KR20070059912A - 감광물질 도포 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 노광 공정에 관한 것으로, 정지된 기판에 시너(Thinner)를 분배한 후 감광물질을 시너가 분배된 기판에 분배하면서 거의 동시에 기판을 회전시켜 감광물질을 코팅함으로써 소량의 감광물질을 이용하면서 원하는 감광물질의 두께를 얻어 공정 비용을 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 기술이다.

Description

감광물질 도포 방법{METHOD FOR COATING PHOTORESIST MATERIAL}
도 1a 내지 1d는 종래 기술에 따른 감광물질 도포 방법을 도시한 단면도들.
도 2는 감광물질 도포 방법의 원리를 도시한 개념도.
도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 감광물질 도포 방법을 도시한 단면도들.
표 1은 종래 기술에 따른 RRC(Reducing resist consumption)용 코터 레시피(Coater recipe)를 도시한 표.
표 2는 본 발명에 따른 다이내믹 RRC(Reducing resist consumption)용 코터 레시피(Coater recipe)를 도시한 표.
표 3은 본 발명에 따른 다이내믹 RRC(Reducing resist consumption)용 시스템 레시피(System recipe)를 도시한 표.
표 4는 본 발명의 감광물질 도포 방법에 따른 감광물질의 도포된 두께를 도시한 표.
본 발명은 노광 공정에 관한 것으로, 정지된 기판에 시너(Thinner)를 분배한 후 감광물질을 시너가 도포된 기판에 분사하면서 동시에 기판을 회전시켜 감광물질 을 코팅함으로써 소량의 감광물질을 이용하면서 원하는 감광물질의 두께를 얻어 공정 비용을 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 감광물질 도포 방법에 관한 것이다.
광식각(Photolithography) 공정은 노광 장비에서 렌즈부를 통과한 빛을 마스크라는 원 패턴에 투과시켜 기판상의 피식각층 상부에 도포된 감광물질에 상을 결상하고, 빛에 의한 감광 여부에 따른, 즉 노광된 부분의 감광물질이 현상액 속에서 선택적으로 제거되어 마스크에 그려진 패턴과 동일하지만 축소된 감광막 패턴을 기판 상부에 형성하고, 이후 감광막 패턴을 식각 마스크로 하여 피식각층을 식각하여 피식각층 패턴을 형성하는 공정이다.
이때, 기판 상부에 위치된 감광물질을 도포하는 방법은 다음과 같다. 먼저, 정적 도포방식은 정지되어 있는 기판 상부에 감광물질을 도포한 후 기판을 급회전시켜 코팅하는 방법이고, 정적 도포방식 외에 급회전시켜 기판 상부에 감광물질을 도포하는 방법과, 정지되어 있는 기판 상부에 감광물질을 도포하면서 급회전시키는 방법이 있다. 상기와 같은 방식은 감광물질의 양이 최소 3cc이하로 적어졌을 때 점성을 가지는 감광물질의 특성상 고르게 퍼지지 못하고, 기판 상부에 형성된 구조물의 미세한 단차를 극복하지 못하여 기판 가장자리에서 갈라지는 현상이 발생한다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 PR과 같은 계열의 솔벤트인 시너(Thinner)를 먼저 분사하고, 기판을 회전(spinning)하면서 감광물질을 분사(Dispense)하면 적은 양의 감광물질로도 일정하게 도포된다.
도 1a 내지 1d는 종래 기술에 따른 노광 방법을 도시한 단면도들로서, RRC(Reducing resist consumption) 방법을 도시한 것이다. 도 1a를 참조하면, 스핀 코터(Spin coater)(10)의 스핀 척(Spin chuck)(20)에 기판(30)을 탑재하고, 정지된 기판(30)의 중심에 시너(Thinner) 분사 노즐(35)을 위치한 후, 시너(40)를 기판(30) 상부에 분사한다.
도 1b를 참조하면, 기판(30)을 회전시켜 분사된 시너(40)를 균일하게 분배하면서 기판(30) 중심으로 감광물질 분사 노즐(45)을 이동시킨다. 도 1c 및 1d를 참조하면, 기판(30)을 상대적으로 고속으로 회전시키면서 감광물질(50)을 분배(Dispense)시켜 감광물질(50)을 기판(30) 상부에 균일하게 도포한다. 이후, 기판(30)을 감속시켜 도포된 감광물질(50)을 안정화시킨다.
