JP2012019160A - 現像装置及び現像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】フォトマスク石英基板の現像においてパターン線幅の面内均一性を改善する手段として、現像液の液盛りを形成した初期工程で液の攪拌を行うものであり、円形状の液盛りを保持しながら、スピンチャックが回転する現像装置及びそれを用いた現像方法を提供する。
【解決手段】フォトマスク石英基板のスピンチャックに円形状ガイドを有し、独立して昇降する基板保持プレートとスピンチャックが回転する構造を特徴とし、現像液の液盛りを円形状ガイド上に形成させた後、パドル状態を維持したままスピンチャックが基板を保持して、回転と停止を繰り返す動作を行うことを特徴とする。
【選択図】図５

Description

本発明は、集積回路装置やレチクルなどを製造する場合のリソグラフィ工程に適用するものであり、フォトマスク石英基板上にレジストが塗布され、電子線描画の処理が施された基板の表面に現像液を供給して現像処理を行う現像装置及び、現像方法に関する。

一般に、半導体デバイスの微細化及び高集積化に伴って、その製造プロセスでは、パターン線幅均一性の向上、微小パターン欠陥の低減が要求され、これら品質に大きく影響する工程の一つとしてリソグラフィ工程に於ける現像処理が問題視されている。現在、高精度の現像処理を行う現像装置や現像方法の開発が進められている。

ウエハやフォトマスク石英基板上に形成されるレジストパターンは、微細化、高精度化が要求される。これに伴い、レジストの現像工程は、露光技術と共に重要になってきている。レジストが塗布された基板を露光した後、現像液で現像することにより、レジストパターンを形成する。

フォトリソグラフィにおける現像方式の中で、スプレー現像方式は現像均一性に優れている為、これまでレチクル製造に広く用いられてきた。しかし、現像時の圧力によっては基板表面のレジストにダメージを与えるため、微細なパターンの倒れが発生する問題がある。

そこで、高精度デバイス用レチクルに対しては、解像性の面からスプレー現像方式よりも、パドル現像方式が主流となりつつある。パドル現像方式は、スピンチャック上に基板を保持して低速回転または基板を静止させた状態で、基板の表面張力を利用して現像液吐出ノズルから現像液を盛り、基板を静止放置する現像方法であって、現在は先端品に対して多用されつつある。

フォトマスクでは、異なる機能の集積回路が同一のマスクに搭載されるため、広い線幅と狭い線幅が混在する集積回路となっている。そのため現像工程において、パターンが密な領域で現像液が局所的に不足することにより、パターン寸法に細りが生じる現象（現像ローディング）が起こることが知られている。従って、フォトマスクの先端品に対しては、パターン倒れの観点からパドル現像を適用しつつあるが、一方でフォトマスクに特徴的な、現像ローディングの影響が大きくなる問題がある。

このような基板面内でのパターン線幅ばらつきを低減するため、現像液の初期における液盛りを短時間に行い、その後基板を低速回転して液置換を行う方法が提案されている。

特開２００１−２３０１９８ 特開２００６−２０３０４１

しかしながら、フォトマスク石英基板で、薬液の初期液盛りを短時間に行い、その後基板を低速回転して薬液置換を行う上記の方法では、流量を上げることにより液盛りを短時間で処理するため、流量が高い場合にはパターン倒れの問題が発生する。また、低速回転では、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。そのため現像の面内均一性は不十分であり、パターン形成の精度にばらつきを生じる。

一方、ウエハでは従来から現像反応を進行させる上で仕上がりのパターン線幅の面内均一性が悪化する問題があった。その対策として、レジスト表面へ現像液供給後、現像反応が進行している間に回転と停止を繰返す方法がある（例えば、特許文献１、２参照）。これにより、現像液を流動させ、現像液を攪拌させることで、現像液の温度、濃度、反応生成物（現像液と反応し溶け出したレジスト）の濃度、等の均一性を高める。

