KR100518381B1 - 고효율 포토레지스트 코팅 - Google Patents

고효율 포토레지스트 코팅 Download PDF

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KR100518381B1
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더크센제임스
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메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지
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Abstract

웨이퍼(50)의 상면 전체를 덮는 나선 패턴 (202)으로 포토레지스트의 리본을 압출함으로써, 유기 포토레지스트 폴리머로 반도체 기판(50)을 코팅하는 개선된 방법 및 장치가 제공된다. 본 발명은 보다 균일한 포토레지스트 층을 제공하며, 값비싼 포토레스트트 용액을 사용하는 기존의 방법보다 높은 효율을 갖는다. 웨이퍼(50)가 척(114)에 장착된다. 압출 헤드(30)가 웨이퍼(50)의 외곽에지에 인접하게 웨이퍼(50)의 상면에 위치되고, 압출 슬롯 (39)이 웨이퍼(50)의 중앙쪽으로 방사상으로 정렬되어 포토레지스트가 압출 슬롯(39)바깥으로 압출된다. 웨이퍼(50)의 회전비율 및 압출 헤드(30)의 반경 방향 회전 속도는 회전하는 웨이퍼(50)에 관하여 압출 헤드(30)의 접선 속도가 일정해지도록 제어된다.

Description

고효율 포토레지스트 코팅{HIGH EFFICIENCY PHOTORESIST COATING}
본 발명은 반도체 기판에 유기 포토레지스트 폴리머(organic photoresist polymers)를 코팅하기 위한 개선된 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 보다 균일한 포토레지스트 층을 제공할 수 있고 그리고 값비싼 포토레지스트 용액을 이용하는 현행의 방법에 비해 훨씬 더 효율적으로 반도체 기판을 코팅할 수 있는 개선된 방법 및 장치에 관한 것이다.
집적회로 제조는 마스크 상의 기하학적인 형상을 반도체 웨이퍼 표면에 전사하는 것을 포함한다. 그 후, 반도체 웨이퍼의 기하학적인 형상들에 대응하거나 또는 기하학적인 형상들 사이의 영역들에 대응하는 부분들이 에칭을 통해 제거된다. 마스크상의 형상들을 반도체 웨이퍼로 전사하는 것에는 통상적으로 리소그래피 공정이 포함된다. 여기에는 프리폴리머(pre-polymer) 용액을 반도체 웨이퍼에 도포하는 단계가 포함되는데, 상기 프리폴리머는 예컨대 자외선 빛, 전자빔, x-레이, 또는 이온빔에 노출될 시 반응하는 조사 감응성(radiation-sensitive) 폴리머를 형성하도록 선택된다. 프리폴리머 용액의 용매는 증발에 의해 제거된 다음, 결과적인 폴리머 막이 베이킹된다. 이 막은 소망하는 기하학적 패턴들을 지원하는 포토마스크(photomask)를 통해 조사, 예컨대 자외선 광에 노출된다. 그 다음, 웨이퍼를 현상용액에 침지시켜 감광성(photo-sensitive) 재료내의 이미지들이 현상된다. 노광된 또는 노광되지 않은 영역들은 형상 공정에서 조사 감응성 재료의 성질에 따라서 제거된다. 그 이후에, 웨이퍼는 에칭 환경에 놓여져 조사 감응성 재료에 의해 보호되지 않은 영역들이 에칭에 의해 제거된다. 에칭 프로세스에 대한 그들의 저항성 때문에, 조사 감광성 재료는 포토레지스트로서 알려져 있으며, 용어 포토레지스트는 이후 설명에서 조사 감광성 폴리머 및 그들의 프리폴리머를 나타내는데 이용된다.
요구되는 포토레지스트 막의 두께는 원하는 해상도, 결함 보전력, 및 단차 (step coverage)에 따라 변한다. 막이 두꺼우면 점착력이 좋아지고, 반응 이온 부식에 대한 보전성이 커져 결함 보전력이 향상된다. 그러나, 막이 두꺼우면 막이 장시간 노광 및 현상되어야 하므로 해상도가 낮아질 수 있다. 현행 반도체 제조 공정에 사용되는 포토레지스트 막 두께는 전형적으로 0.5 내지 4 μm 이다.
포토레지스트층 두께의 균일성은 집적회로 제조시 중요한 기준(criterion)이다. 조사가 마스크를 통해 코팅부에 포커싱될 때, 코팅부 두께의 변화는 표면 위에서 0.25 μm 의 선폭 이하에 가까운 선폭 치수를 갖는 향상된 회로를 위한 기하학적인 패턴을 확실히 만족스럽게 할 수 있도록 재생산 하는데 필요한 선명도(sharpness)를 얻는데 요구되는 웨이퍼 전체 표면에 대한 정밀한 포커싱을 저해한다. 포토레지스트 막 두께의 균일성은 마스크 패턴을 포토레지스트에 잘 전사하기위해 요구된다. 균일성은 웨이퍼 표면을 따라 일정한 노광 레벨을 유지하는데 중요하다. 비균일성은 광학 스텝퍼(stepper)가 포토레지스트 막 아래의 얼라인먼트(alignment) 마스크를 감지하려할 때, 위치 오버레이(position overlay) 에러를 야기한다. 비균일성은 또한 산화물 위에 증착된 포토레지스트의 반사특성을 변화시킨다.
마이크로 전자 디바이스의 작은 임계 치수는 포토레지스트 코팅 두께가 통상적으로 10Å(3σ) 내로 균일해야됨을 요구한다. 이 임계 치수가 더욱 감소함에 따라, 보다 좋은 균일성이 요구될 것이다.
포토레지스트 프리폴리머액의 비용이 비싸므로, 기판 코팅에 요구되는 폴리머액의 양을 최소화하는 코팅 공정에 대한 효율성 개선 방법이 필요하다.
웨이퍼를 코팅하기위해 그동안 이용됐거나 또는 제안된 방법들에는 딥(dip) 코팅, 메니스커스(meniscus)코팅, 스프레이코팅, 패치(patch)코팅, 버블(bubble) 코팅, 화학 증기 증착 및 스핀 코팅이 포함된다. 이들 방법들 중 소수만이 반도체 생산시 요구되는 두께와 균일성을 갖는 포토레지스트 막을 제공한다. 이들 방법들 중에서, 단지 스핀 코팅만이 칩 제조업자들의 요구를 충족시키기에 충분히 빠른 생산 속도를 갖는다. 그러나 스핀 코팅의 한가지 중요한 결점은 웨이퍼 표면에 도포되는 포토레지스트의 90% 또는 그 이상의 많은 양이 낭비될 수 있다는 점이다.
수억 달러의 비용에 해당하는 약 백만 갤론의 포토레지스트가 해마다 소모된다. 반도체 디바이스들의 임계 치수가 더욱 작아짐에 따라, 새로운 깊은 자외선 포토레지스트(deep UV photoresist)가 이용될 것이다. 이들 새로운 포토레지스트들은 현재 이용되고 있는 i 라인 포토레지스트 비용에 비해 5배 이상 소요될 수 있다. 따라서, 스핀 코팅 속도에 필적하는 속도로 균일하고 결함이 없는 코팅을 제공하면서 포토레지스트를 보다 덜 낭비하는 새로운 코팅 방법이 요구된다.
발명의 목적 및 요약
본 발명의 목적은 웨이퍼 표면 전체에 걸쳐 보다 향상된 코팅 균일성을 제공하는 개선된 웨이퍼 코팅 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 포토레지스트를 덜 낭비하고 그리고 보다 효율적으로 이용하면서 코팅 균일성을 제공하는 개선된 웨이퍼 코팅 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
제 1 양상에서, 본 발명은 포토레지스트 코팅을 상면, 중앙, 및 외곽 에지를 갖는 원형 반도체 웨이퍼에 도포하는 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 소정의 폭을 갖는 포토레지스트 리본을 상기 웨이퍼의 상면 전체를 덮도록 나선 패턴으로 압출시키는 단계를 포함한다.
