KR102298087B1 - 감광액을 도포하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판을 회전시키며 감광액을 도포하는 스핀 코터 유닛을 이용하여 감광액을 도포하는 방법을 제공한다. 본 발명이 감광액 도포 방법은 감광액을 분사하는 노즐은 기판의 중심에서 벗어난 편심 위치에서 토출을 시작하며, 노즐은 감광액의 토출이 진행되는 동안 편심 위치에서 기판의 중심으로 이동하면서 감광액을 토출한다.

Description

감광액을 도포하는 방법{METHOD FOR COATING PHOTO-RESIST}
본 발명은 기판 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스핀 코터 장치에서 감광액을 도포하는 방법에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼(Wafer)를 제조하는 공정에서, 연마된 웨이퍼(Wafer)[0003] 의 연마면에 회로패턴을 설계하고, 설계된 회로 패턴을 유리판 위에 그려(E-beam 설비)마스크(MASK:RETICLE)를 만들며, 고온(800-1200℃)에서 산소나 수증기를 웨이퍼(Wafer)의 표면에 반응시켜 얇고 균일한 실리콘산화막을 형성시키며, 빛에 민감한 물질인 감광액(Photo Resist)를 웨이퍼(Wafer)의 표면에 도포시킨 후에 노광(EXPOSURE)처리를 하며, 웨이퍼(Wafer)의 레지스트막에 형성된 노광패턴을 현상(DEVELOPMENT)하게 된다.
상기와 같이 웨이퍼(Wafer)의 표면에 감광액(Photo Resist)를 균일하게 도포시키기 위하여 종래에는, 웨이퍼를 고속으로 회전시킨 뒤에 웨이퍼의 표면 중앙에 용액(반응약품)(감광액:Photo Resist)을 공급하여 원심력에 의해 용액(반응약품)(감광액:Photo Resist)이 바깥쪽으로 퍼져나가도록 하여 도포하는 스핀코팅(Spin Coating)방법을 주로 사용하였다.
종래의 스핀코팅(Spin Coating)방법을 이용하는 장치로서는, 국내의 공고 실용신안 공고번호 제20-1997-3952호의 '감광액분리수거가 가능한 감광액 도포장치'와, 공개특허 공개번호 제10-1996-1897호의 '감광액 도포장치'와, 공개특허 공개번호 제10-1997-49044호의 '감광액도포장치'와, 특허등록 제10-206935호의 반도체 마스크 코팅장치'가 알려져 있다.
이들 감광액 도포장치는, 구동모터와 같은 구동수단에 의해 회전(자전)하는 회전척의 상부에 웨이퍼를 안치(진공흡입)하고, 분사노즐에서 웨이퍼 위에 감광액을 분사시키며, 회전척과 함께 웨이퍼를 회전수단에 의해 회전시키면 원심력에 의해 웨이퍼 상면에 분사된 감광액이 웨이퍼의 퍼지면서 일정한 두께로 전개되어 도포되도록 된 것이다.
그러나, 이러한 스핀코팅(Spin Coating)방법은 기판 중앙으로 노즐을 이동시킨 상태에서 감광액을 공급하고, 공급된 감광액이 원심력에 의해 기판 중앙에서 가장자리로 퍼지면서 기판에 도포되는 것으로, 이러한 종래 기술 방법은 기판의 상면에 감광액(Photo Resist)을 완전하게 도포시키기 위하여 다량의 감광액을 사용(분사)하여야 하는 문제가 있다. 만약, 종래 스핀 코팅 방법으로 소량의 감광액을 사용하는 경우 형성되는 코팅막은 기판 중심부와 가장자리 간에 두께 불량이 발생되며, 또 다른 문제로는 기판 가장자리에 선 형상의 코팅 불량이 발생된다.
본 발명의 실시예들은 소량의 감광액으로 보다 균일한 도포가 가능한 감광액을 도포하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 감광액을 분사하는 노즐은 기판의 중심에서 벗어난 편심 위치에서 토출을 시작하며, 상기 노즐은 상기 감광액의 토출이 진행되는 동안 상기 편심 위치에서 상기 기판의 중심으로 이동하면서 상기 감광액을 토출하는 감광액 도포 방법이 제공될 수 있다. .
또한, 상기 노즐은 상기 기판의 중심으로 이동한 상태에서 일정 시간 상기 감광액을 토출할 수 있다.
