パターン形成方法およびパターン形成装置
【課題】 高価で大型な装置を用いずに発生することができる長波長の光を用いて、幅が細い微細なパターンであって、高アスペクト比のパターンを形成することができるパターン形成方法およびパターン形成装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 特定の波長を有する光を吸収して熱を発生する光吸収熱変換物質１とその熱によって化学反応する熱感応性物質２とを含む混合物３が塗布された基板４を用い、レーザ光源５から出射されたレーザ光６を収束手段７によって収束した後、基板４にレーザ光６を照射することによって、基板上にパターンを形成する。
【解決手段】 特定の波長を有する光を吸収して熱を発生する光吸収熱変換物質１とその熱によって化学反応する熱感応性物質２とを含む混合物３が塗布された基板４を用い、レーザ光源５から出射されたレーザ光６を収束手段７によって収束した後、基板４にレーザ光６を照射することによって、基板上にパターンを形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にパターンを形成するパターン形成方法およびパターン形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、半導体基板およびガラス基板などの基板上にパターンを形成する場合、リソグラフィ技術を用いる。リソグラフィ技術とは、塗布工程、露光工程および現像工程などによって、基板上などにパターンを形成する方法である。塗布工程では、フォトレジストを基板に塗布する。露光工程では、基板上に形成すべきパターンに基づいてフォトレジストに光を照射してフォトレジストを露光する。現像工程では、露光された露光部および露光部以外の非露光部のいずれかを除去する現像によって基板上にレジストのパターンを形成する。以上の工程によって、基板上にパターンを形成する。さらに、リソグラフィ技術は、エッチング工程および除去工程などを行って、レジストのパターンに対応するパターンを基板に形成する。エッチング工程では、基板上に形成されたレジストのパターンをエッチング用のマスクとして基板をエッチングする。除去工程では、エッチング用のマスクを除去する。以上の工程によって、基板に溝などのパターンを形成する。
【０００３】
露光工程では、たとえば、フォトレジストに感度のある光を用いて露光する光露光装置などが用いられている。光露光装置としては、パターンが形成された露光用のホトマスクに光を照射することによりフォトレジストに投影露光する装置、および基板上に形成すべきパターンに基づいてレーザ光を直接フォトレジストに照射して露光する装置などが挙げられる。
【０００４】
近年、基板の高集積化が望まれており、パターンの微細化が試みられている。しかしながら、上記のような光露光装置は、光に回折限界があるため、光が基板などに照射される領域を小さくするのに限界がある。つまり、いくら光を収束させても、光が照射される領域の直径が、光の波長程度にしかならないので、使用した光の波長と同程度の直径がパターンの寸法限界となる。したがって、パターンの微細化を実現するために、使用する光の短波長化が進行している。
【０００５】
短波長の光としては、たとえば、ＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）およびＦ２レーザ（波長：１５７ｎｍ）などの紫外波長の光が挙げられる。さらに、より短波長の光である波長５〜１５ｎｍの軟Ｘ線領域のＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光の使用も検討されている。しかしながら、上記のような短波長の光を発生させる装置は、いずれも非常に高価であり、さらに非常に大きな装置である。
【０００６】
したがって、上記のような短波長の光を発生させる装置より安価であって、装置を小型化することが可能なピックアップ用の光源を用いることが検討されている。しかしながら、ピックアップ用の光源は、一般的に、赤色光および赤外波長の光を発生する光源であるので、回折限界のため、そのまま使用するとパターンを微細化することができない。
【０００７】
そこで、光源から基板上に照射された光を熱に変換して、その熱を利用する方法が検討されている。典型的な従来の技術は、特許文献１に記載されている。特許文献１の微細パターン描画材料を用いた描画方法は、光を吸収して発熱する光吸収熱変換層と熱によって化学反応する熱感応性物質層とを積層した基板に光を照射して微細パターンを描画する方法である。他の従来の技術として、特許文献２に記載されている。特許文献２の微細パターン描画材料を用いた微細加工方法は、照射された光を吸収して発熱する第１の無機物質の層と光照射によって第1の無機物質と反応する第２の無機物質の層とからなる複合層を有する基板に光を照射して微細加工する方法である。さらに他の従来の技術は、特許文献３に記載されている。特許文献３のパターン形成方法は、光を吸収して発熱する光吸収熱変換層で熱を吸収して化学反応する熱感応性物質層を挟む構造を有する基板に光を照射して微細パターンを形成する方法である。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３６５８０６公報
【特許文献２】特開２００３−１４５９４１公報
【特許文献３】特開２００４−１４４９２５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
パターン形成方法は、一般に基板上に現像されたレジストのパターンおよびエッチングによって形成されたパターンなどの幅が細いだけでなく、幅に対する高さまたは深さの比であるアスペクト比が高いことが望まれる。
【００１０】
図７は、従来のパターン形成方法によって、パターンを形成する機構を示す模式図である。図７（ａ）は、フォトレジストなどのパターンを形成するパターニング材料１０１に短波長の光１０２を照射することによって、パターンを形成する機構を示す模式図である。図７（ａ）に示すように、短波長の光１０２であれば、短波長の光１０２の照射された光路が、パターニング材料１０１が化学反応する反応領域１０３となるので、高アスペクト比のパターンを形成させることができる。しかしながら、短波長の光１０２の代わりにピックアップ用の光源から照射されるような長波長の光を用いると、高アスペクト比のパターンを形成することが困難である。
【００１１】
図７（ｂ）は、特許文献１および２に記載されている方法を用いてパターンを形成する機構を示す模式図である。図７（ｂ）に示すように、熱によって化学反応するパターニング材料１０１と、光を吸収して発熱する光吸収熱変換層１０４とを積層したものに、長波長の光１０５を照射する。そうすることによって、光吸収熱変換層１０４が発熱し、その熱を用いてパターニング材料１０１が化学反応することによって、幅の細いパターンを形成することができる。しかしながら、光吸収熱変換層１０４で発生した熱が充分に伝わったパターニング材料１０１のみが化学反応するので、光吸収熱変換層１０４に接触したパターニング材料１０１周辺のみに反応領域１０３が形成される。したがって、パターニング材料１０１の深いところに反応領域１０３が形成されず、高アスペクト比のパターンを形成することができないという問題点がある。
【００１２】
図７（ｃ）は、特許文献３に記載されている方法を用いてパターンを形成する機構を示す模式図である。図７（ｃ）に示すように、高アスペクト比のパターンを形成することができないという問題点を解決するために、パターニング材料１０１を挟むように二枚の光吸収熱変換層１０４を積層したものに、長波長の光１０５を照射する。パターニング材料１０１の両面に光吸収熱変換層１０４が接触しているので、パターニング材料１０１のより深いところに反応領域１０３を形成することができる。しかしながら、光吸収熱変換層１０４に接触したパターニング材料１０１周辺のみに反応領域１０３が形成されることにはかわりがないので、アスペクト比が充分に高いパターンを形成することができない。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、高価で大型な装置を用いずに発生することができる長波長の光を用いて、幅が細い微細なパターンであって、高アスペクト比のパターンを形成することができるパターン形成方法およびパターン形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、基板上にパターンを形成するパターン形成方法であって、
特定の波長を有する光を吸収して熱を発生する光吸収熱変換物質と前記熱によって化学反応する熱感応性物質とを含む混合物を塗布した基板に、前記特定の波長を有するレーザ光を照射して前記混合物を露光することを特徴とするパターン形成方法である。
【００１５】
