KR100646912B1 - 기판처리방법 및 기판처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판처리방법 및 기판처리장치에 관한 것으로서, 기판의 표면에 제 1 처리액을 확산시켜 기판의 표면을 소정의 기판온도로 조정한 후, 기판의 표면에 제 2 처리액을 확산시키는데, 기판의 표면을 소정의 기판온도로 한 상태에서 제 2 처리액을 확산시킬 수 있음으로 인해, 기판의 표면에 밀착성이 좋은 층간 절연막 등을 균일하게 형성할 수 있으며, 또한 처리액의 사용량도 적게 할 수 있는 기술이 제시된다.

Description

기판처리방법 및 기판처리장치{SUBSTRATE PROCESSING METHOD AND SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 실시예에 관한 막 형성방법이 실시되는 막 형성시스템의 평면도이다.

도 2는 도 1의 막 형성시스템의 정면도이다.

도 3은 도 1의 막 형성시스템의 배면도이다.

도 4는 제 1 막 형성장치의 단면설명도이다.

도 5는 ADP액의 온도조절기구의 설명도이다.

도 6은 제 2 막 형성장치의 단면설명도이다.

도 7은 쿨링 히트(Cooling Heat)유니트의 단면설명도이다.

도 8은 베이킹 유니트의 단면설명도이다.

도 9는 층간 절연막의 형성프로세스를 나타내는 순서도이다.

도 10은 ADP액의 막이 형성된 후에 온도조정처리가 이루어지는 경우의 층간 절연막의 형성프로세스를 나타내는 순서도이다.

도 11은 ADP액 공급노즐과 도포액 공급노즐을 갖춘 막 형성장치의 단면설명도이다.

도 12는 ADP액 공급노즐과 도포액 공급노즐을 갖추고, 또한 스핀척에 온도조 정기능을 부가한 막 형성장치의 단면설명도이다.

도 13은 ADP액 공급노즐과 도포액 공급노즐을 갖추고, 또한 N₂기체공급관의 도중에 온도조정소자를 설치한 막 형성장치의 단면설명도이다.

도 14는 종래의 막 형성방법에 의하여 웨이퍼 상에 도포액의 막을 형성하는 경우에 있어서의 웨이퍼의 표면온도와 도포액의 막의 프로필과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 15는 본 발명의 실시예에 관한 막 형성방법에 의하여 웨이퍼 상에 도포액의 막을 형성하는 경우에 있어서의 웨이퍼의 표면온도와 도포액의 막의 프로필과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 16은 본 발명의 실시예에 관한 막 형성방법에 의하여 웨이퍼 상에 도포액의 막을 형성하는 경우에 있어서, 0.5cc 정도의 액량의 도포액으로 웨이퍼 상에 도포액의 막을 형성할 때의 웨이퍼 표면온도와 도포액의 막의 프로필과의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 17은 본 발명의 다른 실시예에 관한 층간 절연막의 형성프로세스를 나타내는 순서도이다.

도 18은 본 발명의 다른 실시예에 관한 막 형성장치의 개략도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 막 형성시스템 2 : 카세트 스테이션

3 : 처리스테이션 13 : 주 반송장치

20, 21 : 제 1 막 형성장치 22, 23 : 제 2 막 형성장치

30, 31, 40∼43 : 쿨링 히트 유니트 32 : 얼라이먼트 유니트

33 ; 익스텐션 유니트 34∼37, 44∼47 : 베이킹 유니트

50 : 케이싱 51 : 컵

52, 101, 183 : 스핀척 53 : 구동부

54 : 회전축 55, 185 : 개구부

56 : 뚜껑 60 : ADP액 공급노즐

61 : 배액관 62 : 배기관

65 : 도포액 공급노즐 70, 80 : 재치대

71 : 펠티어소자 81 : 열선

82 : 승강기구 83∼85 ; 지지핀

86 : N₂기체 분출관 87 : 뚜껑체

88 : 배기구 90, 100, 110, 181 : 막 형성장치

111, 112 : 온도조정소자 91, 92 : N₂기체 공급관

102 : 유로(流路) 120 : 온도조절기구

121 : 탱크 122 : 열매

123 : 온도조정조 124 : 펌프

125 ; 순환회로 126 : 제어부

127 : 온도조정기 128 : 센서

129 : 회로 182 : 유니트 본체

184 : 노즐 C : 카세트

CP : 컵 W : 웨이퍼

본 발명은, 예를들어 기판 상에 층간 절연막 등을 형성하기 위한 기판처리방법 및 기판처리장치에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 제조공정에 있어서는, 예를들어 반도체 웨이퍼(이하, '웨이퍼'라 한다) 등과 같은 기판의 표면에 알루미늄 배선 등의 전극배선을 다층으로 형성하는, 이른바 다층배선기술이 이루어지고 있다. 상기 다층배선기술에 있어서는, 적층되는 전극배선간에 유기고분자 등으로 이루어지는 층간 절연막을 형성시켜 전극배선간 끼리의 절연성을 확보하고 있다.

종래, 층간 절연막을 형성하기 위하여, 스핀코트법이 수행되어지고 있다. 상기 스핀코트법에서는, 층간 절연막의 원재료가 되는 도포액(유기고분자 등을 포함한 도포액)을 웨이퍼의 표면에 공급하고, 웨이퍼를 회전시켜 원심력에 의해 도포액을 웨이퍼의 표면 전체에 확산시킨다. 그리고, 웨이퍼를 더욱 회전시켜 스핀건조시켜 유기고분자 등으로 이루어지는 층간 절연막을 웨이퍼 표면에 형성한다. 또한, 그 후 웨이퍼는 수회의 단계가열에 의해 예를들어 310℃로 가열처리되어 냉각처리된다.

