JPH10282634A - 露光用マスクの製造方法 - Google Patents

露光用マスクの製造方法

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JPH10282634A
JPH10282634A JP8481097A JP8481097A JPH10282634A JP H10282634 A JPH10282634 A JP H10282634A JP 8481097 A JP8481097 A JP 8481097A JP 8481097 A JP8481097 A JP 8481097A JP H10282634 A JPH10282634 A JP H10282634A
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  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 遮光膜の開口寸法を面内で均一化する。 【構成】 遮光膜3の形成された石英基板2上にレジス
ト膜4を形成する(a)。電子線露光後、スプレー法に
より現像を行ってレジスト膜4をパターニングする
(b)。現像時の現像液の流量を制御して(流量を少な
くして)、周辺部のレジスト膜開口寸法101が中央部
での開口寸法より小さくなるようにする。RIEにより
遮光膜3をパターニングする(c)。RIEでは、周辺
部の遮光膜開口寸法102が中央部での開口寸法より大
きく形成される傾向にあるが、予めレジストパターンが
この傾向を相殺するように形成されているため、遮光膜
開口寸法102は面内で均一化される。レジスト膜4を
剥離・除去する(d)。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置の製造
に使用するフォトマスクおよびフォトレチクル(以下、
マスクと称する)の製造方法に関し、特に、マスク上の
遮光膜に形成するパターンの寸法を面内で均一化する方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】半導体装置の高集積化および微細寸法化
により、これを製造するのに使用するマスクの寸法均一
性に対する要求が近年益々強くなってきている。このた
め、マスク製造工程においては、異方性の高いドライエ
ッチング、特に反応性イオンエッチングが用いられてい
るが、最近の微細化傾向により、これのみで要求に応え
ることは難しく、より高い面内均一化を実現できる製造
方法が求められるようになってきている。
【0003】図9は、従来のマスクの製造方法を説明す
るための工程順の断面図である。まず、石英基板2上に
Crなどからなる遮光膜3が形成されたマスク基板1を
用意し、電子線露光用のレジストをスピン塗布し、プリ
ベークを行ってレジスト膜4を形成する〔図9
(a)〕。次に、電子線露光を行って所望のパターンを
描画する。次いで、現像を行い、レジスト膜4をパター
ニングする〔図9(b)〕。なお、以下、この工程で得
られたレジスト膜パターンの開口寸法をレジスト膜開口
寸法101とする。
【0004】次に、パターニングされたレジスト膜4を
マスクとして反応性イオンエッチングにより遮光膜3を
選択的に除去して、遮光膜3にレジスト膜パターンを転
写する〔図9(c)〕。なお、以下、この工程で得られ
た遮光膜パターンの開口寸法を遮光膜開口寸法102と
する。最後に、レジスト膜を剥離・除去して、所望の遮
光膜パターン有するマスクを得る〔図9(d)〕。
【0005】ここで、実験的に得られた、現像工程後の
レジスト膜開口寸法101の面内分布を図10に、ま
た、遮光膜開口寸法102の面内分布を図11に示す。
従来技術では、現像工程後のレジスト膜開口寸法101
の面内寸法差(中央部分の寸法から周辺部分の寸法を引
いた値)を小さくし、これにより遮光膜開口寸法102
を均一化する(面内寸法差を小さくする)ことを行って
いた。ここで、図10は実験結果を示したものであるた
め、レジスト膜開口寸法101の面内寸法差が生じてい
るが、図10に示したレジスト膜開口寸法101の面内
寸法差より、図11に示した遮光膜開口寸法102の面
内寸法差の方が増大している。
