JP2012047808A

JP2012047808A - 基板処理方法および基板処理装置

Info

Publication number: JP2012047808A
Application number: JP2010187243A
Authority: JP
Inventors: Toshio Konishi; 敏雄小西; Junichi Watanabe; 順一渡辺
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2012-03-08

Abstract

【課題】被処理基板の面内位置によるパターン寸法の均一性向上およびパターン描画密度によるパターン寸法のバラツキを抑制することができる基板処理方法および基板処理装置を提供すること。
【解決手段】スリットノズル２のスキャンを用いたパドル現像において、スリットノズル２の近傍に配置した複数のモニター装置３によって基板１の面内各所における現像液の現像進行度の情報を得て、この情報に基づきスリット内部が幾つかに区切られて各々流量制御ができるスリットノズル２を使用して、このスリットノズル２を吐出スキャンしながら面内各所における現像液吐出流量を制御して、面内の現像均一性を向上させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォトマスクにおけるレジストの現像工程において、現像液を用いてレジスト現像する場合等に適用可能な、基板処理方法および基板処理装置に関するものである。

近年の半導体集積回路の高集積化に伴い、半導体集積回路の製造に用いるフォトマスクにも、なおいっそうのパターンの微細化、高精度化が要求されている。そのためにフォトマスクの製造工程、すなわち、電子線あるいはレーザー光によるパターン描画工程、現像工程、エッチング工程においても、さらなるパターンの微細化、高精度化の対応が迫られている。

フォトマスクの製造工程においては、洗浄処理された基板にレジスト液を塗布してレジスト膜を形成し、所定のパターンを、電子線またはレーザー光を用いてレジスト膜に描画し、これを現像処理するという一連の処理が行われている。フォトマスクの主な現像方法としては、スプレー現像とパドル現像があげられる。

スプレー現像は、基板をスピン回転させながら現像液をスプレーで滴下する方式である。このスプレー現像では、フォトマスクの中心部と周辺部とで現像処理程度が異なるため、特に同心円方向でのパターン寸法のバラツキが大きくなる問題がある。また、スプレー現像は、現像液の物理的なアタックが大きいので、微細なパターンの解像性が良くない。

パドル現像は、液の表面張力を利用して現像液を基板上に液盛された状態（パドル）を形成し、基板を静止またはそれに近いゆるやかな動きの中に置いて現像を進行させる。このようなパドル現像では、面内均一に現像液が当たるため、スプレー現像と比較して、（１）面内の同心円方向のパターン寸法のバラツキが小さい、（２）アスペクト比が大きい極細なパターンでも倒れにくいので、微細なパターンの解像性が良い、（３）現像液の物理的なアタックが小さく、残し部のレジストの膜減りが小さい、などのメリットがある。

パドル現像の一方式として、細長いスリット型の吐出口を有したスリットノズルを、基板上で水平方向にスキャンしながら現像液をカーテン状に吐出し、液を盛るという、スリットスキャン現像方式がある（特許文献１参照）。このスリットスキャン方式の現像では、現像ムラを改善するために、ひとつの基板の現像について、複数回スキャン吐出を行い、現像液の盛りなおしを行う場合が多い。

面内位置によるパターン寸法のバラツキを、現像工程において現像処理程度のコントロールにより制御しようという対処方法が検討されており、処理液吐出口の幅方向に対して開口形状を変えることにより、処理液吐出口の位置により吐出量を変えられるようにした処理液ノズル形状が提案されている（特許文献２参照）。

特開２００３−２０３８５１号公報特開２００７−２５６８８４号公報

パドル現像は処理過程中、処理液がフォトマスクに滞留することになるため、同一基板面内においてパターンの開口率が大きい箇所と、開口率が小さい箇所が混在する場合、現像液へのレジストの溶出程度に差が生じる。すると、現像液の活性度に局所的な差が生じるので、パターンの疎部と密部との間にパターン寸法精度のバラツキ（現像ローディング）が発生する問題がある。
そして、このような問題は、フォトマスクの現像過程のみに限らず、例えば液晶パネルや半導体チップのウエハー工程や、各種の洗浄やウエットエッチ処理などの工程において、基板上の被処理材を処理する処理液を基板上に吐出する際にも、同様に起こりえる問題である。

