KR100257282B1 - 도포액 도포방법 - Google Patents

Abstract

도포액의 이용효율을 향상시킴과 동시에, 도포액 공급뒤의 고속회전시간을 조정함으로써, 대구경의 기판이더라도 막두께 균일성을 양호히 유지하면서도 막두께 조정 가능한 범위를 넓히기 위하여 공급회전수(R3)로서 저속회전시킨 상태로 t_s시점에서 도포액의 공급을 개시하여, 공급된 도포액이 공급회전수(R3)에 의해서 넓어져 기판의 표면전체를 덮기 전에 목표 회전수(R4)로 올라가 목표 회전수(R4)에 도달한 시점 t₃로부터 토출계속시간(T_HO)이 지난 t_E시점에서 도포액의 공급을 정지하여, 피막 형성 회전수(R5)로 회전시켜 도포피막을 형성하고, 목표 회전수(R4)에 의한 공회전시간(T_H)을 조정하여 도포피막의 막두께를 조정한다.

Description

도포액 도포방법

제1도는 본 발명 방법을 적용한 회전식 기판 도포장치의 개략구성을 나타내는 도면.

제2도는 포토 레지스트액 도포방법(다이나믹 법)의 일례를 나타내는 시간 챠트.

제3도는 포토 레지스트액의 거동을 나타내는 모식도.

제4도는 공회전시간을 변경한 경우에 얻어지는 막두께 범위의 일례를 나타내는 그래프.

제5도는 공회전시간을 변경한 경우에 얻어지는 막두께 범위의 일례를 나타내는 그래프.

제6도는 포토 레지스트액 도포방법(스태믹법)의 일례를 나타내는 시간 챠트.

제7도는 종래 예에 관한 회전식 기판 도포장치의 요부를 나타내는 도면.

제8도는 종래 예에 관한 도포액 도포방법을 나타내는 시간 챠트.

제9도는 종래 예에 관한 도포액 도포방법의 설명을 제공하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

W : 기판 10 : 흡인식 스핀척

12 : 모터 13 : 비산 방지컵

30 : 토출 노즐 50 : 제어부

51 : 메모리 R5 : 회전수(공급 회전수)

R4 : 회전수(목표 회전수) R5 : 회전수(피막 형성 회전수)

Ta,Ta′ : 회전수 절환 개시시간 T_b: 회전수절환시간

T_HO: 토출계속시간 T_H: 공회전시간

R_a: 코어 R_b: 갈기

[발명이 속하는 기술분야]

본 발명은, 반도체 웨이퍼, 포토 마스크용의 유리기판, 액정 표시장치용의 유리기판, 광 디스크용의 기판 등(이하, 단지 기판이라 칭한다)에 대하여, SOG(Spin On Glass, 실리카계 피막 형성재라고도 불림)액, 포토 레지스트액, 폴리이미드 수지 등의 도포액을 도포하는 도포액 도포방법에 관한 것이며, 특히 기판의 표면에 도포액을 공급하고 소망 막두께의 도포피막을 형성하는 기술에 관한 것이다.

[종래의 기술]

종래의 이 종류의 도포액 도포방법에 관해서 제7도를 참조하여 설명한다.

제7도는 회전식 기판 도포장치의 요부를 나타내는 도면이다. 이 장치는, 기판(W)을 거의 수평자세로 흡착지지하여 회전시키는 흡인식 스핀척(10)과, 그것의 거의 회전중심의 상방에, 도포액인 포토 레지스트액(R)을 기판(W)의 표면에 공급하기 위한 토출노즐(30)을 갖추고 있다.

상기한 바와 같이 구성된 장치를 이용하는 종래 예에 관한 포토 레지스트액 도포방법에서는, 예컨대, 제8도의 시간 챠트에 도시한 바와 같이 회전수 제어를 하여 기판(W)의 표면에 소망 막두께의 포토 레지스트 피막을 형성하도록 되어 있다.

즉, 우선, 흡인식 스핀척(10)을 도시하지 않은 모터에 의해서 회전 구동하여, 기판(W)을 소정의 회전수(R1)(예컨대 900rpm)로 회전시킨다. 그 회전이 안정한 시점 t_s에서, 토출노즐(30)로부터 거의 일정한 유량으로 포토 레지스트액(R)을 토출시키기 시작하여, 기판(W)의 회전중심 부근에 포토 레지스트액(R)을 공급하기를 계속한다. 그리고 포토 레지스트액(R)의 공급 개시시점 t_s로부터 소정시간이 경과한 시점 t_E에서 포토 레지스트액(R)의 공급을 정지한다. 또, 이 공급 정지시점 t_E에서, 포토 레지스트액(R)에 의해 기판(W)의 거의 표면 전체가 덮어지도록 포토 레지스트액(R)의 공급량 등이 설정된다. 그 후, 흡인식 스핀척(10)의 회전수를, 현재의 회전수(R1)보다도 높은 회전수(R2)(예컨대 3,000rpm)로 올려 소정시간 이것을 유지함으로써 기판(W)의 표면에 공급된 잉여의 포토 레지스트액(R)을 뿌리치고, 기판(W)의 표면에 소망하는 막두께의 포토 레지스트 피막을 형성하도록 되어 있다. 포토 레지스트 피막의 막두께를 조정하기 위해서는, 제8도 중에 점선으로 도시한 바와 같이, 주로 회전수(R2)를 낮게 하여 두꺼운 막두께의 피막을 형성하기도 하고 회전수(R2)를 높게 하여 엷은 막두께의 피막을 형성하도록 하고 있다. 또, 이와 같이 기판(W)을 회전시킨 상태로 포토 레지스트액(R)의 공급을 개시하고, 그 상태로 공급을 정지하는 포토 레지스트액의 공급방법을 『다이나믹법』이라고 부르기도 한다.

