KR19980019104A - 반도체 처리용 도포방법 및 도포장치(coating methdo and apparatus for semiconductor process) - Google Patents

반도체 처리용 도포방법 및 도포장치(coating methdo and apparatus for semiconductor process) Download PDF

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KR19980019104A
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히가시 데쓰로
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Abstract

도포장치는, 반도체 웨이퍼(W)를 수평상태로 진공에 의하여 흡착유지하는 스핀척(10)을 갖는다. 스핀척(10)의 위쪽에는 이동 빔(20)이 배설된다. 이동 빔(20)은 포토레지스트액(BL)을 공급하기 위한 제 1 노즐(21)과, 포토레지스트액의 용제(AL)를 공급하기 위한 제 2 노즐(22)을 일체적으로 구성한 부재로 이루어진다. 도포처리시, 이동 빔(20)은 웨이퍼(W)의 위쪽에서 수평상태를 유지하면서 일방향으로 이송된다. 이 때 웨이퍼(W)상에서는, 먼저 제 2 노즐(22)로부터 용제(AL)가 공급되고, 계속해서 제 1 노즐(21)로부터 도포액인 포토레지스트액(BL)이 용제(AL)의 뒤를 따라 공급된다. 이로써 포토레지스트액(BL)의 공급에 앞서, 용제(AL)에 의해 웨이퍼(W)로의 포토레지스트액의 도포성이 향상된 상태가 된다.

Description

반도체 처리용 도포방법 및 도포장치
본 발명은 반도체 처리용 도포방법 및 도포장치에 관한 것으로서, 특히 반도체 웨이퍼나 LCD기판 등의 피처리기판에 포토레지스트액이나 현상액 등의 도포액을 도포하기 위한 도포방법 및 도포장치에 관한 것이다. 여기에서 반도체 처리는, 반도체 웨이퍼나 LCD기판 등의 피처리기판상에 반도체층, 절연층, 도전층 등을 소정의 패턴으로 형성함으로써 이 피처리기판상에 반도체 디바이스나 반도체 디바이스에 접속되는 배선, 전극 등을 포함하는 구조물을 제조하기 위해 실시되는 각종의 처리를 의미한다.
반도체 디바이스나 LCD의 제조 프로세스에 있어서는, 다양한 장면(場面)으로 도포장치가 사용되고, 그 대표적인 것은 포토레지스트의 도포 및 현상 시스템에 조립되어진 포토레지스트액의 도포장치이다. 포토레지스트액은 반도체 웨이퍼상의 반도체층, 절연층, 도전층을 패턴 에칭하는 경우, 대상이 되는 층의 위에 포토레지스트막을 형성하기 위해 도포된다. 포토레지스트막은 소정의 마스크를 통해 노광된 후에 현상되는 것으로, 마스크에 따라 패터닝된다. 다음에, 패터닝된 포토레지스트막이 마스크로서 사용되어 대상층의 에칭이 행해진다.
일본국 특개평 7-8879 호, 특개평 7-8880 호, 특개평 7-80384 호, 특개평 7-80385 호, 특개평 7-80386 호 등의 공보에는, 임의 타입의 포토레지스트액의 도포방법이 개시되어 있다. 이 방법에 있어서는, 피처리기판과, 포토레지스트액을 띠상으로 토출하는 노즐을 포토레지스트액의 띠와 직교하는 방향으로 상대적으로 이동시키는 것에 의해 피처리기판의 한쪽면 전체에 걸쳐 포토레지스트액을 도포한다.
따라서 이 방법에 있어서는 다음과 같은 문제가 있다. 먼저, 포토레지스트액이 피처리기판의 한 쪽방향으로부터 다른쪽방향으로 도포되어가는 과정에서 액중의 용매가 증발하므로 얇은 막을 형성하기 어렵고, 많은 포토레지스트액이 필요하게 된다. 또한 도 8에 도시된 바와 같이, 도포 처리의 개시 및 종료 시점에서 포토레지스트액이 많이 도포되어 균일한 막두께를 형성할 수 없다. 또한 피처리기판의 표면 성질에 의해서는 포토레지스트액과의 도포성이 나쁘고, 균일한 막두께의 형성이나 소량의 액에 의한 처리가 어렵게 된다.
본 발명은 얇은 두께의 도포막을 형성할 수 있고, 또한 도포액의 사용량을 적게 할 수 있는 도포방법 및 그의 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 도포장치를 나타낸 개략사시도.
도 2는 도 1에 도시된 도포장치의 개략구성도.
도 3은 도 1에 도시된 도포장치의 노즐 대기부를 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 도포장치의 요부를 나타낸 개략측면도.
도 5는 도 4에 도시된 구조의 작용을 설명하기 위한 확대도.
도 6a,b는 도포액 및 용제를 공급하기 위한 노즐을 구성하는 이동 빔의 다른 변경예를 나타낸 단면도.
도 7은 도 1에 도시된 도포장치를 조립한 도포 및 현상 처리시스템의 전체를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 8은 종래의 포토레지스트막 형성방법에 의한 포토레지스트막 두께의 분포를 나타낸 그래프.