제 2 양상에서, 본 발명은 포토레지스트 코팅을 상면, 중앙, 및 외곽 에지를 갖는 원형 반도체 웨이퍼에 도포하는 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 상기 웨이퍼를 그의 상면이 수평으로 정렬 및 위로 향하도록 척에 장착하는 단계와; 상기 웨이퍼의 외곽에지에 인접하도록 상기 웨이퍼의 상면위에 압출헤드를 위치시키는 단계와, 여기서 상기 압출헤드는 포토레지스트를 압출슬롯 밖으로 압출 하도록 구성되고, 상기 압출 슬롯의 길이는 제1 및 제2 단부로 경계지며, 상기 압출헤드는 상기 압출 슬롯과 함께 웨이퍼에 대하여 방사상으로 정렬되도록 위치되며, 상기 압출슬롯의 제1 단부는 웨이퍼의 외곽에지에 인접하게 위치되고, 상기 압출슬롯의 제2 단부는 웨이퍼의 외곽에지의 바깥에 위치되며; 상기 웨이퍼를 그 중앙을 중심으로하여 회전시키는 단계와; 상기 압출슬롯으로부터 상기 포토레지스트 리본을 압출하는 단계 - 상기 리본의 폭은 슬롯의 길이와 거의 동일하며 - 와; 그리고 상기 압출슬롯으로부터 포토레지스트 리본을 압출하는 동안, 상기 압출슬롯을 상기 웨이퍼에 대하여 방사상으로 정렬되게 유지하고 그리고 상기 포토레지스트가 상기 웨이퍼의 상면 전체를 덮을 때까지 압출헤드를 상기 웨이퍼의 외곽 에지로부터 상기 웨이퍼의 중앙을 향해 방사상으로 이동시키는 단계를 포함한다.
제3 양상에서, 본 발명은 포토레지스트 코팅을 상면, 중앙, 직경, 및 외곽 에지를 갖는 원형 반도체 웨이퍼에 도포하는 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 상기 웨이퍼를 척에 장착하는 단계와; 상기 웨이퍼의 중앙에서 웨이퍼의 상면위에 압출헤드를 위치시키는 단계와, 여기서 상기 압출헤드는 포토레지스트를 압출슬롯 밖으로 압출하도록 구성되고, 상기 압출슬롯의 길이는 제1 및 제2 단부로 경계지며, 상기 압출헤드가 상기 압출슬롯과 함께 상기 웨이퍼에 대하여 방사상으로 정렬되도록 위치되며, 상기 압출슬롯의 제1 단부는 상기 웨이퍼의 외곽에지에 인접하게 위치되고, 상기 압출슬롯의 제2 단부는 상기 웨이퍼의 중앙과 상기 웨이퍼의 외곽에지 사이에 위치되며; 상기 웨이퍼를 그 중앙을 중심으로하여 회전시키는 단계와; 상기 압출슬롯으로부터 포토레지스트 리본을 압출하는 단계 - 상기 리본의 폭은 슬롯의 길이와 거의 동일하며 - 와; 그리고 상기 압출슬롯으로부터 포토레지스트 리본을 압출하는 동안, 상기 압출슬롯을 상기 웨이퍼에 대하여 방사상으로 정렬도록 유지하고 그리고 상기 포토레지스트가 상기 웨이퍼의 상면 전체를 덮을 때까지 압출헤드를 웨이퍼의 외곽 에지를 향해 방사상으로 이동시키는 단계를 포함한다.
제4 양상에서, 본 발명은 포토레지스트의 코팅을 상면, 중앙, 직경, 및 외곽 에지를 갖는 원형 반도체 웨이퍼에 도포하는 장치를 제공하는 것으로, 상기 장치는 상기 웨이퍼의 상면이 수평으로 정렬 및 위쪽으로 향하게, 상기 웨이퍼를 장착하는 수단과; 상기 웨이퍼의 외곽에지에 인접하게 웨이퍼의 상면위에 위치되는 압출헤드와; 상기 압출헤드는 포토레지스트를 압출슬롯 밖으로 압출하도록 구성되고, 상기 압출슬롯의 길이는 제1 및 제2 단부로 경계지며, 상기 압출헤드가 상기 압출슬롯과 함께 상기 웨이퍼에 대하여 방사상으로 정렬되도록 위치되며, 상기 압출슬롯의 제1 단부는 상기 웨이퍼의 외곽에지에 인접하게 위치되고, 상기 압출슬롯의 제2 단부는 상기 웨이퍼의 외곽에지의 바깥에 위치되며; 상기 웨이퍼를 그 중앙을 중심으로하여 회전시키는 수단과; 상기 압출슬롯으로부터 포토레지스트 리본을 압출하는 수단 - 상기 리본의 폭은 슬롯의 길이와 거의 동일하며 - 와; 그리고 상기 압출슬롯으로부터 포토레지스트 리본을 압출하는 동안, 상기 압출슬롯을 웨이퍼에 대하여 방사상으로 정렬되게 유지하고 그리고 상기 포토레지스트가 상기 웨이퍼의 상면 전체를 덮을 때까지 상기 압출헤드를 상기 웨이퍼의 중앙을 향해 방사상으로 이동시키는 수단을 포함한다.
도 1은 스핀 코팅 프로세스에서 포토레지스트를 웨이퍼 표면에 분배하는데 사용되는 정적 분배 방법을 예시한다.
도 2는 스핀 코팅 프로세스에서 포토레지스트를 웨이퍼 표면에 분배하는데 사용되는 순방향으로 방사상 동적 분배 방법을 예시한다.
도3은 스핀 코팅 프로세스에서 포토레지스트를 웨이퍼 표면에 분배하는데 사용되는 역방향으로의 방사상 동적 분배 방법을 예시한다.
도4는 본 발명의 압출 헤드의 측면 전체도이다.
도5는 본 발명의 압출 헤드의 전면 플레이트에 대한 정면도이다.
도6은 본 발명의 압출 헤드의 후면 플레이트에 대한 정면도이다.
도7은 본 발명의 압출 헤드의 쐐기에 대한 정면도이다.
도8은 후면 플레이트에 대이는 쐐기의 정면도이다.
도9는 본 발명의 어셈블된 압출 헤드에 대한 횡단면도이다.
도10은 본 발명의 어셈블된 압출 헤드에 대한 사시도이다.
도11은 기판이 그 아래에서 이동하는 압출 헤드의 립에 대한 단면도이다.
도12,13,14는 각각 본 발명의 압출 스핀 코팅 어셈블리의 정면도, 상부도 및 배면도이다.
도15는 본 발명의 압출 스핀 코팅 어셈블리에서 제어 시스템의 실시예에 대한 블록다이어그램이다.
도16,17,18,19는 본 발명의 압출 스핀 코팅 프로세스의 여러 단계 동안 압출 스핀 코팅 어셈블리에 대한 구조를 예시한다.
도20은 본 발명을 따르는 압출 스핀 코팅 동작의 임의의 매개변수들을 예시하는 도면이다.
도21은 본 발명에 따른 압출 스핀 코팅 나선형 패턴을 도시한다.
도1,2,3은 스핀 코팅 프로세스에서 포토레지스트를 웨이퍼 표면상에 분배하는데 현재 사용되는 3가지의 중요한 방법들을 보여준다. 도 1에 도시된 방법은 "정적 분배"로 불린다. 정적 분배에서, 포토레지스트는 정지 웨이퍼(10)의 중앙으로 직접 분배되어 포토레지스트(12)의 원형 풀(circular pool)을 형성한다. 대안적으로, 웨이퍼(10)의 전체 표면이 포토레지스트로 가득채워질 수 있다. 종종, 웨이퍼(10)는 느리게 회전하여 웨이퍼(10) 표면 위에 포토레지스트(12)를 뿌리기 시작한다.
