JP2004095712A - 現像方法、基板処理方法、及び基板処理装置 - Google Patents

現像方法、基板処理方法、及び基板処理装置 Download PDF

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Abstract

【課題】パターンの疎密によらず、パターンの仕上がり寸法を均一にする。
【解決手段】現像液中のレジストの溶解濃度と、前記現像液によるレジストの溶解速度との関係を予め求める工程と、前記前記関係から、前記レジストの溶解速度が所望の速度以上になるレジストの溶解濃度を予め見積もる工程と、前記現像液中のレジストの溶解濃度が該見積もられた溶解濃度以下の状態で現像処理を行う工程とを含むことを特徴とする。
【選択図】  図3

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レジストを現像する現像方法、並びに基板表面の薬液処理を行う基板処理方法、及び基板処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、半導体製造プロセスに用いられているフォトリソグラフィ工程での課題が顕著になりつつある。半導体デバイスの微細化が進に連れ、フォトリソグラフィ工程での微細化に対する要求が高まっている。既に、デバイスの設計ルールは0.13μmにまで微細化し、制御しなければならないパターン寸法精度は10nm程度と極めて厳しい精度が要求されている。このような中、パターン形成工程の高精度化を妨げている要因として、パターンの疎密差により形成するパターンの仕上がり寸法が異なってしまう問題がある。例えば、シリコンウェハ上に130nmの幅のラインパターンを形成した時に、そのラインパターンの周辺に別の大きなパターンが存在する場合と何もパターンが存在しない場合とでは、130nmのラインパターンの仕上がり寸法が異なってしまう。
【0003】
これは、パターン形成工程、特に現像工程においてパターンが密にある部分と疎な部分とで同じ設計寸法のパターンの線幅が異なるために生じている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、パターンの疎密に応じて、パターンの仕上がり寸法が異なるという問題があった。
【0005】
本発明の目的は、パターンの疎密によらず、パターンの仕上がり寸法を均一にすることができる現像方法、基板処理方法、及び基板処理装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下のように構成されている。
【0007】
(1)本発明に係わる現像方法は、現像液中のレジストの溶解濃度と、前記現像液によるレジストの溶解速度との関係を予め求める工程と、前記前記関係から、前記レジストの溶解速度が所望の速度以上になるレジストの溶解濃度を予め見積もる工程と、前記現像液中のレジストの溶解濃度が該見積もられた溶解濃度以下の状態で現像処理を行う工程とを含む。
【0008】
(2)本発明に係わる基板処理方法は、基板に対して薬液吐出/吸引部の第1の薬液吐出口から第1の薬液を前記被処基板に対して連続的に吐出すると共に、前記第1の薬液吐出口を挟むように前記第1の薬液吐出/吸引部に配置された二つの吸引口から前記基板上の溶液を連続的に吸引しつつ、前記第1の薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に水平直線移動させながら前記基板表面を薬液処理する基板処理方法であって、前記基板に接する単位体積領域に単位時間当たりに通過する第1の薬液の量を変化させる。
【0009】
(3)本発明に係わる基板処理方法は、基板に対して薬液吐出/吸引部の薬液吐出口から薬液を前記被処基板に対して連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出口を挟むように前記薬液吐出/吸引部に配置された二つの吸引口から前記基板上の溶液を連続的に吸引しつつ、前記薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に水平直線移動させながら前記被処理面を薬液処理する基板処理方法であって、前記基板と前記薬液吐出/吸引部との間に流れる薬液の流速は、該薬液吐出/吸引部と基板との相対的な移動速度より早い。
【0010】
(4)本発明に係わる基板処理方法は、基板に対して薬液吐出/吸引部の薬液吐出口から薬液を前記被処基板に対して連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出口を挟むように前記薬液吐出/吸引部に配置された二つの吸引口から前記基板上の溶液を連続的に吸引しつつ、前記薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に水平直線移動させながら前記被処理面を薬液処理する基板処理方法であって、前記該基板と前記薬液吐出/吸引部下面との間隔が0.01mm以上0.5mm以下の範囲にある。
【0011】
(5)本発明に係わる基板処理方法は、基板に対して薬液吐出/吸引部の薬液吐出口から薬液を前記被処基板に対して連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出口を挟むように前記薬液吐出/吸引部に配置された二つの吸引口から前記基板上の溶液を連続的に吸引しつつ、前記薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に水平直線移動させながら前記被処理面を薬液処理する基板処理方法であって、前記基板と前記薬液吐出/吸引部との間を流れる薬液の平均流速が0.02m/sec以上である。
【0012】
(6)本発明に係わる基板処理方法は、基板に対して薬液吐出/吸引部の薬液吐出口から薬液を前記被処基板に対して連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出口を挟むように前記薬液吐出/吸引部に配置された二つの吸引口から前記基板上の薬液を連続的に吸引しつつ、前記薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に水平直線移動させながら前記被処理面を薬液処理する基板処理方法であって、前記薬液吐出/吸引部と前記基板との間に流れる薬液の流速を時間的に変動させる。
【0013】
(7)本発明に係わる基板処理方法は、基板に対して薬液吐出/吸引部の薬液吐出口から薬液を前記基板に対して連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出口を挟むように前記薬液吐出/吸引部に配置された二つの吸引口から前記基板上の溶液を連続的に吸引しつつ、前記薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に水平直線移動させながら前記被処理面を薬液処理する基板処理方法であって、前記薬液吐出/吸引部と基板との相対移動速度、及び該薬液吐出/吸引部と基板表面との間隔の少なくとも一方を時間的に変動させる。
【0014】
(8)本発明に係わる基板処理方法は、第1の薬液吐出/吸引部下面に配置された第1の薬液吐出口から第1の薬液を基板に対して連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出口を挟むように第1の薬液吐出/吸引部下面に配置された二つの吸引口から前記基板上の溶液を連続的に吸引しつつ、第1の薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に水平直線移動させながら前記基板の略表面を第1の薬液により薬液処理するステップと、第1の薬液吐出・吸引部と異なる第2の薬液吐出/吸引部下面に配置された第2の薬液吐出口から第1の薬液と異なる第2の薬液を基板に対して連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出口を挟むように第2の薬液吐出/吸引部下面に配置された二つの吸引口から前記基板上の溶液を連続的に吸引しつつ、第2の薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に水平直線移動させながら前記基板の略表面を第2の薬液により薬液処理するステップとを含む。
【0015】
(9)本発明に係わる基板処理方法は、基板に対して薬液吐出/吸引部の薬液吐出口から第一の薬液を連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出/吸引部に設けられ前記薬液吐出口の周囲を連続的に囲むように配置された薬液吸引口にて前記被処理面上の薬液を連続的に吸引しつつ、前記薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に移動させ、前記薬液吸引口の外部に前記薬液が流出しないよう吸引圧が調整して薬液処理を行う基板処理方法において、前記基板上に第1の薬液流が存在する処理領域内で前記第1の薬液により除去されないパターンの被覆率と、前記薬液吐出/吸引部と前記基板との相対速度と、前記薬液処理後の前記パターンの仕上がり寸法との関係を予め取得するステップと、前記関係に基づいて、前記パターンの被覆率に応じた前記薬液吐出/吸引部と基板との相対速度を決定するステップと、決定された相対速度と前記処理領域内の前記パターンの被覆率とに応じて、前記薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に移動させつつ、前記薬液処理を行うステップとを含む。
【0016】
(10)本発明に係わる基板処理方法は、基板に対して薬液吐出/吸引部の薬液吐出口から第一の薬液を連続的に吐出すると共に、前記薬液吸引部の薬液吸引口にて前記被処理面上の薬液を連続的に吸引しつつ、前記薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に移動させ、前記薬液吸引口は前記薬液吐出口を囲むように配置され、薬液吸引部外に第一の薬液が流出しないよう吸引圧を調整されることを特徴とする基板処理方法において、前記基板上に第1の薬液流が存在する処理領域内で前記第1の薬液により除去されないパターンの被覆率と、前記薬液吐出/吸引部と前記基板との間に流れる第1の薬液の流速と、前記薬液処理後の前記パターンの仕上がり寸法との関係を予め取得するステップと、前記関係から、前記パターンの被覆率に応じた、前記第1の薬液の流速を決定するステップと、決定された流速と前記処理領域内の前記パターンの被覆率とに応じて、前記第1の薬液の流速を変化させつつ、前記薬液処理を行うステップとを含む。
【0017】
(11)本発明に係わる基板処理装置は、基板を保持する基板保持機構と、この基板保持機構で保持される基板に対して第一の薬液を吐出する薬液吐出口と、前記薬液吐出口の周囲に連続的に囲むように配置され、前記基板上の溶液を吸引する吸引口とを含む薬液吐出/吸引部と、前記基板と前記薬液吐出/吸引部とを相対的に移動させる移動機構と、前記薬液吐出/吸引機構への薬液の供給と、前記薬液吐出/吸引機構から溶液の吸引とを同時に行う薬液吐出/吸引系と、前記基板上に第1の薬液流が存在する処理領域内で前記第1の薬液により処理されるパターンの被覆率を算出する被覆率算出部と、前記基板上に第1の薬液流が存在する処理領域内で前記第1の薬液により処理されるパターンの被覆率と、前記薬液吐出/吸引部と前記基板との相対速度と、前記薬液処理後の前記パターンの仕上がり寸法との関係から求められた前記相対速度と前記被覆率算出部で算出された前記パターンの被覆率とに応じて、前記移動機構を制御する制御部とを具備してなる。
【0018】
(12)本発明に係わる基板処理装置は、基板を保持する基板保持機構と、この基板保持機構で保持される基板に対して第一の薬液を吐出する薬液吐出口と、前記薬液吐出口の周囲に連続的に囲むように配置され、前記基板上の溶液を吸引する吸引口とを含む薬液吐出/吸引部と、前記基板と前記薬液吐出/吸引部とを相対的に移動させる移動機構と、前記基板上面と前記薬液吐出/吸引部との間隔を調整する間隔調整部と、前記薬液吐出/吸引機構への薬液の供給と、前記薬液吐出/吸引機構から溶液の吸引とを同時に行う薬液吐出/吸引系と、前記基板上に第1の薬液流が存在する処理領域内で前記第1の薬液により処理されるパターンの被覆率を算出する被覆率算出部と、前記基板上に第1の薬液流が存在する処理領域内で前記第1の薬液により処理されるパターンの被覆率と、前記薬液吐出/吸引部と前記基板との間に流れる第1の薬液の流速と、前記薬液処理後の前記パターンの仕上がり寸法との関係から求められた前記パターンの被覆率に対する第1の薬液の流速と、前記被覆率算出部で算出された前記パターンの被覆率とに応じて、前記薬液吐出/吸引系及び間隔調整部の少なくとも一方を制御する制御部とを具備してなる。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。
