KR100663847B1 - 스핀 코팅 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에지 비드 효과를 제거할 수 있는 스핀 코팅 장치 및 방법에 관한 것이다.

이러한 본 발명의 스핀 코팅 장치는 웨이퍼를 지지하고 회전시키며, 상기 회전 시 에지 비드가 형성될 연장부를 포함하고, 홈이 형성된 에지 익스텐션 척 및 상기 웨이퍼와 상기 에지 익스텐션 척을 결합시키는 결합 척을 포함한다.

이러한 본 발명에 따르면, 에지 비드 효과를 효율적으로 제거할 수 있다.

반도체 공정, 반도체 소자, MEMS, 웨이퍼, 포토레지스트, 노광 공정, 에지 비드, 에지 비드 리무버, 에지 익스텐션 척, 스핀 코팅

Description

스핀 코팅 장치 및 방법{SPIN COATING APPARATUS AND METHOD TFEREOF}

도 1은 두꺼운 포토레지스트를 이용한 일반적인 반도체 제조 과정의 노광 공정을 개략적으로 나타낸 블럭도이다.

도 2는 종래 기술로 에지 비드가 웨이퍼의 에지상에 형성되고, 제거되는 것을 나타낸 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 에지 익스텐션 척과 결합 척의 결합을 설명하기 위한 투시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 스핀 코팅 장치를 설명하기 위한 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 다양한 높이와 갭을 가진 에지 익스텐션 척과 웨이퍼가 결합되는 것을 나타낸 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 일정한 갭을 가지는 에지 익스텐션 척에 대한 평면도이다.

본 발명은 반도체 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에지 비드 효과를 제거할 수 있는 스핀 코팅 장치 및 방법에 관한 것이다.

에지 비드 효과란, 포토레지스트를 도포할 때 웨이퍼의 둥근 가장자리의 표면 저항 및 포토레지스트의 점성이 원인이 되어 웨이퍼 전면에 균일한 높이로 포토레지스트가 도포되지 않고, 웨이퍼의 가장자리에 불필요한 많은 양의 포토레지스트가 높게 축적되는 현상이다.

반도체 제조 공정에서 소자의 제조 과정은 반도체 기판으로 사용되는 웨이퍼 상에 다결정막, 산화막, 질화막 및 금속막 등과 같은 복수의 박막을 형성하고 패턴(pattern)을 형성하여 원하는 동작을 하는 소자를 만드는 것이다. 패턴이 형성되기 위해서는 사진 인화와 매우 유사한 노광 공정이 요구되며, 노광 공정은 반도체 공정의 30%를 차지한다. 노광 공정에서 가장 중요한 역할을 하는 것이 포토레지스트이고 포토레지스트는 박막을 식각(etching)하기 위한 공정의 마스크(mask) 역할을 한다. 포토레지스트를 웨이퍼에 존재하는 박막 위에 코팅(coating)을 하고, 포토 마스크에 그려진 패턴을 포토레지스트 막으로 전사시킨 후 식각 공정을 통하여 원하는 패턴의 박막을 얻게 된다.

회로 소자를 위한 대부분의 일반적인 노광 공정에 비해 MEMS(Micro Electro Mechanical System)에서 이용하고 있는 두꺼운 포토레지스트는 원하는 박막의 패턴을 얻기 위한 마스크 역할과 동시에 구조체의 몰드(mold) 역할을 한다. 이와같은 경우에도 도 1에서 도시된 바와 같이 안정화(stabilization) 공정(101), 에지 비드 제거(edge bead remove) 공정(102), 물먹임(water adsorption) 공정(103) 등이 추가된다. 추가된 공정들 중에서 에지 비드 제거 공정(102)은 에지 비드 효과가 후속 노광 공정에 많은 문제점을 발생시키기 때문에 반드시 수행되어야 한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(201)상에 포토레지스트(202)가 도포되는 단계(200A) 이후에 포토레지스트를 평탄화하기 위한 안정화 공정 과정(200B)에서 에지 비드(203)가 발생되며 보통 웨이퍼에 도포된 포토레지스트 높이의 약 3~5배의 높이로 형성된다.

