JP2002057104A5

JP2002057104A5 -

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Publication number: JP2002057104A5
Application number: JP2001212846A
Authority: JP
Filing date: 2001-06-08
Publication date: 2004-11-25

Description

【００４６】
続いて、電子線ユニット２６により選択的に露光処理が施された基板１４等を紫外線露光システム４２に移送し、紫外線によるレジスト２２の露光工程（第２の露光工程）を行う。すなわち、紫外線露光システム４２の紫外線コントローラ５４は、コンベアー４６上に基板１４等が載置されると、コンベアー４６を稼動させ、基板１４等を搬送させる。そして、紫外線コントローラ５４は、コンベアー４６により基板１４等を搬送させた状態において、紫外線ランプ５０に露光処理を実行させる。これにより、紫外線ランプ５０からレジスト２２に約２００ｎｍ〜２３０ｎｍの波長の紫外線が照射され、レジスト２２の表面全体（第２の部分）が露光される。露光時における露光密度は、例えば、紫外線の照射に起因するレジスト２２の損傷を回避するため、約１００ｍＪ／ｃｍ²未満、より好ましくは８５ｍＪ／ｃｍ²〜９０ｍＪ／ｃｍ²とするのが好ましい。

【００５０】
マスク７８の具体的な利用用途としては、例えば、磁性材料等よりなる各種のパターン構造の形成が挙げられ、マスク７８は、例えばリフトオフ処理，電解めっき処理，エッチング処理などの既存の多くの選択的処理に利用可能である。リフトオフ処理では、例えば、基板１４等を覆うように強磁性金属膜を形成したのち、マスク７８を溶解可能な溶剤中に基板１４等を浸漬させる。強磁性金属膜のうち、マスク７８に対応する部分がマスク７８と共に選択的に除去され、それ以外の部分が基板１４上に残存することにより、基板１４上に強磁性金属膜パターンが選択的に形成される。電解めっき処理では、例えば、マスク７８を用いて基板１４にめっき処理を施すことにより、基板１４上にめっき膜パターンが選択的に形成される。エッチング処理では、マスク７８を用いて基板１４にエッチング処理を施すことにより、基板１４のうち、マスク７８により覆われていない部分が選択的にエッチングされ、所望のパターン構造を有するように基板１４が加工される。

【００６５】
続いて、現像条件によるレジスト厚の変化について説明する。現像処理時おけるレジスト厚の変化量は、主に、現像液６６の種類に応じて変動する。ここでは、例えば、酢酸Ｎアミル，酢酸ブチル，ジエチルケトンよりなる３種類の現像液６６を用いて現像試験を行った。これらの現像液６６のうち、例えば、酢酸Ｎアミルは主として高解像度を要するパターニング用途に用いられ、ジエチルケトンは主として高感度を要するパターニング用途に用いられる。レジスト２２に対して電子線露光を行ったのち、紫外線露光を行った場合あるいは行わなかった場合について、上記した各種の現像液６６を用いて現像処理を行ったところ、現像処理時におけるレジスト厚の経時変化について、図３に示した結果が得られた。図３中に示した３Ａ〜３Ｅについての現像液６６の種類および紫外線露光の有無は、３Ａについて酢酸Ｎアミル，露光無、３Ｂについて酢酸ブチル，露光無、３Ｃについて酢酸Ｎアミル，露光有、３Ｄについて酢酸Ｎアミル，露光有、３Ｅについてジエチルケトン，露光無である。なお、現像時の温度は、露光処理の有無に関係なく、酢酸Ｎアミル，酢酸ブチル，ジエチルケトンについてそれぞれ約２７℃，約２４℃，約２０℃とした。

【００６６】
図３から判るように、現像液６６として酢酸Ｎアミルや酢酸ブチルを用い、紫外線露光を行わなかった場合（３Ａ，３Ｂ）には、レジスト厚が極僅かしか減少せず、このときのレジスト厚の減少量は、レジスト２２のパターニング処理に適したものであった。また、同様の現像液６６を用い、紫外線露光を行った場合（３Ｃ，３Ｄ）には、紫外線露光を行わなかった場合（３Ａ，３Ｂ）よりもレジスト２２の厚みの減少量が若干増加するものの、現像時間が約３分以内（好ましくは約２分以内）であれば、このときのレジスト厚の減少量はレジスト２２のパターニング処理を行う上で許容範囲内であった。なお、現像液６６としてジエチルケトンを用いた場合（３Ｅ）には、レジスト厚が短時間で激減してしまい、このときのレジスト厚の変化はレジスト２２のパターニング処理に不適であった。

