| 【発明の名称】 |
レジスト現像液の汚れ検出装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】白井 正充
【氏名】山川 慎介
【氏名】清本 浩伸
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| 【要約】 |
【課題】レジストと現像液の反応により生じる生成物の光特性を利用し、現像液の汚れ具合を定量的に計測できるようにする。
【解決手段】現像液を透過した白色光は、ダイクロイックミラー４１により６００ｎｍ以上の波長域の光と、６００ｎｍ以下の波長域の光に分離される。さらに、６００ｎｍ以上の波長域の光は、帯域フィルタ４２により６００〜７００ｎｍの波長域の光だけを透過させられて受光素子４３で受光される。また、６００ｎｍ以下の波長域の光は、帯域フィルタ４４により、好ましくは４２５〜４３０ｎｍの波長域の光だけを透過させられて受光素子４５で受光される。現像液の汚れ具合は、波長域６００〜７００ｎｍの光の透過率の変化で補正した上で、波長域４２５〜４３０ｎｍの光の透過率の変化から判定される。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 現像液を透過した光のうちレジスト現像工程で発生するアゾ色素による光吸収の大きな波長域の光を検出する手段を備え、前記光検出手段を用いて求められた、現像液の透過率又は吸収率に基づいて現像液のよごれを判定するようにしたことを特徴とするレジスト現像液の汚れ検出装置。
【請求項２】 現像液を透過した光のうち、レジスト現像工程で発生するアゾ色素による光吸収の大きな波長域の光を検出する手段と、アゾ色素による光吸収の小さな波長域の光を検出する手段とを備え、両光検出手段おいて検出された光量に基づいて現像液のよごれを判定するようにしたことを特徴とするレジスト現像液の汚れ検出装置。
【請求項３】 前記アゾ色素による光吸収の大きな波長域は、波長が４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の領域であり、アゾ色素による光吸収の小さな波長域は、波長が６００ｎｍ以上の領域であることを特徴とする、請求項２に記載のレジスト現像液の汚れ検出装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リソグラフィ工程に用いられているレジスト現像液の汚れ具合を検出するための汚れ検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体集積回路の製造工程や液晶表示パネルの製造工程等においては、フォトリソグラフィ法が広く用いられている。図１（ａ）〜（ｉ）は、レジストにジアゾナフトキノン−ノボラック系ポジ型レジストを用い、近紫外光を露光するフォトリソグラフィの工程を示している。まず、このフォトリソグラフィ工程を簡単に説明する。
【０００３】図１（ａ）のように用意された基板１は、フォトレジストを塗布する前に前処理される。すなわち、基板１は、適宜スクラバーによって基板１上の汚れ、油脂分を除去される。また、基板１の表面に水分が吸着していると、レジストの接着性が低下するので、洗浄後は２００〜３００℃の脱水べ一クを行う。また、化学吸着した水分は加熱程度では容易に離脱しないため、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）などのシランカップリング剤を用いて基板表面の改質が行われる。
【０００４】ついで、基板１の上にフォトレジストを滴下し、スピナにより基板１を高速回転させ、図１（ｂ）のように基板１の表面にレジスト２を薄く塗布する。このとき、基板１の表面から飛散させられたレジスト２は、回収して再利用される場合もある。こうして表面にレジスト２を塗布された基板１はプリベークされ、レジスト２中に大量に残留している溶媒を蒸発させられる。プリベークのベーク温度は、レジスト２中の感光基が分解したり架橋反応が生じないよう、１１０℃以下と比較的低温に設定される。