【0006】なお、図10および図11に示した実験結
果は以下の条件で行って得られたものである。また、各
寸法測定は、基板上の80mm角の範囲内の25点にて
行った。 石英基板2:板厚0.09インチ(0.229cm)の
5インチ(12.7cm)角基板 遮光膜3:全膜厚1000Å程度のCrxOy/Crの
2層構造 レジスト膜4:塗布膜厚5000Å程度の電子線露光用
レジスト プリベーク:ホットプレートを使用、ベーク温度=20
0℃程度 電子線露光:可変矩形型の電子線露光装置を使用、加速
電圧=20kV、露光量=12μC/cm2程度、設計
寸法2.5μmのホールパターンを描画 現像液:有機溶剤系の混合現像液 現像後処理:イソプロピルアルコールを使用したリンス
処理とスピン乾燥処理後、ポストベーク(ホットプレー
トを使用、ベーク温度=110℃程度)とディスカム処
理(酸素ガスプラズマを使用したレジスト膜4のエッチ
ング(エッチング量=400Å程度)) 反応性イオンエッチングでのエッチングガス:Cl2
2 の混合ガス
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来のマスクパターン
の形成方法では、現像工程後のレジスト膜開口寸法10
1は図10に示されるように面内で比較的均一である
が、遮光膜開口寸法102は図11に示されるように大
きくばらつく。特に周辺部において開口寸法が大きく形
成される。これは、遮光膜の反応性イオンエッチングに
おいて、周辺部のエッチング速度が中心部のエッチング
速度より高くなりやすく、エッチング工程で周辺部分の
開口寸法が中央部分の開口寸法より大きく転写されて、
エッチング工程で遮光膜開口寸法102の面内寸法差が
増大するためである。
【0008】以下に遮光膜の反応性イオンエッチングに
おいて、周辺部のエッチング速度が中心部のそれより高
くなる理由について説明する。図12(a)、(b)
は、マスク製造用の反応性イオンエッチング装置の下部
電極部分の概略の構成を示す上面図と断面図である。下
部電極32の表面は、マスク基板1の載置される部分を
除いて石英カバー31により覆われている。ここで、石
英カバー31は下部電極部の保護およびエッチング処理
時の異常放電を防止するために必要であり、エッチング
ガス種でエッチングされにくい材料が使用される。
【0009】反応性イオンエッチングではエッチングガ
ス種の消費が少ない部分のエッチング速度が相対的に高
くなることが一般的であるが、上述したエッチング装置
を用いたマスク基板1上のエッチングにおいても、周辺
部分はエッチングされにくい石英カバー31が隣接して
いるために、周辺部分のエッチングガス種の消費は中心
部分より少なく、周辺部分のエッチングは、中心部分よ
り速くなりやすい。このため、エッチング工程において
周辺部分の開口寸法が中央部分の開口寸法より大きく転
写され、遮光膜開口寸法102の面内寸法差が増大す
る。よって、本発明の解決すべき課題は、マスク上の遮
光膜パターンの寸法を、面内で均一に形成できるように
することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上述した本発明の課題
は、エッチングにより形成される、遮光膜の面内での開
口寸法差が、現像により形成されるレジスト膜の面内開
口寸法差により相殺されるようにすることにより、解決
することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明による露光用マスクの製造
方法は、(1)表面に遮光膜が形成された透明基板上に
レジストを塗布し、露光する工程と、(2)現像を行っ
て前記遮光膜上にパターニングされたレジスト膜を形成
する工程と、(3)前記工程において形成されたレジス
ト膜をマスクとしてエッチングを行って遮光膜のパター
ンを形成する工程と、を有し、前記第(2)の工程にお
いては、前記第(3)の工程において発生する遮光膜開
口寸法の面内寸法差を相殺するレジスト膜開口寸法の面
内寸法差を発生する条件にて現像が行われることを特徴
としている。
【0012】そして、より好ましくは、現像はスプレー
法により行われ、その際に、前記第(3)の工程におい
