JP2002148809A - レジスト基板の製造方法及びレジスト基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レジスト膜中の感光剤に濃度勾配を均一
に形成させることで解像度を高め、微細なパターンを精
度良く形成させるレジスト基板の製造方法を提供する。 【解決手段】 基板１に感光性レジスト２を塗布する
第一の工程と、前記感光性レジスト２の上に水溶性ポリ
マー３を積層する第二の工程と、前記感光性レジスト２
と水溶性ポリマー３が積層された基板１をベーキングす
る第三の工程と、前記水溶性ポリマー３を除去する第四
の工程とよりなり、前記感光性レジスト２の感光剤に厚
み方向の濃度勾配を持たせることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路や
液晶素子あるいは光ディスクのマスタリングプロセス等
において用いられるレジスト基板の製造方法及びレジス
ト基板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路や液晶素子等のパターン
形成には、被加工基板上に塗布された感光性樹脂（レジ
スト）を光、電子線あるいはＸ線で露光し、現像により
レジストパターンを形成した後、そのレジストパターン
に従って被加工基板をエッチングするいわゆるリソグラ
フィー技術が用いられている。

【０００３】ところで、ＩＣ、ＬＳＩ、ＵＬＳＩ等の半
導体集積回路は、酸化、ＣＶＤ、スパッタリング等の薄
膜形成工程と、シリコンウェハー等の被加工基板上にフ
ォトレジストを塗布し、フォトマスクを用いた縮小投影
ステッパ等により所望のパターンを露光した後、現像、
エッチングを行うリソグラフィー工程やイオン注入等の
拡散工程を繰り返すことにより製造されている。

【０００４】このようなフォトリソグラフィー工程によ
り形成されるフォトレジストパターンの最小図形サイズ
は、半導体集積回路の高速化、高密度集積化に伴い、ま
すます微細にしてかつ高精度なパターン形成技術が要求
されており、そのレジストパターン形成技術においても
あらゆる可能な改良が追求されている。

【０００５】従来技術によるレジストパターン形成プロ
セスを、図５に示す。図５に示されるように、従来法で
は、まず被処理基板上にレジストをスピン塗布し、溶媒
除去、基板との密着性向上を目的として、レジストの種
類に応じてプリベークを行う。冷却後、レジストの種類
に応じた所定の照射量で所定波長域の電磁波、例えば、
紫外線、所定エネルギーの粒子線あるいは電子線を選択
的に照射して露光する。その後、場合によっては水によ
るプリウェット行程を経て、レジストの種類に応じた現
像処理を行い、所望のレジストパターンが形成される。
ここで、プリウェットとは、純水またはその直後の現像
に用いられる現像液によるレジスト表面のウェット処理
を意味する。

【０００６】一方、光ディスクのマスタリングプロセス
においては、レンズで集光させたレーザービームをレジ
ストに直接露光、現像することによって、ピットと呼ば
れる信号パターンやグルーブと呼ばれる案内溝を形成し
ている。

【０００７】図３は、前者のパターン形成方法であるラ
イン＆スペースのパターンを形成する際の露光の状態を
示す説明図であり、１は基板、６はレジスト、７はフォ
トマスク、８はレーザー光であり、併せて光の強度分布
も示している。

【０００８】この図３に示されるように、ライン＆スペ
ースのパターンの形成においては、フォトマスク７を通
して露光を行う際に、光の回折や散乱によって遮光され
ている部分にまで光が回り込んでしまい、このため、微
細なパターンを解像するのが困難であるという難点があ
る。

【０００９】また図４は、後者のパターン形成方法であ
る光ディスクのマスタリングプロセスにおいて、ピット
（あるいはグルーブ）パターンを形成する際のレーザー
ビーム露光の状態を示す説明図であり、１１はレーザー
ビーム、９は対物レンズであり、併せてレーザービーム
スポット内の光の強度分布をも示している。なお図３と
共通する部分には同一の番号を付している。同図（Ａ）
は大きなピットの形成を、同図（Ｂ）は小さなピットの
形成をそれぞれ示している。この図４に示されるよう
に、小さなピットを形成するためにはパワーを下げなけ
ればならないが、パワーを下げた場合には、光の強度が
不十分となってピットが形成できず、解像不良となって
しまう。