위의 과정에서 형성된 에지 비드(203)는 반도체 노광 공정에 있어서 불필요한 프락시미티 갭(proximity gap)을 형성하게 된다. 프락시미티 갭은 웨이퍼 전면에 형성되는 것이 아니라 웨이퍼 중심에만 형성되고 웨이퍼 가장자리는 컨택 모드(contact mode)를 형성하게 되어 웨이퍼 중심과 웨이퍼 가장 자리에 서로 불균일한 패턴을 형성하여 정확한 파인 패턴(fine pattern)을 얻지 못하게 되는 원인이 되기 때문에 에지 비드는 반드시 제거되어야 한다(204).

에지 비드 효과를 제거하기 위해서 종래에는 에지 비드 제거제(edge bead remover)인 시너(thinner)나 아세톤(acetone)등의 포토레지스트를 녹일 수 있는 용매를 사용해서 웨이퍼 위에 도포된 포토레지스트의 가장 자리를 세정하여 제거하거나, 에지 쪽의 포토레지스트만을 노광하여 포토레지스트 디밸로퍼(developer)로 제거 후 후속 공정을 진행하는 방식이 대부분이었다. 에지 비드 제거 공정을 통하여서 제거된 포토레지스트는 반도체 웨이퍼 전체 넓이의 약 20%정도의 면적을 차지하게 되고 손실된 면적은 반도체 수율(yield)에 직접적인 영향을 미친다.

또 다른 종래의 방법들 중에는 포토레지스트를 도포할 경우 분사 노즐의 위치와 양을 조절하는 방식으로 에지 비드 효과를 제거하는 방법이 있으나 이러한 방법은 매우 복잡하고 각각 다른 종류의 포토레지스트에 따라 개별적으로 분사량과 분사 위치 등을 결정해야 하는 문제점이 있다.

또 다른 종래의 방법 중 광 디스크에 적용되는 LG 전자의 특허 “에지 효과 제거를 위한 광 디스크의 스핀 코팅 방법”(대한민국 특허, 출원 번호 10-1999-0056105)에서는 단순히 광 디스크의 하우징을 사용해서 에지 효과를 제거할 수 있다고 명시하고 있다. 이 특허에서는 광 디스크 하우징의 내경과 광 디스크의 외경, 광 디스크 하우징의 홈 깊이와 디스크 두께가 서로 정확하게 일치하는 방법을 제시하였다. 하지만 광 디스크를 만들 때 가공 오차에 의해 디스크의 외경과 두께가 항상 동일하게 나오지 않는 경우에는 모든 광 디스크에 정확하게 맞는 디스크 하우징을 가질 수가 없다. 또한 하우징이 정확히 맞는 경우라도 광 디스크에 도포되는 자외선 경화 수지 등은 하우징과 광 디스크 사이에 생기는 미세한 틈으로 스며 들어가 광 디스크 뒷면에 불필요한 두께를 형성시킬 수 있다. 이러한 불필요한 두께가 형성되어 광 디스크에 도포되는 윗면에서는 에지 비드 효과를 제거하였지만 아래 면에 형성된 두께에 의해 윗면에서 제거한 효과를 얻을 수 없게 되는 문제점이 있다.

이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 노광 공정에서 포토레지스트를 스핀 코팅할때 웨이퍼 에지에 형성되는 에지 비드를 웨이퍼의 에지에 형성시키는 것이 아니라, 웨이퍼의 에지를 확장하는 에지 익스텐션 척에 형성시키는 방법으로 에지 비드 효과를 제거하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 에지 익스텐션 척에 오염 방지 홈을 형성하여 웨이퍼 상에 포토레지스트를 도포할때 포토레지스트가 웨이퍼 뒷면에 도포되는 것과 안정화 공정과 소프트 베이크 공정을 하는 과정에서 포트레지스트가 에지 익스텐션 척과 웨이퍼 사이의 틈으로 흘러 들어가 웨이퍼 뒷면에 불균일한 포토레지스트가 도포되는 것을 방지하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 에지 익스텐션 척의 내경과 웨이퍼의 외경의 크기가 동일하며, 웨이퍼가 장착되는 에지 익스텐션 척의 홈의 깊이와 웨이퍼의 두께가 같거나 다른 경우, 에지 익스텐션 척의 내경과 웨이퍼의 외경이 일정한 갭을 가지며, 웨이퍼가 장착되는 에지 익스텐션 척의 홈의 깊이가 웨이퍼의 두께와 같거나 다른 경우를 통해서도 에지 비드 효과를 제거하는 데 있다.

