KR100657040B1 - Pattern forming method and pattern forming apparatus - Google Patents
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Abstract
종래의 기술에서는 포토마스크를 형성하기 위해서는, 큰 비용이나 시간이 소요되었다. 본 발명의 목적은 원하는 패턴을 저렴하게 단시간으로 얻을 수 있는 패턴형성방법을 제공하는 것에 있다. In the prior art, a large cost and time were required to form a photomask. An object of the present invention is to provide a pattern forming method that can be obtained in a short time at a desired pattern inexpensively.
상기 과제는, 기판상에 형성한 레지스트막상에 집속시킨 광을 조사하여 원하는 잠상 패턴을 형성하는 방법으로서, 상기 집속광의 강도 또는 상기 레지스트막상에서의 크기를 상기 패턴의 위치에 따라 조절하여 조사하는 공정을 구비한 패턴형성방법에 의하여 해결된다. The problem is a method of forming a desired latent image pattern by irradiating light focused on a resist film formed on a substrate, wherein the intensity of the focused light or the size on the resist film is adjusted and irradiated according to the position of the pattern. It is solved by a pattern forming method having a.
Description
도 1은 본 발명의 패턴형성방법의 제 1 실시형태를 실현하는 장치의 구성의 개략을 나타내는 모식도,1 is a schematic diagram showing an outline of a configuration of an apparatus for realizing a first embodiment of a pattern forming method of the present invention;
도 2는 도 1에 나타내는 제 1 실시형태에 의하여 형성된 패턴의 예를 나타내는 종단면도,FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing an example of a pattern formed by the first embodiment shown in FIG. 1; FIG.
도 3은 본 발명의 패턴형성방법의 제 2 실시형태를 실현하는 장치의 구성의 개략을 나타내는 모식도,3 is a schematic diagram showing an outline of a configuration of an apparatus for realizing a second embodiment of a pattern forming method of the present invention;
도 4는 도 3에 나타내는 제 1 실시형태에 의하여 형성된 패턴의 예를 나타내는 종단면도이다. It is a longitudinal cross-sectional view which shows the example of the pattern formed by the 1st Embodiment shown in FIG.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of symbols for main parts of drawing
100, 300 : 스테이지 100, 300: stage
101, 201, 202, 301, 401 : 레지스트막101, 201, 202, 301, 401: resist film
102, 203, 302, 403 : 기판 103, 303 : 자외광원 102, 203, 302, 403:
104, 304 : 집속광 105, 305 : 광강도 변조소자 104, 304: focused
106, 306 : 제 1 렌즈 107, 307 : 제 2 렌즈 106, 306:
108 : 가변 스로틀 109, 310 : 광학제어계 108:
110, 311 : 제어용 컴퓨터 111, 312 : 제어, 모니터신호110, 311:
200, 400 : 유로패턴 308 : 제 1 가변 스로틀 200, 400: Euro pattern 308: first variable throttle
309 : 제 2 가변 스로틀 402 : 레지스트309: second variable throttle 402: resist
본 발명은 반도체웨이퍼 등의 기판상에 형성한 레지스트막에 패턴을 형성하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 기판상의 레지스트막에 광을 조사하여 패턴잠상을 형성하는 패턴형성방법 및 패턴형성장치에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for forming a pattern in a resist film formed on a substrate such as a semiconductor wafer. The present invention relates to a pattern forming method and a pattern forming apparatus for forming a pattern latent image by irradiating light to a resist film on the substrate. .
