KR20060126096A - 반도체 기판 코팅 장치 - Google Patents

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KR20060126096A
KR20060126096A KR1020050047740A KR20050047740A KR20060126096A KR 20060126096 A KR20060126096 A KR 20060126096A KR 1020050047740 A KR1020050047740 A KR 1020050047740A KR 20050047740 A KR20050047740 A KR 20050047740A KR 20060126096 A KR20060126096 A KR 20060126096A
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삼성전자주식회사
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Abstract

반도체 기판 상면에 코팅막을 정확 및 균일한 두께로 형성할 수 있는 반도체 기판 코팅 장치는, 척, 구동 부재, 코팅물질 공급 부재, 반도체 기판 상면으로 신호를 방출하여 코팅물질에 의해 반도체 기판 상면에 형성된 막의 두께를 측정하는 센서 부재, 그리고 막을 균일 및 정확한 두께로 형성하기 위하여 센서 부재로부터 제공된 측정 결과에 대응하게 코팅물질 공급 부재를 제어하는 제어 부재를 포함한다. 코팅물질은 포토레지스트 조성물일 수 있으며, 센서 부재는 광 센서, 초음파 센서 또는 자기장 센서와 같은 비접촉 센서를 포함할 수 있다. 코팅막의 두께를 일정 시간마다 또는 실시간으로 측정하여 코팅물질 공급 부재와 구동 부재를 제어함으로써, 반도체 기판 상에 소정의 박막을 균일 및 정확한 두께로 형성할 수 있다.

Description

반도체 기판 코팅 장치{APPARATUS FOR COATING A SEMICONDUCTOR SUBSTRATE}
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 코팅 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 기판 코팅 장치를 설명하기 위한 부분적인 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100：반도체 기판 코팅 장치 110：챔버
120,220：회전척 122：플레이트
124：회전축 126：구동 모터
130：코팅물질 공급 모듈 132：분사 노즐
134：트랜스퍼 암 136：가이드 모터
140,240：센서 모듈 142, 241,242,243,244,245：비접촉 센서
150,250：제어 모듈 152：바울
154：제1 배출부 156：진공 라인
158：제2 배출부 160：차단부
본 발명은 반도체 기판 코팅 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 반도체 기판 상에 포토레지스트 조성물을 공급과 동시에 반도체 기판을 회전시켜 포토레지스트 코팅층을 형성하는 장치에 관한 것이다.
최근, 반도체 장치의 제조 기술은 소비자의 다양한 욕구를 충족시키기 위해 집적도, 신뢰도, 응답속도 등을 향상시키는 방향으로 발전하고 있다. 일반적으로, 반도체 장치는 반도체 기판으로 사용되는 실리콘 반도체 기판 상에 소정의 막을 형성하고, 상기 막을 전기적 특성을 갖는 패턴으로 형성함으로서 제조된다.
상기 패턴은 막 형성, 포토리소그래피, 식각, 이온주입, 화학적 기계적 연마(CMP) 등과 같은 단위 공정들의 순차적 또는 반복적인 수행에 의해 형성된다. 상기와 같은 단위 공정들 중에서 포토리소그래피 공정은 반도체 기판 상에 포토레지스트 코팅층을 형성하고, 이를 경화시키는 공정과 반도체 기판 상에 형성된 포토레지스트 코팅층을 원하는 포토레지스트 패턴으로 형성하기 위해 소정 부위를 제거하는 노광 공정 및 현상 공정을 포함한다.
일반적으로 상기 포토레지스트 코팅층은 다음과 같이 형성된다. 먼저, 반도체 기판을 회전척 상에 올려놓은 다음, 상기 반도체 기판 상의 중심 부위에 포토레지스트 조성물을 공급하고, 상기 반도체 기판을 회전시킨다. 상기 기판의 회전력에 의해 상기 반도체 기판 상의 중심 부위에 공급된 포토레지스트 조성물은 반도체 기판의 주연 부위로 밀려나고, 이에 따라, 포토레지스트 코팅층이 형성된다.
여기서, 상기 코팅 장치는 상기 포토레지스트 조성물이 반도체 기판의 주연 부위로 밀려날 때, 회전력에 의해 상기 반도체 기판으로부터 비산되는 포토레지스트 조성물을 차단하는 보울(bowl)을 포함한다. 상기 보울은 상기 회전척을 둘러싸도록 설치되며, 상부가 개방되어 있는 일종의 컵 형상을 갖는다.
