JP2009151257A - 傾斜露光リソグラフシステム - Google Patents

Abstract

【課題】傾斜露光リソグラフシステムの提供。
【解決手段】主に基材、フォトレジスト層、フォトマスク、偏光部品を含む。該フォトレジスト層は基材の上に設置し、該フォトマスクは該フォトレジスト層の上に設置し、かつ該フォトレジスト層との間には間隙を備える。該偏光部品は該フォトマスクの上に設置し、光源が発する光線を折射し、特定角度の偏移を生じる。
【選択図】図３

Description

本発明は傾斜露光リソグラフシステムに関する。特に偏光部品を利用し入射光の方向を改変し、回折を対応させ傾斜露光製造工程を行う傾斜露光リソグラフシステムに係る。

リソグラフ技術はマイクロマシン製造工程と半導体製造工程で非常に重要な役割を担っている。公知のリソグラフ製造工程では、その光ビームはフォトマスクと感光性高分子材において同時に垂直で、フォトマスクパターンとサイズに応じて平面（２Ｄ）の或いは２．５次元（２．５Ｄ）の構造パターンを製作し、ナノレベルの構造サイズと精度の製造能力を備える。

しかし３Ｄ構造を実現するためには、この技術は特殊なフォトマスク（グレースケールフォトマスクなど）を対応させ、光ビーム強度を分配し、露光リソグラフし、感光性高分子材を立体化する必要がある。或いは実施後処理（熱流法など）し、２．５Ｄ感光性高分子材を表面張力により熱溶解させ半円球状とし、或いは特殊ラチス面を利用し非等向性エッチング法により製作する必要がある。これら技術中では、前両者はその斜面ラフ度と斜面角度の制御が難しく、コストが高く、非等向性エッチング法では１、２個の特殊な傾斜角度を得られるだけである。

伝統的な超精密加工は、特定のダイヤモンドカッター角度を用い、加工される基材をカッティングするもので、ナノレベルの加工精度を達成し、しかも構造成型角度を制御することもできる。しかし、上から下への（ｔｏｐ−ｄｏｗｎ）カッティング加工に属するため、基材表面と構造頂点の絶対高度に対する制御が難しい。同時に、さらに大面積加工に必要な基材処理（無電気メッキ金属化表面処理など）、加工時間、加工くず、コストなどの問題がある。

特許文献１は、２．５Ｄを備えるマイクロ構造及びその製造方法を示す。図１に示すように、先ず表面１１１を備える光透過基板１１を提供する。しかも該表面１１１は光不透過区１１２及びレンズ１１３を備える。該レンズ１１３は光線を通過させた後、焦点を結ぶ効果を生じる。続いて、該表面１１１上にフォトレジスト層１２を形成する。光源１３が該光透過基板１１を通過し、該フォトレジスト層１２に照射する時、光線は該レンズ１１３を通過後に焦点を結ぶ。よって、該フォトレジスト層１２の一部を除去することで、傾斜角θを備える斜面１２２を製作することができる。この種方式の斜面角度はレンズのフォーカス能力（曲率半径など）により決められるが、光エネルギーの分布が均一でなく、それに加え回折のために、辺角などの屈折位置は円弧状を形成する。

特許文献２は浸潤式傾斜露光モジュールを掲示する。図２Ａに示すように、フォトレジスト層２２とフォトマスク２３を設置する基材２１を液体媒介２４中に浸し、続いて光線２０を照射する。光線２０が液体媒介２４よりフォトマスク２３を通過し、フォトレジスト層２２に照射する時、光線２０は該フォトレジスト層２２に対して傾斜リソグラフを行う（図２Ｂ参照）。光の強度は照度と時間の乗に等しいため、光照度と距離の二乗は反比例する。よってこの種の傾斜露光は露光エネルギー全体を均一化することができず、リソグラフ面積は大きくなると、光強度の均一化もより困難となる。しかも機械の傾斜角度の制限を受け、大面積の製造には不利である。この他、後続の製造工程における、基板上の液体媒介の除去も難題である。

