KR20060122035A - 포토레지스트 공급 장치 및 이를 이용한 포토레지스트 공급방법 - Google Patents

포토레지스트 공급 장치 및 이를 이용한 포토레지스트 공급방법 Download PDF

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Abstract

공급 배관 내부를 퍼지시킬 수 있는 포토레지스트 공급 장치에 있어서, 포토레지스트 공급부는 포토레지스트를 유동시킨다. 공급부와 연결되는 공급 배관은 포토레지스트를 기판 상으로 공급한다. 공급 배관 상에 구비되는 유동특성 변환부재는 포토레지스트의 유동 특성을 층류에서 난류로 변화시킴으로써, 공급 배관 내에 잔류하는 이물질을 제거한다. 상기와 같은 구성을 가지는 포토레지스트 공급 장치는 공급 배관을 분리하지 않고도 공급 배관 내부에 잔류하는 이물질을 공급 배관 외부로 퍼지시킬 수 있다.

Description

포토레지스트 공급 장치 및 이를 이용한 포토레지스트 공급 방법{Apparatus for supplying photoresist and method of supplying photoresist using the same}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 유동특성 변환부재를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 1의 포토레지스트 공급 장치를 이용하여 공급 배관 내부를 퍼지시키기 위한 포토레지스트 공급 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
170 : 유동특성 변환부재 172 : 실린더
174 : 밸브 176 : 유동막
178 : 유동막 구동부
본 발명은 포토레지스트 공급 장치 및 이를 이용한 포토레지스트 공급 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 기판 상에 포토레지스트 조성물(이하, "포토레 지스트"라 한다)을 코팅(coating)하기 위한 점도 장치에 사용되는 포토레지스트 공급 장치 및 이를 이용한 포토레지스트 공급 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(Fab) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 EDS(electrical die sorting)공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.
상기 팹 공정은 기판 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 기판의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 기판 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 또는 패턴이 형성된 기판의 표면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.
상기 포토리소그래피 공정은 식각이나 이온 주입이 될 부위와 보호되어야 할 부위를 정의하기 위해 포토레지스트(photoresist)를 이용하여 패턴을 형성하는 공정이다. 이를 위해, 기판 상에 포토레지스트를 점도하는 공정, 상기 기판에 마스크(reticle)를 정렬하고 상기 마스크를 통해 선택적으로 광을 조사하는 노광 공정 및 상기 포토레지스트를 현상하는 공정을 순차적으로 수행한다.
상기 포토레지스트를 점도하는 공정은 기판 상에 마스크와 동일한 패턴을 전 사하기 위한 전 단계로서, 소정의 공정 유체 화합물을 상기 기판 상에 균일하게 코팅하기 위한 공정이다. 이 때, 상기 공정 유체 화합물을 포토레지스트이라 부르며, 상기 포토레지스트는 빛이나 방사열 등의 여러 형태의 에너지에 노출되었을 때 내부 구조가 바뀌는 특성을 가진다.
포토레지스트를 점도하는 장치는 스피너(spinner) 라는 회전 장치를 이용하여 반도체 기판을 약 3000rpm의 속도로 회전시킨 상태에서, 상기 포토레지스트를 기판 상으로 공급하여 약 2Å 내지 2000Å의 균일한 두께의 막을 형성시킨다.
통상적인 포토레지스트 스핀 코팅 장치는 스핀 코팅 공정을 수행하기 위한 공정 챔버와, 상기 공정 챔버로 포토레지스트를 공급하기 위한 공급부와, 상기 포토레지스트를 상기 공급부로부터 상기 공정 챔버 내부로 공급하기 위한 공급 배관을 포함한다.
상기 포토레지스트가 반도체 기판의 표면에서 이탈됨 없이 밀착되기 위해서는 소정의 점도를 필요로 한다. 그런데, 포토레지스트가 갖는 점도로 인하여 포토레지스트가 공급 배관의 내부 표면에 엉겨붙음으로써 이물질이 발생될 수 있으며, 또는 공급 배관 내부에 기포가 발생할 수도 있다.
상기 공급 배관 내부의 이물질이나 기포는 반도체 기판 상으로 공급되어 후속에 진행되는 사진 식각 공정을 방해하는 요인으로 작용한다. 이에 따라, 포토레지스트 패턴이 원하는 형태로 형성되지 못하는 문제점이 있다. 또한, 상기 이물질이 상기 공급 배관의 일단에 구비된 노즐(nozzle)을 통해 기판 상으로 공급되는 포토레지스트의 양을 불균일하게 만들 수도 있다.