또한, 전술한 바와 같이 다이나믹법에 의한 공급방법 외에 제8도 중에 괄호에써 나타낸 바와 같이, 기판(W)을 정지시킨 상태의 (t_s)시점에서 포토 레지스트액을 공급개시하고, 기판(W)을 회전시킨 후에 그 공급을 정지하는 포토 레지스트액의 공급방법을 채용하는 경우도 있다. 또, 이와 같은 공급방법은, 기판(W)을 정지시킨 상태로 포토 레지스트액의 공급을 개시하고, 그 상태로 포토 레지스트액의 공급을 정지하는 공급방법(이하, 이것을 스태틱법이라고 부름)과 전술한 다이나믹 법을 서로 조합한 것 같은 공급방법인 점으로부터 본 명세서 중에서는 이 공급방법을 『스태믹법』이라고 부르기로 한다.

[발명이 해결하고자 하는 과제]

그렇지만, 전술하였던 것처럼 종래 예에 관한 포토 레지스트액 도포방법에는 다음과 같은 문제점이 있다. 또, 이하, 『다이나믹법』에 의한 공급방법을 예로 설명하지만 『스태믹법』이더라도 같은 문제점이 있다.

제8도 중 t_s시점에서 포토 레지스트액(R)을 공급개시한 시점에서는, 기판(W)의 중심부근에 공급된 포토 레지스트액(R)이 평면으로 볼 때 거의 원형모양을 유지한 채로, 회전수 R1의 원심력에 의해 동심원 모양으로 그 지름을 확대하여 간다. 그렇지만, 그 후, 기판(W)의 회전중심 부근에 공급된 포토 레지스트액(R)이 반경방향으로 균등하게 넓어지지 않고, 제9도에 나타낸 바와 같이, 기판(W)의 회전중심 부근에 존재하는 포토 레지스트액(R)의 원형모양의 덩어리(R_a)(이하, 이것을 코어 R_a라 한다)로부터 기판(W)의 주연부를 향하여 다수의 가늘고 긴 포토 레지스트액(R)이 흐름(R_b)(이하, 이것을 갈기(R_b)라 한다)이 늘어나기 시작한다.

이와 같은 상태로 계속 끌어낸 포토 레지스트액(R)이 공급되면, 우선 갈기(R_b)가 늘어나 기판(W)의 주연부에 도달한다. 더욱더 포토 레지스트액(R)이 공급되면, 코어(R_a)의 지름이 확대됨과 동시에, 각 갈기(Rb)의 각각의 폭이 확대되어 다수의 갈기(Rh)끼리 사이의 미도포 영역이 포토 레지스트액(R)에 의해 덮어져 가고 드디어는 기판(W)의 표면 전체가 포토 레지스트액(R)에 의해서 덮어진다.

회전수 R1의 과정에서는, 이상과 같은 포토 레지스트액(R)의 거동에 의해 기판(W)의 표면 전체가 덮여지지만, 그때 갈기(R_b)가 기판(W)의 주연부에 도달하면, 그 이후, 기판(W) 상의 포토 레지스트액(R)의 대부분은 갈기(R_b)를 통해서 기판(W)의 주변에 방출·비산하게 된다. 그 때문에, 기판(W)의 표면 전체를 포토 레지스트액(R)을 덮기 위해서는, 갈기(R_b)를 통해서 주위에 비산하는 포토 레지스트액(R)의 양을 미리 예견하여 놓고, 그 몫보다 많게 포토 레지스트액(R)를 공급하지 않으면 안된다. 이것은 포토 레지스트액(R)의 공급량이 적으면 각 갈기(R_b) 간의 미도포 영역이 포토 레지스트액(R)에 의해 메워지지 않기 때문에, 기판(W)의 회전수를 회전수 R2로 바꾸더라도, 막두께의 균일성이 양호한 포토 레지스트 피막을 형성할 수가 없기 때문이다.

이와 같이 종래 예에 관한 포토 레지스트액 도포방법에 의하면, 기판(W) 상에 균일한 막두께의 포토 레지스트 피막을 형성하기 위해서는 다량의 포토 레지스트액(R)를 공급하지 않으면 안되기 때문에, 포토 레지스트액(R)의 이용 효율이 지극히 나쁘다고 하는 문제점이 있다. 포토 레지스트액은, 반도체 디바이스의 제조공정에서 사용되는 현상액이나 린스액 등의 처리액과 비교하여 대단히 비싸기 때문에, 포토 레지스트액의 비산량을 억제하여 포토 레지스트액의 이용 효율을 높이는 것은 반도체 디바이스 등의 제조 코스트를 저감하는 데에 있어서 대단히 중요한 과제이다.

더욱이 최근에는 반도체 디바이스의 제조공정에서 사용되는 반도체 웨이퍼가 대구경화하는 움직임이 있어, 포토 레지스트액의 사용량을 될 수 있는 한 억제하면서도 양호한 막두께 균일성을 가지는 포토 레지스트 피막을 형성한다고 하는 기술적 과제의 달성이 급선무로 되어 있다. 예컨대, 최근에는 8인치(약 200㎜) 지름의 기판보다도 더욱 대구경의 300㎜ 지름의 기판을 채용하고자 하는 움직임이 있지만, 이와 같은 대구경의 기판을 처리하는 경우에는 상기의 문제에 더하여 다음과 같은 문제가 생긴다.

결국 전술한 제8도의 시간 챠트와 같이 회전수를 제어하여 300㎜ 지름 등의 대구경 기판을 처리하면, 그 표면에 형성되는 포토 레지스트 피막의 막두께 균일성이 대폭 저하한다고 하는 문제가 생긴다. 기판(W)을 회전 구동하여 포토 레지스트을 형성하는 때에는, 기판(W)의 지름이 커지기 때문에 주연부의 난류가 현저하게 발생하여, 그 때문에 기판(W)의 중심부에서 주연부에 포토 레지스트액이 넓어져 갈 때 생기는 용매의 불균일한 휘발이 막두께 균일성을 대폭 저하시키는 주된 요인이 된다고 생각되고 있다.

