JP2015005691A - 現像ノズル、現像方法および現像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現像ムラの抑制を可能とする現像ノズル、現像方法および現像装置を提供することを課題とする。
【解決手段】現像液を噴出させるための複数の現像ノズルの噴出口１３を備えた現像ノズル１２であって、一方向に長い形状の現像ノズルの噴出口１３が、現像ノズル１２の短辺方向と一定の角度を持って延びており、これら複数の噴出口が現像ノズル１２の長辺方向に同一ピッチで一列に配置されてなり、隣接する現像ノズルの噴出口１３間の現像ノズル１２の長辺方向の距離が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする現像ノズル。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体デバイスやフォトマスクの製造工程の重要な工程の１つであるレジスト現像工程における、現像ムラによる周期的なパターン寸法の面内バラツキを抑制することを可能とする現像ノズル、現像方法および現像装置に関する。

レジストが塗布された被現像物の現像処理方法として、被現像物を回転し、現像液をスプレーノズルにて被現像物上に噴霧することで現像処理を行うスプレー現像という方法がある。

また、被現像物に対して現像ノズルを平行移動させながら、現像ノズルから供給される現像液を上記被現像物上に液盛りし、静止状態で現像処理を行うパドル現像という方法もある。

しかしながら、スプレー現像では被現像物面内に現像液を一様に行き届かせるために被現像物を回転させるため、被現像物面内でのレジストパターン寸法に同心円状に現像の進み具合の変化が生じてしまう（以後、同心円傾向と呼ぶ）。

また、パドル現像では現像液を液盛りするため、被現像物面内におけるレジストパターン寸法の同心円傾向は抑制されるが、現像ノズルを被現像物に対して平行移動させながら現像を行うため、現像液噴出口の間隔で周期的にレジストパターン寸法のバラツキが発生する現象（以降、現像ムラと呼ぶ）が生じてしまう。

特開２００２−０８６０３９号公報

そこで本発明は、現像ムラの抑制を可能とする現像ノズル、現像方法および現像装置を提供することを課題とする。

上記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、現像液を噴出させるための複数の噴出口を備えた現像ノズルであって、一方向に長い形状の噴出口が、現像ノズルの短辺方向と一定の角度を持って延びており、これら複数の噴出口、現像ノズルの長辺方向に同一ピッチで一列に配置されてなり、隣接する噴出口間の現像ノズルの長辺方向の距離が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする現像ノズルである。

請求項２に記載の発明は、隣接する前記噴出口の列が千鳥配置となるように、前記現像ノズルの長辺方向に直交する方向から見た時に、各現像ノズルの噴出口が相互に半分だけ重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の現像ノズルである。

請求項３に記載の発明は、隣接する前記噴出口の列を平行にｎ列配置し、各列を前記現像ノズルの長辺方向に順次、１／ｎピッチずらしたことを特徴とする請求項１に記載の現像ノズルである。

請求項４に記載の発明は、前記噴出口の短辺方向の幅が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の現像ノズルである。

請求項５に記載の発明は、前記噴出口が直線状に並んだ複数の孔から構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の現像ノズルである。

請求項６に記載の発明は、前記現像ノズルの噴出口を構成する孔が直径１ｍｍ以下の円形であることを特徴とする請求項５に記載の現像ノズルである。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の現像ノズルを、前記現像ノズルの長辺方向と直交する方向に、往復運動させながら現像液を被現像物に噴出して現像を行うことを特徴とする現像方法である。

請求項８に記載の発明は、前記被現像物または前記現像ノズルまたは前記被現像物と前記現像ノズルの双方を回転させながら現像を行うことを特徴とする請求項７に記載の現像方法である。

請求項９に記載の発明は、前記現像ノズルをその長辺方向を軸に首振り運動させながら現像を行うことを特徴とする請求項８に記載の現像方法である。

請求項１０に記載の発明は、請求項７〜９のいずれかに記載の現像方法を使用して現像を行なう現像装置であって、被現像物を載置するためのチャックと前記現像ノズルを備えていることを特徴とする現像装置である。

