KR860002082B1 - 레지스트 패턴의 형성 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
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Description
제1도는 종래의 레지스트 패턴의 형성공정을 도시하는 블록도.
제2도는 제1도의 자연 방냉공정에 있어서의 레지스트막의 온도 분포를 도시하는 도면.
제3도는 제1도의 자연방냉공정에 있어서의 온도변화를 도시하는 도면.
제4도는 레지스트막이 다른 부위에 있어서의 노광(露光)과 레지스트막의 잔존율과의 관계를 도시하는 도면.
제5도는 본 발명의 한 실시양태인 레지스트패턴 형성공정을 도시하는 블럭도.
제6도는 본 발명의 다른 실시양태인 레지스트 패턴형성공정을 나타내는 블록도.
제7도는 본 발명의 실시예에 있어서의 냉각공정에 있어서의 레지스트 막의 온도변화를 도시하는 도면.
제8도는 종래예와 본 발명의 실시예에 있어서의 감도곡선을 비교한 도면.
제9도는 본 발명의 실시예에 있어서의 냉각시간과 감도와의 관계를 도시하는 도면.
제10도는 본 발명의 실시예에서 사용한 레지스트 패턴형성장치를 도시하는 개략 구성도.
제11도 내지 제13도는 본 발명의 장치에 사용되는 여러가지의 냉각수단을 도시하는 도면.
제14도는 본 발명의 실시예에서 사용한 베이크냉각 장치의 개략도.
제15도는 본 발명의 실시예에서 있어서의 냉각공정에 있어서의 레지스트막의 온도변화를 도시하는 도면.
제16도는 본 발명의 실시예에서 있어서의 노광과 레지스트막의 잔존률과의 관계를 도시하는 도면.
제17도는 본 발명의 있어서 사용되는 베이크 냉각수단의 일예를 도시하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기체 2 : 진공척
3 : 회전시료대 4 : 노즐
5 : 벨트콘베이어 6 : 오븐
7 : 히이터 8 : 저속벨트콘베이어
9 : 벨트콘베이어 10 : 냉각기구
11 : 콘베이어기구 12 : 냉각용기
13 : 순수한 물 14 : 벨트콘베이어
15 : 회전 시료다 16 : 진공척
24 : 냉각실 26 : 액체냉각실
28 : 격벽 29 : 플레이트
40, 41 : 레지스트막 43 : 프리베이크실
42a, 42b : 내부셔터 45a : 외부 셔터
48 :냉각조 49 : 지지대
50 : 온도콘트로울러 53 : 반송대
54a, 54b, 54c : 온풍공급기 55a∼55c : 온풍공급관
56a : 밸브 58a, 58b : 온도센서
59a, 59b : 냉각실용온도센서 60 : 마스크 기관
본 발명은 레지스트 패턴의 형성방법 및 그것을 위한 장치에 관한 것이다.
반도체 집적회로의 연구개발이 발전되고 집적도가 높아지는데에 따라 미세하고 또한 고정밀도의 레지스트 패턴의 형성기술의 요구되고 있다. 이로인해 허용치수 정밀도는 대단히 엄격해지고 최선단분양에 있어서는 6인치경의 마스크기체 또는 5인치경의 웨이퍼내에서 30σ
㎛(d)는 웨이퍼의 평균치수치에 대한 공차를 나타낸다)의 치수정밀도가 요구되는 실정이다. 또, 양산라인에서 사용되기 위해서는 마스크기체간 또는 웨이퍼간에 있어서의 레지스트패턴의 치수변동을 3σ
0. 15㎛로 억제하는 것이 필요하다. 또, 해상도를 높이기 위하여 고감도의 레지스트가 필요한 동시에 레지스트의 감도를 사용하는 노광장치(에너지선 조사장치)에 적합한 감도로 취하도록 감도의 제어가 필요하다.
종래의 레지스트 패턴의 형성 프로세스를 제1도에 도시한다. 우선 피처리기판 예를 들면 마스크 기체상에 레지스트를 스핀코우팅법 또는 침지법으로 도포한다. 다음에 레지스트막과 기체와의 밀착성을 향상시키기 위하여 기체상의 레지스트막을 레지스트의 종류에 따른 소정의 온도(T6)로 오븐 또는 가열플레이트 등의 가열 수단에 의하여 가열한다. 즉 프레베이킹을 실시한다. 소정시간의 프리베이킹을 실시한 후 레지스트막이 피착된 기체를 지지대위에 세운 상태로 상온 상압속에서 약 20내지 30분간 자연방냉하고 실온 정도까지 냉각한다. 다음에 냉각후의 기체상의 레지스트막이 레지스트의 종류에 따른 소정의 조사량으로 소정파장 역의 전자파 예를 들면 원자외선 또는 소정에너지의 입자선 예를 들면 전자선을 선택적으로 조사하므로써 년광을 실시한다. 그 다음에 소정의 현상 및 린싱(rinsing)을 실시하므로써 소망의 레지스트패턴이 형성된다.
그러나 이상에 설명한 종래의 레지스트 패턴의 형성방법에 의하면 기체상의 레지스트막의 감도가 불균일 하고, 따라서 고정밀도의 레지스트패턴의 형성이 관란했었다. 또 레지스트의 감도의 조정을 할 수 없으므로 레지스트의 제약된 조건하에서만 사용이 가능하다고 적절한 조건하에서 레지스트 패턴을 형성할 수가 없었다.
본 발명자등은 종래의 방법으로 얻은 레지스트패턴의 치수정밀도에 대하여 예의 연구한 결과 레지스트패턴의 치수의 공차는 프리베이킹후의 레지스트막이 피복된 기체가 지지대 위에 세워진 상태로 자연방냉되기 때문에 온도의 불균일이 생기는데에서 오는 것을 알게 되었다.
