JPH1139728A - 光記録材料の露光記録方法 - Google Patents

光記録材料の露光記録方法

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JPH1139728A
JPH1139728A JP9186706A JP18670697A JPH1139728A JP H1139728 A JPH1139728 A JP H1139728A JP 9186706 A JP9186706 A JP 9186706A JP 18670697 A JP18670697 A JP 18670697A JP H1139728 A JPH1139728 A JP H1139728A
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久行 山津
Minoru Takeda
実 武田
Motohiro Furuki
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    • G—PHYSICS
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光リソグラフィーにおいて、光記録材料の露
光工程後の熱処理工程の生産性を良好にするとともに、
露光工程後の特性を安定化させる。 【解決手段】 光ディスク原盤露光装置２０において、
遠紫外線域の光源レーザ１と、開口数が０．８５以上の
対物レンズ７を用いて回折限界まで絞った光ビームのパ
ワー密度を１．０×１０4 Ｗ／ｃｍ2 以上とし、光ディ
スク原盤９上のフォトレジスト膜８を露光すると同時に
熱処理する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は光記録材料の露光記
録方法に関し、さらに詳しくは、光ビームを用いたフォ
トレジスト膜の露光記録方法に特徴を有する光記録材料
の露光記録方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】光リソグラフィーの分野で、先導的な役
割を果たしている半導体装置のパターンニングにおいて
は、益々高集積化が進展し露光波長の短波長化が進んで
いる。その結果、近年ではＫｒＦやＡｒＦ等のエキシマ
レーザによる遠紫外線露光記録が行われている。ところ
で、従来から可視光及び近紫外線域の露光記録には、い
わゆるノボラック系のフォトレジスト膜が用いられてい
た。しかしながら、このノボラック系のフォトレジスト
膜は、遠紫外線域において感度が著しく低下するため、
これに代わって化学増幅型のフォトレジスト膜が近年使
用されるようになった。
【０００３】この化学増幅型のフォトレジスト膜の代表
的な例について、ポリビニルフェノールのＯＨ基をｔ−
ブトキシカルボニル基で保護したポリマと、光酸発生剤
（ＰＡＧ）よりなる化学増幅型のフォトレジスト膜の光
化学反応の様子を示した図３を参照して説明する。この
化学増幅型のフォトレジスト膜はポリマと光酸発生剤よ
りなるが、光酸発生剤を露光して酸を発生させ、熱処理
によりこの酸を熱拡散させてポリマの反応を引き起こ
し、現像液に対する溶解性を変化させてパターン形成を
行うものである。この露光により発生した酸が、アルカ
リ不溶性のポリマを加熱条件下でアルカリ可溶性に改質
させている。即ち、露光した部分が現像によって除去さ
れるポジ型のレジスト膜となる。従って、化学増幅型の
フォトレジスト膜を用いた場合は露光後の熱処理工程が
不可欠であり、熱処理に関する多くの工数を必要として
いた。
【０００４】また、一般に、化学増幅型のフォトレジス
ト膜の感度は不安定で、ノボラック系のフォトレジスト
膜と比較して取り扱いが難しいことが知られている。こ
の原因の１つとして、露光後熱処理を行うまでの間に発
生した酸が空気中のアンモニア等により失活してしまう
ことが挙げられる。この失活の度合いは、当然のことな
がら熱処理までの時間に依存する。従って半導体装置の
パターンニングに限らず、遠紫外線光源を用いて化学増
幅型のフォトレジスト膜に露光記録を行う場合、露光後
熱処理を行うまでの間に厳しい時間管理が要求される。
しかしながら、例えば光ディスク原盤の露光記録や光描
画等、集光した光ビームにより逐次的に記録を行う場合
には露光開始時間と終了時間に必然的に時間差が生じ、
場合によりこの時間差は数時間にも及ぶため、露光後の
レジスト膜の感度等によるパターンニング特性が開始時
と終了時で大きく異なり、良好なパターンを形成するこ
とが困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、遠紫外線域
の光リソグラフィーにおいて、かかるフォトレジスト膜
の露光工程後の熱処理工程の生産性を良好にするととも
に、露光後のフォトレジスト膜の特性を安定化させるこ
とを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の光記録材料の露
光記録方法は、対物レンズにより集光される光ビームを
