JP2808681B2 - Photomask manufacturing method - Google Patents

Photomask manufacturing method

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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は透明基板上に遮光膜の形成されたフォトマス
クの製造方法に関し、特にそのパターニングのためのレ
ジスト膜のプリベーク工程の改善に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a photomask in which a light-shielding film is formed on a transparent substrate, and more particularly to an improvement in a resist film prebaking process for patterning the same.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明は、透明基板上に形成された遮光膜をフォトレ
ジストによりパターニングするフォトマスクの製造方法
において、フォトレジスト膜のガラス転移温度よりも高
い温度で熱処理し、この熱処理に続いて上記フォトレジ
スト膜が段階的に低温に加熱されることで上記フォトレ
ジスト膜が低温化し、室温よりも高く上記フォトレジス
ト膜のガラス転移温度よりも低い温度で熱処理すること
により、熱処理面の高い面内均一性を得るものである。
The present invention is directed to a method for manufacturing a photomask in which a light-shielding film formed on a transparent substrate is patterned with a photoresist, wherein the heat treatment is performed at a temperature higher than the glass transition temperature of the photoresist film, Is heated stepwise to a low temperature, the temperature of the photoresist film is lowered. By performing the heat treatment at a temperature higher than room temperature and lower than the glass transition temperature of the photoresist film, high in-plane uniformity of the heat-treated surface is improved. What you get.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

フォトマスクはガラス基板等の透明基板上に遮光性の
良いクロム系膜をパターニングして形成した構造を有し
ており、最近では、電子線技術の発達に伴って、そのク
ロム系膜のパターニングに電子線レジスト膜によるフォ
トリソグラフィが行われている。
Photomasks have a structure in which a chromium-based film with good light-shielding properties is formed by patterning on a transparent substrate such as a glass substrate. Photolithography using an electron beam resist film has been performed.

このフォトリソグラフィについて簡単に説明すると、
ポジ型の電子線レジスト膜例えばPMMA系の電子線レジス
ト膜を用いる場合には、初めに、クロム系膜上に電子線
レジスト膜が塗布される。次いで180〜190℃程度の温度
でプリベークが行われる。そのプリベーク後、レジスト
膜は基板と共に冷却され、露光されることになる。
Briefly describing this photolithography,
When a positive-type electron beam resist film, for example, a PMMA-based electron beam resist film is used, first, an electron beam resist film is applied on a chromium-based film. Next, prebaking is performed at a temperature of about 180 to 190 ° C. After the pre-bake, the resist film is cooled together with the substrate and exposed.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

ところで、上述のPMMA系の電子線レジスト膜をプリベ
ークの後に自然冷却した場合では、基板面内の冷却速度
の不均一性に起因する基板面内の線幅のばらつきが大き
くなる。
By the way, when the above-mentioned PMMA-based electron beam resist film is naturally cooled after pre-baking, variation in line width in the substrate surface due to non-uniformity of the cooling rate in the substrate surface becomes large.

このような自然冷却による基板面内の線幅のばらつき
を防止するために、ガラス転移温度付近でエージングす
ることにより、冷却温度を一定する方法も提案されてい
るが、この方法は感度の劣化を伴い、電子線描画装置に
おけるスループットの低下につながる。
In order to prevent the line width variation in the substrate plane due to such natural cooling, a method of keeping the cooling temperature constant by aging near the glass transition temperature has been proposed, but this method reduces sensitivity deterioration. Accordingly, the throughput in the electron beam lithography apparatus is reduced.

そこで、本発明は上述の技術的な課題に鑑み、フォト
レジスト膜の感度の劣化を伴わずに、フォトマスクの基
板面内の線幅のばらつきを小さくするようなフォトマス
クの製造方法を提供することを目的とする。
In view of the above-mentioned technical problems, the present invention provides a method for manufacturing a photomask that reduces variations in line width in a substrate surface of the photomask without deteriorating the sensitivity of the photoresist film. The purpose is to:

