した状態で紫外
線１１をガラス板１０の裏面に全反射させると、ガラス
板１０のおもて面の凹凸面に沿って10ｎｍオーダの厚み
で局在する光（しみだし光）が発生する。このしみだし
光により、凸部１０ａに面対するレジスト層４んお部分
４ａが感光する。感光したレジスト層４を現像すると図
１の（ｂ）に示すように感光した部分のレジスト層４ａ
が残り、ガラス板１０の凸部１０ａのパタンが転写され
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体、集積回
路、半導体レーザ、液晶等の製造において用いられるリ
ソグラフィ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】リソグラフィ方法は、露光転写した画像
（パタン）を露光転写して、基板上に当該パタンを形成
する方法である。従来のリソグラフィ方法のいくつかを
図により説明する。

【０００３】図９は光線として紫外線を用いた紫外線リ
ソグラフィ方法を説明する図である。この図で、１はガ
ラス板、２はガラス板１上に設けられたマスクである。
マスク２はクロム等で作成され、その有無によってパタ
ンが形成されている。２ｂはマスク上に膜が形成されて
光がしゃへいされる部分、２ａはそれがなくて光が透過
する部分である。３はシリコンより成る、又はシリコン
上に金属や酸化膜等を付着して形成される基板、４は基
板３上に付着されたレジスト層である。レジスト層４は
周知のように光が当ると構造が変化する（感光する）樹
脂より成る層である。

【０００４】ガラス板１と基板３を図示のように配置
し、マスク２の表面に300ｎｍ程度の短波長の紫外線５
を照射すると、紫外線５はマスク２の膜が形成されてい
る部分２ｂで遮蔽され、遮蔽されていない部分２ａを透
過して（透過光が符号５ａで示されている）レジスト層
４に当り、その部分４ａが感光して構造が変化する。こ
の状態で現像のエッチングを行うと、部分４ａが除去さ
れ、他の部分（紫外線５が当らなかった部分）が残る。
レジスト層４の物質および現像液の選択により、部分４
ａを残し他の部分を除去することもできる。これにより
マスク２のパタンがレジスト層４上に転写される。その
後、このレジスト層４をマスクにして基板３上に別の膜
を成膜したり、基板３をエッチングしたりすると、マス
ク２のパタンを基板３上に転写できる。

【０００５】図１０はＸ線を用いたＸ線リソグラフィ方
法を説明する図である。この図で、図９に示す部分と同
一部分には同一符号を付して説明を省略する。６は図９
に示すマスク２と同様にパタンが形成されたマスクであ
るが、クロムではなく金を用いて作られている。６ａ、
６ｂはそれぞれパタンのＸ線透過部分と不透過部分を示
す。７はＸ線、７ａはマスク６のＸ線透過部分６ａを透
過したＸ線を示す。上記紫外線リソグラフィ方法と同じ
く、レジスト層４のＸ線７ａが当った部分４ａは構造が
変化し、エッチングにより部分４ａが除去され又は残さ
れ、転写が行われる。