* 도면의 중요부분에 대한 부호의 설명
10: 스핀척12: 컵
14: 모터20: 빔
21,22: 노즐21a,22a: 슬릿
23,24: 튜브25,26,71: 탱크
27,28: 제 1, 제 2 실29: 간막이벽
31: 개폐밸브32: 질소가스공급원
33: 유량제어변34: 밸브
35: 기포제거기구36: 필터
37: 유량제어수단38: 볼나사부재
39: 스테핑모터40: 스캔기구
41: 리니어 가이드42: 칼럼
43: 가이드44: 홀더
50: 온도조정기구51: 공급로
52: 순환로53: 순환펌프
54: 서모모듈60: 장치본체
65: 지지부재66: 센서
67: 중앙연산처리장치(CPU)70: 대기부
73: 개구부74: 배스
80: 에어노즐91,92: 제 1, 제 2 처리 블록
93: 인터페이스101: 로더부
102: 브러쉬 세정장치103: 제트수 세정장치
104: 어드히젼 처리장치 105: 냉각처리장치
106: 도포장치108: 가열처리장치
109: 현상처리장치111a,111b: 반송아암
W: 웨이퍼AL,DL: 용제
BL: 도포액(포토레지스트액)CL: 온도조정액
본 발명의 제 1 관점은, 피처리기판 상의 피처리영역에 도포액을 도포하기 위한 반도체 처리용 도포방법에 있어서, 상기 기판을 실질적으로 수평으로 지지하기 위한 지지수단에 의해 상기 기판을 지지하면서 상기 기판의 피처리영역에 상기 도포액의 용제를 용제공급구로부터 공급하여 상기 기판의 피처리영역에 상기 용제를 도포하는 프레 도포공정과, 상기 프레 도포공정 후 상기 지지수단에 의해 지지된 상기 기판과 상기 도포액을 공급하기 위한 도포액 공급구를 제 1 방향으로 상대적으로 이동시키면서 상기 기판의 피처리영역에 상기 도포액 공급구로부터 상기 도포액을 공급하는 것에 의해 상기 피처리영역에 상기 도포액을 도포하는 본 도포공정을 구비한다.
본 발명의 제 2 관점은, 피처리기판 상의 피처리영역에 도포액을 도포하기 위한 반도체 처리용 도포장치에 있어서, 상기 기판을 실질적으로 수평으로 유지하기 위한 지지수단과, 상기 지지수단에 지지된 상기 기판의 피처리영역에 상기 도포액의 용제를 공급하기 위한 용제공급구와, 상기 지지수단에 지지된 상기 기판의 피처리영역에 상기 도포액을 공급하기 위한 도포액공급구와, 상기 지지수단에 의해 지지된 상기 기판과 상기 도포액공급구를 제 1 방향으로 상대적으로 이동시키기 위한 제 1 이동수단을 구비한다.
이하, 본 발명에 따른 반도체 처리용 도포방법 및 도포장치를 첨부도면에 의하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 도포장치를 나타낸 개략사시도이고, 이 도포장치는 반도체 웨이퍼(W)에 포토레지스트액을 도포하기 위한 장치로 구성된다.
본 도포장치는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 피처리기판인 반도체 웨이퍼(W)를 수평상태로 진공에 의하여 흡착유지하는 유지수단, 예를 들면 스핀척(10)을 갖는다. 스핀척(10)의 위쪽에는 이동 빔(20)이 배치되고, 이것은 스캔기구(40)에 의하여 웨이퍼(W)의 일단부로부터 타단부에 걸쳐 X방향으로 이동된다. 이동 빔(20)은 포토레지스트액, 즉 도포액(BL)을 공급하기 위한 제 1 노즐(21)과, 포토레지스트액의 용제(AL)를 공급하기 위한 제 2 노즐을 일체로 구성한 부재이다. 제 1 및 제 2 노즐(21,22)은 각각 도포액(BL)의 탱크(25) 및 용제(AL)의 탱크(26)에 접속된다.
보다 구체적으로는, 스핀척(10)은 컵(12)내에 배치됨과 동시에 상자형상의 장치본체(60)의 상부에 수평하게 배치된다. 스핀척(10)의 상면에는 진공장치에 접속된 흡인구(도시하지 않음)가 개구되어 웨이퍼(W)를 스핀척(10)상에 흡착유지할 수 있다. 스핀척(10)은 장치본체(60)내에 배치된 모터(14)에 의하여 수평방향으로 회전되고, 장치본체(60)내에 내장된 승강실린더(도시하지 않음)에 의하여 상하방향으로 이동된다. 또한 스핀척(10)으로부터 이격하여 장치본체(60)상에 이동 빔(20)이 대기하기 위한 대기부(70)가 배치된다.
이동 빔(20)은, 예를 들면 스테인레스강 또는 알루미늄 합금으로 구성된 중공체로 이루어진다. 이동 빔(20)의 내부는 그의 길이방향을 따라서 간막이벽(29)에 의하여 구획되고, 도포처리시의 빔(20)의 이동방향에 있어서 후방에 위치하는 제 1 실(27) 및 전방에 위치하는 제 2 실(28)의 서로 독립된 2개의 실로 나누어진다. 제 1 및 제 2 실(27,28)은 각각 도포액, 즉 포토레지스트액(BL)을 공급하기 위한 제 1 노즐(21) 및 용제(AL)를 공급하기 위한 제 2 노즐(22)의 액저장 기능을 한다.
