(57)【要約】【課題】より正確に現像の進行度合いを判断できるレジスト現像方法及びレジスト現像装置を提供する。【解決手段】基材Ｓを溶液２Ａ内の現像液に浸漬して現像を行うに当たり、現像液温度と雰囲気温度とを異ならせることで、制御系が簡素化され、効率の良い制御が可能となる。【選択図】　　図５
2004055591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面にレジストを塗布された基材に、現像液を付着させることで、レジスト現像を行うレジスト現像方法において、
前記基材に付着させる際の前記現像液の温度が、前記現像液の周囲温度と異なるように制御することを特徴とするレジスト現像方法。
【請求項２】
前記基材に付着される際の前記現像液の温度が、前記現像液の周囲温度より高くなるように制御することを特徴とする請求項１に記載のレジスト現像方法。
【請求項３】
前記基材に付着される際の前記現像液の温度が、前記現像液の周囲温度より低くなるように制御することを特徴とする請求項１に記載のレジスト現像方法。
【請求項４】
前記基材を、前記現像液内に浸漬することでレジスト現像を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレジスト現像方法。
【請求項５】
前記基材に対して、前記現像液をスプレーすることでレジスト現像を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレジスト現像方法。
【請求項６】
前記基材に対して、前記現像液を滴下させることでレジスト現像を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のレジスト現像方法。
【請求項７】
表面にレジストを塗布された基材に、現像液を付着させることで、レジスト現像を行うレジスト現像装置において、
前記基材に付着される際の前記現像液の温度が、前記現像液の周囲温度と異なるように前記現像液の温度を制御する温度制御手段を有することを特徴とするレジスト現像装置。
【請求項８】
前記温度制御手段は、前記基材に付着される際の前記現像液の温度が、前記現像液の周囲温度より高くなるように制御することを特徴とする請求項７に記載のレジスト現像装置。
【請求項９】
前記温度制御手段は、前記基材に付着される際の前記現像液の温度が、前記現像液の周囲温度より低くなるように制御することを特徴とする請求項７に記載のレジスト現像装置。
【請求項１０】
前記現像液に浸漬することで前記基材に前記現像液を付着させるため、前記現像液を貯留する容器を有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のレジスト現像装置。
【請求項１１】
前記現像液をスプレーすることで前記基材に前記現像液を付着させるため、前記現像液を吹き付ける吹付装置を有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のレジスト現像装置。
【請求項１２】
前記現像液を滴下させることで前記基材に前記現像液を付着させるため、前記現像液を滴下する滴下装置を有することを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のレジスト現像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジスト現像方法及びレジスト現像装置に関し、特にレジスト現像を精密に行えるレジスト現像方法及びレジスト現像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、急速に発展している光ピックアップ装置の分野では、極めて高精度な対物レンズなどの光学素子が用いられている。プラスチックやガラスなどの素材を、金型を用いてそのような光学素子に成形すると、均一な形状の製品を迅速に製造することができるため、かかる金型成形は、そのような用途の光学素子の大量生産に適しているといえる。ここで、金型は消耗品であり、また不測の事態による破損なども予想されることから、高精度な光学素子を成形するためには、定期的或いは不定期の金型交換が必要であるといえる。従って、光学素子を成形するための金型（光学素子成形用金型ともいう）も、一定精度のものをある程度の量だけ予め用意しておく必要があるといえる。
