KR20010038006A - 반도체 제조용 회전도포장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 표면에 감광제인 포토레지스트(Photo-Resist)를 도포하는 회전 도포장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 포토레지스트 도포 전에 웨이퍼를 전처리하여 웨이퍼 표면과 도포막간의 결합력을 강화시켜 안정된 도포 공정을 진행시키기 위한 반도체 제조용 회전도포 장치이다.

이를 위해 본 발명인 반도체 제조용 회전도포장치는 웨이퍼가 로딩 및 언로딩되는 로딩 및 언로딩 스테이지와, 로딩 스테이지로부터 로딩되는 웨이퍼 표면을 안정화시키도록 전처리하는 웨이퍼 전처리 챔버부와, 전처리된 웨이퍼가 이송되어 도포막이 도포되는 도포부와, 도포부에서 도포가 완료된 웨이퍼를 소정의 온도로 가열하여 도포막을 경화시키는 베이크부를 포함한다.

Description

반도체 제조용 회전도포장치{A spin coating apparatus}

본 발명은 웨이퍼 노광공정 전에 웨이퍼 표면에 감광제인 포토레지스트(Photo-Resist)를 도포하는 웨이퍼 도포 공정에 사용되는 회전 도포장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 포토레지스트 도포 전에 웨이퍼를 전처리하여 웨이퍼 표면과 도포막간의 결합력을 강화시켜 안정된 도포 공정을 진행시키기 위한 반도체 제조용 회전도포 장치이다.

일반적으로 웨이퍼는 하나의 완성된 반도체 칩으로 제조되기 위해 적층식으로 회로를 형성시켜 나가며 각각의 적층되는 스텝을 레이어(layer)라 하며, 레이어(layer)별로 필요한 패턴을 형성하기 위해 레티클(reticle) 또는 마스크(mask) 등을 사용하여 원하는 패턴을 형성하게 된다.

따라서, 이렇게 패턴을 형성하기 위해서는 도포 공정, 노광 공정, 현상 공정 등을 차례로 진행시켜 형성하게 된다.

여기서, 도포 공정은 용제, 다중체, 감응제로 구성된 감광제인 포토레지스트를 회전하는 웨이퍼 상에 도포한 다음, 포토레지스트의 균일도 유지를 위해 웨이퍼를 쏘프트 베이크(soft bake)로 가열하게 된다.

제 1 도는 이러한 종래의 반도체 제조용 회전 도포장치를 설명하기 위한 도면이다.

이를 참조하면, 회전 도포장치는 웨이퍼가 로딩 및 언로딩되는 로딩 및 언로딩 스테이지(10)(70)가 있으며, 로딩 스테이지(10)에서 웨이퍼가 이송되면 감광제인 포토레지스트를 도포하는 도포부(20)가 있다.

도포부(20)는 제 2 도에 도시된 바와 같이, 미도시된 도포액 분사노즐로부터 웨이퍼 상에 도포액이 분사되어 도포가 이루어지며 도포가 완료된 웨이퍼(25)후면에 불필요하게 도포된 여분의 포토레지스트를 세정하고, 웨이퍼 가장자리 부분에 도포된 여분의 포토레지스트를 세정하기 위한 세정액 분사노즐(24)을 갖는 도포컵(21)이 있다.

여기서, 세정액 분사노즐(24)은 세정액을 웨이퍼 후면 방향으로 분사하며, 세정액으로는 메탄올, 에탄올 등의 휘발성 재질을 사용한다.

도포컵(21) 내부에는 웨이퍼가 로딩스테이지(10)로부터 이송되면 고정시킨 상태에서 회전시키는 회전척(22)이 있으며, 일측으로 세정액 분사노즐(24)을 통해 분사된 세정액으로 세정되는 포토레지스트의 휘발성분을 외부로 제거하기 위한 배기라인(23)이 있다.

그리고, 도포부(20)에서 도포가 완료된 웨이퍼가 이송되어 80~130℃ 정도의 온도로 가열하여 도포된 포토레지스트의 균일도 유지시키는 제 1 및 제 2 베이크부(30)(50)가 있다.

제 1 및 제 2 베이크부(30)(50)는 제 3 도에 도시된 바와 같이, 내부에 가열코일(31)이 내장된 분열판(32)으로 이루어져, 웨이퍼가 분열판(32) 상에 안착되면 가열코일(31)이 발열되어 열을 분열판(32)으로 전달하여 웨이퍼가 가열되도록 되어 있다.