즉, 지지대에 세워진 상태에서의 자연방냉중의 어떤 시점에 있어서의 레지스트막의 전면의 온도분포를 적외선 방사온도계에 의하여 조사한 결과 제2도의 도시와 동일했다. 즉 제2도에 있어서, T1, T2, T3은 기체(1)의 표면에 있어서의 등온선을 나타내고 T1> T2> T3이다. 제2도로 부터 기체(1)의 상부보다 하부의 온도가 낮음을 알 수 있다. 이와같이 온도분포는 시간경과에 따라 시시각각으로 변화한다. 기체(1)의 상부, 중앙부, 하부에 있는 각각의 점 A, B, C의 온도의 경시변화를 측정한 결과 제3도의 그래프를 얻었다. 제3도의 그래프위에서 곡선 A는 점 A의 온도, 곡선 B는 점 B의 온도, 곡선 C는 점 C의 온도를 각각 나타낸다. 제3도의 그래프에서 기체의 상부에서는 냉각이 잘 안되고 하부에서는 냉각이 잘되는 것을 알 수 있다.
또, 점 A와 점 B의 최대 온도 차는 약 15℃, 점 A와 점 C의 최대온도차는 약 30℃이다. 이와같은 온도분포는 자연방냉중에 기체가 지지대 위에 세워져 있으므로 열방산으로 인한 자연대류가 기체면을 따라 상방으로 일어나기 쉽다는 사실과 기체 하부가 지지대에 의하여 열을 빼앗기기 쉽기 때문이라고 생각된다.
다음에 상기와 같이 자연방냉된 기체(1)위의 레지스트막을 노광하고 현상처리하여 레지스트패턴을 형성하고 이 레지스트패턴의 치수분포를 정밀하게 측정한 결과 이 치수분포와 상기의 온도분포 또는 냉각곡선과의 사이에 강한 상관관계가 있는 것을 알았다. 즉 점 A, B, C에 있어서의 레지스트패턴의 치수는 본래 각각 동일치수이라야 한 것이 점 A에 있어서 2. 0㎛, 점 B에 있어서, 1. 9㎛ 점 C에 있어서 1. 8㎛이었다. 또 레지스트막의 점 A및 점 B에 있어서의 감도를 조사한 결과 제4도와 같은 그래프를 얻었다. 곡선 A'는 점 A에 있어서의 감도곡선 C'는 점 C에 있어서의 감도를 각각 나타낸다. 제4도의 그래프에서 자연방냉중의 온도분포 또는 냉각곡선과 레지스트막의 감도와의 사이에 강한 상관관계가 있고, 이것이 치수의 공차를 발생시키는 원인임을 알 수 있다.
이상의 사실에서 종래 기술에서는 프리베이크후의 레지스트막의 냉각과정이 제어되어 있지 않기 때문에 냉각조건의 상이에 따라 감도가 정확하지 않고 그로인해 고정밀도의 레지스트패턴의 형성을 곤란하게 하고 있음을 알았다.
본 발명의 주요한 목적은 고정밀도의 레지스트 패턴을 우수하게 재형성할 수 있는 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법을 실시하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본 발명자 등은 레지스트의 감도 특성이 베이킹후의 냉각속도에 상관이 있는 동시에 그 냉각속도의 불균형에 따라 감도의 공차가 발생하는 것을 근거로 하여 레지스트를 도포한 기체를 레지스트에 상응한 온도로 베이킹(프리 베이킹)한 후 기체상의 레지스트막의 냉각을 제어하면서 실시하므로써 고정밀도의 레지스트패턴에 대한 재형성을 우수하게 형성할 수 있음을 발견했다. 즉 본 발명의 레지스트패턴의 형성방법은 기체상에 레지스트를 도포하는 공정과, 상기 레지스트막의 냉각을 실시하는 공정과, 상기 레지스트막 표면에 소정파장역의 전자파 또는 소정 에너지의 입자선을 선택적으로 조사(노광으로 호칭)하는 공정과, 상기 레지스트막에 현상처리를 실시하므로써 레지스트패턴을 형성하는 공정을 구비하고, 상기 냉각을 제어하여 실시하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 방법에 있어서 레지스트막의 냉각을 제어하면서 실시하는 공정에 다음의 양태가 있다.
(1) 레지스트막의 온도를 제어하면서 냉각하는 일, 이러한 냉각으로 레지스트의 감도를 언제나 안전화가 가능하고, 또 레지스트의 감도를 극히 고감도에서 저감도까지 광범위하게 선택할 수 있고, 즉 노광 장치가 다른 프로세스에 가장 적합한 감도의 선택을 가능토록 했다.
(2) 레지스트막의 온도 이력을 하나의 레지스트막면 전체에 걸쳐서 균일하게 또한 복수의 기체의 각 레지스트막에 대하여 동일하도록 제어하면서 냉각하각일, 이와같은 냉각에 의하여 레지스트의 감도를 하나의 레지스트막 전체에 걸쳐서 균일화가 가능하고, 또 복수의 레지스트막에 대한 동일화가 가능하다.
(3) 레지스트막 전체로서 균일한 온도를 유지하면서 온도가 저하하도록 냉각하는 일, 이와같은 냉각에 의하여 레지스트의 감도를 레지스트막 전체에 걸쳐서 균일화가 가능하고 고정밀도의 레지스트패턴을 얻을 수 있다.
(4) 레지스트막을 급냉하는 일.
