KR102685984B1 - 스핀 코팅 장치 및 이를 이용한 포토레지스트 코팅 방법 - Google Patents

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Abstract

스핀 코팅 장치는 스핀 척, 노즐, 제 1 온도 컨트롤러 및 제 2 온도 컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 스핀 척은 포토레지스트가 코팅되는 기판의 하부면 중앙부와 접촉하여 상기 기판을 회전시킬 수 있다. 상기 노즐은 상기 스핀 척의 중앙부 위에 배치되어 상기 포토레지스트를 상기 기판의 상부면 중앙부로 제공할 수 있다. 상기 제 1 온도 컨트롤러는 상기 스핀 척의 제 1 영역의 온도를 제어할 수 있다. 상기 제 2 온도 컨트롤러는 상기 스핀 척의 제 2 영역의 온도를 제어할 수 있다. 따라서, 스핀 척의 가장자리 영역과 중앙 영역의 온도들이 기판의 상부면 중앙부에 코팅된 포토레지스트로 전달되어, 포토레지스트의 두께 구배를 줄일 수가 있다.

Description

스핀 코팅 장치 및 이를 이용한 포토레지스트 코팅 방법{SPIN COATER AND METHOD OF COATING A PHOTORESIST}
본 발명은 스핀 코팅 장치 및 이를 이용한 포토레지스트 코팅 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 스핀 척에 의해 회전되는 반도체 기판 상에 포토레지스트를 코팅하는 장치 및 이러한 장치를 이용해서 포토레지스트를 코팅하는 방법에 관한 것이다.
반도체 기판 상의 막에 패턴을 전사하기 위해서, 포토레지스트 용액을 반도체 기판의 상부면에 코팅할 수 있다. 포토레지스트 용액은 스핀 척에 의해 회전되는 반도체 기판의 상부면 중앙부로 제공될 수 있다. 회전되는 반도체 기판의 원심력에 의해서 포토레지스트 용액은 반도체 기판의 상부면 중앙부로부터 가장자리로 전파될 수 있다.
관련 기술들에 따르면, 반도체 기판의 상부면에 코팅된 포토레지스트 용액은 두께 구배를 가질 수 있다. 두께 구배는 패턴 전사 불량을 야기할 수 있다. 특히, 포토레지스트 코팅 공정 중 초기 단계에서 반도체 기판의 상부면 중앙부에 코팅된 포토레지스트 용액의 두께 구배는 후속 단계에서 포토레지스트의 두께 구배를 심화시킬 수 있다.
본 발명은 기판의 상부면 중앙부에 코팅된 포토레지스트의 두께 구배를 줄일 수 있는 스핀 코팅 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기된 장치를 이용해서 포토레지스트를 기판의 상부면에 코팅하는 방법도 제공한다.
본 발명의 일 견지에 따른 스핀 코팅 장치는 스핀 척, 노즐, 제 1 온도 컨트롤러 및 제 2 온도 컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 스핀 척은 포토레지스트가 코팅되는 기판의 하부면 중앙부와 접촉하여 상기 기판을 회전시킬 수 있다. 상기 노즐은 상기 스핀 척의 중앙부 위에 배치되어 상기 포토레지스트를 상기 기판의 상부면 중앙부로 제공할 수 있다. 상기 제 1 온도 컨트롤러는 상기 스핀 척의 제 1 영역의 온도를 제어할 수 있다. 상기 제 2 온도 컨트롤러는 상기 스핀 척의 제 2 영역의 온도를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 견지에 따른 스핀 코팅 장치는 스핀 척, 노즐, 제 1 온도 컨트롤러, 제 2 온도 컨트롤러, 두께 센서 및 메인 컨트롤러를 포함할 수 있다. 상기 스핀 척은 포토레지스트가 코팅되는 기판의 하부면 중앙부와 접촉하여 상기 기판을 회전시킬 수 있다. 상기 노즐은 상기 스핀 척의 중앙부 위에 배치되어 상기 포토레지스트를 상기 기판의 상부면 중앙부로 제공할 수 있다. 상기 제 1 온도 컨트롤러는 상기 스핀 척의 가장자리 영역의 온도를 제어할 수 있다. 상기 제 2 온도 컨트롤러는 상기 스핀 척의 중앙 영역의 온도를 제어할 수 있다. 상기 두께 센서는 상기 기판의 상기 상부면에 코팅된 상기 포토레지스트의 두께를 측정할 수 있다. 상기 메인 컨트롤러는 상기 두께 센서에 의해 측정된 상기 포토레지스트의 두께에 따라 상기 제 1 및 제 2 온도 컨트롤러들의 동작들을 제어할 수 있다. 상기 제 1 온도 컨트롤러는 상기 스핀 척의 중심을 기준으로 동일한 간격을 두고 배치된 4개의 제 1 비접촉식 전원들, 상기 스핀 척 내에 배치되어 상기 제 1 비접촉식 전원들로부터 제 1 전력을 제공받아서 열기 또는 냉기를 발생시키는 4개의 제 1 열전소자들 및 상기 스핀 척의 상기 중심으로부터 연장되어 상기 제 1 열전소자들을 상기 스핀 척의 가장자리 영역에 연결하여 상기 열기 또는 냉기를 상기 스핀 척의 상기 가장자리 영역으로 전달하는 4개의 제 1 전달 부재들을 포함할 수 있다. 상기 제 2 온도 컨트롤러는 상기 스핀 척의 상기 중심을 기준으로 동일한 간격을 두고 배치된 4개의 제 2 비접촉식 전원들, 상기 스핀 척 내에 배치되어 상기 제 2 비접촉식 전원들로부터 제 2 전력을 제공받아서 열기 또는 냉기를 발생시키는 4개의 제 2 열전소자들 및 상기 스핀 척의 상기 중심으로부터 상기 제 1 전달 부재들 사이의 공간을 따라 연장되어 상기 제 1 열전소자들을 상기 스핀 척의 중앙 영역에 연결하여 상기 열기 또는 냉기를 상기 스핀 척의 상기 중앙 영역으로 전달하는 4개의 제 2 전달 부재들을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 견지에 따른 포토레지스트 코팅 방법은 기판의 하부면 중앙부와 접촉하는 스핀 척을 이용해서 상기 기판을 회전시킬 수 있다. 상기 기판의 상부면 중앙부로 포토레지스트를 제공할 수 있다. 상기 포토레지스트의 두께를 측정할 수 있다. 상기 포토레지스트의 측정된 두께에 따라 상기 스핀 척의 가장자리 영역의 온도와 중앙 영역의 온도를 독립적으로 제어할 수 있다.
