DE19548447C2

DE19548447C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Auftragen eines Photoresistfilms

Info

Publication number: DE19548447C2
Application number: DE19548447A
Authority: DE
Inventors: Ik Boum Hur
Original assignee: Hyundai Electronics Industries Co Ltd
Current assignee: SK Hynix Inc
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 2001-02-15
Anticipated expiration: 2015-12-23
Also published as: GB9525655D0; DE19548447A1; GB2296455A; GB2296455B; TW371800B; US5863619A; KR960026090A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftragen eines Photoresistfilms auf einem Wafer im Zusammenhang mit einem Lithographieprozeß zur Herstellung von Halbleiterelementen, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftragen eines Photoresistfilms auf einem Wafer, die in der Lage sind, eine lokale Ungleichmäßigkeit des Photoresistfilms, die gegebenenfalls durch die Topologie des Wafers verursacht ist, zu verhindern und die Dicke des Photoresistfilms gleichmäßig zu steuern.

Aus der DE 42 28 344 A1 ist ein Verfahren zur Photoresistbeschichtung von mikromechanisch dreidimensional strukturierten Bauteilen in der Mikrostrukturtechnik sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens bekannt. Durch dieses Verfahren wird die gleichmäßige Beschichtung beliebiger Obenflächen mittels einer Kombination aus einer elektro-hydrodynamischen Ionenquelle und einem Ionenspray- Verfahren erreicht. Geladene mesoskopische Photoresist-Tröpfchen werden dabei durch die elektro-hydrodynamische Ionenquelle erzeugt und auf ein zu beschichtendes Substrat gesprüht.

Die DE 39 25 539 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten eines Schichtträgers mit einer Schicht, die verdampfbare Feststoffe und Lösungskomponenten enthält mittels einer elektrischen Ladung sowie das Trocknen der Schicht auf dem Schichtträger. Dabei wird aus einer Beschichtungslösung in einer Zerstäubungszone mittels eines Luft- oder Gasstromes ein Aerosol gebildet, das aus der Zerstäubungszone in eine Verdampfungszone geblasen wird, in der ein großer Anteil des Lösungsmittels verdampft, so daß die Einzeltrockengröße des Aerosols gegenüber dem Anfangsvolumen kleiner wird und das Aerosol in einer Antragszone auf den Schichtträger aufgesprüht und die Feststoffkomponenten des Aerosols in einer Trocknungszone auf die Schichtträgeroberfläche aufgeschmolzen werden.

Der Lithographieprozeß zur Herstellung von Halbleiterelementen umfaßt üblicherweise die Bildung eines Photoresistfilms auf einem Wafer. Die Bildung eines derartigen Photoresist films wird durch Auftragen eines Photoresistmaterials, das aus Photoresistpartikeln besteht, die in einem Lösungsmittel gelöst sind, auf einem Wafer unter Verwendung einer Düse ausgeführt, während der Wafer gedreht wird.

Dieses Aufsprühverfahren hat jedoch das Problem, daß die Dicke des Photoresistfilms, die auf den Wafer aufgetragen wird, lokal nicht gleichmäßig ist, wenn das Photoresistmaterial Photoresistpartikel eines weiten Korngrößenbereichs enthält. Obwohl die Photoresistpartikel einer kleinen Korngröße eine geringe Auswirkung auf die Gleichmäßigkeit des aufgetragenen Photoresistfilms haben, haben diejenigen einer größeren Korngröße eine beträchtliche Auswirkung auf die Gleichmäßigkeit des Photoresistfilms, wodurch es unmöglich wird, ein gleichmäßiges Muster zu bilden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Aufragen eines Photoresistfilms auf einen Wafer zu schaffen, die in der Lage sind, die Ungleichmäßigkeit des durch die Topologie des Wafers verursachten Photoresistfilms zu vermeiden und eine Verbesserung bei der Prozeßredundanz und der Prozeßausbeute zu erzielen.

Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 8.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Auftragen eines Photoresistfilms auf einen Wafer, umfassend die Schritte: Verdampfen und Versprühen eines flüssigen Photoresistmaterials zur Bildung von Photoresistpartikeln, elektrisches Aufladen der Photoresistpartikel, Erzeugen eines elektrischen Felds in einem Bereich, in welchem die Photoresistpartikel strömen, wodurch diese abgelenkt werden, und Selektieren der Photoresistpartikel, die durch eine vorbestimmte Zone hindurchtreten, und Niederschlagen der ausgewählten Photoresistpartikel auf dem Wafer.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Auftragen eines Photoresistfilms auf einen Wafer, mit: einem Venturirohr zum Hinaufpumpen eines flüssigen Photoresistmaterials aus einem Tank, der unter dem Venturirohr angeordnet ist, und zum Versprühen des gepumpten Photoresistmaterials in die Dampfphase, einem ersten Isolierrohr, das an das Venturirohr angeschlossen ist und dazu dient, Photoresistpartikel zu verteilen, die beim Versprühen des flüssigen Photoresistmaterials gebildet werden, zumindest einer Elektrode, die an eine Spannungsquelle angeschlossen ist und dazu dient, die Strömungsrichtung der Photoresistpartikel abzulenken, die aus dem ersten Isolierrohr austreten, einem zweiten Isolierrohr, das mit dem ersten Isolierrohr verbunden ist zum Hindurchtretenlassen der Photoresistpartikel, die durch die Elektrode abgelenkt werden, und einem dritten Iso lierrohr, das mit dem zweiten Isolierrohr verbunden ist und einen Teil der Photoresistpartikel selektiert, die aus dem zweiten Isolierrohr austreten.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert; die einzige Figur der Zeichnung, Fig. 1, zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Auftragen eines Photoresistfilms.

Wie in Fig. 1 gezeigt, umfaßt die Vorrichtung zum Auftragen eines Photoresistfilms ein Venturirohr 1, das mit einem feinen Rohr verbunden ist, das unter dem Venturirohr 1 angeordnet ist. Das Venturirohr 1 pumpt ein flüssiges Photoresistmaterial aus einem Tank durch das feine Rohr 9 in Aufwärtsrichtung und spritzt bzw. sprüht daraufhin das gepumpte flüssige Photoresistmaterial in der Dampfphase auf einen zu beschichtenden Gegenstand, beispielsweise einen Wafer. Das Photoresistmaterial besteht aus Photoresistpartikeln, die in einem Lösungsmittel gelöst sind. Die Vorrichtung zum Auftragen des Photoresists umfaßt ferner ein erstes Isolierrohr 2, das stromab vom Ven turirohr 1 angeordnet ist, und ein zweites Isolierrohr 5, das stromab vom ersten Isolierrohr 2 angeordnet ist. Das erste Isolierohr 2 dient dazu, die aus dem Venturirohr ausgetragenen Photoresistpartikel 10 durch das Rohr hindurch zu leiten. Das erste Isolierrohr 2 hat einen verjüngten bzw. konischen Aufbau mit zunehmender Querschnittsfläche zu seinem stromabwärtigen Ende hin. Elektroden 4 sind um einen Abschnitt des zweiten Isolierrohrs 5 herum zum ersten Isolierrohr 2 hin angeordnet. Die Elektroden 4 sind mit einer Spannungsquelle V1 verbunden und dienen damit zum Ablenken der Strömungsrichtung der Photoresistpartikel 10, die durch das erste Isolierrohr 2 hindurchtreten. Das zweite Isolierrohr 5 hat einen vergrößerten Abschnitt, der stromab von den Elektroden 4 an geordnet ist. Während sie durch das zweite Isolierrohr 5 hindurchtreten, wird ein durch die Elektroden 4 erzeugtes elektrisches Feld an die Photoresistpartikel angelegt. Am stromabwärtigen Ende des zweiten Isolierrohrs 5 ist ein drittes Isolierrohr 7 angeordnet, das dazu dient, lediglich die Photoresistpartikel durchzulassen, die in einer gewünschten Zone des zweiten Isolierrohrs 5 vorhanden sind.

Durch das Venturirohr 1, das in Fig. 1 im Bereich A gezeigt ist, strömt Gas hohen Drucks. An einem durchmesserkleineren Abschnitt des Venturirohrs 1, mit dem das feine Rohr 9 verbunden ist, hat der Gasstrom eine hohe Strömungsgeschwindigkeit, wodurch der Druck abnimmt. Dadurch wird das Photoresistmaterial 3 (das im Lösungsmittel in flüssiger Phase gelöst ist) in dem unter dem Venturirohr 1 angeordneten Tank zu dem Venturirohr 1 hinauf durch das feine Rohr 9 gepumpt. Dass in das Venturirohr 1 eintretende Photoresistmaterial wird daraufhin durch das Gas getroffen, das mit hoher Geschwindigkeit im Venturirohr 1 strömt. Infolge davon wird das Photoresistmaterial 3 in eine Partikel- bzw. Teilchenphase geändert, während es aus dem Venturirohr 1 austritt. Die Photoresistpartikel 10 durchlaufen daraufhin das erste Isolierrohr 2.

