KR100634156B1 - 포토레지스트 공급용 노즐의 동작 운용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 포토레지스트 공급용 노즐의 동작 운용방법은, 공정중에 있지 않은 노즐에 대해서는 노즐의 포토레지스트가 마르지 않도록 예비 분사 주기를 설정하고, 공정중에 있는 노즐에 대해서는 점도 변화가 일정 범위내에 있어서 포토레지스트 두께 불량을 일으키지 않도록 예비 분사 주기를 설정하며, 공정중의 노즐에서는 소정의 대기시간을 정하여 이 대기시간을 경과하면 설비의 분사 시스템에 신호를 주어 예비 분사를 하되 그 양을 정상적인 공정 분사의 양보다 작은 양이 되도록 하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 약간의 공정상 문제가 있는 경우에도 공정 상태의 노즐은 비교적 짧은 주기의 예비 분사를 계속하여 언제나 공정이 정상화되면 포토레지스트를 정상적인 두께로 도포할 수 있다.

포토레지스트 도포, spinner, dummy dispense, 두께

Description

포토레지스트 공급용 노즐의 동작 운용방법{Method of operating the dispense motion of a photoresist suppling nozzle}

도1은 종래의 스핀 코터에서 웨이퍼에 포토레지스트가 도포되는 공정을 설명하기 위해 도시된 구성도이다.

도2는 본 발명의 포토레지스트 공급용 노즐의 동작 운영방법을 설명하기 위한 스핀 코터 장치의 구성도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 웨이퍼 11: 회전척

13: 모터 15,25,35,45: 노즐

17,27,37,47: 분사 펌프 19,29,39,49: 포토레지스트 용기

16,26: 타이머 18,28: 콘트롤러

본 발명은 포토레지스트(photoresist) 공급용 노즐의 동작 운용방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 웨이퍼에 포토레지스트를 도포하는 스피너(spinner) 설비의 스핀 코터(spin coater)에서 웨이퍼에 포토레지스트를 일정량씩 공급해주는 노즐의 포토레지스트 분사 동작을 제어하기 위한 방법에 대한 것이다.

반도체장치는 통상 반도체 웨이퍼에 도체, 반도체, 부도체의 막을 형성하고 이를 패터닝(patterning) 등의 가공을 통해 전기전자 소자를 형성하고 이들을 회로 배선을 통해 결합시키는 장치이다. 이러한 반도체장치는 고도의 집적도를 가진 매우 정밀하고 복잡한 장치이며 그 제조를 위해서는 엄격하고 정밀한 다수의 다양한 공정이 요구된다.

반도체장치를 형성하는 다수 다종의 막을 가공하는 방법에는 여러 가지가 있을 수 있으나 가장 일반적인 것이 패터닝 작업이다. 즉 해당막에서 일정 형태를 이루는 부분은 남기고 여타부분은 제거하는 작업이다. 그리고 이러한 패터닝 작업은 형성된 박막에 대한 포토리소그래피(photolithography)와 에칭(etching)을 통해 이루어진다.

따라서 반도제장치 제조에서 가장 빈번히 이루어지면서 또한 정밀하게 이루어져야 하는 작업이 포토리소그래피라고 할 수 있다. 포토리소그래피는 해당막 위에 포토레지스트를 도포하고, 포토 마스크(photomask)를 이용하여 노광하고, 현상액에 현상함으로써 포토 마스크의 일정 패턴이 포토레지스트막에 전사되도록 하는 작업이므로 그 과정에서 웨이퍼에 포토레지스트를 도포하는 공정이 필요하다. 그리고 대개의 반도체장치 제조과정에서 포토레지스트 도포작업은 스피너 장비의 스핀 코터를 이용하여 이루어진다.

도1은 종래의 스핀 코터에서 웨이퍼에 포토레지스트가 도포되는 공정을 설명하기 위해 도시된 구성도이다. 웨이퍼(10)를 고정하고 회전할 수 있도록 이루어진 회전척(11) 위에 외부에서 공급된 웨이퍼가 놓이면 회전척은 웨이퍼를 고정하고 회전을 시작한다. 그리고 포토레지스트 공급용 노즐(15)은 대기 위치에서 분사 위치(dispense position)로 이동하여 일정 량의 포토레지스트를 회전하는 웨이퍼(10) 중앙부에 뿌려주게 된다. 이때 포토레지스트는 감광성 물질을 포함하며 시너(thinner)에 의해 희석된 액상의 물질이며 시너는 일종의 솔벤트(solvent)로 휘발성이 강한 아세톤 등을 사용한다. 액상의 포토레지스트는 회전하는 웨이퍼 상에서 원심력에 의해 넓게 퍼져나가며 자체의 점성에 의해 웨이퍼에 거의 고른 두께로 분포하게 된다. 이후 액상의 포토레지트는 베이크(bake) 같은 일련의 경화과정을 거쳐 시너를 제거하여 고상을 이루고 노광공정에 투입된다.