그런데, 웨이퍼 표면에 있어서의 도포액의 정착성을 향상시키기 위하여, 도포액을 표면에 공급하기 전에 ADP액을 웨이퍼에 공급하는 어드히젼 프로모터(Adhesion Promotor)(ADP)처리가 이루어지는데, 상기 ADP처리를 수행하는 경우, ADP액의 공급에 의하여 웨이퍼의 표면온도가 변동될 우려가 있다. 여기에서 ADP액은 레지스트액을 도포하기 쉽게 하기 위하여 실리콘 웨이퍼의 표면을 소수화처리하는 애드히젼 프로모터액(adhesion promoter solution)을 의미한다.
예를들어 ADP처리를 수행함으로써 웨이퍼의 표면온도가 지나치게 낮아지면, 도포액의 건조가 진행되지 않게 되어 웨이퍼 가장자리부에 공급된 도포액이 웨이퍼의 회전에 의해 원심력으로 웨이퍼의 주위에 많이 흩어져 떨어지게 되고, 흩어져 떨어지는 도포액이 증가하여 낭비가 많아지게 되고, 특히 웨이퍼 가장자리부에서는 충분한 두께의 층간 절연막이 형성되기 어려워 지게 된다. 또한, 반대로 예를들어 ADP처리를 수행함으로써 웨이퍼의 표면온도가 지나치게 높아지면, 도포액의 건조가 과도하게 진행되어지게 되어, 도포액은 웨이퍼 가장자리부에까지 균일하게 확산되지 않게 된다. 이와 같이 웨이퍼의 표면온도의 변동은, 층간 절연막의 불균일을 초래하여 바람직하지 못하다. 오늘날에는 웨이퍼가 대형화되어 있고, 이에 따라 이와 같은 층간 절연막의 불균일성이나 도포액의 사용량의 증가에 의한 폐해가 문제시되어 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 기판의 표면에 밀착성이 좋은 층간절연막을 균일하게 형성할 수 있으며, 또한 도포액의 사용량도 적게 할 수 있는 기판처리방법 및 기판처리장치를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 막형성장치를 사용하여 반도체기판의 표면에 층간절연막을 형성하는 기판의 처리방법으로서 ADP액을 상기 기판의 표면에 확산시키기전에 미리 소정의 온도로 조정하는 공정과 상기 소정의 온도로 조정된 ADP액을 기판의 표면에 확산시킨다.
또한, 본 발명에서는, 기판의 처리장치에 있어서 기판의 표면에 제 1 처리액을 공급하는 제 1 처리액 공급노즐과, 기판의 표면에 제 2 처리액을 공급하는 제 2 처리액 공급노즐과, 기판을 재치시키고 회전시키는 회전재치대와, 기판의 표면을 소정의 기판온도로 조정하는 온도조정기구를 갖춘다.

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이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 바탕으로 설명하기로 한다. 또한, 본 발명의 실시예에 관한 처리방법에 한 예로서, 기판으로서의 웨이퍼(W) 상에 층간 절연막을 형성하는 막 형성방법을 설명한다. 도 1은, 본 발명의 실시예에 관한 처리장치의 한 예로서의 막 형성시스템(1)의 평면도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 막 형성시스템(1)의 정면도이고, 도 3은 도 1에 나타낸 막 형성시스템(1)의 배면도이다.

막 형성시스템(1)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 예를들어 25장의 웨이퍼(W)를 카세트 단위로 외부로부터 막 형성시스템(1)에 반입반출하거나, 카세트(C)에 웨이퍼(W)를 반입반출하기 위한 카세트 스테이션(2)과, 낱장식으로 소정의 처리를 실시하는 각종 처리유니트를 다단으로 배치하여 이루어지는 처리스테이션(3)을 일체로 접속시킨 구성을 가지고 있다.

카세트 스테이션(2)에서는, 카세트재치대(6) 상의 소정 위치에 카세트(C)가 웨이퍼(W)의 출입구를 처리스테이션(3) 측을 향하여 X방향(도 1에서의 상하방향) 일렬로 재치가 자유롭도록 되어 있다. 그리고, 상기 카세트 배열방향(X방향) 및 카세트(C)에 수용된 웨이퍼(W)의 웨이퍼 배열방향(Z방향;수직방향)으로 이동가능한 웨이퍼 반송체(8)가 반송로(9)를 따라 이동이 자유로우며, 카세트(C)에 대하여 선택적으로 접속할 수 있도록 되어 있다.

웨이퍼 반송체(8)는 θ방향(Z축을 중심으로 하는 회전방향)에도 회전이 자유롭게 구성되어 있으며, 후술하는 바와 같이 처리스테이션(3) 측의 제 3 처리장치군(G₃)에 속하는 얼라이먼트 유니트(32) 및 익스텐션 유니트(33)에 대해서도 접속할 수 있게 구성되어 있다.

처리스테이션(3)에서는, 그 중앙부에는 수직반송형의 주 반송장치(13)가 설치되고, 주 반송장치(13)의 주위에는 각종 처리유니트가 다단으로 배치되어 처리장치군을 구성하고 있다. 막 형성시스템(1)에 있어서는, 4개의 처리장치군(G₁, G₂, G₃, G₄)이 배치가능하다. 제 1 및 제 2 처리장치군(G₁, G₂)은 막 형성시스템(1)의 정면측에 배치되어 있으며, 제 3 처리장치군(G₃)은 카세트 스테이션(2)에 인접하여 배치되어 있고, 제 4 처리장치군(G₄)은 주 반송장치(13)를 사이에 끼고 제 3 처리장치군(G₃)과 대면하도록 하여 배치되어 있다. 또한, 필요에 따라서 파선으로 나타낸 제 5 처리장치군(G₅)도 배면측에 배치가능하다.