상기된 본 발명에 따르면, 기판의 상부면 중앙부에 코팅된 포토레지스의 두께에 따라 제 1 및 제 2 온도 컨트롤러들이 스핀 척의 가장자리 영역과 중앙 영역의 온도들을 독립적으로 제어할 수 있다. 따라서, 스핀 척의 가장자리 영역과 중앙 영역의 온도들이 기판의 상부면 중앙부에 코팅된 포토레지스트로 전달되어, 포토레지스트의 두께 구배를 줄일 수가 있다. 결과적으로, 포토레지스트가 균일한 두께를 가질 수가 있게 되어, 패턴 전사 불량을 줄일 수가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀 코팅 장치를 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 스핀 코팅 장치의 스핀 척을 나타낸 평면도이다.
도 3은 도 2의 A-A’ 선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B’ 선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 5는 펠티어 소자를 나타낸 단면도이다.
도 6은 포토레지스트의 내부 입자들 사이의 모세관 힘을 나타낸 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 증발량에 따른 포토레지스트의 내부 입자에 작용하는 대류 힘을 나타낸 도면들이다.
도 8a 내지 도 8d는 포토레지스트의 접촉면의 온도 차이에 따른 마란고니 효과를 나타낸 도면들이다.
도 9는 스핀 코팅시 포토레지스트의 내부 입자에 작용하는 힘을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 1에 도시된 스핀 코팅 장치를 이용해서 포토레지스트를 반도체 기판의 상부면에 코팅하는 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀 코팅 장치를 나타낸 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 스핀 코팅 장치의 스핀 척을 나타낸 평면도이며, 도 3은 도 2의 A-A’ 선을 따라 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 2의 B-B’ 선을 따라 나타낸 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 스핀 코팅(spin coating) 장치(100)는 스핀 척(spin chuck)(200), 노즐(nozzle)(300), 제 1 온도 컨트롤러(temperature controller)(400), 제 2 온도 컨트롤러(500), 두께 센서(thickness sensor)(600) 및 메인 컨트롤러(main controller)(700)를 포함할 수 있다.
스핀 척(200)은 기판(substrate)(S)을 회전시킬 수 있다. 기판(S)은 반도체 기판, 유리 기판 등을 포함할 수 있다. 스핀 척(200)은 모터(motor)와 같은 엑튜에이터(actuator)에 의해 수직축을 중심으로 회전할 수 있다.
스핀 척(200)은 회전판(rotation plate)(210) 및 회전축(rotation shaft)(220)을 포함할 수 있다. 엑튜에이터가 회전축(220)의 하단에 연결될 수 있다. 따라서, 엑튜에이터에서 발생된 회전력이 회전축(220)으로 전달될 수 있다. 회전판(210)은 회전축(220)의 상단에 배치될 수 있다. 회전축(220)이 회전하는 것에 의해서 회전판(210)도 수직축을 중심으로 회전될 수 있다. 또한, 회전축(220)은 배출 통로(exhaust passage)(222)를 가질 수 있다. 배출 통로(222)는 회전축(220)을 수직으로 관통할 수 있다. 기판(S)이 회전판(210)의 상부면에 안치될 수 있다. 기판(S)을 고정하는 복수개의 고정핀(fixing pin)(230)들이 회전판(210)의 상부면에 배치될 수 있다.
본 실시예에서, 회전판(210)은 기판(S)의 면적보다 작은 면적을 가질 수 있다. 따라서, 회전판(210)은 기판(S)의 하부면 중앙부에 접촉할 수 있다. 반면에, 기판(S)의 하부면 가장자리는 아래를 향해 노출될 수 있다.
스핀 척(200)은 적어도 하나의 제 1 영역 및 적어도 하나의 제 2 영역으로 구분될 수 있다. 즉, 회전판(210)의 상부면이 적어도 하나의 제 1 영역 및 적어도 하나의 제 2 영역으로 구분될 수 있다. 본 실시예에서, 제 1 영역은 회전판(210)의 가장자리 영역에 해당할 수 있다. 제 2 영역은 회전판(210)의 중앙 영역에 해당할 수 있다. 따라서, 제 1 영역은 제 2 영역을 둘러싸는 링(ring) 형상을 가질 수 있다.
본 실시예에서, 회전판(210)의 가장자리 영역은 제 1 가장자리 영역(ER1), 제 2 가장자리 영역(ER2), 제 3 가장자리 영역(ER3) 및 제 4 가장자리 영역(ER4)으로 구분될 수 있다. 제 1 내지 제 4 가장자리 영역(ER1, ER2, ER3, ER4)들은 서로 직교하는 회전판(210)의 2개의 제 1 지름선들에 의해 정의될 수 있다. 그러나, 회전판(210)의 가장자리 영역은 2개, 3개 또는 5개 이상의 영역들로 구분될 수 있다.
또한, 회전판(210)의 중앙 영역은 제 1 중앙 영역(CR1), 제 2 중앙 영역(CR2), 제 3 중앙 영역(CT3) 및 제 4 중앙 영역(CR4)으로 구분될 수 있다. 제 1 내지 제 4 중앙 영역(CR1, CR2, CR3, CR4)들은 서로 직교하는 회전판(210)의 2개의 제 2 지름선들에 의해 정의될 수 있다. 제 2 지름선들은 제 1 지름선들과 직교를 이룰 수 있으나, 이에 국한되지 않을 수 있다. 또한, 회전판(210)의 중앙 영역은 2개, 3개 또는 5개 이상의 영역들로 구분될 수 있다.
