KR100413849B1 - 포토레지스트 도포 장치 및 방법 - Google Patents

포토레지스트 도포 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포토레지스트(photoresist) 도포 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 균일하면서도 안정된 코팅을 달성할 수 있도록 하는 포토레지스트 도포 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 회전판(14)과, 상기 회전판(14)을 구동하기 위한 구동부(12)를 구비하는 스피너부(10); 상기 회전판(14)에 포토레지스트를 공급하는 포토레지스트공급부(20); 및 상기 포토레지스트의 점성을 제어하기 위하여 상기 포토레지스트에 열수급을 수행하는 열수급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 장치를 제공한다. 또한, 본 발명은 가변 각속도로 회전되는 회전판(14)과, 상기 회전판(14)을 구동하기 위한 구동부를 구비하는 스피너부(10); 및 상기 회전판(14)의 회전 중심으로부터 가변 위치에 포토레지스트를 분할 공급하는 포토레지스트공급부(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 장치를 제공한다.

Description

포토레지스트 도포 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR COATING WITH A LAYER OF PHOTORESIST}
본 발명은 포토레지스트(photoresist) 도포 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 균일하면서도 안정된 코팅을 달성할 수 있도록 하는 포토레지스트 도포 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체장치의 제조과정에서 빈번하게 이루어지는 포토리소그래피 공정은 특정 물질층에 원하는 패턴을 형성하기 위해 사용된다. 반도체장치는 고도로 정밀한 구성을 가지며 따라서 그 제조공정은 정밀한 가공기술을 요한다. 이러한 정밀한 가공에서 중대한 비중을 차지하는 것이 포토리소그래피 공정이다.
통상적인 포토리소그래피는 다수의 잘 알려진 단계를 포함한다. 먼저, 웨이퍼를 회전테이블상에 위치시키고, 그 다음에 회로 형상이 형성될 상부 웨이퍼 표면을 휘발성 액체 용제로 세정한다. 이 때 사용되는 용제는 웨이퍼 표면에 형성될 포토레지스트 층을 부착시키는데 도움을 주는 적절한 결합제를 포함할 수 있다. 그 다음, 회전테이블을 동작시켜 웨이퍼를 회전시킨다. 이러한 동작에 의해 초과분의용제가 회전 제거(spin off)되는데, 통상적으로 이러한 동작은 웨이퍼 표면이 건조하게 보일 때까지 계속한다.
그 후, 본 발명과 관련된 공정인 소정량의 액체 포토레지스트 용액을 상부 웨이퍼 표면상에 도포하는 포토레지스트액 도포 공정이 진행된다. 포토레지스트액 도포 공정 및 후속공정이 완료되면 스크라이브 선을 따라 칩을 잘라내어 사용하게 된다.
종래의 웨이퍼 생산 공정에서는 200mm 직경의 웨이퍼 생산에 주력하였다. 그러나, 기술 진보가 계속적으로 이루어지는 한편, 웨이퍼의 직경이 커질수록 한 번의 공정으로 칩의 절대 생산 개수가 많아지게 되어 공정효율이 향상됨과 아울러 웨이퍼의 표면적 당 규정 사이즈의 칩의 생산 개수가 많아져 생산효율이 증가됨을 감안하여, 최근에는 300mm 직경의 웨이퍼와 같은 대직경의 웨이퍼 생산에 연구를 집중하고 있는 실정이다.
그러나, 웨이퍼, 특히 대직경의 웨이퍼 생산에는 다음과 같은 문제점이 존재하는 것으로 보고되고 있다.
웨이퍼에 포토레지스트 및 유사한 액체 화학약품을 도포할 때는 웨이퍼를 회전시키면서, 웨이퍼의 중심에 적당량의 화학약품을 가하는 회전도포법이 사용된다. 이러한 웨이퍼 코팅 공정에서, 충분히 얇은 코팅을 달성하기 위해서는 높은 회전속도가 요구된다. 그러나, 실험결과 300mm 웨이퍼에서는, 이러한 높은 회전속도로 인하여 표면의 불안정성 및 물결모양의 무늬(ripple)가 발생하게 되어 반도체 제품 성능에 매우 악영향을 끼치는 것으로 보고되고 있다.
도 1은 300mm 웨이퍼에 야기되는 물결모양의 무늬를 나타낸 도면으로서, 회전중심 부근에서는 물결모양의 무늬가 나타나지 않으나, 외주 부근에서는 물결모양의 무늬가 뚜렷히 나타남을 보여준다. 따라서, 종래의 포토레지스트 도포 방법 및 장치는 외주 부근에서의 포토레지스트막의 상태에 문제점을 가지고 있음을 보여준다.
