JP4787866B2

JP4787866B2 - パターン化されたフォトレジスト層の形成方法

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Publication number: JP4787866B2
Application number: JP2008231066A
Authority: JP
Inventors: 萌祺黄; 正軒林; 復瑜張
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2008-03-26
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2011-10-05
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: TW200941545A; US20090246717A1; JP2009237527A

Description

本発明は、リソグラフィープロセスに関し、特に、垂直ではない側壁を有する構造を形成するリソグラフィープロセスに関するものである。

マイクロ電子機械プロセスでは、通常、バルクマイクロマシニング、ＩＣＰドライエッチング、グレイレベルマスク、超精密加工などが傾斜構造の製造に用いられている。しかし、上述のプロセス、機械、または材料は、下記のような限界がある。まず、バルクマイクロマシニングは、シリコンウェハのシリコン格子および特定の溶液を用いることで特定角度を形成することができるが、角度の程度が変えられない。次に、ＩＣＰドライエッチングプロセスとグレイレベルマスクは、実質的に製造コストを高める。また、超精密加工は、さまざまな旋盤と切削ヘッドを用いて異なる構造を製造するもので、構造の精度が機械の精度で決まり、非連続的なパターンを形成し難く、製造時間とコストが掛かる問題がある。

よって、傾斜角を有するマイクロ構造を形成する新しい方法が求められている。

本発明は上記のような事情の下でなされたものであって、その目的は、パターン化された傾斜フォトレジスト層の新しい形成方法を提供することにある。

本発明は、上面と底面を有する基板を提供するステップ、基板の上面にフォトレジスト層を形成するステップ、フォトレジスト層上に透明層を提供するステップ、透明層上に遮光層を提供するステップ、遮光層および透明層を通過してフォトレジスト層を露光する露光源を提供するステップと、フォトレジスト層を現像してパターン化されたフォトレジスト層を形成するステップを含み、パターン化されたフォトレジスト層と基板とが直角でない接触角を有するパターン化されたフォトレジスト層の形成方法を提供する。

本発明は、上面と底面を有する透明基板を提供するステップ、基板の上面にフォトレジスト層を形成するステップ、透明基板の底面下に透明層を提供するステップ、透明層下に遮光層を提供するステップ、遮光層、透明層、および透明基板を通過してフォトレジスト層を露光する露光源を提供するステップと、フォトレジスト層を現像してパターン化されたフォトレジスト層を形成するステップを含み、パターン化されたフォトレジスト層と基板とが直角でない接触角を有するパターン化されたフォトレジスト層のもう１つの形成方法も提供する。

露光源からの光が遮光層、例えばフォトマスクの開口を通過した時、光強度は、回折により、開口の中心で強くなり、開口の端で弱くなる。本発明は、フォトレジスト材料と遮光層との間に透明層を入れることで上述の回折の原理を用い、それによってパターン化されたフォトレジスト層と基板とが直角でない接触角を有する。

本発明の目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施態様を例示し、図面を参照しながら、詳細に説明する。

図１〜５は、本発明の１つの実施態様のリソグラフィープロセスを表している。露光源とフォトレジスト層は、基板の同じ側に位置され、これは、表面露光（ｆｒｏｎｔｓｉｄｅｅｘｐｏｓｕｒｅ）と言われている。図１では、まず、基板１が提供される。基板１は、例えばシリコンウェハ、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）などである。また、基板１は、ガラス基板、フレキシブルプラスチック基板などでもよい。基板１は、アクティブ／パッシブ回路、素子、または他のレイアウトを更に含むことができる。基板１の上面上のポジ型フォトレジスト層３は、従来のスピンオン法によって形成できる。

続いて図２では、透明層５がポジ型フォトレジスト層３の上に形成される。透明層５は、例えばガラスまたはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの無機材料；例えばポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、またはポリエチレンテレフタレートなどの有機材料；有機無機複合材料；またはその組み合わせを含む。透明層５は、０.１ｍｍ〜５ｍｍの厚さを有する。透明層５とポジ型フォトレジスト層３とは、その間に間隙を有する。しかし透明層５は、リソグラフィープロセスおよびポジ型フォトレジスト層３が影響されなければ、ポジ型フォトレジスト層３と隣接していてもよい。