그래서, 난류의 발생을 억제하여 막두께 균일성을 확보하기 위해서는, 기판(W)의 회전수를 작게 하지 않을 수 없다. 예컨대, 상기의 예를 설명하면, 회전수 R1을 종래의 900rpm에서 700rpm으로, 상기의 회전수 R2를 종래의 3,000rpm에서 1,500rpm으로 작게 한다. 이와 같이 회전수(R1, R2)를 작게 하면 난류를 억제할 수 있기 때문에 막두께 균일성을 양호하게 하는 것이 가능한 한편, 당연한 일이지만 회전구동에 의해 뿌리쳐지는 포토 레지스트액의 양이 적어지기 때문에, 형성되는 포토 레지스트 피막의 막두께가 두컵게 되어, 소망 막두께의 포토 레지스트액 피막, 특히 엷은 피막을 형성하는 것이 곤란하게 되어 있다.

그래서, 막두께 균일성을 양호하게 유지하면서 소망하는 막두께의 포토 레지스트액 피막을 얻기 위해서, 소망 막두께에 따라 포토 레지스트액의 점도를 조정하는 것이 제안되어 있다(예컨대, 0.1cp 단위로 조정한다). 요컨대, 저점도의 포토 레지스트액을 공급하는 것으로 막두께가 엷은 피막도 형성할 수 있도록 하는 것이다. 그렇지만, 이와 같은 수법으로 조정가능한 막두께의 범위에는 한도가 있기 때문에, 역시 회전수(R1, R2)의 크기를 변경하여 막두께를 조정할 필요가 있지만, 전술하였듯이 대구경의 기판에는 난류에 기인하는 막두께 불균일의 문제가 있기 때문에, 종래 가능하던 범위내에서 회전수(R1, R2)를 크게 조정할 수가 없으므로 그 결과, 막두께 균일성을 양호히 유지하면서 포토 레지스트 피막의 막두께를 조정가능한 범위로 좁게 해야 한다는 문제가 있다.

또, 제안되고 있는 바와 같이 포토 레지스트액의 점도를 변하게 함에 따라 막두께를 조정하는 수법을 실현하기 위해서는 소망 막두께에 따른 양의 용매를 일정점도의 포토 레지스트액에 혼합하기 위한 용매 혼합 기구가 필요한 문제, 또는 여러 가지의 점도의 포토 레지스트액을 미리 준비해 두고 막두께에 따라 공급하는 포토 레지스트액을 바꾸는 포토 레지스트액 절환기구가 필요하게 되어 어떻든 간에 장치 및 그 제어가 지극히 복잡하다는 등의 문제가 있기 때문에, 대구경 기판을 처리하기 위한 현실적인 방법이라고는 말하기 어렵다.

본 발명은, 이와 같은 사정을 감안한 것으로서, 회전수 제어를 연구함으로써 도포액의 이용 효율을 향상시킴과 동시에, 도포액 공급후의 고속회전 시간을 조정함으로써, 대구경의 기판이더라도 막두께 균일성을 양호히 유지하면서도 막두께 조정 가능한 범위를 넓힐 수 있는 도포액 도포방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명은, 이와 같은 목적을 달성하기 위해서, 다음과 같은 구성을 취한다. 즉, 청구항1에 기재된 도포액 도포방법은, 기판에 도포액을 공급하여 소망 막두께의 도포 피막을 형성하는 도포액 도포방법으로서 (a) 기판을 정지시킨 상태 혹은 공급 회전수로 저속 회전시킨 상태로 상기 기판의 표면 중심 부근에 도포액의 공급을 개시하는 과정과, (b) 공급된 도포액이 공급 회전수에 의해서 넓어져 상기 기판의 표면 전체를 덮기 전에, 상기 기판의 회전수를 공급 회전수보다도 높은 목표 회전수로 올려가는 과정과, (c) 상기 기판에의 도포액의 공급을 정지하는 과정과, (d) 상기 기판을 목표 회전수보다 낮은 피막형성 회전수로 회전시켜 도포피막을 형성하는 과정을 이 순서로 실시하고, 기판을 목표 회전수로 고속회전시키는 시간을 조정하여, 상기 도포피막의 막두께를 조정하도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 청구항2에 기재된 도포액 도포방법은, 청구항1에 기재된 도포액 도포방법에 있어서, 상기 기판을 공급 회전수로 저속회전시킨 상태로 도포액의 공급을 개시하여, 상기 기판의 회전수가 목표 회전수에 도달한 뒤에 도포액의 공급을 정지함과 동시에, 이 공급정지 시점을 기준으로 기판을 목표 회전수로 고속회전시키는 시간을 조정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 청구항3에 기재된 도포액 도포방법은, 청구항1에 기재된 도포액 도포방법에 있어서, 상기 기판을 정지시킨 상태로 도포액의 공급을 개시하여, 상기 기판의 회전수가 목표 회전수에 도달한 뒤에 도포액의 공급을 정지함과 동시에, 이 공급정지시점을 기준으로 목표 회전수로 기판을 고속회전시키는 시간을 조정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

[작용]

청구항1에 기재된 발명의 작용은 다음과 같다.

기판을 정지시킨 상태 혹은 공급 회전수로 저속 회전시킨 상태로 기판의 표면중심 부근에 도포액의 공급을 개시(과정(a))한 뒤, 공급된 도포액은 공급회전수에 의해 확산하여 기판의 중심부에서 주연부를 향하여 넓어져간다. 그 과정에서, 기판의 중심부근에 있는 도포액의 원형모양의 덩어리(코어)로부터 다수의 가늘고 긴 도포액의 흐름(갈기)이 발생하여, 기판의 주연부를 향하여 늘어나기 시작한다. 이 갈기가 기판의 주연부에 도달하면 이들을 통해서 코어로부터 도포액이 비산하기 때문에 도포액이 낭비되게 된다. 그래서, 도포액이 기판의 표면 전체를 덮기 전에, 기판의 회전수를 저속의 공급 회전수로 부터 고속의 목표 회전수로 올려 가속해간다(과정(b)), 그렇게 하면, 제3도의 모식도에 나타낸 바와 같이, 기판의 중심부근에 있는 코어(R_a)로부터 주연부를 향하여 직선적으로 신장해 가야 하는 갈기(R_b)(도면 중의 2점 쇄선)에 관성력을 줄 수 있다. 따라서, 원심력과 관성력과의 합력에 의하여 갈기(R_b)는 원방향으로 구부러지는 것 같이 그 폭이 확대됨과 동시에, 원심력에 의해서 그 선단부가 주연부를 향하여 신장하여 코어(R_a)의 지름도 확대한다(도면 중의 점선). 따라서, 각 갈기(R_b) 사이의 미도포 영역이 급속히 좁아져, 도포액이 기판의 표면 전체를 덮기까지의 피복소요시간을 단축할 수가 있어, 각 갈기(R_b)를 통해서 비산하는 도포액의 양을 적게 할 수 있다.

