KR100587715B1 - 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법 - Google Patents

블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코팅 전체 영역에 걸쳐 균일한 레지스트막을 형성할 수 있는 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법에 관한 것이다.
블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법은, 마스크는 크롬막이 아래 방향을 향하도록 고정되어 좌우 이동되고, 마스크의 하부 쪽에서 레지스트가 충진된 레지스트 탱크 및 노즐이 마스크 쪽으로 상하 이동하면서 캐필러리 방식에 의해 크롬막 위에 레지스트를 수회 반복 스캔하여 레지스트막을 형성하고, 척과 스핀 컵 내의 밀폐된 공간에서 마스크가 스핀하여 레지스트막의 두께를 조절하고, 척과 스핀 컵이 분리되어 밀폐된 공간이 개방되면서 레지스트막이 건조된다.
이와 같이 하면, 레지스트막이 코팅 전체 영역에 걸쳐 우수한 균일성을 갖도록 코팅되고, 마스크의 옆면 및 뒷면에 레지스트에 의한 오염 없이 사용자가 원하는 두께의 레지스트막이 형성되며, 레지스트막을 프린지없이 형성할 수 있다.
블랭크 마스크, 레지스트막, 레지스트 탱크, 노즐, 스캔, 스핀, 건조

Description

블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법 {Method for Resist Coating of Blank Mask}
도 1은 종래 기술의 실시예에 따른 블랭크 마스크의 레지스트 코팅장치의 구성을 도시한 것이다.
도 2a는 도 1에 의해 제조된 블랭크 마스크가 도시된 도면이고, 도 2b는 도 2a의 A-A선의 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 블랭크 마스크의 레지스트 코팅장치의 구성을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법의 순서도를 도시한 것이다.
도 6은 도 5에 의해 제조된 블랭크 마스크의 단면도를 도시한 것이다.
본 발명은 균일한 레지스트막을 형성하기 위한 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법에 관한 것이다.
반도체 집적회로 및 TFT-LCD용 미세 회로 형성에는 필수적으로 포토마스크 (photomask)를 사용하는 포토리소그래피(photo-lithography) 기술이 이용되고 있다. 최근 반도체 집적회로의 고집적화에 따른 설계 룰이 미세화 됨에 따라 미세 패턴에 사용되는 포토마스크의 패턴도 고정도의 미세화가 요구되고 있는 실정이다.
포토마스크에서 미세하고 정교한 패턴을 형성하기 위해서는 블랭크마스크에서의 레지스트 코팅막의 균일성이 우수해야만 한다.
도 1은 종래 기술의 실시예에 따른 블랭크 마스크의 레지스트 코팅장치의 구성을 도시한 것이다. 도 2a는 도 1에 의해 제조된 블랭크 마스크를 도시된 도면이고, 도 2b는 도 2a의 A-A선의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 실시예에 따른 블랭크 마스크의 레지스트 코팅장치는, 레지스트(10)가 분사되는 노즐(11), 마스크가 놓여지는 스핀 컵(spin cup)(14a), 스핀 컵(14a)을 회전시키는 모터(15), 모터(15)의 주축 끝에 장착되고 스핀 컵(14a)의 내부에 위치하여 마스크를 고정시키는 척(chuck)(16a)을 포함한다.
회전식 척(16a) 위에 놓여지는 마스크는 기판(21) 위에 크롬막(22)이 형성된 바이너리 마스크로서, 이 바이너리 마스크 위에 블랭크 마스크의 레지스트 코팅장치에 의해 레지스트막(23)이 형성되면 블랭크 마스크(20)가 된다.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 사각형의 블랭크 마스크(blank mask)는 합성 석영 유리 또는 소다 라임(soda lime) 유리와 같은 투명 기판(13) 위에 크롬과 같은 금속 물질을 반응성 스퍼터링 방식으로 하여 크롬막(22)을 형성하고, 이 크롬막(22) 위에 레지스트막(23)을 코팅한 것이다.
또한, 레지스트(10)는 블랭크 마스크의 제조 공정에서 사용되는 포토레지스트, 전자빔용 레지스트, 화학 증폭형 레지스트와 같은 레지스트를 의미한다.
이와 같이 구성되는 블랭크 마스크의 레지스트 코팅장치는, 레지스트(10)가 노즐(10)을 통해서 회전식 척(16a)에 고정되어 있는 마스크의 크롬막(22) 상으로 분사되고, 마스크와 척(16a)이 함께 회전하여 레지스트(10)가 기판에 확산되거나 또는 확장되어 마스크 상에 레지스트막(23)이 형성된다.
