KR20010032867A - 용제 증기 센서를 구비한 포토레지스트 코팅 공정 제어 - Google Patents

용제 증기 센서를 구비한 포토레지스트 코팅 공정 제어 Download PDF

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KR20010032867A
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로버트 제이. 리차드슨
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Abstract

액체 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 장치(2)는 코팅될 재료(5)를 지지하기 위한 회전 가능한 척(4)를 가진 회전 코팅 쳄버(6)를 구성한다. 분배기(12)는 쳄버 내부로 가스를 도입한다. 용제 증기 및 캐리어 가스 공급은 용제 증기의 0에서 포화 농도까지의 범위내에서 제어된 용제 증기의 수준을 가진 캐리어 가스를 제공한다. 용제 증기 센서(20)는 코팅 쳄버내에 용제 증기 농도에 상응한 신호를 생성하기 위해 코팅 쳄버에 관계하여 설치된다. 제어 수단(20)은 용제 증기 농도 센서에 및 용제 증기와 캐리어 가스 공급 수단에 의해 공급된 캐리어 가스내 용제 증기의 수준을 제어하기 위한 상기 용제 증기와 캐리어 가스 공급 수단에 연결된다.

Description

용제 증기 센서를 구비한 포토레지스트 코팅 공정 제어{PHOTORESIST COATING PROCESS CONTROL WITH SOLVENT VAPOR SENSOR}
집적 회로의 제조는 반도체 웨이퍼의 표면에 대하여 마스크상에 기하학 형상들의 이전(移轉)을 포함한다. 그에 따라, 상기 기하학 형상들에 상응한, 또는 기하학 형상들 사이의 영역에 상응한 반도체 웨이퍼는 계속적으로 에칭된다. 일반적으로 마스크에서 반도체 웨이퍼까지 형상들의 이전은 석판술 방법을 구성한다. 상기는 반도체 웨이퍼에 예비-중합체 용액의 용액 적용을 포함하는 것으로, 상기 예비 중합체는, 예를 들면 자외선, 전자 빔, X-레이 광선, 또는 이온 빔에 노출될 때 반응하는 방사에 민감한 중합체를 형성하기 위해 선택되어진다. 상기 예비-중합체 용액내에 용제는 증발에 의해 제거되고, 및 그 후 얻어진 중합체 피막은 건태(乾太)된다. 상기 피막은 바람직한 기하학 패턴을 지지하는 포토마스크를 통하여 예를 들면, 자외선의 방사에 노출된다. 그 후 감광성 재료내 상들은 발생 용액내 웨이퍼를 담그므로써 나타난다. 노출된 또는 비노출된 영역들은 방사에 민감한 재료의 성질에 의존하여 발생 공정에서 제거되었다. 그 후에, 상기 웨이퍼는 방사에 민감한 재료에 의해 보호되지 않은 영역을 계속 에칭하는 에칭 환경에 놓이게 된다. 상기 에칭 방법에 대한 그들의 저항으로 인하여, 방사에 민감한 재료들은 포토레지스트로써 공지되었고, 및 상기 포토레지스트는 방사에 민감한 중합체 및 그들의 예비-중합체를 나타내기 위해 사용되었다.
포토레지스트 예비-중합체 용액의 높은 비용은 기판을 코팅하기 위해 요구된 중합체 용액의 양을 최소화하기 위해서 코팅 공정의 효율성을 개선시키는 방법을 고안하기 위해 바람직할 수 있다. 또한, 포토레지스트 층의 두께 균일함은 집적 회로의 제조에 있어서 중요한 특징이다. 방사가 코팅 위의 마스크를 통하여 집중될 때, 코팅 두께의 변화는 0.25 미크론 라인 폭에 근접한 및 표면위의 보다 적은 라인 폭 크기를 가진 진보된 회로를 위한 반도체 웨이퍼상의 기하학 패턴의 만족스러운 재생산을 확보하기 위해 두드러진 필요성을 얻기 위해 요구된 웨이퍼 전체 표면위의 정확한 초점을 방해한다.
상기 포토레지스트내 용제는 중합체 용액의 점도를 증가시키고 및 얻어진 피막의 평평함을 방해하는 적용동안 증발하는 경향이 있다. 상기는 불균일한 두께를 만든다. 따라서 코팅 공정시 중합체 용액으로부터 용제의 증발 속도를 제어하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명은 유기 포토레지스트 중합체를 구비한 반도체 기판 코팅에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 코팅으로부터 휘발성 용제(solvent) 방출의 개선된 제어로, 휘발성 용제인 유기 중합체의 용액으로 반도체 기판을 코팅하기 위한 개선된 장치 및 방법 에 관한 것이다.
도 1은 회전 코팅 장치 및 그와 관계된 용제 증기 피드백 제어 시스템의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 용제 증기 농도 제어 시스템의 개략도이고,
도 3은 다른 가스 유동 제어 밸브 조립체의 개략도이고,
도 4는 코팅 쳄버로 유동하는 캐리어 가스내 제어된 용제 증기 농도를 제공하기 위한 분무기 분사 용제 시스템의 개략도이다.
본 발명 하나의 목적은 웨이퍼에서 웨이퍼로 및 각 웨이퍼의 전체 표면을 가로질러 우수한 코팅 균일함을 이루는 개선된 웨이퍼 코팅 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 코팅시 웨이퍼의 표면 위에서 용제 증기 농도 및 코팅 공정의 용제 제거 단계의 더욱 정확한 제어를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 웨이퍼 표면위에서 증기 농도의 일정한 제어를 위한 시스템, 및 코팅시 각 단계에서 미리 결정된 용제 증기 농도를 유지하기 위해 웨이퍼 표면 위에 제공된 용제 증기 농도 및 공정의 용제 제거 단계를 변화시키는 피드백 제어 시스템을 제공하기 위한 것이다.