더욱이 웨이퍼의 높은 회전속도로 인하여 웨이퍼 표면 부근에 국부적인 와류 현상이 유발되어 포토레지스트의 균일한 도포를 저해하게 된다.
또한, 웨이퍼의 고속회전으로 인하여 원심력이 가장 크게 나타나는 웨이퍼 가장자리(edge)를 향하여 여분의 포토레지스트가 밀리게 되며, 이렇게 밀리는 포토레지스트는 웨이퍼의 표면장력으로 인해 가장자리에 쌓이게 되는 문제점이 있는 것으로 보고되고 있다 (이러한 현상을 'edge bead'라 칭함). 이러한 문제점은 대직경의 웨이퍼에 현저하게 나타나게 되는데, 이는 웨이퍼의 회전 중심으로부터 멀어질수록 포토레지스트액에 작용하는 원심력의 크기가 증가하기 때문이다. 종래의 웨이퍼 제조 공정에서는 이러한 에지 비드를 제거(EBR, Edge Bead Removal)하여 사용하였다. 포토레지스트는 반도체 소자를 제조하기 위한 물질의 총비용의 대략 5%를 차지하며 1갤런당 가격이 1000 달러정도로 고가임을 감안할 때, 전술한 에지 비드로 인하여 반도체 제조 단가의 증가를 야기하게 되는 문제점이 있었다. 더욱이, 포토레지스트의 폐기는 반도체 소자 생산지역 및 주변 생태계에 대해 심각한 환경문제를 유발하는 문제점이 있어 더욱 이에 대한 해결이 요망되고 있는 실정이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 종래의 웨이퍼 코팅 장치에서는 다양한 방안이 제안되고 있다. 예컨대, 원심기류 현상에 의한 웨이퍼 가장자리부의 휨을 미세한 승강 구동에 의해 보상하는 방안, 챔버의 형상을 변형하여 와류의 발생을 억제하는 방안 등이 있다. 그러나 이러한 종래의 방안들은 포토레지스트액의 유동 특성을 고려하여 그 도포 장치의 문제점을 근원적으로 해결하기보다는 이미 발생된 문제점을 다소나마 보완하기 위한 미봉책으로서 제시되고 있는 방안에 불과하여 보다 근원적인 해결 방안이 요구되고 있는 실정이다.
따라서, 보다 근원적인 해결방안으로서, 점성이 작은 포토레지스트액을 사용하는 방안이 제안되고 있다. 그러나, 이러한 방안들은 기존의 관리체계의 대체를 요구하거나, 기존에 축적된 실험 데이터를 무용하게 만드는 등 문제점이 있었다.
한편, 종래의 포토레지스트 도포 장치에서는, 포토레지스트가 웨이퍼에 도포되는 시간 동안 포토레지스트로부터 용매가 증발하고 그 증발로 인해 화학약품의 점성이 증가하게 되어, 이로 인하여 웨이퍼 중심은 얇고 외주 부근에서는 두꺼운 그릇 모양의 도포가 이루어지는 또 하나의 요인으로 작용하고 있는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 종래의 포토레지스트 도포 장치에서는 포토레지스트의 용매 증기 등을 추가로 첨가시키는 방안이 대체 방안으로 제시되고 있으나, 이는 별도의 용매 증기의 추가를 필요로 한다는 점, 용매 증기의 조절이 또 하나의 고려하여야 할 설계 사항이 된다는 점 등의 문제점을 여전히 내포하고 있었다.
한편, 종래의 포토레지스트 도포 장치에서는, 가변 각속도로 회전판을 회전구동시키는 방안이 제시된 바도 있다. 그러나, 이 들은 각 반경 위치상에서 포토레지스트가 보이는 유체거동 특성에 정확하게 기초하여 제안된 것이라기 보다는 단순히 총 도포 시간을 적절히 조절하여 용매 증기가 증발하기 전에 포토레지스트 도포를 끝내는 것만을 목적으로 한 것에 불과하였다. 따라서, 이 들은 각 반경 위치와 그 위치상에서 최적 회전속도의 상관관계나, 더 나아가 그 위치상에서 최적의 포토레지스트 공급량의 상관관계에 기초하거나 이를 이용할 수 없어 종국적으로 양호한 포토레지스트 도포 상태를 달성할 수 없는 문제점이 있었다. 특히, 종래의 포토레지스트 도포 장치 중 일부는 아무런 유체역학적 거동 특성을 고려하지 않고, 단순히 회전속도만을 점차적으로 증가시키는 예도 있었으나, 이러한 회전속도의 증가는 오히려 전술한 바와 같은 문제점을 더욱 배가시킴에 지나지 않았다.