반도체웨이퍼 등의 기판으로부터 반도체소자를 형성하기 위한 공정에 있어서, 기판상에 레지스트막 등의 마스크를 사용하여 패턴이 형성된다. 이와 같은 패턴의 형성, 예를 들면 마이크로 유로 디바이스 등의 패턴제작에는, 수 ㎛ 내지 수백 ㎛ 폭의 원하는 패턴을 포함하는 포토마스크를 사전에 제작할 필요가 있다. 통상 이들 포토마스크는 전자선 직접 묘화 리소그래피공정 및 크롬막의 에칭공정을 거쳐 제작된다. 다음에 콘택트 노광장치 또는 마스크 얼라이너를 사용하여 기판상에 도포, 성막한 레지스트막에 대하여, 상기 포토마스크를 밀착 또는 밀착에 가까운 상태로 유지하고, 자외광을 상기 포토마스크를 통하여 레지스트막에 조사함으로써 원하는 잠상 패턴을 형성한다. 이어서 레지스트막에 소정의 열처리(베이크공정)를 실시한 후, 현상처리를 행함으로써, 상기 잠상 패턴을 레지스트형상 패턴으로 변환한다. 포지티브형 레지스트를 사용한 경우에는, 자외선조사에 의하여 형성된 잠상 패턴이 현상처리에 의하여 용해하게 제거된다. 반대로 네가티브형 레지스 트를 사용한 경우에는, 잠상 패턴영역만이 현상처리후에도 남음으로써 레지스트형상을 형성한다. In the step for forming a semiconductor element from a substrate such as a semiconductor wafer, a pattern is formed on the substrate using a mask such as a resist film. In forming such a pattern, for example, in producing a pattern such as a micro flow path device, a photomask including a desired pattern having a width of several micrometers to several hundred micrometers needs to be produced in advance. Usually, these photomasks are manufactured through an electron beam direct drawing lithography process and the etching process of a chromium film. Next, the photomask is kept in close or close contact with the resist film applied and formed on the substrate using a contact exposure apparatus or a mask aligner, and ultraviolet light is irradiated to the resist film through the photomask. Form the desired latent image pattern. Subsequently, after the predetermined heat treatment (baking step) is performed on the resist film, the development process is performed to convert the latent image pattern into a resist pattern. In the case of using a positive resist, the latent image pattern formed by ultraviolet irradiation is removed to be dissolved by developing. In contrast, in the case of using a negative resist, only the latent image pattern region remains after development, thereby forming a resist shape.
마이크로 유로 디바이스 등의 연구개발단계에서는, 각 어플리케이션에 따라 패턴구성 뿐만 아니라, 치수나 배치의 미세 조정의 시행착오에 의한 최적화가 필수 이고, 디바이스 패턴의 수정이 빈번하게 행하여진다. 이들의 패턴 수정에는 포토마스크 재제작까지 거슬러 오를 필요가 있어, 고가의 전자선 직접 묘화 리소그래피를 소유하는 포토마스크제작 전업 제조회사에 의지하지 않을 수 없기 때문에, 연구개발 속도가 포토마스크의 입수기간(납기)에 의하여 제한되고, 또 포토마스크에 소요되는 비용이 증가한다는 과제가 있다. In the research and development stage of the micro flow path device and the like, optimization by trial and error of not only the pattern configuration but also the fine adjustment of the dimension and the arrangement is essential according to each application, and the device pattern is frequently modified. These patterns need to be traced back to photomask remanufacturing, and they must rely on photomask manufacturing companies that own expensive electron beam direct lithography, so that the speed of R & D speeds up the acquisition period of the photomask. There is a problem that the cost of the photomask is limited, and is increased.
또, 통상의 포토마스크에서는 차광재(크롬막) 패턴의 유무에 따라 레지스트막에 잠상 패턴을 형성하고 있다. 그 결과, 현상처리후에 얻어지는 레지스트 패턴형상, 특히 레지스트막 두께방향의 프로파일은 기본적으로는 광조사 유무의 2치정보에 의거한 샤프한 형상이 된다. 한편, 마이크로 유로 디바이스 등의 분야에서는, 유체에 있어서의 난류발생을 방지하기 위하여 레지스트막 두께방향의 변화에 대해서도 포함시켜 매끄러운 프로파일을 가지는 유로 패턴형상이 요망되고 있다. 이와 같은 프로파일을 가지는 레지스트패턴을 형성하는 방법으로서, 도트패턴의 밀도를 단계적으로 변화시킴으로써 투과율을 영역별로 서서히 변화시킨 그레이스케일 마스크를 사용하는 노광방법이 있으나, 그레이스케일 마스크의 설계 및 제조가 번거롭고, 포토마스크제작에 소요되는 비용 및 기간이 대폭으로 증대하기 때문에, 시행착오를 요하는 마이크로 유로 디바이스 등의 연구 또는 시작단계에서의 적용은 현실적이지 않다. In a normal photomask, a latent image pattern is formed on the resist film with or without a light shielding material (chromium film) pattern. As a result, the resist pattern shape obtained after the development treatment, in particular, the profile in the resist film thickness direction is basically a sharp shape based on binary information with or without light irradiation. On the other hand, in the field of micro flow path devices and the like, in order to prevent the occurrence of turbulence in the fluid, a flow path pattern shape having a smooth profile including the change in the resist film thickness direction is desired. As a method of forming a resist pattern having such a profile, there is an exposure method using a grayscale mask in which the transmittance is gradually changed for each region by gradually changing the density of the dot pattern, but it is cumbersome to design and manufacture a grayscale mask. Since the cost and time required for the production of photomasks is greatly increased, it is not practical to apply them to research or start-up stages such as micro euro devices that require trial and error.