上記のようにウエハでは、レジスト表面への現像液供給後に、現像反応をより均一に進行させるための工夫がなされていた。しかしながら、このように基板の回転と停止を繰り返す方法は、フォトマスク石英基板等の角形基板では適していない。
例え、基板の周縁を円形状のガイドで囲んだスピンチャック構造であっても、基板とそれを保持するスピンチャックの間には隙間があるため、基板上に過剰に液を盛った際に隙間に浸入した液は、スピンチャックのステージに設けられた廃液孔や隙間から、液が流れ落ちることになる。つまり、基板が収納されるスピンチャック内部は、中に液が溜まる構造にはなっていない。

また、基板上に現像液をパドル状態にし、基板の回転と停止を繰り返した場合、フォトマスク石英基板では現像液が基板の四隅や外周に溜まるか、もしくは基板の外に放出されるため、ウエハのような基板面内における均一な流動や攪拌動作は起こらない。

そこでフォトマスク石英基板の現像においてパターン線幅の面内均一性を改善するには、液盛りを形成した初期状態に、液を流動または攪拌させる必要がある。
本発明の目的は、円形状ガイドを有するスピンチャック上に、現像液の液盛りを形成した後、そのパドル状態を維持したまま、基板を保持したスピンチャックが回転と停止を一時的に繰り返すアジテーションを行うことであり、フォトマスク石英基板においても、ウエハ現像工程のアジテーションと同様な動作を可能とする現像装置を提供する。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、レジストが塗布され電子線描画の処理がなされた基板を保持して回転させるスピンチャックと、前記レジスト上に現像液を供給する現像液供給手段とを備える現像装置であって、前記スピンチャックは、前記基板の表面を水平に保ちつつ前記基板を保持する基板保持手段と、水平面上を延在する円形のガイド板と、前記円形のガイド板の中央に設けられ前記基板および前記基板保持手段が収容される大きさで現像液の貯留を可能とした凹部とを有するガイド部材と、前記基板が前記凹部の上方に離れ前記基板の受け渡しが行なわれる上方位置と、前記基板が前記凹部内に収容され前記基板の表面と前記ガイド板の表面とが同一面上に位置する収容位置との間で前記基板保持手段を昇降させる昇降手段と、前記基板保持手段と前記ガイド部材とを一体に回転させる回転手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記凹部の底部に現像液を排出する廃液孔が設けられ、前記基板が前記収容位置に位置した状態で前記廃液孔を塞ぎ、前記基板が前記収容位置から上昇すると前記廃液孔を開放する開閉手段が設けられていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記基板保持手段は、基板保持プレートと、前記基板保持プレートから立設され前記基板の縁部に係合する複数の基板支持ピンを含んで構成され、前記凹部の底部で前記廃液孔の周囲にシール材が配設され、前記廃液孔は、前記基板が前記収容位置に位置した状態で前記基板保持プレートが前記シール材に弾接することで塞がれ、前記基板保持プレートが上昇すると前記基板保持プレートが前記シール材から離れることで開放され、前記開閉手段は前記基板保持プレートを含んで構成されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、前記基板は角形基板であり平面視矩形を呈し、
前記凹部も平面視矩形を呈していることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は現像方法であって、水平面上を延在する円形のガイド板と、前記円形のガイド板の中央に設けられ基板が収容される大きさの凹部とを有するガイド部材を設け、レジストが塗布され電子線描画の処理がなされた基板を前記凹部に収容し、前記基板の表面と前記ガイド板の表面とを同一面上に位置させ、前記基板および前記ガイド部材を一体に回転、静止させつつ前記レジスト上に現像液を供給して現像を行い、現像後、前記レジスト上に洗浄液を供給し、現像液を含む反応生成物を除去するようにしたことを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、前記現像液を含む反応生成物を除去は、前記基板を前記凹部の上方に離した上方位置で行い、前記基板を前記上方に位置させた状態で、前記円形のガイド板上の現像液および前記凹部内の現像液を排出するようにしたことを特徴とする。

