(57)【要約】【課題】取り扱いが容易な非化学増幅型レジストを使用して、微細で、かつ高アスペクト比の形状のレジストパターンを形成し得るレジストパターン形成方法を提供することにある。【解決手段】非化学増幅型レジストを塗布することによって基材２にレジスト層４を形成する工程と、レジスト層４を露光する工程と、露光を行った基材２を９０℃以上１３０℃以下の温度でベークする工程と、ベークを行った基材２を現像する工程とを少なくとも含んでレジストパターンを形成する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非化学増幅型レジストを塗布することによって基材にレジスト層を形成する工程と、
前記レジスト層を露光する工程と、
前記露光を行った基材を９０℃以上１３０℃以下の温度でベークする工程と、
前記ベークを行った基材を現像する工程とを少なくとも含むレジストパターン形成方法。
【請求項２】
前記ベークする工程において、そのベーク温度が１００℃以上１２０℃以下のときは、２分以上６０分以下のベーク時間でベークし、前記ベーク温度が９０℃以上１００℃未満のときは、１０分以上６０分以下のベーク時間でベークし、前記ベーク温度が１２０℃を超え１３０℃以下のときは、２分以上３０分以下のベーク時間でベークする請求項１記載のレジストパターン形成方法。
【請求項３】
非化学増幅型レジストを塗布することによって基材にレジスト層を形成するレジスト層形成装置と、
前記基材に形成された前記レジスト層を露光する露光装置と、
前記露光装置によって露光された前記基材を９０℃以上１３０℃以下の温度でベークするベーク装置と、
前記ベーク装置によってベークされた前記基材を現像する現像装置とを備えているレジストパターン形成システム。
【請求項４】
前記ベーク装置は、そのベーク温度が１００℃以上１２０℃以下のときは、２分以上６０分以下のベーク時間でベークし、前記ベーク温度が９０℃以上１００℃未満のときは、１０分以上６０分以下のベーク時間でベークし、前記ベーク温度が１２０℃を超え１３０℃以下のときは、２分以上３０分以下のベーク時間でベークする請求項３記載のレジストパターン形成システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非化学増幅型レジストで形成されたレジスト層によって基材上にレジストパターンを形成するレジストパターン形成方法およびレジストパターン形成システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子の導体パターンや磁気記録媒体（例えば、ディスクリートトラック型の記録媒体）のトラックに対する微細化の要求に伴い、これらを製造する際に使用するレジストパターンを、微細で、かつ高アスペクト比の形状に形成することが求められている。近年では、このようなレジストパターンを形成するのに好適であるとして、特開平１１−３９７２８号公報に開示されているように、化学増幅型レジストが使用されるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−３９７２８号公報（第３−４頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、化学増幅型レジストを使用した従来のレジストパターン形成方法には、以下の問題がある。すなわち、従来のレジストパターン形成方法では、露光時において、化学増幅型レジストに含まれている光酸発生剤が露光することによって酸を発生し、ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ  Ｂａｋｅ）と称される露光後ベーク時において、発生した酸が熱拡散してポリマの反応を引き起すことによって現像液に対する溶解性が変化してパターン形成が行われている。この場合、化学増幅型レジストは、上記の公報に記載されているように、一般的に、感度が不安定で取り扱いが難しい。つまり、この化学増幅型レジストを使用してレジストパターンを形成する場合、露光によって発生した酸が、露光からＰＥＢを行うまでの間に、空気中のアンモニア等によって徐々に失活する。そして、この失活の度合いが露光からＰＥＢまでの経過時間に依存している。このため、化学増幅型レジストを使用する従来のレジストパターン形成方法には、露光からＰＥＢを行うまでの時間の管理を厳密に行わなければならないことに起因して、その方法の実施自体が煩雑で、しかもコストの高騰を招いているという問題がある。
【０００５】
