KR100246964B1 - 반도체 스피너장비 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 반도체 스피너장비는, 웨이퍼를 거치하여 회전시키는회전판으로 이루어지는 진공회전척과, 상기 진공회전척을구동시키는 구동모터가 구비되는 반도체 스피너장비에 있어서,적외선을 방사하기 위한 적외선발생기와, 상기 진공회전척의 외측으로 소정 거리 이격되어 있는 적어도 하나의 지점으로 상기 적외선이 방사되는 경로를 유도하는 광케이블을 구비함과 동시에 상기 진공회전척으로부터 소정 거리 이격되게 설치되고, 입력신호에 따라 가변되게 가열시키는 비접촉가변 열공급원, 상기 진공회전척의 중심으로부터 소정 거리 이격되게 설치되며, 상기 열공급원에 의해 가열된 적어도 한 지점의 온도를 감지하고, 상기 온도에 대한 신호를 제공하는 온도센서 및 상기 온도센서로부터 제공되는 신호를 공급받아 미리 설정된 적정 온도범위를 유지하도록 상기 열공급원을 제어하는 온도레귤레이터가 구비되어서,웨이퍼에 포토레지스트를 도포할 때 두께 균일성의 문제를 완화시키고 그에 따른 불량발생을 억제할 수 있다는 이점이 있다.
Description
본 발명은 반도체 스피너장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 패턴 형성을 위해 웨이퍼에 포토레지스트를 도포할 때 웨이퍼의 온도조절을 통해 도포되는 포토레지스트의 두께의 균일성을 향상시킬 수 있는 반도체 스피너장비에 관한 것이다.
반도체장치의 제조과정에서 빈번하게 이루어지는 포토리소그래피 공정은 특정 물질층에 원하는 패턴을 형성하기 위해 사용된다. 반도체장치는 고도로 정밀한 구성을가지며,따라서 그 제조공정은 정밀한 가공기술을 요한다.이러한 정밀한 가공에서 중대한 비중을 차지하는 것이 포토리소그래피 공정이다.
포토리소그래피 공정은 사진의 필름과 유사한 역할을 하는 포토레지스트의 광화학 반응을 이용하는 것이다. 반도체장치의 정밀한 패턴형성을 위해서 포토레지스트에는 여러 가지 조건들이 요구되고 있다.
한편, 반도체장치 제조과정에서 정확한 패턴형성을 위해서는 포토레지스트 자체의 특성뿐만 아니라 포토리소그래피 공정을 수행하는 노광장비나 웨이퍼에 포토레지스트를 도포하는 스피너장비의 특성과 공정조건도 적합하게 유지되어야 한다. 즉, 이들 포토레지스트, 공정장비, 공정조건 등의 여러 가지 요인이 함께 작용하여 정확한 패턴을 형성할 수 있는 포토리소그래피 공정이 이루어진다.
포토리스그래피 공정에서는 시작단계로 웨이퍼에 포토레지스트를 도포하게 된다. 포토레지스트의 도포는 대개 스피너라는 장비에서 이루어진다. 스피너는 명칭과 같이 웨이퍼를 회전시키게 된다. 스피너장비에서는 대개 진공척으로 된 회전판에 웨이퍼가 수평으로 놓이고, 회전이 이루어지면서 위쪽에서 졸(Sol) 상태의 포토레지스트가 웨이퍼 중앙부에 일정량 공급된다.
공급된포토레지스트는웨이퍼의 회전에 따른 원심력의 작용으로 웨이퍼 전면에 넓게 퍼지게 된다.
스피너장비의 운용에서 가장 중심이 되는 문제는 웨이퍼 전면에 걸쳐 규정된 두께로 포토레지스트를 균일하게 도포하는 것이다. 포토레지스트 도포 두께가 너무 얇거나 두껍게 되면 포토레지스트의 종류에 따라 노광시 노광패턴의 주변부까지 광화학 반응이 이루어지거나 반대로 패턴부에 반응이 충분히 이루어지지 않아 예정된 영역보다 넓거나 좁은 영역이 현상단계에서 남게 된다. 결국 예정된 선폭보다 굵거나 얇은 또는 일부가 지워진 패턴을 얻게 되고 반도체장치의 기능불량이 야기된다.