続いて図３では、遮光層７が透明層５上に提供され、露光ステップが露光源９によって行われる。遮光層７と透明層５とは、その間に間隙を有する。しかし、遮光層７は、リソグラフィープロセスが影響されなければ、透明層５と隣接していてもよい。１つの実施態様では、遮光層７は、従来のフォトマスクである。もう１つの実施態様では、遮光層７は、透明層５上に直接形成された遮光パターンである。露光源９からの光は、遮光層７と透明層５を通過してポジ型フォトレジスト層３を露光する。１つの実施態様では、露光源９は、紫外線、レーザー、またはＸ線の露光源などを含む。

最後に図４では、露光されたポジ型フォトレジスト層３は、現像され、パターン化されたフォトレジスト層３Ａを完成する。パターン化されたフォトレジスト層３Ａは、狭まった上部と広がった底部を有し、いわゆる“スモールヘッド（ｓｍａｌｌｈｅａｄ）構造”を形成する。パターン化されたフォトレジスト層３Ａと基板１とは、９０度より小さい接触角αを有し、接触角αの傾斜度は、透明層５の吸収率によって決まる。より厚い透明層５は、高い吸収率を有することで、より小さい接触角αを形成する。１つの実施態様では、接触角αは、１５〜８５度である。１つの実施態様では、透明層５は、０.１〜１ｍｍの厚さを有し、接触角αは、６０〜８５度である。１つの実施態様では、透明層５は、１〜２ｍｍの厚さを有し、接触角αは、４５〜７０度である。１つの実施態様では、透明層５は、２〜３ｍｍの厚さを有し、接触角αは、３０〜６０度である。１つの実施態様では、透明層５は、３〜４ｍｍの厚さを有し、接触角αは、２０〜５０度である。１つの実施態様では、透明層５は、４〜５ｍｍの厚さを有し、接触角αは、１５〜４０度である。

図４のパターン化されたフォトレジスト層３Ａは、平面の側壁を有するが、図５に表されるように、側壁は曲面であってもよい。図４と図５との構造上の違いは、透明層５の材料の種類によるものである。図４の透明層５は、例えばガラスなどの無機材料であるため、パターン化されたフォトレジスト層３Ａは、平面の側壁を有する。また、図５では、パターン化されたフォトレジスト層３Ａは、透明層５が例えばポリメチルメタクリレートなどの有機材料であることから、曲面の側壁を有する。図５では、パターン化されたフォトレジスト層３Ａ側壁の曲率は、透明層５の吸収率によって決まる。より厚い透明層５は、高い吸収率を有することで、パターン化されたフォトレジスト層３Ａ側壁のより小さい傾斜を形成する。パターン化されたフォトレジスト層３Ａは、光学素子に用いられるマイクロレンズアレイとして用いることができる。

もう１つの実施態様は、上述の実施態様と本質的に同様であり、唯一の違いは、フォトレジスト層がネガ型フォトレジストであることである。図１〜図３のプロセスが同様であるから、簡潔にするため、重複する説明は省略する。図６では、パターン化されたフォトレジスト層４Ａは、露光と現像のプロセスの後、ネガ型フォトレジスト層で形成される。パターン化されたフォトレジスト層４Ａは、広がった上部と狭まった底部を有し、いわゆる“ビッグヘッド（ｂｉｇｈｅａｄ）構造”を形成する。パターン化されたフォトレジスト層４Ａと基板１とは、９０度より大きい接触角βを有し、接触角βの傾斜度は、透明層５の吸収率によって決まる。より厚い透明層５は、高い吸収率を有することで、より大きい接触角βを形成する。１つの実施態様では、接触角βは、９５〜１６５度である。１つの実施態様では、透明層５は、０.１〜１ｍｍの厚さを有し、接触角βは、９５〜１１５度である。１つの実施態様では、透明層５は、１〜２ｍｍの厚さを有し、接触角βは、１１０〜１３０度である。１つの実施態様では、透明層５は、２〜３ｍｍの厚さを有し、接触角βは、１２０〜１４０度である。１つの実施態様では、透明層５は、３〜４ｍｍの厚さを有し、接触角βは、１３０〜１５０度である。１つの実施態様では、透明層５は、４〜５ｍｍの厚さを有し、接触角βは、１４０〜１６５度である。

図６のパターン化されたフォトレジスト層４Ａは、平面の側壁を有するが、図７に表されるように、側壁は曲面であってもよい。図６と図７との構造上の違いは、透明層５の材料の種類によるものである。図６では、透明層５は、例えばガラスなどの無機材料であるため、パターン化されたフォトレジスト層４Ａは、平面の側壁を有する。また、図７では、パターン化されたフォトレジスト層４Ａは、透明層５が例えばポリメチルメタクリレートなどの有機材料であることから、曲面の側壁を有する。図７では、パターン化されたフォトレジスト層４Ａ側壁の曲率は、透明層５の吸収率によって決まる。より厚い透明層５は、高い吸収率を有することで、パターン化されたフォトレジスト層４Ａ側壁のより小さい傾斜を形成する。