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 스핀 코팅 장치는 웨이퍼를 지지하고 회전시키며, 상기 회전 시 에지 비드가 형성될 연장부를 포함하고, 홈이 형성된 에지 익스텐션 척 및 상기 웨이퍼와 상기 에지 익스텐션 척을 결합시키는 결합 척을 포함한다.

에지 익스텐션 척에 형성된 홈은 웨이퍼 상에 포토레지스트 등과 같은 코팅 물질을 도포할 때 포토레지스트가 웨이퍼 뒷면에 형성되는 것을 방지하고, 안정화 공정과 소프트 베이크 공정을 하는 과정에서 에지 익스텐션 척과 웨이퍼 사이의 틈으로 포트레지스트가 흘러들어가 웨이퍼 뒷면에 불균일한 포토레지스트가 형성되는 것을 방지한다.

본 발명의 스핀 코팅 장치에 따르면, 종래의 반도체 제조 공정 중 포토레지스트를 스핀 코팅할 때 웨이퍼 에지에 형성되는 에지 비드를 에지 익스텐션 척에 형성되도록 한 후, 에지 익스텐션 척을 웨이퍼로부터 분리함으로써, 웨이퍼 가용 면적의 손실을 초래하는 에지 비드 효과를 제거할 수 있다. 이에 따라, 반도체 소자의 제조 수율을 향상시키고, 제조 단가를 낮출 수 있다.

본 발명의 스핀 코팅 장치를 이용한 본 발명의 스핀 코팅 방법은 상기 웨이퍼를 상기 에지 익스텐션 척에 로딩하는 단계와, 상기 웨이퍼와 상기 에지 익스텐션 척을 상기 결합 척으로 결합하는 단계와, 상기 웨이퍼 상에 코팅 물질을 공급하고, 상기 결합 척을 회전시키는 단계와, 상기 결합 척을 제거하는 단계 및 상기 웨이퍼와 상기 에지 익스텐션 척을 분리하는 단계를 포함한다.

삭제

상기 에지 익스텐션 척의 내면은 원호인 것이 바람직하다.

삭제

상기 에지 익스텐션 척과 상기 웨이퍼 사이에 갭이 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 본 발명에 따르면, 웨이퍼의 외경과 두께의 가공오차 등으로 인해 웨이퍼와 에지 익스텐션 척 사이의 미세한 틈으로 포토레지스트가 스며들어 발생하는 문제 등을 방지할 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 에지 익스텐션 척과 결합 척의 결합을 설명하기 위한 투시도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스핀 코팅 장치는 에지 비드 효과를 제거하기 위한 에지 익스텐션 척(300A)과 웨이퍼와 에지 익스텐션 척(300A)을 결합시키고, 에지 익스텐션 척(300A)의 중심을 잡아 주는 결합 척(300B)을 포함한다.

에지 익스텐션 척(300A)에는 웨이퍼 상에 형성되는 코팅 물질이 웨이퍼 뒷면으로 흐르는 것을 방지하기 위한 홈(301)이 형성되어 있다. 코팅 물질은 포토레지스트일 수 있다.

결합 척(300B)에 진공라인(302)을 형성하고, 도시하지 않은 압력조절수단을 이용함으로써, 진공에 의하여 웨이퍼와 에지 익스텐션 척(300A)을 결합시키고, 에지 익스텐션 척(300A)의 중심을 잡아줄 수 있다.

에지 익스텐션 척(300A)은 결합 척(300B) 위에 결합되어 후술하는 바와 같은 과정을 통하여, 에지 비드 효과를 제거한다.

도 4는 본 발명에 따른 스핀 코팅 장치를 설명하기 위한 단면도이다.