요약하면, 액체 중합체를 가진 회전 코팅 표면을 위한 본 발명의 장치는 코팅될 재료를 지지하기 위한 회전 가능한 척을 가진 회전 코팅 쳄버를 구성한다. 분배기는 코팅 쳄버와 연통되고 및 쳄버내부로 가스를 도입하기 위해 설치되어 있다. 용제 증기와 케리어 가스 공급 제어 수단은 분배기와 연통한다. 상기 용제 증기와 케리어 가스 공급은 용제 증기의 0에서 과포화 농도의 범위내에 그 안에 용제 증기의 제어된 수준을 가진 케리어 가스를 제공한다. 용제 증기 센서는 코팅 쳄버내에 용제 증기의 농도 작용인 신호를 생성하기 위해 코팅 쳄버 내부에 설치된다. 상기 제어 수단은 용제 증기 및 케리어 가스 공급 수단에 의해 공급된 케리어 가스내 용제의 증기 수준을 제어하기 위한 용제 증기와 케리어 가스 공급 수단 및 용제 증기 농도 센서에 연결된다.
상기 장치는 코팅될 표면에 일치하여 회전 가능한 척에 인접한 코팅 영역을 포함하고, 및 용제 증기 센서는 분배기와 코팅 영역사이에 설치된다.
상기 용제 증기 및 케리어 가스 공급 수단은 분배기와 연통하는 용제 증기 공급 도관, 분배기와 연통하는 캐리어 가스 공급 도관, 및 분배기에 공급된 도관으로부터 가스의 비율을 제어할 목적으로 용제 증기 공급 도관 및 캐리어 가스 공급도관에 관계하여 설치된 제어 밸브 수단을 구성할 수 있다. 다른 방법으로, 용제 증기 및 캐리어 가스 공급 수단은 분배기 및 용제 증기 공급 도관과 캐리어 가스 공급 도관과 연통하는 가스 공급 분기관을 구성하는 것으로, 여기에서 제어 밸브 수단은 분배기에 공급된 도관으로부터 가스의 비율을 제어하기 위한 분기관, 용제 증기 공급 도관 및 캐리어 가스 공급 도관에 관계하여 설치된다.
상기 분기관은 유입구를 구비할 수 있고, 용제 증기 공급 도관 및 캐리어 가스 공급 도관은 유출구를 구비할 수 있고, 및 제어 밸브 수단은 각각의 유출구로부터 흐름을 동시에 제어하기 위해 설치된 밸브일 수 있다. 다른 방법으로, 용제 증기 공급 도관 및 캐리어 가스 공급 도관은 각각 도관에서 분배기로 흐름을 제어하기 위해 설치된 제어 밸브를 구비할 수 있다.
다른 실시예에서, 상기 용제 증기 및 캐리어 가스 공급 수단은 분배 분기관, 분기관과 연통하는 캐리어 가스 공급 도관, 및 상기 분기관과 연통하는 용제 분무 펌프를 가진 용제 분무기를 포함한다. 상기 제어 수단은 용제 증기 농도 센서와 분기관 내부로 분무기에 의해 분무될 용제의 양을 제어하기 위한 용제 분무 펌프에 연결된다.
다른 방법으로, 용제 증기 및 캐리어 가스 공급 수단은 분배기와 연통하는 캐리어 가스 공급 도관, 및 캐리어 가스 도관과 연통하는 용제 분무 펌프를 가진 용제 분무기를 포함한다. 상기 제어 수단은 용제 증기 농도 센서와 캐리어 가스 공급 도관내부로 분무기에 의해 분무될 용제의 양을 제어하기 위한 용제 분무 펌프에 연결된다.
상기 용제 증기 농도 센서는 용제 증기에 노출되도록 설치된 구성 요소를 포함하는 것으로, 상기 구성 요소는 노출된 용제 증기 농도의 작용으로써 변하는 특성을 가진다. 상기 센서는 막(membrane)을 포함하고, 진동 주파수는 노출된 용제 증기 농도의 작용에 따라 변하고, 상기는 표면을 포함하고, 전기 특성은 노출된 용제 증기 농도의 작용에 따라 변하고, 또는 상기는 용제 증기 농도의 작용인 음향 특성을 감지할 수 있다. 상기 센서는 용제 증기에 시각적으로 노출된 광학 검출기, 용제 증기 농도의 작용인 용제의 광학 특성을 감지하는 광학 검출기를 포함한다. 상기 광학 검출기는 용제 증기 농도의 작용으로써 변하는 극성 변화 특성과 같은 용제 증기의 특별한 특성을 측정하는 분광 광도계를 포함할 수 있다.
휘발성 용제 분위기에서 중합체를 가진 표면을 회전 코팅하기 위한 본 발명의 방법은, 코팅이 휘발성 용제의 제어된 농도를 가진 캐리어 가스의 흐름에 적용되고, 코팅 쳄버내에 코팅될 표면에 중합체를 적용하는 단계, 코팅 쳄버를 통한 캐리어 가스 및 액상 중합체를 위한 휘발성 용제의 농도를 가진 캐리어 가스를 관통시키는 단계, 캐리어 가스가 쳄버를 통하여 관통할 때, 중합체로 코팅된 표면 근처에 설치된 용제 증기 농도 센서의 수단에 의해 캐리어 가스내 휘발성 용제의 농도의 작용인 신호를 발생하는 단계, 및 쳄버를 통하여 관통하는 제어 가스내에 휘발성 용제의 바람직한 농도를 생성하기 위해 신호에 응답하여 캐리어 가스에 휘발성 용제의 양을 첨가하는 단계를 구성한다.