【０００６】図１１は電子線リソグラフィ方法を説明す
る図である。この図で、３は基板、４はレジスト層であ
り、いずれも図９、１０に示すものと同一又は等価のも
のである。８は集束された電子ビームを示す。リソグラ
フィの露光時には、この電子ビーム８を矢印Ａ方向に走
査させながら、所定の区間で電子ビーム８を磁場によっ
て遮断し、他の区間で電子ビーム８を照射する。図で
は、電子ビーム８の照射区間が「ＯＮ」で、非照射区間
が「ＯＦＦ」で示されている。上記紫外線やＸ線のリソ
グラフィ方法と同じく、レジスト層４の電子ビーム８が
当った部分４ａは構造が変化し、エッチングにより部分
４ａが除去され又は残され、転写が行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記リソグラフィ方法
において、図９に示す紫外線リソグラフィ方法は、１枚
のマスクで一度に広い面積のパタンを転写することがで
きるが、比較的波長の長い紫外線を用いるので、光が透
過する部分２ａの幅ｄ₁ を波長程度より小さくすること
はできない。なお、この幅はパタン上では線幅となるこ
とが多いので、以下これを露光線幅と称する。一方、図
１０に示すＸ線リソグラフィ方法は、紫外線リソグラフ
ィ方法と同じ効果を有する他に、幅ｄ₂ を100 ｎｍ以下
とすることができるという効果を有するが、Ｘ線発生装
置が極めて高価であり（例えばシンクロトロン放射光発
生装置は現時点で30億円以上）、実用上問題がある。さ
らに、図１１に示す電子線リソグラフィ方法は、電子線
を磁界で絞って集束させるため、電子ビーム８を50ｎｍ
と細くすることができ、したがって露光線幅ｄ₃ も50ｎ
ｍと小さくすることができる。しかし、走査によりレジ
スト層４を照射するため、所要の面積を露光するのに多
くの時間を要し、例えば、１ｍｍ四方の露光に約１分を
要する。このように、従来のリソグラフィ方法では、レ
ジスト層の露光線幅、露光の所要時間、線源装置のコス
トの総てを満足させることはできなかった。

【０００８】本発明の目的は、上記従来技術における課
題を解決し、露光線幅が細く、露光所要時間が短く、か
つ、通常の安価線源装置を用いることができるリソグラ
フィ方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、基板にレジスト層を設け、このレジスト
層に任意のパタンを露光させるリソグラフィ方法におい
て、前記パタンに対応する凹凸が形成され、かつ、投射
される光に対して透明な透明部材を、前記凹凸のうちの
凸部が前記レジスト層に近接又は密着した状態で前記基
板上に配置し、前記透明部材に前記光を投射し、これに
より発生する前記凸部に局在する光により前記レジスト
層を感光させることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施の形態
に基づいて説明する。図１は本発明の第１の実施の形態
に係るリソグラフィ方法を説明する図である。図１の
（ａ）は実施方法を説明する図、図１の（ｂ）は得られ
たパタンを示す図である。図１で、３は基板、４はレジ
スト層であり、従来の基板およびレジスト層と同一又は
等価のものである。１０は透明部材（例えば石英ガラス
等で作られるガラス板、以下、ガラス板で代表させ
る）、１０ａはガラス板１０の凸部、１０ｂはガラス板
１０の凹部である。これら凸部１０ａと凹部１０ｂによ
りガラス板１０上に所要のパタンが作られる。１１はガ
ラス板１０に照射する紫外線、可視光線等の投射光（以
下、紫外線で代表させる）である。本実施の形態では、
上記のような凹凸１０ａ、１０ｂが形成されたガラス板
１０を用いてリソグラフィの露光を実施する。そこで、
まず、凹凸パタンを有する上記ガラス板１０の製造方法
および本実施の形態のリソグラフィ方法の原理を図によ
り説明する。

【００１１】図２はガラス板１０の製造方法を説明する
図である。図２の（ａ）は凹凸形成前のガラス板１０を
示し、ガラス板１０の表面（凹凸が形成される側の面）
にはレジスト層１２が、例えば 100ｎｍの厚さで塗布さ
れている。この状態で、電界放射形の電子線源から電子
ビームをレジスト層１２の所要領域に照射する。照射領
域が１２ａで、非照射領域が１２ｂで示されている。こ
の場合、照射領域１２ａの線幅ｄ₄ は50ｎｍと細くする
ことができる。次に、現像により照射領域１２ａを残
し、非照射領域１２ｂを除去する。