상기와 같은 반도체 기판 코팅 장치에 대한 일 예로서, 미합중국 특허 제6,113,697호(issued to Kim, et al)에는 반도체 기판을 회전시키는 회전척(spin chuck)과, 포토레지스트 조성물을 제공하는 노즐과, 노즐의 위치에 따라 회전척의 속도를 제어하는 제어부를 포함하는 포토레지스트 코팅 장치가 개시되어 있다. 또한, 미합중국 특허 제5,912,043호(issued to Choi, et al.)에는 스핀 코팅 유닛(spin coating unit), 펌핑 유닛(pumping unit), 센싱 유닛(sensing unit)을 구비하며, 웨이퍼를 회전시키는 회전 장치를 제어하는 코팅 유닛의 제1 제어부와, 펌핑 유닛과 각종 밸브들의 개폐를 제어하는 펌핑 유닛의 제2 제어부를 구비하는 웨이퍼 스핀 코팅 시스템이 개시되어 있다.
상기와 같이 반도체 기판 상에 포토레지스트 코팅층이 형성하는 경우, 형성되는 포토레지스트 코팅층의 두께(높이)를 균일하게 유지하는 것이 무엇보다 중요하다. 이는, 포토레지스트 코팅층이 불균일한 두께로 또는 목표치와 다르게 형성될 경우, 후속 공정의 불량 요인으로 작용하기 때문이다. 이를 위하여, 코팅 공정이 완료된 반도체 기판에 대하여 포토레지스트 코팅층의 두께를 측정하여 후속 공정의 진행여부를 결정하는 것이 바람직하다.
현재의 일반적인 포토레지스트 코팅층의 두께를 측정 공정은, 포토레지스트 코팅층 코팅 장치와는 별도로 제작된 두께 측정 설비에서 수행된다. 즉, 코팅 장치 로부터 공정이 완료된 반도체 기판을 인출하여, 두께 측정 설비로 이송하여야 한다. 실제로 포토레지스트 코팅층의 두께 측정 공정에 소요되는 시간은 수분에 불과하다. 하지만, 이를 준비하기까지 소요되는 시간은 수십분에 달하여, 생산되는 모든 반도체 기판들에 대한 두께 측정 공정은 실질적으로 불가능한 현실이다. 이의 대안으로서, 생산되는 반도체 기판들 중에서 랜덤으로 선택한 몇몇 반도체 기판에 대해서만 두께 측정 공정을 실시하고 이들의 결과로 전체를 대표하고 있는 실정이다.
전술한 바와 같은 이유들로 인하여, 불균일하게 포토레지스트 코팅층이 형성된 반도체 기판이 후속공정에 투입되는 공정 사고가 꾸준히 발생되고 있어 막대한 재정적 및 시간적 손실이 발생되고 있다. 현재 반도체 장치를 제조하기까지 반도체 기판은 수십 가지의 단위 공정들을 거치게 된다. 각각의 단위 공정을 수행하기 위해서 상당한 비용이 소요되는 점을 고려할 때, 전술한 바와 같은 문제들로 반도체 기판이 폐기 또는 재처리될 경우, 생산율 및 경쟁력 저하는 너무나 자명한 사실이며 이에 대한 대책마련이 시급한 실정이다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반도체 기판 상에 균일 및 정확한 두께로 박막을 코팅할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.
전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 관점에 따른 반도체 기판 코팅 장치는, 반도체 기판을 지지 및 회전시키기 위한 척, 척에 회전 동력을 제공하기 위한 구동 부재, 척에 배치된 반도체 기판 상면으로 코팅물질을 공급하기 위한 코팅물질 공급 부재, 반도체 기판 상면으로 신호를 방출하여 코팅물질에 의해 반도체 기판 상면에 형성된 막의 두께를 측정하는 센서 부재, 그리고 막을 균일 및 정확한 두께로 형성하기 위하여 센서 부재로부터 제공된 측정 결과에 대응하게 코팅물질 공급 부재를 제어하는 제어 부재를 포함한다. 코팅물질은 포토레지스트 조성물일 수 있으며, 센서 부재는 광 센서, 초음파 센서 또는 자기장 센서와 같은 비접촉 센서를 포함할 수 있다. 이 경우, 비접촉 센서는 반도체 기판 상면에 수직하게 배치되어 코팅물질을 분사하는 코팅물질 공급 부재의 노즐에 장착되어 상기 노즐 유닛을 따라 수평방향으로 이동하면서 다양한 지점에서의 막의 두께를 측정할 수 있다.