介して化学増幅型等のフォトレジスト膜を露光する露光
工程と、露光工程の後にフォトレジスト膜の露光部を改
質するための熱処理工程とを有する光記録材料の露光記
録方法において、光ビームのパワー密度を１．０×１０
4 Ｗ／ｃｍ2 以上とし、露光工程と熱処理工程とを同時
に行うことを特徴とする。また、対物レンズの開口数は
０．８５以上であるとともに、光ビームの光源は波長が
３００ｎｍ以下であるエキシマレーザまたは非線形光学
結晶を用い、ＹＡＧレーザの４倍波を発生する全固体レ
ーザであることが望ましい。
【０００７】上述した手段によれば、遠紫外線域の光源
による光ビームを用いた光リソグラフィーにおいて、開
口数が大である対物レンズを用いて回折限界まで絞り込
んだ、大パワー密度を有する光ビームで化学増幅型等の
フォトレジスト膜を露光することにより、露光工程と熱
処理工程とを同時に行うことができる。これにより、露
光後の熱処理工程が不要となる。また、露光後の熱処理
が不要となることにより、露光から熱処理までの時間差
に依存するパターニング特性が良好になる。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を示す一例に
ついて、図１を参照して説明する。図１は、遠紫外線レ
ーザを光源とする光ディスク原盤露光記録装置の概略構
成図である。光源レーザ１として、例えば非線形光学結
晶により、ＹＡＧレーザの４倍波を発生する全固体レー
ザを用い、対物レンズ７は開口数を０．８５以上とす
る。光源レーザ１により出射されたレーザビームは、例
えば電気光学素子、偏光ビームスプリッタおよびフォト
デテクタ等により構成されたパワーコントローラ２を透
過し、第一のミラー３ａにより光路を９０度曲げられ、
光変調器５に入射する。レーザビームは、光変調器５に
おいて、信号発生装置４から供給される信号により変調
された後に、第二のミラー３ｂにより光路を９０度曲げ
られる。そして、２枚以上のレンズ６で構成されるビー
ムエクスパンダによって対物レンズ７の入射瞳径以上と
なるように拡大された後に、第三のミラー３ｃで光路を
９０度曲げられ対物レンズ７に入射され、大パワー密度
でフォトレジスト膜８に照射される。開口数０．８５以
上であるこの対物レンズ７は、第３のミラー３ｃと一体
的に、フォトレジスト膜８を塗布した光ディスク原盤９
の半径方向に移動可能となっており、光ディスク原盤９
をターンテーブル１０上で回転させながら対物レンズ７
を一定速度で移動することで、スパイラル状の露光記録
が可能となっている。
【０００９】光ディスク原盤９の露光記録においては、
通常１０2 〜１０3 ｃｍ／ｓｅｃ程度の線速度で記録が
行われる。例えば波長３００ｎｍの光源を用い、開口数
０．８５の対物レンズ７により集光された光ビームのス
ポット径は４×１０-5 ｃｍ程度であるから、単位時間
あたりの露光面積は、（４×１０-5ｃｍ）×（１０2〜
１０3 ｃｍ／ｓｅｃ）と計算され、４×１０-3〜４×１
０-2ｃｍ2 ／ｓｅｃ程度になる。従って、一般に化学増
幅型のフォトレジスト膜８に遠紫外線で露光記録を行う
場合に必要とされる１０-2Ｊ／ｃｍ2 程度の光エネルギ
ー密度を得る対物レンズ７出射後の記録遠紫外光のパワ
ーは、（１０-2Ｊ／ｃｍ2 ）×（４×１０-3〜１０-2
ｃｍ2 ／ｓｅｃ）と計算され、４×１０-5〜４×１０-4
Ｗ程度となる。光ビームの面積が１０-9ｃｍ2 のオーダ
ーであることを考慮すると、このとき記録遠紫外光のパ
ワー密度は、（４×１０-5〜４×１０-4）／１０-9Ｗ／
ｃｍ2 より、４×１０4 〜４×１０5 Ｗ／ｃｍ2 である
ことがわかる。この値は、記録パワー密度が１０-1Ｗ／
ｃｍ2 程度である半導体装置の光リソグラフィーの場合
のように静止したフォトレジスト膜８を露光する場合と
異なり１０4Ｗ／ｃｍ2 以上の大パワー密度を必要とす
ることを示している。フォトレジスト膜８を形成した光
ディスク原盤９を回転させて露光記録する場合におい
て、これを実現するためには、例えば、波長が３００ｎ
ｍ以下の光ビームを用い、対物レンズ７の開口数を０．
８５以上とすることにより、フォトレジスト膜８に集光
するスポット部のパワー密度を１×１０4 Ｗ／ｃｍ2 以
上にすることができる。従って、このようなパワー密度
とすることにより、フォトレジスト膜８を瞬時に数十〜
百数十度に加熱することができる。
【００１０】次に、一例として、化学増幅型のフォトレ
ジスト膜８を用いて光ディスク原盤９の露光記録を行っ
た場合の温度分布の熱解析事例を以下に説明する。波長
２６６ｎｍの光ビームを開口数０．９の対物レンズ７で
集光し、記録パワー３．０×１０-4Ｗ、記録線速度３．
０ｍ／ｓｅｃをもって、化学増幅型のフォトレジスト膜
８（例えば住友化学工業製：ＰＥＫ４０５）を露光記録
した場合の、記録ピット長手方向の温度分布について熱
解析によるシミュレーションを行った。
【００１１】この場合の光ビームのパワー密度は、光ビ
ームのスポット径が、１．２２×波長／開口数の関係式
で表せることから３．６×１０-5ｃｍ程度であり、光ビ
