光リソグラフィー技術について

質問

光リソグラフィー技術について質問です．

レンズで集光して微細パターニングを行うとき，その線幅は回折限界 d=2/π*λ/NA に依存するということですが，現在各メーカーが販売しているステッパーを見ると回折限界以下のパターニングが可能となっているようです．

例えばArFレーザ（波長193nm），開口数0.85のステッパーで80nmのパターニングが可能となっています．
回折限界の理論から言えば145nmが限界となるはずです．
この他にもblu-rayディスクやDVDなども回折限界以下のピッチを書き込んでいますよね？

このような単にレンズで集光してパターニングする方法のものが回折限界以下の加工を実現しているのはなぜでしょうか？特別な原理があるのでしょうか？？

どなたかアドバイスお願いいたします．よろしくお願いします．

回答No.1

noname#11476 · ベストアンサー

通常リソグラフィーの解像度Rをあらわす式は、

R = k1 * λ/NA

と表記します。ご質問者が示した式と対比してください。
ここで、k1が重要です。k1には色んな定数が含まれています。2/πもその一つになりますが、それだけではありません。そこで面倒だからこのk1をプロセスファクターと呼んでいます。

ではそれは一体なんなのか？

まずまともに考えると、k1 = 2/π として計算した結果のRは何を表しますか？
そう、第一エアリーディスク半径ですね。
どういうことかというと、一番初めに光強度が０になるまでの半径ということですね。
でも、リソグラフィでそこまで必要かといえば、必要はないのです。

つまりレジスト材の光に対する反応は非線形です。一定光量以下であればあまり反応せず、一定光量以上ではよく反応します。レジスト材の中には特に非線形性を強くした特殊なものもあります（一般にはあまり使われませんが）。
そうすると実質的にｋ１は小さく出来ます。

また上記理由から、色んな方法で更にｋ１を小さくする試みがなされています。

・位相シフト法．．．エッジ部を干渉効果で強調するようにしたり、打ち消しあいでレイリーの限界を超えるようにします。
・輪帯照明　　．．．照明の仕方を変えることで高次の回折光を有効利用してエッジを強調します。

が代表的なものであり、特定のパターンの解像度を向上させます。

要するに希望のパターンに対して色々干渉効果そのほかを利用して、更にはレジスト特性に対して最適になるような光強度分布をつくり、解像度を上げるという仕組みです。

他にもいくつか手法はあり、超高解像度技術と呼ばれています。

位相シフト法の原理自体は古くから知られていました。

あと、ＤＶＤなどについていうと、屈折率が１より大きい物質の中ではＮＡは１を越えますし、回折限界もより小さくなります。お示しのレイリーの式は屈折率が１の時の式です。
ＤＶＤは記録層の手前にプラスチック（通常ＰＭＭＡを使用する）が使われていることを留意してください。

では。

お礼

さっそくのアドバイスありがとうございます．

回折限界の式の2/πに関してはレーザがガウス分布を持ち，集光点の幅が光強度の最大値に対して1/e2になるところという認識で書かせてもらいました．
しかしこれはあくまで定義であって，実際に露光をするときはこれに依存するということはないということのようですね．

レジストの非線形性やk1を小さくするための各種試み等，大変勉強になりました．これからもよろしくお願いします．