그리고 웨이퍼 전면에 도포된 포토레지스트의 균일성이 떨어지면 이후의 공정에서 공정조건의 기준을 잡기 어렵다. 그리고 기준을 임의로 정한 경우에도 기준에서 벗어나게 되는 일부 칩에서는 불량이 발생된다.
도1은 종래의 스피너장비의 구성을 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
중앙에는 구동모터(11)와 회전축(12)으로 연결된 회전판(13)이 있다. 회전판(13)은 진공척으로이루어지며,그 위로 웨이퍼(10)가 놓이게 된다. 웨이퍼(10)는 중앙부만 회전판(13)에 놓여 지지되고 있다. 놓여지는 웨이퍼(10)의 상측방으로는 바울(Bowl : 14) 혹은 어퍼컵(Upper Cup)이 설치되어 있고, 하측방으로 로워컵(Lower Cup : 15)이 설치되어 공정중에 세정수나 포토레지스트가 외부로 튀는 것을 방지하는 역할을 한다. 회전판(13)하부에서 측방으로 이너컵(Inner Cup : 16)이 설치되어 회전판(13) 하부의 구동모터(11)나 기타 부속이 포토레지스트 등으로 오염되는 것을 막고 있다. 공정중에 웨이퍼(10)에 공급되는 세정수나 포토레지스트의 여분은 이너컵(16), 바울(14), 로워컵(15)에 유도되어 로워컵 하방으로 설치된 배수구(17)로 배수된다.
도2는 종래의 스피너에서 포토레지스트로 도포된 웨이퍼의 측단면의 일 예를 나타내는 도면이다.
스피너장비에서 웨이퍼(20) 상부 중앙에 공급되는 포토레지스트는 휘발성 용제를 포함하는 졸 상태이므로 웨이퍼 상에서 원심력에 의해 넓게 퍼져 웨이퍼를 덮게 되는 동시에 표면장력을 가지므로 웨이퍼 주변단부에 몰려 두껍게 분포하게 된다. 그리고 시간의 경과에 따라 용제가 날아가면 도2와 같이 웨이퍼(20)주변부가 두꺼운 상태로 반고체(半固體)포토레지스트 도포막(21)이 형성된다.
따라서, 웨이퍼(20)내에서의 중앙부 칩과 주변부 칩 사이의 가공 균일성이 저하되고 이에 따른 불량이 생길 가능성이 증가한다. 특히 반도체장치의 소자 고집적화 경향에 따라 포토리소그래피 공정도 보다 정밀하게 이루어질 것이 요구되고, 반도체 웨이퍼의 대구경화가 진행되어 웨이퍼 내의 가공 균일성이 요구되는 상황에서 이러한 현상은 더 큰 문제점으로 작용할 수 있다.
도3은 종래의 스피너에서 모터의 사용에 의해 회전축이 가열된 상태에서 포토레지스트로 도포된 웨이퍼(30)의 측단면의 일 예를 나타내는 도면이다.
포토레지스트는 졸 상태의 유동체이며 온도에 따라 유동성이 많은 영향을 받는다. 일반적으로 사용되는 포토레지스트의 경우, 웨이퍼(30)에 1000Å 두께의 도포막(31)을 형성할 때 온도 1℃의 차이에 대해 100Å 정도의 두께 차이가 난다. 특히, 온도가 높아지면 용제가 빠른 속도로 휘발되므로 유동성은 떨어지고 포토레지스트 도포막(31)의 두께는두꺼워지는양상을 보인다.