도 2 및 도 3에 예시된 방법들은 "동적 분배"로 불리는데, 이것은 포토레지스트(14,16)가 분배되는 동안, 웨이퍼(10)가 느리게 회전하기 때문이다. 도2에 예시된 순방향으로의 방사상 분배 동안, 분배 노즐(20)은 초기에 웨이퍼(10)의 중앙에 위치하고 그리고 포토레지스트(14)가 증착됨에 따라 방사상으로 바깥 방향으로 이동한다. 도 3에 예시된 역방향으로의 방사상 분배 동안, 분배 노즐은 웨이퍼의 외곽 에지에서 시작하여 방사방향 안쪽으로 이동한다. 도2 및 도3 모두에서, 분배 노즐(20)은 느리게 회전하는 웨이퍼(10)상에 포토레지스트를 증착한 후의 행정의 최종단에 놓인다. 순방향으로의 방사상 분배 및 역방향으로의 방사상 분배 둘다는 포토레지스트의 나선형 패턴(14,16)을 제공한다. 나선형(14,16) 기하학, 즉 나선형의 턴(turn)수 및 나선에 따른 단위 길이당 포토레지스트 체적은 웨이퍼(10)의 각회전, 웨이퍼(10)에 관한 노즐(20)의 방사방향 속도, 및 분배 동안의 용량 흐름에 의해 결정된다. 동적 분배는 포토레지스트량이 적게 사용되지만, 그러나 정적 분배는 보다 균일한 막을 형성된다.
포토레지스트가 웨이퍼상에 배치된 후에, 웨이퍼는 원심력을 생성하도록 가속 회전되어 이에 따라 포토레지스트가 웨이퍼의 에지를 향해 퍼지게된다. 웨이퍼는 최종 고속의 스핀으로 가속되기 전에, 수 초 동안 중간 속도로 회전된다. 포토레지스트 덩어리(bulk)가 웨이퍼의 에지에 도달하면, 대부분의 포토레지스트는 많은 작은 물방울들로 휙 뿌려진 것처럼 된다. 가속도는 최종 막 두께에 영향을 미치지는 않지만, 가속도가 높을수록 보다 균일한 막을 제공하는 경향이 있는 것으로 나타났다.
일단 웨이퍼가 최종 고속으로 회전하게 되면, 이 웨이퍼는 포토레지스트가 원하는 두께에 도달할 때까지 계속해서 회전된다. 포토레지스트는 동심의 파형으로 바깥으로 흘러 웨이퍼로부터 유출된다. 동시에, 포토레지스트내의 용매는 웨이퍼 표면 상의 높은 대류때문에 신속히 증발한다. 포토레지스트내의 용매 성분이 감소함에 따라 포토레지스트의 점착성은 점차적으로 증가하며, 포토레지스트의 바깥쪽으로의 흐름이 약해져 결국에 가서는 정지된다. 이후의 포토레지스트가 얇아지는 것은 거의 전적으로 용매 증발에 기인한다. 용매가 대부분 증발될 시, 통상적으로 약 30초 후에 회전이 정지되고, 포토레지스트에 남아 있는 잔류 용매를 증발시키기 위해서 웨이퍼가 높은 온도로 부드럽게 베이킹된다.
도1, 2, 3에 도시된 분배 방법들 각각에서, 포토레지스트는 두꺼운 퍼들(puddle) 또는 리본형상으로 웨이퍼상에 분배되며, 어떤 수단 예컨대 저속 스핀에 의해 포토레지스트를 퍼지게 하여 이 포토레지스트가 웨이퍼를 덮는 얇은 층을 형성하도록 해야한다. 본 발명의 방법에서, 포토레지스트는 웨이퍼 표면 전체에 얇은 균일한 층으로 코팅된다. 이것은 저속 회전 단계의 필요성을 배제하며, 원하는 최종 두께와 균일성을 성취하는데 있어 웨이퍼상에 배치하는 포토레지스트의 양을 적게한다.
본 발명의 방법은 얇은 포토레지스트 리본을 웨이퍼의 전체 표면 상에 분배하기 위해서 압출 슬롯 코팅을 사용한다. 압출 슬롯 코팅은 프리미터(pre-metered) 코팅 방법의 일부에 속한다. 압출 슬롯 코팅을 사용함으로써, 코팅 두께는 포토레지스트 분배 속도에 의해 제어될 수 있으며, 효율성은 거의 100%에 가깝게 할 수 있으며, 두께의 균일성도 매우 좋아진다.
압출 슬롯 코팅에서, 포토레지스트는 좁을 슬롯을 통해 웨이퍼 상에 압출된다. 도 4 내지 도 11은 본 발명에서 사용되는 압출 헤드(30)에 대한 실시예를 예시한다. 압출 헤드(30)는 압출 다이라고도 칭한다. 도 4는 스테인레스강 전면 플레이트(32)와 스테인레스강 후면 플레이트(33) 사이에 스테인레스강의 U자형 쐐기(shim)(31)가 샌드위치된 구성의 압출 헤드(30)에 대한 측면 어셈블리도를 보여준다. 도 5, 6 및 7은 각각 전면 플레이트(33), 후면 플레이트(33), 및 쐐기(31)에 대한 정면도를 보여준다. 도 8은 후면 플레이트(33)에 대한 쐐기(31)의 정면도를 보여준다. 도 4에 관하여, 전면 플레이트(32) 및 후면 플레이트(33)의 쐐기(31)와 접하는 그들 내부 에지는, 쐐기(31)와의 양호한 봉합성 및 압출을 위한 평활한 표면을 제공하도록 연마 및 폴리싱(polishing)된다. 포토레지스트는 후면 플레이트(33) 상부의 포트(34)를 통해 압출 헤드(30)에 유입된다. 포트(34)는 포토레지스트를 배관(35)을 통해 플로우 채널(flow channel)(36)로 보낸다(도4,6). 플로우 채널(36)은 쐐기(31)의 "U"자형 개구부(37)(도 7 및 8 참조)만큼 넓다.
도 9는 도 4에 예시된 압출 헤드(30)에 대한 단면도이다. U자형 쐐기(31)에 의해 생성되는 공간(void)은 전면 플레이트(32)와 후면 플레이트(33) 사이에 좁은 갭(38)을 남겨, 이를 통해 포토레지스트가 흐르게 된다. 압출 헤드(30)의 베이스에서, 갭(38)은 2개의 좁은 "립(41,42)"들 사이에서 계속 하향하면서 전면 플레이트(32)와 후면 플레이트(33)의 내면을 따라 연장된다.
도 10은 도 4에 예시된 압출 헤드에 대한 사시도다. 갭(38)은 쐐기(31)의 "U"자형 개구(37)(도 7 및 8 참조)를 횡단 연장됨으로써 압출 헤드(30)에 압출 슬롯(39)을 형성한다.
도 11은 압출 헤드(30)의 압출 립(41,42)에 대한 단면도로써, 기판(50)이 압출 립(41, 42) 아래에서 이동한다. 포토레지스트가 립(41, 42)의 베이스에서 슬롯(39)으로부터 기판(50)의 상면(51)으로 압출된다. 전면 플레이트(32)와 후면 플레이트(33) 사이의 갭(38)의 폭은 d로 나타내어지며, 쐐기(31)의 두께와 같다(도 4 및 9 참조). 립(41,42)과 기판(50) 간의 코팅 갭은 슬롯(39)으로부터 나오는 코팅액의 비드(bead)(46)로 채워진다. 기판(50)이 코팅 갭을 일정하게 유지하면서 슬롯(39)에 대해 수직방향으로 이동할 때, 액이 비드(46)로부터 추출되어 기판(50)상에 얇은 막으로 놓여지게 된다. 압출된 막의 폭(W)(도 19 및 도 20)은 압출 슬롯(39), 즉 쐐기(31)의 "U"자형개구(37)(도 7 및 8) 길이와 거의 같다. 압출된 막의 평균 두께(h)는 다음과 같다.