【0020】
(第1の実施形態)
まず、レジストが現像液に溶解したときの現像速度(溶解速度)の変化を種々のレジスト溶解濃度に関して実験した。実験に用いた現像液は、2.38%TMAHである。実験の結果を図1に示す。図1は、本発明の第1の実施形態に係わるレジスト溶解濃度と現像速度との関係を示す図である。
【0021】
図1は、レジスト溶け込み濃度に対する現像速度を示す特性図である。図1において、レジスト1、及びレジスト2についての実験結果を示している。また、それぞれのレジストの現像速度は、レジスト溶解濃度0%の現像液での現像速度で規格化している。
【0022】
図1中のレジスト1及び2は良く似た構成要素からなるレジストであるが、レジスト溶解濃度に対する現像速度の変化の様子は大きく異なっていることが解る。図1に示すように、レジスト1の場合、現像液中のレジストの溶解濃度が約0.001%になると、現像速度が低下し始める。それに対し、レジスト2の場合、現像液中のレジストの溶解濃度が約0.1%になると、現像速度が低下し始める。レジストの現像速度が低下し始めるレジスト溶解濃度を“限界溶け込み濃度”と定義した。
【0023】
現像液中の溶解レジスト濃度が、各々のレジストに固有な限界溶け込み濃度以上になると、現像速度が低下する。限界溶け込み濃度は、各々のレジストに固有なものである。従って、パターン描画済みレジストを現像する際に、基板上の全ての領域の現像液中の溶解レジスト濃度が“限界溶け込み濃度”以下であるような現像を行うことで、現像速度はパターン密度に因らず一定となり、疎密依存寸法差が非常に小さくなる。
【0024】
本実施形態では、図2に示す現像装置を用いた場合の現像方法を説明する。図2は、本発明の第1の実施形態に係わる現像装置の概略構成を示す図である。 図2に示すように、基板11上には、反射防止膜12を介してレジスト膜13が形成されている。基板11上にスキャンノズル(薬液吐出/吸引部)20が対向配置されている。スキャンノズル20には、現像液吐出口21aから現像液31を吐出する現像液吐出ノズル21が設けられている。スキャンノズル20に、吸引口22bから基板11上の溶液を吸引する吸引ノズル22が二つ設けられている。二つの吸引口22bは現像液吐出口21aを挟むように配置されている。現像液吐出口21a、及び吸引口22bの配列方向に、スキャンノズルを移動させる移動機構(不図示)が設けられている。現像液吐出口21a、及び吸引口22bの形状は、前記配列方向に直交する方向の長さが、基板11より長いスリット形状である。
【0025】
現像液31は基板11に近接して配置されたスキャンノズル20の現像液吐出口21aから吐出され、現像液吐出口21aに隣接して配置された吸引口22bからリンス液32とともに吸引される。このとき、基板11上はリンス液32で覆われているようにした。このため、現像液31は基板11表面、スキャンノズル20底面、及び吸引口22bで囲まれた領域にのみ存在する。本実施形態では、スキャンノズル20の移動速度、スキャンノズル20底面と基板11とのギャップ、及び現像液吐出速度を調整して、基板11上の現像液31中のレジスト溶解濃度が“限界溶け込み濃度”以下となるようにする。
【0026】
基板上の全ての領域の現像液中の溶解レジスト濃度が“限界溶け込み濃度”以下であるような現像を行う方法について説明する。図3は、本発明の第1の実施形態に係わる現像方法のフローチャートを示す図である。
【0027】
先ず、レジストが現像液に溶解したときの現像速度の変化をレジスト溶解濃度に関して実験する。その実験結果から、レジスト限界溶け込み量を調べる(ステップS101)。
【0028】
次いで、全ての領域の現像液中の溶解レジスト濃度が“限界溶け込み濃度”以下となる、現像液吐出口から吐出される現像液の吐出速度を求める(ステップS102)。
次いで、求められた吐出速度で現像液吐出口から現像液を吐出する(ステップS103)。
【0029】
以上の方法で、現像を行うことにより、基板上の全ての領域の現像液中の溶解レジスト濃度が“限界溶け込み濃度”以下であるような現像を行うことで、現像速度はパターン密度に因らず一定となり、疎密依存寸法差が非常に小さくなる。
【0030】
ステップS102における、現像液吐出量見積もり方法を図4を用いて説明する。
図4において、スキャンノズル20の移動速度がs(cm/sec)、現像液吐出口21a中心と吸引口22b中心との間隔が10mm、基板11とスキャンノズル20底面とのギャップが50μmの場合を考える。この時、一様に露光したレジスト(膜厚500nm)が、現像液に溶け込む場合を考える。高さ50μm、幅1mm奥行き150mmの細長い領域(体積:vol=75×10−4[cm])を考え、この領域の現像液が基板11上面、スキャンノズル20下面、及び吸引口22bで囲まれた領域を乱れることなく流れたときにレジスト溶解濃度が“限界溶け込み濃度”以下となるための現像液吐出速度x(cm/sec)を求める。なお、吸引口22bは二つあるので、一方の吸引口22b側に供給される現像液の速度は、x/2(cm/sec)である。
【0031】
上記した条件の場合、領域内での現像液の流速v(cm/sec)は、
【数1】
Figure 2004095712
である。
【0032】
従って、吐出口21aから吐出された現像液が吸引口22bに到達するまでの時間T(s)は、
T=0.15/x(s)
である。
【0033】
現像液はT(s)間だけ露光済みレジスト42に接触しているので、この間に体積vol=75×10−4(cm)に溶解するレジスト量を算出する。ある点のレジストが現像液と接触開始してから再びリンス液のみになる時間(=現像時間)の1/4で露光済みレジストの残膜が0になるとして、1秒あたりの膜減り速度vredは、
【数2】
Figure 2004095712
である。
【0034】
従って、幅1mm奥行き150mmの面積のレジスト膜から、T秒間に現像液に溶け込むレジスト量Rvol(cm)は
Rvol=10−4×s×T×0.1×15[cm
である。
【0035】
以上から、レジスト溶解濃度Cは、次式で求められる。
【0036】
【数3】
Figure 2004095712
【0037】
本実施形態の場合、s=0.1(cm/sec)であったので、
レジスト溶解濃度=0.03/x(%)
と求められる。
【0038】
この結果と限界溶け込み濃度とから、レジスト1及びレジスト2のそれぞれについて、現像液中のレジスト溶解濃度が“限界溶け込み濃度”以下になるための現像液吐出量x(cm/sec)が求められる。
【0039】
レジスト1は、0.001≧0.03/xの条件を満たせばよい。また、レジスト2は、0.1≧0.03/xの条件を満たせばよい。
【0040】
従って、レジスト1に対する現像液吐出量が、30cm/sec以上であれば、現像液中のレジスト1の溶解濃度が“限界溶け込み濃度”以下になることが解る。また、レジスト2に対する現像液吐出量が、0.3cm/sec以上であれば、現像液中のレジスト2の溶解濃度が“限界溶け込み濃度”以下になることが解る。
【0041】
以下に、本実施形態の現像方法をフォトマスク製造工程に適用した例を示す。図5は、本発明の第1の実施形態に係わるフォトマスク製造工程を示す断面図である。
【0042】
まず、被処理基板としてフォトマスク基板を2枚を用意する。図5(a)に示すように、フォトマスク基板50は、石英ガラス51上にCr遮光膜52が形成されて構成されている。2枚のフォトマスク基板50上にレジスト剤を塗布した後、ベークしてレジスト膜53を形成する。本実施形態では、レジストに化学増幅型EBポジレジスト(レジスト1)を用い、その膜厚は500nmとした。次に、レジスト膜53に対してEB描画装置によりパターン描画を行う。パターン描画により露光部54を形成する。その後Post−Exposure−Bake(PEB)を行った。PEBは120℃、900秒で行った。
【0043】
この後、図5(b)に示すように、2枚のフォトマスク基板50の表面に対して現像液55を供給して、レジスト膜53の現像を行う。一方のフォトマスク基板は、図2に示した現像装置を用いて現像する。現像条件は、先に見積もった現像液吐出量30(cm/sec)、ノズルスキャン速度0.1(cm/sec)で現像を行った。現像時間はおよそ150秒であった。他方のフォトマスク基板は、図6(a)に示す現像装置で現像を行う。図6(a)に示すように、フォトマスク基板50は、チャック72で保持されている。回転機構73により回転するフォトマスク基板50に対して、ノズル74から現像液75をスプレーして現像を行う。また、図6(b)に示す、停止状態のフォトマスク基板50に対してノズル76から現像液77を滴下するパドル法を用いても良い。これらの現像法(従来法)では、パターンの疎密に応じて、現像液中のレジスト1の溶解濃度が“限界溶け込み濃度”以上になる領域が生じてしまう。
【0044】
現像終了後、図5(c)に示すように、フォトマスク基板50の洗浄、及び乾燥を順次行う。
【0045】
次にフォトマスク基板2枚ともプラズマエッチング装置により、Cr遮光膜52をドライエッチングした。本実施形態では、塩素/酸素等の混合ガスからなるエッチングガスを用いた。エッチング時間はおよそ360秒であった。
【0046】
最後にレジストアッシング装置及びレジスト剥離洗浄装置による処理でレジスト膜53を剥離してフォトマスクを完成させた。形成されたパターンを図7に示す。図7に示すように、ラインパターンに隣接してパッドパターンが配置されている。ラインパターンとパッドパターンとの距離Xが複数種有る領域が形成されている。ラインパターンのターゲット寸法を600nmに固定している。
【0047】
その後2枚のフォトマスク基板の同じパターンの遮光膜Cr寸法を寸法測定装置により測定する。測定結果と測定パターンの説明図を図8に示す。図8は、距離Xに対するラインパターン寸法Yを示す特性図である。
【0048】
従来の現増法で形成されたパターンの場合、距離Xが広まるに連れて、寸法誤差が大きくなっている。これは、距離Xが広まるに連れて、現像液へのレジスト溶解濃度が高まり、“限界溶け込み濃度”を超えるため現像のローディング効果が顕著となるためである。
【0049】
一方、本実施形態の現像方法で形成されたパターンの場合、距離Xが変化しても、寸法誤差を5nmに収めることが出来ている。これは、レジスト溶解濃度は低く、“限界溶け込み濃度”以下であるためである。
【0050】
本実施形態では現像液の吐出量は予め設定された一定量であったが、現像液中に溶け込んだレジスト濃度が“限界溶け込み濃度”以下であれば、現像されるパターン領域での開口率に応じて、現像液吐出量及びノズルスキャン速度を変化させても良い。
【0051】
図9はレジスト開口率と現像液吐出量の設定方法の一例を示す図である。図中A,B,Cはいずれも現像液中のレジスト濃度が“限界溶け込み濃度”を超えることが無い現像液吐出量であるように設定されている。図10,11は実際の半導体ウェハ及び露光用マスクの現像におけるレジスト開口率分布と現像液吐出量設定値を示す図である。
【0052】
図10(a)は、半導体ウェハの構成を示す図である。図10(b)は、図10(a)IからI’にかけてのレジスト開口率分布を示す図である。図10(c)は、IからI’にかけての現像液吐出速度分布を示す図である。図10において、ウエハ101に複数のチップ102が形成されている。
【0053】
図11(a)は、露光用マスクの構成を示す図である。図11(b)は、図11(a)IIからII’にかけてのレジスト開口率分布を示す図である。図11(c)は、IIからII’にかけての現像液吐出速度分布を示す図である。
【0054】
図10(c)、図11(c)に示すように、パターン開口率の低い領域での現像液吐出速度を少なくすることで、現像液使用量をより削減できる。
【0055】
本実施形態では基板としてフォトマスク基板を用いたが、この他に半導体基板、EB露光などの次世代リソグラフィ用マスク基板、フラットパネルディスプレー用基板などを用いても同様の効果を得ることが出来る。
【0056】
(第2の実施形態)
まず、本実施形態で用いる現像装置の薬液吐出/吸引部(以下スキャンノズルと呼ぶ)の構成に付いて図12〜14について説明する。図12は、スキャンノズルの下面の構成を示す平面図である。図13は、スキャンノズルの構成を示す断面図である。図14は、スキャンノズルを移動方向前方側から見た図である。
