KR20010051635A - 전자선 조사 처리방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공관형의 전자선관과 피처리물의 거리가 길어져도 큰 에너지의 전자선을 피조사물에 조사할 수 있도록 하고, 워크가 두껍거나 큰 워크라도 처리할 수 있도록 하는 것으로서, 전자선관(3)(EB관)으로부터 조사되는 전자선은 창(4)을 통하여 처리실(5)내에 조사되고, 워크(1)상에 도포된 레지스트나 잉크 등의 피조사물(2)에 조사된다. 처리실(5)내는 공기(질소)보다 낮은 밀도의 기체(헬륨, 질소와 헬륨의 혼합 가스, 네온 등)의 분위기로 한다. 처리실(5)내를 공기(질소)보다 밀도가 낮은 기체의 분위기로 하였으므로, 전자선관으로부터 조사되는 전자선이 도달하는 거리를 길고, 또한, 도달하는 범위를 넓게 할 수 있다.

Description

전자선 조사 처리방법{ELECTRON BEAM IRRADIATION PROCESSING METHOD}

본 발명은 반도체 웨이퍼 등에 도포된 레지스터의 경화나 각종 인쇄물에 도포된 잉크의 건조 등, 전자선을 피조사물에 조사하여 피조사물을 화학변화시켜 처리하는 전자선 조사 처리방법에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼 등에 도포된 레지스터의 경화, 기판 등에 도포된 도료, 잉크, 접착제, 보호용 수지의 건조나 경화를 위해, 전자선 조사를 이용하는 것이 제안되어 왔다.

전자선관에는 전계 방출형과 열전자 방출형의 두종류가 있다. 어느쪽의 방식에 있어서도 챔버중에 캐소드와 아노드를 구비한 전자선원을 구비하고, 상기 챔버내에 피조사물을 배치하는 것이다.

전계 방출형의 전자선관으로서는 예컨대, 일본국 특표평 11-505670호 공보의 도1에 도시하는 것이 알려져 있다. 전계 방출형의 전자선관은 피조사물을 배치하는 챔버내를 고진공으로 할 필요가 있다.

한편, 최근 창을 가지는 진공관형의 전자선관이 시판되게 되었다(예컨대, 일본국 특표평 10-512092호 공보 참조). 상기 전자선관은 전자선을 투과시키는 창을 가지는 진공용기내에 열전자 방사부와 전자선 가속부를 설치하고, 상기 열전자 방사부로부터 방출되는 열전자를 상기 전자선 가속부에서 가속하여 상기 창에서 방사시키도록 한 것이다.

이와같은 전자선관을 이용하면, 전자선관의 창으로부터 상압(常壓) 공기중에 전자선을 빼낼 수 있다. 이때문에, 피조사물이 배치되는 분위기를 감압할 필요가 없어, 감압을 위한 진공 펌프나 진공 챔버가 불필요해져 전자선 조사 처리장치의 구성이 간단하고 취급도 용이하게 된다.

도6에 상기 창을 가지는 진공관형의 전자선관(이하 EB관이라고 부른다)을 이용하여 피조사물에 전자선을 조사하는 전자선 조사 처리장치의 개략 구성을 도시한다.

동 도면에서 1은 피조사물이 도포된 웨이퍼나 기판 등(이하에서는 피조사물이 도포된 기판 등을 워크라고 부른다)이며, 2는 워크(1)상에 도포된 레지스트나 잉크 등의 피조사물, 3은 상기한 진공관형의 전자선관(EB관), 4는 전자선이 방사되는 창이다.

워크(1)는 상압, 질소 분위기중의 처리실(5)내에 놓여있다. 또한, 질소의 밀도는 1.25g/l, 공기의 밀도는 1.28g/l로 양자의 밀도에 큰 차이가 없으므로, 여기서는 질소 분위기를 공기 분위기와 동등한 것으로 설명한다.

전자선은 EB관(3)내에서 만들어지고, 창(4)으로부터 외부로 방출된다. 실제로 피조사물에 전자선을 조사하는 장치로서 EB관(3)을 적용할 경우, 도6에 도시하는 바와같이, 창(4)의 근방에 창냉각 수단(7)을 구비할 필요가 있다.

