JP2002319528A - レジスト現像方法およびレジスト現像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】設計された寸法の微細レジストパターンを得る
ことを可能とするレジスト現像方法およびレジスト現像
装置を提供すること。 【解決手段】基板１上に形成された膜状レジスト２に微
細パターンの露光を行った後に、レジスト２を現像液で
現像する第１の工程と、前記第１の工程に続いて、レジ
スト２を洗浄液で洗浄する第２の工程とを実施してレジ
ストパターンを得るレジスト現像方法であって、前記第
１の工程あるいは前記第２の工程において、レジスト２
の膜面に触れている液１５（現像液または洗浄液）に、
レジスト２の膜面１６から離れる方向に、回転運動によ
る遠心力５を印加することを特徴とするレジスト現像方
法、および、この現像方法を実行可能とするレジスト現
像装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、微細パターンを形
成するために使用される、レジスト現像方法およびレジ
スト現像装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩを始めとする大規模・高性能デバ
イスを作製するためには、極微細パターンが必要とな
る。そして、今や１００ナノメータ（ｎｍ）を切り、１
０〜数十ｎｍのサイズを有するパターンが形成されるよ
うになってきている。このようなパターンの形成は、露
光、現像を経て形成されるレジストパターンを先ず形成
することから始まる。

【０００３】レジストとは、光、Ｘ線、電子線などに感
光する高分子材料からなる耐エッチング性被膜材料であ
り、基板のエッチング加工のマスクとして作用するもの
である。レジストを用いたエッチング加工の概要は次の
通りである。

【０００４】まず、エッチング加工の対象となる基板上
に、レジストの溶液を、回転塗布法などの方法によっ
て、拡げ、レジスト溶液の溶媒を揮発させて、レジスト
膜を基板上に形成する。次に、レジスト膜をパターン状
に露光する。この露光によって、露光された部分と露光
されなかった部分との間に、現像液に対するレジストの
溶解性に差が生じている。露光後のレジスト膜を現像液
で現像する。この、レジスト膜を現像液で現像する工程
を、ここでは、第１の工程と呼ぶ。この第１の工程によ
って、露光によって生じた現像液に対するレジストの溶
解性の差に応じてレジスト膜のパターンが現われる（現
像）。次に、パターン化したレジスト膜を洗浄液で洗浄
する。この洗浄工程を、ここでは、第２の工程と呼ぶ。
そして、上記第１の工程と、この第２の工程とを組み合
わせたものを現像方法と呼ぶ。この現像方法によって得
られたレジストパターンをマスクとして、基板のエッチ
ング加工を行うことによって、基板の微細加工が行われ
る。

【０００５】レジストを大別すると、ポジ型とネガ型と
に分かれる。ポジ型は、露光によってレジストが現像液
に溶けやすくなる型であり、ネガ型は、露光によってレ
ジストが現像液に溶けにくくなる型である。ポジ型レジ
ストを用いるか、ネガ型レジストを用いるかは、パター
ンの種類などの諸条件を勘案して決められる。

【０００６】例えば、溝パターンを形成するのであれ
ば、露光によって光分解し、現像液に溶けやすくなる
（ポジ型の）高分子薄膜をレジストとして使用する。露
光量が多いほど、レジストの分解がより多く起こり、レ
ジストが現像液により溶けやすくなる。露光の後、上記
第１の工程および第２の工程を経ると、露光部分（溝部
分）のレジストが現像液に溶解し、洗浄液で除去され、
非露光部分のレジストが基板上に残ってパターンを形成
する。この場合の第２の工程における洗浄液としては、
多くの場合に、純水が用いられるが、現像液が水と任意
の割合では混じり合わない場合などにおいては、水以外
の液体（たとえば、後述の２-プロパノール）が用いら
れる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】微細加工用のレジスト
の膜厚は、基板面の被覆性、加工マスク耐性、ピンホー
ル密度の観点からは少なくとも１００〜３００ｎｍ程度
は必要となる。このレジスト薄膜に上記１０ｎｍオーダ
ーの寸法の微細な溝パターンを露光し、従来の現像方法
（上記第１の工程と上記第２の工程とを組み合わせたも
の）によってレジストパターンを形成した場合、十分レ
ジストの底部まで現像しきれない問題が生じていた。そ
の結果、微細パターンが形成できないことが問題となっ
ていた。この問題は、溝パターンの場合のみならず、一
般の微細パターンの場合においても生じている。この問
題について、以下に説明する。