【0057】
薬液吐出/吸引部(以下スキャンノズルと呼ぶ)は、基板に対しての移動方向と垂直な方向に幅18cm、移動方向と平行な方向に奥行き5cm程度の大きさである。また、図12に示すようにスキャンノズルの基板と向き合う面には5つのスリット状の口121〜125がある。中央の口(現像液吐出スリット)121からは現像液が吐出する。その両隣の二つの口(吸引スリット)122,123からは基板上の薬液が吸引される。更にその外側の二つの口(プリウエット液吐出スリット・リンス液吐出スリット)124,125からはプリウエット液又はリンス液が吐出する。移動方向前方にプリウエット液を吐出するプリウエット液吐出スリット124、移動方向後方に、リンス液を吐出するリンス液吐出スリット125が配置されている。現像液吐出スリット121は長さ150mm、幅1mmである。吸引スリット122,123は長さ155mm、幅1mmである。プリウエット液吐出スリット124及びリンス液吐出スリット125は、長さ155mm、幅2mmである。
【0058】
図13に示すように、現像液供給ライン136から現像液吐出ノズル131に供給された現像液が、現像液吐出スリット121から基板130に吐出される。また、吸引スリット122,123から吸引された薬液は、吸引ノズル132,133、及び吸引ライン136,137を介してスキャンノズル120の外部に排出される。プリウエット液供給ライン139からプリウエット液吐出ノズル134に供給されたプリウエット液が、プリウエット液吐出スリット124から基板130に吐出される。リンス液供給ライン140からリンス液吐出ノズル135に供給されたリンス液が、リンス液吐出スリット125から基板130に吐出される。
【0059】
現像液吐出スリット121から吐出された現像液が吸引スリット122,123より外側に薬液がはみ出さないように制御されている。この制御は、吸引スリット122,123からの吸引力と現像液吐出スリット121からの吐出速度とを調整することにより行われる。
それぞれのラインには、それぞれのラインに接続されたポンプから現像液、プリウエット液及びリンス液が供給される。
【0060】
吸引口から吸引された溶液のpHを測定するpHメータ151が設けられている。本実施形態では、pHモニター151が使用されず、他の実施形態で説明する。
【0061】
図14に示すように現像装置は、基板120が載置される基板ホルダ141と、スキャンノズル120に備え付けられたギャップ測定機構142と、スキャンノズル120の両端に備え付けられたギャップ調整機構143と、スキャンノズル120と基板ホルダ141とを相対的に略水平方向に移動させるためのスキャンステージ144とを備えている。
【0062】
ギャップ測定機構142は、スキャンノズル120の側面に設けられている。ギャップ測定機構142は、スキャンノズル120の下面と基板130の上面との間隔を測定する。測定は、レーザー光を用いて行われる。
【0063】
ギャップ調整機構143は、スキャンノズル120の両端部に設けられ、スキャンノズル120と一体でスキャンステージ144上を水平直線方向に移動可能に取付けられている。
【0064】
そして、ギャップ調整機構143は、ピエゾ素子を備えており、ギャップ測定機構142による測定結果に基づいて、スキャンノズル120の下面と基板ホルダ141に載置される基板130の上面との間隔を所定値に調整するようになっている。例えば、10〜500μmの範囲でギャップを調整することができる。
【0065】
図15にポジ型レジストにおける5mm角領域の現像後の平均の開口率と、所望のレジスト寸法に仕上げるためのノズルと基板間のギャップの関係を示す。開口率が大きくなるほど、最適なギャップが小さくなることが判る。これは、開口率が大きいほど除去しなければならないレジストの体積が増えるため、より高速に現像液を流し新鮮な現像液に早く置換する必要があるためである。ギャップを小さくすることにより、基板に接する単位体積領域に単位時間当たりに通過する現像液の量が多くなり、レジスト上の現像液を速く置換することができる。
【0066】
また、図16にノズルと基板表面のギャップと現像後のレジスト寸法の関係を示す。現像液速度は0.2l/minとした。図16から、ギャップが0.5mm以上になると、急激に寸法が変化してしまうことがわかる。これは、ギャップが大きくなるとレジスト表面上の現像液の流速が遅くなり、現像液の置換効率が落ちるためである。すなわち、基板とノズルの間隙は0.5mm以下が望ましく、一方近すぎてもノズルの加工精度やギャップ制御精度などにより基板とノズルの接触が懸念されるので、現実的には0.01mm以上0.5mm以下が良い。
【0067】
また、図17にノズルと基板との間隙を流れる現像液の平均の流速と、現像後のレジスト寸法の関係を示す。現像液の平均の流速はギャップと現像液の吐出速度から算出される。図17に示すように、平均流速が0.02m/sec未満になると急激に現像が寸法が変化することがわかる。これは、レジスト表面上の現像液の流速が遅くなり、現像液の置換効率が落ちるためである。従って、現像液の平均の流速は、0.02m/sec以上であることが好ましい。
【0068】
これらの関係を用いて実際にフォトマスクを製作した例を以下に説明する。 厚さ400nmのポジ型化学増幅レジストが塗布されているCrマスクブランクスに、電子ビーム描画装置にて、システムLSIデバイスパターンのあるレイヤーを描画する。
【0069】
描画されるシステムLSIデバイスパターンのレイヤーの概略を図18に示す。図18は、本発明の第2の実施形態に係わるシステムLSIデバイスパターンのあるレイヤーの概略を示す平面図である。図18に示すように、システムLSIデバイスパターン170の半分は、ロジックデバイスである。残りの半分はメモリデバイス領域となっている。現像後のレジストパターンの開口率は、メモリデバイス領域171で45%、ロジックデバイス領域172で80%である。メモリデバイス領域171とロジックデバイス領域172とで大きく異なっている。
【0070】
従来、このようなパターンを現像すると、ロジックデバイス領域172で所望の寸法に仕上がる条件ではメモリデバイス領域171が所望の寸法からずれてしまう。両方の領域171,172を同時に所望の寸法に仕上げるためには、描画するパターン寸法を変える必要があった。しかしながら場所により描画データを変える事はデータ変換の時間と費用が増大するため改善が必要とされていた。
【0071】
描画後、110度で15分間ベークを行なった。次に、前述した現像装置の基板ホルダ141に基板130を載せる。次いで、図19(a)〜図19(c)に示すように、一端Aからそれに対向する他端Bにむけて、スキャンノズル120一定速度で直線移動させて現像処理を行う。このとき、スキャンノズル120の下面と基板130の上面とのギャップを二つの吸引スリット122,123の間にある領域における、パターンの平均開口率にあわせて所望の寸法になるように制御した。図20にスキャンノズルの位置とギャップとの関係を示す。すなわち、開口率が大きいロジックデバイス領域172はギャップを小さく、開口率が小さいメモリデバイス領域171ではギャップを大きくした。スキャンノズル20の移動速度は1mm/secである。現像液は0.27規定のアルカリ現像液である。吐出速度を0.2l/minとした。現像液吐出スリットと吸引スリットの間隔が5mmでそれが現像液吐出スリットの両側に有り、薬液吐出スリットの幅が1mmであるので、スキャンノズルと基板表面との間で現像液が存在しているのは移動方向と平行な方向において約11mmである。すなわち、基板表面のある一点に注目した時にその場所を現像液が通過する時間は約11秒であり、実効の現像時間は約11秒と言うことになる。
【0072】
本現像処理により、現像液を吐出したのちノズルと基板表面との間隙を高速に現像液が流れすぐに吸引除去されることで、新鮮な現像液を常にレジスト表面に供給することが可能となっている効果により、フォトマスク全面に渡り均一な現像処理が実現できた。
【0073】
次いで、形成したレジストパターンをエッチングマスクとして反応性イオンエッチングによりCr膜をエッチングする。エッチングガスには塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いた。その後、アッシング装置によりレジストを剥離し、洗浄機により洗浄した。そして、形成されたCrパターン寸法を寸法測定装置により測定した。その結果、パターン寸法の平均値と目標寸法との差は2nm、Crパターン寸法の面内均一性は開口率に依存した分布も無く6nm(3σ)であった。
【0074】
次に、本実施形態に示した現像方法の有効性を確かめる実験として、出荷されたマスクを用いて、ArFスキャナーでウェハに露光を行い、露光裕度の評価を行った。評価はデフォーカス量と露光量を変化させてウェハ上に形成したレジストパターン寸法をSEMにより測定する事で行った。その結果、ウェハ上に形成されたレジストパターン寸法の変動量が10%以下になるデフォーカス裕度は0.40μmあり、その時の露光量裕度は12%であった。
【0075】
また、本実施形態はポジ型レジストへの適用例であるが、ネガ型レジストでも同様に可能であることは言うまでもない。さらにまた、本実施形態はマスク製作プロセスの現像工程への適用例であるがこれに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ製造工程や、ウェハプロセスなどで、レジスト剥離、表面自然酸化膜除去、洗浄などあらゆる薬液処理に適用できる。
【0076】
(第3の実施形態)
第2の実施形態では、露光部の比率に応じてギャップを調整して、パターンを均一に仕上げる現像方法を説明した。本実施形態では、露光部の比率に応じてスキャンノズルのスキャン速度を調整してパターンを均一に仕上げる現像方法を説明する。
【0077】
図21にポジ型レジストにおける5mm各領域の現像後の平均の開口率と、所望のレジスト寸法に仕上げるためのノズルのスキャン速度の関係を示す。図21に示すように、開口率が大きくなるほど、最適なスキャン速度が遅くなることが判る。これは、開口率が大きいほど除去しなければならないレジストの体積が増えるため、より長く現像液を流し新鮮な現像液を多く供給する必要があるためである。この関係を用いて実際にフォトマスクを製作した例を以下に説明する。
【0078】
レジスト塗布条件、及び露光パターン、露光条件、PEB条件は、第2の実施形態と同様なので説明を省略する。
次に、第2の実施形態と同様に、スキャンノズルを基板の一端から他端に向けてスキャンさせて現像を行う。スキャン時、スキャン速度を開口率に応じて変化させながら現像処理を行う。二つの吸引口間にあるパターンの平均開口率に応じて、スキャン速度を制御して現像処理を行った。図22にスキャンノズルの位置とスキャン速度との関係を示す。
【0079】
図22に示すように、開口率が大きいロジックデバイス領域ではスキャン速度を遅く、開口率が小さいメモリデバイス領域ではスキャン速度を速くする。スキャン速度は、開口率に応じて1.2〜1.6mm/secの間で変化する。用いた現像液は0.27規定のアルカリ現像液である。現像液の吐出速度は、0.2l/minに設定した。
【0080】
現像液吐出スリットと吸引スリットの間隔が5mmである。二つの吸引スリットが現像液吐出スリットの両側に有り、それらの幅が1mmである。よって、スキャンノズルと基板表面との間で現像液が存在しているのは移動方向と平行な方向において約11mmである。すなわち、基板表面のある一点に注目した時にその場所を現像液が通過する時間は約7〜9秒であり、実効の現像時間は約7〜9秒ということになる。
【0081】
本実施形態に示した現像処理方法により、現像液を吐出したのちノズルと基板表面との間隙を高速に現像液が流れすぐに吸引除去されることで、また、開口率に応じた必要な現像時間が確保されることで、新鮮な現像液を常にレジスト表面に供給することが可能となっている効果により、フォトマスク全面に渡り均一な現像処理が実現できた。
【0082】
次いで、形成したレジストパターンをエッチングマスクとして反応性イオンエッチングによりCr膜をエッチングした。エッチングガスには塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いた。その後、アッシング装置によりレジストを剥離し、洗浄機により洗浄した。そして、形成したCrパターン寸法を寸法測定装置により測定した。その結果、パターン寸法の平均値と目標寸法との差は2nm、Crパターン寸法の面内均一性は開口率に依存した分布も無く6nm(3σ)であった。