상기 휘발성 용제는 용제가 없는 캐리어 가스의 첫 번째 가스 흐름과 제어된 농도로 용제 증기를 함유하는 두 번째 가스 흐름을 서로 혼합하므로써 캐리어 가스에 첨가될 수 있고, 상기 첫 번째 및 두 번째 가스 흐름은 용제 증기의 제어된 농도를 가진 캐리어 가스를 생산하기 위해 요구된 비율로 혼합된다. 제어된 양의 용제는 제어된 농도의 용제 증기를 가진 캐리어 가스를 생산하기 위해 캐리어 가스내에 분무될 수 있다.
상기 쳄버를 관통하는 캐리어 가스 통로내에 설치된 용제 증기 농도 센서는 노출된 용제 증기 농도의 작용으로써 변하는 특성을 가진 용제 증기에 노출되기 위해 설치된 센서 구성 요소를 포함할 수 있다. 상기 센서는 상기 기능을 제공하는 어떠한 센서 능력을 가질 수 있다. 바람직한 센서는 용제 농도로 공진 주파수를 변회시키고 및 용제 농도에 비례한 신호를 생산하는 음향 센서를 포함한다.
상기 센서는 얇은 막, 노출된 용제 증기 농도의 작용으로써 변하는 진동 주파수를 포함할 수 있고, 상기는 표면, 노출된 용제 증기 농도의 기능으로써 변하는 전기 특성을 포함할 수 있고, 또는 상기는 용제 증기 농도의 작용인 음향 특성을 감지할 수 있다. 상기 센서는 용제 증기에 시각적으로 노출된 광학 검출기, 용제 증기 농도의 작용인 용제의 광학 특성을 감지하는 광학 검출기를 포함한다. 상기 광학 검출기는 용제 증기 농도의 작용으로써 변하는 극성 변이 특성과 같은 용제 증기의 특별한 특성을 측정하는 분광 광도계를 포함할 수 있다.
점도 제어의 힘은 회전 코팅 공정동안 포토레지스트 층과 주변 대기사이에 휘발성 물질 교환에 의해 영향을 받고, 즉, 피막내에 용제 분자들은 계속 남아 있고 및 대기내에 용제 분자들은 피막에 의해 계속적으로 흡수된다. 추가로, 약간의 상업용 포토레지스트들은 하나 이상의 용제 종류를 포함하는 것으로 그들 각각은 자신의 다른 증기 압력 프로파일을 가진다.
용제 교환 포토레지스트 피막의 점도 변화 및 표면 인장때문에, 중합체 피막을 웨이퍼 표면위에 펼칠 때 우수한 극성이 빠르게 조절될 수 있고, 정확하고 및 재생산 가능한 시간 프로파일 용제 조절 분위기 성분 제어를 요구한다. 웨이퍼를 가로지르고 및 웨이퍼에서 웨이퍼까지의 코팅 두께 제어는 옹스트롬(angstrom)으로 측정된다. 상기 공정은 정적 상태가 아닌 동적 상태이다. 용제 증기 성분내에 응하는 조절 및 제어는 반도체 장치의 다음 발생에 의해 요구된 정확한 코팅을 위해 필요한 용제 증기 농도/시간 프로파일을 설립하고 및 재생산하기 위한 두 번째의 마찰내에서 요구된다. 상기 필요 사항은 단순한 사용, 용제 포화 분위기 시스템 또는 단순히 제공을 위해 설계된 시스템, 일정한 대기 용제 농도로 만족될 수 없다.
증기내 정확한 용제 농도 및 각각의 증기 압력은 제어로 인한 모든 형태들의 결합을 사용하므로써 회전 코팅 공정시 일정한 제어 상태에 놓인다. 계류중인 1995년 12월 1이에 출원된 미국 특허 제 08/566,227호는 기판위의 대기에서 용제 증기의 조절을 제공하기 위해 가스 흐름의 혼합물을 도입하기 위한 능력을 가진 장치, 하나의 용제-베어링 흐름 및 다른 용제가 없는 흐름을 기술하고 있다. 상기는 요구된 바람직한 용제 증기 수준을 예상하는 예측 모델을 바탕으로 코팅 작업 동안 정확한 용제 증기 프로파일을 도입하기 위한 시스템을 제공한다. 그러나, 상기는 즉각적인 웨이퍼 상의 코팅에서 용제 증기 혼합물까지 가변성 용제 증착의 정확한 공헌도를 고려하지 않았다.
본 발명은 웨이퍼 표면위에 용제 증기 농도를 측정하고 및 바람직한 용제 증기 농도를 성취하기 위해 유입되는 용제 증기 농도의 조절을 제공하기 위해 가스 흐름 혼합물 센서와 피드백 시스템을 결합하고, 상기 피드백 회로는 예측 모델에 의해 요구된 정확한 용제 증기 농도의 웨이퍼 표면을 제공하기 위한 용제 포화 가스와 용제가 없는 가스의 비율을 제어한다. 상기는 웨이퍼의 표면에 용제 증기의 제어를 위해 정확한 훨신 높은 수준을 제공한다.
상기 제어는 본 발명전에 성취되지 않은 우수성, 높은 재생산 결과를 만들기 위한 웨이퍼에 대한 웨이퍼를 재생산할 수 있다. 상기 기술에 의해 용제 증기 농도를 일정하고 및 빠르게 변화시키기 위한 동적 능력은 본 발명의 중대한 양상이고 및 기록된 종래 기술의 공정에서 나타나지 않았다.