以上、説明したように本発明は、フォトマスク石英基板の現像装置において、円形状ガイド上に現像液の液盛りを形成して、パドル状態を維持したまま、基板を保持したスピンチャックが回転と停止を一時的に繰り返す動作により、現像液を攪拌させる。
これにより、フォトマスク石英基板の現像工程において、液盛り直後から始まる基板面内の現像反応をなるべく均一化し、基板面内のレジストパターン線幅均一性を向上させる効果がある。その理由は、円形状ガイドの上に液盛りされたレジストの溶解していない現像液が、基板の四隅に置換されることにより、液の攪拌効率が向上するからである。

本発明の実施例における現像装置のスピンチャックの断面図である。 図１のスピンチャックの平面図である。 図１のスピンチャックの基板保持プレートが、スピンチャックステージに下がった状態を示す断面図である。 図３のＡ−Ａ′線断面の一実施の断面を示す断面図である。 現像液を基板と円形状ガイド上に液盛りした状態を示すスピンチャックの断面図である。

本発明の現像用スピンチャック及びそれを用いた現像方法を実施の形態に沿って以下に図面を参照にしながら詳細に説明する。
図１は、本発明の現像用スピンチャックの実施例の断面の概略を示す断面図である。電動モーター（図示せず）の駆動部７によって鉛直方向の軸芯周りで回転するシャフト８の上端に、基板１の四隅を保持して基板１を水平に保持する基板保持プレート２が一体回転可能に取り付けられている。詳細には、基板１の四隅を支える基板支持ピン３が基板保持プレート２上に設置され、この基板支持ピン３により基板１の裏面に基板保持プレート２が接触することなく基板１を保持して回転させることが可能となる。
この基板保持プレート２は主軸が駆動部７に接続されており、円形状ガイド４と一体となって回転し、独立して昇降できる構造である。
本実施の形態では、基板保持プレート２と基板支持ピン３とにより、基板１の表面を水平に保ちつつ基板１を保持する基板保持手段が構成されている。
また、シャフト８と駆動部７とにより基板１を昇降させる昇降手段が構成されている。

図２は、図１のスピンチャックの平面図である。
スピンチャックは、上述の基板保持手段、昇降手段に加えてガイド部材２０と回転手段とを備えている。
ガイド部材２０は、水平面上を延在する円形状ガイド（円形のガイド板）４と、円形状ガイド４の中央に設けられ基板１および基板保持手段が収容される大きさで現像液の貯留を可能とした凹部２２とを有している。
回転手段は、前記基板保持手段とガイド部材２０とを一体に回転させる。
基板１は角形基板であり平面視矩形を呈し、凹部２２も平面視矩形を呈している。
凹部２２は矩形の底面と底面の４辺から起立する４つの側面とを有し、基板１と基板保持手段が凹部２２に収容された状態で、凹部２２の側面と基板１の外周と隙間は、互いが接触しない距離で狭い間隔であることが望ましい。この場合、凹部２２の側面と基板１の外周縁とが隙間を保持しかつ円形状ガイド４の表面と基板１の表面とが同じ高さ位置になるように設定される。なお、この位置が、基板１の収容位置である。また、基板１が収容位置に位置した状態で、凹部２２の側面と基板１の外周縁との隙間は、０．５〜５ｍｍであると、面一での均一な液盛りをする上で好ましい。

