KR100602992B1

KR100602992B1 - 현상(現像)장치

Info

Publication number: KR100602992B1
Application number: KR1019990048300A
Authority: KR
Inventors: 나가사와코이치; 구기사와신이치; 고다케코이치; 도다쇼조
Original assignee: 도쿄 오카 고교 가부시키가이샤
Priority date: 1998-11-12
Filing date: 1999-11-03
Publication date: 2006-07-20
Also published as: JP2000147785A; KR20000035185A; TW461989B

Abstract

측정 파장을 변경하지 않고, 현상액에 변색 또는 흐려짐이 생긴 경우에도 현상액 중의 포토레지스트 농도를 정확하게 측정한다.

현상액 저장탱크(5) 내의 현상액은 굴절계(11) 및 도전률계(12)에 의해 굴절률과 도전률이 측정되고, 측정된 굴절률은 굴절률 제어장치(13)에 보내지며, 도전률은 도전률 제어장치(14)에 보내진다. 굴절률 제어장치(13)에서는 측정된 굴절률에 의거하여 미리 작성된 검량선으로부터 환산되는 포토레지스트 농도가 자동적으로 계산되고, 도전률 제어장치(14)에서는 측정된 도전률로부터 현상액의 알칼리 농도가 계산된다. 그리고, 계산된 포토레지스트 농도가 규정 값보다 높을 경우, 굴절률 제어장치(13)로부터 드레인용 배관(8)의 밸브(9)에 개방신호가 보내져, 현상액 저장탱크(5) 내로부터 현상액이 폐기된다.

Description

현상(現像)장치{A development apparatus}

도 1의 (a)는 포토레지스트 재료로서의 노보락(novolac) 수지의 농도와 굴절률과의 관계를 나타내는 그래프이고, (b)는 포토레지스트 재료로서의 폴리히드록시 스티렌 수지의 농도와 굴절률과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 2는 본 발명에 따른 현상장치의 전체도.

도 3은 다른 실시예에 따른 현상장치의 전체도.

도 4는 또 다른 실시예에 따른 현상장치의 전체도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 현상신액(現像新液) 탱크 2 : 고농도 현상액 탱크

3 : 순수(純水) 공급원 1a, 2a, 3a, 9 : 밸브

4, 8, 10, 15, 26 : 배관 5 : 현상액 저장탱크

6 : 로드 셀(load cell) 7 : 중량 제어장치

11 : 굴절계(屈折計) 12 : 도전률계(導電率計)

13 : 굴절률 제어장치 14 : 도전률 제어장치

16 : 온도조정기 17 : 노즐

18 : 전환 밸브 20 : 현상 유니트

21 : 척(chuck) 22, 23 : 고리형상 회수 홈

25 : 탱크 51 : 제 2 현상액 저장탱크

52 : 반송(搬送) 로울러(roller) P1, P2, P3 : 펌프

W : 기판

본 발명은 액정기판 제조 공정, 프린트 기판 제조 공정, 반도체소자 제조 공정 등에 있어서, 선택적 노광(露光)이 종료된 포토레지스트(감광성(感光性) 수지)를 현상처리하는 장치에 관한 것으로, 특히, 현상액의 피로회복과 장기간 사용을 가능하게 하는 현상장치에 관한 것이다.

포토레지스트의 현상에는 테트라 메틸 암모늄 하이드로옥사이드(TMAH) 등의 유기(有機) 알칼리 수용액 또는 수산화칼륨, 수산화나트륨 등의 무기(無機) 알칼리 수용액이 사용되고, 포지티브(positive)형 포토레지스트에 있어서는 노광 부분을 용해시켜 제거하고, 네거티브(negative)형 포토레지스트에 있어서는 미노광 부분을 용해시켜 제거하도록 하고 있다.

현상을 행할 때, 현상액은 포토레지스트 중의 산 또는 공기 중의 탄산가스 및 산소가스와 반응하여 알칼리 농도가 저하되고, 현상능력이 떨어지게 된다.