【０００８】図６は、基板１上のレジスト２に溝パター
ンの露光を行い、従来の現像方法によって得たレジスト
パターンの断面図を示している。図に示したように、溝
幅が広いパターン部４と溝幅が狭いパターン部３とが混
在している場合に、溝幅が広いパターン部４は現像しき
れているのに対して、溝幅が狭いパターン部３は現像し
きれていないことが起こる。この原因は、溝幅が狭いパ
ターン部３の微細溝内で、レジストを溶解した現像液が
レジストで飽和した状態となり、レジストの溶解速度が
低下し、本来は現像液に溶け、洗浄液で除去されるはず
のレジスト（図６中、未解像パターン１１で示す）が残
存することに起因している。さらには、図７に示したよ
うに、微細溝の入口に溶解しきれなかったレジストが付
着して入口を狭くするため、それが、さらに、レジスト
で飽和した現像液の拡散を阻害していくことになってい
た。

【０００９】図６のような微細溝のパターンの現像を完
了するためには、（１）溝パターン内のレジストをすべ
て溶解するまで現像時間を十分長くする、（２）露光量
を十分多くしてレジストをより多く分解して現像液に対
する溶解速度を速めることでも解決できるが、これらの
方法では、レジストの溶解がさらに進行してしまうた
め、パターンの幅は広がってしまい、実質的に微細パタ
ーンを形成することは出来ない。

【００１０】また、上記第１の工程中に、超音波をかけ
ることにより、現像液を拡散しやすいようにして、溝内
の現像が進むようにする方法があるが、この方法では現
像液が強くレジスト表面にも当たるため、図８に示した
ように、表面部分やパターン角部分の現像も進行してし
まう。結果として、この方法でもパターン幅が広がる欠
点を有していた。

【００１１】以上のように、これまでのような、レジス
トを現像液や洗浄液に触れさせるだけの方法では微細溝
は底まで現像できず、これを解決するために、現像時間
や露光量の増加、超音波の付加を行うと、設計された寸
法の微細溝が出来ない問題があった。また、以上の説明
においては、微細溝パターンを例として説明を行った
が、溝パターンに限らず、それ以外のパターン、たとえ
ば孔パターンにおいても、パターンが微細となれば、同
じ理由による同じ問題、すなわち、設計された寸法の微
細レジストパターンが出来ない問題があった。

【００１２】本発明の目的は、上記問題を解決し、設計
された寸法の微細レジストパターンを得ることを可能と
するレジスト現像方法およびレジスト現像装置を提供す
ることである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、請求項１に記載のように、基板
上に形成されたレジスト膜を現像液で現像する第１の工
程と、前記第１の工程の後に前記レジスト膜を洗浄液で
洗浄する第２の工程とを有するレジスト現像方法であっ
て、前記第１の工程あるいは前記第２の工程において、
前記レジスト膜に触れている液に、前記レジスト膜の膜
面から離れる方向に、回転運動による遠心力を印加する
ことを特徴とするレジスト現像方法を構成する。

【００１４】また、本発明においては、請求項２に記載
のように、回転軸と、前記回転軸に固定され前記回転軸
の回転によって前記回転軸の回りを円運動する処理槽
と、前記処理槽内において基板を前記基板の面が前記回
転軸と反対の方向に向くように保持する基板保持具とを
有するレジスト現像装置を構成する。

【００１５】また、本発明においては、請求項３に記載
のように、上記回転軸の一部位に設けられた中空部から
上記処理槽内に到り上記処理槽内から上記回転軸の前記
部位とは異なる部位に設けられた中空部に到る液体の流
路を有することを特徴とする請求項２に記載のレジスト
現像装置を構成する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明は、微細パターンが、設計
された寸法通りには現像されにくい問題を解決するた
め、レジストを溶解して飽和状態となった現像液や溶け
残ったレジストを含有した洗浄液をレジストパターンか
ら急速に遠ざけるレジスト現像方法、および、その現像
方法を実施可能とするレジスト現像装置を提供するもの
である。

【００１７】具体的には、上記飽和状態となった現像液
や洗浄液をレジストパターンから遠ざけるため、上記第
１の工程あるいは上記第２の工程において、基板上のレ
ジストに触れている前記の液（現像液または洗浄液）が
レジストから離れる方向に、回転運動による遠心力を印
加しながら、処理を行うものである。