노즐(300)은 스핀 척(200)의 상부면 중앙부 위에 배치될 수 있다. 노즐(300)은 포토레지스트(photoresist)(P)를 기판(S)의 상부면 중앙부로 제공할 수 있다. 스핀 척(200)에 의해서 기판(S)이 회전되므로, 기판(S)의 상부면 중앙부로 제공된 포토레지스트(P)는 기판(S)의 원심력에 의해서 기판(S)의 가장자리로 전파될 수 있다.
제 1 온도 컨트롤러(400)는 스핀 척(200)의 제 1 영역, 즉 가장자리 영역의 온도를 제어할 수 있다. 본 실시예에서, 스핀 척(200)의 가장자리 영역이 제 1 내지 제 4 가장자리 영역(ER1, ER2, ER3, ER4)들로 구분되어 있으므로, 제 1 온도 컨트롤러(400)도 4개의 가장자리 영역(ER1, ER2, ER3, ER4)들과 대응하는 4개로 이루어질 수 있다. 즉, 제 1 온도 컨트롤러(400)의 수는 스핀 척(200)의 가장자리 영역의 수와 대응할 수 있다.
제 1 온도 컨트롤러(400)는 제 1 비접촉식 전원(non-contact type power supply device)(460), 제 1 열전소자(thermoelectric element)(430), 제 1 전달 부재(transfer member)(440) 및 제 1 단열 부재(adiabatic member)(450)를 포함할 수 있다.
제 1 비접촉식 전원(460)은 제 1 전력 송신부(power transmitter)(410) 및 제 1 전력 수신부(power receiver)(420)를 포함할 수 있다. 제 1 전력 송신부(410)는 스핀 척(200)에 인접하게 배치될 수 있다. 특히, 제 1 전력 송신부(410)는 스핀 척(200)의 회전축(220)에 인접하게 배치될 수 있다. 제 1 전력 송신부(410)는 제 1 전원(412) 및 제 1 송신 코일(coil)(414)을 포함할 수 있다. 제 1 전원(412)은 제 1 전력을 발생시킬 수 있다. 제 1 송신 코일(414)이 회전축(220)에 인접하게 위치할 수 있다.
제 1 전력 수신부(420)는 스핀 척(200)의 회전축(220) 내에 배치될 수 있다. 따라서, 제 1 전력 수신부(420)는 스핀 척(200)과 함께 회전할 수 있다. 제 1 전력 수신부(420)는 제 1 수신 코일을 포함할 수 있다. 제 1 전력 수신부(420)는 제 1 전력 송신부(410)와 인접하게 위치하지만 직접 연결되지 않을 수 있다. 따라서, 제 1 전력 송신부(410)에서 발생된 제 1 전력이 비접촉 전달 방식으로 제 1 전력 수신부(420)로 전송될 수 있다. 이러한 비접촉 전달 방식은 제 1 전력 송신부(410)와 제 1 전력 수신부(420)에 동일한 주파수(frequency)를 부여하는 것에 의해 달성될 수 있다.
제 1 열전소자(430)는 스핀 척(200)의 회전축(220) 내에 배치될 수 있다. 제 1 전력 수신부(420)가 제 1 열전소자(430)에 연결될 수 있다. 따라서, 제 1 열전소자(430)는 제 1 전력 수신부(420)를 통해서 제 1 전력을 수신하여, 열기 또는 냉기를 발생시킬 수 있다. 또한, 제 1 열전소자(430)는 스핀 척(200)의 배출 통로(222)로 노출될 수 있다.
이와 같이, 제 1 열전소자(430)는 스핀 척(200)의 가장자리 영역을 가열하거나 냉각시킬 수 있다. 이러한 기능을 갖는 제 1 열전소자(430)는 펠티어 소자(Peltier element)를 포함할 수 있다.
도 5는 펠티어 소자를 나타낸 단면도이다.
도 5를 참조하면, 펠티어 소자는 제 1 및 제 2 발열판(heat dissipation plate)(432), 제 1 및 제 2 발열판(432)과 대향 배치된 흡열판(heat absorption plate)(434), 및 흡열판(434)과 제 1 및 제 2 발열판(432) 사이에 개재된 n형 및 p형 반도체 소자(436, 438)를 포함할 수 있다. 제 1 전력 수신부(420)가 제 1 및 제 2 발열판(432)에 전기적으로 연결될 수 있다.
제 1 전력 수신부(420)로부터 제 1 발열판(432)으로 전류가 공급될 수 있다. 전류는 n형 반도체 소자(436), 흡열판(434), p형 반도체 소자(438)를 통해서 제 2 발열판(432)으로 공급될 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 발열판(432)에서는 열이 발산되는 반면에 흡열판(434)에서는 열이 흡수될 수 있다.
이러한 펠티어 효과는 이상기체의 등엔트로피 팽창에 의한 냉각의 원리로 설명할 수 있다. 전자농도가 높은 반도체로부터 전자농도가 낮은 반도체로 전자가 이동할 때, 전자기체는 팽창하여 화학적 포텐셜이 같은 두 물체 사이의 포텐셜(potential) 장벽에 대하여 일을 하게 되는데, 그 결과 나타나는 전기적 냉각 현상이 바로 펠티어 효과이다. 이러한 펠티어 효과를 이용하여 대상물을 보통 195K까지 냉각이 가능하다.
다시 도 1 내지 도 4를 참조하면, 제 1 전달 부재(440)가 스핀 척(200)의 내부에 배치될 수 있다. 제 1 전달 부재(440)는 제 1 열전소자(430)에서 발생된 열기 또는 냉기를 스핀 척(200)의 가장자리 영역으로 전달할 수 있다. 따라서, 제 1 전달 부재(440)는 제 1 열전소자(430)에 접촉할 수 있다. 제 1 전달 부재(440)는 스핀 척(200)의 회전축(220)으로부터 회전판(210)으로 연장될 수 있다. 제 1 전달 부재(440)는 스핀 척(200)의 가장자리 영역에 연결될 수 있다. 제 1 전달 부재(440)를 통해서 스핀 척(200)의 가장자리 영역으로 적용된 열기 또는 냉기는 스핀 척(200)의 배출 통로(222)를 통해서 배출될 수 있다.