본 발명은 상기한 문제점을 보다 근원적으로 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 표면의 안정성이 우수하고 물결모양의 무늬 발생이 없으며 아울러 균일한 두께의 포토레지스트 도포막을 생성할 수 있는 포토레지스트 도포 장치 및 방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 최적의 회전속도로 웨이퍼 회전을 달성함으로써, 웨이퍼 표면 부근에 국부적인 와류 현상의 유발을 방지하여 더욱 우수한 품질의 웨이퍼 생산을 가능하게 하는 포토레지스트 도포 장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 에지 비드의 생성을 방지함으로써 포토레지스트 낭비 요소를 제거하여 기존의 방식보다 생산 단가를 저감시키고, 생산 공정 시간 단축을 달성함과 아울러, 환경문제를 유발하지 않는 포토레지스트 도포 장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한 본 발명은 종래의 200mm 직경의 포토레지스트 도포 장치를 그대로 사용할 수 있고, 아울러 기존에 축적되어 있는 실험 데이터를 그대로 적용할 수 있도록 함으로써, 보다 우수한 기술향상에 이바지 할 수 있는 포토레지스트 도포 장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 별도의 첨가제, 예컨대 포토레지스트 용매 가스 또는 액체의 추가적인 공급의 필요성이 없는 포토레지스트 도포 장치를 제공함으로써, 생산 단가의 저감 및 공정 시간을 단축할 수 있는 포토레지스트 도포 장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다른 물질로의 대체 사용을 수반하지 않으면서도, 포토레지스트액의 점성을 간단히 변화시킬 수 있음으로써, 공정 요구 조건에 대응할 수 있고 공정 관리가 표준화될 수 있는 포토레지스트 장치 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
도1은 종래의 포토레지스트 도포 장치를 사용하여 생산한 웨이퍼에 나타나는 물결모양 무늬를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도2는 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 포토레지스트 도포 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도3은 웨이퍼 상에 도포되는 포토레지스트가 받게 되는 힘을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도4는 본 발명에 따른 도포율 m 및 회전각속도 ω의 바람직한 실시예를 보여주는 도면이다.
도5은 본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에 따른 포토레지스트 도포 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도6는 본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에 따른 포토레지스트 도포 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 스피너부 12: 구동부
14: 회전판 16: 웨이퍼
20: 포토레지스트공급부 24: 개폐조절부
26: 개폐조절구 31: 제어부
33: 액츄에이터
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 회전판의 회전 중심으로부터 가변 위치에 포토레지스트를 분할 공급하는 포토레지스트 공급부를 구비하는 포토레지스트 도포 장치 및 방법을 제공한다.
따라서, 본 발명에 따르면, 종래의 포토레지스트 도포 장치에서 야기되는 일 회에 걸친 포토레지스트 공급 후 용매의 계속적인 증발 현상을 방지하여, 포토레지스트 분할 공급을 통한 용매 증발을 최소화하여 포토레지스트의 점성을 일정하게 유지시킬 수 있도록 하여 우수한 품질의 웨이퍼 생산을 가능하게 한다.
또한, 본 발명의 상기 회전판은 가변 각속도로 회전할 수 있다. 전술한 포토레지스트 분할 공급이 가변 각속도로 회전하는 회전판 상에 이루어지는 경우, 분할 공급으로 인하여 각 위치에서의 포토레지스트공급량과 그 공급되는 포토레지스트액이 받게되는 원심력을 정확히 산출하고 보정할 수 있어, 그에 따라 포토레지스트 유동 특성의 해석을 용이하게 하여 기술 발전을 촉진시킬 수 있게 된다. 또한, 회전판의 회전속도와 포토레지스트 공급을 동시에 제어함으로써, 포토레지스트막의 최적 도포 상태를 달성할 수 있다.
상기 각속도는 웨이퍼의 직경의 크기 등의 인자에 따라 다양한 변화를 줄 수 있다. 본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 회전판은 ω초속의 초속으로부터 ω초속×의 종속으로 감속된다.