【００１２】この状態のガラス板１０の表面に、六弗化
硫黄（ＳＦ₆ ）の高速原子線（ＦＡＢ）を 3ｋＶで 5分
間照射してエッチングを行うと、図２の（ｂ）に示すよ
うに、ガラス板１０におけるレジスト層１２が存在しな
い領域（非照射領域１２ｂに対応する領域）が高さｈ
（例えば50ｎｍ）だけ除去され、次いで、残っているレ
ジスト層１２ａを除去すれば、凸部１０ａと凹部１０ｂ
が形成され、高さ50ｎｍの凹凸のパタンを得ることがで
きる。

【００１３】図３もガラス板１０の製造方法を説明する
図であり、図２の（ｂ）に対応する図である。図２に示
す部分と同一又は等価な部分には同一符号が付してあ
る。図２に示す製造方法では、非照射領域１２ｂのガラ
ス板１０部分のエッチングの線源として六弗化硫黄（Ｓ
Ｆ₆ ）の高速原子線１４を使用したが、図３に示すエッ
チングでは、六弗化硫黄（ＳＦ₆ ）のイオン線１５が使
用される。高速原子線１４は電気的に中性であるので、
電気的に絶縁物であるガラス板１０は帯電されず、高速
電子線１４は直線的に照射される。この結果、凸部１０
ａの側面はほぼ垂直となる。しかし、イオン線１５は電
気的に中性ではないので、ガラス板１０が帯電し、イオ
ン線１５と反発し合う。この結果、凸部１０ａの側面１
０ａ₁ が凸部上の突出平面１０ａ₂ となす角θは90度と
はならず、図示のようにそれより小さな角度、例えば70
度となる。

【００１４】以上、ガラス板１０の製造方法を説明し
た。次に、本実施の形態のリソグラフィの原理を説明す
る。図４は本実施の形態のリソグラフィの原理を説明す
る図である。この図で、１０はガラス板、１０ａは凸
部、１０ｂは凹部であり、図１に示すものと同じであ
る。ところで、近年、透明体に光が投射されたとき、そ
の透過光や反射光の他に、当該透明体の外面に沿って光
の波長以下、例えば10ｎｍオーダの微小な厚みで光の場
が局在することが知られるようになった。この光の場
は、ある物体の表面から内部の物質がしみだしている状
態に類似しているので、以下、この光の場に存在する光
をしみだし光と称する。図４の（ａ）では、このしみだ
し光が破線および符号２０で示されている。

【００１５】しみだし光２０の光の強度は、しみだし光
２０も電磁波であるから古典力学におけるマックスウエ
ルの式を用いて理論的に求めることができる。図４の
（ｂ）は、凸部１０ａの突出面１０ａ₂ 上のしみだし光
２０の強度を示す図であり、横軸にガラス板１０上の位
置（図で横方向の位置）、縦軸にしみだし光の強さがと
ってある。図示のように、しみだし光は、筒部１０ａの
稜線の部分、即ちかど部において大きな値を示す。な
お、凹部１０ｂのしみだし光２０の強さは、凹部１０ｂ
が突出面１０ａ₂ から大きく離れているのでほぼ０とな
る。ここで、図２の（ｂ）に一点鎖線で示すような光の
強さのレベルにレジスト層４の感光レベルを設定する
と、当該レベル以上の強さのしみだし光は、凸部１０ａ
のかど部から幅ｄ₅ だけはみでることになる。

【００１６】図５は図３に示す方法で製造した凸部に対
するしみだし光の強度を説明する図である。図示の場
合、凸部１０ａの側面１０ａ₁ が垂直ではないので、図
５の（ｂ）に示すようにかど部におけるしみだし光２０
の立上りはなだらかであり、かど部からのはみだし幅ｄ
₆ は側面１０ａ₁ が垂直な場合のはみだし幅ｄ₅ より大
きくなる。

