KR20040030518A - 기판을 균일하게 코팅하는 방법 - Google Patents

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KR20040030518A
KR20040030518A KR10-2003-7011356A KR20037011356A KR20040030518A KR 20040030518 A KR20040030518 A KR 20040030518A KR 20037011356 A KR20037011356 A KR 20037011356A KR 20040030518 A KR20040030518 A KR 20040030518A
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르웰런존
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그램보제임스씨
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와드에드몬드알
천정훈
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Abstract

밀폐형 하우징내에 기판을 탑재하는 단계 및 용매 증기-함유 가스일 수 있는 제어 가스를 입구를 통해 하우징으로 주입하는 단계를 포함하는, 폴리머 용액으로 기판을 코팅하여 균일한 두께의 막을 생성하는 방법 및 장치가 개시된다. 폴리머 용액은 하우징내에서 기판의 표면 상에 증착되고, 기판은 스피닝된다. 제어 가스와 임의의 용매 증기 및 제어 가스에 부유하는 미립자로된 오염물들은 출구를 통해 하우징으로부터 배출되고, 용매 증기 농도는 하우징 및, 용매 증기-함유 가스가 생성되는 용매의 온도를 제어함으로써, 용매 증기 농도가 제어된다. 다른 방법으로, 상이한 용매 농도를 가진 가스를 혼합함으로써 농도를 제어할 수도 있다. 가스의 습도도 제어될 수 있다.

Description

기판을 균일하게 코팅하는 방법 {METHOD OF UNIFORMLY COATING A SUBSTRATE}
발명의 배경
집적 회로의 제작은 마스크상의 기하학적인 형상들을 반도체 웨이퍼의 표면으로 전달하는 단계를 포함한다. 그 다음, 기하하적인 형상들에 대응하거나 기하학적인 형상들 사이의 영역에 대응하는 반도체 웨이퍼는 에칭된다. 마스크로부터 반도체 웨이퍼로의 형상 전달은 일반적으로 리소그래피 프로세스 (lithographic process) 를 포함한다. 리소그래피 프로세스는 감광성 프리-폴리머 용액 (photosensitive pre-polymer solution) 을 반도체 웨이퍼에 도포하는 단계를 포함한다. 프리-폴리머 용액의 용매를 증발 작용으로 제거한 다음, 획득된 폴리머막을 베이킹한다. 이 막에, 소정의 기하학적인 패턴을 지원하는 포토마스크를 통해, 예를 들어, 자외광을 방사시킨다. 그 다음, 웨이퍼를 현상액에 침지함으로써, 감광성 재료의 이미지가 현상된다. 감광성 재료의 특성에 따라, 현상 프로세스에서 노광되거나 노광되지 않은 영역이 제거된다. 그 다음, 감광성 재료에 의해 보호되지 않는 영역을 에칭하는 에칭 용액에 웨이퍼를 둔다. 감광성 재료들의 에칭 프로세스에 대한 저항성으로 인해, 감광성 재료들을 포토레지스트 (photoresist) 라고도 한다. 이들은, 예를 들어, 자외광, 전자빔, X-레이, 또는 이온빔에 민감할 수 있다.
포토레지스트 프리-폴리머 용액의 고비용으로 인해, 폴리머 용액의 소비가최소화될 수 있도록 코팅 프로세스의 효율성을 개선시키는 방법을 고안하는 것이 바람직하다. 또한, 포토레지스트층의 두께 균일성은 집적 회로 제작의 중요한 기준이다. 이는 기하학적 패턴의 반도체 웨이퍼상의 만족스러운 재생을 보장한다.
포토레지스트의 용매는 도포되는 동안 증발하는 경향이 있어, 폴리머 용액의 점도가 증가하게 되고 얻어진 막의 레벨링 (leveling) 을 저해하게 된다. 이로 인해 두께-불균일이 발생한다. 따라서, 폴리머 용액으로부터 용매의 증발 속도를 제어할 수 있는 것이 바람직하다.
주위 습도는 포토레지스트층의 두께에 형향을 미치는 팩터들 중의 하나이다. 일반적으로, 하나의 웨이퍼내에서는 15 내지 20 Å 정도, 그리고 웨이퍼들 사이, 배치들 사이, 및 날짜들 사이에서는 20 내지 25 Å 정도의 포토레지스트 코팅 불균일이 요구된다. 이는 1 % 의 상대 습도 차이로 인한 영향보다 작은 것이다. 또한, 감광성 디아조퀴논 화합물 (diazoquinone compounds) 을 사용하는 널리 이용되는 포지티브 포토레지스트에서는, 광분해 반응의 산물과 반응하여 필요한 수용성 카르복실산을 형성하기 위해 약간의 물성분이 필요하다.
발명의 목적 및 요약
본 발명의 목적은 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 표면에 도포되는 폴리머 용액의 두께 균일성을 개선하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 기판의 코팅에 이용되는 포토레지스트 프리-폴리머 용액과 같은 폴리머 용액의 소비를 개선하는 것이다.
본 발명에 따르면, 밀폐형 하우징 내부에 기판을 탑재하는 단계, 입구를 통해 하우징으로 제어 가스를 통과시키는 단계, 하우징 내의 기판의 표면 상으로 폴리머 용액을 증착시키는 단계, 기판을 스피닝하는 단계; 및 하우징에서 출구를 통해 제어 가스에 부유된 제어 가스, 및 임의의 용매 증기 및 입자 불순물을 배기하는 단계를 포함하는 폴리머 용액으로 기판의 표면을 코팅하는 방법을 제공한다.
제어 가스는 용매 증기 함유 가스 또는 용매가 없는 가스가 될 수 있다.
제어 가스 및 임의의 용매 증기와 불순물을 배기하는 단계는 증착 단계 이전, 중간, 또는, 이후에 수행될 수 있다.
통상, 용매 증기 함유 가스는 용매를 통해 가스를 버블링함으로써 제조되며, 용매의 온도를 조절함으로써 용매 증기 함유 가스의 용매 증기 농도를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 용매 증기 함유 가스의 용매 증기 농도는 하우징의 온도를 조절하거나 용매 증기 함유 가스와 상이한 용매 증기 농도를 갖는 제 2 가스를 혼합시킴으로서 조절될 수 있다.
통상, 용매 증기 함유 가스는 공기 또는 질소와 같은 불활성 가스를 포함한다.
제어 가스는 웨이퍼 상의 연속적이도 조절되는 라미너 가스 플로우를 견디도록 기판 바로 위에 위치되는 샤워헤드를 통해 하우징으로 통과될 수 있다.
폴리머 용액은 포토레지스트 폴리머, 예를 들면, 깊은 자외선 포토레지스트 폴리머를 함유할 수 있다.
또한, 이 방법은 코팅된 기판 상으로 온도 제어된 용매가 없고 건조하고 여과된 가스를 통과시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 이 방법은 코팅된 기판 상에 용매가 없는 습기 가스를 통과시키는 단계를 포함하며, 급기 가스의 습도는 포리머 요액에 의해 획득되는 상대 습도를 갖도록 조절될 수 있다. 통상, 상대 습도는 40 % 내지 45 % 범위이다. 또한, 습기 가스의 온도는 온도 및 습도 베어기에 의해 조절될 수 있다.
하우징 내에 기판을 탑재하는 단계는 기판을 회전가능한 척에, 예를 들면, 기판과 척 사이의 진공을 설정함으로써 고정하는 포함할 수 있다.
통상, 기판은 반도체 웨이퍼를 포함하고, 통상 폴리머 용액 내의 용질 함량은 10 질량% 내지 50 질량% 이다.
또한, 본 발명에 따르면, 밀폐형 하우징, 하우징에 탑재되어 기판을 지지하는 회전가능한 척, 하우징내의 기판 표면 상에 폴리머 용액을 증착하는 증착 수단, 하우징으로 제어 가스를 공급하기 위해 하우징과 플로우 수송로 (flow communication) 로 접속되어 있는 제어 가스 공급 수단, 및 하우징에 접속되어 제어 가스, 임의의 용매 증기 및 미립자의 오염 물질을 하우징으로부터 배출하는 배출 수단을 포함하며, 폴리머 용액으로 기판의 표면을 코팅하는 코팅 장치가 제공된다.
증착 수단은 척 상부에 탑재되어 기판 표면 상에 폴리머 용액의 스트림을 분배하는 분배 헤드 수단 (dispensing head means) 을 포함할 수 있으며, 분배 헤드 수단은 기판에 대해 이동가능하다. 기판이 실질적으로 원형이라면, 분배 헤드 수단은 일반적으로 기판의 표면을 가로질러 방사상으로 이동가능하다.
증착 수단은 대신에 척 상부에 탑재되어 기판 표면 상으로 폴리머 용액의 스트림을 분배하는 압출 헤드를 가진 막 압출 수단을 구비할 수 있다. 이 경우, 기판이 실질적으로 원형이면, 압출 헤드는 일반적으로 폴리머 용액의 방사상으로 연장하는 스트림을 기판 표면 상으로 분배하도록 척 상부에 탑재된다.
특정 실시형태는 미국특허번호 6,191,053 및 Sanjun Han, "Modeling and Analysis of Extrusion Spin Coating: An Efficient and Deterministic Photoresist Coating Method in Microlithography", Ph.D. Thesis, Massachusetts Institute of Technology, Department of Mechanical Engineering (2001) 에 기재된 압출 방법 및 장치를 이용하며, 이들 내용은 모두 여기서 참조한다. 이들 실시형태에서는, 재료의 리본이 웨이퍼의 전체 상면을 커버하는 나선형 패턴으로 압출된다. 웨이퍼는 척 상에 탑재되어, 수평으로 배열되며, 상부를 향한다. 압출 헤드는 웨이퍼의 바깥쪽 모서리에 인접하게 그리고 웨이퍼에 대해 방사상으로 정렬된 압출 슬롯을 갖는 웨이퍼의 상면 상에 위치한다. 재료가 압출 슬롯으로 압출되는 동안, 웨이퍼는 회전하고, 압출 헤드는 웨이퍼의 중심을 향해 방사상으로 이동한다. 웨이퍼의 회전 속도 및 압출 헤드의 반경 속도 (radial speed) 는, 회전하는 웨이퍼에 대한 압출 헤드의 탄젠트 속도가 일정하도록 제어된다.