既に前工程でレジストが塗布され、描画処理が施された基板１が図示しない搬送アームから基板保持プレート２の基板支持ピン３に受け渡される。この時、基板保持プレート２はスピンチャックより高い位置に上昇している。すなわち、基板１が凹部２２の上方に離れた上方位置に位置し、基板１の上方位置において搬送用アームによる基板１の受け渡しが可能となる
その後、基板保持プレート２が下降し、基板に現像処理を行う収容位置、例えば図３で示すような位置に設定される。この時、円形状ガイド４の表面は、基板１の表面と同じ高さに位置する。
図３は、図１のスピンチャックの基板保持プレート２が、スピンチャックステージ１０に下がり、基板１が収容位置に位置した状態の断面図である。シール材５は耐溶剤性を有するOリング６をスピンチャックステージ１０に形成した溝１３にはめこみ、取り付けてある。基板１を保持した基板保持プレート２がスピンチャックステージ１０の位置に下がり、基板１が収容位置に位置すると、基板保持プレート２の裏面がシール材５を一定の圧力で加圧することにより、スピンチャックステージ１０に配置される廃液孔を塞ぐ構造である。スピンチャックステージ１０には複数の廃液孔９を有し、廃液孔９の外周にはシール材５が設けられている。
図４は、図３のＡ−Ａ′線断面の一実施の断面を示す断面図である。シャフト８が中央に位置し、その外周に廃液孔９が３箇所に設けられた例を示す。各廃液孔９には、シール材５としてOリング６が溝１３に取り付けてある。なお、廃液孔９は少なくとも１箇所以上としても良い。
すなわち、本実施の形態では、凹部２２の底部に現像液を排出する廃液孔９が設けられ、基板１が前記収容位置に位置した状態で廃液孔９を塞ぎ、基板１が前記収容位置から上昇すると廃液孔９を開放する開閉手段が設けられている。そして、廃液孔９は、基板１が前記収容位置に位置した状態で基板保持プレート２がシール材５に弾接することで塞がれ、基板保持プレート２が上昇すると基板保持プレート２がシール材５から離れることで開放されるので、前記開閉手段は基板保持プレート２を含んで構成されている。

図５は、基板１と円形状ガイド４の上に、現像液１２が液盛りされた状態のスピンチャックの断面を示す断面図である。
基板１を収容位置に位置させた状態で、現像液１２は、現像液吐出ノズル１１から、基板表面のレジスト膜上に吐出される。ノズルの形態は、スプレーノズルやスリットノズルなどに限定せず、現像液の液盛りが可能となればよい。この時、現像液の吐出流量を最適化することで、均一な液盛りを可能とする。
なお、基板１の表面に吐出された現像液は、円形状ガイド４と基板１の隙間を通り、一定量の現像液が凹部２２内に溜められた後、さらに現像液が吐出されることにより、円形状ガイド４上と基板１上に液盛りを形成することが可能となる。この時、液盛りを形成する過程において、基板１を静止させるだけでなく、低速回転させても良い。

次にスピンチャック及び基板の回転動作の詳細ついて説明する。
例えば、基板１を第１の回転数で回転させながらレジスト表面に所定量の現像液を吐出した後、現像液を基板１の外周部に向かって広げる現像液盛り工程を行う。現像液を基板１の外周部に向かって早く広げるように基板１の回転数が第１の回転数に設定される。ここでは、現像液が基板１の外周部を越え円形状ガイド４の外周部に到達する直前で現像液盛り工程は終わる。すなわち、所定量の現像液をより緩やかに基板１から円形状ガイド４の外周部に到達する直前まで広げることにより、均一な現像液盛りを形成させてから、現像液の攪拌工程に移行する。

次に、第１の回転数より低い第２の回転数で回転させ、レジスト表面の所定量の現像液をより緩やかに円形状ガイド４の外周部まで広げる現像液拡張工程を行う。基板１の回転数が第２の回転数に落とされることにより遠心力が抑えられるため、現像液が基板１の外周部に片寄ることはない。これにより、液盛り直後から始まる現像反応をなるべく均一化する。

続いて、第２の回転数と同等かより高い第３の回転数で回転及び停止を繰り返し、円形状ガイド４上において現像液をレジスト表面全域に攪拌する現像液攪拌工程を行うことが可能となる。その後、所定の時間にわたって、現像を続けることによりレジストパターンが現出される。
現像後、スピンチャックの基板保持プレート２を上昇させ、基板１を上方位置に位置させ、基板１を第３の回転数より高い第４の回転数で回転させながら、現像反応後のレジスト表面に洗浄液、例えば純水を供給して現像液を含む反応生成物を除去する。純水供給後には、基板１を１０００回転／分以上で高速回転させて脱水乾燥する。

なお、基板１の中心部と外周部における現像液の高低差がより小さく抑えられるように、第１の回転数と第２の回転数と所定時間を最適化することで、現像液のより均一な攪拌及び拡張が期待できる。また、レジスト表面上において現像液が厚く盛られた領域は、薄く盛られた領域よりも現像が進行し易く、現像液の厚みのばらつきによる影響は無視できない。そのため、現像液盛り時間と現像液盛り時間経過後に及ぶ所定量の現像液の基板上への拡張を、なるべく厚みを片寄らせずに実施するのが重要である。これにより、液盛り直後から始まる現像反応をなるべく均一化する。