상기한 바와 같이 공급 회전수로부터 고속의 목표 회전수로 기판의 회전수를 올리기 시작한 뒤 도포액의 공급을 정지하고(과정(c)), 기판을 피막형성 회전수로 소정시간 회전 시키는 것에 의해 기판의 표면전체에 넓게 칠하여진 도포액을 건조시켜 도포피막을 형성한다(과정(d)). 그 과정에서, 목표 회전수에 의해 기판을 고속회전 시키기를 계속하면 잠시 막두께 불균일의 요인인 난류가 생기기 시작하지만, 그 시점에서는 이미 기판의 거의 표면전체에 도포액이 넓게 칠하여져 있기 때문에, 기판의 중심부근에서 주연부를 향하여 넓어져가는 도포액은 난류에 의한 영향을 거의 받는 일이 없고, 그것에 포함되어 있는 용매가 기판의 면내에서 거의 균일하게 휘발한다.

따라서, 도포액은 기판의 거의 표면전체에 걸쳐 균일하게 넓게 칠하여져 간다. 게다가 계속해서 기판을 목표 회전수로 고속회전시켜 그 표면전체에 도포액을 완전히 넓게 칠함과 동시에 잉여 도포액을 뿌리친다. 이때 목표 회전수를 조정할 필요없이 목표 회전수에 의한 회전구동 시간을 조정하면 뿌리쳐지는 도포액의 양을 조정할 수가 없기 때문에, 기판의 표면전체를 덮고있는 도포액의 두께를 조정할 수가 있다.

또한, 청구항2에 기재된 발명에 의하면, 공급회전수로 기판을 회전시키면서 도포액의 공급을 개시하여, 기판의 회전수가 목표 회전수에 도달한 뒤에 도포액의 공급을 정지하는 도포액의 공급방법(다이나믹 법)이더라도, 비산하는 도포액의 양을 적게 할 수 있음과 동시에, 난류의 영향을 받지 않고 도포액을 기판의 표면전체에 넓게 칠할 수 있다. 또한, 도포액의 공급정지 시점을 기준하여 목표 회전수로 고속회전시키는 시간을 조정함에 의해 기판의 표면전체를 덮고있는 도포액의 두께를 조정할 수가 있다.

또한, 청구항3에 기재된 발명에 의하면, 기판을 정지시킨 상태로 도포액의 공급을 개시하여, 기판의 회전수가 목표 회전수에 달한 뒤에 도포액의 공급을 정지하는 도포액의 공급방법(스태믹법)이더라도, 비산하는 도포액의 양을 적게 할 수 있음과 동시에, 난류의 영향을 받지 않게 도포액을 기판의 표면전체에 넓게 칠할 수 있다. 또한, 도포액의 공급정지 시점을 기준으로 하여 기판을 목표 회전수로 고속회전시키는 시간 조정을 함에 의해, 기판의 표면전체를 덮고 있는 도포액의 두께를 조정할 수가 있다.

[발명의 실시의 형태]

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예를 설명한다.

제1도는 본 발명에 관한 도포액 도포방법을 적용한 회전수 기판도포 장치를 나타내는 종단면도이다.

도면 중 부호 10은 흡인식 스핀척이고, 기판(W)을 거의 수평자세로 흡착지지하는 것이다. 이 흡인식 스핀척(10)은, 중공(中空)인 회전축(11)을 통해 모터(12)에 의해서 회전 구동된다. 흡착식 스핀척(10)의 주위에는 도포액인 포토 레지스트액 등의 비산을 방지하기 위한 비산방지컵(13)이 마련되어 있다. 또한, 도시하지 않은 반송수단이 미처리의 기판(W)을 흡착식 스핀척(10)에 재치하기도 하고 흡착식 스핀척(10)으로 부터 처리가 끝난 기판(W)을 받아들일 때는 도시하지 않은 승강수단이 회전축(11)과 비산방지컵(13)을 상대승강시키는 것에 의해 흡착식 스핀척(10)을 비산방지컵(13)의 상방으로 이동시킨다(도면 중의 2점 쇄선).

비산방지컵(13)은 상컵(14)과, 원형정류판(15)과, 하컵(17) 등으로 구성되어 있다. 상컵(14)은, 상부에 개구부(14a)와, 기판(W)의 회전에 의한 포토 레지스트액 등의 물방울을 아래쪽으로 안내하는 경사면(14b)를 갖는다.

원형정류판(15)은, 개구부(14a)에서 유입하여 기판(W)의 주연을 따라 흘러 내리는 기류를 하컵(17)에 정류하여 안내함과 동시에, 상컵(14)의 경사면(14b)에 의하여 아래쪽으로 안내된 포토 레지스트액 등의 물방울의 기류에 실어 하컵(17)에 안내한다.

하컵(17)의 밑바닥부에는 배액구(排液口)(17a)가 설치되어 있다. 이 배액구(17a)는 배액탱크(17b)에 접속되어 있고, 회전시켜 뿌리친 뒤의 포토 레지스트액 등을 회수하도록 되어 있다. 하컵(17)의 밑바받부에는, 다시 컵배기구(17c)가 설치되어 있다. 이 컵배액구(7c)는 배기펌프(17d)에 접속되어 있고, 비산 방지컵(13) 내에 체류하는 안내고먕의 포토 레지스트액 등을 공기에 동시에 흡인하여 배기하도록 되어 있다.

