KR20040020016A - 현상방법, 기판처리방법 및 기판처리장치 - Google Patents

현상방법, 기판처리방법 및 기판처리장치 Download PDF

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Abstract

패턴의 소밀에 관계없이, 패턴의 마무리 치수를 균일하게 한다.
현상액 중의 레지스트의 용해 농도와, 상기 현상액에 의한 레지스트의 용해 속도의 관계를 미리 구하는 공정과, 상기 관계로부터, 상기 레지스트의 용해 속도가 원하는 속도 이상이 되는 레지스트의 용해 농도를 미리 견적하는 공정과, 상기 현상액 중의 레지스트의 용해 농도가 그 견적된 용해 농도 이하인 상태로 현상처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

현상방법, 기판처리방법 및 기판처리장치{DEVELOPMENT METHOD AND SUBSTRATE HANDLING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 레지스트를 현상하는 현상방법 및 기판 표면의 약액 처리하는 기판처리방법 및 기판처리장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 제조 프로세스에 이용되고 있는 포토리소그래피 공정에서의 과제가 현저해지고 있다. 반도체 디바이스의 미세화의 진행에 따라, 포토리소그래피 공정에서의 미세화에 대한 요구가 높아지고 있다. 이미, 디바이스의 설계 룰은 0.13㎛로까지 미세화되고, 제어하지 않으면 안되는 패턴 치수 정밀도는 10㎚정도로 극히 엄격한 정밀도가 요구되고 있다. 이러한 중에, 패턴 형성 공정의 고정밀도화를 방해하고 있는 요인으로서, 패턴의 소밀차에 의해 형성하는 패턴의 마무리 치수가 달라지는 문제가 있다. 예를 들면, 실리콘 웨이퍼 위에 130㎚ 폭의 라인 패턴을 형성했을 때에, 그 라인 패턴의 주변에 다른 큰 패턴이 존재할 경우와 아무 패턴도 존재하지 않을 경우에 있어서는, 130㎚의 라인 패턴의 마무리 치수가 달라진다.
이것은 패턴 형성공정, 특히 현상공정에 있어서 패턴이 조밀하게 있는 부분과 성긴 부분에서 같은 설계치수의 패턴의 선폭이 다르기 때문에 발생하고 있다.
상술한 바와 같이, 패턴의 소밀에 따라, 패턴의 마무리 치수가 다른 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 패턴의 소밀에 관계없이, 패턴의 마무리 치수를 균일하게 할 수 있는 현상방법, 기판처리방법 및 기판처리장치를 제공하는 것에 있다.
도1은 제1 실시형태에 따른 레지스트 용해 농도와 현상 속도의 관계를 도시하는 도면.
도2는 제1 실시형태에 따른 현상장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도3은 제1 실시형태에 따른 현상방법의 플로우 챠트를 도시하는 도면.
도4는 제1 실시형태에 따른 현상액 토출량 견적 방법을 설명하기 위한 도면.
도5는 제1 실시형태에 따른 포토마스크 제조공정을 도시하는 단면도.
도6은 종래의 현상장치의 구성을 도시하는 도면
도7은 제1 실시형태에 따른 현상처리에 의해 형성되는 패턴을 도시하는 평면도.
도8은 도7에 도시하는, 거리(X)에 대한 라인 패턴 치수(Y)를 도시하는 특성도.
도9는 레지스트 개구율과 현상액 토출량의 설정방법의 일례를 도시하는 도면.
도10은 레지스트 개구율 분포와 현상액 토출량 설정값을 도시하는 도면.
도11은 레지스트 개구율 분포와 현상액 토출량 설정값을 도시하는 도면.
도12는 제2 실시형태에 따른 현상장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도13은 제2 실시형태에 따른 현상장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도14는 제2 실시형태에 따른 현상장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도15는 포지티브형 레지스트에 있어서의 5㎜ 각 영역의 현상 후의 평균의 개구율과, 원하는 레지스트 치수로 마무리하기 위한 노즐과 기판 사이의 갭의 관계를 도시하는 도면.
도16은 노즐과 기판 표면의 갭과 현상 후의 레지스트 치수의 관계를 도시하는 도면.
도17은 노즐과 기판의 간극을 흐르는 현상액의 평균 유속과, 현상 후의 레지스트 치수의 관계를 도시하는 도면.
도18은 제2 실시형태에 따른 묘화되는 시스템 LSI 디바이스 패턴의 레이어의 개구율을 도시하는 평면도.
도19는 제2 실시형태에 따른 현상처리의 스캔 노즐의 이동 모양을 도시하는 도면.
도20은 제2 실시형태에 따른 스캔 노즐의 위치와 갭의 관계를 도시하는 도면.
도21은 제3 실시형태에 따른 포지티브형 레지스트에 있어서의 5㎜ 각 영역의 현상 후의 평균의 개구율과, 원하는 레지스트 치수로 마무리하기 위한 노즐의 스캔 속도의 관계를 도시하는 도면.
도22는 제3 실시형태에 따른 스캔 노즐의 위치와 스캔 속도의 관계를 도시하는 도면.
도23은 제4 실시형태에 따른 포지티브형 레지스트에 있어서의 5㎜ 각 영역의 현상 후의 평균의 개구율과, 원하는 레지스트 치수로 마무리하기 위한 현상액 토출 속도의 관계를 도시하는 도면.
도24는 제4 실시형태에 따른 스캔 노즐의 위치와 스캔 속도의 관계를 도시하는 도면.
도25는 제4 실시형태에 따른 스캔 속도와 노즐 하면의 패턴 개구율의 관계를 도시하는 도면.
도26은 제7 실시형태에 따른 현상장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도27은 제7 실시형태에 따른 현상처리의 스캔 노즐의 이동 모양을 도시하는 도면.
도28은 제7 실시형태에 따른 현상처리의 스캔 노즐의 이동 모양을 도시하는 도면.
도29는 오존수 농도와 레지스트 에칭량의 관계 및 레지스트 표면 거칠기의 관계를 도시하는 도면.
도30은 제8 실시형태에 따른 현상장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도31은 제8 실시형태에 따른 현상장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도32는 제8 실시형태에 따른 현상장치의 개략 구성을 도시하는 도면.
도33은 제8 실시형태에 따른 0.13㎛의 패턴에 있어서의 패턴 피복율과 노즐 스캔 속도의 관계를 도시하는 도면.
도34는 제8 실시형태에 따른 웨이퍼 내의 칩의 피복율 분포를 도시하는 도면.
도35는 제8 실시형태에 따른 현상 노즐의 궤적을 도시하는 평면도.
도36은 제8 실시형태에 따른 처리시간과 스캔 속도의 관계를 도시하는 도면.
도37은 제8 실시형태에 따른 형성된 패턴의 목표값으로부터의 차이량과 피복율의 관계를 도시하는 도면.
도38은 제8 실시형태에 따른 현상 노즐의 변형예를 도시하는 도면.
도39는 제8 실시형태에 따른 현상 노즐의 변형예를 도시하는 도면.
도40은 제9 실시형태에 따른 현상장치의 현상 노즐의 구성을 도시하는 도면.
도41은 제9 실시형태에 따른 피복율과 현상액의 유속의 관계를 도시하는 도면.
도42는 제9 실시형태에 따른 처리시간에 대한 현상액 유속을 도시하는 도면.
도43은 제10 실시형태에 따른 기판 표면 처리장치의 처리 노즐의 구성을 도시하는 도면.
도44는 제11 실시형태에 따른 처리장치의 처리 노즐의 구성을 도시하는 도면.
도45는 제12 실시형태에 따른 현상장치의 현상 노즐의 구성을 도시하는 도면.
도46은 제12 실시형태에 따른 현상장치에 의한 작용 및 효과를 설명하는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 - 기판
20 - 스캔 노즐
21a, 21b - 현상액 토출구
21 - 현상액 토출 노즐
22 - 흡인 노즐
31 - 현상액
32 - 린스액
본 발명은, 상기 목적을 달성하기 위해서 아래와 같이 구성되어 있다.
(1)본 발명에 따른 현상방법은, 현상액 중의 레지스트의 용해 농도와, 상기 현상액에 의한 레지스트의 용해 속도의 관계를 미리 구하는 공정과, 상기 관계로부터, 상기 레지스트의 용해 속도가 원하는 속도 이상이 되는 레지스트의 용해 농도를 미리 견적하는 공정과, 상기 현상액 중의 레지스트의 용해 농도가 그 견적된 용해 농도 이하인 상태로 현상처리하는 공정을 포함한다.
(2)본 발명에 따른 기판처리방법은, 기판에 대해서 약액 토출/흡인부의 제1 약액 토출구로 제1 약액을 상기 피처리 기판에 대해서 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 제1 약액 토출구를 끼우도록 상기 제1 약액 토출/흡인부에 배치된 2개의흡인구로 상기 기판 위의 용액을 연속적으로 흡인하면서, 상기 제1 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 수평 직선 이동시키면서 상기 기판 표면을 약액 처리하는 기판처리방법으로서, 상기 기판에 접하는 단위 체적영역에 단위시간당 통과하는 제1 약액의 양을 변화시킨다.
(3)본 발명에 따른 기판처리방법은, 기판에 대해서 약액 토출/흡인부의 약액 토출구로 약액을 상기 피처리 기판에 대해서 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 토출구를 끼우도록 상기 약액 토출/흡인부에 배치된 2개의 흡인구로 상기 기판 위의 용액을 연속적으로 흡인하면서, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 수평 직선 이동시키면서 상기 피처리면을 약액 처리하는 기판처리방법으로서, 상기 기판과 상기 약액 토출/흡인부 사이에 흐르는 약액의 유속은, 그 약액 토출/흡인부와 기판의 상대적인 이동속도보다 빠르다.
(4)본 발명에 따른 기판처리방법은, 기판에 대해서 약액 토출/흡인부의 약액 토출구로 약액을 상기 피처리 기판에 대해서 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 토출구를 끼우도록 상기 약액 토출/흡인부에 배치된 2개의 흡인구로 상기 기판 위의 용액을 연속적으로 흡인하면서, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 수평 직선 이동시키면서 상기 피처리면을 약액 처리하는 기판처리방법으로서, 상기 그 기판과 상기 약액 토출/흡인부 하면의 간격이 0.01㎜ 이상 0.5㎜ 이하의 범위에 있다.
(5)본 발명에 따른 기판처리방법은, 기판에 대해서 약액 토출/흡인부의 약액 토출구로 약액을 상기 피처리 기판에 대해서 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 토출구를 끼우도록 상기 약액 토출/흡인부에 배치된 2개의 흡인구로 상기 기판 위의 용액을 연속적으로 흡인하면서, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 수평 직선 이동시키면서 상기 피처리면을 약액 처리하는 기판처리방법으로서, 상기 기판과 상기 약액 토출/흡인부의 사이를 흐르는 약액의 평균 유속이 0.02m/sec 이상이다.
(6)본 발명에 따른 기판처리방법은, 기판에 대해서 약액 토출/흡인부의 약액 토출구로 약액을 상기 피처리 기판에 대해서 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 토출구를 끼우도록 상기 약액 토출/흡인부에 배치된 2개의 흡인구로 상기 기판 위의 약액을 연속적으로 흡인하면서, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 수평 직선 이동시키면서 상기 피처리면을 약액 처리하는 기판처리방법으로서, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판 사이에 흐르는 약액의 유속을 시간적으로 변동시킨다.
(7)본 발명에 따른 기판처리방법은, 기판에 대해서 약액 토출/흡인부의 약액 토출구로 약액을 상기 기판에 대해서 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 토출구를 끼우도록 상기 약액 토출/흡인부에 배치된 2개의 흡인구로 상기 기판 위의 용액을 연속적으로 흡인하면서, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 수평 직선 이동시키면서 상기 피처리면을 약액 처리하는 기판처리방법으로서, 상기 약액 토출/흡인부와 기판의 상대이동속도 및 그 약액 토출/흡인부와 기판 표면의 간격의 적어도 한쪽을 시간적으로 변동시킨다.
(8)본 발명에 따른 기판처리방법은, 제1 약액 토출/흡인부 하면에 배치된제1 약액 토출구로 제1 약액을 기판에 대해서 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 토출구를 끼우도록 제1 약액 토출/흡인부 하면에 배치된 2개의 흡인구로 상기 기판 위의 용액을 연속적으로 흡인하면서, 제1 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 수평 직선 이동시키면서 상기 기판의 거의 표면을 제1 약액에 의해 약액 처리하는 스텝과, 제1 약액 토출/흡인부와 다른 제2 약액 토출/흡인부 하면에 배치된 제2 약액 토출구로 제1 약액과 다른 제2 약액을 기판에 대해서 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 토출구를 끼우도록 제2 약액 토출/흡인부 하면에 배치된 2개의 흡인구로 상기 기판 위의 용액을 연속적으로 흡인하면서, 제2 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 수평 직선 이동시키면서 상기 기판의 거의 표면을 제2 약액에 의해 약액 처리하는 스텝을 포함한다.
(9)본 발명에 따른 기판처리방법은, 기판에 대해서 약액 토출/흡인부의 약액 토출구로 제1 약액을 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 토출/흡인부에 설치되어 상기 약액 토출구의 주위를 연속적으로 둘러싸도록 배치된 약액 흡인구로 상기 피처리면상의 약액을 연속적으로 흡인하면서, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 이동시키고, 상기 약액 흡인구의 외부로 상기 약액이 유출되지 않도록 흡인압을 조정해서 약액 처리하는 기판처리방법에 있어서, 상기 기판 위에 제1 약액류가 존재하는 처리영역 내에서 상기 제1 약액에 의해 제거되지 않는 패턴의 피복율과, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판의 상대속도와, 상기 약액 처리 후의 상기 패턴의 마무리 치수와의 관계를 미리 취득하는 스텝과, 상기 관계에 근거하여, 상기 패턴의 피복율에 따른 상기 약액 토출/흡인부와 기판의 상대속도를결정하는 스텝과, 결정된 상대속도와 상기 처리영역 내의 상기 패턴의 피복율에 따라, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 이동시키면서, 상기 약액 처리하는 스텝을 포함한다.