이때, 척(16a)의 회전에 의해 마스크 상에 떨어진 레지스트(10)가 바깥으로 확장되는 동안에 주변의 공기와 접촉되고, 그로 인하여 마스크의 끝부분까지 확장된 레지스트는 내부에 존재하는 솔벤트(solvent)가 마스크의 안쪽보다 빠르게 증발이 되어 레지스트의 건조가 빨라지게 된다.
이와 같은 현상으로 인하여, 도 2b에 도시된 바와 같이 블랭크 마스크(20) 네 모서리에서 코팅된 레지스트막(23)의 두께가 내부보다 두꺼워지고, 블랭크 마스크(20)의 모서리 부분에서 균일하지 못하게 빛이 확산 및 반사되는 프린지(fringe)가 발생하는 문제점이 있다.
종래 기술의 실시예에 따른 블랭크 마스크의 레지스트 코팅장치에 의해 제조된 블랭크 마스크(20)는 스핀 방식에 의해 레지스트막(23)이 형성된 마스크 내부의 특정 영역 내에서 막의 균일성(uniformity)이 우수하다.
그런데, 블랭크 마스크(20)의 네 모서리에서 레지스트막(23)의 두께가 두꺼워지면서, 이후 공정인 포토마스크 제조공정에서 노광시 노광 헤드(head)와 레지스트막(23)과의 접촉이 발생하고, 블랭크 마스크(20)의 뒷면과 옆면이 레지스트에 의 해 오염되는 문제점이 있다.
위와 같은 문제점들을 해결하기 위해서는 레지스트 코팅 후 블랭크 마스크(20)의 모서리 부분과 뒷면, 옆면에 존재한 레지스트를 제거하기 위한 공정을 추가해야 하므로 시간 및 비용에서 많은 부담을 초래한다.
본 발명의 목적은 블랭크 마스크 상에 레지스트막의 코팅시 우수한 막의 균일성을 유지하면서 레지스트막의 두께를 균일하게 하여 블랭크 마스크의 모서리 부분에 프린지가 발생되지 않으며, 레지스트 코팅 후에 레지스트에 의한 오염을 방지하기 위한 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 제안하는 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법은 캐필러리 방식을 이용하여 노즐을 통해 마스크 위에 레지스트를 수회 반복 스캔하여 레지스트막을 형성하고, 밀폐된 공간에서 마스크를 스핀 하여 레지스트막의 두께를 조절하고, 밀폐된 공간이 개방되면서 레지스트막이 건조되도록 한다.
본 발명의 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법은, 기판 위에 크롬막이 형성된 마스크의 하부에 위치되는 노즐이 상기 크롬막 위에 캐필러리 (capillary) 방식에 의해 레지스트를 수회 반복 스캔하여 레지스트막을 코팅하는 스캔 공정; 상기 스캔 공정이 완료되면, 상기 레지스트막이 코팅된 마스크를 밀폐된 공간에서 회전수와 회전시간을 조절하면서 스핀(spin)하여 사용자가 원하는 두께를 갖도록 균일한 레지스트막을 제조하는 스핀 공정; 및 상기 스핀 공정이 완료되면, 상기 밀폐 공간을 개방하면서 상기 마스크 위의 레지스트막을 일정 속도와 시간으로 회전하여 건조하는 건조 공정을 포함한다.
상기 스캔 공정에서 상기 노즐과 마스크 사이의 간격은 상기 마스크 상에 스크래치가 발생하지 않으면서 메니스커스의 파괴를 억제하기 위해 0.01~0.5mm의 범위를 갖는 하는 것이 바람직하다.
상기 스캔 공정에서 상기 마스크는 크롬막이 아래 방향을 향하도록 고정되어 좌우 이동되고, 상기 노즐은 상기 마스크의 하부 쪽에 위치되어 상하 이동되는 것이 바람직하다.
상기 마스크의 좌우 이동속도는 상기 레지스트 솔벤트의 건조량을 제한하면서 메니스커스의 파괴가 발생하지 않도록 1~250mm/sec의 범위를 갖도록 하고, 상기 마스크의 이동 횟수는 1~10회의 범위를 갖도록 하는 것이 바람직하다.