て発生する遮光膜開口寸法の面内寸法差を相殺するレジ
スト膜開口寸法の面内寸法差を発生する条件が現像液の
設定流量値の選択によって決定される。また、好ましく
は、前記第(1)の工程における露光が、電子線露光に
より行われ、前記第(3)の工程のエッチングが、反応
性イオンエッチングにて行われる。更に、必要に応じ
て、現像により形成されたレジスト膜の開口寸法の面内
寸法差あるいは面内寸法分布を推定するに際し、現像前
後のレジスト膜の膜厚を測定することによりレジスト膜
の現像による膜減り量の面内分布を観測し、これによ
り、現像により形成されたレジスト膜の開口寸法の面内
寸法差あるいは面内寸法分布を推定することが行われ
る。
【0013】[作用]本発明においては、レジストの現
像工程において、エッチング工程において発生する遮光
膜開口寸法の面内寸法差を相殺するレジスト膜開口寸法
の面内寸法差を発生する条件にて現像が行われる。例え
ば、遮光膜のエッチング時のエッチング速度が中央部よ
り周辺部の方が高く、周辺部の遮光膜開口寸法の方が中
央部のそれより大きく形成される場合には、周辺部のレ
ジスト膜開口寸法が中央部のそれより小さくなる条件に
おいて現像が行われる。その結果、現像の面内寸法差と
エッチングの面内寸法差とが相殺しあい、エッチング後
の遮光膜の開口寸法は面内で均一化される。現像時にお
ける、エッチング工程において発生する遮光膜開口寸法
の面内寸法差を相殺するレジスト膜開口寸法の面内寸法
差を発生する条件付けは、例えば現像液の流量値の設定
により行われる。
【0014】而して、本願の発明を実施するに当たって
は、適宜レジスト膜開口の面内寸法差を測定することが
必要となる。ところで、現像液の流量値を変化させる
と、レジスト膜開口寸法の面内寸法差および現像工程で
のレジスト膜の膜減り量の面内差とは共に変化するが、
現像の結果生じる面内寸法差と膜減り量の面内差との間
には高い相関関係がある。そこで、本発明の実施例にお
いては、これを用いて、現像工程でのレジスト膜の膜減
り量の面内差からレジスト膜開口寸法の面内寸法差を推
定する。一般に、レジスト膜の開口寸法の測定より膜厚
の測定の方が容易であるため、この方法により、簡易な
方法で高い精度でのレジスト膜の面内寸法差を把握する
ことが可能になる。
【0015】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。 [第1の実施例]図1は、本発明の第1の実施例の製造
工程の流れを示すフロー図であり、図2は、第1の実施
例の工程順の断面図である。ステップS1では、石英基
板2上に遮光膜3を形成してなるマスク基板1を準備す
る。そして、ステップS2においてマスク基板1上に、
電子線露光用のレジストをスピン塗付し、乾燥後プリベ
ークを行って、レジスト膜4を形成する〔図2
(a)〕。次に、ステップS3にて、電子線露光により
所望のパターンを描画する。次いで、スプレー法にて、
現像処理を行い、レジスト膜4にレジストパターンを形
成する〔図2(b)〕。この工程で得られるレジストパ
ターンの開口寸法をレジスト膜開口寸法101とする。
【0016】上記の現像工程は、図3に示される現像装
置を用いて行われる。図3(a)は、現像処理室の断面
図であり、図3(b)は、現像液供給系の構成図であ
る。まず、マスク基板1が現像装置内に搬送され、支持
台21上に固定される。次いで、支持台21が回転を開
始し、続いて加圧機22による加圧が始まり、現像液ノ
ズル20からの現像液10がマスク基板1上に放射され
る。図3(b)に示されるように、密閉された外部容器
23内には現像液10が貯蔵されており、流量制御機2
4には、本発明に従って現像液の所定の流量値が設定さ
れている。流量制御機24は、該流量制御機を流れる現
像液を監視し、加圧機22に制御信号を送って、加圧機
22の外部容器23内に加える圧力を変化させ、これに
より現像液の流量が設定値となるように制御する。現像
液ノズル20から放射される現像液10は霧状になり、
さらに、扇状に広がってマスク基板1のレジスト膜上に
供給される。所定の時間経過後、加圧機22からの加圧
は中止され、現像液10の放射は停止される。次に、リ
ンス処理を行い、スピン乾燥を行った後、マスク基板1
