KR100268314B1 - 감광막도포방법및도포장치 - Google Patents

Abstract

체임버 내에서 웨이퍼를 척에 진공으로 고정시킨 후 웨이퍼를 회전시키며 감광제를 분사하여 감광제가 원심력에 의해 웨이퍼의 가장자리까지 도포되도록 한다. 동시에 체임버에 형성되어 있는 통로를 통해 온도 및 습도가 일정한 기체를 지속적으로 공급하여 감광막 도포시 체임버 내의 공기의 온도 및 습도를 일정하게 유지시킨다. 이 때, 공급되는 기체는 감광제에 사용된 용제와 동일하거나 유사한 용제로 포화되어 있어 감광막의 용제의 증발을 막을 수 있다.

따라서, 감광막 도포시 웨이퍼의 가장자리 부분에서 용제가 상대적으로 빠르게 증발함으로 인해 그 부분의 감광막의 두께가 두껍게 형성되는 것을 방지할 수 있고, 결과적으로, 반도체 소자의 신뢰도 및 수율을 향상시킬 수 있다.

Description

감광막 도포 방법 및 도포 장치

본 발명은 감광막 도포 방법 및 도포 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 제조 공정은 웨이퍼 위에 전자 회로를 구성하는 공정, 칩을 리드 프레임과 결합하여 완제품으로 조립하는 공정, 완성된 제품을 검사하는 공정을 포함한다.

웨이퍼 위에 전자 회로를 구성하기 위해서는 웨이퍼의 표면에 막을 형성시킨 후, 전자 회로가 설계된 마스크를 사용하여 특정 부분을 선택적으로 깎아내는 사진 공정(photolithography process)을 여러번 반복해서 진행해야 한다.

사진 식각 공정은 웨이퍼의 표면에 감광막을 원하는 두께로 도포하는 도포 단계, 마스크를 통하여 빛을 쬐서 마스크의 패턴을 웨이퍼에 옮기는 노광 단계, 현상액을 이용하여 감광막의 노광된 부분 또는 노광되지 않은 부분을 선택적으로 제거하는 현상 단계, 웨이퍼 상에 형성된 패턴을 검사하는 단계를 포함한다.

이중 감광막을 도포하기 위해서는 일반적으로 스핀(spin) 코팅 또는 롤링(rolling) 코팅 방법을 이용하는데, 롤링 코팅 방법은 직접 기판 위에 막을 코팅하는 방법으로 스핀 코팅 방법에 비해 감광제의 사용량은 약 1/3 정도로 절감할 수 있지만 두께의 균일도가 떨어지는 단점이 있다.

따라서, 감광막 도포 방법으로는 일반적으로 웨이퍼에 감광제를 분사하는 동시에 감광제가 원심력에 의해 웨이퍼의 가장자리까지 퍼지도록 고정된 웨이퍼를 고속으로 회전시키는 스핀 방법을 사용한다.

도 1은 종래 기술에 따른 사진 공정에서의 감광막 도포 장치를 도시한 단면도로서, 도 1을 참고로 하여 종래 기술에 따른 감광막 도포 방법 및 장치에 대하여 설명한다.

먼저, 감광막 도포 장치에 대하여 설명하면, 웨이퍼(3)가 놓여지는 척(chuck)(2)이 회전축(1)에 고정되어 있고 웨이퍼(3)의 가장자리의 상, 하부에 외컵(outer cup)(8) 및 내컵(inner cup)(7)이 설치되어 있어 감광제(5) 분사시 장비의 오염을 방지하고 공기의 흐름을 제어한다. 웨이퍼(3)가 놓여지는 척(2) 위에 감광제 분사 노즐(nozzle)(4)이 위치하고 있다.

이러한 구성을 가지는 감광제 도포 장치를 이용한 감광제 도포 방법은 다음과 같다.

웨이퍼(3)를 척(2) 위에 진공으로 고정시킨 후 척(2)을 회전시키면 웨이퍼(3)도 동시에 회전한다. 이렇게 고속으로 회전하는 웨이퍼(3) 위에 액체 상태의 감광제(5)를 웨이퍼(3) 중심부에 분사하면, 회전에 의한 원심력에 의해 감광제(5)가 웨이퍼의 가장자리(A)까지 도포된다. 이 때, 도포된 감광막의 균일성은 감광제(5)의 온도, 공기의 온도 및 습도, 공기의 흐름, 웨이퍼의 온도 등에 의해 영향을 받는다. 따라서, 공기의 온도 및 습도를 일정하게 유지하기 위해서 온도 및 습도가 유지된 공기(6)를 분사 노즐 상부에서 웨이퍼쪽으로 지속적으로 공급한다.