また本発明は、前記特定の波長は、前記熱感応性物質に照射することによって前記熱感応性物質を化学反応させるような光の波長より長い波長であることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記特定の波長は、赤外波長であることを特徴とする。
また本発明は、前記特定の波長は、７５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記光吸収熱変換物質および前記熱感応性物質は、有機系化合物であることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、赤外線を吸収して発熱する光吸収熱変換物質と熱を吸収して反応する熱感応性物質とを含む混合物を塗布した基板上にパターンを形成するパターン形成装置であって、
赤外波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を収束する収束手段とを含むことを特徴とするパターン形成装置である。
【００１９】
また本発明は、前記レーザ光を分割し変調させる偏向制御手段を含むことを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記偏向制御手段は、デジタルマイクロミラーデバイスであることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記デジタルマイクロミラーデバイスは、複数のマイクロミラーによって前記レーザ光を反射させて分割し、分割されたレーザ光の進行方向に対して、マイクロミラーの配置方向が傾斜していることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、前記偏向制御手段は、液晶素子であることを特徴とする。
また本発明は、前記レーザ光源は、複数のレーザ光を同時に照射することができることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、前記レーザ光源は、同一平面上に複数の光源を配置して構成することを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、前記レーザ光源は、垂直共振器型面発光レーザ素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、特定の波長を有する光を吸収して熱を発生する光吸収熱変換物質とその熱によって化学反応する熱感応性物質とを含む混合物を塗布した基板に、特定の波長を有するレーザ光を照射し、混合物を露光する。そうすることによって、光吸収熱変換物質を含む混合物は発熱し、その熱によって、熱感応性物質は化学反応を起こす。したがって、光を照射することによって光吸収熱変換物質が発熱する波長であれば、パターンを形成することができる。
【００２６】
また、光が基板に照射される領域の中心の光強度が最も強く、中心から離れるにしたがって光強度が弱まる。つまり、照射される光の強度分布は、ガウス分布となる。このような光の強度分布がガウス分布になるという性質を用いれば、熱感応性物質が化学反応する領域を光が照射される領域よりはるかに小さくすることができる。したがって、形成されるパターンの幅を非常に小さくすることができる。
【００２７】
さらに、光吸収熱変換物質は、熱感応性物質に分散されているので、光が照射された領域にある光吸収熱変換物質は発熱させることができる。したがって、厚み方向に深いところにある熱感応性物質も化学反応させることができるので、高アスペクト比のパターンを形成することができる。
【００２８】
以上のことから、高価で大型な装置を用いずに発生することができる長波長の光を用いて、幅が細い微細なパターンであって、高アスペクト比のパターンを形成することができる。
【００２９】
また本発明によれば、特定の波長は、熱感応性物質に照射することによって熱感応性物質を化学反応させるような光の波長より長い波長である。したがって、光が照射されることによって、熱感応性物質が化学反応するのではなく、光が照射されることによって、光吸収熱変換物質が発熱し、その熱によってのみ、熱感応性物質が化学反応するので、光の回折限界の影響が小さく、幅のより小さなパターンを形成することができる。
【００３０】
また本発明によれば、特定の波長は、赤外波長、たとえば、７５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下であるので、高価で大型な装置を用いずにパターンを形成することができる。
【００３１】
また本発明によれば、光吸収熱変換物質および熱感応性物質は、有機系化合物であるので、光吸収熱変換物質と熱感応性物質とが、均一に分散しやすい。
【００３２】
また本発明によれば、レーザ光源から出射された赤外波長のレーザ光を、収束手段によって収束し、その収束したレーザ光を用いる。赤外線を吸収して発熱する光吸収熱変換物質と熱を吸収して反応する熱感応性物質とを含む混合物を塗布した基板に、その収束したレーザ光を用いると、光吸収熱変換物質が発熱し、その熱によって熱感応性物質が化学反応する。したがって、赤外波長のような長波長の光を用いても、パターンを形成することができる。
【００３３】
また、光が基板に照射される領域の中心の光強度が最も強く、中心から離れるにしたがって光強度が弱まる。つまり、照射された光の強度分布は、ガウス分布となる。このような光の強度分布がガウス分布になるという性質を用いれば、熱感応性物質が化学反応する領域を光が照射される領域よりはるかに小さくすることができる。したがって、形成されるパターンの幅を非常に小さくすることができる。
【００３４】
さらに、光吸収熱変換物質は、熱感応性物質に分散されているので、光が照射された領域にある光吸収熱変換物質は発熱させることができる。したがって、厚み方向に深いところにある熱感応性物質も化学反応させることができるので、高アスペクト比のパターンを形成することができる。
【００３５】
以上のことから、高価で大型な装置を用いずに発生することができる長波長の光を用いて、幅が細い微細なパターンであって、高アスペクト比のパターンを形成することができる。
【００３６】
また本発明によれば、レーザ光を分割し変調させる偏向制御手段を含む。そうすることによって、レーザ光が分割され、変調されるので、複数のレーザ光を同時に照射することができる。したがって、レーザ光を照射する時間を短縮することができる。
【００３７】
また本発明によれば、偏向制御手段は、デジタルマイクロミラーデバイスであるので、マイクロミラーによってレーザ光が反射されて分割されるので、複数のレーザ光を同時に照射することができる。したがって、レーザ光を照射する時間を短縮することができる。
【００３８】
また本発明によれば、デジタルマイクロミラーデバイスは、複数のマイクロミラーによってレーザ光を反射させて分割し、分割されたレーザ光の進行方向に対して、マイクロミラーの配置方向が傾斜している。したがって、分割されたレーザ光同士が重ならないので、効率的にレーザ光を照射することができ、レーザ光を照射する時間を短縮することができる。
【００３９】
また本発明によれば、偏向制御手段は、液晶素子であるので、レーザ光を分割することができ、複数のレーザ光を同時に照射することができる。したがって、レーザ光を照射する時間を短縮することができる。
【００４０】
また本発明によれば、レーザ光源は、複数のレーザ光を同時に照射することができるので、複数のレーザ光を同時に照射することができる。したがって、レーザ光を照射する時間を短縮することができる。
【００４１】
また本発明によれば、レーザ光源は、同一平面上に複数の光源を配置して構成するので、複数のレーザ光を同時に照射することができる。したがって、レーザ光を照射する時間を短縮することができる。
【００４２】
また本発明によれば、レーザ光源は、垂直共振器型面発光レーザ素子であるので、同一平面上に、容易に複数の光源を配置することができる。したがって、複数のレーザ光を同時に照射することができ、レーザ光を照射する時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下に本発明を実施の形態によって詳細に説明する。本発明は、その要旨を変えない限り、本実施の形態に限定されるものではない。
【００４４】
図１は、本発明であるパターン形成方法の機構を説明する概略図である。本発明であるパターン形成方法は、特定の波長を有する光を吸収して熱を発生する光吸収熱変換物質１とその熱によって化学反応する熱感応性物質２とを含む混合物３が塗布された基板４を用いる。そして、レーザ光源５から出射されたレーザ光６を収束手段７によって収束した後、基板４にレーザ光６を照射する。
【００４５】