【００１０】このような従来の問題点に対して、例え
ば、特開平５-１４４６９３号公報、特開平４-３４７８
６２号公報等により解決する方法が提案されている。そ
の１つの解決方法である特開平５-１４４６９３号公報
によれば、レジストの解像度を上げるべくレジストの感
光剤に膜厚方向の濃度勾配を持たせる、つまり、感光剤
濃度がレジスト表面付近が最も高く、基板界面付近が最
も低いという状態を作り出す手法が開示されている。こ
のような濃度勾配を形成することによって、レジストの
表面側に大きな吸収をもたせることができ、これによっ
てＣＥＬ(Contrast Enhancement Layer)プロセスと同様
に、感光による感光剤の分解に基づく透明化が光のコン
トラストを増強して解像度を高めることができるのであ
る。

【００１１】また，他の解決方法である特開平４-３４
７８６２号公報によれば、レジストに添加した溶解促進
剤の濃度勾配を形成する手法が開示されている。これ
は、レジスト表面に向かって溶解促進剤の濃度が連続的
に減少するような勾配を形成することによって、表面に
近づくほど現像液に対する溶解速度が低下し、高コント
ラストのパターンを得るという方法である。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した特
開平５-１４４６９３号公報および特開平４-３４７８６
２号公報では、濃度勾配を形成させる方法がいくつか具
体的に開示されている。

【００１３】まず、特開平５-１４４６９３号公報で
は、感光剤の濃度勾配を形成する方法として、基板に感
光剤濃度の低いレジストを塗布した上に、感光剤濃度の
高いレジストを塗布する方法が示されている。ところ
が、この方法では感光剤濃度の高いレジスト液を滴下す
ると、その滴下した位置から先に塗布してある感光剤濃
度の低いレジスト膜の溶解が始まってしまうため、滴下
開始位置と終了位置とで溶解時間に差が生じることにな
る。その結果、基板面内で濃度勾配を均一にすることが
できないという問題が生じる。

【００１４】さらに、マスタリングプロセスの場合は、
レジスト膜厚が１００ｎｍ前後と非常に薄いので、レジ
スト液もかなり薄めて塗布することになる。このように
した場合、レジスト膜の溶解力も高くなるので、重ね塗
りをした場合は先に塗布したレジスト膜はほとんど溶解
してしまい、濃度勾配が形成されないという問題もあ
る。

【００１５】また特開平５-１４４６９３号公報では、
レジストを塗布した後その表面をアルカリ現像液で処理
する、いわゆる難溶化処理も濃度勾配を形成する方法と
して示しているが、難溶化処理の場合、表面付近の感光
剤濃度が高くなるだけであり、濃度勾配が形成されると
は言い難い。

【００１６】一方、特開平４-３４７８６２号公報で
は、レジストを塗布した後高温ベークを行いレジスト表
面から溶解促進剤を蒸発させることで濃度勾配を形成す
るという方法を示しているが、蒸発という現象を利用す
るため、ベーク温度・時間、室内の温度・湿度等の条件
を厳密に管理する必要がある。膜厚が薄い場合は、さら
に厳密にする必要がある。さらに、溶解促進剤という特
殊な添加物を添加しなければならず、その選択も難し
い。

【００１７】このように従来のパターン形成方法によれ
ば、レジストに含まれている成分に濃度勾配を形成させ
る方法には、勾配が不均一、あらゆる膜厚に対応できな
い等の問題が存在していた。

【００１８】そこで、本発明になるレジスト基板の製造
方法は、上記問題点について鑑みてなされたものであ
り、レジスト膜中の感光剤に濃度勾配を均一に形成させ
ることにより解像度を高め、微細なパターンを精度良く
形成させること及び精度良く形成された微細なパターン
を有するレジスト基板を提供することを目的としてい
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載の発明は、基板１に感光性レジスト２を塗布する第一
の工程と、前記感光性レジスト２の上に水溶性ポリマー
３を積層する第二の工程と、前記感光性レジスト２と水
溶性ポリマー３が積層された基板１をベーキングする第
三の工程と、前記水溶性ポリマー３を除去する第四の工
程とよりなり、前記感光性レジスト２の感光剤に厚み方
向の濃度勾配を持たせることを特徴とする。

【００２０】本発明に係る請求項２記載の発明は、請求
項１記載のレジスト基板の製造方法において、前記第三
の工程におけるベーキング温度が８０℃以上１８０℃以
下であることを特徴とする。

【００２１】本発明に係る請求項３記載の発明は、請求
項１記載のレジスト基板の製造方法で形成されたレジス
ト基板１０であることを特徴とする。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例を添
付図面に基づいて説明する。なお、以下に述べる実施例
は本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい
種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の
説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限
り、これらの態様に限られるものではない。