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明に係るフォトマスクの製造方法は、上述の目的
を達成するため、透明基板上の遮光膜上に形成された上
記遮光膜をパターニングするためのフォトレジスト膜を
塗布し、次いで、上記フォトレジスト膜が塗布された上
記透明基板を第1のホットプレート上に搬送し、上記フ
ォトレジストのガラス転移温度より高い温度で熱処理
し、その後、上記透明基板を第2のホットプレート上に
搬送し、上記フォトレジスト膜を段階的に低温に加熱す
るることで上記フォトレジスト膜を低温化し、室温より
高く上記フォトレジスト膜のガラス転移温度より低い温
度で熱処理するようにしたものである。
In order to achieve the above object, a method for manufacturing a photomask according to the present invention applies a photoresist film for patterning the light shielding film formed on the light shielding film on a transparent substrate, and then applies the photoresist The transparent substrate coated with the film is transported on a first hot plate, and heat-treated at a temperature higher than the glass transition temperature of the photoresist, and then the transparent substrate is transported on a second hot plate, By heating the photoresist film stepwise to a low temperature, the temperature of the photoresist film is lowered, and heat treatment is performed at a temperature higher than room temperature and lower than the glass transition temperature of the photoresist film.

ここで、透明基板1としてはガラス基板等が挙げら
れ、遮光膜は、例えばクロム若しくはその酸化物の単層
又は多層の膜であるクロム系膜を用いることができる。
フォトレジスト膜としては、各種のレジスト層を用いる
ことができるが、特に電子線レジスト膜を使用できる。
Here, a glass substrate or the like is used as the transparent substrate 1, and the light-shielding film can be, for example, a chromium-based film that is a single-layer or multilayer film of chromium or its oxide.
As the photoresist film, various resist layers can be used. In particular, an electron beam resist film can be used.

上記熱処理は、所要のベーク装置(ベーク炉)により
行うことができ、例えば第1図に示すように、ホットプ
レート2を用いて、透明基板1の裏面より直接加熱する
タイプのものであることが望ましい。このホットプレー
ト2は、大きな熱容量を有し、熱処理温度の保持特性に
優れることが好ましい。
The heat treatment can be performed by a required baking apparatus (bake furnace). For example, as shown in FIG. 1, the heat treatment may be of a type in which a hot plate 2 is used to directly heat the back surface of the transparent substrate 1. desirable. It is preferable that the hot plate 2 has a large heat capacity and is excellent in holding characteristics of a heat treatment temperature.

〔作用〕[Action]

フォトレジスト膜のガラス転移温度より高い温度T1
熱処理した後、自然冷却によらず、室温Trよりも高くフ
ォトレジスト膜のガラス転移温度Tgよりも低い温度T2
熱処理することで、段階的な冷却が行われることにな
り、ガラス転移温度Tg近くでのエージングによる感度の
劣化も生じない。このような段階的な冷却は、温度T2
熱処理により熱を保持しながら行うため、透明基板の面
内の冷却速度の均一化を図ることができ、この結果、基
板面内の線幅を均一化することができる。
Photoresist film after heat treatment at a high temperature T 1 of the glass transition temperature of, regardless of the natural cooling, by heat treatment at a lower temperature T 2 than the glass transition temperature Tg of higher photoresist film above room temperature Tr, stepwise Cooling is performed, and the sensitivity does not deteriorate due to aging near the glass transition temperature Tg. Such gradual cooling, in order to perform while maintaining the heat by the heat treatment temperature T 2, it is possible to achieve uniform cooling rate in the surface of the transparent substrate, as a result, the line width in the substrate plane It can be made uniform.

〔実施例〕〔Example〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明す
る。
Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施例のフォトマスクの製造方法は、透明基板上に
クロム系膜を形成した後、そのクロム系膜上に電子線レ
ジスト膜を塗布する。この電子線レジスト膜の塗布に先
立って、塗布の前処理工程として基板表面の洗浄,200℃
程度の温度のベーキング等が行われる。塗布すべき電子
線レジスト膜としては、PMMA系の電子線レジスト膜例え
ばEBR−9(2,2,2−トリフルオロエチル−α−クロロア
クリレート;東レ株式会社製)が挙げられる。この電子
線レジスト膜はそのガラス転移温度Tgが約133℃とされ
る。
In the method of manufacturing a photomask of this embodiment, after a chromium-based film is formed on a transparent substrate, an electron beam resist film is applied on the chromium-based film. Prior to the application of the electron beam resist film, the substrate surface was washed at 200 ° C. as a pretreatment step of application.
Baking at about the same temperature is performed. Examples of the electron beam resist film to be applied include a PMMA-based electron beam resist film, for example, EBR-9 (2,2,2-trifluoroethyl-α-chloroacrylate; manufactured by Toray Industries, Inc.). This electron beam resist film has a glass transition temperature Tg of about 133 ° C.