本発明によれば、レジスト現像工程の要因によるパターン寸法の現像ムラを抑制する現像ノズル、現像方法および現像装置を提供することが可能となる。

請求項１に記載の発明によれば、被現像物１１の現像を行う現像ノズル１２が、被現像物１１より長辺方向が長い形状、且つ前記被現像物側に現像ノズルの噴出口１３が形成されており、現像ノズル１２の長辺に対して垂直な方向から見て、隣接する現像ノズルの噴出口１３間の現像ノズル１２の長辺方向の距離が０．５ｍｍ以下、もしくは重なることで現像ノズルの噴出口１３同士の間にも現像液が均一に行き渡り、現像時に生じる現像ムラに起因した、周期的なパターン寸法の面内バラツキを抑制することが可能となる。

請求項２および３に記載の発明によれば、請求項１乃至２記載の現像ノズル１２に配置された現像ノズルの噴出口１３が、図２（a）のように、現像ノズル１２の長辺に対して垂直な方向から見て、隣接する現像ノズルの噴出口１３が均一にオーバーラップする境界線１５で隣接することで、現像ノズル１２の長辺に対して垂直な方向から見た現像ノズルの噴出口１３の密度が均一になり、被現像物１１の各所における現像速度が均一となってパターン寸法のバラツキを抑えることが可能となる。また現像ノズルの噴出口１３の列が複数列配置されることにより、寸法のバラツキを抑えながら、現像時間を短縮することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３に記載の現像ノズル１２に配置された現像ノズル噴出口１３の短辺方向の幅が１ｍｍ以下であることで、現像液流量のバラツキを抑制することが可能となる。

請求項５および６に記載の発明によれば、現像ノズルの噴出口１３の形状を、一方向に長い形状から、直線状に配置した複数の孔から構成したことにより、現像ノズル１２から
噴出される現像液がより均一となり、現像のバラツキを一方向に長い形状の場合より抑制することが可能となる。

また請求項７に記載の発明によれば、請求項１〜６に記載の現像ノズルを使用し、一定速度で現像ノズルを往復運動させたことにより、均一な現像が可能となる。

また請求項８に記載の発明によれば、請求項７における現像ノズルを一定速度で往復運動させることに加えて、被現像物と現像ノズルを相対的に回転させることにより、更に均一な現像が可能となる。

また請求項９に記載の発明によれば、請求項８における現像ノズルを一定速度で往復運動させることと被現像物と現像ノズルを相対的に回転させることに加えて、現像ノズルを首振り運動させることにより、更に均一な現像が可能となる。

請求項１０記載の発明によれば、請求項１〜６のいずれかに記載の現像ノズルと請求項７〜９のいずれかに記載の現像方法を使用して現像することが可能な現像装置を提供することが可能となる。

（ａ）は本発明の現像ノズルの配置状態の一例を示した鳥瞰図、（ｂ）は本発明の現像ノズルの噴出口の形状の一例を被現像物側から見た図である。 （ａ）および（ｂ）および（ｃ）は本発明の現像ノズルの噴出口の形状の例を被現像物側から見た図である。 （ａ）および（ｂ）および（ｃ）および（ｄ）は本発明の現像ノズルを用いた実施形態の例を示した鳥瞰図である。