본 실시예에서, 제 1 전달 부재(440)는 스핀 척(200)의 상부면을 통해 노출될 수 있다. 따라서, 제 1 전달 부재(440)의 노출된 상부면이 기판(S)의 하부면에 인접할 수가 있게 되어, 제 1 열전소자(430)에서 발생된 열기 또는 냉기가 스핀 척(200)의 가장자리 영역으로 전달되는 효율이 향상될 수 있다. 다른 실시예로서, 제 1 전달 부재(440)는 스핀 척(200)에 내장되어, 스핀 척(200)의 상부면을 통해 노출되지 않을 수도 있다.
본 실시예에서, 스핀 척(200)의 가장자리 영역이 제 1 내지 제 4 가장자리 영역(ER1, ER2, ER3, ER4)들로 구분되어 있으므로, 제 1 전달 부재(440)도 4개의 가장자리 영역들과 대응하는 4개로 이루어질 수 있다. 즉, 제 1 전달 부재(440)의 수는 스핀 척(200)의 가장자리 영역의 수와 대응할 수 있다. 또한, 제 1 전달 부재(440)들 사이의 각도는 동일할 수 있으나, 이에 국한되지 않을 수 있다.
또한, 제 1 전달 부재(440)는 중실형(solid) 구조를 가질 수 있다. 예를 들어서, 제 1 전달 부재(440)는 우수한 열전도율을 갖는 중실형 금속 파이프(metal pipe)를 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 제 1 전달 부재(440)는 히트 파이프(heat pipe)를 포함할 수도 있다. 히트 파이프는 진공관 내에 액체를 봉입한 기구로서, 같은　단면적을 갖는 중실형 금속 파이프에 비하면 상당히 많은 열을 전달할 수가 있다.
특히, 제 1 전달 부재(440)는 제 1 메인 전달 부재(main transfer member)(442), 복수개의 제 1 서브 전달 부재(sub-transfer member)(444)들 및 복수개의 제 1 연결 부재(connection member)(446)들을 포함할 수 있다. 제 1 메인 전달 부재(442)는 제 1 열전소자(430)에 접촉할 수 있다. 특히, 제 1 메인 전달 부재(442)는 제 1 열전소자(430)의 외측면에 연결될 수 있다. 제 1 메인 전달 부재(442)는 스핀 척(200)의 중심으로부터 스핀 척(200)의 반지름 방향을 따라 가장자리 영역으로 연장될 수 있다.
제 1 서브 전달 부재(444)들은 제 1 메인 전달 부재(442)로부터 가장자리 영역 내에서 연장될 수 있다. 제 1 서브 전달 부재(444)들은 가장자리 영역 내에 균일하게 분포되어, 제 1 메인 전달 부재(442)의 열기 또는 냉기를 가장자리 영역 내에 균일하게 제공할 수 있다. 본 실시예에서, 제 1 서브 전달 부재(444)들은 가장자리 영역을 지나는 스핀 척(200)의 제 1 원주선들을 따라 배열될 수 있으나, 이에 국한되지 않을 수 있다. 예를 들어서, 제 1 서브 전달 부재(444)들은 스핀 척(200)의 반지름 방향과 직교하는 방향을 따라 배열될 수 있다. 본 실시예에서, 제 1 서브 전달 부재(444)들은 2개인 것으로 예시하였으나, 이에 국한되지 않을 수 있다.
제 1 연결 부재(446)들은 제 1 서브 전달 부재(444)들의 양단들을 연결할 수 있다. 제 1 메인 전달 부재(442)가 제 1 서브 전달 부재(444)들 중 어느 하나에 연결되므로, 제 1 연결 부재(446)들은 제 1 메인 전달 부재(442)의 열기 또는 냉기를 제 1 서브 전달 부재(444)들 모두에게로 전달하는 기능을 가질 수 있다. 본 실시예에서, 제 1 서브 전달 부재(444)들이 스핀 척(200)의 제 1 원주선들을 따라 배열되어 있으므로, 제 1 연결 부재(446)들은 스핀 척(200)의 반지름 방향을 따라 연장될 수 있으나, 이에 국한되지 않을 수 있다.
제 1 단열 부재(450)가 제 1 열전소자(430)에 구비될 수 있다. 제 1 단열 부재(450)는 제 1 열전소자(430)에서 발생된 열기 또는 냉기가 제 1 전달 부재(440)로 전달되지 않고 제 1 열전소자(430)의 상부면과 하부면을 통해서 스핀 척(200)으로 전달되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 제 1 단열 부재(450)는 제 1 열전소자(430)의 상부면과 하부면에 배치될 수 있다. 제 1 단열 부재(450)는 열기 또는 냉기의 전달을 방지할 수 있는 재질을 포함할 수 있고, 특정 물질로 국한되지 않을 수 있다.
제 2 온도 컨트롤러(500)는 스핀 척(200)의 제 2 영역, 즉 중앙 영역의 온도를 제어할 수 있다. 본 실시예에서, 스핀 척(200)의 중앙 영역이 제 1 내지 제 4 중앙 영역(CR1, CR2, CR3, CR4)들로 구분되어 있으므로, 제 2 온도 컨트롤러(500)도 4개의 중앙 영역(CR1, CR2, CR3, CR4)들과 대응하는 4개로 이루어질 수 있다. 즉, 제 2 온도 컨트롤러(500)의 수는 스핀 척(200)의 중앙 영역의 수와 대응할 수 있다.
제 2 온도 컨트롤러(500)는 제 2 비접촉식 전원(560), 제 2 열전소자(530), 제 2 전달 부재(540) 및 제 2 단열 부재(550)를 포함할 수 있다.
