KR0127145B1 - 기판 위에 감광성 내식막 조성물을 피복하는 방법 - Google Patents

기판 위에 감광성 내식막 조성물을 피복하는 방법

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Abstract

본 발명은 (a) 용매중 감광성 내식막 고형분을 포함하는 감광성 내식막 액체 조성물(여기에서, 감광성 내식막 조성물중 고형분 함량은 약 10 내지 약 22중량%이다)을 형성시키는 단계; (b) 감광성 내식막 액체 조성물의 미세 분무 소적을 형성시키는 단계; (c) 미세 분무 소적을 중력에 의해 기판에 장착시켜, 기판 표면상에 감광성 내식막 피막을 형성시키는 단계; 및 (d) 피복된 기판을 소정의 스핀 속도 및 소정의 시간 동안 스핀시켜 감광성 내식막 피막중의 거의 모든 용매를 제거하고 기판상에 감광성 내식막 고형분의 균일한 두께의 필름을 형성시키는 단계들을 특징으로 하여, 스판상에 감광성 내식막 고형분의 균일한 두께의 필름을 피복하는 방법에 관한 것이다.

Description

기판위에 감광성 내식막 조성물을 피복하는 방법
본 발명은 기판(substrate) 위에 감광성 내식막 조성물(photoresist composition)을 피복하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 바람직하게는 초음파 분무기 노즐(ultrasonic atomizer nozzle)을 사용하여 감광성 내식막 조성물의 미세 소적(atomized droplet)을 분무시켜 기판(예:규소 웨이퍼) 위에 적용시킨 다음 피복된 기판을 스피닝(spinning)함으로써 감광성 내식막 고형분의 균일한 두께의 피막(film)을 형성시키는 방법에 관한 것이다.
감광성 내식막 조성물은 기판에 침지 피복, 로울러 피복, 가압 분무 피복 및 스핀 피복(spin coating)과 같은 다양한 통상적인 기술을 사용하여 적용해 왔다. 기판이 반도체 장치 제조용 웨이퍼(wafer)일 때, 바람직한 방법은 스핀 피복법이다.
선행기술의 방법에 의하면, 웅덩이가 생성되지 않도록 하거나 서서히 스피닝시키면서 감광성 내식막 조성물을 웨이퍼 위에 분배시킨다. 분배 단계후, 웨이퍼를 고속으로 스피닝시키고 스피닝 운동에 의해 야기되는 원심력에 의해 내식막이 웨이퍼 표면에 분배된다. 대부분의 분배된 내식막은 웨이퍼의 가장자리에 쌓여 웨이퍼 아래의 컵에서 회수된다. 감광성 내식막 고형분(즉, 원래의 감광성 내식막 조성물중의 대부분의 용매가 제거된 광활성 중합체 물질)의 균일한 두께의 피막이 웨이퍼의 표면에 남는다. 이후에, 웨이퍼를 추가의 공정을 위해 스피닝 쳐크(spinning chuck)로부터 제거한다.
웨이퍼의 통상적인 스핀 피복의 매개변수는 문헌[참조:K. Skidmore, Applying Photoresist for Optimal Coatings, Semiconductor International, February 1988, p 56-62]에 상세히 기술되어 있다.
기판위에 감광성 내식막 조성물을 스핀 피복할 때 발생하는 한가지 주요한 문제는 분배된 감광성 내식막 물질 대부분이 웨이퍼 위에 잔류하지 않는다는 점이다. 이는 과량의 감광성 내식막 물질을 낭비시키거나 이물질을 재형성시키고 재순환시킨다. 어느 경우나 모두 감광성 내식막 물질 적용시에 드는 전체 비용을 크게 증가시킨다.
별도로, 초음파 분무 노즐을 사용하여 물질의 미세 소적을 기판 위에 적용하는 기술이 공지되어 있다.
초음파 분무 노즐은 소노-테크 코포레이션[참조:미합중국 뉴욕 파우킵시(Poughkeepsie) 소재, Sono-Tek Corporation]에 의해 제조된다. 이들 초음파 노즐은 미합중국 특허 제4,153,201호, 제4,301,968호, 제4,337,896호, 제4,352,459호, 제4,541,564호, 제4,642,581호 및 제4,723,708호에 기술되어 있으며, 이들 모두는 소노-테크 코포레이션에 양도되었다.
이와 같은 초음파 분무 노즐은 기판 위에 여러가지 물질을 피복하는데 사용되어 왔다. 예를 들면, 이와 같은 노즐은 스핀 피복된 감광성 내식막 층 위에 젤라틴 층을 적용시켜 후속적인 에칭(etching), 이온 주입 공정(ion implantation) 동안 발생하는 열에 의한 변형이나 분해에 대해서 감광성 내식막 층을 안정화시키는데 사용되고 있다[참조:1989년 2월 21일자로 낸시 씨. 라비안카(Nancy C. Labianca)에게 허여되고 맥더미드 인코포레이티드(MacDermid Inc.)에 양도된 미합중국 특허 제4,806,455호].