図８〜図１２は、本発明のもう１つの実施態様におけるリソグラフィープロセスを表している。露光源とフォトレジスト層とは、透明基板の異なる側にそれぞれ位置される。露光源からの光がフォトレジスト層を露光する前に透明基板を通過することから、このプロセスは、背面露光（ｂａｃｋｓｉｄｅｅｘｐｏｓｕｒｅ）として知られている。図８では、透明基板１０は、例えばガラス基板、フレキシブルプラスチック基板などである。透明基板１０は、アクティブ／パッシブ回路、素子、または他のレイアウトを更に含むことができる。透明基板１０の上面上のポジ型フォトレジスト層３は、従来のスピンオン法によって形成できる。

続いて図９では、透明層５は、透明基板１０の底面下に形成される。透明層５は、例えばガラスまたはインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの無機材料；例えばポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、またはポリエチレンテレフタレートなどの有機材料：有機無機複合材料；またはその組み合わせなどを含む。透明層５は、０.１ｍｍ〜５ｍｍの厚さを有する。透明層５と透明基板１０とは、その間に間隙を有する。しかし、透明層５は、リソグラフィープロセスが影響されなければ、透明基板１０と隣接していてもよい。

続いて図１０では、遮光層７が透明層５下に提供され、露光ステップが露光源９によって行われる。遮光層７と透明層５とは、その間に間隙を有する。しかし、遮光層７は、リソグラフィープロセスが影響されなければ、透明層５と隣接していてもよい。もう１つの実施態様では、遮光層７は、従来のフォトマスクである。もう１つの実施態様では、遮光層７は、透明層５下に直接形成された遮光パターンである。露光源９からの光は、遮光層７、透明層５、および透明基板１０を通過してポジ型フォトレジスト層３を露光する。１つの実施態様では、露光源９は、紫外線、レーザー、またはＸ線の露光源などを含む。

最後に図１１では、露光されたポジ型フォトレジスト層３は、現像され、パターン化されたフォトレジスト層３Ｂを完成する。パターン化されたフォトレジスト層３Ｂは、広がった上部と狭まった底部を有し、いわゆる“ビッグヘッド（ｂｉｇｈｅａｄ）構造”を形成する。パターン化されたフォトレジスト層３Ｂと透明基板１０とは、９０度より大きい接触角γを有し、接触角γの傾斜度は、透明層５および透明基板１０の吸収率によって決まる。透明層５および透明基板１０の合計厚さが厚いほど、その吸収率が高くなり、より大きい接触角γを形成する。１つの実施態様では、接触角γは、９５〜１６５度である。１つの実施態様では、透明層５と透明基板１０は、０.１〜１ｍｍの合計厚さを有し、接触角γは、９５〜１１５度である。１つの実施態様では、透明層５および透明基板１０は、１〜２ｍｍの合計厚さを有し、接触角γは、１１０〜１３０度である。１つの実施態様では、透明層５および透明基板１０は、２〜３ｍｍの合計厚さを有し、接触角γは、１２０〜１４０度である。１つの実施態様では、透明層５および透明基板１０は、３〜４ｍｍの合計厚さを有し、接触角γは、１３０〜１５０度である。１つの実施態様では、透明層５および透明基板１０は、４〜５ｍｍの合計厚さを有し、接触角γは、１４０〜１６５度である。

図１１のパターン化されたフォトレジスト層３Ｂは、平面の側壁を有するが、図１２に表されるように、側壁は曲面であってもよい。図１１と図１２との構造上の違いは、透明層５の材料の種類によるものである。図１１では、透明層５は、例えばガラスなどの無機材料であるため、パターン化されたフォトレジスト層３Ｂは、平面の側壁を有する。また、図１２では、パターン化されたフォトレジスト層３Ｂは、透明層５が例えばポリメチルメタクリレートなどの有機材料であることから、曲面の側壁を有する。図１２では、パターン化されたフォトレジスト層３Ｂ側壁の曲率は、透明層５の吸収率によって決まる。より厚い透明層５は、高い吸収率を有することで、パターン化されたフォトレジスト層３Ｂ側壁のより小さい傾斜を形成する。