상기 스핀 공정은 상기 레지스트 솔벤트의 건조를 제한하도록 상기 마스크를 회전수가 1~3,500rpm 범위, 회전 시간이 10~120sec의 범위 내에서 스핀시켜 상기 회전수와 회전수의 곱이 150,000(rpm.sec) 이하의 값을 갖도록 하는 것이 바람직하다.
상기 건조 공정은 다운플로우에 의한 공기로 인해 레지스트막의 프린지 발생을 제거하기 위해 상기 레지스트막이 형성된 마스크가 상기 밀폐공간 상에서 0~150mm의 범위의 이격 거리를 갖도록 하는 것이 바람직하다.
상기 건조 공정은 다운플로우에 의한 공기로 인해 레지스트막의 프린지 발생을 제거하기 위해 회전수를 0~100rpm의 범위에서 0~2,400sec의 건조 시간으로 상기 레지스트막을 건조하는 것이 바람직하다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 블랭크 마스크의 레지스트 코팅장치에 대하여 도 3 및 도 4를 참고로 하여 상세하게 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 블랭크 마스크의 레지스트 코팅장치의 구성을 도시한 것이다.
도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 블랭크 마스크의 레지스트 코팅장치는, 모터(15), 척(16b), 레지스트 탱크(17), 노즐(18), 스핀 컵을 포함한다.
척(16b)은 모터(15)의 주축에 설치되어 회전되며, 마스크가 하부면에 고정된다. 레지스트 탱크(17)는 척(16b)과 일정한 거리를 두고 척(16b)의 하부 쪽에 설치되며, 일정 범위의 점도를 갖는 레지스트가 충진되어 상하 이동한다.
이때, 도 3에는 도시되지 않았지만 본 발명의 실시예에 따른 블랭크 마스크의 레지스트 코팅장치는 척(16b)을 좌우 이동시키는 제1이동수단과, 레지스트 탱크(17)를 상하 이동시키는 제2이동수단이 구비되어 있다.
이때, 제1이동수단은 레지스트 코팅을 위해 마스크가 고정되어 있는 척(16b)을 1~250mm/sec 속도로 1~10회 정도 이동시킨다.
레지스트 탱크(17)에 충진되는 레지스트(10)의 점도는 2~40cp를 사용하는 것이 바람직하다. 그리고, 레지스트 탱크(17)에 충진되어 있는 레지스트는 레지스트 탱크(17) 안쪽에 일정 높이까지 채워지며, 레지스트 충진 높이 레벨은 조절 가능하다.
이러한 레지스트는 모세관 현상에 의해 메니스커스(meniscus)를 형성하고 있다.
이때 메니스커스 현상은 캐필러리(capillary) 현상에 의해 만곡된 표면이 오목하면 관 안의 액면이 높아지고(물의 경우), 표면이 볼록하면 관 안의 액면은 낮아(수은의 경우)지는 것을 의미한다. 또한, 캐필러리 현상은 모세관 현상으로, 액체의 응집력과 관과 액체 사이의 부착력의 차에 따라 액면이 오목하거나 볼록해지는 현상이다.
노즐(18)은 레지스트 탱크(17)에 설치되어 레지스트 탱크(17) 내의 레지스트가 모세관 현상에 의해 외부로 유출되는 통로 역할을 하고, 노즐(18)의 높이는 조절 가능하다.
스핀 컵(14b)은 척(16b)의 하부 쪽에서 척(16b)과 진공 고정되고, 척(16b)의 하부면에 고정되어 있는 마스크가 내부에 위치하여 모터(15)에 의해 척(16b)과 동시에 회전한다.
다음으로 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 블랭크 마스크 의 레지스트 코팅장치의 동작에 대하여 자세하게 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법의 순서도를 도시한 것이며, 도 6은 도 5에 의해 제조된 블랭크 마스크의 단면도를 도시한 것이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법은, 스캔 공정(S1), 스핀 공정(S2), 건조 공정(S2)으로 이루어진다.
먼저 스캔 공정(S1)은 마스크의 크롬막(22) 위에 노즐(18)을 이용하여 전 영역에 균일한 레지스트막을 형성한다.
척(16b) 위에 기판(21)과 크롬막(22)이 차례로 형성되어 있는 마스크가 고정되는데, 마스크의 크롬막(22)이 아래 방향을 향하도록 고정된다.
그리고, 레지스트 탱크(17) 및 노즐(18)이 척(16b)에 고정되어 있는 마스크 쪽으로 제2이동수단에 의해 상하 이동하고, 노즐(18)사이에 레지스트 메니스커스가 형성되어 있어 메니스커스나 노즐(18)이 마스크에 닿을 때까지 노즐(18)이 마스크 쪽으로 상향 이동한다.