【００１７】本実施の形態では、上述のガラス板１０お
よびしみだし光２０を用いてリソグラフィの露光を行う
もので、図１の（ａ）に示すように、ガラス板１０の凸
部１０ａの突出面１０ａ₂ を基板３上のレジスト層４に
密着又は近接させて配置し、この状態でガラス板１０の
裏面に紫外線１１を照射する。なお、上記近接させる場
合には、両者の間隔は、使用する線源（紫外線等の投射
光源）の波長以下の距離とする（以下の各実施の形態に
おいても同じ）。本実施の形態の場合、紫外線１１は全
反射するようにガラス板１０の凸凹面以外の面（本実施
の形態の場合には凸凹面の裏面）に投射する。ガラス板
１０は紫外線１１によってエネルギが高まり、ガラス板
１０の外面の凹凸に沿って上述のしみだし光２０が生じ
る。凸部１０ａに接しているレジスト層４は、当該しみ
だし光２０のうち凸部１０ａに局在するしみだし光によ
り部分的に感光して感光部４ａとなり、その他の部分
は、しみだし光２０から離れているので感光しない非感
光部４ｂとなる。次いで現像、定着するとレジスト層４
の非感光部４ｂが除去され、図１の（ｂ）に示すように
感光部４ａによってパタンが転写される。

【００１８】なお、上記実施の形態の説明では、ガラス
板１０の表面に紫外線等の投射光１１を全反射させる例
について説明した。しかし、投射光１１をガラス板１０
を透過するように投射しても、レジスト層４を当該投射
光１１の波長よりも小さい波長のしみだし光にのみ感光
するものに選択しておけば、当該レジスト層４は投射光
１１の透過光に感光することはなく、しみだし光２０に
のみ感光することとなり、投射光１１をガラス板１０で
全反射させるように斜めから投射させる必要はない。以
下の実施の形態における線源の投射についても同様であ
る。

【００１９】このように、本実施の形態では、ガラス板
に凹凸によるパタンを形成し、その凸部を基板に塗布さ
れたレジスト層に密着又は近接して配置し、ガラス板に
光を投射することにより生じるしみだし光のうち、当該
凸部に局在するしみだし光により、凸部に密着又は近接
しているレジスト層を露光させるようにしたので、微小
な線幅に形成できる凸部に密着又は近接するレジスト層
の露光線幅も微小にすることができ、又、パタン全面に
光を投射できるので露光に要する時間を短時間にするこ
とができ、さらに、線源に通常の紫外線を使用するの
で、高価な線源装置を使用する必要もない。

【００２０】図６は本発明の第２の実施の形態に係るリ
ソグラフィ方法を説明する図である。この図で、図１に
示す部分と同一又は等価な部分には同一符号を付して説
明を省略する。本実施の形態では、基板３上に塗布した
レジスト層４を少し柔らかくしておき、基板３に対して
ガラス板１０を配置するとき、ガラス板１０の凸部１０
ａをレジスト層４に押しつけて配置する。これにより、
凸部１０ａの突出面１０ａ₂ がレジスト層４に押し込ま
れ、突出面１０ａ₂ と基板３の面との間のレジスト層４
の厚さｈ₀ は薄くなる。ところで、本発明者等の実験に
よると、このようにレジスト層を薄くすると、レジスト
層の感光する感度が著しく大きくなることが見出され
た。したがって、凸部１０ａのしみだし光による感光
も、感度良く行われることになる。

【００２１】このように、本実施の形態では、さきの実
施の形態において、ガラス板を配置する場合、当該ガラ
ス板の凸部をレジスト層に押し込んで配置するようにし
たので、さきの実施の形態と同一の効果を奏するととも
に、凸部におけるレジスト層の厚さを薄くしてしみだし
光による感光効果を増大させることができ、ひいては、
かど部からのはみだし幅ｄ₅ をより一層小さくすること
ができる。

【００２２】図７は本発明の第３の実施の形態に係るリ
ソグラフィ方法を説明する図である。図７の（ａ）で、
１０１はさきの各実施例におけるガラス板１０に相当す
る部材であり、シリコンから成るシリコン板である。１
０１ａはその凸部、１０１ｂはその凹部である。さきの
各実施の形態と同じく、凸部１０１ａと凹部１０１ｂに
より、シリコン板１０１に所要のパタンが形成される。
１６は波長 1.5μｍの赤外線を示す。