비접촉 센서를 이용하여 코팅물질에 의해 반도체 기판 상면에 형성되는 막의 두께를 일정 시간마다 또는 실시간으로 측정하고, 이 측정 결과에 대응하게 코팅물질 공급 부재와 구동 부재를 제어함으로써, 반도체 기판 상에 소정의 박막을 균일 및 정확한 두께로 형성할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 관점들에 따른 반도체 기판 코팅 장치의 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예들에 의하여 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 기판 코팅 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 반도체 기판 코팅 장치(100)는 반도체 기판(W) 상에 소정의 박막을 형성하기 위한 장치로서 크게 챔버(110), 회전척(120), 코팅물질 공급 모듈(130), 센서 모듈(140) 그리고 제어 모듈(150)을 포함한다.
챔버(110)의 내부에는 코팅 공정을 수행하기 위한 공간을 마련되고, 상기 공간에 설치 또는 배치되는 회전척(120), 코팅물질 공급 모듈(130) 및 센서 모듈(140)을 수용한다.
회전척(120)은 반도체 기판(W)의 하면에 접촉하여 지지하는 원판형 플레이트(122), 플레이트(122)의 하부에 연결되어 회전력을 전달하는 회전축(124) 및 회전축(124)을 통하여 플레이트(122)에 회전력을 전달하는 구동 모터(126)를 포함한다. 회전척(120) 상에 지지된 반도체 기판(W)의 상부에는 코팅물질 공급 모듈(130)이 구비된다. 구동 모터(126)에 의하여 플레이트(122)는 동일 수평면상에서 회전되고, 플레이트(122)가 회전됨에 따라 반도체 기판(W)도 플레이트(122)를 따라서 동일 수평 회전된다.
코팅물질 공급 모듈(130)은 크게 분사 노즐(132), 트랜스퍼 암(134) 및 가이드 모터(136)를 포함한다. 분사 노즐(132)은 코팅물질을 반도체 기판(W)의 상면에 공급/분사하기 위한 장치로서, 회전척(120)에 배치된 반도체 기판(W)의 상면에 수직하게 지지된다.
트랜스퍼 암(134)은 수직 및 수평 지지대를 포함하여, 분사 노즐(132)을 반도체 기판(W)의 상면에 수직하게 지지한다. 또한, 분사 노즐(132)은 트랜스퍼 암(134)에 의하여, 반도체 기판(W)의 상면에 인접하게 하강하거나 반도체 기판(W)의 상면으로부터 멀어지게 승강될 수 있으며, 트랜스퍼 암(134)의 하부에 연결된 가이드 모터(136)에 의하여 수평 이동/회전하게 될 수도 있다. 즉, 분사 노즐(132)은 트랜스퍼 암(134)에 의하여 반도체 기판(W)의 상부의 특정 지점에서 또는 이동하면서 코팅 물질을 공급/분사할 수 있다.
반도체 기판(W)에 공급되는 코팅물질은 반도체 기판(W)에 도포하자고 하는 막의 종류에 따라서 선택된다. 예를 들어, 반도체 기판(W) 상에 감광막을 형성하고자할 경우에는 코팅물질로서 포토레지스트 조성물을 선택한다. 본 실시예에 따른 반도체 기판 코팅 장치(100)에서, 분사방식으로 공급되는 코팅물질은 실질적으로 모두 이용가능하다.
반도체 기판(W) 상에 공급된 코팅물질은 반도체 기판(W)의 회전에 의해 반도체 기판(W)의 중심부로부터 가장자리 부위로 밀려나면서 반도체 기판(W) 상에 소정의 막으로 형성된다.
반도체 기판(W)의 둘레에는 반도체 기판(W)의 회전에 의해 반도체 기판(W)의 가장자리로부터 비산되는 코팅 물질을 차단하기 위한 바울(152)이 설치된다. 바울(152)은 상부가 개방된 컵 형상을 갖고 있으며, 반도체 기판(W)의 로딩 및 언로딩을 위해 상하 이동 가능하도록 설치된다.
바울(152)의 하부에는 회전축(124)을 둘러싸도록 제1 배출부(154)가 설치된다. 제1 배출부(154)는 바울(152)의 하부 중앙 부위에 연결되어 있으며, 일종의 파이프 형상을 갖는다. 즉, 회전축(124)은 제1 배출부(154)의 내부에 설치된다. 한편, 반도체 기판(W)을 플레이트(122)에 진공 흡착하기 위하여, 회전축(124)의 내부 에는 반도체 기판(W)을 흡착하기 위한 진공 라인(156)이 형성된다.
제1 배출부(154)는 코팅 공정에 사용된 코팅물질(용액) 및 파티클 등을 배출하며, 챔버(110) 내부의 기류 흐름을 조절하기 위해서도 이용된다.