여기서 V는 코팅 속도이고, Q는 액 분배 속도이다. 코팅 비드(46)의 리딩 에지(전연) 및 트레일링 에지(후연)의 메니스커스(44,45)는 압출 헤드 립(41,42)의 코너에 고정된다. 압출 헤드 립(41,42)의 코너는 메니스커스(44,45)를 고정시키기 위해서 대략 50 μm보다 작은 곡률 반경을 가져야 한다. 코팅 비드(46) 내의 모관(capillary), 점성, 및 입구 압력은 코팅 비드(46) 내의 안정성을 유지하기 위해서 외부 압력과 균형을 이루어야 한다. 보다 얇은 막 또는 보다 높은 코팅 속도로 코팅하는 경우, 코팅 비드(46)를 안정화시키기 위해 코팅 비드(46)의 리딩 에지에서 약간의 진공이 이용될 수 있다. 압출 헤드 립(41,42)은 보통 길이가 같고(G1=G2) 그리고 압출 헤드(30)는 기판(50)에 수직이다. 그러나, 매우 얇은 코팅에 관하여, 립들중 하나를 다른 것보다 연장시키거나(G1≠G2) 또는 압출 헤드(30)를 기판(50)과의 수직 각도에서 조금 기울어지게 하여 코팅 슬롯(39)이 기판(50)에 대해 기울어지게 하는 것이 경우에 따라서는 좋을 수도 있다.
압출 스핀 코팅 어셈블리(100)에 대해 도 12, 13 및 14를 참조하여 설명할 것인 바, 이 도면들은 본 발명에 따른 압출 스핀 코팅 어셈블리(100)에 대한 정면도, 상부도 및 배면도를 각각 예시한다. 도12, 13 및 14에 도시된 압출 스핀 코팅 어셈블리(100)의 구성요소들은 코팅 모듈(110) 및 위치 설정 시스템(130)을 포함한다. 도12, 13 및 14에는 도시되지 않았지만, 도 15를 참조하여 설명되는 제어 시스템(210)은 위치설정 제어기(220) 및 스피너(spinner) 제어기(280)를 포함한다.
코팅 모듈(110)은 스피너 어셈블리(111)를 포함하며, 이 스피너 어셈블리(111)는 수직 샤프터(112)에 연결된 스피너 서보모터 (미도시, 도 15에서 113으로 표시됨)를 포함한다. 수직 샤프터(112)는 테플론(Teflon) 진공척(114)을 지지한다. 스피너 어셈블리(111)는 척 엘리베이터 서보모터(미도시, 도 15에서 115로 표시됨)를 이용하여 수직으로 이동될 수 있다. 척 엘리베이터 서보모터는 엘리베이터 모터 브레이크(미도시, 도 15에 135로 표시됨)를 구비한다. 스피너 어셈블리(111)를 최하 위치에 놓일 때, 척(114)은 캐치 컵(116)(단면도로 도시)에 의해 둘러싸여진다. 캐치 컵(116)은 위쪽이 개방된 개방부(117)를 갖는 원형 컵이다. 캐치 컵(116)의 벽부 상단(120)은 캐치 컵(116)내에 쓸모없는 포토레지스트를 용이하게 보유할 수 있도록 안쪽으로 기울어져 있다. 캐치 컵(116)은 세 가지의 목적을 갖는다. 캐치 컵(116)은 쓸모없는 포토레지스트를 캐치하여 폐수 배출구(122)로 배출한다. 캐치 컵(116)은 배기구(118)를 구비하여, 이를 통해 증발된 용매를 제거한다. 캐치 컵(116)은 난류발생(turbulence)을 막기 위하여, 회전하는 웨이퍼 상의 공기의 흐름의 방향을 정한다. 배기구(118)와 폐수 배출구(122)는 캐치 컵(116)의 바닥(124)부에 형성되어 있다. 쓸모없는 포토레지스트와 배출된 증기들을 제거하기 위한 수단은 당업자들에게 널리 공지되어 있으므로 이에 대해서는 설명하지 않는다.
스피너 어셈블리(111)는 척(114) 상에서 웨이퍼들을 센터링(중심 맞춤)시키기 위한 8개의 테플론 핀(138)과, 그리고 공정 전후에 처리되지 않은 상태의 웨이퍼들을 지지하기 위한 3개의 수직 핀(미도시)을 갖는다. 센터링 핀(138)은 센터링 솔레노이드(미도시, 도 15에서 119로 표시됨)에 의해 제어된다. 코팅기 모듈(110) 상의 센서들은 척(114)의 수직 방향 정위치(미도시, 도 15에서 121로 표시됨)와, 진공 상태 (온/오프)(미도시, 도 15에서 123으로 표시됨)와, 그리고 센터링 핀 위치(미도시, 도 15에서 125로 표시됨)를 나타낸다. 코팅기 모듈(110)의 이러한 특징들은 당업자들에게 널리 공지되어 있으므로 이에 대해서는 설명하지 않는다.
본 발명에 이용하기에 적당한 코팅기 모듈(110)은 실리콘 밸리 그룹사가 제작한 상업적으로 이용가능한 90SE 코팅기 모듈이다. 90SE 코팅기 모듈은 역시 실리콘 밸리 그룹사가 제작한 상업적으로 이용가능한 90SE 웨이퍼 처리 트랙의 한 구성요소이다.
위치 설정 시스템(130)은 코팅기 모듈(110)의 윗쪽에 장착된 알루미늄 베이스 플레이트(132)에 의해 지지된다. 베이스 플레이트(132)는 코팅기 모듈(110)의 윗쪽에 위치되는 센터 컷아웃부(134)를 갖는다. 바닥판의 윗쪽에 장착된 제 1, 2 지지 플레이트(134, 136)는 횡단 지지부(137)를 지지하며, 이 지지부(137) 위에 2-축 위치 설정 시스템 (150)이 장착된다. 위치 설정 시스템(150)은 x-축 위치 설정 테이블(152)과 z-축 위치 설정 테이블(162)을 포함한다. x-축 위치 설정 테이블(152)은 x-축 설정 테이블 모터(154)와 x-축 위치 설정 테이블 베이스(156)를 포함한다. 마찬가지로, z-축 위치 설정 테이블(162)은 z-축 위치 설정 테이블 모터(164)와 z-축 위치 설정 테이블 베이스(166)를 포함한다. z-축 위치 설정 테이블(162)은 또한 z-축 위치 설정 브레이크(미도시, 도 15에서 133으로 표시됨)를 포함한다. z-축 위치 설정 테이블(162)은 x-축 위치 설정 테이블(152)의 캐리지(158) 상에 장착된다. x-축 위치 설정 테이블(152)은 척(114)에 장착된 웨이퍼(50)의 표면(51)에 평행하게 수평 평면으로 이동하며, z-축 위치 설정 테이블(162)은 척(114)에 장착된 웨이퍼(50)의 평면(51)과 직각이 되게 수직 방향으로 이동한다. 본 발명의 x-축 및 z-축 위치 설정 테이블(152, 162)에서 이용하기에 적당한 위치 설정 시스템은 5-피치 볼 스크류들에 의해 구동되는 파커 대달 모션 테이블 (Parker Daedal Motion Table)이다.
압출 헤드(30)가 알루미늄 압축 헤드 지지체(172)의 바닥에 장착되며, 이 지지체(172)는 z-축 위치 설정 테이블(162) 상에 장착된다. z-축 위치 설정 테이블(162)은 압출 헤드(30)를 베이스 플레이트(132) 윗쪽의 위치로부터 베이스 플레이트(132)내의 센터 컷아웃부(134)를 통하여 아래로 척(114)상의 웨이퍼(50)의 가까이까지 이동하기에 충분한 이동 범위를 갖는다.
