JP2004228107A

JP2004228107A - 現像方法

Info

Publication number: JP2004228107A
Application number: JP2003010479A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Iwasaki; 裕一岩崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】厚みのあるレジスト層を現像する場合に、溶解したレジストが滞留しないように現像液の置換機能を持ち現像処理を促進させ、且つ、現像処理の均一性が高い、高精度な３次元形状のレジストパターン形成ができる現像方法を提供する。
【解決手段】面上に感光層が設けられた基板と前記感光層上に現像液を吐出する現像液供給手段とを同時に回転、移動して行う現像方法において、前記現像液供給手段の移動は前記現像液を吐出させながら行い、且つ、前記基板の回転は高回転から順次低回転にして行うことを特徴とする現像方法を提供する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、基板面上の感光層にパターンを形成する際の現像方法に係り、特に、厚い感光層に対する現像方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、基板の表面上に形成された感光層、例えば、レジストの現像を行う場合、浸漬（ディップ）方式、スプレー方式、パドル（液盛り）方式などがある。このうち、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍ）技術などで用いられる厚みのある感光層を現像するには、浸漬やスプレー方式が多く用いられている。
【０００３】
浸漬方式は、図５に示すように、現像液５３を満たした現像槽５２にレジスト層５１が塗布された基板５０を遥動させたりしながら所定の時間現像処理を行い、続いて所定のリンス液にて洗浄を行った後、乾燥させ現像工程が完了する。
【０００４】
スプレー方式は、図６に示すように、基板６０を回転させながら現像液供給手段６４であるノズルから現像液６５をスプレー状に吐出しながら所定の時間現像処理を行い、その後所定のリンス液にて洗浄を行った後、乾燥させ現像工程が完了する。
【０００５】
また、パドル方式は、一般に、薄い（１μｍｔ前後）感光層を現像する場合、特に、半導体デバイスで用いられることが多く、図７（ａ）に示すように、基板７０を５０ｒｐｍ程度のゆっくりした回転数で回転させながら現像液供給手段７４であるノズルから現像液７５を滴下して短時間で液盛りし、図７（ｂ）に示すように、基板７０の回転を停止して所定時間現像処理を行い、その後純水などにてリンス処理した後、乾燥させ現像工程が完了する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、感光層、例えば、レジストの現像工程が行われるが、浸漬方式の場合、単に浸漬させただけで厚いレジストを現像すると現像液に溶解したレジストが溶け出した基板表面の近傍に滞留するため、新鮮な現像液が供給されにくくなりその付近の現像能力が劣化する。そのため現像の不均一が生じ、パターン形状の精度も劣化する。
【０００７】
一方、かかる現象を取り除くため、基板を遥動することで現像液を攪拌することがある。新鮮な現像液を供給するにはある程度大きく基板を動かして現像液を攪拌する必要があるが、この場合は動かしすぎることが原因で、現像の不均一が生じ、パターン形状の精度も劣化する。
【０００８】
例えば、レジストにマイクロレンズアレイのような３次元形状のパターン形成を目的とした場合、現像工程でレジストを所定の深さに制御することが重要である。初期膜厚２０μｍのレジスト（ＡＺ−Ｐ４６２０：クラリアント社製）で約１６μｍレジストを溶解させるのを目標に露光した直径が８インチの基板に角１４０ｍｍの面内９点に形成したテストパターンを浸漬方式で３０秒ごとに遥動を加えながら現像し、溶解したレジストの深さの均一性を測定した結果を図８に示す。図８において、横軸は面内９点の場所を示し、縦軸は各測定点のレジスト膜減り量（溶解したレジストの膜厚）から面内９点の平均膜減り量を引いた値である。この結果から、基板面内のレジスト残膜厚の分布は２４５ｎｍと大きくばらつき、均一性が悪いことが判明した。
【０００９】
スプレー方式の場合は、常に新鮮な現像液が供給され基板上を流れているので、溶解したレジストの滞留はなく、浸漬方式のような現像能力の劣化はない。しかし、スプレーされた現像液が常時レジスト表面を叩いているため、現像処理の不均一が生じ、パターン形状の精度が劣化する。
