JPH0741153B2 - 複数液混合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は複数液混合装置に関するものである。

（従来の技術） 半導体デバイスの製造プロセスにおいては、基板のエッ
チングやイオン注入のマスクとして、レジストパターン
が用いられる。このレジストパターンは基板に塗布した
レジスト膜に電子線や紫外線等の高エネルギー線を所定
のパターンに従って照射した後、現像工程を経て形成さ
れる。

ところで半導体集積回路は微細化により経済化、高速
化、高信頼化が図れるため、年々、小型化、高集積化し
ている。これに対応してレジストパターンも微細化され
てきているが、そのため寸法精度が一段と厳しくなり、
サブミクロン領域の高精度なレジストパターンの形成が
要求されるようになっている。そこでこのようなサブミ
クロン領域では、紫外光以上に微細なパターンを描画で
きる電子線等が有効に用いられ、これによって描画され
たレジストを現像し、サブミクロンの最小寸法に見合っ
た精度でレジストパターンが形成されている。この場合
レジストパターンの寸法精度に重要な影響を与える要因
の１つに現像液の濃度があげられる。現像液は親溶媒と
貧溶媒とを主な組成とするものであるが、この親溶媒は
レジストの現像に関し現像時間を短くするが高感度のた
め解像性を低下させるという傾向を示し、一方貧溶媒は
低感度のため解像性が向上するが現像時間が長くなると
いう傾向を示す。第11図は、フロロレジストFBM-120
（ダイキン工業株式会社製）の現像液としてのエチルア
ルコール（親溶媒）とイソブチルアルコール（貧溶媒）
との混合液についてのエチルアルコールの混合比率（百
分率で表されている）と感度（μc/cm²）との関係を、
温度20℃、26℃の条件の下で示したものである。また第
14図に示すように、親溶媒の混合比率が高くなるとレジ
ストのポジ部に膜減りＴが生じる。そのため寸法精度向
上の要請から現像時間が長くかかっても貧溶媒の濃度の
高い現像液を用いることが要請される。

しかしながらレジストパターンの量産の条件として現像
時間の短縮も重要な要素であり、そのため寸法精度の向
上と共に現像時間の短縮を満たす現像方法が種々考えら
れてきた。そのような現像方法としては、例えば特開昭
58-111318号公報に記載された現像方法を挙げることが
できる。この方法は、親溶媒と貧溶媒の異なった混合比
率の現像液を複数種類用意しておき、現像に際しては親
溶媒の混合比率の高い現像液から順に連続して供給する
というもので、これによれば、現像の初期には親溶媒が
強く作用して解像性は劣るものの現像が高速で進行し、
現像の後半を過ぎると今度は貧溶媒の作用が強くなって
上記解像性の悪さをカバーするようになるのである。し
たがってこの方法によれば現像時間の短縮を図ることが
でき、しかも寸法精度の向上したレジストパターンを得
ることができる。

ところで上記現像方法を実施する場合に、寸法精度を向
上させつつ現像時間を最も短縮することができるように
するための現像液の親溶媒と貧溶媒との混合比率の決定
については、使用するレジストの種類（第12図及び第13
図にはそれぞれ異なる種類のレジストに一定濃度の現像
液を与えて現像したときのレジスト残膜量と現像時間と
の関係を示している）、電子線等の照射量、さらにはプ
ロセス上の種々の変化等を考慮することが必要であり、
従来は組成ごとの溶媒をそれぞれ購入しておき、使用者
が上記のような条件を考慮して各溶媒を調合し、最も適
した濃度の現像液を得ていた。しかしながらこのような
方法では、手間がかかるという問題や精度上の問題があ
る。また予め決められた濃度の現像液を購入する場合に
は、種々の条件に対応させるのに困難があった。また第
15図に示すような２液混合装置を使用する方法が知られ
ている。この装置は、同図に示すように、現像液を組成
する各溶媒をそれぞれ加圧式タンク70、71に収容してお
き、各タンク70、71を配管72、73を介して混合ユニット
74に接続し、そして上記各配管72、73に介設した流量計
75、76を制御ユニット77からの信号に基づいて制御し、
各溶媒の混合比率を調整するようなされているのであ
る。しかしながら流量に基づいて現像液の濃度を調整す
る場合には、現状においては、濃度の精度に関し、充分
な結果を得ることが困難である。すなわち流量計75、76
としては、例えばストレンゲージ式、体積式、タービン
式、電磁式、ギアポンプ式等が挙げられるが、その計測
精度の最も良いものでも、読取値には±0.25％の誤差が
生じ、そのため得られる現像液の濃度には上記の誤差以
上の誤差が生じることになるのである。一方これに対し
てレジストの感度は現像液の濃度が0.1％変化しただけ
で大幅に変化するのであり、したがって上記のような流
量計に基づく２液混合装置を用いることは困難である。