본 발명의 목적은, 원하는 패턴을 저렴하게 단시간으로 얻을 수 있는 패턴형성방법 및 패턴형성장치를 제공하는 것에 있다. An object of the present invention is to provide a pattern forming method and a pattern forming apparatus which can obtain a desired pattern at low cost in a short time.
또, 본 발명의 다른 목적은, 원하는 패턴을 간편하고 고정밀도로 얻을 수 있는 패턴형성방법 및 패턴형성장치를 제공하는 것에 있다. Another object of the present invention is to provide a pattern forming method and a pattern forming apparatus in which a desired pattern can be obtained easily and with high accuracy.
또, 본 발명의 다른 목적은, 목표가 되는 패턴의 수정을 용이하게 단시간으로 실현 가능한 패턴형성방법 및 패턴형성장치를 제공하는 것에 있다. Another object of the present invention is to provide a pattern forming method and a pattern forming apparatus which can easily realize a target pattern correction in a short time.
상기 목적은, 기판상에 형성한 레지스트막상에 집속시킨 광을 조사하여 원하는 잠상 패턴을 형성하는 방법 및 장치로서, 상기 집속광의 강도 또는 상기 레지스트막상에서의 크기를 상기 패턴의 위치에 따라 조절하여 조사하는 공정을 구비한 패턴형성방법 및 패턴형성장치에 의하여 달성된다. The object is a method and apparatus for irradiating light focused on a resist film formed on a substrate to form a desired latent image pattern, wherein the intensity of the focused light or the size on the resist film are adjusted according to the position of the pattern. A pattern forming method and a pattern forming apparatus are provided.
또한, 상기 레지스트막상에 있어서의 상기 집속광의 지름이 5㎛ 내지 500㎛의 범위에서 변화시키는 공정을 구비함으로써 달성된다. 또 상기 집속광의 광원과 상기레지스트막의 사이에 설치된 렌즈 및 스로틀을 포함하는 광전송수단에 구비된 상기 스로틀을 조절하여 상기 집속광의 지름을 조절함으로써 달성된다. Moreover, it is achieved by providing the process of changing the diameter of the said focused light on the said resist film in the range of 5 micrometers-500 micrometers. In addition, it is achieved by adjusting the diameter of the focused light by adjusting the throttle provided in the light transmission means including a lens and a throttle provided between the light source of the focused light and the resist film.
또한 상기 집속광의 지름을 조절하면서, 상기 레지스트막에 있어서의 단위면적당의 에너지 조사량을 조절함으로써 달성된다. 또한 상기 레지스트막에 있어서의 단위면적당의 에너지 조사량을, 상기 집속광의 광원과 레지스트막의 사이에 설 치된 광전송수단 내에 구비된 광강도 변조소자를 사용하여 집속광에 대한 투과율을 제어함으로써 달성된다. 또한 상기 레지스트 표면에 있어서의 상기 집속광의 상대적인 이동속도를 제어하고, 상기 레지스트막에 있어서의 단위면적당의 에너지 조사량을 조절함으로써 달성된다. Moreover, it is achieved by adjusting the energy irradiation amount per unit area in the said resist film, adjusting the diameter of the said focused light. The amount of energy irradiation per unit area in the resist film is achieved by controlling the transmittance to the focused light using a light intensity modulator provided in the light transmission means provided between the light source of the focused light and the resist film. Furthermore, it is achieved by controlling the relative moving speed of the focused light on the resist surface and adjusting the amount of energy irradiation per unit area in the resist film.
