KR100839152B1 - 포토레지스트막 형성 장치 및 이를 이용한 포토레지스트막형성방법 - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래 포토레지스트 박막 형성 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 포토레지스트 박막 형성 장치의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 슬릿 분사 헤드와 기판의 관계를 도시한 개념도이다.
본 발명은 포토레지스트막 형성 장치 및 이를 이용한 포토레지스트막 형성 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 포토레지스트 도포에 소요되는 전체 시간이 크게 단축되도록 하여 생산성을 향상시킴과 동시에 설비 가동 효율을 크게 향상시킨 포토레지스트막 형성 방법 및 이를 이용한 포토레지스트막 형성 장치에 관한 것이다.
일반적으로 포토레지스트막(PHOTORESIST film)은 박막 형성 공정에 의하여 이미 형성된 박막(thin film)중 선택된 부분은 에천트(etchant)로부터 보호하여 에 칭 되지 않도록 하고, 선택되지 않은 부분만이 에천트에 의하여 에칭 되도록 하는 역할을 한다.
이와 같은 기능을 수행하기 위해서 포토레지스트막은 광에 반응하는 감광성 및 높은 박막 균일성을 갖도록 해야 한다.
이와 같은 특성을 갖는 포토레지스트막을 형성하기 위해서는 포토레지스트막이 형성될 기판을 고속 회전시키면서 회전 중심 부분에 포토레지스트를 드롭(drop)하여 원심력에 의하여 포토레지스트가 기판 전체에 걸쳐 균일한 두께로 도포되도록 하는 이른바 “스핀 코터” 및 “스핀 코팅 방법”이 주로 사용된다.
이와 같은 스핀 코팅 방법 및 스핀 코터는 포토레지스트막을 비교적 사이즈가 작은 웨이퍼(wafer) 등과 같은 기판에 형성하는데 특히 적합하다.
그러나, 이와 같은 스핀 코팅 방법에 의한 포토레지스트막 형성 기술은 최근 들어 급속한 기술 발전이 진행되고 있는 액정표시장치에 적용하기에는 그다지 적합하지 않다.
구체적으로, 액정표시장치에서 화면이 디스플레이 되는 부분인 액정표시패널은 다시 컬러 필터 기판과 TFT 기판으로 나뉘어지고, 이들 기판들은 생산성을 배가시키기 위하여 큰 대형 모기판에 적어도 1 매 이상이 동시에 형성된 후, 모기판으로부터 개별화된 후 조립되어 제작된다.
이때, 모기판은 평면적 및 무게가 웨이퍼에 비하여 매우 크기 때문에 고속 회전에 많은 어려움을 갖으며, 실제 패터닝되지 않는 부분이 많아 포토레지스트의 낭비가 심하며, 무게가 무거울수록 초고속으로 회전 - 포토레지스트 도포 - 정지에 소요되는 시간이 증가되는 문제점이 발생된다.
최근에는 이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 스핀 코팅 방식이 아닌 슬릿 분사 방식 포토레지스트막 형성 장치가 선보인 바 있다.
첨부된 도 1을 참조하여 스핀 코팅 방식의 문제점을 개선한 종래 슬릿 분사 노즐 방식 포토레지스트막 형성 장치를 설명하기로 한다.
종래 슬릿 노즐 방식 포토레지스트막 형성 장치(100)는 전체적으로 보아 포토레지스트 저장 탱크(10), 버퍼 탱크(30), 포토레지스트 가압 장치(미도시), 필터(45), 펌프(60) 및 연결 배관(20,40,50,70)들로 구성된다.
보다 구체적으로, 포토레지스트 저장 탱크(10)와 버퍼 탱크(30)는 도면부호 20으로 도시된 연결 배관에 의하여 연결된다. 이 연결 배관(20)에 의하여 포토레지스트 저장 탱크(10)에 저장된 포토레지스트는 버퍼 탱크(30)로 공급되는 것이 가능해진다.