또한, 본 발명은 포토레지스트 공급부의 점성을 제어하기 위하여 포토레지스트에 열 수급을 수행하는 열수급부를 구비하는 포토레지스트 도포 장치 및 방법을 제공한다. 이는 다른 물질로의 대체를 수반하지 않고도, 간단히 포토레지스트의 점성을 변화시킬 수 있음을 의미한다. 열수급은 예컨대, 포토레지스트저장조(또는 포토레지스트공급부)에 열을 공급하거나 제거함으로써 이루어진다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 포토레지스트공급부가 가변 위치에서 포토레지스트를 분할 공급하는 경우, 상기 열수급부에서 포토레지스트에 수급되는 열량은 가변 위치에 따라 서로 다르게 제어될 수 있다. 이는 원심력에 의하여 포토레지스트 도포에 야기되는 문제점을 가변 위치에 따라 점성을 제어함으로써 보정할 수 있게 됨을 의미한다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 포토레지스트공급부는 회전판의 회전 중심으로부터 가변 위치에 서로 다른 분할량으로 포토레지스트를 분할 공급한다. 이 경우, 서로 다른 분할량의 공급의 달성은 예컨대, 포토레지스트공급부의 공급구의 크기를 변화시켜 달성하거나, 단위 시간 당 공급량을 변화시켜 달성할 수 있다. 또한, 단위 시간 당 공급량의 조절은 공급유량을 변화시켜 달성하거나, 포토레지스트공급부의 운동 속도를 조절하여 변화시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 포토레지스트공급부는 운동을 수반함으로써 포토레지스트의 분할 공급을 달성한다. 상기 포토레지스트공급구의 운동 양태는 다양하게 선택할 수 있는데 예컨대, 직선 운동, 곡선 운동, 기타 조합 운동 등을 할 수 있도록 설치된다. 또한, 상기 포토레지스트공급구는 등속도 운동, 변속 운동 등을 할 수 있도록 설치된다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 포토레지스트공급부는 일지점을 중심으로 하여 회전운동을 하고, 상기 포토레지스트공급부의 회전운동에 의하여, 상기 포토레지스트가 가변 위치에서 상기 회전판 상에 공급됨으로써, 가변 위치에서 상기 포토레지스트의 분할 공급이 수행되도록 할 수 있다.
또 다른 구체예로서는, 예컨대, 상기 포토레지스트공급부는 개폐조절부를 추가적으로 구비하고, 상기 개폐조절부는 복수 개의 개폐조절부를 구비하고, 상기 개폐조절부에 대한 상기 포토레지스트공급부의 상대운동에 의하여 상기 포토레지스트공급부가 상기 개폐조절부의 위치에 올 때 상기 포토레지스트가 상기 개폐조절구를 경유하여 상기 회전판 상에 공급됨으로써, 가변 위치에서 상기 포토레지스트의 분할 공급이 수행되도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 개폐조절구는 서로 다른 크기를 가짐으로써, 상기 포토레지스트공급부는 각각의 위치에서 서로 다른 분할량으로 상기 포토레지스트를 상기 회전판 상에 공급하도록 할 수 있다.
물론, 본 발명의 포토레지스트공급구는 운동을 수반하지 않는 고정형도 가능한데, 예컨대, 각각 또는 단일의 포토레지스트공급부에 형성된 복수개의 포토레지스트공급구가 시간차를 가지고 고정된 위치에서 개폐되는 방식 등으로 작동될 수 있다.
또한, 본 발명은 웨이퍼가 안착된 회전판을 회전시키고, 포토레지스트에 열을 수급함으로써 상기 포토레지스트가 요구되는 점성 값을 가지도록 한 후 상기 회전판 상에 공급하여, 상기 웨이퍼에 상기 포토레지스트를 도포하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 회전판은, 가변 각속도로 회전시키고; 상기 포토레지스트는, 상기 회전판의 회전 중심으로부터 가변 위치에 분할 공급한다.
또한, 본 발명은 웨이퍼가 안착된 스피너의 회전판을 가변 각속도로 회전시키면서, 상기 회전판의 회전 중심으로부터 가변 위치에 포토레지스트를 분할 공급하여 상기 웨이퍼에 상기 포토레지스트를 도포하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 회전판은, ω초속의 초속으로부터 ω초속×의 종속으로 감속시킨다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 포토레지스트는, 상기 회전판의 회전 중심으로부터 가변 위치에 서로 다른 분할량으로 분할 공급한다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 포토레지스트를 공급하는 포토레지스트공급부가 일지점을 중심으로 하여 회전운동을 하도록 함으로써, 상기 포토레지스트공급부의 회전운동에 의하여, 상기 포토레지스트가 가변 위치에서 상기 회전판 상에 공급되게 하여, 가변 위치에서 상기 포토레지스트의 분할 공급을 수행한다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 포토레지스트를 공급하는 포토레지스트공급부가 개폐조절부를 구비하고, 상기 개폐조절부는 복수 개의 개폐조절구를 구비하고, 상기 개폐조절구에 대한 상기 포토레지스트공급부의 상대운동에 의하여 상기 포토레지스트공급부가 상기 개폐조절구의 위치에 올 때 상기 포토레지스트가 상기 개폐조절구를 경유하여 상기 회전판 상에 공급되게 함으로써, 가변 위치에서 상기 포토레지스트의 분할 공급을 수행한다.