【０００５】この後、図１（ｃ）に示すように、回路パターンを形成したフォトマスク３を介して、基板１上のレジスト２に波長４００ｎｍ前後の近紫外線を照射し、レジスト２中に回路パターンに準じた露光領域２ａと未露光領域２ｂを形成する。こうして露光されたレジスト２は現像されるが、場合によっては、現像に先立って９０〜１１０℃、９０秒程度のベーク（ポストイクスポージャベーク；ＰＥＢ）が行われることがある。
【０００６】次に、基板１を現像液中に浸漬することによってフォトレジスト２を現像し、レジスト２パターンを形成する。このとき、ネガ型レジスト２では、図１（ｄ）のように未露光領域２ｂが溶解除去され、ポジ型レジスト２では、図１（ｅ）のように露光領域２ａが溶解される。レジスト２を現像した後は、基板１をリンス液でリンスし、回転乾燥する。
【０００７】なお、現像方式には、上記の浸漬法の他にパドル方式がある。これは、現像液の表面張力を利用して基板１の上に現像液を盛り、静止して現像を行うものである。この方法では、現像液の消費量が少なく、スカム除去に有効である。
【０００８】現像後のポストベークは、レジストパターンの耐エッチング性の向上、接着性の改善、ピンホールの低減、脱ガスなどを目的として行われる。ノボラック樹脂は、一般的に１３０℃前後の加熱により軟化してレジスト変形が生じ、低分子量のモノマーや２量体などが昇華して重量減少や膜厚減少を起こす。さらに、１８０℃以上に達すると熱架橋が生じ、極めて強靭な膜となる。このため、フローの生じない範囲で最適なポストベーク条件を設定する必要がある。
【０００９】こうしてレジスト２をパターニングし終えたら、図１（ｆ）に示すように、レジスト２をマスクにして基板１をドライエッチング又はウエットエッチングする。あるいは、図１（ｇ）に示すように、イオン注入により基板１表面に不純物原子をドーピングする。この後、図１（ｈ）又は（ｉ）に示すように、エッチングされた基板１又は不純物をドーピングされた基板１をはく離液中へ浸漬することにより、あるいは酸素プラズマ灰化によりレジスト２を剥離させる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにフォトリソグラフィ工程によれば、微細加工が可能になるので、フォトリソグラフィは半導体製造工程やマイクロマシニングなどにおいて広く利用されている。
【００１１】量産工程におけるリソグラフィ工程ではレジストを現像するために大量の現像液が消費されるが、従来のリソグラフィ工程では、レジスト現像液は、使い捨てにするか、あるいは現像液を繰り返し使用するようにしている。使い捨てにする場合には、上記のようにパドル方式により現像液の消費量を少なくすることができるが、工程が複雑になってコスト高となり、またそれでも量産工程においてはかなりの現像液が消費される。
【００１２】また、現像液を繰り返し使用する場合には、現像液の汚れ具合を時間又は使用回数で管理することにより現像液を廃棄したり、新しい現像液を加えたりすることになる。しかし、この方法では、新しい現像液を加えたり、現像液を廃棄したりするタイミングが難しく、早い目に新しい現像液を加えたり、早い目に使った現像液を捨てたりすれば、無駄が多くなり、逆に目一杯使用すれば、現像液の品質が低下する恐れがあり、現像液を補充又は交換するタイミングの決定が難しく、現像品質が不安定になる問題があった。
【００１３】本発明は上記従来例の欠点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、レジストと現像液の反応により生じる生成物の光特性を利用し、現像液の汚れ具合を計測できるようにすることにあり、現像液の汚れ具合を定量的に判定できるようにするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明にかかるレジスト現像液の汚れ検出装置は、現像液を透過した光のうちレジスト現像工程で発生するアゾ色素による光吸収の大きな波長域の光を検出する手段を備え、前記光検出手段を用いて求められた、現像液の透過率又は吸収率に基づいて現像液のよごれを判定するようにしたものである。