一般の無間隙露光では、もし光源が垂直露光であれば、形成される構造形状は垂直の柱状だけで、その両側の角度は９０°に近く（図３参照）、もしフォトマスクとフォトレジスト間に間隙が存在するなら、光学回折の問題を引き起こし、線幅が大きくなってしまい、構造斜面もますます平坦ではなくなってしまう（図４参照）。或いは円弧状解析度が劣るなどの問題をも引き起こす（図５、図６参照）。よって、技術実施上はフォトマスクとフォトレジストの間隙の存在はできるだけ回避しなければならない。

単純にプリズムを使用し、光線を偏折露光させる方式は、材料屈折率の制限を受ける。一般材料の屈折率は１．５±０．２であるため、最大偏折角度はわずかに３０度前後でしかない。大角度の改変を達成することは非常に困難で、最大露光角度が小さすぎ、実際の応用では価値を低下させてしまう（図７参照）。傾斜基板を加える方式により、エッチング時の角度変化を拡大する方式もあるが、これは相対的に光エネルギー分布を不均一とし、しかも製作される構造は傾斜柱状構造のみである。

また単純に回折を利用する時、フォトマスクとフォトレジストに間隙があるものは、一般的には望めない。微小な間隙の数十ミクロンが線幅の増加を招き斜面となるからである。しかし、角度が小さい（８°）ため、一般には電鋳脱型角とするしかなく、もし間隙をさらに拡大すれば、角度を拡大することはできるが、回折がひどくなり、構造が円弧状になってしまうため、非平面にしか応用することはできない。

よって、本発明者は角度の制御が容易で、転折が明確で、しかも既存の機械設備により製造することができる傾斜露光リソグラフシステムを開発した。

台湾特許第１２７８９０３号明細書 米国特許第ＵＳ７０１２７６２号明細書

本発明が解決しようとする課題は、フォトレジスト層と光源間に偏光部品を設立し、光入射方向を改変し、間隙回折に対応し、傾斜露光リソグラフの目的を達成する傾斜露光リソグラフシステムを提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は下記の傾斜露光リソグラフシステムを提供する。
基材、フォトレジスト層、フォトマスク、偏光部品を含み、
該フォトレジスト層は該基材の上に設置し、
該フォトマスクは該フォトレジスト層の上に設置し、かつ該フォトレジスト層との間には間隙を備え、
該偏光部品は該フォトマスクの上に設置し、光源が発する光線を折射し、特定角度の偏移を生じる。

請求項１の発明は、基材、フォトレジスト層、フォトマスク、偏光部品を含み、
該フォトレジスト層は該基材の上に設置し、
該フォトマスクは該フォトレジスト層の上に設置し、かつ該フォトレジスト層との間には間隙を備え、
該偏光部品は該フォトマスクの上に設置し、光源が発する光線を折射し、特定角度の偏移を生じることを特徴とする傾斜露光リソグラフシステムとしている。
請求項２の発明は、前記偏光部品はプリズムであることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステムとしている。
請求項３の発明は、前記プリズムは多辺形プリズムであることを特徴とする請求項２記載の傾斜露光リソグラフシステムとしている。
請求項４の発明は、前記プリズム上には光透過媒介を塗布することを特徴とする請求項２記載の傾斜露光リソグラフシステムとしている。
請求項５の発明は、前記間隙は５μｍ以上で、しかも１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステムとしている。
請求項６の発明は、前記光源は導光光学モジュールを含むことを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステムとしている。
請求項７の発明は、前記偏光部品は三角プリズムであることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステムとしている。
請求項８の発明は、前記偏光部品はラスターマイクロ構造であることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステムとしている。
請求項９の発明は、前記各ラスターマイクロ構造の狭い隙間を通過する光線の光通過差は該光線波長の整数倍であることを特徴とする請求項８記載の傾斜露光リソグラフシステムとしている。
請求項１０の発明は、前記基材はシリコンウエハー、ガラス、或いはアクリルであることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステムとしている。
請求項１１の発明は、前記光源は紫外線であることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステムとしている。
請求項１２の発明は、前記フォトレジスト層はポジティブフォトレジスト或いはネガティブフォトレジストであることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステムとしている。
請求項１３の発明は、前記偏光部品の材料はガラス、石英、プラスチック、高分子ポリマーにより組成するグループ中から選択することを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステムとしている。
請求項１４の発明は、前記特定角度は０度以上で、しかも１８０度以下であることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステムとしている。
請求項１５の発明は、前記基材、該フォトレジスト層、該フォトマスク、該偏光部品はさらに液体中に浸し、しかも該偏光部品の屈折率と該液体の屈折率は異なることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステムとしている。