のスピン回転を停止し、マスク基板1上を現像装置外に
搬出して、現像工程を完了する。
【0017】図1、図2に戻り、ステップS5におい
て、レジスト膜4をマスクとして反応性イオンエッチン
グにより、遮光膜3を選択的に除去してレジスト膜パタ
ーンの転写された遮光膜パターンを形成する〔図2
(c)〕。以下、この工程で得られた遮光膜パターンの
開口寸法を遮光膜開口寸法102とする。次に、ステッ
プS6において、レジスト膜4を剥離・除去して、本実
施例によるマスクの製造工程を完了する〔図2
(d)〕。
【0018】[第1の実施例の作用・効果]図4は、現
像液10の設定流量値とレジスト膜開口寸法101の面
内寸法差および遮光膜開口寸法102の面内寸法差との
関係を求めた実験結果を示すグラフである。ここで、マ
スク基板1上の面内分布は、各寸法の面内寸法差(周辺
部分の寸法から中央部分の寸法を引いた値)で示されて
いる。
【0019】また、レジスト膜開口寸法101および遮
光膜開口寸法102の面内分布の例として、図4中の設
定流量80cc/分での結果を図5と図6に示す。な
お、図5、図6の図中では、横および奥行き方向が面内
位置を示し、高さ方向が各位置での各寸法値を示してい
る。図4に示されるように、現像液の設定流量値とレジ
スト膜開口寸法101の面内寸法差とは相関関係にあ
り、そして面内寸法差は正から負の値まで変化する。こ
こで、レジスト膜開口寸法101の面内寸法差が正値で
あることは、周辺部分の寸法が中央部分の寸法より大き
い面内分布であることを、また、面内寸法差が負値であ
ることは、中央部分の寸法が周辺部分の寸法より大きい
面内分布であることを示している。
【0020】従って、図4に示した実験結果は、現像液
10の流量値の設定により、レジスト膜開口寸法101
の面内寸法差(面内分布)を変化させることが可能であ
り、さらに、中央部分とと周辺部分との寸法の大小関係
も変化させることが可能であることを示している。さら
に、図4に示した実験結果は、レジスト膜開口寸法10
1の面内寸法差と遮光膜開口寸法102の面内寸法差も
相関関係にあり、各設定流量値において、遮光膜開口寸
法102の面内寸法差はレジスト膜開口寸法101の面
内寸法差よりほぼ一定値(0.03μm程度)だけ大き
いことも示している。このようになる理由は、上述した
ように、図12に示すエッチング装置を使用して反応性
イオンエッチングを行った場合には、周辺部のエッチン
グ速度が中心部のエッチング速度より高くなり、エッチ
ング工程で周辺部分の開口寸法が中央部分の開口寸法よ
り大きく転写されて、エッチング工程で面内寸法差が増
大するためである。
【0021】これらから、エッチング工程で発生する遮
光膜開口寸法102の面内寸法差を相殺する面内寸法差
を、現像液10の流量値の設定によりレジスト膜開口寸
法101に発生させることにより、遮光膜開口寸法10
2の面内寸法差を低減することが可能であることが分か
る。なお、面内寸法差には、上述した理由以外の要因に
より発生する寸法ばらつきがあるため、実際の遮光膜開
口寸法102の面内寸法差は0にはならない。
【0022】現像液の流量値を変化させることにより、
レジスト膜開口寸法101の面内寸法差(面内分布)が
変化する理由は以下のように考えることができる。スプ
レー方式の現像装置では、現像液の流量値が変化する
と、現像液ノズルからマスク基板上に扇状に広がる現像
液の広がり角が変化し、マスク基板上の周辺部と中心部
との間の現像液の供給量が相対的に変化する(図3参
照)。すなわち、現像液の供給量が増加すると、現像液
ノズル20からの広がり角度が増加し周辺部への現像液
の供給量が中心部より多くなり、周辺部での現像が中央
部での現像より速くなり、その結果、周辺部でのレジス
ト膜開口寸法は中心部のそれより大きくなる。また、逆
に、現像液の供給量が減少すると、現像液ノズル20か
らの現像液の広がり角度も減少し中央部に比較して周辺
部に対する現像液の供給が相対的に低下する。その結
果、周辺部での現像の進行が遅くなり、周辺部でのレジ
スト膜開口寸法が中央部のそれに比較して小さくなる。
これによって発生するレジスト膜の面内開口寸法差は、
現像液の流量を変化させることにより変化させることが
