KR19990088109A - 웨트에칭방법및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 미세패턴의 웨트 에칭을 가능하게 하는 것으로서, 그 수단으로서는, 웨트 에칭처리 직전의 기판에 대기중에서 자외선을 조사하며, 자외선의 조사에 의해 가열된 상태의 기판에 웨트 에칭을 행한다. 자외선은, 엑시마램프에 의해 발생되어진 중심파장이 172nm의 엑시마 광으로 하고, 엑시마 광을 사용하면, 대기중에서의 단시간 조사에 의해 기판 표면에 남는 유기물질이 산화 분해되며, 동시에 그 기판이 웨트 에칭에 적합한 30-40℃로 예열된다.

Description

웨트 에칭 방법 및 장치{Wet etching method and apparatus}

본 발명은 LCD등의 제조에 사용되는 웨트 에칭 방법 및 장치에 관한 것이다.

(종래의 기술)

LCD제조에서는, 유리기판의 표면상에, 패터닝된 박막이 반복하여 적층된다. 각각의 박막형성 공정에서는, 성막 - 레지스트 도포 - 노광 - 현상 - 에칭 - 레지스트제거가 실시된다. 즉, 현상에서는 노광부분의 레지스트가 제거되며, 현상에 계속하여 에칭에서는, 남은 레지스트를 마스크로서 박막이 선택적으로 제거되는 것에 의해 패터닝된 박막이 형성된다.

여기에서의 에칭으로서는 웨트 에칭과 드라이 에칭이 있다. 웨트 에칭은 산액에 의해 박막을 분해 제거하며, 드라이 에칭은 불소계 가스나 염소계 가스 등에 의해 박막을 분해제거 한다.

웨트 에칭과 드라이 에칭을 비교한 경우, 에치 레이트는 웨트 에칭의 쪽이 특히 크며, 장치 가격도 웨트 에칭의 쪽이 저렴하다. 이때문에, 웨트 에칭이 많이 사용되고 있지만, 그 패턴 사이즈는 선 사이거리로서 7㎛정도가 한계이며, 이것보다 미세한 패턴의 형성에는 드라이 에칭이 필요하게 되어 있다. 그 이유는, 현상에 의해 레지스트가 부분적으로 제거된 기판이라고 하여도, 그 레지스트 제거부분에는 스캠이라고 불리는 얇은 유기물질층이 잔존하고 있으며, 이것이 에칭액을 튀어오르게 하기 때문이다. 또한, 스캠(scum) 이외에도 에칭에 영향을 주는 인자가 있다. 즉 인간, 장치, 공기 등이 기판 오염원으로서 생각할 수 있다. 크린룸내에 기판을 방치하여두면 표면에 유기물이 부착하며, 에칭 불량이 발생한다.

이와같은 현상후에 남은 스캠 등의 유기물을 제거하는 방법의 하나로서, 광 오존 에싱이 고려되고 있다. 광 오존 에싱은, 오존을 포함하는 분위기안에서 기판에 자외선을 조사하며, 오존과 자외선의 반응으로 발생한 O레디칼에 의해, 레지스트 제거부분에 존재하는 스캠등의 유기물을 산화 분해제거하는 방법이다. 그러나, 광 오존 에싱에는 이하와 같은 문제가 있으며, 그 결과, 선 사이 거리로서 5㎛이하라는 미세패턴의 형성에 웨트 에칭을 적용하는 것은 여전히 곤란한 상황이다.

레지스트 도포를 받은 기판에 자외선을 조사하면, 그 레지스트가 변질하며, 에칭후의 기판으로부터 레지스트를 제거하는 것이 곤란하다는 본질적인 문제가 있다. 이 문제때문에, 일반적으로는 현상후(에칭전)의 기판에 광 오존 에싱을 행하는 것은 부적절하게 되어 있다.

이와같은 문제를 해결하기 위해, 자외선을 기판 표면에 조사시키지 않고, 분위기중의 오존에만 조사하여 광 오존 에싱을 행하는 기술이 일본 특개평7-253677호 공보에 기재되어 있다. 그러나, 이 기술에서는, 자외선을 기판표면에 조사하지 않기 때문에 그 자외선을 기판 표면에 조사하는 경우와 비교하여 유기물 제거효과가 저하한다.