【0083】
次に、本方法の有効性を確かめる実験として、出荷したマスクを用いて、ArFスキャナーでウェハに露光を行い、露光裕度の評価を行った。評価はデフォーカス量と露光量を変化させてウェハ上に形成したレジストパターン寸法をSEMにより測定する事で行った。その結果、ウェハ上に形成したレジストパターン寸法の変動量が10%以下になるデフォーカス裕度は0.40μmあり、その時の露光量裕度は12%であった。
【0084】
また、本実施形態はポジ型レジストへの適用例であるが、ネガ型レジストでも同様に可能であることは言うまでもない。ネガ型レジストの場合、開口率が大きいところはスキャン速度を速くし、開口率が小さいところはスキャン速度を遅くする。
【0085】
さらにまた、本実施形態はマスク製作プロセスの現像工程への適用例であるがこれに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ製造工程や、ウェハプロセスなどで、レジスト剥離、表面自然酸化膜除去、洗浄などあらゆる薬液処理に適用できる。
【0086】
(第4の実施形態)
第2,3の実施形態では、露光部の比率に応じてギャップ又はスキャン速度を調整してパターンを均一に仕上げる現像方法を説明した。本実施形態では、露光部の比率に応じてスキャンノズルの現像液吐出速度を調整してパターンを均一に仕上げる現像方法を説明する。
【0087】
図23にポジ型レジストにおける5mm各領域の現像後の平均の開口率と、所望のレジスト寸法に仕上げるための現像液吐出速度の関係を示す。
【0088】
図23に示すように、開口率が大きくなるほど、最適な現像液吐出速度が大ききくなることが判る。これは、開口率が大きいほど除去しなければならないレジストの体積が増えるため、より多くの現像液を流し新鮮な現像液を早く供給する必要があるためである。平均の現像液流速は、スキャンノズル−基板間の現像液が流れる空間の断面積をその空間に流れる現像液の供給速度で割った値である。
【0089】
本実施形態では、スキャンノズル−基板間のギャップが50μm、吐出口及び吸引口の幅が150mmであるので、現像液が流れる空間の断面積は、約7.5mmである。そこに5ml/minの吐出速度で現像液を吐出させた場合、流速は約5.5mm/secになる。
【0090】
ところで、スキャンノズルの移動速度は1mm/secに固定し、様々現像液吐出速度で現像処理を行った。その結果、現像液流速が1mm/sec以下になると、急激にパターン寸法が変化してしまうことがわかった。これは、現像液吐出スリットからリンススリット側(スキャン方向後方側)の現像液流速とスキャン速度がほぼ同じになってしまったためであることが判った。二つの速度が等しくなることで、現像液の置換が行われ無くなったために生じたものである。すなわち、基板とノズルの間隙を流れる現像液の流速が、ノズルスキャン速度より早いことが望ましい。以下にこの関係を用いて実際にフォトマスクを製作した例を以下に説明する。
【0091】
レジスト塗布条件、及び露光パターン、露光条件、PEB条件は、第2の実施形態と同様なので説明を省略する。
【0092】
次に、第2の実施形態と同様に、スキャンノズルを基板の一端から他端に向けてスキャンさせて現像を行う。スキャン時、現像液吐出速度を開口率に応じて変化させながら現像処理を行う。二つの吸引口間にあるパターンの平均開口率に応じて、現像液吐出を制御して現像処理を行った。図24にスキャンノズルの位置とスキャン速度との関係を示す。
【0093】
図24に示すように、開口率が大きいところは現像液吐出速度を大きくし、開口率が小さいところは現像液吐出速度を小さくした。開口率に応じて現像液吐出速度を0.18〜0.26l/minとした。現像液は0.27規定のアルカリ現像液である。現像液吐出スリットと吸引スリットの間隔が5mmである。また、二つの吸引スリットが現像液吐出スリットの両側に有る。薬液吐出スリットの幅が1mmである。よって、スキャンノズルと基板表面との間で現像液が存在しているのは移動方向と平行な方向において約11mmである。すなわち、基板表面のある一点に注目した時にその場所を現像液が通過する時間は約11秒である。実効的な現像時間は約11秒である。
【0094】
本現像処理により、現像液を吐出したのちノズルと基板表面との間隙を高速に現像液が流れすぐに吸引除去されることで、また、開口率に応じた必要な現像液流量が確保されることで、新鮮な現像液を常にレジスト表面に供給することが可能となっている効果により、フォトマスク全面に渡り均一な現像処理が実現できた。
【0095】
次いで、形成したレジストパターンをエッチングマスクとして反応性イオンエッチングによりCr膜をエッチングした。エッチングガスには塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いた。その後、アッシング装置によりレジストを剥離し、洗浄機により洗浄した。
【0096】
形成されたCrパターン寸法を寸法測定装置により測定した。その結果、パターン寸法の平均値と目標寸法との差は2nm、Crパターン寸法の面内均一性は開口率に依存した分布も無く6nm(3σ)であった。
【0097】
次に、本実施形態に示した現像処理の有効性を確かめる実験として、出荷したマスクを用いて、ArFスキャナーでウェハに露光を行い、露光裕度の評価を行った。評価はデフォーカス量と露光量を変化させてウェハ上に形成したレジストパターン寸法をSEMにより測定する事で行った。その結果、ウェハ上に形成したレジストパターン寸法の変動量が10%以下になるデフォーカス裕度は0.40μmあり、その時の露光量裕度は12%であった。
【0098】
また、本実施形態はポジ型レジストへの適用例であるが、ネガ型レジストでも同様に可能であることは言うまでもない。ネガ型レジストの場合、開口率が大きいところは現像液吐出速度を少なく、開口率が小さいところは現像液吐出速度を多くなるように制御する。さらにまた、本実施形態はマスク製作プロセスの現像工程への適用例であるがこれに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ製造工程や、ウェハプロセスなどで、レジスト剥離、表面自然酸化膜除去、洗浄などあらゆる薬液処理に適用できる。
【0099】
(第5の実施形態)
吸引された薬液のpH値を常時モニターするpHメーターから、所望のpH値になるようにスキャン速度を制御して現像を行う方法について説明する。
【0100】
実際にフォトマスクを製作した例を以下に説明する。レジスト塗布条件、及び露光パターン、露光条件、PEB条件は、第2の実施形態と同様なので説明を省略する。
【0101】
次に、第2の実施形態と同様に、スキャンノズルを基板の一端から他端に向けてスキャンさせて現像を行う。スキャン時、pHメータの測定値が新鮮な現像液の値をほぼ維持するように、スキャン速度を変化させながら現像処理を行う。
【0102】
このときのスキャン速度とノズル下面のパターン開口率の関係を図25に示す。その結果は、開口率が大きいところはスキャン速度が遅くなり、開口率が小さいところはスキャン速度が早くなった。開口率に応じてスキャン速度が1.2〜1.6mm/secの間で変化している。現像液は0.27規定のアルカリ現像液である。現像液の吐出速度を0.2l/minとした。
【0103】
現像液吐出スリットと吸引スリットとの間隔は5mmである。二つの吸引スリットが現像液吐出スリットの両側に有る。薬液吐出スリットの幅が1mmである。よって、スキャンノズルと基板表面との間で現像液が存在しているのは移動方向と平行な方向において約11mmである。すなわち、基板表面のある一点に注目した時にその場所を現像液が通過する時間は約7〜9秒である。よって、実効の現像時間は約7〜9秒ということになる。
【0104】
上述した現像処理により、現像液を吐出したのちノズルと基板表面との間隙を高速に現像液が流れすぐに吸引除去されることで、また、開口率に応じた必要な現像時間が確保されることで、新鮮な現像液を常にレジスト表面に供給することが可能となっている効果により、フォトマスク全面に渡り均一な現像処理が実現できた。
【0105】
次いで、形成したレジストパターンをエッチングマスクとして反応性イオンエッチングによりCr膜をエッチングした。エッチングガスには塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いた。その後、アッシング装置によりレジストを剥離し、洗浄機により洗浄した。そして、形成したCrパターン寸法を寸法測定装置により測定した。その結果、パターン寸法の平均値と目標寸法との差は2nm、Crパターン寸法の面内均一性は開口率に依存した分布も無く6nm(3σ)であった。
【0106】
次に、上述した現像方法の有効性を確かめる実験として、出荷したマスクを用いて、ArFスキャナーでウェハに露光を行い、露光裕度の評価を行った。評価はデフォーカス量と露光量を変化させてウェハ上に形成したレジストパターン寸法をSEMにより測定する事で行った。その結果、ウェハ上に形成したレジストパターン寸法の変動量が10%以下になるデフォーカス裕度は0.40μmあり、その時の露光量裕度は12%であった。
【0107】
また、本実施形態は吸引現像液の濃度をペーハーモニターで計測したが、光学透過率や、電気伝導度でモニターしても良い。また、本実施形態はマスク製作プロセスの現像工程への適用例であるがこれに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ製造工程や、ウェハプロセスなどで、レジスト剥離、表面自然酸化膜除去、洗浄などあらゆる薬液処理に適用できる。
【0108】
(第6の実施形態)
本実施形態では、レジスト剥離後のフォトマスク基板の洗浄処理について説明する。用いられる洗浄装置は、第2の実施形態で用いた現像装置と同様である。但し、現像液吐出口から現像液ではなく、オゾン水を吐出する。また、pHカウンターの代わりにパーティクルカウンタが設けられている。その他の構成は同様であるので図示、及び説明を省略する。
【0109】
Crパターン形成を終えたレジスト剥離後のマスクを欠陥検査装置により検査した結果、280個の異物が確認できた。このマスクを、従来のマスク洗浄機で洗浄を行った結果、異物の数を73個に減少させることが出来た。しかし、この異物の数では依然として不十分である。そこで、従来、同じ洗浄装置に3回の洗浄を行って、異物を0個にしていた。このように、従来、洗浄能力は十分ではなく、異物を除去するために多くの時間を費やしていた。
【0110】
同様にレジスト剥離後に332個の異物が付着していたマスクを上述した洗浄装置に基板を載せ、一端Aからそれに対向する他端Bにむけて、パーティクルカウンターの測定値が0.1個/min以下になるようにスキャン速度を変化させながらオゾン水処理を行った。オゾン水吐出速度は0.2l/minに設定されている。なお。汚れがひどい場合はパーティクルカウンターが0.1個/min以下になるまでスキャン速度が0になることもある。
【0111】
オゾン水吐出スリットと吸引スリットの間隔が5mmである。二つの吸引スリットがオゾン水吐出スリットの両側に有る。薬液吐出スリットの幅が1mmである。よって、スキャンノズルと基板表面との間でオゾン水が存在しているのは移動方向と平行な方向において約11mmである。
【0112】
本洗浄により、オゾン水を吐出したのちノズルと基板表面との間隙を高速にオゾン水が流れ異物を除去した後すぐに吸引除去される。よって、マスク上への異物の最付着が防止される。
【0113】
また、パーティクルカウンターの値が0.1個/min以下になるようにスキャン速度を変化させながらオゾン水処理することで、常にマスク表面が清浄になることを実現させながらフォトマスク基板全面に渡り均一なオゾン水処理が実現できた。その結果、洗浄後のマスクの異物の数は0個となり、マスクの清浄度に合わせた安定した洗浄を実現できた。
【0114】
また、本実施形態は洗浄度合いをパーティクルカウンターで計測したが、光学透過率や、電気伝導度でモニターしても良い。また、本実施形態はマスク製作プロセスの現像工程への適用例であるがこれに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ製造工程や、ウェハプロセスなどで、レジスト剥離、表面自然酸化膜除去などあらゆる薬液処理に適用することができる。
【0115】
(第7の実施形態)