本発明の目的は、被処理基板の面内位置によるパターン寸法の均一性向上、面内の描画パターンの疎部と密部（開効率小部と大部）の差によるパターン寸法精度のバラツキを抑制することができる基板処理方法および基板処理装置を提供することにある。

請求項１の発明に係る基板処理方法は、基板上の被処理材を処理する処理液を前記基板上に吐出する基板処理を行う方法であって、前記基板上の前記処理液の前記被処理材との反応進行度の分布を検出するステップと、前記検出した反応進行度の分布に応じた吐出量の分布で前記処理液を前記基板上に吐出するステップとを含むことを特徴とする。

請求項２の発明に係る基板処理装置は、基板上の被処理材を処理する処理液を前記基板上に吐出する基板処理を行う装置であって、前記基板上の前記処理液の前記被処理材との反応進行度の分布を検出する検出ユニットと、前記検出ユニットが検出した反応進行度の分布に応じた吐出量の分布で前記処理液を前記基板上に吐出させる吐出量制御ユニットとを備えることを特徴とする。
請求項３の発明に係る基板処理装置は、請求項２の発明に係る基板処理装置において、前記基板上を所定方向に移動しつつ、該所定方向と直交する幅方向における基板の全長に亘ってライン状に前記処理液を吐出するスリットノズルをさらに備えており、前記検出ユニットは、前記スリットノズルと同期して前記所定方向に移動し前記幅方向における前記基板上の前記処理液の前記被処理材との反応進行度をモニターするモニターと、該モニターのモニター結果に基づいて前記反応進行度の分布を解析するデータ処理ユニットとを有しており、前記吐出量制御ユニットは、前記データ処理ユニットが解析した前記反応進行度の分布に応じ、前記スリットノズルの前記所定方向への移動に同期して該スリットノズルからの前記処理液の吐出量を前記幅方向において制御することを特徴とする。
請求項４の発明に係る基板処理装置は、請求項３の発明に係る基板処理装置において、前記モニターは、前記幅方向に等間隔をおいて前記スリットノズルに複数取り付けられており、前記各モニターのモニター結果に基づいて前記データ処理ユニットは、前記スリットノズルの前記幅方向に等間隔に区切られた各部分からの前記処理液の吐出量をそれぞれ個別に制御することを特徴とする。

本発明によれば、フォトマスクにおけるレジストの現像工程に適用した場合、パターン描画密度に応じて現像液（処理液）の流量の制御を行ってレジスト（被処理材）の現像（処理）を行うため、被処理基板の面内位置によるパターン寸法の均一性向上およびパターン描画密度によるパターン寸法精度のバラツキを抑制することができる。

また、本発明においては、処理液吐出口は細長いスリットノズルであり、現像進行度のセンサーの配置もこのスリットノズルと同じように細長く配置しているため、両者はともにひとつの細長いアームに設置でき、省スペースとなる。

また本方法によれば、現像液吐出時のスリットノズルのスキャンの１回の動きによりセンサーから現像進行度の情報が得られるため、基板上のロボットの動きにムダが無く、ロボットからの塵埃落下等による基板汚染などの機会も増えない。