바울(152)의 하부 가장자리에는 반도체 기판(W)으로부터 비산되어 바울(152)에 차단되는 코팅물질을 배출하기 위한 제2 배출부(158)가 연결되어 있다. 또한, 바울(152)의 내측벽에 의해 차단되어 바울(152)의 바닥으로 이동된 코팅물질이 제1 배출부(154)로 유입되지 않도록 제1 배출부(154)와 제2 배출부(158) 사이에는 차단부(160)가 구비되어 있다. 차단부(160)는 원형 링 형상을 갖고, 제1 배출부(154)를 둘러싸도록 배치된다.
트랜스퍼 암(134)에는 분사 노즐(132)에 인접하게 센서 모듈(140)이 설치된다. 센서 모듈(140)은 상기 반도체 기판 상면으로 신호를 방출하여 상기 코팅물질에 의해 반도체 기판(W) 상면에 형성된 막의 두께를 측정하는 장치로서, 신호를 송수신하는 비접촉 센서(142)를 포함한다. 비접촉으로 막의 두께를 측정할 수 있는 신호로서 광, 초음파, 자기장 신호 등이 선택될 수 있다. 따라서 비접촉 센서(142)는 광 센서, 초음파 센서, 자기장 센서 등이 선택될 수 있다. 본 발명을 한정하는 것은 아니나, 비접촉 센서(142)로서 사용이 용이하고, 주변 상황의 영향을 적게 받으며 센싱 감도도 우수한 레이저 광 센서를 선택하는 것이 바람직하다.
비접촉 센서(142)는 신호의 방출 방향이 반도체 기판(W)의 상면에 수직하도록 트랜스퍼 암(134)에 설치된다. 이 경우, 분사 노즐(132)의 분사 방향과 비접촉 센서(142)는 신호의 방출 방향은 동일한 것이 바람직하다.
비접촉 센서(142)를 이용한 막의 두께를 측정하는 공정에 대하여 간략하게 설명하면, 비접촉 센서(142)는 코팅 공정이 수행됨과 실질적으로 동시에 신호를 방출한다. 상기 신호는 반도체 기판(W)에 조사된 후 반사된다. 상기 신호의 반사 방향은 입사 방향과 실질적으로 동일하거나 일정 각도 범위 내에서 반사된다. 상기 신호가 방출된 후 반도체 기판(W)으로부터 반사되어 수집된 시간을 측정하면, 비접촉 센서(142)와 반도체 기판(W)과의 거리를 산출할 수 있다. 즉, 신호의 속도와 측정된 시간을 곱하고, 이를 반으로 나누면 비접촉 센서(142)와 반도체 기판(W)과의 거리가 산출된다.
전술한 바와 같이, 코팅 공정을 수행하면서 일정 시간마다 또는 실시간으로 비접촉 센서(142)와 반도체 기판(W)과의 거리를 산출하게 되면, 반도체 기판(W) 상에 형성되는 막의 두께를 측정할 수 있다. 이와 같은 산출 공정은 비접촉 센서(142)가 전기적으로 연결된 제어 모듈(150)에서 수행될 수 있다.
제어 모듈(150)은 반도체 기판 코팅 장치(100)에서 수행되는 코팅 공정을 전체적으로 제어하는 장치로서, 프로세스 유닛, 디스플레이 유닛, 컨트롤 유닛 등을 포함한다. 제어 모듈(150)은 코팅물질 공급 모듈(130) 및 센서 모듈(140)과 연결되어, 센서 모듈(140)로부터 제공된 측정 결과에 따라 코팅물질 공급 모듈(130)을 제어한다. 보다 상세하게 설명하면, 제어 모듈(150)은 센서 모듈(140)로부터 일정 시간마다 또는 실시간으로 비접촉 센서(142)와 반도체 기판(W)과의 거리 정보를 제공받는다. 제어 모듈(150)은 비접촉 센서(142)와 반도체 기판(W)과의 거리를 산출하여 반도체 기판(W) 상에 형성되는 막의 두께를 계산한다. 반도체 기판(W) 상에 목 표한 두께로 막이 형성되면, 제어 모듈(150)은 분사 노즐(132)로부터 더 이상의 코팅물질이 분사되지 않도록 제어한다. 또한, 제어 모듈(150)은 회전척(120)을 제어하여 반도체 기판(W)의 회전을 제어할 수 있다.
비접촉 센서(142)는 분사 노즐(132)에 인접하게 트랜스퍼 암(134)에 설치되어 있는 바, 분사 노즐(132)과 같이 이동하며 반도체 기판(W) 상면 중 다양한 지점에서의 막 두께를 측정할 수 있다. 특정 지점에서의 막의 두께가 주변에 비하여 다르게 형성되면, 제어 모듈(150)은 상기 지점에서의 코팅물질 공급을 상대적으로 줄임으로써 반도체 기판(W) 전체에 대하여 균일하게 코팅 막을 형성할 수 있다.