【００１０】
パドル方式の場合には、始めに現像液を液盛りした後は静止状態にて現像を行い、その後新たな現像液の供給もほとんど行わない。半導体デバイスで用いられる薄いレジスト層のパターン形成においては均一性のよい現像が行われる。しかし、厚いレジスト層を現像する時は浸漬方式と同様、現像液に溶解したレジストが溶け出した基板表面の近傍に滞留し、新鮮な現像液が供給されず、その部分の現像能力が劣化する。そのため現像の不均一が生じ、パターン形成の精度も劣化し、最悪は現像が進まなくなる。
【００１１】
以上、述べたような現像の不均一の発生、その結果のパターン形成精度の不良が生じると３次元形状のレジストパターンをそのまま用いたり、またパターンをマスクとして用いて素子となる基板にエッチバックして転写、形成したマイクロレンズアレイ、回折素子、ミラーなどの性能に悪影響を及ぼす。また、同様の方法にて作製した光学素子などの金型の精度も不良が生じる。
【００１２】
そこで、本発明は、このような点に着目し、厚みのあるレジスト層を現像する場合に、溶解したレジストが滞留しないように現像液の置換機能を持ち現像処理を促進させ、且つ、現像処理の均一性が高い、高精度な３次元形状のレジストパターン形成ができる現像方法を提供することを目的としたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての現像方法は、面上に感光層が設けられた基板と前記感光層上に現像液を吐出する現像液供給手段とを同時に回転、移動して行う現像方法において、前記現像液供給手段の移動は前記現像液を吐出させながら行い、且つ、前記基板の回転は高回転から順次低回転にして行うことを特徴とする。
【００１４】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の一側面としての現像方法について説明する。図１は、本発明の現像方法の工程を示している。始めに、図１（ａ）に示すように、清浄な基板１０、例えばφ２００ｍｍ、厚さ０．９５ｍｍの石英基板を準備する。この基板１０の表面上に、図１（ｂ）に示すように、レジストをスピンコートし、レジスト層１１、例えばＡＺ−Ｐ４６２０（クラリアント社製）を厚さ２０μｍに形成する。
【００１６】
続いて、図１（ｃ）に示すように、例えば透過率を制御したマスク１２を用いて露光波長λ＝３６５ｎｍ、露光量２６０００Ｊ／ｍ^２でレジスト層１１を露光する。ここでは、レジスト層１１が所望の球面状のマルチレンズアレイと同一形状となる３次元形状のパターンを形成するように、マスク１２を構成している。
【００１７】
その後、図１（ｄ）に示すように、ディスペンサ１４からレジスト層１１上に現像液１３を滴下してパドルを形成する。ここでは、基板１０を１０００ｒｐｍで回転させながら、ディスペンサ１４から現像液１３の滴下を開始し、現像液１３を滴下しながらディスペンサ１４を基板１０外より中心に移動させる。基板１０の回転数は、ディスペンサ１４の移動に従い、基板１０半径の１／３の位置にきたときに１００ｒｐｍ、２／３の位置にきたときに３０ｒｐｍと回転数を低くする。この一連の現像液１３滴下の処理を４秒で実施する。
【００１８】
その後、基板１０回転数を０ｒｐｍとしパドル形成後、一定時間、例えば２６秒静止現像処理する。以降この一連の基板１０回転、現像液１３滴下、基板１０停止、という動作を２０回繰り返し、全現像処理時間１０分にて現像処理が完了する。その後、純水にてリンス処理を３０秒実施し、スピン乾燥処理を行い現像工程が完了する。以上で、図１（ｅ）に示すように、所望のマルチレンズアレイと同じ形状を持つレジストパターン１５が基板１０上に形成される。
【００１９】
その後、基板１０上に形成されたレジストパターン１５をレジストと基板の選択比１の条件にてＲＩＥエッチング装置を用いてエッチバックし、レジストパターン１５形状を基板１０表面に転写し、図１（ｆ）に示すように、マルチレンズアレイ１６が完成する。回折素子、ミラーなどの各種光学素子も同様の方法にて形成することができる。
【００２０】
また、光学素子を用いる光の波長が感光層を透過する場合、基板上に形成したパターンをそのまま光学素子として用いることもできる。
【００２１】
ここで、現像工程の均一性確認の結果を図２に示す。上述の現像工程を経た基板に形成した角１４０ｍｍの面内９点のテストパターンで溶解したレジスト深さの均一性を測定した。図２において、横軸は面内９点の場所を示し、縦軸は各測定点のレジスト膜減り量（溶解したレジストの膜厚）から面内９点の平均膜減り量を引いた値である。この結果から、基板面内のレジスト残膜厚の分布は、１０８ｎｍが得られた。上述した図８に示した浸漬方式の場合と比較し残膜量の分布は１／２以下で、均一性の高い、高精度な現像工程の実現が確認できた。