（発明が解決しようとする問題点） ところで流量計の代わりに重量計を用いた場合には、液
の量の計測精度を著しく向上させることが可能である。
例えば精密天びんを用いたときは、精度は読取値の±0.
01％以内となるのである。そこで精密天びんのような重
量計を用いた２液混合装置を考えることができる。すな
わち親溶媒と貧溶媒との各供給源から各溶媒を、重量計
の計量部に載置した計量容器に供給し、この計量容器で
各溶媒のそれぞれの重量を計量し、この計量容器の中で
所定の混合比率で所定の重量とした混合液を保存容器に
移して、この保存容器の中で攪拌機によって混合液を攪
拌し現像液となすのである。そしてこのような２液混合
装置を実用化しようとする際には、正確な混合比率を維
持しつつ、短時間内に所定の混合液を製造することが要
請される。

そこでこの発明では、正確な混合比率を維持しつつ、短
時間内に所定の混合液を製造することが可能な複数液混
合装置を提供することを目的としている。

（問題点を解決するための手段） そこでこの発明の複数液混合装置においては、攪拌機43
を備えた保存容器41を、開閉弁27を介して、重量計量器
22の計量部23に載置された計量容器21に接続すると共
に、この計量容器21に複数種類の液の各液供給源１、２
を接続し、上記各液供給源１、２から上記計量容器21に
供給される各液の重量をそれぞれ上記計量容器21内で計
量することによって上記計量容器21内で所定の混合比率
で所定の重量とされた混合液を、上記開閉弁27を開にす
ることによって上記保存容器41に移し、上記攪拌機43で
攪拌するようにした複数液混合装置であって、上記混合
液を上記計量容器21から上記保存容器41に移す前の段階
において、上記各液供給源１、２から上記計量容器21へ
の各液の供給は、それぞれ複数回にわたって分割供給す
ると共に、かつその分割供給される液の種類を入れかえ
ながら行うように制御するための制御手段を有すること
を特徴としている。

（作用） 上記構成の複数液混合装置においては、混合液を保存容
器41に移す前の段階において、各混合液をそれぞれ複数
回にわたって分割供給すると共に、その分割供給される
液の種類を入れかえるようにしているが、そのため保存
容器41に移される前に計量容器21内で混合液が予め混ざ
り合うことになる。したがって保存容器41内では、計量
容器21内で混ざり合った混合液を攪拌すればよいことに
なる。

（実施例） 次にこの発明の複数液混合装置の具体的な実施例につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。

第１図において、１、２はそれぞれ加圧式給液タンクで
あって、一方の給液タンク１には現像液を組成するエチ
ルアルコール等の親溶媒が、他方の給液タンク２にはイ
ソブチルアルコール等の貧溶媒がそれぞれ収容されてい
る。各給液タンク１、２からは給液配管３、４が延びて
おり、各配管３、４は途中で分岐し、その分岐部５、６
及び７、８が計量容器21の内方に臨ませられている。給
液配管３、４の一方の分岐部６、８にはそれぞれ微量吐
出用バルブ９、11が介設され、他方の分岐部５、７には
それぞれ粗量吐出用バルブ10、12が介設されている。上
記微量吐出用バルブ９、11としては、例えば、調節液量
が0.01ccのドージングバルブを挙げることができる。第
２図にはこのドージングバルブの構成を示しているが、
同図のように、このドージングバルブは先端部にテーパ
面13を有するニードル状の弁体14を、弁本体15の内部で
ばね16の付勢力によってパッキンより成る弁座17側に付
勢し着座させておき、エア供給口18からエアを供給する
ことによって弁体14をばね16の付勢力に抗して弁座17か
ら離反させ、そのとき液供給口19から弁本体15の内部に
加圧状態で供給されている液を先端部のノズル20（口径
1.8mm）から吐出するようなされている。上記構成のバ
ルブはエアの供給時間を制御することによって最低吐出
量が0.01ccとなる液の微量吐出が可能となされているの
である。