本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１（ａ）は本発明の現像ノズルの配置状態の一例を示した鳥瞰図である。被現像物１１は、パターンが露光されたレジスト層が形成されたフォトマスクブランクである。その被現像物１１の上方を、現像液を墳出し、被現像物１１のパターンが露光されたレジスト層に吹き付けながら、現像ノズルを一定速度で被現像物の上方で往復運動させることによって現像を行う。図１（ｂ）は、その現像ノズルの噴出口１３の形状とその配置の一例を示した被現像物側から見た図である。現像ノズル１２の被現像物１１に面した面には、一方向に長い形状の現像ノズルの噴出口１３が、現像ノズルの短辺方向（長辺と直交する方向）と一定の角度を持って、且つ長辺方向に同じピッチで一列に配置されている。隣り合う現像液ノズルの噴出口１３間の現像ノズルの長辺方向の距離を、０．５ｍｍ以下とすることにより、現像液ノズル１２の長辺方向と直交する方向に一定速度で往復運動して現像する際に、現像液が被現像物１１に均一に墳出される。この時、個々の現像ノズルの噴出口は、一方向に長い形状であるが、使用する現像液の粘度が水と同等の場合は、その短辺方向の幅が１ｍｍ以下であることにより、現像液が均一に墳出される。１ｍｍを超えると均一性が劣化する。

図２（ａ）も、本発明の現像ノズルの噴出口１３の形状の例を被現像物側から見た図である。この例は、一方向に長い形状の現像ノズルの噴出口１３が、現像ノズルの短辺方向（長辺と直交する方向）と一定の角度を持って、且つ長辺方向に同じピッチで一列に配置されている点は図１（ｂ）と同じであるが、隣り合う現像ノズルの噴出口１２が、現像ノズル１２の長辺方向に直交する方向から見た時に、各現像ノズルの噴出口１３が相互に半分だけ重なる位置に配置されている。こうすることによって、現像ノズル１２の長辺方向に直交する方向から見た時に、すべての位置で現像ノズルの噴出口１３が二重に重なって
いる状況になる。図中の１５は、現像ノズルの長辺に対して直交する方向から見て、隣り合う現像ノズルの噴出口１３が均一にオーバーラップする境界線であり、ここまで隣り合う現像ノズルの噴出口１３を接近させる。２本の現像ノズルの噴出口１３の列において、各現像ノズルの噴出口１３の現像ノズル１２の長辺方向の配置のピッチを相互に１／２ピッチだけずらすことによって２重になるが、これは一般的には、ｎ本の現像ノズルの噴出口の列において、各現像ノズルの噴出口１３の現像ノズル１２の長辺方向の配置のピッチを相互に１／ｎピッチだけずらすことによってｎ重になる、と言える。このようにすることにより、現像液ノズル１２の長辺方向と直交する方向に一定速度で往復運動して現像する際に、現像液が被現像物１１に均一に墳出される。

図２（ｂ）も、本発明の現像ノズルの噴出口１３の形状の例を被現像物側から見た図である。この例は、隣接する現像ノズルの噴出口１３同士が千鳥配置となるように、現像ノズルの噴出口１３の列を、現像ノズル１２の長辺方向に相対的に半ピッチずらして平行に２列配置したものである。こうすることによって、現像ノズル１２の長辺方向に直交する方向から見た時に、すべての位置で現像ノズルの噴出口１３が二重に重なっている状況になる。こうすることにより、現像液ノズル１２の長辺方向と直交する方向に一定速度で往復運動して現像する際に、現像液が被現像物１１に均一に墳出される。

図２（ｃ）も、本発明の現像ノズルの噴出口１３の形状の例を被現像物側から見た図である。図１（ｂ）と異なる点は、現像ノズルの噴出口１３が直線状に並んだ複数の孔から構成されている点である。現像ノズルの噴出口１３から噴出する現像液の量は、厳密には噴出口の端部に近いほど少なくなる。端部から離れるほど多くなる。必然的に現像液の噴出量は、噴出口の端部から離れるに従って増加する分布を持つため、図２（ｃ）のような噴出口では、全ての噴出口が図１（ｂ）の噴出口より小さな形状であるため、その小さな噴出口の中では分布を持つが、個々の小さな噴出口からの噴出量の差が小さくなる。そのためこのようにすることで、現像ノズルの噴出口１３の内部での現像液の噴出量の分布をより均一にすることが可能である。噴出口を小さくするほど、均一になる。