【００１８】本発明に係るレジスト現像方法およびレジ
スト現像装置によって、微細レジストパターンの現像を
円滑に進めることができるため、極微細のパターンが形
成できる。以下に、本発明の実施の形態を、微細溝レジ
ストパターンを形成する場合を例として、より具体的に
説明する。

【００１９】微細溝パターン内のレジストが現像されに
くい理由は、現像された、もしくは現像されつつあるレ
ジストが溝内に滞留してしまうことにある。従って、こ
の現像レジストを溝の外に放出する必要がある。放出す
る方法としては超音波等を使用して現像液を強く撹拌し
て滞留を抑制することが考えられるが、この方法では前
述のように残すべきレジスト面にも現像液を当てていく
のでパターン寸法を劣化させてしまう。

【００２０】上記問題の解決策として、本発明において
は、図１の示したように、基板１上に形成された膜状レ
ジスト２に微細パターンの露光を行った後に、レジスト
２を現像液で現像し、次に、レジスト２を洗浄液で洗浄
してレジストパターンを得る場合に、レジスト２の膜面
１６に触れている液１５（現像液または洗浄液）に、膜
面１６から離れる方向に、回転運動による遠心力５を印
加する。すなわち、この場合の遠心力５の遠心力ベクト
ルは膜面１６に垂直なベクトル成分を持っている。この
場合に、レジスト２を現像液で現像する工程が、請求項
１に記載の第１の工程に該当し、レジスト２を洗浄液で
洗浄する工程が、同項に記載の第２の工程に該当する。

【００２１】このような遠心力５を、レジスト２の膜面
に触れている液１５に印加することを可能とするレジス
ト現像装置を以下に説明する。

【００２２】本発明では、図３（ａ）の如く、回転軸７
に取り付けられたホルダー１２に処理管８を固定し、処
理管８の内部に、レジスト付き基板９を、回転軸７に平
行で、レジスト膜面が回転軸７と反対の方向を向くよう
に、基板保持具（図示せず）によって保持（セット）す
る。処理管８が請求項２に記載の処理槽に該当する。

【００２３】現像液１０を処理管８内に導入し、回転軸
７の回転によって、処理管８を回転軸７の回りに円運動
させる。この結果、基板９と垂直方向に遠心力が作用す
る。レジストを溶解した現像液は溶解していないものよ
り密度が０.２ｇ/ｃｍ^３程度増加する。従って、単に現
像しただけでは溝内は密度の高い液が、外部は密度の低
い液が存在することになる。また、完全に溶解しない場
合には、レジスト高分子粒子が溝内で現像液に浮遊して
いる状態となる。このような状態で、遠心力を作用させ
ると、外周方向に重力（遠心加速度）がかかることか
ら、重い物ほど回転軸７とは離れた方向に移動すること
になる。すなわち、密度の高い液が外部へ、また微粒子
状態のレジスト（図１中、現像されたレジスト６で示
す）も外部へ押し出されることになる。その結果、現像
された、もしくは現像されつつあるレジストは直ぐにパ
ターン外部へ移動し、現像すべきレジスト面には常に新
しい現像液が接することになる。重力がかかる方向は常
に外部方向であるため、レジスト面に不要な力がかかる
ことはなく、すなわち不要な現像液が基板９をたたくこ
とはない。この場合は、遠心力を印加しながら上記第１
の工程を行う場合であり、現像液が請求項１に記載の
「レジスト膜に触れている液」に該当する。

【００２４】この結果、図２に示したように、極微細の
溝パターン（溝幅が狭いパターン部３）でも滞ることな
く現像を完了させることが出来る。この場合、現像液１
０の導入は回転前でも回転をかけた後でも何ら問題はな
い。ただし、回転をかけた後で現像液１０の導入を行う
場合には、図３（ｂ）に示したように、回転軸７に中空
部１３を設け、その中空部と処理管８内部との間を連結
する連結管１４を設けて、現像液１０を、中空部１３と
連結管１４とを通して、処理管８内に導入すればよい。
また、基板９も、回転時に、回転軸７に対して平行で、
レジスト膜面が回転軸７と反対の方向を向くようになれ
ば良く、無回転時にはいかなる方向を向いていても何ら
問題はない。要は、回転時に、基板９が、回転軸７に対
して平行で、レジスト膜面が回転軸７と反対の方向を向
くようになれば良いだけである。また、基板９の位置
は、回転軸７に対して出来るだけ離した方が有効であ
る。遠心力は、加速度で表して、 Ａ＝ｒ×ω^２ で与えられる。ここで、ｒは回転半径、ωは角速度であ
る。これは、単位時間当たりの回転数Ｎとの関係で書き
直され、 Ａ＝ｒ×(２πＮ)^２ となる。したがって、強い遠心力を与えるには、回転半
径ｒを大きく、または単位時間当たりの回転数Ｎを大き
くする必要がある。従って、装置としては、回転軸７と
基板９の距離は出来るだけ離した方が好ましいことにな
る。