여기서, 제 2 베이크(50)의 웨이퍼 가열온도 및 가열시간은 제 1 베이크(30)에 의한 웨이퍼 가열온도 및 가열시간보다 높게 설정되어 있다.

그리고, 제 1 및 제 2 베이크부(30)(50)사이에서 웨이퍼를 이송시키는 웨이퍼 이송암부(40)가 있다.

또한, 로딩 스테이지(10) 및 언로딩 스테이지(70)와는 별도로 여분의 웨이퍼를 로딩 및 언로딩시키는 보조 로딩 스테이지(70) 및 보조 언로딩 스테이지(80)가 있다.

이러한 구성으로 이루어진 종래의 회전 도포장치를 통한 웨이퍼 회전 도포를 설명한다.

먼저, 웨이퍼가 로딩 스테이지(10)로부터 도포부(20)의 도포컵(21) 내로 이송되어 회전척(22)에 의해 진공 고정되면 미도시된 도포액 공급노즐에서 도포액이 분사되고, 대략 1초 경과 후 회전척(22)은 일정 속도로 회전한다.

회전척(22)에 의해 회전되는 웨이퍼(25)는 원심력을 받아 분사된 도포액이 웨이퍼 에지 방향으로 이동하면서 일정한 두께로 도포된다.

그리고, 도포 완료 후, 세정액 분사노즐(24)로부터 세정액이 웨이퍼 후면으로 분사되어 웨이퍼 후면 세정 및 도포된 웨이퍼 전면 에지의 일부(대략 1㎜)를 에지 린스 처리하여 도포막의 스트레스(stress)에 의해 막이 웨이퍼 전면 에지부터 도포막이 깨지는 것을 방지하게 되고, 에지린스가 끝나면 웨이퍼를 고속으로 회전시켜 여분의 세정액과 휘발성분을 배기관(23)을 통해 외부로 제거하면 웨이퍼 도포가 완료된다.

그리고, 웨이퍼 도포가 완료되면 도포막을 경화하기 위해 웨이퍼를 소정의 가열온도와 가열시간으로 설정되어 있는 제 1 및 제 2 베이크(30)(50)로 이송시켜 웨이퍼를 가열하며, 웨이퍼 이송암(40)을 통해 제 1 및 제 2 베이크(30)(50)사이에서 웨이퍼를 이동시켜 연속적인 웨이퍼 가열이 이루어지게 한다.

그리고, 제 2 베이크(50)에서 웨이퍼 가열이 완료되면 언로딩 스테이지(60)로 웨이퍼를 언로딩시키면 웨이퍼 회전도포 공정이 종료된다.

그러나, 종래의 회전도포 장치는 도포부의 도포컵 내에서 웨이퍼를 도포하는 과정에서 도포 불량이 발생되는데, 도포 불량은 웨이퍼 에지로부터 대략 20㎜ 정도로 도넛 형태로 발생된다.

이러한 도포 불량은 크게 도포컵 내부의 공정 조건과 웨이퍼 표면과 도포액과의 접착력 변화에 의해 발생되는 경우가 대부분이다.

즉, 도포액이 공급되어 회전을 하게 되면 대략 5 초 정도의 시간 경과하면 대부분의 도포액이 박막 형태로 도포가 완료되지만, 웨이퍼 에지부위는 도포컵 내부의 배기 흐름이 집중되므로 웨이퍼 센터부위보다 도포액 내의 용제들이 휘발되어 쉽게 경화된다.

또한, 도포 완료 후 에지 린스를 위해 웨이퍼 후면으로 분사되는 세정액은 도포컵 내부의 온도보다 대략 10℃ 정도 낮은 온도를 가지므로 웨이퍼 에지부위의 도포막 경화를 가속시킨다.

이와 같은 도포컵 내부의 공정조건에 의해 웨이퍼 에지부위에서 경화되는 속도가 증가되거나 도포액의 도포 직전 웨이퍼 표면이 도포막의 슬라이딩 현상을 증가시키는 경향으로 변화하면 경화가 발생된 웨이퍼 에지부위에는 웨이퍼 센터부위로부터 도포막이 미세하게 밀려오면서 경화된 부위에 쌓여 도포막의 두께가 불균일하게 되어 웨이퍼 도포 불량을 초래하게 된다.

여기서, 도포막의 도포직전 웨이퍼 표면이 도포막의 슬라이딩 현상을 증가시키는 경향으로 변화되어 도포막이 유동성을 가지는 경우는 다음과 같은 현상이 발생했을 때이다.