一方、化学増幅型ではないレジスト（本明細書では、「非化学増幅型レジスト」ともいう）は、酸を発生して現像液に対するポリマの溶融性を変化させるという性質を有していない。したがって、非化学増幅型レジストを使用するレジストパターン形成方法では、露光後ベーク自体が不要となる結果、上記の化学増幅型レジストを使用する従来方法のような問題は生じない。つまり、この非化学増幅型レジストを用いたレジストパターンの形成方法では、通常、現像を行った後に、現像液や溶融したレジストをリンス液で洗い流すリンス工程を行い、その後に、このリンス液を乾燥させる乾燥工程を行う。しかしながら、このレジストパターン形成方法では、非化学増幅型レジストを用いて、微細で、かつ高アスペクト比の形状のレジストパターンを形成する場合に、この乾燥工程において、リンス液の表面張力によってレジストパターンが倒壊するという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、取り扱いが容易な非化学増幅型レジストを使用して、微細で、かつ高アスペクト比の形状のレジストパターンを形成し得るレジストパターン形成方法を提供することを主目的とする。また、このレジストパターン形成方法を実施するためのレジストパターン形成システムを提供することを他の主目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく本発明に係るレジストパターン形成方法は、非化学増幅型レジストを塗布することによって基材にレジスト層を形成する工程と、前記レジスト層を露光する工程と、前記露光を行った基材を９０℃以上１３０℃以下の温度でベークする工程と、前記ベークを行った基材を現像する工程とを少なくとも含む。
【０００８】
この場合、前記ベークする工程において、そのベーク温度が１００℃以上１２０℃以下のときは、２分以上６０分以下のベーク時間でベークし、前記ベーク温度が９０℃以上１００℃未満のときは、１０分以上６０分以下のベーク時間でベークし、前記ベーク温度が１２０℃を超え１３０℃以下のときは、２分以上３０分以下のベーク時間でベークするのが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係るレジストパターン形成システムは、非化学増幅型レジストを塗布することによって基材にレジスト層を形成するレジスト層形成装置と、前記基材に形成された前記レジスト層を露光する露光装置と、当該露光装置によって露光された前記基材を９０℃以上１３０℃以下の温度でベークするベーク装置と、前記ベーク装置によってベークされた前記基材を現像する現像装置とを備えている。
【００１０】
この場合、そのベーク温度が１００℃以上１２０℃以下のときは、２分以上６０分以下のベーク時間でベークし、前記ベーク温度が９０℃以上１００℃未満のときは、１０分以上６０分以下のベーク時間でベークし、前記ベーク温度が１２０℃を超え１３０℃以下のときは、２分以上３０分以下のベーク時間でベークするように前記ベーク装置を構成するのが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るレジストパターン形成方法およびレジストパターン形成システムの好適な発明の実施の形態について説明する。なお、一例として、ディスクリートトラック型の記録媒体の表面に同心円状の微細凹凸を形成するために使用される原盤の製造に本発明を適用する例について説明する。
【００１２】
原盤１は、図３に示すように、基材２の表面に数多くのレジストパターン３が形成されて構成されている。なお、図１〜図３では、発明の理解を容易とすべく、基材２の一部のみを図示し、かつレジストパターン３およびレジスト層４の各厚みを誇張して図示する。この原盤１は、図４に示すレジストパターン形成システム１１によって基材２の表面に複数のレジストパターン３が形成されることで製造される。この場合、レジストパターン形成システム１１は、図４に示すように、レジスト層形成装置１２、プリベーク装置１３、露光装置（エネルギー線描画装置。一例として電子線描画装置）１４、ベーク装置（一例としてホットプレート）１５、現像装置１６、リンス装置１７および乾燥装置１８を備えている。
【００１３】
次いで、レジストパターン形成システム１１を用いて基材２にレジストパターンを形成して原盤１を製造する工程について説明する。
【００１４】
この原盤１を製造する場合、まず、レジスト層形成装置１２を用いてポジ型の非化学増幅型レジスト（一例として、日本ゼオン製：ＺＥＰ５２０）を基材２の表面に塗布することにより、図１に示すように、一例として１００ｎｍの厚みのレジスト層４を基材２の表面に形成する（レジスト層形成工程）。次いで、プリベーク装置１３を用いて、レジスト層４が形成された基材２を１８０℃の雰囲気中で５分、熱処理（プリベーク）を行う（プリベーク工程）。続いて、露光装置（電子線描画装置）１４を用いて、図２に示すように、レジスト層４に電子線Ａを照射することによって所定のパターンの潜像を形成する（露光工程）。一例として、現像後に形成される溝の幅が５５ｎｍとなるような照射条件に規定した状態で、レジスト層４に９０ｎｍのピッチで順次半径を拡径しながら複数の同心円を描くようにして電子線Ａを照射して潜像を形成する。
【００１５】
次いで、ベーク温度が９０℃以上１３０℃以下（一例として本実施の形態では１１０℃）に設定されたベーク装置１５を用いて、レジスト層４が形成された基材２に対して露光後ベーク（ＰＥＢ）処理を大気中で１０分実施する（ＰＥＢ工程）。通常、非化学増幅型レジストで形成したレジスト層４に対するＰＥＢは不要であるが、本発明では、現像を行う前にＰＥＢを実施することにより、レジスト層４の硬度を高めている。次いで、基材２を自然冷却させた（冷却工程）後に、現像装置１６を用いて、基材２のレジスト層４に対して現像処理を実施する（現像工程）。具体的には、現像装置１６は、２６℃の現像液（一例として、日本ゼオン製：ＺＥＤ−Ｎ５０）中に基材２を３分間浸漬して現像する。
