DE3612692A1

DE3612692A1 - Negativfotolack-entwicklungsgeraet

Info

Publication number: DE3612692A1
Application number: DE19863612692
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Suzuki; Teruhiko Itami Hyogo Yamazaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1985-06-05
Filing date: 1986-04-15
Publication date: 1986-12-11
Also published as: JPS61279858A; JPH0574816B2; DE3612692C2; US4688918A

Description

Negativfotolack-Entwicklungsgerät

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft ein Negativfotolack-Entwicklungsgerät, insbesondere ein Entwicklungsgerät, welches bei der Entwicklung eines Negativfotolacks in einem fotolithografischen Verfahren für die Fertigung von Halbleiterbauelementen Verwendung findet.

\yj Im allgemeinen wird ein Fotolack verwendet zur teilweisen Ätzung eines Halbleiters oder eines Oxidfilmes. Entwicklungsgeräte zur Entwicklung von belichteten Fotolackfilmen sind Stand der Technik. Zum Beispiel offenbart die Japanisehe Offenlegungsschrift Nr. 52132/1982 ein Halbleiterfertigungsgerät, in welchem eine CPU die Anzahl der Drehungen eines belichtete Halbleiter-Wafer aufnehmenden Rotationskopfes und die Flußrate eines an den Halbleiter-Wafer gelieferten Entwicklers steuert, so daß die Entwicklung korrekt und kurz nach der Belichtung eines Fotolackfilmes an dem Halbleiter-Wafer durchgeführt werden kann.

Fig. 1 erläutert ein Beispiel eines herkömmlicherweise benutzten, ein Sprühsystem verwendenden Negativfotolack-Entwicklungsgerätes.

Das herkömmliche Negativfotolack-Entwicklungsgerät der Fig. 1 weist einen Entwicklertank 1, einen Wässerlösungstank 2, ein Entwicklerzuleitungsrohr 3, ein Wässerlösungszuleitungsrohr 4, eine Entwicklerpumpe 5, eine Wässerlösungspumpe 6, eine Entwicklerdüse 7, eine Wässerlösungsdüse 8, einen Motor 9 und einen Probentisch 10 auf. Auf den Probentisch 10 wird

eine einen durch eine spezielle Schablone im voraus belichteten Negativfotolackfilm tragende Probe 11 gelegt. Ein Entwickler wird durch eine Entwicklerpumpe 5 aus einem Entwicklertank 1 hochgesaugt und durch eine Entwicklerdüse 7 auf die Probe 11 gesprüht. Das Versprühen des Entwicklers dauert eine bestimmte Zeit, während der der Motor 9 im allgemeinen läuft, um die Probe 11 zu rotieren, damit der Entwickler gleichmäßig verteilt wird. Nach Ablauf eines Teils des bestimmten Zeitraumes wird eine Wässerlösung durch eine Wässerlösungspumpe 6 aus dem Wässerlösungstank 2 hochgesaugt und durch eine Düse 8 auf die Probe 11 gesprüht. Auch während dieser Zeit rotiert die Probe 11.

Fig. 2 ist ein Diagramm, welches den zeitlichen Verlauf der Änderung der Flußraten des Entwicklers und der Wässerlösung, welche durch ein herkömmliches, in Fig. 1 gezeigtes Negativfotolack-Entwicklungsgerät an einen Fotolack geliefert werden, zeigt.

Wie in Fig. 2 gezeigt, löst sich in einem Entwicklungsschritt (a) der Fotolack in den nicht belichteten Bereichen der Probe 11, in denen keine Kettenvernetzung verläuft, vollständig im Entwickler auf. Andererseits dringt der Entwickler auch in die belichteten Gebiete ein, in denen Kettenvernetzung entsteht, und abhängig von dem Zustand der Kettenvernetzung lösen sich auch diese Fotolackgebiete ein wenig auf. Hinzu kommt, daß die belichteten Fotolackgebiete den Entwickler absorbieren und deren Volumen beträchtlich anwächst. In einem in Fig. 2 gezeigten Entwicklungsschritt (c) werden die angeschwollenen Fotolackgebiete durch die Wässerlösung zusammengezogen. Die Volumenänderung durch dieses Zusammenziehen wird durch die Energie der Ultraviolettstrahlung, der Röntgenstrahlung oder des Elektronenstrahls, welche auf den Fotolackfilm angewendet werden, festgelegt.