【００２３】本実施の形態でも、シリコン板１０１を、
その凸部１０１ａが基板３のレジスト層４に密着、押し
込み、又は近接した状態で配置し、赤外線１６を照射す
る。これにより、シリコン板１０１の外面にしみだし光
が生じ、凸部１０１ａに局在するしみだし光によりレジ
スト層が感光される。

【００２４】ところで、シリコン板１０１と赤外線１６
による露光を実施してみると、図７の（ｃ）に示すよう
に、凸部１０１ａのかど部に対するレジスト層４の部分
４ｃのみを感光することもできた。これは、図７の
（ｂ）に示すように、レジスト層４の感光レベルを、突
出平面部の光の強さに感光せず、かど部の光の強さに感
光するようなレベルに設定したときに実現できる。な
お、図７の（ｂ）では、横軸にシリコン板１０１上の位
置が、縦軸にしみだし光の強さがとってある。なお又、
図７の（ｃ）では、感光した部分が現像により除去され
た状態が示されている。又、ｄ₇ は露光線幅を示す。赤
外線の波長が 1.5μｍと大きい場合でも、かど部のみに
しみだし光を集中してレジスト層４を感光させること
で、幅ｄ₅ を例えば 100ｎｍと小さくすることができ
る。

【００２５】このように、本実施の形態では、透明部材
としてのシリコン板に凹凸によるパタンを形成し、その
凸部を基板に塗布されたレジスト層に密着、押しつけ、
又は近接して配置し、シリコン板に赤外線を投射するこ
とにより生じるしみだし光のうちの凸部に局在するしみ
だし光により、当該凸部に密着、押し込み、又は近接し
ているレジスト層を感光させるようにしたので、さきの
各実施の形態と同じ効果を奏するとともに、感光をシリ
コン板の凸部のかど部のみでなされるようにレジスト層
の感光レベルを設定すると、露光線幅をより一層小さく
することができる。

【００２６】図８は本発明の第４の実施の形態に係るリ
ソグラフィ方法を説明する図である。図８の（ａ）で、
１０２は第１、第２の各実施例におけるガラス板１０と
同じガラス板、１０２ａはその凸部、１０２ｂはその凹
部である。第１、第２の各実施の形態と同じく、凸部１
０２ａと凹部１０２ｂにより、ガラス板１０２に所要の
パタンが形成される。１０３はガラス板１０２における
基板３側の面を被覆するアルミニウム膜である。このア
ルミニウム膜１０３の厚さは薄く、例えば４ｎｍとさ
れ、これは約20個の原子層の厚さであるので、光に対し
て透明な性質を有する。１７は紫外線を示す。

【００２７】本実施の形態でも、ガラス板１０２を、そ
の凸部１０２ａが基板３のレジスト層４に密着、押し込
み、又は近接した状態で配置し、紫外線１７を照射す
る。これにより、アルミニウム膜１０３の外面にしみだ
し光が生じ、凸部１０２ａに局在するしみだし光により
レジスト層が感光される。

【００２８】ところで、アルミニウム膜１０３を被覆し
たガラス板１０２と紫外線１７によるリソグラフィを実
施してみると、図８の（ｂ）、（ｃ）に線幅ｄ₈ で示す
ように、図７に示す第３の実施の形態における露光線幅
よりもさらに細い露光線幅が実現されることが判った。
これは、ガラス板１０２と紫外線１７の組合せにアルミ
ニウム膜１０３を付することにより、第３の実施の形態
における理由に加えて、アルミニウム膜１０３内におい
て光の共振が生じ、しみだし光が第３の実施の形態にお
けるよりもより一層かど部に集中するためである。