【００１６】
次いで、リンス装置１７を用いて、２３℃（室温）のリンス液（一例として、日本ゼオン製：ＺＭＤ−Ｄ）に基材２を約３０秒浸漬することにより、現像液、およびレジスト層４における現像液によって溶融した部位を除去する（リンス工程）。これにより、図３に示すように、基材２上にレジストパターン３が形成される。本実施の形態では、上記した露光工程において述べたように電子線Ａを照射することにより、図３に示すように、３５ｎｍのパターン幅のレジストパターン３が９０ｎｍのピッチで基材２上に数多く形成される。最後に、乾燥装置１８を用いて、基材２およびレジストパターン３に付着しているリンス液を例えば窒素ガスブローによって乾燥させて除去する（乾燥工程）。以上により、基材２の表面に対するレジストパターン３の形成が完了して原盤１が完成する。この際に、ＰＥＢを行うことによってレジスト層４（レジスト層４で形成されるレジストパターン３）の硬度を高めているため、リンス液の表面張力によって倒壊することなく各レジストパターン３が形成される。
【００１７】
このように、このレジストパターン形成方法およびレジストパターン形成システム１１によれば、本来的にはＰＥＢが不要な非化学増幅型レジストで形成したレジスト層４に対してＰＥＢを実施することにより、レジスト層４の硬度を高めることができる。このため、リンス液を乾燥させる際に、隣接するレジストパターン３，３間にリンス液の表面張力が作用したとしても、レジストパターン３の倒壊を十分に防止することができる。したがって、取り扱いが容易な非化学増幅型レジストを使用しつつ、微細かつ高アスペクト比の形状のレジストパターン３を基材２の表面に確実に形成することができる。
【００１８】
なお、本発明は、上記した発明の実施の形態に限らず、適宜変更が可能である。例えば、レジスト、現像液およびリンス液の材質等は適宜変更することができる。具体的には、本発明の実施の形態では、ポジ型の非化学増幅型レジストを塗布してレジスト層４を形成する例について説明したが、ネガ型の非化学増幅型レジストを使用することもできる。また、電子線で露光するタイプのレジストを使用する例について説明したが、紫外線で露光するタイプのレジストを使用することもできる。また、一例として、磁気記録媒体であるディスクリートトラック型の記録媒体用の原盤を製造する例について説明したが、ＣＤファミリーやＤＶＤファミリー等の光記録媒体用の原盤を製造する工程、さらには半導体集積回路の製造時にレジストパターンを形成する工程にも適用できるのは勿論である。
【００１９】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
【００２０】
上記の実施の形態で説明したレジストパターン形成方法に従い、ＰＥＢでの温度を８０℃から１４０℃まで１０℃ずつ変更し、各温度におけるベーク時間を２分、５分、１０分、２０分、３０分、６０分というように変化させて原盤１のサンプルを複数作製した。この場合、レジスト層形成工程では、ポジ型の非化学増幅型レジストであるＺＥＰ５２０（日本ゼオン製）を用いてレジスト層４を形成した。また、プリベーク工程では、１８０℃の雰囲気中で５分間プリベークを実施した。また、露光工程では、現像後に形成される溝の幅が５５ｎｍとなるような照射条件に規定した状態で、レジスト層４に９０ｎｍのピッチで電子線Ａを照射して潜像を形成した。また、現像工程では、ＺＥＤ−Ｎ５０（日本ゼオン製）を使用した２６℃の現像液中に基材２を３分間浸漬して現像を行った。また、リンス工程では、ＺＭＤ−Ｄ（日本ゼオン製）を使用した２３℃（室温）のリンス液に基材２を約３０秒浸漬してリンスを行った。以上の条件により、高さが１００ｎｍで、幅が３５ｎｍで、ピッチを９０ｎｍに規定したレジストパターン３を各原盤１に形成した。また、ＰＥＢを実施しない原盤のサンプルも、他の条件を同一にして複数作製した。
【００２１】
次いで、これらのサンプルに対して、ＳＥＭ（走査電子顕微鏡）を用いてレジストパターン３における倒壊等の異常の発生の有無を観察した。この観察結果を図５に示す。
【００２２】
ＰＥＢを実施しない原盤の各サンプルでは、図示はしないが、全てのサンプルにおいてレジストパターン３の倒壊が観察された。
【００２３】