Wie erwähnt, schwillt in einem Entwicklungsprozeß eines herkömmlichen Negativfotolackfilmes der Fotolackfilm durch den auf ihn gesprühten Entwickler beträchtlich an und zieht sich dann durch die in der Folge auf ihn gesprühte Wässerlösung zusammen. Die Fotolackgebiete, in denen Kettenvernetzung vorangetrieben wird, unterliegen wegen des abrupten Zusammenziehens einer Belastung. Als Folge dieser Belastung weist das nach dem Entwicklungsprozeß gewonnene Muster eine geringere Genauigkeit auf, und folglich ist es schwierig, mit herkömmlichen Geräten feine Muster zu bilden.

Weiterhin wird zur Verminderung der durch die abrupte Änderung vom Anschwellen zum Zusammenziehen entstehende Belastung ein in Fig. 2 gezeigter Schritt (b) angewendet, so daß der Entwickler und die Wässerlösung gleichzeitig gesprüht werden können. Ein solcher Schritt hat jedoch auf die Verminderung der Belastung wenig Einfluß, und es ist daher weiterhin sehr schwierig, feine Muster zu bilden.

Schließlich kann zur Lösung des oben beschriebenen Problems eine Methode zur kontinuierlichen Änderung der Flußraten des Entwicklers und der Wässerlösung in dem Entwicklungsprozeß in Betracht gezogen werden. In einem herkömmlichen Negativfotolack-Entwicklungsgerät sind jedoch die Flußraten des Entwicklers und der Wässerlösung festgelegt durch die Kapazitäten der Entwicklerpumpe 5, der Wässerlösungspumpe 6 und die Durchmesser der Düsen 7 und 8, was zur Folge hat, daß die Flußraten nicht geändert werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Entwicklungsgerät der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, das eine Funktion aufweist, welche während der Zeit zwischen Beginn und Ende der ein Sprühsystem verwendenden Entwicklung des Negativfotolacks frei und kontinuierlich das Mischungsverhältnis zweier Lösungen, eines Entwicklers und einer Wässerlösung, ändert.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Negativfotolack-Entwicklungsgerät der eingangs beschriebenen Art, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die an eine Sprühvorrichtung zu liefernden entsprechenden Flußraten eines Entwicklers und einer Wässerlösung durch einen Sollwertgeber vorgegeben werden, um während eines Zeitraums zwischen Beginn und Ende der Entwicklung kontinuierlich geändert zu werden. Dann werden auf der Basis der von der Flußratenermittlungsvorrichtung ermittelten Flußratendaten des Entwicklers und der Wässerlösung und der von dem Sollwertgeber vorgegebenen Flußratendaten durch eine Steuervorrichtung die Flußratensteuerventile gesteuert, so daß die Flußrate des Entwicklers und die der Wässerlösung mit den entsprechenden vorgegebenen Werten übereinstimmen.