そうすることによって、レーザ光６で露光されている露光部８にある光吸収熱変換物質１が発熱し、その熱によって熱感応性物質２が化学反応され、露光部８は溶解度などの物性が熱感応性物質２と異なるものとなる。そして、アルカリ溶液などの現像液を用いて、混合物３のみを溶解して除去、または、露光部８のみを溶解して除去することによって、基板上のパターンを形成することができる。
【００４６】
また、レーザ光６が混合物３に照射される領域の中心の光強度が最も強く、中心から離れるにしたがって光強度が弱まる。つまり、照射される光の強度分布は、ガウス分布となる。このような光の強度分布がガウス分布になるという性質を用いれば、熱感応性物質が化学反応する領域を光が照射される領域よりはるかに小さくすることができる。したがって、形成されるパターンの幅を非常に小さくすることができる。
【００４７】
光吸収熱変換物質１は、光を吸収して発熱する物質であればどのような物質であっても用いることができる。たとえば、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５のようなＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、Ｓｂ金属、Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ−Ｖ合金のような合金、ニオブ酸リチウムおよびメチルニトロアニリンなどが挙げられる。
【００４８】
光吸収熱変換物質１は、熱感応性物質２に照射することによって熱感応性物質２を化学反応させるような光の波長より長い波長を有する光を吸収して発熱する物質であることが好ましい。光吸収熱変換物質１がそのような物質であると、光を照射することによって、熱感応性物質２が化学反応するのではなく、光が照射されることによって、光吸収熱変換物質１が発熱し、その熱によってのみ、熱感応性物質２が化学反応する。したがって、光の回折限界の影響が小さく、幅のより小さなパターンを形成することができる。
【００４９】
さらに、光吸収熱変換物質１が、７５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下である赤外波長の光を吸収して発熱する物質、たとえばＣＤ−Ｒ（Compact Disk Recordable）およびＤＶＤ
（Digital Versatile Disk）などに用いられている有機色素粉末であることが好ましい。そうすることによって、光吸収熱変換物質１は、ピックアップ用の光源から射出されるレーザ光によって発熱することができるので、高価で大型な装置を用いずにパターンを形成することができる。
【００５０】
熱感応性物質２は、加熱することによって、物質の性質が変化して、現像処理によりパターンが形成される物質であればどのようなものも用いることができる。たとえば、従来からリソグラフィ法に用いられてきたポジ型フォトレジストおよびネガ型フォトレジストなどが挙げられる。
【００５１】
また、光吸収熱変換物質１と熱感応性物質２とは、均一に分散されていることが好ましい。たとえば、光吸収熱変換物質１および熱感応性物質２の両方を有機系化合物にしたり、光吸収熱変換物質１と熱感応性物質２とを攪拌した直後に基板４に塗布したりする。そうすることによって、光が照射された領域にある光吸収熱変換物質１は発熱させることができ、厚み方向に深いところにある熱感応性物質２も化学反応させることができるので、高アスペクト比のパターンを形成することができる。
【００５２】
基板４は、従来のリソグラフィ法で基板として通常用いられているものであればどのようなものでも用いることができる。たとえば、ケイ素、酸化ケイ素、タンタル、アルミニウム、ガリウム−ヒ素、ガラス板のような無機質基板、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、スチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂などのプラスチック基板、アルミニウムおよびタンタルを蒸着したガラス板、光硬化性樹脂層で被覆したガラス板などが挙げられる。
【００５３】
また、光吸収熱変換物質１および熱感応性物質２を含む混合物３を、基板保護層が形成されている基板４に塗布してもよい。そうすることによって、基板４が光吸収熱変換物質１から発生した熱によって損なわれるような場合でも、基板４を保護することができる。基板保護層の材料としては、たとえば、ＺｎＳ・ＳｉＯ２のような無機化合物およびポリイミドのような有機化合物などを用いることができる。
【００５４】
以上のことから、本発明のパターン形成方法は、高価で大型な装置を用いずに発生することができる長波長の光を用いて、幅が細い微細なパターンであって、高アスペクト比のパターンを形成することができる。
【００５５】
本発明であるパターン形成装置は、上記のパターン形成方法を用いた装置である。本発明であるパターン形成装置は、図１に記載の基板４の一箇所にレーザ光を照射するパターン形成方法を用いた装置であってもよいし、基板４の複数箇所にレーザ光を同時に照射するパターン形成装置であってもよい。基板４の複数箇所にレーザ光を同時に照射するパターン形成装置としては、レーザ光を偏向制御手段で分割するパターン形成装置および複数のレーザ光を発生させることができる光源を用いるパターン形成装置などが挙げられる。
まず、レーザ光を偏向制御手段で分割するパターン形成装置について説明する。
【００５６】
図２は、本発明であるパターン形成装置１１の構成を示す概略図である。パターン形成装置１１は、レーザ光源２１とデジタルマイクロミラーデバイス２２と収束手段２３とを含むパターン形成装置である。
【００５７】
レーザ光源２１は、基板２４上に塗布されている光吸収熱変換物質に照射すると、光吸収熱変換物質が発熱する特定の波長を有するレーザ光を出射する。デジタルマイクロミラーデバイス２２は、その表面に複数のマイクロミラー２５をアレイ状に配列して構成されている。デジタルマイクロミラーデバイス２２は、照射されたレーザ光をそれぞれのマイクロミラー２５で反射させて、レーザ光を分割する。さらに、デジタルマイクロミラーデバイス２２は、マイクロミラー２５が設置されている角度を変化させて、分割されたレーザ光の進行方向を制御することができる。デジタルマイクロミラーデバイス２２は、偏向制御手段である。収束手段２３は、レンズなどで実現され、基板に照射されるレーザ光を収束する。
【００５８】
パターン形成装置１１は、基板２４を載置したステージ２６を一定方向に移動させ、レーザ光の照射をオン・オフすることによって、レーザ光を基板２４に照射する必要があるときに照射してパターンを形成するラスタ走査方式でパターンを形成する。レーザ光照射のオン・オフは、デジタルマイクロミラーデバイス２２に照射されたレーザ光を反射させるマイクロミラー２５の角度を変化させることによって行う。
【００５９】
以上のことから、パターン形成装置１１を用いてパターンを形成すると、複数のレーザ光によって、基板上の複数箇所を同時に照射することができるので、レーザ光の照射時間を短縮することができる。さらに、レーザ光源２１から出射されたレーザ光をデジタルマイクロミラーデバイス２２で反射させるので、レーザ光源２１のレーザが出射される方向が基板に向いている必要がないので、装置を小型化することができる。
【００６０】
図３は、デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１とマイクロミラー２５の配置方向３２との関係を説明する概略図である。図３（ａ）は、デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１とマイクロミラー２５の配置方向３２とが傾斜していない場合の概略図である。図３（ｂ）は、デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１とマイクロミラー２５の配置方向３２とが傾斜している場合の概略図である。
【００６１】