또한, 현상액 중에 포토레지스트 자체가 용해되어, 현상액 중의 포토레지스트 농도도 서서히 높아진다. 그리고, 포토레지스트 농도가 높아질 경우, 포토레지스트의 용해성이 높아져 제거되어야 하는 부분뿐만 아니라, 남겨야만 하는 부분까 지 용해 속도가 증대되어, 잔막(殘膜)의 비율이 저하되고, 패턴이 가늘어지며, 스컴(scum)이 발생하는 등의 현상이 나타난다.

상기의 문제를 해소하는 선행기술로서, 일본국 특허 제2561578호 공보에 개시된 기술이 알려져 있다.

이 선행기술은, 현상액의 알칼리 농도에 대해서는 도전률계로 검출하고, 현상액 중의 포토레지스트 농도에 대해서는 흡광(吸光) 광도계(光度計)로 검출하며, 이들의 검출값에 따라 현상액을 일부 배출하거나, 현상원액 또는 순수(純水)를 보급(補給)함으로써, 리얼타임(real-time)으로 현상액을 조정했다.

상술한 선행기술에서는, 포토레지스트의 용해에 의해 현상액이 다갈색으로 되기 때문에, 흡광 광도계의 측정 파장으로서, 바람직하게는 파장 480㎚의 광을 이용하는 것이 기재되어 있다.

그러나, 파장 480㎚ 부근의 흡수는, 포토레지스트 중의 수지 성분(예를 들어, 노보락 수지)과 감광성 성분(예를 들어, 퀴논 디아지드기 함유 화합물)과의 부(副)반응(디아조기의 아조 커플링 반응)에 기인하는 흡수라고 생각된다. 따라서, 시간의 경과와 함께 현상액의 변색 또는 흐려짐이 진행되고, 장기간에 걸쳐 현상액을 사용할 경우, 흡광도와 포토레지스트 농도와의 대응관계에 어긋남이 생겨, 레지스트 패턴의 치수 변화를 일으킨다는 문제가 있다.

또한, 포토레지스트의 종류에 따라 흡수 파장역이 달라지기 때문에, 정밀도가 양호한 측정을 행하기 위해서는, 포토레지스트의 종류가 달라질 때마다 측정 파 장을 변경해야만 하기 때문에 번거롭다.

도 1의 (a)는 포토레지스트 재료로서의 노보락 수지의 농도와 굴절률과의 관계를 나타내는 그래프이고, (b)는 포토레지스트 재료로서의 폴리히드록시 스티렌 수지의 농도와 굴절률과의 관계를 나타내는 그래프이다. 이들 그래프에 나타낸 바와 같이, 본 발명자들은, 현상액의 굴절률은 측정에 사용하는 광의 파장, 현상액의 온도 및 압력이 일정한 조건 하에서는, 현상액에 용해하는 포토레지스트의 농도에 대해서만 정량적으로 변화하고, 현상액의 시간경과적인 변색 또는 흐려짐에는 거의 영향을 받지 않는다는 지식을 얻었다. 그리고, 이 지식에 의거하여 본 발명을 이룩한 것이다.

즉, 본 발명에 따른 현상장치는, 현상액 중에 용해된 포토레지스트의 농도를 측정하는 포토레지스트 농도 측정수단과, 현상액 중의 포토레지스트 농도를 설정된 범위 내에 머무르게 하는 포토레지스트 농도 조정수단과, 현상액의 알칼리 농도를 측정하는 알칼리 농도 측정수단과, 현상액의 알칼리 농도를 설정된 범위 내에 머무르게 하는 알칼리 농도 조정수단을 구비하고, 상기 포토레지스트 농도 측정수단은 현상액의 굴절률에 의거하여 포토레지스트 농도를 산출하는 것으로 했다.

굴절률을 측정하는 기기로서는 아베 굴절계, 풀프리히 굴절계, 프로브(probe)형 굴절계, 플로우 셀(flow cell)형 굴절계 등을 사용할 수 있고, 그 중에서도, 연속적으로 액체의 굴절률을 측정할 수 있는 프로브형 굴절계 및 플로우 셀형 굴절계가 바람직하다. 또한, 측정 파장에 대해서는 특별한 제한이 없으나, 예를 들어, 210∼1260㎚, 특히, 430∼660㎚에서 측정한다.