もう１つの実施態様は、上述の実施態様と本質的に同様であり、唯一の違いは、フォトレジスト層がネガ型フォトレジストであることである。図８〜図１０のプロセスが同様であるから、簡潔にするため、重複する説明は省略する。図１３では、パターン化されたフォトレジスト層４Ｂは、露光と現像のプロセスの後、ネガ型フォトレジスト層で形成される。パターン化されたフォトレジスト層４Ｂは、狭まった上部と広がった底部を有し、いわゆる“スモールヘッド（ｓｍａｌｌｈｅａｄ）構造”を形成する。パターン化されたフォトレジスト層４Ｂと透明基板１０とは、９０度より小さい接触角δを有し、接触角δの傾斜度は、透明層５および透明基板１０の吸収率によって決まる。透明層５および透明基板１０の合計厚さが厚いほど、その吸収率が高くなり、より小さい接触角δを形成する。１つの実施態様では、接触角δは、１５〜８５度である。１つの実施態様では、透明層５および透明基板１０は、０.１〜１ｍｍの合計厚さを有し、接触角δは、６０〜８５度である。１つの実施態様では、透明層５および透明基板１０は、１〜２ｍｍの合計厚さを有し、接触角δは、４５〜７０度である。１つの実施態様では、透明層５および透明基板１０は、２〜３ｍｍの合計厚さを有し、接触角δは、３０〜６０度である。１つの実施態様では、透明層５および透明基板１０は、３〜４ｍｍの合計厚さを有し、接触角δは、２０〜５０度である。１つの実施態様では、透明層５および透明基板１０は、４〜５ｍｍの合計厚さを有し、接触角δは、１５〜４０度である。

図１３のパターン化されたフォトレジスト層４Ｂは、平面の側壁を有するが、図１４に表されるように、側壁は曲面であってもよい。図１３と図１４との構造上の違いは、透明層５の材料の種類によるものである。図１３では、透明層５は、例えばガラスなどの無機材料であるため、パターン化されたフォトレジスト層４Ｂは、平面の側壁を有する。また、図１４では、パターン化されたフォトレジスト層４Ｂは、透明層５が例えばポリメチルメタクリレートなどの有機材料であることから、曲面の側壁を有する。図１４では、パターン化されたフォトレジスト層４Ｂ側壁の曲率は、透明層５および透明基板１０の吸収率によって決まる。透明層５および透明基板１０の合計厚さが厚いほど、その吸収率が高くなり、パターン化されたフォトレジスト層４Ｂ側壁のより小さい傾斜を形成する。

以上、本発明の好適な実施態様を例示したが、これは本発明を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱しない限りにおいては、当業者であれば行い得る様々な変更や修飾を付加することは可能である。従って、本発明が保護を請求する範囲は、特許請求の範囲を基準とする。

本発明の１つの実施態様において、表面露光によるポジ型フォトレジストを用いたリソグラフィープロセスを表す断面図である。本発明の１つの実施態様において、表面露光によるポジ型フォトレジストを用いたリソグラフィープロセスを表す断面図である。本発明の１つの実施態様において、表面露光によるポジ型フォトレジストを用いたリソグラフィープロセスを表す断面図である。本発明の１つの実施態様において、表面露光によるポジ型フォトレジストを用いたリソグラフィープロセスを表す断面図である。本発明の１つの実施態様において、表面露光によるポジ型フォトレジストを用いたリソグラフィープロセスを表す断面図である。本発明の１つの実施態様において、表面露光によるネガ型フォトレジストを用いたリソグラフィープロセスを表す断面図である。本発明の１つの実施態様において、表面露光によるネガ型フォトレジストを用いたリソグラフィープロセスを表す断面図である。本発明の１つの実施態様において、背面露光によるポジ型フォトレジストを用いたリソグラフィープロセスを表す断面図である。本発明の１つの実施態様において、背面露光によるポジ型フォトレジストを用いたリソグラフィープロセスを表す断面図である。本発明の１つの実施態様において、背面露光によるポジ型フォトレジストを用いたリソグラフィープロセスを表す断面図である。本発明の１つの実施態様において、背面露光によるポジ型フォトレジストを用いたリソグラフィープロセスを表す断面図である。本発明の１つの実施態様において、背面露光によるポジ型フォトレジストを用いたリソグラフィープロセスを表す断面図である。本発明の１つの実施態様において、背面露光によるネガ型フォトレジストを用いたリソグラフィープロセスを表す断面図である。本発明の１つの実施態様において、背面露光によるネガ型フォトレジストを用いたリソグラフィープロセスを表す断面図である。