또한, 상기 감광액의 토출이 완료되면 상기 기판 표면으로 토출된 상기 감광액이 기판 표면에 균일하게 확산되도록 기판을 저속으로 회전시키는 리플로우 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 리플로우 단계가 완료되면 상기 기판 표면에 도포된 감광액의 두께를 조정하기 위해 상기 감광액의 토출 단계의 회전속도보다는 낮고 상기 리플로우 단계의 회전속도보다는 높은 회전 속도를 기판을 회전시키는 드라이 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 소량의 감광액으로 보다 균일한 도포가 가능하다.
도 1은 본 발명의 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 구성도이다.
도 2는 도 1의 장치에서 처리부의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 처리부에서 제 1 처리실의 평면도이다.
도 4는 도 2의 처리부에서 제 2 처리실의 평면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 감광액 노즐의 토출 경로를 보여주는 도면들이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도포 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 감광액의 유량 마진을 보여주는 그래프이다.
본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구현될 수 있다. 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상과 특징이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 각각의 장치는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 개략적으로 도시된 것이다. 또한, 각각의 장치에는 본 명세서에서 자세히 설명되지 아니한 각종의 다양한 부가 장치가 구비되어 있을 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 실시예에서는 기판으로 반도체 웨이퍼를 예로 들어 설명한다. 그러나 기판은 반도체 웨이퍼 이외에 포토마스크, 평편 표시 패널 등 다양한 종류의 기판일 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 기판 처리 설비가 포토리소그래피 공정을 수행하는 설비인 것을 예로 들어 설명한다.
도 1은 본 발명의 기판 처리 장치를 개략적으로 보여주는 구성도이고, 도 2는 도 1의 장치에서 처리부의 일 예를 보여주는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 기판 처리 설비(1)는 인덱스부(10), 처리부(20) 그리고 인터페이스부(30)를 포함할 수 있다.
인덱스부(10), 처리부(20) 그리고 인터페이스부(30)는 일렬로 배치된다. 이하, 인덱스부(10), 처리부(20), 그리고 인터페이스부(30)가 배열된 방향을 제 1 방향(X)이라 하고, 상부에서 바라볼 때, 제 1 방향의 수직인 방향을 제 2 방향(Y)이라 하며, 제 1 방향과 제 2 방향을 포함한 평면에 수직인 방향을 제 3 방향(Z)이라 정의한다.
기판(W)은 용기(16) 내에 수납된 상태로 이동된다. 이때 용기(16)는 외부로부터 밀폐될 수 있는 구조를 가진다. 예컨대, 용기(16)로는 전방에 도어를 가지는 전면 개방 일체식 포드(Front Open Unified Pod; FOUP)가 사용될 수 있다. 이하 도 1 내지 도 3을 참조하여, 각각의 구성에 대해서 상세히 설명한다.
(인덱스부)
인덱스부(10)는 기판 처리 설비(1)의 제 1 방향(X)의 전방에 배치된다. 인덱스부(10)는 4개의 로드 포트(12) 및 1개의 인덱스 로봇(13)을 포함한다.
4개의 로드 포트(12)는 제 1 방향으로 인덱스부(10)의 전방에 배치된다. 로드 포트(12)는 복수 개가 제공되며 이들은 제 2 방향을 따라 배치된다. 로드 포트(12)의 개수는 기판 처리 설비(1)의 공정 효율 및 풋 프린트 조건에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 로드 포트(12)들에는 공정에 제공될 기판(W) 및 공정처리가 완료된 기판(W)이 수납된 용기(F)(예컨대, 카세트, FOUP등)가 안착된다.
인덱스 로봇(13)은 로드 포트(12)와 이웃하여 제 1 방향으로 배치된다. 인덱스 로봇(13)은 처리부(20)와 로드 포트(12) 간에 기판을 이송한다.
(처리부)
처리부(20)에서는 노광 공정 전에 기판(W) 상에 포토 레지스트를 도포하는 공정과 노광 공정 후에 기판(W)을 현상하는 공정이 진행될 수 있다.