또한, 스핀 속도, 즉, 웨이퍼의 회전 속도 또한 막 두께를 결정하는 요인이 된다.

웨이퍼(3)가 회전함에 따라 감광제(5)가 계속 퍼져 나가서 균일하게 되는데, 이 때, 감광제(5)에 함유되어 있는 용제가 증발하게 되고 막을 더욱 얇게 만든다. 여분의 감광제(5)는 원심력에 의해 웨이퍼의 가장자리(A)로 밀리고, 표면 장력으로 인해 가장자리에 쌓이게 된다.

또한, 분사 노즐 상부에서 일정한 방향으로 공급된 공기(6)가 웨이퍼쪽에서 방향을 바꾸게 되고, 공기의 대부분은 외컵(8)이 설치되어 있는 웨이퍼(3)의 가장자리쪽(A)으로 몰리게 된다. 따라서, 웨이퍼(3)의 가장자리(A) 부분에서 공기의 흐름이 가장 빠르게 일어나게 되고, 이 부분에 도포된 감광제(5)의 용제가 상대적으로 빠르게 휘발하여 이 부분에서의 감광제(5)의 점도가 상대적으로 높아지며, 최종적으로는 원심력에 의해 웨이퍼의 가장자리(A)에 형성된 감광막의 두께가 두꺼워진다.

한편, 웨이퍼에 감광막을 도포한 후 노광하는 방법에는 마스크와 웨이퍼의 감광막면을 밀착시켜 고해상도의 패턴을 얻어낼 수 있는 밀착 노광 방식이 있는데, 웨이퍼의 가장자리(A)의 감광막의 두께가 상대적으로 두껍게 형성되어 있으면, 위와 같은 밀착 노광 방식을 이용할 경우, 마스크와 웨이퍼 사이에 공간이 생기게 되므로 웨이퍼와 마스크간의 접촉이 나빠지는 원인이 된다.

본 발명이 이루고자 하는 과제는 사진 공정에서의 도포된 감광막의 균일성을 향상시킬 수 있는 감광막 도포 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 감광막 도포 장치를 도시한 단면도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감광막 도포 장치를 도시한 단면도이다.

이러한 과제를 이루기 위하여 본 발명에서는 감광제 도포 장치에 체임버(chamber)를 설치하고, 감광막 도포시 주위 공기의 온도 및 습도를 유지시키기 위하여 체임버에 형성되어 있는 통로를 통해 공급하는 기체를 감광제의 용제와 유사 또는 동일한 성분의 용제로 포화시켜 공급한다. 이 때, 기체는 공기 이외에 다른 기체도 사용 가능하며 다른 물질과의 반응을 방지하기 위하여 불활성 기체인 질소(N₂)를 사용할 수도 있다.

이와 같이, 감광막 도포시 감광막에 사용된 용제로 포화된 기체를 공급함으로써 감광막에 포함되어 있는 용제의 증발을 억제할 수 있고, 따라서, 웨이퍼의 가장자리 부분의 공기의 유속이 빠름으로 인해 용제의 증발이 일어나 가장자리의 감광막의 두께가 상대적으로 두껍게 형성되는 것을 방지할 수 있고, 결과적으로, 반도체 소자의 신뢰도 및 수율을 향상시킬 수 있다.

그러면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 감광막 도포 장치를 도시한 단면도로서, 도 2를 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 감광막 도포 방법 및 그 장치에 대하여 설명한다.

먼저, 도 2를 참고로 하여 감광막 도포 장치에 대하여 설명한다.

외부 공기를 차단하기 위한 체임버(14) 내에 웨이퍼(12)를 회전시키기 위한 회전 축(10)과 회전 축(10) 위에 웨이퍼(12)가 놓여지는 척(11)이 설치되어 있다. 체임버(14) 상부에는 내부 공기의 온도 및 습도를 유지시키기 위해 외부로부터 기체(18)를 공급할 수 있는 통로(20)가 형성되어 있다. 척(11)의 하부에 내컵(16)이 설치되어 있고 척(11)의 상부에는 외컵(15)이 설치되어 있어 웨이퍼(12)의 회전시 화학 물질로 인해 장비 또는 웨이퍼의 뒷면이 오염되는 것을 방지하고 외부로부터 공급되는 공기(18)의 흐름을 일정한 방향으로 유도한다. 척(11)의 중심부의 상부에는 감광제 분사 노즐(13)이 형성되어 있다.