만약 특정 지점에서의 코팅막이 목표치보다 높게 형성될 경우, 제어 모듈(150)은 코팅 공정을 비상 정지시킨 뒤 워닝 신호를 방출하여, 정비가 신속하게 수행될 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체 기판 코팅 장치를 설명하기 위한 부분적인 구성도를 도시한 것이다.
본 실시예에 따른 반도체 기판 코팅 장치는 상기 실시예에 따른 반도체 기판 코팅 장치(100)와 센서 모듈(140)을 제외하고는 실질적으로 동일하다. 따라서 상기 실시예와 중복된 설명 및 도면은 최대한 생략하여 본 실시예의 특징을 부각시키지만, 당업자라면 이를 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
도 2를 참조하면, 반도체 기판 코팅 장치는 회전척(220)에 지지된 반도체 기판(W)의 중심으로부터 서로 다른 원주 선상에 배치된 비접촉 센서들(241,242,243,244,245)을 갖는 센서 모듈(240)을 포함한다.
본 실시예에 따른 비접촉 센서들(241,242,243,244.245)은 상기 실시예와 달리 트랜스퍼 암(134)에 설치되지 않고, 회전척(220)에 지지된 반도체 기판(W)의 상부에 고정된다. 이 경우, 비접촉 센서들(241,242,243,244,245)은 챔버의 내부 상측면에 고정될 수도 있다.
비접촉 센서들(241,242,243,244,245)은 반도체 기판(W)의 중심으로부터 서로 다른 반경으로 배치되어있어, 해당 반경 내에서의 코팅막 측정을 실시할 수 있다. 이는, 반도체 기판(W)이 회전축(220)에 의하여 축회전되기 때문이다.
비접촉 센서들(241,242,243,244,245)로부터 측정된 결과는 제어 모듈(250)에 제공되어, 반도체 기판(W) 상에 형성되는 막의 두께가 일정 시간마다 또는 실시간으로 확인된다. 측정 결과에 따른 제어 모듈(250)의 작동은 상기 실시예와 실질적으로 동일하므로 생략하기로 한다.
전술한 바와 같은 본 발명의 다양한 실시예들에 따르면, 코팅 공정을 중지 또는 코팅 장치의 작동을 정지시키지 않더라도 용이하게 반도체 기판 상에 형성되는 막의 두께를 실시간 또는 일정 시간마다 확인할 수 있다. 따라서 생산되는 모든 반도체 기판들(W)에 대한 두께 측정 공정을 실시하고, 이를 코팅 공정에 반영할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 생산되는 반도체 기판들에 대하여 코팅막 두께 측정 공정을 실질적으로 모두 실시할 수 있어, 코팅막을 균일한 두께 그리고 정확한 두께로 형성할 수 있다. 이 결과, 코팅막 불량으로 인한 경제적, 시간적 손실 을 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 생산 수율 및 공정 효율을 극대화 시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 반도체 기판을 지지 및 회전시키기 위한 회전 척;
    상기 회전 척에 배치된 반도체 기판 상면으로 코팅물질을 공급하기 위한 코팅물질 공급부;
    상기 반도체 기판 상면으로 신호를 방출하여 상기 코팅물질에 의해 상기 반도체 기판 상면에 형성된 막의 두께를 측정하는 센서부; 그리고
    상기 막을 균일 및 정확한 두께로 형성하기 위하여 상기 센서부로부터 제공된 측정 결과에 따라 상기 코팅물질 공급부를 제어하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 코팅 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 코팅물질은 포토레지스트 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 코팅 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 센서부는 상기 반도체 기판 상면에 수직하게 배치되어 상기 신호를 송수신하는 비접촉 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 코팅 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 비접촉 센서는 광 센서, 초음파 센서 및 자기장 센서로 이루어진 그룹 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 반 도체 기판 코팅 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 코팅물질 공급부는, 상기 반도체 기판 상면에 수직하게 배치되어 상기 코팅물질을 분사하는 노즐 유닛 및 상기 노즐 유닛을 수평방향으로 이동시키는 트랜스퍼 유닛을 포함하고,
    상기 비접촉 센서는, 상기 노즐 유닛에 장착되어 상기 노즐 유닛을 따라 수평방향으로 이동하며 상기 막의 두께를 측정하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판 코팅 장치.
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KR101654209B1 (ko) * 2015-07-06 2016-09-12 주식회사 톱텍 기판 코터 장치

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