なお粗量吐出用バルブ10、12としては、大口径のドージ
ングバルブ（ノズル口径4.5mm程度）等の多量吐出用の
バルブを挙げることができる。

一方、第１図に示すように、計量容器21は重量計量器22
の計量部23に載置された状態で保持されている。重量計
量器22としては、例えば、第３図に原理的に示すような
天びん式の重量計量器を挙げることができる。同図のよ
うに、この重量計量器の一方の計量皿23には上記計量容
器21が載置され、もう一方には計量容器21の重量と釣り
合うような磁性体より成る錘24が取着され、この錘24に
対してコイル25を配置した構成を有している。このもの
は計量容器21に液を供給しこの容器21の重量が増加した
ときに錘24の位置が変化することとなるが、そのときの
コイル25を流れる電流の変化を検出することによって液
の重量を計測することができるようなされている。

また、第１図に示すように、計量容器21には供給管部26
が設けられており、この供給管部26には開閉弁27が設け
られている。このような開閉弁27としては、例えば第４
〜第６図に示す構造の弁を挙げることができる。まず第
４図に示す開閉弁27について説明すると、28は上記供給
管部26に設けられる電磁弁であって、この電磁弁28に
は、電流の供給を受けるためのコンセント部29が設けら
れている。一方30はロッドであり、このロッド30はエア
シリンダ31（ソレノイドでもよい）によって突出引込動
作自在となされている。このロッド30には上記コンセン
ト部29に接続される電力供給用のソケット32が取着され
ている。このものにおいては、エアシリンダ31を駆動制
御することにより、電力供給用ソケット32がコンセント
部29に接続自在となされている。この場合ソケット32と
コンセント部29との接続状態を確実なものとするため、
各対向面にはマグネットが組込まれているのが好まし
い。以上のような構成の開閉弁27を採用することによっ
て、計量容器21で液の計量を行っている間は、ソケット
32をコンセント部29から離反させておけば、液の計量誤
差を軽減することが可能となる。また第５図には計量容
器21の供給管部26に開閉弁27として空気弁33を介設した
例を示しているが、この場合にも上記同様に、エアシリ
ンダ31（又はソレノイド）で突出引込動作自在のロッド
30を用い、このロッド30にエア供給ホース34を取着し、
空気弁33のエア受口35にエア供給ホース34を接続自在に
接続し得るようにされている。また第６図に示す他の例
としては、供給管部26内に、孔36を有する弁座部材37を
配置し、この弁座部材37と隣接する供給管部26に側方よ
り、先端側に孔38を有するコック39を嵌入し、このコッ
ク39の基端部と供給管部26の外周面との間にばね40を介
設し、コック39を基端側に付勢することによって、弁座
部材37の孔36がコック39の孔38よりも先端側に位置する
ようにしておく。そしてコック39の基端面と対向してロ
ッド30を配置し、このロッド30をエアシリンダ31（また
はソレノイド）で突出引込自在とし、このロッド30を突
出することによってコック39を先端側へと移行させ、コ
ック39の孔38と弁座部材37の孔36とが同軸上に位置する
ようなされている。このものにおいても同様に計量容器
21での液の計量に誤差が生じるのを軽減することができ
る。すなわち開閉弁27として電磁弁28や空気弁33等を使
用しようとする場合には、開閉弁27に対して電力供給ケ
ーブルやエア供給ホース34を接続する必要がある訳であ
るが、これらケーブルやホース34を常時開閉弁27に接続
していたのでは、ケーブルやホース34の揺動、あるいは
ケーブルやホース34に対する異物の付着等によって計量
容器21での液の計量時に計量誤差の生ずるおそれがある
ため、第４図〜第６図のように、計量完了後において、
ケーブルやホース34を開閉弁27に接続する構成を採用
し、上記誤差を軽減しようとしているのである。