【００２３】以下、本発明の好ましい実施の形態につき
図面を参照して説明する。図１は、本発明のレジスト基
板の製造方法において、主要部となる感光剤の濃度勾配
形成方法を示す説明図、図２は、図１（Ｃ）のプロセス
におけるレジスト膜内の様子を示す模式図である。

【００２４】まず、従来と同様にシリコン、ガラスある
いは石英等の基板１に、所定の膜厚となるように、溶剤
で希釈されたナフトキノンジアジド／ノボラック系のポ
ジ型レジストを塗布し、レジスト膜２を形成する
（Ａ）。

【００２５】次に、被覆材料として水に溶解させたＰＶ
Ａ（ポリビニルアルコール）等の水溶性ポリマー３を、
レジスト膜２の上にスピンコート法等の方法により塗布
する（Ｂ）。そして、この状態でプリベークを行うこと
で、レジスト膜２中の後述する感光剤５が上方へと拡散
し、濃度勾配が形される（Ｃ）。その後水洗で水溶性ポ
リマー３を除去し、再度プリベークを行うことでレジス
ト膜２中の残留溶媒を除去する（Ｄ）。

【００２６】以上のようなプロセスによって、レジスト
膜２中の前記した後述する感光剤５の濃度が、レジスト
膜２の表面側で高く、基板１側で低いという濃度勾配が
形成されたレジスト基板１０を作製することができる。

【００２７】ここで、本実施例による感光剤５の濃度勾
配形成のメカニズムについて説明する。図２は、前記し
た如く図１（Ｃ）のプロセスにおけるレジスト膜２内の
様子を示す模式図である。なお、説明の都合上、ベース
樹脂であるノボラック樹脂は図示していない。

【００２８】本実施例の最大の特徴は、基板１上に所定
量のレジストを塗布してレジスト膜２を形成した後、直
ちにベーク処理を行わず、残存溶媒４が多量に残ってい
る状態で水溶性ポリマー３を積層する（ａ）ことにあ
る。このような状態でベークを行うと、溶媒４の蒸発が
水溶性ポリマー３によって妨げられるので、溶媒４が残
ったままレジスト膜２中の温度が上がることになる。そ
うすると、レジスト膜２中の感光剤５は、その揮発性に
より上方に拡散しやすくなる（ｂ）。これは、溶媒４の
存在によってノボラック樹脂が膨潤した状態にあるの
で、感光剤５の自由度が増し、動きやすい状態にあるた
めである。

【００２９】従って、ベーク終了後には、レジスト膜２
表面付近の感光剤濃度が高く、基板１側が低いという濃
度勾配が形成されることになる（ｃ）。このような濃度
勾配を形成することによって、ＣＥＬ（Contrast Enhan
cement Layer）プロセス、すなわち、感光による感光剤
５の分解に基づく透過率の増加が、光量の増加に対して
非線形に増加する特性を有する感光性膜をレジスト膜２
上に塗布するプロセスと同様に、光のコントラストを増
強して解像度を上げることが可能となり、微細パターン
の形成において解像度を高めることができるのである。

【００３０】なお、図１（Ｃ）のプロセスにおけるベー
クの温度は、８０℃から１８０℃の範囲で行うのが好ま
しい。８０℃以下だと、前記したレジスト膜２中の感光
剤５の拡散が十分に起こらないので濃度勾配が形成され
ず、また１８０℃以上だと感光剤５が分解してしまうか
らである。

【００３１】また、水溶性ポリマー３の濃度は、１％か
ら７０％の範囲であるのが好ましい。１％以下の濃度で
は、塗布した際にレジスト膜２上ではじかれてしまい均
一に塗布できないケースが多発する他、塗布できたとし
ても溶媒の蒸発を妨げる効果が乏しくなり、感光剤５の
濃度勾配の形成が不十分であるという問題点が発生する
からである。また、７０％以上の濃度だと逆に水溶液の
粘性が高すぎて、塗布する際に下のレジスト膜２の膜厚
を変化させてしまうという問題点が発生する。

【００３２】水溶性ポリマー３としては、ポリビニルア
ルコールの他、ゼラチン、カゼイン、フィッシュグルー
等を用いることができるが、レジスト膜２の上に塗布し
た際に、このレジスト膜２を溶かさないものであればこ
の限りではない。また、レジスト膜２からの溶媒の蒸発
を妨げることができ、且つ水洗あるいは現像によって除
去できるものであれば、水溶性ポリマー３でなくとも良
い。