이때, 도면부호 5로 도시된 가압 배관은 일측 단부가 도시되지 않은 가압 장치에 연결되고 타측 단부가 포토레지스트 저장 탱크(10)에 연결되어 포토레지스트 저장 탱크(10)에 저장된 포토레지스트가 가압되도록 한다. 이때, 포토레지스트 저장 탱크(10)에 가해지는 가스는 N2 가스로 압력은 약 0.6Kgf/㎠이다.
이와 같이 포토레지스트 저장 탱크(10)에 가압된 포토레지스트는 연결 배관(20)을 통하여 버퍼 탱크(30)로 공급된다.
한편, 버퍼 탱크(30)로 강제 이송된 포토레지스트에는 다시 0.5Kgf/㎠의 N2
가스의 압력이 더 가해진 상태로 연결 배관(40)을 매개로 필터(45)로 공급된다.
이때, 필터(45)는 포토레지스트에 포함된 각종 불순물을 펄터링하는 역할을 수행한다. 필터(45)를 통과한 포토레지스트는 다시 포토레지스트 공급 펌프(60)로 공급된다.
이후, 포토레지스트 공급 펌프(60)에서 공급량이 조절된 포토레지스트는 긴 슬릿 형상의 개구가 형성된 슬릿 분사 헤드(80)로 공급된 후 외부로 분사되어 기판(90), 예를 들면, 웨이퍼에 비하여 크기가 매우 큰 직육면체 기판의 상면에 도포된다.
이와 같은 구성을 갖는 포토레지스트막 형성 장치(100)는 포토레지스트 저장 탱크(10) 및 버퍼 탱크(30)에서 토출된 포토레지스트를 포토레지스트 공급 펌프(60)가 공급받아 슬릿 분사 헤드(80)로 공급하는 메커니즘을 갖는다.
그러나, 이와 같은 종래 포토레지스트막 형성 장치(100)의 포토레지스트 공급 펌프(60)는 성능 저하가 주기적으로 발생하기 때문에 주기적으로 공정을 진행할 수 없는 시간이 발생되어 생산성이 크게 저하되는 문제점을 갖는다.
또한, 포토레지스트 공급 펌프(60)의 성능이 저하될 경우, 포토레지스트 공급 펌프(60)에서 토출되는 토출량이 변경되고, 결국 슬릿 분사 헤드(80)의 이송 속도 또한 토출량에 따라서 점차 감소된다. 즉, 이는 포토레지스트를 도포하는데 소요되는 시간이 증가됨을 의미함은 물론 생산성이 크게 저하됨을 의미한다.
따라서, 본 발명은 이와 같은 종래 문제점을 감안한 것으로써, 본 발명의 제 1 목적은 포토레지스트를 분사 방식으로 도포하며, 분사 방식으로 포토레지스트를 도포하는데 소요되는 시간을 단축시켜 생산성을 크게 향상시키는 포토레지스트 박막 형성 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 제 2 목적은 포토레지스트를 분사 방식으로 도포하며, 분사 방식으로 포토레지스트를 도포하는데 소요되는 시간을 단축시켜 생산성을 크게 향상시킨 포토레지스트 박막 형성 장치를 제공에 있다.
이와 같은 본 발명의 제 1 목적을 구현하기 위한 포토레지스트 박막 형성 장치는 제 1 유체압으로 가압된 포토레지스트가 저장 및 토출되는 포토레지스트 저장 탱크, 포토레지스트 저장 탱크로부터 토출된 포토레지스트를 공급받아 제 2 유체압으로 가압하여 토출하는 버퍼 탱크, 버퍼 탱크로부터 토출된 포토레지스트를 공급받아 기판의 포토레지스트 도포 시작 위치로부터 포토레지스트 도포 종료 위치를 향하는 방향으로 포토레지스트를 분사하는 슬릿 분사 헤드, 슬릿 분사 헤드를 이송하는 이송 장치 및 포토레지스트 도포 종료 위치에서 잉여 공급되는 포토레지스트의 양을 감안하여 포토레지스트 도포 종료 위치에 슬릿 분사 헤드가 도달하기 이전에 상기 슬릿 분사 헤드로부터 공급되는 포토레지스트의 공급을 차단하기 위한 포토레지스트 차폐 수단을 포함한다.