일본 특개평7-253677호 공보에 기재된 광 오존 에싱에서는, 자외선의 발생원으로서 저압수은 램프가 사용되고 있다. 또한, 이 광 오존 에싱에 한정하지 않고, 일반적인 자외선 세정에서는, 자외선의 발생원으로서 저압수은 램프가 사용되고 있다.

저압 수은 램프는, 주로 파장이 254nm의 자외선을 방사한다. 이 자외선은 오존을 분해하며, 그것에 의해 O레디칼을 생성하지만, 오존의 존재가 전제로 되기 때문에, 자외선을 조사하는 분위기로 오존을 공급할 필요가 있다. 그 때문에, 설비가 복잡하게 되며, 그 가격이 상승한다. 또한, 설비구조의 복잡화는 후술하는 처리량(through-put)을 저하시키는 원인으로도 된다.

저압수은 램프를 사용한 광 오존 에싱의 경우, 유기물을 완전히 제거하기 위해서는 2분 정도의 조사시간이 필요하게 된다. 거기다가 저압수은 램프로 2분간 자외선 조사를 행하면, 기판은 매우 고온으로 가열된다. 한편, 웨트 에칭에 사용되는 에칭액의 온도는 40℃정도로 관리하고 있다. 그리고, 자외선 조사에 의해 고온으로 가열된 기판에 에칭액을 접촉시키면, 히트쇼크에 의해 기판이 깨진다. 이 때문에 자외선 조사후에 긴 시간의 쿨 다운도 필요하게 된다. 다른한편, 스핀에처등에 의한 고효율인 매엽식(枚葉式)) 습식처리의 경우, 처리량 시간은 1분정도 이다. 이때문에, 고효율 처리에서는, 처리량의 점으로도 현상후(에칭전)의 광 오존 에싱의 적용은 곤란하다.

일본 특개평7-253677호 공보에 기재된 광 오존 에싱에서는, 기판표면에 자외선을 조사하지 않는 것에 의해 유기물 제거효율이 저하하기 때문에 처리량 성능은 더울 열화하는 것이 예상된다.

그러므로, 현상액(에칭전)에 광 오존 에싱을 행하지 않고, 상온에서 기판을 에칭액과 접촉시킨 경우, 기판이 에칭액의 온도로 될때까지는 소정의 에칭 레이트가 확보되지 않기 때문에, 에칭 시간이 길게되며, 그 레이트의 불균형도 발생한다.

이와같이, 일본 특개평7-253677호 공보에 기재된 광 오존 에싱을 포함하는, 종래의 현상후(에칭전)의 광 오존 에싱에는 많은 문제가 있다. 그것들의 문제를 위해 실제의 조업에서 이 광오존 에싱을 실시하는 것은 곤란하며, 특히 스핀 에처등에 의한 고효율인 매엽식 습식처리에서의 실시가 곤란하다. 따라서, 선 사이 거리로서 5㎛이하라는 미세패턴의 형성에 웨트 에칭을 적용하는 것은 여전히 곤란한 상황이다.

본 발명의 목적은, 선 사이 거리로서 5㎛이하라는 미세패턴의 형성도 가능한 웨트 에칭방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 웨트 에칭방법은, 웨트 에칭처리 직전의 기판에, 172nm의 파장을 주체로하는 자외선을 조사하며, 자외선의 조사에 의해 가열된 상태의 기판에 대하여 웨트 에칭처리를 행하는 것이다.

또한, 본 발명의 웨트 에칭장치는, 복수의 유닛을 사용하여 기판을 한장씩 에칭처리하는 매엽식의 웨트 에칭장치로서, 상기 복수의 유닛 하나로서 에칭 처리직전의 기판에 대하여 중심파장이 172nm의 엑시마 광을 발생하는 엑시마 램프에 의해 자외선을 조사하는 자외선 조사유닛을 구비하고 있다.

172nm의 파장을 주체로하는 자외선은, 예를들면 엑시마 램프에 의해 발생시킬 수 있다. 엑시마 램프는, 방전가스가 충진된 램프내에서 발생한 방전 플라즈마에 의해, 여기되어 순간적으로 엑시마 상태로 된 방전 가스의 원자가 이 엑시마 상태로부터 원래의 기저상태로 되돌아 가는 과정으로서, 그 엑시마 특유의 스펙트럼를 발광하는 현상을 이용한 자외선 램프이며, 방전가스로서 Xe가스를 사용하는 것에 의해 중심파장이 172nm의 단색광을 발생한다.