(10)본 발명에 따른 기판처리방법은, 기판에 대해서 약액 토출/흡인부의 약액 토출구로 제1 약액을 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 흡인부의 약액 흡인구로 상기 피처리면상의 약액을 연속적으로 흡인하면서, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 이동시키고, 상기 약액 흡인구는 상기 약액 토출구를 둘러싸도록 배치되어, 약액 흡인부 밖으로 제1 약액이 유출되지 않도록 흡인압을 조정하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법에 있어서, 상기 기판 위에 제1 약액류가 존재하는 처리영역 내에서 상기 제1 약액에 의해 제거되지 않는 패턴의 피복율과, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판 사이에 흐르는 제1 약액의 유속과, 상기 약액 처리 후의 상기 패턴의 마무리 치수와의 관계를 미리 취득하는 스텝과, 상기 관계로부터 상기 패턴의 피복율에 따른, 상기 제1 약액의 유속을 결정하는 스텝과 결정된 유속과 상기 처리영역 내의 상기 패턴의 피복율에 따라, 상기 제1 약액의 유속을 변화시키면서, 상기 약액 처리하는 스텝을 포함한다.
(11)본 발명에 따른 기판처리장치는, 기판을 유지하는 기판 유지기구와, 이 기판 유지기구로 유지되는 기판에 대해서 제1 약액을 토출하는 약액 토출구와, 상기 약액 토출구의 주위에 연속적으로 둘러싸도록 배치되어, 상기 기판 위의 용액을 흡인하는 흡인구를 포함하는 약액 토출/흡인부와, 상기 기판과 상기 약액 토출/흡인부를 상대적으로 이동시키는 이동기구와, 상기 약액 토출/흡인기구에의 약액의공급과, 상기 약액 토출/흡인기구로 용액의 흡인을 동시에 행하는 약액 토출/흡인계와, 상기 기판 위에 제1 약액류가 존재하는 처리영역 내에서 상기 제1 약액에 의해 처리되는 패턴의 피복율을 산출하는 피복율 산출부와, 상기 기판 위에 제1 약액류가 존재하는 처리영역 내에서 상기 제1 약액에 의해 처리되는 패턴의 피복율과, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판의 상대속도와, 상기 약액 처리 후의 상기 패턴의 마무리 치수와의 관계로부터 구해진 상기 상대속도와 상기 피복율 산출부에서 산출된 상기 패턴의 피복율에 따라, 상기 이동기구를 제어하는 제어부를 구비한다.
(12)본 발명에 따른 기판처리장치는, 기판을 유지하는 기판 유지기구와, 이 기판 유지기구로 유지되는 기판에 대해서 제1 약액을 토출하는 약액 토출구와, 상기 약액 토출구의 주위에 연속적으로 둘러싸도록 배치되어, 상기 기판 위의 용액을 흡인하는 흡인구를 포함하는 약액 토출/흡인부와, 상기 기판과 상기 약액 토출/흡인부를 상대적으로 이동시키는 이동기구와, 상기 기판 상면과 상기 약액 토출/흡인부의 간격을 조정하는 간격 조정부와, 상기 약액 토출/흡인기구에의 약액의 공급과, 상기 약액 토출/흡인기구로 용액의 흡인을 동시에 행하는 약액 토출/흡인계와, 상기 기판 위에 제1 약액류가 존재하는 처리영역 내에서 상기 제1 약액에 의해 처리되는 패턴의 피복율을 산출하는 피복율 산출부와, 상기 기판 위에 제1 약액류가 존재하는 처리영역 내에서 상기 제1 약액에 의해 처리되는 패턴의 피복율과, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판 사이에 흐르는 제1 약액의 유속과, 상기 약액 처리 후의 상기 패턴의 마무리 치수와의 관계로부터 구해진 상기 패턴의 피복율에 대한 제1 약액의 유속과, 상기 피복율 산출부에서 산출된 상기 패턴의 피복율에 따라,상기 약액 토출/흡인계 및 간격 조정부의 적어도 한쪽을 제어하는 제어부를 구비한다.
본 발명의 실시의 형태를 이하에 도면을 참조해서 설명한다.
(제1 실시형태)
우선, 레지스트가 현상액에 용해되었을 때의 현상 속도(용해 속도)의 변화를 여러 가지 레지스트 용해 농도에 관해서 실험했다. 실험에 이용한 현상액은, 2.38% TMAH이다. 실험의 결과를 도1에 도시한다. 도1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 레지스트 용해 농도와 현상 속도의 관계를 도시하는 도면이다.
도1은 레지스트 용해 농도에 대한 현상 속도를 도시하는 특성도이다. 도1에 있어서, 레지스트 1 및 레지스트 2에 관한 실험결과를 나타내고 있다. 또한, 각각의 레지스트의 현상 속도는, 레지스트 용해 농도 0%의 현상액에서의 현상 속도로 규격화되어 있다.
도1의 레지스트 1 및 2는 매우 닮은 구성요소로 이루어지는 레지스트이지만, 레지스트 용해 농도에 대한 현상 속도의 변화의 상태는 크게 다른 것을 알 수 있다. 도1에 도시하는 바와 같이, 레지스트 1의 경우, 현상액 중의 레지스트의 용해 농도가 약 0.001%가 되면, 현상 속도가 저하하기 시작한다. 그것에 대해서, 레지스트 2의 경우, 현상액 중의 레지스트의 용해 농도가 약 0.1%가 되면, 현상 속도가 저하하기 시작한다. 레지스트의 현상 속도가 저하하기 시작하는 레지스트 용해 농도를 "한계 용입 농도"라고 정의했다.
현상액 중의 용해 레지스트 농도가, 각각의 레지스트에 고유한 한계 용입 농도 이상이 되면, 현상 속도가 저하한다. 한계 용입 농도는, 각각의 레지스트에 고유한 것이다. 따라서, 패턴 묘화필 레지스트를 현상할 때에, 기판 위의 모든 영역의 현상액 중의 용해 레지스트 농도가 "한계 용입 농도" 이하인 현상을 행함으로써, 현상 속도는 패턴 밀도에 관계없이 일정해지고, 소밀 의존 치수차가 상당히 작아진다.
본 실시형태에서는, 도2에 도시하는 현상장치를 이용했을 경우의 현상방법을 설명한다. 도2는 본 발명의 제1 실시형태에 따른 현상장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
도2에 도시하는 바와 같이, 기판(11) 위에는 반사 방지막(12)을 사이에 두고 레지스트 막(13)이 형성되어 있다. 기판(11) 위에 스캔 노즐(약액 토출/흡인부, 20)이 대향 배치되어 있다. 스캔 노즐(20)에는 현상액 토출구(21a)로 현상액(31)을 토출하는 현상액 토출 노즐(21)이 설치되어 있다. 스캔 노즐(20)에는 흡인구(22b)로부터 기판(11) 위의 용액을 흡인하는 흡인 노즐(22)이 2개 설치되어 있다. 2개의 흡인구(22b)는 현상액 토출구(21a)를 사이에 두도록 배치되어 있다. 현상액 토출구(21a) 및 흡인구(22b)의 배열방향으로, 스캔 노즐을 이동시키는 이동기구(도시하지 않음)가 설치되어 있다. 현상액 토출구(21a) 및 흡인구(22b)의 형상은, 상기 배열방향으로 직교하는 방향의 길이가 기판(11)보다 긴 슬릿 형상이다.
현상액(31)은 기판(11)에 근접해서 배치된 스캔 노즐(20)의 현상액 토출구(21a)로 토출되어, 현상액 토출구(21a)에 인접해서 배치된 흡인구(22b)로 린스액(32)과 함께 흡인된다. 이 때, 기판(11) 위는 린스액(32)으로 덮여 있도록 했다. 이 때문에, 현상액(31)은 기판(11) 표면, 스캔 노즐(20) 저면 및 흡인구(22b)로 둘러싸인 영역에만 존재한다. 본 실시형태에서는 스캔 노즐(20)의 이동속도, 스캔 노즐(20) 저면과 기판(11)의 갭 및 현상액 토출 속도를 조정하여, 기판(11) 위의 현상액(31) 중의 레지스트 용해 농도가 "한계 용입 농도" 이하가 되도록 한다.
기판 위의 모든 영역의 현상액 중의 용해 레지스트 농도가 "한계 용입 농도" 이하인 현상을 행하는 방법에 대해서 설명한다. 도3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 현상방법의 플로우 챠트를 도시하는 도면이다.
우선, 레지스트가 현상액에 용해되었을 때의 현상 속도의 변화를 레지스트 용해 농도에 관해서 실험한다. 그 실험결과로부터, 레지스트 한계 용해량을 조사한다(스텝 S101).
이어서, 모든 영역의 현상액 중의 용해 레지스트 농도가 "한계 용입 농도" 이하가 되는, 현상액 토출구로 토출되는 현상액의 토출 속도를 구한다(스텝 S102).
그 다음에, 구해진 토출 속도로 현상액 토출구로 현상액을 토출한다(스텝 S103).
이상의 방법으로 현상을 행함으로써 기판 위의 모든 영역의 현상액 중의 용해 레지스트 농도가 "한계 용입 농도" 이하인 현상을 행함으로써, 현상 속도는 패턴 밀도에 관계없이 일정해지고, 소밀 의존 치수차가 상당히 작아진다.
스텝 S102에 있어서의, 현상액 토출량 견적 방법을 도4를 이용해서 설명한다.
도4에 있어서, 스캔 노즐(20)의 이동속도가 s(cm/sec), 현상액 토출구(21a) 중심과 흡인구(22b) 중심의 간격이 10㎜, 기판(11)과 스캔 노즐(20) 저면의 갭이 50㎛인 경우를 생각한다. 이 때, 똑같이 노광한 레지스트(막 두께 500㎚)가 현상액에 용해되는 경우를 생각한다. 높이 50㎛, 폭 1㎜, 깊이 150㎜의 가늘고 긴 영역(체적:vol=75×10-4[cm3])을 생각하고, 이 영역의 현상액이 기판(11) 상면, 스캔 노즐(20) 하면 및 흡인구(22b)로 둘러싸인 영역을 흩트리지 않고서 흘렀을 때에 레지스트 용해 농도가 "한계 용입 농도" 이하가 되기 위한 현상액 토출 속도(X) (cm3/sec)를 구한다. 또한, 흡인구(22b)는 2개 있으므로, 한쪽 흡인구(22b)측에 공급되는 현상액의 속도는, x/2(cm3/sec)이다.
상기한 조건의 경우, 영역 내에서의 현상액의 유속v(cm/sec)은,
이다.
따라서, 토출구(21a)로 토출된 현상액이 흡인구(22b)에 도달할 때까지의 시간T(s)은,
T=0.15/x(s)
이다.
현상액은 T(s)동안만 노광필 레지스트(42)에 접촉하고 있으므로, 이 동안에 체적 vol=75×10-4(cm3)에 용해되는 레지스트량을 산출한다. 어느 점의 레지스트가 현상액과 접촉 개시하고 나서 다시 린스액만이 되는 시간(=현상시간)의 1/4로 노광필 레지스트의 잔막이 0이 된다고 하고, 1초당의 막 줄어듬 속도Vred는, 수학식 2이다.
따라서, 폭 1㎜, 깊이 150㎜ 면적의 레지스트 막으로부터, T초 동안에 현상액에 용해되는 레지스트량Rvol(cm3)은
Rvol=10-4×s×T×0.1×15[cm3]
이다.
이상으로부터, 레지스트 용해 농도C는, 다음 식으로 구해진다.
본 실시형태의 경우, s=0.1(cm/sec)이었으므로,
레지스트 용해 농도=0.03/x(%)
로 구해진다.
이 결과와 한계 용입 농도로부터, 레지스트 1 및 레지스트 2의 각각에 대해서, 현상액 중의 레지스트 용해 농도가 "한계 용입 농도" 이하가 되기 위한 현상액 토출량x(cm3/sec)이 구해진다.
레지스트 1은, 0.001≥0.03/x의 조건을 충족시키면 된다. 또한, 레지스트 2는, 0.1≥0.03/x의 조건을 충족시키면 된다.
따라서, 레지스트 1에 대한 현상액 토출량이, 30cm3/sec 이상이면, 현상액 중의 레지스트 1의 용해 농도가 "한계 용입 농도" 이하가 되는 것을 알 수 있다. 또한, 레지스트 2에 대한 현상액 토출량이, 0.3cm3/sec 이상이면, 현상액 중의 레지스트 2의 용해 농도가 "한계 용입 농도" 이하가 되는 것을 알 수 있다.
이하에, 본 실시형태의 현상방법을 포토마스크 제조공정에 적용한 예를 나타낸다. 도5는, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 포토마스크 제조공정을 도시하는 단면도이다.
우선, 피처리기판으로서 포토마스크 기판 2매를 준비한다. 도5(a)에 도시하는 바와 같이, 포토마스크 기판(50)은, 석영 유리(51) 위에 Cr 차광막(52)이 형성되어 구성되어 있다. 2매의 포토마스크 기판(50) 위에 레지스트제를 도포한 후, 베이크 해서 레지스트 막(53)을 형성한다. 본 실시형태에서는, 레지스트에 화학증폭형 EB 포지티브 레지스트(레지스트 1)를 이용하고, 그 막 두께는 500㎜로 했다. 다음에, 레지스트 막(53)에 대해서 EB 묘화장치에 의해 패턴 묘화를 행한다. 패턴 묘화에 의해 노광부(54)를 형성한다. 그 후 Post-Exposure-Bake(PEB)를 했다. PEB는 120℃, 900초로 했다.
이 다음, 도5(b)에 도시하는 바와 같이, 2매의 포토마스크 기판(50)의 표면에 대해서 현상액(55)을 공급하고, 레지스트 막(53)의 현상을 한다. 한 쪽 포토마스크 기판은, 도2에 도시한 현상장치를 이용해서 현상한다. 현상조건은, 먼저 견적한 현상액 토출량 30(cm3/sec), 노즐 스캔 속도 0.1(cm/sec)로 현상을 했다. 현상시간은 대강 150초였다. 다른 쪽 포토마스크 기판은, 도6(a)에 도시하는 현상 장치로 현상을 한다. 도6(a)에 도시하는 바와 같이, 포토마스크 기판(50)은, 척(72)으로 유지되어 있다. 회전기구(73)에 의해 회전하는 포토마스크 기판(50)에 대해서, 노즐(74)로 현상액(75)을 스프레이 해서 현상을 한다. 또한, 도6(b)에 도시하는, 정지상태의 포토마스크 기판(50)에 대해서 노즐(76)로 현상액(77)을 적하하는 패들법을 이용해도 좋다. 이들 현상법(종래법)에서는, 패턴의 소밀에 따라, 현상액 중의 레지스트 1의 용해 농도가 "한계 용입 농도" 이상이 되는 영역이 생긴다.