一方第１図に示すように、上記計量容器21の供給管部26
は保存容器41の受管部42の内方へと臨ませられている。
この場合、受管部42の内径は計量容器21における液の計
量中、供給管部26が受管部42に接触することがないよう
な大きさにされている。この保存容器41には計量容器21
から送り込まれてきた親溶媒と貧溶媒とを混合するため
の攪拌機43が設けられると共に、保存容器41内の混合液
が一定残量となったのを検知するレベルセンサ44が設け
られている。一方保存容器41の内部上方の空間には圧力
配管45の一端側が臨ませられており、この圧力配管45の
他端部は三方弁46を介して加圧配管47と排出配管48に接
続されている。一方保存容器41の底部には吐出配管49の
一端部が接続され、その他端側が開閉弁50を介して現像
装置51に接続されている。したがって保存容器41の内部
空間を加圧することによって混合液を吐出配管49を通し
て現像装置51側に供給し得るようなされている。なお保
存容器41の受管部42には開閉弁52が介設されており、計
量容器21から保存容器41へ２液を送り込む場合には、開
閉弁52を開、一方保存容器41から現像装置51側へ混合液
を送る場合には保存容器41内を気密にすべく開閉弁52を
閉となるようなされている。また保存容器41の底部には
排液配管53が接続され、保存容器41中の残留液をバルブ
コック54を操作することによって排液することができる
ようなされている。

一方現像装置51はモータ55の回転軸56を現像槽57の底部
から内方へと臨ませ、その先端部にウェーハ58を取着
し、モータ55の回転駆動によってウェーハ58が回転する
ようなされている。一方現像槽57の上部壁にはノズル59
が取着されており、このノズル59に上記保存容器41から
の吐出配管49が接続されており、現像液がノズル59から
ウェーハ58に向けて噴出するようなされている。

上記粗量吐出用バルブ10、12及び微量吐出用バルブ９、
11は、所定量の親溶媒及び貧溶媒を計量容器21に供給す
る場合、ある程度の量までは、先ず粗量吐出用バルブ1
0、12でもって粗量吐出を行い、その後、所定量まで微
量吐出量バルブ９、11で微量吐出するような吐出動作を
なす。このようにまず粗量吐出を行い、次いで微量吐出
を行って各溶媒を計量容器21内に供給するように構成し
たので、各溶媒はすばやく、しかも正確に所定重量づつ
供給することが可能であり、そのため所定の混合比率の
２液を迅速に、しかも正確に得ることができる。