【０００３】
しかるに、単結晶ダイヤモンド工具などを用いた切削加工で金型を製造した場合、手間がかかる上に、全く同一形状の金型を切り出すことは困難といえ、それ故金型交換前後で光学素子製品の形状バラツキが生じる恐れがあり、又コストもかかるという問題がある。
【０００４】
特に、光ピックアップ装置に用いるある種の光学素子には、収差特性を良好にすべく、光学面の光軸に同心に、断面がブレーズ形状の微細な回折輪帯を設けることが行われている。このような回折輪帯に対応した同心溝を、金型の光学面転写面に形成する場合、切削加工に手間と時間がかかるという問題がある。光学素子成形用金型を超鋼などで形成する場合、精度良く所望の光学面転写面形状を得るためには、ダイアモンド工具による切削加工等によらなくてはならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題に対し、例えば光学素子の光学面に対応した母光学面を有する母型に対し、化学反応を通じて電鋳等を成長させることで、金型を製作しようとする試みがある。このような電鋳による金型製作手法を用いると、例えば光学素子の回折輪帯に対応した輪帯を備えた非球面を精度良く形成した母型を一つ用意するだけで、寸法バラツキの少ない光学素子成形用金型を比較的容易に転写形成することができる。
【０００６】
しかるに、かかる手法によれば、例えば回折輪帯に対応する輪帯を形成するために、母型の表面にレジストを被覆し、電子描画を行い、現像処理し、電鋳処理を行って、光学素子成形用金型を得ることが必要となる。ここで、被覆されたレジストの膜厚と現像時間とにより、最終的な回折輪帯の溝深さが決まるため、適切な高さの回折輪帯を有する光学素子を得るためには、レジストの膜厚を許容範囲内に精度良く収め、且つ現像を最適なタイミングで終了させる必要がある。これに対し、現像時間のみにより現像の進行度合いを判断すると、現像条件によっては、現像の進行度合いが異なるため、その結果として回折輪帯の溝深さにバラツキが生じる恐れがある。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、より正確に現像の進行度合いを判断できるレジスト現像方法及びレジスト現像装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明のレジスト現像方法は、表面にレジストを塗布された基材に、現像液を付着させることで、レジスト現像を行うレジスト現像方法において、前記基材に付着させる際の前記現像液の温度が、前記現像液の周囲温度（例えば現像液が直接接する雰囲気の温度をいい、容器又は恒温槽の熱伝達媒体の温度を言わない）と異なるように制御するので、現像条件のバラツキを抑え、高精度なレジスト現像を行うことができる。
【０００９】
本発明の原理を説明するが、説明の都合上、基材を現像液に浸漬することで付着させるものとする。レジスト現像は、クリーンルームにおいて行われるのが一般的である。ここで、クリーンルーム内の温度管理は空調により行われ、±１℃程度に雰囲気温度が制御されている。本発明者は鋭意研究の結果、クリーンルームの雰囲気温度にレジストを塗布した基材を放置し、その後現像液に浸漬したときに、その温度差により現像速度に無視できないバラツキが生じるのではないかという仮説を立てた。
【００１０】
かかる仮説を立証すべく、本発明者は、現像条件に関する実験を行った。図１は、本発明者が行った実験結果を示す図であり、縦軸に現像速度、横軸に現像液の温度との関係を示すグラフである。
【００１１】