또한, 본 발명의 제 2 목적을 구현하기 위한 포토레지스트 박막 형성 방법은 외부에서 공급된 제 1 유체압에 의하여 밀폐된 공간에 저장된 포토레지스트를 외부로 토출하는 단계, 포토레지스트를 공급받아 밀폐된 공간에 저장 후 제 2 유체압으 로 재 가압하여 외부로 토출하는 단계, 토출된 포토레지스트를 기판의 도포 시작 위치로부터 도포 종료 위치를 향하는 방향으로 분사하는 단계, 도포 종료 위치에서 잉여 공급되는 포토레지스트의 양을 감안하여 도포 종료 위치에 도달하기 이전에 상기 포토레지스트의 공급을 차단하는 단계 및 잉여 공급된 포토레지스트로 도포 종료 위치까지 포토레지스트가 마저 공급되도록 하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명의 일실시예에 의한 포토레지스트 박막 형성 방법 및 포토레지스트 박막 형성 장치의 보다 구체적인 구성, 구성에 따른 독특한 작용 및 효과를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 포토레지스트막을 단 시간 내 형성하기 위한 포토레지스트막 형성 장치(220)를 첨부된 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
포토레지스트막 형성 장치(220)는 전체적으로 보아 포토레지스트 저장 탱크(120), 버퍼 탱크(150), 압력 조절 장치(130,160), 슬릿 분사 헤드(200), 슬릿 분사 헤드(200), 차폐용 솔레노이드 밸브(192)로 구성된다.
구체적으로, 포토레지스트 저장 탱크(120)는 포토레지스트가 저장되는 용기로 본 발명에서는 도 2에 도시된 바와 2 개로 구성된다.
이하, 2 개로 구성된 포토레지스트 저장 탱크(120) 중 어느 하나를 제 1 포토레지스트 저장 탱크(110)라 하고, 나머지를 제 2 포토레지스트 저장 탱크(115)라 하기로 한다.
이와 같이 정의된 제 1, 제 2 포토레지스트 저장 탱크(110,115)에는 도면부호 132, 134로 도시된 제 1 가압 배관(132), 제 2 가압 배관(134)이 연결된 상태에 서 제 1, 제 2 가압 배관(132,134)에는 제 1 가압 장치(130)가 동시에 연결된다. 미설명 도면부호 135 ,136은 제 1, 제 2 가압 배관(132,134)을 개폐하는 개폐 밸브이다.
이 제 1 가압 장치(132)는 제 1, 제 2 포토레지스트 저장 탱크(110,115)에 저장된 포토레지스트에 “제 1 유체압”을 가하는 역할을 한다. 이로써, 포토레지스트는 “제 1 유체압”보다 압력이 보다 낮은 곳으로 이동하려는 성질을 갖게 된다. 이때, 제 1 가압 장치(132)에서는 0.5 - 0.7Kgf/㎠의 압력을 갖는 질소가스를 제 1, 제 2 포토레지스트 저장 탱크(110,115) 내부로 공급한다.
한편, 제 1, 제 2 포토레지스트 저장 탱크(110,115)에는 가압된 포토레지스트가 토출될 수 있도록 각각 제 1 토출관(138), 제 2 토출관(139)이 형성된다.
이때, 제 1, 제 2 토출관(138,139)의 일측 단부는 각각 제 1, 제 2 포토레지스트 저장 탱크(110,115)에 연결되고 타측 단부는 상호 연통 되도록 연결된다. 미설명 도면부호 138a,139a는 제 1, 제 2 토출관(138,139)에 형성된 개폐 밸브이다.
한편, 상호 연결된 제 1, 제 2 토출관(138,139)에는 공통 배관(140)의 일측 단부가 연결되고, 공통 배관(140)의 타측 단부는 버퍼 탱크(150)에 연결된다.