이때, 레지스트는 레지스트 자체의 표면장력에 의해서 마스크에 접촉된 상태를 유지하면서 레지스트막을 형성하게 된다.
레지스트가 마스크에 접촉된 이후에 노즐(18)이 일정 간격으로 하향 이동하는데, 노즐(18)이 레지스트의 표면장력 이상으로 하향 이동하는 경우에 메니스커스에 의한 레지스트막의 형성은 실패하게 된다.
이때 마스크와 노즐(18) 사이의 간격은 0.01~0.5mm로 한다. 그리고, 크롬막 (22)과 노즐(18) 사이의 간격은 0.01~0.3mm로 하는 것이 바람직하다.
이는 마스크와 노즐(18) 사이의 간격이 0.01mm 이하가 되면 마스크와 노즐(18)간의 스크래치로 인해 이물질이 발생할 수 있으며, 0.3mm 이상이 되면 메니스커스의 파괴 현상이 일어나 레지스트막을 형성할 수 없게 되기 때문이다.
마스크의 크롬막 위에 레지스트막이 형성되고 노즐(18)과 마스크가 일정 간격을 유지하면서 마스크가 고정되어 있는 척(16b)이 제1이동수단에 의해 좌우 이동한다.
여기서, 노즐(18)은 스캔 공정(S1) 중의 마지막 공정을 제외하고 마스크의 끝(마스크의 최외곽면) 부분을 벗어나지 않도록 한다. 만약, 노즐(18)이 마스크의 끝 부분을 벗어나는 경우 레지스트막이 형성되지 않아 레지스트 코팅이 실패할 수 있다.
척(16b)의 좌우 이동 횟수에 따라서 레지스트막 두께의 조절이 가능한데, 제1이동수단은 1~250mm/sec 속도로 움직이며, 이동 횟수는 1~10회 정도로 한다.
이때, 제1이동수단은 척(16b)을 10~150mm/sec 속도로 2~10회 정도로 이동시키는 것이 바람직하다. 이는 척의 이동속도가 10mm/sec 이하가 되면, 레지스트 솔벤트의 건조량이 많아져 레지스트막의 균일성이 저하되고, 척의 이동속도가 150mm/sec 이상이 되면 메니스커스의 파괴가 일어나 레지스트막의 균일성이 저하되기 때문이다.
위의 스캔 공정(S1)을 통해 레지스트막이 솔벤트가 충분한 상태에서 마스크의 크롬막 위에 일정한 두께로 형성되는데, 스캔 속도 및 스캔 횟수를 통해서 레지 스트막의 두께 조절이 가능하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 스핀 공정(S2)은 스캔 공정(S1)으로 마스크에 레지스트막이 형성된 상태에서 스핀 컵(14b)이 척(16b)에 진공으로 고정된다. 이때, 스핀 컵(14b)과 척(16b)의 접촉 부분은 진공이지만 스핀 컵(14b)의 내부는 진공 상태가 아니다.
스핀 컵(14b)이 척(16b)에 고정되면 척(16b)은 모터(15)에 의해 마스크 및 스핀 컵(14b)과 동시에 회전하게 된다. 이때, 척(16b)의 회전수는 1~3,500rpm이고, 스핀 시간은 10~120sec 이다.
스핀 공정(S2)에서는 척(16b)의 회전수는 3,000rpm 이하, 척(16b)의 회전시간이 50sec 이하의 범위에서 회전수와 회전시간의 곱이 150,000(rpm.sec) 이하의 값을 갖도록 하는 것이 가장 바람직하다. 이는 척(16b)의 회전수가 3,000rpm 이상이 되면, 두께를 조절하기가 용이하지 않고, 회전시간이 50sec 이상이 되면 솔벤트의 건조가 발생하여 레지스트막의 균일성이 저하되기 때문이다.
이러한 스핀 공정(S2)을 통해서 사용자는 레지스트막의 두께를 원하는 두께로 조절 가능하다.
스핀 공정(S2)이 완료되면, 건조 공정(S3)은 척(16b)과 스핀 컵(14b)이 분리되면서 마스크 상의 레지스트막이 건조된다.
스핀 공정(S2) 직후의 레지스트막은 솔벤트가 많은 상태이기 때문에 건조 공정(S3)을 거치지 않으면 레지스트막의 균일성을 보장하기 어려우며 간섭색이 발생한다.