상술한 바와 같이, 회전가능한 척은 가변 속도 모터에 접속되고, 코팅 장치는 가변 속도 모터의 속도를 제어하는 제어 수단을 포함할 수 있다. 하우징은 상측 (upstream side) 과 하측 (downstream side) 을 가질 수 있고, 용매 증기-함유 가수 공급 수단은 하우징의 상측에 탑재된, 하우징으로의 입구를 포함할 수 있고, 배출 수단은 하우징의 하측에 탑재된 출구를 포함할 수 있다. 제어 가스 공급 수단은 하우징과 플로우 수송로에서 접속되는 도관, 및 하나 이상의 도관에, 하우징으로 유입되는 제어 가스의 속도 및 제어 가스의 조성을 제어하기 위해, 전기적으로-제어되는 밸브를 포함할 수 있다. 또한, 배출 수단은 하우징으로부터 가스 및 임의의 오염물의 배출을 제어하는 밸브 수단을 포함할 수 있다. 용매 증기-함유 가스 공급 수단은 깨끗하고 건조하며 여과된 가스 소스 및 하우징과 플로우 수송관에서 접속되는 버블러를 포함할 수 있다.
코팅 장치는 하우징과 플로우 수송관에서 접속되는 온도 및 습도 제어형 가스 소스를 더 포함할 수 있다. 온도 및 습도 제어형 가스 소스는 온도 및 습도 제어형 가스 소스에 의해 공급되는 가스의 온도 및 습도를 제어하는 온도 제어 수단 및 습도 제어 수단을 포함할 수 있다.
도면의 간단한 설명
도 1 은 본 발명에 따른 스핀 코팅 구성의 일 실시형태에 대한 개략적인 부분 측면도를 나타낸다.
도 2 는 본 발명에 따른 스핀 코팅 구성의 다른 실시형태에 대한 개략적인 부분 측면도를 나타낸다.
도 3a 는 고정된 스핀 속도에서 용매 유속의 함수로서의 막 두께를 나타낸다.
도 3b 는 용매 유출 시간의 함수로서의 막 두께를 나타낸다.
도 4 는 웨이퍼상의 통상적인 막 두께 프로파일을 나타낸다.
도 5 는 본 발명과 종래 기술간의 막 불균일성 비교를 나타낸다.
도 6 은 본 발명과 종래 기술간의 레지스트 온도 범위 비교를 나타낸다.
도 7 은 냉각판 온도 허용도에 대한 본 발명과 종래 기술간의 비교를 나타낸다.
도 8 은 본 발명의 압출 헤드에 대한 조립 측면도이다.
도 9 는 본 발명의 압출 헤드에 대한 전면판 (front plate) 의 정면도이다.
도 10 은 본 발명의 압출 헤드에 대한 후면판 (rear plate) 의 정면도이다.
도 11 은 본 발명의 압출 헤드에 대한 심 (shim) 의 정면도이다.
도 12 는 후면판에 대한 심의 정면도이다.
도 13 은 본 발명의 조립된 압출 헤드에 대한 단면도이다.
도 14 는 본 발명의 조립된 압출 헤드에 대한 투시도이다.
도 15 는 압출 헤드 아래에서 기판이 이동하고 있는, 압출 헤드의 립에 대한 단면도이다.
도 16, 도 17 및 도 18 각각은 본 발명의 압출 스핀 코팅 어셈블리에 대한 정면도, 상면도 및 후면도이다.
도 19 는 본 발명의 압출 스핀 코팅 어셈블리에서의 제어 시스템에 대한 일 실시형태의 블록도이다.
도 20, 도 21, 도 22 및 도 23 은 본 발명의 압출 스핀 코팅 프로세스에 대한 몇몇 단계 동안의 압출 스핀 코팅 어셈블리의 구성을 나타낸다.
도 24 는 본 발명에 따른 압출 스핀 코팅 운동에 대한 몇가지 파라미터를 나타내는 도면이다.
도 25 는 본 발명에 따른 압출 스핀 코팅 나선형 패턴을 나타낸다.
도 26 은 용매 증기 농도에 따른 최종 코팅 균일도의 변화를 나타낸다.
본 발명의 상세한 설명
본 발명은 용액을 기판에 증착할 경우 형성되는 코팅의 두께 균일성을 개선하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 용액의 낭비를 감소시키는 방법에 관한 것이다. 특히, 집적 회로의 제작에 이용되는 반도체 웨이퍼 및 포토레지스트 프리-폴리머 용액의 반도체 웨이퍼로의 도포를 참조하여 본 방법을 설명ㅎ나다. 집적 회로 제작에 이용되는 막 또는 코팅이 포토레지스트층으로 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 유기 평탄화막, 반사-방지막, 실록산 SOG (spin-on-glass) 막, 폴리이미드막, 및 폴리이미드 실록산막과 같은 재료를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 코팅 프로세스에 앞서 이들 재료의 용질 함량은 통상적으로 10 내지 50 중량% 범위이다.
이하에서 보다 분명히 알 수 있는 바와 같이, 반도체 웨이퍼의 코팅 프로세스는, 챔버의 분위기가 적어도 부분적으로 용매 분자로 포화될 수 있는 하우징 또는 챔버에서 수행하는 것이 바람직하다. 여기에는 기판의 표면 상에 용매의 단층 코팅을 실현함으로써, 캐스트막의 습윤성 (cast film wetability) 을 개선시키는 이점이 있다. 또한, 챔버내의 가스에서 용매의 농도를 제어하는 것에 의해, 기판상의 폴리머 용액막에 대한 두께 균일성을 개선할 수 있다. 이는 스핀-캐스트막, 스프레이-코팅막 또는 임의의 유사한 다른 코팅 방법이 채택되더라도 마찬가지이다.
스핀-캐스트 방법에서는, 기판이 정지해 있거나, 선형으로 이동하거나 회전하는 동안에 기판으로 용액이 도포된다. 그 다음, 기판의 표면 전체로 용액을 확산시키기 위해 기판을 스피닝한다. 용액이 기판 표면 전체로 확산되고 나면, 기판 표면 상에 용질의 층을 남기고, 용액의 용매는 증발에 제거된다. 기판 사이즈가 증가하거나 기판의 표면으로 도포되는 유체량을 최소화하여 비용을 감소시키고자 할 경우, 통상적으로 기판상의 용질층에 불균일한 두께가 발생하게 된다. 이는, 부분적으로, 기판의 가장자리와 기판 중심간의 탄젠트 속도 차이로 인한 것이다. 가장자리에서의 불균일한 공기 흐름으로 인해 용매의 증발이 불균일해 지고, 이로써, 코팅 두께의 불균일이 발생한다. 기판이 커질수록 중심 부근에서 균일함을 획득하기 위해서는 보다 고속의 스핀이 필요하기 때문에, 가장자리 부근에서 용액과 접촉하고 있는 공기와의 불균일한 상호작용으로 인해 기판의 가장자리 부근에는 나선 또는 줄무늬가 생긴다. 이러한 특징들을 에크만 나선이라 한다.
불충분한 코팅 용액이 이용될 경우에도 문제가 발생한다. 스핀-캐스팅 동안 기판의 표면으로 도포되는 코팅 용액량을 최소화함으로써 비용을 감소시키고자 할 경우, 낮은 용매 부피로 인해 불균일이 발생하게 된다. 코팅 프로세스 동안의 용매 증발은 다양한 결함과 불균일을 발생시킨다. 마찬가지로, 스프레이-코팅된 막에서도, 도포되는 동안 용매가 증발하여, 점도를 증가시키고 얻어진막의 레벨링을 저해함으로써, 두께 불균일을 발생시키는 경향이 있다.
상술한 바와 같이, 어떤 포토레지스트는 광분해 반응의 산물과 반응하기 위해 약간의 물성분을 필요로 한다. 이러한 이유로 인해, 챔버의 공기에 대한 습도를 제어할 수 있는 것이 바람직하다.
이하, 스핀-코팅 프로세스를 이용하는 실시형태들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 이들 실시형태에서, 기판은 반도체 웨이퍼이고 반도체 웨이퍼로 도포되는 용액은 포토레지스트 프리-폴리머 용액이다.
도 1 은 본 발명에 따른 방법에 이용되는 스핀-코팅 구성 (10) 의 일 실시형태를 나타낸다. 본 구성 (10) 은 밀폐형 하우징 (14) 에 탑재된 회전가능한 지지 척 (12) 을 포함한다. 척 (12) 은 하우징 (14) 의 오프닝 (18) 을 관통하는 축 (16) 으로 연장한다. 하우징 (14) 은 샤워-헤드형 디스펜서 (20) 형태의 입력을 포함한다. 이로 인해, 가스 및 특정 농도의 용매를 포함하는 제어 가스가 하우징 (14) 으로 전달될 수 있다. 제어 가스는 용매가 없는 가스 또는 용매를 함유하는 가스일 수 있고 공기 또는 질소와 같은 불활성 기체를 포함할 수 있다. 디스펜서 (20) 는 척 (12) 에 탑재되어 있는 기판의 바로 위쪽에 탑재된다. 입력 도관 (24) 은 그 일단이 샤워-헤드형 디스펜서 (20) 로 연장한다. 온도 및 습도가 제어된 공기 또는 질소를 공급하는 (나타내지 않은) 온도 및 습도 제어형 가스 소스는 도관 (26) 에 의해 도관 (24) 에 접속된다. 제 2 도관 (28) 은 깨끗하고 건조하며 여과된 가스 소스로부터 버블러 (21) 로 연장한다. 버블러 (21) 는 용매 (15) 를 함유하는 용매 탱크 (13) 에 저장된다. 통상적으로 공기또는 질소를 포함하는, 깨끗하고 건조하며 여과된 가스는 버블러 (21) 를 통과하여, 도관 (3) 에 의해 도관 (24) 으로 전달되는 용매-함유 가스를 형성한다. 도관 (26) 에는 밸브 (9) 가 탑재되고, 도관 (3) 에는 밸브 (11) 가 탑재된다. 밸브 (9, 11) 중 하나 또는 양자에 의해, 온도와 습도가 제어된 가스 및 용매-함유 가스가 하우징 (14) 으로 전달된다. 밸브 (9, 11) 는 일반적으로 가스의 유속 및 조성을 자동적으로 제어하기 위해 전기적으로-제어되는 밸브이다. 버블러 (21) 에 의해 공급되는 용매-함유 가스의 온도는 도관 (28) 에 의해 공급되는 가스 또는 용액 (15) 의 온도 또는 이들 양자의 온도를 제어하는 가열/냉각 코일에 의해 제어된다. 통상적으로, 용매 (15) 에 열을 공급하여 증발로 인한 열손실을 보상한다. 또한, 온도 및 습도 제어형 가스의 온도와 습도를 냉각 장치, 보일러, 및 온도 및 습도 센서를 포함한 특수 온도 및 습도 제어기를 이용하여 제어한다. 이를 대신하여, 온도 및 습도 제어형 가스의 온도와 습도를, 버블러 배치를 채용한 온도 습도 제어기로 제어할 수도 있다. 바람직한 일 실시형태에서는, 2개의 브랜치 도관 (미도시) 이 도관 (26) 으로 제공된다. 이에 의해, 버블러 또는 습도 제어 소스와 접속할 수 있다. 통상적으로, 이 버블러를, 나머지 배열체 (10) 를 포함하는 외부 하우징에 배치한다. 이와 다르게, 상술한 특수 습도 제어기는 별개의 구조체를 포함한다. 습한 공기를 제공하여, 상대 습도를 폴리머 용액에 필요한 레벨로 유지하는데, 통상적으로, 40% 내지 45% 사이로 유지한다. 물론, 습도는 적절한 상태에서 제로로 유지할 수 있다.