스피너장비에서 웨이퍼가 계속 공급되면서 포토레지스트의 도포가 연속적으로 이루어질 때,구동모터에서는열이 발생되고 이 열은 회전축 등에 의해서 회전판과 웨이퍼로 전달된다. 전달된 열에 의해 웨이퍼(30)중앙부의 포토레지스트의 온도는 부분적으로상승하며,이는 도3과 같이 웨이퍼(30)중앙부에 도포되는 포토레지스트의 두께를 증가시키는 결과를 가져온다. 이때 온도의 상승은 초기 구동시의 온도인 21℃ 내지 22℃에서 25℃ 내지 26℃까지 이루어지므로 포토레지스트의 두께 변화는 400Å 정도가 된다. 이러한 수치는 공정에서의 오차의 관리한도인 상하 50Å를 넘어서는 수치이며 공정상빈번한 불량이예상되는 값이다.
도4는 구동모터를 냉각시키는 모터 플랜지가 갖추어진 종래의 스피너장비의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
구동모터(11)에서 발생된 열을 모터 상부에 설치된 모터 플랜지(41)에 냉각수를 화살표방향으로 순환시켜제거한다. 일부 열이 회전축(12)을 통해 회전판(13)에전달되나,온도의 상승은 많이 완화되어 웨이퍼 중앙부의 포토레지스트 도포막 두께의 증가는 많이 완화된 모습을 가지게 된다.
그러나 이러한 형태로 포토레지스트가 도포되는 경우에도 여전히 회전축에 의해 열이 전달되는 중앙부와 웨이퍼 주변단부에 포토레지스트가 상대적으로 두껍게 도포되어 웨이퍼 내에서의 균일성이떨어지고,구동모터의 온도가 올라가기 전과 온도가 올라간 후의 처리된 웨이퍼들 사이의 도포두께의 차이가 발생되는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은, 포토레지스트의 특성과 스피너를 이용하는 도포방식의 특성에서 오는 포토레지스트 도포시의 두께 균일성의 문제를 완화시킬 수 있는 반도체 스피너장비를 제공하는 데 있다.
도1은 종래의 스피너장비의 구성을 개략적으로 나타낸 측단면도이다.
도2는 종래의 스피너에서 포토레지스트로 도포된 웨이퍼의 측단면의 일 예를 나타내는 도면이다.
도3은 종래의 스피너에서 모터의 사용에 의해 회전축이 가열된 상태에서 포토레지스트로 도포된 웨이퍼의 측단면의 일 예를 나타내는 도면이다.
도4는 구동모터를 냉각시키는 모터 플랜지가 갖추어진 종래의 스피너장비의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10, 20, 30 : 웨이퍼 11 : 구동모터
12 : 회전축 13,113: 회전판
14 : 바울(Bowl) 15 : 로워컵(Lower Cup)
16 : 이너컵(Inner Cup) 17 : 배수구
21, 31 : 도포막 41 : 모터 플랜지
51 : 적외선 발생기 52 :광케이블
53 : 비접촉 온도계 54, 55 : 변환기
56 : 콘트롤러 57 : 전원
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 스피너장비는, 웨이퍼를 거치하여 회전시키는회전판으로 이루어지는 진공회전척과, 상기 진공회전척을구동시키는 구동모터가 구비되는 반도체 스피너장비에 있어서,적외선을 방사하기 위한 적외선발생기와, 상기 진공회전척의 외측으로 소정 거리 이격되어 있는 적어도 하나의 지점으로 상기 적외선이 방사되는 경로를 유도하는 광케이블을 구비함과 동시에 상기 진공회전척으로부터 소정 거리 이격되게 설치되고, 입력신호에 따라 가변되게 가열시키는 비접촉가변 열공급원, 상기 진공회전척의 중심으로부터 소정 거리 이격되게 설치되며, 상기 열공급원에 의해 가열된 적어도 한 지점의 온도를 감지하고, 상기 온도에 대한 신호를 제공하는 온도센서 및 상기 온도센서로부터 제공되는 신호를 공급받아 미리 설정된 적정 온도범위를 유지하도록 상기 열공급원을 제어하는 온도레귤레이터가 구비되는 것을특징으로 한다.