【００２５】また、この手法は現像液ではなく洗浄液を
用いても有効である。十分な遠心力を作用させるために
は、遠心時間は１０分以上必要となる場合が多い。従っ
て、現像液で行う遠心現像の場合は弱い現像液で１０分
以上の時間で現像することが必要となる。このような現
像ができない場合、もしくは現像が進んで横方向にパタ
ーン幅が広がる場合には、遠心洗浄、すなわち、遠心力
を印加しながらの上記第２の工程を行うことが有効とな
る。この場合には、洗浄液が、請求項１に記載の「レジ
スト膜に触れている液」に該当する。現像で図６のよう
な状態になっても現像液は溝内にしみこんでいる。そこ
で、処理管８に洗浄液を導入しながら遠心力を作用させ
ると、現像液がしみこんだ部分は溶解すべきレジストが
部分的にゆるく結合している状態であるため、洗浄液内
でも遠心力で外部方向に押し出される。横方向には現像
液が移動しないため、現像が進んでパターンの幅が広が
るという問題は生じない。

【００２６】当然、洗浄液に１０〜３０％程度現像液を
含有させることは、本発明をより効果的なものとする。

【００２７】本発明の目的を達成する装置としては、図
３（ａ）に示した装置で問題はないが、より効率的に処
理をおこなうためには、図３（ｂ）に示したように、現
像液または洗浄液１０を、中空部１３と連結管１４とを
通して、自動的に処理管８内に供給することが望まし
い。排出は、液導入部と反対側の中空部１３’に排出管
を設ける事で可能となる。この場合に、連結管１４と処
理管８内とが、請求項３に記載の「回転軸の一部位に設
けられた中空部から上記処理槽内に到り上記処理槽内か
ら上記回転軸の前記部位とは異なる部位に設けられた中
空部に到る液体の流路」を形成している。

【００２８】また、処理管８に排出弁を付けることでも
何ら問題はない。

【００２９】図４は、日本ゼオン社製レジストＺＥＰ-
５２０を３００μｍ厚Ｓｉ基板上に塗布し、電子線露光
の後、酢酸ノルマルヘキシルで現像した時の現像時間と
現像深さの関係を示した図である。パターン幅は１０ｎ
ｍである。図４から明らかなように、通常のディップ現
像（単純にレジスト付き基板を現像液に浸して液を撹拌
するもの）では徐々に現像速度が低下するが、本発明に
係るレジスト現像方法によって、遠心力を作用させて現
像（遠心力現像）した場合には現像速度は低下せずに一
定となっていることがわかる。このことは、極微細パタ
ーンでも良好な現像によるパターン形成が可能であるこ
とを示し、本発明の効果を表すものである。

【００３０】また、図５は、同じレジストと同じ現像液
とを用い、従来技術による通常現像と、本発明に係るレ
ジスト現像方法（遠心力現像）と、通常現像に超音波を
併用した超音波現像とによって得られた感度曲線を比較
したものである。感度曲線は、露光量を変えて露光を行
い、その後に現像し、その時のレジスト残膜厚さを測定
し、そのレジスト残膜厚さと露光量との関係を表したも
のであり、感度曲線の勾配が高いほど、且つ低露光量で
の残膜厚さが大きいほど良好なパターン形成を示す。図
５において、超音波現像では、感度曲線の勾配が低くな
り、低露光量部分の残膜厚さも低くなっているが、本発
明に係る遠心力現像では通常現像と何ら変わらない感度
曲線を示す。このことは、残すべきレジストに対して、
本発明に係るレジスト現像方法（遠心力現像）は有害な
影響を与えていないことを証明するものである。

【００３１】以下実施の形態例に基づいて詳細に説明す
る。

【００３２】［実施の形態例１］シリコン基板上に電子
線レジストのＺＥＰ-７０００（日本ゼオン社製）を５
００ｎｍ厚でスピン塗布（回転塗布）した後、電子線露
光した。この基板を本発明に係るレジスト現像装置にセ
ットした後、このレジストの現像液である酢酸ノルマル
ヘキシルを処理管８に満たして、回転させた。８０００
Ｇ（ここに、Ｇは重力加速度を表す）を作用させて１０
分間処理を行い、２-プロパノールによる洗浄を施して
所望のレジストパターンを形成した。完全に底まで現像
された１０ｎｍ幅のパターンが得られた。