공정 처리부(20)는 도포 공정 및 현상 공정 처리를 수행하기 위한 2개의 처리실(20a,20b)들이 층으로 구획되도록 적층되어 제공될 수 있다. 처리부(20)에는 스핀 코터 유닛(100), 현상 유닛(80), 그리고 베이크 유닛(50)들이 제공될 수 있다. 처리부(20)의 일측에는 노광부(40)와 연결되는 인터페이스부(30)가 제공된다. 인터페이스부(30)에는 노광부(40)와 처리부(20) 간에 기판을 이송하는 로봇(32)이 배치된다. 로봇(32)은 기판을 직접 핸들링하는 핸드가 제 1 방향, 제 2 방향, 제3 방향으로 이동 가능하고 회전될 수 있도록 다축 구동이 가능한 구조를 가질 수 있다.
처리부(20)는 제 1 처리실(20a)과 제 2 처리실(20b)을 가진다. 제 1 처리실(20a)과 제 2 처리실(20b)은 서로 적층된 구조를 가진다. 제 1 처리실(20a)에는 도포 공정을 수행하는 유닛들이 제공되고, 제 2 처리실(20b)에는 현상 공정을 수행하는 유닛들이 제공될 수 있다. 즉, 제 1 처리실(20a)에는 스핀 코터 유닛(100)들과 베이크 유닛(50)들이 제공되며, 제 2 처리실(20b)에는 현상 유닛(80)들과 베이크 유닛(50)들이 제공될 수 있다. 일 예에 의하면, 제 1 처리실(20a)은 제 2 처리실(20b)의 상부에 배치된다. 이와 달리 제 1 처리실(20a)은 제 2처리실(20b)의 하부에 배치될 수 있다.
본 실시예에서는 제 1 처리실에는 현상 공정을 위한 모듈들이, 그리고 제 2 처리실에는 도포 공정을 위한 모듈들을 구비하는 것으로 도시하였다. 그러나, 이와 달리, 처리가 이루어지는 기판의 종류 및 처리 공정에 따라 각 처리실에 제공되는 프로세스 모듈의 종류는 이와 상이할 수 있다.
상술한 구조로 인해 기판은 인덱스부(10), 제 1 처리실(20a), 인터페이스부(30), 노광부(40), 인터페이스부(30), 제 2 처리실(20b), 그리고 인덱스부(10)를 순차적으로 이동된다. 즉, 포토리소그래피 공정 수행시 기판은 상하방향으로 루프식으로 이동된다.
도 3은 제 1 처리실(20a)의 평면도이다.
도 3을 참조하면, 제 1 처리실(20a)에는 중앙에 제 1 이동로(60a)가 상술한 제 1 방향(62)으로 길게 제공된다. 제 1 이동로(60a)의 일단은 인덱스부(10)와 연결되고, 제 1 이동로(60a)의 타단은 인터페이스부(30)와 연결된다. 제 1 이동로(60a)의 일측에는 베이크 유닛(50)들이 제 1 이동로(60a)를 따라 일렬로 배치되고, 제 1 이동로(60a)의 타측에는 스핀 코터 유닛(100)들이 제 1 이동로(60a)를 따라 일렬로 배치된다. 이와 함께, 베이크 유닛(50)들 및 스핀 코터 유닛(100)들은 상하로 복수개가 적층되도록 배치된다. 제 1 이동로(60a)에는 인터페이스부(30), 스핀 코터 유닛(100), 베이크 유닛(50), 그리고 인덱스부(10)들 간에 기판을 이송하는 제 1 로봇(62a)이 제공된다.
제 1 로봇(62a)이 제 1 방향(62)으로 직선이동되도록 제 1 이동로(60a)에는 가이드 레일(64a)이 제공된다.
제 1 처리실(20a)의 베이크 유닛(50)으로는 포토 레지스트를 도포하기 전에 기판을 소정의 온도로 가열하여 기판 표면의 유기물이나 수분을 제거하는 프리 베이크(Pre-Baking) 공정을 수행하는 베이크 유닛과, 포토레지스트를 기판상에 도포한 후에 행하는 소프트 베이크(Soft-Baking) 공정을 수행하는 베이크 유닛과, 기판을 냉각하는 공정을 수행하는 베이크 유닛 등을 예로 들 수 있다.
도 4는 제 2 처리실(20b)의 평면도이다.