【００２２】
以下、図３を参照して、マイクロフレネルレンズ用の金型の作製例について説明する。図３は、本発明の現像方法の工程を示している。始めに、図３（ａ）に示すように、レジスト層２１を塗布したＳｉ基板２０に透過率を制御したマスク２２を用いて露光する。ここで、マスク２２は、ＣｒやＣｒ_２Ｏ_３などの遮光層で形成されたマスクパターンの厚さを変えることで透過率を制御する。また露光装置の解像限界以下のパターンを用いて露光光の透過率を制御するマスクを用いることができる。
【００２３】
続いて、図３（ｂ）に示すように、現像装置、例えばＡＣＴ−８（東京エレクトロン社製）にて現像を行う。ここでは、ＡＣＴ−８に装着したＨノズル２４を使用し、図４に示す現像工程のレシピを用いた。
【００２４】
次に、図３（ｃ）に示すように、レジストパターン２５が形成された基板２０をＲＩＥエッチング装置で所望のエッチング条件にてエッチバックを行い、基板２０にパターンを転写すると、図３（ｄ）に示すように、マイクロフレネルレンズの金型２６が完成する。
【００２５】
ここで、基板材料にＳｉＣを用いた場合、エッチング条件をＳｉＣ用に変更することでＳｉ基板と同様に光学素子の金型を作製することができる。
【００２６】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。
【００２７】
本発明は、更に以下の事項を開示する。
【００２８】
〔実施態様１〕面上に感光層が設けられた基板と前記感光層上に現像液を吐出する現像液供給手段とを同時に回転、移動して行う現像方法において、
前記現像液供給手段の移動は前記現像液を吐出させながら行い、且つ、前記基板の回転は高回転から順次低回転にして行うことを特徴とする現像方法。
【００２９】
〔実施態様２〕現像処理中に前記基板の回転及び前記現像液供給手段の移動を等間隔の時間で複数回行うことを特徴とする実施態様１記載の現像方法。
【００３０】
〔実施態様３〕前記基板及び前記現像液供給手段の移動、回転は、１５乃至６０秒の間隔で行うことを特徴とする実施態様２記載の現像方法。
【００３１】
〔実施態様４〕前記感光層の厚さは、３．０μｍ以上であることを特徴とする実施態様１記載の現像方法。
【００３２】
〔実施態様５〕前記基板は、石英、シリコン又はシリコン化合物であることを特徴とする実施態様１記載の現像方法。
【００３３】
〔実施態様６〕実施態様１乃至５のうちいずれか一項記載の現像方法によって作製されたマイクロレンズ、回折素子、ミラーなどの光学素子。
【００３４】
〔実施態様７〕実施態様１乃至５のうちいずれか一項記載の現像方法によって作製された金型。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、厚みのあるレジスト層を現像する際、溶解したレジストが滞留することなくばらつきの少ない均一性の良好な現像ができ、従って、高精度な３次元レジストパターンが形成される。かかる３次元形状レジストパターンをマスクに用いてエッチバックすることにより、所望の基板に高精度な光学素子や光学素子の金型などが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の現像方法の一実施例の形態を示す工程図である。
【図２】本発明の現像方法を実施した場合の現像のレジスト膜減り量による均一性を示すグラフである。
【図３】本発明の現像方法の一実施例の形態を示す工程図である。
【図４】本発明による現像処理ステップのレシピ説明図である。
【図５】従来の現像方法を示す工程図である。
【図６】従来の現像方法を示す工程図である。
【図７】従来の現像方法を示す工程図である。
【図８】従来の現像方法を実施した場合の現像のレジスト膜減り量による均一性を示すグラフである。
【符号の説明】
１０、２０基板
１１、２１感光層（レジスト層）
１２、２２マスク
１３、２３現像液
１４、２４ディスペンサ
１５、２５３次元レジストパターン
１６マルチレンズアレイ
２６マイクロフレネルレンズの金型

Claims

面上に感光層が設けられた基板と前記感光層上に現像液を吐出する現像液供給手段とを同時に回転、移動して行う現像方法において、
前記現像液供給手段の移動は前記現像液を吐出させながら行い、且つ、前記基板の回転は高回転から順次低回転にして行うことを特徴とする現像方法。