도 1은 회전 코팅 장치 및 그와 관계된 용제 증기 피드백 제어 시스템의 개략도이다. 상기 장치(2)는 회전 코팅 하우징(6)내에 장착되고 및 웨이퍼(5)를 지지하는 회전 가능한 지지 척(4)을 구성한다. 상기 척(4)은 하우징(6)내 개구부(10)를 통하여 관통하는 축(8)위에 장착되어 있다. 상기 하우징(6)은 용제 증기 및 캐리어 가스 공급 분기관 및 분배기(12)를 포함한다. 분배기(12)는 비용제 가스의 혼합물 및 웨이퍼(5)위의 하우징(6) 내부로 관통될 용제의 어떠한 농도를 구성하는 제어 가스를 도입한다.
가스는 그것과 함께 연통하는 가스와 용제 공급 도관(14)으로부터 분기관 (12) 내부로 공급된다. 공기 또는 질소 가스와 같은 건조한 용제가 없는 가스는 용제가 없는 가스 도관(16)에 의해 공급된다.
유동 제어 밸브(20)를 가진 캐리어 가스 공급 도관(18)은 버블러 쳄버 (bubbler chamber)(24)내에 대량의 용제(28)내에 잠겨진 버블러(26)와 연통한다. 용제 증기 포화 가스 흐름은 밸브 콘트롤러(22)를 가진 유입 제어 밸브(20)을 통한 가스 공급 도관(18)에서 버블러(26)를 가진 버블러 쳄버(24)로 가스를 통과시키므로써 준비되는 것으로, 상기 가스는 용제를 위한 온도 설정에서 용제 포화 가스로써 만들어진 용제(28)을 통하여 상향으로 통과한다. 상기 실시예에서 버블러(26)는 가스가 액체 용제(28)를 통하여 관통되는 다공성 유리 원료일 수 있다. 유출 도관 (30)은 용제 포화 가스의 수용을 위한 버블러 쳄버(24)와 연통한다. 용제 증기로 포화된 가스들은 도관(30)을 통하여 쳄버(24)로부터 제거된다. 쳄버(24)는 증기내 용제 농도에 상응한 신호를 발생하는 용제 증기 센서(32)를 구비한다. 버블러 쳄버 (24)는 가열/냉각 코일(36)을 포함한 온도 제어 재킷(34) 또는 용제(28)의 온도를 변화하고 유지시키기 위한 유사한 종래 수단에 의해 둘러싸여진다. 상기 가스 공급 도관(18)은 설정 온도로 유입 가스의 온도를 제어하는 선택적으로 가열기 또는 열 교환기를 구비한다.
도관(16)으로 부터 용제가 없는 가스 흐름 및 도관(30)으로부터 용제 포화 가스의 유동은 용제가 없는 가스 흐름 제어 밸브(38) 및 용제 포화 가스 제어 밸브 (40)로 제어된다. 밸브들(38 및 40)은 종래 원격 조작 제어밸브, 예를 들면 다량 유동 제어기와 같은 어떠한 표준이 될 수 있다. 각각의 밸브들(38 및 40)의 상태를 제어하므로써, 각각의 통로(16 및 30)는 독립적으로 전체 폐쇄 상태(도시된 밸브 38과 같이)에서 완전히 개방 상태(도시된 밸브 40과 같이)로 변할 수 있다. 상기 방법에서, 분기관(12)으로 공급된 가스 흐름은 완전히 개방 밸브(38) 및 폐쇄 밸브 (40)을 가진 도관(16)으로부터 공급된 용제가 없는 흐름에서, 폐쇄 밸브(38) 및 개방 밸브(40)을 가진 도관으로부터 용제 증기로 과포화된 흐름으로 변할 수 있다. 또는, 상기 밸브들(38 및 40)은 캐리어 가스 흐름내 0 퍼센트 용제에서 충분히 포화된 용제 증기로 충분한 범위의 용제 증기 농도를 제공하기 위해 어떠한 결합 상태로 개방될 수 있다.
버블러(26)에 의해 공급된 용제 베어링 가스의 온도는 용액(28)의 온도를 제어하는 가열/냉각 코일(36)에 의해 설정 포인트로 유지 또는 제어된다. 다른 방법으로 또는 동시에, 도관(18)에 의해 공급된 유입 가스의 온도는 가열기 또는 열교환기(37)에 의해 상승되거나 낮추어지고 또는 제어될 수 있다. 열은 증발로 인한 열 손실을 보상하기 위해 용제(28)로 공급되어야 한다.
센서(32), 센서 신호 처리 및 제어 출력 발생기(42), 온도 제어기(44)는 도 2에 관계하여 아래에 기술된 것 처럼 연결된다. 센서(32)는 차례로 센서 신호 처리 및 제어 출력 발생기(42)로 신호를 보내고, 설정 온도 포인트로 용지(24) 및 액체 함유물(28)의 온도를 변화시키고 또는 유지하기 위해 가열/냉각 코일(36)로 공급된 에너지 또는 액체를 제어하기 위한 온도 제어기(44)로 제어 신호를 보낸다.
상기 장치들은 웨이퍼(5)의 상부 표면에 포토레지스트 예비 중합체의 용액을 부착하기 위한 분배 헤드(46)를 포함한다. 종래 분배 헤드(46)는 웨이퍼의 중심으로 또는 중심에서 가장자리로 표면을 따라, 원심력 작용에 의해 전체 웨이퍼 표면위로 포토레지스트를 펼치는 척(4) 및 웨이퍼(5)의 회전, 및 어떤 과도한 포토레지스트 용액을 외부 가장자리를 벗어나게 하는 회전에 의해 포토레지스트 용액의 흐름을 공급할 수 있다
용제 증기를 함유한 가스 스트림(48)은 흐름 하류내에 통과하고 및 웨이퍼 표면위의 분위기를 제어하기 위해 웨이퍼(5)의 상부 표면을 가로지르고 및 그것에 의해 포토레지스트 코팅으로부터 용제 증발 속도를 제어한다. 가스 유동은 웨이퍼 가강자리 위로, 환상 체널(50) 내부로 및 종래 배개 밸브(54)를 가진 배기 도관 (52)으로 빠르게 흐르게한다. 배기 제어 밸브(54)는 센서 신호 처리 및 제어 출력 발생기(64)에 연결된 밸브 제어기에 연결되고, 도 2에 관계하여 기술된 것 처럼 그에 연결된다. 환상 체널(50)의 바닥은 포토레지스트 배수 도관(60)으로 안내하는 환상 배수 체널(58)을 형성한다.