첫째, 웨이퍼 표면이 메탈층 또는 절연층을 증착하는 과정에서 플라즈마 등에 의해 대전되는 경우이다.

둘째, 웨이퍼 카세트 또는 기타 부설물로부터 발생하는 외기에 의해 웨이퍼 표면에 반응기가 포집된 경우이다.

셋째, 웨이퍼 표면이 이물질등의 오염물질에 노출되어 접착력이 약화된 경우이다.

넷째, 도포액 도포 전 웨이퍼의 방치에 따른 표면 장력이 변화된 경우이다.

따라서, 상기와 같은 현상에 의해 도포액의 도포불량이 발생되면 웨이퍼 도포공정의 생산 수율을 현격하게 저하시키는 문제점이 발생된다.

이에 본 발명은 종래 기술의 문제점인 도포막의 슬라이딩 현상을 억제하도록 웨이퍼 표면과 도포액과의 접착력을 증대시켜 도포액의 유동성을 억제시킴으로써 도포막의 두께를 일정하게 유지시켜 도포 공정의 생산 수율을 증대시키는 반도체 제조용 회전도포 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

따라서, 본 발명에 따른 반도체 제조용 회전도포 장치는 상기 목적을 달성하기 위해, 웨이퍼가 로딩 및 언로딩되는 로딩 및 언로딩 스테이지와, 로딩 스테이지로부터 로딩되는 웨이퍼 표면을 안정화시키도록 전처리하는 웨이퍼 전처리 챔버부와, 전처리된 웨이퍼가 이송되어 도포막이 도포되는 도포부와, 도포부에서 도포가 완료된 웨이퍼를 소정의 온도로 가열하여 도포막을 경화시키는 베이크부를 포함한다.

또한, 웨이퍼 전처리 챔버부는 로딩 스테이지로부터 도포부 사이의 웨이퍼 이동경로 상에 설치된 챔버 덮개와, 챔버 덮개의 내부에 설치되어 웨이퍼 이동경로 상의 웨이퍼 전면으로 열을 조사하여 수분 및 용제를 기화시키는 다수의 가열램프와, 챔버 덮개의 내부에 설치되어 가열램프에 의한 웨이퍼의 가열과 동시에 다량의 이온을 발생시켜 웨이퍼 표면을 전기적으로 중화시키는 이온발생기로 이루어진다.

여기서, 가열램프는 적외선광을 방출하도록 하고, 웨이퍼 이동경로에 대해 직교하는 방향으로 양끝단이 챔버 덮개의 내벽면에 고정되도록 한다.

또한, 이온 발생기는 웨이퍼 이동 경로에 대해 직교하는 방향으로 양끝단이 챔버 덮개의 내벽면에 고정되도록 하고, 챔버 덮개에는 상면에 다수개의 흐름공이 형성되어 챔버 덮개 내부에 하향 기류 흐름을 형성하도록 한다.

제 1 도는 종래의 반도체 제조용 회전도포장치의 구성을 설명하기 위한 도면.

제 2 도는 종래의 반도체 제조용 회전도포장치에서 도포부를 설명하기 위한 단면도.

제 3 도는 종래의 반도체 제조용 회전도포장치에서 베이크부를 설명하기 위한 단면도.

제 4 도는 본 발명에 따른 반도체 제조용 회전도포장치의 구성을 설명하기 위한 도면.

제 5 도는 본 발명에 따른 반도체 제조용 회전도포장치의 요부인 웨이퍼 전처리 챔버부를 절단한 상태의 사시도.

제 6 도는 제 5 도의 Ⅵ-Ⅵ 방향 단면도.

■ 도면의 주요부분에 대한 간략한 부호설명 ■

10,70 : 로딩 스테이지 20 : 도포부

30,50 : 베이크부 40 : 이송아암부

60,80 : 언로딩 스테이지 100 : 웨이퍼 전처리 챔버부

106 : 이온 발생기 107 : 적외선 램프

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 제조용 회전도포장치에 대한 바람직한 일실시예를 상세하게 설명한다.

제 3 도는 본 발명에 따른 반도체 제조용 회전도포장치를 설명하기 위한 도면이다.

이를 참조하면, 본 발명에 따른 반도체 제조용 회전도포장치는 종래의 회전 도포장치와 동일하게 로딩 스테이지(10) 및 언로딩 스테이지(60)를 구비하며, 도포부(20), 제 1 및 제 2 베이크부(30)(40)와 웨이퍼 이송암부(40), 보조 로딩 스테이지(70) 및 보조 언로딩 스테이지(80)를 구비한다.