이와 같은 배관 구조는 제 1, 제 2 포토레지스트 저장 탱크(110,115)중 어느 하나에 저장된 포토레지스트가 모두 사용되어 용기를 교체할 때에도 포토레지스트 공급이 중단되지 않도록 한다.
한편, 버퍼 탱크(150)에는 제 2 가압 장치(160)가 연결된다. 이때, 제 2 가압 장치(160)는 0.5 - 0.7Kgf/㎠의 압력을 갖는 질소가스를 연결 배관(162)을 통하여 버퍼 탱크(150)의 내부로 공급한다. 미설명 도면부호 164는 차폐 밸브이고, 166은 체크 밸브이다.
이와 같이 제 2 가압 장치(160)가 연결된 버퍼 탱크(150)에는 연결 배관(170)의 일측 단부가 연결되고, 연결 배관(170)의 타측 단부에는 슬릿 분사 헤드(200)가 연결된다.
슬릿 분사 헤드(200)는 하부에 슬릿 형상의 긴 개구가 형성된 통체로 포토레지스트를 슬릿 형상의 긴 개구를 통하여 기판(210)의 일측 단부로부터 타측 단부를 향하는 방향으로 분사하는 역할을 한다.
이때, 슬릿 분사 헤드(200)가 기판의 일측 단부로부터 타측 단부를 향하여 포토레지스트를 분사하도록 하기 위해서는 이송 장치(205)를 필요로 한다.
이때, 이송 장치(205)가 슬릿 분사 헤드(200)를 이송하는 속도가 빠를수록 포토레지스트 도포 공정에 소요되는 시간 또한 감소된다.
이때, 이송 장치(205)가 슬릿 분사 헤드(200)를 이송하는 속도는 버퍼 탱크(150)에서의 가압력과 밀접한 관계가 있다. 이를 <표 1>을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
0.5Kgf/㎠ | 0.55Kgf/㎠ | 0.60Kgf/㎠ | 0.65Kgf/㎠ | 0.70Kgf/㎠ | |
90mm/sec | 코팅 | ||||
100mm/sec | 코팅안됨 | 코팅 | |||
110mm/sec | 코팅안됨 | 코팅 | |||
120mm/sec | 코팅안됨 | 코팅 | 코팅 | ||
125mm/sec | 코팅안됨 | 코팅안됨 | 코팅 | ||
130mm/sec | 코팅암됨 | 코팅 | |||
135mm/sec | 코팅안됨 |
<표 1>을 참조하면, 버퍼 탱크(150)에서 포토레지스트를 가압하는 가압력이 0.5Kgf/㎠이고 이송장치(205)가 90mm/sec으로 슬릿 분사 헤드(200)를 이송할 경우, 정확한 포토레지스트 도포가 이루어 졌다.
또한, 가압력이 0.55Kgf/㎠일 때에는 이송장치(205)가 100mm/sec 정도로 슬릿 분사 헤드(200)를 이송할 경우 정확한 포토레지스트 도포가 이루어졌다.
또한, 가압력이 0.60Kgf/㎠ 일 경우에는, 이송장치(205)가 110mm/sec 정도로 슬릿 분사 헤드(200)를 이송할 때 정확한 포토레지스트 도포가 이루어졌다.
또한, 가압력이 0.65Kgf/㎠이고 이송장치(205)가 120mm/sec 정도로 슬릿 분사 헤드(200)를 이송할 때, 정확한 포토레지스트 도포가 이루어졌으며, 가압력이 0.70Kgf/㎠이고 이송장치(205)가 130mm/sec 정도로 슬릿 분사 헤드(210)를 이송함으로써 정확한 포토레지스트의 도포가 이루어졌다.
결과적으로, 이는 버퍼 탱크(150)에서 포토레지스트를 가압하는 가압력이 높으면 높을수록 이송장치(205)가 슬릿 분사 헤드(200)를 더욱 빨리 이송할 수 있도록 함을 의미한다.