제 2 비접촉식 전원(560)은 제 2 전력 송신부(510) 및 제 2 전력 수신부(520)를 포함할 수 있다. 제 2 전력 송신부(510)는 스핀 척(200)에 인접하게 배치될 수 있다. 특히, 제 2 전력 송신부(510)는 스핀 척(200)의 회전축(220)에 인접하게 배치될 수 있다. 제 2 전력 송신부(510)는 제 2 전원(512) 및 제 2 송신 코일(514)을 포함할 수 있다. 제 2 전원(512)은 제 2 전력을 발생시킬 수 있다. 제 2 전원(512)에서 발생된 제 2 전력은 제 1 전원(412)에서 발생된 제 1 전력과 다를 수 있다. 제 2 송신 코일(514)이 회전축(220)에 인접하게 위치할 수 있다.
제 2 전력 수신부(520)는 스핀 척(200)의 회전축(220) 내에 배치될 수 있다. 따라서, 제 2 전력 수신부(520)는 스핀 척(200)과 함께 회전할 수 있다. 제 2 전력 수신부(520)는 제 2 수신 코일을 포함할 수 있다. 제 2 전력 수신부(520)는 제 2 전력 송신부(510)와 인접하게 위치하지만 직접 연결되지 않을 수 있다. 따라서, 제 2 전력 송신부(510)에서 발생된 제 2 전력이 비접촉 전달 방식으로 제 2 전력 수신부(520)로 전송될 수 있다. 제 2 전력 송신부(510)와 제 2 전력 수신부(520)에 부여된 주파수는 제 1 전력 송신부(410)와 제 1 전력 수신부(420)에 부여된 주파수와 다를 수 있다. 따라서, 제 1 전력 송신부(410)의 제 1 전력은 오직 제 1 전력 수신부(420)로만 전송될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 전력 송신부(510)의 제 2 전력은 오직 제 2 전력 수신부(520)로만 전송될 수 있다.
제 2 열전소자(530)는 스핀 척(200)의 회전축(220) 내에 배치될 수 있다. 제 2 전력 수신부(520)가 제 2 열전소자(530)에 연결될 수 있다. 따라서, 제 2 열전소자(530)는 제 2 전력 수신부(520)를 통해서 제 2 전력을 수신하여, 열기 또는 냉기를 발생시킬 수 있다. 또한, 제 2 열전소자(530)는 스핀 척(200)의 배출 통로(222)로 노출될 수 있다.
제 2 전달 부재(540)가 스핀 척(200)의 내부에 배치될 수 있다. 제 2 전달 부재(540)는 제 2 열전소자(530)에서 발생된 열기 또는 냉기를 스핀 척(200)의 중앙 영역으로 전달할 수 있다. 따라서, 제 2 전달 부재(540)는 제 2 열전소자(530)에 접촉할 수 있다. 제 2 전달 부재(540)는 스핀 척(200)의 회전축(220)으로부터 회전판(210)으로 연장될 수 있다. 제 2 전달 부재(540)는 스핀 척(200)의 중앙 영역에 연결될 수 있다. 본 실시예에서, 제 2 전달 부재(540)를 통해서 스핀 척(200)의 중앙 영역으로 적용된 열기 또는 냉기는 스핀 척(200)의 배출 통로(222)를 통해서 배출될 수 있다.
본 실시예에서, 제 2 전달 부재(540)는 스핀 척(200)의 상부면을 통해 노출될 수 있다. 따라서, 제 2 전달 부재(540)의 노출된 상부면이 기판(S)의 하부면에 인접할 수가 있게 되어, 제 2 열전소자(530)에서 발생된 열기 또는 냉기가 스핀 척(200)의 중앙 영역으로 전달되는 효율이 향상될 수 있다. 다른 실시예로서, 제 2 전달 부재(540)는 스핀 척(200)에 내장되어, 스핀 척(200)의 상부면을 통해 노출되지 않을 수도 있다.
본 실시예에서, 제 2 전달 부재(540)는 중실형 구조를 갖는 금속 파이프를 포함할 수 있다. 다른 실시예로서, 제 1 전달 부재(440)는 히트 파이프를 포함할 수도 있다.
본 실시예에서, 스핀 척(200)의 중앙 영역이 제 1 내지 제 4 중앙 영역(CR1, CR2, CR3, CR4)들로 구분되어 있으므로, 제 2 전달 부재(540)도 4개의 중앙 영역(CR1, CR2, CR3, CR4)들과 대응하는 4개로 이루어질 수 있다. 즉, 제 2 전달 부재(540)의 수는 스핀 척(200)의 중앙 영역의 수와 대응할 수 있다. 또한, 제 2 전달 부재(540)들 사이의 각도는 동일할 수 있으나, 이에 국한되지 않을 수 있다.
특히, 제 2 전달 부재(540)는 제 2 메인 전달 부재(542), 복수개의 제 2 서브 전달 부재(544)들 및 복수개의 제 2 연결 부재(546)들을 포함할 수 있다. 제 2 메인 전달 부재(542)는 제 2 열전소자(530)에 접촉할 수 있다. 특히, 제 2 메인 전달 부재(542)는 제 2 열전소자(530)의 외측면에 연결될 수 있다. 제 2 메인 전달 부재(542)는 스핀 척(200)의 중심으로부터 스핀 척(200)의 반지름 방향을 따라 중앙 영역으로 연장될 수 있다.
제 2 서브 전달 부재(544)들은 제 2 메인 전달 부재(542)로부터 중앙 영역 내에서 연장될 수 있다. 제 2 서브 전달 부재(544)들은 중앙 영역 내에 균일하게 분포되어, 제 2 메인 전달 부재(542)의 열기 또는 냉기를 중앙 영역 내에 균일하게 제공할 수 있다. 본 실시예에서, 제 2 서브 전달 부재(544)들은 중앙 영역을 지나는 스핀 척(200)의 제 2 원주선들을 따라 배열될 수 있으나, 이에 국한되지 않을 수 있다. 예를 들어서, 제 2 서브 전달 부재(544)들은 스핀 척(200)의 반지름 방향과 직교하는 방향을 따라 배열될 수 있다. 본 실시예에서, 제 2 서브 전달 부재(544)들은 4개인 것으로 예시하였으나, 이에 국한되지 않을 수 있다.