例えば現像液の温度２５℃に対して基材の温度が±１℃（クリーンルームの雰囲気温度のバラツキに相当）違う場合を考える。図１より、現像液の温度が高ければ現像進度が進み、且つその変化量は、レジストを露光する電子線のパワーが高いほど顕著であることがわかる。現像は、レジストのような高分子材料を電子線で描画することで、高分子の一部を低分子化したときに、低分子した部分を現像液（通常は有機溶媒）で溶出させるものであるため、本来的には現像液の分子運動を利用しているといえる。従って現像速度は分子運動に依存しているため、図１に示すように、現像液に温度の影響を明確に受けるといえる。逆に言えば、現像液の温度を一定に維持すれば、現像速度は変わらないとも考えられる。
【００１２】
ところが、実際の現像においては、基材を現像液に浸した瞬間から、基材表面に接する現像液の温度は、基材の温度に近づこうとし、微視的には基材の表面に接する現像液の温度は、基材の温度に応じて変化する。従って、現像中において、現像液全体の温度変化はほとんどないとしても、基材表面に接する現像液の温度は、基材の温度に応じて変化すると考えられる。かかる場合、現像液の温度が±１℃変化した場合、図１より、電子線パワーが大である場合には、約３ｎｍ／ｓｅｃも異なることがわかる。すなわち、現像時間１秒につき、３ｎｍも現像が進んでしまう、或いは遅れることもあり得るのである。
【００１３】
このようにして立証された仮説に基づき、本発明者は、浸漬する前の前記基材の温度と、前記現像液の温度とがほぼ等しくなるように管理するのが、現像進度のバラツキを抑えるのに効果的であると導き出したのである。ここで、「ほぼ等しく」とは、例えば双方の温度が±０．１℃以内の範囲にあることをいい、図１の実験結果に基づけば、現像進度のバラツキは、電子線パワーが大なる場合でも、約０．３ｎｍ／ｓｅｃ程度に抑えることができ、実用に供することができる。
【００１４】
以上より、レジストが塗布された基材と現像液とを、所定時間以上同じ雰囲気においておくことで、両者を一定の温度に近づけることが可能となる。しかし、そのためには極めて長い時間が必要となり、実用に供し得ないという別な問題が判明した。
【００１５】
そこで、本発明者は更に鋭意研究を進めた結果、前記基材を浸漬する際の前記現像液の温度を、前記現像液の周囲温度と異ならせれば、レジストが塗布された基材の温度と現像液の温度とを迅速に一致させることができることを導き出したのである。その手法について、以下に説明する。
【００１６】
現像液に対し、恒温槽の熱伝達媒体（例えば冷却水）を用いて熱交換することで温度制御する場合を考える。図２に、かかる状態を模式的に示す。ここで現像液の総熱量Ｑｄは、以下の式で与えられる。
Ｑｄ＝ｃ・ｍ１・Ｔ１＝Ｑ１ｉｎ−Ｑ１ｏｕｔ＋Ｑ２ｉｎ−Ｑ２ｏｕｔ　　　（１）
ｃ：現像液の比熱
ｍ１：現像液質量
Ｔ１：現像液の設定温度
Ｑ１ｉｎ：恒温槽から現像液に伝達される熱量
Ｑ１ｏｕｔ：現像液から恒温槽に伝達される熱量
Ｑ２ｉｎ：雰囲気から現像液に伝達される熱量
Ｑ２ｏｕｔ：現像液から雰囲気に伝達される熱量（気化熱により現像液から失われる熱量含む）
【００１７】
ここで、現像液の雰囲気温度（すなわち周囲温度）が、現像液の温度とほぼ等しい場合には、Ｑ２ｉｎ、Ｑ２ｏｕｔがほぼゼロになるので、（１）式は、以下の（２）式で表される。
ｃ・ｍ１・Ｔ１＝Ｑ１ｉｎ−Ｑ１ｏｕｔ　　　　　　　　　　　　　　　（２）
（２）式が意味するものは、現像液の温度を一定に維持しようとした場合、Ｑ１ｉｎ−Ｑ１ｏｕｔをダイレクトに調整する必要があるということである。すなわち、現像液の温度を例えば±０．１℃以内に制御しようとすると、その精度で恒温槽の熱伝達媒体を加熱もしくは冷却しなくてはならない。特に、ほんのわずかな加熱・冷却を繰り返す制御は一般的には困難であり、フィードバック制御系では発散が生じやすくなるから、安定するまでに時間がかかり、また熱平衡状態に達した後も、雰囲気温度のバラツキによって、熱の収支が激しく生じるため制御が不安定になる傾向がある（図３（ａ）参照）。
【００１８】
これに対し本発明の一態様によれば、現像液の雰囲気温度（すなわち周囲温度）を、現像液の温度に対して高く（＋α）設定する（或いは現像液の温度を雰囲気温度より低く設定する）ことで、かかる温度差を制御に組み入れることができる。より具体的には、（１）式において、Ｑ２ｉｎ−Ｑ２ｏｕｔ＞０となる。ここで、総熱量Ｑｄを一定にするためには、