本発明の実施形態を図面を用いつつ説明する。まず、本発明に用いた基板処理装置の薬液吐出/吸引部について説明する。
【0116】
本実施形態の現像装置では、第2の実施形態で図12〜図14を参照して説明したスキャンノズルと同様のスキャンノズルを二つ有する。現像装置を図26を参照して説明する。図26は、本発明の第7の実施形態に係わるスキャンノズルの下面の構成を示す平面図である。
【0117】
図26に示すように同じ構造の薬液吐出/吸引部(以下スキャンノズルと呼ぶ)を2つ有し、いずれのスキャンノズルも基板に対しての移動方向と垂直な方向に幅35cm、移動方向と平行な方向に幅5cm程度の大きさである。また、スキャンノズルの基板に対向するそれぞれのスキャンノズルの下面には、5つのスリット状の口が設けられている。
【0118】
先ず、第1のスキャンノズル260の構成について説明する。中央のオゾン水吐出スリット261からはオゾン水液が吐出する。その両隣の二つの第1の吸引スリット262,263からは基板上の溶液(オゾン水,プリウエット液,リンス液)が吸引される。更にその外側の二つの口(第1のプリウエット液吐出スリット,第2のリンス液吐出スリット)264,265からはプリウエット液又はリンス液が吐出する。移動方向前方にプリウエット液を吐出するプリウエット液吐出スリット264、移動方向後方に、リンス液を吐出するリンス液吐出スリット265が配置されている。
【0119】
先ず、第2のスキャンノズル270の構成について説明する。中央の現像液吐出スリット271からは現像液が吐出する。その両隣の二つの吸引スリット272,273からは基板上の溶液(現像液,プリウエット液,リンス液)が吸引される。更にその外側の二つの口(プリウエット液吐出スリット,リンス液吐出スリット)274,275からはプリウエット液又はリンス液が吐出する。移動方向前方にプリウエット液を吐出するプリウエット液吐出スリット274、移動方向後方に、リンス液を吐出するリンス液吐出スリット275が配置されている。
【0120】
オゾン水吐出スリット261,及び現像液吐出スリット271の長さは310mm、幅は1mmである。第1〜第4の吸引スリット262,263,272,273は長さ310mm、幅3mm。第1及び第2のプリウエット液吐出スリット264,274第1及び第2のリンス液吐出スリット265,275のは長さ310mm、幅は3mmである。吸引スリット262,263,272,273からの吸引力とオゾン水又は現像液吐出スリット261,271からの吐出速度をバランスさせ、オゾン水又は現像液吐出スリット261,271から吐出された薬液(現像液,オゾン水)が吸引スリットより外側に薬液がはみ出さないようにしている。プリウエット液・リンス液はいずれも純水でポンプにより各液吐出スリットから供給される。
【0121】
各スキャンノズルは260,270は、図13,14に示したように、スキャンノズル120に備え付けられたギャップ測定機構142と、スキャンノズル120の両端に備え付けられたギャップ調整機構143と、スキャンノズル120と基板ホルダ141とを相対的に略水平方向に移動させるためのスキャンステージ144とを具備する。
【0122】
次に、基板処理の例について説明する。ポジ型化学増幅レジストを500nmの厚さに塗布してあるCrマスクブランクスに、50keVの加速電圧を有した電子ビーム描画装置にて、0.1μmルールのラインアンドスペース系のDRAMのパターンを描画した。描画後、110度で15分間ベークを行なった。このベーク工程において、レジストから蒸散した酸がレジストに再付着することで、レジスト表面の難溶化層の状態に描画面積率に依存が発生し、それが現像後のパターン寸法変動となり寸法均一性を悪化させる。
【0123】
次に、現像装置に基板を搭載する。図27(a)〜(c)に示すように、基板130の一端Aからそれに対向する他端Bにむけて、オゾン水処理を行う第1のスキャンノズル260を一定速度で移動させてオゾン水処理を行う。第1のスキャンノズル260の移動速度は20mm/secに設定されている。オゾン水のオゾン濃度は5ppm、吐出速度を1l/minとした。オゾン水吐出スリット261と吸引スリット262,263の間隔が10mmで、オゾン水吐出スリット261の幅が1mmであるので、スキャンノズルと基板表面との間でオゾン水が存在しているのは移動方向と平行な方向において約21mmである。すなわち、基板表面のある一点に注目した時にその場所をオゾン水が通過する時間は約1秒であり、実効のオゾン水処理時間は約1秒と言うことになる。この短時間のオゾン水処理によりレジスト表面に形成された極薄の難溶化層だけを取り除くことが可能になり、次の現像処理工程でのレジストの溶解が均一に始まるのである。本装置を用いることで、このように短い時間の薬液処理を面内に均一に行うことが出来る。
【0124】
従来から行われているスプレーと基板回転の組み合わせや、パドルとスピン乾燥の組み合わせでは、面内の処理時間が異なり均一な処理が実現できない。図29にオゾン水濃度とレジストエッチング量の関係及びレジスト表面粗さの関係を示した。0.2ppm以上ではレジストをエッチングする効果は少なく、また、35ppmより大だと表面粗さが急激に多くなることがわかった。このことから、オゾン水のオゾン濃度は0.2ppmから35ppmの間で用いる必要がある。より好ましくは、0.2ppm以上5ppm以下のオゾン濃度のオゾン水を用いることが好ましい。
【0125】
次に、現像処理を行う第2のスキャンノズル270を、図28(d)〜(f)に示すように、基板130の一端Aからそれに対向する他端Bにむけて、一定速度で移動させて現像処理を行った。移動速度は1mm/secである。現像液は0.27規定のアルカリ現像液である。吐出速度を0.5l/minとした。現像液吐出スリット271と吸引スリット272,273の間隔が10mm、現像液吐出スリット271の幅が1mmである。よって、第2のスキャンノズル270と基板表面との間で現像液が存在しているのは移動方向と平行な方向において約21mmである。すなわち、基板表面のある一点に注目した時にその場所を現像液が通過する時間は約21秒であり、実効の現像時間は約21秒と言うことになる。本現像処理により、レジスト溶解が均一に始まることに加えて、現像液を吐出したのちノズルと基板表面との間隙を高速に現像液が流れすぐに吸引除去されることで、新鮮な現像液を常にレジスト表面に供給することが可能となっている効果により、フォトマスク全面に渡り均一な現像処理が実現できた。すなわち、近接スキャンノズルによる均一なオゾン水処理と現像処理の組み合わせにより始めて実現できるものである。
【0126】
次いで、形成したレジストパターンをエッチングマスクとして反応性イオンエッチングによりCr膜をエッチングした。エッチングガスには塩素ガスと酸素ガスの混合ガスを用いた。その後、アッシング装置によりレジストを剥離し、洗浄機により洗浄した。そして、形成したCrパターン寸法を寸法測定装置により測定した。その結果、パターン寸法の平均値と目標寸法との差は2nm、Crパターン寸法の面内均一性は6nm(3σ)であった。
【0127】
次に、本現像方法の有効性を確かめる実験として、出荷したマスクを用いて、ArFスキャナーでウェハに対して露光を行って、露光裕度の評価を行った。評価はデフォーカス量と露光量を変化させてウェハ上に形成したレジストパターン寸法をSEMにより測定する事で行った。その結果、ウェハ上に形成したレジストパターン寸法の変動量が10%以下になるデフォーカス裕度は0.40μmあり、その時の露光量裕度は12%であった。
【0128】
また、本実施形態はフォトマスク製造工程の現像工程への適用例であるがこれに限るものではなく、フラットパネルディスプレイ製造工程や、ウエハプロセスなどで、レジスト剥離、表面自然酸化膜除去、洗浄などあらゆる薬液処理に適用できる。
【0129】
(第8の実施形態)
本発明の実施の形態1についてウェハを現像する場合を例に図1を参照して詳細に説明する。
【0130】
図30,31,32は、本発明の第8の実施形態にかかわる現像装置の概略構成を示す図である。
【0131】
図30(a),(b)に示すように、現像装置の現像ノズル310は、現像液吐出ノズル313及び吸引ノズル314を具備する。現像液吐出ノズル313は、基板300に対向する面に、現像液吐出口311を有する。現像液吐出ノズル313は、基板300に対向する面に、吐出口312を有する。吸引口312は、現像液吐出口311の周囲を連続的に囲うように配置されている。
【0132】
現像液吐出ノズル313は、供給・吸引系317の図示されない薬液キャニスターを加圧することにより現像液が現像液導入パイプ315を通して現像液吐出ノズル313内に供給される。供給された現像液が、現像液吐出口311から吐出される。吸引ノズル314は、排出パイプ316を介して、供給/吸引系317のポンプに接続されている。ポンプの吸引力で、吸引口から基板300上の溶液の吸引が行われる。吐出と吸引とが同時に行われることによって、現像液吐出口311と吸引口312との間の領域にのみ現像液301が存在するようになる。
【0133】
又、図31に示すように、基板300はバキュームチャック321で保持される。基板の周囲に、補助板322が設けられている。補助板322は上下移動させる駆動機構が設けられている。補助板322の表面は、現像液に対する濡れ性が基板310表面とほぼ等しいことが好ましい。基板310に対して、リンス液を供給するリンス液供給ノズル323が設けられている。リンス液供給ノズル323はリンス液を連続的に供給する。基板300上はリンス液供給ノズル323から供給されるリンス液で満たされた状態である。よって、吸引口312は現像液とリンス液の両方が混合された溶液を吸引する。現像液吐出、吸引、リンス液吐出は同時に行われ続ける。
【0134】
図32に示すように、現像ノズル310を、基板300に対して移動させる移動機構319を具備する。移動機構319は、現像ノズル310を水平方向、垂直方向に移動させる。制御系318は、供給/吸引系317及び移動機構319の制御を行う。制御系318は、現像液吐出速度、現像液吐出時間、吸引速度、吸引時間、リンス液吐出量、吐出時間、ノズル移動速度等を制御する。
【0135】
図30(b)に示すように、現像液吐出口311から吐出された現像液は、その周辺を取り囲んで配置された吸引口312へと向かう流れを作り、吸引口312内部で挟まれた領域においてのみ現像が行われる。すなわち制御系318は、現像液が吸引口312外部に漏洩しないよう現像液吐出圧力及び吸引圧力のバランスを取っている。
【0136】
現像液による処理領域は4πmmに設定されている。該ノズル310下面と基板300との距離を約100μmに設定されている。 次にウェハ上に現像液を供給する具体的方法を示す。加工しようとする下地膜上に0.4μm厚のレジスト等の感光性樹脂膜が形成されたウェハにKrFエキシマーステッパーによりマスクに形成されたパターンを転写し、感光性薄膜に0.13μmのパターン潜像を形成する。そのウェハをウェハ保持具で水平に保持する。現像液はTMAH(規定度0.27N)を使用し、現像液吐出速度、及び吸引速度を調整した。
【0137】
現像液吐出口径2mm、吸引口内径3.5mm、吸引口外径4.5mmとし、現像液吐出速度100cc/min、吸引速度100cc/min、リンス液吐出速度300cc/min、とした。
【0138】
次に処理方法について説明する。
まず、ウェハ基板をバキュームチャック321で保持する。現像ノズル310をウェハ主面上の端部上方に移動させる。補助板322の上面をウェハ面と同じ高さにする。ノズル310をウェハ主面上端部からギャップ100μm上の位置、且つ現像開始点に移動させる。
【0139】
処理条件を決定する手順について説明する。図33に0.13μmのパターンにおけるパターン被覆率とノズルスキャン速度との関係を示す。パターンの被覆率とは、現像処理により現像液に溶解せず、基板上に残るレジストの面積率のことである。
【0140】
被覆率が大きい時は被覆率が小さい場合に比べてポジレジストを使用した場合にレジストパターン寸法が大きく仕上がってしまう。そのために、被覆率に応じてスキャン速度を変えることにより所望の寸法を得る。その変化率も被覆率に応じて示される。その方法としては現像液吐出口から吸引口に流れる現像液によって形成される処理領域における被覆率を算出し、その値から所望のパターン寸法に仕上がるノズルのスキャン速度を予備実験のデータから算出する。
【0141】