포토리소그래피 공정에서 가장 중요한 것은 정확한 패턴을 가진 일정 두께의 포토레지스트 패턴을 형성하는 것인데 이를 위해서는 노광시의 광량과 스핀 코터에서의 회전속도 등 공정에 영향을 미치는 변수에 대한 적절한 조절이 필요하다. 그리고 포토리소그래피 공정에 영향을 미치는 변수들 가운데 하나가 포토레지스트의 점도와 같은 물성이다. 포토레지스트는 노즐을 통해 공급되기 위해 타 변수들을 고려하여 미리 계산된 조성비에 따라 제조되나, 노즐은 포토레지스트를 뿌려주기 위해 개방된 상태로 있는 관계로 작업중에 시너가 휘발되어 노즐 끝부분에 존재하는 포토레지스트의 점도는 조금씩 변하게 된다.

그리고 이런 변화는 일정 시간 포토레지스트가 웨이퍼에 뿌려지지 않고 대기 상태로 있게 되면 공정의 질에 영향을 미쳐 불량을 유발할 수 있다. 가령, 공정중 설비의 다른 부분에 고장이 생기거나 웨이퍼의 공급이 늦어져 스핀 코터에서 노즐의 대기시간이 길어지면, 가령 대기시간이 5분 내지 10분을 넘어서면, 노즐 끝부분의 포토레지스트는 시너의 휘발로 점도가 증가된다. 따라서 다른 변수가 동일할 때 웨이퍼에 도포된 두께를 두껍게 하거나 처음 웨이퍼와 닿게 되는 중앙부에서 주변부로 잘 퍼지지 않아 포토레지스트가 부분적으로 다른 두께로 도포되어 선폭이 일정치 않게 형성되거나 패턴이 드러나지 않는 현상이 생길 수 있다. 그리고 대기 시간이 길게 지속될 경우, 노즐 끝에 있던 포토레지스트가 경화하여 노즐 구멍을 다시 뚫어야 하거나 파티클의 발생원이 되는 현상도 발생할 수가 있다.

현재 스피너 설비의 스핀 코터에서는 일정 시간마다 노즐 끝의 포토레지스트를 뿌리도록 콘트롤러(18)가 분사 펌프(17)에 분사 신호를 주어 노즐 동작을 조절하고 있으나 이는 주로 노즐 끝의 포토레지스트가 말라버리는 것을 방지하기 위한 것으로 그 동작 주기가 시간 단위로 운용되고 있다. 따라서 수십분만에 다음 웨이퍼가 회전척에 공급되어 포토레지스트가 노즐로 공급되면 그 점도가 적당하지 않아 웨이퍼 한두개는 두께 불량이 발생하게 된다. 특히 다수의 노즐에서 다종의 포토레지스트를 운영하는 근래의 스핀 코터에서는 각 노즐의 사용 주기가 길어지기 쉽기 때문에 이런 현상이 발생하기도 쉽다.