제 2 연결 부재(546)들은 제 2 서브 전달 부재(544)들의 양단들을 연결할 수 있다. 제 2 메인 전달 부재(542)가 제 2 서브 전달 부재(544)들 중 어느 하나에 연결되므로, 제 2 연결 부재(546)들은 제 2 메인 전달 부재(542)의 열기 또는 냉기를 제 2 서브 전달 부재(544)들 모두에게로 전달하는 기능을 가질 수 있다. 본 실시예에서, 제 2 서브 전달 부재(544)들이 스핀 척(200)의 제 2 원주선들을 따라 배열되어 있으므로, 제 2 연결 부재(546)들은 스핀 척(200)의 반지름 방향을 따라 연장될 수 있으나, 이에 국한되지 않을 수 있다.
제 2 단열 부재(550)가 제 2 열전소자(530)에 구비될 수 있다. 제 2 단열 부재(550)는 제 2 열전소자(530)의 상부면과 하부면에 배치될 수 있다. 제 2 단열 부재(550)는 열기 또는 냉기의 전달을 방지할 수 있는 재질을 포함할 수 있고, 특정 물질로 국한되지 않을 수 있다.
두께 센서(600)는 노즐(300)로부터 기판(S)의 상부면에 코팅된 포토레지스트(P)의 두께를 측정할 수 있다. 특히, 두께 센서(600)는 기판(S)의 상부면 중앙부에 코팅된 포토레지스트(P)의 두께를 측정할 수 있다.
메인 컨트롤러(700)는 두께 센서(600)에 의해 측정된 포토레지스트(P)의 두께를 전송받을 수 있다. 메인 컨트롤러(700)는 포토레지스트(P)의 두께에 따라서 제 1 온도 컨트롤러(400)와 제 2 온도 컨트롤러(500)의 동작들을 제어할 수 있다.
본 실시예에서, 스핀 척(200)을 가장자리 영역과 중앙 영역 2개로 구분하여 독립적으로 제어하는 것으로 예시하였으나, 이에 국한되지 않을 수 있다. 예를 들어서, 스핀 척(200)을 가장자리 영역, 중간 영역 및 중앙 영역 3개로 구분하고, 각각의 영역들을 상기된 온도 컨트롤러를 이용해서 독립적으로 제어할 수도 있다.
이와 같이, 본 실시예에서는, 제 1 및 제 2 온도 컨트롤러(400, 500)들을 이용해서 스핀 척(200)의 가장자리 영역과 중앙 영역의 온도들을 독립적으로 제어하여, 포토레지스트(P)의 내부 입자에 작용하는 모세관 힘(capillary force), 대류 힘(convective force) 및 마란고니 효과(Marangoni effect)를 제어할 수 있다. 온도 제어를 통해서 포토레지스트(P)의 내부 입자간의 힘을 조절하는 것에 의해서 포토레지스트(P)의 두께 균일성을 높일 수 있다.
도 6은 포토레지스트의 내부 입자들 사이의 모세관 힘을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 모세관 힘(Fx)은 입자 간에 작용하는 인력의 형태로 작용하며, 모세관 힘은 하기 식으로 표현될 수 있다.
위 식에서, 는 포토레지스트의 표면장력을 의미하고, 는 삼상의 접촉면의 반경 이고, 는 메니스커스(meniscus, 모세관 속의 액체 표면이 만드는 곡선)의 경사각을 의미한다. 모세관 힘은 표면장력에 큰 영향을 받으며, 전체적으로 받는 힘의 크기와 시간은 증발에 의한 액면의 높이에 영향을 받는다. 따라서 “증발량”을 조절하면 모세관 힘에 의한 영향을 조절 할 수 있다. 일반적으로 증발량은 온도를 이용하여 조절할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 증발량에 따른 포토레지스트의 내부 입자에 작용하는 대류 힘을 나타낸 도면들이다.
도 7a 내지 도 7d를 참조하면, 대류 힘은 포토레지스트(P)의 두께 차이에 의한 유체 역학적(hydrodynamic) 압력의 차이에 의하여 발생할 수 있다. 포토레지스트(P)의 두꺼운 부분에서 얇은 부분으로 평탄화 작용이 발생될 수 있다. 충분한 증발 시간을 확보하지 못하는 경우, 포토레지스트(P)가 코팅되지 않은 구간들이 산발적으로 발생될 수 있다. 따라서, 포토레지스트(P)의 두께가 얇아질수록 증발량 조절 필요성이 커질 수 있다. 대류 힘의 주요 조절 인자는 증발량이고, 대류 힘도 모세관 힘과 마찬가지로 온도를 이용하여 조절할 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 포토레지스트의 접촉면의 온도 차이에 따른 마란고니 효과를 나타낸 도면들이고, 도 9는 스핀 코팅시 포토레지스트의 내부 입자에 작용하는 힘을 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 8d 및 도 9를 참조하면, 마란고니 효과(Marangoni effect))는 표면장력의 차이에 의해 발생하는 내부 유동을 의미할 수 있다. 마란고니 효과는 기판(S) 전체의 면에 발생하지는 않고, 국소적인 부위에서 발생할 수 있다. 특히, 마란고니 효과는 기판(S)의 가장자리 및 스핀 척(200)의 가장자리 등에서 주로 발생할 가능성이 높다.
도 10은 도 1에 도시된 스핀 코팅 장치를 이용해서 포토레지스트를 반도체 기판(S)의 상부면에 코팅하는 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이다.
도 1 및 도 10을 참조하면, 단계 ST800에서, 스핀 척(200)이 기판(S)을 회전시킬 수 있다.
단계 ST810에서, 노즐(300)이 기판(S)의 상부면 중앙부로 포토레지스트(P)를 제공할 수 있다. 스핀 척(200)의 원심력에 의해서 포토레지스트(P)는 기판(S)의 상부면 가장자리로 전파될 수 있다.