Gemäß der Erfindung wird die Flußrate des Entwicklers und die Flußrate der Wässerlösung zur Übereinstimmung gebracht mit den entsprechenden vorgegebenen Werten, damit sie kontinuierlich geändert werden können; das Ergebnis ist, daß die Volumina der belichteten Gebiete der Proben sich nicht beträchtlich ändern.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 die Erläuterung eines herkömmlichen Negativfotolack-Entwicklungsgerätes ;

Fig. 2 ein Diagramm der Flußrate eines Entwicklers und

die einer Wässerlösung, welche mittels eines herkömmlichen Negativfotolack-Entwicklungsgerätes an den Fotolack geliefert werden;

Fig. 3 eine Erläuterung eines Negativfotolack-Entwicklungsgerätes gemäß einer Ausführung der Erfindung;

Fig. 4 ein Blockschaltbild, das die elektrische Struktur der in Fig. 3 gezeigten Steuereinheit darstellt;

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erklärung des Betriebes der in Fig. 3 gezeigten Steuereinheit; und

Fig. 6 ein Diagramm, welches den zeitlichen Verlauf der

Änderungen der Flußraten eines Entwicklers und einer Wässerlösung, welche durch das in Fig. 3 gezeigte Negativfotolack-Entwicklungsgerät an den Fotolack geliefert werden, darstellt.

Aus Fig. 3 erkennt man, daß ein Negativfotolack-Entwicklungsgerät einen Entwicklertank 1, einen Wässerlösungstank 2, ein Entwicklerzuleitungsrohr 3, ein Wässerlösungszuleitungsrohr 4, eine Leitung 16, eine Sprühvorrichtung 17, eine Entwicklerpumpe 5, eine Wässerlösungspumpe 6, ein Entwicklerflußratensteuerventil 12, ein Wässerlösungsflußratensteuerventil 13, ein Entwicklerflußratenmeßgerät 14, ein Wässerlösungsflußratenmeßgerät 15, eine Steuervorrichtung 18, einen Motor 9 und einen Probentisch 10 aufweist. Auf dem Probentisch 10 ist eine Probe 11 angeordnet. Ein in dem Entwicklertank 1 enthaltener Entwickler dient zur Entwicklung der Probe 11. Eine in dem Wässerlösungstank 2 enthaltene Wässerlösung dient dazu, den Entwickler abzuwaschen und die Probe 11 zu reinigen. Das Entwicklerzuleitungsrohr 3 leitet den Entwickler an die Leitung 16. Das Wässerlösungszuleitungsrohr 4 leitet die Wässerlösung an die Leitung 16. Der Entwickler und die Wässerlösung werden in der Leitung 16 gemischt. Die Sprühvorrichtung 17 sprüht die in der Leitung gemischte Flüssigkeit auf die Probe 11.

Die Entwicklerpumpe 5 saugt den Entwickler aus dem Entwicklertank 1 auf und treibt ihn zur Sprühvorrichtung 17. Die Wässerlösungspumpe 6 saugt die Wässerlösung aus dem Wässerlösungstank 2 auf und treibt sie zur Sprühvorrichtung 17.

Das Entwicklerflußratensteuerventil 12 steuert die Flußrate des an die Sprühvorrichtung 17 gelieferten Entwicklers. Das Wässerlösungsflußratensteuerventil 13 steuert die Flußrate der an die Sprühvorrichtung 17 gelieferten Wässerlösung. Das Entwicklerflußratenmeßgerät 14 ermittelt die Flußrate des Entwicklers. Das Wässerlösungsflußratenmeßgerät 15 ermittelt die Flußrate der Wässerlösung.

Das Entwicklerflußratensteuerventil 12, das Wässerlösungsflußratensteuerventil 13, das Entwicklerflußratenmeßgerät 14 und das Wässerlösungsflußratenmeßgerät 15, die eben beschrieben wurden, sind elektrisch mit der Steuervorrichtung 18 verbunden. Die Steuervorrichtung 18 umfaßt einen Sollwertgeber zum Vorgeben der Flußraten des Entwicklers und der Wässerlösung und eine Steuervorrichtung zur Erzeugung eines Steuerbefehlsignales zur Steuerung des Öffnens und Schliessens des Entwicklerflußratensteuerventiles 12 und des Wässerlösungsf lußratensteuerventiles 13. Der Motor 9 dreht den Probentisch 10.