제 1 실(27)에 연이어 통하고 또한 하방으로 개구되도록 빔(20)의 길이방향, 즉 빔(20)의 이동방향인 X방향과 직각인 Y방향을 따라서 슬릿(21a)이 형성된다. 마찬가지로 제 2 실(28)에 연이어 통하고 또한 하방으로 개구하도록 Y방향을 따라서 슬릿(22a)이 형성된다. 따라서 슬릿(21a,22a)은, 각각 제 1 및 제 2 노즐(21,22)의 토출구로 되고, 이들은 Y방향을 따라 2열로 배열되고 서로 근접시켜 개구한다. 슬릿(21a,22a)은, 용제(AL)가 공급되는 웨이퍼(W)상의 위치가 도포액(BL)이 공급되는 위치보다도 이동 빔(20)의 이동방향의 전방으로 오도록 설정된다.
슬릿(21a,22a)은, 웨이퍼(W) 상의 피처리영역(도포액(BL)을 도포하기 위한 영역)의 Y방향의 폭 전체에 걸쳐 각각 도포액(BL) 및 용제(AL)를 한 번에 공급하도록 길이가 설정되는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는 웨이퍼(W)의 상면 전체를 피처리영역으로 정의할 수 있다.
또한 각 제 1 및 제 2 노즐(21,22)의 토출구는, 슬릿에 대하여 Y방향을 따라 간격을 두고 배열된 다수의 구멍의 열(列)로 구성할 수 있다. 또한 각 제 1 및 제 2 노즐(21,22)의 토출구는 웨이퍼(W) 상의 피처리영역의 Y방향의 폭의 전체에 걸쳐서 각각 도포액(BL) 및 용제(AL)를 한 번에 공급하도록 설정되지만, 이것은 필수적인 것은 아니다. 왜냐하면, 스핀척(10)의 회전에 의해 도포액(BL) 및 용제(AL)를 웨이퍼(W)상에서 확산시킬 수 있기 때문이다. 예를 들어, 각 제 1 및 제 2 노즐(21,22)의 토출구는 짧은 슬롯이나 상하방향으로 연장된 통상의 노즐파이프 1개의 선단개구로 할 수 있다.
이동 빔(20)의 제 1 실(27)은 튜브(23)를 통해 도포액, 즉 포토레지스트액(BL)을 수용하는 탱크(25)에 접속된다. 포토레지스트액은 용매로서 케톤계, 세로솔브계, 에스텔계, 그리콜계, 질소함유계 등의 용제를 함유하고, 용질로서 감광성수지를 함유한다. 이동 빔(20)의 제 2 실은 튜브(24) 및 개폐밸브(31)를 통해 용제(AL)를 수용하는 탱크(26)에 접속된다. 용제(AL)는 도포액인 포토레지스트액(BL)을 용해하는 것이면 어떠한 것이어도 좋지만, 바람직하게는 도포액인 포토레지스트액(BL)에 함유된 용매로 한다.
용제(AL)를 수용하는 탱크(26)는 유량제어변(33)을 통하여 질소(N2)가스공급원(32)에 접속된다. 탱크(26)내의 용제(AL)가 소정량만 웨이퍼(W) 상에 공급되도록 유량제어변(33)에 의하여 N2가스 유량이 제어되고, 탱크(26)에 대한 가압이 조절된다. 유량제어변(33)의 동작은 미리 설정된 프로그램에 의거하여 컴퓨터에 의해 자동적으로 제어된다.
제 2 튜브(23)와 도포액(BL)의 탱크(25)와의 사이에는 에어 오퍼레이션밸브(34), 도포액(BL) 중의 기포를 분리제거하기 위한 기포제거기구(35), 필터(36) 및 벨로즈펌프와 같은 유량제어수단(37)이 차례로 배설된다. 유량제어수단(37)은 구동부에 의해 제어된 상태에서 신축가능하고, 소정량의 도포액(BL)을 제 1 노즐(21)에 보낸다. 제 1 노즐(21)은 유량제어수단(37)으로부터의 소정량의 포토레지스트액을 도포액으로 웨이퍼(W) 중심부에 공급, 예를 들면 물방울 상태로 떨어뜨린다.
유량제어수단(37)은 종래보다도 적은량의 포토레지스트액의 공급량을 제어할 수 있다. 유량제어수단(37)의 구동부는, 일단이 유량제어수단(37)에 장착된 나사와, 이 나사에 나사맞춤된 너트로 이루어지는 볼나사부재(38)를 갖는다. 볼나사부재(38)는, 그 너트를 회전시키는 것에 의해 나사를 직선운동시키는 서보기구를 갖는 서보모터 또는 스테핑모터(39)에 의해 구동된다.
상기의 포토레지스트액, 즉 도포액 공급계에 있어서, 도포액(BL)의 토출시간은 유량제어수단(37)의 스테핑모터(39)의 구동시간에 의하여 제어된다. 또한 도포액(BL)의 토출량은 유량제어수단(37)의 구동동작, 예를 들면 구동시간 및 구동속도와, 도포액 공급로를 개폐하기 위한 밸브(34)의 개폐동작(ON-OFF 동작)에 의하여 설정된다. 유량제어수단(37)의 구동시간의 설정 및 밸브(34)의 ON-OFF동작은, 미리 설정된 프로그램에 의거하여 컴퓨터에 의해 자동적으로 제어된다.
