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(In Japanese)高解像度パターン転写方法 foreign

Patent code P110005598
File No. 04T001PJ
Posted date Aug 18, 2011
Application number P2006-543078
Patent number P3950981
Date of filing Oct 14, 2005
Date of registration May 11, 2007
International application number JP2005019362
International publication number WO2006046475
Date of international filing Oct 14, 2005
Date of international publication May 4, 2006
Priority data
  • P2004-311218 (Oct 26, 2004) JP
Inventor
  • (In Japanese)天谷 賢治
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人東京工業大学
Title (In Japanese)高解像度パターン転写方法 foreign
Abstract (In Japanese)フォトレジストを用いたマイクロリソグラフィーにおいて、フォトレジスト層の表面にさらにフォトクロミック材料を塗布し、回路パターンを複数の像のサブセットに分割し、該分割した最初のサブセットの像を基板に結像してフォトレジスト層を感光させた後、フォトクロミック材料の吸収率を初期状態に回復させた後に、分割した次のサブセットの像を基板に結像してフォトレジスト層を感光させ、これをすべてのサブセットについて繰り返して行い、回路パターンを基板上のフォトレジスト層に形成することにより、重ね合わせの影響を受けない高解像度のパターン転写方法を提供する。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

LSI回路パターンをシリコン基板にプリントする方法として、雛形となる回路パターン(マスク)にレーザ等の光を照射して、基板上の感光材料(フォトレジスト)を反応させる方法が一般的である。しかし回路の高密度化が進み、レーザ光の波長と同程度の配線幅が要求されるようになっているため、従来の方法では鮮明な回路パターンを得ることが難しくなってきた。
すなわち、回路パターンが照射する光の波長レベルにまで細かくなると転写像がぼやけ、隣り合う回路パターンの像が互いに重なり、高解像度化が困難となる「近接効果(proximity effect)」の問題が発生するからである。これを第1図に基づいて具体的に説明する。
回路パターンが形成されたフォトマスク基板(写真のネガに相当するものである。以下、単に「マスク」という。)を通して、フォトレジストが塗布されたシリコン基板に光(一般には紫外線が用いられる)を照射すると、マスクの開口部の近傍で、光強度が所定の値(しきい値という。)を超えたエリアのフォトレジストが感光される。しかし、近接している二つの開口部に同時に光が照射されると、それぞれ単独ではしきい値に達しないものの、二つの開口部からの光が重なる部分(第1図の(i)の範囲)では露光量が合計されて、しきい値を超えてしまうため、フォトレジストが感光されてしまうことになる。このことが像のボケや解像度の低下を招くことになる。これは、フォトレジストの材料が相反則(reciprocity law)、すなわち、照度と露光時間との相乗積(=露光量)が等しい場合には、まったく同等に感光するという性質に従うことに起因している。
上記近接効果の問題を避けるために、マスクの開口部が近接しないように、マスクを複数に分割する方法が考えられている。これを第2図を用いて説明する。すなわち、第2図(A)に示すように、まず分割した第1のマスクで露光を行うと、フォトレジストは、しきい値を超える強度の光を受けた部分のみが感光し、漏れた光(stray light)を受けた部分は現像液に溶解するまで感光するには至らないものの、受けた光の量に応じた分だけ化学変化が生じ、それが記憶される。これは「メモリ効果」と呼ばれている。
次に、時間をおいて第2のマスクを用いて2回目の露光を行うと、フォトレジストは、しきい値を超える強度の光を受けた部分が感光するとともに、漏れた光を受けた部分のうち、第2図(B)の(ii)の部分は、上述の相反則によって、1回目の露光の時に記憶された露光量と2回目の露光のときに受けた露光量とが合計されてしきい値を超えるため、感光してしまうことになる。結局、フォトレジストには、露光量を記憶する性質がある以上、マスクを分割したとしても、光の持つ回折と重ね合わせの影響を無視できないことになる。
かかる問題を解決する方法として、従来までは波長の短い新たなレーザを開発することや、マスクパターンの改良が一般に行われてきたが、開発や設備の新規導入に費用がかかることが問題であった。
また、上述のようなフォトマスク基板を用いずに反射光を操作して直接前記フォトレジスト層にパターンを結像させる方法として、デジタルマイクロミラーアレイを用いたマスクレスリソグラフィ法が知られている(Journal of Microlithography,Microfabrication,and Microsystems,October 2003,Volume 2,Issue 4,pp.331-339 High-resolution maskless lithography,Kin Foong Chan,Zhiqiang Feng,Ren Yang,Akihito Ishikawa,and Wenhui Mei参照)。これは、回路パターンに相当する像を前記デジタルマイクロミラーアレイを操作して反射した光によって直接前記フォトレジスト層に結像させるものである。この場合は、マスクを分割する代わりに、照射すべきパターンを予め複数の像のサブセットに分割し(当然ながら、隣接するパターンが同じサブセット内に入らないように分割される。)、サブセットごとに露光を行うのであるが、マスクを分割した場合と同様に、光の持つ回折と重ね合わせの影響を無視できない。