그러나, 감광성 내식막 피복물을 적용시키는데 있어서 초음파 분무 노즐만을 사용하는 선행 기술의 시도에서는 균일한 두께의 필름을 생성시킬 수 없었기 때문에 만족스럽지 않았다.
따라서, 감광성 내식막 적용 기술분야에 있어서, 웨이퍼당 분배되는 감광성 내식막의 많은 용적을 감소시키기 위해 현재의 스핀 피복 적용기술을 향상시키는 것이 필요하다. 미세 분무법과 스핀 피복법을 병용하는 본 발명은 현재 스핀 피복 공정에서 일반적으로 겪고 있는 분배된 감광성 내식막의 대부분의 낭비없이, 균일한 두께의 적합한 감광성 내식막 고형분 피막을 제조하면서, 분배된 감광성 내식막 용적을 적어도 5배 내지 10배로 감소시킬 수 있는 것으로 밝혀졌다.
따라서, 본 발명은 용매중의 감광성 내식막 고형분을 포함하는 감광성 내식막 액체 조성물을 형성시키는 단계(a)(여기서, 감광성 내식막 액체 조성물 중의 고형분은 약 10 내지 약 22중량%의 범위이다), 감광성 내식막 액체 조성물의 미세 분무 소적을 형성시키는 단계(b), 미세 분무 소적을 기판 표면에 중력에 의해 침강(settling)시킴으로써 기판 표면에 감광성 내식막 피막을 형성시키는 단계(c) 및 피복된 기판을 소정의 스핀 속도로 소정의 시간 동안 스피닝함으로써 감광성 내식막 피막 중의 거의 모든 용매를 제거하여 기판위에 감광성 내식막 고형분의 균일한 두께의 피막을 형성시키는 단계(d)를 특징으로 하여, 기판 위에 감광성 내식막 고형분의 균일한 두께의 피막을 피복하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법에서 제1단계는 특정량의 고형분을 함유하는 액체 감광성 내식막 제형을 형성시키는 것이다. 일반적으로, 통상적인 스핀 피복 방법에서 사용되는 감광성 내식막 조성물은 본 발명의 방법에 사용하기에는 너무 많은 고형분을 함유한다. 따라서, 감광성 내식막 조성물의 총량을 기준으로 하여, 조작가능한 고형분 함량이 약 10 내지 약 22중량%의 범위에 이를 때까지 추가의 용매로 희석시켜야 한다. 이러한 희석은 통상적인 감광성 내식막 물질에 통상적인 감광성 내식막 희석물질(예:모든 용매 제품)을 첨가함으로써 수행할 수 있다. 바람직하게는, 고형분 함량은 전체 감광성 내식막 제형 중량의 약 12 내지 약 20중량%, 가장 바람직하게는 약 15 내지 약 19중량%이다.
이어서, 고형분 함량이 조절된 감광성 내식막 제형을 바람직하게는 평균 직경이 100μ 미만인, 미세 분무 또는 안개형 소적으로 형성시킨다. 이 과정은 바람직하게는 감광성 내식막 액체 조성물을 초음파 노즐에 통과시킴으로써 수행한다. 고형분 함량이 조절된 감광성 내식막 조성물을 분무할 수 있는 초음파 노즐은 어느 것이나 사용가능하다.
이어서, 감광성 내식막 물질의 미세 분무 소적을 기판 표면에 적하시킨다. 기판은 일반적으로 감광성 내식막 피막을 적용시킬 수 있는 통상적인 기판이라면 어느 것이나 사용할 수 있고, 웨이퍼 형태가 바람직하며, 가장 바람직한 것은 규소 웨이퍼이다. 웨이퍼와 같은 통상적인 반도체 기판에 감광성 내식막 피막을 적용하는 시간은 약 2 내지 6초이다.
이러한 분산 단계 또는 피복 단계 동안 기판을 정지(즉, 스피닝하지 않음) 또는 스피닝시킬 수 있다. 4in 규소 웨이퍼를 피복하기 위해서는 정적 분산 단계(static dispersion step)를 사용하는 것이 바람직하다. 대형 규소 웨이퍼의 경우, 전체 웨이퍼 위에 두께가 균일한 피막을 수득하기 위해서는 동적 피복법(분산시키는 동안 스피닝시킴)이 바람직할 수 있다. 이와 같은 상황에서, 분산 동안의 스피닝 속도는 약 500 내지 2000rpm인 것이 바람직하다.
기판은 감광성 내식막 미세 분무 소적으로 피복시킨 후, 피복된 기판을 통상적인 스핀 피복 장치에서 스피닝한다. 이러한 스핀 속도 및 스핀 시간을 목적하는 최적의 감광성 내식막 두께 및 두께의 균일성을 수득하기 위하여 미리 결정할 수 있다. 일반적으로, 스핀 속도는 약 500 내지 약 6000rpm으로 사용하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 약 1000 내지 약 5000rpm이다. 많은 반도체 웨이퍼에 대해 결정된 스핀 시간은 약 20 내지 60초이다(예를 들면, 4in 규소 웨이퍼에 대한 스핀 시간은 약 30 내지 40초이고 6in 규소 웨이퍼에 대한 스핀 시간은 50 내지 60초이다).