図３（ａ）に示すように、デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１とマイクロミラー２５の配置方向３２とが傾斜されていない場合、デジタルマイクロミラーデバイス２２に照射されたレーザ光が、マイクロミラー２５によって基板のある方向に反射させると、デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１が、マイクロミラー２５の配置方向３２と一致してしまい、同時に基板に照射できるレーザ光をあまり多くできない。たとえば、縦３個横３個の格子状に配置されたデジタルマイクロミラーデバイス２２を用いた場合、マイクロミラー２５が９個配置されていても、レーザ光によって基板の３箇所しか同時に照射することができない。これに対して、図３（ｂ）に示すように、デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１とマイクロミラー２５の配置方向３２とが傾斜している場合、デジタルマイクロミラーデバイス２２に照射されたレーザ光が、マイクロミラー２５によって基板のある方向に反射させると、デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１が、マイクロミラー２５の配置方向３２と一致せず、同時に基板に照射できるレーザ光を多くすることができる。たとえば、縦３個横３個の格子状に配置されたデジタルマイクロミラーデバイス２２を用いた場合、デジタルマイクロミラーデバイス２２にマイクロミラー２５が９個配置されており、その９個のマイクロミラー２５によって反射されたレーザ光がそれぞれ基板の別の箇所に照射することができるので、基板の９箇所を同時に照射することができる。したがって、デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１とマイクロミラー２５の配置方向３２とが傾斜するように、デジタルマイクロミラーデバイス２２を設置することによって、基板２４のより多くの箇所に同時にレーザ光を照射することができるので、レーザ光の照射時間をより短縮することができる。
【００６２】
図４は、本発明であるパターン形成装置１２の構成を示す概略図である。パターン形成装置１２は、偏向制御手段がデジタルマイクロミラーデバイス２２である代わりに、液晶素子２７である以外はパターン形成装置１１と同様である。液晶素子２７は、光透過性を変化させて光の透過および遮断を行う液晶シャッタ２８を複数アレイ状に配列して構成されている。液晶素子２７は、照射されたレーザ光をそれぞれの液晶シャッタ２８に透過させて、レーザ光を分割する。
【００６３】
パターン形成装置１２は、液晶シャッタ２８の光透過性をそれぞれ変化させて、液晶素子２７に照射されたレーザ光の透過および遮断することによって、レーザ光照射のオン・オフを行う。
【００６４】
以上のことから、パターン形成装置１２を用いてパターンを形成すると、複数のレーザ光によって、基板上の複数箇所を同時に照射することができるので、レーザ光の照射時間を短縮することができる。
【００６５】
つぎに、複数のレーザ光を発生させることができる光源を用いるパターン形成装置について説明する。
【００６６】
図５は、本発明であるパターン形成装置１３の構成を示す概略図である。パターン形成装置１３は、レーザ光源２９と収束手段２３とを含むパターン形成装置である。
【００６７】
レーザ光源２９は、同一平面上に複数の光源３０を配置して構成する。したがって、複数のレーザ光を同時に照射することができる。たとえば、垂直共振器型面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）であると、容易に同一平面上に複数の光源３０を配置することができるので好ましい。
【００６８】
パターン形成装置１３は、複数の光源３０をそれぞれオン・オフすることによって、レーザ光照射のオン・オフを行う。
【００６９】
したがって、パターン形成装置１３を用いてパターンを形成すると、複数のレーザ光によって、基板上の複数箇所を同時に照射することができるので、レーザ光の照射時間を短縮することができる。
【００７０】
以下に、本発明であるパターン形成方法を用いた実施例を示す。
実施例は、光吸収熱変換物質１としてＣＤ−Ｒに使用されている有機色素粉末を用い、熱感応性物質２としてフォトレジスト（クラリアントジャパン社製、ＡＺ５２１４Ｅ）を用いた。このフォトレジストは、波長が４５０ｎｍ以上の長波長の光を照射したときの反応性が、反応性が極大となる波長である３８０ｎｍを照射したときの４％前後の反応性しかなく、さらに、熱による溶解速度の変化の特性も併せ持つ。
【００７１】
有機色素粉末とフォトレジストとを攪拌して、その攪拌された混合物を光ディスク基板に０．８μｍ以上１．０μｍ以下の膜厚となるように塗布した。ＣＤ用光ディスクドライブを用い、光源が基板をなぞる速度である線速度を３ｍ／秒となるように、混合物が塗布された基板にレーザ光を照射した。レーザ光は、波長８５０μｍで、基板上で約１５ｍＷとなる出力である。
【００７２】
その後、レジスト剥離液（ラサ工業社製、ＲＳ−３０ＰＥ）を用いて、レーザ光が照射されていない混合物を除去した。
【００７３】
基板のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を観察し、その結果を図６に示す。図６は、実施例における基板上に形成されたレジストパターンのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。図６のＳＥＭ写真に示すように、基板上に深さ方向の高さが１．０μｍ、幅が０．５５２μｍのパターンが形成された。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明であるパターン形成方法の機構を説明する概略図である。
【図２】本発明であるパターン形成装置１１の構成を示す概略図である。
【図３】デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１とマイクロミラー２５の配置方向３２との関係を説明する概略図である。
【図４】本発明であるパターン形成装置１２の構成を示す概略図である。
【図５】本発明であるパターン形成装置１３の構成を示す概略図である。
【図６】実施例における基板上に形成されたレジストパターンのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。
【図７】従来のパターン形成方法によって、パターンを形成する機構を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 光吸収熱変換物質
２ 熱感応性物質
３ 混合物
４ 基板
５ レーザ光源
６ レーザ光
７ 収束手段
８ 露光部
１１，１２，１３ パターン形成装置
２１，２９ レーザ光源
２２ デジタルマイクロミラーデバイス
２３ 収束手段
２４ 基板
２５ マイクロミラー
２６ ステージ
２７ 液晶素子
２８ 液晶シャッタ
３０ 光源
３１ 進行方向
３２ 配置方向
１０１ パターニング材料
１０２ 短波長の光
１０３ 反応領域
１０４ 光吸収熱変換層
１０５ 長波長の光
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板上にパターンを形成するパターン形成方法およびパターン形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、半導体基板およびガラス基板などの基板上にパターンを形成する場合、リソグラフィ技術を用いる。リソグラフィ技術とは、塗布工程、露光工程および現像工程などによって、基板上などにパターンを形成する方法である。塗布工程では、フォトレジストを基板に塗布する。露光工程では、基板上に形成すべきパターンに基づいてフォトレジストに光を照射してフォトレジストを露光する。現像工程では、露光された露光部および露光部以外の非露光部のいずれかを除去する現像によって基板上にレジストのパターンを形成する。以上の工程によって、基板上にパターンを形成する。さらに、リソグラフィ技術は、エッチング工程および除去工程などを行って、レジストのパターンに対応するパターンを基板に形成する。エッチング工程では、基板上に形成されたレジストのパターンをエッチング用のマスクとして基板をエッチングする。除去工程では、エッチング用のマスクを除去する。以上の工程によって、基板に溝などのパターンを形成する。
【０００３】
露光工程では、たとえば、フォトレジストに感度のある光を用いて露光する光露光装置などが用いられている。光露光装置としては、パターンが形成された露光用のホトマスクに光を照射することによりフォトレジストに投影露光する装置、および基板上に形成すべきパターンに基づいてレーザ光を直接フォトレジストに照射して露光する装置などが挙げられる。
【０００４】
近年、基板の高集積化が望まれており、パターンの微細化が試みられている。しかしながら、上記のような光露光装置は、光に回折限界があるため、光が基板などに照射される領域を小さくするのに限界がある。つまり、いくら光を収束させても、光が照射される領域の直径が、光の波長程度にしかならないので、使用した光の波長と同程度の直径がパターンの寸法限界となる。したがって、パターンの微細化を実現するために、使用する光の短波長化が進行している。
【０００５】
短波長の光としては、たとえば、ＫｒＦエキシマレーザ（波長：２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（波長：１９３ｎｍ）およびＦ２レーザ（波長：１５７ｎｍ）などの紫外波長の光が挙げられる。さらに、より短波長の光である波長５〜１５ｎｍの軟Ｘ線領域のＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光の使用も検討されている。しかしながら、上記のような短波長の光を発生させる装置は、いずれも非常に高価であり、さらに非常に大きな装置である。