현상 종료 후, 도5(c)에 도시하는 바와 같이, 포토마스크 기판(50)의 세정, 및 건조를 순차 행한다.
다음에 포토마스크 기판 2매 모두 플라즈마 에칭 장치에 의해, Cr 차광막(52)을 드라이 에칭했다. 본 실시형태에서는, 염소/산소 등의 혼합 가스로 이루어지는 에칭 가스를 이용했다. 에칭 시간은 대강 360초였다.
최후에 레지스트 애싱장치 및 레지스트 박리 세정장치에 의한 처리로 레지스트 막(53)을 박리해서 포토마스크를 완성시켰다. 형성된 패턴을 도7에 도시한다. 도7에 도시하는 바와 같이, 라인 패턴에 인접해서 패드 패턴이 배치되어 있다. 라인 패턴과 패드 패턴의 거리(X)가 복수종 있는 영역이 형성되어 있다. 라인 패턴의 타겟 치수를 600㎚로 고정하고 있다.
그 후 2매의 포토마스크 기판과 같은 패턴의 차광막 Cr 치수를 치수측정장치에 의해 측정한다. 측정결과와 측정 패턴의 설명도를 도8에 도시한다. 도8은, 거리(X)에 대한 라인 패턴 치수(Y)를 도시하는 특성도이다.
종래의 현증법으로 형성된 패턴의 경우, 거리(X)가 넓어짐에 따라, 치수오차가 커지고 있다. 이것은, 거리(X)가 넓어짐에 따라, 현상액에의 레지스트 용해 농도가 높아지고, "한계 용입 농도"를 초과하기 때문에 현상의 로딩 효과가 현저해지기 때문이다.
한편, 본 실시형태의 현상방법으로 형성된 패턴의 경우, 거리(X)가 변화되어도, 치수오차를 5㎚로 제한할 수 있다. 이것은, 레지스트 용해 농도는 낮고, "한계 용입 농도" 이하이기 때문이다.
본 실시형태에서는 현상액의 토출량은 미리 설정된 일정량이었지만, 현상액 중에 용입된 레지스트 농도가 "한계 용입 농도" 이하이면, 현상되는 패턴 영역에서의 개구율에 따라, 현상액 토출량 및 노즐 스캔 속도를 변화시켜도 좋다.
도9는 레지스트 개구율과 현상액 토출량의 설정방법의 일례를 도시하는 도면이다. 도 중 A, B, C는 모두 현상액 중의 레지스트 농도가 "한계 용입 농도"를 초과하지 않는 현상액 토출량이도록 설정되어 있다. 도10, 11은 실제의 반도체 웨이퍼 및 노광용 마스크의 현상에 있어서의 레지스트 개구율 분포와 현상액 토출량 설정값을 도시하는 도면이다.
도10(a)는, 반도체 웨이퍼의 구성을 도시하는 도면이다. 도10(b)는, 도10(a)의 I로부터 I'에 걸친 레지스트 개구율 분포를 도시하는 도면이다. 도10(c)는, I로부터 I'에 걸친 현상액 토출 속도 분포를 도시하는 도면이다. 도10에 있어서, 웨이퍼(101)에 복수의 칩(102)이 형성되어 있다.
도11(a)는, 노광용 마스크의 구성을 도시하는 도면이다. 도11(b)는, 도11(a)의 II로부터 II'에 걸친 레지스트 개구율 분포를 도시하는 도면이다. 도11(c)는, II로부터 II'에 걸친 현상액 토출 속도 분포를 도시하는 도면이다.
도10(c), 도11(c)에 도시하는 바와 같이, 패턴 개구율이 낮은 영역에서의 현상액 토출 속도를 적게 함으로써, 현상액 사용량을 보다 삭감할 수 있다.
본 실시형태에서는 기판으로서 포토마스크 기판을 이용했지만, 이밖에 반도체 기판, EB노광 등의 차세대 리소그래피용 마스크 기판, 플래트 패널 디스플레이용 기판 등을 이용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(제2 실시형태)
우선, 본 실시형태에서 이용하는 현상장치의 약액 토출/흡인부(이하 스캔 노즐이라고 부른다)의 구성에 대해서 도12 내지 14를 설명한다. 도12는, 스캔 노즐의 하면의 구성을 도시하는 평면도이다. 도13은, 스캔 노즐의 구성을 도시하는 단면도이다. 도14는, 스캔 노즐을 이동방향 전방측에서 본 도면이다.
약액 토출/흡인부(이하 스캔 노즐이라고 부른다)는, 기판에 대한 이동방향과 수직인 방향으로 폭 18cm, 이동방향과 평행한 방향으로 깊이 5cm정도의 크기이다. 또한, 도12에 도시하는 바와 같이 스캔 노즐의 기판과 마주 보는 면에는 5개의 슬릿상의 구(121 내지 125)가 있다. 중앙의 구(현상액 토출 슬릿, 121)로는 현상액이 토출된다. 그 양 옆의 2개의 구(흡인 슬릿, 122, 123)로는 기판 위의 약액이 흡인된다. 또한 그 외측의 2개의 구(프리웨트액 토출 슬릿, 린스액 토출 슬릿, 124, 125)로는 프리웨트액 또는 린스액이 토출된다. 이동방향 전방에 프리웨트액을 토출하는 프리웨트액 토출 슬릿(124), 이동방향 후방에, 린스액을 토출하는 린스액 토출 슬릿(125)이 배치되어 있다. 현상액 토출 슬릿(121)은 길이 150㎜, 폭 1㎜이다. 흡인 슬릿(122, 123)은 길이 155㎜, 폭 1㎜이다. 프리웨트액 토출 슬릿(124) 및 린스액 토출 슬릿(125)은 길이 155㎜, 폭 2㎜이다.
도13에 도시하는 바와 같이, 현상액 공급 라인(136)으로부터 현상액 토출 노즐(131)에 공급된 현상액이 현상액 토출 슬릿(121)으로 기판(130)에 토출된다. 또한, 흡인 슬릿(122, 123)으로 흡인된 약액은, 흡인 노즐(132, 133) 및 흡인라인(136, 137)를 통해서 스캔 노즐(120)의 외부로 배출된다. 프리웨트액 공급 라인(139)으로 프리웨트액 토출 노즐(134)에 공급된 프리웨트액이, 프리웨트액 토출 슬릿(124)으로 기판(130)에 토출된다. 린스액 공급 라인(140)으로 린스액 토출 노즐(135)에 공급된 린스액이, 린스액 토출 슬릿(125)으로 기판(130)에 토출된다.
현상액 토출 슬릿(121)으로 토출된 현상액이 흡인 슬릿(122, 123)보다 외측으로 약액이 밀려나가지 않도록 제어되어 있다. 이 제어는, 흡인 슬릿(122, 123)으로부터의 흡인력과 현상액 토출 슬릿(121)으로부터의 토출 속도를 조정함으로써 행해진다.
각각의 라인에는, 각각의 라인에 접속된 펌프로부터 현상액, 프리웨트액 및 린스액이 공급된다.
흡인구로 흡인된 용액의 pH를 측정하는 pH 미터(151)가 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, pH 미터(151)가 사용되지 않고, 다른 실시형태에서 설명한다.
도14에 도시하는 바와 같이 현상장치는, 기판(120)이 재치되는 기판 홀더(141)와, 스캔 노즐(120)에 비치된 갭 측정기구(142)와, 스캔 노즐(120)의 양단에 비치된 갭 조정기구(143)와, 스캔 노즐(120)과 기판 홀더(141)를 상대적으로 거의 수평방향으로 이동시키기 위한 스캔 스테이지(144)를 구비하고 있다.
갭 측정기구(142)는, 스캔 노즐(120)의 측면에 설치되어 있다. 갭 측정기구(142)는, 스캔 노즐(120)의 하면과 기판(130)의 상면의 간격을 측정한다. 측정은 레이저광을 이용해서 행해진다.
갭 조정기구(143)는, 스캔 노즐(120)의 양단부에 설치되고, 스캔 노즐(120)과 일체로 스캔 스테이지(144) 위를 수평 직선방향으로 이동가능하게 부착되어 있다.
그리고, 갭 조정기구(143)는, 피에조 소자를 구비하고 있고, 갭 측정기구(142)에 의한 측정결과에 근거하여, 스캔 노즐(120)의 하면과 기판 홀더(141)에 재치되는 기판(130)의 상면의 간격을 소정값으로 조정하게 되어 있다. 예를 들면, 10 내지 500㎛의 범위에서 갭을 조정할 수 있다.
도15에 포지티브형 레지스트에 있어서의 5㎜ 각 영역의 현상 후의 평균의 개구율과, 원하는 레지스트 치수로 마무리하기 위한 노즐과 기판 사이의 갭의 관계를 도시한다. 개구율이 커질수록, 최적의 갭이 작아지는 것을 알 수 있다. 이것은, 개구율이 클수록 제거하지 않으면 안되는 레지스트의 체적이 늘어나기 때문에, 보다 고속으로 현상액을 흐르게 하여 신선한 현상액으로 빨리 치환할 필요가 있기 때문이다. 갭을 작게 함으로써, 기판에 접하는 단위 체적영역에 단위 시간당 통과하는 현상액의 양이 많아지고, 레지스트상의 현상액을 빠르게 치환할 수 있다.
또한, 도16에 노즐과 기판 표면의 갭과 현상 후의 레지스트 치수의 관계를 도시한다. 현상액 속도는 0.2ℓ/min으로 했다. 도16으로부터, 갭이 0.5㎜ 이상이 되면, 급격하게 치수가 변화되는 것을 알 수 있다. 이것은, 갭이 커지면 레지스트 표면상의 현상액의 유속이 느려지고, 현상액의 치환 효율이 떨어지기 때문이다. 즉, 기판과 노즐의 간극은 0.5㎜ 이하가 바람직하고, 한편 너무 가까워도 노즐의 가공 정밀도나 갭 제어 정밀도 등에 의해 기판과 노즐의 접촉이 염려되므로, 현실적으로는 0.01㎜ 이상 0.5㎜ 이하가 좋다.
또한, 도17에 노즐과 기판의 간극을 흐르는 현상액의 평균 유속과, 현상 후의 레지스트 치수의 관계를 도시한다. 현상액의 평균 유속은 갭과 현상액의 토출 속도로부터 산출된다. 도17에 도시하는 바와 같이, 평균 유속이 0.02m/sec 미만이 되면 급격하게 현상이 치수가 변화되는 것을 알 수 있다. 이것은, 레지스트 표면상의 현상액의 유속이 느려지고, 현상액의 치환 효율이 떨어지기 때문이다. 따라서, 현상액의 평균 유속은, 0.02m/sec 이상인 것이 바람직하다.
이들의 관계를 이용해서 실제로 포토마스크를 제작한 예를 이하에 설명한다.
두께 400㎚의 포지티브형 화학증폭 레지스트가 도포 되어 있는 Cr 마스크 블랭크스에, 전자 빔 묘화장치로, 시스템 LSI 디바이스 패턴이 있는 레이어를 묘화한다.
묘화되는 시스템 LSI 디바이스 패턴의 레이어의 개략을 도18에 도시한다. 도18은, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 시스템 LSI 디바이스 패턴이 있는 레이어의 개략을 도시하는 평면도이다. 도18에 도시하는 바와 같이, 시스템 LSI 디바이스 패턴(170)의 절반은 로직 디바이스이다. 나머지 절반은 메모리 디바이스 영역이 되어 있다. 현상 후의 레지스트 패턴의 개구율은, 메모리 디바이스 영역(171)에서 45%, 로직 디바이스 영역(172)에서 80%이다. 메모리 디바이스 영역(171)과 로직 디바이스 영역(172)에서 크게 다르다.
종래, 이러한 패턴을 현상하면, 로직 디바이스 영역(172)에서 원하는 치수로 마무리되는 조건에서는 메모리 디바이스 영역(171)이 원하는 치수로부터 벗어난다. 양쪽 영역(171, 172)을 동시에 원하는 치수로 마무리하기 위해서는, 묘화하는 패턴치수를 바꿀 필요가 있었다. 그렇지만 장소에 따라 묘화 데이터를 바꾸는 것은 데이터 변환의 시간과 비용이 증대하기 때문에 개선을 필요로 하고 있었다.
묘화 후, 110도로 15분간 베이크를 했다. 다음에, 전술한 현상장치의 기판 홀더(141)에 기판(130)을 싣는다. 그 다음에, 도19(a) 내지 도19(c)에 도시하는 바와 같이, 일단 A로부터 그것에 대향하는 타단 B를 향해, 스캔 노즐(120)을 일정속도로 직선 이동시켜서 현상처리를 한다. 이 때, 스캔 노즐(120)의 하면과 기판(130)의 상면의 갭을 2개의 흡인 슬릿(122, 123)의 사이에 있는 영역에 있어서의, 패턴의 평균 개구율에 맞춰서 원하는 치수가 되도록 제어했다. 도20에 스캔 노즐의 위치와 갭의 관계를 도시한다. 즉, 개구율이 큰 로직 디바이스 영역(172)은 갭을 작게, 개구율이 작은 메모리 디바이스 영역(171)에서는 갭을 크게 했다. 스캔 노즐(20)의 이동속도는 1㎜/sec이다. 현상액은 0.27 규정의 알칼리 현상액이다. 토출 속도를 0.2ℓ/min으로 했다. 현상액 토출 슬릿과 흡인 슬릿의 간격이 5㎜로 그것이 현상액 토출 슬릿의 양측에 있고, 약액 토출 슬릿의 폭이 1㎜이므로, 스캔 노즐과 기판 표면의 사이에서 현상액이 존재하고 있는 것은 이동방향과 평행한 방향에 있어서 약 11㎜이다. 즉, 기판 표면의 어느 한점에 주목했을 때에 그 장소를 현상액이 통과하는 시간은 약 11초이며, 실효의 현상시간은 약 11초라고 하게 된다.
본 현상처리에 의해, 현상액을 토출한 후 노즐과 기판 표면의 간극을 고속으로 현상액이 흘러서 즉시 흡인 제거됨으로써, 신선한 현상액을 항상 레지스트 표면에 공급하는 것이 가능해지는 효과에 의해, 포토마스크 전면에 걸쳐 균일한 현상처리를 실현할 수 있었다.