본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 상기 개폐조절구는 서로 다른 크기를 가지게 함으로써, 상기 포토레지스트공급부는 각각의 위치에서 서로 다른 분할량으로 상기 포토레지스트를 상기 회전판 상에 공급한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 구체예를 상세히 살펴본다.
도 2는 본 발명의 포토레지스트 도포 장치의 일 구체예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도시한 바와 같이, 도 2의 포토레지스트 도포 장치는 스피너부(10), 포토레지스트공급부(20)로 이루어지고, 이 들을 보조 또는 제어하기 위하여 제어부(31) 및 액츄에이터(33)를 포함한다.
스피너부(10)는 구동부(12), 즉 모터 및 회전판(14)을 포함한다. 모터는 제어부(31)에 의하여 제어되는데, 본 발명에 따르면, 모터는 가변 각속도로 회전된다. 회전판(14) 상에는 웨이퍼(16)가 안착된다.
상기 포토레지스트공급부(20)는 액츄에이터(33)에 의하여 웨이퍼(16)와 평행한 평면상에서 바깥쪽으로 평행 이동되도록 구성된다. 액츄에이터(33) 또한 제어부(31)에 연결되어 포토레지스트 공급률 및/또는 웨이퍼(16)의 회전 속도를 제어할 수 있다. 따라서, 설계자는 타겟 데이터에 따라 제어부(31)를 세팅함으로써, 회전판(14)의 회전속도 및 포토레지스트 공급률을 조화되게 제어할 수 있다.
제어부(31)에서 세팅되는 주요 변수로는 포토레지스트 공급률 m, 포토레지스트 공급 위치의 반경 r, 회전판(14)의 회전각속도 ω가 사용되며, 설계자는 이들 변수를 타겟 데이터에 따라 정확하면서도 상호간의 관계에서 조화되게 설정함으로써, 연속적이면서도 균일한 코팅을 달성할 수 있다.
본 발명자는 종래의 200mm 웨이퍼는 비교적 양호한 제품 성능(포토레지스트 두께 및 그 두께의 균일성)을 달성할 수 있었고, 또한 종래의 설비 및 실험 데이터를 그대로 적용할 수 있도록 하는데 주안점을 두어, 이를 대직경의 웨이퍼, 특히 300mm 직경의 웨이퍼에 적용할 수 있는 포토레지스트 도포 장치를 발명하였다.
실험결과, 300mm 직경의 웨이퍼(16)에 코팅된 물질에는 높은 가속력 및 전단력을 받는 유동 액체에서 발생하는 불안정성 현상으로부터 야기되는 물결모양 무늬가 나타났다.
시스템은 코팅액이 외주 부근에 도포될 때에 비하여 중심 부근에 도포될 때 본질적으로 안정하다. 이는 원심력의 차이로 인한 것이다. 따라서, 본 발명의 바람직한 구체예에 따르면 높은 회전 속도는 코팅액이 웨이퍼(16)의 중심 부근에 도포될 때, 낮은 회전속도는 웨이퍼(16)의 외주 부근에 도포될 때 사용되었다.
300mm 웨이퍼(16)에서 200mm 웨이퍼에서와 동일한 축척 조건이 달성된다면, 생산 제품은 동일한 성능을 가지게 된다. 따라서, 이하에서는 웨이퍼(16) 코팅 공정에 대하여 사용 가능한 축척 법칙(scaling law)에 대하여 살펴보고, 그리고 나서 종래의 상용 스피너가 예컨대, 300mm 직경의 웨이퍼(16)에 우수하게 적용될 수 있도록 하는 공학적 해결방안을 도출하기로 한다.
먼저, 회전체의 가속도에 대하여 살펴 보면 다음과 같다. 웨이퍼(16)는 강체이고, rω2의 원심 가속도를 받는다. 웨이퍼(16)가 등속도 회전을 하는 경우, 웨이퍼(16)는 반경 방향으로만 힘을 받는다. 따라서, 코팅액은 이와 유사한 원심 가속도를 받음과 아울러 웨이퍼(16) 및 세정가스로부터 전단력을 받는다. 세정가스로부터의 전단력은 웨이퍼(16)로부터의 전단력에 비하여 작다. 회전으로 인하여 유체가 받는 정확한 힘의 해석은 복잡한데, 이는 회전이 정지상태로부터 가속되기 때문이다. 따라서, 가속도는 원심 가속도 성분, 코리올리 가속도 성분 및 직선 가속도 성분을 가진다.