【０００６】
したがって、上記のような短波長の光を発生させる装置より安価であって、装置を小型化することが可能なピックアップ用の光源を用いることが検討されている。しかしながら、ピックアップ用の光源は、一般的に、赤色光および赤外波長の光を発生する光源であるので、回折限界のため、そのまま使用するとパターンを微細化することができない。
【０００７】
そこで、光源から基板上に照射された光を熱に変換して、その熱を利用する方法が検討されている。典型的な従来の技術は、特許文献１に記載されている。特許文献１の微細パターン描画材料を用いた描画方法は、光を吸収して発熱する光吸収熱変換層と熱によって化学反応する熱感応性物質層とを積層した基板に光を照射して微細パターンを描画する方法である。他の従来の技術として、特許文献２に記載されている。特許文献２の微細パターン描画材料を用いた微細加工方法は、照射された光を吸収して発熱する第１の無機物質の層と光照射によって第1の無機物質と反応する第２の無機物質の層とからなる複合層を有する基板に光を照射して微細加工する方法である。さらに他の従来の技術は、特許文献３に記載されている。特許文献３のパターン形成方法は、光を吸収して発熱する光吸収熱変換層で熱を吸収して化学反応する熱感応性物質層を挟む構造を有する基板に光を照射して微細パターンを形成する方法である。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３６５８０６公報
【特許文献２】特開２００３−１４５９４１公報
【特許文献３】特開２００４−１４４９２５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
パターン形成方法は、一般に基板上に現像されたレジストのパターンおよびエッチングによって形成されたパターンなどの幅が細いだけでなく、幅に対する高さまたは深さの比であるアスペクト比が高いことが望まれる。
【００１０】
図７は、従来のパターン形成方法によって、パターンを形成する機構を示す模式図である。図７（ａ）は、フォトレジストなどのパターンを形成するパターニング材料１０１に短波長の光１０２を照射することによって、パターンを形成する機構を示す模式図である。図７（ａ）に示すように、短波長の光１０２であれば、短波長の光１０２の照射された光路が、パターニング材料１０１が化学反応する反応領域１０３となるので、高アスペクト比のパターンを形成させることができる。しかしながら、短波長の光１０２の代わりにピックアップ用の光源から照射されるような長波長の光を用いると、高アスペクト比のパターンを形成することが困難である。
【００１１】
図７（ｂ）は、特許文献１および２に記載されている方法を用いてパターンを形成する機構を示す模式図である。図７（ｂ）に示すように、熱によって化学反応するパターニング材料１０１と、光を吸収して発熱する光吸収熱変換層１０４とを積層したものに、長波長の光１０５を照射する。そうすることによって、光吸収熱変換層１０４が発熱し、その熱を用いてパターニング材料１０１が化学反応することによって、幅の細いパターンを形成することができる。しかしながら、光吸収熱変換層１０４で発生した熱が充分に伝わったパターニング材料１０１のみが化学反応するので、光吸収熱変換層１０４に接触したパターニング材料１０１周辺のみに反応領域１０３が形成される。したがって、パターニング材料１０１の深いところに反応領域１０３が形成されず、高アスペクト比のパターンを形成することができないという問題点がある。
【００１２】
図７（ｃ）は、特許文献３に記載されている方法を用いてパターンを形成する機構を示す模式図である。図７（ｃ）に示すように、高アスペクト比のパターンを形成することができないという問題点を解決するために、パターニング材料１０１を挟むように二枚の光吸収熱変換層１０４を積層したものに、長波長の光１０５を照射する。パターニング材料１０１の両面に光吸収熱変換層１０４が接触しているので、パターニング材料１０１のより深いところに反応領域１０３を形成することができる。しかしながら、光吸収熱変換層１０４に接触したパターニング材料１０１周辺のみに反応領域１０３が形成されることにはかわりがないので、アスペクト比が充分に高いパターンを形成することができない。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、高価で大型な装置を用いずに発生することができる長波長の光を用いて、幅が細い微細なパターンであって、高アスペクト比のパターンを形成することができるパターン形成方法およびパターン形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、基板上にパターンを形成するパターン形成方法であって、
特定の波長を有する光を吸収して熱を発生する光吸収熱変換物質と前記熱によって化学反応する熱感応性物質とを含む混合物を塗布した基板に、前記特定の波長を有するレーザ光を照射して前記混合物を露光することを特徴とするパターン形成方法である。
【００１５】
また本発明は、前記特定の波長は、前記熱感応性物質に照射することによって前記熱感応性物質を化学反応させるような光の波長より長い波長であることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記特定の波長は、赤外波長であることを特徴とする。
また本発明は、前記特定の波長は、７５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記光吸収熱変換物質および前記熱感応性物質は、有機系化合物であることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、赤外線を吸収して発熱する光吸収熱変換物質と熱を吸収して反応する熱感応性物質とを含む混合物を塗布した基板上にパターンを形成するパターン形成装置であって、
赤外波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を収束する収束手段とを含むことを特徴とするパターン形成装置である。
【００１９】
また本発明は、前記レーザ光を分割し変調させる偏向制御手段を含むことを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記偏向制御手段は、デジタルマイクロミラーデバイスであることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、前記デジタルマイクロミラーデバイスは、複数のマイクロミラーによって前記レーザ光を反射させて分割し、分割されたレーザ光の進行方向に対して、マイクロミラーの配置方向が傾斜していることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、前記偏向制御手段は、液晶素子であることを特徴とする。
また本発明は、前記レーザ光源は、複数のレーザ光を同時に照射することができることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、前記レーザ光源は、同一平面上に複数の光源を配置して構成することを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、前記レーザ光源は、垂直共振器型面発光レーザ素子であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、特定の波長を有する光を吸収して熱を発生する光吸収熱変換物質とその熱によって化学反応する熱感応性物質とを含む混合物を塗布した基板に、特定の波長を有するレーザ光を照射し、混合物を露光する。そうすることによって、光吸収熱変換物質を含む混合物は発熱し、その熱によって、熱感応性物質は化学反応を起こす。したがって、光を照射することによって光吸収熱変換物質が発熱する波長であれば、パターンを形成することができる。
【００２６】
また、光が基板に照射される領域の中心の光強度が最も強く、中心から離れるにしたがって光強度が弱まる。つまり、照射される光の強度分布は、ガウス分布となる。このような光の強度分布がガウス分布になるという性質を用いれば、熱感応性物質が化学反応する領域を光が照射される領域よりはるかに小さくすることができる。したがって、形成されるパターンの幅を非常に小さくすることができる。
【００２７】
さらに、光吸収熱変換物質は、熱感応性物質に分散されているので、光が照射された領域にある光吸収熱変換物質は発熱させることができる。したがって、厚み方向に深いところにある熱感応性物質も化学反応させることができるので、高アスペクト比のパターンを形成することができる。