【００６７】
続いて、露光パターンのサイズ（Ｌ＆Ｓ）による電子線露光量の変化について説明する。上記したように、本実施の形態によれば、ｎｍオーダーでレジスト２２をパターニングする際にレジスト感度が向上する。一般に、１００ｎｍより小さいサイズの直接描画を行うために要する電子線露光量は、１μｍより小さいサイズの直接描画を行うために要する電子線露光量よりも大きくなることが知られている。ここで、Ｌ＆Ｓ＝約４０ｎｍ〜８０ｎｍでレジスト２２をパターニングするために要する電子線の最小露光量を調べたところ、レジスト２２のパターニングに要する電子線露光量の変化について、図４に示した結果が得られた。図４中に示した４Ａでは現像液６６として酢酸Ｎアミル（ＺＥＤＮ５０）を用い、現像温度＝約２７℃，現像時間＝約５分間で現像処理を行い、４Ｂでは現像液６６として酢酸ブチル（ＺＲ１００）を用い、現像温度＝約２３℃，現像時間＝約１分間で現像処理を行った。直接描画を行うための最小露光量について、６０ｎｍ，７０ｎｍ，８０ｎｍのラインに対するピッチをそれぞれ１２０ｎｍ，１４０ｎｍ，１６０とした。図４から判るように、Ｌ＆Ｓ＝４０ｎｍのときの臨界露光量は、レジスト感度が標準的な場合の露光量（例えば酢酸Ｎアミルについて約５５μＣ／ｃｍ²）の少なくとも２倍程度であり、このときの露光量は、現像工程においてレジスト全体を除去可能な露光量に相当するものであった。比較的厚いレジスト（＞約１５０ｎｍ厚）に約４０ｎｍ〜８０ｎｍのホールを直接描画するために必要な最小露光量は、約１１０μＣ／ｃｍ²〜３００μＣ／ｃｍ²であることが確認された。

【００６８】
続いて、露光パターンのサイズ（Ｌ＆Ｓ）による紫外線露光量の変化について説明する。レジスト２２（レジスト厚＝約１７９ｎｍ厚）に対して電子線露光を施したのち、紫外線露光を行った場合あるいは行わなかった場合において現像処理を行ったところ、レジスト２２のパターニング（Ｌ＆Ｓ＝約６０ｎｍ〜８０ｎｍ）に要する紫外線露光量の変化について、図５（Ａ），（Ｂ）に示した結果が得られた。図５（Ａ）に示した５Ａ１，５Ａ２および図５（Ｂ）に示した５Ｂ１〜５Ｂ３についての現像液６６の種類，現像時間，紫外線露光の有無は、５Ａ１について酢酸ブチル（ＺＲ１００），約１分間，露光無、５Ａ２について酢酸ブチル，約１分間，露光有、５Ｂ１について酢酸Ｎアミル（ＺＥＤＮ５０），約５分間，露光無、５Ｂ２について酢酸Ｎアミル，約２分間，露光有、５Ｂ３について酢酸Ｎアミル，約３分間，露光有である。なお、現像時の温度は、露光処理の有無に関係なく、酢酸Ｎアミル，酢酸ブチルについてそれぞれ約２７℃，約２４℃とした。図５（Ａ），（Ｂ）から判るように、現像液６６として酢酸Ｎアミルまたは酢酸ブチルのいずれを用いた場合においても、紫外線露光を行うことにより、露光処理を行わない場合よりもレジスト感度が約１５〜２０％向上することが確認された。特に、現像液６６として酢酸Ｎアミルを用いた場合には、高いレジスト感度を確保しつつ、現像時間を２分程度まで短縮することができる。

【００６９】
図６は、レジスト厚を約８７ｎｍとしたことを除き、図５に示した場合と同様の現像処理を行った際の紫外線露光量の変化を表している。図６（Ａ）に示した６Ａ１，６Ａ２および図６（Ｂ）に示した６Ｂ１〜６Ｂ３についての現像液６６の種類，現像時間，紫外線露光の有無に関する条件は、図５に示した５Ａ１，５Ａ２，５Ｂ１〜５Ｂ３の場合とそれぞれ同様である。図６から判るように、レジスト２２の厚みを薄くした場合においても、図５に示した場合と同様にレジスト感度の向上が確認された。

【００７０】
続いて、紫外線露光の有無によるレジストパターンの形状変化について説明する。レジスト２２のパターニング（Ｌ＆Ｓ＝約６０ｎｍ〜８０ｎｍ）に関する解像度を評価するため、レジスト２２に電子線露光（露光量＝約７５μＣ／ｃｍ²）を行ったのち、このレジスト２２に紫外線露光を行った場合あるいは行わなかった場合ついて現像処理を行い、得られたレジストパターンの形状を比較した。現像液６６として酢酸Ｎアミルを用い、紫外線露光を行わなかったところ、現像処理（現像温度＝約２７℃，現像時間＝約４分間）により得られた最良のレジストパターンの形状は、図７（Ａ）に示したように、パターン幅が頂部近傍よりも低部近傍において狭くなり、所望のアスペクト比が再現されなかった。これは、基板１４からの後方散乱現象に起因するものと想定される。レジストパターンの形状は現像時間に依存するため、例えば酢酸Ｎアミルなどの高解像度タイプの現像液６６を用いると、所望のアスペクト比が再現されにくくなる。現像時間を短くすると、上記したイオンビームオフの後方散乱現象を抑制するために露光量を増加させる必要があるため、現像時間および露光時間の双方を短縮させることが困難になる。