Ｑ１ｉｎ−Ｑ１ｏｕｔ＋ｑ＝Ｑｄ　　　　　　　　　　　　　　　　　（３）
を満たさなければならない。熱量を考えると、Ｑｄは現像液溶液の総熱量、ｑは雰囲気の総熱量だから、ｑ＞Ｑｄといえる。従って、（３）式より、
Ｑ１ｉｎ−Ｑ１ｏｕｔ＝Ｑｄ−ｑ＜０
よって、
Ｑ１ｉｎ＜Ｑ１ｏｕｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４）
を得る。従って、現像液を常時冷却するだけでよく、安定した制御が得られ且つ制御系が簡素化されるという利点がある（図３（ｂ）参照）。
【００１９】
一方、本発明の別な態様によれば、現像液の雰囲気温度（すなわち周囲温度）を、現像液の温度に対して低く（−β）設定する（或いは現像液の温度を雰囲気温度より高く設定する）ことで、かかる温度差を制御に組み入れることができる。より具体的には、（１）式において、Ｑ２ｉｎ−Ｑ２ｏｕｔ＜０となる。ここで、総熱量Ｑｄを一定にするためには、以下の式を満たさねばならない。
Ｑ１ｉｎ−Ｑ１ｏｕｔ＋ｑ＝Ｑｄ　　　　　　　　　　　　　　　　　（６）
熱量を考えると、Ｑｄは現像液溶液の総熱量、ｑは雰囲気の総熱量だから、ｑ＞Ｑｄといえるが、ｑは負の値である。従って、（６）式より、
Ｑ１ｉｎ−Ｑ１ｏｕｔ＝Ｑｄ−ｑ＞００
よって、
Ｑ１ｉｎ＞Ｑ１ｏｕｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（７）
を得る。従って、現像液を常時加熱するだけでよく、安定した制御が得られ且つ制御系が簡素化されるという利点がある（図３（ｃ）参照）。
【００２０】
更に、前記基材を、前記現像液内に浸漬することでレジスト現像を行うことを特徴と好ましい。
【００２１】
又、前記基材に対して、前記現像液をスプレーすることでレジスト現像を行うと好ましい。
【００２２】
更に、前記基材に対して、前記現像液を滴下させることでレジスト現像を行うと好ましい。
【００２３】
第２の本発明のレジスト現像装置は、表面にレジストを塗布された基材に、現像液を付着させることで、レジスト現像を行うレジスト現像装置において、前記基材に付着される際の前記現像液の温度が、前記現像液の周囲温度と異なるように前記現像液の温度を制御する温度制御手段を有するので、上述した発明と同様に、高精度なレジスト現像を行うことができる。
【００２４】
更に、前記温度制御手段は、前記基材に付着される際の前記現像液の温度が、前記現像液の周囲温度より高くなるように制御すると好ましい。
【００２５】
又、前記温度制御手段は、前記基材に付着される際の前記現像液の温度が、前記現像液の周囲温度より低くなるように制御すると好ましい。
【００２６】
更に、前記現像液に浸漬することで前記基材に前記現像液を付着させるため、前記現像液を貯留する容器を有すると好ましい。
【００２７】
又、前記現像液をスプレーすることで前記基材に前記現像液を付着させるため、前記現像液を吹き付ける吹付装置を有すると好ましい。
【００２８】
更に、前記現像液を滴下させることで前記基材に前記現像液を付着させるため、前記現像液を滴下する滴下装置を有すると好ましい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。図４は、本実施の形態にかかるレジスト現像方法を含む母型と光学素子成形用金型の製造工程を説明するフローチャートである。尚、基材は、光学素子を成形するための光学素子成形用金型又は光学素子成形用金型を形成するための母型であって、レジストが塗布された面には、現像により、断面がブレーズ状の周溝または輪帯（例えば回折輪帯）が形成されるものとするが、これに限られることはない。
【００３０】