그리고, 로딩 스테이지(10)와 도포부(20)사이에 웨이퍼 표면과 도포막간의 결합력을 약화시켜주는 표면의 변화요인, 즉, 대전 및 반응기에 의해 웨이퍼 표면 오염, 을 웨이퍼 도포 전에 미리 제거하여 웨이퍼 표면을 안정화시키기 위한 웨이퍼 전처리 챔버부(100)를 구비한다.

여기서, 로딩 스테이지(10) 및 언로딩 스테이지(60), 도포부(20), 제 1 및 제 2 베이크부(30)(40)와 웨이퍼 이송암부(40), 보조 로딩 스테이지(70) 및 보조 언로딩 스테이지(80)는 종래의 회전도포장치와 동일한 구성으로 이루어져 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하며, 본 발명의 요부인 웨이퍼 전처리 챔버부(100)에 대해 제 5 도 및 제 6 도를 참조하여 설명한다.

제 5 도에 도시된 바와 같이, 본 발명의 요부인 웨이퍼 전처리 챔버부(100)는 로딩 스테이지(10)로부터 도포부(20)로 컨베어 벨트(104)에 의해 일정한 속도로 왕복구동되는 진공 척(103)에 고정되어 이동되는 웨이퍼(109)의 이동경로 상에 설치된다.

따라서, 웨이퍼 전처리 챔버부(100)는 웨이퍼가 도포부(20)로 이동되어 도포가 진행되기 전에 웨이퍼의 전처리를 한다.

웨이퍼(109)의 이동경로 상에 설치되는 웨이퍼 전처리 챔버부(100)는 웨이퍼(109)를 외부와 격리시키기 위한 챔버 덮개(101)가 있으며, 챔버 덮개(101)에는 로딩 스테이지(10)로부터 도포부(20)까지의 웨이퍼 이동 경로상으로 왕복구동하는 진공척(103)이 챔버 덮개(101)에 부딪히지 않도록 측면 하단에 척 이송홈(108)이 각각 형성되어 있다.

그리고, 챔버 덮개(101)상면에는 챔버 덮개 내로 일정한 공기 흐름을 형성하기 위한 다수개의 기류 흐름공(102)이 형성되며, 챔버 덮개(101)의 하단으로는 회전도포 장치 내의 배기를 위한 배기구(105)가 형성되어 있어 챔버 덮개(101) 내부는 기류흐름공(102)으로 유입된 기류가 배기구(105)로 배기되는 다운 플로우(down flow; 하향 흐름)방식의 기류흐름을 유지한다.

또한, 챔버 덮개(101)내부에는 웨이퍼의 이동경로에 대해 직교하는 방향으로 양끝단이 챔버 덮개 내벽면에 고정되게 형성되어서 이송되는 웨이퍼(109) 전면으로 적외선광을 조사하여 가열하는 제 1 및 제 2 적외선 램프(107-1)(107-2)가 있으며, 제 1 및 제 2 적외선 램프(107-1)(107-2)사이에는 다량의 이온을 방출하는 이온 발생기(106)가 제 1 및 제 2 적외선 램프의 설치와 동일하게 웨이퍼의 이동경로에 대해 직교하는 방향으로 형성된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 회전도포장치는 웨이퍼와 도포막과의 접착력을 약화시키는 웨이퍼 표면요인을 미리 제거하게 된다.

먼저, 로딩 스테이지(10)로부터 로딩된 웨이퍼(109)를 진공 척(103)이 고정한 상태에서 컨베어 벨트(104)의 구동에 의해 도포부(20)로 이동시키는 과정에서 웨이퍼는 웨이퍼 전처리 챔버부(100)를 거치게 된다.

웨이퍼(109)가 웨이퍼 전처리 챔버부(100) 내부로 척 이송홈(108)을 거쳐 이송되면 제 1 적외선 램프(107-1)에서는 적외선광을 웨이퍼 전면으로 조사시켜 웨이퍼를 일정한 온도로 가열한다.

따라서, 웨이퍼(109)표면에 흡착된 수분 또는 웨이퍼 카세트 및 기타 부산물로부터 흡착된 반응기 등이 가열되어 기화된다.

또한, 적외선광에 의해 수분 및 반응기가 기화된 웨이퍼(109)는 계속적으로 이동하면서 이온 발생기(106)를 통해 발생된 다량의 이온들과 상호 전기적으로 결합되어 대전된 웨이퍼 표면이 전기적으로 중화된다.