이와같은 냉각으로 호적하기로는 0. 8도/초 이상의 최대냉각속도에 있어서의 냉각으로 레지스트의 감도에 대한 비약적인 향상이 가능하다. 그 결과 감도의 향상에 의한 노광시간의 단축에 더하여 종래 프리베이킹후 장시간을 소요하던 레지스트막의 냉각시간의 단축으로 프리베이킹종료시로부터 노광종료까지의 시간을 대폭적으로 단축하는 것이 가능하다. 예를 들면 종래 한 시간 당 300매 정도로 증가시킬 수 있고 작업능률이 대폭적으로 향상된다.
본 발명의 방법에 있어서의 제어된 냉각은 레지스트의 유리전이온도를 통과시키는 것이 감도제어상 중요하고, 또 베이킹 후 5분이내로 하는 것이 좋다. 만약 베이킹후 기체가 세워진 상태로 5분이상 자연방냉되면 레지스트막이 감도의 불균일이 발생하여 제어된 냉각의 효과를 얻을 수 없는 염려가 있기 때문이다. 제어된 냉각의 개시시기를 베이킹종료시에 접근시킬 수록 보다 많은 본 발명의 효과를 달성할 수 있다.
다음에 본 발명자 등은 노광공정후에 레지스트막에 그 유리전이점 이상에서 베이킹하는 제2의 베이킹처리를 실시하고, 이어서 상기의 제어된 냉각을 실시하므로써 노광공정까지의 레지스트막의 열이력이 어떠한 것이라도 상기의 노광공정전에 제어된 냉각을 실시한 경우와 같은 효과를 얻을수 있음을 발견했다. 이 경우에 노광공정전의 냉각은 자연방냉으로 된다. 제2베이킹 후의 제어된 냉각이 상기의 4개의 양태를 포함하는 것은 상기와 동일하다.
본 발명의 방법에 사용되는 기체로서는 예를 들면 마스크기판 웨이퍼 또는 이 웨이퍼 위에 각종의 반도체막, 절연막 또는 금속막을 피복한 것등을 들 수 있다.
본 발명의 방법에 사용되는 기체로서는 예를 들면 포트레지스트 원자외선감응 레지스트, 전자선 감응레지스트 X선감응레지스트, 고가속 X선감응레지스트, 이온비임감응레지스트 등을 들수 있다. 또 포지티이브형 뿐만 아니라 네가티이브형의 사용도 가능하다.
본 발명의 방법에 사용되는 노광방법은 전자선, 광선, X선, 이온비임등을 사용해서 실시할 수 있다.
레지스트 막의 냉각에 사용되는 냉각재로서는 레지스트에 대하여 실질적으로 용해 또는 반응이 발생하지 않는 액체 또는 기체중의 한쪽 또는 양자를 들 수 있다. 전자(前者)의 액체로서는 예를 들면 임의의 설정온도의 물 또는 액체프론을 사용할 수가 있다. 후자의 기체로서는 예를 들면 임의의 설정온도의 질소 가스 또는 프론가스등을 들 수 있다.
이하, 본 발명의 여러가지의 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
[실시예 1]
회전시표대 위에 재치된 표면에 크롬이 증착된 유리기체 위에 폴리 2, 2, 2-트리플루오로 에틸-α-클로로아크릴레이트를 용매에 용해하여 구성되는 레지스트재료를 노즐로부터 적하하여 주지의 스핀코우팅법으로 소정의 막후로 도포했다. 그후 유리기체를 오븐에 넣어서 그 표면의 레지스트막을 200℃의 순수한 물속에 단순에 침지했다. 이 경우 물이 갑자기 비등하는 것을 방지하기 위하여 물을 고압하에 유지하는 것이 좋다. 그 결과 유리기체 표면의 레지스트막은 프리베이킹온도 Tb에서 유리전이점 Tg를 통해서 25℃ 근방까지 냉각되었다. 이 경우 제2도의 점 A, B, C에 있어서의 냉각곡선은 모두 제7도의 그래프의 도시와 같았다. 즉 냉각은 레지스트막 전면에 걸쳐서 균일하고 또 급속히 실시되었다. 또 레지스트막의 온도는 레지스트막에 열전대를 접촉해서 측정했다.
다음에 표면에 레지스트막이 피복된 유리기체를 회전시료대 위에 재치하여 스핀건조를 실시했다. 충분히 건조된 레지스트막에 대하여 가속 전압 200KV로 전자선을 선택적으로 조사했다. 그 다음에 메틸이소부틸케톤과 이소프로필알코올의 7 : 3의 혼합액으로 구성되는 현상액으로 25℃로 10분간 현상처리하고, 계속해서 이소프로알코올로 25℃에서 30초간 린스처리를 실시했다. 그 결과 치수의 최대 편차치가 0. 1㎛이하의 고정밀도의 레지스트패턴이 유리기체위에 형성되었다. 이와같이 고정밀도의 레지스트패턴이 얻어지는 것은 프리베이킹 후에 레지스트막을 그 전면에 걸쳐서 균일적으로 냉각한 것에 의한다. 레지스트재료로서 폴리에틸 메틸크릴레이트를 사용한 경우에도 상기와 같이 0. 1㎛이하의 고정밀도의 레지스트패턴이 형성되었다.
[실시예 2 7]
실시예 1과 동일한 순서로 레지스트패턴을 형성하고, 레지스트막의 감도를 구했다. 그 결과를 다음표에 나타낸다. 또, 감도는 제8도에 도시하는 현상후의 잔존 례지스트막의 막후와의 관계를 나타내는 감도곡선으로 구했다. 제8도의 그래프에 있어서 곡선 1은 종래예에 있어서의 감도곡선, 곡선 2는 본 발명에 있어서의 감도곡선을 표시한다.