ここで、回折輪帯のごとき輪帯パターンを有する光学素子を成形するための光学素子成形用金型を、母型の形状から電鋳により転写形成する例に関して説明する。図４のステップＳ１０１において、母型の素材をＳＰＤＴ加工機にセットして、光学素子の光学面に相当する非球面形状を形成する。続いて、非球面形状を形成した母型の素材をＳＰＤＴ加工機より取り外し、ステップＳ１０２において、かかる非球面形状にスピンコート処理を施す。具体的には、母型の素材を回転させながら、非球面形状にレジストを滴下し、均一なレジスト膜厚を得る。その後、ステップＳ１０３で、ベーキング処理を行ってレジストを安定化させ、ステップＳ１０４で輪帯パターンの電子ビーム描画を行う。更に、ステップＳ１０５で露光処理を行い、ステップＳ１０６でレジスト現像処理を行って、輪帯パターン形状を得る。かかるレジスト現像処理においては、後述するレジスト現像装置を用いる。その後、ステップＳ１０７でエッチング処理を行って、輪帯パターンを母型の素材に彫り込み、母型を得る。かかる母型を用いて、ステップＳ１０８で電鋳処理を施すことで、光学素子成形用金型の素材が転写形成される。これを脱型し、裏打ち部材と組み合わせることで、光学素子成形用金型を得ることができる。
【００３１】
図５は、本実施の形態にかかるレジスト現像方法を実行するレジスト現像装置の概略構成図である。図５において、現像液を貯留した容器２Ａは、熱伝達媒体である水を貯留した容器２Ｂ内に設置されている。恒温槽である容器２Ｂ内には、貯留した水を加熱又は冷却可能な温度制御手段である温度調節装置１が配置されている。尚、現像液の液面は雰囲気に接している。
【００３２】
制御装置７は、容器２Ａ内に貯留された現像液の温度を測定するセンサＳ１と、雰囲気の温度を測定するセンサＳ２とに接続され、これらより測定信号を受信するようになっており、又温度調整装置１に接続され、その加熱・冷却制御が可能となっている。尚、センサＳ１、Ｓ２としては、接触式センサである白金抵抗体温度計であれば、０．１℃以下まで精度良く温度測定できるが、放射温度計のように非接触式の温度計でも良い。
【００３３】
又、本実施の形態では、基材Ｓを現像液に浸漬することで、その付着を行っているが、別個に現像液のスプレー（吹付）装置又は現像液の滴下装置を設け、基材Ｓに対して現像液を吹き付ける或いは滴下することで付着を行っても良い。スプレー装置及び滴下装置は、いずれも公知の構成を用いることができるので、ここでは説明を省略する。
【００３４】
本実施の形態においては、現像液とリンス液は、以下の組成のものを用いることができる。
（１）現像液：酢酸イソアミル９０％、酢酸エチル１０％
リンス液：イソプロピルアルコール１００％
（２）現像液：酢酸イソアミル７０％、酢酸エチル３０％
リンス液：イソプロピルアルコール１００％
（３）現像液：酢酸イソアミル５０％、酢酸エチル５０％
リンス液：イソプロピルアルコール１００％
（４）現像液：酢酸イソアミル３０％、酢酸エチル７０％
リンス液：イソプロピルアルコール１００％
（５）現像液：メチルイソブチルケトン９０％、イソプロピルアルコール１０％
リンス液：イソプロピルアルコール１００％
（６）現像液：メチルイソブチルケトン７０％、イソプロピルアルコール３０％
リンス液：イソプロピルアルコール１００％
（７）現像液：メチルイソブチルケトン５０％、イソプロピルアルコール５０％
リンス液：イソプロピルアルコール１００％
（８）現像液：メチルイソブチルケトン３０％、イソプロピルアルコール７０％
リンス液：イソプロピルアルコール１００％
【００３５】
図６は、本実施の形態にかかるレジスト現像方法において実行される温度制御を示すフローチャート図である。図５、６を参照して、本実施の形態にかかる温度制御及びレジスト現像方法を説明する。尚、図６の温度制御は、雰囲気温度に対して現像液温度を低く維持する制御であり（図２（ｂ）参照）、雰囲気温度に対して現像液温度を高く維持する制御については、同様に行えるので説明を省略する。
【００３６】
図５のステップＳ２０１において、制御装置７は、現在の雰囲気温度をセンサＳ２で検出し、現像液の制御目標となる目標温度（雰囲気温度−β）を決定する。続くステップＳ２０２において、制御装置７は、現在の現像液温度をセンサＳ１で検出し、ステップＳ２０３で、それを目標値と比較する。
【００３７】