【００２８】
以上のことから、高価で大型な装置を用いずに発生することができる長波長の光を用いて、幅が細い微細なパターンであって、高アスペクト比のパターンを形成することができる。
【００２９】
また本発明によれば、特定の波長は、熱感応性物質に照射することによって熱感応性物質を化学反応させるような光の波長より長い波長である。したがって、光が照射されることによって、熱感応性物質が化学反応するのではなく、光が照射されることによって、光吸収熱変換物質が発熱し、その熱によってのみ、熱感応性物質が化学反応するので、光の回折限界の影響が小さく、幅のより小さなパターンを形成することができる。
【００３０】
また本発明によれば、特定の波長は、赤外波長、たとえば、７５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下であるので、高価で大型な装置を用いずにパターンを形成することができる。
【００３１】
また本発明によれば、光吸収熱変換物質および熱感応性物質は、有機系化合物であるので、光吸収熱変換物質と熱感応性物質とが、均一に分散しやすい。
【００３２】
また本発明によれば、レーザ光源から出射された赤外波長のレーザ光を、収束手段によって収束し、その収束したレーザ光を用いる。赤外線を吸収して発熱する光吸収熱変換物質と熱を吸収して反応する熱感応性物質とを含む混合物を塗布した基板に、その収束したレーザ光を用いると、光吸収熱変換物質が発熱し、その熱によって熱感応性物質が化学反応する。したがって、赤外波長のような長波長の光を用いても、パターンを形成することができる。
【００３３】
また、光が基板に照射される領域の中心の光強度が最も強く、中心から離れるにしたがって光強度が弱まる。つまり、照射された光の強度分布は、ガウス分布となる。このような光の強度分布がガウス分布になるという性質を用いれば、熱感応性物質が化学反応する領域を光が照射される領域よりはるかに小さくすることができる。したがって、形成されるパターンの幅を非常に小さくすることができる。
【００３４】
さらに、光吸収熱変換物質は、熱感応性物質に分散されているので、光が照射された領域にある光吸収熱変換物質は発熱させることができる。したがって、厚み方向に深いところにある熱感応性物質も化学反応させることができるので、高アスペクト比のパターンを形成することができる。
【００３５】
以上のことから、高価で大型な装置を用いずに発生することができる長波長の光を用いて、幅が細い微細なパターンであって、高アスペクト比のパターンを形成することができる。
【００３６】
また本発明によれば、レーザ光を分割し変調させる偏向制御手段を含む。そうすることによって、レーザ光が分割され、変調されるので、複数のレーザ光を同時に照射することができる。したがって、レーザ光を照射する時間を短縮することができる。
【００３７】
また本発明によれば、偏向制御手段は、デジタルマイクロミラーデバイスであるので、マイクロミラーによってレーザ光が反射されて分割されるので、複数のレーザ光を同時に照射することができる。したがって、レーザ光を照射する時間を短縮することができる。
【００３８】
また本発明によれば、デジタルマイクロミラーデバイスは、複数のマイクロミラーによってレーザ光を反射させて分割し、分割されたレーザ光の進行方向に対して、マイクロミラーの配置方向が傾斜している。したがって、分割されたレーザ光同士が重ならないので、効率的にレーザ光を照射することができ、レーザ光を照射する時間を短縮することができる。
【００３９】
また本発明によれば、偏向制御手段は、液晶素子であるので、レーザ光を分割することができ、複数のレーザ光を同時に照射することができる。したがって、レーザ光を照射する時間を短縮することができる。
【００４０】
また本発明によれば、レーザ光源は、複数のレーザ光を同時に照射することができるので、複数のレーザ光を同時に照射することができる。したがって、レーザ光を照射する時間を短縮することができる。
【００４１】
また本発明によれば、レーザ光源は、同一平面上に複数の光源を配置して構成するので、複数のレーザ光を同時に照射することができる。したがって、レーザ光を照射する時間を短縮することができる。
【００４２】
また本発明によれば、レーザ光源は、垂直共振器型面発光レーザ素子であるので、同一平面上に、容易に複数の光源を配置することができる。したがって、複数のレーザ光を同時に照射することができ、レーザ光を照射する時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下に本発明を実施の形態によって詳細に説明する。本発明は、その要旨を変えない限り、本実施の形態に限定されるものではない。
【００４４】
図１は、本発明であるパターン形成方法の機構を説明する概略図である。本発明であるパターン形成方法は、特定の波長を有する光を吸収して熱を発生する光吸収熱変換物質１とその熱によって化学反応する熱感応性物質２とを含む混合物３が塗布された基板４を用いる。そして、レーザ光源５から出射されたレーザ光６を収束手段７によって収束した後、基板４にレーザ光６を照射する。
【００４５】
そうすることによって、レーザ光６で露光されている露光部８にある光吸収熱変換物質１が発熱し、その熱によって熱感応性物質２が化学反応され、露光部８は溶解度などの物性が熱感応性物質２と異なるものとなる。そして、アルカリ溶液などの現像液を用いて、混合物３のみを溶解して除去、または、露光部８のみを溶解して除去することによって、基板上のパターンを形成することができる。
【００４６】
また、レーザ光６が混合物３に照射される領域の中心の光強度が最も強く、中心から離れるにしたがって光強度が弱まる。つまり、照射される光の強度分布は、ガウス分布となる。このような光の強度分布がガウス分布になるという性質を用いれば、熱感応性物質が化学反応する領域を光が照射される領域よりはるかに小さくすることができる。したがって、形成されるパターンの幅を非常に小さくすることができる。
【００４７】
光吸収熱変換物質１は、光を吸収して発熱する物質であればどのような物質であっても用いることができる。たとえば、Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５のようなＧｅ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、Ｓｂ金属、Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ合金、Ａｇ−Ｉｎ−Ｓｂ−Ｔｅ−Ｖ合金のような合金、ニオブ酸リチウムおよびメチルニトロアニリンなどが挙げられる。
【００４８】
光吸収熱変換物質１は、熱感応性物質２に照射することによって熱感応性物質２を化学反応させるような光の波長より長い波長を有する光を吸収して発熱する物質であることが好ましい。光吸収熱変換物質１がそのような物質であると、光を照射することによって、熱感応性物質２が化学反応するのではなく、光が照射されることによって、光吸収熱変換物質１が発熱し、その熱によってのみ、熱感応性物質２が化学反応する。したがって、光の回折限界の影響が小さく、幅のより小さなパターンを形成することができる。
【００４９】
さらに、光吸収熱変換物質１が、７５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下である赤外波長の光を吸収して発熱する物質、たとえばＣＤ−Ｒ（Compact Disk Recordable）およびＤＶＤ
（Digital Versatile Disk）などに用いられている有機色素粉末であることが好ましい。そうすることによって、光吸収熱変換物質１は、ピックアップ用の光源から射出されるレーザ光によって発熱することができるので、高価で大型な装置を用いずにパターンを形成することができる。
【００５０】
熱感応性物質２は、加熱することによって、物質の性質が変化して、現像処理によりパターンが形成される物質であればどのようなものも用いることができる。たとえば、従来からリソグラフィ法に用いられてきたポジ型フォトレジストおよびネガ型フォトレジストなどが挙げられる。
【００５１】
また、光吸収熱変換物質１と熱感応性物質２とは、均一に分散されていることが好ましい。たとえば、光吸収熱変換物質１および熱感応性物質２の両方を有機系化合物にしたり、光吸収熱変換物質１と熱感応性物質２とを攪拌した直後に基板４に塗布したりする。そうすることによって、光が照射された領域にある光吸収熱変換物質１は発熱させることができ、厚み方向に深いところにある熱感応性物質２も化学反応させることができるので、高アスペクト比のパターンを形成することができる。
【００５２】