[표 1]
A : 크롬증착유리기판
B : 실리콘 웨이퍼
C : 폴리 2, 2, 2-트리플루오로에틸 클로로아크릴례이트
D : 폴리메틸메타클릴례이트
L : 페틸이소부틸케로 : 이소프로필알코올=7 : 3
M : 페틸이소부틸케톤
또, 린싱에는 이소프로필알코올을 사용하여 25℃에서 30초가 실시했다.
상기표 1에서 프리베이킹 후에 레지스트막을 수중에 침지하는 실시예 2내지 7의 방법에 의하면 종래의 방법에 비하여 비약적으로 레지스트막의 감도의 향상이 달성되는 것을 알 수 있다.
제9도는 표 1의 데이터를 사용해서 얻은 레지스트막의 냉각속도를 변화했을 때의 레지스트막의 감도의 변화를 나타내는 그래프이다. 제9도에 있어서 곡선 1은 레지스트 C를 사용했을 경우, 곡선 2는 레지스트 D를 사용했을 경우를 각각 도시한다. 제9도와 같이 레지스트막을 최대냉각속도 0. 8℃/초 이상으로 급냉했을 경우에 종례예나 비교예에 비하여 대폭적인 감도의 향상이 달성된다. 특히 냉각속도가 10℃/초 이상에 있어서는 종래예 및 비교예에 비하여 수배 이상의 감도를 설정할 수 있다.
다음에 상기 실시예 1∼7를 실시하기 위한 장치의 한 예에 대하여 제10도를 참조하여 설명한다. 제10도에 도시하는 장치는 기체표면에의 레지스트재료의 도포에서 노광전까지 공정을 전자등으로 실시하는 것이다.
우선 레지스트재료가 도포될 기체(1)가 진공척(2)에 의하여 회전시료대(3)위에 재치된다. 이어서 용매에 용해한 레지스트 재료를 상방의 노즐(4)로부터 회전하고 있는 기체(1)표면에 적하므로써 그 결과 기체(1)의 표면에 레지스트막이 형성된다. 다음에 기체(1)는 진공척(2)에 의하여 벨트콘베이어(5) 위에 재치되고, 이벨트콘베이어(5)에 의하여 오븐(6)내에 도입된다. 오븐(6)내에는 히이터(7)가 설치되고 이 히이터(7)의 하방에는 기체(1)의 반송용의 저속 벨트콘베이어(8)가 설치된다.
벨트콘베이어(5)에 의하여 오븐(6)내에 반송된 기체(1)는 오븐(6)내에서 벨트콘베이어(8)에 이송되어 이벨트콘베이어(8)에 의해서 천천히 오븐(6)내를 통과하고 그간 히이터(7)에 의하여 소정시간, 소정온도로 프리베이킹된다. 프리베이킹의 종료된 기체(1)는 벨트콘베이어(9)로 이송되어 이것으로 반송되어냉각기구(10)에 도입된다.
즉, 기체(1)는 벨트콘베이어(9)로 부터 수직및 수평으로 이동가능한 콘베이어기구(11)에 이송되어 이 콘베이어기구(11)에 의하여 냉각용기(12)내에 수용된 액체냉매로서의 순수한 물(13)에 침지되어 냉각된다. 냉각된 기체(1)는 콘베이어기구(11)로 순수한물(13)에서 끌어올려져서 벨트콘베이어(14)에 이송된다. 그리고 벨트콘베이어(14)에 의하여 회전시료대(15)위에 재치되고 스핀건조가 실시된다. 건조된 기체(1)는 진공척(16)에 의하여 벨트콘베이어(17)에 이송되어 반출된다.
이와같이 얻어진 기체(1) 표면의 레지스트막은 소정의 노광공정 및 현상, 린싱처리공정을 거쳐서 레지스트패턴이 형성된다. 또, 제10도에서 부호(40), (41)은 모두 레지스트막의 온도를 측정하기 위한 열전대이다. 이들 열전대 대신에 적외선 방사온도계를 사용할 수도 있다.
또, 냉각기구(10)로는 제10도의 도시와 같은 침지형에 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 스프레이형 등을 채용할수도 있다.
제11도는 스프레이형의 냉각기구를 도시한다. 이 냉각기구에서는 회전시료대(20)위에 재치된 회전하는 기체(1)표면의 상방에 있는 노즐(21)에서 액체 또는 가스의 냉매를 분사한다. 냉각된 기체(1)는 진공척(22)에 의하여 이송된다. 냉매로서 가스를 사용할 경우, 균일한 냉매를 달성하기 위해서는 주변을 감압하는 것이 좋다.
제12도는 샤워형의 냉각기구를 나타낸다. 이 냉각기구에서는 벨트콘베이어(9)에 의하여 반송되어온 기체(1)는 냉각장치(23)의 냉각실(23)의 냉각실(24)내에 배설된 벨트콘베이어(25)에 이송되고 이 벨트콘베이어(25)의 상방의 액체냉각실(26)내에 수용된 냉매가 냉매실(26)과 냉각실(24)의 사이를 격리하는 격벽(28)에 설치한 다수의 구멍을 가지는 플레이트(29)를 통해서 기체(1)의 표면의 레지스트막 상에 분출된다. 냉각된 기체(1)는 벨트콘베이어(14)에 이송되고 진공척(16)에 의하여 회전시료대(15) 위에 재치되어서 회전하면서 건조되고, 그다음 진공척(16)에 의해서 벨트콘베이어(17)로 이송되어 벨트콘베이어에 의하여 반출된다. 또, 액체냉매 대신에 가스냉매를 사용할 수도 있고, 그 경우 건조할 필요가 없으므로 회전시료대(15)는 필요없다.