또, 상기 목적은 기판상에 형성한 레지스트막상에 집속시킨 광을 조사하여 원하는 잠상 패턴을 형성하는 방법 및 장치로서, 상기 집속광의 조사방향 또는 상기 기판의 위치를 상기 패턴의 위치에 따라 가변으로 조절하면서 상기 집속광을 조사하는 공정을 구비한 패턴형성방법 및 패턴형성장치에 의하여 달성된다. In addition, the above object is a method and apparatus for forming a desired latent image pattern by irradiating light focused on a resist film formed on a substrate, wherein the irradiation direction of the focused light or the position of the substrate is variably adjusted according to the position of the pattern It is achieved by a pattern forming method and a pattern forming apparatus having a step of irradiating the focused light.
또한 상기 패턴에 따라 상기 집속광의 샤프니스를 조절하는 공정을 구비함으로써 달성된다. 또한 상기 집속광의 광원과 상기 레지스트막의 사이에 설치된 렌즈및 스로틀을 구비한 광전송수단의 상기 스로틀을 사용하여 대물렌즈의 개구수(NA)를 조절하여 상기 집속광의 샤프니스 또는 초점 심도를 조절함으로써 달성된다. 또한 상기 집속광의 광원으로서, 365nm 근방의 파장을 주로 하는 출사광 강도분포를 가지는 반도체 발광소자를 사용함으로써 달성된다. It is also achieved by providing a step of adjusting the sharpness of the focused light according to the pattern. It is also achieved by adjusting the numerical aperture (NA) of the objective lens by adjusting the numerical aperture (NA) of the objective lens to adjust the sharpness or depth of focus of the focused light by using the throttle of the optical transmission means having a lens and a throttle provided between the light source of the focused light and the resist film. Moreover, it is achieved by using the semiconductor light emitting element which has the emission light intensity distribution which mainly uses the wavelength of 365 nm vicinity as said light source of focused light.
본 발명의 실시형태에 대하여, 이하 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Embodiment of this invention is described in detail using drawing below.
본 발명의 패턴형성방법을 실현하는 패턴형성장치의 제 1 실시형태를 도 1에 나타낸다. 도 1은, 본 실시형태에 관한 장치의 구성의 개략을 나타내는 모식도이다. 도 2는 도 1에 나타내는 실시형태를 사용하여 형성한 패턴의 예를 나타내는 종단면도이다. 1 shows a first embodiment of a pattern forming apparatus for realizing the pattern forming method of the present invention. FIG. 1: is a schematic diagram which shows the outline of the structure of the apparatus which concerns on this embodiment. FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view showing an example of a pattern formed using the embodiment shown in FIG. 1. FIG.
이 도 1에 나타내는 실시형태에 있어서는 스테이지(10)상에, 레지스트막 (101)이 도포, 성막된 기판(102)이 탑재되고 그 위치가 고정되어 있다. 다음에 365nm 전후의 파장에 있어서 강도의 피크를 가지는 자외광원(103)으로부터의 집속광(104)이 레지스트막(101)에 직접 노광되어 기판(102)상에 원하는 패턴의 잠상이 형성된다. 이 집속광(104)은 광강도 변조소자(105), 제 1 렌즈(106), 제 2 렌즈(107) 및 가변 스로틀(108)을 적어도 포함하는 광전송수단인 광학제어계(109)를 거쳐 상기 레지스트막(101)에 조사된다. In the embodiment shown in FIG. 1, the
제어용 컴퓨터(110)와 자외광원(103) 사이의 제어, 모니터신호(111)의 통신 에 의거하여, 제어용 컴퓨터(110)로부터 자외광원(103) 및 광학제어계(109)에 대하여 동작을 위한 사령신호가 발신되고, 레지스트막(101)에 있어서의 집속광(104)의 광강도 및 조사된 부분에서의 광의 스폿지름의 크기가 정밀하게 조절, 제어되어 있다. On the basis of the control between the