원형정류판(15)의 안쪽에는, 기판(W)의 이면에 회전하여 들어간 포토 레지스트액이나 부착한 분무(mist)를 제거하기 위한 세정액을 기판(W)의 이면을 향하여 토출하기 위한 백 린스노즐(20)이 설치되어 있다. 이 백 린스노즐(20)에는, 관 이음새(18)와 공급배관(18a)을 통해 세정액 공급부(18b)에서 세정액이 공급되게 되어 있다.

게다가, 비산방지컵(13)의 개구부(14a)의 상방이고, 기판(W)의 거의 회전중심의 상방에는, 포토 레지스트액을 토출하는 토출노즐(30)이 마련되어 있다. 또한, 토출노즐(30)에 포토 레지스트액을 소정량만 공급하는 도시하지 않은 도포액 공급수단과, 스핀척(10)과 비산방지컵(13)을 상대 승강하는 도시하지 않은 승강수단과, 모터(12)와는 제어부(50)에 의해서 제어되도록 구성되어 있다. 또, 제어부(50)는, 메모리(51)에 격납되어 후술하는 시간 챠트에 따라 처리 프로그램에 의해서 상기 각부의 제어를 하게 되어있다.

전술한 바와 같은 구성의 회전식 기판 도포장치에 적용된 본 발명 방법에 의한 회전수 제어의 일례를 제2도의 시간 챠트를 참조하여 설명한다. 또, 이하의 시간 챠트에서는 생략하고 있지만 상기 백 린스 노즐(20)로부터 세정액을 토출하여, 기판(W)의 이면에 부착한 포토 레지스트액이나 그 분모를 세정 제거하도록 명령을 부가하여 놓는 것이 바람지하다. 또한, 이 시간 챠트는, 기판(W)을 회전시키면서 포토 레지스트액의 공급을 개시하고, 기판(W)이 회전하고 있는 상태로 그 공급을 정지하는 공급방법(『다이나믹 법』)을 채용한 것이다.

우선, 흡착식 스핀척(10)에 기판(W)을 흡착 지지시키고 제어부(50)가 모터(12)를 회전구동하여, t₁시점에서 기판(W)의 회전수가 회전수 R3에 도달하도록 제어한다. 또, 이 회전수(R3)는 본 발명의 공급회전수에 상당하는 것이고, 예컨대, 1,500rpm이다. 이 회전수(R3)에 의한 회전이 안정된 시점 t_s에서 토출노즐(30)로부터 포토 레지스트액을 일정 유량으로 공급 개시 한다. 이렇게 하여 공급되기 시작한 포토 레지스트액은, 잠시동안 기판(W)의 회전중심 부근에서 원형모양의 덩어리(코어)가 되어 존재하지만, 그 후, 그 원주부에서 다수의 가늘고 긴 포토 레지스트액의 흐름(갈기)이 생기기 시작하여, 직선적으로 기판(W)의 주연부를 향하여 늘려감과 동시에 코어도 그 지름을 확대하여 간다. 다수의 갈기가 기판(W)의 주연부에 달하면 그것들을 통해서 포토 레지스트액이 비산하여 낭비되게 된다. 또, 상기의 t_s시점이 본 발명에 있어서의 과정(a)에 상당한다.

그래서, 기판(W)의 회전중심 부근에 공급된 포토 레지스트액이, 회전수 R3에 의한 원심력에 의해서 넓어져 기판(W)의 주연부를 향하여 넓게 칠하여지고 그 표면 전체를 덮기 전에, 기판(W)의 회전수를 현재의 회전수(R3)보다도 높은 회전수(R4)로 올려 가속하여 간다. 구체적으로는, t₃시점에서 회전수 R4에 도달하도록 t₂시점에서 모터(12)의 회전수를 올리기 시작한다. 또, 이 회전수(R4)는 본 발명의 목표 회전수에 상당하는 것이고, 예컨대, 4,000rpm이다. 또한, 시점 t₂~시점 t₃가 본 발명의 과정(b)에 상당한다.

상기한 바와 같이 가속함에 따라 기판(W)의 표면을 계속 넓혀가고 있는 포토 레지스트액에는 제3도에 나타난 바와 같은 거동(擧動)이 생긴다. 요컨대, 도면 중에 2점 쇄선으로 도시한 바와 같이 기판(W)의 주연부를 향하여 직선적으로 늘려가야 하는 갈기(R_b)에, 회전수 상승 과정에서의 가속도에 따라 관성력이 작용함과 동시에 고속회전에 의한 원심력이 작용하여, 도면 중에 점선으로 나타내는 것 같이 갈기(R_b)의 늘어난 방향이 그 합력에 의해서 원주방향으로 구부러지도록 하여 그 폭이 확대된다. 게다가 코어(R_a)의 지름도 확대한다. 이와 같이 하여 갈기(R_b)가 원주방향으로 구부러지기 때문에, 기판(W)의 주연부를 향하여 확대/신장하여가는 코어(R_a)/갈기(R_b)가 일체로 되어 포토 레지스트액에 의해서 기판(W)의 표면전체에 덮어지기까지의 피복 소요시간을 종래와 비교하여 단축할 수가 있다. 피복 소요시간을 단축할 수 있기 때문에 갈기(R_b)를 통해서 주위에 비산하는 포토 레지스트액의 양을 적게 할 수 있다. 요컨대, 포토 레지스트액의 이용효율을 향상시킬 수 있다.