전자선의 통과에 의해 EB관(3)의 창(4)이 온도가 상승되므로, 창냉각 수단(7)에 의해 창(4)을 냉각한다. 구체적으로는 예컨대 창 근방에 구비한 배관으로부터 냉각풍을 창(4)으로 향해 내뿜도록 하여 냉각한다.

종래의 전자선 조사 처리장치는 상기한 바와 같이 창냉각 수단(7)을 설치할 필요가 있으므로, EB관(3)과 피조사물(2)의 사이에 15mm∼30mm 정도의 공간이 필요했다.

상기한 바와같이, 종래의 전자선 조사 처리장치는 창냉각수단(7)을 설치할 필요가 있으므로, EB관(3)과 피조사물(2) 사이에 15mm∼30mm 정도의 공간이 필요하다.

또한, 워크(1) 전자선 조사 처리실에의 반송의 용이함, 입체물이나 두꺼운 워크를 처리 가능하게 하는 것 등을 고려하면, EB관(3)의 창(4)과 워크(1)의 거리가 멀어도 전자선 조사 처리가 가능한 것이 바람직하다. 즉, 전자선 조사 처리로서는 이하의 조건을 만족하는 것이 요구된다.

(1) 창으로부터의 거리가 멀어져도, 피조사물에 전자선이 조사되는 것.

(2) 창으로부터의 거리가 멀어져도, 피조사물의 넓은 면적에 전자선이 조사되는 것.

(3) 창으로부터의 거리가 멀어져도, 피조사물의 상부와 하부에서 동일 면적에 전자선 조사가 되는 것(피처리물의 두께 방향의 전자선 조사 범위가 균일한 것).

본 발명은 상기한 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 EB관과 피처리물의 거리가 길어져도, 큰 에너지의 전자선을 피조사물에 조사할 수 있도록 하고, 워크가 두껍거나, 큰 워크라도 처리하는 것이 가능한 전자선 조사 처리방법을 제공하는 것이다.

도1은 본 발명의 실시예에서 사용한 전자선 조사 처리장치의 구성을 도시하는 도면,

도2는 질소 분위기에 있어서의 EB관의 조사분포특성을 나타내는 도면,

도3은 헬륨, 헬륨 혼합 기체, 네온, 질소 분위기에 있어서의 거리h에 대한 누계 전류치를 나타내는 도면,

도4는 헬륨, 헬륨 혼합 기체, 네온, 질소 분위기에 있어서의 거리h에 대한 반치폭을 나타내는 도면,

도5는 헬륨, 질소 분위기에 있어서 폴리이미드박의 유/무의 경우에 있어서의 거리h에 대한 반치폭을 나타내는 도면,

도6은 진공관형의 전자선관을 이용하여 피조사물에 전자선을 조사하는 전자선 조사 처리장치의 개략구성을 도시하는 도면이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 워크 2 : 피조사물

3 : 전자선관(EB관) 4 : 창

5 : 처리실 5a : 가스 도입구

5b : 가스 도출구

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 있어서는 창을 구비한 진공관형의 전자선관에 의해 피조사물에 전자선을 조사하여 피조사물을 처리하는데 있어, 피조사물이 놓이는 분위기를 공기(질소)보다 낮은 밀도의 기체 분위기로 했다.

이에 따라 전자선관으로부터 조사되는 전자선이 도달하는 거리를 길고, 또한, 도달하는 범위를 넓게 할 수 있다. 이때문에, 피조사물과의 거리를 충분히 크게 할 수 있고, 워크가 두껍거나, 입체물인 경우라도 처리가 가능해진다. 또한, 두꺼운 피조사물이라도 두께 방향으로 균일한 처리가 가능해진다.

〈발명의 실시형태〉

도1은 본 발명의 실시예에서 사용한 전자선 조사 처리장치의 구성을 나타낸다. 동 도면에 있어서, 1은 피조사물이 도포된 웨이퍼나 기판 등의 워크, 2는 워크(1)상에 도포된 레지스트나 잉크 등의 피조사물, 3은 상기한 EB관, 4는 전자선이 방사되는 창이다.