이어서, 형성한 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하여 반응성 이온 에칭에 의해 Cr막을 에칭한다. 에칭 가스로는 염소 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용했다. 그 후, 애싱장치에 의해 레지스트를 박리하고, 세정기에 의해 세정했다. 그리고, 형성된 Cr 패턴 치수를 치수측정장치에 의해 측정했다. 그 결과, 패턴 치수의 평균값과 목표 치수의 차는 2㎚, Cr 패턴 치수의 면내 균일성은 개구율에 의존한 분포도 없이 6㎚(3σ)였다.
다음에, 본 실시형태에 나타낸 현상방법의 유효성을 확인하는 실험으로서, 출시된 마스크를 이용하여, ArF 스캐너로 웨이퍼에 노광을 행하고, 노광 여유도의 평가를 행했다. 평가는 디포커스량과 노광량을 변화시켜서 웨이퍼 위에 형성한 레지스트 패턴 치수를 SEM에 의해 측정하는 것으로 했다. 그 결과, 웨이퍼 위에 형성된 레지스트 패턴 치수의 변동량이 10%이하가 되는 디포커스 여유도는 0.40㎛이고, 그 때의 노광량 여유도는 12%였다.
또한, 본 실시형태는 포지티브형 레지스트에의 적용예이지만, 네가티브형 레지스트에서도 마찬가지로 가능한 것은 말할 필요도 없다. 또한, 본 실시형태는 마스크 제작 프로세스의 현상공정에의 적용예이지만 이것으로 한정되는 것이 아니고, 플래트 패널 디스플레이 제조공정이나, 웨이퍼 프로세스 등에서, 레지스트 박리, 표면 자연 산화막 제거, 세정 등 모든 약액 처리에 적용할 수 있다.
(제3 실시형태)
제2 실시형태에서는, 노광부의 비율에 따라서 갭을 조정하고, 패턴을 균일하게 마무리하는 현상방법을 설명했다. 본 실시형태에서는, 노광부의 비율에 따라서 스캔 노즐의 스캔 속도를 조정해서 패턴을 균일하게 마무리하는 현상방법을 설명한다.
도21에 포지티브형 레지스트에 있어서의 5㎜ 각 영역의 현상 후의 평균의 개구율과, 원하는 레지스트 치수로 마무리하기 위한 노즐의 스캔 속도의 관계를 도시한다. 도21에 도시하는 바와 같이, 개구율이 커질수록, 최적의 스캔 속도가 느려지는 것을 알 수 있다. 이것은, 개구율이 클수록 제거하지 않으면 안되는 레지스트의 체적이 늘어나기 때문에, 보다 오래 현상액을 흐르게 하여 신선한 현상액을 많이 공급할 필요가 있기 때문이다. 이 관계를 이용해서 실제로 포토마스크를 제작한 예를 이하에 설명한다.
레지스트 도포조건 및 노광 패턴, 노광조건, PEB조건은, 제2 실시형태와 같으므로 설명을 생략한다.
다음에, 제2 실시형태와 같이 스캔 노즐을 기판의 일단으로부터 타단을 향해 스캔 시켜서 현상을 한다. 스캔 시, 스캔 속도를 개구율에 따라서 변화시키면서 현상처리를 한다. 2개의 흡인구 사이에 있는 패턴의 평균 개구율에 따라서, 스캔 속도를 제어해서 현상처리를 했다. 도22에 스캔 노즐의 위치와 스캔 속도의 관계를 도시한다.
도22에 도시하는 바와 같이, 개구율이 큰 로직 디바이스 영역에서는 스캔 속도를 느리게, 개구율이 작은 메모리 디바이스 영역에서는 스캔 속도를 빠르게 한다. 스캔 속도는, 개구율에 따라서 1.2 내지 1.6㎜/sec의 사이에서 변화된다. 이용한 현상액은 0.27 규정의 알칼리 현상액이다. 현상액의 토출 속도는, 0.2ℓ/min으로 설정했다.
현상액 토출 슬릿과 흡인 슬릿의 간격이 5㎜이다. 2개의 흡인 슬릿이 현상액 토출 슬릿의 양측에 있고, 그것들의 폭이 1㎜이다. 따라서, 스캔 노즐과 기판 표면의 사이에서 현상액이 존재하고 있는 것은 이동방향과 평행한 방향에 있어서 약 11㎜이다. 즉, 기판 표면의 어느 한점에 주목했을 때에 그 장소를 현상액이 통과하는 시간은 약 7 내지 9초이며, 실효의 현상시간은 약 7 내지 9초라고 하게 된다.
본 실시형태에 나타낸 현상처리방법에 의해, 현상액을 토출한 후 노즐과 기판 표면의 간극을 고속으로 현상액이 흘러서 즉시 흡인 제거됨으로써, 또한, 개구율에 따른 필요한 현상시간이 확보됨으로써, 신선한 현상액을 항상 레지스트 표면에 공급하는 것이 가능해지는 효과에 의해, 포토마스크 전면에 걸쳐 균일한 현상처리를 실현할 수 있었다.
이어서, 형성한 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하여 반응성 이온 에칭에 의해 Cr막을 에칭했다. 에칭 가스로는 염소 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용했다. 그 후, 애싱장치에 의해 레지스트를 박리하고, 세정기에 의해 세정했다. 그리고, 형성한 Cr 패턴 치수를 치수측정장치에 의해 측정했다. 그 결과, 패턴 치수의 평균값과 목표 치수의 차는 2㎚, Cr 패턴 치수의 면내 균일성은 개구율에 의존한 분포도 없이 6㎚(3σ)였다.
다음에, 본 방법의 유효성을 확인하는 실험으로서, 출하한 마스크를 이용하여, ArF 스캐너로 웨이퍼에 노광을 행하고, 노광 여유도의 평가를 행했다. 평가는 디포커스량과 노광량을 변화시켜서 웨이퍼 위에 형성한 레지스트 패턴 치수를 SEM에 의해 측정하는 것으로 했다. 그 결과, 웨이퍼 위에 형성한 레지스트 패턴 치수의 변동량이 10%이하가 되는 디포커스 여유도는 0.40㎛이고, 그 때의 노광량 여유도는 12%였다.
또한, 본 실시형태는 포지티브형 레지스트에의 적용예이지만, 네가티브형 레지스트에서도 마찬가지로 가능한 것은 말할 필요도 없다. 네가티브형 레지스트의 경우, 개구율이 큰 곳은 스캔 속도를 빠르게 하고, 개구율이 작은 곳은 스캔 속도를 느리게 한다.
또한, 본 실시형태는 마스크 제작 프로세스의 현상공정에의 적용예이지만 이것으로 한정되는 것이 아니고, 플래트 패널 디스플레이 제조공정이나, 웨이퍼 프로세스 등에서, 레지스트 박리, 표면 자연 산화막 제거, 세정 등 모든 약액 처리에 적용할 수 있다.
(제4 실시형태)
제2 및 제3 실시형태에서는, 노광부의 비율에 따라서 갭 또는 스캔 속도를 조정해서 패턴을 균일하게 마무리하는 현상방법을 설명했다. 본 실시형태에서는, 노광부의 비율에 따라서 스캔 노즐의 현상액 토출 속도를 조정해서 패턴을 균일하게 마무리하는 현상방법을 설명한다.
도23에 포지티브형 레지스트에 있어서의 5㎜ 각 영역의 현상 후의 평균의 개구율과, 원하는 레지스트 치수로 마무리하기 위한 현상액 토출 속도의 관계를 도시한다.
도23에 도시하는 바와 같이, 개구율이 커질수록, 최적의 현상액 토출 속도가 커지는 것을 알 수 있다. 이것은, 개구율이 클수록 제거하지 않으면 안되는 레지스트의 체적이 늘어나기 때문에, 보다 많은 현상액을 흐르게 하여 신선한 현상액을 빨리 공급할 필요가 있기 때문이다. 평균의 현상액 유속은, 스캔 노즐 기판 사이의 현상액이 흐르는 공간의 단면적을 그 공간에 흐르는 현상액의 공급속도로 나눈 값이다.
본 실시형태에서는, 스캔 노즐 기판 사이의 갭이 50㎛, 토출구 및 흡인구의 폭이 150㎜이므로, 현상액이 흐르는 공간의 단면적은, 약 7.5㎜2이다. 거기에 5㎖/min의 토출 속도로 현상액을 토출 시켰을 경우, 유속은 약 5.5㎜/sec가 된다.
그런데, 스캔 노즐의 이동속도는 1㎜/sec로 고정하고, 여러 가지 현상액 토출 속도로 현상처리를 했다. 그 결과, 현상액 유속이 1㎜/sec 이하가 되면, 급격하게 패턴 치수가 변화되는 것을 알 수 있었다. 이것은, 현상액 토출 슬릿으로부터 린스 슬릿측(스캔 방향 후방측)의 현상액 유속과 스캔 속도가 거의 같아져 버렸기 때문인 것을 알 수 있었다. 2개의 속도가 같아짐으로써, 현상액의 치환이 행해지지 않게 되었기 때문에 생긴 것이다. 즉, 기판과 노즐의 간극을 흐르는 현상액의 유속이, 노즐 스캔 속도보다 빠른 것이 바람직하다. 이하에 이 관계를 이용해서 실제로 포토마스크를 제작한 예를 이하에 설명한다.
레지스트 도포조건, 및 노광 패턴, 노광조건, PEB조건은, 제2 실시형태와 같으므로 설명을 생략한다.
다음에, 제2 실시형태와 같이, 스캔 노즐을 기판의 일단으로부터 타단을 향해서 스캔시켜서 현상을 한다. 스캔 시, 현상액 토출 속도를 개구율에 따라서 변화시키면서 현상처리를 한다. 2개의 흡인구 사이에 있는 패턴의 평균 개구율에 따라, 현상액 토출을 제어해서 현상처리를 했다. 도24에 스캔 노즐의 위치와 스캔 속도의 관계를 도시한다.
도24에 도시하는 바와 같이, 개구율이 큰 곳은 현상액 토출 속도를 크게 하고, 개구율이 작은 곳은 현상액 토출 속도를 작게 했다. 개구율에 따라서 현상액 토출 속도를 0.18 내지 0.26ℓ/min로 했다. 현상액은 0.27 규정의 알칼리 현상액이다. 현상액 토출 슬릿과 흡인 슬릿의 간격이 5㎜이다. 또한, 2개의 흡인 슬릿이 현상액 토출 슬릿의 양측에 있다. 약액 토출 슬릿의 폭이 1㎜이다. 따라서, 스캔 노즐과 기판 표면의 사이에서 현상액이 존재하고 있는 것은 이동방향과 평행한 방향에 있어서 약 11㎜이다. 즉, 기판 표면의 어느 한점에 주목했을 때에 그 장소를 현상액이 통과하는 시간은 약 11초이다. 실효적인 현상시간은 약 11초이다.
본 현상처리에 의해, 현상액을 토출한 후 노즐과 기판 표면의 간극을 고속으로 현상액이 흘러서 즉시 흡인 제거됨으로써, 또한, 개구율에 따른 필요한 현상액 유량이 확보됨으로써, 신선한 현상액을 항상 레지스트 표면에 공급하는 것이 가능해지는 효과에 의해, 포토마스크 전면에 걸쳐 균일한 현상처리를 실현할 수 있었다.
이어서, 형성한 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하여 반응성 이온 에칭에 의해 Cr막을 에칭했다. 에칭 가스로는 염소 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용했다. 그 후, 애싱장치에 의해 레지스트를 박리하고, 세정기에 의해 세정했다.
형성된 Cr 패턴 치수를 치수측정장치에 의해 측정했다. 그 결과, 패턴 치수의 평균값과 목표 치수의 차는 2㎚, Cr 패턴 치수의 면내 균일성은 개구율에 의존한 분포도 없이 6㎚(3σ)였다.
다음에, 본 실시형태에 나타낸 현상처리의 유효성을 확인하는 실험으로서, 출하한 마스크를 이용하여, ArF 스캐너로 웨이퍼에 노광을 행하고, 노광 여유도의 평가를 행했다. 평가는 디포커스량과 노광량을 변화시켜서 웨이퍼 위에 형성한 레지스트 패턴 치수를 SEM에 의해 측정하는 것으로 했다. 그 결과, 웨이퍼 위에 형성한 레지스트 패턴 치수의 변동량이 10%이하가 되는 디포커스 여유도는 0.40㎛이고, 그 때의 노광량 여유도는 12%였다.
또한, 본 실시형태는 포지티브형 레지스트에의 적용예이지만, 네가티브형 레지스트에서도 마찬가지로 가능한 것은 말할 필요도 없다. 네가티브형 레지스트의 경우, 개구율이 큰 곳은 현상액 토출 속도를 느리게, 개구율이 작은 곳은 현상액 토출 속도를 빨라지도록 제어한다. 또한, 본 실시형태는 마스크 제작 프로세스의 현상공정에의 적용예이지만 이것으로 한정되는 것이 아니고, 플래트 패널 디스플레이 제조공정이나, 웨이퍼 프로세스 등에서, 레지스트 박리, 표면 자연 산화막 제거, 세정 등 모든 약액 처리에 적용할 수 있다.
(제5 실시형태)
흡인된 약액의 pH값을 상시 모니터하는 pH 미터로부터, 원하는 pH값이 되도록 스캔 속도를 제어해서 현상을 행하는 방법에 대해서 설명한다.
실제로 포토마스크를 제작한 예를 이하에 설명한다. 레지스트 도포조건, 및 노광 패턴, 노광조건, PEB조건은, 제2 실시형태와 같으므로 설명을 생략한다.
다음에, 제2 실시형태와 같이, 스캔 노즐을 기판의 일단으로부터 타단을 향해 스캔 시켜서 현상을 한다. 스캔 시, pH 미터의 측정값이 신선한 현상액의 값을 거의 유지하도록, 스캔 속도를 변화시키면서 현상처리를 한다.
이 때의 스캔 속도와 노즐 하면의 패턴 개구율의 관계를 도25에 도시한다. 그 결과는, 개구율이 큰 곳은 스캔 속도가 느려지고, 개구율이 작은 곳은 스캔 속도가 빨라졌다. 개구율에 따라서 스캔 속도가 1.2 내지 1.6㎜/sec의 사이에서 변화되고 있다. 현상액은 0.27 규정의 알칼리 현상액이다. 현상액의 토출 속도를 0.2ℓ/min으로 했다.