【００１５】レジスト現像工程においては、現像液が使用されるに連れてアゾ色素が生成し、次第にアゾ色素の濃度が増加してゆくことが分かった。従って、現像液が使用されるに連れて、レジスト現像工程で発生するアゾ色素による光吸収も大きくなっていく。よって、現像液を透過した光のうち、レジスト現像工程で発生するアゾ色素による光吸収の大きな波長域での透過率又は吸収率の変化によって現像液の汚れ具合を定量化することができ、該波長域における透過率又は吸収率の変化を監視すれば、現像液の汚れ具合を判定することができる。
【００１６】また、本発明にかかる別なレジスト現像液の汚れ検出装置は、現像液を透過した光のうち、レジスト現像工程で発生するアゾ色素による光吸収の大きな波長域の光を検出する手段と、アゾ色素による光吸収の小さな波長域の光を検出する手段とを備え、両光検出手段おいて検出された光量に基づいて現像液のよごれを判定するようにしたものである。
【００１７】一定の光源から出射させた光を現像液に透過させているような場合には、光検出手段によって検出された光量の変化によって透過率又は吸収率の変化を知ることができるので、この汚れ検出装置によれば、より簡単に現像液の汚れ具合を判断することができる。
【００１８】また、アゾ色素による光吸収の大きな波長域の光だけで光吸収の変化を監視していると、光源のパワーの変動や光の透過経路に置かれた透明な部材の汚れや曇りに影響を受け、計測精度が低下する恐れがある。そこで、本発明では、アゾ色素による光吸収が小さな波長域の光を監視することにより、光源のパワーや光の透過経路に置かれた透明な部材の汚れや曇りによる影響を補正できるようにしており、現像液の汚れ具合の判定精度を高めることができる。
【００１９】ここで現像液に照射する光としては、スポット径が数ｍｍ〜数ｃｍの光が望ましく、またハロゲンランプや白色発光ダイオードから出射される白色光が望ましい。
【００２０】また、実測によれば、レジスト現像工程で用いられた現像液では、汚れが進むにつれて４００ｎｍ〜４５０ｎｍの波長域で透過率が大きく低下し、一方、現像液が汚れても６００ｎｍ以上の波長域では透過率にあまり変動がなかった。従って、本発明の実施形態においては、アゾ色素による光吸収の大きな波長域としては、波長４００ｎｍ以上４５０ｎｍ以下の領域であり、アゾ色素による光吸収の小さな波長域が波長６００ｎｍ以上の領域であることが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図２は本発明の一実施形態にかかるレジスト現像液循環供給システムの構成を示す図である。図２には現像工程１１が示されており、レジスト１３を塗布され露光された基板１２は、レジスト塗布面を上にしてローラコンベアのような搬送装置１４によって搬送されている。現像工程１１では、基板搬送路の上方に現像液１５を霧状にして吐出させるための現像液吐出ノズル１６が配設されており、基板搬送路の下方には現像液回収用パン１７が設けられている。
【００２２】現像液回収用パン１７よりも下方には、現像液貯留槽１８と補給タンク１９とが設置されている。現像液貯留槽１８内は、比較的きれいな現像液１５を蓄えた現像液供給槽２０と回収した使用済みの現像液を蓄えた現像液回収槽２１とに仕切って分離されており、現像液供給槽２０内の現像液が少なくなると補給ライン２２を通じて補給タンク１９から現像液供給槽２０へ新しい現像液が補給されるようになっている。
【００２３】現像液供給槽２０は供給ライン２３を通じて現像液吐出ノズル１６に接続されており、供給ライン２３には給液ポンプ２４及びろ過フィルタ２５が設けられている。しかして、現像液供給槽２０内の現像液は給液ポンプ２４によって汲み上げられ、ろ過フィルタ２５でごみや大きな汚れを除去された後、現像液吐出ノズル１６から霧状になって基板１２へ吐出される。そして、レジスト１３と反応した使用済みの現像液１５は、現像液回収用パン１７で集められた後、回収ライン２６を通じて現像液回収槽２１に回収される。
【００２４】現像液回収槽２１の底部と現像液供給槽２０の上部との間には、再生ライン２７がつながれており、再生ライン２７には循環ポンプ２８、ろ過フィルタ２９及び汚れ検知センサ３０が設けられている。循環ポンプ２８を運転することにより、回収された現像液回収槽２１内の現像液１５は再生ライン２７内を通ってろ過フィルタ２９でごみや大きな汚れを除去された後、現像液供給槽２０へ戻される。また、再生ライン２７を通って現像液供給槽２０へ送られる現像液１５は、汚れ検知センサ３０で現像液１５の汚れ具合を監視されている。そして、汚れ検知センサ３０により、所定レベル異常の汚れ具合が検出された場合には、ろ過フィルタ２５、２９を交換したり、現像液回収槽２１につながれた廃棄ライン３１から現像液回収槽２１内の現像液１５を廃棄したり、補給タンク１９から現像液１５を現像液供給槽２０へ補給したりして、システムを循環する現像液１５をよりクリーンなものに再生させる。