또한, 굴절률에 의거한 포토레지스트 농도의 산출법으로서는, 예를 들어, 농도를 이미 알고 있는 기준현상액의 굴절률을 미리 측정해 두고, 이 굴절률과 측정 굴절률의 차에 의해 포토레지스트 농도를 산출한다.

그리고, 상기에서 산출된 포토레지스트 농도에 의거하여 현상액의 포토레지스트 농도를 조정하는 것이나, 그 수단으로서는 현상신액의 보급, 현상액의 일부 폐기 또는 이들을 조합한 것이 적당하다.

또한, 상기 알칼리 농도 측정수단으로서는, 예를 들어, 현상액의 도전률에 의거하여 알칼리 농도를 산출하는 것으로 하며, 상기 알칼리 농도 조정수단으로서는 순수의 보급, 현상액의 일부 폐기, 고농도 현상액의 보급 또는 이들을 조합한 것이 적당하다.

이하, 본 발명의 실시형태를 첨부도면에 의거하여 설명한다. 여기서, 도 2는 본 발명에 따른 현상장치의 전체도로서, 도면 중에 있어서의 참조부호 1은 농도 2.38 중량%로 조정된 현상신액(新液) 탱크, 2는 농도 20 중량%로 조정된 고농도 현상액 탱크, 3은 초순수(超純水)의 공급원이고, 이들 탱크(1, 2) 및 공급원(3)은 각각 밸브(1a, 2a, 3a)를 통하여 배관(4)에 접속되며, 이 배관(4)의 도중에는 펌프(P1)(N₂ 등의 불활성 가스로 가압하여 액체를 보내는 경우는 필요없음) 및 필터가 설치되는 동시에, 현상액 저장탱크(5)에 연결되어 있다.

현상액 저장탱크(5)는 로드 셀(6)에 지지되고, 이 로드 셀(6)로 검출된 현상 액 저장탱크(5)의 전체 중량이 중량 제어장치(7)에 보내진다. 이 중량 제어장치(7)로부터의 신호에 의해 드레인용 배관(8)의 밸브(9), 현상신액 탱크(1)의 밸브(1a), 고농도 현상액 탱크(2)의 밸브(2a), 초순수 공급원(3)의 밸브(3a)가 개폐된다.

또한, 현상액 저장탱크(5)에는 계측용 배관(10)이 접속되고, 이 계측용 배관(10)에는 펌프(P2), 굴절계(11) 및 도전률계(12)가 설치된다. 굴절계(11)로 검출된 현상액의 굴절률이 굴절률 제어장치(13)에 보내지고, 도전률계(12)로 검출된 도전률이 도전률 제어장치(14)에 보내진다.

그리고, 굴절률 제어장치(13)로부터의 신호에 의해 드레인용 배관(8)의 밸브(9) 및 현상신액 탱크(1)의 밸브(1a)가 개폐되고, 도전률 제어장치(14)로부터의 신호에 의해 드레인용 배관(8)의 밸브(9), 고농도 현상액 탱크(2)의 밸브(2a), 초순수 공급원(3)의 밸브(3a)가 개폐된다.

또한, 현상액 저장탱크(5) 내의 현상액은 배관(15)을 통하여 추출된다. 즉, 배관(15)에는 펌프(P3)가 설치되고, 이 펌프(P3)의 구동에 의해 추출된 현상액은 온도조정기(16)를 거쳐 노즐(17)까지 보내진다.

상기 배관(15)의 도중에는 전환 밸브(18)가 설치되고, 이 전환 밸브(18)를 조작함으로써, 노즐(17)에 공급되는 현상액을 배관(4)을 통하여 현상액 저장탱크(5)로 되돌리도록 하고 있다.

한편, 노즐(17)의 아래쪽에는 현상 유니트(20)가 배치된다. 이 현상 유니트(20)는 모터에 의해 회전되는 척(chuck)(21)으로 유리기판 또는 반도체 웨이 퍼 등의 기판(W)을 흡착(吸着)시키고, 노즐(17)이 슬릿(slit) 형상일 경우, 이것을 기판(W)에 대하여 평행이동시켜 현상액을 기판(W) 표면에 도포한다. 또한, 노즐(17)이 관 형상일 경우는 노즐(17)로부터 기판(W) 표면에 도포한다. 그리고, 기판을 회전시킴으로써 현상액을 기판(W) 표면에 균일하게 보급시키도록 한다.