현상액 토출 슬릿과 흡인 슬릿의 간격은 5㎜이다. 2개의 흡인 슬릿이 현상액 토출 슬릿의 양측에 있다. 약액 토출 슬릿의 폭이 1㎜이다. 따라서, 스캔 노즐과 기판 표면의 사이에서 현상액이 존재하고 있는 것은 이동방향과 평행한 방향에 있어서 약 11㎜이다. 즉, 기판 표면의 어느 한점에 주목했을 때에 그 장소를 현상액이 통과하는 시간은 약 7 내지 9초이다. 따라서, 실효의 현상시간은 약 7 내지 9초라고 하게 된다.
상술한 현상처리에 의해, 현상액을 토출한 후 노즐과 기판 표면의 간극을 고속으로 현상액이 흘러서 즉시 흡인 제거됨으로써, 또한, 개구율에 따른 필요한 현상시간이 확보됨으로써, 신선한 현상액을 항상 레지스트 표면에 공급하는 것이 가능해지는 효과에 의해, 포토마스크 전면에 걸쳐 균일한 현상처리를 실현할 수 있었다.
이어서, 형성한 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하여 반응성 이온 에칭에 의해 Cr막을 에칭했다. 에칭 가스로는 염소 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용했다. 그 후, 애싱장치에 의해 레지스트를 박리하고, 세정기에 의해 세정했다. 그리고, 형성한 Cr 패턴 치수를 치수측정장치에 의해 측정했다. 그 결과, 패턴 치수의 평균값과 목표 치수의 차는 2㎚, Cr 패턴 치수의 면내 균일성은 개구율에 의존한 분포도 없이 6㎚(3σ)였다.
다음에, 상술한 현상방법의 유효성을 확인하는 실험으로서, 출하한 마스크를 이용하여, ArF 스캐너로 웨이퍼에 노광을 행하고, 노광 여유도의 평가를 행했다. 평가는 디포커스량과 노광량을 변화시켜서 웨이퍼 위에 형성한 레지스트 패턴 치수를 SEM에 의해 측정하는 것으로 했다. 그 결과, 웨이퍼 위에 형성한 레지스트 패턴 치수의 변동량이 10%이하가 되는 디포커스 여유도는 0.40㎛이고, 그 때의 노광량 여유도는 12%였다.
또한, 본 실시형태는 흡인 현상액의 농도를 페이퍼 모니터로 측량했지만, 광학 투과율이나, 전기 전도도로 모니터해도 좋다. 또한, 본 실시형태는 마스크 제작 프로세스의 현상공정에의 적용예이지만 이것으로 한정되는 것이 아니고, 플래트 패널 디스플레이 제조공정이나, 웨이퍼 프로세스 등에서, 레지스트 박리, 표면 자연 산화막 제거, 세정 등 모든 약액 처리에 적용할 수 있다.
(제6 실시형태)
본 실시형태에서는, 레지스트 박리 후의 포토마스크 기판의 세정처리에 대해서 설명한다. 이용되는 세정장치는, 제2 실시형태에서 이용한 현상장치와 같다. 단, 현상액 토출구로 현상액이 아니라, 오존수를 토출한다. 또한, pH 카운터 대신에 파티클 카운터가 설치되어 있다. 그 밖의 구성은 같으므로 도시, 및 설명을 생략한다.
Cr 패턴 형성을 끝낸 레지스트 박리 후의 마스크를 결함 검사장치에 의해 검사한 결과, 280개의 이물을 확인할 수 있었다. 이 마스크를, 종래의 마스크 세정기로 세정을 한 결과, 이물의 수를 73개로 감소시킬 수 있었다. 그러나, 이 이물의 수로는 여전히 불충분하다. 그래서, 종래에는 같은 세정장치로 3회의 세정을 하여, 이물을 O개로 하고 있었다. 이와 같이, 종래, 세정능력은 충분하지 않고, 이물을 제거하기 위해서 많은 시간을 허비하고 있었다.
마찬가지로 레지스트 박리 후에 332개의 이물이 부착되어 있었던 마스크를 상술한 세정장치에 기판을 싣고, 일단 A로부터 그것에 대향하는 타단 B를 향해서, 파티클 카운터의 측정값이 0.1개/min 이하가 되도록 스캔 속도를 변화시키면서 오존수 처리를 했다. 오존수 토출 속도는 0.2ℓ/min으로 설정되어 있다. 또한, 더러움이 심할 경우는 파티클 카운터가 0.1개/min 이하가 될 때까지 스캔 속도가 0이 되는 수도 있다.
오존수 토출 슬릿과 흡인 슬릿의 간격이 5㎜이다. 2개의 흡인 슬릿이 오존수 토출 슬릿의 양측에 있다. 약액 토출 슬릿의 폭이 1㎜이다. 따라서, 스캔 노즐과 기판 표면의 사이에서 오존수가 존재하고 있는 것은 이동방향과 평행한 방향에 있어서 약 11㎜이다.
본 세정에 의해, 오존수를 토출한 후 노즐과 기판 표면의 간극을 고속으로 오존수가 흘러서 이물을 제거한 후 즉시 흡인 제거된다. 따라서, 마스크상에의 이물의 재부착이 방지된다.
또한, 파티클 카운터의 값이 0.1개/min 이하가 되도록 스캔 속도를 변화시키면서 오존수 처리함으로써, 항상 마스크 표면이 청정해지는 것을 실현시키면서 포토마스크 기판 전면에 걸쳐 균일한 오존수 처리가 실현되었다. 그 결과, 세정 후의 마스크의 이물의 수는 0개가 되고, 마스크의 청정도에 맞춘 안정된 세정을 실현할 수 있었다.
또한, 본 실시형태는 세정정도를 파티클 카운터로 측량했지만, 광학 투과율이나, 전기 전도도로 모니터해도 좋다. 또한, 본 실시형태는 마스크 제작 프로세스의 현상공정에의 적용예이지만 이것으로 한정되는 것이 아니고, 플래트 패널 디스플레이 제조공정이나, 웨이퍼 프로세스 등에서, 레지스트 박리, 표면 자연 산화막 제거 등 모든 약액 처리에 적용할 수 있다.
(제7 실시형태)
본 발명의 실시형태를 도면을 이용하면서 설명한다. 우선, 본 발명에 이용한 기판처리장치의 약액 토출/흡인부에 대해서 설명한다.
본 실시형태의 현상 장치에서는, 제2 실시형태에서 도12 내지 도14를 참조해서 설명한 스캔 노즐과 동일한 스캔 노즐을 2개 가진다. 현상장치를 도26을 참조해서 설명한다. 도26은, 본 발명의 제7 실시형태에 따른 스캔 노즐의 하면의 구성을 도시하는 평면도이다.
도26에 도시하는 바와 같이 동일한 구조의 약액 토출/흡인부(이하 스캔 노즐이라고 부른다)를 2개 가지고, 어느 스캔 노즐도 기판에 대한 이동방향과 수직인 방향으로 폭 35cm, 이동방향과 평행한 방향으로 폭 5cm정도의 크기이다. 또한, 스캔 노즐의 기판에 대향하는 각각의 스캔 노즐의 하면에는, 5개의 슬릿상의 구가 설치되어 있다.
우선, 제1 스캔 노즐(260)의 구성에 대해서 설명한다. 중앙의 오존수 토출 슬릿(261)으로는 오존수액이 토출된다. 그 양 옆의 2개의 제1 흡인 슬릿 (262, 263)으로는 기판 위의 용액(오존수, 프리웨트액, 린스액)이 흡인된다. 또한 그 외측의 2개의 구(제1 프리웨트액 토출 슬릿, 제2 린스액 토출 슬릿, 264, 265)으로는 프리웨트액 또는 린스액이 토출된다. 이동방향 전방에 프리웨트액을 토출하는 프리웨트액 토출 슬릿(264), 이동방향 후방에, 린스액을 토출하는 린스액 토출 슬릿(265)이 배치되어 있다.
우선, 제2 스캔 노즐(270)의 구성에 대해서 설명한다. 중앙의 현상액 토출 슬릿(271)으로는 현상액이 토출된다. 그 양 옆의 2개의 흡인 슬릿(272, 273)으로는 기판 위의 용액(현상액, 프리웨트액, 린스액)이 흡인된다. 또한 그 외측의 2개의 구(프리웨트액 토출 슬릿, 린스액 토출 슬릿, 274, 275)로는 프리웨트액 또는 린스액이 토출된다. 이동방향 전방에 프리웨트액을 토출하는 프리웨트액 토출 슬릿(274), 이동방향 후방에, 린스액을 토출하는 린스액 토출 슬릿(275)이 배치되어있다.
오존수 토출 슬릿(261) 및 현상액 토출 슬릿(271)의 길이는 310㎜, 폭은 1㎜이다. 제1 내지 제4의 흡인 슬릿(262, 263, 272, 273)은 길이 310㎜, 폭 3㎜, 제1 및 제2 프리웨트액 토출 슬릿(264, 274), 제1 및 제2 린스액 토출 슬릿(265, 275)의 길이는 310㎜, 폭은 3㎜이다. 흡인 슬릿(262, 263, 272, 273)으로의 흡인력과 오존수 또는 현상액 토출 슬릿(261, 271)으로의 토출 속도를 균형잡아, 오존수 또는 현상액 토출 슬릿(261, 271)으로 토출된 약액(현상액, 오존수)이 흡인 슬릿보다 외측으로 약액이 밀려나가지 않도록 하고 있다. 프리웨트액 및 린스액은 모두 순수에서 펌프에 의해 각 액 토출 슬릿으로 공급된다.
각 스캔 노즐(260, 270)은, 도13, 14에 도시한 바와 같이, 스캔 노즐(120)에 비치된 갭 측정기구(142)와, 스캔 노즐(120)의 양단에 비치된 갭 조정기구(143)와, 스캔 노즐(120)과 기판 홀더(141)를 상대적으로 거의 수평방향으로 이동시키기 위한 스캔 스테이지(144)를 구비한다.
다음에, 기판처리의 예에 대해서 설명한다. 포지티브형 화학증폭 레지스트를 500㎚의 두께로 도포해 놓은 Cr 마스크 블랭크스에, 50keV의 가속전압을 가진 전자 빔 묘화장치로, 0.1㎛ 룰의 라인 앤드 스페이스계의 DRAM의 패턴을 묘화했다. 묘화 후, 110도로 15분간 베이크를 했다. 이 베이크 공정에 있어서, 레지스트로부터 증산된 산이 레지스트에 재부착함으로써, 레지스트 표면의 난용화 층의 상태에 묘화 면적율에 의존이 발생하고, 그것이 현상 후의 패턴 치수 변동이 되어 치수 균일성을 악화시킨다.
다음에, 현상장치에 기판을 탑재한다. 도27(a) 내지 (c)에 도시하는 바와 같이, 기판(130)의 일단 A로부터 그것에 대향하는 타단 B를 향해서, 오존수 처리하는 제1 스캔 노즐(260)을 일정속도로 이동시켜서 오존수 처리를 한다. 제1 스캔 노즐(260)의 이동속도는 20㎜/sec으로 설정되어 있다. 오존수의 오존농도는 5ppm, 토출 속도를 1ℓ/min으로 했다. 오존수 토출 슬릿(261)과 흡인 슬릿(262, 263)의 간격이 10㎜이고, 오존수 토출 슬릿(261)의 폭이 1㎜이므로, 스캔 노즐과 기판 표면의 사이에서 오존수가 존재하고 있는 것은 이동방향과 평행한 방향에 있어서 약 21㎜이다. 즉, 기판 표면의 어느 한점에 주목했을 때에 그 장소를 오존수가 통과하는 시간은 약 1초이며, 실효의 오존수 처리시간은 약 1초라고 하게 된다. 이 단시간의 오존수 처리에 의해 레지스트 표면에 형성된 극박의 난용화 층만을 제거하는 것이 가능하게 되고, 다음의 현상처리공정에서의 레지스트의 용해가 균일하게 시작되는 것이다. 본 장치를 이용함으로써, 이렇게 짧은 시간의 약액 처리를 면내에 균일하게 행할 수 있다.
종래로부터 행해지고 있는 스프레이와 기판회전의 조합이나, 패들과 스핀 건조의 조합에서는, 면내의 처리시간이 달라 균일한 처리를 실현할 수 없다. 도29에 오존수 농도와 레지스트 에칭량의 관계 및 레지스트 표면 거칠기의 관계를 도시했다. 0.2ppm 이상에서는 레지스트를 에칭하는 효과는 적고, 또한, 35ppm보다 크면 표면 거칠기가 급격하게 높아지는 것을 알 수 있었다. 이러한 점에서, 오존수의 오존농도는 0.2ppm으로부터 35ppm 사이에서 이용할 필요가 있다. 보다 바람직하게는, 0.2ppm 이상 5ppm 이하의 오존농도의 오존수를 이용하는 것이 바람직하다.
다음에 현상처리하는 제2 스캔 노즐(270)을 도28(d) 내지 도28(f)에 도시하는 바와 같이, 기판(130)의 일단 A로부터 그것에 대향하는 타단 B를 향해서 일정속도로 이동시켜서 현상처리를 했다. 이동속도는 1㎜/sec이다. 현상액은 0.27 규정의 알칼리 현상액이다. 토출 속도를 0.5ℓ/min으로 했다. 현상액 토출 슬릿(271)과 흡인 슬릿(272, 273)의 간격이 10㎜, 현상액 토출 슬릿(271)의 폭이 1㎜이다. 따라서, 제2 스캔 노즐(270)과 기판 표면의 사이에서 현상액이 존재하고 있는 것은 이동방향과 평행한 방향에 있어서 약 21㎜이다. 즉, 기판 표면의 어느 한점에 주목했을 때에 그 장소를 현상액이 통과하는 시간은 약 21초이며, 실효의 현상시간은 약 21초라고 하게 된다. 본 현상처리에 의해, 레지스트 용해가 균일하게 시작되는 것에 부가해서, 현상액을 토출한 후 노즐과 기판 표면의 간극을 고속으로 현상액이 흘러서 즉시 흡인 제거됨으로써, 신선한 현상액을 항상 레지스트 표면에 공급하는 것이 가능해지는 효과에 의해, 포토마스크 전면에 걸쳐 균일한 현상처리를 실현할 수 있었다. 즉, 근접 스캔 노즐에 의한 균일한 오존수 처리와 현상처리의 조합에 의해 비로소 실현되는 것이다.