上記のように、本発明は偏光部品を設置し、入射光の入射角度と最終出射角度に０度以上１８０度以下の改変を生じさせ、フォトレジスト層に対して傾斜露光リソグラフを行い、必要な立体傾斜パターンを得ることができる。

図８は本発明傾斜露光リソグラフシステムの概略図である。該傾斜露光リソグラフシステム３は基材３１、フォトレジスト層３２、フォトマスク３３、偏光部品３４、光源３５を含む。該フォトレジスト層３２は該基材３１上に塗布し、該基材３１はシリコンウエハ、ガラス、或いはアクリルなどである。該フォトレジスト層３２の塗布完成後、ソフトベイクを行い硬化させる。この後に、予めパターンが設計されたフォトマスク３３を該フォトレジスト層３２の上に設置する。光源３５（紫外線など）を利用し、該フォトレジスト層３２に対して露光を行い、必要な立体パターンを得る。また必要に応じてポジティブフォトレジスト或いはネガティブフォトレジストを使用し、フォトレジスト層３２とすることができる。

本発明の公知技術に勝る点は、該フォトマスク３３と光源３５の間に偏光部品３４を設置し、光源３５が発射する光線の方向を改変することである。同時に、該フォトマスク３３と該フォトレジスト層３２の間には間隙Ｇを保持する。図８中では、該偏光部品３４はプリズムである。スネルの法則に基づけば、光線の入射角θ₁と偏光部品３４の傾斜角αを調整し、さらに該偏光部品３４と該フォトレジスト層３２の材質を選択（すなわち、偏光部品３４とフォトレジスト層３２の折斜率を制御）し、同時に間隙Ｇの大きさを利用し回折効果を制御するだけで、光線の最終露光出射角θ₅を制御することができる。

もし該フォトレジスト層３２がポジティブフォトレジストであれば、露光後に該フォトマスク３３により未遮蔽の部分は除去される。こうして、必要なパターンを得る。
もし該フォトレジスト層３２がネガティブフォトレジストであれば、露光後に該フォトマスク３３により未遮蔽の部分は強化され、リソグラフ液に溶け難い構造が形成される。この後に、さらにリソグラフ液により未露光のフォトレジスト層３２を除去し、必要なパターンを得る。

よって、図９に示すように、露光リソグラフを経ると、該基材３１上には必要な傾斜露光成型フォトレジスト層３２が残る。この後、さらにリソグラフ製造工程中のハードベイク、リソグラフ検査、エッチング、フォトレジスト除去、最終検査などのステップを継続する。こうして得られた立体構造はスパッタリングシード層、電気メッキ、脱型スタンパー成型を経る。次に、スタンパーをローラー上に包覆し、さらに熱圧延の方式で光学基材上に圧延する。但し、上記製造工程は本領域における常識であるため、ここでは詳述しない。

本発明中では、プリズム以外に、該偏光部品３４は三角プリズム（図１０参照）或いはラスターマイクロ構造（図１１参照）とすることができ、またプリズムは多辺形プリズム（図１２参照）を使用することができる。上記偏光部品は、光線の進行方向を改変することができ、傾斜露光リソグラフ工程に利用可能であれば、使用者のニーズに応じて選択することができる。

また、該偏光部品上に一層或いは数層の屈折率が異なる光透過媒介を塗布することができ、これにより、入射光の角度の改変を達成することができる。或いは該基材３１、該フォトレジスト層３２、該フォトマスク３３、該偏光部品３４を液体３６中に浸し、しかも該液体３６の屈折率と該偏光部品３４の屈折率は異なるため、入射光の方向をさらに矯正することができる（図１３参照）。