そこで、これらの問題を抜本的に解決する方法として、感熱レジスト(Thermo Resist)をエッチングレジストとして用いる方法が考えられている(特開2000-228357号公報参照)。感熱レジストとは、熱に反応して、温度があるしきい値を超えると可溶性となる物質である。感熱レジストが従来のフォトレジストと大きく違う点は、感熱レジストが線形の重ね合わせの法則に従わないことであり、そのため光の持つ回折と重ね合わせの影響(proximity effect)を受けないという点である。このような、相反則に従わないレジストを相反則不軌(reciprocity law failure)レジストという。
しかし、感熱レジストなどに代表される相反則不軌レジストは現在実際に用いられているフォトレジストに対して、マイクロリソグラフィーで要求される性能である透明性、高感度性,反応性,アルカリ現像性,耐熱性、耐エッチ性などの性能が大きく劣っている。マイクロリソグラフィー用の相反則不軌レジストに対しては、感度性、アルカリ現像性,耐熱性、耐エッチ性などの性能に関する詳しい研究はほとんど行われていない。
このため、例えば、感度性能を補うため照射レーザの強度を強めたり、照射時間を長くしたりする必要がある。これらの条件変更により、ウェハーが高熱になったり、生産効率が低下したりするなどの付随的な問題が生じている。
一方、フォトレジストはこれまでに膨大な研究開発が行われ、実際にマイクロリソグラフィーにおいて利用されているものであり、これを利用しつつ、上記の相反則不軌レジストのように光の持つ回折と重ね合わせの影響を受けないようにすることが望まれている。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、LSIの回路パターンを半導体ウェハー(シリコン基板)上に形成するマイクロリソグラフィー技術で用いられるフォトレジスト膜へのマスクパターン転写方法に関し、特に、高解像度のパターン形成を可能とする高解像度パターン転写方法に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
  ネガ型もしくはポジ型の感光性のフォトレジスト層を積層した基板に、露光により回路パターンの像を結像し、前記フォトレジスト層を感光させ、その後前記フォトレジスト層を現像することにより前記回路パターンを前記基板上の前記フォトレジスト層に形成するパターン転写方法において、
前記露光前の段階で前記フォトレジスト層の表面にさらにフォトクロミック材料を塗布し、前記回路パターンを複数の像のサブセットに分割し、該分割した最初のサブセットの像を前記基板に結像して前記フォトレジスト層を感光させた後、照射した光と波長の異なる光の照射若しくは所定の温度までの加熱又は所定時間常温で放置して前記フォトクロミック材料の吸収率を初期状態に回復させた後に、前記分割した次のサブセットの像を前記基板に結像して前記フォトレジスト層を感光させ、これをすべての前記サブセットについて繰り返して行い、前記回路パターンを前記基板上の前記フォトレジスト層に形成することを特徴とする高解像度パターン転写方法。
【請求項2】
  前記フォトクロミック材料の塗布方法がスピンコートである請求の範囲第1項に記載の高解像度パターン転写方法。
【請求項3】
  ネガ型もしくはポジ型の感光性のフォトレジスト層を積層した基板に、露光により回路パターンの像を結像し、前記フォトレジスト層を感光させ、その後前記フォトレジスト層を現像することにより前記回路パターンを前記基板上の前記フォトレジスト層に形成するパターン転写方法において、
前記露光前の段階で前記フォトレジスト層の表面にさらにビスマス及びインジウムの金属薄膜をそれぞれ積層し、前記回路パターンを複数の像のサブセットに分割し、該分割した各サブセットの像を前記基板に結像して前記フォトレジスト層を感光させ、前記回路パターンを前記基板上の前記フォトレジスト層に形成することを特徴とする高解像度パターン転写方法。
【請求項4】
  ネガ型もしくはポジ型の感光性のフォトレジスト層を積層した基板に、露光により回路パターンの像を結像し、前記フォトレジスト層を感光させ、その後前記フォトレジスト層を現像することにより前記回路パターンを前記基板上の前記フォトレジスト層に形成するパターン転写方法において、
前記露光前の段階で前記フォトレジスト層の表面にさらに低融点材料による多層薄膜を形成して干渉フィルターと成し、前記回路パターンを複数の像のサブセットに分割し、該分割した各サブセットの像を前記基板に結像して前記フォトレジスト層を感光させ、前記回路パターンを前記基板上の前記フォトレジスト層に形成することを特徴とする高解像度パターン転写方法。
【請求項5】
  前記サブセットは、前記回路パターンを同じ形状の独立した単位パターンから成る複数の異なるサブパターンに分割したもので構成されることを特徴とする、請求の範囲第1項乃至第4項のいずれかに記載の高解像度パターン転写方法。
【請求項6】
  前記露光がステッパによる縮小投影露光であることを特徴とする請求の範囲第1項乃至第5項のいずれかに記載の高解像度パターン転写方法。
【請求項7】
  請求の範囲第1項乃至第6項のいずれかに記載の方法によって回路パターンが転写され、前記基板上に回路パターンが形成された集積回路。
【請求項8】
  請求の範囲第1項乃至第6項のいずれかに記載の方法によって回路パターンが転写され、前記基板上に回路パターンが形成された液晶ディスプレイパネル。
IPC(International Patent Classification)
F-term
State of application right Registered
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