제 1 처리장치군(G₁)에서는 도 2에서 나타낸 바와 같이, 웨이퍼(W)에 대하여 어드히젼 프로모터(ADP)처리를 수행하는 제 1 막 형성장치(20)가 상단에 배치되어 있다. 제 2 처리장치군(G₂)에서는, 제 1 막 형성장치(20)와 기본적으로 동일한 구성을 가지며, 또한 웨이퍼(W)에 대하여 도포처리를 수행하는 제 2 막 형성장치(22)가 상단에 배치되어 있다.

제 3 처리장치군(G₃)에는 온도조정기구로서의 각 유니트 등이 배치되어 있으며, 도 3에 나타낸 바와 같이 웨이퍼(W)를 재치대에 올려놓고 소정의 처리를 실시하는 오븐형의 처리유니트, 예를들어 냉각처리를 수행하는 쿨링 히트유니트(30, 31), 웨이퍼(W)의 위치맞춤을 수행하는 얼라이먼트 유니트(32), 웨이퍼(W)를 대기시키는 익스텐션 유니트(33), 가열처리를 수행하는 베이킹 유니트(34, 35, 36, 37) 등이 밑에서부터 순서대로 8단으로 겹쳐져 있다.

제 4 처리장치군(G₄)에는, 온도조정기구로서 예를들어 쿨링 히트유니트(40, 41, 42, 43), 베이킹 유니트(44, 45, 46, 47) 등이 밑에서부터 순서대로 8단으로 적층되어 있다.

후술하는 바와 같이, 제 1 막 형성장치(20)로 웨이퍼(W)를 반송하기 전 및 제 2 막 형성장치(22)로 웨이퍼(W)를 반송하기 전에 웨이퍼(W)를 온도조정할 필요가 있는데, 예를들어 쿨링 히트유니트(42, 43)보다 하단의 쿨링 히트유니트(40, 41)가 제 2 막 형성장치(22)로 반송하기 전의 웨이퍼(W)를 온도조정하고, 쿨링 히트유니트(42, 43)는 제 1 막 형성장치(20)로 반송하기 전의 웨이퍼(W)를 온도조정하고 있다. 제 2 막 형성장치(22)로 반송하기 전의 웨이퍼(W)쪽을 제 1 막 형성장치(20)로 반송하기 전의 웨이퍼(W)에 비해 정밀하게 온도조정할 필요가 있다. 쿨링 히트유니트(42, 43)보다 하단의 쿨링 히트유니트(40, 41)쪽이 베이킹 유니트(44, 45, 46, 47) 등으로부터 떨어져 있기 때문에, 보다 정밀한 온도관리가 가능하기 때문이다.

제 1 막 형성장치(20)의 구성에 대하여 설명하면, 도 4에 나타낸 바와 같이 케이싱(50) 내에 갖추어진 컵(51) 내부에는, 재치시킨 웨이퍼(W)를 진공흡착하고, 웨이퍼(W)를 회전이 자유롭도록 지지하는 스핀척(52)이 갖추어져 있다. 스핀척(52) 하면의 거의 중앙에는 구동부(53)에 의하여 승강 및 회전가능한 회전축(54)이 설치되어 있다. 이에 의해, 스핀척(52)은 도 4에서 쇄선으로 나타낸 컵(51)의 상방측 웨이퍼(W)의 전달위치와 도 4에서 실선으로 나타낸 웨이퍼(W)의 처리위치와의 사이에서 승강함과 동시에, 연직축의 주변에 회전할 수 있도록 되어 있다.

컵(51)의 상면에는 웨이퍼(W)가 통행가능한 개구부(55)가 형성되어 있으며, 상기 개구부(55)는 승강가능하도록 설치된 뚜껑(56)에 의하여 개폐되어지도록 되어 있다. 뚜껑(56)에는 웨이퍼(W) 상의 거의 회전중심부에 제 1 처리액으로서의 ADP액을 공급하기 위한 ADP액 공급노즐(60)이 설치되어 있다. 상기 ADP액 공급노즐(60)로부터 공급되는 ADP액의 온도는 도 5에 나타낸 온도조절기구(120)에 의하여 소정의 ADP액 온도(소정의 처리액 온도)에 의하여 미리 조정되도록 되어 있다.

즉, 도 5에 나타낸 바와 같이, ADP액을 저장하고 있는 탱크(121)는 열매(熱媒)(122)로 채워진 온도조정조(123)에 의하여 둘러싸여 있다. 상기 온도조정조(123) 내의 열매(122)는 펌프(124)의 가동에 의하여 온도조정조(123) 내에서 순환회로(125)로 일단 흘러들어간 후, 온도조정조(123) 내로 다시 순환공급되어 있다. 또한, 순환회로(125)에는 제어부(126)에 의하여 가동이 제어되는 온도조정기(127)가 설치되어 있다. 온도조정조(123) 내의 열매(122)의 온도는 센서(128)에 의하여검출되고, 제어부(126)에 입력되어 있다. 이로 인해, 제어부(126)는 센서(128)에 의하여 검출된 온도를 바탕으로 온도조정기(127)의 가동을 제어하고, 온도조정조(123) 내의 열매(122)의 온도를 소정의 ADP액 온도로 유지하도록 구성되어 있다. 그리고, 이와 같이 온도조정조(123) 내의 열매(122)가 소정의 ADP액 온도로 유지되어짐으로써, 탱크(121) 내에 저장된 ADP액의 온도가 소정의 ADP액 온도로 조정되도록 되어 있다. 또한, 이렇게 하여 소정의 ADP액 온도로 조정된 ADP액이 회로(129)를 거쳐 ADP액 공급노즐(60)로부터 토출되도록 되어 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, ADP액 공급노즐(60)의 선단부는 웨이퍼(W) 상의 거의 회전중심을 향해 경사지게 하측을 향하도록 되어 있다. ADP액은 후술하는 도포액과 웨이퍼(W)와의 정착성을 높이기 위한 역할을 한다. 또한, 컵(51)의 바닥부에는 웨이퍼(W)로부터 비산된 ADP액을 배액하는 배액관(61)과, 컵(51) 내의 분위기를 배기하는 배기관(62)이 접속되어 있다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 제 2 막 형성장치(22)의 구성에 대하여 설명하면, 기본적인 구성은 제 1 막 형성장치(20)과 동일하며, 다른 점은 뚜껑(56)에 ADP액 공급노즐(60) 대신에 제 2 처리액으로서의 도포액(유기고분자 등을 포함한 도포액)을 웨이퍼(W)의 표면에 공급하는 도포액 공급노즐(65)이 설치되어 있다. 그 이외의 구성은, 제 1 막 형성장치(20)와 동일하며, 제 2 막 형성장치(22)의 구성요소에 있어서, 제 1 막 형성장치(20, 21)에 설치된 구성요소와 동일한 것에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복설명은 생략한다. 또한, 도포액은 웨이퍼(W) 상에서 층간 절연막을 형성하기 위한 원재료가 되는 액체이다.