本発明傾斜露光リソグラフシステムのラスター概略図である図１４に示すように、説明の便のため、ラスターＳを３個の狭い隙間として図示する。単色平面光ＬがラスターＳに入射する時、該ラスターＳの回折角Φによりちょうど回折され、その後に第一隙間、第二隙間、第三隙間より発射される二次レベル子波Ｌ’の光通過差ＡＡ’＝λ、ＢＢ’＝２λ、ＣＣ’＝３λである。内、λは単色光波長である。こうしてラスターＳは単色光を転向させることができ、プリズムと同等の機能を備える。

本発明傾斜露光リソグラフシステムを導光光学モジュールに対応させる概略図である図１５に示すように、導光光学モジュール７０は光源として用いられ、それは発光部７０１、反射鏡７０２、７０３、及び傾斜露光リソグラフシステム７１を含む。該発光部７１は平行光を発生し、該反射鏡７０２は４５度の鏡面で、平行光を転折させ、該反射鏡７０３は非４５度の鏡面で、平行光を偏折させる。偏折後の平行光は、さらに傾斜露光リソグラフシステム７１に入射し、露光リソグラフを行う。

よって、本発明はプリズムを利用し露光する他に、回折を加え露光することができる。フォトマスクとフォトレジスト層の間には約５〜１５０ミクロン（μ）の間隙を保留し、元々露光されるフォトレジストは柱状から台形に変わり、さらにプリズムを外部に加えることで、光線は傾斜露光する。こうして斜面角度を拡大することができるだけでなく、マイクロ台形構造を製作することもでき、導光板などの光学フィルターへの応用に非常に適している。

図１６〜図１９は本発明傾斜露光リソグラフシステムの成型パターン概略図である。図１６は、本発明傾斜露光リソグラフシステムを応用し、露光＋回折を行い、大角度パターンを製作可能であることを説明する。図１７では、２回の露光＋回折を利用し、三角形パターン（Ｖ−Ｃｕｔ）を製作する。図１８では、露光＋回折を利用し台形パターンを製作し、この二種の方式の結合を利用し、導光板で最も必要な台形構造を製作可能で、しかも斜面の平坦面角度は６０度以上に達する。図１８の立体図である図１９Ａに示すように、製作されたパターンの斜面の平坦度は非常に良好である。図１９Ａの上面図である図１９Ｂ、図１９Ｂの拡大図である図１９Ｃに示すように、製作されたパターンの斜面表面は平滑かつ坦で、転折位置は非常にはっきりしており円弧化の問題は存在しない。

上記のように、本発明中の偏光部品の設置目的は、入射光の入射角度と最終出射角度に０度以上１８０度以下の改変を生じさせ、フォトレジスト層に対して傾斜露光リソグラフを行い、必要な立体傾斜パターンを得ることである。

よって、公知技術に比較し、本発明の傾斜露光リソグラフシステムは以下の長所を備える。
（１）大面積の基材を製作可能であるため、生産性が高い。
（２）傾斜パターンの角度は偏光部品の設置角度と屈折率により決定し、既存の生産機械を使用し、簡単かつ露光の多様化を増加することができる
（３）リソグラフ技術は垂直構造に限定されることがなくなり、異なる露光角度に対応し立体の三角形、台形、平行四辺形などの構造を製作することができ、元々の２Ｄ構造を３Ｄ構造とすることができる。
（４）２種の露光方式を結合（プリズム＋回折）し一つにするため、適当な間隔距離のプリズム材料を選択するだけで、プリズム露光の斜面が平坦で円弧状とならない長所を擁する他、回折露光の大面積材料を製作可能という長所をも兼ね備え、基材を傾斜させる必要がない。この他、連続した台形（一辺が垂直で一辺が傾斜）を製作することもでき、この種の形状は導光板の製作への応用に非常に適している。