따라서, 본 발명에서는 이와 같은 실험에 근거하여 버퍼 탱크(150)에 0.5Kgf/㎠ 보다 크고 0.7Kgf/㎠ 이하인 압력이 형성되도록 함은 물론 이 압력 구간에 대응하여 이송장치가 슬릿 분사 헤드(200)를 이송하는 속도가 90mm/sec에서 130mm/sec가 되도록 할 수 있다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 버퍼 탱크(150)에 가해지는 압력의 세기를 최적화함으로써 슬릿 분사 헤드(200)의 이송 속도 또한 최적화할 수 있다.
이와 같은 장점은 종래 기술에 사용되던 포토레지스트 펌프를 사용하지 않고 버퍼 탱크(150)의 가압력을 조절함으로써 얻어진다.
그러나, 종래 기술과 같이 포토레지스트 펌프를 사용하지 않고, 버퍼 탱크(150)의 가압력만을 조절하여 슬릿 분사 헤드(200)의 이송 속도를 최적화할 경우, 포토레지스트막의 단부에서의 포토레지스트막 두께 불균일이 발생한다.
이는 지정된 위치에서 포토레지스트의 공급을 아무리 신속히 차단하더라도 분사 압력에 의하여 미량의 포토레지스트가 더 공급되기 때문이다. 이처럼 지정된 양보다 더 공급된 포토레지스트를 “잉여 포토레지스트”라 정의하기로 한다.
이와 같은 잉여 포토레지스트는 포토레지스트의 낭비 및 포토레지스트막의 두께 불균일을 초래하는 바, 이를 방지하기 위해서 본 발명에서는 연결 배관(190)에 포토레지스트 차단용 솔레노이드 밸브(192)를 형성한다.
이때, 포토레지스트 차단용 솔레노이드 밸브(192)는 되도록 슬릿 분사 헤드(200)에 근접한 곳에 형성되도록 한다.
한편, 버퍼 탱크(150)와 슬릿 분사 헤드(200)를 연결하는 연결 배관(190)의 사이에는 미설명 도면부호 180으로 도시되며 포토레지스트의 내부에 포함된 불순물을 제거하는 필터가 설치된다.
이하, 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일실시예에 의한 포토레지스트막 형성 장치에 의한 포토레지스트막 형성 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 0.7Kgf/㎠ 보다 크고 0.9Kgf/㎠ 이하의 크기를 갖는 제 1 유체압을 포 토레지스트 저장 탱크(120)에 공급하여 포토레지스트 저장 탱크(120)로부터 포토레지스트가 외부로 토출되도록 한다.
이어서, 토출된 포토레지스트는 다시 공통 배관(140)을 경유하여 버퍼 탱크(150)로 유입된다. 이때, 버퍼 탱크(150)에는 다시 0.5Kgf/㎠ 보다 크고 0.7Kgf/㎠ 이하의 크기를 갖는 제 2 유체압이 작용한다.
이 제 2 유체압에 의하여 버터 탱크(150)의 포토레지스트는 다시 연결배관(190) 및 필터(190)를 통해서 슬릿 분사 헤드(200)로 공급된다.
슬릿 분사 헤드(200)로 공급되자마자 슬릿 분사 헤드(200)는 도 3에 도시된 바와 같이 A 지점에 포토레지스트 분사를 개시한 후 이송 장치(205)에 의하여 지정된 속도로 C 방향을 향하여 포토레지스트가 분사되도록 한다.
이와 같이 슬릿 분사 헤드(200)로부터 분사되던 포토레지스트는 C 지점에 못 미친 B 지점에서 포토레지스트 차단용 솔레노이드 밸브(192)가 닫힌 상태에서, 슬릿 분사 헤드(200)는 C 지점까지 이송된다. 이때, 비록 C 지점에 못 미친 B 지점에서 포토레지스트 차단용 솔레노이드 밸브(192)가 닫히긴 했지만, 포토레지스트 차단용 솔레노이드 밸브(192)에서 공급된 잉여 포토레지스트에 의하여 C 지점가지 포토레지스트가 정확하게 공급되어 원하는 포토레지스트막이 형성된다.