できる。そこで、現像により生じるレジスト膜の面内開
口寸法差がエッチングにより生じる遮光膜の面内寸法差
を相殺するように、現像液の流量を設定することによ
り、形成される露光用マスクにおける遮光膜の面内の開
口寸法を均一化することが可能になる。なお、上述の図
4〜図6に示した実験結果は、段落[0006]に記載
された従来例での条件と同じ条件にて行って得られたも
のである。
【0023】[第2の実施例]第1の実施例を実施する
に当たっては、適宜レジスト膜開口寸法を測定して工程
管理を行っている。本第2の実施例は、レジスト膜開口
寸法の寸法値を直接測定せずに、間接的な方法で現像液
の設定流量により発生するレジスト膜開口寸法の面内寸
法差の変化を観測する方法に係る。図7は、本発明の第
2の実施例の要部の工程を示すフロー図である。ステッ
プS11、ステップS12は、第1の実施例のステップ
S1とステップS2と同じである。ステップS12にお
いて、レジスト膜のプリベークを行った後、ステップS
12にて、複数個所においてレジスト膜厚の測定を行
う。そのときの膜厚値をBとする。次に、ステップS1
4において現像を行う。現像の条件は第1の実施例の場
合と同様である。現像工程でのディスカム処理が完了し
た後、ステップS15において、ステップS13での測
定個所と同一位置においてレジスト膜厚の測定を行う。
そのときの膜厚値をAとする。そして、面内の各位置に
対して、現像工程でのレジスト膜の膜減り量(膜厚値B
−膜厚値A)を得、現像工程でのレジスト膜の膜減り量
の面内差(面内分布)を算出する。なお、スピン塗布さ
れたレジスト膜の膜厚が面内で高い均一性を有している
場合には、ステップS13での膜厚測定では、1個所の
測定により複数個所の測定に代えることができる。その
後、第1の実施例におけるステップS5(エッチング工
程)、ステップS6(レジスト剥離工程)に相当する工
程を経て、第2の実施例によるマスク製造工程が完了す
る。
【0024】[第2の実施例の作用・効果]現像液の設
定流量値を変えたときの、現像工程でのレジスト膜の膜
減り量の面内差とレジスト膜開口寸法の面内寸法差を、
図8に示す。図8は、現像液の設定流量値を変えたとき
のレジスト膜開口寸法と現像工程でのレジスト膜の膜減
り量の面内差には相関関係があることを示している。さ
らに、図8は、レジスト膜開口寸法の面内寸法差の正値
および負値と、レジスト膜の膜減り量の面内差の正値お
よび負値が一致することも示している。したがって、図
8に示した、現像液の設定流量値とレジスト膜開口寸法
の面内寸法差および現像工程でのレジスト膜の膜減り量
の面内差の相関関係を用いて、現像工程において生じた
レジスト膜開口寸法の面内寸法差を算出することが可能
になる。
【0025】而して、図8に示した、現像液10の設定
流量とレジスト膜開口寸法101の面内寸法差および現
像工程でのレジスト膜4の膜減り量の面内差が相関関係
にある理由については、以下のように考えられる。本発
明においては、現像液の設定流量値を変えることによ
り、レジスト膜開口寸法に面内寸法差を発生させている
が、先の実施例で述べたように、これはマスク基板上の
周辺部と中心部との間で現像液の供給量に差を生じさせ
これにより現像の進行に差を生じさせるためである。一
方、現像工程でのレジスト膜の膜減りは、レジスト膜が
露光されていない状態であっても現像液にわずかながら
溶解する性質をもつために生じる現象であり、この現象
も供給される現像液の多寡に依存している。従って、上
記したような現像の進行の差がマスク基板上の周辺部と
中心部との間で生じている場合には、現像工程でのレジ
スト膜の膜減りには面内差(面内分布)が発生し、この
面内差(面内分布)は、レジスト膜開口寸法の面内寸法
差と傾向が類似すると考えられる。なお、この第2の実
施例の説明に用いた図8の実験結果は、先の実施例で示
した図4〜図6の結果を得た実験と設定条件は同一であ
る。しかし、第1の実施例と第2の実施例とで使用した
現像装置が異なるため、現像液の設定流量に対する各値
は各実験間では異なっている。以上説明したように、第
2の実施例によれば、より簡便な方法でレジスト膜開口