이와 같은 감광제 도포 장치를 이용한 감광제 도포 방법은 다음과 같다.

웨이퍼(12)를 척(11)에 진공으로 고정시킨 후 웨이퍼(12)를 회전시킨다. 분사 노즐(13)에서 웨이퍼(12)의 중심부에 감광제(17)를 분사하여 원심력에 의해 웨이퍼(2)의 가장자리(B)까지 도포되도록 한다. 이 때, 체임버(14)에 형성된 통로(20)를 통하여 내부 공기의 온도 및 습도를 유지하기 위해 외부로부터 온도 및 습도가 조절된 공기(18)를 지속적으로 공급한다. 공급된 공기(18)의 흐름은 웨이퍼의 가장자리(B)에 형성된 외컵(15)에 의해 일정한 방향으로, 즉, 내컵(16)과 외컵(15) 사이의 공간을 통해 다시 외부로 빠져나간다. 이와 같이, 외컵 및 내컵이 설치되어 있는 웨이퍼의 가장자리(B)로 내부 공기가 몰리게 되어 이 부분에서의 공기의 유속이 상대적으로 빠르게 되고, 이에 따라, 이 부분에 형성된 감광막 용제의 증발 속도가 빨라져 감광막의 두께가 두껍게 형성된다. 따라서, 이러한 증발 속도의 차이를 방지하기 위해 외부에서 공기를 공급할 때 감광제(17)에 사용된 용제 성분, 즉, 상품명 PM, MMP, EL, PGMEA 등의 용제들로 포화된 상태로 공급한다. 이러한 포화된 공기(18)의 지속적인 공급으로 인해 감광막 도포시 용제의 증발이 거의 일어나지 않으며, 따라서, 웨이퍼의 가장자리에 도포되는 감광막의 두께가 상대적으로 두껍게 형성되는 것을 방지할 수 있다.

용제로 포화된 공기(18)를 공급하는 것은 감광제(17)의 용제 성분이 함유된 기체를 사용함으로써 웨이퍼(2)에서의 용제 증발을 막기 위한 것이므로, 위에서 언급한 기체 외에 다른 기체의 사용도 가능하며, 반응성 측면에서 볼 때 불활성 기체인 질소 기체(N₂) 등을 공기 대신 사용하는 것도 바람직하다. 또한, 기체를 포화시키는데 사용되는 용제로는 감광제(7)의 용제와 유사하여 감광제(17)의 용제 증발을 방지할 수 있는 모든 용제가 사용 가능하다.

위에서 언급한 바와 같이, 감광막 도포시 외부 공기와 분리된 체임버 내에 감광막의 용제와 동일하거나 유사한 용제로 포화된 기체를 공급함으로써, 감광막의 용제가 거의 증발되지 못하게 하여 웨이퍼 가장자리의 공기의 유속이 빠름으로 인해 가장자리의 감광막 두께가 상대적으로 두껍게 형성되는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 감광막 도포 균일성을 향상시킬 수 있고, 패턴 검사 단계에서 선폭(critical dimesion)을 보다 정밀하게 유지할 수 있어, 결국, 반도체 소자의 신뢰도 및 수율의 향상을 기대할 수 있다.

Claims (5)

1. 체임버 내에서 웨이퍼를 회전시키면서 감광제를 분사하여 감광막을 도포하는 단계,

   상기 체임버에 형성되어 있는 다수의 통로를 통해 기체를 공급하는 단계를 포함하는 감광막 도포 방법.
2. 제1항에서,

   상기 기체는 온도 및 습도가 일정한 감광막 도포 방법.
3. 제2항에서,

   상기 기체는 상기 감광제에 사용된 용제로 포화시켜 공급하는 감광막 도포 방법.
4. 제3항에서,

   상기 기체는 불활성 기체인 감광막 도포 방법.
5. 제4항에서,

   상기 불활성 기체는 질소 기체인 감광막 도포 방법.