하나 이상의 용제 농도 센서(62)는 코팅 쳄버내 용제 농도를 결정하기 위해 설치된다. 바람직한 센서 위치는 도시된 것 처럼 웨이퍼(5) 표면 바로 위이지만, 센서(62)는 웨이퍼 표면을 떠나고 및 안내하는 가스 흐름(48)내에 설치된다. 상기 센서(62)는 도 2에 기술된 것 처럼, 제어기(64)에 연결된다. 상기 제어기(64)는 밸브(38 및 40)에 연결되는 밸브 다량 유동 제어기(MFC)(66)에 연결되고, 상기 연결은 도 2에 더욱 상세히 나타내어졌다.
일반적인 공정에서, 반도체 웨이퍼(5)는 척(4)과 웨이퍼(5) 사이에 설립된 진공과 같은 어떠한 표준 방법을 사용하여 척(4)에 확보된다. 하우징에 대한 웨이퍼 이송 도어(미도시)는 그 후에 폐쇄된다. 하우징(6)은 쳄버를 깨끗하게 하기 위해 도관(16)으로부터 건조한 용제가 없는 가스로 깨끗하게 된다. 미리 결정된 용제 증기의 농도를 가진 제어 가스는 도관(16 및 30)으로부터 가스의 적정 비율을 설립하기 위해 밸브(38 및 40)의 조절에 의해 형성된다. 예를 들면, 만약 완전한 용제 포화가 바람직하다면, 밸브(38)는 폐쇄될 수 있고 및 밸브(40)는 도관(30)으로부터 용제 포화 가스의 흐름을 도입하기 위해 개방될 수 있다.
제어 가스의 용제 농도는 센서(62)에 의해 측정되고, 및 조절은 센서 신호 처리 및 제어 출력 발전기(64)와 다량 유동 제어기(66)을 사용하여 연속 피드백 시스템내에 유입 가스 흐름(48)내 용제의 설정 높이를 변경하고 또는 유지하기 위해 요구된 것 처럼 밸브(38 및 40)로 이루어진다.
캐리어 가스내 용제의 수준은 용매(28)의 온도를 높이고 또는 낮추므로써, 및 선택적으로 상기 온도에서 충분한 포화로 바람직한 용제의 퍼센트를 만드는 온도 수준으로 도관(18)에서 유입 가스 흐름에 의해 조절된다. 상기 용매 농도는 센서(32)에 의해 조절되고, 및 센서 신호 처리와 제어 출력 발전기(42), 온도 제어기 (44) 및 그에 연결된 캐리어 가스 공급 밸브 제어기(22)의 작동에 의해 신호는 용액(28)의 온도 및/또는 도관(18)으로부터 유입 가스를 조절하기 위해 사용된다.
웨이퍼(5) 위로 포토레지스트의 층을 증착하기 위해, 중합체 용액은 분배 헤드(46)를 통하여 웨이퍼(5)의 표면을 가로질러 공급된다. 상기는 웨이퍼(5)가 비교적으로 낮은 속도로 회전하는 동안 노즐 또는 웨이퍼 표면위의 유사한 분배기(미도시)로부터 연속 흐름내 중합체 용액을 분배하므로써 성취된다. 바람직한 실시예에서, 상기 노즐은 실질적으로 웨이퍼(5)를 방사상으로 가로질러 이동된다. 다른 방법으로, 용액은 기판의 중심에서 분배되고, 또는 많은 노즐이 사용될 수 있다. 웨이퍼(5)의 회전 속도, 노즐의 이동, 및 중합체 용액이 분배되는 속도를 조절하므로써, 적당한 용액의 분배가 조절될 수 있다. 다른 방법으로, 상기 중합체 용액은 피막 압출기의 수단에 의해 웨이퍼 위로 증착된다.
용제 증기 센서(32 및 62)는 캐리어 가스내 용제의 비율에 관계한 기능을 가진 신호를 발생할 수 있는 어떠한 센서일 수 있다. 한 종류의 적당한 화학적 증기 센서는 용제 흡수 막 또는 판을 가진 동조 감지 마이크로전자기 시스템이고, 상기 막의 동조 주파수는 증기내 용제 증기 농도의 작용이다. 상기 종류 센서의 일례는 버클리 마이크로인스트루먼트사(Richmond, CA)의 모델 BMC200이다. 상기 전자 장치는 센서를 지지하고 및 중심 제어기로 센서 데이타를 전송한다. 본 발명에서 사용하기 위한 적당한 센서의 다른 일례는 여기에 참고로 인용된 미국 특허 제 5,485,750, 전체에 기술된 막 시스템이다.