基板４は、従来のリソグラフィ法で基板として通常用いられているものであればどのようなものでも用いることができる。たとえば、ケイ素、酸化ケイ素、タンタル、アルミニウム、ガリウム−ヒ素、ガラス板のような無機質基板、ポリプロピレン、アクリル樹脂、ポリカーボネート、スチレン系樹脂、塩化ビニル系樹脂などのプラスチック基板、アルミニウムおよびタンタルを蒸着したガラス板、光硬化性樹脂層で被覆したガラス板などが挙げられる。
【００５３】
また、光吸収熱変換物質１および熱感応性物質２を含む混合物３を、基板保護層が形成されている基板４に塗布してもよい。そうすることによって、基板４が光吸収熱変換物質１から発生した熱によって損なわれるような場合でも、基板４を保護することができる。基板保護層の材料としては、たとえば、ＺｎＳ・ＳｉＯ２のような無機化合物およびポリイミドのような有機化合物などを用いることができる。
【００５４】
以上のことから、本発明のパターン形成方法は、高価で大型な装置を用いずに発生することができる長波長の光を用いて、幅が細い微細なパターンであって、高アスペクト比のパターンを形成することができる。
【００５５】
本発明であるパターン形成装置は、上記のパターン形成方法を用いた装置である。本発明であるパターン形成装置は、図１に記載の基板４の一箇所にレーザ光を照射するパターン形成方法を用いた装置であってもよいし、基板４の複数箇所にレーザ光を同時に照射するパターン形成装置であってもよい。基板４の複数箇所にレーザ光を同時に照射するパターン形成装置としては、レーザ光を偏向制御手段で分割するパターン形成装置および複数のレーザ光を発生させることができる光源を用いるパターン形成装置などが挙げられる。
まず、レーザ光を偏向制御手段で分割するパターン形成装置について説明する。
【００５６】
図２は、本発明であるパターン形成装置１１の構成を示す概略図である。パターン形成装置１１は、レーザ光源２１とデジタルマイクロミラーデバイス２２と収束手段２３とを含むパターン形成装置である。
【００５７】
レーザ光源２１は、基板２４上に塗布されている光吸収熱変換物質に照射すると、光吸収熱変換物質が発熱する特定の波長を有するレーザ光を出射する。デジタルマイクロミラーデバイス２２は、その表面に複数のマイクロミラー２５をアレイ状に配列して構成されている。デジタルマイクロミラーデバイス２２は、照射されたレーザ光をそれぞれのマイクロミラー２５で反射させて、レーザ光を分割する。さらに、デジタルマイクロミラーデバイス２２は、マイクロミラー２５が設置されている角度を変化させて、分割されたレーザ光の進行方向を制御することができる。デジタルマイクロミラーデバイス２２は、偏向制御手段である。収束手段２３は、レンズなどで実現され、基板に照射されるレーザ光を収束する。
【００５８】
パターン形成装置１１は、基板２４を載置したステージ２６を一定方向に移動させ、レーザ光の照射をオン・オフすることによって、レーザ光を基板２４に照射する必要があるときに照射してパターンを形成するラスタ走査方式でパターンを形成する。レーザ光照射のオン・オフは、デジタルマイクロミラーデバイス２２に照射されたレーザ光を反射させるマイクロミラー２５の角度を変化させることによって行う。
【００５９】
以上のことから、パターン形成装置１１を用いてパターンを形成すると、複数のレーザ光によって、基板上の複数箇所を同時に照射することができるので、レーザ光の照射時間を短縮することができる。さらに、レーザ光源２１から出射されたレーザ光をデジタルマイクロミラーデバイス２２で反射させるので、レーザ光源２１のレーザが出射される方向が基板に向いている必要がないので、装置を小型化することができる。
【００６０】
図３は、デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１とマイクロミラー２５の配置方向３２との関係を説明する概略図である。図３（ａ）は、デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１とマイクロミラー２５の配置方向３２とが傾斜していない場合の概略図である。図３（ｂ）は、デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１とマイクロミラー２５の配置方向３２とが傾斜している場合の概略図である。
【００６１】
図３（ａ）に示すように、デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１とマイクロミラー２５の配置方向３２とが傾斜されていない場合、デジタルマイクロミラーデバイス２２に照射されたレーザ光が、マイクロミラー２５によって基板のある方向に反射させると、デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１が、マイクロミラー２５の配置方向３２と一致してしまい、同時に基板に照射できるレーザ光をあまり多くできない。たとえば、縦３個横３個の格子状に配置されたデジタルマイクロミラーデバイス２２を用いた場合、マイクロミラー２５が９個配置されていても、レーザ光によって基板の３箇所しか同時に照射することができない。これに対して、図３（ｂ）に示すように、デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１とマイクロミラー２５の配置方向３２とが傾斜している場合、デジタルマイクロミラーデバイス２２に照射されたレーザ光が、マイクロミラー２５によって基板のある方向に反射させると、デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１が、マイクロミラー２５の配置方向３２と一致せず、同時に基板に照射できるレーザ光を多くすることができる。たとえば、縦３個横３個の格子状に配置されたデジタルマイクロミラーデバイス２２を用いた場合、デジタルマイクロミラーデバイス２２にマイクロミラー２５が９個配置されており、その９個のマイクロミラー２５によって反射されたレーザ光がそれぞれ基板の別の箇所に照射することができるので、基板の９箇所を同時に照射することができる。したがって、デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１とマイクロミラー２５の配置方向３２とが傾斜するように、デジタルマイクロミラーデバイス２２を設置することによって、基板２４のより多くの箇所に同時にレーザ光を照射することができるので、レーザ光の照射時間をより短縮することができる。
【００６２】
図４は、本発明であるパターン形成装置１２の構成を示す概略図である。パターン形成装置１２は、偏向制御手段がデジタルマイクロミラーデバイス２２である代わりに、液晶素子２７である以外はパターン形成装置１１と同様である。液晶素子２７は、光透過性を変化させて光の透過および遮断を行う液晶シャッタ２８を複数アレイ状に配列して構成されている。液晶素子２７は、照射されたレーザ光をそれぞれの液晶シャッタ２８に透過させて、レーザ光を分割する。
【００６３】
パターン形成装置１２は、液晶シャッタ２８の光透過性をそれぞれ変化させて、液晶素子２７に照射されたレーザ光の透過および遮断することによって、レーザ光照射のオン・オフを行う。
【００６４】
以上のことから、パターン形成装置１２を用いてパターンを形成すると、複数のレーザ光によって、基板上の複数箇所を同時に照射することができるので、レーザ光の照射時間を短縮することができる。
【００６５】
つぎに、複数のレーザ光を発生させることができる光源を用いるパターン形成装置について説明する。
【００６６】
図５は、本発明であるパターン形成装置１３の構成を示す概略図である。パターン形成装置１３は、レーザ光源２９と収束手段２３とを含むパターン形成装置である。
【００６７】
レーザ光源２９は、同一平面上に複数の光源３０を配置して構成する。したがって、複数のレーザ光を同時に照射することができる。たとえば、垂直共振器型面発光レーザ素子（ＶＣＳＥＬ）であると、容易に同一平面上に複数の光源３０を配置することができるので好ましい。
【００６８】
パターン形成装置１３は、複数の光源３０をそれぞれオン・オフすることによって、レーザ光照射のオン・オフを行う。
【００６９】
したがって、パターン形成装置１３を用いてパターンを形成すると、複数のレーザ光によって、基板上の複数箇所を同時に照射することができるので、レーザ光の照射時間を短縮することができる。
【００７０】
以下に、本発明であるパターン形成方法を用いた実施例を示す。
実施例は、光吸収熱変換物質１としてＣＤ−Ｒに使用されている有機色素粉末を用い、熱感応性物質２としてフォトレジスト（クラリアントジャパン社製、ＡＺ５２１４Ｅ）を用いた。このフォトレジストは、波長が４５０ｎｍ以上の長波長の光を照射したときの反応性が、反応性が極大となる波長である３８０ｎｍを照射したときの４％前後の反応性しかなく、さらに、熱による溶解速度の変化の特性も併せ持つ。