스핀 피복에 관한 많은 기술이 당해 분야에 공지되어 있으며 어떠한 적절한 기술도 본원에서 사용될 수 있다.
스핀 피복을 완료한 후, 균일한 두께의 목적하는 감광성 내식막 피막을 지닌 기판은 반도체 및 관련 분야의 통상적인 방법에 따라 추가로 가공시킨다.
기판 위의 감광성 내식막 피막은 약 0.5 내지 약 1.5μ의 균일한 두께의 피막인 것이 바람직하다. 본 명세서 및 특허청구의 범위에서 사용된 균일한 두께의 피막이란 용어는 피막 두께의 표준편차가 약 200Å 미만인 피막 또는 필름을 의미한다.
다음 실시예는 본 발명을 추가로 설명한다. 달리 명확하게 제시하지 않는한, 모든 부 및 %는 중량부 및 중량%이다.
HPR-204 포지티브 감광성 내식막과 LSI 희석제를 혼합하여 표 1에 나타낸 다양한 감광성 내식막 액체 조성물을 제조한다. 두 제품 모두는 미합중국 뉴저지주 웨스트 패터슨(West Paterson) 소재의 올린 헌트 스페셜티 프로덕츠 인코포레이티드(Olin Hunt Speciality Products Inc.)에서 시판한다. HPR-204는 혼합된 메타- 및 파라-크레졸 노볼락 결합제 수지, 트리하이드록시 벤조페논 감광제의 나프토퀴논-1,2-디아지드-5-설폰산 트리에스테르, 및 에틸 셀로솔브 아세테이트 85중량%, 부틸 아세테이트 8.6중량%, 크실렌 5.2중량% 및 에틸벤젠 1.2중량%로 구성된 용매 혼합물로 이루어진다. HPR-204의 고형분 함량은 약 26±2중량%이다. LSI 희석제는 HPR-204에서 사용된 것과 동일한 용매 혼합물로 이루어진 용매 혼합물이다. 용적비가 1:1인 HPR-204와 LSI 희석제와의 혼합물의 고형분 함량은 약 13±2중량%이고, 용적비가 2:1인 HPR-204와 LSI 희석제와의 혼합물의 고형분 함량은 약 17±2중량%이며, 용적비가 3:1인 HPR-204와 LSI 희석제와의 혼합물의 고형분 함량은 약 20±2중량%이며, 용적비가 4:1인 HPR-204와 LSI 희석제와의 혼합물의 고형분 함량은 22±2중량%이다. 각각의 실험에서 이들 감광성 내식막 조성물 중의 하나를 소노-테크 8700 시리즈 마이크로스프레이 초음파 분무기 노즐(Sono-Tek 8700 Series Microspray Ultrasonic atomizer nozzle; 미합중국 뉴욕 파우킵시 소재의 소노-테크 코포레이션에서 제조)을 통하여 중력에 의해 공급한다. 내식막 공급이 노즐 속으로 개시되기 전에 노즐에 대한 초음파 동력을 작동시킨다.
각각의 실험에서 내식막 조성물의 유량은 약 10 내지 20ml/min이다. 내식막 유체의 중력 및 수압은 노즐을 통한 내식막의 유동에 대한 유일한 힘이다. 내식막 조성물을 노즐로 이동시키는데 있어 펌프는 사용하지 않는다. 따라서, 노즐을 통해 내식막 조성물을 밀어내기 위한 외부 펌핑 압력은 적용하지 않는다.
각각의 실험에서, 스피너 쳐크(spinner chuck)에 장착된 정지 상태의 4in 규소 웨이퍼로부터 약 2 내지 3in 위에 노즐을 위치시킨다. 각각의 시험에서, 내식막 액체를 노즐을 통해 3초간 분무한다. 이어서, 내식막 공급 라인을 폐쇄하고 초음파 노즐에 가한 동력을 제거한다. 각각의 시험에서 가해지는 동력은 감광성 내식막의 고형분 함량에 따라 2 내지 3와트(w)이다.
3초 동안의 분배단계 후 즉시, 규소 웨이퍼를 표 1에 나타낸 스핀 속도 중의 하나로 35초 동안 스피닝한다. 이러한 스피닝 단계 동안에는 배출시키지 않는다.
각각의 실험에서, 액체 감광성 내식막 조성물이 단지 0.5 내지 0.7cm3가 소모되는데, 이것은 통상적인 스핀 피복 기술을 사용한 4in 규소 웨이퍼당 일반적으로 소모되는 내식막 물질 1.5 내지 4cm3와 비교된다.
표 1은 스피닝 단계후의 측정한 감광성 내식막 고형분의 평균 필름 두께(Å)를 나타낸다. 10,000Å은 1μ에 해당한다. 괄호 안의 수치는 스펙트라맵 5M 200 피막 두께 맵핑 시스템 제품[Spectramap 5M 200 film thickness mapping System product; 캘리포니아 산타 클라라(Santa Clara) 소재의 프로메트릭스 코포레이션(Prometrix Corporation)에서 제조]을 사용하여 측정한 표준편차이다.
[표 1]
감광성 내식막 고형분 피막 두께 및 이들의 표준편차
HPR-204 대 LSI 희석제의 용적비
*:피막이 형성되나 노즐 동력 단위를 가동시키는데 있어서의 어려움 때문에 균일성은 매우 불량하다.
**:본 발명의 방법에 따라 제조 불가능함.