도포액(BL)의 토출시간의 제어는 제 1 노즐(21)에 설치된 가변 오리피스(도시하지 않음)의 개폐동작에 의하여 행하여도 가능하다. 또한 도포액(BL)의 공급은 탱크(25)를 N2가스로 가압하는 것에 의하여 행할 수 있다. 이 때 유량제어수단(37)을 이용하지 않고, N2가스의 가압량의 조정에 의하여 도포액(BL)의 토출시간을 제어하는 것이 가능하게 된다.
도포액(BL) 및 용제(AL)를 미리 설정된 온도, 예를 들면 23℃로 설정하기 위해 각각의 공급라인에 온도조정기구(50)가 구비되어 있다. 구체적으로는, 온도조정기구(50)는 도 2에 가상선으로 나타낸 바와 같이 제 1 및 제 2 튜브(23,24)를 포위하도록 배설된 온도조정액(CL), 예를 들면 항온수의 공급로(51)를 갖는다. 공급로(51)의 양측 단부에 순환로(52)의 양측이 각각 접속되고, 순환로(52)에 순환펌프(53), 온도조정액(CL)을 일정온도로 유지하기 위한 서모모듈(54)이 배설된다. 온도조정기구(50)에 의해 제 1 및 제 2 튜브(23,24) 내로 흐르는 도포액(BL) 및 용제(AL)를 소정온도, 예를 들면 약 23℃로 유지할 수 있다.
노즐 대기부(70)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 노즐(21)의 앞끝단이 건조되는 것을 방지하기 위해 신너 등의 용제(DL)를 수용하는 탱크(71)가 배설된다. 또한 탱크(71)에 대신하여 도 3에 가상선으로 나타낸 바와 같이 제 1 및 제 2 노즐(21,22)의 하부가 삽입가능한 개구부(73)을 갖는 배스(74)를 사용할 수도 있다. 또한 제 1 노즐(21)의 앞끝단을 세정하기 위해 탱크(71) 또는 배스(74)내에 용제(DL)를 상방으로 향하여 분출하는 부재(도시하지 않음)를 배치할 수 있다.
스캔기구(40)는 장치본체(60)의 외측면을 따라 설치된 리니어 가이드(41)를 따라서 화살표 X방향으로 이동가능한 컬럼(42)을 갖는다. 컬럼(42)에는 수직방향으로 설치된 가이드(43)에 따라서 상하방향(Z방향)으로 이동가능하게 홀더(44)가 배치된다. 이동 빔(20), 즉 제 1 및 제 2 노즐(21,22)은 홀더(44)에 의하여 하단부의 슬릿(21a,22a)이 수평으로 지지된다. 리니어 구동기구 및 볼나사 등의 승강기구(도시하지 않음)에 의해 이동 빔(20)은, 슬릿(21a,22a)과 직교하는 X방향 및 수직방향으로 이동된다.
다음에, 상기 구성의 도포장치를 이용한 본 발명에 따른 도포방법에 관하여 설명한다.
먼저, 웨이퍼(W)를 반송아암(도시하지 않음)에 의하여 정지한 스핀척(10)상에 이동시키고, 웨이퍼(W)를 진공흡착에 의하여 스핀척(10)상에 올려 놓는다. 한편, 더미 디스펜스에 의해 제 1 노즐(21)의 앞끝단부에 잔유하는 도포액, 즉 포토레지스트액을 탱크(71)내로 토출하여 제거한다. 다음에, 이동 빔(20)을 웨이퍼(W)의 위쪽으로 평행상태를 유지하면서 X방향으로 이송한다. 이 때 웨이퍼(W)상에는 먼저 제 2 노즐(22)로부터 용제(AL)가 공급되고, 계속해서 제 1 노즐(21)로부터 도포액, 즉 포토레지스트액(BL)이 용제(AL)의 뒤를 따라서 공급된다. 이로써 포토레지스트액(BL)의 공급에 앞서 용제(AL)에 의해 웨이퍼(W)의 포토레지스트액에 대하여 소위 도포성이 향상된 상태이므로 웨이퍼(W)상에 포토레지스트액을 얇고 균일한 막두께로 도포할 수 있다. 다음에 포토레지스트액의 막두께의 균일성을 향상시키기 위해 모터(14)의 구동에 의해 스핀척(10)이 웨이퍼(W)와 함께 회전된다.
용제(AL) 및 도포액인 포토레지스트액(BL)을 공급하는 경우, 웨이퍼(W)의 X방향의 양단부에 대하여 용제(AL)의 공급량이 다른 부분에 있어서의 용제(AL)의 공급량보다도 많아지도록 설정할 수 있다. 이것은 도포처리의 개시시 및 종료시에 유량제어변(33)에 의하여 용제(AL)의 공급량을 소정량 증량시키는 것에 의해 행할 수 있다. 이로써 보다 많은 용제(AL)가 도포된 웨이퍼(W)의 X방향의 양단부에 있어서 도포액인 포토레지스트액(BL)의 점도를 낮추어 퍼지기 쉽게 할 수 있다. 이를 위해 도포액(BL)의 액저장이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 웨이퍼(W)의 전면에서 도포액막을 균일한 막두께로할 수 있다. 또한 더미 디스펜스를 행하는 것에 의해 토출초기에 다량으로 토출되기 쉬운 도포액은 폐기되는 것이므로 토출량이 안정한 상태로 도포될 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 도포방법에 있어서는, 웨이퍼(W)상에 도포막을 얇고 균일한 막두께로 형성하기 위해 먼저 용제(AL)를 도포하여 웨이퍼(W)로의 도포 소위 도포성을 향상시킨 후 도포액(BL)을 도포한다. 따라서 개념상으로는 본 발명에 따른 도포방법에는 용제(AL)를 도포하는 프레 도포공정과 도포액(BL)을 도포하는 본 도포공정이 존재한다. 본 실시 형태에 있어서는 프레 도포공정 및 본 도포공정은 상술한 바와 같이 실시기간이 중복되도록 어느 정도 타임래그를 두고 병행하여 행해진다. 그러나 프레 도포공정 및 본 도포공정은 실시기간이 전혀 중복되지 않도록 행하는 것도 가능하다. 도 2에 도시된 도포장치를 사용한 도포방법의 변경예로서는 다음의 (1)∼(3)과 같은 것이 있다.