코팅액이 받는 전 가속도장 벡터는 다음과 같은 식으로 나타난다.
nr:반경방향 단위벡터, nθ: 각(θ) 방향 단위벡터
유체가 각(θ) 방향 및 반경 방향의 양 방향으로 가속되면, 상기 식의 네 개의 항은 그대로 존재하게 된다. 상기 식의 네 번째 항은 코리올리 가속도이다. 모든 가속도항(구심 가속도 rω2제외)은 유체와 웨이퍼(16)의 슬립에 의하여 야기된다. 정상 상태에서는, rω2의 구심 가속도만이 남게 된다.
도3은 웨이퍼(16) 상에 도포되는 포토레지스트가 받게 되는 힘을 개략적으로 보여주는 도면이다. 이하, 도 3을 참조하여, 본 발명과 관련하여 코팅 두께 및 스피너의 회전속도의 유체역학적 해석을 통하여, 본 발명에 따른 바람직한 스피너 회전속도에 대하여 살펴보면 다음과 같다.
정상 상태를 가정할 때 반경 방향 힘에 대한 식은
따라서, 반경 방향 속도 ur
또한, 각 방향 힘에 대한 식은
따라서, 각 방향 속도 uθ
여기서, uθ대신에 rω를 대입하면,
따라서,
즉,
임을 알 수 있다.
이로부터, 얇은 코팅 두께를 얻기 위해서는 높은 회전 각속도를 필요로 함을 알 수 있다. 또한, 동점성계수가 낮을수록 D를 감소시킬 수 있음을 알 수 있다.
300mm 웨이퍼(16)에 대하여 200mm 웨이퍼(16) 스피너에서와 유사한 유체역학적 조건을 만들기 위하여 축척법칙(scaling law)를 사용할 수 있다. 여기서, 적절한 스케일링 파라미터를 선정하는 것이 매우 중요하다. 일반적으로, 유체역학에서는 관련되는 힘의 무차원 비와 그 힘에 대한 기본 축척법칙을 보여준다. 예컨대, 레이놀즈수가 동일한 두 조건은 비록 두 조건에서의 차원, 속도 더 나아가 유체가 다르더라도 유체역학적 성질은 유사하다. 또한, 일반적으로 큰 관성력(운동량)은 불안정성을 야기하나 반면 소산력은 안정성을 야기하는 것으로 간주된다. 레이놀즈수 Re는 점성력에 대한 관성력의 비로서 나타나는데, 실제적으로 층류 유동으로부터 난류 유동으로 천이하는 경향을 보여주는 도구로서 사용될 수 있다. 압력구배 없는 단순 경계층 유동에서, 임계 레이놀즈수는 대략적으로 6000으로 나타나고, 이 때 유동은 층류 또는 난류 중 어느 것일 수도 있다. 레이놀즈수가 6000보다 훨씬 큰 값을 가질 때, 유동은 난류가 되고, 반면 6000보다 훨씬 낮은 값은 가질 때는 층류로 존재한다. 임계 레이놀즈수는 선정된 기하학적 형상 및 길이 척도에 좌우된다. 그러나, 동일한 길이 척도를 가지는 공통의 기하학적 형상에 대해서 대응되는 임계 레이놀즈수를 찾을 수 있고, 이는 모든 유사한 기하학적 형상/조건에 적용될 수 있다.
스피닝 시스템에 대한 등가 레이놀즈수를 찾기 위하여, 속도 척도 및 길이 척도를 필요로 한다.
반경 방향 성분의 레이놀즈수 Rer은 수학식 1 및 3으로부터,
또한, 각 방향 성분의 레이놀즈수 Reθ는 수학식 2 및 3으로부터,
위의 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 레이놀즈수의 각 성분의 크기는
임을 알 수 있다.
따라서, 위 식의 우변을 스케일링 파라미터로 사용하여, 200mm 웨이퍼가 3000rpm으로 회전할 때 야기되는 유체역학적 조건과 동일한 조건을 유지하면서, 300mm 직경의 웨이퍼(16)가 회전할 수 있는 최대 회전 속도를 구할 수 있다.
동점성 계수가 일정하다고 가정할 때, 바람직한 회전 속도는 다음과 같이 유도될 수 있다.
그러나, 상기와 같은 낮은 회전 속도로 스피너가 회전하는 경우, 작은 r값을 가지는 위치(회전 중심 부근)에서는 코팅 두께가 허용치 이상의 두꺼운 두께가 된다. 따라서, 웨이퍼(16) 중심 부근에서 도포가 이루어질 때는 양호한 도포 두께를 얻기 위하여 높은 회전속도를 유지한다. 반면, 큰 r값을 가지는 위치에서 도포가 이루어질 때는 각속도 1333rpm으로 감속시킴으로써, 회전 중심부와 동일한 도포 두께를 얻음과 동시에, 그 도포막의 안정성을 얻을 수 있고 주름발생을 방지할 수 있다.