다른 증기 농도 센서들은 전기(예를 들면, 전도성, 임피던스(저항, 정전 용량), 전기 화학, 광전도성), 광학(예를 들면, 흡수작용, 극성 변화), 소리(음향) 및 상기 측정을 위한 종래 장치들을 사용하여 용제 증기를 함유한 가스의 초음파 특성에 의해 용제 농도를 측정한다. 예를 들면, 용제 증기에 대한 재료의 노출에 반응하여 전기 특성에서 변화를 사용한 센서들은 미극 특허 제 3,579,097 호, 제 3,99,122호, 제4,495,793호, 제4,572,900, 제4,584,867호, 제4,636,767호, 제4, 638,286호, 제4,812,221호, 제4,864,462호, 제4,874,500호, 제4,887,455호, 제4,900,405호, 제4,926,156호, 제5,200,633호, 제5,298,738호, 제5,372,785호, 제 5,394,735호, 제5,417,100호 및 제5,448,906호에 기술되었다. 용제 증기 농도에 반응하는 광학 측정 장치들은 예를 들면, 미국 특허 제3,796,887호, 제3,995,960호, 제4,661,320호, 제4,836,012호, 제4,875,357호, 제4,934,816호, 제5,030,009호, 제5,055,688호, 제5,173,749호, 제5,381,010호 및 제5,436,167호에 기술되어 있다. 용제 증기 농도에 반응하는 음파 및 초음파 장치는 미국 특허 제4,312,228호, 제4,895,017호, 제4,932,255호, 제5,189,914호, 제5,221,871호, 제5,235,235호, 제5,343,760호, 제5,571,944 및 제 5,627,323호에 기술되어 있다. 상기 목록된 특허의 전체 내용이 여기에서 참고로 인용되었다.
도 2는 본 발명의 용제 증기 농도 제어 시스템의 개략도이다. 상기 센서 신호 처리 및 제어 출력 발전기(64)는 용제 전달 제어 시스템의 중추이다. 상기 발전기(64)는 코팅 쳄버내 용제 증기 농도에 관한 정보를 수용하기 위한 센서에 연결된 입력부, 및 용제 세튜레이토(saturator)(24)(제어기(22))로 캐리어 가스의 유동을 제어하는 밸브(20) 제어; 용제가 없는 캐리어 가스 및 캐리어 가스(제어기(66)의 흐름 혼합을 만드는 밸브(38 및 40)의 제어; 및 코팅 조립체로부터 배기된 가스의 유동을 제어하는 배기 밸브(54)(제어기(56))의 제어를 위한 밸브 제어기(22, 56 및 66)에 연결된 출력부를 구비한다.
용제 세튜레이터 제어기의 허브는 탱크내 액체 위의 증기내 용제 농도를 나타내는 신호의 수용을 위한 센서(42)에 연결된 입력부, 및 용제 용기(24) 및 열 교환기(37)의 온도를 제어하는 가열/냉각 코일을 위한 온도 제어기(44)에 연결된 출력부를 구비한 센서 신호 처리 및 제어 출력 방전기이다.
도 3은 다른 가스 유동 제어 밸브 조립체의 개략도이다. 상기 다른 형상에서, 용제가 없는 캐리어 가스 공급 도관(68) 및 용제 증기 포화 가스 도관(70)은 도 1에 나타낸 분기관 및 분배기(12)와 같은 분기관 및 분배기와 연통하는 단일 용제 증기를 함유한 가스 공급 도관(72)을 형성하기 위해 결합한다. 중추 밸브(74)는 상기 도관 68을 폐쇄하는 위치에서 도관 70(점선으로 나타냄)을 폐쇄하는 위치까지그의 힌지(76)에 관한 회전을 위해, 또는 가스 공급 도관(68 및 70)의 하나 또는 다른 것을 부분적으로 폐쇄하기 위해 그들 위치 사이에 들어가기 위해 도관(68 및 70)의 연결부에 설치된 힌지(76) 위에 선회한다. 상기 밸브(74)의 위치는 가스 분배기에 공급된 용제 베어링 가스의 비율을 결정한다. 밸브 제어기(78)는 위치 밸브(74)를 위한 스텝 모터 또는 다른 종래 제어 시스템에 연결한다. 밸브 제어기 (78)는 도 1에 나타낸 발전기와 같은 중앙 센서 신호 처리 및 제어 출력 발전기에 라인(79)으로 연결된다.
도 4는 코팅 쳄버로 유동하는 캐리어 가스내 제어된 용제 증기 농도를 제공하기 위한 분무기 분사 용제 시스템의 개략도이다. 상기 실시예에서, 도 1에 나타낸 분배기(12)와 같은 분배기와 연통하는 단지 하나의 캐리어 가스 공급 도관(80)이 필요하다. 도관(80)의 벽에 장착된 분무 주입기(82)는 도관(80)을 통하여 유동하는 캐리어 가스 내부로 용제(84)의 분무된 분사의 제어된 양을 도입하기 위해 도관(80) 내부와 연통하는 출구를 가진다. 상기 분무기(82)는 흡입기의 작동을 위한 캐리어 가스인 압력하에 가스가의 공급되는 가압된 가스 공급 도관(86)에 의해 연결된다. 상기 주입기(82)는 조절 가능한 니들 밸브(needle valve)(90)를 통하여 그에 연결된 용제 펌프(88)에 의해 액체 용제를 공급하고, 상기 펌프는 용제 공급 도관(92)을 통하여 액체 저장기와 연통한다. 상기 펌프 및 주입기는 캐리어 가스 흐름 내부로 용제의 정확하고, 제어된 유동을 효율적으로 전달 가능하게 하는 어떠한 종래 분무기 및 높은 정확성의 유동 제어 펌프일 수 있다. 펌프 제어기(94)는 도 1에 나타낸 발전기(64)와 같은 센서 단일 처리 장치(94) 및 제어 출력 발전기를 가진 라인(96)에 의해 펌프(88)에 연결된다. 상기 분무기(82)는 상기에 기술된 것 처럼, 코팅 쳄버에서 감지된 용제 증발 농도에 응하여 캐리어 가스 흐름내부로 용제의 제어된 양을 제공하기 위해 출력 발전기에 의해 제어되고, 상기에 기술된 실시예를 가진 주요 차이는 용제 및 캐리어 가스 혼합물을 만들기 위해 사용된 시스템이다. 도관(80)내에 선택적인 터뷸런스 혼합기(98)는 그를 통하여 유동하는 캐리어 가스를 통하여 용제 증기를 분산시킨다.