【００２５】上記汚れ検知センサ３０は、図３に示すように投光部３２と受光部３３とから構成されている。再生ライン２７には、不透明なパイプ部分３４の一部に対向する一対の開口３５を設けてあり、該開口３５にガラス板又は透明樹脂板３６をはめて監視窓３７が形成されている。汚れ検知センサ３０を構成する投光部３２と受光部３３は両監視窓３７を挟んで再生ライン２７の外に配置されている。
【００２６】次に、汚れ検知センサ３０の構造を説明する前に、レジスト現像液の汚れ具合を検出する原理を説明する。リソグラフィによってパターン形成を行うレジスト現像工程において、レジスト現像液は現像処理を経ることにより、その前後で光特性が変化すると考えられる。例えば、ある特定波長域で光の透過率が変化するというものがある。それは、レジストに含まれる高分子材料、現像液に含まれる物質、両者の反応生成物における光吸収の違いが原因となる。そこで、レジストの使用前後の組成を調べた結果、次のようなことが分かった。
【００２７】まず、図５のような高分子型ノボラック樹脂と図６のようなジアゾナフトキノン（感光剤）が主成分となったノボラック樹脂系レジストを使用し、アンモニウム塩を含んだアルカリ現像液により現像を行った場合、その現像後溶液には、アルカリ存在下で生成するノボラック樹脂とジアゾナフトキノンとの高分子誘導体が含まれることが分かった。この高分子誘導体は、図７のような反応によってノボラック樹脂とジアゾナフトキノンから生成されるアゾ色素であった。
【００２８】同様に、図８のような低分子型ノボラック樹脂と図６のようなジアゾナフトキノン（感光剤）が主成分となったノボラック樹脂系レジストを使用し、アンモニウム塩を含んだアルカリ現像液により現像を行った場合も、その現像後溶液には、アルカリ存在下で生成するノボラック樹脂とジアゾナフトキノンとの高分子誘導体が含まれることが分かった。この高分子誘導体は、図９のような反応によってノボラック樹脂とジアゾナフトキノンから生成されるアゾ色素であった。
【００２９】これらの生成物（アゾ色素）は、今回の分析でその存在を認識したものである。そこで、この生成物の光学的特性を調べた結果、４２５〜４３０ｎｍ付近に強い吸収帯を持つことを確認した。すなわち、図１０は波長域４００〜１１００ｎｍにおける使用前現像液の透過率を測定した結果を示し、図１１は同じく波長域４００〜１１００ｎｍにおける使用後現像液の透過率を測定した結果を示している。図１０から分かるように、使用前の現像液では４００〜６００ｎｍの波長域でほぼ均一な透過率を有しているが、図１１に示した使用後現像液では４００〜６００ｎｍの波長域で透過率が低下しており、特に４００〜４５０ｎｍで透過率が低下しており、より狭くいえば、４２５〜４３０ｎｍで顕著に透過率が低下している。一方、６００〜７００ｎｍの波長域では、透過率はあまり変化していない。この４００〜６００ｎｍ域（光吸収の大きな波長域）における透過率の低下はアゾ色素によるものであり、しかも、現像液が使用されて汚れ具合が進むにつれてアゾ色素が増加し、それに伴って４００〜６００ｎｍ域における透過率が次第に低下していくことも明らかとなった。
【００３０】本発明の汚れ検知センサ３０は、この現象を利用したものであって、予め種々の汚れ具合の現像液について４００〜６００ｎｍの波長域における透過率を測定することにより、使用可能な現像液と廃棄すべき現像液との境界値（以下、しきい値という）となる透過率を決定しておき、測定している現像液の透過率が当該しきい値よりも低下した場合に使用不可能と判断するものである。