この電子線レジスト膜の塗布工程の後、プリベークが
行われる。本実施例のフォトマスクの製造方法では、こ
のプリベーク工程が3段の熱処理によって進められる。
特に、このプリベーク工程では、後述するような多段式
のホットプレートを有するベーク装置を用いることがで
き、そのホットプレートの表面温度は、±0.5℃の範囲
で精度良く制御される。
After the step of applying the electron beam resist film, a pre-bake is performed. In the photomask manufacturing method according to the present embodiment, the pre-bake step is performed by a three-stage heat treatment.
In particular, in the pre-bake step, a baking apparatus having a multi-stage hot plate as described later can be used, and the surface temperature of the hot plate is accurately controlled in a range of ± 0.5 ° C.

まず、予熱工程としての熱処理が第1段目のホットプ
レート上で温度T0(≒70℃)により行われる。
First, a heat treatment as a preheating step is performed on a first-stage hot plate at a temperature T 0 (ホ ッ ト 70 ° C.).

続いて、ベーキングのための熱処理として、電子線レ
ジスト膜のガラス転移温度Tgよりも高い温度T1の熱処理
が行われる。この温度T1は約190℃とされ、次の2段目
のホットプレート上で透明基板の裏面から加熱される。
Subsequently, as heat treatment for baking, heat treatment at a higher temperature T 1 is performed than the glass transition temperature Tg of the electron beam resist film. This temperature T 1 is set to about 190 ° C., and the substrate is heated from the back surface of the transparent substrate on the next second stage hot plate.

このようなベーキングのための熱処理の後、段階的な
冷却のための熱処理が行われる。この熱処理は、温度T2
で行われ、電子線レジスト膜のガラス転移温度Tgよりも
低く室温Trよりも高い30℃〜110℃程度の範囲内の或る
温度とされる。
After such heat treatment for baking, heat treatment for stepwise cooling is performed. This heat treatment is performed at a temperature T 2
And a certain temperature in the range of about 30 ° C. to 110 ° C. lower than the glass transition temperature Tg of the electron beam resist film and higher than the room temperature Tr.

第2図はベーキングのための熱処理とその後の段階的
な冷却工程を示す図であり、縦軸が基板温度であり、横
軸が時間である。ベーキングのための熱処理は温度T
1(≒190℃)で行われ、時刻t1までは一定の温度T1に維
持される。続いて、電子線レジスト膜の塗布された基板
は、時刻t1で2段目のホットプレート上から空中をアー
ム等で支持されながら搬送され、時刻t2で3段目のホッ
トプレート上に載置される。このプレート間の移動時間
は約6秒であり、そのプレート間の移動時間中に僅かに
基板温度が下がるが、ガラス転移温度Tgまでは至らな
い。時刻t2からは、指数関数的に基板温度が温度T2(図
中約70℃)に収束して行くが、ガラス転移温度Tgを通過
して冷却されて行く時は、基板が既に第3段目のホット
プレート上にあり、冷却速度が基板面内で均一化されて
おり、従って、電子線レジスト膜の感度のばらつきを抑
えることができる。
FIG. 2 is a diagram showing a heat treatment for baking and a subsequent stepwise cooling step, wherein the vertical axis represents the substrate temperature and the horizontal axis represents time. Heat treatment for baking is temperature T
1 (≒ 190 ° C.), and is maintained at a constant temperature T 1 until time t 1 . Subsequently, the coated substrate of the electron beam resist film, the air from the second stage of the hot plate at time t 1 is conveyed while being supported by the arm or the like, at time t 2 placing the third stage of the hot plate Is placed. The movement time between the plates is about 6 seconds. During the movement time between the plates, the substrate temperature decreases slightly, but does not reach the glass transition temperature Tg. From time t 2, the but exponentially substrate temperature converges to a temperature T 2 (approximately 70 ° C. in the figure), when going is cooled by passing through the glass transition temperature Tg of the substrate is already the third Since it is on the hot plate at the stage and the cooling rate is uniform in the substrate surface, it is possible to suppress variation in sensitivity of the electron beam resist film.

このようなベーキングに続く、段階的な冷却工程とし
ての温度T2の熱処理の後、電子線描画装置によって選択
的に電子線レジスト膜が露光され、さらに現像、リンス
の後、その電子線レジスト膜を用いたエッチングが行わ
れる。
Followed Such baking, after heat treatment temperature T 2 as stepwise cooling process, selectively electron beam resist film is exposed by an electron beam lithography system, further development after rinsing, the electron beam resist film Is performed using.