Bevorzugt hat das das Venturirohr 1 durchströmende Gas dieselbe Zusammensetzung wie das Lösungsmittel des Photoresistmaterials 3. In diesem Fall ist es möglich, ein Phänomen zu verhindern, demnach die Photoresistpartikel auf dem Wafer durch Verfestigung nach Verdampfung des Lösungsmittels nicht ausreichend abgeschieden werden, bzw. ein Phänomen demnach im fertigen Photoresistfilm Lücken bzw. Fehlstellen oder Hohlräume gebildet werden. Deshalb kann eine gleichmäßige Dicke des Photoresistfilms erhalten werden.

Andererseits werden die aus dem Venturirohr 1 austretenden Photoresistpartikel durch die Diffusionsfunktion des ersten Isolierrohrs 2 verteilt bzw. dispersiert, weil das erste Iso lierrohr 2 den vorstehend genannten konusförmigen Aufbau hat, der eine Zunahme des Querschnitts in Richtung auf das stromabwärtige Ende vorsieht.

Die aus dem Venturirohr 1 ausgetragenen Photoresistpartikel haben unterschiedliche Korngrößen. Diese Photoresistpartikel sind im Bereich B von Fig. 1 mit der Bezugsziffer 11 bezeichnet. Um einen Photoresistfilm gleichmäßiger Dicke auf den Wafer aufzutragen, werden demnach nur diejenigen Photoresistpartikel für die Beschichtung bzw. den Auftrag verwendet, die eine gewünschte Korngröße und eine gewünschte Ausrichtung haben. Zu diesem Zweck werden die Photoresistpartikel erfindungsgemäß nicht nur elektrisch aufgeladen, sondern es wird auch ein elektrisches Feld an sie angelegt.

Das Aufladen der Photoresistpartikel kann durch Eintragen bzw. (Ein)Spritzen bzw. Versprühen von unter Druck stehendem Gas in ionisiertem Zustand auf die Photoresistpartikel 10 erreicht werden, die soeben aus dem Venturirohr 1 ausgetragen wurden, oder durch Implantieren von Ionen in den Photoresistpartikeln 10.

Während sie durch das zweite Isolierrohr 5 hindurchtreten, werden die elektrisch aufgeladenen Photoresistpartikel 11 durch das elektrische Feld abgelenkt. Das elektrische Feld wird durch die Elektroden 4 erzeugt, die über und unter dem zweiten Isolierrohr 5 angeordnet sind. Die Ablenkung jedes Photoresistpartikels 11 wird durch die Masse und Ladung des Photoresistpartikels bestimmt. Beispielsweise werden Partikel großer Masse unter einem kleinen Winkel abgelenkt, während solche kleinerer Masse unter einem größeren Winkel abgelenkt werden.

Im Bereich B von Fig. 1 ist der Strom der Photoresistpartikel 12 gezeigt, die nach Hindurchtreten durch das elektrische Feld abgelenkt wurden. Diese abgelenkten Photoresistpartikel 12 werden in den vergrößerten Abschnitt des zweiten Isolierrohrs 5 eingetragen. Das zweite Isolierrohr 5 hat einen maximalen Querschnitt 6 an seinem stromabwärtigen Ende. Indem Photoresistpartikel durch eine bestimmte Zone des Quer schnitts 6 geleitet werden, ist es möglich, Partikel gewünschter Korngröße zu selektieren. Dies wird nunmehr im einzelnen erläutert.

Photoresistpartikel haben üblicherweise nahezu Kugelgestalt, ungeachtet der Partikelgröße, weil ihre Viskosität sehr hoch ist. Die in jedem Photoresistpartikel getragene Ladungsmenge ist proportional zur Oberfläche des Photoresistpartikels und die Masse des Photoresistpartikels ist proportional zum Rauminhalt des Volumens des Photoresistpartikels. In dieser Hinsicht können Photoresistpartikel eines bestimmten Korngrößenbereichs aussortiert werden, indem man sie durch ein elektrisches Feld hindurchtreten läßt.

Beim Bilden eines Photoresistfilms werden erfindungsgemäß nur diejenigen Photoresistpartikel, die aus der gewünschten Zone des zweiten Isolierrohrs 5 austreten, nämlich die durch das dritte Isolierrohr 7 hindurchtreten, auf einem Wafer abgeschieden, wodurch die Dickengleichmäßigkeit des Photoresistfilms verbessert wird. Während des Niederschlagens wird der im Bereich D von Fig. 1 gezeigte Wafer 8 vertikal und seitlich bewegt, um eine gleichmäßige Photoresistdicke zu erzielen. Die Photoresistabscheidungs rate kann eingestellt werden, indem eine Elektrode angeschlossen wird, die eine Polarität aufweist, die entgegengesetzt zu der Ladung ist, die in bzw. auf den Photoresistpartikeln getragen ist, und indem die Spannung V2 gesteuert wird, die an die Elektrode angelegt ist.