또한, 배열체 (10) 는 용액 (포토레지스트 프리 폴리머 용액의 경우) 을 척(12) 상에 탑재된 웨이퍼 (7) 상으로 적하시키는 분산 헤드 (4) 를 구비한다.
하우징 (14) 의 하단부는 공기나 질소와 같은 가스용 배기구 (22) 또는 액체용 배출구 (27) 를 갖는 원형 채널 (6) 을 형성한다.
통상적인 프로세스에서는, 척 (12) 과 웨이퍼 (7) 간에 설정되는 진공과 같은 임의의 표준 방법을 이용하여 반도체 웨이퍼 (7) 를 척 (12) 에 고정시킨다. 이후, 하우징 (14) 으로의 웨이퍼 이송 도어 (2) 를 닫는다. 하우징 (14) 을 건조하고 용매를 포함하지 않는 가스로 퍼징한다. 이후, 제어 가스를 하우징내에 공급한다. 제어 가스의 용매 농도는 코팅 용액을 기판상으로 분산시키기 전, 분산시키는 동안, 또는 분산시킨 후에 제어할 수 있다. 밸브 (9 및 11) 를 조작하여, 용매를 도관 (3) 을 따라 밸브 (11) 를 통하여, 도관 (24) 을 따라 하우징 (14) 으로 통과시킨다. 용매의 제어 분압은 버블러 (21) 를 통하여 질소 또는 공기를 포함하는 가스를 버블링시켜 달성할 수 있다. 이 실시형태에서의 버블러 (21) 는 적절한 설정 온도로 유지되는 액체 용매 (15) 에 가스를 통과시켜 융해시킨 다공질 유리를 포함한다. 이렇게 형성한, 적절한 농도의 용매를 함유한 용매 포함 가스 (solvent-bearing gas) 를 코팅 프로세스 이전과 동안에 반도체 웨이퍼 상으로 통과시킨다. 물론, 용매 탱크 (13) 는 충분한 용매를 공급받거나 포함해야만, 용매 포함 가스의 농도를 원하는 농도로 유지시킬 수 있다.
포토레지스트의 층을 웨이퍼 (7) 상에 증착하기 위하여, 폴리머 용액을 분산헤드 (4) 로 웨이퍼 (7) 의 표면을 따라 도포시킨다. 이것은 웨이퍼 (7) 를 비교적 저속으로 스핀시키거나 정지시키면서 노즐 (5) 로부터의 연속 스팀에서의 폴리머 용액을 웨이퍼 (7) 상으로 분산시켜 달성할 수 있다. 바람직한 일 실시형태에서는, 노즐 (5) 을, 웨이퍼 (7) 의 실질적인 방사방향을 따라 이동시킨다. 이를 대신하여, 용액을 기판의 중심부에 분산시키거나, 또는 복수개의 노즐을 이용할 수도 있다. 웨이퍼 (7) 의 스핀 속도, 노즐 (2) 의 운동, 폴리머 용액이 분산되는 비율을 조절함으로써, 용액의 적절한 분포를 달성할 수 있다. 또 다른 실시형태에서는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 웨이퍼를 풀턴 (full turn) 으로 회전시킨 상태에서 폴리머 용액을 막 압출기 (23) 로 웨이퍼 상에 증착시키는데, 이 압출기는 이 기술에서 공지되어 있는 종래의 압출기이다. 압출기 (23) 는 웨이퍼 (25) 상에 폴리머 용액의 막을 증착시킨다. 실질적으로 원형 형상이 아닌 웨이퍼를 코팅할 경우에는, 통상적으로 폴리머 용액 증착 단계동안에 웨이퍼를 종방향으로 이동시킨다.
압출기 프로세스를 제외하고는 도 1의 실시형태와 동일하기 때문에, 프로세스를 도 1을 참조하여 설명한다. 웨이퍼 (7) 상에 용액을 증착한 후에는, 웨이퍼 (7) 의 스핀속도를 증가시켜, 용액을 웨이퍼 (7) 의 상부표면을 따라 스프레딩시킨다. 용매 함유 가스와 용매 포함 가스에 부유되어 있는 어떤 특정 오염물질을 배기구 (22) 를 통하여 배출시킴으로써, 웨이퍼 (7) 의 코팅 이전과 동안에, 포토 레지스트 프리 폴리머 용액의 균일층을 웨이퍼 (7) 의 상부표면상에 형성할 수 있다. 이후, 도관 (24) 을 통하여 챔버내로 이송된 가스를 밸브 (9) 에 의해 공기나 질소와 같은 온도 및 습도 제어형 용매를 포함하지 않는 가스로 스위칭한다. 통상적으로, 이 밸브 (9, 11) 는 마이크로프로세서 (미도시) 에 의해 제어할 수 있다. 이후, 제어 가스에서의 용매 농도를 감소시키거나, 제어 가스의 온도를 증가시켜, 웨이퍼 (7) 상에 증착되어 있는 폴리머 용액에서의 대부분의 용매를 제거한다. 통상적으로는, 용매 비포함 가스를 하우징에 공급하여, 폴리머 용액으로부터의 용매의 증발을 향상시킨다. 원하는 양의 증발이 발생하여 포토레지스트의 충분한 경질층을 형성한 경우에는, 웨이퍼 (7) 의 처리를 종료한 후, 웨이퍼 이송 도어를 개방한 다음, 코팅한 웨이퍼를 하우징 (14) 내에서 제거한다. 상술한 바와 같이, 건식 또는 습식 상태에 있을 수 있는 가스, 용매 비포함 가스, 또는 용매 포함 가스를 여러 단계 동안에, 배기구 (22) 를 통하여 하우징 (14) 에서 제거한다. 이러한 방법으로, 가스를, 샤워 헤드 분산기 (20) 에서의 상류측으로부터 배출구 (22) 에서의 하류측으로 웨이퍼 (7) 를 통해 통과하도록 채널링한다. 배출 플로우는 밸브 (8) 에 의해 제어할 수 있으며, 이에 의해, 하우징 (7) 에서의 가스압을 조절할 수 있다. 통상적으로, 밸브 (8) 는 마이크로프로세서 (미도시) 에 의해 조절한다. 오염물질을 포함하여 분리시킨 또 다른 폴리머 용액을 원형 채널 (6) 에 수집한 후 배출구 (27) 를 통하여 제거한다.
상술한 바와 같이, 버블러 (21) 에 제공되는 액체 용매 또는 가스의 온도는 조절할 수 있다. 이러한 방법으로, 용매 포함 가스에서의 용매의 분압을 조절할 수 있다. 이것은 상술한 바와 같은 가열/냉각 코일을 이용하여 달성할 수 있다. 이를 대신하여, 상이한 용매 농도를 발생시키는 가스를 첨가하여 농도를 조절할 수도 있다. 이것은 도관 (3) 에 접속하는 도관 (미도시) 을 통하여 공급할 수 있다. 물론, 버블러와 하우징 (14) 의 온도가 동일한 경우에는, 용매포함 가스를 용매로 포화시킨다. 버블러의 온도가 더 높은 경우, 하우징 (14) 에서의 용매 포함 가스는 과포화상태로 되며, 버블러의 온도가 더 낮은 경우, 하우징 (14) 에서의 용매 포함 가스는 비포화상태로 된다. 통상적으로, 버블러 (21) 와 하우징 (14) 에 의해 공급되는 용매 포함 가스는 동일한 온도로 유지되어, 용매 포화상태로 된다. 상술한 바와 같이, 통상적으로, 배열체 (10) 는 외부 하우징 (미도시) 내에 설치한다. 이 외부 하우징은 온도 제어되어, 온도를 유지시키며, 배열체 (10) 의 구성요소들은 통상적으로 22℃인 온도로 유지된다.
통상적으로, 버블러에 포함되고 가스에 의해 생성되는 용매는 웨이퍼 상에 증착되는 용액에 함유된 용매와 동일하다. 이와 유사하게, 용액이 하나 이상의 용매를 포함하는 경우, 버블러는 동일한 비율의 동일한 용액을 포함할 수 있다. 그러나, 어떤 환경에서는, 웨이퍼 상에 증착한 용매에 비하여 버블러에서 상이한 용매를 이용하는 것이 바람직할 수 있다.
용매 포함 가스는 버블러 외의 기술을 이용하여 생성할 수도 있다.
용매 증기압은 아이소테니스코프 (isoteniscope) 를 이용하여 정확하게 결정할 수 있다. 또 다른 방법으로는, 불활성 가스를 용액의 샘플에 통과시킨 후 중량측정 방법으로 시간의 함수로서 제거된 용매의 양을 측정하여, 증기압을 정확하게 결정할 수 있다. 도관 (3) 에 의해 공급되는 용매 부분압을 최적으로 조절한 후, 폴리머 용액에서의 용매에 의해 생성되는 평형 증기압에 대응시킬 수도 있다. 이에 의해, 증착 또는 코팅한 막으로부터 용매를 증발시키는 레이트를, 기체상태의 환경으로부터 막에 의해 용매를 흡수한 레이트와 동일하게 하는 것을보장할 수 있다.