Wie in Fig. 4 gezeigt, umfaßt die Steuervorrichtung 18 eine CPU 19. Mit der CPU 19 ist ein Speicher 20, eine Tastatur 21 und eine Schnittstelle 22 verbunden.

Die CPU 19 berechnet auf der Basis des Datensatzes von der Tastatur 21 gemäß dem Zeitverlauf die entsprechenden Flußraten des Entwicklers und der Wässerlösung und erzeugt ein Steuerbefehlsignal zur Steuerung des Öffnens und Schließens des Entwicklerflußratensteuerventiles 12 und des Wässerlösungsf lußratensteuerventiles 13, so daß die Flußraten des Entwicklers und der Wässerlösung während eines Zeitraums zwischen Beginn und Ende der Entwicklung mit den berechneten Flußraten übereinstimmen.

Der Speicher 20 speichert nicht nur die gegebenen Daten und die durch die Tastatur 21 eingegebenen Daten, sondern auch ein Betriebsprogramm der CPU 19, das auf dem in Fig. 5 gezeigten Flußdiagramm basiert.

Die Tastatur 21 wird benutzt zur Vorauseingabe der Flußraten des Entwicklers und der Wässerlösung. Ein Eingabeverhältnis des Entwicklers und der Wässerlösung ist am Beginn der Entwicklung zum Beispiel 3 : 1 und am Ende der Entwicklung zum Beispiel 1:3.

Die Schnittstelle 22 dient zum Austausch von Daten zwischen der CPU 19 und dem oben beschrieben Entwicklerflußratensteuerventil 12, dem Wässerlösungsflußratensteuerventil 13, dem Entwicklerflußratenmeßgerät 14 und dem Wässerlösungsflußratenmeßgerät 15.

Nun wird unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 6 der Betrieb eines Negativfotolack-Entwicklungsgerätes gemäß einer Ausführung der Erfindung beschrieben.

Die Bedienungsperson benutzt vor Beginn der Entwicklung des Negativfotolacks die Tastatur 21, um im voraus das Verhältnis des Entwicklers und der Wässerlösung bei Beginn des Entwicklungsbetriebs und das Verhältnis an dessen Ende einzugeben. Wenn die Bedienungsperson den Start der Entwicklung einleitet, so saugt die Entwicklerpumpe 5 den Entwickler aus dem Entwicklertank 1 und läßt den Entwickler durch das Entwicklerflußratensteuerventil 12 und das Entwicklerflußratenmeßger&t 14 zu der Sprühvorrichtung 17 fließen. Zu diesem Zeitpunkt ermittelt das Entwicklerflußratenmeßgerät 14 die Flußrate und liefert die Flußratendaten an die Steuervorrichtung 18. Genauso saugt die Wässerlösungspumpe 6 die Wässerlb'sung aus dem Wässerlösungstank 2 und laß die Wässerlösung dureh das Wässerlösungsflußratensteuerventil 13 und das

Wässerlösungsflußratenmeßgerät 15 zu der Sprühvorrichtung 17 fließen. Das Wässerlösungsflußratenmeßgerät 15 ermittelt die Flußrate der Wässerlösung und liefert die Flußratendaten an die Steuervorrichtung 18. Die «Entwicklerflußratendaten und die Wässerlösungsflußratendaten werden über die Schnittstelle 22 an die CPU 19 geliefert.

Die CPU 19 berechnet auf der Basis der vorgegebenen Verhältnisdaten, welche das Verhältnis des Entwicklers und der Wässerlösung bei Beginn der Entwicklung und das Verhältnis an deren Ende anzeigen, die entsprechenden Flußraten, die benötigt werden, wenn die Flußraten von dem Entwicklerflußratenmeßgerät 14 und dem Wässerlösungsflußratenmeßgerät 15 ermittelt werden. Dann bestimmt die CPU 19, ob die durch die entsprechenden Flußratenmeßgeräte ermittelten Flußraten mit den entsprechenden berechneten Flußraten übereinstimmen.