광학 센서(174)가 압출 헤드 지지체(172) 상에 장착된다. 광학 센서(174)는 압출 헤드(30)와, 척(114)에 장착된 웨이퍼(50)간의 갭을 측정하는 데에 이용된다. 본 발명의 실시예에서 이용하기에 적절한 센서는 필텍 RC140L 반사율 보상 광학 변위 센서이다. 광학 센서(174)는 웨이퍼(50)의 표면에 빛을 비추고, 반사된 광을 측정한 다음, 측정된 광의 강도에 비례하는 전압을 발생시킨다. 필텍 센서의 스폿(spot) 크기는 6㎜이며 DC로부터 100㎐까지의 대역폭을 갖는다. 필텍 센서의 전압-거리 곡선은 일반적으로 비선형적이지만, 센서-웨이퍼 거리가 예를 들어 5.51㎜ 과 6.17㎜(0.217인치와 0.243인치) 사이일 때 선형 영역을 갖는다. 광학 센서(174)는 모든 측정치들이 광학 센서(174)의 선형 범위내에 있을 수 있도록 압출 헤드 지지체(172) 상에 위치된다.
포토레지스트의 흐름을 제어하기 위한 수단은 포토레지스트 펌프(미도시)와 포토레지스트 차단 밸브(129)를 포함한다. 이러한 장치들은 종래에 널리 공지되어 있으므로, 도 12, 13 또는 14에서는 완전하게 도시하지는 않았다. 그러나, 압출 스핀 코팅 어셈블리(100)의 제어 시스템(210)에 대한 하기의 설명에서는 포토레지스트 펌프(미도시, 도 15에서 127로 표시됨)와 포토레지스트 차단 밸브(129)에 대해 언급한다.
도 15는 본 발명의 압출 스핀 코팅 어셈블리(100)를 제어하기에 적절한 제어 시스템(210)의 실시예를 도시하는 블록도이다. 제어 시스템(210)은 컴퓨터(212), 위치설정 제어기(220) 및 스피너 제어기(280)를 포함한다. 컴퓨터(212)는 직렬 인터페이스(213, 214, 215)를 통하여 위치설정 제어기(220), 스피너 제어기(280) 및 포토레지스트 분배 펌프(127)에 프로그램들을 다운로드한다. 위치설정 제어기(220)는 포토레지스트의 흐름을 개시 및 정지시키고 포토레지스트 차단 밸브(129)를 제어하기 위한 명령들을 포토레지스트 분배 펌프(127)에 전송한다. 위치설정 제어기(220)는 또한 x-축 모터(154)를 통해 x-축 위치 설정 테이블(152)의 위치와 z-축 모터(164)를 통해 z-축 위치 설정 테이블(162)의 위치를 제어하고 그리고 척 엘리베이터 서보모터(115)를 제어한다. 위치설정 제어기(220)는 광학 센서(174)의 출력을 받아, 압출 헤드(30)와 웨이퍼(50) 간의 거리를 계산한 다음, 그 결과를 이용하여 z-축 모터(164)에 의해 z-축 위치 테이블(162)를 제어한다.
제어 시스템(210)에 이용하기에 적당한 컴퓨터는 IBM-호환 PC이다. 위치설정 제어기(220)로서 적절하게 이용가능한 것은 파커 컴퓨모터(Parker Compumotor) AT6450 서보 제어기이며, 옵션에 따라 광학 ANI 아날로그 입력 PC 카드와 AUX 보드를 포함한다. 스피너 제어기(280)로서 적절하게 이용가능한 것은 퍼시픽 사이언티픽 SC 755이다. 컴퓨터(212), 위치설정 제어기(220) 및 스피너 제어기(280)가 도 15의 블록도에서는 개별적으로 도시되었지만, 파커 컴퓨모터 AT6450과 퍼시픽 사이언티픽 SC 755 제어기를 포함하는 실시예에서 컴퓨모터 AT6450은 PC의 마더보드내에 플러그 접속된다. 본 발명은 또한 위치설정 제어기(220)와 스피너 제어기(280) 양자 모두의 기능들이 단일 결합된 제어기에 의해 제공되는 실시예도 고려된다.
위치설정 제어기(220)는 위치설정 제어기 프로세서와 복수의 입출력 디바이스들을 포함한다. 입력 및 출력 디바이스들은 14 비트의 아날로그/디지털 변환기와, 몇 개의 이산 디지털 입출력 디바이스들과, 그리고 서보모터 출력 디바이스들을 포함한다(프로세서와 입출력 디바이스들은 당업자들에게 널리 공지되어 있으므로 이들에 대해 개별적으로 도시하지는 않는다). 광학 센서(174)의 출력단은 A/D 변환기 입력단(224)에 연결된다. 위치설정 제어기(220)의 이산 디지털 입력단들은 광학적으로 분리된 인터페이스들이며, 척 위치 홈 센서(121)에 결합되는 척 위치 홈 표시기 입력단(242)과, 진공척(114)상의 진공 온/오프 센서(123)에 결합되는 진공 온/오프 상태 표시기 입력단(244)과; 센터링 핀 위치 센서(125)에 결합되는 센터링 핀 입/출력 위치 표시기 입력단(246)과; 그리고 조작자 수동 위치 스위치(126)에 결합되는 하나 또는 그 이상의 수동 위치 명령 입력단(248)을 포함한다.
위치설정 제어기(220)의 출력단들은 x-축 서보모터(154)에 결합되는 x-축 서보모터 출력단(226)과, z-축 서보모터(164)에 결합되는 z-축 서보모터 출력단(228)과, 그리고 엘리베이터 서보모터(115)에 결합되는 엘리베이터 모터 출력단(230)을 포함한다.
위치설정 제어기(220)의 이산 디지털 출력단은 포토레지스트 차단 밸브(129)에 결합되는 포토레지스트 밸브 온/오프 출력단(254)과, 센터링 핀(138)을 제어하는 센터링 솔레노이드(119)에 결합되는 센터링 솔레노이드 출력단(256)과, 진공 솔레노이드(131)에 결합되는 진공 솔레노이드 출력단(258)과, z-축 위치 설정 테이블(162)의 z-축 브레이크(133)에 결합되는 z-축 모터 브레이크 출력단(260)과, 엘리베이터 모터 브레이크(135)에 결합되는 엘리베이터 모터 브레이크 출력단(262)과, 포토레지스트 분배 펌프(127)에 결합되는 트리거 출력단(264), 그리고 스피너 제어기(280)에 결합되는 로직 출력단(266)을 포함한다.
스피너 제어기(280)는 위치설정 제어기(220)로부터 수신된 신호들에 응답하여 코팅 및 스핀 주기를 제어한다. 스피너 제어기(280)는 스피너 제어기 프로세서, 서보모터 출력 디바이스, 및 엔코더를 포함한다(프로세서 및 엔코더는 당업자에게 널리공지되어 있으므로 개별적으로 도시하지 않는다). 스피너 제어기(280)는 스피너 모터(113)에 결합되는 스피너 모터 출력단(286)을 포함한다. 스피너 제어기(280)의 출력단은 또한 위치설정 제어기에 결합되는 시뮬레이션 엔코더 신호(288)를 포함한다. 시뮬레이션 엔코더 신호(288)는 스피너 모터(113) 속도의 전자 기어링(electronic gearing)을 가능케 하여, 위치설정 제어기(220)가 수행하는 압출 헤드(30)의 x-축 위치 설정이 제어될 수 있게 한다.