상기와 같은 문제점들을 해소하기 위한 본 발명의 제1목적은 포토레지스트 공급 배관 내부를 퍼지시킬 수 있는 포토레지스트 공급 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 제2목적은 상기 포토레지스트 공급 장치를 이용하여 공급 배관 내부를 퍼지시킬 수 있는 포토레지스트 공급 방법을 제공하는데 있다.
상기 제1목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 공급 장치는 포토레지스트를 유동시키기 위한 공급부와, 상기 공급부와 연결되고 기판 상으로 상기 포토레지스트를 공급하기 위한 공급 배관과, 상기 공급 배관 상에 구비되고 상기 공급 배관 내에 잔류하는 이물질을 제거하기 위하여 상기 포토레지스트의 유동 특성을 층류에서 난류로 변화시키기 위한 유동특성 변환부재를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유동특성 변환부재는 상기 공급 배관과 수직으로 연결되며 상기 공급 배관의 단면적을 변화시키기 위한 버퍼 공간을 갖는 실린더와, 상기 실린더 내에 배치되어 상기 버퍼 공간의 체적을 변화시키기 위한 밸브를 포함한다.
상기 제2목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 공급 방법은 먼저, 포토레지스트를 공급하는 공급 배관 및 공급 노즐을 통해 상기 포토레지스트를 기판 상으로 공급하여, 상기 기판 상에 포토레지스트로 이루어진 코팅막을 형성한다. 상기 공급 노즐을 포토레지스트를 드레인시키기 위한 위치로 이 동시킨다. 상기 공급 배관을 통해 포토레지스트를 유동시킨다. 마지막으로, 상기 공급 배관 내에 잔류하는 기포 또는 이물질을 제거하기 위하여 상기 공급 배관 내를 흐르는 포토레지스트의 유동 특성을 층류에서 난류로 변화시킨다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 공급 배관을 별도로 세정하지 않더라도, 상기 공급 배관을 통해 공급되는 포토레지스트의 유동 특성 변화에 따라 상기 공급 배관 내부에 잔류하는 기포 또는 이물질을 상기 공급 배관 외부로 퍼지시킬 수 있다. 따라서, 기판 상으로 포토레지스트를 안정적으로 공급할 수 있다.
단, 본 발명에 따른 상기 유동특성 변환부재의 실린더는 상기 실린더로 유입되는 포토레지스트의 유동 상태를 변화시키는 것을 특징으로 한다. 따라서, 상기 실린더의 단면 형상은 하기에 설명되는 실시예에 따른 단면 형상에 한정되지 않고, 포토레지스트의 유동 상태를 효과적으로 변화시킬 수 있는 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 유동특성 변환부재의 밸브는 상기 실린더의 단면 및 체적을 조절할 수 있는 다양한 형태의 밸브를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 공급 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 포토레지스트 공급 장치는 포토레지스트(122)를 유동시키기 위한 공급부(110)와, 기판(W) 상으로 포토레지스트(122)를 공급하기 위한 공급 배관(160)과, 상기 공급 배관(160) 내에 잔류하는 이물질을 제거하기 위하여 포토레지스트(122)의 유동 특성을 층류에서 난류로 변화시키기 위한 유동특성 변환부재(170)를 포함한다.
상기 포토레지스트 공급부(110)는 스핀 공정을 수행하기 위한 공정 챔버(180)로 포토레지스트(122)를 공급하기 위한 제1공급부(120)와, 상기 제1공급부(120)와 연결되고 매개 유체(132)를 저장하며 매개 유체(132)를 이용하여 상기 제1공급부(120)에 포토레지스트(122)의 토출 압력을 제공하기 위한 제2공급부(130)를 구비한다.
상기 제1공급부(120)는 포토레지스트(122)가 저장되는 공간을 제공하는 제1저장 용기(124)와, 포토레지스트(122)와 매개 유체(132)를 분리시키며 매개 유체(132)의 압력을 포토레지스트(122)로 전달하기 위한 다이아프램(diaphragm, 126)을 포함한다.
상기 제2공급부(130)는 매개 유체(132)가 저장되는 공간을 제공하는 제2저장 용기(134)와, 제2저장 용기(134) 내부에 배치되며 매개 유체(132)를 유동시키기 위한 연성 부재(136)와, 상기 연성 부재(136)를 압축 또는 팽창시키기 위한 구동 모터(138)를 포함한다.