【００３１】しかし、透過率の測定においては、通常は、投光部３２から一定光量の光を照射し、受光部３３における受光強度から透過率を決めることになるので、投光部３２の光源輝度の低下や、投光部３２又は受光部３３の汚れ、上記監視窓３７の曇りなどが原因となって、見かけ上透過率が低下することがある。そのため、透過率の変化の小さい６００〜７００ｎｍの波長域における透過率も合わせて計測し、６００〜７００ｎｍの波長域における透過率によって４００〜６００ｎｍの波長域における透過率を補正するようにしている。
【００３２】具体的にいうと、本発明の汚れ検知センサ３０では、４００〜６００ｎｍと６００〜７００ｎｍの２つの波長域で透過率（受光部における受光量）を計測し、その比率Ｒを利用する。それには、まず使用前の現像液に対する、２つの波長領域における透過率の比率Ｒｂを測定する必要がある。ただし、Ｒｂ＝（使用前の現像液における４００〜６００ｎｍ域での透過率）／（使用前の現像液における６００〜７００ｎｍ域での透過率）である。ついで、現像液が正常に現像できる限界透過率比Ｒｏを予め決める。これは、限界透過率比Ｒｏ＝（正常に現像できる現像液における４００〜６００ｎｍ域での透過率）／（正常に現像できる現像液における６００〜７００ｎｍ域での透過率）によって実験的に決めてもよく、使用前の現像液の透過率比Ｒｂから決めてもよい。そして、この限界透過率比Ｒｏなどから、監視している現像液の透過率比Ｒ＝（４００〜６００ｎｍ域での透過率）／（６００〜７００ｎｍ域での透過率）の許容範囲を決定する。例えば、Ｒｏ ＜ Ｒ ＜ Ｒｂ …(１)であれば、その現像液は使用可能であると判断し、この範囲外であれば現像液が汚れているか、センサの異常であると判断する。ただし、上記(１)式では、透過率比Ｒｏ、Ｒｂに定数（＞１）を乗じたものを用いてもよい。この方法の利点は、光源のパワー低下、投光あるいは受光面の汚れなどによる光吸収の影響を無視することができるところにある。
【００３３】つぎに、汚れ検知センサ３０の具体的な構造を説明する。前記のように、汚れ検知センサ３０は投光部３２と受光部３３からなり、再生ライン２７の監視窓３７を挟んで配置されている。投光部３２は、ハロゲンランプ又は白色発光ダイオード（ＬＥＤ）などの光源、レンズ（図示せず）等からなり、監視窓３７を通して現像液１５にスポット径が数ｍｍから数ｃｍの光を照射するようになっている。
【００３４】受光部３３は、図１２に示すような構造を有している。投光部３２から照射され、監視窓３７及び現像液１５を透過した白色光は、光ファイバ３８により受光部３３の受光窓３９へ導かれる。受光窓３９の内側には、集光レンズ４０が配置され、その後方にはダイクロイックミラー（dichroic mirror）４１が配設されている。このダイクロイックミラー４１は、図１３（ａ）に示すように、６００ｎｍ以上の波長域で透過特性を有し、６００ｎｍ以下の波長域では反射特性を有している。ダイクロイックミラー４１の透過側には、図１３（ｂ）のように６００〜７００ｎｍの波長域内で大きな透過率のピークを有する帯域フィルタ（band-pass filter）４２が配置され、その背後にはフォトダイオードのような受光素子４３が設けられている。また、ダイクロイックミラー４１の反射側には、図１３（ｃ）のように４００〜６００ｎｍの波長域内（好ましくは、４２５〜４３０ｎｍを含む波長域）で大きな透過率のピークを有する帯域フィルタ（band-passfilter）４４が配置され、その背後にはフォトダイオードのような受光素子４５が設けられている。
【００３５】しかして、現像液１５を透過した後、光ファイバ３８により受光部３３内へ導かれた光は、集光レンズ４０により集光され、ダイクロイックミラー４１へ入射させられる。ダイクロイックミラー４１へ入射した光はダイクロイックミラー４１によって２つの波長域に分けられる。波長が６００ｎｍ以上の光はダイクロイックミラー４１を透過して帯域フィルタ４２に入射し、さらに帯域フィルタ４２で必要波長域だけを選択的に透過させられた後、受光素子４３で受光される。一方、波長が６００ｎｍ以下の光はダイクロイックミラー４１で反射して帯域フィルタ４４に入射し、帯域フィルタ４４で必要波長域だけを選択的に透過させられた後、受光素子４５で受光される。なお、ダイクロイックミラー４１を透過した光と反射した光を効率よく検出するため、帯域フィルタ４２、４４を通してからそれぞれの受光素子４３、４５で検出しているが、この帯域フィルタ４２、４４は省略しても差し支えない。