도 4를 참조하면, 제 2 처리실(20b)에는 중앙에는 제 2 이동로(60b)가 상술한 제 1 방향(62)으로 길게 제공된다. 제 2 이동로(60b)의 일단은 인덱스부(10)와 연결되고, 제 2 이동로(60b)의 타단은 인터페이스부(30)와 연결된다. 제 2 이동로(60b)의 일측에는 베이크 유닛(50)들이 제 2 이동로(60b)를 따라 일렬로 배치되고, 제 2 이동로(60b)의 타측에는 현상 유닛(80)들이 제 2 이동로(60b)를 따라 일렬로 배치된다. 이와 함께, 베이크 유닛(50)들 및 현상 유닛(80)들은 상하로 복수개가 적층되도록 배치된다. 제 2 이동로(60b)에는 인터페이스부(30), 현상 유닛(80), 베이크 유닛(50), 그리고 인덱스부(10)들 간에 기판을 이송하는 제 2 로봇(62b)이 제공된다.
제 2 처리실(20b)의 베이크 모듈들(0)로는 광이 조사되어 변형된 포토 레지스트를 현상한 이후에 행하는 하드 베이크(Hard-Baking) 공정을 수행하는 베이크 유닛, 포토 레지스트를 광원으로 노광시킨 이후에 행하는 노광 후 베이크(Post Exposure Baking) 공정을 수행하는 베이크 유닛, 그리고 기판을 냉각하는 공정을 수행하는 베이크 유닛 등을 예로 들을 수 있다.
제 2 로봇(162b)이 제 1 방향(62)으로 직선이동되도록 제 2 이동로(160b)에는 가이드 레일(164b)이 제공된다.
상술한 바와 달리, 제 1 처리실의 일측에는 제 1 이동로가 배치되고, 제 1 처리실의 타측에는 스핀 코터 유닛들과 베이크 유닛들이 배치될 수 있다. 또한, 제 2 처리실의 일측에는 제 2 이동로가 배치되고, 제 2 처리실의 타측에는 현상 유닛들과 베이크 유닛들이 배치될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 감광액 노즐의 토출 경로를 보여주는 도면들이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 도포 방식을 설명하기 위한 도면이다. 그리고, 도 7은 감광액의 유량 마진을 보여주는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 스핀 코터 유닛(100)은 스핀부(110)를 포함한다.
스핀부(110)는 기판(W)을 고정시키고 고정된 기판(W)를 회전시킨다. 보다 자세히 설명하면 이송 로봇(미도시)에 의해 스핀부(110) 상부로 이동한 기판(W)는 기판(W)를 고정시키는 고정척(112)에 의해 고정된다. 스핀척(112)은 스핀척(112)을 회전시키는 미도시된 구동부와 연결되는데, 구동부에 의해 동력을 전달받은 스핀척(112)은 회전이 가능하게 된다. 스핀척(112)이 회전함에 따라서 스핀척(112)에 고정된 기판(W)는 회전하게 된다.
스핀 코터 유닛(100)은 감광액 노즐(120)을 포함한다. 감광액 노즐(120)은 기판 상부에서 기판을 향하여 감광액을 토출한다. 감광액 노즐(120)은, 감광액 공급관(132)을 통해, 감광액이 저장된 감광액 공급원(130)에 접속된다. 감광액 공급원(130)은 펌프(미도시됨)를 구비하고, 감광액 공급관(132)에는 밸브나 유량 조절부 등이 설치된다.
감광액 노즐(120)은 감광액 노즐(120)을 고정시키는 암(122,124)에 의해 기판(W)의 상부에서 이동이 가능한 구조이다. 보다 자세히는 도 5a 및 도 5b에 도시되어 있는 것과 같이 감광액 노즐(120)과 연결되는 수평암(122)과 수평암(122)과 연결되는 수직암(124)으로 구성될 수 있다. 수직암(124)은 모터 등으로부터 구동력을 전달 받아 회전이 가능하다. 수직암(124)이 회전함에 따라 수직암(124)에 연결된 수평암(122)이 회전할 수가 있고, 따라서 감광액 노즐(120)은 수직암(124)이 형성하는 회전축을 중심으로 회전하면서 기판의 직경을 따라 감광액을 토출할 수가 있다.
또한, 수직암(124)은 수직으로 상하 이동할 수도 있다. 감광액을 종류, 도포시킬 기판(w)의 크기 등의 도포 조건에 따라서 기판(w)에 감광액을 분사하는 노즐(120)의 높이를 조절할 수가 있다. 즉, 수직암(124)이 상하로 이동함에 따라서 수직암(124)에 연결된 수평암(122)이 상하로 이동할 수가 있고, 따라서 감광액 노즐(120)이 상하로 이동하여 감광액 노즐(120)과 기판(w) 사이의 간격을 조절할 수가 있는 것이다. 또한, 수평암(122)은 수직암(124)을 기준으로 좌우 이동이 가능한 구조일 수도 있다.