그러나 포토레지스트의 점도 조절을 위해 짧은 주기로 노즐 단부의 포토레지스트를 뿌려주는 예비 분사(dummy dispense) 동작을 할 경우 대기 시간이 길어지면서 고가의 포토레지스트를 낭비하게 되는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에서는 이러한 두 가지 측면을 고려하여, 우선적으로는, 대기 시간 장기화에 따른 포토레지스트 점도 변화로 공정중 웨이퍼에 도포된 포토레지스트 두께가 전체적으로 혹은 부분적으로 두꺼워지고 이에 따라 불량이 발생하는 문제를 해결하면서, 동시에 예비 분사용으로 버려지는 포토레지스트의 낭비를 최소로 줄일 수 있는 새로운 포토레지스트 공급용 노즐의 동작 운영방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 포토레지스트 공급용 노즐의 동작 운영방법은, 공정중에 있지 않은 노즐에 대해서는 노즐의 포토레지스트가 경화되지 않도록 긴 예비 분사 주기를 설정하고, 공정중에 있는 노즐에 대해서는 점도 변화가 포토레지스트 두께 불량을 일으키지 않는 일정 범위에 있도록 짧은 예비 분사 주기를 설정하여 예비 분사를 실시하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에서 공정중의 노즐에서는 콘트롤러 혹은 펌프에 함께 설치되는 타이머가 분사 이후 시간을 측정하여 정상적인 대기시간 즉, 짧은 예비 분사 주기를 경과하면 대개 콘트롤러와 분사 펌프로 구성되는 설비의 분사 시스템에 신호를 주어 예비 분사의 양을 정상적인 공정 분사의 양보다 작은 양이 되도록 하는 것이 포토레지스트의 소모를 줄이기 위해 바람직하다. 이때 타이머가 콘트롤러에 함께 내장된 경우라면 콘트롤러가 펌프에 분사신호를 줄 때부터 타이머가 시간을 측정하고 타이머가 측정한 시간이 정상적인 대기시간을 경과하면 신호를 콘트롤러로 주고 이 신호에 따라 콘트롤러는 분사 펌프에 예비 분사 신호를 주어 예비 분사가 이루어지는 방식이 될 것이다.

본 발명은 내재적으로 스핀 코터에서 다종의 포토레지스트를 공급할 수 있는 다수의 노즐을 운영하는 시스템을 상정한 것이다. 그러나 하나의 노즐로 한 종류의 포토레지스트만을 운영하는 스핀 코터에서도 사용이 배제되는 것은 아니다. 그리고 다수의 노즐을 운영하는 경우 각 노즐이 공급하는 포토레지스트의 물성에 따라 짧은 분사 주기이건 긴 분사 주기이건 모두 적절한 예비 분사 주기를 정하여 노즐마다 다른 주기로 운영할 수 있다.

이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 살펴보기로 한다.

도2는 본 발명의 포토레지스트 공급용 노즐의 동작 운영방법을 설명하기 위한 스핀 코터 장치의 구성도이다. 본 장치에서는 서로 다른 포토레지스트를 공급하기 위해 3개의 노즐(25,35,45)을 구비하고 있다. 이는 반도체장치 제조라인의 다양한 수용에 부응하여 여러 가지 포토레지스트 작업을 하나의 스핀 코터에서 실행하기 위해 설치된 것으로 라인에 따라서는 설비의 효율을 크게 증가시킬 수 있다. 각 노즐(25,35,45)은 포토레지스트 공급용 배관 튜브를 통해 각각의 분사 펌프(27,37,47)와 연결되며 분사 펌프(27,37,47)는 후단의 개별 포토레지스트 용기(29,39,49)에 연결된다. 그리고 각 분사 펌프(27,37,47)의 동작은 설비의 콘트롤러(28)에 연결되어 있다. 콘트롤러(28)는 자체의 내장 프로그램과 타이머(26)를 통해 혹은 연결된 컴퓨터의 프로그램을 통해 각 노즐(25,35,45)의 포토레지스트 분사를 조절한다. 그리고 회전척(11)이 중심에 구비되어 있다.

도2와 같은 스핀 코터 장치에 외부에서 특정 포토레지스트 코팅 작업이 필요한 웨이퍼 캐리어가 투입되면 이에 적합한 노즐(35)이 지정된다. 이 지정은 작업자의 수동작으로 입력될 수도 있고 연관된 장비에서 네트워크를 통해 스핀 코터의 콘트롤러(28)에 입력될 수도 있다. 지정된 노즐(35)은 공정 상태로 정의되며 컴퓨터 프로그램 상에 공정 상태의 예비 분사 주기가 입력된다. 다른 노즐(25,45)들에 대해서는 비공정 상태에 대응하는 예비 분사 주기가 입력된다. 그리고 첫 번째 웨이퍼(10)가 회전척(11)에 로딩되면 로딩을 감지하여 콘트롤러(28)에 신호를 하고 콘트롤러(28)는 회전척(11)을 회전시키고 노즐(35)을 작동 위치에 이동시키고 다음으로 노즐(35)과 연관된 분사 펌프(37)를 동작시켜 정상량의 포토레지스트가 회전하는 웨이퍼(10)에 뿌려진다. 다음에 노즐(35)은 대기 위치로 돌아가고 공정 프로그램에 따라 일정 시간 후 회전척(11)은 회전을 멈추고 이송 로봇은 웨이퍼(10)를 옮겨준다. 그리고 분사 펌프(37)의 동작 직후에 노즐(35)에 연관된 타이머(26)가 작동을 시작하여 시간을 측정한다. 다음 웨이퍼가 일정 시간 내에 회전척에 로딩되면 다시 감지기가 감지하여 첫 번째 웨이퍼 처리의 순서를 반복하게 된다.