이어서, 형성한 레지스트 패턴을 에칭 마스크로 하여 반응성 이온 에칭에 의해 Cr막을 에칭했다. 에칭 가스로는 염소 가스와 산소 가스의 혼합 가스를 이용했다. 그 후, 애싱장치에 의해 레지스트를 박리하고, 세정기에 의해 세정했다. 그리고, 형성한 Cr 패턴 치수를 치수측정장치에 의해 측정했다. 그 결과, 패턴 치수의 평균값과 목표 치수의 차는 2㎚, Cr 패턴 치수의 면내 균일성은 6㎚(3σ)였다.
다음에, 본 현상방법의 유효성을 확인하는 실험으로서, 출하한 마스크를 이용하여, ArF 스캐너로 웨이퍼에 대해서 노광을 하고, 노광 여유도의 평가를 행했다. 평가는 디포커스량과 노광량을 변화시켜서 웨이퍼 위에 형성한 레지스트 패턴 치수를 SEM에 의해 측정하는 것으로 했다. 그 결과, 웨이퍼 위에 형성한 레지스트 패턴 치수의 변동량이 10%이하가 되는 디포커스 여유도는 0.40㎛이고, 그 때의 노광량 여유도는 12%였다.
또한, 본 실시형태는 포토마스크 제조공정의 현상공정에의 적용예이지만 이것으로 한정되는 것이 아니고, 플래트 패널 디스플레이 제조공정이나, 웨이퍼 프로세스 등에서 레지스트 박리, 표면 자연 산화막 제거, 세정 등 모든 약액 처리에 적용할 수 있다.
(제8 실시형태)
본 발명의 제1 실시 형태에 대해서 웨이퍼를 현상할 경우를 예로 도1을 참조해서 상세하게 설명한다.
도30, 도31, 도32는 본 발명의 제8 실시형태에 따른 현상장치의 개략 구성을 도시하는 도면이다.
도30(a) 및 도30(b)에 도시하는 바와 같이, 현상장치의 현상 노즐(310)은 현상액 토출 노즐(313) 및 흡인 노즐(314)을 구비한다. 현상액 토출 노즐(313)은 기판(300)에 대향하는 면에 현상액 토출구(311)를 가진다. 현상액 토출 노즐(313)은 기판(300)에 대향하는 면에 토출구(311)를 가진다. 흡인구(312)는 현상액 토출구(311)의 주위를 연속적으로 둘러싸도록 배치되어 있다.
현상액 토출 노즐(313)은 공급/흡인계(317)의 도시되지 않은 약액 캐니스터를 가압함으로써 현상액이 현상액 도입 파이프(315)를 통하여 현상액 토출 노즐(313)안에 공급된다. 공급된 현상액이, 현상액 토출구(311)로 토출된다. 흡인 노즐(314)은, 배출 파이프(316)를 통하여 공급/흡인계(317)의 펌프에 접속되어 있다. 펌프의 흡인력에 의해, 흡인구로 기판(300) 위의 용액의 흡인이 행해진다. 토출과 흡인이 동시에 행해짐으로써, 현상액 토출구(311)와 흡인구(312) 사이의 영역에만 현상액(301)이 존재하게 된다.
또한, 도31에 도시하는 바와 같이 기판(300)은 배큐엄 척(321)으로 유지된다. 기판의 주위에 보조판(322)이 설치되어 있다. 보조판(322)은 상하 이동시키는 구동기구가 설치되어 있다. 보조판(322)의 표면은 현상액에 대한 젖음성이 기판(310) 표면과 거의 동일한 것이 바람직하다. 기판(310)에 대해서, 린스액을 공급하는 린스액 공급 노즐(323)이 설치되어 있다. 린스액 공급 노즐(323)은 린스액을 연속적으로 공급한다. 기판(300) 위는 린스액 공급 노즐(323)로 공급되는 린스액으로 채워진 상태이다. 따라서, 흡인구(312)는 현상액과 린스액 양쪽이 혼합된 용액을 흡인한다. 현상액 토출, 흡인, 린스액 토출은 동시에 계속해서 행해진다.
도32에 도시하는 바와 같이, 현상 노즐(310)을, 기판(300)에 대해서 이동시키는 이동기구(319)를 구비한다. 이동기구(319)는, 현상 노즐(310)을 수평방향, 수직방향으로 이동시킨다. 제어계(318)는, 공급/흡인계(317) 및 이동기구(319)의 제어를 행한다. 제어계(318)는, 현상액 토출 속도, 현상액 토출시간, 흡인속도, 흡인시간, 린스액 토출량, 토출시간, 노즐 이동속도 등을 제어한다.
도30(b)에 도시하는 바와 같이, 현상액 토출구(311)로 토출된 현상액은, 그주변을 둘러싸서 배치된 흡인구(312)로 향하는 흐름을 만들고, 흡인구(312) 내부에서 끼워진 영역에 있어서만 현상이 행해진다. 즉 제어계(318)는, 현상액이 흡인구(312) 외부로 누설되지 않도록 현상액 토출압력 및 흡인압력의 균형을 잡고 있다.
현상액에 의한 처리영역은 4π㎜2로 설정되어 있다. 그 노즐(310) 하면과 기판(300)의 거리는 약 100㎛로 설정되어 있다. 다음에 웨이퍼 위에 현상액을 공급하는 구체적 방법을 나타낸다. 가공하려고 하는 기초막 위에 0.4㎛ 두께의 레지스트 등의 감광성 수지막이 형성된 웨이퍼에 KrF 엑시머 스테퍼에 의해 마스크에 형성된 패턴을 전사하고, 감광성 박막에 0.13㎛의 패턴 잠상을 형성한다. 그 웨이퍼를 웨이퍼 유지 도구로 수평하게 유지한다. 현상액은 TMAH(규정도 0.27N)를 사용하고, 현상액 토출 속도 및 흡인속도를 조정했다.
현상액 토출구경 2㎜, 흡인구 내경 3.5㎜, 흡인구 외경 4.5㎜로 하고, 현상액 토출 속도 10Occ/min, 흡인속도 100cc/min, 린스액 토출 속도 300cc/min으로 했다.
다음에 처리방법에 대해서 설명한다.
우선, 웨이퍼 기판을 배큐엄 척(321)으로 유지한다. 현상 노즐(310)을 웨이퍼 주면 상의 단부 상방으로 이동시킨다. 보조판(322)의 상면을 웨이퍼면과 같은 높이로 한다. 노즐(310)을 웨이퍼 주면 상단부에서 갭 100㎛상의 위치, 또한 현상 개시점으로 이동시킨다.
처리조건을 결정하는 순서에 대해서 설명한다. 도33에 0.13㎛의 패턴에 있어서의 패턴 피복율과 노즐 스캔 속도의 관계를 도시한다. 패턴의 피복율이란, 현상처리에 의해 현상액에 용해되지 않고, 기판 위에 남는 레지스트의 면적율이다.
피복율이 클 때는 피복율이 작은 경우에 비교해서 포지티브 레지스트를 사용했을 경우에 레지스트 패턴 치수가 크게 마무리된다. 그 때문에, 피복율에 따라서 스캔 속도를 바꿈으로써 원하는 치수를 얻는다. 그 변화율도 피복율에 따라서 나타난다. 그 방법으로서는 현상액 토출구로 흡인구에 흐르는 현상액에 의해 형성되는 처리영역에 있어서의 피복율을 산출하고, 그 값으로부터 원하는 패턴 치수로 마무리되는 노즐의 스캔 속도를 예비실험의 데이터로부터 산출한다.
이번에 처리하는 웨이퍼 내의 칩의 피복율 분포를 도34에 도시한다. 도34(a)는 웨이퍼의 구성을 도시하는 평면도, 도34(b)는 칩내의 피복율 분포를 도시하는 도면이다. 웨이퍼(340)의 칩(341)안의 패턴의 피복율은, 설계 데이터로부터 구할 수 있다. 또한, 현상 노즐의 이동방향측 전방측에, 기판에 빛을 조사하는 광원과 기판으로부터의 반사광 강도를 측정하는 반사광 강도 측정계를 설치한다. 또한, 반사광 강도를 측정하는 강도계는 처리영역의 폭보다 긴 라인 센서를 이용하는 것이 바람직하다. 그리고, 반사광 강도 측정계의 측정결과의 변화와 처리영역형상으로부터 구할 수 있다. 또한, 반사광 강도 대신에 투과광 강도를 측정하고, 반사강도 측정계의 측정결과의 변화와 처리영역형상으로부터 구할 수 있다.
현상 노즐(310)을 칩(341)의 스캔 개시점 위로 이동시킨다. 그리고, 현상액 토출, 현상액 흡인, 린스액 토출을 동시에 행하고, 현상 노즐(310)의 주사를 시작한다. 현상 노즐(310)의 궤적을 도35에 도시한다. 또한, 도36에 처리시간과 스캔 속도의 관계를 도시한다. 스캔 개시 후, 피복율 50%의 영역을 노즐은 통과하는데 그 때의 스캔 속도는 도36에 도시하는 바와 같이 1㎜/sec, 그 후 피복율 10%의 영역을 통과하는데 그 때의 스캔 속도는 1.3㎜/sec라고 하도록 노즐이 통과하는 영역의 피복율에 따른 스캔 속도로 처리를 한다. 처리영역의 경계부에 대해서도 피복율을 구해서 원하는 패턴 치수로 마무리되는 노즐 스캔 속도가 되도록 했다.
현상처리가 종료한 후, 기판을 회전시켜, 기판 위의 액을 뿌리치고, 기판의 건조를 종료하여, 레지스트 패턴 형성을 완료했다.
형성된 패턴의 목표값으로부터의 차이량과 피복율의 관계를 도37에 도시한다. 패턴 치수가, 전 영역에 있어서 목표값으로부터의 차이량 ±5㎚이하로 형성할 수 있었다.
또한, 본 실시형태에 대해서는 레지스트의 현상의 적용예를 나타냈지만, 레지스트의 현상만으로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면 웨이퍼의 웨트 에칭이나 반도체 제조용의 포토마스크 제작 프로세스에 있어서의 기판 위의 감광성 막의 현상, 웨트 에칭, 세정 및 컬러 필터 제작 프로세스 및 DVD 등의 디스크의 가공에 있어서의 현상 등에 있어서도 적용가능하다.
노즐의 크기, 형상 및 처리조건은 실시예에 나타낸 형태로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면 중심에 약액 토출구를 배치하고, 그 주변을 직사각형상의 흡인구로 둘러싸도 좋다. 또한, 도38(a) 및 도38(b)에 도시하는 현상 노즐(380)과 같은 구성이여도 좋다. 흡인구(311)의 외측에 린스액 토출구(381)가 설치되어 있다.도38(a)는, 현상 노즐의 하면의 구성을 도시하는 평면도, 도38(b)는 현상 노즐의 구성을 도시하는 평면도이다.
또한, 도39에 도시하는 바와 같이, 흡인구(312)의 주변에 현상액 토출구(311)를 배치해도 좋다. 도39(a)는 현상 노즐의 하면의 구성을 도시하는 평면도, 도39(b)는 현상 노즐의 구성을 도시하는 평면도이다.
또한, 노즐 흡인구의 외측에 대해서는 본 실시예에 나타낸 바와 같이 반드시 린스액이 존재하지 않으면 안되는 것은 아니고, 예를 들면 노즐 흡인구의 외측에 다른 액체가 있어도 좋고, 액체가 아니고, 기체의 상태라도 좋다. 그러한 경우에는 현상액 흡인구의 외측에 현상액으로 누설되지 않도록 또한 외부의 공기 등 분위기를 흡인하지 않도록 현상액 토출압력, 현상액 흡인압력의 균형을 잡을 필요가 있다.
처리조건에 대해서도 원하는 유속을 얻기 위해서 피처리 물질의 표면상태나 처리액체의 젖음성이나 노즐의 직경이나 재질 등에 따라서도 바꿀 필요가 있는 경우도 있고, 본 실시형태 내에 나타낸 값으로 한정되는 것이 아니다. 또한, 패턴 사이즈가 다른 경우에도 각각의 패턴 사이즈에 따라 피복율과 스캔 속도의 관계를 미리 취득하여, 원하는 치수로 마무리되는 최적의 스캔 속도를 선택하는 것도 물론 본 방법에 포함된다. 처리영역은 처리 웨이퍼상의 전면은 물론, 일부분의 처리만인 경우도 있을 수 있다.
(제9 실시형태)
도40은 본 발명의 제9 실시형태에 따른 현상장치의 현상 노즐의 구성을 도시하는 도면이다. 또한, 도30과 동일부위에는 동일부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
이 현상 노즐(310)의 측면에, 반사 광학식 모니터(400)가 부착되어 있다. 반사 광학식 모니터(400)의 측정값은, 제어계(318)로 받아들여진다. 제어계(318)는, 측정값으로부터 기판 상면과 노즐 하면의 갭을 측정한다. 본 실시형태에서는, 노즐(310)과 기판의 갭을 제어함으로써 현상액 유속을 변화시켜서 처리를 했다. 그 밖의 구성은, 제8 실시형태와 같으므로 생략한다.
제8 실시형태의 처리조건에 있어서, 처리액체의 평균 유속은 0.1(㎜)×4π×v(㎜/sec)=0.1/60(L/sec)이기 때문에 1.27m/sec정도가 된다. 도41에 피복율과 현상액의 유속의 관계를 도시한다.
소정의 현상시간(스캔 속도:1㎜/sec)에 있어서 피복율이 다른 패턴 치수를 동일하게 마무리하기 위해서는, 피복율이 큰 곳에서는 유속을 빠르게 할 필요가 있다. 반대로 피복율이 작은 곳에서는 유속은 그다지 빠르지 않더라도 좋다. 현상 노즐(310)을 스캔 개시점으로 이동시키고, 현상액 토출, 현상액 흡인, 린스액 토출을 했다. 그 조건은 현상액 유속을 기판의 피복율에 맞춘 최적 유속이 되도록 노즐과 기판의 갭을 바꾸면서 했다. 피복율과 최적 유속의 관계를 도41에 도시한다. 보다 구체적으로는, 도42에 처리시간에 대한 현상액 유속을 도시한다.
도42에 도시하는 관계에 근거하여, 제8 실시형태와 피복율의 칩과 마찬가지로 현상처리한다.
현상처리가 종료한 후, 웨이퍼를 회전시켜서 웨이퍼상의 린스액을 떨어내어건조시켜, 레지스트 패턴 형성을 완료했다.
또한, 유속의 제어는 갭에만 한정되지 않는다. 현상액 토출 속도, 현상액 흡인속도를 제어해도 행할 수 있다.