또한, 척(21)의 외측에는 기판(W)으로부터 비산(飛散)된 현상액을 회수하는 고리형상 회수 홈(22)이 형성되며, 그의 외측에는 린스액을 회수하는 고리형상 회수 홈(23)이 형성되고, 고리형상 회수 홈(22)에 회수된 현상액은 펌프(P4)를 구비한 배관(24)에 의해 탱크(25)에 일단 저장된다. 이어서, 펌프(P5)를 구비한 배관(26)에 의해 현상액 저장탱크(5)로 되돌아가게 된다.

또한, 탱크(5, 25)의 상부 공간은 현상액이 공기 중의 탄산가스에 의해 열화(劣化)되지 않도록, 불활성 가스 분위기로 해 두는 것이 바람직하고, 특히, 농도 변화를 억제하기 위해 고습도의 불활성 가스 분위기로 해 두는 것이 바람직하다.

이하, 상기 구성의 현상장치를 사용한 현상방법을 설명한다.

먼저, 밸브(1a)를 개방하여 탱크(1) 내의 농도 2.38 중량%로 조정된 현상신액을 현상액 저장탱크(5)에 공급하고, 현상액 저장탱크(5)의 중량이 소정의 값으로 된 것을 로드 셀(6)이 검지한 후, 중량 제어장치(7)로부터의 신호에 의해 밸브(1a)를 폐쇄한다.

이어서, 전환 밸브(18)를 순환 측으로 한 상태에서 펌프(P3)를 구동시키고, 현상액을 온도조정기(16)를 통하여 순환시켜, 현상액의 온도가 일정해 졌을 경우, 전환 밸브(18)를 노즐(17) 측으로 전환시키며, 노즐(17)로부터 노광 후의 기판(W)에 현상액을 공급한다.

여기서, 노즐(17)로서는 슬릿 노즐을 사용하고, 이 슬릿 노즐을 기판(W)에 평행하게 이동시킴으로써, 기판(W) 전면(全面)에 현상액을 도포한다.

소정의 양의 현상액이 기판(W)에 공급되면, 다시 전환 밸브(18)가 순환 측으로 전환된다. 그후, 소정 시간이 경과하고 나서 현상처리를 행한다. 현상이 종료된 후, 기판(W)을 낮은 속도로 회전시킴으로써, 기판(W) 상의 과잉의 현상액을 배츨시켜 고리형상 회수 홈(22)에 현상액을 회수한다.

이어서, 기판(W)을 높은 속도로 회전시키고, 린스액 공급수단(도시 생략)으로부터 기판(W)에 린스액(순수)을 공급한다. 이 린스액은 기판(W)이 높은 속도로 회전되고 있기 때문에, 원심력에 의해 상기 현상액보다도 외측까지 비산된다. 그래서, 고리형상 회수 홈(22)의 외측에 마련된 고리형상 회수 홈(23)에서 린스액을 회수하고, 폐기한다.

한편, 고리형상 회수 홈(22)에서 회수된 현상액은 상기한 바와 같이 탱크(25)에 일단 저장되고, 이어서, 펌프(P5) 및 필터를 구비한 배관(26)에 의해 현상액 저장탱크(5)로 되돌아가게 된다.

현상액 저장탱크(5) 내의 현상액은 굴절계(11) 및 도전률계(12)에 의해 굴절률과 도전률이 측정되고, 측정된 굴절률은 굴절률 제어장치(13)에 보내지며, 도전률은 도전률 제어장치(14)에 보내진다.

그리고, 굴절률 제어장치(13)에서는 측정된 굴절률에 의거하여 미리 작성된 검량선(檢量線)으로부터 환산되는 포토레지스트 농도가 자동적으로 계산되며, 도전률 제어장치(14)에서는 측정된 도전률로부터 현상액의 알칼리 농도가 계산된다.