또한, 5는 처리실이고, 처리실(5)에는 가스 도입구(5a), 가스 도출구(5b)가 설치되어 있으며, 상기 가스 도입구(5a)로부터 처리실(5)내에 공기(질소)보다 낮은 밀도의 기체(헬륨, 네온 등, 혹은 그들 혼합 기체)를 도입하여, 가스 도출구(5b)에서 처리실(5)내의 가스를 배출한다. 이에따라, 처리실(5)내는 상기 기체로 치환된다.

또한, 도1에는 도시되어 있지 않지만, 상기 도6에 도시한 바와같이, 창(4)의 부근에는 창냉각 수단이 구비되어 있다.

도1에 도시하는 장치를 이용하여, 가스 도입구(5a)로부터 처리실(5)내로 질소, 헬륨, 헬륨과 질소가 각각 50%인 혼합 기체(이하 헬륨 50%라고 약기한다), 네온을 도입하여 이하의 실험을 행했다.

(1) 실험조건

5mm각(角)의 아무것도 도포되어 있지 않은 알루미늄판을 워크(1)로 하고, EB관(3)으로부터 전자선을 조사하면서, 창(4)으로부터 거리 h의 위치에 놓인 알루미늄판을 수평방향(도1의 좌우방향)으로 이동시키면서 상기 알루미늄판에 흐르는 전류치를 측정했다. 도1에 도시하는 바와같이, 워크(1)인 알루미늄판에는 전선이 부착되고, 전선은 처리실(5)밖의 전류 검출기에 접속된다. 알루미늄판에 전자선이 조사되면 전류가 발생하고, 발생한 전류는 전류 검출기에 의해 검출된다. 이 전류의 누계치는 전자선 조사량에 대응한다고 생각된다.

도2에 예로서, 상압 질소 분위기, 거리 h = 20mm 및 50mm의 상기 알루미늄판의 수평방향의 위치에 대한 알루미늄판에 흐르는 전류치[㎂](동 도면의 종축)의 변화를 나타낸다. 횡축은 알루미늄판의 수평방향의 거리이고, 수평거리 O는 EB관(3)의 창 중심 바로 아래의 위치를 의미한다. 또한, 동 도면의 ①은 거리 h = 2Omm, ②는 h= 50mm일 때의 전류치를 나타낸다.

또한, 도2는 1개의 EB관을 사용하고, 상기 EB관(3)에 50kV의 전압을 인가하여(전류 200㎂), 5mm각의 알루미늄판에 흐르는 전류를 측정한 결과를 나타낸 것이다.

① 실험에서 상기한 각 기체를 처리실(5)내에 도입하고, 몇개의 거리 h에 대해, 도2와 같은 전류의 변화곡선을 측정하여, 전류치를 적분한 적분 전류치를 구했다. 이 적분 전류치의 대소를 가지고 거리 h에서의 전자선 조사량으로 정의했다. 거리 h가 커지더라도, 적분 전류치가 변화하지 않는 (일정한 값) 것이 이상적이다.

전류의 변화 곡선에서 반치폭(변화 곡선의 피크치를 P로 했을 때, P/2일 때의 변화 곡선의 폭)을 구하고, 이 반치폭을 가지고 전자선이 조사되는 면적으로 정의했다. 반치폭이 동일한 경우, 전류의 변화곡선의 형상은 일치하는 것으로 가정한다. 거리 h가 커질수록 반치폭이 커지는 것이 이상적이다.

② 피처리물 두께 방향에서 전자선 조사 범위의 균일성을 조사하기 위해, 7.5㎛의 폴리이미드박에 의해 알루미늄판을 덮은 워크와, 폴리이미드박이 없는 워크를 사용하여 상기 전류치의 반치폭을 조사했다.

즉, 폴리이미드박을 워크에 도포된 피처리물로 가정하고, 상기 전류치의 반치폭을 구하여 폴리이미드박이 없는 워크의 반치폭과 비교하여, 이 폴리이미드박의 유무에 있어서의 반치폭의 차이를 가지고 피처리물의 두께 방향에서의 전자선 조사 범위의 균일성으로 정의했다.