코팅이 신뢰성 있게 이루어 질 수 있도록 하기 위해서는, 척(114)에 장착된 웨이퍼(50)에 대하여 압출 헤드(30)와 위치 테이블(152, 162)이 정렬되어야 한다. 3개의 정렬들이 요구된다. 이러한 정렬들은 도 12, 13 및 14를 참조하여 설명될 것이다. 첫 번째 정렬에서는 압출 슬롯(39)이 척(114) 상에 장착된 웨이퍼(50)의 중앙 바로 위를 통과하도록 압출 슬롯(39)의 경로를 조정한다. 이러한 정렬은 웨이퍼(50)의 중앙 영역을 완전하게 덮기 위해 필요하다. 베이스 플레이트(132) 상에서 수직 지지 플레이트(134,136)를 전후로 슬라이딩시킴으로써 압출 헤드(30)를 웨이퍼(50)의 중앙의 바로 위에 위치시킨다. 수직 지지 플레이트(134, 136)의 이동은 베이스 플레이트(132)에 의해 구성된다. 수직 지지 플레이트(134, 136)를 소정의 위치에 고정하기 전에, 각각의 지지 플레이트(134, 136) 후부에 있는 조정 볼트로 수직 지지판들(134, 136)의 위치를 미세 조정할 수 있다.
두 번째 정렬에서는 웨이퍼 표면(51)에 대한 x-축의 각도를 조정한다. 이러한 조정을 통해 x-축 위치 테이블(152)이 위치를 변경할 때 웨이퍼(50)와 압출 헤드(30) 사이에 일정한 갭이 유지된다. 웨이퍼 표면(51)에 대한 x-축의 각도는 횡단 지지체(137)의 한쪽 단부에서 횡단 지지체(138)를 제 1 피봇(179)을 중심으로 회전시킴으로써 변경될 수 있다. 미세 조정 볼트와 거친 조정 볼트(184, 186)는 미세 조정 볼트(184)의 1회전당 1.64×10-5 라디안으로 x축과 웨이퍼 표면(51) 사이의 각도 조정을 가능케 한다. 웨이퍼 표면(51)에 대한 x-축의 각도는 광학 센서(174)로 웨이퍼 표면(51)을 스캔함으로써 결정될 수 있다. 스캔 동안, z-축을 고정한 상태에서 광학 센서(174)의 출력 측정치와 x-위치를 기록한다. 이들 데이터 쌍들을 선형 회귀분석하면 웨이퍼 표면(51)과 x-축 간의 각도가 산출된다.
제 3 정렬에서는 x-축 및 웨이퍼 표면(51)과 평행할 때 까지 압출 헤드(30), 즉 압출 슬롯(39)의 바닥 에지를 조정한다. 이러한 정렬은 압출 헤드의 폭에 걸쳐서 일정한 갭을 유지하는 데에 중요하다. 압출 헤드(30)의 바닥 에지와 x-축 간의 각도는 웨이퍼-압출기 평행도 조정 볼트(176)에 의해 조정될 수 있다. 웨이퍼-압출기 평행도 조정 볼트(176)는 z-축 위치 테이블(162)의 베이스에서 웨이퍼-압출기 평행도 조정 피봇(178)을 중심으로하여 압출 헤드 지지체(172)를 피봇시킨다. x-축과 압출 헤드의 바닥 사이의 각도는 선형 가변 차동 변환기(Linear Variable Differential Transfomer, 이하 LVDT라 명명함) 센서를 이용하여 측정될 수 있다. LVDT 센서는 측정 팁을 수직 위쪽으로 향하게 한 상태로 웨이퍼 표면(51)에 고정된다. 그 다음, 압출 헤드(30)는 압출 헤드(30)의 립(41, 42)에 의해 LVTD 센서가 기준 위치로 이동할 때 까지 하강된다. x-축과 z-축 위치 테이블(152, 162) 위치들을 기록한 후, 이러한 절차는 압출 헤드 립(41, 42)에 따른 몇 개의 다른 위치들에서 반복된다. x-축에 대한 압출 헤드(30)의 기울기는 이들 데이터 쌍들의 선형 회귀분석을 이용하여 결정된다.
광학 센서(174)는 두 단계의 과정으로 교정될 수도 있다. 첫째, 전압 오프셋(즉, 제로-갭 바이어스) 전압은 정밀도 쐐기를 압출 헤드(30)와 웨이퍼 표면(51)의 사이에 위치시켜 몇 개의 작은 갭 간격에서 광학 센서(174)의 출력 전압을 측정함으로써 결정된다. 갭 간격과 센서 전압 데이터의 선형 회귀분석이 전압 오프셋(즉, 제로 갭에서의 센서 전압)을 계산하는 데에 이용된다. 둘째, 압출 슬롯(39)을 선정된 증분(예를 들어, 12.7㎛에 해당하는 10개의 엔코더 카운트)만큼 광학 센서(174)의 선형 범위내에서 상승시키고 각 위치에서의 센서 전압을 기록하여 센서 전압과 압출 슬롯(39)의 높이와의 관계를 결정한다. 데이터 쌍들을 선형 회귀분석 함으로써, 센서 전압 대 압출 슬롯(39)의 z-축 위치를 나타내는 곡선의 기울기를 구할 수 있다. 압출 헤드(30)와 웨이퍼 표면(51) 사이의 각도로부터 에러가 발생되지 않도록 광학 센서(174)를 교정하기 전에, 압출 헤드(30)를 상기 설명한 바와 같이 x-축과 웨이퍼 표면에 대하여 정렬시킬 필요가 있다.
압출 스핀 코팅 과정은 도 16 내지 19를 참조하여 설명될 것이다. 상기 설명된 정렬 및 교정 절차들은 주기적으로 수행되거나, 또는 사용 장비들에 의한 경험을 근거로 하여 필요하다고 판단되는 경우 상기 일련의 과정들보다 먼저 수행될 수도 있다.
도 16은 진공척(114)이 베이스 플레이트(132)내의 컷 아웃부(134)를 통하여 들어 올려딜 수 있어 웨이퍼(50)가 척(114) 상에 놓여진 상태를 보인 것이다. 웨이퍼(50)는 센터링 핀(138)(도 13)을 이용하여 척(114) 상의 중앙에 놓여진다. 웨이퍼(50)를 고정하기 위하여 척 진공 장치(미도시)를 작동시킨다. 척(114)을 하강시키면 웨이퍼(50)가 코팅 위치내로 하강하게 되며, 압출 헤드(30)는 도 17에 도시된 바와 같이 웨이퍼(50)와 압출 헤드 립(41, 42) 사이에 바람직한 갭을 유지한채 웨이퍼(50)의 에지의 위치안으로 하강된다. 그런 다음, 척(114)은 바람직한 코팅 속도인 초기의 회전 속도로 회전된다. 포토레지스트 차단 밸브(129)가 열려지고, 포토레지스트 펌프(127)가 작동되어 포토레지스트의 분배가 시작된다. 압출 헤드(30)는 웨이퍼(50)에 대하여 방사상으로 움직인다. 압출 헤드(30)가 웨이퍼(50)의 중앙쪽으로 움직일 때, 척(114)의 회전 속도가 증가하게 되며, 압출 헤드 속도는 웨이퍼(50)에 대한 압출 헤드(30)의 코팅 속도를 일정하게 유지할 수 있도록 회전 속도의 증가에 비례하는 속도로 증가한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 압출 헤드(30)의 리딩 에지가 웨이퍼(50)의 중앙에 이를 때, 웨이퍼(30)의 회전 속도는 압출 헤드(30)의 트레일링 에지가 웨이퍼(50)의 중앙에 이를 때 까지 일정하게 유지된다. 전체 웨이퍼(50)가 포토레지스트로 도포되면, 포토레지스트 펌프(127)의 작동을 멈추게하여 포토레지스트 분배가 중지되며, 포토레지스트 차단 밸브(129)가 닫힌다. 전형적으로, 전체 웨이퍼(50)를 포토레지스트로 도포하기위해서는 압출 헤드의 트레일링 에지가 웨이퍼(50)의 중앙에 이를 때 까지, 압출 헤드(30)의 이동과 포토레지스트의 압출을 계속할 필요가 있다. 포토레지스트 펌프(127)와 차단 밸브(129)가 작동을 멈취 포토레지스트의 분배를 중지했을 때, 이미 압출 헤드(30)내에 (그리고 또한 가능하게는 압출 헤드(30)에 이어지는 배관내에) 존재하는 잔여 포토레지스트가 계속 흘러 웨이퍼(50) 상에 증착될 수 있다. 이러한 경우, 전체 웨이퍼(50)를 덮기 전 짧은 시간 동안 포토레지스트 분배가 중지되도록 포토레지스트 펌프(127)와 차단 밸브(129)의 작동을 멈추게 함으로써 상기 잔여 포토레지스트가 웨이퍼(50)를 최종적으로 덮도록 할 수 있다.