(제10 실시형태)
레지스트 막의 현상을 행하는 전 단계에 있어서의 표면 처리에 대해서 설명한다.
노광 후, 소정의 베이크를 실시한 웨이퍼상의 레지스트에 현상처리를 행하기 전에, 산화처리를 한다. 노광부와 미노광부에서는 현상액에 대한 젖음성이 다르기 때문에, 현상처리를 행했을 때에 엄밀하게는 현상액의 유속 등이 노광부와 미노광부에서 다르다. 산화처리는, 레지스트 표면의 현상액에 대한 젖음성을 기판 전면에서 동일하면서도 좋게 하기 위해서 행해진다. 산화처리에는, 오존수를 이용했다.
도43은, 본 발명의 제10 실시형태에 따른 기판 표면 처리장치의 처리 노즐의 구성을 도시하는 도면이다. 또한, 도30과 동일한 부위에는 동일부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다. 도43에 도시하는 바와 같이, 처리 노즐(430)은, 오존수 공급 노즐(432)을 구비한다. 오존수 공급 노즐(432)은, 기판(300)에 대향하는 면에 오존수 토출구(431)를 가진다. 도시되지 않은 공급/흡인계로부터 공급된 오존수가, 오존수 토출구(431)로 기판(300)에 대해서 토출된다.
다음에, 산화처리에 대해서 설명한다. 레지스트 표면의 산화처리에 이용되는 오존수의 농도는 3ppm으로 했다. 제8 실시형태와 동일한 피복율을 가진 칩에대해서 산화처리를 한다. 제8 실시형태와 같이, 도36에 도시하는 처리시간과 스캔 속도의 관계에 근거해서 처리를 한다. 산화처리 시, 반사 광학식 모니터의 측정값에 따라, 처리 노즐(430) 하면과 기판(300) 상면의 갭이 일정값이 되도록 처리한다.
산화처리 후, 피처리 레지스트 막에 대해서 현상처리를 한다. 그 후, 기판 위에 린스액을 공급해서 린스를 한 후, 기판을 회전시켜서 기판 위의 액을 떨어내어 기판의 건조를 행한다. 이상에 의해 레지스트 패턴의 형성이 완료한다.
오존수 처리 전후에서, 레지스트 막 위에서의 현상액의 접촉각을 측정하고, 젖음성의 평가를 행했다. 접촉각은 처리 전에 60°였던 것이, 처리 후에 54°로 개선되었다. 오존수 처리에 의해, 레지스트 막의 현상액에 대한 젖음성이 개선되어 있는 것이 확인되었다. 젖음성의 개선에 의해, 기판 위를 현상액이 상당히 고속으로 흐르는 것이 가능해진다. 그 결과, 현상 시의 패턴 사이의 현상 저해물의 치환효과가 향상하고, 패턴 소밀에 의한 치수차를 ±4㎚로까지 저감할 수 있었다.
또한, 처리시간을 바꾸는데 이용하는 수단은 기판과 노즐의 상대속도만으로 한정되지 않는다. 예를 들면 처리액 농도나 온도, 처리액의 유속을 바꿈으로써 실효적 처리시간을 바꾸는 것도 가능하다. 또한, 본 방법은 기판 위의 모든 영역에 대해서 해당 처리를 실시하는 것으로 한정되지 않는다. 노광부 또는 미노광부만처리를 실시할 경우도 있을 수 있다. 기판의 표면 처리에 대해서는 산화성 액체로한정되는 것도 아니다. 산화성 액체에 의한 처리 후에 환원성 액체에 의한 처리를 행해도 좋고, 농도가 지극히 옅은 산성, 알칼리성의 액체라도 가능하다.
(제11 실시형태)
본 실시형태에서는, 마스크상의 레지스트 나머지나 부착 먼지 등을 제거하는 세정에 적용할 경우에 대해서 설명한다.
도44는 본 발명의 제11 실시형태에 따른 처리장치의 처리 노즐의 구성을 도시하는 도면이다. 처리에 이용하는 처리 노즐(430)은 제10 실시형태에서 설명한 노즐과 같으므로, 상세한 설명을 생략한다. 세정액으로는 농도 20ppm의 오존수를 이용한다.
다음에, 실제의 처리에 대해서 설명한다.
레지스트 패턴 형성 후의 6인치 마스크 기판상에서 결함 검사를 행하고, 레지스트 나머지나 부착 먼지 등의 이물(441)의 마스크상의 위치를 미리 검출한다.
그 마스크를 기판 지지대에 세트한 후, 도15로 도시한 바와 같이 결함 좌표위치 상방으로 노즐을 이동시킨다. 처리 노즐(430) 하면과 기판(300) 상면의 갭을 50㎛로 설정한다. 그 후, 오존수 토출구(431)로 오존수를 토출함과 동시에 흡인구(312)로 흡인한다. 처리 노즐(430)의 위치를 고정하고, 오존수의 토출 및 흡인을 10초간 행한 후, 오존수의 토출 및 흡인 동작을 정지한다. 처리 후, 노즐을 노즐 대기위치에 퇴피시킨다.
처리 시, 반사 광학식 모니터의 측정값에 의해, 갭을 50㎛로 제어한다. 갭의 제어에 의해, 세정액의 평균 유속을 10cm/sec 이상으로 하도록 했다.
처리 후, 기판(300) 위에 린스액을 공급하여 린스 처리를 행한 후, 기판을 회전시켜서 기판 위의 액을 떨어내어 기판의 세정을 종료한다.
본 실시형태에 의한 방법을 이용해서 기판 위의 유기 부착물을 모두 제거하는 것에 성공했다.
발명자 등의 실험에 따르면, 세정액 유속이 10cm/sec 이상인 경우에 유기물 부착은 완전히 제거되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 세정액 유속은 10cm/sec 이상인 것이 바람직하다. 또한, 세정액 평균 유속이 10cm/sec를 실현할 수 있는 갭, 세정액 토출 속도, 세정액 흡인속도를 임의로 선택하는 것이 가능한 것은 말할 필요도 없다. 펌프 등으로 액체에 압력 등을 가해, 의도적으로 주어도 좋다.
또한, 레지스트 패턴에 대해서 뿐만 아니라, 레지스트 박리 후의 크롬 마스크 및 하프톤 마스크에 관한 유기물 부착에 대해서도 본 처리는 유효하다.
(제12 실시형태)
본 실시형태에서는, 마스크상의 레지스트 나머지나 부착 먼지 등을 제거하는 세정에 적용할 경우에 대해서 설명한다.
도45는, 본 발명의 제12 실시형태에 따른 현상장치의 현상 노즐의 구성을 도시하는 도면이다. 도45에 있어서, 도30과 동일한 부위에는 동일부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.
이 현상 노즐(450)은 하면부에 초음파 진동자(451)를 구비한다. 현상처리 시 초음파 진동자(451)가 동작함으로써, 현상 노즐(450) 하면과 기판(300) 사이의 현상액(301)에 진동을 준다. 현상액의 맥동에 의해, 도46에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼(461) 위의 레지스트 패턴(462) 사이의 현상액(301)의 치환이 효율적으로 행해진다. 그 결과, 원하는 패턴 치수를 얻을 수 있게 된다.
기판 표면에 현상 노즐을 근접시켜서 특정한 유속의 현상액만으로 현상처리를 행할 경우, 현상처리에서는 예를 들면 피복율이 다른 패턴을 동시에 원하는 치수로 마무리하는 것은 상당히 곤란하다. 이것은 패턴 사이에 있어서의 현상액 치환의 효율이 좋지 않기 때문에 생긴다고 생각된다. 그러나, 기판 위의 현상액에 초음파 진동을 줌으로써, 치환 효율이 향상되고, 피복율이 다른 패턴을 동시에 원하는 치수로 마무리할 수 있다.
또한, 기판 위의 현상액에 초음파 진동을 주는 방법에 한하지 않고, 현상액의 유속을 시간적으로 변동시키더라도 마찬가지로 치환 효율의 향상을 꾀할 수 있다. 또한, 현상 노즐과 기판의 상대이동속도, 및 그 약액 토출/흡인부와 기판 표면의 간격의 적어도 한쪽을 시간적으로 변동시켜도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도12 내지 도14에 도시한 현상장치의 스캔 노즐에 초음파 진동자를 설치하고, 기판 위의 현상액에 진동을 주어도 좋다. 또한, 현상액의 유속, 현상 노즐과 기판의 상대이동속도 및 그 약액 토출/흡인부와 기판 표면의 간격의 적어도 한쪽을 시간적으로 변동시켜도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것이 아니다. 예를 들면, 그 밖에, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지 변형해서 실시하는 것이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, "한계 용입 농도"를 견적하고, 패턴 묘화필 기판의 현상 시, 현상액 중의 레지스트 용해 농도가 "한계 용입 농도" 이하가 되도록 현상액 처리를 행함으로써, 패턴의 소밀차에 관계없이 균일한 현상을 행하는 것이 가능해지고, 치수 정밀도가 상당히 높은 패턴을 형성할 수 있다.
상기 기판에 접하는 단위 체적영역에 단위 시간당 통과하는 제1 약액의 양을 변화시킴으로써, 패턴의 소밀차에 관계없이 고정밀도의 약액 처리하는 것이 가능해지고, 치수 정밀도가 상당히 높은 패턴을 형성할 수 있다.
상기 기판과 상기 약액 토출/흡인부 사이에 흐르는 약액의 유속은, 그 약액 토출/흡인부와 기판의 상대적인 이동속도보다 빠르게 함으로써, 급격한 패턴 치수의 변화를 억제할 수 있다.
상기 그 기판과 상기 약액 토출/흡인부 하면의 간격을 0.01㎜ 이상 0.5㎜ 이하로 함으로써, 약액의 치환 효율의 저하를 억제할 수 있고, 패턴의 소밀차에 관계없이 고정밀도의 약액 처리하는 것이 가능해진다.
상기 기판과 상기 약액 토출/흡인부의 사이를 흐르는 약액의 평균 유속을 0.02m/sec 이상으로 함으로써, 약액의 치환 효율이 향상되고, 패턴의 소밀차에 관계없이 고정밀도의 약액 처리하는 것이 가능해진다.
상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판 사이에 흐르는 약액의 유속, 또는 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판의 간격을 시간적으로 변동시킴으로써, 패턴의 소밀차에 관계없이 고정밀도의 약액 처리하는 것이 가능해진다.
약액 토출구를 둘러싸도록 약액 흡인구를 배치함으로써 중심부로부터 주변을 향해서 방사상으로 흐르는 약액류를 형성할 수 있고, 약액 토출구, 약액 흡인구의각각을 원하는 크기로 함으로써 소망 영역만의 약액 처리가 가능해진다. 그리고, 약액류로 형성되는 처리영역 내에 존재하는 패턴의 피복율에 어울리는 최적의 기판과 약액 토출/흡인부의 상대속도로 처리를 행함으로써 패턴의 소밀차에 관계없이 균일한 약액 처리를 행할 수 있다.

Claims (43)

  1. 현상액 중의 레지스트의 용해 농도와, 상기 현상액에 의한 레지스트의 용해 속도의 관계를 미리 구하는 공정과,
    상기 관계로부터, 상기 레지스트의 용해 속도가 원하는 속도 이상이 되는 레지스트의 용해 농도를 미리 견적하는 공정과,
    상기 현상액 중의 레지스트의 용해 농도가 그 견적된 용해 농도 이하인 상태로 현상처리하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 현상방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 현상처리는 상기 레지스트가 형성된 기판 위에 현상액을 토출하는 현상액 토출구와, 상기 현상액 토출구에 인접하여, 상기 기판 위의 현상액을 흡인하는 흡인구를 구비하는 현상액 토출/흡인부와 상기 기판과 상대적으로 이동시키면서 행해지는 것을 특징으로 하는 현상방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 현상처리 시 현상액 중의 레지스트의 용해 농도가 견적된 용해 농도 이하가 되도록, 현상액의 토출 속도 및 상기 현상액 토출/흡인부와 상기 기판의 상대적인 이동속도의 적어도 한쪽을 제어하는 것을 특징으로 하는 현상방법.
  4. 제3항에 있어서, 현상처리에 의해, 상기 기판의 레지스트가 상기 현상액에용해되어 형성되는 구의 개구율 분포를 미리 구하는 공정과,
    상기 개구율 분포와 상기 레지스트의 용해 속도로부터, 상기 레지스트가 상기 현상액에 용해되는 레지스트 용해 속도 분포를 산출하는 공정과,
    상기 현상처리 시, 상기 레지스트 용해 속도 분포로부터 상기 현상액 중의 레지스트 용해 농도가 상기 견적된 농도 이하가 되도록, 현상액 토출 속도 및 상기 현상액 토출/흡인부와 상기 기판의 상대적인 이동속도의 적어도 한쪽을 제어하는 것을 특징으로 하는 현상방법.