단계 ST820에서, 두께 센서(600)가 기판(S)의 상부면에 코팅된 포토레지스트(P)의 두께를 측정할 수 있다. 특히, 두께 센서(600)는 스핀 척(200)과 접촉된 기판(S)의 상부면 중앙부에 코팅된 포토레지스트(P)의 두께를 측정할 수 있다. 두께 센서(600)가 측정한 포토레지스트(P)의 두께에 대한 정보, 즉 두께 프로파일(thickness profile)은 메인 컨트롤러(700)로 전송될 수 있다.
단계 ST830에서, 메인 컨트롤러(700)는 포토레지스트(P)의 두께에 따라서 제 1 온도 컨트롤러(400)의 동작과 제 2 온도 컨트롤러(500)의 동작을 제어할 수 있다. 특히, 제 1 온도 컨트롤러(400)의 동작과 제 2 온도 컨트롤러(500)의 동작을 제어하는 것은 포토레지스트(P) 코팅 공정 중 초기 단계에서 수행될 수 있다. 이에 따라, 반도체 기판(S)의 상부면 중앙부에 코팅된 포토레지스트(P)의 두께 구배(thickness gradient)를 초기 단계에서 줄일 수가 있게 된다.
예를 들어서, 포토레지스트(P)의 두께 프로파일을 근거로 스핀 척(200)의 중앙 영역의 온도보다 가장자리 영역의 온도를 높일 것이 요구되는 것으로 판단되면, 메인 컨트롤러(700)는 제 1 및 제 2 전력 송신부(410, 510)들을 제어하여, 제 1 전력이 제 2 전력보다 높도록 할 수 있다. 따라서, 제 1 전력에 의해서 제 1 열전소자(430)로부터 발생된 열기는 제 2 전력에 의해서 제 2 열전소자(530)로부터 발생된 열기보다 높을 수 있다. 결과적으로, 중앙 영역보다 가장자리 영역으로 상대적으로 높은 열기가 부여되어, 가장자리 영역의 온도를 중앙 영역의 온도보다 높일 수 있다.
반면에, 포토레지스트(P)의 두께 프로파일을 근거로 스핀 척(200)의 가장자리 영역의 온도보다 중앙 영역의 온도를 높일 것이 요구되는 것으로 판단되면, 메인 컨트롤러(700)는 제 1 및 제 2 전력 송신부(410, 510)들을 제어하여, 제 2 전력이 제 1 전력보다 높도록 할 수 있다. 따라서, 제 2 전력에 의해서 제 2 열전소자(530)로부터 발생된 열기는 제 1 전력에 의해서 제 1 열전소자(430)로부터 발생된 열기보다 높을 수 있다. 결과적으로, 가장자리 영역보다 중앙 영역으로 상대적으로 높은 열기가 부여되어, 중앙 영역의 온도를 가장자리 영역의 온도보다 높일 수 있다.
또한, 포토레지스트(P)의 두께 프로파일을 근거로 스핀 척(200)의 중앙 영역의 온도보다 가장자리 영역의 온도를 낮출 것이 요구되는 것으로 판단되면, 메인 컨트롤러(700)는 제 1 및 제 2 비접촉식 전원(460, 560)들을 제어하여, 제 1 열전소자(430)에서 발생된 냉기의 온도를 제 2 열전소자(530)에서 발생된 냉기의 온도보다 낮출 수 있다. 따라서, 중앙 영역보다 가장자리 영역으로 상대적으로 낮은 냉기가 부여되어, 가장자리 영역의 온도를 중앙 영역의 온도보다 낮출 수 있다.
반면에, 포토레지스트(P)의 두께 프로파일을 근거로 스핀 척(200)의 가장자리 영역의 온도보다 중앙 영역의 온도를 낮출 것이 요구되는 것으로 판단되면, 메인 컨트롤러(700)는 제 1 및 제 2 비접촉식 전원(460, 560)들을 제어하여, 제 2 열전소자(530)에서 발생된 냉기의 온도를 제 1 열전소자(430)에서 발생된 냉기의 온도보다 낮출 수 있다. 따라서, 가장자리 영역보다 중앙 영역으로 상대적으로 낮은 냉기가 부여되어, 중앙 영역의 온도를 가장자리 영역의 온도보다 낮출 수 있다.