그리고, 계산된 포토레지스트 농도가 규정 값보다 높을 경우, 굴절률 제어장치(13)로부터 드레인용 배관(8)의 밸브(9)에 개방신호가 보내져, 현상액 저장탱크(5) 내로부터 현상액이 폐기된다.

폐기되는 양은 중량 제어장치(7)에서 설정한다. 예를 들어, 중량 제어장치(7)에서 관리하는 현상액 저장탱크(5)의 전체 중량의 범위를 8∼10㎏으로 설정한 경우는, 현상액 저장탱크(5)의 전체 중량이 8㎏으로 될 때까지 폐기되고, 이어서, 밸브(1a)가 개방되어 현상액 저장탱크(5)의 전체 중량이 10㎏으로 될 때까지 현상신액이 공급된다.

이상의 조작을 포토레지스트 농도가 규정 범위로 될 때까지 반복적으로 행한다. 또한, 현상액 저장탱크(5) 내의 현상액의 양이 적을 경우는, 현상액의 폐기는 행하지 않고, 현상신액의 공급만을 행한다.

한편, 도전률 제어장치(14)에서 계산된 알칼리 농도가 설정 값보다도 낮아질 경우, 도전률 제어장치(14)로부터의 신호에 의해 고농도 현상액 탱크(2)의 밸브(2a)가 개방되어, 현상액 저장탱크(5)에 고농도 현상액이 공급되고, 반대로 알칼리 농도가 설정 값보다도 높아질 경우, 도전률 제어장치(14)로부터의 신호에 의해 초순수 공급원(3)의 밸브(3a)가 개방되어, 현상액 저장탱크(5)에 순수가 공급된다.

게다가, 중량 제어장치(7)에서 계산된 현상액 저장탱크(5)의 중량이 규정 값 보다도 낮아졌을 경우는, 중량 제어장치(7)로부터의 신호에 의해 밸브(1a)가 개방되어, 현상신액이 현상액 저장탱크(5)에 공급된다.

도 3 및 도 4는 다른 실시예에 따른 현상장치의 전체도로서, 도 3에 나타낸 현상장치는 현상액 저장탱크(5)의 측방에 제 2 현상액 저장탱크(51)를 배치하고, 이 제 2 현상액 저장탱크(51)로부터 노즐(17)에 현상액을 공급하도록 하고 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 현상액의 품질 및 양적인 면에서 안정적인 공급이 가능해지고, 예를 들어, 도시한 바와 같이, 다수의 현상 유니트로부터 회수되는 현상액을 동시에 관리할 수 있게 된다.

또한, 도 4에 나타낸 현상장치는 현상 유니트(20)의 구조를 반송 로울러(52)에 의해 연속적으로 기판(W)을 처리할 수 있도록 한 것이다.

이하, 구체적인 실시예와 비교예에 대해서 설명한다.

(실시예 1)

도 2에 나타낸 장치를 사용하여, 다음의 조건으로 5000개의 감광성 기판을 현상처리했다.

·감광성 기판의 치수 : 550㎜×650㎜

·감광성층 : 알칼리 가용성 노보락 수지와 나프토 퀴논 디아지드기 함유 화합물을 함유하여 이루어진 i선 포지티브형 포토레지스트 조성물을 도포하고, 건조시켜 선택적 노광을 행한 것

·현상액 저장탱크의 용량 : 100 리터

·1회(기판 1개)의 현상처리에 사용하는 현상액의 양 : 0.6 리터

·1회의 현상처리에서 용해되는 포토레지스트의 양(노광부의 포토레지스트의 양) : 0.27g

·회수 현상액 중의 용해 포토레지스트 농도의 설정 범위(상한) : 0.15 중량%

·회수 현상액 중의 알칼리(TMAH) 농도의 설정 범위 : 2.38 중량% ± 10%

·1회의 현상 시간 : 30초

·굴절률계 : (프로브형 굴절계 : 제품명 「PRO-75」 가부시키가이샤 아타고 제조)

·굴절률의 측정 파장 : Na-D선 (λ=589.3㎚)

·측정 온도 : 23℃

현상액 저장탱크에는 항상 100 리터의 현상액이 충전(充塡)되도록, 중량 제어장치로부터의 신호에 의해 현상신액을 보충하도록 하며, 포토레지스트 농도가 0.15 중량%에 도달했을 때는, 포토레지스트 농도가 0.1 중량%로 내려갈 때까지 현상신액을 보충하도록 했다.