그러나 중간에 웨이퍼의 공급이 중단되어 감지신호가 발생하지 않거나 설비의 다른 부분이 문제가 발생하여 인터럽트 신호가 입력되면 포토레지스트 도포 공정은 진행이 중단된다. 이때 타이머(26)는 영향을 받지 않아 이미 정해진 공정 상태 예비 분사 주기를 넘기면 타이머의 신호가 콘트롤러(28)로 입력되고 콘트롤러는 이 입력신호에 따라 공정 중인 노즐(35)에 연관된 분사 펌프(37)에 예비 분사 동작신호를 주어 최소량의 포토레지스트 예비 분사가 이루어지도록 한다. 그리고 타이 머(26)는 리셋되어 다시 시간을 측정하기 시작한다. 따라서, 이런 공정 상태 노즐의 예비 분사 상태는 타이머(26)가 측정한 시간이 주어진 예비 분사 주기를 넘게 되면 언제나 발생하는 것이고, 설비의 문제가 제거되어 재시작 신호가 입력되고 설비가 동작되면서 새로 회전척에 투입된 웨이퍼에 대한 혹은 이미 투입되어 있던 웨이퍼에 대한 감지 신호가 발생하고 이에 의해 공정이 진행되면 공정 노즐에 대한 예비 분사 상태는 발생하지 않게 된다.

비공정 상태의 노즐들에 대해서는 콘트롤러가 공정의 진행 유무에 관계없이 다시 공정 상태 노즐로 지정되기 전까지는 장시간의 예비 분사 주기에 의한 신호를 연관된 분사 펌프에 보내고 이에 따라 예비 분사가 이루어진다.

본 예에서는 타이머는 콘트롤러에 내장된 형태를 나타내고 있으나 타이머는 각 분사 펌프에 설치되고 콘트롤러의 신호에 따라 펌프가 분사 동작을 할 때마다 리셋되고 시간측정을 시작하며 콘트롤러에 별도의 신호가 없어도 측정시간이 일정 시간을 경과하면 펌프에 예비 분사 신호를 줌과 동시에 자신은 리셋되는 형태로 운용될 수 있을 것이다.

본 발명에 따르면 약간의 공정상 문제가 있는 경우에도 공정 상태의 노즐은 비교적 짧은 주기의 예비 분사를 계속하여 언제나 공정이 정상화되면 정상적인 포토레지스트 도포 두께를 형성할 수 있게 된다. 따라서 포토레지스트 도포 두께 변화라는 공정 불량의 소지를 없앨 수 있다. 동시에 공정 상태 노즐의 예비 분사는 분사되는 포토레지스트 양을 작게 하여 필요없이 다량 포토레지스트가 소모되는 것 을 막게 된다.

Claims (3)

1. 공정중에 있지 않은 노즐에 대해서는 노즐의 포토레지스트가 마르지 않도록 제1 예비분사주기를 설정하고, 공정중에 있는 노즐에 대해서는 점도 변화가 포토레지스트 도포 두께의 불량을 초래하지 않는 소정의 범위내에 있도록 상기 제1 예비분사주기와 별도로 제2 예비분사주기를 설정하여, 예비 분사를 실시하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 공급용 노즐의 동작 운영방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 공정중에 있는 노즐에서 분사가 이루어지면 항상 이후 시간을 타이머가 측정하여 상기 제2 예비분사주기에 해당되는 정상적인 대기시간이 경과하면 신호를 발생시키고, 분사 펌프에는 상기 예비 분사 신호가 전달되어 공정중에 있는 노즐의 예비 분사의 양을 정상적인 공정 분사의 양보다 작은 양이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 공급용 노즐의 동작 운영방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 예비분사주기는 해당 노즐에서 공급되는 포토레지스트의 물성에 따라 설정되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 공급용 노즐의 동작 운영방법.

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