상술한 바와 같이, 하우징 (14) 에서의 용매 부분압은 버블러 또는 가스의 온도를 제어하여 조절할 수 있다. 또 다른 방법에서는, 상이한 용매 농도를 포함하는 가스를 용매 포화상태인 가스와 혼합할 수도 있다. 코팅 프로세스 동안에 시간의 함수로서 하우징 대기압에서의 용매 부분압의 최적의 프로파일을 실험적으로 결정할 수 있다.
배출구 (22) 를 통하여 용매 포함 가스 또는 습한 공기를 연속적으로 배출시켜, 하우징에서의 습도와 용매 부분압을 코팅 프로세스 동안에 용이하게 조절하여 반도체 웨이퍼 표면상의 균일한 용액층 두께를 보장할 수 있다. 이와 유사하게, 웨이퍼 (7) 상에 증착한 폴리머 용액으로부터의 용매의 조기증발효과를 제거할 수 있다. 이에 의해, 미량의 폴리머 용액을 이용함으로써 비용을 절감할 수 있다.
동작예
I. 스핀 코터:
200 mm 인 직경의 웨이퍼에 대하여 대략적으로 치수화된 스핀 코팅 장치를 웨이퍼 트랙 머신에서 어셈블리한 후 설치하였다. 원 위치상의 공기압, 공기온도, 상대 습도, 및 용매 농도 측정을 웨이퍼 프로세싱 동안에 수행하였다. 에틸아세테이트를 포토레지스트에 대한 주조용매로서 이용하였다. 프로세스 챔버내의 용매 농도를 포화값의 0 내지 40% 로 변화시켰다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따라 얻어진 결과를 나타낸다. 도 3a 및도 3b에 나타낸 바와 같이, 최종 막두께는 스핀속도와 무관한 용매 증발을 제어하여 변화시킬 수 있다. 제로 용매 유속의 제약에서는, 대류식 또는 증발식 매스 이송 메커니즘의 성질과 결합함에 의해 증발 레이트가 최대로 되어, 가장 두꺼운 막을 갖게 된다. 용매의 유속이 증가함에 따라 증발 레이트는 감소하여, 레지스트막을 장시간동안 대류 확산을 통해 연속하여 얇게 한다. 그 결과, 본 발명의 실시형태에서는, 최종 막두께를 2000 rpm인 고정스핀 속도에서 4000Å만큼 변화시킬 수 있다. 이와 동일한 방법으로, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 용매 유속은 최종 막두께에 영향을 줄 수 있다. 이들 데이터는, 본 발명이 300 mm 기판의 터블런스 웰 문제 (turbulence wall problem) 에 대한 솔루션을 제공한다는 것을 명확히 보여준다. 본 발명을 실시하여, 스핀속도를 2000 rpm 미만으로 유지시킬 수 있으며, 2개의 신규 프로세스 편차와 용매 농도 및 용매 플로우 시간을 최적화하여 유용한 두께의 더 넓은 범위를 얻을 수 있다.
도 4는 웨이퍼 균일성을 나타낸다. 통상적으로, 4.0 Å인 시그마 (sigma) 균일성은 높은 공간 해상도 막 두께 측정툴에 의해 측정하여 구할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따라 처리된 웨이퍼의 카세트의 균일성 결과를 종래의 코터의 균일성 결과와 비교한 것이다. 이들 결과는, 본 발명이 터불런스 웰의 충격을 최소화하고 종래의 코터보다 더욱 정밀하게 균일성 제어를 실시할 수 있음을 보여준다.
도 6은 본 발명에 따른 코터의 레지스트 온도 프로세스 범위를 종래의 코터와 비교한 것이다. 1 σ균일성의 레지스트 온도 감도는 본 발명에 따른 16Å/C에 비해 종래의 코터에 대한 25 Å/C이 된다 (양측 모두 SPR508 레지스트를 이용함). 이는 36%인 레지스트 온도 범위에서의 증가를 보여준다.
도 7은 1 σ균일성의 냉각판 (웨이퍼) 온도 감도가 본 발명에 대한 4 Å/C으로 적하시킨 종래의 코터에 대한 7Å/C 이고, 43 %인 CP 온도 범위에서의 증가를 보여준다.
이와 함께, 상술한 결과들은, 본 발명을 실시한 경우의 증발 관련 프로세스 변화량상의 막 프로파일의 의존도가 감소함으로 보여준다. 이것은 스핀 코팅의 임계 상태 동안의 증발억제의 직접적인 결과이며, 본 발명을 실시하여 300 mm 기판에 관해 발생하는 2가지 주요문제를 해결할 수 있음을 보여주는 것이다.
이러한 특정 실시형태들이 이점들을 제공하지만, 본 발명은 이들 실시형태들로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도관 (28) 을 도관 (3) 과 직접 접속시킬 수도 있다. 이러한 방법으로, 온도 및 습도 제어 소스에 의해 공급된 가스를 버블러 (21) 에 제공할 수 있다. 버블러 (21) 에 제공할 때, 온도 및 습도 제어 소스에 대한 습도를 제로로 간단히 감소시킬 수 있다. 건식 또는 습식 가스를 하우징 (14)에 제공할 수 있으며, 도관 (28) 에서의 밸브를 폐쇄하여, 도관 (28) 에 용매가 흡수되지 않도록 보장할 수 있다.
어떤 진보한 깊은 자외선 포토레지스트 재료를 이용하여 습기가 없는 주조상태를 이용할 수도 있다. 따라서, 온도 및 습도 제어 가스의 습도를 제로로 유지한다.
II. 압출코터:
본 발명은 스핀 코팅 실시형태에만 한정되지 않는다. 예를 들면, 많은 실시형태들은 압출 코팅을 이용한다. 특정 세트의 실시형태는 압출 슬롯 코팅을 이용하여 웨이퍼의 전표면에 걸쳐 포토레지스트의 얇은 리본을 분산시킨다. 압출 슬롯 코팅의 비제한적인 예가 미국특허번호 6,191,053 및 Sanjun Han, "Modeling and Analysis of Extrusion Spin Coating: An Efficient and Deterministic Photoresist Coating Method in Microlithography", Ph.D. Thesis, Massachusetts Institute of Technology, Department of Mechanical Engineering (2001) 에 기재되어 있으며, 이들 내용은 모두 여기서 참조한다. 압출슬롯 코팅은 프리미터 (pre-meter) 코팅 방법의 분류의 한 분야이다. 압출 슬롯 코팅을 이용하여, 코팅 두께를 포토레지스트 분산 레이트로 제어할 수 있으며, 그 효율은 거의 100%에 이르며, 두께의 균일성도 매우 우수하다.
압출 슬롯 코팅에서는, 포토레지스트를 가는 슬롯을 통하여 웨이퍼 상에 압출시킨다. 도 8 내지 도 15는 본 발명에 이용할 수 있는 압출 헤드 (30) 의 일 실시형태를 나타낸다. 또한, 압출 헤드 (30) 를 압출다이라 할 수도 있다. 도 8은 스테인레스 스틸 전면판 (32) 과 스테인레스 스틸 후면판 (33) 간에 끼워져 있는 스테인레스 스틸 U자형 심 (shim; 31) 으로 구성시킨 압출 헤드 (30) 의 측면조립도를 나타낸다. 도 9, 도 10 및 도 11는 전면판 (32), 후면판 (33) 및 심 (31) 을 각각 나타내는 정면도이다. 도 12는 후면판 (33) 과 반대하는 심 (31) 의 정면도이다. 도 8을 참조하면, 전면판 (32) 과 후면판 (33) 을 그라운드시킨 후 그들의 내부 에지상에서 폴리싱시켜, 심 (31) 과 대향시킴으로써 심 (31) 과의 우수한 밀착성 및 압출에 대하여 완만한 표면을 제공한다. 포토레지스트가 후면판 (33) 의 상단에서의 포트 (34) 를 통하여 압출 헤드 (30) 에 진입한다. 포트 (34) 는 튜브 (35) 를 통하여 플로우 채널 (36) 로 포토레지스트를 이송한다 (도 8, 도 10). 플로우 채널 (36) 은 심 (31) 의 "U" 37의 개구부와 같은 폭을 가진다 (도 11, 도 12).
도 13 은 도 8 에 나타낸 압출 헤드 (30) 의 단면도이다. 심 (31) 의 u형상부에 의해 생성되는 보이드는 포토레지스트가 플로우할 수 있는 전면판 (32) 과 후면판 (33) 간의 좁은 갭 (38) 에 남겨진다. 압출 헤드 (30) 의 기부에서는, 전면판 (32) 와 후면판 (33) 의 내부표면에 연장하는 2개의 좁은 "립" (41, 42) 간에, 갭 (38) 이 아래 방향으로 진행한다.
도 14는 도 8에 나타낸 압출 헤드의 사시도이다. 갭 (38) 은 심 (31) 의 "U"37 (도 11, 도 12) 의 개구부를 따라 연장하여 압출 헤드 (30) 에서의 압출슬롯 (39) 을 형성한다.
도 15는 압출립 (41, 42) 의 바로 아래로 이동하는 기판 (50) 을 가진 압출 헤드 (30) 의 립 (41, 42) 의 단면도이다. 포토레지스트를, 기판 (50) 의 상부표면 (51) 상으로, 립 (41, 42) 의 기부에서의 슬롯 (39) 외부로 압출시킨다. 전면판 (32) 과 후면판 (33) 간의 갭 (38) 의 폭은 d로 표시하며, 심 (31) 의 두께와 동일하다 (도 8, 도 13). 립 (41, 42) 과 기판 (50) 간의 코팅 갭은 슬롯 (39) 으로부터 나오는 코팅 유체의 비드 (46) 로 채워진다. 코팅 갭을 일정하게 유지시키면서, 기판 (50) 을 슬롯 (39) 과 직교하게 이동시키는 경우, 비드 (46) 에서 유체를 밀어내어, 기판 (50) 상에 박막으로서 남겨놓는다. 압출막의 폭 (w; 도 23, 24) 은 압출 슬롯 (39) 의 길이와 대략 동일한데, 즉, 심 (31) 의 "U"37 의 개구부의 폭과 동일하다 (도 11, 도 12). 압출막의 평균두께 (h) 는
인데,ν는 코팅속도이며, Q는 유체 분산 레이트이다. 코팅 비드 (46) 의 리딩 에지 및 트레일링 에지에서의 메니스키 (menisci; 44, 45) 를 압출 헤드 립 (41, 42) 의 코너에 피닝 (pin) 시킨다. 압출 헤드 립 (41, 42) 의 코너는 메니스키 (menisci; 44, 45) 를 피닝시키는데 대략 50m보다 작은 곡률반경을 가져야 한다. 코팅 비드 (46) 에서의 캐필러리, 점성, 도입압력은 외부압력과 균형을 맞추워, 코팅 비드 (46) 에서의 안정성을 유지시켜야 한다. 더 얇은 막 또는 더 높은 코팅 속도로 코팅하는 경우, 코팅 비드 (46) 의 리딩 에지에서의 미소진공을 이용하여, 코팅 비드 (46) 를 안정화시킬 수 있다. 통상적으로, 압출 헤드 립 (41, 42) 은 동일한 길이 (Gl = G2) 를 가지며 압출 헤드 (30) 는 기판 (50) 과 직교한다. 그러나, 매우 얇은 코팅에 대해서는, 립들중 하나가 또 다른 립 길이보다 길게 연장한 길이 (Gl ≠G2) 를 갖거나 압출 헤드 (30) 가 기판 (30) 과 약간 비스듬하게직교하여, 기판 (50) 에 대하여 코팅 슬롯 (39) 을 경사지게 하는 것이 가끔 유용할 수 있다.