매개 유체(132)는 비압축성 유체(non-compressible fluid)로서, 제2저장 용기(134)의 상단에 형성된 유입구(139)를 통해 공급된다. 특히, 매개 유체(132)로는 불소(fluorine) 액체가 바람직하다. 또한, 상기 연성 부재(136)는 표면에 주름이 형성되어 수축 또는 팽창이 용이한 벨로우즈(bellows)로 이루어질 수 있다. 상기 구동 모터(138)로는 회전 운동을 직선 운동으로 변환시킬 수 있는 스텝핑 모터(stepping motor)를 사용할 수 있다.
상기 제2저장 용기(134)는 상기 제1저장 용기(124)와 연통된다. 따라서, 매개 유체(132)가 상기 연성 부재(136)에 의해 상기 제1저장 용기(124) 내부로 이동할 수 있고, 매개 유체(132)는 상기 다이아프램(126)을 가압함으로써 포토레지스트(122)를 상기 공급 배관(160)으로 토출시킬 수 있다.
상기 제1저장 용기(124)의 상단 및 하단에는 포토레지스트(122)의 공급 배관(160) 및 유입 배관(190)이 각각 연결되고, 상기 공급 배관(160)은 상기 공정 챔버(180)에 연결되어 있다. 따라서, 포토레지스트(122)는 상기 유입 배관(190)으로부터 공급된 후에 상기 다이아프램(126)의 압력에 의해 상기 공급 배관(160)을 통해 토출됨으로써 상기 공정 챔버(180)로 제공된다.
상기 공정 챔버(180)는 반도체 기판(W)을 지지하기 위한 척(182)과 상기 척(182)을 회전시키기 위한 구동부(184)를 포함한다. 상기 척(182)의 기판(W) 상으로 포토레지스트(122)가 공급되면, 상기 척(182)의 회전에 의한 구심력에 의해 상기 기판(W) 상에 포토레지스트(122)가 균일하게 퍼지게 된다. 이 때, 포토레지스트(122)는 점도를 가지므로, 상기 기판(W) 상에 소정의 두께를 갖는 포토레지스트(122)가 코팅된다.
여기서, 상기 공급 배관(160) 상에는 유동특성 변환부재(170)가 구비된다. 상기 유동특성 변환부재(170)는 상기 공급 배관(160) 내부의 포토레지스트(122)의 유동 특성을 변화시키기 위한 부재이다. 구체적으로, 상기 유동특성 변환부재(170) 는 상기 공급 배관(160)의 단면적보다 크거나 또는 작은 단면적을 갖는다. 상기 단면적의 변화로 인하여 포토레지스트(122)의 유동 특성이 층류(laminar flow) 상태에서 난류(turbulence flow) 상태로 변화할 수 있다(도 2 참조).
이와 같이 포토레지스트(122)의 유동 상태가 변화함에 따라, 상기 공급 배관(160) 내벽에 부착되어 있는 이물질이 포토레지스트(122)의 유동 변화에 의해서 상기 공급 배관(160) 내벽으로부터 이탈될 수 있다. 이는 상기 포토레지스트(122)의 속도 변화를 수반하는 난류 유동이 상기 공급 배관(160)에 흡착된 이물질을 상기 공급 배관(160)의 내벽으로부터 이탈시키는 힘으로 작용하기 때문이다.
이하에서는, 상기 유동특성 변환부재의 구성 및 기능에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 유동특성 변환부재를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 상기 유동특성 변환부재(170)는 상기 공급 배관(160)과 수직으로 연결되며 상기 공급 배관(160)의 단면적을 변화시키기 위한 버퍼 공간을 갖는 실린더(172)와, 상기 실린더(172) 내에 배치되어 상기 버퍼 공간의 체적을 변화시키기 위한 밸브(174)를 포함하여 구성된다.
구체적으로, 상기 실린더(172)는 상기 공급 배관(160)의 단면적보다 큰 단면적을 갖고, 그 내부에는 소정의 체적을 갖는 버퍼 공간이 형성된다. 상기 버퍼 공간의 체적은 상기 밸브(174)에 의해 변화된다.