Wenn diese Daten übereinstimmen, so wartet die CPU 19, bis neue Flußdaten geliefert werden. Wenn die Daten nicht übereinstimmen, so liefert die CPU 19 an die Schnittstelle 22 ein Steuerbefehlsignal zur Steuerung des Öffnens und Schließens der entsprechenden Flußratensteuerventile 12 und 13 gemäß des Unterschiedes in den Flußratendaten. Das Steuerbefehlsignal wird über die Schnittstelle 22 an das Flußratensteuerventil oder an Ventile, durch die die Flußrate geändert wird, geliefert, und infolgedessen öffnet und schließt das Flußratensteuerventil auf der Basis des Befehlssignales.

Die CPU 19 wiederholt den oben beschriebenen Betrieb immer dann, wenn sie mit Flußratendaten von dem Entwicklerflußratenmeßgerät 14 und dem Wässerlösungsflußratenmeßgerät 15 beaufschlagt wird.

Inzwischen können das Entwicklerflußratenmeßgerät 14 und das Wässerlösungsflußratenmeßgerät 15 so angepaßt sein, daß sie

die Flußraten kontinuierlich ermitteln, um die ermittelten Flußratendaten an die Steuervorrichtung 18 zu liefern; oder sie können so angepaßt sein, daß sie die Flußraten in festgelegten Zeitintervallen ermitteln und die ermittelten Flußratendaten jeweils dann, wenn die Daten ermittelt sind, an die Steuervorrichtung 18 liefern.

Der Entwickler und die Wässerlösung werden in der Leitung 16 "gemischt, und die gemischte Lösung wird von der Sprühvorrichtung 17 auf die Probe 11 gesprüht. Zu diesem Zeitpunkt wird die Probe 11 durch den Motor 9 gedreht. Das Verhältnis des Entwicklers und der Wässerlösung wird mit fortlaufender Zeit geändert, so daß das vorgegebene Verhältnis am Ende der Entwicklung erreicht wird. Wie in Fig. 6 gezeigt, wird das Verhältnis der Entwicklerflußrate und der Wässerlösungsflußrate kontinuierlich geändert, wenn der Entwicklungsvorgang abläuft, zum Beispiel von 3 : 1 am Beginn der Entwicklung auf 1 : 3 an deren Ende.

Folglich ermöglicht die Erfindung die Anwendung eines solchen Entwicklungsverfahrens mit dem Ergebnis, daß die durch eine abrupte Änderung zwischen Anschwellen und Zusammenziehen des Fotolacks verursachte Beanspruchung abgeschwächt werden kann und es so möglich wird, feine Muster zu bilden.

Beispielsweise betrug in einem herkömmlichen Entwicklungsgerät die kleinste Musterbreite, die für den Fall eines verbleibenden Filmes, welcher nach der Entwicklung eine Breite von 1 μιτι aufwies, gebildet wurde, 1,5 μΐη. Im Gegensatz dazu ist es mit einem Negativfotolack-Entwicklungsgerät gemäß der Erfindung möglich, eine Musterbreite von 0,6 μπι zu bilden, indem kontinuierlich das Verhältnis der Mischung des Entwicklers und der Wässerlösung geändert wird.

Für die in der oben beschriebenen Ausführung benutzte Probe v/ird ein Silizium-Wafer bis zu einer Dicke von 1,2 μπι mit MES-X (hergestellt von Japan Synthetic Rubber Co.) überzogen und der Überzug teilweise weichen Röntgenstrahlen ausgesetzt. Als Entwickler wird Methyläthylketon, als Wässerlösung wird Isopropylalkohol benutzt.

Obwohl in der oben beschriebenen Ausführung der Entwickler und die Wässerlösung von der gleichen Sprühvorrichtung 17 versprüht werden, kann der Entwickler und die Wässerlösung auch von verschiedenen Sprühvorrichtungen versprüht werden.