今回処理するウェハ内のチップの被覆率分布を図34に示す。図34(a)はウェハの構成を示す平面図。図34(b)は、チップ内の被覆率分布を示す図である。ウエハの340のチップ341内のパターンの被覆率は、設計データから求めることができる。また、現像ノズルの移動方向側前方側に、基板に光を照射する光源と基板からの反射光強度を測定する反射光強度測定系を設ける。なお、反射光強度を測定する強度計は、処理領域の幅より長いラインセンサを用いることが好ましい。そして、、反射光強度測定系の測定結果の変化と処理領域形状とから求めることができる。また、反射光強度の代わりに透過光強度を測定し、反射強度測定系の測定結果の変化と処理領域形状とから求めることができる。
【0142】
現像ノズル310をチップ341のスキャン開始点上に移動させる。そして、現像液吐出、現像液吸引、リンス液吐出を同時に行い、現像ノズル310の走査を開始する。現像ノズル310の軌跡を図35に示す。又、図36に処理時間とスキャン速度との関係を示す。スキャン開始後、被覆率50%の領域をノズルは通過するがその時のスキャン速度は図36に示すように1mm/sec、その後被覆率10%の領域を通過するがその時のスキャン速度は1.3mm/secというようにノズルが通過する領域の被覆率に応じたスキャン速度で処理を行う。処理領域の境界部についても被覆率を求めて所望のパターン寸法に仕上がるノズルスキャン速度となるようにした。
【0143】
現像処理が終了した後、基板を回転させ、基板上の液を振り切り、基板の乾燥を終了し、レジストパターン形成を完了した。
【0144】
形成されたパターンの目標値からのずれ量と被覆率との関係を図37に示す。パターン寸法が、全領域において目標値からのずれ量±5nm以下で形成することができた。
【0145】
又、本実施形態についてはレジストの現像の適用例を示したが、レジストの現像だけに限定されるものではない。例えばウェハのウエットエッチングや半導体製造用のフォトマスク製作プロセスにおける基板上の感光性膜の現像、ウエットエッチング、洗浄、及びカラーフィルター製作プロセス、及びDVD等のディスクの加工プロセスにおける現像等においても適用可能である。
【0146】
ノズルの大きさ、形状及び処理条件は実施例に示した形に限定されるものではない。例えば中心に薬液吐出口を配置し、その周辺を矩形形状の吸引口で囲ってもよい。又、図38(a),(b)に示す現像ノズル380のような構成であっても良い。吸引口311の外側にリンス液吐出口381が設けられている。図38(a)は、現像ノズルの下面の構成を示す平面図、図38(b)は現像ノズルの構成を示す平面図である。
【0147】
又、図39に示すように、吸引口312の周りに現像液吐出口311を配置してもよい。図39(a)は、現像ノズルの下面の構成を示す平面図、図39(b)は現像ノズルの構成を示す平面図である。
【0148】
又、ノズル吸引口の外側については本実施例に示したように必ずしもリンス液が存在しなければいけないわけではなく、例えばノズル吸引口の外側に他の液体があってもよいし、液体が無く、気体の状態でも良い。そのような場合には現像液吸引口の外側に現像液が漏洩しないように且つ外部の空気等雰囲気を吸引しないよう現像液吐出圧力、現像液吸引圧力のバランスを取る必要がある。
【0149】
処理条件についても所望の流速を得るため被処理物質の表面状態や処理液体の濡れ性やノズルの径や材質等によっても変える必要がある場合もあり、本実施形態内に示した値に限定されるものではない。又、パターンサイズが違う場合にもそれぞれのパターンサイズによって被覆率とスキャン速度の関係を予め取得し、所望の寸法に仕上がる最適なスキャン速度を選択することも勿論本方法に含まれる。処理領域は処理ウェハ上の全面は勿論、一部分の処理だけである場合も有り得る。
【0150】
(第9の実施形態)
図40は、本発明の第9の実施形態に係わる現像装置の現像ノズルの構成を示す図である。なお、30と同一部位には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0151】
この現像ノズル310の側面に、反射光学式モニタ400を取り付けられている。反射光学式モニタ400の測定値は、制御系318取り入れられる。制御系318は、測定値から基板上面とのノズル下面とのギャップを測定する。本実施形態では、ノズル310と基板とのギャップを制御することにより現像液流速を変化させて処理を行った。その他の構成は、第8の実施形態と同様であるので省略する。
【0152】
第8の実施形態の処理条件においては、処理液体の平均の流速は、0.1(mm)×4π×v(mm/sec) = 0.1/60(L/sec)であるから1.27m/sec程度となる。図41に被覆率と現像液の流速との関係を示す。
【0153】
所定の現像時間(スキャン速度:1mm/sec)において被覆率の異なるパターン寸法を等しく仕上げる為には、被覆率が大きいところでは流速を速くする必要がある。逆に被覆率が小さいところでは流速はそれほど早くなくともよい。現像ノズル310をスキャン開始点に移動させ、現像液吐出、現像液吸引、リンス液吐出を行った。その条件は現像液流速を基板の被覆率にあわせた最適流速となるようノズルと基板のギャップを変えながら行った。被覆率と最適流速との関係を図41に示す。より、具体的には、図42に処理時間に対する現像液流速を示す。
【0154】
図42に示す関係に基づいて、第8の実施形態と被覆率のチップと同様に現像処理する。
【0155】
現像処理が終了した後、ウェハを回転させてウェハ上のリンス液を振り切って乾燥させ、レジストパターン形成を完了した。
【0156】
又、流速の制御はギャップだけに限定されない。現像液吐出速度、現像液吸引速度を制御しても、行うことができる。
【0157】
(第10の実施形態)
レジスト膜の現像を行う前段階における表面処理について説明する。
【0158】
露光後、所定のベークを施したウェハ上のレジストに現像処理を行う前に、酸化処理を行う。露光部と未露光部では現像液に対する濡れ性が異なるために、現像処理を行った時に厳密には現像液の流速等が露光部と未露光部で異なる。酸化処理は、レジスト表面の現像液に対する濡れ性を基板全面で等しく、かつよくするために行われる。酸化処理には、オゾン水を用いた。
【0159】
図43は、本発明の第10の実施形態に係わる基板表面処理装置の処理ノズルの構成を示す図である。なお、図30と同一な部位には同一符号を付し、その説明を省略する。図43に示すように、処理ノズル430は、オゾン水供給ノズル432を具備する。オゾン水供給ノズル432は、基板300に対向する面にオゾン水吐出口431を有する。図示されない供給/吸引系から供給されたオゾン水が、オゾン水吐出口431から基板300に対して吐出される。
【0160】
次に、酸化処理について説明する。レジスト表面の酸化処理に用いられるオゾン水の濃度は3ppmとした。第8の実施形態と同様の被覆率を持ったチップに対して酸化処理を行う。第8の実施形態と同様に、図36に示す処理時間とスキャン速度との関係に基づいて処理を行う。酸化処理時、反射光学式モニタの測定値に応じて、処理ノズル430下面と基板300上面とのギャップが一定値となるように処理を行う。
【0161】
酸化処理後、被処理レジスト膜に対し現像処理を行う。その後、基板上にリンス液を供給してリンスを行った後、基板を回転させて基板上の液を振り切って基板の乾燥を行う。以上によりレジストパターンの形成が完了する。
【0162】
オゾン水処理前後で、レジスト膜上での現像液の接触角を測定し、濡れ性の評価を行った。接触角は、処理前に60°であったのが、処理後に54°に改善された。オゾン水処理により、レジスト膜の現像液に対する濡れ性が改善していることが確認された。濡れ性の改善により、基板上を現像液が非常に高速で流れることが可能になる。その結果、現像時のパターン間の現像阻害物の置換効果が向上し、パターン疎密による寸法差を±4nmにまで低減することができた。
【0163】
なお、処理時間を変えるのに用いる手段は基板とノズルの相対速度だけに限定されない。例えば処理液濃度や温度、処理液の流速を変えることにより実効的処理時間を変えることも可能である。又、本方法は基板上のすべての領域について当該処理を実施することに限定されない。露光部のみ、あるいは未露光部のみ処理を実施する場合も有り得る。基板の表面処理については酸化性液体に限定されるものでもない。酸化性液体による処理後に還元性液体による処理を行っても良いし、濃度の極薄い酸性、アルカリ性の液体でも可能である。
【0164】
(第11の実施形態)
本実施形態では、マスク上のレジスト残りや付着ゴミ等を除去する洗浄に適用する場合について説明する。
【0165】
図44は、本発明の第11の実施形態に係わる処理装置の処理ノズルの構成を示す図である。処理に用いる処理ノズル430は、第10の実施形態で説明したノズルと同様なので、詳細な説明を省略する。洗浄液には濃度20ppmのオゾン水を用いる。
【0166】
次に、実際の処理について説明する。
レジストパターン形成後の6インチマスク基板上で欠陥検査を行い、レジスト残りや付着ゴミ等の異物441のマスク上の位置を予め検出する。
そのマスクを基板支持台にセットした後、図15で示したように欠陥座標位置上方にノズルを移動させる。処理ノズル430下面と基板300上面とのギャップを50μmに設定する。その後、オゾン水吐出口431からオゾン水を吐出すると同時に吸引口312から吸引する。処理ノズル430の位置を固定して、オゾン水の吐出及び吸引を10秒間行った後、オゾン水の吐出及び吸引動作を停止する。処理後、ノズルをノズル待機位置に退避させる。
【0167】
処理時、反射光学式モニタの測定値により、ギャップを50μmに制御する。ギャップの制御により、洗浄液の平均流速を10cm/sec以上とするようにした。
【0168】
処理後、基板300上にリンス液を供給しリンス処理を行った後、基板を回転させて基板上の液を振り切って基板の洗浄を終了する。
本実施形態による方法を用いて基板上の有機付着物をすべて除去することに成功した。
【0169】
発明者等の実験によれば、洗浄液流速が10cm/sec以上の場合に有機物付着は完全に除去されていることが確認できた。よって、洗浄液流速は10cm/sec以上であることが好ましい。 なお、洗浄液平均流速が10cm/secを実現できるギャップ、洗浄液吐出速度、洗浄液吸引速度を任意に選択することが可能であるのはいうまでもない。ポンプ等で液体に圧力等をかけ、意図的に与えても良い。
【0170】
又、レジストパターンに対してだけではなく、レジスト剥離後のクロムマスク及びハーフトーンマスクについての有機物付着に対しても本処理は有効である。
【0171】
(第12の実施形態)
本実施形態では、マスク上のレジスト残りや付着ゴミ等を除去する洗浄に適用する場合について説明する。
【0172】
図45は、本発明の第12の実施形態に係わる現像装置の現像ノズルの構成を示す図である。図45において、図30と同一な部位には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0173】
この現像ノズル450は、下面部に超音波振動子451を具備する。現像処理時超音波振動子451が動作することによって、現像ノズル450下面と基板300との間の現像液301に振動を与える。現像液の脈動により、図46に示すように、ウェハ461上のレジストパターン462間の現像液301の置換が効率的に行われる。その結果、所望のパターン寸法が得られるようになる。
【0174】
基板表面に現像ノズルを近づけて特定の流速の現像液だけで現像処理を行う場合、現像処理では例えば被覆率が異なるパターンを同時に所望の寸法に仕上げることは非常に困難である。これはパターン間における現像液置換の効率がよくないために生じていると考えられる。しかし、基板上の現像液に超音波振動を与えることにより、置換効率が向上し、被覆率が異なるパターンを同時に所望の寸法に仕上げることができる。
【0175】
なお、基板上の現像液に超音波振動を与える方法に限らず、現像液の流速を時間的に変動させても同様に、置換効率の向上を図ることができる。また、現像ノズルと基板との相対移動速度、及び該薬液吐出/吸引部と基板表面との間隔の少なくとも一方を時間的に変動させても同様の効果を得ることができる。
【0176】
また、図12〜図14に示した現像装置のスキャンノズルに超音波振動子を設けて、基板上の現像液に震動を与えても良い。また、現像液の流速、現像ノズルと基板との相対移動速度、及び該薬液吐出/吸引部と基板表面との間隔の少なくとも一方を時間的に変動させても同様の効果を得ることができる。
【0177】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することが可能である。