여기서, 상기 밸브(174)는 상기 실린더(172) 내부의 버퍼 공간의 체적을 한정하는 유동막(176) 및 상기 유동막을 상하 이동시키기 위한 유동막 구동부(178)를 포함하여 구성된다. 이와는 다르게, 상기 밸브(174)는 상기 버퍼 공간의 체적을 변화시키는 기능을 수행하는 다양한 형태의 밸브로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 유동막(176)은 상기 기판(W) 상에 포토레지스트(122)를 코팅하는 공정이 수행될 때는 상기 실린더(172)의 단면적이 상기 공급 배관(160)의 단면적과 동일하게 되도록 위치한다. 그리고, 상기 공정이 완료된 후, 상기 공급 배관(160) 내부를 퍼지시킬 때는 상기 유동막(176)이 상승 또는 하강함으로써, 상기 실린더(172)의 단면적을 상기 공급 배관(160)의 단면적보다 작거나 또는 크게 만든다.
이에 따라, 포토레지스트(122)는 상기 실린더(172)를 통과하는 순간 그 유동이 층류에서 난류로 급격하게 전환될 수 있다. 상기 난류 상태의 포토레지스트(122)는 상기 공급 배관(160) 내부에 잔류하는 이물질(P)의 흡착력을 순간적으로 또는 지속적으로 떨어뜨린다. 그 결과, 상기 이물질(P)은 상기 공급 배관(160)의 내벽으로부터 이탈되어 상기 노즐(162)을 통해 상기 공급 배관(160) 외부로 배출될 수 있다.
상기에서 설명한 포토레지스트의 유동은 속도 관점에서 보면 다음과 같이 설명될 수 있다.
상기 유동특성 변환부재(170)의 전단에 연결된 공급 배관(160)을 기준으로, 상기 유동특성 변환부재(170)의 실린더(172)가 확대관으로 작용한다. 그러면, 상기 실린더(172)의 후단에 연결된 공급 배관(160)은 1차 축소관으로, 상기 공급 배관(160)의 단부에 구비된 공급 노즐(162)은 2차 축소관으로 기능한다. 즉, 포토레지스트가 상기 확대관, 1차 및 2차 축소관을 통과하며 가속될 수 있다. 이에 따라, 상기 포토레지스트의 가속도은 힘(force)을 발생시키고, 상기 힘에 의해 상기 공급 배관(160) 내부의 이물질이 제거되는 효과가 발생한다.
한편, 상기 실린더(172)의 단면 형상은 상기 공급 배관(160)의 단면적과 원형으로 형성될 수 있으며, 포토레지스트(122)의 유동 특성을 변화시키기에 적합한 사각형 또는 평행 사변형을 가질 수도 있다. 이 때, 상기 밸브(174)는 도시된 것과는 다르게 상기 실린더(172)의 단면 형상을 다양하게 변화시키도록 구성될 수도 있다.
또한, 상기 공급 배관(160) 내부의 퍼지 효과를 극대화시키기 위하여 상기 공급 배관(160) 상에 다수개의 유동특성 변환부재(170)를 설치할 수 있다.
도 3은 도 1의 포토레지스트 공급 장치를 이용하여 공급 배관 내부를 퍼지시키기 위한 포토레지스트 공급 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 통해 설명한 바와 같이, 포토레지스트(122)를 공급하는 공급 배관(160) 및 공급 노즐(162)을 통해 상기 포토레지스트(122)를 기판(W) 상으로 공급하여, 상기 기판(W) 상에 포토레지스트로 이루어진 코팅막(C)을 형성하는 공정을 수행할 수 있다. 상기 공정이 연속적으로 진행됨에 따라, 상기 공급 배관(160) 내부에는 포토레지스트(122)의 점도로 인하여 기포 또는 이물질(응결물)이 서서히 흡착된다.
도시되지는 않았으나, 상기 포토레지스트 스핀 코팅 장치(100)는 상기 공급 배관(160)을 퍼지시키는 시점을 알려주기 위한 제어부(미도시)가 구비된다. 상기 제어부에 의해 상기 공급 배관(160)의 퍼지 공정을 수행하는 제어 신호가 각 장치로 전달되어 상기 퍼지를 위한 포토레지스트 공급이 시작된다.