図３は、被現像物１１に対する本発明の現像ノズル１２の動かし方の例を示すものである。図３（ａ）は被現像物１１に対して、現像ノズル１２を、その長辺方向と直交する方向に一定速度で往復運動させる方法を示している。

図３（ｂ）は、被現像物１１に対して、現像ノズル１２を、その長辺方向と直交する方向に一定速度で往復運動させると同時に、現像ノズル１２を、その長辺方向を軸に首振り運動をさせる方法を示している。

図３（ｃ）は、現像ノズル１２を定位置に配置して置き、被現像物１１をその平面に平行な面内で回転させる方法を示している。

図３（ｄ）は、現像ノズル１２を定位置に配置して置き、その長辺方向を軸に首振り運動をさせる方法を示している。

以上のように、現像ノズル１２の長辺方向に直交する方向から見て、現像液の墳出が均一になる様に現像ノズルの噴出口１３を配置した現像ノズル１２と、現像ノズル１２を被現像物１１の平面に平行な面内で現像ノズルの長辺方向に直交する方向に一定速度で往復運動させたり（図３（ａ）参照）、その往復運動をさせながら現像ノズル１２の長辺方向を軸に現像ノズル１２を首振り運動させたり（図３（ｂ）参照）、被現像物１１をその平面に平行な面内で回転させたり（図３（ｃ）参照）、または、それらを組合せた現像方法により、現像ムラの抑制が可能となる現像方法およびそれらに基づいた現像装置を提供することが可能となる。現像装置は、被現像物を載置するためのチャックと現像液を被現像
物に現像液を噴出するための現像ノズルとチャックを回転させるための回転機構と現像ノズルをチャックと平行を保ちながら移動可能とする移動機構と現像ノズルをその長辺方向を軸に首振り運動を可能とする首振り機構と現像ノズルから現像液を噴出させるためのポンプと回転機構と移動機構と首振り機構とポンプの駆動を制御するための制御装置を備えている。

次に本発明を、実施例を用いて更に詳しく説明する。
＜実施例１＞
本発明の実施形態の一例を下記に示す。
〈被現像物〉
露光済のレジスト層が形成されている縦６ｉｎｃｈ（１５２．４ｍｍ）×横６ｉｎｃｈ（１５２．４ｍｍ）×厚さ２．３ｍｍのフォトマスクブランクを用いた。
〈現像ノズルの形状、大きさ〉
形状 ：一方向に長い形状
大きさ ：２２０ｍｍ×２５．０ｍｍ
〈現像ノズルの噴出口の形状、大きさ、配置〉
形状 ：一方向に長い形状
大きさ ：短辺１．０ｍｍ×長辺１３．０ｍｍ
配置 ：現像ノズルの短辺方向（長辺と直交する方向）と一定の角度を持って、且つ長辺方向に一列に配置する。
噴出口の配置のピッチ ：６ｍｍ
噴出口の現像ノズルの短辺方向となす角度 ：２７．５°
〈現像ノズルと被現像物間の距離〉
２ｍｍ
〈現像条件〉
現像液温度 ：２３℃（現像液タンク内の現像液管理温度）
現像液供給量 ：１０ｃｍ^３／秒
現像時間 ：１１０秒
レジスト ：ＦＥＰ１７１
レジスト膜厚 ：２０００Å

図１（ａ）は本発明の現像ノズルの配置状態の一例を示した鳥瞰図、および（ｂ）は本発明の現像ノズルの噴出口の形状の一例を示した被現像物（フォトマスク基板）側から見た現像ノズルの噴出口の配置状態を見た図である。フォトマスク基板には、レジストが塗布され、且つ電子ビーム描画機にてパターン露光されたフォトマスク基板を用いて、現像ノズルを被現像物に対して平行、且つ現像ノズルの長辺に対して直交する方向に一定速度で往復運動を行いながら、現像ノズルの噴出口から現像液を噴出させて現像処理を行った。