한편, 위의 수학식 4로부터 우리는 또 하나의 사실을 알 수 있다. 즉, 제어 가능한 변수로서 점성을 변화시킴으로써 우리가 목적하는 바를 달성할 수 있다는 사실이다. 또한, 우리는 점성은 온도의 함수임을 알고 있으며, 이 들의 관계는 무수히 많은 유체역학적 표에 의하여 참조될 수 있다. 따라서, 우리는 예컨대, 기지의 압력 조건하에서 온도를 변화시킴으로써 요구되는 크기의 점성 변화를 달성할 수 있는 것이다. 첨부도면에는 도시되지 않았지만, 전술한 바와 같이, 열수급부를 설치하여 포토레지스트에 수급되는 열량을 제어함으로써 점성의 크기를 제어할 수 있다. 열수급부의 방식으로는 허용하는 한, 공지의 열전달 방식 모두가 사용될 수 있을 것이다.
도4는 본 발명에 따른 도포률 m 및 회전각속도 ω의 바람직한 실시예를 보여주는 도면이다.
포토레지스트 공급률 m 및 회전속도 ω는 상호 상관관계를 가지므로, 양 변수가 상호 조화되도록 그 값을 변경하여 실험하였다. 실험 결과, 실험자가 의도한 양호한 도포 상태를 얻은 실험 결과치를 도 4에 나타내었다. 도시한 바와 같이, 포토레지스트 공급은 외주 전방에서 종료되도록 하였고, 회전속도는 초속 3000rpm으로부터 종속 1333rpm으로 감속되게 하였다.
도 4의 실시예에서는 본 발명의 목적을 달성할 수 있는 일 실시예를 보여주기는 하나, 본 발명은 도 4의 실시예에 한정되지 아니하고, 특허청구범위에 기재된 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예를 가질 수 있음은 물론이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에 따른 포토레지스트 도포 장치를 평면도를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도시한 바와 같이, 포토레지스트공급부(20)는 일지점(28)을 회전중심으로 하여 회전운동을 한다. 도 5의 구체예는 비교적 작은 공간을 요하므로, 전체적인 설비 공간의 감소를 달성할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 바람직한 구체예에 따른 포토레지스트 도포 장치의 정면도를 개략적으로 보여주는 도면이다. 도시한 바와 같이, 포토레지스트공급부(20)는 개폐조절부(24)를 추가적으로 구비하고, 상기 개폐조절부(24)는 복수개의 개폐조절구(26)를 구비한다. 개폐조절부(24)는 상호 다른 크기를 가지도록 구성된다. 도 6의 포토레지스트 도포 장치는 포토레지스트 공급부의 운동 속도를 별도로 제어하지 않아도 된다는 이점이 있다. 즉, 포토레지스트공급부(20)가 등속도 운동을 하더라도, 개폐조절구(26)의 크기가 상호 다르므로, 공급되는 양은 자동으로 조절되게 되는 것이다.
상기한 구성의 본 발명에 따르면, 표면의 안정성이 우수하고 물결모양의 무늬 발생이 없고 아울러 균일한 두께의 포토레지스트 도포막을 생성할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 최적의 회전속도로서 웨이퍼 회전을 달성함으로써, 웨이퍼 표면 부근에 국부적인 와류 현상의 유발을 방지하여 더욱 우수한 품질의 웨이퍼 생산을 가능하게 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 에지 비드의 생성을 방지함으로써 포토레지스트 낭비 요소를 제거하여 생산 단가를 저감시키고, 생산 공정 시간 단축을 달성함과 아울러, 환경문제를 유발하지 않는 효과가 있다.
또한 본 발명은 종래의 200mm 직경의 포토레지스트 도포 장치를 그대로 사용할 수 있고, 아울러 기존에 축적되어 있는 실험 데이터를 그대로 적용할 수 있도록 함으로써, 보다 우수한 기술향상에 이바지 할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 별도의 첨가제, 예컨대 포토레지스트 용매 가스 또는 액체의 추가적인 공급의 필요성이 없는 포토레지스트 도포 장치를 제공함으로써, 생산 단가의 저감 및 공정 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 다른 물질로의 대체 사용을 수반하지 않으면서도, 포토레지스트액의 점성을 간단히 변화시킬 수 있음으로써, 공정 요구 조건에 대응할 수 있고 공정 관리를 표준화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (16)

  1. 삭제
  2. 회전판과,
    상기 회전판을 구동하기 위한 구동부를 구비하는 스피너부;
    상기 회전판에 포토레지스트를 공급하는 포토레지스트공급부; 및
    상기 포토레지스트의 점성을 제어하기 위하여 상기 포토레지스트에 열수급을 수행하는 열수급부를 포함하고,
    상기 회전판은 가변 각속도로 회전되고;
    상기 포토레지스트공급부는 상기 회전판의 회전 중심으로부터 가변 위치에 상기 포토레지스트를 분할 공급하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 장치.