Claims (18)

  1. 용매 중의 감광성 내식막 고형분을 포함하는 감광성 내식막 액체 조성물(여기서, 감광성 내식막 액체 조성물중의 고형분 함량은 10 내지 22중량%이다)을 형성시키는 단계(a), 감광성 내식막 액체 조성물의 미세 분무 소적을 형성시키는 단계(b), 미세 분무 소적을 중력에 의해 기판 표면에 침강시킴으로써 기판 표면에 감광성 내식막 피막을 형성시키는 단계(c) 및 피복된 기판을 소정의 스핀 속도에서 소정의 시간 동안 스피닝(spinning)시켜 감광성 내식막 피막 중의 거의 모든 용매를 제거하고 기판 위에 감광성 내식막 고형분의 균일한 두께의 피막을 형성시키는 단계(d)를 특징으로 하여, 기판 위에 감광성 내식막 고형분의 균일한 두께의 피막을 피복하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 감광성 내식막 미세 분무 소적이 단계(b)에서 초음파 분무 노즐을 사용함으로써 형성됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 감광성 내식막 액체 조성물이 중력에 의해 초음파 분무 노즐로 공급됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 감광성 내식막 액체 조성물이 피복되는 기판당 10 내지 20ml/min의 속도로 2 내지 6초 동안 초음파 분무 노즐내로 공급됨을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 감광성 내식막 조성물의 고형분 함량이 12 내지 20중량%임을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 감광성 내식막 조성물의 고형분 함량이 15 내지 19중량%임을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 기판이 규소 웨이퍼임을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 피복 단계(c)가 기판을 스피닝시키면서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 피복 단계(c)가 500 내지 2,000rpm의 스핀 속도로 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 스피닝 단계(d)가 1000 내지 6000rpm의 스핀 속도로 20 내지 60초 동안 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 감광성 내식막 고형분의 균일한 두께의 피막의 두께가 0.5 내지 1.5μ임을 특징으로 하는 방법.
  12. 용매 중의 감광성 내식막 고형분을 포함하는 감광성 내식막 액체 조성물(여기서, 감광성 내식막 액체 조성물중의 고형분 함량은 12 내지 20중량%이다)을 형성시키는 단계(a), 감광성 내식막 액체 조성물을 중력에 의해 10 내지 20ml/min의 속도로 초음파 분무 노즐에 공급하는 단계(b), 감광성 내식막 액체 조성물을 초음파 분무 노즐을 통과시킴으로써, 감광성 내식막 액체 조성물의 미세 분무 소적을 형성시키는 단계(c), 미세 분무 소적을 기판 위에 기판당 2 내지 6초의 침강시간으로 침강시킴으로써 기판 위에 감광성 내식막 피막을 형성시키는 단계(d) 및 피복된 기판을 1000 내지 6000rpm의 소정의 스핀 속도에서 20 내지 60초의 소정의 스핀 시간 동안 스피닝시킴으로써 기판 위에 감광성 내식막 고형분의 균일한 두께의 피막을 형성시키는 단계(e)를 특징으로 하여, 기판 위에 감광성 내식막 고형분의 균일한 두께의 피막 피복하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 감광성 내식막 조성물의 고형분 함량이 15 내지 19중량%임을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 기판이 규소 웨이퍼임을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 피복 단계(d)가 기판을 스피닝시키면서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 피복 단계(d)가 500 내지 2,000rpm의 스핀 속도로 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 스피닝 단계(e)가 1500 내지 5000rpm의 스핀 속도로 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 감광성 내식막 고형분의 균일한 두께의 피막의 두께가 0.5 내지 1.5μ임을 특징으로 하는 방법.
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