이후, 척(114)은 웨이퍼(50)를 캐치 컵(116)내로 하강시키며, 압출 헤드(30)는 도 19에 도시된 바와 같이 코팅 영역으로부터 상승된다. 이어서, 웨이퍼(50)가 고속으로 회전되어 과다한 포토레지스트가 제거됨으로써 원하는 균일한 코팅이 이루어진다. 척(114)은 회전을 중지하고 베이스 플레이트(132)내의 중앙 컷 아웃부(134)를 통해 상승된다. 진공 자치를 턴오프하고 웨이퍼(50)를 척(114)으로부터 분리한다.
도 20은 본 발명에 따른 압출 스핀 코팅 동작의 특정한 파라미터들을 예시하는 다이어그램이다. 도 20에서, 웨이퍼(50)는 반경 R을 가지며, Ω의 각 속도로 그의 중앙 주위를 회전한다. 압출 헤드(30)의 압출 슬롯(39)는 웨이퍼(50)에 대하여 방사상으로 정렬되며 웨이퍼(50)의 위쪽에 놓인다. 압출 슬롯(39)은 폭 w를 가지며, 속도 u에서 웨이퍼(50)에 대하여 방사상으로 이동한다. 웨이퍼(50)의 중앙과 압출 헤드(30)의 트레일링 에지 사이의 거리는 r이다.
도 20에 나타낸 회전 축으로부터의 거리 r에서의 웨이퍼(50) 표면의 모든 지점에서의 접선 속도는 다음과 같다:
회전 축으로부터의 거리 r에서 압출 헤드(30)의 트레일링 에지에 의해 압출 헤드(30)를 웨이퍼(50)의 각각의 회전에 대하여 압출 슬롯(39)의 한 길이 안쪽으로 이동시킴으로써 나선형의 압출 패턴이 형성될 수 있게 된다. 이 경우, 웨이퍼(50)의 직경에 따른 압출 헤드(30)의 속도는 다음과 같다:
Ω 값을 구하여 이를 대입하면 다음과 같이 된다:
안쪽으로의 방사상 이동에 대하여, 이며, 압출 헤드의 위치에 대한 다른 방정식이 다음과 같이 얻어질 수 있다:
t=0에서 r=r0의 초기 조건을 이용하여 상기 방정식을 적분하면 다음을 얻을 수 있다:
웨이퍼 회전 속도는 시간의 함수로서 다음과 같이 표현될 수 있다:
그리고, 헤드 속도는 시간의 함수로서 다음과 같이 표현될 수 있다:
도 21은 본 발명의 제 1 양상에 따른 압출 스핀 코팅 나선형 패턴(202)를 예시한 것이다. 나선형 패턴(202)은, 웨이퍼(50)의 외곽 에지(52)에서 시작되며 웨이퍼(50)의 중앙을 향해 방사상으로 이동하는 압출 헤드(30)에 의해 형성된다. 제 1 음영 영역(204)은 웨이퍼(50)의 외곽 에지에서의 쓸모없는 포토레지스트를 나타내며, 제 2 음영 영역(206)은 웨이퍼(50)의 중앙 영역내에 압출된 이중 두께의 포토레지스트를 나타낸다. 웨이퍼(50)의 외곽 에지(52) 주위에서의 불필요한 오버랩 또는 이중 두께없이, 압출 나선형 패턴(202)으로 외곽 에지(52) 전체를 덮도록 하기위하여, 압출 헤드(50)를 웨이퍼(50)의 외곽 에지(52)로부터 조금 벗어나게 하여 공정을 행할 필요가 있다. 이 결과, 쓸모없는 포토레지스트의 제 1 음영 영역(204)이 생긴다. 마찬가지로, 압출 헤드(30)의 리딩 에지가 웨이퍼(50)의 중앙에 도달한 후 전체 웨이퍼(50)가 덮여질 때 까지 계속하여 포토레지스트를 압출할 필요가 있다. 전형적으로, 압출 헤드(30)의 트레일링 에지가 중앙에 도달하여 웨이퍼(50)의 중앙 영역 전체를 도포할 때까지 공정을 계속할 필요가 있을 것이다. 웨이퍼(50)의 중앙의 제 2 음영 영역(206)에서의 오버랩은 압출 헤드(30)의 한정된 두께 때문에 피할 수가 없다. 그러나, 쓸모없는 과잉 포토레지스트의 양은 비교적 적어지며, 압출 스핀 코팅 공정의 효율은 종래의 스핀 코팅 공정들의 효율을 훨씬 능가한다.
도 21은 압출 헤드가 웨이퍼의 외곽 에지에서 동작을 시작하여 웨이퍼를 스핀시켜 웨이퍼의 중앙을 향해 방사상으로 상기 압출 헤드를 이동시킴으로써 형성되는 압출 스핀 코팅 나선 패턴을 예시한 것이다. 본 발명의 방법 및 장치는 또한 상기와는 반대로 웨이퍼의 중앙으로 부터 압출헤드의 동작을 시작하여 웨이퍼의 외곽 에지를 향해 방사상으로 압출헤드를 이동시킬 수도 있다.
당업자이면 본 발명이 상기 실시예들에만 한정되는 것이 아님을 알 수있을 것이다. 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 여러가지 다른 구성 및 실시예들을 전개할 수 있으며, 이들은 모두 특허청구의 범위내에 드는 것이다.

Claims (21)

  1. 상면, 중앙 및 외곽 에지를 갖는 원형 반도체 웨이퍼에 포토레지스트를 코팅하는 방법으로서, 상기 방법은 포토레지스트 리본을 압출하는 단계를 포함하고, 여기서 상기 리본은 소정 폭을 가짐과 아울러 상기 웨이퍼의 상면 전체에 나선패턴으로 덮여지며, 상기 포토레지스트는 일정한 압출 비율로 압출슬롯으로부터 압출되고, 그리고 상기 웨이퍼는 소정의 회전속도로 회전하고, 상기 압출헤드는 방사상으로 이동하며, 상기 회전하는 웨이퍼에 대해 방사상으로 움직이는 압축헤드의 이동은 일정한 접선속도로 행해지는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 코팅 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 포토레지스트 리본은 상기 웨이퍼의 외곽 에지로부터 시작하여 상기 웨이퍼의 중앙에서 끝나는 나선 패턴으로 압출되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 코팅방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 포토레지스트 리본은 상기 웨이퍼의 중앙에서 시작하여 상기 웨이퍼의 외곽 에지에서 끝나는 나선패턴으로 압출되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 코팅방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 포토레지스트 리본의 폭은 상기 반도체 웨이퍼 직경의 약 1/10과 약 1/3 사이의 범위로 되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 코팅방법.