중심파장이 172nm의 엑시마 광은, 대기중의 산소에 흡수되며, 그 산소로부터 오존을 경유시키지 않고 직접 O레디칼을 생성한다. 또한, 그 산소를 오존화하며, 이 오존으로부터 O레디칼을 생성하는 기능도 함께 갖는다. 따라서, 이 엑시마 광을 웨트 에칭처리 직전의 기판에 조사하면, 스캠등의 유기물이 O레디칼에 의해 산화분해될 뿐만 아니라, 외부로부터의 오존의 공급이 불필요하게 된다. 즉, 대기 분위기중에서의 처리가 가능하게 된다.

거기다가, 상기 엑시마 광에 의하면, 자외선의 조사에 따른 레지스트의 변질이 회피된다. 왜냐하면, 엑시마 광은 대기에 조사되면 대기중의 산소에 흡수되 감쇄하기 때문에, 기판위의 레지스트에 직접적인 영향을 부여하는 일이 적기 때문이다. 또한, 뒤에서 서술하듯이 기판 1매당 조사시간이 짧게되며, 이점으로부터도 레지스트의 변질이 회피된다.

추가로, 엑시마 광에 의하면, 자외선의 조사에 따른 기판의 과도한 가열도 회피된다. 왜냐하면, 상기 엑시마 광에 의하면, 유기물 제거효과가 저압수은 램프를 사용한 경우보다 수배에 달하며, 조사시간이 30초 정도로 단축되 맞추어져서 적외선의 발생이 적기 때문이다. 그리고, 이 단시간 조사에 의해, 기판은 에칭액과 동일 정도의 30-40℃로 보다 좋게 가열되며, 조사종료 직후에 그 기판을 에칭액과 접속시켜도 기판의 깨짐이 회피된다. 또한, 그 접촉개시로부터 소정의 에칭 레이트가 얻어진다. 그것들 때문에, 저압수은 램프를 사용한 경우와 비교하여 처리량이 현저하게 향상한다.

그리고, 이들 작용의 상승 효과로서, 스핀에처등에 의한 고효율인 매엽식 습식처리에서의 실시도 가능하게 되며, 선 사이 거리로서 5㎛이하라는 미세패턴의 형성에 웨트에칭을 적용하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 웨트 에칭방법을 실시하는데 적합한 에칭장치의 평면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10 : 기판 주고받음 유닛 20 : 제 1기판 처리 유닛

20' : 제 2기판 처리 유닛 30 : 자외선 조사·양면 세정유닛

40 : 기판 이동유닛 50 : 로더 유닛

60 : 기판 70, 80 : 스톱커

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 근거하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 웨트 에칭방법을 실시하는데 적합한 에칭 장치의 평면도 이다.

본 에칭장치는, 본 발명의 웨트 에칭장치의 한예로서, 스핀에처 등에 의한 고효율인 매엽식 습식 처리장치 이다. 이 에칭장치는, LCD용의 유리기판(60)에 웨트 에칭을 행하는 것이며, 앞서 본 출원인이 개발한 방사형 장치이다(일본 특원평9-190495).

즉, 본 에칭장치는, 더블 핸드 로봇형식의 기판 주고받음 유닛(10)을 중심으로서, 그 양측에 제 1기판 처리유닛(20)과 제 2기판 처리유닛(20')을 배치함과 동시에, 앞측에 자외선 조사·양면 세정유닛(30)을 배치하며, 또한, 자외선 조사·양면 세정유닛(30)의 한쪽측에 기판 이동적재 유닛(40)및 로더·언로더를 겸하는 로더 유닛(50)을 배치한 방사선형 레이아웃을 채용하고 있다.

제 1기판 처리유닛(20)과 제 2기판처리 유닛(20')은, 기본적으로 동일 구조의 스핀처리 유닛이며, 처리액의 다름과 사양이 약간 다름에 의해, 전자가 에칭 유닛, 후자가 마무리 세정·건조유닛으로서 사용되고 있다.