【００３６】このようにして計測された受光素子４３、４５の受光量は処理回路へ入力され、処理回路により現像液１５の汚れ具合が判定される。図１４及び図１５のフロー図は、汚れ検知センサ３０による汚れ具合の判定方法を表している。この手順によれば、まず現像前の現像液に投光部３２からの白色光を照射し（ステップＳ１）、現像液を透過した光を受光部３３で受光する。受光部３３へ入射した光は、ダイクロイックミラー４１によって波長が６００ｎｍ以上のものと以下のものとに分離させる（ステップＳ２）。ついで、ダイクロイックミラー４１によって分離された各波長域の光をそれぞれ受光素子（フォトダイオード）４３、４５によって受光し、各受光素子４３、４５の受光量から６００ｎｍ以上の波長域における透過率と６００ｎｍ以下の波長域における透過率とを計算し、さらに両波長領域における透過率の比Ｒｂを計算する（ステップＳ３）。あるいは、受光素子４３、４５の受光量から直接、透過率比Ｒｂ＝（受光素子４５の受光量）／（受光素子４３の受光量）によって透過率比Ｒｂを求めてもよい。処理回路は、現像前の現像液１５に関する透過率比Ｒｂに基づいて限界透過率Ｒｏを計算し、使用することができる現像液１５の透過率の範囲を決定する（ステップＳ４）。
【００３７】こうして汚れ具合を判定する準備が整った後、実際に使用されている現像液１５の汚れ具合判定を行う。すなわち、投光部３２から出た光を再生ライン２７内の現像後の現像液１５に照射し、現像液１５を透過した光を受光部３３に入射させる。そして、ステップＳ２、Ｓ３と同様な方法により、受光素子４３、４５の受光量から現像後の現像液の透過率比Ｒを計算する（ステップＳ５）。
【００３８】こうして得た透過率比Ｒが使用可能な現像液の透過率の範囲内にあるか否か判定する（ステップＳ６）。この判定により現像液の透過率比Ｒが使用可能な現像液の透過率Ｒの範囲内にあれば、現像液は汚れていない（あるいは、汚れ具合はひどくない）と判定し（ステップＳ７）、現像液の汚れ具合の監視を続ける。あるいは、ステップＳ６において、現像液の透過率比Ｒが使用可能な現像液の透過率Ｒの範囲内になければ、現像液が汚れていると判定し（ステップＳ８）、現像液１５の廃棄、補充あるいはろ過フィルタ２５、２９の交換をブザー等で知らせる（ステップＳ９）。
【００３９】ついで、現像液の廃棄、補充あるいはろ過フィルタ２５、２９の交換が終わった否か判定し（ステップＳ１０）、ろ過フィルタ２５、２９の交換が完了するまでブザー等で報知する。ろ過フィルタ２５、２９の交換が終わったら、ステップＳ５と同様にして透過率の比Ｒを計算し（ステップＳ１１）、透過率の比Ｒが正常な範囲にあって現像液１５が廃棄、補充等の時期に来ていないか監視を続ける（ステップＳ１２）。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、レジスト現像工程で発生するアゾ色素の濃度を検出することで、現像液の汚れを定量化することができる。従って、現像液の汚れ具合の判断のばらつきを小さくでき、現像液の補充や交換の時期を客観的に判断することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００２９４５
【氏名又は名称】オムロン株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年３月１５日（２０００．３．１５） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９４０１９
【弁理士】
【氏名又は名称】中野 雅房
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| 【公開番号】 |
特開２００１−２６５００８（Ｐ２００１−２６５００８Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年９月２８日（２００１．９．２８） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−７２９３８（Ｐ２０００−７２９３８） |
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