본 발명에서적정 온도범위는포토레지스트의 종류 및 공정에 따라 달라질 수 있으나 상온 또는 상기 웨이퍼상에 공급되는 포토레지스트의 온도보다 0℃ 내지 3℃가 높을 수도 있다.
그리고 회전판의 온도를 조절하기 위한 포인트는 임의로 다수 개를 선정할 수 있으나 열은 웨이퍼를 통해 전도가 이루어지므로 3 내지 4 개소로도 많은 효과를 거둘 수 있을 것이다. 또한, 일반적인 스피너에서 회전판의 반경은 웨이퍼 반경의 반 이하이므로 본 발명에서는 회전판의 반경을 웨이퍼와 비슷한 크기로 하는 것이 웨이퍼의 온도조절을 통해 포토레지스트의 도포두께를 조절하는 데 유리하다.단,웨이퍼 주변단부는 두께가 두꺼운 부분이므로 열로 두께를 키울 필요가 없으므로, 또한 포토레지스트가 묻는 것을 방지하기 위해, 웨이퍼 중앙에서 플랫존까지의 거리보다는 작게 하는 것이 좋을 것이다.
종래의 회전축을 통한 구동모터의 열전달은 시간에 따른 변이가 있으므로 회전판 내의 열조절 포인트에서의 인위적인 전열에 비해 작은 양이 되도록 한다. 열을 전달하는 방법으로 웨이퍼 뒷면을 직접 가열하는 방법도 고려될 수 있으나 웨이퍼의 열적 손상을 피하기 위해 회전판을 통한 간접적인 방법이 더 바람직하다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도5는 본 발명에 따른 반도체 스피너장비로서, 온도조절장치로 적외선 발생기(51)와 비접촉 온도계(53)를 이용한 실시예이다.
도5에 따르면, 종래의 스피너장비에 온도조절장치로 가열장치와 온도감지장치가 더 구비된다. 가열장치에는 적외선 발생기(51)가 구비되고 적외선 발생기(51)에서 발생된 적외선을 유도하여 회전판 특정부를 가열할 수 있도록광케이블(52)이 설치되어 있다. 적외선 발생기(51)에 공급되는전력을 조절하여 회전판 특정부의 온도를 조절할 수 있다. 온도감지장치인 비접촉 온도계(53)는 회전판의 특정 부분에서 발생되는 열파를 감지하여 이를 전류로 바꾸는 형식의 것을 사용할 수 있다.
적외선 발생기(51)와 비접촉 온도계(53)를 주로 하여 이루어진 온도조절장치를 회전판(113)과 접촉되지 않도록 하는 이유는, 포토레지스트가 도포되는 동안회전판(113)이회전되므로회전판(113)특정부위에 공정적인 전선이나 통신선을 연결하기 어렵고, 접촉식으로 할 경우에도마찰로 인해온도가 상승하거나 파티클이 발생하는 등의 부작용이 나타날 수 있기 때문이다.
또한, 본 실시예에서 적외선 발생기(51)와 비접촉 온도계(53)는 변환기(54, 55)를 통해 동일한 콘트롤러(56)와 연결되어 있다. 따라서비접촉 온도계(53)의 측정값 신호가 변환기(55)와 송신선을 거쳐 콘트롤러(56)로 입력되고 변환되어 입력된 신호에 따라 콘트롤러(56)는 적외선 발생기(51)의 전원(57)의 전력을 조절하는 피이드백(Feed Back)이 이루어지게 구성되어 있다.