これに対して、ＰＥＢを実施した原盤１の各サンプルでは、図５に示すように、ＰＥＢでのベーク温度を１００℃以上１２０℃以下に設定することにより、上記した２分から６０分の全てのベーク時間において、倒壊が発生することなくレジストパターン３が正常に形成されていることが観察された。なお、同図中において、レジストパターン３が正常に形成されている条件には○印を付し、倒壊等の何らかの異常が発生している条件には×印を付した。また、ＰＥＢでのベーク温度を９０℃に設定した場合、２分および５分の各ベーク時間においてレジストパターン３の倒壊が発生したものの、１０分〜６０分の各ベーク時間においてはレジストパターン３が倒壊することなくレジストパターン３が正常に形成されていることが観察された。さらに、ＰＥＢでのベーク温度を８０℃に設定した場合、３０分および６０分の各ベーク時間でのみサンプルを作製したが、いずれのサンプルにおいてもレジストパターン３の倒壊が観察された。この点に関して、レジスト層４に加わる温度が低すぎたり加わる熱量が少なすぎたりしたときは、レジスト層４の硬化が十分でないため、リンス液の表面張力によって倒壊するものと考えられる。
【００２４】
一方、ＰＥＢでのベーク温度を１３０℃に設定した場合、２分〜３０分の各ベーク時間においてはレジストパターン３が倒壊することなくレジストパターン３が正常に形成されていることが観察された。しかしながら、６０分のベーク時間においては、レジストパターン３は倒壊しないものの、一部の隣接するレジストパターン３間に、互いの一部同士がレジストによって連結される現象（以下、これを「レジスト変質」ともいう）の発生が観察された。また、ＰＥＢでのベーク温度を１４０℃に設定したときにも同様にして、上記した全てのベーク時間においてレジストパターン３にレジスト変質が発生しているのが観察された。この点に関して、レジストパターン３に加わる温度が高すぎたり加わる熱量が大きすぎたりすることに起因して、レジストパターン３が流動性を持つようになったため、特に流動性が高まった部位が隣接するレジストパターン３側に流れて接触したことが原因であると考えられる。
【００２５】
以上の観察結果に基づき、ＰＥＢでのベーク温度を１００℃以上１２０℃以下に設定することにより、レジストパターン３の倒壊とレジスト変質とを確実に防止できることが理解される。また、ＰＥＢでのベーク温度を９０℃に設定した場合、ベーク時間を１０分以上６０分以下に設定することにより、レジストパターン３の倒壊とレジスト変質とを確実に防止できることが理解される。さらに、ＰＥＢでのベーク温度を１３０℃に設定した場合には、ベーク時間を２分以上３０分以下に設定することにより、レジストパターン３の倒壊とレジスト変質とを確実に防止できることが理解される。なお、ベーク時間に関しては、本実施例で最長の条件とした６０分よりも長く設定することも可能である。ただし、長く設定すればする程、ＰＥＢ工程の長時間化、ひいてはレジストパターン形成工程全体としての長時間化を招くため、本実施例で設定した条件（最短２分で最長６０分）の範囲内の時間に設定するのが好ましい。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るレジストパターン形成方法およびレジストパターン形成システムによれば、レジスト層を形成する材料として非化学増幅型レジストを使用し、本来的には露光後ベーク工程の不要な非化学増幅型レジストで形成したレジスト層に対して９０℃以上１３０℃以下に設定したベーク温度でベークすることにより、レジスト層、さらにはレジスト層によって形成されたレジストパターンの硬度を高めることができる。このため、リンス液を乾燥させる際に、隣接するレジストパターン間にリンス液の表面張力が作用したとしても、レジストパターンの倒壊を十分に防止することができる。したがって、取り扱いが容易な非化学増幅型レジストを使用しつつ、微細かつ高アスペクト比の形状のレジストパターンを形成することができる。
【００２７】
この場合、ベークする工程において、そのベーク温度が１００℃以上１２０℃以下のときは、２分以上６０分以下のベーク時間でベークし、ベーク温度が９０℃以上１００℃未満のときは、１０分以上６０分以下のベーク時間でベークし、ベーク温度が１２０℃を超え１３０℃以下のときは、２分以上３０分以下のベーク時間でベークすることにより、取り扱いが容易な非化学増幅型レジストを使用しつつ、微細かつ高アスペクト比の形状のレジストパターンを確実に形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るレジストパターン形成方法によってレジスト層４が表面に形成された基材２の要部断面図である。
【図２】図１のレジスト層４に電子線Ａを照射した状態における基材２の要部断面図である。
【図３】原盤１の要部断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るレジストパターン形成システム１１の構成図である。
【図５】ＰＥＢの温度（ベーク温度）と時間（ベーク時間）を変化させたときの原盤１におけるレジストパターン３の観察結果を示す観察結果図である。
【符号の説明】
１  原盤
２  基材
３  レジストパターン
４  レジスト層
１１  レジストパターン形成システム
１２  レジスト層形成装置
１４  露光装置
１５  ベーク装置
１６  現像装置
Ａ  電子線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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