각 쿨링 히트유니트(30, 31, 40, 41, 42, 43)는 모두 동일한 구성을 갖추고 있기 때문에, 대표적으로 쿨링 히트유니트(30)를 예로 들어 설명하면, 도 7에 나타낸 바와 같이 쿨링 히트유니트(30) 내에는 재치대(70)가 설치되어 있다. 상기 재치대(70) 내에는 펠티에소자(71)가 들어 있고, 상기 펠티에소자(71)는 도시를 생략한 전원제어부에 접속되어 있다. 전원제어부가 펠티에소자(71)를 통전시키고, 그 통전방향이나 통전시의 전압을 바꿈으로써 펠티에소자(71)는 재치대(70)에 재치된 웨이퍼(W)를 원하는 온도로 가열 및 냉각할 수 있다.

각 베이킹 유니트(34, 35, 36, 37, 44, 45, 46, 47)의 구성에 대하여 베이킹 유니트(34)를 예로 들어 설명하면, 도 8에 나타낸 바와 같이 베이킹 유니트(34)의 거의 중앙에는 재치대(80)가 설치되어 있다. 상기 재치대(80) 내에는 예를들어 열선(81)이 들어 있고, 상기 열선(81)은 도시를 생략한 전원제어부에 접속되어 있다. 전원제어부가 열선(81)을 통전시키면, 열선(81)은 발열하여 재치대(80)에 재치된 웨이퍼(W)를 가열하도록 되어 있다. 또한, 상기 재치대(80)에는 승강기구(82)에 의하여 승강이 자유로운 3개의 지지핀(83, 94, 95)이 출몰 가능하도록 배치되어 있 다. 이로 인해, 지지핀(83∼85)은 웨이퍼(W)를 도 8에서 쇄선으로 나타낸 재치대(80)의 상방측 웨이퍼(W)의 전달위치와 도 8에서 실선으로 나타낸 웨이퍼(W)의 처리위치와의 사이에서 승강하도록 되어 있다.

재치대(80)의 주위에는 재치대(80)를 둘러싸도록 비활성기체인 예를들어 N₂기체를 분출하는 N₂기체 분출관(86)이 배치되어 있다. 재치대(80)의 상방에는, 재치대(80)와의 사이에서 밀폐공간을 형성하도록 뚜껑체(87)가 배치되어 있다. 상기 뚜껑체(87)는 도시를 생략한 승강기구에 의하여 승강이 가능하게 되어 있다. 또한, 뚜껑체(87)는 중심을 향해 상방으로 경사지는 구조로 되어 있으며, 뚜껑체(87)의 중심에는 배기구(88)가 설치되어 있다. 상기 배기구(88)는 도시를 생략한 진공펌프 등의 배기장치에 접속되어 있다.

이상과 같이 구성된 막 형성시스템(1)에서 수행되어지는 층간 절연막의 형성방법에 대하여 설명한다. 도 9에 층간 절연막의 형성방법의 순서도를 나타내었다.

우선, 미처리의 웨이퍼(W)를 예를들어 쿨링 히트유니트(40)에 반입하고, 웨이퍼(W)의 표면온도를 소정의 온도 예를들어 35℃로 조정한다(S1). 그 후, 웨이퍼(W)를 제 1 막 형성장치(20)에 반입하고, 스핀척(52)에 웨이퍼(W)를 진공흡착시켜 컵(51) 내에 수납한다. 다음으로, ADP액 공급노즐(60)로부터, 미리 도 5에서 설명한 온도조절기구(120)에 의하여 소정의 ADP액 온도로 온도가 조정된 ADP액을 웨이퍼(W)의 표면에 공급하고, 스핀척(52)에 의해 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 웨이퍼(W)를 회전시켰을 때의 원심력에 의하여 ADP액을 확산시켜 웨이퍼(W)의 표면전 체로 ADP액을 확산시킨다(S2). 그 후, 웨이퍼(W)를 계속 회전시키면서 웨이퍼(W)를 스핀건조하여(S3), ADP처리를 종료한다.