제13도는 냉각플레이트형의 냉각기구를 도시한다. 이 냉각기구에서는 기체(1)는 벨트콘베이어(31)에 의하여 반송되고 있는 동안 기체(1)의 상방에 근접해서 위치하는 냉각 플레이트(32)에 의하여 균일하게 냉각된다. 또, 벨트콘베이어(31)를 정지시키고 냉각플레이트(32)를 기체(1)와 접속시키는 것으로 냉각해도 된다.
또, 간편한 균일 냉각방법으로서 제1도에 있어서 반송 기구(11)에 재치된 레지스트막이 부착된 기체(1)를 냉각조(12)에 넣지 않고 파선으로 나타내는 위치에서 기체(1)를 평편히 놓고 공중방냉하는 식을 취해도 좋다. 이경우, 종래와 같이 지지대 위에 기체를 세우므로써 기체에 따른 상방으로의 기류가 생기지 아니하므로 레지스트막의 온도분포가 균일해진다. 이 예의 경우 온도가 균일하고, 또한 청정한 에어플로우를 적용하면 균일냉매의 효과를 향상시킬 수 있다.
이상의 실시예 1∼7에서 프리베이킹 후의 기체를 세운 상태로서의 자연방냉으로 하고 전자선의 조사후에 레지스트의 유리전위점Tg(폴리 2, 2, 2-트로플루오로에틸-α-클로로아크릴레이트의 경우, 133℃)를 초과 하는 온도, 예를 들면 180℃에서 30분간 오븐냉서 레지스트막을 베이킹(1), 이어서 상온의 순수한 물속에 단숨에 침지해서 Tg를 통과해서 냉각한 결과 실시예 1∼7과 동일한 결과를 얻었다.
제14도는 본 발명에 관한 레지스트패턴 형성장치의 프리베이킹, 냉각기구를 도시하는 개략도이다. 도중의 (41)은 저면 및 좌우측벽의 일부가 개구된 챔버이다. 이 챔버(41)는 상하동하는 제1, 제2의 내부 셔터(42a)(42b)에 의하여 좌단측(입구측)에서 프리베이킹실(43) 제1냉각실(44a), 제2냉각실(42b)의 3실로 구획된다. 상기 프리베이크실(43)의 입구부에는 상하동하는 입구용외부셔터(45a)가 배설된다. 상기 제2냉각실(44b)의 출구부에는 상하동하는 출구용 외부셔터(45b)가 배설된다. 또 상기 프리베이킹실(43)의 저부에는 호트플레이트(46)가 배설된다. 상기 제1냉각실(44a)의 상기 호트플레이트(46)의 레벨보다 하방에는 예를 들면 냉각수(47)를 수용한 냉각조(48)가 설치된다. 또, 동 제1냉각실(44a)의 저면에는 상기 냉각조(48)내의 냉가수(47)속에 침지되거나 끌어올려지거나 하는 지지대(49)가 상하동자재로 배설된다. 상기 냉각조(48)에는 이냉각조(48)내의 냉각수(47)의 온도조정을 실시하는 온도콘트로울러(50)가 연결되고, 또 이콘트로울러(50)의 타단은 냉각수(47)를 순환시키기 위한 펌프(51)를 개재하여 상기 냉각조(48)에 연결된다. 또, 상기 제2냉각실(44b)의 저면에는 희전자재한 진공척(52)이 상기 호트플레이트(46)와 동레벨이 되도록 배설된다. 상기 제2냉각실(44b)의 출구측에는 피처리판을 노광기구(도시 생략)에 반송하는 반송대(53)가 설치된다.
또, 상기 프리베이킹실(43), 제1, 제2의 냉각실(44a)(44b)에 대응하는 챔버(41)의 상벽에는 제1, 제2, 제3의 온풍공급기(54a)(54b), (54c)가 각각 설치된다. 이들 온풍공급기(54a)(54c)에는 각각 예를 들면 질소가스를 공급하는 제1, 제2, 제3의 온풍공급관(55a),(55c)이 연결된다. 제1, 제2의 온풍공급관(55a)(55b)은 밸브(56a)를 개장한 배관(57a)으로 상호 연결된다. 또, 상기 제2, 제3의 온풍공급관(55b),(55c)은 밸브(56b)를 개장한 배관(57b)에 의하여 상호 연결된다. 또, 상기 프리베이킹실(43) 및 제1냉각실(44a)의 제1내부셔터(42a) 부근의 챔버(41) 상벽내면에는 온도센서(58a),(58b)가 각각 장착된다. 이들온도 센서(58a)(58b)는 프리베이킹 공정시의 온도를 검지하고 그 검출치에 따라 제1온풍공급관 (55a)으로부터의 공급량이나 상기 호트플레이트(46)의 온도를 도성를 생략한 제어기를 개재하여 제어한다. 또, 상기 제1냉각실(44a) 및 제2냉각실(44b) 상방의 챔버(41) 상벽내면에는 그들 냉각실(44a)(44b)의 온도를 검출하는 냉각실용 온도센서(59a)(59b)가 장착된다. 이들 온도센서(59b)(59b)는 그들에 대응되는 냉각실(44a)(44b)의 온도를 검출하고 그검출치에 따라 제2, 제3의 온풍공급관(55b)(55c)으로 부터의 온풍온도나 공급량을 도시를 생략한 제어기를 개재하여 제어한다. 또, 상기 프리베이킹실(43)의 후단측에는 레지스트 도포기구(도시 생략)에 의하여 레지스트막이 피복된 피처리판을 동 프리베이크실(43)에 반송하는 반송부재(도시 생략)에 의하여 레지스트막이 피복된 피처리판을 동 프리베이크실(43)에 반송ㅎ는 반송부재(도시 생락)가 설치된다.