【００７１】
これに対して、現像液６６として酢酸ブチルを用い、紫外線露光を行ったことを除き、図７（Ａ）に示した場合と同様に現像処理を行ったところ、得られたレジストパターンの形状は、図７（Ｂ）に示したように、パターン幅がほぼ均一になり、ほぼ矩形状となった。しかも、現像時の温度はほぼ室温（約２４℃）であり、現像時間は約１分間であった。現像時間を長くすると、レジストパターンのパターン幅が若干広くなったが、図７（Ａ）において見られた深刻なパターン形状の崩れは観察されたかった。

【００７２】
続いて、現像時間によるレジストパターンの形状変化について説明する。レジスト２２に電子線露光を施し、引き続きレジスト２２に紫外線露光を施したのち、現像液６６として酢酸Ｎアミルを用い、現像時間を変化させて現像処理を行った。電子線による露光量を約８５μＣ／ｃｍ²とし、現像時間を約２分間としたところ、現像処理により得られたレジストパターンの形状は、図８（Ａ）に示したように、図７（Ｂ）に示した場合に類似し、ほぼ矩形状となった。また、電子線による露光量を約７５μＣ／ｃｍ²とし、現像時間を約３分間としたところ、レジストパターンの形状は、図８（Ｂ）に示したように、図７（Ａ）に示した場合（紫外線露光無，現像時間＝約５分間）に類似し、所望のアスペクト比が再現されなかった。さらに、現像時間を約５分間より長くしたところ、Ｌ＆Ｓ＝約６０ｎｍでパターニングされたレジストパターンの形状は、図８（Ｃ）に示したように、パターン幅が低部近傍において極単に狭くなったことに起因して崩壊してしまった。

【００７３】
また、現像液６６として酢酸ブチルを用い、現像温度＝約２４℃，現像時間＝約１分間として現像処理を行ったところ、紫外線露光の有無によりレジストパターンの形状に差異が生じることが確認された。すなわち、紫外線露光を行わない場合（電子線露光量＝約７５μＣ／ｃｍ²）には、図９（Ａ）に示したようにレジストパターンの形状が崩れたのに対して、紫外線露光を行った場合（電子線露光量＝約６５μＣ／ｃｍ²）には、図９（Ｂ）に示したように、レジストパターンがほぼ矩形状になった。

【００７４】
以上のことから、電子線露光と紫外線露光とを併用することによりレジスト感度が顕著に向上するため、例えば酢酸Ｎアミルなどの高解像度タイプの現像液６６を用いて現像処理を行うと、現像処理により得られるレジストパターンの形状は、例えば酢酸ブチルなどの高感度タイプの現像液６６を用いた場合に得られるレジストパターンの形状に類似し、シャープな端縁を有する矩形状になる。しかも、レジスト感度の向上に伴い、レジスト２２の溶解度に関する酢酸Ｎアミルと酢酸ブチルとの間の差異が小さくなるため、現像時間は５分間程度から２分間程度まで短縮される。このように、現像液として酢酸Ｎアミルを用い、現像条件を調整することによりレジスト厚を制御する手法は、現像時間を短縮する観点において非常に有用である。現像時間が長くなると、レジスト厚が減少し過ぎるだけでなく、パターン幅が頂部近傍よりも底部近傍において狭くなり、レジストパターンの形状が崩れてしまう。現像液として酢酸ブチルを用いた場合には、１分間程度の短い時間でレジスト厚が激減してしまうため、現像液６６としては、高感度タイプの酢酸ブチルよりも高解像度タイプの酢酸Ｎアミル（例えば現像温度＝約２７℃，現像時間＝約２分間）などを用いるのが好ましい。この場合には、図１０に示したように、レジストパターンの解像度および感度の双方を確保することが可能となり、約８７ｎｍ厚のレジストについて、Ｌ＆Ｓ＝約４０ｎｍまで解像度を向上させることができる。

【００７５】
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態および実施例に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態および実施例において説明した形成装置１０の構成および動作機構、並びに形成装置１０によるマスク７８の形成手順等は、必ずしもこれに限られるものではなく、電子線および紫外線の双方によりレジスト２２を露光し、レジスト２２を高精度かつ短時間でパターニングすることが可能な限り、自由に変更可能である。

【００７６】
また、例えば、上記実施の形態および実施例では、形成装置１０により形成されたレジストパターン（マスク７８）をチップ，集積回路，磁気記憶メディア用の記録・再生ヘッド，各種のパターン化された磁気構造物などの電子デバイスの製造に適用する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、これらの電子デバイス以外の各種分野における製品等の製造にも適用可能である。