여기서, ADP처리에 수반하여 웨이퍼(W)의 표면온도가 변동된다. 따라서, 도포액을 확산시키는 공정 전에 미리 웨이퍼(W)를 예를들어 쿨링 히트유니트(43)에 반입하여 웨이퍼(W)의 표면온도를 소정의 기판온도로 조정한다(S4). 즉, 앞 공정에 있어서 ADP액 공급노즐(60)로부터 웨이퍼(W)의 표면에 공급된 ADP액의 온도(ADP액 온도)가 소정의 기판온도 보다도 높은 경우에는, 웨이퍼(W)의 표면온도는 소정의 기판온도 보다도 높게 되어 있기 때문에, 쿨링 히트유니트(43)에 있어서, 전원제어부에 의하여 펠티에소자(71)를 냉각시키는 통전방향으로 통전시키고, 그 통전전압을 적절히 제어하여 재치대(70) 상에 재치된 웨이퍼(W)를 냉각함으로써 웨이퍼(W)의 표면온도를 소정의 기판온도로 조정한다. 한편, 반대로 앞 공정에 있어서 ADP액 공급노즐(60)로부터 웨이퍼(W)의 표면에 공급된 ADP액의 온도(ADP)액 온도)가 소정의 기판온도 보다도 낮은 경우에는, 웨이퍼(W)의 표면온도는 소정의 기판온도 보다도 낮게 되어 있기 때문에, 쿨링 히트유니트(43)에 있어서 전원제어부에 의하여 펠티에소자(71)를 가열시키는 통전방향으로 통전시키고, 그 통전전압을 적절하게 제어하여 재치대(70) 상에 재치된 웨이퍼(W)를 가열함으로써 웨이퍼(W)의 표면온도를 소정의 기판온도로 조정한다.

이어서, 웨이퍼(W)를 제 2 막 형성장치(22)로 반입하여, 제 1 막 형성장치(20)와 마찬가지로 스핀척(52)에 웨이퍼(W)를 진공흡착시켜 컵(51) 내에 수납한다. 이어서, 도포액 공급노즐(65)로부터 도포액을 웨이퍼(W)의 표면에 공급 하고, 스핀척(52)에 의하여 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 웨이퍼(W)를 회전시켰을 때의 원심력에 의해 도포액을 확산시켜 웨이퍼(W)의 표면전체로 도포액을 확산시킨다(S5). 이 경우, 웨이퍼(W)의 표면온도가 소정의 기판온도로 유지되어 있기 때문에, 웨이퍼(W) 상에서는 도포액의 건조가 적절하게 진행되어, 웨이퍼(W)의 가장자리부로 확산된 도포액은 웨이퍼(W)의 회전에 따라 웨이퍼(W)로부터 좀처럼 흩어져 떨어지지 않게 되므로 웨이퍼(W) 표면에 남기 쉬워진다. 따라서, 웨이퍼(W) 상에 도포액을 균일하게 도포할 수 있다. 더구나, 이와 같이 웨이퍼(W)의 표면온도를 제어함으로써 도포액을 원활하게 확산시킬 수 있으며, 원심력으로 털어내기 어렵기 때문에, 도포액의 사용량을 종래보다도 줄일 수 있다. 도포액을 확산시킨 후, 웨이퍼(W)를 스핀건조하여(S6) 도포처리를 종료한다.

이후, 웨이퍼(W)를 예를들어 N₂분위기로 채워져 있는 베이킹 유니트(34)에 반입하여 예를들어 310℃로 가열처리하고(S7), 마지막으로 냉각처리한다(S8). 이와 같이, 본 실시예에 관한 막 형성방법에 의하면, 웨이퍼(W)의 표면의 ADP액을 스핀건조한 후에, 웨이퍼(W)의 표면온도를 소정의 기판온도로 조정하고 있기 때문에, 웨이퍼(W)의 표면온도를 소정의 기판온도로 유지한 상태에서 다음의 도포액을 확산시키는 공정을 수행할 수 있다. 이 때문에, 웨이퍼(W) 상에 층간 절연막이 균일하게형성되도록 되어 있다. 또한, 처음에 이루어지는 온도조정처리(S1)는 특별히 필요가 없으면 생략하여도 상관없다.

이렇게 해서, 본 발명의 실시예에 관한 막 형성방법에 의하면, 소량의 도포 액으로 도포액을 균일하게 웨이퍼(W)의 표면에 확산시킬 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)가 대형화되어도 도포액의 사용량을 줄일 수 있어, 자원을 절약하면서 고품질의 반도체 디바이스를 제조할 수 있게 된다.

또한, 앞서 설명한 실시예에서는, 미처리의 웨이퍼(W)의 표면온도를 소정의 온도로 조정하는 공정(S1)이나, 웨이퍼(W)의 표면온도를 소정의 기판온도로 조정하는 공정(S4)에 있어서, 웨이퍼(W)를 온도조정(가열하는 경우와 냉각하는 경우)하는 경우에 쿨링 히트유니트를 이용하는 예를 설명하였는데, 예를들어 웨이퍼(W)를 냉각하는 경우에는 웨이퍼(W)를 쿨링 히트유니트(30)에 반입하여 냉각하고, 또는 웨이퍼(W)를 가열하는 경우에는 웨이퍼(W)를 베이킹 유니트(34)에 반입하여 가열함으로써 웨이퍼(W)의 표면온도를 조정할 수도 있다.

또한, 앞서 설명한 실시예에서는, ADP처리액을 확산시킨 후에 스핀건조를 수행하였는데, 상기 스핀건조를 수행하지 않고 ADP처리액을 확산시킨 후에 바로 온도조정처리를 수행하여도 좋다. 이 때의 순서도를 도 10에 나타내었다. 상기 도 10에 나타낸 경우에는, 우선 미처리의 웨이퍼(W)를 예를들어 쿨링 히트유니트(30)로 반입하여 웨이퍼(W)의 표면온도를 소정의 온도 예를들어 35℃로 조정한다(S1). 또한, 이 경우에도 앞의 경우와 마찬가지로, 웨이퍼(W)를 냉각하는 경우에는 쿨링 히트유니트(30)에서 웨이퍼(W)를 냉각하고, 가열하는 경우에는 베이킹 유니트(34)에서 웨이퍼(W)를 가열하여도 좋다.