そしてこの実施例においては、親溶媒と貧溶媒との供給
は上記粗量吐出バルブ10、12及び微量吐出バルブ９、11
による上記のような基本的な吐出動作を組込んで次のよ
うに行われる。この供給方法を第７図に示すフローチャ
ート図に基づいて説明する。なおこのフローチャート図
においては、各バルブ９、10、11、12による上記したよ
うな基本的な吐出動作については説明を省略している。
まず計量容器21に供給される親溶媒と貧溶媒の合計重量
Ｍを設定する（ステップS20）。次いで親溶媒と貧溶媒
の混合比率kA、kBを設定する（ステップS21）。次いで
親溶媒と貧溶媒の供給の繰り返し回数Ｎを設定する（ス
テップS22）。例えば、まず親溶媒を供給し、次いで貧
溶媒を供給し、次いで親溶媒を供給する場合にはＮは３
となる。次いでｎを初期値０に設定する（ステップS2
3）。次いでＮが奇数かどうかを判断し（ステップS2
4）、Ｎが奇数であればステップS25に移行し、Ｎが偶数
であればステップS30に移行する。まずＮが奇数である
場合には、MkA・2/（Ｎ＋１）の量の親溶媒を供給する
（ステップS25）。すなわちＮが奇数の場合に最初親溶
媒を供給するときは、親溶媒の供給回数は（Ｎ＋１）/2
であり、親溶媒の１回当りの供給量は親溶媒の供給総量
であるMkAを上記回数（Ｎ＋１）/2で除した量、すなわ
ちMkA・2/（Ｎ＋１）となるのである。次いでMkB・2/
（Ｎ−１）の量の貧溶媒を供給する（ステップS26）。
すなわちＮが奇数の場合に最初に親溶媒を供給するとき
には、貧溶媒の供給回数は（Ｎ−１）/2となり、したが
って貧溶媒の１回当りの供給量は貧溶媒の供給総量MkB
を上記回数（Ｎ−１）/2と除した量、すなわちMkB・2/
（Ｎ−１）となるのである。次いでｎに１を加算する
（ステップS27）。次いでこのｎの値が（Ｎ−１）/2の
値に達したかどうかが判断される（ステップS28）。す
なわち（Ｎ−１）/2は最後に供給される親溶媒の供給を
除くＮ−１回について、ステップS25とステップS26を１
つの過程としたときのその過程の繰返し数を意味する。
ｎが（Ｎ−１）/2に達していないときはステップS25に
移行し、ステップS25とステップS26とステップS27とを
繰返す。そしてｎが（Ｎ−１）/2に達した場合には、ス
テップS29に移行し、MkA・2/（Ｎ＋１）の量の親溶媒を
供給した後ストップする。一方ステップS24でＮが偶数
と判断された場合にはMkA・2/Nの量の親溶媒を供給する
（ステップS30）。すなわちＮが偶数の場合には親溶媒
の供給回数はN/2となり、１回当りの親溶媒の供給量は
供給総量MkAを上記回数N/2で除した量となる。次いでMk
B・2/Nの量の貧溶媒を供給する（ステップS31）。これ
についても同様である。次いでｎに１を加算し（ステッ
プS32）、次いでこのｎの値がN/2に達したかどうかを判
断する（ステップS33）。ｎがN/2に達していないときは
ステップS30に移行し、ステップS30とステップS31とス
テップS32とを繰返す。そしてｎがN/2に達した場合には
その時点で供給をストップする。このように親溶媒と貧
溶媒とを交互に供給することよって計量容器21内で親溶
媒と貧溶媒とが混ざり合い、そのためこのような２液が
保存容器41内に送られた場合には、攪拌機43による２液
の攪拌時間を短縮でき、その結果、すばやく現像液を得
ることが可能となる。

２液を保存容器41内で攪拌機43で攪拌した後、圧力配管
45と加圧配管47とが連通するように三方弁46を切換え、
保存容器41の液面上方の空間を加圧する。そして現像装
置51内部での現像準備が完了すると、開閉弁50が開にさ
れ、ノズル59から現像液がウェーハ58に吹きつけられる
ことになる。一方レベルセンサ44によって保存容器41内
の現像液が所定残量となったのが検知されると、粗量吐
出用バルブ10、12と微量吐出用バルブ９、11とが上記と
同様にして親溶媒と貧溶媒とを計量容器21内に供給され
るよう制御されることになる。そして計量容器21から保
存容器41にその２液が供給される際には、圧力配管45と
排出配管48とを連通するように三方弁46を切換えて保存
容器41内部の空間を常圧に戻した後、開閉弁52を開にす
る。なお混合比率変更時にはバルブコック54を開にして
保存容器41内の残留液を排出すればよい。

上記各実施例においては、計量容器21で所定の混合比率
で所定の重量とされた混合液を保存容器41に移す前に、
各給液タンク１、２から計量容器21への各溶媒の供給順
序を入れかえるように制御されることになるので、計量
容器21内でも混合液が混ざり合うこととなり、そのため
保存容器41に移された混合液の攪拌時間を短縮すること
が可能である。

そして現像液の濃度に非常に敏感なレジストの現像に最
適な現像時間と混合比率との関係を、予備テストによっ
て、例えば第８図に示すように求めておけば、そのよう
な関係に忠実にタイミングよく現像液を供給していくこ
とが可能である。そのためレジストパターンの寸法精度
を向上することが可能である。