이하, 본 발명에 따라 압출 스핀 코팅 어셈블리 (100) 의 정면도, 평면도,및 후면도를 각각 나타내는 도 16, 17, 18 을 참조하여 압출 스핀 코팅 어셈블리 (100) 를 설명한다. 도 16, 17, 18 에 나타낸 압출 스핀 코팅 어셈블리 (100) 의 구성요소들은 코팅 모듈 (110) 과 측위 시스템 (130) 을 구비한다. 도 16, 도 17, 도 18에 나타나 있지 않지만 도 19에 나타낸 것을 보면, 제어 시스템 (210) 은 측위 제어기 (220) 과 스피너 제어기 (280) 를 포함한다.
코팅 모듈 (110) 은 수직 샤프트 (112) 에 접속하는 스피너 서보모터 (설명 생략, 도 19에서의 참조 번호 113) 를 포함하는 스피너 어셈블리 (111) 를 구비한다. 수직 샤프트 (112) 는 테플론 진공 척 (114) 을 지지한다. 스핀 어셈블리 (111) 는 척 엘리베이터 서보모터 (설명 생략, 도 19의 참조 번호 115)를 이용하여 수직으로 이동할 수 있다. 척 엘리베이터 서보모터는 엘리베이터 모터 브레이크 (설명 생략, 도 19의 참조 번호 135) 가 장착되어 있다. 최하단 위치에서의 스피너 어셈블리 (111) 를 이용하여, 척 (114) 이 (단면도에 도시된 바와 같이) 캐치컵 (116) 에 의해 둘러싸여 있다. 캐치컵 (116) 은 개구부 상단부 (117) 를 갖는 원형 컵이다. 컵측벽 (118) 의 상단부 (120) 는 내부방향으로 기울어져 있어, 캐치컵 (116) 내에 나머지 포토레지스트를 용이하게 처리할 수 있다. 캐치컵 (116) 은 3가지 기능을 한다. 캐치컵 (116) 은 액체 웨이스트 배출구 (122) 로 버려질 포토레지스트를 수집하여 배출시킨다. 캐치컵은 용매가 제거될 배기벤트 (118) 를 갖는다. 캐치컵 (116) 은 스핀닝 웨이퍼 상으로 공기를 직접 흐르게 하여 터블런스를 방지한다. 배출 벤트 (118) 와 웨이스트 배출구 (122) 는 캐치컵 (116) 의 하단부 (124) 로 출구가 나와 있다. 버려질포토레지스트와 배출할 증기를 제거하기 위한 수단은 해당 기술에 잘 공지되어 있기 때문에 설명하지 않는다.
스피너 어셈블리 (111) 는 척 (114) 상의 웨이퍼를 중심에 위치시키기 위한 8 개의 테플론 핀 (138) 과 프로세스 전후에 느슨한 웨이퍼를 지지하기 위한 2 개의 수직 핀 (미도시) 을 갖는다. 중심핀 (138) 은 중심 솔레노이드(미도시 되었지만, 도 19 에서 참조 부호 119) 에 의해 조절된다. 코터 모듈 (110) 상의 센서는 척 (114) 수직 홈 위치, 진공 상태 (온/오프)(설명 생략, 도 19 에서는 참조 부호 121), 및 중심 핀 위치 (설명 생략, 도 19 에서는 참조 부호 125) 를 나타낸다. 이러한 코팅 모듈 (110) 의 형상은 당업자에게 공지된 것이므로, 도시하지 않는다.
본 발명에 적절하게 이용되는 코터 모듈 (110) 은 Silicon Valley Group, Inc. 로부터 상업적으로 이용가능한 90SE 코터 모듈이다. 또한, 90SE 코터 모듈은 Silicon Valley Group, Inc. 로부터 상업적으로 이용가능한 90SE 웨이퍼 프로세싱 트랙의 일 구성 요소이다.
위치 시스템 (130) 은 코터 모듈 (110) 상에 탑재된 알루미늄 베이스 플레이트 (132) 에 의해 지지된다. 베이스 플레이트 (132) 는 코터 코듈 (110) 상에 위치되는 중심 컷-아웃 (134) 을 갖는다. 베이스 플레이트상에 탑재된 제 1 및 제 2 수직 지지 플레이트 (134, 136) 는 2축 위치 시스템 (150) 이 탑재된 크로스-지지대 (137) 를 지지한다. 위치 시스템 (150) 은 x-축 위치 테이블 (152) 과 z-축 위치 테이블 (162) 을 포함한다. x-축 위치 테이블 (152) 은 x-축 테이블모터 (154) 와 x-축 테이블 베이스 (156) 를 포함한다. 반면, z-축 위치 테이블 (162) 은 z-축 테이블 모터 (164) 와 z-축 테이블 베이스 (166) 를 포함한다. 또한, z-축 위치 테이블 (162) 은 z-축 브레이크를 포함한다 (설명하지는 않지만, 도 19 의 도면 부호 113). z-축 위치 테이블 (162) 은 x-축 위치 테이블 (152) 의 캐리지 (158) 상에 탑재된다. x-축 위치 테이블 (152) 은 척 (114) 상에 탑재된 웨이퍼 (50) 의 표면 (51) 에 평행한 수평면으로 이동하며, z-축 위치 테이블 (62) 은 척 (114) 상에 탑재된 웨이퍼 (50) 의 표면 (51) 에 직각인 수직 방향으로 이동한다. 본 발명의 x-축 및 z-축 위치 테이블 (152, 162) 에서 사용에 적합한 위치 시스템은 5 피치 볼 스크류에 의해 구동되는 Parker Daedal Motion Table 이다.
압출 헤드 (30) 는 알루미늄 압출 헤드 지지대 (172) 의 바닥에 탑재되며, 차례로 z-축 위치 테이블 (162) 상에 탑재된다. z-축 위치 테이블 (162) 은, 베이스 플레이트 (132) 의 중심 컷-아웃 (134) 을 통해 베이스 플레이트 (132) 상의 위치로부터 척 (114) 상의 웨이퍼 (50) 의 근처까지 이동시키기 위해서 충분한 이동 범위를 갖는다.
광학 센서 (174) 는 압출 헤드 지지대 (172) 상에 탑재된다. 광학 센서 (174) 는 압출 헤드 (30) 와 척 (114) 상에 탑재된 웨이퍼 (50) 사이의 간격을 측정하는데 사용된다. 본 발명의 실시형태의 사용에 적합한 센서는 Philtec RC104 반사율 광학 전치 (displacement) 센서이다. 광학 센서 (174) 는 웨이퍼 (50) 의 표면 상에 광을 조사하여, 그 반사된 광을 측정하고, 그 측정된 광도에 비례하여 전압을 발생시킨다. Philtec 센서의 점의 크기는 6㎜ 이며 DC 로부터 100㎐ 의 대역폭을 갖는다. Philtec 센서의 전압-거리 곡선은 일반적으로 비선형이지만, 센서-웨이퍼 거리가, 예를 들어, 5.51㎜ 내지 6.17㎜ (0.217 인치 및 0.243 인치) 가 될 때 선형 영역을 갖는다. 광학 센서 (174) 는 모든 측정값이 광학 센서 (174) 의 선형 영역내에 있도록 압출 헤드 지지대 (174) 상에 위치된다.
포토레지스트의 흐름을 제어하는 수단으로는 포토레지스트 (미도시) 및 포토레지스트 셧오프 밸브 (129) 가 있다. 그러한 배열은 당업자에게 자명하여, 도 16, 도 17, 및 도 18 에서 상세하게 나타내지 않는다. 그러나, 압출 스핀 코팅 어셈블리 (100) 의 제어 시스템 (210) 의 하기의 설명에서는 포토레지스트 펌프 (설명하지는 않지만, 도 19 의 도면 부호 127 로 나타냄) 및 포토레지스트 셧오프 밸브 (129) 를 포함한다.
도 19 은 본 발명의 압출 스핀 코팅 어셈블리 (100) 을 제어하는데 적합한 제어 시스템 (210) 의 실시형태를 나타내는 블록도이다. 제어 시스템 (210) 은 컴퓨터 (212), 위치 제어기 (220), 및 스피너 제어기 (280) 을 구비한다. 컴퓨터 (212) 는 시리얼 인터페이스 (213, 214, 215) 를 통해 위치 제어기 (220), 스피너 제어기 (280), 및 포토레지스트 분배 펌프 (127) 에 프로그램을 다운로드한다. 위치 제어기 (220) 는 포토레지스트 분배 펌프 (127) 에 명령어를 전송하여, 포토레지스트 흐름을 개시 및 정지시키며 포토레지스트 셧오프 밸브 (129) 를 제어한다. 또한, 위치 제어기 (220) 는 x-축 모터 (154) 를 통해 x-축 위치 테이블 (152) 및 z-축 모터 (164) 를 통해 z-축 위치 테이블 (162) 의 위치와 척 엘리베이터 서보모터 (115) 를 제어한다. 위치 제어기 (220) 는 광학 센서 (174) 의 출력을 수신하며, 압출 헤드 (30) 와 웨이퍼 (50) 사이의 거리를 계산하며, 그 결과를 사용하여 z-축 모터 (164) 를 통해 z-축 위치 테이블 (162) 을 제어한다.