【００７１】
有機色素粉末とフォトレジストとを攪拌して、その攪拌された混合物を光ディスク基板に０．８μｍ以上１．０μｍ以下の膜厚となるように塗布した。ＣＤ用光ディスクドライブを用い、光源が基板をなぞる速度である線速度を３ｍ／秒となるように、混合物が塗布された基板にレーザ光を照射した。レーザ光は、波長８５０μｍで、基板上で約１５ｍＷとなる出力である。
【００７２】
その後、レジスト剥離液（ラサ工業社製、ＲＳ−３０ＰＥ）を用いて、レーザ光が照射されていない混合物を除去した。
【００７３】
基板のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真を観察し、その結果を図６に示す。図６は、実施例における基板上に形成されたレジストパターンのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。図６のＳＥＭ写真に示すように、基板上に深さ方向の高さが１．０μｍ、幅が０．５５２μｍのパターンが形成された。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明であるパターン形成方法の機構を説明する概略図である。
【図２】本発明であるパターン形成装置１１の構成を示す概略図である。
【図３】デジタルマイクロミラーデバイス２２によって分割されたレーザ光の進行方向３１とマイクロミラー２５の配置方向３２との関係を説明する概略図である。
【図４】本発明であるパターン形成装置１２の構成を示す概略図である。
【図５】本発明であるパターン形成装置１３の構成を示す概略図である。
【図６】実施例における基板上に形成されたレジストパターンのＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真である。
【図７】従来のパターン形成方法によって、パターンを形成する機構を示す模式図である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 光吸収熱変換物質
２ 熱感応性物質
３ 混合物
４ 基板
５ レーザ光源
６ レーザ光
７ 収束手段
８ 露光部
１１，１２，１３ パターン形成装置
２１，２９ レーザ光源
２２ デジタルマイクロミラーデバイス
２３ 収束手段
２４ 基板
２５ マイクロミラー
２６ ステージ
２７ 液晶素子
２８ 液晶シャッタ
３０ 光源
３１ 進行方向
３２ 配置方向
１０１ パターニング材料
１０２ 短波長の光
１０３ 反応領域
１０４ 光吸収熱変換層
１０５ 長波長の光
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にパターンを形成するパターン形成方法であって、
特定の波長を有する光を吸収して熱を発生する光吸収熱変換物質と前記熱によって化学反応する熱感応性物質とを含む混合物を塗布した基板に、前記特定の波長を有するレーザ光を照射して前記混合物を露光することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記特定の波長は、前記熱感応性物質に照射することによって前記熱感応性物質を化学反応させるような光の波長より長い波長であることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記特定の波長は、赤外波長であることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記特定の波長は、７５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記光吸収熱変換物質および前記熱感応性物質は、有機系化合物であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【請求項６】
赤外線を吸収して発熱する光吸収熱変換物質と熱を吸収して反応する熱感応性物質とを含む混合物を塗布した基板上にパターンを形成するパターン形成装置であって、
赤外波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を収束する収束手段とを含むことを特徴とするパターン形成装置。
【請求項７】
前記レーザ光を分割し変調させる偏向制御手段を含むことを特徴とする請求項６記載のパターン形成装置。
【請求項８】
前記偏向制御手段は、デジタルマイクロミラーデバイスであることを特徴とする請求項７記載のパターン形成装置。
【請求項９】
前記デジタルマイクロミラーデバイスは、複数のマイクロミラーによって前記レーザ光を反射させて分割し、分割されたレーザ光の進行方向に対して、マイクロミラーの配置方向が傾斜していることを特徴とする請求項８記載のパターン形成装置。
【請求項１０】
前記偏向制御手段は、液晶素子であることを特徴とする請求項７記載のパターン形成装置。
【請求項１１】
前記レーザ光源は、複数のレーザ光を同時に照射することができることを特徴とする請求項６記載のパターン形成装置。
【請求項１２】
前記レーザ光源は、同一平面上に複数の光源を配置して構成することを特徴とする請求項６または１１記載のパターン形成装置。
【請求項１３】
前記レーザ光源は、垂直共振器型面発光レーザ素子であることを特徴とする請求項６〜１２のいずれか１つに記載のパターン形成装置。
【請求項１】
基板上にパターンを形成するパターン形成方法であって、
特定の波長を有する光を吸収して熱を発生する光吸収熱変換物質と前記熱によって化学反応する熱感応性物質とを含む混合物を塗布した基板に、前記特定の波長を有するレーザ光を照射して前記混合物を露光することを特徴とするパターン形成方法。
【請求項２】
前記特定の波長は、前記熱感応性物質に照射することによって前記熱感応性物質を化学反応させるような光の波長より長い波長であることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項３】
前記特定の波長は、赤外波長であることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項４】
前記特定の波長は、７５０ｎｍ以上９５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のパターン形成方法。
【請求項５】
前記光吸収熱変換物質および前記熱感応性物質は、有機系化合物であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のパターン形成方法。
【請求項６】
赤外線を吸収して発熱する光吸収熱変換物質と熱を吸収して反応する熱感応性物質とを含む混合物を塗布した基板上にパターンを形成するパターン形成装置であって、
赤外波長のレーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光を収束する収束手段とを含むことを特徴とするパターン形成装置。
【請求項７】
前記レーザ光を分割し変調させる偏向制御手段を含むことを特徴とする請求項６記載のパターン形成装置。
【請求項８】
前記偏向制御手段は、デジタルマイクロミラーデバイスであることを特徴とする請求項７記載のパターン形成装置。
【請求項９】
前記デジタルマイクロミラーデバイスは、複数のマイクロミラーによって前記レーザ光を反射させて分割し、分割されたレーザ光の進行方向に対して、マイクロミラーの配置方向が傾斜していることを特徴とする請求項８記載のパターン形成装置。
【請求項１０】
前記偏向制御手段は、液晶素子であることを特徴とする請求項７記載のパターン形成装置。
【請求項１１】
前記レーザ光源は、複数のレーザ光を同時に照射することができることを特徴とする請求項６記載のパターン形成装置。
【請求項１２】
前記レーザ光源は、同一平面上に複数の光源を配置して構成することを特徴とする請求項６または１１記載のパターン形成装置。
【請求項１３】
前記レーザ光源は、垂直共振器型面発光レーザ素子であることを特徴とする請求項６〜１２のいずれか１つに記載のパターン形成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図７】
【図６】
【公開番号】特開２００６−１５３９９８（Ｐ２００６−１５３９９８Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４１０４３（Ｐ２００４−３４１０４３）
【出願日】平成１６年１１月２５日（２００４．１１．２５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２５日（２００４．１１．２５）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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