폴리이미드박의 유무에 있어서, 반치폭이 거의 일치하면, 피처리물의 상면과 하면에서, 전자선이 조사되는 범위가 일치하고, 따라서, 피처리물의 두께 방향으로 균일하게 처리할 수 있는 것을 의미한다. 그러나, 폴리이미드박이 있는 경우의 반치폭이 폴리이미드박이 없는 경우의 반치폭보다 작은 경우는 피처리물의 하면에서 전자선이 조사되는 범위가 상면의 그것보다도 좁게 되어, 피조사물의 두께 방향에서의 처리가 불균일하게 되는 것을 의미한다. 이는 처리불량의 원인이 된다.

거리가 커지더라도 폴리이미드박의 유무에 있어서, 반치폭이 거의 일치하는 것이 이상적이다. 전자선이 상기 폴리이미드박을 통과하기 위해서는 20kV 이상의 에너지를 가질 필요가 있는 것을 알았다. 따라서, 폴리이미드박을 통과하면 반치폭이 좁아진다는 것은 피조사물에 조사되는 전자선의 에너지가 작다는 것을 나타낸다.

이상의 전제하에, 처리실(5)내의 기체를 바꾸고, 상기 거리 h에 대한 누계 전류치, 거리 h에 대한 전류치 곡선의 반치폭 및 거리 h에 대한 폴리이미드박의 유무에 있어서의 전류치 곡선의 반치폭을 측정했다. 또한 압력은 상압이다.

(2) 실험결과1 : 거리 h에 대한 누계 전류치

우선, 폴리이미드박이 없는 알루미늄판을 이용하여, 상기 거리 h에 대한 누계 전류치를 조사했다. 그 결과를 도3에 나타낸다. 도3에서, 횡축은 EB관(3)의 창으로부터 알루미늄판까지의 거리 h[mm], 종축은 상기한 누계 전류치[㎂]이다. 또한, 도3은 도2와 동일하게 1개의 EB관(3)을 사용하여 상기 EB관(3)에 50kV의 전압을 인가하고(전류 200㎂), 5mm각의 알루미늄판을 사용한 경우를 나타낸 것이다.

도3에서 ①은 상압 질소 분위기의 경우이다. 상압 질소 분위기인 경우에는 거리 h가 커짐에 따라 누계 전류치는 서서히 저하하고, 거리 h = 60mm에서 거의 0으로 된다.

②는 헬륨 분위기인 경우이다. 헬륨 분위기인 경우에는 거리 h의 범위가 1OOmm내이면, 누계 전류치는 변동은 있지만 거의 저하하지 않고, 거리 h가 lOOmm이상이더라도 전류치가 검출된다. 즉, 거리 h를 크게 해도, 충분히 큰 전자선의 조사량이 얻어지는 것을 알 수 있다.

③은 헬륨 50%분위기의 경우이다. 헬륨 50%분위기인 경우에는 거리 h가 커짐에 따라 누계 전류치는 감소하지만, 전류치가 O이 되는 것은 거리 h = 90mm로, 질소 분위기하보다 30mm 길게 되었다.

④는 네온 분위기의 경우이다. 네온 분위기인 경우에는 헬륨의 경우에 비해 효과는 작지만, 전류치가 0이 되는 것은 거리 h = 70mm로, 질소 분위기하보다 lOmm 길게 되었다.

(3) 실험결과2 : 거리 h에 대한 반치폭

상기(2)와 동일하게 폴리이미드박이 없는 알루미늄판을 이용하여, 상기 거리 h에 대한 반치폭을 조사했다. 그 결과를 도4에 도시한다. 도4에서, 횡축은 상기 거리 h〔mm〕, 종축은 상기한 반치폭〔mm〕이고, 상기와 동일하게 1개의 EB관(3)을 사용하고, 상기 EB관(3)에 50kV의 전압을 인가하여(전류 200㎂), 5mm각의 알루미늄판을 사용한 경우를 나타낸 것이다.

도4에서, ①이 질소분위기의 경우이다. 질소 분위기인 경우, 전류치의 반치폭은 거리 h = 30mm을 피크로 서서히 좁아진다.