(1) 용제(AL)를 공급한 후, 웨이퍼(W)를 회전시켜 용제(AL)를 웨이퍼(W) 전면에 확산시킨다. 다음에 이동 빔(20)을 이동시키면서 도포액(BL)을 도포한다. 이 경우, 용제(AL)를 웨이퍼(W)의 중심부에만 공급하도록 할 수 있다.
(2) 상기 (1)에 더하여 도포액(BL)의 도포 후, 다시 웨이퍼(W)를 회전시켜 도포액막을 균일하게 조절한다.
(3) 웨이퍼(W)를 회전시키면서 용제(AL)를 공급한다. 다음에 이동 빔(20)을 이동시키면서 도포액(BL)을 도포한다. 다음에 웨이퍼(W)를 회전시켜 도포액막의 막두께를 조절한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 도포장치의 요부를 나타낸 도면이다. 즉, 상기 실시 형태에서는 제 1 및 제 2 노즐(21,22)을 스핀척(10)상에 일정높이위치로 이동시키고 있다. 이것에 대하여 제 1 및 제 2 노즐(21,22)을 웨이퍼(W)의 요철, 즉 웨이퍼(W)의 수직방향위치에 대응하여 높이위치제어할 수 있다. 이를 위해, 예를 들면 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 모양으로서, 웨이퍼(W)의 표면높이 검출수단으로 하이트 센서(66)를 사용할 수 있다. 센서(66)는 스캔기구(40)의 컬럼(42)으로부터 이동 빔(20)의 전방측으로 돌출형성된 역 L자형상의 지지부재(65)의 하단에 부착되어진다.
센서(66)에 의해 검출되는 웨이퍼(W)상의 위치는, 도포액(BL) 및 용제(AL)가 공급되는 위치보다도 이동 빔(20)의 이동방향의 전방으로 배치된다. 센서(66)에 의해 검출된 웨이퍼(W)의 중앙부분의 X방향에 따른 높이의 측정신호는 제어부, 예를 들면 중앙연산처리장치(67)(CPU)에 전달된다. 이것에 의거하여 CPU(67)로부터 제어신호가 스캔기구(40)의 노즐승강기구(40A)에 보내진다. 이로써 노즐의 스핀척(10)으로부터의 높이(H)가 시시각각 제어되고, 제 1 및 제 2 노즐(21,22)의 하단의 공급구와 웨이퍼(W) 상면의 사이 거리(Gd)가 항상 일정하게 유지된다.
웨이퍼(W)의 높이 검출 및 거리(Gd)의 제어는, 하이트 센서(66)로 점(点)검출형의 것을 사용하여 행할 수 있다. 이 경우, 상기와 같이 웨이퍼(W)의 직경에 따른 위치의 높이만을 검출하여도 좋고, 웨이퍼(W)의 직경에 따른 위치와, 그 양측의 위치의 3점에 대하여 동시에 높이를 검출하며, 그 평균치에 의해 거리(Gd)를 제어하여도 좋다. 또한 하이트 센서(66)로서 라인 센서형의 것을 사용하여 웨이퍼(W)상의 복수점에서 동시에 높이를 검출하고, 이 평균치에 의해 거리(Gd)를 제어할 수 있다.
노즐의 스캔기구(40)와는 별도로 스캔기구에 하이트 센서(66)를 지지시킬 수 있다. 이 때 센서(66)가 단독으로 스캔 가능하므로 웨이퍼(W)의 표면 높이를 도포에 앞서 검출할 수 있다. 또한 웨이퍼(W) 상면을 한 번에 검출가능한 라인 센서형의 센서를 독립시켜 이동가능하게 하고, 이것을 웨이퍼(W)에 대하여 평행이동시켜 웨이퍼(W)의 높이를 검출하여도 좋다. 또한 이동 빔(20)을 Y방향을 따라 각각 독립시켜 높이조정가능한 복수의 부분으로 분할하고, 각 부분마다 거리제어를 가능하게 하여도 좋다.