제어 시스템 (210) 의 사용에 적합한 컴퓨터는 IBM-호환 PC 이다. 위치 제어기 (220) 의 사용한 적합한 것은 선택적 ANI 아날로그 입력 PC 카드 및 AUX 보드를 포함하는 Parker Compumotor AT6450 서보 제어기이다. 스피너 제어기로 사용에 적합한 것은 Pacific Scientific SC 755 이다. 컴퓨터 (212), 위치 제어기 (220), 및 스피너 제어기 (280) 는 도 19 의 블록도에서 분리하여 나타내었지만, Parker Compumotor AT6450 및 Pacific Scientific SC 755 를 포함하는 본 실시형태에서, Parker Compumotor AT6450 은 PC 의 마더보드에 이용한다. 또한, 본 발명은 위치 제어기 (220) 와 스피너 제어기 (280) 가 단일, 결합된 제어기에 의해 제공되는 실시형태를 고려한다.
위치 제어기 (220) 는 위치 제어기 프로세서 및 수개의 입출력을 포함한다. 입출력은 14-비트 아날로그/디지털 (A/D) 변환기, 수개의 이산 디지털 입출력, 및 서보모터 출력 (프로세서 및 입출력은 당업자에게 자명하여 여기에서 개별적으로 설명하지 않음) 을 포함한다. 광학 센서 (174) 의 출력은 A/D 변환기 입력 (224) 에 연결된다. 위치 제어기 (220) 이산 디지털 광학적으로 분리된 인터페이스이며, 척 위치 홈 센서 (121) 에 연결된 척 위치 홈 지시자 입력 (242), 진공 척 (114) 상의 진공 온/오프 센서 (123) 에 연결된 진공 온/오프 상태 지시자 입력 (244), 중심 핀 위치 센서 (125) 에 연결된 중심 핀 인/아웃 위치 지시자 입력(246), 및 오퍼레이터 수동 위치 스위치 (126) 에 연결된 하나 이상의 수동 위치 명령어 입력 (248) 을 포함한다.
위치 제어기 (220) 출력은 x-축 서보모터 (154) 에 연결된 x-축 서보모터 출력 (226), z-축 서보모터 (164) 에 연결된 z-축 서보모터 출력 (228), 및 엘리베이터 서보모터 (115) 에 연결된 엘리베이터 모터 출력 (230) 을 포함한다.
위치 제어기 (220) 이산 디지털 출력은 포토레지스트 셧오프 밸브 (129) 에 연결된 포토레지스트 밸브 온/오프 출력 (254), 중심 핀 (138) 을 제어하는 중심 솔레노이드 (119) 에 연결된 중심 솔레노이드 출력 (256), 진공 솔레노이드 (131) 에 연결된 진공 솔레노이드 출력 (258), z-축 위치 테이블 (162) 의 z-축 브레이크 (133) 에 연결된 z-축 모터 브레이크 출력 (260), 엘리베이터 모터 브레이크 (135) 에 연결된 엘리베이터 모터 브레이크 출력 (262), 포토레지스트 분배 펌프 (127) 에 대한 트리거 출력 (264), 및 스피너 (280) 에 대한 로직 출력 (266) 을 포함한다.
스피너 제어기 (280) 은 위치 제어기 (220) 로부터 수신된 신호에 응답하여 코팅 및 스핀 사이클을 실행한다. 스피너 제어기 (280) 는 스피너 제어기 프로세서, 서보모터 출력, 및 인코더 (프로세서 및 인코더는 당업자에게 자명하여 여기에서는 개별적으로 나타내지 않았음) 를 포함한다. 스피너 제어기 (280) 출력은 스피너 모터 (113) 에 연결된 스피너 모터 출력 (286) 을 포함한다. 또한, 스피너 제어기 (280) 의 출력은 위치 제어기에 연결된 시뮬레이트된 인코더 신호 (288) 을 포함한다. 시뮬레이트된 인코더 신호 (288) 는 스피너 모터 (113) 속도의 전자 기어링으로 하여금 위치 제어기 (220) 에 의해 수행되는 압출 헤드 (30) 의 x-축 위치를 제어하도록 한다.
압출 헤드 (30) 및 위치 테이블 (152, 162) 은 척 (114) 상에 탑재된 웨이퍼 (50) 에 대하여 정렬되어 신뢰할만한 코팅을 얻는다. 3 개의 배열이 요구된다. 이들 배열은 도 16, 도 17, 및 도 18 을 참조하여 설명한다. 제 1 배열은 압출 슬롯 (39) 이 척 (114) 상에 탑재된 웨이퍼 (50) 의 중앙을 통해 직접 통과하도록 압출 슬롯 (39) 의 경로를 조정한다. 이 배열은 웨이퍼 (50) 의 중심 영역을 완전히 피복할 필요가 있다. 압출 헤드 (30) 는 베이스 플레이트 (132) 를 통해 전후방으로 수직 지지대 플레이트 (134, 136) 을 슬라이딩함으로써 웨이퍼 (50) 의 중심상에 위치된다. 수직 지지대 플레이트 (134, 136) 의 이동은 베이스 플레이트 (132) 상의 가이드에 의해 제한된다. 수직 지지대 플레이트 (134, 136) 이 플레이스에 고정되기 전에, 수직 지지대 플레이트 (134, 136) 각각의 후면에 있는 조정 볼트는 수직 지지대 플레이트 (134, 136) 위치의 미세한 동조를 허용한다.
제 2 배열은 웨이퍼 표면 (51) 에 대하여 x-축의 각도를 조정한다. x-축 위치 테이블 (152) 이 위치를 변경시킴에 따라서, 이 배열은 웨이퍼 (50) 와 압출 헤드 (30) 사이의 간격을 일정하게 유지시킨다. 웨이퍼 표면 (51) 에 대한 x-축의 각도는 크로스-지지대 (137) 의 일방 단에서 제 1 피봇 (179) 에 대하여 크로스-지지대 (138) 을 회전시킴으로써 변화될 수 있다. 미세하며 거친 조정 볼트 (184, 186) 는 x-축과 웨이퍼 표면 (51) 사이의 각도를 미세 조정 볼트 (184) 의회전당 1.64x10-5라디안 각도로 조정하는 것을 허여한다. 웨이퍼 표면 (51) 에 대한 x-축의 각도는 광학 센서 (174) 에 대한 웨이퍼 표면 (51) 에 걸쳐서 스캐닝함으로써 결정될 수 있다. 스캔 동안, z-축이 고정된 상태에서, 광학 센서 (174) 출력 및 x-위치의 측정이 기록된다. 이들 데이터 쌍의 선형 회귀 (regression) 는 웨이퍼 표면 (51) 과 x-축 사이에 각도를 제공한다.
제 3 배열은, 그것이 x-축 및 웨이퍼 표면 (51) 에 평행할 때까지, 압출 헤드 (30) 의 바닥 가장자리, 즉 압출 슬롯 (39) 을 조정한다. 이 배열은 압출 헤드 (30) 의 폭에 걸친 일정한 간격을 유지하는데 중요하다. 압출 헤드 (30) 의 바닥 가장자리와 x-축 사이의 각도는 웨이퍼-압출기 평행 조정 볼트 (176) 를 사용하여 조정될 수 있다. 웨이퍼-압출기 평행 조정 볼트 (176) 는 z-축 위치 테이블 (162) 의 베이스에서 웨이퍼-압출부 평행 조정 피봇 (178) 에대하여 압출 헤드 지지대 (172) 를 피봇한다. x-축과 압출 헤드 (30) 의 바닥 사이의 각도는 선형 변위 변환기 (LVDT) 센서를 사용하여 측정될 수 있다. LVDT 센서는 측정 팁 포인팅을 수직으로 상승시켜 웨이퍼 표면 (51) 에 대해 안전하게 된다. 다음으로, 압출 헤드 (30) 는 압출 헤드 (30) 의 립 (41, 42) 이 레퍼런스 위치로 LVTD 센서를 이동시킬 때까지 낮아진다. x-축 및 z-축 위치 테이블 (152, 162) 위치가 기록된 후, 압출 헤드 립 (41, 42) 을 따라서 수개의 다른 위치에 대한 공정이 반복된다. x-축에 대한 압출 헤드 (30) 의 기울기는 데이터 쌍의 선형 회귀를 사용하여 결정된다.
광학 센서 (174) 는 2-단계 공정으로 측정될 수도 있다. 우선, 전압 오프셋 (예를 들어, 영-간격 바이어스) 전압은 압출 헤드 (30) 와 웨이퍼 표면 (51) 사이에 위치된 정밀 심 (precision shim) 을 사용하여 수개의 작은 간격 거리로 광학 센서 (174) 의 출력 전압을 측정함으로써 결정된다. 간격 거리와 전압 데이터의 선형 회귀 분석은 전압 오프셋 (예를 들어, 영 간격에서의 센서 전압) 을 계산함으로써 이용된다. 둘째로, 광학 센서 (174) 의 선형 영역에서, 센서 전압과 압출 슬롯 (39) 의 높이의 관계는 선택된 증분값 (예를 들어, 10 개의 인코더 카운트는 12.7㎛ 와 동일) 만큼 압출 슬롯 (39) 을 올리며 각각의 위치에서 센서 전압을 기록함으로써 결정된다. 데이터 쌍의 선형 회귀는 센서 전압 대 압출 슬롯 (39) 의 z-축 위치를 나타내는 곡선의 기울기를 제공한다. 상술한 바와 같이, 압출 헤드 (30) 는 광학 센서 (174) 를 측정하기 이전에 x-축과 웨이퍼 표면에 정렬되어, 오차가 압출 헤드 (30) 와 웨이퍼 표면 (51) 사이의 각도로부터 기인하지 않아야 한다.
도 20 내지 도 23 을 참조하여, 압출 스핀 코팅 공정을 설명한다. 상술한 바와 같이, 정렬 및 측정 절차는 주기적으로 행해질 수도 있거나, 장치가 사용된 실험에 기초하여 결정되는 일련의 실행 이전에 수행될 수도 있다.