【0178】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、“限界溶け込み濃度”を見積もり、パターン描画済み基板の現像の際、現像液中のレジスト溶け込み濃度が“限界溶け込み濃度”以下となるように現像液処理を行うことで、パターンの疎密差によらず均一な現像を行うことが可能となり、寸法精度が非常に高いパターンを形成することが出来る。
【0179】
前記基板に接する単位体積領域に単位時間当たりに通過する第1の薬液の量を変化させることによって、パターンの疎密差によらず高精度な薬液処理を行うことが可能となり、寸法精度が非常に高いパターンを形成することが出来る。
【0180】
前記基板と前記薬液吐出/吸引部との間に流れる薬液の流速は、該薬液吐出/吸引部と基板との相対的な移動速度より早くすることで、急激なパターン寸法の変化を抑制することができる。
【0181】
前記該基板と前記薬液吐出/吸引部下面との間隔を0.01mm以上0.5mm以下にすることによって、薬液の置換効率の低下を抑制することができ、パターンの疎密差によらず高精度な薬液処理を行うことが可能となる。
【0182】
前記基板と前記薬液吐出/吸引部との間を流れる薬液の平均流速が0.02m/sec以上にすることで、薬液の置換効率が向上し、パターンの疎密差によらず高精度な薬液処理を行うことが可能となる。
【0183】
前記薬液吐出/吸引部と前記基板との間に流れる薬液の流速、又は前記薬液吐出/吸引部と前記基板との間隔を時間的に変動させることで、パターンの疎密差によらず高精度な薬液処理を行うことが可能となる。
【0184】
薬液吐出口を囲むように薬液吸引口は配置することにより中心部から周辺に向けて放射状に流れる薬液流を形成することができ、薬液吐出口、薬液吸引口のそれぞれ所望の大きさにすることにより所望領域のみの薬液処理が可能となる。そして、薬液流で形成される処理領域内に存在するパターンの被覆率に見合った最適な基板と薬液吐出/吸引部との相対速度で処理を行うことにより、パターンの疎密差によらず、均一な薬液処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係わるレジスト溶解濃度と現像速度との関係を示す図。
【図2】第1の実施形態に係わる現像装置の概略構成を示す図。
【図3】第1の実施形態に係わる現像方法のフローチャートを示す図。
【図4】第1の実施形態に係わる現像液吐出量見積もり方法を説明するための図。
【図5】第1の実施形態に係わるフォトマスク製造工程を示す断面図。
【図6】従来の現像装置の構成を示す図。
【図7】第1の実施形態に係わる現像処理により形成されるパターンを示す平面図。
【図8】図7に示す、距離Xに対するラインパターン寸法Yを示す特性図。
【図9】レジスト開口率と現像液吐出量の設定方法の一例を示す図。
【図10】レジスト開口率分布と現像液吐出量設定値を示す図。
【図11】レジスト開口率分布と現像液吐出量設定値を示す図。
【図12】第2の実施形態に係わる現像装置の概略構成を示す図。
【図13】第2の実施形態に係わる現像装置の概略構成を示す図。
【図14】第2の実施形態に係わる現像装置の概略構成を示す図。
【図15】ポジ型レジストにおける5mm角領域の現像後の平均の開口率と、所望のレジスト寸法に仕上げるためのノズルと基板間のギャップの関係を示す図。
【図16】ノズルと基板表面のギャップと現像後のレジスト寸法の関係を示す図。
【図17】ノズルと基板との間隙を流れる現像液の平均の流速と、現像後のレジスト寸法の関係を示す図。
【図18】第2の実施形態に係わる描画されるシステムLSIデバイスパターンのレイヤーの開口率を示す平面図。
【図19】第2の実施形態に係わる現像処理のスキャンノズルの移動の様子を示す図。
【図20】第2の実施形態に係わるスキャンノズルの位置とギャップとの関係を示す図。
【図21】第3の実施形態に係わるポジ型レジストにおける5mm各領域の現像後の平均の開口率と、所望のレジスト寸法に仕上げるためのノズルのスキャン速度の関係を示す図。
【図22】第3の実施形態に係わるスキャンノズルの位置とスキャン速度との関係を示す図。
【図23】第4の実施形態に係わるポジ型レジストにおける5mm各領域の現像後の平均の開口率と、所望のレジスト寸法に仕上げるための現像液吐出速度の関係を示す図。
【図24】第4の実施形態に係わるスキャンノズルの位置とスキャン速度との関係を示す図。
【図25】第4の実施形態に係わるスキャン速度とノズル下面のパターン開口率の関係を示す図。
【図26】第7の実施形態に係わる現像装置の概略構成を示す図。
【図27】第7の実施形態に係わる現像処理のスキャンノズルの移動の様子を示す図。
【図28】第7の実施形態に係わる現像処理のスキャンノズルの移動の様子を示す図。
【図29】オゾン水濃度とレジストエッチング量の関係及びレジスト表面粗さの関係を示す図。
【図30】第8の実施形態にかかわる現像装置の概略構成を示す図。
【図31】第8の実施形態にかかわる現像装置の概略構成を示す図。
【図32】第8の実施形態にかかわる現像装置の概略構成を示す図。
【図33】第8の実施形態に係わる0.13μmのパターンにおけるパターン被覆率とノズルスキャン速度との関係を示す図。
【図34】第8の実施形態係わる、ウェハ内のチップの被覆率分布を示す図。
【図35】第8の実施形態に係わる現像ノズルの軌跡を示す平面図。
【図36】第8の実施形態に係わる処理時間とスキャン速度との関係を示す図。
【図37】第8の実施形態に係わる形成されたパターンの目標値からのずれ量と被覆率との関係を示す図。
【図38】第8の実施形態に係わる現像ノズルの変形例を示す図。
【図39】第8の実施形態に係わる現像ノズルの変形例を示す図。
【図40】第9の実施形態に係わる現像装置の現像ノズルの構成を示す図。
【図41】第9の実施形態に係わる被覆率と現像液の流速との関係を示す図。
【図42】第9の実施形態に係わる処理時間に対する現像液流速を示す図。
【図43】第10の実施形態に係わる基板表面処理装置の処理ノズルの構成を示す図。
【図44】第11の実施形態に係わる処理装置の処理ノズルの構成を示す図。
【図45】第12の実施形態に係わる現像装置の現像ノズルの構成を示す図。
【図46】第12の実施形態に係わる現像装置による作用・効果を説明する図。
【符号の説明】
11…基板
20…スキャンノズル
21a…現像液吐出口
21…現像液吐出ノズル
21b…現像液吐出口
21a…吐出口
22b…吸引口
22…吸引ノズル
31…現像液
32…リンス液

Claims (43)

  1. 現像液中のレジストの溶解濃度と、前記現像液によるレジストの溶解速度との関係を予め求める工程と、
    前記前記関係から、前記レジストの溶解速度が所望の速度以上になるレジストの溶解濃度を予め見積もる工程と、
    前記現像液中のレジストの溶解濃度が該見積もられた溶解濃度以下の状態で現像処理を行う工程とを含むことを特徴とする現像方法。
  2. 前記現像処理は、前記レジストが形成された基板上に現像液を吐出する現像液吐出口と、前記現像液吐出口に隣接し、前記基板上の現像液を吸引する吸引口とを具備する現像液吐出/吸引部と前記基板と相対的に移動させながら行われることを特徴とする請求項1に記載の現像方法。
  3. 前記現像処理時、現像液中のレジストの溶解濃度が見積もられた溶解濃度以下となるように、現像液の吐出速度及び前記現像液吐出/吸引部と前記基板との相対的な移動速度との少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項2に記載の現像方法。
  4. 現像処理により、前記基板のレジストが前記現像液に溶解して形成される口の開口率分布を予め求める工程と、
    前記開口率分布と前記レジストの溶解速度とから、前記レジストが前記現像液に溶解されるレジスト溶解速度分布を算出する工程と、
    前記現像処理時、前記レジスト溶解速度分布から、前記現像液中のレジスト溶解濃度が前記見積もられた濃度以下となるように、現像液吐出速度及び前記現像液吐出/吸引部と前記基板との相対的な移動速度の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項3に記載の現像方法。
  5. 基板に対して薬液吐出/吸引部の第1の薬液吐出口から第1の薬液を前記被処基板に対して連続的に吐出すると共に、前記第1の薬液吐出口を挟むように前記第1の薬液吐出/吸引部に配置された二つの吸引口から前記基板上の溶液を連続的に吸引しつつ、前記第1の薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に水平直線移動させながら前記基板表面を薬液処理する基板処理方法であって、
    前記基板に接する単位体積領域に単位時間当たりに通過する第1の薬液の量を変化させることを特徴とする基板処理方法。
  6. 前記基板と前記第1の薬液吐出/吸引部の相対的な移動方向に対して、吸引口、第1の薬液吐出口、吸引口の順に配置されていることを特徴とする請求項5記載の基板処理方法。
  7. 前記薬液吐出/吸引部は、二つの吸引口を挟むように配置され、第2の薬液を吐出する第2の薬液吐出口及び第3の薬液を吐出する第3の薬液吐出口を具備してなることを特徴とする請求項5に記載の基板処理方法。
  8. 前記基板と前記薬液吐出/吸引部の相対的な移動方向に対して、第2の薬液吐出口、吸引口、第1の薬液吐出口、吸引口、第3の薬液吐出口の順に配置されていることを特徴とする請求項7記載の基板処理方法。
  9. 前記第1の薬液として現像液を用い、
    前記薬液処理は、所定のパターンが露光されたポジ型レジストを現像する処理であり、
    前記薬液処理前に、前記基板の露光部の比率を所定の領域毎に算出する工程と、
    前記第1の薬液吐出口近傍における該比率の露光部の比率が高くなるほど、
    前記基板に接する単位体積領域に単位時間当たりに通過する第1の薬液の量を多くすることを特徴とする請求項5〜8の何れかに記載の基板処理方法。
  10. 前記第1の薬液として現像液を用い、
    前記薬液処理は、所定のパターンが露光されたネガ型レジストを現像する処理であり、
    前記薬液処理前に、該基板の未露光部の比率を所定の領域毎に算出する工程と、
    前記第1の薬液吐出口近傍における未露光部の比率が高くなるほど、
    前記基板に接する単位体積領域に単位時間当たりに通過する第1の薬液の量を多くすることを特徴とする請求項5〜8の何れかに記載の基板処理方法。
  11. 前記薬液吐出/吸引部を前記基板と相対的に移動させながら、前記吸引口より吸引された溶液中前記薬液処理に係わる成分の濃度を測定し、
    測定値から、前記基板と前記薬液吐出/吸引部との間に流れる第1の薬液中の前記成分の濃度が所定値を維持するように、前記基板に接する単位体積領域に単位時間当たりに通過する第1の薬液の量を調整することを特徴とする請求項5〜8の何れかに記載の基板処理方法。
  12. 前記成分の濃度は、吸引された溶液の光学透過率から求められることを特徴とする請求項11に記載の基板処理方法。
  13. 前記成分の濃度は、吸引された溶液の電気伝導度から求められることを特徴とする請求項11に記載の基板処理方法。
  14. 前記成分の濃度は、吸引された溶液のpHから求められることを特徴とする請求項11に記載の基板処理方法。
  15. 前記薬液処理は洗浄処理であって、
    前記薬液吐出/吸引部を前記基板と相対的に移動させながら、前記吸引口から吸引された溶液中に含まれるパーティクル数を測定し、
    測定されたパーティクル数が所定値以下となるように、前記基板に接する単位体積領域に単位時間当たりに通過する第1の薬液の量を調整することを特徴とする請求項5〜8の何れかに記載の基板処理方法。
  16. 基板に対して薬液吐出/吸引部の薬液吐出口から薬液を前記被処基板に対して連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出口を挟むように前記薬液吐出/吸引部に配置された二つの吸引口から前記基板上の溶液を連続的に吸引しつつ、前記薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に水平直線移動させながら前記被処理面を薬液処理する基板処理方法であって、
    前記基板と前記薬液吐出/吸引部との間に流れる薬液の流速は、該薬液吐出/吸引部と基板との相対的な移動速度より早いことを特徴とする基板処理方法。