도 3을 참조하면, 먼저 상기 공급 노즐(162)을 포토레지스트(122)를 드레인시키기 위한 위치(D)로 이동시킨다(S110). 구체적으로, 상기 공정 챔버(180)에는 기판(W)을 둘러싸도록 배치되고, 척(182)의 회전에 의해 기판(W)으로부터 이탈되는 포토레지스트를 수용하기 위한 보울(bowl, 184)이 구비되어 있다. 상기 위치(D)는 상기 공급 노즐(162)의 홈 포지션(home position)으로서, 홈 포지션의 공급 노즐(162)로부터 배출되는 포토레지스트는 상기 보울(184) 내부에 배치된 배기 입구(186) 내부로 흘러들러 가게 된다. 이에 따라, 상기 위치(D)의 공급 노즐(162)로부터 분사되는 포토레지스트는 상기 배기 입구(186)와 연결된 배기 배관(188)을 통해 드레인될 수 있다.
상기 공급 배관(160)을 통해 포토레지스트를 유동시킨다(S120). 다음에, 상기 공급 배관(160) 내에 잔류하는 기포 또는 이물질을 제거하기 위하여 상기 공급 배관(160) 내부를 흐르는 포토레지스트의 유동 특성을 층류에서 난류로 변화시킨다(S130). 상기 S120 및 S130 단계는 각각 상기 기 설명된 상기 포토레지스트 공급부(110) 및 상기 유동특성 변환부재(170)를 이용하여 수행될 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
마지막으로, 상기 공급 노즐(162)을 통해 포토레지스트를 드레인시킨다(S140). 상기 유동특성 변환부재(170)를 통과하여 난류 상태로 변환된 포토레지스트는 상기 난류 유동에 의해 제거된 기포 또는 이물질(P)을 수반하여 상기 공급 노즐(162)을 통해 드레인될 수 있다. 상기 S140 단계는 상기 공급 배관(160) 내부의 이물질들이 충분히 퍼지되도록 기 설정된 시간 동안 수행된다. 그러나, 고가의 포토레지스트가 지나치게 낭비되지 않도록 가능한 짧은 시간 내에 완료되도록 한다.
상술한 포토레지스트 공급 방법에 의하면, 기판(W) 상에 포토레지스트막을 코팅하는 공정을 수행한 뒤에 공급 배관(160) 내부를 퍼지시키는 공정을 연속적으로 수행할 수 있다. 즉, 상기 공급 배관(160)를 이동하는 포토레지스트의 유동 특성만을 변화시킴으로서 상기 공급 배관(160) 내부의 이물질들을 제거할 수 있다. 이에 따라, 상기 공급 배관(160) 내부의 이물질들을 제거하기 위한 별도의 세정 공정을 수행하지 않아도 된다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 공급 배관을 분리해 낼 필요가 없기 때문에 공급 배관을 세정하는 시간이 단축될 수 있다. 또한, 공급 배관 내부의 이물질에 의해 기판의 오염되는 현상 및 상기 이물질에 의해 포토레지스트의 유량이 변동하는 현상이 억제되어 포토레지스트의 공급이 안정화될 수 있다.
결과적으로, 포토레지스트 스핀 코팅 장치의 가동율이 향상되고, 반도체 장치의 신뢰성이 증대되는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. 포토레지스트를 유동시키기 위한 공급부;
    상기 공급부와 연결되고, 기판 상으로 상기 포토레지스트를 공급하기 위한 공급 배관; 및
    상기 공급 배관 상에 구비되고, 상기 공급 배관 내에 잔류하는 이물질을 제거하기 위하여, 상기 포토레지스트의 유동 특성을 층류에서 난류로 변화시키기 위한 유동특성 변환부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 공급 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유동특성 변환부재는,
    상기 공급 배관과 수직으로 연결되며 상기 공급 배관의 단면적을 변화시키기 위한 버퍼 공간을 갖는 실린더; 및
    상기 실린더 내에 배치되어 상기 버퍼 공간의 체적을 변화시키기 위한 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 공급 장치.
  3. 포토레지스트를 공급하는 공급 배관 및 공급 노즐을 통해 상기 포토레지스트를 기판 상으로 공급하여, 상기 기판 상에 포토레지스트로 이루어진 코팅막을 형성하는 단계;
    상기 공급 노즐을 포토레지스트를 드레인시키기 위한 위치로 이동시키는 단계;
    상기 공급 배관을 통해 포토레지스트를 유동시키는 단계; 및
    상기 공급 배관 내에 잔류하는 기포 또는 이물질을 제거하기 위하여 상기 공급 배관 내를 흐르는 포토레지스트의 유동 특성을 층류에서 난류로 변화시키는 단계를 포함하는 포토레지스트 공급 방법.
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