도 20 을 참조하면, 진공 척 (114) 는 베이스 플레이트 (132) 의 컷-아웃 (134) 를 통해 올려지며, 웨이퍼 (50) 는 척 (114) 상에 위치된다. 웨이퍼 (50) 는 중심 핀 (도 17) 을 사용하여 척 (114) 의 중심에 위치된다. 척 진공 (여기에서 설명하지 않았음) 은 웨이퍼 (50) 를 안전하게 하기 위해 방향이 전환된다. 웨이퍼 (50) 를 코팅 위치로 내리면서 척 (114) 도 내려가며, 압출 헤드 (30) 는 도 21 에 나타낸 바와 같이 압출 헤드 립 (41, 42) 와 웨이퍼 (50) 사이의 원하는 간격으로 웨이퍼 (50) 의 가장자리 위치로 내려진다. 그 후, 척 (114) 는 원하는 코팅 속도인 초기 회전 속도에서 회전된다. 포토레지스트 셧오프 밸브 (129) 는 개방되며, 포토레지스트 펌프 (127) 는 포토레지스의 분배를 시작하기 위해 트리거된다. 압출 헤드 (30) 는 웨이퍼 (50) 에 대해 빠르게 이동된다. 압출 헤드 (30) 가 웨이퍼 (50) 의 중심쪽으로 이동할 때, 척 (114) 의 회전 속도는 증가되며, 웨이퍼 (50) 에 대한 압출 헤드 (30) 의 코팅 속도가 일정하도록 유지하기 위해 회전 속도의 증가 비율에 따라서 압출 헤드 속도가 증가된다. 도 22 에 나타낸 바와 같이, 압출 헤드 (30) 의 전연 (leading edge) 이 웨이퍼 (50) 의 중심에 도달할 때, 웨이퍼 (50) 의 회전 속도는, 압출 헤드 (30) 의 후연 (trailing edge) 이 웨이퍼 (50) 의 중심에 도달할 때까지, 일정하게 유지된다. 전체 웨이퍼 (50) 가 포토레지스트로 피복된 때, 포토레지스트 펌프 (127) 는 포토레지스트의 분배를 정지시키기 위해 트리거되며, 포토레지스트 셧오프 밸브 (129) 가 닫힌다. 통상적으로, 포토레지스트로 전체 웨이퍼 (50) 를 피복하기 위해, 압출 헤드 (30) 의 후연이 웨이퍼 (50) 의 중심에 도달할 때까지, 계속적인 포토레지스트의 압출과 압출 헤드 (30) 의 계속적인 이동을 필요로 한다. 포토레지스트 (127) 및 셧오프 밸브 (129) 가 포토레지스트의 분배를 정지시키기 위해 트리거될 때, 압출 헤드 (30) 에 이미 존재하는 포토레지스트의 잔류량은 계속적으로 흐르며, 웨이퍼 (50) 상에 피복된다. 그러한 경우에, 포토레지스트 펌프 (127) 및셧오프 밸브 (129) 는 전체 웨이퍼 (50) 를 피복하기 바로 이전에 포토레지스의 분배를 정지시키기 위해 트리거되어, 그러한 잔류 포토레지스트로 하여금 웨이퍼 (50) 의 피복을 종료하도록 한다.
그 후, 척 (114) 는 웨이퍼 (50) 를 캐치 컵 (116) 으로 내리며, 압출 헤드 (30) 는 도 23 에 나타낸 바와 같이 코팅 영역으로부터 올려진다. 그 후, 웨이퍼 (50) 는 고속으로 회전되어, 여분의 포토레지스트를 분배하며 원하는 코팅 균일성을 달성한다. 척 (114) 는 회전을 정지하며, 베이스 플레이트 (132) 의 중심 컷 아웃 (134) 를 통해 올려진다. 진공 상태는 소멸되며, 웨이퍼 (50) 는 척 (114) 로부터 분배된다.
도 24 은 본 발명에 따른 압출 스핀 코팅 이동의 임의의 파라미터를 나타내는 도면이다. 도 24 에서, 웨이퍼 (50) 는 반경 R 을 가지며, 그의 중심에 대해 Ω의 각속도로 회전하고 있다. 압출 헤드 (30) 는 웨이퍼 (50) 위에 있으며, 압출 슬롯 (39) 은 웨이퍼 (50) 에 대해 방사상으로 정렬된다. 압출 슬롯 (39) 은 w 의 폭을 가지며, 속도 u 로 웨이퍼 (50) 에 대해 방사상으로 이동하고 있다. 웨이퍼 (50) 의 중심과 후연 사이의 거리는 r 이다.
도 24 에 나타낸 회전축으로부터 거리 r 만큼 떨어진 위치에서, 웨이퍼 (50) 표면의 임의의 점에서의 접선 속도는 하기와 같다.
회전축으로부터의 거리 r 에서 압출 헤드 (30) 의 후연에 대해서, 나선 압출 패턴은 웨이퍼 (50) 의 각각의 해상도 (revolution) 에 대해 압출 슬롯 (39) 의 길이 내부로 압출 헤드 (30) 를 이동시킴으로써 만들어진다. 웨이퍼 (50) 의 지름에 따른 압출 헤드 (30) 의 속도는 하기와 같다.
Ω 를 치환하여 풀면 하기와 같다.
방사성으로 내부 이동에 있어서, u = -dr/dt 이며, 압출 헤드의 위치에 대한 미분 방정식은 하기와 같이 얻어질 수 있다.
t = 0 에서 초기 상태 r = r0을 사용하여 이 방정식을 적분하면, 하기와 같은 식을 얻는다.
웨이퍼 회전 속도는 시간에 대한 함수로 하기와 같이 표현될 수 있다.
헤드 속도는 시간에 대한 함스로 하기와 같이 표현될 수 있다.
도 25 은 본 발명의 일 양태에 따른 압출 스핀 코팅 나선 패턴 (202) 을 나타낸다. 나선 패턴 (202) 은 웨이퍼 (50) 의 외부 에지 (outer edge) 에서 시작하여 웨이퍼 (50) 의 중심을 향해 내부로 방사상으로 이동하는 압출 헤드 (30) 로부터 기인한다. 제 1 그림자 영역 (204) 은 웨이퍼 (50) 의 외부 에지에서 버려진 포토레지스트를 나타내며, 제 2 그림자 영역 (206) 은 웨이퍼 (50) 의 중심으로 압출된 포토레지스트의 이중 두께를 나타낸다. 웨이퍼 (50) 의 외부 에지 (52) 에서 압출 헤드 (50) 로 공정을 시작하여, 웨이퍼 (50) 의 외부 에지 (52) 둘레에 불필요한 오버랩 또는 이중 두께가 없이 압출된 나선 패턴 (202) 으로 전체 외부 에지 (52) 을 피복하는 것이 필요하다. 이것은 버려진 포토레지스트의 제 1 그림자 영역 (204) 이 된다. 또한, 압출 헤드 (30) 의 전연이 전체 웨이퍼 (50) 가 피복될 때까지 웨이퍼 (50) 의 중심에 도달한 후, 포토레지스트를 계속적으로 압출시키는 것이 필요하다. 통상적으로, 압출 헤드 (30) 의 후연이 웨이퍼 (50) 의 전체 중심 영역을 피복하기 위해 중심에 도달할 때까지, 공정을 계속하는 것이 필요하다. 웨이퍼 (50) 의 중심에서의 제 2 그림자 영역 (206) 의 오버랩은 압출 헤드 (30) 의 유한폭 때문에 필수적인 것이다. 그러나, 버려진 포토레지스트 및 여분의 포토레지스트양은 상대적으로 작으며, 압출 스핀 코팅 공정의 효율은 이전의 스핀 코팅 공정의 효율성을 훨씬 능가한다.
도 25 은, 웨이퍼를 회전시키고 웨이퍼의 중심의 내부를 향해 방사성으로 이동시키면서, 웨이퍼의 외부 에지에서 압출 헤드를 개시함으로써 초래하는 압출 스핀 코팅 나선 패턴을 나타낸다. 본 발명의 방법 및 장치는 웨이퍼의 중심에서 압출 헤드를 대신하여 개시할 수도 있고, 웨이퍼의 외부 에지의 외부를 향해 외부로 방사성으로 압출 헤드를 이동시킬 수도 있다.
일반적으로, 압출 코팅은 얇은 (위에서 설명한 방법에 따르면 일반적으로 20 - 40 마이크로미터) 코팅 물질의 초기층을 발생시킨다. 초기층이 얇기 때문에, 초기 코팅층에 포함되어 있는 용매 농도는 증발로 인하여 매우 고속으로 변할 수 있다. 그결과, 점성도가 용매 농도에 의존하기 때문에 웨이퍼상의 한 지점에서의 코팅 물질의 점성도는 시간에 따라서 변하게 된다. 전체 웨이퍼상에 코팅을 압출하는 데는 제한된 시간이 요구되기 때문에, 웨이퍼 표면상의 코팅 점성도는 불균일하다. 후속하는 스핀 건조 이전의 이 불균일 상태는, 최종 코팅 두께의 불균일을 증가시킨다.
최종 코팅 불균일을 향상시키기 위해서, 본 발명의 실시형태는 코팅을 둘러싸고 있는 가스 환경의 용매 증기의 농도를 약 50% (포화) 로 제어한다. 다른 실시형태에서, 용매 증기의 농도는, 제한되는 것은 아니지만 서로다른 용매 증기 농도를 갖는 가스 스트림을 혼합하는 것, 액체 용매를 통하여 가스를 버블링하는 것, 및 액체 용매의 작은 방울을 분무기 (atomizer) 로 가스 스트림에 주입하는 것을 포함하는 서로다른 기술에 의해서 제어된다.
도 26 은 1500 - 3000 rpm 의 스피닝이 후속하는, 앞에서 설명한 압출 코팅방법 및 장치를 이용하는 실시형태에 대한 실험 및 계산 결과의 실시예를 나타낸다. 도 26 에 나타낸 바와 같이, 코팅 불균일은 가스 환경의 용매 농도가 포화를 향해 증가함에 따라서 향상된다. 포화의 약 50% 보다 큰 용매 증기 농도가 바람직하다. 코팅 불균일이 웨이버상에서 약 15 옹스트롬내에 있기 위해서는, 포화의 약 80% 보다 큰 용매 증기 농도가 바람직하다.
본 발명은 상술한 실시형태에 제한되는 것이 아님은 당업자에게 자명하다. 다른 구성 및 실시형태는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 개선될 수 있으며, 청구 범위내에 포함되도록 의도된다.