다음에 제14도에 도시한 프레베이크, 냉각기구의 제1의 사용예를 설명한다.
우선 입구용 외부셔터(54, 54a) 및 제1내부셔터(42a)를 열어, 제2내부셔텨(42b) 및 출구용 외부셔터(45b)를 닫은 후 이미 레지스트도포 기구에 의하여 레지스트가 도포된 피처리판, 예를 들면 마스크기판(60)을 개방된 챔버(41)의 입구부를 통해서 프리베이킹실(43)내에 반송하고, 그 호트플레이트(46) 위에 세트하여 동플레이트(46)에 의하여 마스크기판(60)위의 레지스트 막을 소정온도와 시간으로 프리베이킹 했다. 이때 프리베이크실(43) 내의 온도는 제1온풍공급관(55a)으로부터 온풍이 공급된 제1온풍공급기(54a)와 온도센서(58a)(58b)에 의하여 프리베이킹온도(Tb)로 유지된다.
이어서 프리베이킹이 완료된 마스크기판(60)을 도시를 생략한 반송부재에 의하여 제1냉각실(44a)내에 방송하여 그내의 지지대(49)위에 세트한 후 즉시 지지대(49)를 하강시켜서 냉각소(48)내의 임의의 소정온도 Tsl로 조정된 냉각수(47)중에 침지하여 균일하게 급냉했다. 이때 제1내부셔터(42a)는 닫히고, 제1냉각실(44a)내는 제2온풍공급기(54b)와 냉각용온도센서(59a)에 의하여 상기 냉각수(47)의 온도(Tsl)로 유지된다. 이와같은 냉각공정에 의하여 마스크기판(60)은 제13도의 곡선(C1)과 같은 냉각이 실시되었다. 또, 제13도중의 횡축의 t1은 마스크기판(60)을 냉각수(47)중에 침지한 시각이다.
다음에 냉각이 완료된 마스크기판(60)을 지지대(49)의 상승에 의하여 냉각수(47)속에서 끌어올린 후 제2내부셔터(42b)를 열고 도시를 생략한 반송부재에 의하여 마스크기판(60)을 제3온풍공급기(54c)와 냉각용 온도센서(59b)에 의하여 상기 냉각수(47)의 온도(Tsl)로 설치된 제2냉각실(44b)에 반송하여 그안의 진공척(52)에 세트하여 고정했다. 계속해서 제2내부셔터(42b)를 닫은 후 진공척(52)을 소정속도로 회전시켜서 마스크기판(60) 및 그위의 레지스트막의 균일냉각과 건조를 실시했다. 또 이때, 제1내부셔터(42a)는 열리고 프리베이킹실(42)과 제1냉각실(44a)내를 프리베이킹온도(Tsl)까지 상승시켜서 다음의 마스크기판의 프리베이킹이 실시된다. 그후 냉각, 건조가 완료된 마스크기판을 제2냉각실(44b)의 개방된 출구부로부터 반송대(53)에 보내고, 노광, 현상, 린스처리공정을 거쳐서 마스크기판상에 레지스트패턴을 형성행다.
다음에 제2의 사용예로서 프리베이킹실(43)에서 미스크기판(60) 위의 레지스트를 프리베이킹한 후 마스크기판(60)을 도시를 생략한 반송부재에 의하여 제1냉각실(44a)내에 반송하여 그안의 지지대(49)위에 세트하고, 제1내부셔터(42a)를 닫았다. 이때 제1냉각실(44a)내의 온도는 아직 프리베이킹온도(Tb)이다. 계속해서 제2온 풍공급기(54b)로부터 냉각수(47)의 온도(T31)보다 높은 온도(T32)의 서냉용온풍을 제1냉각실(44a)에 공급하고 마스크기판(60)을 자연방냉하는 일없이 냉각을 개시했다. 이 냉각에서는 냉각용 온도센서(59a)로 제1냉각실(44a)내의 온도를 감시하고 기판(60)위의 레지스트 막의 면내가 균일하고 또 일정한 냉각속도를 유지하도록 제어한다.
마스크기판(60)의 온도가 프리베이킹온도(Tb)보다 약간 낮은 온도까지 냉각되면, 냉각속도를 올리기 위하여 Ts2보다 낮은 Ts3의 온풍으로 냉각한다. 마스크기판(60)의 온도가 소정의 온도까지 균일속도로 냉각되면 지지대(49)를 하강시켜서 냉각조(48)내의 임의의 소정온도(Tsl)로 조정된 냉각수(47) 속에 침지하여 균일냉각을 실시했다. 이때 제1내부셔터(42a)는 닫히고 제1냉각실(44a)내는 제2온풍공급기(54b)와 냉각용온도센서(59a)에 의하여 상기 냉각수(47)의 온도(Tsl)로 유지된다. 이와같은 냉각공정에 의하여 마스크기판(60)은 동 제15도의 곡선 C2으로 나타내는 것과 같은 냉각이 실시되었다. 또, 제15도중의 횡축의 t2는 마스크기판(60)을 냉각수(47)속에 침지했을때의 시각을 나타낸다.
이어서, 냉각이 완료된 마스크기판(60)을 실시예 7과 같이 제2냉각실(44b)내에서 균일냉각과 건조를 실시하여, 또 제2냉각실(44b)로 부터 반송대(53)위에 반송하여 노광, 현상, 린스처리공정을 거쳐서 마스크기판 위에 레지스트패턴을 형성했다.