또한 도 2에 도시된 구조에 있어서는, 제 1 및 제 2 노즐(21,22)이 한 개의 이동 빔(20)으로 일체로 형성된다. 그러나 제 1 및 제 2 노즐(21,22)은 반드시 일체로 형성할 필요는 없고, 별개로 형성하고 근접시켜 배설하여도 좋다. 또한 제 1 노즐(21)의 슬릿(21a)의 근방에 위치하도록 도포액인 포토레지스트액의 상면을 고르게하기 위한 주걱부재 등의 평탄화수단을 배설할 수 있다. 이로써 토출된 포토레지스트액의 상면을 고르게하여 평탄하게 할 수 있고, 또한 막두께의 균일화를 도모할 수 있다. 이 때 주걱부재를 별개로 이동 빔(20)에 부착하여도 좋고, 또는 이동 빔(20)과 일체로 형성하여도 가능하다.
또한 도 2에 도시된 구조에 있어서는, 용제(AL)와 포토레지스트액(BL)을 별도로 토출하였지만, 포토레지스트액(BL)과 용제(AL)를 노즐내에서 혼합하고나서 토출할 수도 있다. 예를 들면 도 6a에 도시된 바와 같이 제 1 노즐(21)의 슬릿(21a)의 도중에 제 2 노즐(22)의 슬릿(22a)을 연통시키고, 공통의 슬릿(20a)으로부터 용제(AL)와 포토레지스트액(BL)을 토출시킨다. 이로써 포토레지스트액(BL)의 점도, 농도 등을 이동 빔(20)내에서 조정할 수 있다.
또한, 도 6b에 도시된 바와 같은 구조를 채용할 수도 있다. 즉, 이동 빔(20)의 하측내부에 제 1 및 제 2 노즐(21,22)의 하단개구를 수용하는 홈부(20b)가 형성된다. 홈부(20b)의 개구(20d)를 포위하도록 홈부(20b)내에 용제저장부(20c)가 형성된다. 용제저장부(20c)내에 제 2 노즐(22)이 삽입 배치된다. 이 구조에 의하면, 용제저장부(20c)에 저장되는 용제(AL)의 증발에 의하여 홈부(20b) 내부가 용제분위기로 되므로 홈부(20b)내에서 포토레지스트액의 점도, 농도 등을 조정하고나서 토출할 수 있다. 더욱이 용제(AL)는 용제저장부(20c)내의 용제(AL)가 오버플로우하여 개구(20d)로부터 흘러나오는 것에 의해 토출된다.
또한 이동 빔(20)의 하단부를 향하여 용제의 증기를 분출시키는 노즐을 설치하고, 웨이퍼(W)와의 대향면 부근을 용제의 증기로 충만한 분위기내에서 포토레지스트액(BL)을 도포하도록 구성할 수 있다. 또한 웨이퍼(W) 상면 전역을 용제의 증기로 충만시킨 상태로 도포처리를 행하도록 구성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 도포장치는, 포토레지스트액에 대하여 현상액의 도포장치에도 적용할 수 있다. 이 경우, 도포액(BL)이 현상액으로 되고, 용제(AL)가 물로 된다. 즉, 먼저 용제(AL)인 물을 도포하여 웨이퍼(W)로 현상액의 소위 도포성을 향상시킨 후 도포액(BL)인 현상액을 도포하는 것에 의해 웨이퍼(W) 상에 현상액을 균일하게 도포할 수 있다. 또한 현상액의 도포장치에 있어서는, 현상액의 도포후, 웨이퍼(W)의 표면을 건조시키는 기구가 필요하다. 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(W)의 지지수단으로 스핀척(10)을 채용하는 경우, 이 건조공정은 웨이퍼(W)를 스핀척(10)에 의하여 고속회전시키는 것에 의해 소위 스핀건조로 행할 수 있다. 이것에 대신하여 도 2에 가상선으로 나타낸 바와 같이 이동 빔(20)의 전길이를 따라서 분출구를 갖는 에어노즐(80)을 이동 빔(20) 상에 배설하여 사용할 수 있다. 이 경우, 상술한 바와 같이 먼저 도포공정을 행한 후, 다시 이동 빔(20)을 웨이퍼(W)의 상방에서 X방향으로 이동하면서 에어를 웨이퍼(W)의 전면에 걸쳐 불어 준다. 이로 인해 소위 에어 나이프건조에 의해 웨이퍼(W)의 표면을 건조시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따른 도포장치는, 반도체 웨이퍼나 LCD기판에 포토레지스트나 현상액을 도포하는 장치로서 단독으로 사용되는 다른 도 7에 도시된 도포 및 현상 처리시스템에 조립하여 사용할 수도 있다.
도 7에 도시된 도포 및 현상 처리시스템은, 로더부(101)와, 로더부(101)에 인접하는 제 1 처리 블록(91)과, 제 1 처리 블록(91)에 인터페이스부(93)를 통하여 접속된 제 2 처리 블록(92)을 갖는다. 로더부(101)는 피처리기판으로서의 반도체 웨이퍼(W)를 반입 및 반출하기 위해 사용된다.