【００２９】図８の（ｃ）には、感光した部分が現像に
より除去された場合の状態が示されている。上記しみだ
し光の角部への集中を図８の（ｂ）に示す。この図で、
横軸にはガラス板１０２上の位置が、縦軸にはしみだし
光の強さがとってある。第３の実施の形態と同じく、凸
部１０２ａの突出面の中央部分のしみだし光はレジスト
層４の感光レベルには至らない。しみだし光はかど部に
集中し、それがアルミニウム膜１０３における共振によ
りさらに強められるものと思われる。

【００３０】本実施の形態の動作は第３の実施の形態の
動作と同じであり、かつ、本実施の形態の効果は、第３
の実施の形態の効果に加えて、露光線幅をさらに小さく
することができる効果を有する。

【００３１】なお、上記各実施の形態の説明では、凸部
の側面が水平面にほぼ垂直である場合を例示して説明し
た。しかし、当該側面は、垂直である必要はなく、ある
程度の傾斜は許容される。この許容される傾斜は、図３
でθが85度であり、それ以上の傾斜は、図５に示すよう
に角部からのはみだしが大きくなり、結果として露光線
幅が大きくなって好ましくない。一方、凸部の側面が図
３に示す側面とは逆の方向に傾斜すると、凸部の根本が
くびれることとなり、凸部の強度に問題が生じる。した
がって、凸部の側面の逆方向の傾斜は、強度の観点から
図３でθ＝１１０度が限度である。

【００３２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、パタン
に対応する凹凸が形成され、かつ、投射される光に対し
て透明な透明部材を、凹凸のうちの凸部がレジスト層に
近接又は密着した状態で基板上に配置し、透明部材に光
を投射し、これにより発生する当該凸部に局在する光に
よりレジスト層を感光させるようにしたので、通常の安
価な線源装置を用いて、線幅が細く、かつ、所要時間が
短い露光工程を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るリソグラフィ
方法を説明する図である。

【図２】ガラス板１０の製造方法を説明する図である。

【図３】ガラス板１０の製造方法を説明する図である。

【図４】本実施の形態のリソグラフィの露光の原理を説
明する図である。

【図５】図３に示す方法で製造した凸部に対するしみだ
し光を説明する図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態に係るリソグラフィ
方法を説明する図である。

【図７】本発明の第３の実施の形態に係るリソグラフィ
方法を説明する図である。

【図８】本発明の第４の実施の形態に係るリソグラフィ
方法を説明する図である。

【図９】紫外線リソグラフィ方法を説明する図である。

【図１０】Ｘ線リソグラフィ方法を説明する図である。

【図１１】電子線リソグラフィ方法を説明する図であ
る。

【符号の説明】

３基板４レジスト層１０ガラス板１０ａ凸部１０ｂ凹部１１紫外線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板にレジスト層を設け、このレジスト
層に任意のパタンを露光させるリソグラフィ方法におい
て、前記パタンに対応する凹凸が形成され、かつ、投射
される光に対して透明な透明部材を、前記凹凸のうちの
凸部が前記レジスト層に近接又は密着した状態で前記基
板上に配置し、前記透明部材に前記光を投射し、これに
より発生する前記凸部に局在する光により前記レジスト
層を感光させることを特徴とするリソグラフィ方法。
【請求項２】請求項１において、前記凸部の側面は、
当該凸部の突出平面に対する傾斜角度が85度〜110 度の
範囲で形成されることを特徴とするリソグラフィ方法。
【請求項３】請求項１において、前記凸部は、前記レ
ジスト層に押し込んだ状態で密着させることを特徴とす
るリソグラフィ方法。
【請求項４】請求項１において、前記凸部の前記レジ
スト層に対向する面と当該レジスト層表面との距離は、
前記投射される光の波長以下であることを特徴とするリ
ソグラフィ方法。
【請求項５】請求項１において、前記レジスト層の感
光は、前記凸部の前記レジスト層に対向する面の稜線に
対向する部分に対してのみ行われることを特徴とするリ
ソグラフィ方法。