즉, 웨이퍼(109)표면이 양(+)으로 대전된 경우 이온 발생기에서 발생된 양(+)이온과는 서로 척력에 의해 결합하지 않고, 음(-)이온과 서로 인력에 의해 결합되어 대전된 웨이퍼 표면이 전기적으로 중화된다.

그리고, 제 1 적외선 램프(107-1)에 의해 가열되어 수분 및 반응기가 기화되고, 이온 발생기(106)에 의해 전기적으로 중화된 웨이퍼(109)는 계속적으로 이동하면서 제 2 적외선 램프(107-2)를 지나면서 재가열되어 웨이퍼 표면의 수분 및 반응기 등이 완전히 기화된다.

이렇게 기화된 수분 및 반응기와 척력에 의해 결합되지 않은 이온들은 챔버 덮개(101)내부에 머무르지 않고, 챔버 덮개(101)상면에 형성된 기류 흐름공(102)과 배기구(103)를 통해 다운 플로우(down flow) 방식으로 유입되는 기류에 의해 챔버 덮개(101)외부로 배기구(105)를 통해 완전히 배기된다.

따라서, 웨이퍼(109)는 웨이퍼 전처리 챔버부(100)를 통과하는 동안 대전된 표면이 전기적으로 중화되고, 표면의 반응기에 의한 오염요인 등이 제거되어 웨이퍼 표면이 안정화된 상태에서 도포부(20)로 이송되어 도포막의 도포 공정이 진행된다.

상기에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 반도체 제조용 회전도포장치는 웨이퍼 표면과 도포막과의 접착력을 약화시켜 도포막의 슬라이딩 현상을 일으키는 웨이퍼 표면 대전과 반응기에 의해 웨이퍼 표면 오염이 미리 제거된 상태에서 도포공정이 진행되므로 웨이퍼 도포막의 두께를 균일하게 유지시킬 수 있게 되어 웨이퍼 회전도포 공정의 생산수율을 향상시킬 수 있게 된다.

Claims (6)

1. 웨이퍼가 로딩 및 언로딩되는 로딩 및 언로딩 스테이지와;

   상기 로딩 스테이지로부터 로딩되는 상기 웨이퍼 표면을 안정화시키도록 전처리하는 웨이퍼 전처리 챔버부와;

   상기 전처리된 웨이퍼가 이송되어 도포막이 도포되는 도포부와;

   상기 도포부에서 도포가 완료된 상기 웨이퍼를 소정의 온도로 가열하여 상기 도포막을 경화시키는 베이크부를 포함하여 이루어진 반도체 제조용 회전도포장치.
2. 청구항 1 에 있어서,

   상기 웨이퍼 전처리 챔버부는 상기 로딩 스테이지로부터 상기 도포부 사이의 상기 웨이퍼 이동경로 상에 설치된 챔버 덮개와;

   상기 챔버 덮개의 내부에 설치되어 상기 웨이퍼 이동경로 상의 웨이퍼 전면으로 열을 전달하여 상기 웨이퍼 표면의 수분 및 반응기를 기화시키는 다수의 가열램프와;

   상기 챔버 덮개의 내부에 설치되어 상기 가열램프에 의한 상기 웨이퍼의 가열과 동시에 다량의 이온을 발생시켜 상기 웨이퍼 표면을 전기적으로 중화시키는 이온발생기로 이루어진 것이 특징인 반도체 제조용 회전도포장치.
3. 청구항 2 에 있어서,

   상기 가열램프는 적외선광을 방출하도록 한 것이 특징인 반도체 제조용 회전도포장치.
4. 청구항 2 또는 3 에 있어서,

   상기 가열램프는 상기 웨이퍼 이동경로에 대해 직교하는 방향으로 양끝단이 상기 챔버 덮개의 내벽면에 고정되어 형성된 것이 특징인 반도체 제조용 회전도포장치.
5. 청구항 2 에 있어서,

   상기 이온 발생기는 상기 웨이퍼 이동 경로에 대해 직교하는 방향으로 양끝단이 상기 챔버 덮개의 내벽면에 고정되어 형성된 것이 특징인 반도체 제조용 회전도포장치.
6. 청구항 2 에 있어서,

   상기 챔버 덮개에는 상면에 다수개의 흐름공이 형성되어 상기 챔버 덮개 내부에 하향 기류 흐름을 형성하는 것이 특징인 반도체 제조용 회전도포장치.