②는 헬륨 분위기의 경우이다. 헬륨 분위기인 경우, 거리 h가 커짐에 따라 반치폭은 증가했다. 즉, 거리 h를 크게 해도, 넓은 범위에 전자선이 조사되게 된다.

③은 헬륨 50%분위기의 경우이다. 헬륨 50%분위기인 경우, 거리 h = 70mm까지 반치폭은 커지고, 그 후 감소한다. 그러나, 거리 h = 9Omm로 되어도, 질소 분위기하의 최대 반치폭에 가까운 반치폭을 가지고 있다.

④는 네온 분위기의 경우이다. 네온 분위기인 경우, 헬륨인 경우에 비해 효과는 작지만, 거리 h를 크게 해도, 질소 분위기하의 반치폭보다 크다.

여기서, 넓은 면적의 워크를 전면에 걸쳐 처리하는 경우, 전자선을 균일하게 조사하기 위해서는 다수의 EB관을 나란히 배치하게 된다. EB관끼리 배치하는 간격은 경험적으로는 상기 반치폭과 같던지 약간 좁은 간격으로 하는 것이 적절하다. 즉, 반치폭이 좁으면, 동일 면적을 조사하는데 대해 보다 많은 EB관이 필요해진다.

또한, EB관은 사용시간(전자선 조사 시간)에 대해 보증수명이 정해진다. 다수의 EB관을 사용하는 경우, 이들 EB관이 항상 보증수명내에 있도록 보전할 필요가 있다. 따라서, 반치폭이 좁으면 그에 따라 많은 EB관을 사용할 필요가 있어 러닝 코스트가 높아진다.

이에 대해, 반치폭이 넓으면, EB관의 배치간격을 넓게 하는 즉, 소정 면적에 대한 EB관의 개수를 적게 할 수 있어 러닝 코스트를 낮출 수 있다.

(4) 실험결과3: 피처리물의 두께 방향에서의 전자선 조사 범위의 균일도

폴리이미드박이 없는 알루미늄판과, 폴리이미드박으로 덮은 알루미늄판을 사용하여, 상기 거리 h에 대한 반치폭을 조사했다. 그 결과를 도5에 도시한다. 도5에서, 횡축은 상기 거리 h〔mm〕, 종축은 상기한 반치폭〔mm〕으로, 상기와 같이 1개의 EB관(3)을 사용하고, 상기 EB관(3)에 50kV의 전압을 인가하여(전류 200㎂), 5mm각의 알루미늄판을 사용한 경우를 나타낸 것이다. 또한, 폴리이미드박의 두께는 7.5㎛t이다.

도5에 있어서, ①은 질소분위기하·폴리이미드박이 없을 때의 반치폭, ②는 질소 분위기하·폴리이미드박이 있을 때의 반치폭이다.

①, ②를 비교하면, 거리 h = 20mm까지는 폴리이미드박의 유무에 있어서 반치폭이 일치한다. 그러나, 거리 h = 20mm 이상이 되면, ②는 ①보다 작게 되어, ②는 h = 40mm에서 반치폭이 거의 0으로 된다.

즉, 질소 분위기에 있어서는, 피조사물의 상면과 하면에서 전자선이 조사되는 범위가 다르게 된다. 특히 거리 h = 40mm가 되면, 피조사물의 상면에는 전자선이 조사되어 처리되지만, 하면에는 전자선이 도달하지 않아 처리를 할 수 없게 된다.

또한, ③은 헬륨 분위기하에서 폴리이미드박이 없을 때의 반치폭, ④는 헬륨 분위기하에서 폴리이미드박이 있을 때의 반치폭이다.

③과 ④를 비교하면, 거리 h = 40mm까지는 폴리이미드박의 유무에 관계없이 반치폭이 일치한다.

즉, 질소 분위기의 경우에 비해 거리 h가 커지더라도 피조사물의 두께 방향에 관해 균일한 전자선 조사범위를 얻을 수 있게 된다. 또한, 도5에서 명백한 바와같이, 헬륨 분위기하이면, 폴리이미드박이 있는 경우, 거리 h를 크게 해도 반치폭이 0이 되는 일은 없다. 이것은 헬륨 분위기하이면, 피조사물의 하면이 처리되지 않는 (전자선이 도달하지 않는) 일은 없다는 것을 의미한다.