도 4의 400A에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 스핀 코팅 장치는 에지 익스텐션 척(410)과 결합 척(403)을 포함한다.
에지 익스텐션 척(410)은 웨이퍼(401)를 지지하고 회전시키며, 에지 비드 효과를 제거한다. 이러한 에지 익스텐션 척(410)은 연장부(402)를 포함하고, 에지 익스텐션 척(410)에는 홈(404)이 형성되어 있다. 연장부(402)는 도 4의 400B를 참조하여 후술하는 바와 같이, 에지 비드가 형성되는 영역이다. 홈(404)은 도 4의 400C를 참조하여 후술하는 바와 같이, 웨이퍼(401) 뒷면에 포토레지스트 등의 코팅 물질이 형성되는 것을 방지한다.
결합 척(403)은 웨이퍼(401)와 에지 익스텐션 척(410)을 결합한다. 이러한 결합 척(403)은 도시하지 않은 압력조절수단 등을 이용함으로써, 진공에 의하여 웨이퍼(401)와 에지 익스텐션 척(410)을 결합시키고, 에지 익스텐션 척(410)의 중심을 잡아줄 수 있다.

도 4의 400B를 참조하여 연장부(402) 상에 에지 비드가 형성되는 원리를 상세히 설명한다.
먼저, 웨이퍼(401)에 포토레지스트(405)를 도포한다.
다음으로, 결합척(403)을 회전시켜 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(401)가 회전되도록 한다.
이와 같이 하면, 웨이퍼(401) 회전에 따른 원심력과 포토레지스트의 응력 등으로 인하여, 에지 비드(406)가 에지 익스텐션 척(410)의 연장부(402)에 형성된다.
따라서 본 발명에 따르면, 에지 비드(406)가 에지 익스텐션 척(410)의 연장부(402)에 형성되므로, 반도체 소자의 수율을 향상시킬 수 있다.

도 4의 400C를 참조하여 웨이퍼(401) 뒷면에 포토레지스트 등의 코팅 물질이 형성되는 것을 방지하는 원리를 상세히 설명한다.
도 4의 400C에 도시된 바와 같이, 포토레지스트를 스핀 코팅하고 안정화 공정 및 소프트 베이크를 할 때는 진공 척(403)을 제거한다.

안정화 공정과 소프트 베이크 공정을 하는 과정에서 에지 익스텐션 척(410)과 웨이퍼(401) 사이의 틈에 포토레지스트(405)가 묻어 들어가, 웨이퍼(401) 뒷면에 포토레지스트가 형성될 수 있다. 이것을 방지하기 위해서, 에지 익스텐션 척(410)에 홈(404)이 형성되어 있다.
포토레지스트가 에지 익스텐션 척(410)과 웨이퍼(401)의 경계면 사이의 표면을 따라 흘러들어가 홈(404)에 고이도록 함으로써, 웨이퍼(401) 뒷면에 포토레지스트가 형성되는 것을 방지할 수 있다.

도 4의 400D에 도시된 바와 같이, 에지 익스텐션 척(410)을 제거하면 웨이퍼(401) 위에 균일하게 포토레지스트(405)가 스핀 코팅된 것을 볼 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 다양한 높이와 갭을 가진 에지 익스텐션 척과 웨이퍼가 결합되는 것을 나타낸 단면도이다.

도 5의 500A에 도시된 바와 같이, 에지 익스텐션 척(510)의 내경과 웨이퍼(501)의 외경의 크기가 동일하며, 웨이퍼(501)가 장착되는 에지 익스텐션 척(510)의 홈(504)의 깊이와 웨이퍼(501)의 두께가 같은 경우에 웨이퍼(501)의 에지에 에지 비드가 형성되는 것을 방지할 수 있다.