  5. 기판에 대해서 약액 토출/흡인부의 제1 약액 토출구로 제1 약액을 상기 피처리 기판에 대해서 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 제1 약액 토출구를 끼우도록 상기 제1 약액 토출/흡인부에 배치된 2개의 흡인구로 상기 기판 위의 용액을 연속적으로 흡인하면서, 상기 제1 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 수평 직선 이동시키면서 상기 기판 표면을 약액 처리하는 기판처리방법으로서,
    상기 기판에 접하는 단위 체적영역에 단위 시간당 통과하는 제1 약액의 양을 변화시키는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기판과 상기 제1 약액 토출/흡인부의 상대적인 이동방향에 대해서, 흡인구, 제1 약액 토출구, 흡인구의 순으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  7. 제5항에 있어서, 상기 약액 토출/흡인부는, 2개의 흡인구를 끼우도록 배치되어, 제2 약액을 토출하는 제2 약액 토출구 및 제3 약액을 토출하는 제3 약액 토출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기판과 상기 약액 토출/흡인부의 상대적인 이동방향에 대해서, 제2 약액 토출구, 흡인구, 제1 약액 토출구, 흡인구, 제3 약액 토출구의 순으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 제1 약액으로서 현상액을 이용하고,
    상기 약액 처리는, 소정의 패턴이 노광된 포지티브형 레지스트를 현상하는 처리이고,
    상기 약액 처리 전에, 상기 기판의 노광부의 비율을 소정의 영역마다 산출하는 공정과,
    상기 제1 약액 토출구 근방에 있어서의 그 비율의 노광부의 비율이 높아질수록,
    상기 기판에 접하는 단위 체적영역에 단위 시간당 통과하는 제1 약액의 양을 많게 하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  10. 제5항에 있어서, 상기 제1 약액으로서 현상액을 이용하고,
    상기 약액 처리는, 소정의 패턴이 노광된 네가티브형 레지스트를 현상하는처리이고,
    상기 약액 처리 전에, 그 기판의 미노광부의 비율을 소정의 영역마다 산출하는 공정과,
    상기 제1 약액 토출구 근방에 있어서의 미노광부의 비율이 높아질수록,
    상기 기판에 접하는 단위 체적영역에 단위시간당 통과하는 제1 약액의 양을 많게 하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  11. 제5항에 있어서, 상기 약액 토출/흡인부를 상기 기판과 상대적으로 이동시키면서, 상기 흡인구로 흡인된 용액 중 상기 약액 처리에 관계되는 성분의 농도를 측정하고,
    측정값으로부터, 상기 기판과 상기 약액 토출/흡인부 사이에 흐르는 제1 약액 중의 상기 성분의 농도가 소정값을 유지하도록, 상기 기판에 접하는 단위 체적영역에 단위 시간당 통과하는 제1 약액의 양을 조정하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 성분의 농도는 흡인된 용액의 광학 투과율로부터 구해지는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 성분의 농도는 흡인된 용액의 전기 전도도로부터 구해지는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 성분의 농도는 흡인된 용액의 pH로부터 구해지는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  15. 제5항에 있어서, 상기 약액 처리는 세정처리이고,
    상기 약액 토출/흡인부를 상기 기판과 상대적으로 이동시키면서, 상기 흡인구로 흡인된 용액 중에 포함되는 파티클 수를 측정하고,
    측정된 파티클 수가 소정값 이하가 되도록, 상기 기판에 접하는 단위 체적영역에 단위시간당 통과하는 제1 약액의 양을 조정하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  16. 기판에 대해서 약액 토출/흡인부의 약액 토출구로 약액을 상기 피처리 기판에 대해서 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 토출구를 끼우도록 상기 약액 토출/흡인부에 배치된 2개의 흡인구로 상기 기판 위의 용액을 연속적으로 흡인하면서, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 수평 직선 이동시키면서 상기 피처리면을 약액 처리하는 기판처리방법으로서,
    상기 기판과 상기 약액 토출/흡인부의 사이에 흐르는 약액의 유속은, 그 약액 토출/흡인부와 기판의 상대적인 이동속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  17. 기판에 대해서 약액 토출/흡인부의 약액 토출구로 약액을 상기 피처리 기판에 대해서 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 토출구를 끼우도록 상기 약액 토출/흡인부에 배치된 2개의 흡인구로 상기 기판 위의 용액을 연속적으로 흡인하면서, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 수평 직선 이동시키면서 상기 피처리면을 약액 처리하는 기판처리방법으로서,
    상기 기판과 상기 약액 토출/흡인부 하면의 간격이 0.01㎜ 이상 0.5㎜ 이하의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  18. 기판에 대해서 약액 토출/흡인부의 약액 토출구로 약액을 상기 피처리 기판에 대해서 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 토출구를 끼우도록 상기 약액 토출/흡인부에 배치된 2개의 흡인구로 상기 기판 위의 용액을 연속적으로 흡인하면서, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 수평 직선 이동시키면서 상기 피처리면을 약액 처리하는 기판처리방법으로서,
    상기 기판과 상기 약액 토출/흡인부의 사이를 흐르는 약액의 평균 유속이 0.02m/sec 이상인 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  19. 기판에 대해서 약액 토출/흡인부의 약액 토출구로 약액을 상기 피처리 기판에 대해서 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 토출구를 끼우도록 상기 약액 토출/흡인부에 배치된 2개의 흡인구로 상기 기판 위의 약액을 연속적으로 흡인하면서, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 수평 직선 이동시키면서 상기 피처리면을 약액 처리하는 기판처리방법으로서,
    상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판 사이에 흐르는 약액의 유속을 시간적으로 변동시키는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  20. 기판에 대해서 약액 토출/흡인부의 약액 토출구로 약액을 상기 기판에 대해서 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 토출구를 끼우도록 상기 약액 토출/흡인부에 배치된 2개의 흡인구로 상기 기판 위의 용액을 연속적으로 흡인하면서, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 수평 직선 이동시키면서 상기 피처리면을 약액 처리하는 기판처리방법으로서,
    상기 약액 토출/흡인부와 기판의 상대이동속도 및 그 약액 토출/흡인부와 기판 표면의 간격의 적어도 한쪽을 시간적으로 변동시키는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  21. 제1 약액 토출/흡인부 하면에 배치된 제1 약액 토출구로 제1 약액을 기판에 대해서 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 토출구를 끼우도록 제1 약액 토출/흡인부 하면에 배치된 2개의 흡인구로 상기 기판 위의 용액을 연속적으로 흡인하면서, 제1 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 수평 직선 이동시키면서 상기 기판의 거의 표면을 제1 약액에 의해 약액 처리하는 스텝과,
    제1 약액 토출/흡인부와 다른 제2 약액 토출/흡인부 하면에 배치된 제2 약액 토출구로 제1 약액과 다른 제2 약액을 기판에 대해서 연속적으로 토출하는 동시에,상기 약액 토출구를 끼우도록 제2 약액 토출/흡인부 하면에 배치된 2개의 흡인구로 상기 기판 위의 용액을 연속적으로 흡인하면서, 제2 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 수평 직선 이동시키면서 상기 기판의 거의 표면을 제2 약액에 의해 약액 처리하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  22. 제21항에 있어서, 제1 약액 토출/흡인부는, 2개의 제1 흡인구를 끼우도록 상기 제1 약액 토출/흡인부 하면에 배치된 2개의 제3 및 제4 약액 토출구를 구비하고,
    제2 약액 토출/흡인부는, 2개의 제2 흡인구를 끼우도록 상기 제2 약액 토출/흡인부 하면에 배치된 2개의 제5 및 제6 약액 토출구를 구비하고,
    상기 제1 약액 처리 시, 제3 및 제4 약액 토출구로 기판에 대해서 제3 및 제4의 약액의 연속토출을 하고,
    상기 제2 약액 처리 시, 제5 및 제6 약액 토출구로 기판에 대해서 제5 및 제6 약액의 연속토출을 하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 기판과 제1 약액 토출/흡인부의 상대적인 이동방향에 대해서, 제1 흡인구, 제1 약액 토출구, 제1 흡인구의 순으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  24. 제21항에 있어서, 제2 약액 토출/흡인부에 있어서, 상기 기판과 약액 토출/흡인부의 상대적인 이동방향에 대해서, 제2 흡인구, 제2 약액 토출구, 제2 흡인구의 순으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  25. 제21항에 있어서, 제1 약액이 오존수, 제2 약액이 현상액인 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  26. 제22항에 있어서, 상기 기판과 상기 제1 약액 토출/흡인부의 상대적인 이동방향에 대해서, 제3 약액 토출구, 제1 흡인구, 제1 약액 토출구, 제1 흡인구, 제4의 약액 토출구의 순으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  27. 제22항에 있어서, 상기 기판과 상기 제2 약액 토출/흡인부의 상대적인 이동방향에 대해서, 제5 약액 토출구, 제2 흡인구, 제2 약액 토출구, 제2 흡인구, 제6 약액 토출구의 순으로 구가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  28. 제22항에 있어서, 제1 약액이 오존수, 제2 약액이 현상액, 제3 내지 제6 약액이 순수인 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  29. 제25항 또는 제28항에 있어서, 상기 오존수 중의 오존농도가 0.2ppm 내지 35ppm인 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  30. 기판에 대해서 약액 토출/흡인부의 약액 토출구로 제1 약액을 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 토출/흡인부에 설치되어 상기 약액 토출구의 주위를 연속적으로 둘러싸도록 배치된 약액 흡인구로 상기 피처리면상의 약액을 연속적으로 흡인하면서, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 이동시키고, 상기 약액 흡인구의 외부로 상기 약액이 유출되지 않도록 흡인압을 조정해서 약액 처리하는 기판처리방법에 있어서,
    상기 기판 위에 제1 약액류가 존재하는 처리영역 내에서 상기 제1 약액에 의해 제거되지 않는 패턴의 피복율과, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판의 상대속도와, 상기 약액 처리 후의 상기 패턴의 마무리 치수와의 관계를 미리 취득하는 스텝과,
    상기 관계에 근거하여, 상기 패턴의 피복율에 따른 상기 약액 토출/흡인부와 기판의 상대속도를 결정하는 스텝과,
    결정된 상대속도와 상기 처리영역 내의 상기 패턴의 피복율에 따라, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 이동시키면서, 상기 약액 처리하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  31. 기판에 대해서 약액 토출/흡인부의 약액 토출구로 제1 약액을 연속적으로 토출하는 동시에, 상기 약액 흡인부의 약액 흡인구로 상기 피처리면상의 약액을 연속적으로 흡인하면서, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판을 상대적으로 이동시키고, 상기 약액 흡인구는 상기 약액 토출구를 둘러싸도록 배치되어, 약액 흡인부 밖으로제1 약액이 유출되지 않도록 흡인압을 조정하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법에 있어서,
    상기 기판 위에 제1 약액류가 존재하는 처리영역 내에서 상기 제1 약액에 의해 제거되지 않는 패턴의 피복율과, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판 사이에 흐르는 제1 약액의 유속과, 상기 약액 처리 후의 상기 패턴의 마무리 치수와의 관계를 미리 취득하는 스텝과,
    상기 관계로부터, 상기 패턴의 피복율에 따른, 상기 제1 약액의 유속을 결정하는 스텝과,
    결정된 유속과 상기 처리영역 내의 상기 패턴의 피복율에 따라, 상기 제1 약액의 유속을 변화시키면서, 상기 약액 처리하는 스텝을 포함하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  32. 제30항 또는 제31항에 있어서, 기판 위에 상기 제1 약액과는 다른 제2 약액을 공급하면서 상기 약액 처리하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  33. 제30항 또는 제31항에 있어서, 기판 위의 제1 약액에 대해서 진동이 부여된 상태로 상기 약액 처리하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  34. 제30항 또는 제31항에 있어서, 약액 토출/흡인부는 기판에 대해서 상대적으로 한 방향으로 왕복운동을 행하면서, 또한 그 왕복운동의 반환 위치에서 왕복운동방향과 직각의 방향으로 소망량 이동시켜, 상기 기판 위의 전면 또는 일부만을 약액 처리하는 것을 특징으로 하는 기판처리방법.
  35. 기판을 유지하는 기판 유지기구와,
    이 기판 유지기구로 유지되는 기판에 대해서 제1 약액을 토출하는 약액 토출구와, 상기 약액 토출구의 주위에 연속적으로 둘러싸도록 배치되어, 상기 기판 위의 용액을 흡인하는 흡인구를 포함하는 약액 토출/흡인부와,
    상기 기판과 상기 약액 토출/흡인부를 상대적으로 이동시키는 이동기구와,
    상기 약액 토출/흡인기구에의 약액의 공급과, 상기 약액 토출/흡인기구로 용액의 흡인을 동시에 행하는 약액 토출/흡인계와,
    상기 기판 위에 제1 약액류가 존재하는 처리영역 내에서 상기 제1 약액에 의해 처리되는 패턴의 피복율을 산출하는 피복율 산출부와,
    상기 기판 위에 제1 약액류가 존재하는 처리영역 내에서 상기 제1 약액에 의해 처리되는 패턴의 피복율과, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판의 상대속도와, 상기 약액 처리 후의 상기 패턴의 마무리 치수와의 관계로부터 구해진 상기 상대 속도와 상기 피복율 산출부에서 산출된 상기 패턴의 피복율에 따라, 상기 이동기구를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  36. 기판을 유지하는 기판 유지기구와,
    이 기판 유지기구로 유지되는 기판에 대해서 제1 약액을 토출하는 약액 토출구와, 상기 약액 토출구의 주위에 연속적으로 둘러싸도록 배치되어, 상기 기판 위의 용액을 흡인하는 흡인구를 포함하는 약액 토출/흡인부와,
    상기 기판과 상기 약액 토출/흡인부를 상대적으로 이동시키는 이동기구와,
    상기 기판 상면과 상기 약액 토출/흡인부의 간격을 조정하는 간격 조정부와,
    상기 약액 토출/흡인기구에의 약액의 공급과, 상기 약액 토출/흡인기구로 용액의 흡인을 동시에 행하는 약액 토출/흡인계와,
    상기 기판 위에 제1 약액류가 존재하는 처리영역 내에서 상기 제1 약액에 의해 처리되는 패턴의 피복율을 산출하는 피복율 산출부와,
    상기 기판 위에 제1 약액류가 존재하는 처리영역 내에서 상기 제1 약액에 의해 처리되는 패턴의 피복율과, 상기 약액 토출/흡인부와 상기 기판 사이에 흐르는 제1 약액의 유속과, 상기 약액 처리 후의 상기 패턴의 마무리 치수와의 관계로부터 구해진 상기 패턴의 피복율에 대한 제1 약액의 유속과, 상기 피복율 산출부에서 산출된 상기 패턴의 피복율에 따라, 상기 약액 토출/흡인계 및 간격 조정부의 적어도 한쪽을 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  37. 제35항 또는 제36항에 있어서, 상기 기판 위에 상기 제1 약액과는 다른 제2 약액을 토출하는 제2 약액 토출부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  38. 제35항 또는 제36항에 있어서, 기판 위에 토출되는 제1 약액에 진동을 부여하는 진동기를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  39. 제35항 또는 제36항에 있어서, 상기 피복율 산출부는, 상기 약액 토출/흡인부의 상대적인 이동방향 전방측의 기판 표면에 빛을 조사해서 얻어지는 투과광 강도 및 반사광 강도의 어느 한쪽을 이용해서 상기 패턴의 피복율을 산출하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  40. 제35항 또는 제36항에 있어서, 상기 피복율 산출부는, 설계 데이터에 근거해서 상기 패턴의 피복율을 산출하는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  41. 제1항에 기재된 현상방법을 이용해서 반도체 장치를 제조하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  42. 제5항 내지 제28항, 제30항, 제31항 중 어느 한 항에 기재된 기판 처리 방법을 이용해서 반도체 장치를 제조하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
  43. 제5항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 기판처리방법을 이용해서 포토마스크를 제조하고, 제조된 포토마스크를 이용해서 반도체 장치를 제조하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치의 제조방법.
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