고속의 회전수(R4)에 도달한 시점 t₃로부터 토출계속시간(T_HO)이 경과한 시점, 요컨대, 포토 레지스트액의 공급을 개시한 시점 t_s에서 미리 설정되어 있는 공급 시간(Tsu)이 경과한 t_E시점에서 토출노즐(30)로부터의 포토 레지스트액의 공급을 정지한다. 기판(W)의 회전수가 고속의 흡착식(R4)에 달하면 어느 정도 늦어짐에 따라 기판(W)의 주연부에서 난류가 발생하여, 그것이 점차로 중심부를 향하여 진행하여 간다. 이 난류는, 기판(W)의 회전중심에서 주연부를 향하여 넓어져가는 포토 레지스트액의 용매 휘발을 불균일하게 하기 때문에, 포토 레지스트 피막의 막두께를 불균일하게 하는 주된 원인이 된다. 그러나, 고속의 회전수(R4)에 달하는 시점 t₃로부터 토출계속시간(T_HO)이 결과한 시점 t_E에서는 이미 포토 레지스트액의 토출이 정지되고, 기판(W)의 거의 표면 전체에 걸쳐 포토 레지스트액이 넓게 칠하여져 있다. 따라서, 포토 레지스트액이 기판(W)의 표면 전체에 넓어져갈 때는 그 용매의 휘발이 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있다. 또, 토출계속시간(T_HO)은 기판(W)의 지름, 회전수 R4, 포토 레지스트액의 공급유량 등의 여러 가지의 조건을 감안하여 설정하는 것이 바람직하고, 흡착식 R4에 의한 난류가 발생하는 시점 또는 그 직후가 되도록 설정하는 것이 보다 바람직하다. 또 상기의 시점 t_E가 본 발명의 과정(c)에 상당한다.

상기한 바와 같이 하여 기판(W)의 거의 표면 전체에 포토 레지스트액을 균일하게 넓게 칠한 뒤에도 소망 막두께에 따른 시간만큼 고속의 회전수(R4)로 유지한다. 구체적으로는, 포토 레지스트액의 공급정지시점(t_E)을 기준으로 하여 회전수 R4로 회전 구동하는 시간(이하, 공회전시간(T_H)이라 칭한다), 요컨대, t_E시점에서 t₄시점의 시간을 소망 막두께에 따라 설정하면 된다. 이 공회전시간(T_H)의 과정에서는, 기판(W)의 표면전체에 걸쳐 포토 레지스트액을 완전히 넓게 칠함과 동시에 그 조금인 잉여분을 어느정도 뿌리치고 소망 막두께에 가까운 막두께로 대강 조정한다. 이와 같이 고속의 회전수(R4)를 유지하면 난류의 영향을 받을 수 있지만, 이미 포토 레지스트액이 기판(W)의 거의 표면전체를 덮고있기 때문에 막두께가 불균일하게 되는 문제점은 생기지 않는다.

그리고, 공회전시간(T_H)이 경고하여 t₅시점에서 기판(W)의 회전수가 고속의 회전수(R4)보다도 낮은 회전수(R5)에 도달하도록 모터(12)를 제어한다. 이 회전수(R5)로 회전수를 내리면 고속의 회전수(R4)에서 생기고 있는 난류를 거의 억지할 수가 있다. 이 회전수(R5)를 t₆시점까지 유지함에 따라 기판(W)의 표면전체에 걸쳐 소망 흡착식로 되어 있는 포토 레지스트액을 건조시켜 소망 흡착식의 포토 레지스트 피막을 형성할 수가 있다. 또, 상기의 회전수(R5)가 본 발명의 피막형성 회전수에 상당하고, 예를 들면 3,000rpm이다. 또한, 시점 t₅~시점 t₆가 본 발명의 과정(d)에 상당한다.

전술한 바와 같이 기판(W)을 고속의 회전수(R4)로 회전구동하여 난류가 발생할 때까지 포토 레지스트액의 공급을 정지하여, 포토 레지스트액을 기판(W)의 거의 표면전체에 걸쳐 넓게 칠하기 때문에, 그 때에 난류의 영향을 용매 휘발이 불균일하게 되어 막두께가가 불균일하게 되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 기판(W)의 표면 전체에 걸쳐 막두께가 균일성이 양호한 포토 레지스트 피막을 형성할 수가 있다. 또한, 막두께를 조정하기 위해서는 제2도 중에 괄호로 쓰고있는 바와 같이 상기의 공회전시간(T_H)을 조정함으로써 행한다. 결국 공회전시간(T_H)을 변경하여 뿌리치는 포토 레지스트액량을 변경하고, 기판(W)의 표면전체를 덮고있는 포토 레지스트액의 두께를 변경시킨다. 따라서, 회전수를 변경함이 없이 포토 레지스트 피막의 막두께를 변경할 수 있기 때문에, 대구경의 기판(W)이더라도 난류에 기인하는 막두께 불균일이 생기는 것을 방지할 수 있고, 막두께 조정 가능범위를 종래와 비교하여 넓힐 수가 있다. 특히, 엷은 피막을 필요로 하는 경우 종래 수법으로는 일반적으로 회전수를 올릴 필요가 있지만, 본 수법에 의하면 회전수를 변경하지 않고 공회전시간(T_H)을 길게하는 것으로 박막을 품질 좋게 형성할 수가 있다. 또한, 본 수법에서는 1종류 점도의 포토 레지스트액으로 여러 가지의 막두께의 포토 레지스트 피막에 대응할 수 있기 때문에, 기존의 장치에 용이하게 적용할 수가 있음과 동시에, 포토 레지스트액의 점도를 조정하여 막두께를 변경하려고 하는 제안수법과 같은 장치의 구조 및 제어가 복잡화하는 일이 없다.

다음에, 제4도 및 제5도의 그래프를 참조하여, 상기 제2도의 시간 챠트에 나타난 바와 같은 회전수 제어를 하여, 공회전시간(T_H)을 변경하게 하여 조정할 수가 있는 막두께 범위의 측정 결과의 일례에 대하여 설명한다. 또, 기판의 샘플로서는 8인치 지름의 것을 사용하였다.