Die Korngröße der Photoresistpartikel, die auf den Wafer 8 aufgetragen werden, ist einstellbar, indem sowohl die Position des dritten Isolierrohrs 7 entsprechend einem Abschnitt des stromabwärtigen Endes des zweiten Isolierrohrs 5 sowie die Spannung V1 eingestellt werden, die an die Elektroden 4 angelegt ist.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung hervorgeht, schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auftragen eines Photoresistfilms auf einen Wafer, wobei ein Photoresistmaterial, das aus Photoresistpartikeln besteht, die in einem Lösungsmittel gelöst sind, in der Dampfphase unter Verwendung eines Venturirohrs versprüht wird, wodurch die Photoresistpartikel, die ihrerseits durch ein elektrisches Feld aufgeladen und abgelenkt werden, das in einem Bereich erzeugt wird, wo die Photoresistpartikel strömen, aufgesprüht werden. Durch Ablenkung der Photoresistpartikel ist es möglich, diejenigen mit einem gewünschten Korngrößenbereich zu selektieren. Durch Niederschlagen der selektierten Photoresistpartikel auf einen Wafer ist es möglich, die Ungleichmäßigkeit des Photoresistfilms zu vermeiden, die durch unterschiedliche Korngrößen der Photoresistpartikel oder die Topologie des Wafers verursacht ist. Deshalb kann ein Photoresistfilm gleichmäßiger Dicke aufgetragen werden.

Claims

1. Verfahren zum Auftragen eines Photoresistfilms auf einen Wafer, umfassend die Schritte:
Verdampfen und Versprühen eines flüssigen Photoresistmaterials zur Bildung von Photoresistpartikeln,
elektrisches Aufladen der Photoresistpartikel,
Erzeugen eines elektrischen Felds in einem Bereich, in welchem die Photoresistpartikel strömen, wodurch diese abgelenkt werden, und
Selektieren der Photoresistpartikel, die durch eine vorbestimmte Zone hindurchtreten,
und Niederschlagen der ausgewählten Photoresistpartikel auf dem Wafer.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Photoresistmaterial unter Verwendung eines Venturirohrs verdampft und versprüht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Photoresistmaterial verdampft und versprüht wird, unter Verwendung eines Gas stroms, der dieselbe Zusammensetzung wie ein Lösungsmittel hat, das in dem Photoresistmaterial enthalten ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoresistpartikel in einer ionisierten Gasatmosphäre elektrisch aufgeladen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoresistpartikel durch Implantieren von Ionen in die Photoresistpartikel elektrisch aufgeladen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich oder Querschnitt vorbestimmter Größe und Position zum Selektieren derjenigen abgelenkten Photoresistpartikel vorbestimmter Korngröße eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Abscheidungsrate der aufgeladenen Photoresistpartikel an den Wafer eine Spannung angelegt wird.

8. Vorrichtung zum Auftragen eines Photoresistfilms auf einen Wafer, mit:
einem Venturirohr zum Hinaufpumpen eines flüssigen Photoresistmaterials aus einem Tank, der unter dem Venturirohr angeordnet ist, und zum Versprühen des gepumpten Photoresistmaterials in die Dampfphase,
einem ersten Isolierrohr, das an das Venturirohr angeschlossen ist und dazu dient, Photoresistpartikel zu verteilen, die beim Versprühen des flüssigen Photoresistmate rials gebildet werden,
zumindest einer Elektrode, die an eine Spannungsquelle angeschlossen ist und dazu dient, die Strömungsrichtung der Photoresistpartikel abzulenken, die aus dem ersten Isolierrohr austreten,
einem zweiten Isolierrohr, das mit dem ersten Isolierrohr verbunden ist zum Hindurchtretenlassen der Photoresistpartikel, die durch die Elektrode abgelenkt werden, und
einem dritten Isolierrohr, das mit dem zweiten Isolierrohr verbunden ist und einen Teil der Photoresistpartikel selektiert, die aus dem zweiten Isolierrohr austreten.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Isolierrohr an seinem einen Ende einen vergrößerten Querschnitt hat.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeich net, daß das dritte Isolierrohr sich im Innern des zweiten Isolierrohrs befindet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Spannungsquelle, die an den Wafer angeschlos sen ist und dazu ausgelegt ist, eine Ladung zu erzeugen, die eine Polarität entgegengesetzt zu derjenigen der Pho toresistpartikel hat.