本発明の実施の形態に係る基板処理装置の模式図である。スキャンの際に現像液の吐出流量を調整する場合に図１のスリットノズル２として用いることができるスリットノズルの模式図である。図２のスリットノズルの各区切られた部分の断面図である。（ａ）〜（ｅ）は図１の基板処理装置により現像処理する基板に対してエッチング処理してフォトマスクを作製する製造工程の一例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明の実施の形態に係る基板処理装置の模式図である。本発明の実施の形態に係る基板処理装置は、基板１上に現像液（図示せず、処理液に相当）を液盛するもので、基板１の直径と同じか若干長い長手方向寸法で現像液をライン状に吐出するスリットノズル２と、スリットノズル２の吐出口の近傍に複数個（この図の場合１０個）取り付けられた現像進行度のモニター装置３（モニター）とを有している。各モニター装置３は、スリットノズル２の長手方向に等間隔を置いて配置されており、スリットノズル２からライン状に吐出される現像液の、前記長手方向にモニター装置３の個数分だけ分割した各分割部分について、現像進行度をそれぞれモニタする。スリットノズル２は、例えば、図２及び図３に示すような構成を有したものを用いることができる。詳細な構成については後述する。
ところで、図１に示す基板１上には、図示を省略するが、フォトマスク（レジスト）が形成されている。基板１上のフォトマスクは、フォトマスクブランクスの現像処理、エッチング処理を経て形成される。
図４（ａ）〜（ｅ）は、本発明の基板処理装置により現像処理する基板に対してエッチング処理してフォトマスクを作製する製造工程の一例を示す説明図である。
まず、ガラス基板４１上にスパッター等にて酸化クロム膜、クロム膜、酸化クロム膜を順次成膜して遮光層５１が形成されたフォトマスクブランクス４０を作製する（図４（ａ）参照）。
次に、電子ビーム露光用レジストをスピンナー等に塗布して感光層６１（被処理材に相当）を形成した被処理基板５０を作製する（図４（ｂ）参照）。
次に、電子ビーム描画機を用いて感光層６１に電子ビーム描画を行い、所定の現像液で現像処理して遮光層５１上の所定位置にレジストパターン６１ａが形成された被処理基板６０を作製する（図４（ｃ）参照）。
次に、レジストパターン６１ａが形成された被処理基板６０をドライエッチ装置内で、レジストパターン６１ａをマスクにして遮光層５１をエッチングする（図４（ｄ）参照）。
次に、レジストパターン６１ａを専用の剥離液で剥離処理することにより、ガラス基板４１の所定位置に遮光パターン５１ａが形成されたフォトマスクを得る（図４（ｅ）参照）。
そして、図１の基板処理装置は、感光層６１の電子ビームにより露光された部分を現像処理する際に、感光層６１上に現像液を吐出し液盛する際に使用される。

図１を参照して前述したように構成された本実施形態の基板処理装置では、スリットノズル２のスキャン方向をＸ方向と表現し、スリットノズル２の長手方向をＹ方向と表現するとき、スリットノズル２のＸ方向のスキャンの動きと同期してセンサーもＸ方向に動く。そして、モニター装置３はＹ方向（長手方向）に複数配置してあるため、基板１上のＸ方向とＹ方向の両方の面内各部位における現像液の現像進行度の情報が収集される。

面内各部位の現像進行度情報は、各モニター装置３と接続されたデータ処理＆吐出制御ユニット４に集められ、この情報をデータ処理＆吐出制御ユニット４が即時に自動的に解析することによって、基板面全体の現像進行度を二次元ＭＡＰ的に把握できる。したがって、本実施形態では、モニター装置３とデータ処理＆吐出制御ユニット４のデータ処理ユニットに関する機能部分とで、請求項中の検出ユニットが構成されている。