도면상으로 적외선 발생기(51)에서 하나의 광케이블(52)만이 설치되어있으나,여러 개의 광케이블이 회전판(113)하부의 일정 반경을 갖는 위치에 원하는 온도 분포를 갖도록 배열될 수 있다. 온도조절장치가 없는 경우 모터 플랜지가 설치된 상태에서 웨이퍼(10)에 도포된 포토레지스트의 두께는 주변단부가 두껍게 될 것이므로 이를 보상하기 위해서는 중앙부에서 주변부로 가면서 조금씩 온도가 낮아져 상온에 이르도록 하면 된다. 한편, 열유량을 고려하면 중앙부는 적외선이 집중된 상태이고 주변부로 갈수록 원주가 길어지므로광케이블(52)하나가 더 넓은 면적의 온도를 변화시켜야 하므로 오히려 주변부쪽에더 많은전력을공급하도록 함이 바람직하다.
본 발명의 실시예로서 위와 같은 적외선 발생기(51)와 광케이블(52)을 이용하는 외에 다른 전자기파를 사용하거나 회전판(113)에 미세한 저항선을 설치하고 배치밀도를 조절하여 회전판(113)을 가열하는 방법을 사용할 수도 있을 것이다. 그리고 저항선을 사용하는 경우 대개 전원은 회전판(113)이나회전축(12)에브러쉬를 설치하는 접촉방식으로 연결될수 있을것이다.
따라서, 본 발명에 의하면 웨이퍼에 포토레지스트를 도포할 때 두께 균일성의 문제를완화시키고,그에 따른 불량발생을 억제할 수 있다는 이점이 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
Claims (10)
- (정정)웨이퍼를 거치하여 회전시키는회전판으로 이루어지는 진공회전척과, 상기 진공회전척을구동시키는 구동모터가 구비되는 반도체 스피너장비에 있어서,적외선을 방사하기 위한 적외선발생기와, 상기 진공회전척의 외측으로 소정거리 이격되어 있는 적어도 하나의 지점으로 상기 적외선이 방사되는 경로를 유도하는 광케이블을 구비함과 동시에 상기 진공회전척으로부터 소정 거리 이격되게 설치되고, 입력신호에 따라 가변되게 가열시키는 비접촉가변 열공급원;상기 진공회전척의 중심으로부터 소정 거리 이격되게 설치되며, 상기 열공급원에 의해 가열된 적어도 한 지점의 온도를 감지하고 상기 온도에 대한 신호를 제공하는 온도센서; 및상기 온도센서로부터 제공되는 신호를 공급받아 미리 설정된 적정 온도범위를 유지하도록 상기 열공급원을 제어하는 온도레귤레이터;가 구비되는 것을특징으로 하는 반도체 스피너장비.
- (정정)제 1 항에 있어서,상기적정 온도범위는상기 웨이퍼상에 공급되는 포토레지스트의 온도보다 0℃ 내지 3℃가 높은 것을 특징으로 하는 상기 반도체 스피너장비.
- 제 1 항에 있어서,상기 회전판의 반경은 놓여지는 웨이퍼 반경의 반보다 크고 웨이퍼 중앙에서 플랫존까지의 거리보다는 작게 하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체 스피너장비.
- (정정)제 3 항에 있어서,상기 회전판의하측에는 상기 진공회전척의 특정 지점의온도를 조절하기 위한다수의 온도센서가 더 구비되며, 상기 온도센서는 상기 온도레귤레이터에 연결되는 것을특징으로 하는 상기 반도체 스피너장비.
- 제 1 항에 있어서,상기 구동모터의 회전축을 통해 상기 구동모터의 열이 전달되는 것을 줄이기 위한 모터 냉각장치가 더 구비된 것을 특징으로 하는 상기 반도체 스피너장비.
- (삭제)
- (삭제)
- (정정)제 1 항에 있어서,상기 온도센서는 상기 회전판으로부터 소정 거리 이격된 공간을 갖는 비접촉식 온도계를 구비하는 것을특징으로 하는 상기 반도체 스피너장비.
- (삭제)
- (삭제)
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