폴리이미드박이 있는 경우와 없는 경우에 반치폭이 일치하는 거리 h가 긴쪽이 EB관과 피조사물의 조사면과의 거리를 길게 할 수 있다. 따라서, 워크를 배치하는 스페이스를 확보할 수 있어 유리해 진다. 또한, 같은 거리 h에서는 보다 두꺼운(보다 높은 전자 에너지에 상당한다) 피조사물을 두께 방향에 균일하게 처리할 수 있다.

(5) 정리

이상의 실험에서 처리실(5)의 분위기를 질소(=공기)로 바꾸고, 헬륨, 헬륨과 질소의 50% 혼합 기체, 네온으로 함으로써, EB관으로부터 조사되는 전자선이 도달하는 거리가 길고, 또한, 조사범위가 넓어지는 것이 확인되었다.

이것은 공기의 밀도가 약 l.28g/l, 질소의 밀도가 1.25g/l인데 대해, 헬륨은 밀도= 0.179g/l, 헬륨과 질소의 50% 혼합 기체는 밀도= 약 0.71g/l, 네온은 밀도= 0.90g/l이고, 전자선이 통과하는 분위기(기체)의 밀도가 낮아지므로, 전자선이 분위기 분자와 충돌할 확률이 작게 되어, 전자선이 도달하는 거리 및 범위가 커지는 것으로 생각된다.

또한, 전자선이 분위기 분자와 충돌할 확률이 작아지므로, EB관과 피처리물의 거리가 길어져도, 전자선의 에너지가 큰 상태로 유지된다. 따라서, 폴리이미드박과 같은 에너지 장벽이 있어도, 통과할 수 있는 전자선이 많아진다고 생각된다.

또한, 이상에서 처리실(5)내의 기체를 질소로 한 경우, 헬륨, 헬륨과 질소를 50%의 비율로 혼합한 혼합 기체, 네온으로 한 경우에 관해 나타냈는데, 네온과 질소 등을 혼합한 혼합 기체나, 기타, 공기보다 낮은 밀도의 기체인 수소, 메탄, 혹은 이들과 질소 등의 혼합 기체라도 동일한 효과가 얻어지는 것으로 생각된다.

이상 설명한 바와같이, 본 발명에서는 이하의 효과를 얻을 수 있다.

(1) 전자선을 피조사물에 조사할 때의 처리실을 공기(또는 질소)보다 밀도가 낮은 헬륨이나 네온 등의 기체 분위기로 함으로써, EB관으로부터 조사되는 전자선이 도달하는 거리를 길고, 또한, 도달하는 범위(=반치폭)를 넓게할 수 있다.

따라서, EB관의 창을 냉각하는 수단을 EB관과 피조사물의 사이에 구비해도, 피조사물과의 거리를 충분히 크게 할 수 있어, 워크가 두껍거나, 입체물인 경우라도 처리가 가능하다.

(2) 전자선이 도달하는 범위를 넓게할 수 있다. 이때문에, 넓은 면적에 균일한 전자선을 조사하기 위해 다수의 EB관을 배치하는 경우, EB관의 개수를 줄일 수 있다. 따라서, EB관이 항상 보증수명내에 있도록 보전해 두는 수고가 줄어, 러닝 코스트를 저감화할 수 있다.

(3) 어느 피처리물에 대해, EB관과 피처리물의 거리가 길어져도, 피조사물의 상면에 있어서 전자선이 조사되는 범위와, 하면에서 전자선이 조사되는 범위를 같게할 수 있다. 이때문에, EB관과 피처리물의 스페이스를 충분히 취할 수 있음과 동시에, 같은 거리이면, 두꺼운 피조사물이라도 두께 방향으로 균일한 처리가 가능해진다.

Claims (1)

1. 창을 구비한 진공관형의 전자선관에 의해 피조사물에 전자선을 조사하고, 피조사물을 처리하는 전자선 조사방법에 있어서,

   공기보다 낮은 밀도의 기체의 분위기에서 피조사물에 전자선을 조사하는 것을 특징으로 하는 전자선 조사 처리방법.