第3図は段階的な熱処理を行うための多段式ホットプ
レートを有したベーク装置の平面図である。このベーク
装置には、機器本体11の表面に互いに離間して5枚のホ
ットプレート10が連設されており、各ホットプレート10
は略四角形の形状を有している。この各ホットプレート
10は、高い精度での温度調節が可能であり、並んだホッ
トプレート10の一端側がロード側、他端側がアンロード
側とされる。このホットプレート10列の両側には、基板
を搬送するための一対のアーム12,12が設けられてい
る。このアーム12,12は一方が1本の爪で、他方が2本
の爪で基板の底部に係合する。基板の搬送時には、ホッ
トプレート10の両側の各アーム12,12は全体として、ホ
ットプレート10の連設方向に移動し、基板はそのアーム
12,12によって両側から把持されたままホットプレート
間を搬送されることになる。図示の如き5段のホットプ
レート10を有したベーク装置では、3枚のホットプレー
ト10を前述のT0,T1,T2の各温度の熱処理用に用いること
ができ、残り2枚のホットプレート10を冷却用に用いる
ことができる。
FIG. 3 is a plan view of a baking apparatus having a multi-stage hot plate for performing a stepwise heat treatment. In this baking apparatus, five hot plates 10 are continuously provided on the surface of the apparatus main body 11 at a distance from each other.
Has a substantially square shape. Each of this hot plate
The temperature of the hot plate 10 can be adjusted with high accuracy. One end of the arranged hot plates 10 is a load side, and the other end is an unload side. A pair of arms 12, 12 for transporting a substrate is provided on both sides of the row of hot plates 10. One of the arms 12, 12 is engaged with the bottom of the substrate with one claw and the other with two claws. When the substrate is transported, the arms 12, 12 on both sides of the hot plate 10 as a whole move in the direction in which the hot plate 10 is connected, and the substrate is
The transport between the hot plates is performed while being gripped from both sides by the 12,12. In the baking apparatus having five hot plates 10 as shown in the drawing, three hot plates 10 can be used for the heat treatment at the above-described temperatures T 0 , T 1 , and T 2 , and the remaining two hot plates 10 can be used. Plate 10 can be used for cooling.

次に、本実施例のフォトマスクの製造方法を用いた場
合と、プリベークの後に自然冷却を行った場合の比較実
験の結果について第4図を参照しながら説明する。第4
図の縦軸は基板面内における100mm角での線幅均一度
(3σ値)を示し、横軸は熱処理温度Tを示している。
Next, the results of a comparative experiment in which the method of manufacturing a photomask of the present embodiment is used and in the case where natural cooling is performed after prebaking will be described with reference to FIG. 4th
The vertical axis in the figure indicates the line width uniformity (3σ value) at a 100 mm square in the substrate plane, and the horizontal axis indicates the heat treatment temperature T.

まず、本実施例のフォトマスクの製造方法を用いて、
ガラス転移温度Tgより高い温度T1から室温Trよりも高く
ガラス転移温度Tgよりも低い温度T2に段階的に冷却した
場合では、第4図中○で示すような実験結果が得られて
いる。各○は温度T2を換えた時のデータ値であり、30℃
〜110℃の範囲に亘って、線幅均一度が0.10〜0.07μm
程度の範囲に収まっていることが判る。特に段階的な冷
却温度が50℃になるように行った時では、最もばらつき
の小さい0.07μm程度の値が得られており、他のデータ
に関しても概ね0.10μm以下で安定したデータとなって
いる。
First, using the photomask manufacturing method of this embodiment,
In case of stepwise cooling from temperatures T 1 higher than the glass transition temperature Tg lower temperature T 2 than a high glass transition temperature Tg above room temperature Tr is the experimental results as shown in the fourth figure ○ is obtained . Each ○ is the data value when the temperature T 2 is changed, 30 ° C
Line width uniformity of 0.10 to 0.07 μm over the range of ~ 110 ° C
It can be seen that it is within the range of about. In particular, when the stepwise cooling temperature was set to 50 ° C., a value of about 0.07 μm with the smallest variation was obtained, and other data was stable at about 0.10 μm or less. .