제 1 처리 블록(91)에는 로더부(101)에 인접하여 웨이퍼(W)를 브러쉬 세정하기 위한 브러쉬 세정장치(102)가 배설된다. 브러쉬 세정장치(102)에 나란하게 웨이퍼(W)를 고압 제트수로 세정하기 위한 제트수 세정장치(103)가 배설된다. 또한 제트수 세정장치(103)에 나란하게 웨이퍼(W) 표면을 소수화처리하기 위한 어드히젼 처리장치(104)가 배설된다. 어드히젼 처리장치(104)의 아래에는 웨이퍼(W)를 소정온도로 냉각하기 위한 냉각처리장치(105)가 배설된다. 또한 장치(102,103,104,105)와 웨이퍼 반송로를 사이에 두고 대향하도록 포토레지스트 도포장치(106)가 배설된다. 포토레지스트 도포장치(106)는 웨이퍼(W)의 가장자리부의 불필요한 포토레지스트막을 제거하기 위한 도포막제거기구를 갖는다. 포토레지스트 도포장치(106)의 도포기구는, 도 1 ∼ 도 3을 참조하여 설명한 구조를 갖는다. 웨이퍼 반송로에는 웨이퍼 반송아암(111a)이 주행가능하게 배설된다.
제 2 처리 블록(92)에는 포토레지스트 도포의 전후로 웨이퍼(W)를 가열하여 프리 베이크 및 포스트 베이크를 행하기 위한 가열처리장치(108)가 배설된다. 또한 가열처리장치(108)와 웨이퍼 반송로를 사이에 두고 대향하도록 노광된 웨이퍼(W)를 현상처리하고 현상후의 포토레지스트 패턴을 린스 처리하기 위한 기능을 구비한 현상 처리장치(109)가 배설된다. 웨이퍼 반송로에는 웨이퍼 반송아암(111b)이 주행가능하게 배설된다. 제 2 처리 블록(92)의 맞은편에는 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(W) 상의 각 칩에 회로 패턴을 투영하기 위한 노광장치(도시하지 않음)가 배설된다.
이 도포 및 현상 처리시스템에 있어서, 미처리의 웨이퍼(W)는 로더부(101)로부터 웨이퍼 반송아암(111a)에 주고 받으며, 브러쉬 세정장치(102) 내에 반송된다. 브러쉬 세정장치(102) 내에 브러쉬 세정된 웨이퍼(W)는 계속하여 제트수 세정장치(103)내에서 소수화처리가 실시된다. 그리고 웨이퍼(W)는 냉각처리장치(105)에서 냉각된 후, 포토레지스트 도포장치(106)에 반송된다. 도포장치(106)에서 웨이퍼(W)상에 상술한 수순으로 포토레지스트액이 도포되고, 도포막이 형성됨과 동시에 웨이퍼(W)의 가장자리부의 불필요한 포토레지스트막이 제거된다. 따라서 이 후에 웨이퍼(W)를 반출할 때에는 가장자리부의 포토레지스트막이 제거된 것이므로 반송아암(111a,111b)에 포토레지스트가 부착되지 않는다.
다음에 이 포토레지스트가 가열처리장치(108)에서 가열되어 베이킹 처리가 실시된 후, 노광장치(도시하지 않음)에서 소정의 패턴이 노광된다. 노광후의 웨이퍼(W)는 현상처리장치(109)내로 반송되어 현상처리된다. 현상액에 의해 현상된 후, 웨이퍼(W)의 현상액이 린스액에 의해 씻기게 되어 현상처리가 종료된다. 현상처리된 처리후의 웨이퍼(W)는 로더부(101)로 카세트(도시하지 않음)에 수용된 후에 반출되어 다음의 처리공정을 향하여 이송된다.
또한 상술한 실시 형태에서는, 본 발명을 반도체 웨이퍼나 LCD기판에 대하여 포토레지스트액이나 현상액을 도포액으로 도포하는 장치에 적용한 경우에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 다른 도포장치에도 적용할 수 있다. 예를 들면 CD 등의 다른 피처리기판에 대하여 도포액을 도포하는 경우나 에레키보드에 그린막을 도포하는 경우에도 적용할 수 있다. 또한 도포액으로서는 폴리이미드계 도포액(PIQ)이나 글래스 성분을 함유하는 도포액(SOG) 등의 도포액도 사용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 피처리기판의 표면에서 도포액의 도포성을 높인 후에 도포액을 공급함으로써 소량의 도포액으로도 겉돌지 않고 균일한 두께로 도포막을 형성할 수 있다. 또한 용제에 대한 적정한 배합비율의 도포액을 공급하여 도포막을 형성할 수 있으며, 도포액의 사용량을 적게할 수 있다. 또한 용제와 도포액과의 접촉 및 혼합에 의해 도포액의 점도를 균일하게 할 수 있다. 또한 도포액중에 거품이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (24)

  1. 피처리기판 상의 피처리영역에 도포액을 도포하기 위한 반도체 처리용 도포방법에 있어서,
    상기 기판을 실질적으로 수평으로 지지하기 위한 지지수단에 의해 상기 기판을 지지하면서 상기 기판의 피처리영역에 상기 도포액의 용제를 용제공급구로부터 공급하여 상기 기판의 피처리영역에 상기 용제를 도포하는 프레 도포공정과,
    상기 프레 도포공정 후 상기 지지수단에 의해 지지된 상기 기판과, 상기 도포액을 공급하기 위한 도포액 공급구를 제 1 방향으로 상대적으로 이동시키면서 상기 기판의 피처리영역에 상기 도포액 공급구로부터 상기 도포액을 공급하는 것에 의해 상기 피처리영역에 상기 도포액을 도포하는 본 도포공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 본 도포공정후, 상기 지지수단에 의해 상기 기판을 수평면내에서 회전시키는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 프레 도포공정과 상기 본 도포공정 사이에서 상기 지지수단에 의해 상기 기판을 수평면내에서 회전시키는 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 프레 도포공정에서, 상기 지지수단에 의해 상기 기판을 수평면내에서 회전시키는 것을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 프레 도포공정에서, 상기 지지수단에 의해 지지된 상기 기판과, 상기 용제공급구를 상대적으로 이동시키면서 상기 용제공급구로부터 상기 기판의 피처리영역에 상기 용제를 공급하는 것에 의해 상기 피처리영역에 상기 용제를 도포하는 것을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 프레 도포공정에서, 상기 기판과 상기 용제공급구를 상기 제 1 방향으로 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 