또, 제3의 사용예로서 프리베이킹실(43)에서 마스크기판(60) 위의 레지스트를 프리베이킹한 후 마스크기판(60)을 도시를 생략한 반송부재에 의하여 제1냉각실(44a)내에 반송하여 그안의 지지대(49) 위에 세트하고 제1내부세터(42a)를 닫았다. 계속해서 제2온풍 공급기(54b)로부터 냉각수(47)의 온도(Ts1)보다 높은 온도(Ts2)의 서냉용온풍을 제1냉각실(44a)내에 공급하고, 마스트 기판(60)의 냉각을 개시했다. 이 냉각에서는 냉각용 온도센서(59a)로 제1냉각실(44a)내의 온도를 감시하고, 기판(60)위의 레지스트 막의 면내가 균일하고 일정한 냉각속도를 유지하도록 제어한다.
마스크기판(60)의 온도가 프리베이킹온도(Tb)보다 상당히 낮은 온도까지 냉각되면 지지대(49)를 하강시켜서 냉각조(48)내의 임의의 소정온도(Ts1)로 조정된 냉각수(47)속에 침지하여 균일한 냉각을 실시했다. 이때 제1내부셔터(42a)는 닫히고 제1냉각실(44a)내는 제2온풍공급기(54b)와 냉각용 온도센서(59b)에 의하여 상기 냉각수(47)의 온도(Ts1)로 유지된다. 이러한 냉각공정에 의하여 마스크기판(60)은 동 제13도의 곡선 C3에서 보는 바와 같은 냉각이 이루어진다. 또, 제13도중의 횡축의 t3는 마스크기판(60)을 냉각수(7)속에 침지한 시각을 표시한다. 이어서 냉각이 완료된 마스크기판(60)을 실시예 7과 같이 처리하여 마스크기판(60) 위에 레지스트패턴을 형성했다.
이와같이 상기한 3개의 사용예에 따른 레지스트패턴의 형성에 있어서 레지스트재료의 설정이나 노광등을 하기 조건으로 실시했을 때의 노광량에 대한 막후잔존을 관계를 조사한 결과 제16도에 도시하는 특성도를 얻었다. 또 제16도중의 C1'은 제1의 사용예에 따 냉각처리가 된 레지스트의 특성선, C3'는 제2의 사용예에 따른 동특성선, C3'은 제3의 사용예에 따른 동 특성선이다.
조 건
레지스트 : Tg=133℃의 전자 비임레지스트(토오레이(TOHRE) 사제 : EBR=9)
노광조건 : 가속전압 20Kev의 전자비임.
현상처리 : MIBK : IPA=7 : 3의 현상액(액온 25℃)으로 10분간 처리.
린스처리 : IPA의 린스액(액온 : 25℃)으로 30초간 처리.
냉각조건 : Tb=200℃, Ts1=25℃로 설정.
상기한 제16도와 같이 동일레지스트, 냉각공정이외는 완전히 동일 프로세스의 처리로도 감도에 대한 광범위한 제어가 가능함을 알 수 있다.
또, 상기한 레지스트 패턴의 형성에 있어서 레지스트재료의 설정이나 노광등을 하기 조건으로 실시한 결과 전자비임의 감도를 8μc/2μc/C㎡의 범위로 변화시킬 수 있었다.
조 건
레지스트 : Ts=100℃의 전자 비임레지스트(MMA)
노광조건 : 가속전압 20Kev의 전자비임.
현상처리 : mIBK의 현상액(액온 25℃)으로 13분간 처리.
린스처리 : IPA의 린스액(액온 : 25℃)으로 30초간 처리.
냉각조건 : Tb=170℃, Ts1=25℃로 설정.
다시, 냉각공정후의 마스크기판(60)의 레지스트면내 감도분포를 조사한 결과, 모두 균일함을 알았다. 이것은 제12도에 도시하는 바와 같이 프리베이킹실(43)과 제1냉각실(44a)이 제1내부셔터(42b)로 구획된 클로오즈타입이기 때문에 프리베이킹 종료후 하등 자연방냉되는 일없이 그대로 냉각공정으로 이행할 수 있는 동시에 냉각속도의 제어를 실시했기 때문이다.
또, 제1의 사용예의 공정을 복수의 레지스트막에 대하여 반복해서 실시하여 냉각공정후의 각각의 레지스트 감도를 측정한 결과 어느것의 레지스트막도 동일감도로 제어가 가능했다.
즉, 상기한 방법에 의하면 레지스트의 감도를 마스크기판의 면내 및 마스크 기판간에서 안정화가 가능하고 나아가서는 그후의 노광, 현상, 린스처리를 실시하므로써 면내의 패턴치수의 변동, 로트간의 패턴치수의 변동이 없는 고정밀도의 레지스트패턴을 재형성이 우수하게 형성할 수 있었다. 또 임의의 광범위한 감도조건으로 선정이 가능하므로써 동일 레지스트로 노광장치 및 다른프로세스의 가장 제어가 용이한 감도 조건에 적합할 수 있고 고정밀도의 레지스트패턴을 양산적으로 형성이 가능했다.
또, 상기한 방법에서는 냉각공정에 있어서 온도를 모니터하면서 실시했으나, 시이퀀스의 조건(온풍량, 시간등)을 일정하게 제어할 수 있으면 조건 설정이외에 특별히 온도를 모티터할 필요는 없고, 온도 센서를 생략할 수도 있다.
또, 상기한 방법으로는 냉각수단으로 침지법을 채용했으나 제11도 제13도에 도시하는 냉각수단을 사용할 수도 있다.
또, 상기한 프리베이킹 냉각의 방법 및 장치는 노광 공정후의 제2의 베이킹냉각에 그대로 적용이 가능하다.
또, 이상의 예에서는 베이킹 냉각은 별도 장소에서 실시되었으나, 페르티어(Pertier) 효과 소자를 사용하므로써 베이킹과 냉각을 동일 플레이트 위에서 실시할 수 있다.