公知の傾斜露光リソグラフ成型方法のステップ概略図である。 別種の公知の傾斜露光リソグラフ成型方法の概略図及び該傾斜露光リソグラフ成型方法により製造される傾斜構造の側面図である。 公知の傾斜露光リソグラフ成型方法の成型パターン概略図である。 公知の傾斜露光リソグラフ成型方法の成型パターン概略図である。 公知の傾斜露光リソグラフ成型方法の成型パターン概略図である。 公知の傾斜露光リソグラフ成型方法の成型パターン概略図である。 公知の傾斜露光リソグラフ成型方法の成型パターン概略図である。 本発明傾斜露光リソグラフシステムの概略図である。 本発明傾斜露光リソグラフシステムにより製造される傾斜構造の側面図である。 本発明傾斜露光リソグラフシステムの変化実施例概略図である。 本発明傾斜露光リソグラフシステムの別種の変化実施例概略図である。 本発明傾斜露光リソグラフシステムのさらに別種の変化実施例概略図である。 本発明傾斜露光リソグラフシステムのまたさらに別種の変化実施例概略図である。 本発明傾斜露光リソグラフシステムのラスター概略図である。 本発明傾斜露光リソグラフシステムを導光光学モジュールに対応させる概略図である。 本発明傾斜露光リソグラフシステムの成型パターン概略図である。 本発明傾斜露光リソグラフシステムの成型パターン概略図である。 本発明傾斜露光リソグラフシステムの成型パターン概略図である。 本発明傾斜露光リソグラフシステムの成型パターン概略図である。

符号の説明

１１ 光透過基板
１１１ 表面
１１２ 光不透過区
１１３ レンズ
１２ フォトレジスト層
１２２ 斜面
１３ 光源
２０ 光線
２１ 基材
２２ フォトレジスト層
２３ フォトマスク
２４ 液体媒介
３ 傾斜露光リソグラフシステム
３１ 基材
３２ フォトレジスト層
３３ フォトマスク
３４ 偏光部品
３５ 光源
３６ 液体
７０ 導光光学モジュール
７１ 傾斜露光リソグラフシステム
７０１ 発光部
７０２ 反射鏡
７０３ 反射鏡
Ｇ 間隙
Ｌ 単色光
Ｌ’ 単色光
Ｓ ラスター
θ 傾斜角
θ₁ 入射角
θ₂ 出射角
θ₃ 入射角
θ₄ 出射角
θ₅ 出射角
α 傾斜角
Φ 回折角

Claims (15)

1. 基材、フォトレジスト層、フォトマスク、偏光部品を含み、
   該フォトレジスト層は該基材の上に設置し、
   該フォトマスクは該フォトレジスト層の上に設置し、かつ該フォトレジスト層との間には間隙を備え、
   該偏光部品は該フォトマスクの上に設置し、光源が発する光線を折射し、特定角度の偏移を生じることを特徴とする傾斜露光リソグラフシステム。
2. 前記偏光部品はプリズムであることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステム。
3. 前記プリズムは多辺形プリズムであることを特徴とする請求項２記載の傾斜露光リソグラフシステム。
4. 前記プリズム上には光透過媒介を塗布することを特徴とする請求項２記載の傾斜露光リソグラフシステム。
5. 前記間隙は５μｍ以上で、しかも１５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステム。
6. 前記光源は導光光学モジュールを含むことを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステム。
7. 前記偏光部品は三角プリズムであることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステム。
8. 前記偏光部品はラスターマイクロ構造であることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステム。
9. 前記各ラスターマイクロ構造の狭い隙間を通過する光線の光通過差は該光線波長の整数倍であることを特徴とする請求項８記載の傾斜露光リソグラフシステム。
10. 前記基材はシリコンウエハー、ガラス、或いはアクリルであることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステム。
11. 前記光源は紫外線であることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステム。
12. 前記フォトレジスト層はポジティブフォトレジスト或いはネガティブフォトレジストであることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステム。
13. 前記偏光部品の材料はガラス、石英、プラスチック、高分子ポリマーにより組成するグループ中から選択することを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステム。
14. 前記特定角度は０度以上で、しかも１８０度以下であることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステム。
15. 前記基材、該フォトレジスト層、該フォトマスク、該偏光部品はさらに液体中に浸し、しかも該偏光部品の屈折率と該液体の屈折率は異なることを特徴とする請求項１記載の傾斜露光リソグラフシステム。