또, 본 실시형태에서는 제어용 컴퓨터(110)는 스테이지(10)의 위치 및 이동속도를 제어하여 도 2(a)의 예에 나타내는 바와 같은 마이크로 유로 디바이스에 있어서의 유로 패턴(200)의 잠상을, 집속광(104)을 그 광강도나 스폿지름이 조사되는 기판 표면상의 패턴의 부분에 따라 조절하면서 조사하고 있다. 이와 같이 조사되는 집속광의 지향하는 방향, 위치나 강도 변화시키는 벡터방식에 의하여 잠상을 형성하고 있다. In addition, in this embodiment, the
도 2(a)에 있어서의 유로 패턴(200)의 폭이 다른 부분에서는 가변 스로틀(108) 등을 제어하여 집속광(104)의 스폿지름을 전형적으로는 5㎛ ∼ 500㎛의 범위에서 제어하여 원하는 잠상 패턴이 형성된다. 또 집속광(104)의 지름을 고려하여 스테이지(10)의 이동속도를 제어함으로써 레지스트면에 있어서의 광에너지밀도를 제어할 수 있다. In the portions having different widths of the
이와 같이 하여 잠상을 형성한 후, 레지스트막(101)에 대하여 소정의 PEB〔Post Exposure Bake〕베이크처리 및 현상처리가 실시되어 원하는 레지스트막 패턴이 형성된다. 본 실시형태에서는 포지티브형의 레지스트막(201)을 사용한 경우를 설명하고 있고, 집속광(104)의 조사에 의하여 형성된 잠상부가 현상처리에 의하여 용해, 제거된다. After the latent image is formed in this manner, a predetermined PEB (Post Exposure Bake) baking process and a developing process are performed on the
상기 실시형태에 있어서는 기판상에 형성한 레지스트막에 마이크로 유로 디바이스 등의 원하는 잠상 패턴을 형성하는 방법으로서, 자외영역의 집속광을 사용하여 레지스트막에 원하는 패턴을 직접 노광하고 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써 상기 종래의 기술에 있어서의 포토마스크가 불필요하게 된다. 본 실시형태에 의하면, 포토마스크를 사용하지 않고 도 2에 나타낸 유로 패턴(200)을 형성할 수 있다.In the above embodiment, as a method of forming a desired latent image pattern such as a microchannel device in a resist film formed on a substrate, a desired pattern is directly exposed to the resist film by using focused light in an ultraviolet region. By setting it as such a structure, the photomask in the said prior art is unnecessary. According to this embodiment, the
또, 도 2(a)에 있어서의 A-B 사이의 유로 패턴(200)과 같이 패턴폭을 종래보다도 원활하게 바꾸는 것도 간편하게 행할 수 있다. 즉, 마이크로 유로 디바이스 등에서의 주요한 직선 또는 곡선형상의 패턴의 유로 폭에 따라 상기 집속광의 지름을 제어함으로써 상기 직선형상 또는 곡선형상의 패턴을 다중 주사하지 않고, 일필 쓰기에 준하는 벡터방식을 사용하여 간편하게 원하는 패턴의 잠상을 형성하는 것도 가능하게 된다. In addition, as in the
또한, 레지스트막상에 직선 또는 곡선형상 패턴을 일필 쓰기에 준하는 방식 에 의하여 노광할 때에, 레지스트면에 있어서의 집속광의 지름을 점차적으로 변화시킴으로써 유로 폭의 변화가 매끄러운 패턴도 용이하게 형성할 수 있다. 즉, 레지스트막에 있어서의 단위면적당의 광조사량을 직선 또는 곡선을 따라 점차적으로 변화시킴으로써, 레지스트막 두께방향의 프로파일(유로깊이의 변화)이 매끄러운 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들면 집속광의 광학계에 있어서의 대물렌즈의 개구수(NA)를 직선 또는 곡선을 따라 점차적으로 변화시킴으로써, 상기 직선 또는 곡선형상 패턴에 있어서의 레지스트막 단면의 프로파일(유로의 측벽형상)을 매끄럽게 변화시킨 패턴을 형성하는 것도 가능하다.In addition, when exposing a straight or curved pattern on the resist film in a manner similar to writing, by gradually changing the diameter of the focused light on the resist surface, a smoothly varying channel width can be easily formed. That is, by gradually changing the light irradiation amount per unit area in the resist film along a straight line or a curve, a pattern having a smooth profile (change in euro depth) in the thickness direction of the resist film can be formed. For example, by gradually changing the numerical aperture NA of the objective lens in the optical system of the focused light along a straight line or curve, the profile (sidewall shape of the flow path) of the resist film cross section in the straight line or curved pattern is smoothed. It is also possible to form the changed pattern.