본 발명은 사진 석판술의 영역에서 포토레지스트와 같은 중합체의 회전 코팅을 위해 사용된 공정 쳄버로 용제 농도의 적당한 제어를 제공한다. 본 발명은 작은 형상의 진보된 장치 제조시 사용된 중합체 피막 공정을 위한 게선된 주요 두께 및 균일한 제어를 제공한다.
대부분 유기 용제의 증기압은 용제 형태 및 온도에 강하게 의존한다. 에틸 유산염, 프로필렌 글리콜 모노메틸에테르아세테이트(PGMEA)의 증기압을 위한 온도 민감도는 각각 0.17토르/℃, 0.16토르/℃ 및 9.4토르/℃이다. 결과적으로, 공정 쳄버 내부로 도입된 용제의 농도를 제어하기 위해서, 정확하게 온도를 제어할 필요가 있다. 또한, 쳄버로 전달된 용제 농도는 용제통 내부 액체 높이 위의 헤드 여분 공간의 양에 의존한다. 상기 모든 요소들은 회전 코팅동안 되풀이되는 피막 두께 프로파일의 제품을 가진 심각한 문제를 발생하는 공정 쳄버내부 용제 농도의 제어를 제한한다.
본 발명은 용제 농도를 측정하기 위해 하나 이상의 용제 증기 센서를 사용한다. 센서의 출력은 연산 방법에 의해 실시간에서 제어 다량 유동 제어기를 위해 사용된다. 센서들은 공정 쳄버, 용제 통내에, 및/또는 선택적으로 그들 사이의 어떠한 통로내에 놓인다. 공정 쳄버 내측 용제 농도의 변화를 발생하는 용제 온도 또는 헤드 여분 공간내 어떠한 변화는 처리된 모든 웨이퍼를 위한 일정하고 및 반복가능한 용제 분위기를 확보하기 위해 폐쇄된 루프 형태내 다량 유동 제어기에 의해 보상받을 수 있다. 결정은 공지된 용제의 화학적 특성, 요구된 처리 조건들 및 수적인 모델을 사용한 공정 제어 연산에 의해 행해진다.
본 발명은 코팅 쳄버내에 바람직한 용제 농도를 성취하기 위해 용제를 위한 정확한 온도 제어에 대한 의존도는 감소할 수 있다. 본 발명은 노출된 버블러 시스템 또는 분무기와 결합된 액체 다량 유동 제어기와 같은 용제 증기를 도입하기 위한 다른 시스템에 적용될 수 있는 것으로, 본 발명의 범주에서 고려되어진다. 본 발명은 사용자에게 전체적으로 투명한 공정 쳄버내부 용제 농도 제어를 만든다.
상기는 본 발명이 상기에 기술된 실시예에 제한을 두지 않는 기술내에서 기술된 상기 것들에 대해 쉽게 명백해질 것이다. 다른 형상 및 실시예들이 본 발명의 범위를 벗어남 없이 개발될 수 있고 및 청구항들의 범위내에 포함되도록 의도되어진다.

Claims (25)

  1. 코팅될 재료를 지지하기 위한 회전 가능한 척을 구비한 회전 코팅 쳄버와,
    상기 코팅 쳄버와 연통하고 및 쳄버 내부로 가스를 도입하기 위해 설치된 분배기와,
    용제 증기의 0에서 포화 농도까지의 범위내에서 제어된 용제 증기의 수준을 가진 캐리어 가스를 공급하기 위한 용제 증기 및 캐리어 가스 공급 수단과,
    코팅 쳄버내에 용제 증기 농도의 작용인 신호를 생성하기 위해 코팅 쳄버에 관계하여 설치된 용제 증기 센서와, 및
    용제 증기 농도 센서에 및 용제 증기와 캐리어 가스 공급 수단에 의해 공급된 캐리어 가스내 용제 증기의 수준을 제어하기 위한 상기 용제 증기와 캐리어 가스 공급 수단에 연결된 제어 수단을 구성하는 것을 특징으로 하는 액체 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    코팅될 상기 표면에 일치하여 회전 가능한 척 부근 코팅 영역을 포함하고 및 용제 증기 센서가 분배기와 코팅 영역사이에 설치된 것을 특징으로 하는 액체 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 용제 증기 및 캐리어 가스 공급 수단은
    상기 분배기와 연통하는 용제 증기 공급 도관과,
    상기 분배기와 연통하는 캐리어 가스 공급 도관과, 및
    상기 분배기에 공급된 상기 도관으로부터 가스의 비율을 제어하기 위한 상기 용제 증기 공급 도관 및 상기 캐리어 가스 공급 도관에 관하여 설치된 제어 밸브 수단을 구성하는 것을 특징으로 하는 액체 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 분배기와 및 상기 용제 증기 공급 도관과 캐리어 가스 공급 도관과 연통하는 가스 공급 분기관을 포함하고, 및 제어 밸브 수단이 분배기에 공급된 상기 도관으로부터 가스의 비율을 제어하기 위한 상기 분기관 및 상기 용제 증기 공급 도관과 상기 가스 공급 도관에 관하여 설치된 것을 특징으로 하는 액체 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 분기관은 유입구를 구비하고 및 상기 용제 증기 공급 도관과 상기 캐리어 가스 공급 도관은 유출구를 구비하고, 및 상기 제어 밸브 수단은 상기 유출구 각각으로부터 동시에 유동을 제어하기 위해 설치된 밸브인 것을 특징으로 하는 액체 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    용제 증기 공급 도관과 캐리어 가스 공급 도관 각각은 상기 도관에서 분배기까지 유동 제어를 위해 각각 설치된 제어 밸브를 구비한 것을 특징으로 하는 액체 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 용제 증기와 캐리어 가스 공급 수단은 분배기 분기관, 상기 분기관과 연통하는 캐리어 가스 공급 도관, 및 상기 분기관과 연통하는 용제 분무기 펌프를 가진 용제 분무기를 포함하고,
    상기 제어 수단은 분무기 내부로 상기 분무기에 의해 분무될 용제의 양을 제어하기 위해 상기 용제 분무기 펌프 및 용제 증기 농도 센서에 연결된 것을 특징으로 하는 액체 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 용제 증기 및 상기 캐리어 가스 공급 수단은 상기 분배기와 연통하는 캐리어 가스 공급 도관 및 상기 캐리어 가스 공급 도관과 연통하는 용제 분무기 펌프를 가진 용제 분무기를 포함하고,