  17. 基板に対して薬液吐出/吸引部の薬液吐出口から薬液を前記被処基板に対して連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出口を挟むように前記薬液吐出/吸引部に配置された二つの吸引口から前記基板上の溶液を連続的に吸引しつつ、前記薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に水平直線移動させながら前記被処理面を薬液処理する基板処理方法であって、
    前記該基板と前記薬液吐出/吸引部下面との間隔が0.01mm以上0.5mm以下の範囲にあることを特徴とする基板処理方法。
  18. 基板に対して薬液吐出/吸引部の薬液吐出口から薬液を前記被処基板に対して連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出口を挟むように前記薬液吐出/吸引部に配置された二つの吸引口から前記基板上の溶液を連続的に吸引しつつ、前記薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に水平直線移動させながら前記被処理面を薬液処理する基板処理方法であって、
    前記基板と前記薬液吐出/吸引部との間を流れる薬液の平均流速が0.02m/sec以上であることを特徴とする基板処理方法。
  19. 基板に対して薬液吐出/吸引部の薬液吐出口から薬液を前記被処基板に対して連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出口を挟むように前記薬液吐出/吸引部に配置された二つの吸引口から前記基板上の薬液を連続的に吸引しつつ、前記薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に水平直線移動させながら前記被処理面を薬液処理する基板処理方法であって、
    前記薬液吐出/吸引部と前記基板との間に流れる薬液の流速を時間的に変動させることを特徴とする基板処理方法。
  20. 基板に対して薬液吐出/吸引部の薬液吐出口から薬液を前記基板に対して連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出口を挟むように前記薬液吐出/吸引部に配置された二つの吸引口から前記基板上の溶液を連続的に吸引しつつ、前記薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に水平直線移動させながら前記被処理面を薬液処理する基板処理方法であって、
    前記薬液吐出/吸引部と基板との相対移動速度、及び該薬液吐出/吸引部と基板表面との間隔の少なくとも一方を時間的に変動させることを特徴とする基板処理方法。
  21. 第1の薬液吐出/吸引部下面に配置された第1の薬液吐出口から第1の薬液を基板に対して連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出口を挟むように第1の薬液吐出/吸引部下面に配置された二つの吸引口から前記基板上の溶液を連続的に吸引しつつ、第1の薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に水平直線移動させながら前記基板の略表面を第1の薬液により薬液処理するステップと、
    第1の薬液吐出・吸引部と異なる第2の薬液吐出/吸引部下面に配置された第2の薬液吐出口から第1の薬液と異なる第2の薬液を基板に対して連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出口を挟むように第2の薬液吐出/吸引部下面に配置された二つの吸引口から前記基板上の溶液を連続的に吸引しつつ、第2の薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に水平直線移動させながら前記基板の略表面を第2の薬液により薬液処理するステップとを含むことを特徴とする基板処理方法。
  22. 第1の薬液吐出/吸引部は、二つの第1の吸引口を挟むように前記第1の薬液吐出・吸引部下面に配置された二つの第3及び第4の薬液吐出口を具備し、
    第2の薬液吐出/吸引部は、二つの第2の吸引口を挟むように前記第2の薬液吐出・吸引部下面に配置された二つの第5及び第6の薬液吐出口を具備し、
    前記第1の薬液処理時、第3及び第4の薬液吐出口から基板に対して第3及び第4の薬液の連続吐出し、
    前記第2の薬液処理時、第5及び第6の薬液吐出口から基板に対して第5及び第6の薬液の連続吐出する事を特徴とする請求項21に記載の基板処理方法。
  23. 前記基板と第1の薬液吐出/吸引部の相対的な移動方向に対して、第1の吸引口、第1の薬液吐出口、第1の吸引口の順に配置されていることを特徴とする請求項21に記載の基板処理方法。
  24. 第2の薬液吐出/吸引部において、前記基板と薬液吐出/吸引部の相対的な移動方向に対して、第2の吸引口、第2の薬液吐出口、第2の吸引口の順に配置されていることを特徴とする請求項21又は23に記載の基板処理方法。
  25. 第1の薬液がオゾン水、第2の薬液が現像液であることを特徴とする請求項21〜23の何れかに記載の基板処理方法。
  26. 前記基板と前記第1の薬液吐出/吸引部の相対的な移動方向に対して、第3の薬液吐出口、第1の吸引口、第1の薬液吐出口、第1の吸引口、第4の薬液吐出口の順に配置されていることを特徴とする請求項22に記載の基板処理方法。
  27. 前記基板と前記第2の薬液吐出/吸引部の相対的な移動方向に対して、第5の薬液吐出口、第2の吸引口、第2の薬液吐出口、第2の吸引口、第6の薬液吐出口の順に口が配置されていることを特徴とする請求項22又は26に記載の基板処理方法。
  28. 第1の薬液がオゾン水、第2の薬液が現像液、第3〜第6の薬液が純水であることを特徴とする請求項22,26,27の何れかに記載の基板処理方法。
  29. 前記オゾン水中のオゾン濃度が0.2ppm〜35ppmであることを特徴とする請求項25又は28に記載の基板処理方法。
  30. 基板に対して薬液吐出/吸引部の薬液吐出口から第一の薬液を連続的に吐出すると共に、前記薬液吐出/吸引部に設けられ前記薬液吐出口の周囲を連続的に囲むように配置された薬液吸引口にて前記被処理面上の薬液を連続的に吸引しつつ、前記薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に移動させ、前記薬液吸引口の外部に前記薬液が流出しないよう吸引圧が調整して薬液処理を行う基板処理方法において、
    前記基板上に第1の薬液流が存在する処理領域内で前記第1の薬液により除去されないパターンの被覆率と、前記薬液吐出/吸引部と前記基板との相対速度と、前記薬液処理後の前記パターンの仕上がり寸法との関係を予め取得するステップと、
    前記関係に基づいて、前記パターンの被覆率に応じた前記薬液吐出/吸引部と基板との相対速度を決定するステップと、
    決定された相対速度と前記処理領域内の前記パターンの被覆率とに応じて、前記薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に移動させつつ、前記薬液処理を行うステップとを含むことを特徴とする基板処理方法。
  31. 基板に対して薬液吐出/吸引部の薬液吐出口から第一の薬液を連続的に吐出すると共に、前記薬液吸引部の薬液吸引口にて前記被処理面上の薬液を連続的に吸引しつつ、前記薬液吐出/吸引部と前記基板とを相対的に移動させ、前記薬液吸引口は前記薬液吐出口を囲むように配置され、薬液吸引部外に第一の薬液が流出しないよう吸引圧を調整されることを特徴とする基板処理方法において、
    前記基板上に第1の薬液流が存在する処理領域内で前記第1の薬液により除去されないパターンの被覆率と、前記薬液吐出/吸引部と前記基板との間に流れる第1の薬液の流速と、前記薬液処理後の前記パターンの仕上がり寸法との関係を予め取得するステップと、
    前記関係から、前記パターンの被覆率に応じた、前記第1の薬液の流速を決定するステップと、
    決定された流速と前記処理領域内の前記パターンの被覆率とに応じて、前記第1の薬液の流速を変化させつつ、前記薬液処理を行うステップとを含むことを特徴とする基板処理方法。
  32. 基板上に前記第一の薬液とは異なる第二の薬液を供給しながら前記薬液処理を行うことを特徴とする請求項30又は31に記載の基板処理方法。
  33. 基板上の第1の薬液に対して振動が付与された状態で前記薬液処理を行うことを特徴とする請求項30又は31に記載の基板処理方法。
  34. 薬液吐出/吸引部は基板に対して相対的に一方向に往復運動を行いつつ、且つ該往復運動の折り返し位置で往復運動方向と直角の方向に所望量移動させ、前記基板上の全面又は一部のみを薬液処理することを特徴とする請求項30又は31に記載の基板処理方法。
  35. 基板を保持する基板保持機構と、
    この基板保持機構で保持される基板に対して第一の薬液を吐出する薬液吐出口と、前記薬液吐出口の周囲に連続的に囲むように配置され、前記基板上の溶液を吸引する吸引口とを含む薬液吐出/吸引部と、
    前記基板と前記薬液吐出/吸引部とを相対的に移動させる移動機構と、
    前記薬液吐出/吸引機構への薬液の供給と、前記薬液吐出/吸引機構から溶液の吸引とを同時に行う薬液吐出/吸引系と、
    前記基板上に第1の薬液流が存在する処理領域内で前記第1の薬液により処理されるパターンの被覆率を算出する被覆率算出部と、
    前記基板上に第1の薬液流が存在する処理領域内で前記第1の薬液により処理されるパターンの被覆率と、前記薬液吐出/吸引部と前記基板との相対速度と、前記薬液処理後の前記パターンの仕上がり寸法との関係から求められた前記相対速度と前記被覆率算出部で算出された前記パターンの被覆率とに応じて、前記移動機構を制御する制御部とを具備してなることを特徴とする基板処理装置。
  36. 基板を保持する基板保持機構と、
    この基板保持機構で保持される基板に対して第一の薬液を吐出する薬液吐出口と、前記薬液吐出口の周囲に連続的に囲むように配置され、前記基板上の溶液を吸引する吸引口とを含む薬液吐出/吸引部と、
    前記基板と前記薬液吐出/吸引部とを相対的に移動させる移動機構と、
    前記基板上面と前記薬液吐出/吸引部との間隔を調整する間隔調整部と、
    前記薬液吐出/吸引機構への薬液の供給と、前記薬液吐出/吸引機構から溶液の吸引とを同時に行う薬液吐出/吸引系と、
    前記基板上に第1の薬液流が存在する処理領域内で前記第1の薬液により処理されるパターンの被覆率を算出する被覆率算出部と、
    前記基板上に第1の薬液流が存在する処理領域内で前記第1の薬液により処理されるパターンの被覆率と、前記薬液吐出/吸引部と前記基板との間に流れる第1の薬液の流速と、前記薬液処理後の前記パターンの仕上がり寸法との関係から求められた前記パターンの被覆率に対する第1の薬液の流速と、前記被覆率算出部で算出された前記パターンの被覆率とに応じて、前記薬液吐出/吸引系及び間隔調整部の少なくとも一方を制御する制御部とを具備してなることを特徴とする基板処理装置。
  37. 前記基板上に前記第一の薬液とは異なる第二の薬液を吐出する第2の薬液吐出部を具備してなることを特徴とする請求項35又は36に記載の基板処理装置。
  38. 基板上に吐出される第一の薬液に振動を付与する振動器を具備してなることを特徴とする請求項35又は36に記載の基板処理装置。
  39. 前記被覆率算出部は、前記薬液吐出/吸引部の相対的な移動方向前方側の基板表面に光を照射して得られる透過光強度及び反射光強度のいずれか一方を用いて前記パターンの被覆率を算出することを特徴とするとする請求項35又は36に記載の基板処理装置。
  40. 前記被覆率算出部は、設計データに基づいて前記パターンの被覆率を算出することを特徴とする請求項35又は36に記載の基板処理装置。
  41. 請求項1に記載された現像方法を用いて、半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  42. 請求項5〜34の何れかに記載された基板処理方法を用いて半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  43. 請求項5〜14の何れかに記載された基板処理方法を用いてフォトマスクを製造し、製造されたフォトマスクを用いて半導体装置を製造することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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