그 후, 웨이퍼(W)를 제 1 막 형성장치(20)에 반입하여 스핀척(52)에 웨이퍼(W)를 진공흡착시켜 컵(51) 내에 수납한다. ADP액 공급노즐(60)로부터 ADP액 을 공급하고, 스핀척(52)에 의하여 웨이퍼(W)를 회전시킨다. 웨이퍼(W)를 회전시켰을 때의 원심력에 의하여 ADP액을 확산시켜 웨이퍼(W)의 표면전체로 ADP액을 확산시킨다(S2). 이렇게 하여 ADP처리를 종료한다.

여기서, ADP처리에 수반하여 웨이퍼(W)의 표면온도가 변동되기 때문에, 도포액을 확산시키는 공정 전에 미리 웨이퍼(W)를 쿨링 히트유니트(30)에 반입하여 가열 혹은 냉각하고, 웨이퍼(W)의 표면온도를 소정의 기판온도로 조정한다(S3). 즉, 웨이퍼(W)의 표면온도가 소정의 기판온도 보다도 높게 되어 있는 경우에는 펠티에소자(71)에 의하여 웨이퍼(W)를 냉각하고, 반대로 웨이퍼(W)의 표면온도가 소정의 기판온도 보다도 낮게 되어 있는 경우에는, 펠티에소자(71)에 의하여 웨이퍼(W)를 가열함으로써 웨이퍼(W)의 표면온도를 소정의 기판온도로 조정한다. 또한, 이 경우도 앞의 경우와 마찬가지로, 웨이퍼(W)를 냉각하는 경우에는 쿨링 히트유니트(30)에서 웨이퍼(W)를 냉각하고, 가열하는 경우에는 베이킹 유니트(34)에서 웨이퍼(W)를 가열하여도 좋다.

이어서, 웨이퍼(W)를 제 2 막 형성장치(22)에 반입하여, 제 1 막 형성장치(20)와 동일한 공정을 수행하고, 웨이퍼(W) 상에 도포액을 확산시킨다(S4). 도포액을 확산시킨 후, 웨이퍼(W)를 스핀건조하고(S5) 도포처리를 종료한다. 이후, 웨이퍼(W)를 예를들어 N₂분위기로 채워져 있는 베이킹 유니트(34)에 반입하여 예를들어 310℃로 가열처리하고(S6), 마지막으로 냉각처리한다(S7). 이렇게 해서, 웨이퍼(W) 상에 층간 절연막이 균일하게 형성된다. 또한, 처음으로 이루어지는 온도조정처리(S1)는 특별히 필요가 없으면 생략하여도 상관없다.

이렇게 해서, 본 실시예에 관련된 막 형성방법에 의하면, 소량의 도포액으로 도포액을 균일하게 웨이퍼(W)의 표면에 확산시킬 수 있다. 따라서, 웨이퍼(W)가 대형화되어도 도포액의 사용량을 줄일 수 있어, 자원을 절약하면서도 고품질의 반도체 디바이스를 제조할 수 있게 된다. 또한, 웨이퍼(W)의 표면온도를 소정의 온도로 조정할 뿐 아니라, 도포액도 소정의 온도로 조정하도록 하면 도포액의 확산균일성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 설치공간의 절약 등의 관점에서, ADP액과 도포액 모두 웨이퍼(W)에 공급할 수 있는 장치를 구성하여도 좋으며, 도 11에 나타낸 막 형성장치(90)는 그 예이다. 상기 막 형성장치(90)는 뚜껑(56)에 ADP액 공급노즐(60)과 도포액 공급노즐(65)이 설치되어 있다. 또한, 컵(51)의 측벽부에는 컵(51) 내에 N₂기체를 공급하는 N₂기체 공급관(91, 92)이 접속되어 있다. 그 이외의 구성은, 상기 막 형성장치(90)는 앞서 도 4에서 설명한 제 1 막 형성장치(20, 21)와 동일하며, 상기 막 형성장치(90)의 구성요소에 있어서 제 1 막 형성장치(20, 21)에 설치된 구성요소와 동일한 것에 대해서는, 동일한 부호를 붙임으로써 중복설명을 생략하기로 한다.

이와 같은 막 형성장치(90)에 의하면, ADP액의 도포 및 확산, 스핀건조를 수행한 후 일단 웨이퍼(W)를 반출한다. 웨이퍼(W)가 쿨링 히트유니트 혹은 베이킹 유니트에서 온도조정되는 동안에, 컵(51) 내에서는 N₂퍼지가 이루어진다. 이로 인해, 컵(51) 내에 ADP액의 분위기가 남아 있지 않은 상태에서 다음의 도포액을 도포 및 확산시키는 공정을 수행할 수 있다.

또한, 도 12에 나타낸 바와 같이, 막 형성장치(100)에 웨이퍼(W)의 표면온도를 소정의 온도로 조정할 수 있는 기능을 부가하여도 좋다. 본 실시예에 관한 막 형성장치(100)는 뚜껑(56)에 ADP액 공급노즐(60)과 도포액 공급노즐(65)의 양쪽을 갖추고 있을 뿐 아니라, 스핀척(101) 내에 열매로서의 온도조정수를 유통시키는 유로(流路)(102)를 형성하고 있다. 유로(102)에는 온도조정수 공급장치(103)에 의하여 소정의 기판온도로 조정된 온도조정수가 2중관(104)을 매개로 구동부(53)의 회전축(54)을 관통하여 순환공급되어 있다. 그 외의 구성은, 상기 막 형성장치(100)는 앞서 도 4에서 설명한 제 1 막 형성장치(20, 21)와 마찬가지이며, 상기 막 형성장치(100)의 구성요소에 있어서 제 1 막 형성장치(20, 21)에 설치된 구성요소와 동일한 것에 대해서는 동일한 부호를 붙임으로써 중복설명을 생략하였다.