現像工程において、スピンチャック内に溜まった現像液や洗浄液を排出する手段として、スピンチャックステージ１０の底部に設けられた廃液孔９を介することにより、現像装置外に排出される。すなわち、基板１を前記上方位置に位置させた状態で、円形状ガイド４上や凹部２２内に溜まった現像液や洗浄液は排出される。
また現像処理の際、現像液および洗浄液のミストが周囲に飛び散るのを防ぐため、円環状のカップ（図示せず）が、基板を囲う処理空間を形成するように設けられている。

１・・・基板
２・・・基板保持プレート
３・・・基板支持ピン
４・・・円形状ガイド
５・・・シール材
６・・・Oリング
７・・・駆動部
８・・・シャフト
９・・・廃液孔
１０・・・スピンチャックステージ
１１・・・現像液吐出ノズル
１２・・・現像液
１３・・・溝

Claims (6)

1. レジストが塗布され電子線描画の処理がなされた基板を保持して回転させるスピンチャックと、前記レジスト上に現像液を供給する現像液供給手段とを備える現像装置であって、
   前記スピンチャックは、
   前記基板の表面を水平に保ちつつ前記基板を保持する基板保持手段と、
   水平面上を延在する円形のガイド板と、前記円形のガイド板の中央に設けられ前記基板および前記基板保持手段が収容される大きさで現像液の貯留を可能とした凹部とを有するガイド部材と、
   前記基板が前記凹部の上方に離れ前記基板の受け渡しが行なわれる上方位置と、前記基板が前記凹部内に収容され前記基板の表面と前記ガイド板の表面とが同一面上に位置する収容位置との間で前記基板保持手段を昇降させる昇降手段と、
   前記基板保持手段と前記ガイド部材とを一体に回転させる回転手段とを備える、
   ことを特徴とする現像装置。
2. 前記凹部の底部に現像液を排出する廃液孔が設けられ、
   前記基板が前記収容位置に位置した状態で前記廃液孔を塞ぎ、前記基板が前記収容位置から上昇すると前記廃液孔を開放する開閉手段が設けられている、
   ことを特徴とする請求項１記載の現像装置。
3. 前記基板保持手段は、基板保持プレートと、前記基板保持プレートから立設され前記基板の縁部に係合する複数の基板支持ピンを含んで構成され、
   前記凹部の底部で前記廃液孔の周囲にシール材が配設され、
   前記廃液孔は、前記基板が前記収容位置に位置した状態で前記基板保持プレートが前記シール材に弾接することで塞がれ、前記基板保持プレートが上昇すると前記基板保持プレートが前記シール材から離れることで開放され、
   前記開閉手段は前記基板保持プレートを含んで構成されている、
   ことを特徴とする請求項２記載の現像装置。
4. 前記基板は角形基板であり平面視矩形を呈し、
   前記凹部も平面視矩形を呈している、
   ことを特徴とする請求項１乃至３に何れか１項記載の現像装置。
5. 水平面上を延在する円形のガイド板と、前記円形のガイド板の中央に設けられ基板が収容される大きさの凹部とを有するガイド部材を設け、
   レジストが塗布され電子線描画の処理がなされた基板を前記凹部に収容し、前記基板の表面と前記ガイド板の表面とを同一面上に位置させ、
   前記基板および前記ガイド部材を一体に回転、静止させつつ前記レジスト上に現像液を供給して現像を行い、
   現像後、前記レジスト上に洗浄液を供給し、現像液を含む反応生成物を除去するようにした、
   ことを特徴とする現像方法。
6. 前記現像液を含む反応生成物を除去は、前記基板を前記凹部の上方に離した上方位置で行い、
   前記基板を前記上方に位置させた状態で、前記円形のガイド板上の現像液および前記凹部内の現像液を排出するようにした、
   ことを特徴とする請求項５記載の現像方法。

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