  5. 상면, 중앙, 직경, 외곽에지를 갖는 원형 반도체 웨이퍼에 포토레지스트를 코팅하는 방법으로서,
    (a) 상기 웨이퍼를 그의 상면이 수평으로 정렬 및 위로 향하도록 척에 장착하는 단계와;
    (b) 상기 웨이퍼의 외곽에지에 인접하도록 상기 웨이퍼의 상면위에 압출헤드를 위치시키는 단계와, 여기서 상기 압출헤드는 포토레지스트를 압출 슬롯 밖으로 압출 하도록 구성되고, 상기 압출 슬롯의 길이는 제1 및 제2 단부로 경계지며, 상기 압출헤드에는 웨이퍼에 대하여 방사상으로 정렬되도록 압출 슬롯이 설치되며, 상기 압출 슬롯의 제1 단부는 웨이퍼의 외곽 에지에 인접하게 위치되고, 상기 압출 슬롯의 제2 단부는 웨이퍼의 외곽 에지의 바깥에 위치되며;
    (c) 상기 웨이퍼를 그 중앙을 중심으로 하여 회전시키는 단계와, 여기서 상기 웨이퍼는 소정의 회전 속도로 회전하고, 상기 압출 헤드는 방사상으로 이동하며, 상기 회전하는 웨이퍼에 대해 방사상으로 움직이는 압출 헤드의 이동은 일정한 접선속도로 행해지며,
    (d) 상기 압출슬롯으로부터 상기 포토레지스트 리본을 압출하는 단계와, 여기서 상기 리본의 폭은 슬롯의 길이와 거의 동일하고, 그리고 상기 포토레지스트는 일정한 압출 비율로 상기 압출슬롯으로부터 압출되며; 그리고
    (e) 상기 압출슬롯으로부터 포토레지스트 리본을 압출하는 동안, 상기 압출슬롯을 상기 웨이퍼에 대하여 방사상으로 정렬되게 유지하고, 그리고 상기 포토레지스트가 상기 웨이퍼의 상면 전체를 덮을 때까지 압출헤드를 상기 웨이퍼의 외곽 에지로부터 상기 웨이퍼의 중앙을 향해 방사상으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 코팅방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 압출슬롯의 길이는 상기 반도체 웨이퍼 직경의 약 1/10과 약 1/3 사이의 범위로 되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 코팅방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 단계(e)는 상기 압출 슬롯을 상기 웨이퍼의 상면위에서 거리를 두어 유지시키는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 코팅방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 단계 (e)는 상기 압출슬롯과 상기 웨이퍼의 상면 사이의 거리를 결정하는 단계 및 거리를 유지하도록 상기 압출슬롯의 위치를 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 코팅방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 단계 (e)는 광학 센서를 이용하여 상기 압출슬롯과 상기 웨이퍼의 상면사이의 거리를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 코팅방법.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 포토레지스트 리본이 상기 웨이퍼의 상면 전체를 덮는 나선패턴으로 상기 웨이퍼에 되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 코팅방법.
  11. 제 5항에 있어서,
    (f) 상기 압출헤드를 이동키는 단계와; 그리고
    (g) 상기 웨이퍼를 고속 회전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 코팅방법.
  12. 상면, 중앙, 직경, 외곽에지를 갖는 원형 반도체 웨이퍼에 포토레지스트를 코팅하는 방법으로서,
    (a) 상기 웨이퍼를 척에 장착하는 단계와;
    (b) 상기 웨이퍼의 중앙에서 웨이퍼의 상면위에 압출헤드를 위치시키는 단계와, 여기서 상기 압출 헤드는 포토레지스트를 압출 슬롯 밖으로 압출하도록 구성되고, 상기 압출슬롯의 길이는 제1 및 제2 단부로 경계지며, 상기 압출헤드에는 상기 웨이퍼에 대하여 방사상으로 정렬되도록 압출 슬롯이 위치되며, 상기 압출슬롯의 제1 단부는 상기 웨이퍼의 외곽 에지에 인접하게 위치되고, 상기 압출 슬롯의 제2 단부는 상기 웨이퍼의 중앙과 상기 웨이퍼의 외곽에지 사이에 위치되며;
    (c) 상기 웨이퍼를 그 중앙을 중심으로하여 회전시키는 단계와, 여기서 상기 웨이퍼는 소정의 회전 속도로 회전하고, 상기 압출 헤드는 방사상으로 이동하며, 상기 회전하는 웨이퍼에 대해 방사상으로 움직이는 압출헤드의 이동은 일정한 접선속도로 행해지며;
    (d) 상기 압출슬롯으로부터 포토레지스트 리본을 압출하는 단계와, 여기서 상기 리본의 폭은 슬롯의 길이와 거의 동일하고, 그리고 상기 포토레지스트는 일정한 압출 비율로 상기 압출슬롯으로부터 압출되며; 그리고
    (e) 상기 압출슬롯으로부터 포토레지스트 리본을 압출하는 동안, 상기 압출슬롯을 상기 웨이퍼에 대하여 방사상으로 정렬도록 유지하고 그리고 상기 포토레지스트가 상기 웨이퍼의 상면 전체를 덮을 때까지 압출헤드를 웨이퍼의 외곽 에지를 향해 방사상으로 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 코팅방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 상면, 중앙, 직경, 외곽에지를 갖는 원형 반도체 웨이퍼에 포토레지스트를 코팅하는 장치로서,
    상기 웨이퍼를 그의 상면이 수평으로 정렬 및 위쪽으로 향하도록 척에 장착하는 수단과;
    상기 웨이퍼의 외곽 에지에 인접하도록 상기 웨이퍼의 상면위에 위치되는 압출헤드와; 여기서 상기 압출 헤드는 포토레지스트를 압출 슬롯 밖으로 압출하도록 구성되고, 상기 압출슬롯의 길이는 제1 및 제2 단부로 경계지며, 상기 압출헤드에는 상기 웨이퍼에 대하여 반사상으로 정렬되도록 압출 슬롯이 설치되며, 상기 압출 슬롯의 제1 단부는 상기 웨이퍼의 외곽 에지에 인접하게 위치되고, 상기 압출 슬롯의 제2 단부는 상기 웨이퍼의 외곽 에지의 바깥에 위치되며;
    상기 웨이퍼를 그 중앙을 중심으로하여 회전시키는 수단과;
    상기 압출슬롯으로부터 포토레지스트 리본을 일정한 압출 비율로 압출하는 수단과, 여기서 상기 리본의 폭은 슬롯의 길이와 거의 동일하며;
    회전 속도로 웨이퍼를 회전시킴과 아울러, 상기 압출헤드를 방사상으로 이동시키기 위한 수단과, 여기서 상기 회전하는 웨이퍼에 대하여 방사상으로 움직이는 압출헤드의 이동은 일정한 접속 속도로 행해지며; 그리고
    상기 압출슬롯으로부터 포토레지스트 리본을 압출하는 동안, 상기 압출슬롯을 웨이퍼에 대하여 방사상으로 정렬되게 유지하고 그리고 상기 포토레지스트가 상기 웨이퍼의 상면 전체를 덮을 때까지 상기 압출헤드를 상기 웨이퍼의 중앙을 향해 방사상으로 이동시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 코팅 장치.
  16. 삭제
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 압출슬롯을 상기 웨이퍼의 상면위에서 소정거리로 유지시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 코팅 장치.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 압출슬롯을 상기 웨이퍼의 상면위에서 소정거리로 유지시키는 수단은 상기 압출슬롯과 상기 웨이퍼의 상면사이의 거리를 결정하는 수단과 그리고 소정거리를 유지하도록 상기 압출슬롯의 위치를 조정하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 코팅 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 압출슬롯과 상기 웨이퍼의 상면사이의 거리를 측정하는 수단은 광 센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 포토레지스트 코팅 장치.
  20. 제 15항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 외곽에지로부터 시작하여 상기 웨이퍼의 중앙에서 끝나는 나선 패턴으로 포토레지스트 리본을 압출하는 수단을 포함하는 것을 특징으로하는 포토레지스트 코팅 장치.
  21. 제 15항에 있어서,
    상기 압출슬롯의 폭은 상기 반도체 웨이퍼 직경의 약 1/10과 약 1/3 사이의 범위로 되는 것을 특징으로하는 포토 레지스트 코팅 장치.
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