ームの面積は１０-9ｃｍ2 程度となるので、記録パワー
３×１０-4Ｗを光ビームのスポット面積で除した値は、
ほぼ３×１０5 Ｗ／ｃｍ2 程度となる。
【００１２】本計算は、３４０ｎｓｅｃのピット（露光
部）と９３ｎｓｅｃのランド（未露光部）が繰り返され
た場合について、新たにピットをもう一つ露光記録する
ときのものである。これは、トラックピッチ０．５μm
の直径１２ｃｍの光ディスクにＥＦＭ変調により１０Ｇ
Ｂ容量の記録を行った場合の、１１Ｔピットと３Ｔラン
ドに相当する。本計算に用いた物理量は、［表１］に示
すとおりである。この場合、空気層は熱の不導体として
考えた。
【００１３】
【表１】
【００１４】図２に示したものは、パルス露光記録時の
トラック方向の温度分布のシミュレーション結果であ
る。図２において、室温を２５℃とした場合、フォトレ
ジスト膜８露光部の温度は、最高６０℃まで上昇するこ
とが判る。一般に、露光後の熱処理温度の最低値は５０
℃程度であることから、６０℃以上まで昇温できれば、
露光後の熱処理工程の代わりを充分に果たすことが可能
である。
【００１５】以上のように、開口数が０．８５以上の対
物レンズ７で、回折限界まで絞り込んだ光ビームにより
化学増幅型のフォトレジスト膜８の露光記録を行うこと
により、露光工程と熱処理工程とが同時に進行し、露光
後の熱処理工程が不要となることがシミュレーション結
果からも判る。
【００１６】以上、化学増幅型のフォトレジスト膜８が
形成された光ディスク原盤９を用いて露光記録する事例
を述べたが、本発明を半導体装置の光リソグラフィーに
適用することができる。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、開口数が大である対物
レンズを用いて回折限界まで絞り込んだ、大パワー密度
を有する光ビームによりフォトレジスト膜の露光記録を
行うことで、露光工程と熱処理工程とを同時に行えるの
で、従来同型のレジストによるフォトリソグラフィーで
は必須とされていた露光後の熱処理工程を不要とするこ
とができる。また、従来より問題とされていた露光から
熱処理までの時間差によるレジスト感度のばらつき等に
よるパターニング特性を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の光ディスク原盤露光装置の概略構成
図である。
【図２】 本発明のパルス露光記録時のトラック方向の
温度分布のシミュレーション結果である。
【図３】 化学増幅型のフォトレジスト膜の光化学反応
を示す化学模式図である。
【符号の説明】
１…光源レーザ、２…パワーコントローラ、３ａ、３
ｂ、３ｃ…ミラー、４…信号発生装置、５…光変調器、
６…レンズ、７…対物レンズ、８…フォトレジスト膜、
９…光ディスク原盤、１０…ターンテーブル、２０…光
ディスク原盤露光装置

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも対物レンズにより集光される
    光ビームを用いて、フォトレジスト膜を露光する露光工
    程と、 前記露光工程の後に、前記フォトレジスト膜の露光部を
    改質するための熱処理工程とを有する光記録材料の露光
    記録方法において、 前記フォトレジスト膜に集光する前記光ビームのパワー
    密度を１．０×１０4Ｗ／ｃｍ2 以上とし、 前記露光工程と前記熱処理工程とを同時に行うことを特
    徴とする光記録材料の露光記録方法。
  2. 【請求項２】 前記対物レンズの開口数が０．８５以上
    であることを特徴とする請求項１に記載の光記録材料の
    露光記録方法。
  3. 【請求項３】 前記光ビームの波長が３００ｎｍ以下で
    あることを特徴とする請求項１に記載の光記録材料の露
    光記録方法。
  4. 【請求項４】 前記光ビームの光源がエキシマレーザで
    あることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の
    光記録材料の露光記録方法。
  5. 【請求項５】 前記光ビームの光源が非線形光学結晶を
    用い、ＹＡＧレーザの４倍波を発生する全固体レーザで
    あることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の
    光記録材料の露光記録方法。
  6. 【請求項６】 前記フォトレジスト膜が化学増幅型のフ
    ォトレジスト膜であることを特徴とする請求項１に記載
    の光記録材料の露光記録方法。
  7. 【請求項７】 前記フォトレジスト膜は光ディスク原盤
    上に形成されることを特徴とする請求項１または請求項
    ６に記載の光記録材料の露光記録方法。
  8. 【請求項８】 前記フォトレジスト膜は半導体基板上に
    形成されることを特徴とする請求項１または請求項６に
    記載の光記録材料の露光記録方法。
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