寸法の面内寸法差の変化を観測することが可能であるた
め、工業的にマスク製造を行う場合にレジスト膜開口寸
法の面内寸法差の管理を簡略化することができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明による露光
用マスクの製造方法は、エッチング工程で発生する遮光
膜開口寸法の面内寸法差を相殺するレジスト膜開口寸法
の面内寸法差を生じさせる条件にて、レジスト膜の現像
を行うものであるので、遮光膜開口寸法の面内寸法を均
一化することができる。したがって、本発明によれば、
高い精度で露光用マスクを形成することが可能になり、
半導体集積回路の高集積化、微細寸法化に対処しうる露
光用マスクを提供することが可能になる。また、現像に
よって生じるレジスト膜開口寸法の面内寸法差を、現像
工程でのレジスト膜の膜減り量の面内差(面内分布)に
より推定する実施例によれば、露光用マスクの製造工程
をより簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例の工程手順を示すフロー
図。
【図2】本発明の第1の実施例の工程断面図。
【図3】本発明の実施例において用いられる現像装置の
構成図。
【図4】本発明の第1の実施例での、現像液の設定流量
とレジスト膜開口寸法の面内寸法差および遮光膜開口寸
法の面内寸法差の関係を示すグラフ。
【図5】本発明の第1の実施例での、図4中の現像液の
設定流量80cc/分におけるレジスト膜開口寸法の面
内分布を示す図。
【図6】本発明の第1の実施例での、図4中の現像液の
設定流量80cc/分における遮光膜開口寸法の面内分
布を示す図。
【図7】本発明の第2の実施例の工程手順を示すフロー
図。
【図8】本発明の第2の実施例での、現像液の設定流量
とレジスト膜開口寸法の面内寸法差およびレジスト膜減
り量面内差の関係を示す図。
【図9】従来例の工程断面図。
【図10】従来例でのレジスト膜開口寸法の面内分布を
示す図。
【図11】従来例での遮光膜開口寸法の面内分布を示す
図。
【図12】マスク製造用の反応性イオンエッチング装置
の下部電極部の構成図。
【符号の説明】
1 マスク基板 2 石英基板 3 遮光膜 4 レジスト膜 10 現像液 20 現像液ノズル 21 支持台 22 加圧機 23 外部容器 24 流量制御機 31 石英カバー 32 下部電極 101 レジスト膜開口寸法 102 遮光膜開口寸法

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 (1)表面に遮光膜が形成された透明基
    板上にレジストを塗布し、露光する工程と、 (2)現像を行って前記遮光膜上にパターニングされた
    レジスト膜を形成する工程と、 (3)前記工程において形成されたレジスト膜をマスク
    としてエッチングを行って遮光膜のパターンを形成する
    工程と、 を有する露光用マスクの製造方法において、前記第
    (2)の工程においては、前記第(3)の工程において
    発生する遮光膜開口寸法の面内寸法差を相殺するレジス
    ト膜開口寸法の面内寸法差を発生する条件にて現像が行
    われることを特徴とする露光用マスクの製造方法。
  2. 【請求項2】 前記第(2)の工程の現像はスプレー法
    にて行われ、前記条件が現像液の設定流量値を選択する
    ことにより決定されることを特徴とする請求項1記載の
    露光用マスクの製造方法。
  3. 【請求項3】 前記第(1)の工程における露光が、電
    子線露光により行われることを特徴とする請求項1記載
    の露光用マスクの製造方法。
  4. 【請求項4】 前記第(3)の工程のエッチングが、反
    応性イオンエッチングにて行われることを特徴とする請
    求項1記載の露光用マスクの製造方法。
  5. 【請求項5】 レジスト膜の現像による膜減り量の面内
    分布から、現像により形成されたレジスト膜の開口寸法
    の面内寸法差あるいは面内寸法分布を推定することを特
    徴とする請求項1記載の露光用マスクの製造方法。
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