또, A-B 사이에 있어서 레지스트면에 조사하는 단위면적당의 광에너지 밀도도 점차적으로 변화시키는 것이 가능하고, 도 2(b) 및 도 2(c)에 나타내는 바와 같이 유로 패턴(200)부의 단면 A와 같이 레지스트막(202)이 완전하게 용해되어 기판(203) 표면이 노출된 상태[도 2(b)]로부터 기판(203)상에 레지스트막(202)을 남기고 있는 상태[도 2(c))] 사이에서 유로의 깊이를 바꾸는 것이 가능하다. 본 실시형태에서는 단면 A에서 유로를 깊게, 단면 B에서 얕게 하고 있으나, 반대로 단면 B의 유로의 쪽을 깊게 하는 등, 유로 폭과는 독립하여 깊이의 제어를 행할 수 있다. In addition, it is possible to gradually change the optical energy density per unit area irradiated to the resist surface between the ABs, and as shown in Figs. Similarly, the resist
또, 본 실시형태에서는 자외광원으로서, 365nm 전후에 피크파장을 가지는 화합물 반도체(GaN계)의 광발광 디바이스 LED〔Light Emitting Diode〕를 사용하고 있고, 자외선램프나 가스레이저 등의 광원에 비하여 저가격일 뿐만 아니라, 메인티넌스도 용이하다. LED를 대신하여, 365nm 전후에 피크파장을 가지는 GaN계 반도체 레이저의 적용도 가능하나, 현시점에서는 수명이 긴 레이저의 입수는 곤란하다. In the present embodiment, a light emitting device LED (Light Emitting Diode) of a compound semiconductor (GaN-based) having a peak wavelength around 365 nm is used as the ultraviolet light source, and is cheaper than a light source such as an ultraviolet lamp or a gas laser. In addition, maintenance is also easy. Instead of the LED, it is possible to apply a GaN semiconductor laser having a peak wavelength around 365 nm, but at present it is difficult to obtain a laser having a long life.
또, 본 실시형태에서는 광학제어계(109)로서, 광강도 변조소자(105), 제 1 렌즈(106), 제 2 렌즈(107) 및 가변 스로틀(108)만을 대표적으로 예시하고 있으나, 구성 및 위치관계에 대하여 이들에 한정되는 것이 아니고, 또 대물렌즈로서의 제 2 렌즈(107)의 레지스트막(101) 또는 기판(102)에 대한 포커스상태 또는 상대거리를 모니터제어하기 위하여 레지스트막(101)이 감광하지 않는 파장의 레이저광을 광학제어계(109)의 적어도 일부를 경유하여 레지스트막(101) 또는 기판(102)에 입사시키는 광학계가 안정된 잠상형성에 유효한 것은 물론이다. In this embodiment, only the light
본 실시형태에서는 포지티브형 레지스트막(201)에 의한 유로 패턴(200)에 대하여 설명하였으나, 마이크로 유로 디바이스의 제작 프로세스에는 변동이 있어, 레지스트막 패턴을 마스크로 하여 바탕 기판에 유로 패턴을 전사하는 방법, 레지스트막 패턴을 주형으로 하여 복제(Replication)를 취하는 방법 등이 있고, 그것들에 따라 레지스트도 포지티브형과 네가티브형이 구분하여 사용되는 것은 물론이다.In the present embodiment, the
다음에 본 발명의 제 2 실시형태를 도 3 및 도 4를 사용하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 제 2 실시형태의 패턴형성방법을 실현하는 장치의 구성의 개략을 나타내는 모식도이다. 도 4는 도 3에 나타내는 패턴형성장치를 사용하여 형성한 패턴의 예를 나타내는 종단면도이다.Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 and 4. It is a schematic diagram which shows the outline of the structure of the apparatus which implements the pattern formation method of 2nd Embodiment of this invention. 4 is a longitudinal cross-sectional view showing an example of a pattern formed by using the pattern forming apparatus shown in FIG. 3.