なお、面内各所の現像進行度をモニターするモニター装置３やその解析を行うデータ処理＆吐出制御ユニット４としては、例えば、特開平４−５０６０４号公報に記載された、光ファイバーによる送受光ユニットとコンピュータを用いたシステムを利用することができる。このシステムを利用する場合には、基板１に液盛した現像液に光を照射し、レジストの溶解度に応じて変化する、現像液に照射した光の干渉光の強度を、モニター装置３を用いて測定し、その強度から、現像進行度をデータ処理＆吐出制御ユニット４で解析することになる。即ち、干渉光の強度がレジストの溶解度の高いことを示す強度である場合に、現像進行度が高いと判別することになる。この場合、現像時はレジストパターンの開口部（感光層が描画ビームにより露光されて現像液により現像される部分）と非開口部（感光層が描画ビームにより露光されず現像液により現像されない部分）とで明確な膜厚の違いが生じるため、例えば、非接触の測距センサによる基板１のスキャン等により取得した距離情報から基板１上の開口部を特定し、この開口部のみの現像進行度のデータを抽出し開口部の現像進行度とする。

また、面内各所の現像進行度をモニターするモニター装置３やその解析を行うデータ処理＆吐出制御ユニット４としては、例えば、特開２００３−１００６１５号公報に記載された、レーザー照射ユニットと分光処理可能な制御ユニットとを用いたシステムを利用することができる。このシステムを利用する場合には、このシステムを利用する場合には、現像液に照射したレーザー光の反射光をモニター装置３により受光し、受光した反射光を制御ユニット側で分光し、特定の波長成分から、現像液へのレジストの溶解物濃度を算出することで、現像進行度を解析することになる。即ち、現像液へのレジストの溶解物濃度が高い場合に、現像進行度が高いと判別することになる。なお、このシステムを用いる場合、溶解物濃度が飽和レベルまで高くなった部位については、現像液の活性度が低下している状況となるため、現像進行度の測定直後にスリットノズル２のスキャンにより現像液を吐出する際に、この部位に対して溶解物濃度を下げるために現像液吐出流量を多くするなどの措置をおこなう。

図２は、スキャンの際に現像液の吐出流量を調整する場合に図１のスリットノズル２として用いることができるスリットノズルの模式図である。このスリットノズル２の内部は、長手方向Ｙについて、仕切壁５により複数（この図の場合、センサーと同様に１０個）に区切られており、図３に示すように、区切られた部分ごとに流量制御装置６を具備している。また、図２に示すように、スリットノズル２の各仕切壁５によって区切られたノズル部分は、緩衝多孔７によって均一に現像液を吐出するように構成されている。各流量制御装置６は、例えば、データ処理＆吐出制御ユニット４の制御により対応するスリットノズル２の各区分における現像液の吐出流量をコントロールすることができる。したがって、各流量制御装置６とデータ処理＆吐出制御ユニット４の吐出制御ユニットに関する機能部分とで、請求項中の吐出量制御ユニットが構成されている。

本実施形態では、基板１（図２中では図示を省略）の面内全体の現像進行度を解析する際に得た、面内全体の現像液に対するレジストの溶解物濃度に関する二次元的な情報を、Ｘ方向（スリットノズル２のスキャン方向）とＹ方向（スリットノズル２の長手方向）の情報に分け、Ｙ方向の情報に関してはスリットノズル２の各区分の現像液の吐出流量を、データ処理＆吐出制御ユニット４の制御により対応する各流量制御装置６を用いて制御するのに利用する。また、Ｘ方向の情報については、スリットノズル２がスキャンしていく際の位置情報（スリットノズル２をＸ方向に移動させる機構をコントロールするためにデータ処理＆吐出制御ユニット４が把握しているスリットノズル２のＸ方向の位置情報）によって、各スリットノズル２の各区分の現像液の吐出流量を、データ処理＆吐出制御ユニット４の制御により対応する各流量制御装置６を用いて制御するのに利用する。このようにして、面内各部位の現像進行度に合わせて、現像進行度が早い箇所ではスリットノズル２からの現像液の吐出を弱め、現像進行度が遅い箇所ではスリットノズル２からの現像液の吐出を強める、または、スリットノズル２のＸ方向への移動速度をデータ処理＆吐出制御ユニット４により遅くするように制御して、現像液吐出の累積時間を長くとるなどの方法により現像進行度を改善させて、パターン寸法の精度に関する面内の均一性を向上させる。