제4도는, 전술한 회전수의 일례, 요컨대, (공급) 회전수(R3)를 1,500rpm으로 하고 (목표) 회전수(R5)를 4,000rpm으로 하여, (피막형성) 회전수(R5)를 3,000rpm으로 한 경우의 측정 결과이다. 더욱이, 토출계속시간(T_HO)을 0.4sec로 하고, 공회전시간(T_H)을 0.3~0sec의 범위로 적의의 스텝으로 변경 하였다.

그 결과, 약 1.12~1.21㎛의 범위로 거의 리니어로 막두께를 조정할 수가 있었다. 더구나, 막두께 균일성의 지표인 분산치는 한자리수이고, 양호한 막두께를 얻을 수 있었다. 또, 실험에서는, 공회전시간(T_H)을 0~3.0sec의 범위로 가변하였지만, 상기의 공회전시간(T_H)을 더욱 연장하면 보다 엷은 피막을 양호히 형성할 수 있는 것이 기대 된다.

또한, 제5도는 (공급) 회전수(R3)를 1,500rpm으로 하고, (목표) 회전수(R4)를 3,500rpm으로 하고, (피막형성) 회전수(R5)를 2,800rpm으로 한 경우이다. 더욱이 토출계속시간(T_H)을 0.3sec로 단축하고, 공회전시간(T_H)을 0~3.0sec의 범위로 적의의 스텝으로 변경하였다.

그 결과, 대략 1.11~1.23㎛의 범위로 막두께를 조정할 수가 있고, 더구나 그 분산치는 양호하였다.

또, 제2의 시간 챠트 중에 있어서, 회전수 절환 개시시간(T_a) 및 회전수 절환시간(T_b)은 여러 가지의 실험에 의해 아래와 같이 설정하는 것이 바람직하다고 판단된다. 회전수 절환 개시시간(T_a)은 기판(W)의 표면 중심 부근에 공급된 포토 레지스트액이 원심력에 의해 넓어져가 기판(W)의 표면전체를 덮기까지의 시간을 설정하는 것이 바람직하지만, 구체예로서는 8인치 지름의 기판의 경우에 대략 0.1~0.6sec의 범위이다. 이 값은, 기판 사이즈, (공급) 회전수(R3), 기판의 표면상태, 토출노즐(30)로부터 공급되는 포토 레지스트액의 공급 속도 등에 의해 변동하는 것이기 때문에, 그것들을 감안하여 상기의 조건을 만족하도록 설정하면 좋다.

회전수 절환시간(T_b)은, 기판(W)의 중심부근에서 주연부를 향하여 직선적으로 늘어가는 갈기를 원주방향으로 될 수 있는 한 크게 구부러지도록 짧은 편이 바람직하다. 그 한편으로 너무나 단시간에 가속하면 기판의 중심부근에서 주연부를 향하여 직선적으로 신장하고 있는 갈기가 급격한 가속도에 의해 비산하여 버리든가, 또는 일단은 원주방향으로 구부러질 수 있겠지만 그 후는 강대한 원심력에 의해서 재차 기판의 주연부를 향하여 직선적으로 신장하기 시작함으로써 갈기의 원주방향에의 폭의 확대가 작게 되어, 거꾸로 피복 소요 시간이 길게 되어 버린다. 실험에 의하면 회전수 절환시간(T_b)의 값은, 대략 0.2~0.3sec 정도의 범위가 바람직하고, 가속도로서 말하면, 약 7,500~50,000rpm/sec의 범위가 바람직하다.

다음에, 제6도의 시간 챠트를 참조하여, 기판이 정지한 상태로 포토 레지스트액의 공급을 개시해서 기판이 회전 구동된 뒤에 그 공급을 정지하는 공급방법(『스태틱 법』)을 적용한 경우에 관해서 설명한다. 또, 장치의 구성은 제1도의 것과 같고, 메모리(51)의 격납되어 있는 처리 프로그램이 다른 뿐이다.

우선, 기판(W)을 흡인식 스핀척(10)에 흡착 유지시킨 상태로, 모터(12)를 회전구동함이 없이 t_s시점에서 토출노즐(30)로부터 포토 레지스트액의 공급을 개시한다. 그 소정시간 뒤 t₁시점에서 모터(12)의 회전구동을 개시하고, t₂시점에서 회전수(R3)(공급 회전수)에 달하도록 제어한다. 이와 같이 회전을 개시하면 기판(W)의 중심 부근에 존재하는 원형모양의 덩어리(코어)는 그 공급이 계속되어 있으며, 회전에 따르는 원심력에 의해서 점차로 동심원 모양으로 그 지름을 확대해 가며, 그 후에 원주부에서 가늘고 긴 포토 레지스트액의 흐름(갈기)이 기판(W)의 주연부를 향하여 늘기 시작한다. 그리고, 그 회전수(R3)에 의해서 포토 레지스트액이 넓어져 기판(W)의 표면전체를 덮기 전에(t₃시점), 현재의 회전수(R3)보다도 고속의 회전수(R4)로 올라가며, 전술한 것처럼 직선적으로 신장하여 가는 갈기를 원주방향에 구부려서 피복 소요 시간을 단축하여 포토 레지스트액의 이용효율을 향상시킬 수 있다.

또, 기판(W)의 회전구동을 개시한 t₁시점 에서 t₃시점까지가 회전수 절환개시 시간(T_a′)이고, 전술한 『다이나믹 법』과 같이 설정하는 것이 바람직하다. 또한, 회전수(R3)로부터 회전수(R4)에 기판(W)의 회전수를 올려 가는 t₃시점~t₄시점까지가 회전수 절환시간(T_b)이고, 역시 상기의 『다이나믹 법』과 같이 설정하는 것이 바람직하다.