이와 같은 막 형성장치(100)에 의하면, ADP처리를 수행한 후에도 그대로 웨이퍼(W)를 스핀척(101)에 진공흡착시킨다. 그리고, 유로(102)에 온도조정수를 유통시켜 웨이퍼(W)의 표면온도를 소정의 기판온도로 조정함과 동시에, 각 N₂기체 공급관(91, 92)에 의하여 N₂퍼지가 이루어켜, 컵(51) 내의 분위기를 N₂분위기로 치환한다. 그 후, 도포액을 도포 및 확산시키는 공정이 이루어진다. 이와 같이 막 형성장치(100)에서는 ADP처리로부터 도포액의 확산처리까지를 일관되게 수행할 수 있기 때문에, 앞서 설명한 막 형성장치(90) 등에 비해 웨이퍼(W)를 반입반출하는 시간을 줄여 쓰루우풋을 향상시킬 수 있다.

또한, 도 13에 나타낸 바와 같이, 막 형성장치(110)는 스핀척(52)에 온도기능을 부여하는 대신에, 기판에 대하여 소정의 기판온도의 기체를 뿜어내는 기체공급기구를 설치하고 있다. 즉, N₂기체공급관(91)에 온도조정소자(111)가 설치되고, N₂기체공급관(92)에 온도조정소자(112)가 설치되어 있다. 이와 같은 구성에 의하면, N₂기체는 컵(51) 내에 공급되기 전에 온도조정소자(111, 112)에 의하여 소정의 기판온도로 조정된다. 그리고, 컵(51) 내에는 이와 같은 소정의 기판온도의 N₂기체로 채워져, 이로 인해 웨이퍼(W)의 표면온도를 소정의 기판온도로 조정할 수 있다. 물론, 막 형성장치(100)와 마찬가지로 쓰루우풋을 향상시킬 수 있다.

또한, 상술한 실시예에 있어서는, 도 9에 나타낸 바와 같이 스핀건조(S3) 직후에 온도조정처리(S4)를 수행하는 것이었는데, 도 17에 나타낸 바와 같이 스핀건조(S3)와 온도조정처리(S4)와의 공정 사이에, 예를들어 100℃∼200℃ 정도의 가열처리(S3')를 베이킹 유니트에 의해 수행하도록 하여도 좋다. 이로 인해, 도포막의 밀착성을 더욱 높일 수 있다.

또한, 도 4 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 막 형성장치에서는 밀폐공간 내에서 처리액을 웨이퍼(W)에 공급하도록 유니트가 구성되어 있지만, 도 18에 나타낸 바와 같이 오픈타입의 막 형성장치를 이용하여도 물론 상관없다. 도 18에 나타낸 막 형성장치(181)에서는, 유니트 본체(182) 내의 거의 중앙에 컵(CP)이 배치되어 있다. 상기 컵(CP) 내에는 웨이퍼(W)를 회전가능하게 보지하는 스핀척(183)이 배치되고, 그 상방에는 처리액을 공급하는 이동가능한 노즐(184)이 배치되어 있다. 또 한, 유니트 본체(182)의 주 반송장치(13)와 대면하는 면에는 상기 주 반송장치(13)와의 사이에서 웨이퍼(W)의 전달을 수행하기 위한 개구부(185)가 설치되어 있다. 또한, 스핀척(183)은 도시를 생략한 모터에 의해 회전가능하며, 승강기구에 의해 승강가능하게 되어 있다.

또한, 기판은 상기한 본 실시예의 웨이퍼(W)에 한정되지 않고 예를들어 LCD기판이나 CD기판 등의 다른 기판이라도 좋다.

다음으로, 본 발명의 실시예를 실시하였다. 도 1∼도 7에서 설명한 막 형성시스템을 작성하고, 웨이퍼 상에 도포액의 막을 형성하였다. 웨이퍼의 표면온도와 도포액의 막의 균일성과의 관계를 조사하였다. 이 경우, 종래의 막 형성방법과 본 발명의 막 형성방법 모두를 실시하여 그 결과를 비교한다. 실험대상을 직경 200밀리의 웨이퍼로 하고, ADP액의 성분에는 PGME PMA가 함유되고, 도포액의 성분에는 사이클로헥산이 함유되어 있다.

종래의 막 형성방법에 의하여 웨이퍼 상에 도포액의 막을 형성하는 경우에 있어서, 웨이퍼의 표면온도를 소정의 온도로 조정한 후에, ADP처리와 도포처리를 연속해서 수행하였다. 그 결과를 도 14에 나타낸다. 또한, 본 발명의 막 형성방법에 의하여 웨이퍼 상에 도포액의 막을 형성하는 경우에 있어서, 웨이퍼의 표면온도를 소정의 온도로 조정한 후에 ADP처리를 수행하고, 그 후에 다시 웨이퍼의 표면온도를 소정의 온도로 조정하여 도포처리를 수행하였다. 그 결과를 도 15에 나타낸다. 또한, 모든 경우에 있어서도 2cc 정도의 액량의 ADP액에 의하여 ADP액의 막을 형성하고, 2cc 정도의 액량의 도포액에 의하여 도포액의 막을 형성하였다.