【００３３】また、水溶性ポリマー３の中にＣＥＬ材料
を分散させた材料を用いて、水溶性ポリマー３を除去せ
ずに露光を行えば、ＣＥＬ材料によるＣＥＬ効果と、感
光剤５の濃度勾配によるＣＥＬ効果が相乗され、さらに
微細なパターンの形成が可能となる。

【００３４】なお、図１（Ｄ）のプロセスにおけるベー
クの温度であるが、８０℃から１２０℃の範囲に設定し
た場合に、解像度としては殆ど変化がないことが実験的
に確かめられている。

【００３５】次に、パターン形成方法につき図１を参照
して説明する。前記した如く、従来と同様にシリコン、
ガラスあるいは石英等の基板１に、所定の膜厚となるよ
うに、溶剤で希釈されたナフトキノンジアジド／ノボラ
ック系のポジ型レジストを塗布し、レジスト膜２を形成
する（Ａ）。

【００３６】次に、被覆材料として水に溶解させたＰＶ
Ａ（ポリビニルアルコール）等の水溶性ポリマー３を、
レジスト膜２の上にスピンコート法等の方法により塗布
する（Ｂ）。そして、この状態でプリベークを行うこと
で、レジスト膜２中の後述する感光剤５が上方へと拡散
し、濃度勾配が形成される（Ｃ）。その後水溶性ポリマ
ー３を除去し、再度プリベークを行うことでレジスト膜
２中の残留溶媒を除去する（Ｄ）。なお、この場合のプ
リベークの温度は、前記したと同様の８０℃から１２０
℃の範囲に設定すれば良い。

【００３７】次に、前記レジストに応じた所定の照射量
でレーザ光８（レーザビーム１１）を照射して露光を行
ない（Ｅ）、その後、前記レジストに応じた現像処理を
行なう（Ｆ）。これにより、所定のパターンが形成され
る。

【００３８】

【発明の効果】以上のように請求項１記載の発明は、基
板に感光性レジストを塗布する第一の工程と、前記感光
性レジストの上に水溶性ポリマーを積層する第二の工程
と、前記感光性レジストと水溶性ポリマーが積層された
基板をベーキングする第三の工程と、前記水溶性ポリマ
ーを除去する第四の工程とよりなり、前記感光性レジス
トの感光剤に厚み方向の濃度勾配を持たせる、すなわ
ち、感光剤の拡散性を利用して濃度勾配を形成している
ので、塗布条件やベーキング温度等の厳密な条件管理が
必要なくして均一な濃度勾配を容易に形成することがで
き、微細なパターンを精度良く形成することが可能とな
る。

【００３９】また、同様に感光剤の拡散を利用するた
め、数十ｎｍ程度の薄膜にも対応することができ、光デ
ィスクのマスタリングプロセス等にも応用が可能であ
る。

【００４０】本発明に係る請求項２記載の発明は、前記
第三の工程におけるベーキング温度を８０℃以上１８０
℃以下に設定したことにより、感光剤に厚み方向の濃度
勾配を容易に持たせることができ、微細パターンの形成
において解像度を高めることができる。

【００４１】本発明に係る請求項３記載の発明は、前記
したレジスト基板の製造方法で形成されたレジスト基板
としたことにより、高密度の光ディスクを得ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るレジスト基板の製造方法における
感光剤の濃度勾配形成方法を示す説明図である。

【図２】図１（Ｃ）のプロセスにおけるレジスト膜内の
様子を示す模式図である。

【図３】ライン＆スペースのパターンを形成する際の露
光の状態を示す説明図である。

【図４】光ディスクのマスタリングプロセスにおいて、
ピット（あるいはグルーブ）パターンを形成する際のレ
ーザービーム露光の状態を示す説明図である。

【図５】従来技術によるレジストパターン形成プロセス
の流れを示す説明図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 感光性レジスト ３ 被覆材料 ５ 感光剤 １０ レジスト基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板に感光性レジストを塗布する第一の工
   程と、前記感光性レジストの上に水溶性ポリマーを積層
   する第二の工程と、前記感光性レジストと水溶性ポリマ
   ーが積層された基板をベーキングする第三の工程と、前
   記水溶性ポリマーを除去する第四の工程とよりなり、前
   記感光性レジストの感光剤に厚み方向の濃度勾配を持た
   せることを特徴とするレジスト基板の製造方法。
2. 【請求項２】前記第三の工程におけるベーキング温度が
   ８０℃以上１８０℃以下であることを特徴とする請求項
   １記載のレジスト基板の製造方法。
3. 【請求項３】請求項１記載のレジスト基板の製造方法に
   より形成されたことを特徴とするレジスト基板。