따라서, 본 발명에서 감광액을 분사하는 감광액 노즐(120)은 기판(W)의 상부에서 위치를 조절할 수가 있다. 감광액 노즐(120)의 위치를 조절하는 구성은 전술한 방법에 한정되지 않고, 공지된 다른 방법들을 사용할 수 있음은 물론이다.
본 발명에서는 도 5a 내지 도 6에 도시되어 있는 것과 같이, 감광액 노즐(120)은 기판(W)의 중심에서 벗어난 편심(EC) 위치에서 토출을 시작하며, 감광액 노즐은 감광액의 토출이 진행되는 동안 편심 위치(EC)에서 기판의 중심(C)으로 이동하면서 감광액을 토출한다. 감광액 노즐(120)은 기판(W)의 중심(C)으로 이동한 상태에서 일정 시간(T1~T2) 감광액을 토출한다.
일 예로, 감광액 도포 단계는 토출(Dispense) 단계, 리플로우(reflow) 단계 그리고 드라이(Dry) 단계로 진행될 수 있다. 토출 단계는 감광액 노즐(120)이 기판(W)의 편심(EC) 위치에서 기판의 중심(C)으로 이동한 후 일정 시간 동안 감광액을 토출하는 단계이다. 여기서, 감광액이 토출되는 동안 기판은 1000RPM 이상의 고속으로 회전될 수 있다. 리플로우 단계는 감광액 노즐(120)에서의 감광액 토출이 정지된 상태에서 감광액이 기판 표면에 균일하게 확산되도록 기판을 저속(500RPM 이하)으로 회전시키는 단계이다. 그리고, 드라이 단계는 기판 상에 고르게 확산된 감광액의 두께를 조정하기 위한 것으로 토출 단계 보다는 낮고 리플로우 단계보다는 높은 속도로 기판을 회전시킨다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 감광액 노즐의 토출 위치 개선을 통해 소량의 감광액을 이용하여 기판 표면에 균일한 코팅이 되게 하며, 기판 외곽부 선 형상의 코팅 불균일을 예방할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명에서와 같은 감광액 노즐의 토출 위치 개선을 통해 37.5%/wf 이상의 유량 절감 효과를 기대할 수 있다.
이상 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 인덱스부
20 : 처리부
30 : 인터페이스부

Claims (9)

  1. 기판을 회전시키며 감광액을 도포하는 스핀 코터 유닛을 이용하여 감광액을 도포하는 방법에 있어서:
    상기 감광액을 분사하는 노즐은 제1속도로 회전하는 상기 기판의 중심에서 벗어난 편심 위치에 토출을 시작하며, 상기 노즐은 상기 감광액의 토출이 진행되는 동안 상기 제1속도로 회전하는 상기 기판의 편심 위치에서 상기 기판의 중심으로 이동하면서 상기 감광액을 토출하고, 상기 노즐은 상기 기판의 중심으로 이동한 상태에서 상기 제1속도로 회전하는 상기 기판의 중심에 일정 시간 상기 감광액을 토출하는 단계;
    상기 감광액의 토출이 완료되면 상기 기판 표면으로 토출된 상기 감광액이 상기 기판 표면에 균일하게 확산되도록 상기 제1속도보다 낮은 제2속도로 상기 기판을 회전시키는 리플로우 단계;
    상기 감광액이 상기 기판 표면에 균일하게 확산되면, 상기 기판 표면에 도포된 감광액의 두께를 조정하기 위해 상기 감광액의 토출 단계의 제1속도보다는 낮고 상기 리플로우 단계의 제2속도보다는 높은 제3속도로 상기 기판을 회전시키는 드라이 단계;를 더 포함하되,
    상기 편심 위치는, 상기 기판의 중심과 상기 기판의 에지 영역 사이인 것을 특징으로 하는 감광액 도포 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 감광액 토출 단계는 기판이 1000RPM 이상의 고속으로 회전되고,
    상기 리플로우 단계는 기판이 500RPM 이하의 저속으로 회전되며,
    상기 드라이 단계는 기판이 500RPM ~ 1000RPM 속도로 회전되는 것을 특징으로 하는 감광액 도포 방법.
KR1020130088929A 2013-07-26 2013-07-26 감광액을 도포하는 방법 KR102298087B1 (ko)

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