現像進行度のモニター装置３がスリットノズル２のスキャン方向（Ｘ方向）前方側に位置する場合、２回目以降のスリットノズル２からの現像液吐出スキャン時の各モニター装置３からの現像進行度情報に基づき、各モニター装置３のスキャン方向（Ｘ方向）後方に位置しているスリットノズル２において、Ｘ方向はスリットノズル２のスキャン位置に応じて、Ｙ方向は各流量制御装置６を用いて個別に流量制御できる、スリットノズル２の各区分されている各吐出口を用いて、現像液の吐出量を局所的に増減させて現像を行うことにより、面内の寸法精度のバラツキを抑制する。

また現像進行度のモニター装置３の位置がスリットノズル２のスキャン方向（Ｘ方向）前方側か後方側かにかかわらず、ｎ回目のスキャン時の基板１上の各所の現像進行度のモニター情報を元に、それ以降のスリットノズル２からの現像液吐出スキャン時（例えばｎ＋１回目）において、前述同様に所望位置上に差し掛かったときに流量制御機能を具備したスリットノズル２により、現像液の吐出量を局所的に増減させて現像を行う方法を取ることもできる。

本発明は、フォトマスクに限らず、例えば液晶パネルや半導体チップのウエハー工程などへの適用も可能である。また現像に限らず、各種の洗浄やウエットエッチ処理などの工程において、基板上の被処理材を処理する処理液を基板上に吐出する際への適用も可能である。

１・・・基板
２・・・スリットノズル
３・・・モニター装置（モニター、検出ユニット）
４・・・データ処理＆吐出制御ユニット（検出ユニット、吐出量制御ユニット）
５・・・仕切壁
６・・・流量制御装置（吐出量制御ユニット）
７・・・緩衝多孔
４０・・・フォトマスクブランクス
４１・・・ガラス基板
５０・・・被処理基板
５１・・・遮光層
５１ａ・・・遮光パターン
６０・・・被処理基板
６１・・・感光層
６１ａ・・・レジストパターン

Claims

基板上の被処理材を処理する処理液を前記基板上に吐出する基板処理を行う方法であって、
前記基板上の前記処理液の前記被処理材との反応進行度の分布を検出するステップと、
前記検出した反応進行度の分布に応じた吐出量の分布で前記処理液を前記基板上に吐出するステップと
を含むことを特徴とする基板処理方法。
基板上の被処理材を処理する処理液を前記基板上に吐出する基板処理を行う装置であって、
前記基板上の前記処理液の前記被処理材との反応進行度の分布を検出する検出ユニットと、
前記検出ユニットが検出した反応進行度の分布に応じた吐出量の分布で前記処理液を前記基板上に吐出させる吐出量制御ユニットと
を備えることを特徴とする基板処理装置。
前記基板上を所定方向に移動しつつ、該所定方向と直交する幅方向における基板の全長に亘ってライン状に前記処理液を吐出するスリットノズルをさらに備えており、前記検出ユニットは、前記スリットノズルと同期して前記所定方向に移動し前記幅方向における前記基板上の前記処理液の前記被処理材との反応進行度をモニターするモニターと、該モニターのモニター結果に基づいて前記反応進行度の分布を解析するデータ処理ユニットとを有しており、前記吐出量制御ユニットは、前記データ処理ユニットが解析した前記反応進行度の分布に応じ、前記スリットノズルの前記所定方向への移動に同期して該スリットノズルからの前記処理液の吐出量を前記幅方向において制御することを特徴とする請求項２記載の基板処理装置。
前記モニターは、前記幅方向に等間隔をおいて前記スリットノズルに複数取り付けられており、前記各モニターのモニター結果に基づいて前記データ処理ユニットは、前記スリットノズルの前記幅方向に等間隔に区切られた各部分からの前記処理液の吐出量をそれぞれ個別に制御することを特徴とする請求項３記載の基板処理装置。