이 도 3에 있어서는, 스테이지(300)상에 레지스트막(301)이 도포, 성막된 기판(302)이 탑재되고 그 위치가 고정된다. 다음에 365nm 전후의 파장에 피크를 가지는 자외광원(303)으로부터의 집속광(304)이 레지스트막(301)상에 조사되어, 기판(302) 표면이 직접 노광되어 원하는 패턴의 잠상이 형성된다. 상기 집속광(304)은 광강도 변조소자(305), 제 1 렌즈(306), 제 2 렌즈(307), 제 1 가변 스로틀(308), 제 2 가변 스로틀(309)을 적어도 포함하는 광전송수단인 광학제어계(310)를 거쳐 상기 레지스트막(301)에 조사된다. In this FIG. 3, the board |
제어용 컴퓨터(311)와 자외광원(303) 사이의 제어, 모니터신호(312)의 통신에 의거하여 제어용 컴퓨터(311)로부터 자외광원(303) 및 광학제어계(310)에 대하여 동작을 위한 사령신호가 발신되어, 레지스트막(301)에 있어서의 집속광(304)의 광강도 및 스폿지름의 크기가 정밀하게 조절, 제어되고 있다. Commands for operating the ultraviolet
또, 본 실시형태에 있어서, 제어용 컴퓨터(311)는 스테이지(300)의 위치 및 이동속도를 제어하여, 도 4(a)의 예에 나타내는 바와 같은 마이크로 유로 디바이스의 잠상 패턴을 벡터방식에 의하여 간편하게 형성하고 있다. 도 4(a)에 있어서의 패턴 폭이 다른 부분에서는 제 1 가변 스로틀(308) 등이 제어되어 집속광(304)의 스폿지름을 대표적으로는 5㎛ ∼ 500㎛의 범위로 제어하여, 원하는 잠상 패턴이 형성되어 있다. In the present embodiment, the
또, 집속광(304)의 지름을 고려하여 스테이지(300)의 이동속도를 제어함으로써, 레지스트면에 있어서의 광에너지밀도가 제어된다. 또 이것과는 독립하여 제 2 가변 스로틀(309)을 제어함으로써 대물렌즈가 되는 제 2 렌즈(307)의 개구수(NA)를 제어함으로써 집속광(304)의 광강도 프로파일, 샤프니스를 제어할 수 있다. 이와 같이 하여 잠상을 형성한 후, 레지스트막(301)에 대하여 소정의 PEB〔Post Exposure Bake〕베이크처리 및 현상처리를 함으로써, 원하는 레지스트막 패턴이 형성되는 것이다. In addition, the optical energy density on the resist surface is controlled by controlling the moving speed of the
상기 본 실시형태에 의하면, 포토마스크를 사용하지 않고, 도 4에 나타낸 유로 패턴을 형성할 수 있다. 또 도 4(a)에 있어서의 A-B 사이의 유로 패턴과 같이 패턴 폭을 매끄럽게 바꾸는 것도 간편하게 행할 수 있다. 또 A-B 사이에 있어서 레지스트면에 조사하는 단위면적당의 광에너지 밀도도 점차적으로 변화시키는 것이 가능하고, 도 4(b) 및 도 4(c)에 나타내는 바와 같이 유로 패턴(400)부의 단면 A와 같이 레지스트막(402)이 완전하게 용해되어 기판(403) 표면이 노출된 상태[도 4(b)]로부터 기판(403)상에 레지스트막(402)을 남기고 있는 상태[도 4(c)] 사이에서 유로의 깊이를 바꾸는 것이 가능하다. 또한 본 실시형태에서는 상기한 바와 같이 제 2 가변 스로틀(309)을 제어하여 대물렌즈인 제 2 렌즈(307)의 개구수(NA)를 단면 A에서는 크게, 단면 B에서는 작게 함으로써 도 4(b) 및 도 4(c)에 나타낸 바와 같이 A 단면에서는 수직한 레지스트측벽형상을, B 단면에서는 테이퍼형상의 측벽 단면을 각각 형성할 수 있다. 여기서, A-B 사이에 있어서, 점차적으로 제 2 렌즈(307)의 개구수(NA)를 바꿈으로써 측벽형상을 서서히 변화시킬 수 있다. According to the present embodiment described above, the flow path pattern shown in FIG. 4 can be formed without using a photomask. In addition, the pattern width can be smoothly changed like the flow path pattern between A-B in Fig. 4A. Further, the optical energy density per unit area irradiated to the resist surface can also be gradually changed between ABs, and as shown in Fig. 4 (b) and 4 (c), as shown in the cross section A of the
이상과 같이, 상기 실시예에 의하면 기판상에 형성한 레지스트막에 마이크로유로 디바이스 등의 원하는 잠상 패턴을 형성하는 방법으로서, 자외영역의 집속광을 사용하여 레지스트막에 원하는 패턴을 직접 노광함으로써 상기 종래기술에 기재한 바와 같은 포토마스크가 불필요하게 된다. 또 마이크로 유로 디바이스의 주요한 직선 또는 곡선형상 패턴의 유로 폭에 따라, 상기 집속광의 지름을 제어함으로써 일필 쓰기에 준하는 벡터방식을 사용하여 간편하게 원하는 패턴의 잠상을 형성할 수 있다.As described above, according to the above embodiment, a method of forming a desired latent image pattern such as a micro euro device in a resist film formed on a substrate is carried out by directly exposing a desired pattern to the resist film using focused light in an ultraviolet region. The photomask as described in the technique becomes unnecessary. Further, by controlling the diameter of the focused light according to the flow path width of the main straight or curved pattern of the micro-channel device, it is possible to easily form the latent image of the desired pattern by using a vector method similar to writing.