건조 공정(S3)에서 사용한 마스크 및 스핀 컵(14b)의 간격은 0~150mm 이고, 회전수는 0~100rpm이며, 시간은 0~2,400sec 이다.
이때, 마스크와 스핀 컵(14b)은 0.1~50mm의 이격 거리를 갖는 것이 가장 바람직하다. 이는 마스크와 스핀 컵(14b)의 이격 거리가 50mm 이상이 되면 다운 플로우(downflow)에 의해 형성된 공기 흐름들에 인해 레지스트막에 프린지가 발생되어 균일성이 저하되기 때문이다.
또한, 건조 공정(S3)시 회전수도 2~50rpm의 범위를 갖는 것이 가장 바람직하다. 이는 회전수가 2rpm이하면 다운플로우에 의해 형성된 공기들로 인해 레지스트막에 프린지가 발생하여 균일성이 저하되고, 회전수가 50rpm 이상이면 회전 방향으로 공기흐름이 형성되어 레지스트막에 공기 흐름 모양의 프린지가 발생하여 균일성이 저하되기 때문이다.
이와 같이, 스캔 공정(S1), 스핀 공정(S2), 건조 공정(S3)을 거치면서 마스크의 크롬막(22) 위에 레지스트막(23')이 형성되고, 레지스트막(23')이 형성된 마스크를 핫-플레이트(hot-plate)에서 굽기 및 냉각 과정을 통해 코팅 전 영역에 걸쳐 우수한 균일성의 레지스트막이 코팅된 블랭크마스크의 제조가 완료된다.
도 6을 참고하면, 블랭크 마스크는 도 2b에 비해 레지스트막(23')이 균일하게 형성됨을 알 수 있고, 특히 마스크의 네 모서리 부분이 나머지 부분에 비해 두껍던 것이 나머지 부분과 비슷하거나 얇아짐을 알 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범 위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
이와 같이, 본 발명에 의한 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법은 캐필러리 방식에 의한 스캔 공정, 스핀 공정, 및 건조 공정을 거쳐 레지스트막을 형성하므로, 코팅 전체 영역을 거쳐 우수한 균일성을 갖는 레지스트막이 형성되고, 마스크의 옆면 및 뒷면에 레지스트에 의한 오염 없이 사용자가 원하는 두께를 갖는 레지스트막의 형성이 가능하고, 레지스트막을 프린지없이 형성할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 의한 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법은 스핀 공정, 및 건조 공정 중에서 사용자가 불필요하다고 판단되는 공정은 생략할 수 있어 시간 및 비용이 절감되는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 기판 위에 크롬막이 형성된 마스크의 하부에 0.01~0.5mm의 범위의 간격을 두고 위치되는 노즐이 상기 크롬막 위에 캐필러리 방식에 의해 레지스트를 수회 반복 스캔하여 레지스트막을 코팅하는 스캔 공정;
    상기 스캔 공정이 완료되면, 상기 레지스트막이 코팅된 마스크를 스핀컵 및 척의 결합에 의해 밀폐된 공간에서 회전수와 회전시간을 조절하면서 스핀하여 사용자가 원하는 두께를 갖도록 균일한 레지스트막을 제조하는 스핀 공정; 및
    상기 스핀 공정이 완료되면, 상기 밀폐 공간을 개방하면서 상기 마스크와 스핀컵 사이의 이격거리를 0~150mm의 범위로 유지하고 상기 마스크 위의 레지스트막을 일정 속도와 시간으로 회전하여 건조하는 건조 공정
    을 포함하는 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 스캔 공정에서 상기 마스크는 크롬막이 아래 방향을 향하도록 고정되어 좌우 이동되고, 상기 노즐은 상기 마스크의 하부 쪽에 위치되어 상하 이동되는 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 마스크의 좌우 이동속도는 1~250mm/sec의 범위를 갖도록 하고,
    상기 마스크의 이동 횟수는 1~10회의 범위를 갖도록 하는 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 스핀 공정은 상기 마스크를 회전수가 1~3,500rpm 범위, 회전 시간이 10~120sec의 범위 내에서 스핀시켜 상기 회전수와 회전 시간의 곱이 150,000(rpm.sec) 이하의 값을 갖도록 하는 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 건조 공정은 회전수를 0~100rpm의 범위에서 0~2,400sec의 건조 시간으로 상기 레지스트막을 건조하는 블랭크 마스크의 레지스트 코팅방법.
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