자외선 조사·양면 세정유닛(30)은, 양면 세정부의 위에 자외선 조사부를 중복시킨 것이다. 자외선 조사부는, 가설대에 올려놓여진 기판(60)에 윗쪽으로부터 중심파장이 172nm의 엑시마 광을 조사하는 엑시마 램프유닛을 구비하고 있으며, 기판(60)의 임시 올려놓음대(버퍼)를 겸하고 있다.

로더 유닛(50)은 미처리의 기판(60)을 적재한 스톱커(70)와, 처리종료 기판(60)을 올려 놓는 스톱커(80)를 정위치로 위치 결정한다. 기판 이동 유닛(40)은, 싱글 핸드로봇에 의해 스톱커(70)로부터 미처리의 기판(60)을 꺼내어서 자외선 조사·양면 세정유닛(30)의 자외선 조사부에 올려놓음과 동시에, 그 자외선 조사부에 놓여져 있는 처리종료의 기판(60)을 스톱커(80)에 놓는다.

그리고, 기판 주고받음 유닛(10)은, 그 더블 핸드 로봇을 사용하여 적절한 자회선 조사·양면 세정유닛(30)의 자외선 조사부를 버퍼로서 사용하면서 제 1기판 처리유닛(20), 제 2기판 처리유닛(20')및 자외선 조사·양면 세정유닛(30)에 대하여 기판(60)의 주고받음을 행한다.

한편, 제 1기판 처리유닛(20), 제 2기판 처리유닛(20')및 자외선 조사·양면 세정유닛(30)은, 받아들인 기판(60)에 대하여 소정의 처리를 행한다. 이것에 의해, 스톱커(70)내의 미처리 기판(70)은 차례로 웨트 에칭처리되어 스톱커(80)로 반입된다.

즉, 현상처리를 끝낸 기판(60)이, 기판 이동 유닛(40)에 의해 스톱커(70)으로부터 인출되며, 자외선 조사·양면 세정유닛(30)의 자외선 조사부로 반입되며, 그 기판(60)의 윗면에 대기중에서 중심파장이 172nm의 엑시마 광이 조사된다. 이것에 의해 스캠이 제거됨과 동시에 예열이 행해진다.

엑시마 광의 조사가 종료되면, 기판 주고받음 유닛(10)에 의해, 기판(60)이 자외선 조사부로부터 인출되며, 에칭 유닛인 제 1기판 처리유닛(20)내로 반입된다. 제 1기판 처리유닛(20)에서는, 회전하는 기판(60)의 윗면에 에칭액이 스프레이 된다. 스프레이가 종료되면, 질소가스 페이지에 의해 에칭액이 배제된다.

액 배제가 끝나면, 기판 주고받음 유닛(10)에 의해, 기판(60)이 제 1기판처리 유닛(20)으로부터 인출되며, 자외선 조사·양면 세정유닛(30)의 양면 세정부로 반입된다. 양면 세정부에서는, 기판(60)의 양면이 순수 스프레이에 의해 거칠게 세정된다.

거친 세정이 종료되면, 기판 주고받음 유닛(10)에 의해, 기판(60)이 양면 세정부로부터 인출되며, 제 2의 기판 처리 유닛(20')으로 반입된다. 제 2기판 처리 유닛(20')에서는, 회전하는 기판(60)의 윗면에 순수가 스프레이되며, 마무리 세정이 행해진다. 스프레이가 종료되면, 질소가스 퍼지(purging)에 의해 건조가 행해진다.

건조가 종료되면, 기판 주고받음 유닛(10)에 의해, 기판(60)이 제 2기판 처리유닛(20')으로부터 인출되며, 자외선 조사·양면 세정유닛(30)의 자외선 조사부로 반입된다. 이때, 자회선 조사부는 버퍼로서 사용된다.

마지막으로, 자외선 조사부내의 기판(60)이, 기판이동 유닛(40)에 의해 로더유닛(50)으로 반송되며, 로더 유닛(50)내의 스톱커(80)에 수납된다.

이어서, 에칭 처리 직전의 기판에 대기중에서 중심 파장이 172nm의 엑시마 광을 조사하는 효과를 명확하게 한다.