    상기 제어 수단은 캐리어 가스 공급 도관 내부로 상기 분무기에 의해 분무될 용제의 양을 제어하기 위해 상기 용제 분무기 펌프 및 용제 증기 농도 센서에 연결된 것을 특징으로 하는 액체 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 용제 증기 농도 센서는 용제 증기에 대한 노출을 위해 설치된 구성 요소를 포함하고 및 상기 구성 요소가 노출되는 상기 용제 증기 농도의 작용으로써 변하는 특성을 구비한 것을 특징으로 하는 액체 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 센서는 막(membrane)을 포함하고, 진동 주파수는 상기 막이 노출되는 용제 증기 농도의 작용에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 액체 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 센서는 표면을 포함하고, 전기 특성은 상기 표면이 노출되는 용제 증기 농도의 작용에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 액체 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 센서는 용제 증기 농도의 기능인 음향학적 특성을 감지하는 것을 특징으로 하는 액체 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 용제 증기에 광학적으로 노출된 광학 감지기, 상기 용제 증기 농도의 작용인 용제의 광학적 특성을 감지하는 광학 감지기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 광학 감지기는 용제 증기 농도의 작용으로써 변하는 용제 증기의 스펙트럼 특성을 측정하는 분광 광도계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 광학 감지기는 용제 증기 농도의 작용인 극성 변화 특성을 측정하는 것을 특징으로 하는 액체 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 장치.
  16. 상기 코팅은 휘발성 용제의 제어된 농도를 가진 캐리어 가스의 흐름내에 적용된 것으로,
    코팅 쳄버에서 코팅될 표면에 상기 중합체를 적용하고,
    액체 중합체를 위한 휘발성 용제의 농도를 가진 캐리어 가스로, 코팅 쳄버를 통하여 캐리어 가스를 관통시키고,
    쳄버를 통하여 관통하는 캐리어 가스내에 설치된 용제 증기 농도 센서를 구비하여, 캐리어 가스내 휘발성 용제의 농도의 작용인 신호를 발생하고,
    상기 쳄버를 통하여 관통하는 제어 가스내 휘발성 용제의 바람직한 농도를 생성하기 위한 신호에 응하여 캐리어 가스에 휘발성 용제의 양을 첨가하는 것을 구성한 휘발성 용제인 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 휘발성 용제는 용제가 없는 캐리어 가스의 첫 번째 가스 흐름과 제어된 농도에 용제 증기를 함유한 두 번째 가스 흐름을 서로 혼합하므로써 캐리어 가스에 첨가하고, 상기 첫 번째 및 두 번째 가스 흐름은 용제 증기의 제어된 농도를 가진 캐리어 가스를 생산하기 위해 요구된 비율로 혼합되는 것을 특징으로 하는 휘발성 용제인 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    제어된 양의 용제는 용제 증기의 제어된 농도를 가진 캐리어 가스를 생산하기 위해 캐리어 가스내에 분무되는 것을 특징으로 하는 휘발성 용제인 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 쳄버를 통하여 관통한 캐리어 가스내에 설치된 용제 증기 농도 센서는 용제 증기에 노출을 위해 설치된 센서 구성 요소를 포함하는 것으로,
    상기 센서 구성 요소는 상기 센서 구성 용소가 노출되는 용제 증기 농도의 작용으로써 변하는 특성을 가지는 것을 특징으로 하는 휘발성 용제인 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 센서는 막(membrane)을 포함하고, 진동 주파수는 상기 막이 노출되는 용제 증기 농도의 작용에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 휘발성 용제인 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 센서는 표면을 포함하고, 전기 특성 상기 표면이 노출되는 용제 증기 농도의 작용에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 휘발성 용제인 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 방법.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 센서는 용제 증기 농도의 작용인 음향학적 특성을 감지하는 것을 특징으로 하는 휘발성 용제인 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 방법.
  23. 제 19 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 용제 증기에 광학적으로 노출된 광학 감지기를 포함하고, 상기 광학 감지기는 용제 증기 농도의 작용인 용제의 광학적 특성을 감지하는 것을 특징으로 하는 휘발성 용제인 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 방법.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 광학 감지기는 용제 증기 농도의 작용에 따라 변하는 용제 증기의 스펙트럼 특성을 측정하는 분광 광도계를 포함하는 것을 특징으로 하는 휘발성 용제인 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 방법.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 광학 감지기는 용제 증기 농도의 작용인 극성 변화 특성을 측정하는 것을 특징으로 하는 휘발성 용제인 중합체로 표면을 회전 코팅하기 위한 방법.
KR10-2000-7006196A 1997-12-08 1998-12-08 용제 증기 농도 센서를 구비한 포토레지스트 코팅 공정 제어 KR100502442B1 (ko)

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