  3. 가변 각속도로 회전되는 회전판과,
    상기 회전판을 구동하기 위한 구동부를 구비하는 스피너부; 및
    상기 회전판의 회전 중심으로부터 가변 위치에 포토레지스트를 분할 공급하는 포토레지스트공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 장치.
  4. 제 2항 또는 제 3항에서,
    상기 회전판은 ω초속의 초속으로부터 ω초속×의 종속으로 감속되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 장치.
  5. 제 2항 또는 제 3항에서,
    상기 포토레지스트공급부는 상기 회전판의 회전 중심으로부터 가변 위치에 서로 다른 분할량으로 상기 포토레지스트를 분할 공급하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 장치.
  6. 제 2항 또는 제 3항에서,
    상기 포토레지스트공급부는 일지점을 중심으로 하여 회전운동을 하고, 상기 포토레지스트공급부의 회전운동에 의하여, 상기 포토레지스트가 가변 위치에서 상기 회전판 상에 공급됨으로써, 가변 위치에서 상기 포토레지스트의 분할 공급이 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 장치.
  7. 제 2항 또는 제 3항에서,
    상기 포토레지스트공급부는 개폐조절부를 추가적으로 구비하고,
    상기 개폐조절부는 복수 개의 개폐조절구를 가지고,
    상기 개폐조절구에 대한 상기 포토레지스트공급부의 상대운동에 의하여 상기 포토레지스트공급부가 상기 개폐조절구의 위치에 올 때 상기 포토레지스트가 상기 개폐조절구를 경유하여 상기 회전판 상에 공급됨으로써, 가변 위치에서 상기 포토레지스트의 분할 공급이 수행되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 장치.
  8. 제 7항에서,
    상기 개폐조절구는 서로 다른 크기를 가짐으로써, 상기 포토레지스트공급부는 각각의 위치에서 서로 다른 분할량으로 상기 포토레지스트를 상기 회전판 상에 공급하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 장치.
  9. 삭제
  10. 웨이퍼가 안착된 회전판을 가변 각속도로 회전시키고,
    포토레지스트에 열을 수급함으로써 상기 포토레지스트가 요구되는 점성 값을 가지도록 한 후 상기 회전판 상에 공급하여, 상기 웨이퍼에 상기 포토레지스트를 도포하되,
    상기 포토레지스트는, 상기 회전판의 회전 중심으로부터 가변 위치에 분할 공급하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 방법.
  11. 웨이퍼가 안착된 스피너의 회전판을 가변 각속도로 회전시키면서,
    상기 회전판의 회전 중심으로부터 가변 위치에 포토레지스트를 분할 공급하여 상기 웨이퍼에 상기 포토레지스트를 도포하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 방법.
  12. 제 10항 또는 제 11항에서,
    상기 회전판은, ω초속의 초속으로부터 ω초속×의 종속으로 감속시키는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 방법.
  13. 제 10항 또는 제 11항에서,
    상기 포토레지스트는, 상기 회전판의 회전 중심으로부터 가변 위치에 서로 다른 분할량으로 분할 공급하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 방법.
  14. 제 10항 또는 제 11항에서,
    상기 포토레지스트를 공급하는 포토레지스트공급부가 일지점을 중심으로 하여 회전운동을 하도록 함으로써, 상기 포토레지스트공급부의 회전운동에 의하여, 상기 포토레지스트가 가변 위치에서 상기 회전판 상에 공급되게 하여, 가변 위치에서 상기 포토레지스트의 분할 공급을 수행하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 방법.
  15. 제 10항 또는 제 11항에서,
    상기 포토레지스트를 공급하는 포토레지스트공급부가 개폐조절부를 구비하고,
    상기 개폐조절부는 복수 개의 개폐조절구를 구비하고,
    상기 개폐조절구에 대한 상기 포토레지스트공급부의 상대운동에 의하여 상기 포토레지스트공급부가 상기 개폐조절구의 위치에 올 때 상기 포토레지스트가 상기 개폐조절구를 경유하여 상기 회전판 상에 공급되게 함으로써, 가변 위치에서 상기 포토레지스트의 분할 공급을 수행하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 방법.
  16. 제 15항에서,
    상기 개폐조절구는 서로 다른 크기를 가지게 함으로써, 상기 포토레지스트공급부는 각각의 위치에서 서로 다른 분할량으로 상기 포토레지스트를 상기 회전판 상에 공급하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 도포 방법.
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