그러나, 에지 익스텐션 척(510)의 내경과 웨이퍼(501)의 외경의 크기가 동일하며, 웨이퍼(501)가 장착되는 에지 익스텐션 척(510)의 홈(504)의 깊이와 웨이퍼(501)의 두께가 다른 경우에도 웨이퍼(501)의 에지에 에지 비드가 형성되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 도 5의 500B에 도시된 바와 같이, 에지 익스텐션 척(510)의 내경과 웨이퍼(501)의 외경의 크기가 동일하며, 웨이퍼(501)가 장착되는 에지 익스텐션 척(510)의 홈(504)의 깊이가 웨이퍼의 두께보다 높은 경우, 도 5의 500C에 도시된 바와 같이, 에지 익스텐션 척(510)의 내경과 웨이퍼(501)의 외경의 크기가 동일하며, 웨이퍼(501)가 장착되는 에지 익스텐션 척(510)의 홈(504)의 깊이가 웨이퍼(501)의 두께보다 낮은 경우에도 웨이퍼(501)의 에지에 에지 비드가 형성되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도 5의 500D에 도시된 바와 같이, 에지 익스텐션 척(510)의 내경과 웨이퍼(501)의 외경이 일정한 갭을 가지는 경우에도 웨이퍼(501)의 에지에 에지 비드가 형성되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도 5의 500A의 경우와 도 5의 500D 를 함께 적용하거나, 도 5의 500B의 경우와 도 5의 500D 를 함께 적용하거나, 도 5의 500C의 경우와 도 5의 500D를 함께 적용하는 방법으로도 웨이퍼(501)의 에지에 에지 비드가 형성되는 것을 방지할 수 있다.

이에 따르면, 웨이퍼의 외경과 두께의 가공오차로 인해 웨이퍼와 에지 익스텐션 척 사이의 미세한 틈으로 포토레지스트가 스며 들어 발생하는 문제를 방지할 수 있다.

도 6은 일정한 갭을 가지는 에지 익스텐션 척의 평면도이다.

에지 익스텐션 척의 일정한 갭의 형성을 위해 갭 새퍼레이터(gap separator)(601)를 형성할 수 있으며, 일정한 갭을 형성시키기 위한 갭 새퍼레이터(601)의 모양 및 개수를 다양화할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따르면, 스핀 코팅을 통한 노광 공정에서 에지 익스텐션 척을 이용한 스피너를 간단히 제작하여 에지 비드 제거로 인한 웨이퍼 면적의 손실을 방지할 수 있다.

따라서, 단일 웨이퍼 당 생산되는 반도체 소자를 얻을 수 있는 수율을 증가 시켜 반도체 소자의 단가를 낮출 수 있다.

또한, 기존의 에지 비드 제거 공정을 통하여 제거된 포토레지스트, 리무버(remover)와 디벨로퍼(developer) 등의 환경에 유해한 화학 물질의 양을 줄일 수가 있다.

Claims (10)

1. 스핀 코팅 장치에 있어서,

   웨이퍼를 지지하고 회전시키며, 상기 회전 시 에지 비드가 형성될 연장부를 포함하고, 홈이 형성된 에지 익스텐션 척; 및

   상기 웨이퍼와 상기 에지 익스텐션 척을 결합시키는 결합 척;

   을 포함하는 스핀 코팅 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 에지 익스텐션 척의 내면은 원호인 스핀 코팅 장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 에지 익스텐션 척과 상기 웨이퍼 사이에 갭이 형성된 스핀 코팅 장치.
6. 제1항의 스핀 코팅 장치를 이용한 스핀 코팅 방법에 있어서,

   상기 웨이퍼를 상기 에지 익스텐션 척에 로딩하는 단계;

   상기 웨이퍼와 상기 에지 익스텐션 척을 상기 결합척으로 결합하는 단계;

   상기 웨이퍼 상에 코팅 물질을 공급하고, 상기 결합척을 회전시키는 단계;

   상기 결합척을 제거하는 단계; 및

   상기 웨이퍼와 상기 에지 익스텐션 척을 분리하는 단계;

   를 포함하는 스핀 코팅 방법.
7. 삭제
8. 제6항에 있어서,

   상기 에지 익스텐션 척의 내면은 원호인 스핀 코팅 방법.
9. 삭제
10. 제6항에 있어서,

    상기 에지 익스텐션 척과 상기 웨이퍼의 외면 사이에 갭이 형성된 스핀 코팅 방법.

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