프레 도포공정 및 본 도포공정이 병행하여 실시되고, 여기에서 상기 용제공급구 및 상기 도포액공급구가 일체로 상기 기판에 대하여 상대적으로 이동되며, 상기 기판의 피처리영역에 대하여 상기 용제가 상기 도포액보다도 상기 제 1 방향의 전방에 공급되는 것을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 기판의 피처리영역의 상기 제 1 방향의 양단부에 대한 상기 용제의 공급량이, 다른 부분에서의 상기 용제의 공급량보다도 많아지도록 설정되는 것을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 도포액공급구는, 상기 제 1 방향에 대하여 직각인 상기 피처리영역의 폭 전체에 걸쳐 상기 도포액을 한 번에 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 용제공급구는, 상기 제 1 방향에 대하여 직각인 상기 피처리영역의 폭 전체에 걸쳐 상기 용제를 한 번에 공급하는 것을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포방법.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 용제가 상기 도포액에 함유되는 용제와 실질적으로 동일한 재료로 됨을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포방법.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 본 도포공정에서, 상기 기판의 상기 피처리영역과 상기 도포액공급구의 사이 거리를 일정하게 유지하도록 상기 피처리영역의 수직방향위치를 센서에 의해 검출함과 동시에 검출결과에 의거하여 상기 도포액공급구의 위치를 조절하는 것을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 센서와 상기 도포액공급구가, 함께 상기 기판에 대하여 상대적으로 이동되고, 상기 센서에 의해 검출되는 상기 기판의 피처리영역 상의 위치가, 상기 도포액이 공급되는 위치보다도 상기 제 1 방향의 전방에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포방법.
  14. 피처리기판 상의 피처리영역에 도포액을 도포하기 위한 반도체 처리용 도포장치에 있어서,
    상기 기판을 실질적으로 수평으로 유지하기 위한 지지수단과,
    상기 지지수단에 지지된 상기 기판의 피처리영역에 상기 도포액의 용제를 공급하기 위한 용제공급구와,
    상기 지지수단에 지지된 상기 기판의 피처리영역에 상기 도포액을 공급하기 위한 도포액공급구와,
    상기 지지수단에 의해 지지된 상기 기판과 상기 도포액공급구를 제 1 방향으로 상대적으로 이동시키기 위한 제 1 이동수단을 구비하여 됨을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 지지수단이 상기 기판을 수평면내에서 회전가능 함을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포장치.
  16. 제 14 항에 있어서, 상기 지지수단에 의해 지지된 상기 기판과, 상기 용제공급구를 상대적으로 이동시키기 위한 제 2 이동수단을 구비함을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포장치.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 기판과 상기 용제공급구를 상기 제 1 방향으로 상대적으로 이동하기 위해 상기 제 1 및 제 2 이동수단이 공통의 이동부재를 공유함을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포장치.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 용제공급구 및 상기 도포액공급구가, 상기 이동부재에 의해 함께 상기 기판에 대하여 상대적으로 이동되고, 상기 기판의 피처리영역에 대하여 상기 용제가 상기 도포액보다도 상기 제 1 방향의 전방에 공급됨을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포장치.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 기판의 피처리영역의 상기 제 1 방향의 양단부에 대한 상기 용제의 공급량이, 다른 부분에서의 상기 용제의 공급량보다도 많아지도록 설정하기 위한 수단을 구비함을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포장치.
  20. 제 14 항에 있어서, 상기 도포액공급구는, 상기 제 1 방향에 대하여 직각인 상기 피처리영역의 폭 전체에 걸쳐 상기 도포액을 한 번에 공급하게 됨을 특징으로 반도체 처리용 도포장치.
  21. 제 17 항에 있어서, 상기 용제공급구는, 상기 제 1 방향에 대하여 직각인 상기 피처리영역의 폭 전체에 걸쳐 상기 용제를 한 번에 공급하게 됨을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포장치.
  22. 제 14 항에 있어서, 상기 용제가 상기 도포액에 함유되는 용매와 실질적으로 동일한 재료로 됨을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포장치.
  23. 제 14 항에 있어서, 상기 피처리영역의 수직방향위치를 검출하는 센서와, 상기 기판의 피처리영역과 상기 도포액공급구의 사이 거리를 일정하게 유지하도록 상기 센서의 검출결과에 의거하여 상기 도포액공급구의 위치를 조절하는 수단을 구비함을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포장치.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 센서와 상기 도포액공급구가 함께 상기 기판에 대하여 상대적으로 이동되고, 상기 센서에 의해 검출되는 상기 기판의 피처리영역 상의 위치가 상기 도포액이 공급되는 위치보다도 상기 제 1 방향의 전방에 배치됨을 특징으로 하는 반도체 처리용 도포장치.
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