これに対して、比較例として、プリベークの後に室温
Trまで自然冷却を行った場合では、第4図中●で示すデ
ータが得られており、この線幅均一度は0.15μm程度で
ある。この●のデータは、○で示す段階的な冷却を行っ
た本実施例のフォトマスクの製造方法に比べて、ばらつ
きが大きいことを示しており、その段階的な熱処理によ
って、冷却速度が基板面内で均一化され、電子線レジス
ト膜の感度のばらつきが抑えられたことが十分に説明さ
れることになる。
On the other hand, as a comparative example,
When the transistor was naturally cooled, data indicated by ● in FIG. 4 was obtained, and the line width uniformity was about 0.15 μm. The data of ● show that the variation is larger than that of the photomask manufacturing method of this embodiment in which the stepwise cooling indicated by ○ is performed, and the cooling rate is reduced by the stepwise heat treatment. It can be fully explained that the uniformity was achieved in the inside and the variation in the sensitivity of the electron beam resist film was suppressed.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明のフォトマスクの製造方法は、フォトレジスト
膜のガラス転移温度より高い温度で熱処理した後、自然
冷却によらず、室温よりも高くフォトレジスト膜のガラ
ス転移温度よりも低い温度で熱処理することで、面内の
均一な冷却速度による段階的な冷却が行われる。特に、
フォトレジストをガラス転移温度より高い温度で熱処理
する工程と、フォトレジスト膜を低温化し、室温より高
く上記フォトレジスト膜のガラス転移温度より低い温度
で熱処理する工程をそれぞれ独立したホットプレート上
で行うので、ガラス転移温度より高い温度での熱処理の
工程と、この後のガラス転移温度より低い温度での熱処
理の工程を連続して迅速に行うことができ、さらに、各
工程での温度制御が容易となり、ガラス転移温度近傍で
のエージングによる感度の劣化を抑制し、基板面内の線
幅の均一性を高めたフォトマスクを迅速且つ正確に製造
することができる。
In the method for producing a photomask of the present invention, after the heat treatment at a temperature higher than the glass transition temperature of the photoresist film, the heat treatment is performed at a temperature higher than room temperature and lower than the glass transition temperature of the photoresist film without natural cooling. Thus, stepwise cooling is performed at a uniform cooling rate in the plane. Especially,
Since the step of heat-treating the photoresist at a temperature higher than the glass transition temperature and the step of lowering the temperature of the photoresist film and heating at a temperature higher than room temperature and lower than the glass transition temperature of the photoresist film are performed on independent hot plates, The heat treatment process at a temperature higher than the glass transition temperature and the subsequent heat treatment process at a temperature lower than the glass transition temperature can be performed quickly and continuously, and the temperature control in each process becomes easier. In addition, it is possible to quickly and accurately manufacture a photomask in which the deterioration of sensitivity due to aging near the glass transition temperature is suppressed and the uniformity of line width in the substrate surface is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明のフォトマスクの製造方法の原理説明
図、第2図は本発明のフォトマスクの製造方法の一例に
おける時間と基板温度の変化の関係を示す図、第3図は
本発明のフォトマスクの製造方法に用いられるベーク装
置を一部破断して示す要部平面図、第4図は本発明のフ
ォトマスクの製造方法に関して行った比較実験の結果を
説明するための線幅均一度と熱処理温度の関係を示す図
である。 1……透明基板 2,10……ホットプレート
FIG. 1 is a view for explaining the principle of the photomask manufacturing method of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the relationship between time and a change in substrate temperature in an example of the photomask manufacturing method of the present invention, and FIG. FIG. 4 is a plan view showing a main part of a baking apparatus used in the method for manufacturing a photomask according to the first embodiment of the present invention. FIG. It is a figure which shows the relationship between once and heat treatment temperature. 1 ... Transparent substrate 2,10 ... Hot plate

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】透明基板上の遮光膜上に形成された上記遮
光膜をパターニングするためのフォトレジスト膜を塗布
し、 次いで、上記フォトレジスト膜が塗布された上記透明基
板を第1のホットプレート上に搬送し、上記フォトレジ
ストのガラス転移温度より高い温度で熱処理し、 その後、上記透明基板を第2のホットプレート上に搬送
し、上記フォトレジスト膜を段階的に低温に加熱するる
ことで上記フォトレジスト膜を低温化し、室温より高く
上記フォトレジスト膜のガラス転移温度より低い温度で
熱処理することを特徴とするフォトマスクの製造方法。
A first hot plate for applying a photoresist film for patterning the light-shielding film formed on the light-shielding film on the transparent substrate; And heat-treated at a temperature higher than the glass transition temperature of the photoresist. Thereafter, the transparent substrate is transported onto a second hot plate, and the photoresist film is heated stepwise to a low temperature. A method for manufacturing a photomask, comprising lowering the temperature of the photoresist film and performing heat treatment at a temperature higher than room temperature and lower than a glass transition temperature of the photoresist film.
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