描画データ上、同一寸法および同一密度のパターンがフォトマスクブランクの面内に均一に配置され、描画・現像されたレジストパターン寸法を５００μｍピッチで測定を行った結果、バラツキのレンジが、従来のパドル現像では２．９ｎｍに対して、上記条件では２．１ｎｍと改善が見られた。
＜実施例２＞

実施例１との大きな違いは、現像ノズルの長辺方向に配列された現像ノズルの噴出口の列が、２列になった点である。その他の違いを含め、下記に示す条件にて現像を行った。
〈被現像物〉
露光済のレジスト層が形成されている縦６ｉｎｃｈ（１５２．４ｍｍ）×横６ｉｎｃｈ（１５２．４ｍｍ）×厚さ２．３ｍｍのフォトマスクブランクを用いた。
〈現像ノズルの形状、大きさ〉
形状 ：一方向に長い形状
大きさ ：２２０ｍｍ×３８．０ｍｍ
〈現像ノズルの噴出口の形状、大きさ、配置〉
形状 ：一方向に長い形状
大きさ ：１．０ｍｍ×１３．０ｍｍ
配置 ：隣接する現像ノズルの噴出口同士が千鳥配置となるように、現像ノズルの噴出口の列を、現像ノズルの長辺方向に相対的に３ｍｍずらして平行に２列配置した。
噴出口の列間の距離 ：２ｍｍ
噴出口の配置のピッチ ：６ｍｍ
噴出口の現像ノズルの短辺方向となす角度 ：２７．５°
〈現像ノズルと被現像物間の距離〉
２ｍｍ
〈現像条件〉
現像液温度 ：２３℃（現像液タンク内の現像液管理温度）
現像液供給量 ：１０ｃｍ^３ ／秒
現像時間 ：８０秒
レジスト ：ＦＥＰ１７１
レジスト膜厚 ：２０００Å

図１（ａ）は本発明の現像ノズルの配置状態の一例を示した鳥瞰図、および（ｂ）は本発明の現像ノズルの噴出口の形状の一例を示した被現像物（フォトマスク基板）側から見た現像ノズルの噴出口の配置状態を見た図である。フォトマスク基板には、レジストが塗布され、且つ電子ビーム描画機にてパターン露光されたフォトマスク基板を用いて、現像ノズルを被現像物に対して平行、且つ現像ノズルの長辺に対して直交する方向に一定速度で往復運動を行いながら、現像ノズルの噴出口から現像液を噴出させて現像処理を行った。

描画データ上、同一寸法および同一密度のパターンがフォトマスクブランクの面内に均一に配置・描画されたレジストパターン寸法を５００μｍピッチで測定を行った結果、バラツキのレンジが、従来パドル現像では２．９ｎｍに対して、上記条件では２．０ｎｍと改善が見られた。
＜実施例３＞

実施例２との違いは、被現像物であるフォトマスク基板を現像ノズル１２が配置されている面に平行な面内で被現像物の回転方向１８に回転させていること、および現像用ノズル１２と被現像物１１との距離を４ｍｍにした点である。ここで、被現像物の回転方向１８とは、現像ノズルの噴出口が形成されている平面と平行な平面内で時計方向または反時計方向に回転する方向を指す。
〈被現像物〉
露光済のレジスト層が形成されている縦６ｉｎｃｈ（１５２．４ｍｍ）×横６ｉｎｃｈ（１５２．４ｍｍ）×厚さ２．３ｍｍのフォトマスクブランクを用いた。
〈現像ノズルの形状、大きさ〉
形状 ：一方向に長い形状
大きさ ：２２０ｍｍ×３８．０ｍｍ
〈現像ノズルの噴出口の形状、大きさ、配置〉
形状 ：一方向に長い形状
大きさ ：１．０ｍｍ×１３．０ｍｍ
配置 ：隣接する現像ノズルの噴出口同士が千鳥配置となるように、現像ノズルの噴出口の列を、現像ノズルの長辺方向に相対的に３ｍｍずらして平行に２列配置した。
噴出口列間の距離 ：２ｍｍ
各噴出口間の間隔 ：６ｍｍ
噴出口の角度 ：現像ノズルの短辺方向に対し２７．５°
〈現像ノズルと被現像物間の距離〉
４ｍｍ
〈現像条件〉
現像液温度 ：２３℃（現像液タンク内の現像液管理温度）
現像液供給量 ：１０ｃｍ^３ ／秒
現像時間 ：８０秒
レジスト ：ＦＥＰ１７１
レジスト膜厚 ：２０００Å
被現像物回転速度 ：２０回転／分