Claims (32)

  1. 폴리머 용액으로 기판의 표면을 코팅하는 방법으로서,
    밀폐형 하우징 내부에 상기 기판을 탑재하는 단계,
    제어 가스의 용매 증기 농도를 대략 50% (포화) 보다 크게 제어하는 단계,
    입구를 통해 상기 하우징으로 상기 제어 가스를 통과시키는 단계,
    상기 하우징 내의 상기 기판의 상기 표면 상으로 상기 폴리머 용액을 압출하는 단계,
    상기 기판을 스피닝하는 단계, 및
    상기 제어 가스와 상기 제어 가스에 부유된 임의의 용매 증기 및 입자 불순물을 상기 하우징으로부터, 출구를 통해, 배기하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판은 상부면, 중심, 및 외부 에지를 갖는 웨이퍼이고,
    상기 폴리머 용액을 압출하는 단계는, 폭을 갖는 포토레지스트 리본을 압출하는 단계를 포함하며, 상기 리본은 상기 기판의 상기 상부면 전체를 나선형 패턴으로 코팅되며, 상기 포토레지스트는 상기 배출 슬롯으로부터 일정한 배출 속도인 소정의 속도로 압출되며, 상기 기판이 소정의 회전 속도로 회전함과 동시에 상기 압출 헤드는 소정의 방사상 속도로 이동하며, 방사상으로 이동하는 상기 압출 헤드는 상기 회전하는 기판에 대해 일정한 탄젠트 속도인 소정의 탄젠트 속도로 동작하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 포토레지스트 리본은 상기 웨이퍼의 상기 외부 에지에서 시작하여 상기 웨이퍼의 상기 중심에서 종료되는 나선형 패턴으로 압출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 포토레지스트 리본은 상기 웨이퍼의 상기 중심에서 시작하여 상기 웨이퍼의 상기 외부 에지에서 종료되는 나선형 패턴으로 압출되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 포토레지스트 리본의 폭은 상기 웨이퍼의 지름의 약 1/10 에서 약 1/3 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 상부면, 중심, 지름, 및 외부 에지를 갖는 웨이퍼이고,
    상기 밀폐형 하우징 내에 상기 기판을 탑재하는 단계는, 상기 웨이퍼의 상기 상부면이 수평으로 정렬되고 상부를 향하도록 상기 웨이퍼를 척 상에 탑재하는 단계를 포함하고,
    상기 폴리머 용액을 압출하는 단계는:
    상기 압출 헤드는 상기 웨이퍼의 상기 외부 에지에 근접하고 상기 웨이퍼의 상기 상부면 상부에 위치하는 단계로서, 상기 압출 헤드는 상기 압출 슬롯 외부로 포토레지스트를 압출하도록 이루어지며, 상기 압출 슬롯은 제 1 및 제 2 단부에 의해 경계되는 길이를 가지며, 상기 압출 헤드는 상기 웨이퍼에 대해 방사상으로 정렬되는 상기 압출 슬롯과 함께 위치되며, 상기 압출 슬롯의 상기 제 1 단부는 상기 웨이퍼의 상기 외부 에지에 근접하여 위치되며, 상기 압출 슬롯의 상기 제 2 단부는 상기 웨이퍼의 상기 외부 에지 외측에 위치되는 단계,
    상기 웨이퍼가 그 중심에 대해 회전하는 단계로서, 상기 웨이퍼가 소정의 회전 속도로 회전하고 상기 압출 헤드가 소정의 방사상 속도로 이동하면, 상기 회전하는 웨이퍼에 대해 방사상으로 이동하는 상기 압출 헤드는 일정한 탄젠트 속도인 소정의 탄젠트 속도로 동작하는 단계,
    상기 압출 슬롯으로부터 상기 포토레지스 리본을 압출하는 단계로서, 상기 리본은 상기 슬롯의 길이와 실질적으로 동일한 폭을 가지며, 상기 포토레지스트는 상기 압출 슬롯으로부터 일정한 압출 속도인 소정의 속도로 압출되는 단계, 및
    상기 압출 슬롯으로부터 상기 포토레지스트를 압출하고 상기 웨이퍼에 대해 방사상으로 정렬되는 상기 압출 슬롯을 유지하는 단계와 동시에, 상기 포토레지스트가 상기 웨이퍼의 상기 표면의 상부 전체를 코팅하는 동안 상기 압출 헤드는 상기 웨이퍼의 상기 외부 에지에서 상기 웨이퍼의 상기 중심을 향해 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 압출 슬롯의 길이는 상기 반도체 웨이퍼의 지름의 약 1/10 내지 약 1/3 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 웨이퍼에 대해 방사상으로 정렬되는 상기 압출 슬롯을 유지하는 단계는, 상기 웨이퍼의 상기 상부면 상부에서 소정의 거리로 상기 압출 슬롯을 균일하게 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 웨이퍼에 대해 방사상으로 정렬되는 상기 압출 슬롯을 유지하는 단계는, 압출 슬롯과 상기 웨이퍼의 상기 상부면 사이의 거리를 결정하는 단계 및 상기 압출 슬롯의 상기 위치를 상기 거리를 유지하도록 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 웨이퍼에 대해 방사상으로 정렬되는 상기 압출 슬롯을 유지하는 단계는, 상기 압출 슬롯과 상기 웨이퍼의 상기 상부면 사이의 거리를 광학 센서를 이용하여 결정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 6 항에 있어서, 상기 포토레지스트 리본은 상기 웨이퍼의 상기 상부면을 코팅하는 나선형 패턴으로 상기 웨이퍼 상에 코팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 압출 헤드를 제거하는 단계, 및 상기 웨이퍼를 고속으로 회전하는 단계로 이루어지는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 상부면, 중심, 직경, 및 외부 에지를 갖는 웨이퍼이며,
    상기 밀폐형 하우징 내에 상기 기판을 탑재하는 단계는 상기 웨이퍼를 척 상에 고정하는 단계를 포함하며,
    상기 폴리머 용액을 압출하는 단계는,
    상기 웨이퍼의 상기 중심 및 상기 웨이퍼의 상기 상부면에 압출 헤드를 위치시키는 단계로서, 상기 압출 헤드는 압출 슬롯 외부로 상기 포토레지스트를 압출하도록 이루어지며, 상기 압출 슬롯은 제 1 및 제 2 단부에 의해 경계되는 길이를 가지며, 상기 압출 헤드는 상기 웨이퍼에 대해 방사상으로 정렬되는 상기 압출 슬롯을 갖고 위치되며, 상기 압출 슬롯의 제 1 단부는 상기 웨이퍼의 중심에 위치되고 상기 압출 슬롯의 제 2 단부는 상기 웨이퍼의 중심과 상기 웨이퍼의 상기 외부 에지 사이에 위치되는 단계,
    상기 웨이퍼가 그 중심에 대해 회전하는 단계로서, 상기 웨이퍼가 소정의 회전 속도로 회전하고 상기 압출 헤드가 소정의 방사상 속도로 이동하면, 상기 회전하는 웨이퍼에 대해 방사상으로 이동하는 상기 압출 헤드는 일정한 탄젠트 속도인 소정의 탄젠트 속도로 동작하는 단계,
    상기 압출 슬롯으로부터 상기 포토레지스 리본을 압출하는 단계로서, 상기 리본은 상기 슬롯의 길이와 실질적으로 동일한 폭을 가지며, 상기 포토레지스트는상기 압출 슬롯으로부터 일정한 압출 속도인 소정의 속도로 압출되는 단계, 및
    상기 압출 슬롯으로부터 상기 포토레지스트를 압출하고 상기 웨이퍼에 대해 방사상으로 정렬되는 상기 압출 슬롯을 유지하는 단계와 동시에, 상기 포토레지스트가 상기 웨이퍼의 상기 표면의 전체 상부를 코팅하는 동안 상기 압출 헤드는 상기 웨이퍼의 상기 외부 에지를 향해 외부로 방사상으로 이동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 1 항에 있어서, 용매 증기 농도를 제어하는 단계는, 상기 제 1 용매 증기 함유 가스 및 제 2 가스를 전기적으로 제어되는 밸브가 탑재된 도관을 따라 상기 하우징으로 통과시키며, 상기 밸브는 상기 하우징으로의 가스 유량 및 상기 하우징으로 흐르는 상기 제어 가스의 조성을 조절하는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 2 항에 있어서, 용매 증기 농도를 제어하는 단계는, 상기 제 1 용매 증기 함유 가스 및 제 2 가스를 전기적으로 제어되는 밸브가 탑재된 도관을 따라 상기 하우징으로 통과시키며, 상기 밸브는 상기 하우징으로의 가스 유량 및 상기 하우징으로 흐르는 상기 제어 가스의 조성을 조절하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 6 항에 있어서, 용매 증기 농도를 제어하는 단계는, 상기 제 1 용매 증기 함유 가스 및 제 2 가스를 전기적으로 제어되는 밸브가 탑재된 도관을 따라 상기 하우징으로 통과시키며, 상기 밸브는 상기 하우징으로의 가스 유량 및 상기 하우징으로 흐르는 상기 제어 가스의 조성을 조절하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 13 항에 있어서, 용매 증기 농도를 제어하는 단계는, 상기 제 1 용매 증기 함유 가스 및 제 2 가스를 전기적으로 제어되는 밸브가 탑재된 도관을 따라 상기 하우징으로 통과시키며, 상기 밸브는 상기 하우징으로의 가스 유량 및 상기 하우징으로 흐르는 상기 제어 가스의 조성을 조절하는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 1 항에 있어서, 상기 제어 가스는 공기, 질소, 및 희가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 종을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제 2 항에 있어서, 상기 제어 가스는 공기, 질소, 및 희가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 종을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 6 항에 있어서, 상기 제어 가스는 공기, 질소, 및 희가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 종을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 13 항에 있어서, 상기 제어 가스는 공기, 질소, 및 희가스로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 종을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머 용액은 포토레지스트 폴리머를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 2 항에 있어서, 상기 폴리머 용액은 포토레지스트 폴리머를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 6 항에 있어서, 상기 폴리머 용액은 포토레지스트 폴리머를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 13 항에 있어서, 상기 폴리머 용액은 포토레지스트 폴리머를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅된 기판 상에 용매가 없는 습기 가스를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 2 항에 있어서, 상기 코팅된 기판 상에 용매가 없는 습기 가스를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 6 항에 있어서, 상기 코팅된 기판 상에 용매가 없는 습기 가스를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 13 항에 있어서, 상기 코팅된 기판 상에 용매가 없는 습기 가스를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 26 항에 있어서, 상기 습기 가스의 습도는 온도 및 습도 제어기에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 습기 가스의 습도는 40 % 내지 45 %의 범위의 상대습도로 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 1 항에 있어서, 상기 습기 가스의 온도는 온도 및 습도 제어기에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 방법.
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Kitano Novel coating apparatus using nozzle-scan technique

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