ここで、現像液温度が目標温度より高い場合、温度調整装置１を駆動して加熱量をダウンさせる（ステップＳ２０４）。より具体的には、容器２Ｂ内の水の加熱量を低下させることで、容器２Ｂの水から容器２Ａの現像液に向かう熱量を抑制し、現像液温度が目標温度に近づくようにする。
【００３８】
これに対し、現像液温度が目標温度より低い場合、温度調整装置１を駆動して冷却量をアップさせる（ステップＳ２０６）。より具体的には、容器２Ｂ内の水の加熱量を増加させることで、容器２Ｂの水から容器２Ａの現像液に向かう熱量を増加させ、現像液温度が目標温度に近づくようにする。
【００３９】
一方、現像液温度が目標温度とほぼ同じであれば、温度調整装置１を駆動して予め決められた加熱を行う（ステップＳ２０５）。より具体的には、雰囲気温度の平均値に対して、現像液の温度を目標温度に維持するために必要な予め決められた加熱量で、温度調整装置１が水を加熱するものである。
【００４０】
このように、現像液温度と雰囲気温度とを異ならせることで、制御系が簡素化され、効率の良い制御が可能となるのである。尚、ステップＳ２０２〜Ｓ２０６は、レジスト現像が実行されている間、続行される。
【００４１】
以上の温度制御を行って、現像液温度を目標温度に維持しながら、制御装置７は、駆動装置６を駆動して搬送アーム３で基材Ｓ（不図示のインキュベータで現像液温度とほぼ一致する温度に維持されている）を把持し、容器２Ａの現像液に浸漬する（現像を開始する）。その後、所定時間現像処理を行う。このとき、基材Ｓの温度と現像液の温度とが略等しいことから、所定時間の現像では、厳密に所定量だけ現像が進み、すなわち現像時間を厳守することで高精度な現像を行える。
【００４２】
その後、制御装置７は、駆動装置６を駆動して基材Ｓを把持した搬送アーム３を容器２Ａの現像液から引き揚げ、直ちに容器３のリンス液に浸漬する（現像を停止する）ことでリンス処理を行う。かかる場合、互いに熱移動がないことから現像処理時間に関わらず、基材Ｓ及び現像液の温度は不変であり、従ってリンス液の温度とも等しいから、安定したリンス処理を行えることとなる。最後に、制御装置７は、駆動装置６を駆動して基材Ｓを把持した搬送アーム３を容器３のリンス液から引き揚げ、乾燥機５から窒素ガスを基材Ｓに吹きかけることで、乾燥処理を行って、一連の現像処理を終了する。
【００４３】
以上、実施の形態を参照して本発明を説明してきたが、本発明は、上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良（実施の形態の組み合わせを含む）が可能であることは勿論である。例えば熱伝達媒体である水の加熱手法・冷却手法は問わず、また熱伝達媒体として水以外のものを用いることも可能である。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、より正確に現像の進行度合いを判断できるレジスト現像方法及びレジスト現像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明者が行った実験結果を示す図であり、縦軸に現像速度、横軸に現像液の温度との関係を示すグラフである。
【図２】現像液と雰囲気と恒温槽との間で生じる熱収支を模式的に示した図である。
【図３】現像液の温度制御における温度と時間の関係を示す図である。
【図４】本実施の形態にかかるレジスト現像方法を含む母型と光学素子成形用金型の製造工程を説明するフローチャートである。
【図５】本実施の形態にかかるレジスト現像方法を実行するレジスト現像装置の概略構成図である。
【図６】本実施の形態にかかる現像液の温度制御を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１　ヒータ
２Ａ，２Ｂ、４　容器
３　搬送アーム
６　駆動装置
７　制御装置
Ｓ　基材
Ｓ１、Ｓ２　センサ
【図１】
2004055591.tif 000003
【図２】
2004055591.tif 000004
【図３】
2004055591.tif 000005
【図４】
2004055591.tif 000006
【図５】
2004055591.tif 000007
【図６】
2004055591.tif 000008