상기된 본 실시예들에 따르면, 기판의 상부면 중앙부에 코팅된 포토레지스의 두께에 따라 제 1 및 제 2 온도 컨트롤러들이 스핀 척의 가장자리 영역과 중앙 영역의 온도들을 독립적으로 제어할 수 있다. 따라서, 스핀 척의 가장자리 영역과 중앙 영역의 온도들이 기판의 상부면 중앙부에 코팅된 포토레지스트로 전달되어, 포토레지스트의 두께 구배를 줄일 수가 있다. 결과적으로, 포토레지스트가 균일한 두께를 가질 수가 있게 되어, 패턴 전사 불량을 줄일 수가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
200 ; 스핀 척 210 ; 회전판
220 ; 회전축 222 ; 배출 통로
230 ; 고정핀 300 ; 노즐
400 ; 제 1 온도 컨트롤러 410 ; 제 1 전력 송신부
420 ; 제 1 전력 수신부 430 ; 제 1 열전소자
440 ; 제 1 전달 부재 450 ; 제 1 단열 부재
442 ; 제 1 메인 전달 부재 444 ; 제 1 서브 전달 부재
446 ; 제 1 연결 부재 542 ; 제 2 메인 전달 부재
544 ; 제 2 서브 전달 부재 546 ; 제 2 연결 부재
460 ; 제 1 비접촉식 전원 500 ; 제 2 온도 컨트롤러
510 ; 제 2 전력 송신부 520 ; 제 2 전력 수신부
530 ; 제 2 열전소자 540 ; 제 2 전달 부재
550 ; 제 2 단열 부재 560 ; 제 2 비접촉식 전원
600 ; 두께 센서 700 ; 메인 컨트롤러
S ; 기판 P ; 포토레지스트
412 ; 제 1 전원 414 ; 제 1 송신 코일
512 ; 제 2 전원 514 ; 제 2 송신 코일

Claims (10)

  1. 포토레지스트가 코팅되는 기판의 하부면 중앙부와 접촉하여 상기 기판을 회전시키는 스핀 척(200);
    상기 스핀 척(200)의 중앙부 위에 배치되어 상기 포토레지스트를 상기 기판의 상부면 중앙부로 제공하는 노즐(300);
    상기 스핀 척(200)의 제 1 영역의 온도를 제어하는 제 1 온도 컨트롤러(400); 및
    상기 스핀 척(200)의 제 2 영역의 온도를 제어하는 제 2 온도 컨트롤러(500)를 포함하고,
    상기 제 1 영역은 상기 스핀 척(200)의 가장자리 영역이고, 상기 제 2 영역은 상기 스핀 척(200)의 중앙 영역며,
    상기 제 1 온도 컨트롤러(400)는
    적어도 하나의 제 1 비접촉식 전원(460);
    상기 스핀 척(200) 내에 배치되어 상기 제 1 비접촉식 전원(460)으로부터 제 1 전력을 제공받아서 열기 또는 냉기를 발생시키는 적어도 하나의 제 1 열전소자(430); 및
    상기 제 1 열전소자(430)를 상기 제 1 영역에 연결하여 상기 열기 또는 냉기를 상기 제 1 영역으로 전달하는 제 1 전달 부재(440)를 포함하고,
    상기 제 2 온도 컨트롤러(500)는
    적어도 하나의 제 2 비접촉식 전원(560);
    상기 스핀 척(200) 내에 배치되어 상기 제 2 비접촉식 전원(560)으로부터 제 2 전력을 제공받아서 열기 또는 냉기를 발생시키는 적어도 하나의 제 2 열전소자(530); 및
    상기 제 2 열전소자(530)를 상기 제 2 영역에 연결하여 상기 열기 또는 냉기를 상기 제 2 영역으로 전달하는 제 2 전달 부재(540)를 포함하는 스핀 코팅 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 스핀 척(200)은 상기 스핀 척(200)의 중앙부를 관통하여 상기 열기 또는 상기 냉기를 배출시키는 배출 통로(222)를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 열전소자(430, 530)들은 상기 배출 통로(222)에 노출된 스핀 코팅 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 비접촉식 전원(460)은
    상기 스핀 척(200)에 인접하게 배치된 제 1 전력 송신부(410); 및
    상기 스핀 척(200) 내에 상기 제 1 열전소자(430)에 전기적으로 연결되도록 배치되어 상기 제 1 전력 송신부(410)로부터 상기 제 1 전력을 수신하는 제 1 전력 수신부(420)를 포함하고,
    상기 제 2 비접촉식 전원(560)은
    상기 스핀 척(200)에 인접하게 배치된 제 2 전력 송신부(510); 및
    상기 스핀 척(200) 내에 상기 제 2 열전소자(530)에 전기적으로 연결되도록 배치되어 상기 제 2 전력 송신부(510)로부터 상기 제 2 전력을 수신하는 제 2 전력 수신부(520)를 포함하는 스핀 코팅 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전달 부재(440)는 상기 스핀 척(200)의 중심으로부터 상기 스핀 척(200)의 반지름 방향을 따라 상기 스핀 척(200)의 상기 가장자리 영역으로 연장된 제 1 메인 전달 부재(442)를 포함하고,
    상기 제 2 전달 부재(540)는 상기 스핀 척(200)의 상기 중심으로부터 상기 스핀 척(200)의 상기 반지름 방향을 따라 상기 스핀 척(200)의 상기 중앙 영역으로 연장된 제 2 메인 전달 부재(542)를 포함하는 스핀 코팅 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 메인 전달 부재(442)는 상기 스핀 척(200)의 상기 중심을 기준으로 동일한 각도를 두고 배열된 복수개로 이루어지고,
    상기 제 2 메인 전달 부재(542)는 상기 제 1 메인 전달 부재(442)들 사이에 상기 스핀 척(200)의 상기 중심을 기준으로 동일한 각도를 두고 배열된 복수개로 이루어진 스핀 코팅 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 전달 부재(440)는 상기 제 1 메인 전달 부재(442)로부터 상기 스핀 척(200)의 상기 가장자리 영역 내에서 연장된 복수개의 제 1 서브 전달 부재(444)들 및 상기 제 1 서브 전달 부재(444)들의 양단들을 연결하는 복수개의 제 1 연결 부재(446)들을 더 포함하고,
    상기 제 2 전달 부재(540)는 상기 제 2 메인 전달 부재(542)로부터 상기 스핀 척(200)의 상기 중앙 영역 내에서 연장된 복수개의 제 2 서브 전달 부재(544)들 및 상기 제 2 서브 전달 부재(544)들의 양단들을 연결하는 복수개의 제 2 연결 부재(546)들을 더 포함하는 스핀 코팅 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 온도 컨트롤러(400)는 상기 제 1 열전소자(430)의 상부면과 하부면에 배치된 제 1 단열 부재(450)를 더 포함하고,
    상기 제 2 온도 컨트롤러(500)는 상기 제 2 열전소자(530)의 상부면과 하부면에 배치된 제 2 단열 부재(550)를 더 포함하는 스핀 코팅 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 상기 상부면에 코팅된 상기 포토레지스트의 두께를 측정하는 두께 센서(600); 및
    상기 두께 센서(600)에 의해 측정된 상기 포토레지스트의 두께에 따라 상기 제 1 및 제 2 온도 컨트롤러(400, 500)들의 동작들을 제어하는 메인 컨트롤러(700)를 더 포함하는 스핀 코팅 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011035186A (ja) * 2009-08-03 2011-02-17 Tokyo Electron Ltd 塗布処理装置、塗布処理方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体

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JP2011035186A (ja) * 2009-08-03 2011-02-17 Tokyo Electron Ltd 塗布処理装置、塗布処理方法、プログラム及びコンピュータ記憶媒体

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