또, 제17도의 도시와 같이 고온가스를 분출하는 복수의 파이프(60)와 저온가스를 분출하는 복수의 파이프(61)를 매트릭스상으로 배열하므로써 베이킹과 냉각을 동일한 장소에서 실시할 수 있다.
또, 전자 비임노광장치에 냉각실을 장치하므로써 냉각후 계속해서 노광을 할 수 있다.
Claims (21)
- 기체 위에 레지스트를 도포하는 공정과, 상기 기체위에 형성된 레지스트막을 베이킹하는 공정과, 상기 레지스트막에 소정파장역의 전자파 또는 소정 에너지의 입자선을 선택적으로 조사하는 공정과, 상기 레지스트막에 현상처리를 하고 상기 기체위에 레지스트패턴을 형성하는 공정을 구비한 레지스트패턴의 형성방법에 있어서, 상기 레지스트막의 냉각이 제어되는 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 레지스트막의 냉각은 레지스트막 전체적으로 균일한 온도를 유지하면서 온도가 저하하되도록 냉각하는 곳으로 구성되는 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성방법.
- 제1항에 있어서, 상기 레지스트막의 냉각이 레지스트막을 급냉하는 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성방법.
- 제3항에 있어서, 상기 레지스트막의 최대냉각속도가 0. 8℃/그 이상인 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 레지스트막의 냉각을 레지스트에 대하여 실질적으로 용해 또는 방응이 발생되지 않는 액체 또는 기체중 한쪽 또는 양쪽을 사용해서 실시하는 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성 방법.
- 제5항에 있어서, 레지스트에 대하여 실질적으로 용해 또는 반응이 발생하지 않는 액체가 임의의 실정 온도의 물 또는 프론(from)인 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성방법.
- 제5항에 있어서, 레지스트에 대하여 실질적으로 용해 또는 반응이 발생하지 않는 기체가 임의의 설정온도의 질소 가스 또는 프론가스인 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 레지스트막의 냉각을 침지법, 스프레이법 또는 샤우어법을 사용해서 실시하는 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성 방법.
- 제1항에 있어서, 레지스트막의 냉각을 임의 설정온도의 열용량이 큰 제어용 플레이트에 기체를 접촉 또는 근접하므로써 실시하는 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성 방법.
- 기체 위에 레지스트를 도포하는 공정과, 상기 기체 위에 형성된 레지스트막을 베이킹하는 공정과, 상기 레지스트막을 냉각하는 공정과, 상기 레지스트막에 소정 파장역의 전자파 또는 소정에너지의 입자서을 선택적으로 조사하는 공정과, 상기 레지스트막을 그 유리전위점 이상의 온도로 베이킹하는 공정과, 사아기 레지스트막의 냉각을 하는 공정과, 상기 레지스트막에 현상처리를 실시하여 상기 기체위에 레지스트패턴을 형성하는 공정을 구비한 레지스트패턴의 형성방법에 있어서, 상기 레지스트막에 전자파 또는 입자선을 조사후 베이킹한 후의 레지스트막의 냉각을 제어하여 실시하는 것을 특징으로 하는 레지스트 패턴의 형성 방법.
- 제10항에 있어서, 상기 레지스트막의 냉각은 레지스트막 전체적으로 균일한 온도를 유지하면서 온도가 저하하도록 냉각하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성 방버.
- 제10항에 있어서, 상기 레지스트막의 냉각은 레지스트막을 급냉하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 레지스트막의 최대 냉각속도는 0. 8℃/초 이상인 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성 방법.
- 제10항에 있어서, 레지스트막의 냉각을 레지스트에 대하여 실질적으로 용해 또는 반응이 발생하지 않는 액체 또는 기체중 한쪽 또는 양쪽을 사용해서 실시하는 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성 방법.
- 제10항에 있어서, 레지스트에 대하여 실질적으로 용해 또는 반응이 발생하지 않는 액체가 임의의 설정온도의 물 또는 프론인것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성방법.
- 제10항에 있어서, 레지스트에 대하여 실질적으로 용해 또는 반응이 발생하지 않는 기체가 임의의 설정온도의 질소 가스 또는 프론가스인 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성방법.
- 제10항에 있어서, 레지스트막의 냉각을 침지법, 스프레이법, 또는 샤우어법을 사용해서 실시하는 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성방법.
- 제10항에 있어서, 레지스트막의 냉각을 임의 설정온도의 열용량이 큰 제어용 플레이트에 피처리판을 접촉 또는 근접하므로써 실시하는 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성방법.
- 기체 위에 레지스트를 도포하는 수단과, 기체위의 레지스트막을 베이킹하는 수단과, 상기 레지스트막의 냉각을 실시하는 수단과, 상기 레지스트막에 전자파 또는 입자선을 조사하는 수단과, 상기 레지스트막에 현상처리를 실시하는 수단을 구비한 레지스트패턴의 형성장치에 있어서 상기 레지스트막의 냉각은 제어되는 것을 특징으로 하는 레지스트 패턴의 형성장치.
- 제19항에 있어서, 상기 레지스트막의 냉각을 제어하면서 실시하는 수단은, 액체속에의 침지수단, 스프레이수단, 샤우어수단 또는 가열플레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성장치.
- 제19항에 있어서, 상기 레지스트막을 베이킹하는 수단 및 상기 레지스트막의 냉각을 제어하면서 실시하는 수단은, 페르티어(Pertier)효과 소자를 구비하는 가열 냉각수단 또는 복수의 고온 가스파이프와 복수의 냉각가스파이프를 배열한 가열 냉각수단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 레지스트패턴의 형성장치.
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