이상에서 상세하게 설명한 바에 의하면, 포토레지스트막을 형성하는 장치의 구성 요소를 간단하게 할 수 있을 뿐만 아니라 포토레지스트막을 형성하는데 소요되는 시간을 크게 단축시켜 생산비용을 크게 절감 및 생산효율을 크게 향상시킬 수 있는 다양한 효과를 갖는다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (8)
- 제 1 유체압으로 가압된 포토레지스트가 저장 및 토출되는 제1 포토레지스트 저장 탱크 및 제2 포토레지스트 저장 탱크;상기 제1 및/또는 제2 포토레지스트 저장 탱크들로부터 토출된 상기 포토레지스트를 공급받아 제 2 유체압으로 가압하여 토출하는 버퍼 탱크;상기 버퍼 탱크로부터 토출된 상기 포토레지스트를 공급받아 기판의 포토레지스트 도포 시작 위치로부터 포토레지스트 도포 종료 위치를 향하는 방향으로 상기 포토레지스트를 분사하는 슬릿 분사 헤드;상기 슬릿 분사 헤드를 이송하는 이송 장치; 및상기 포토레지스트 도포 종료 위치에서 잉여 공급되는 포토레지스트의 양을 감안하여 상기 포토레지스트 도포 종료 위치에 상기 슬릿 분사 헤드가 도달하기 이전에 상기 슬릿 분사 헤드로부터 공급되는 포토레지스트의 공급을 차단하도록 제어되는 포토레지스트 차폐 수단을 포함하는 포토레지스트막 형성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 버퍼 탱크에서 토출된 상기 포토레지스트는 필터에 의하여 필터링 되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트막 형성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 유체압 및 상기 제 2 유체압은 압력 조절장치에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 포토레지스트막 형성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 유체압이 0.5Kg/㎠보다 크고 0.7Kg/㎠ 이하일 때, 상기 슬릿 분사 헤드의 이송 속도는 상기 제 2 유체압과 비례하여 90mm/sec 이상 130mm/sec 이하인 것을 특징으로 하는 포토레지스트막 형성 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 포토레지스트 차폐 수단은 제어 신호에 의하여 개방 및 차폐가 이루어지는 솔레노이드 밸브인 것을 특징으로 하는 포토레지스트막 형성 장치.
- ⅰ) 외부에서 공급된 제 1 유체압에 의하여, 밀폐된 제1 및/또는 제2 포토레지스트 저장 탱크들에 저장된 포토레지스트를 외부로 토출하는 단계;ⅱ) 상기 포토레지스트를 공급받아 밀폐된 버퍼 탱크에 저장 후 제 2 유체압으로 재 가압하여 외부로 토출하는 단계;ⅲ) 토출된 상기 포토레지스트를 기판의 도포 시작 위치로부터 도포 종료 위치를 향하는 방향으로 분사하는 단계;ⅳ) 상기 도포 종료 위치에서 잉여 공급되는 포토레지스트의 양을 감안하여 상기 도포 종료 위치에 도달하기 이전에 상기 포토레지스트의 공급을 차단하는 단계; 및ⅴ) 잉여 공급된 상기 포토레지스트로 상기 도포 종료 위치까지 상기 포토레지스트가 마저 공급되도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트막의 형성 방법.
- 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 유체압은 0.7Kg/㎠ 보다 크고 0.9Kg/㎠ 이하이며, 상기 제 2 유체압은 0.5Kg/㎠ 보다 크고 0.7Kg/㎠ 이하인 것을 특징으로 하는 포토레지스트막의 형성 방법.
- 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 유체압의 범위에 대응하여 상기 포토레지스트의 분사 속도는 90mm/sec 이상 130mm/sec 이하인 것을 특징으로 하는 포토레지스트막의 형성 방법.
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