도 14 및 도 15에서는, 종축을 도포액의 막 두께(단위:옴스트롱)로 하고, 횡축을 웨이퍼의 직경으로 하고, 도 14 및 도 15에서 나타나 있는 각 그래프선은 웨이퍼 상의 도포액의 막 두께의 변화모양(도포액의 막의 프로필)을 나타내고 있다. 도 14에 있어서, 그래프선 a는 소정의 온도가 19℃일 때, 그래프선 b는 소정의 온도가 23℃일 때, 그래프선 c는 소정의 온도가 25℃일 때, 그래프선 d는 소정의 온도가 27℃일 때, 그래프선 e는 소정의 온도가 29℃일 때, 그래프선 f는 소정의 온도가 33℃일 때의 도포액의 막의 프로필을 각각 나타내고 있다. 또한, 도 15에 있어서 그래프선 g는 소정의 온도가 19℃일 때, 그래프선 h는 소정의 온도가 21℃일 때, 그래프선 i는 소정의 온도가 23℃일 때, 그래프선 j는 소정의 온도가 25℃일 때의 도포액의 막의 프로필을 각각 나타내고 있다.

도 14 및 도 15로부터 이해할 수 있듯이, 본 발명의 막 형성방법에 의하여 웨이퍼 상에 도포액의 막을 형성하는 편이 종래의 막 형성방법에 의하여 웨이퍼 상에 도포액의 막을 형성할 때에 비해 도포액의 막의 프로필이 평탄화되어 있다. 따라서, 웨이퍼 상에 종래보다도 균일한 도포액의 막을 형성할 수 있다. 또한, 도 14에 있어서 그래프선 a, b, c, d, e, f를 각각 비교하고, 도 15에 있어서 그래프선 g, h, i, j를 각각 비교함으로써 이해할 수 있도록 소정의 온도가 상승함에 따라 도포액의 막의 프로필이 평탄화되어 있다. 이는, 웨이퍼의 표면온도가 도포액이 적당하게 건조하는 온도에 접근하기 때문이다. 또한, 도 15에서는, 소정의 온도가 25℃일 때의 도포액 막의 프로필의 그래프선 j까지 밖에는 나타내고 있지 않지만, 소정의 온도가 25℃를 넘었을 때, 예를들어 소정의 온도가 35℃일 때의 도포액 막의 프로필의 데이터를 취하면, 도포액 막의 프로필이 보다 평탄화되어 있다는 것을 예상할 수 있다.

또한, 본 발명의 막 형성방법에 의하여 웨이퍼 상에 도포액의 막을 형성하는 경우에 있어서, 0.5cc 정도의 액량의 도포액에 의해 웨이퍼 상에 도포액의 막을 형성할 때의 도포액 막의 프로필을 조사하였다. 그 결과를 도 16에 나타낸다. 도 16에 있어서, 그래프선 k는 소정의 온도가 23℃일 때 그래프선 l은 소정의 온도가 25℃일 때, 그래프선 m은 소정의 온도가 30℃일 때의 도포액 막의 프로필을 각각 나타내고 있다. 도 16의 그래프선 k, l, m에 있어서도, 도 14 및 도 15와 마찬가지로 소정의 온도가 상승함에 따라 도포액 막의 프로필이 평탄화 되어 있는 것을 이해할 수 있다. 이렇게 해서, 웨이퍼의 표면온도가 30℃ 정도로 조정되어 있으면, 소량의 도포액으로 웨이퍼 상에 도포액의 박막을 균일하게 형성할 수 있다. 또한, 웨이퍼의 표면온도를 소정의 온도로 조정할 뿐 아니라, 도포액도 소정의 온도로 조정하도록 하면 도포액 막의 균일성이 더욱 향상된다는 것을 예상할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 소량의 제 2 처리액으로 제 2 처리액의 막을 균일하게 기판상에 형성할 수 있다. 따라서, 기판이 대형화되어도 제 2 처리액의 사용량을 억제할 수 있으며, 자원을 절약하면서 고품질의 기판을 제조할 수 있게 된다. 또한, 설치공간의 절약이나 쓰루우풋의 향상을 꾀할 수 있다.

Claims (16)

1. 막형성장치를 사용하여 반도체기판의 표면에 층간절연막을 형성하는 기판의 처리방법으로서,

   ADP액을 상기 기판의 표면에 확산시키기전에 미리 소정의 온도로 조정하는 공정과,

   상기 소정의 온도로 조정된 ADP액을 기판의 표면에 공급하고 확산시키는 공정과,

   상기 ADP액을 확산시킨 기판의 표면을 소정의 기판온도로 조정하는 공정과,

   상기 소정의 온도로 조절된 기판의 표면에 층간절연막을 형성하기 위한 도포액을 공급하고 확산시키는 공정을 포함하고,

   상기 ADP액의 공급부터 상기 도포액의 확산까지의 각 공정은 상기 막형성장치내에서 일관하여 실행되는 것을 특징으로 하는 기판의 처리방법.
2. 반도체기판의 표면에 층간절연막을 형성하는 기판의 처리장치로서,

   케이싱내에 구비된 1의 컵과,

   기판의 표면에 미리 소정의 액온도로 조정된 ADP액을 공급하는 제 1 처리액공급노즐과,

   기판의 표면에 층간절연막을 형성하기 위한 도포액을 공급하는 제 2 처리액 공급노즐과,

   상기 컵내에 있어서 기판을 재치시키고 회전시키는 회전재치대와,

   기판의 표면을 소정의 기판온도로 조정하는 온도조정기구를 구비하고,

   상기 ADP액의 기판으로의 공급에서 상기 도포액의 기판으로의 공급 및 확산처리까지를 상기 케이싱내에 있어서 일관하여 실행하는 것을 특징으로 하는 기판의 처리장치.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 온도조정기구는 펠티에소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판의 처리장치.
4. 청구항 2에 있어서,

   상기 온도조정기구는 상기 회전재치대에 설치된 열매(熱媒)를 유통시키는 유로를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판의 처리장치.
5. 청구항 2에 있어서,

   상기 온도조정기구는 기판에 소정의 기판온도의 기체를 내뿜어 부착하는 기체공급기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판의 처리장치.
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