Weiterhin können, obwohl in der oben beschriebenen Ausführung ein zwei Lösungen, den Entwickler und die Wässerlösung, benutzendes Entwicklungsgerät beschrieben wurde, drei oder mehr Arten von Lösungen benutzt werden. In einem solchen Fall ist es lediglich notwendig, die Anzahl der Flußratensteuermechanismen wie etwa die Flußratensteuerventile und die Flußratenmeßgeräte entsprechend der Anzahl der Arten von Lösungen zu erhöhen. Folglich können die gleichen Effekte wie die oben beschriebenen erhalten werden, falls drei oder mehr Arten von Lösungen verwendet werden.

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Claims

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. LUTZ H. PRÜFER · D-8OOO MÜNCHEN 9O FO 101-3750 P/A/so Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha, Tokyo/Japan Negativfotolack-Entwicklungsgerät PATENTANSPRÜCHE

1. Ein Negativfotolack-Entwicklungsgerät zum Entwickeln eines Negativfotolacks (11) durch Besprühen mindestens mit einem Entwickler und einer Wässerlösung mittels einer Sprühvorrichtung (17),
dadurch gekennzeichnet, daß

- ein Sollwertgeber (18) vorgesehen ist, welcher im Voraus die entsprechenden Flußraten des Entwicklers und der Wässerlösung, welche mindestens zu Beginn und am Ende der Entwicklung an die Sprühvorrichtung (17) geliefert werden, einstellt,

eine Flußratenermittlungsvorrichtung (14, 15) vorgesehen ist, welche die entsprechenden Flußraten des Entwicklers

PATENTANWALT DIPU-PHYS. LUTZ H. PRÜFER ■ D-8000 MÜNCHEN 90 ■ HARTHAUSER STR. 25d · TEL. (O 89) 640 640

und der Wässerlösung, welche an die Sprühvorrichtung geliefert werden, ermittelt,

- Flußratensteuerventile (12, 13) vorgesehen sind, welche die entsprechenden Flußraten des Entwicklers und der Wässerlösung, welche an die Sprühvorrichtung geliefert werden, erhöhen oder erniedrigen, und daß

- eine Steuervorrichtung (18) vorgesehen ist, welche auf der Basis der von der Flußratenermittlungsvorrichtung (14, 15) ermittelten Flußratendaten und der von dem SoIlwertgeber (18) vorgegebenen Flußratendaten die Flußratensteuerventile (12, 13) steuert, so daß die entsprechenden Flußraten des Entwicklers und der Wässerlösung mit den entsprechenden vorgegebenen Flußraten übereinstimmen.

2. Ein Negativfotolack-Entwicklungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Sollwertgeber (18) die entsprechenden Flußraten des Entwicklers und der Wässerlösung für den Beginn und für das Ende der Entwicklung vorgibt, so daß während der Entwicklung die Flußrate des Entwicklers kontinuierlich erniedrigt und die Flußrate der Wässerlösung kontinuierlich erhöht werden kann.

3. Ein Negativfotolack-Entwicklungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

in dem Sollwertgeber (18) eine Rechenvorrichtung (19) vorgesehen ist, welche auf der Basis der von dem Sollwertgeber (18) für den Beginn und das Ende der Entwicklung vorgegebenen Flußraten des Entwicklers und der Wässerlösung in dem Zeitraum zwischen Beginn und Ende der Entwicklung in vorbestimmten Zeitpunkten die Flußraten des Entwicklers und der Wässerlösung berechnet j und daß

- die Steuervorrichtung (18) die entsprechenden Flußratensteuerventile (12, 13) steuert auf der Basis der von der Flußratenermittlungsvorrichtung (14, 15) ermittelten

Flußratendaten und der von der Rechenvorrichtung (19) errechneten Flußratendaten, so daß die entsprechenden Flußraten des Entwicklers und der Wässerlösung mit den entsprechenden errechneten Flußraten übereinstimmen.