【００３３】［実施の形態例２］実施の形態例１同様、
シリコン基板上に電子線レジストのＺＥＰ-７０００を
５００ｎｍ厚でスピン塗布した後電子線露光、酢酸ノル
マルヘキシルによる現像を施した後、このレジストの洗
浄液である２-プロパノールに満たされた処理管８内に
セットした。回転させて遠心力を作用させ、洗浄液内で
の付加的現像を施した。この結果、１０ｎｍ幅パターン
は完全に解像され、良好なパターンを形成することがで
きた。

【００３４】［実施の形態例３］実施の形態例１同様、
シリコン基板上に電子線レジストのＺＥＰ-７０００を
５００ｎｍ厚でスピン塗布し、電子線露光を施した後、
基板を処理管８内にセットした。回転させて遠心力（８
０００Ｇ）を作用させた後、回転軸７内から現像液（酢
酸ノルマルヘキシル）を導入し、２分間遠心力現像を施
した。回転を停止しながら現像液の排出、洗浄液の導入
を施し、現像を終了した。この結果、１０ｎｍ幅パター
ンは完全に解像され、良好なパターンを形成することが
できた。

【００３５】上記の実施の形態例において、レジストと
して電子線レジストＺＥＰ-７０００、現像液として酢
酸ノルマルヘキシル、洗浄液として２-プロパノールを
用いたが、本発明はこれに限定されるものではない。

【００３６】また、微細レジストパターンとして溝パタ
ーンを用いたが、本発明はこれに限定されるものではな
い。

【００３７】以上に説明したように、微細レジストパタ
ーンの凹部内で現像液が滞って現像が進行しない問題
を、遠心力を用いて解決できるので、１０ｎｍ以下パタ
ーンでも良好に解像することが可能となる。この結果、
極微細パターンを使用した大規模集積回路や新規高機能
デバイスを作製することが出来る。

【００３８】

【発明の効果】本発明の実施によって、設計された寸法
の微細レジストパターンを得ることを可能とするレジス
ト現像方法およびレジスト現像装置を提供することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の作用を説明する概念図である。

【図２】本発明を使用した場合に形成できるパターンの
例を示す図である。

【図３】本発明に係るレジスト現像装置の概念図であ
る。

【図４】溝幅が狭いパターンでの現像速度の変化を示す
図である。

【図５】現像方法による感度曲線の相違を示す図であ
る。

【図６】従来の現像方法によるパターン例を示す図であ
る。

【図７】従来の現像方法によるパターン例を示す図であ
る。

【図８】超音波現像によるパターン例を示す図である。

【符号の説明】

１…基板、２…レジスト、３…溝幅が狭いパターン部、
４…溝幅が広いパターン部、５…遠心力、６…現像され
たレジスト（もしくは溶解したレジストを含む現像
液）、７…回転軸、８…処理管、９…レジスト付き基
板、１０…現像液または洗浄液、１１…未解像パター
ン、１２…ホルダー、１３、１３’…中空部、１４…連
結管、１５…レジスト膜に触れている液（現像液または
洗浄液）、１６…レジスト２の膜面。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に形成されたレジスト膜を現像液で
   現像する第１の工程と、前記第１の工程の後に前記レジ
   スト膜を洗浄液で洗浄する第２の工程とを有するレジス
   ト現像方法であって、前記第１の工程あるいは前記第２
   の工程において、前記レジスト膜に触れている液に、前
   記レジスト膜の膜面から離れる方向に、回転運動による
   遠心力を印加することを特徴とするレジスト現像方法。
2. 【請求項２】回転軸と、前記回転軸に固定され前記回転
   軸の回転によって前記回転軸の回りを円運動する処理槽
   と、前記処理槽内において基板を前記基板の面が前記回
   転軸と反対の方向に向くように保持する基板保持具とを
   有するレジスト現像装置。
3. 【請求項３】上記回転軸の一部位に設けられた中空部か
   ら上記処理槽内に到り上記処理槽内から上記回転軸の前
   記部位とは異なる部位に設けられた中空部に到る液体の
   流路を有することを特徴とする請求項２に記載のレジス
   ト現像装置。