또, 상기 직선 또는 곡선형상 패턴을 일필 쓰기에 준하는 방식에 의하여 노광할 때에, 레지스트면에 있어서의 집속광의 지름을 점차적으로 변화시킴으로써 유로 폭의 변화가 매끄러운 패턴도 용이하게 형성할 수 있다. 또 레지스트막에 있어서의 단위면적당의 광조사량을 직선 또는 곡선을 따라 점차적으로 변화시킴으로써, 레지스트막 두께방향의 프로파일(유로깊이의 변화)이 매끄러운 패턴을 형성할 수 있다. 또한 집속광의 광학계에 있어서의 대물렌즈의 개구수(NA)를 직선 또는 곡선에 따라 점차적으로 변화시킴으로써, 상기 직선 또는 곡선형상 패턴에 있어서의 레지스트막 단면의 프로파일(유로의 측벽형상)을 매끄럽게 변화시킨 패턴을 형성하는 것도 가능하다. In addition, when exposing the straight or curved pattern in a manner similar to writing, the pattern with smooth fluctuations in the channel width can be easily formed by gradually changing the diameter of the focused light on the resist surface. Further, by gradually changing the light irradiation amount per unit area in the resist film along a straight line or a curve, a pattern with a smooth profile (change in euro depth) in the thickness direction of the resist film can be formed. In addition, the numerical aperture NA of the objective lens in the optical system of the focused light is gradually changed in accordance with a straight line or a curve to smoothly change the profile (sidewall shape of the flow path) of the resist film cross section in the straight or curved pattern. It is also possible to form a pattern.
상기 본 발명의 실시형태에 개시한 패턴형성방법을 사용함으로써, 고액이고 또한 입수까지에 시간을 요하는 포토마스크를 사용하지 않고, 마이크로 유로 디바이스의 유로 패턴을 단시간으로 작성할 수 있어, 원하는 유로 패턴에 관한 데이터 및 제어 데이터를 컴퓨터상에서 편집하는 것만으로 용이하고 또한 단시간으로 유로 패턴의 수정, 개량을 행하는 것이 가능하게 된다. 또 통상의 포토마스크에 의한 노광방법에서는 실현 불가능한 유로의 깊이 및 유로의 측벽형상을 매끄럽게 제어한 레지스트막 패턴의 형성이 가능하게 된다.By using the pattern formation method disclosed in the above-described embodiment of the present invention, the flow path pattern of the micro flow path device can be produced in a short time without using a photomask that requires a large amount of money and a time required for acquisition, so that the desired flow path pattern can be formed. By simply editing the relevant data and the control data on a computer, it becomes possible to correct and improve the flow path pattern in a short time. In addition, it is possible to form a resist film pattern in which the depth of the flow path and the side wall shape of the flow path are smoothly controlled in the exposure method using a normal photomask.
그 결과, 마이크로 유로 디바이스의 연구개발 및 시작기간을 대폭으로 단축할 수 있을 뿐만 아니라, 3차원형상의 설계 파라미터를 가지는 고기능, 고품질의 마이크로 유로 디바이스를 제작하는 것이 가능하게 된다. As a result, the research and development and start-up period of the micro-channel device can be greatly shortened, and it is possible to manufacture a high-performance, high-quality micro-channel device having a three-dimensional design parameter.
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