符号の説明

１基板
３ポジ型フォトレジスト層
３Ａ、３Ｂ、４Ａ、４Ｂパターン化されたフォトレジスト層
５透明層
７遮光層
９露光源
１０透明基板
α、β パターン化されたフォトレジスト層と基板との接触角
γ、δ パターン化されたフォトレジスト層と透明基板との接触角

Claims

上面と底面を有する基板を提供するステップ、
前記基板の上面にフォトレジスト層を形成するステップ、
前記フォトレジスト層上に透明層を提供するステップ、
前記透明層上に遮光層を提供するステップ、
前記遮光層および前記透明層を通過して前記フォトレジスト層を露光する露光源を提供するステップ、及び
前記フォトレジスト層を現像してパターン化されたフォトレジスト層を形成するステップを含み、
前記透明層は、ガラス、インジウムスズ酸化物、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、またはポリエチレンテレフタレートで構成されており、
前記パターン化されたフォトレジスト層と前記基板とが直角でない接触角を有するパターン化されたフォトレジスト層の形成方法。
前記直角でない接触角は、１５〜８５度、または９５〜１６５度である請求項１に記載の方法。
前記パターン化されたフォトレジスト層は、曲面の側壁を有する請求項１又は２に記載の方法。
前記フォトレジスト層は、ポジ型フォトレジスト、またはネガ型フォトレジストを含む請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
前記遮光層は、フォトマスクである請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
前記透明層は、０.１〜１ｍｍの厚さを有し、前記直角でない接触角は、６０〜８５度、または９５〜１１５度である請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
前記透明層は、１〜２ｍｍの厚さを有し、前記直角でない接触角は、４５〜７０度、または１１０〜１３０度である請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
前記透明層は、２〜３ｍｍの厚さを有し、前記直角でない接触角は、３０〜６０度、または１２０〜１４０度である請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
前記透明層は、３〜４ｍｍの厚さを有し、前記直角でない接触角は、２０〜５０度、または１３０〜１５０度である請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
前記透明層は、４〜５ｍｍの厚さを有し、前記直角でない接触角は、１５〜４０度、または１４０〜１６５度である請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
上面と底面を有する透明基板を提供するステップ、
前記基板の上面にフォトレジスト層を形成するステップ、
前記透明基板の底面下に透明層を提供するステップ、
前記透明層下に遮光層を提供するステップ、
前記遮光層、前記透明層、および前記透明基板を通過して前記フォトレジスト層を露光する露光源を提供するステップ、及び
前記フォトレジスト層を現像してパターン化されたフォトレジスト層を形成するステップを含み、
前記透明層は、ガラス、インジウムスズ酸化物、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、またはポリエチレンテレフタレートで構成されており、
前記パターン化されたフォトレジスト層と前記基板とが直角でない接触角を有するパターン化されたフォトレジスト層の形成方法。
前記直角でない接触角は、１５〜８５度、または９５〜１６５度である請求項１１に記載の方法。
前記パターン化されたフォトレジスト層は、曲面の側壁を有する請求項１１又は１２に記載の方法。
前記フォトレジスト層は、ポジ型フォトレジスト、またはネガ型フォトレジストを含む請求項１１〜１３のいずれかに記載の方法。
前記遮光層は、フォトマスクである請求項１１〜１４のいずれかに記載の方法。
前記透明層および前記透明基板は、０.１〜１ｍｍの合計厚さを有し、前記直角でない接触角は、６０〜８５度、または９５〜１１５度である請求項１１〜１５のいずれかに記載の方法。
前記透明層および前記透明基板は、１〜２ｍｍの合計厚さを有し、前記直角でない接触角は、４５〜７０度、または１１０〜１３０度である請求項１１〜１５のいずれかに記載の方法。
前記透明層および前記透明基板は、２〜３ｍｍの合計厚さを有し、前記直角でない接触角は、３０〜６０度、または１２０〜１４０度である請求項１１〜１５のいずれかに記載の方法。
前記透明層および前記透明基板は、３〜４ｍｍの合計厚さを有し、前記直角でない接触角は、２０〜５０度、または１３０〜１５０度である請求項１１〜１５のいずれかに記載の方法。
前記透明層および前記透明基板は、４〜５ｍｍの合計厚さを有し、前記直角でない接触角は、１５〜４０度、または１４０〜１６５度である請求項１１〜１５のいずれかに記載の方法。