図３（ｃ）は本発明の実施形態を説明するための鳥瞰図である。フォトマスク基板には、レジストが塗布され、且つ電子ビーム描画機にてパターン露光されたフォトマスク基板を用いて、被現像物であるフォトマスク基板を回転させながら現像処理を行った。

描画データ上、同一寸法および同一密度のパターンがフォトマスク基板の面内に均一に配置・描画されたレジストパターン寸法を５００μｍピッチで測定を行った結果、バラツキのレンジが、従来のパドル現像では２．９ｎｍに対して、上記条件では１．９ｎｍと改善が見られた。

また実施例３の形態のうち、被現像物の代わりに現像ノズルを回転させてもよい。また、現像ノズルを首振りさせてもよい。それらを同時に行ってもよい。

１１…被現像物
１２…現像ノズル
１３…現像ノズルの噴出口
１４…現像ノズルの長辺に対して直交する方向から見て、隣接する現像ノズルの噴出口間の距離が０．５ｍｍ以下、もしくは隣接する現像ノズルの噴出口が接する境界線
１５…現像ノズルの噴出口が均一にオーバーラップする境界線
１６…現像ノズルに配置された現像ノズルの噴出口を構成する孔
１７…現像ノズルを一定速度で往復運動させる方向
１８…被現像物の回転方向
１９…現像ノズルの首振り方向

Claims (10)

1. 現像液を噴出させるための複数の噴出口を備えた現像ノズルであって、一方向に長い形状の噴出口が、現像ノズルの短辺方向と一定の角度を持って延びており、これら複数の噴出口、現像ノズルの長辺方向に同一ピッチで一列に配置されてなり、隣接する噴出口間の現像ノズルの長辺方向の距離が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする現像ノズル。
2. 隣接する前記噴出口の列が千鳥配置となるように、前記現像ノズルの長辺方向に直交する方向から見た時に、各現像ノズルの噴出口が相互に半分だけ重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の現像ノズル。
3. 隣接する前記噴出口の列を平行にｎ列配置し、各列を前記現像ノズルの長辺方向に順次、１／ｎピッチずらしたことを特徴とする請求項１に記載の現像ノズル。
4. 前記噴出口の短辺方向の幅が１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の現像ノズル。
5. 前記噴出口が直線状に並んだ複数の孔から構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の現像ノズル。
6. 請求項５に記載の現像ノズルの噴出口を構成する孔が直径１ｍｍ以下の円形であることを特徴とする請求項５に記載の現像ノズル。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の現像ノズルを、前記現像ノズルの長辺方向と直交する方向に、往復運動させながら現像液を被現像物に噴出して現像を行うことを特徴とする現像方法。
8. 前記被現像物または前記現像ノズルまたは前記被現像物と前記現像ノズルの双方を回転させながら現像を行うことを特徴とする請求項７に記載の現像方法。
9. 前記現像ノズルをその長辺方向を軸に首振り運動させながら現像を行うことを特徴とする請求項８に記載の現像方法。
10. 請求項７〜９のいずれかに記載の現像方法を使用して現像を行なう現像装置であって、被現像物を載置するためのチャックと前記現像ノズルを備えていることを特徴とする現像装置。