LCD용의 유리기판의 표면에 성막을 행한 후, 그 막위에 레지스트를 도포하며, 프리 베이크(pre-bake)하였다. 이 레지스트 도포후, 선폭이 10㎛로서, 선 사이 거리가 10㎛, 7㎛, 5㎛로 되도록 노광현상을 행하였다. 레지스트의 현상을 종료한 기판표면에 대기중에서 중심파장이 172nm의 엑시마 광을 30초간 조사한 후, 엑시마 처리, 거친 세정, 마무리 세정, 건조를 순서로 실시하였다. 그후에 레지스트 제거를 행하며, 선 사이에서 하지(下地)인 유리기판이 완전히 노출하고 있는 경우에, 에칭이 행해지고 있다고 판단하였다.

엑시마 램프로서는, 우시오전기 주식회사 제품의 유전체 베리어 방전 엑시머 램프 UER465308-172를 사용하였다. 에칭액의 스프레이 시간은, 엑시마 광을 조사하지 않는 경우의 선 사이 10㎛에서의 저스트 에칭 시간으로 설정하였다.

엑시마 광의 조사에 의해, 기판은 약 40℃로 가열되었다. 레지스트 제거후의 기판은 10㎛, 7㎛, 5㎛의 모든 선 사이에서 에칭이 행해지고 있었다.

비교를 위해, 엑시마 광의 조사를 행하지 않았다. 레지스트 제거수의 기판은 10㎛의 선 사이에서만 에칭이 행해지고 있었다.

또한, 엑시마 램프 대신에 저압 수은램프를 사용하여 자외선 조사를 행하였다. 조사시간이 30초의 경우는, 기판이 약 60℃까지 가열되었기 때문에 40℃로의 냉각에 60초를 필요로 하였다. 레지스트 제거후의 기판은 엑시마 광의 조사를 행하지 않는 경우와 동일하였다.

또한, 조사시간이 2분 동안인 경우는, 기판이 약 100℃까지 가열되며, 40℃로의 냉각에 120초를 요하였다. 대기중 조사를 위해(오존을 사용하지 않기 때문), 레지스트 제거후의 기판은 10㎛, 7㎛의 선 사이에서 에칭이 행해지며, 5㎛의 선 사이에서는 에칭이 행해지지 않았다. 게다가 자외선의 장시간 조사때문에 레지스트 제거에서는 변질된 레지스트의 일부가 제거되지 않고, 선 위에 잔류하고 있는 것이 확인 되었다.

이상의 설명으로부터 명확하게 나타나듯이, 본 발명의 웨트 에칭방법은, 그 에칭 처리직전에 기판 표면에 172nm의 파장을 주체로 하는 자외선을 조사하는 것에 의해 기판 표면에 잔존하는 불필요한 유기물질을 대기중에서 단시간에 분해 제거할 수 있으며, 레지스트 제거에 악영향을 미치는 위험도 없다. 또한, 그 자외선 조사에 의해 기판을 에칭 처리에 적합한 온도로 예열할 수 있다. 이와같은 것들의 결과, 에칭성만이 아닌, 처리량도 아울러서 개선되며, 스핀에처등에 의한 고효율인 매엽식 습식처리로의 적용도 가능하게 되므로써, 선 사이 거리로서 5㎛이하와 같은 미세패턴의 형성에 고효율로서 경제적인 웨트 에칭의 적용이 가능하게 된다.

또한, 본 발명의 웨트 에칭장치는, 본 발명의 웨트 에칭방법을 매엽식 처리에 의해 고효율로 실시한다.

Claims (5)

1. 웨트 에칭 처리 직전의 기판에 172nm의 파장을 주체로 하는 자외선을 조사하는 공정과, 자외선의 조사에 의해 가열된 상태의 기판에 대하여 웨트 에칭처리를 행하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨트 에칭 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 자외선은, 엑시마 램프에 의해 발생시킨 중심 파장이 172nm의 엑시마 광인 것을 특징으로 하는 웨트 에칭 방법.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 자외선을 조사하는 분위기는 대기인 웨트 에칭 방법.
4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한항에 있어서, 상기 기판의 가열 온도는 에칭액과 같은 정도의 온도인 것을 특징으로 하는 웨트 에칭 방법.
5. 복수의 유닛을 사용하여 기판을 한장씩 에칭처리하는 매엽식(枚葉式) 의 웨트 에칭장치에 있어서,

   상기 복수 유닛의 하나로서, 에칭 처리 직전의 기판에 대하여, 중심파장이 172nm의 엑시마 광을 발생하는 엑시마 램프에 의해 자외선을 조사하는 자외선 조사 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 웨트 에칭장치.