第９図には上記構成の変形例を示している。同図のよう
に、３台の重量計量器22、22、22の各計量部23、23、23
に計量容器21、21、21を載置し、さらに各計量容器21、
21、21に対応して保存容器41、41、41が配置されてい
る。この変形例においては、例えば第８図に示すような
３種の混合比率の現像液を得るために、各計量容器21、
21、21にそれぞれの混合比率の２液を供給し、各保存容
器41、41、41に移すようになされる。そして各保存容器
41、41、41の現像液は現像装置51に設けた各ノズル59、
59、59から吹出しのタイミングに合わせてウェーハ58に
対して噴出されることになる。

また第10図にはさらに他の実施例を示している。この変
形例においては、同図に示すように、１台の重量計量器
22の計量部23に１つの計量容器21を載置し、この計量容
器21の供給管部26を３つに分岐させ、各分岐部60、61、
62に対応して３つの保存容器41、41、41がそれぞれ配置
されている。この変形例においても、上記変形例と略同
様の作用をなす。なお上記実施例と同一の部分について
は、同一の符号で示し、その説明を省略している。

上記各変形例においても、上記実施例と同様に計量容器
21・・内で２つの溶媒が予め混ざり合うこととなり、そ
のため保存容器41・・内での攪拌機43・・による攪拌時
間を短縮することができる。

以上、この発明の複数液混合装置の具体例について説明
したが、この発明の液計量装置は上記実施例に限定され
るものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施
することができる。例えば上記実施例においては、親溶
媒と貧溶媒とから現像液を得るものについて説明した
が、種類の異なる２液の攪拌された混合液を得るもので
あればいずれのものについても適用することが可能であ
る。

（発明の効果） 以上説明したように、この発明の複数液混合装置におい
ては、混合液を計量容器から保存容器に移す前の段階に
おいて、各混合液をそれぞれ複数回にわたって分割供給
すると共に、その分割供給される液の種類を入れかえな
がら供給するようにしているので、計量容器内で混合液
が混ざり合うことになり、そのため保存容器に移された
混合液の攪拌時間を短くすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の複数液混合装置の一実施を示す説明
図、第２図は上記複数液混合装置に用いられる微量吐出
用バルブの一例を示す一部断面図、第３図は上記複数液
混合装置に用いられる重量計量器の一例を示す原理説明
図、第４〜第６図はそれぞれ計量容器の供給管部に設け
られる開閉弁の説明図、第７図は制御フローチャート
図、第８図は現像時間と現像液の濃度との関係を示すグ
ラフ、第９図及び第10図はそれぞれ上記実施例の変形例
を示す説明図、第11図はエタノール濃度とレジストに対
する感度との関係を示すグラフ、第12及び第13図はそれ
ぞれ一定濃度の現像液を用いた場合の種類の異なるレジ
ストについての現像時間とレジスト残膜厚さとの関係を
示すグラフ、第14図はレジストのポジ部の膜減りの説明
図、第15図は従来の２液混合装置を示す説明図である。 １、２……給液タンク（液供給源）、21……計量容器、
22……重量計量器、23……計量部、27……開閉弁、41…
…保存容器、43……攪拌機。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】攪拌機（43）を備えた保存容器（41）を、
   開閉弁（27）を介して、重量計量器（22）の計量部（2
   3）に載置された計量容器（21）に接続すると共に、こ
   の計量容器（21）に複数種類の液の各液供給源（１）
   （２）を接続し、上記各液供給源（１）（２）から上記
   計量容器（21）に供給される各液の重量をそれぞれ上記
   計量容器（21）内で計量することによって上記計量容器
   （21）内で所定の混合比率で所定の重量とされた混合液
   を、上記開閉弁（27）を開にすることによって上記保存
   容器（41）に移し、上記攪拌機（43）で攪拌するように
   した複数液混合装置であって、上記混合液を上記計量容
   器（21）から上記保存容器（41）に移す前の段階におい
   て、上記各液供給源（１）（２）から上記計量容器（2
   1）への各液の供給は、それぞれ複数回にわたって分割
   供給すると共に、かつその分割供給される液の種類を入
   れかえながら行うように制御するための制御手段を有す
   ることを特徴とする複数液混合装置。