기판(W)의 회전수가 고속의 회전수(R4)에 달한 시점 t₄로부터 토출계속시간(T_HO)이 경과한 시점 t_E에 있어서, 토출노즐(30)로부터의 포토 레지스트액의 공급을 정지한다. 전술한 바와 같이 고속의 회전수(R4)에 의해 난류가 발생하지만, 이때 거의 기판(W)의 표면전체에 포토 레지스트액이 확산하고 있기 때문에, 막두께를 균일하게 할 수 있다. 그리고, 상기 『다이나믹 법』과 같이 포토 레지스트액의 공급을 정지한 시점(t_E)을 기준으로 하여 회전수 R4로 유지하는 공회전시간(T_H)을 조정함에 의해 뿌리치는 포토 레지스트액의 양이 변하기 때문에, 포토 레지스트 피막의 막두께를 조정할 수가 있다. 더구나, 난류의 영향을 받지 않기 때문에, 막두께 균일성이 양호한 포토 레지스트 피막을 얻는 것이 가능하다.

또, 상기의 설명에서는, 공회전시간(T_H)만을 조정하여 막두께를 조정하는 경우를 예로 채택하여 설명하였지만, 그외에 막두께를 조정가능한 파라메터로서 (공급) 회전수(R3), (목표) 회전수(R4), (피막형성) 회전수(R5) 및 그 회전구동시간이 있다. 단지, 이것들의 회전수를 조정할 때에는, 막두께 불균일의 요인인 난류의 발생을 고려하여 행할 필요가 있다.

또한, 상기의 설명으로서는 포토 레지스트액을 예로 채택하여 설명하였지만, 본 발명은 SOG 액이나 풀리아미드 수지 등의 도포액이더라도 적용가능한 것은 말할 것도 없다.

[발명의 효과]

이상의 설명으로부터 분명하듯이 청구항1에 기재된 발명에 의하면, 도포액이 공급회전수에 의해서 넓어져 기판의 표면전체를 덮기 전에 고속의 목표 회전수로 올라 감으로써 다수의 가늘고 긴 도포액의 흐름을 원주방향으로 구부릴 수 있어, 그것들 사이의 미도포 영역을 급속히 좁힐 수 있다. 따라서, 피복 소요시간을 단축할 수가 있어, 가늘고 긴 도포액의 흐름을 통해서 비산하는 도포액의 양을 적게 할 수 있다. 그 결과, 포토 레지스트액의 이용효율을 향상할 수가 있더, 반도체 디바이스의 제조코스트를 저감할 수가 있다.

또한, 기판을 고속의 목표 회전수로 올리기 시작한 후에 도포액의 공급을 정지함에 따라 난류가 발생하여 그 영향을 받기 전에 도포액을 기판의 거의 표면전체에 넓게 칠할 수 있어, 용매의 휘발을 기판면내에서 균일하게 할 수 있다. 따라서, 도포액을 기판의 표면전체에 걸쳐 거의 균일하게 넓게 칠할 수 있다. 더욱이, 회전수를 조정하는 일 없이 목표 회전수에 의해 회전 구동시간을 조정함에 따라 뿌리쳐지는 도포액의 양을 조정할 수가 있기 때문에, 도포액의 막두께를 조정할 수가 있다. 그 결과, 대구경의 기판에 있어서 특히 생기기 쉬운 난류에 기인하는 막두께 불균일을 방지할 수 있고, 막두께 균일성을 양호히 유지하면서 막두께 조정 가능한 범위를 넓힐 수 있다. 이것 때문에 엷은 막두께의 도포피막도 품질 좋게 형성할 수가 있어 디자인 룰이 엄한 반도체 디바이스의 제조에도 대응할 수가 있다. 또한, 막두께에 따라 도포액의 점도를 변경할 필요가 없기 때문에, 종래의 장치에 이 도포액 도포방법을 적용하는 것만으로 대구 경기판에 균일한 도포피막을 형성할 수가 있고, 기존의 장치를 유효히 활용할 수 있다.

또한, 청구항2에 기재된 발명에 의하면, 기판을 공급회전수로 저속 회전시킨 상태로 도포액을 공급 개시하여, 기판의 회전수가 목표 회전수에 달한 뒤에 그 공급을 정지하는 도포액의 공급방법(다이나믹 법)이더라도, 청구항1과 같은 효과를 가진다.

또한, 청구항3에 기재된 발명에 의하면, 기판을 정지시킨 상태로 도포액을 공급 개시하여, 기판의 회전수가 목표 회전수에 달한 뒤에 그 공급을 정지하는 도포액의 공급방법(스태믹법)이더라도, 청구항1과 동 등의 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 기판에 도포액을 공급하여 소망 막두께의 도포피막을 형성하는 도포액 도포방법으로서 (a) 기판을 정지시킨 상태 혹은 공급회전수로 저속회전시킨 상태로 상기 기판의 표면중심 부근에 도포액의 공급을 개시하는 과정과, (b) 공급된 도포액이 공급 회전수에 의해서 넓어져 상기 기판의 표면전체를 덮기 전에, 상기 기판의 회전수를 공급 회전수보다도 높은 목표 회전수로 올려가는 과정과, (c) 상기 기판에의 도포액의 공급을 정지하는 과정과, (d) 상기 기판을 목표 회전수보다 낮은 피막형성 회전수로 회전시켜 도포피막을 형성하는 과정을 이 순서에 따라 설치하고, 기판을 목표 회전수로 고속회전시키는 시간을 조정하여 상기 도포피막의 막두께를 조정하도록 한 것을 특징으로 하는 도포액 도포방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 기판을 공급 회전수로 저속회전시킨 상태로 도포액의 공급을 개시하고, 상기 기판의 회전수가 목표 회전수에 도달한 후에 도포액의 공급을 정지함과 동시에, 이 공급장치 시점을 기준으로 하여 기판을 목표 회전수로 고속회전시키는 시간을 조정하는 것을 특징으로 하는 도포액 도포방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 기판을 정지시킨 상태로 도포액의 공급을 개시하고, 상기 기판의 회전수가 목표 회전수에 도달한 후에 도포액의 공급을 정지함과 동시에, 이 공급정지 시점을 기준으로 기판을 목표 회전수로 고속회전시키는 시간을 조정하는 것을 특징으로 하는 도포액 도포방법.

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