(결과)

5000개의 감광성 기판을 처리하기 위해 42시간이 소요되었다. 또한, 현상처리 중에 보충된 현상신액의 총량은 약 590 리터였다.

또한, 현상처리가 종료된 5000개의 감광성 기판 상에는, 형상이 모두 양호한 레지스트 패턴이 얻어졌다.

(비교예 1)

실시예 1에 있어서, 굴절계 대신에 흡광 광도계를 사용하여 용해 포토레지스트 농도 측정을 측정 파장(480㎚)의 흡광 광도 측정에 의해 행한 것 이외는, 실시 예 1과 동일한 조건으로 하여 5000개의 감광성 기판을 현상처리했다.

(결과)

현상처리에 소요된 시간 및 레지스트 패턴 형성에 대해서는 실시예 1과의 사이에 차이는 없었으나, 현상처리 중에 보충된 현상신액의 총량은 약 620 리터였다. 따라서, 비교예 1에서는 실시예 1과 비교하여 약 30 리터의 현상신액을 여분으로 사용한 결과가 된다.

(실시예 2)

감광성층의 알칼리 가용성 노보락 수지를 폴리히드록시 스티렌으로 바꾼 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 하여 감광성 기판을 처리했다.

(결과)

또한, 현상처리가 종료된 5000개의 감광성 기판 상에는, 형상이 모두 양호한 레지스트 패턴이 형성되어 있음을 확인할 수 있었다.

(비교예 2)

실시예 2에 있어서, 굴절계 대신에 흡광 광도계를 사용하여 용해 포토레지스트 농도 측정을 측정 파장(480㎚)의 흡광 광도 측정에 의해 행한 것 이외는, 실시예 2와 동일한 조건으로 하여 5000개의 감광성 기판을 현상처리했다.

(결과)

포토레지스트 농도의 정량적인 측정이 불가능하고, 처리 개수 4000개를 초과 한 시점에서부터 레지스트 패턴의 잔막 비율이 저하되며, 스컴이 발생하는 등의 현상이 나타났다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 현상액 중에 용해된 포토레지스트의 농도를 측정하는 수단으로서 현상액의 굴절률에 의거하여 포토레지스트 농도를 산출하도록 했기 때문에, 측정 파장을 변경하지 않고, 현상액에 변색 또는 흐려짐이 생긴 경우에도 현상액 중의 포토레지스트 농도를 정확하게 측정할 수 있다.

Claims

선택적인 노광(露光)처리를 실행한 포토레지스트(감광성(感光性) 수지)를 현상처리하는 장치에 있어서, 이 현상장치는 현상액 중에 용해된 포토레지스트의 농도를 측정하는 포토레지스트 농도 측정수단과, 현상액 중의 포토레지스트 농도를 설정된 범위 내에 머무르게 하는 포토레지스트 농도 조정수단과, 현상액의 알칼리 농도를 측정하는 알칼리 농도 측정수단과, 현상액의 알칼리 농도를 설정된 범위 내에 머무르게 하는 알칼리 농도 조정수단을 구비하고, 상기 포토레지스트 농도 측정수단은 현상액의 굴절률에 의거하여 포토레지스트 농도를 산출하는 것인 것을 특징으로 하는 현상장치.
제 1 항에 있어서, 상기 포토레지스트 농도 조정수단은, 현상신액의 보급(補給), 현상액의 일부 폐기 또는 이들을 조합한 것인 것을 특징으로 하는 현상장치.
제 1 항에 있어서, 상기 알칼리 농도 조정수단은 순수(純水)의 보급, 현상액의 일부 폐기, 고농도 현상액의 보급 또는 이들을 조합한 것인 것을 특징으로 하는 현상장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 알칼리 농도 측정수 단은 현상액의 도전률에 의거하여 알칼리 농도를 산출하는 것인 것을 특징으로 하는 현상장치.