Step Time (Sec) Rotational speed (RPM) Dispense Arm 1
1 1.0 0 Dispn 1 150mm/s W
2 1.0 0 Thinner Dispn 1 150mm/s NW
3 1.0 2000 Center 150mm/s NW
4 1.2 4000 Photoresist Center 150mm/s NW
5 1.0 2000 Home 100mm/s NW
6 25.0 **** Home 100mm/s NW
표 1. RRC(Reducing resist consumption )용 코터 레서피(Coater recipe)
표 1을 참조하여 종래 기술에 따른 감광물질 코팅 방법을 설명하면, 제 1단계에서는 시너를 분사하기 위해 시너 노즐을 Dispn 1로 1초 안에 이동시킨다. 여기서 Dispn 1은 분사 노즐의 위치를 나타내는 것으로, 기판 중심으로부터 1~5㎝ 이격된 곳이다. 제 2단계에서는 시너를 1초 동안 기판에 분사한다. 제 3단계에서는 1초 동안 감광물질 분사 노즐을 기판 중심으로 이동하면서 2000RPM으로 기판을 회전시켜 기판에 분사된 시너를 기판에 균일하게 분배한다. 제 4단계에서는 1.2초 동안 감광물질을 분배하면서 기판을 4000RPM으로 가속하여 분배된 감광물질을 기판에 도 포한다. 제 5단계에서는 1초 동안 기판을 2000RPM으로 감속하여 도포된 감광물질을 안정화시킨다. 한편, Arm 1 열의 Wait(W) 명령은 시간 열의 소정시간 동안 분배 노즐이 원하는 곳에 위치되지 않으면 위치될 때까지 다음 단계의 진행을 중지하며, Non-wait(NW) 명령은 시간 열의 소정시간 동안 분사 노즐이 원하는 곳에 위치되지 않더라도 분사될 물질을 분사하라는 것이다.
상술한 바와 같이 종래 기술의 감광물질 도포 방법에 따르면, 기판상에 시너를 도포한 후 감광물질을 분배한다. 그러나 정지된 기판에 시너를 분배한 후, 이를 기판 전면에 도포하기 위하여 기판을 상대적으로 고속 회전시킨다. 시너의 높은 휘발성 때문에 시너의 휘발을 촉진한다. 결국, 시너의 휘발로 인하여 감광물질의 사용량이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 정지된 기판에 시너(Thinner)를 분배한 후 감광물질을 시너가 분배된 기판에 분배하면서 거의 동시에 기판을 회전시켜 감광물질을 코팅한다. 또한, 감광물질 도포 후 급격히 기판의 회전을 감속하여 빠르게 도포된 감광물질을 안정화시킨다. 따라서, 본 발명에 따라, 소량의 감광물질을 이용하면서 원하는 감광물질의 두께를 얻어 공정 비용을 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 감광물질 도포 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 것으로서, 본 발명에 따른 감 광물질 도포 방법은,
스핀 코터(Spin coater)의 스핀 척(Spin chuck)에 기판을 탑재하는 단계와, 제 1 시간 동안 정지된 기판에 시너(Thinner)를 분사하는 단계와, 제 1 시간보다 짧은 제 2 시간 동안 기판을 제 1 속도로 회전시켜 분사된 시너를 퍼트리는 단계와, 감광물질을 제 1 속도보다 빠른 제 2 속도로 회전하는 기판에 분사하여 기판에 감광물질을 코팅하는 단계와, 제 1 속도보다 느린 제 3 속도로 기판을 감속시켜 도포된 감광물질을 안정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시 예를 따르면, 기판 상부에 도포되는 감광물질의 두께는 단위시간당 기판 회전수에 의하여 결정되는데, 두께가 결정되는 원리는 다음 식과 원심력과 감광물질의 점성도와 같은 요소에 의하여 결정된다.
Figure 112006063778438-PAT00001
단, Hm: 감광물질의 두께(Height proportional to minimum resist volume), K: 스핀 코터의 고유상수(Coefficient of spin coater), σ: 감광물질이 갖는 표면장력(Surface tension of photoresist material), θ: 감광물질과 솔벤트 간의 접촉각(Contact angle), ρ: 감광물질의 밀도(Density of photoresist material), υ: 감광물질의 점도(Viscosity of photoresist material), rω2: 원심력(Centrifugal force)을 각각 나타낸 것이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따라 기판 상부에 신나(Thinner)와 감광물질을 분배하는 원리를 도시한 개념도이다. 기판(130) 상에 솔벤트인 시너(140) 및 감광물질(150)을 분배 시 감광물질(150)은 두께 Hm과 시너(140)와의 접촉각 θ을 갖는다.
도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 감광물질 도포 방법을 도시한 단면도들로서, 다이내믹 RRC(Reducing resist consumption) 방법을 도시한 것이다. 도 3a를 참조하면, 스핀 코터(110)의 스핀 척(120)에 기판(130)을 탑재하고, 0.5~3초 동안 정지된 기판(130)에 솔벤트로 채워진 시너 분사 노즐(135)을 위치시킨 후, 기판(130) 상부에 시너(140)를 분사한다. 이때, 0.5~3초 동안 시너 분사 노즐(135)이 기판(130)에 위치되지 않으면, 위치될 때까지 다음 단계의 진행을 멈춘다.
도 3b 내지 3d를 참조하면, 0.5~3초 동안 감광물질 분사 노즐(145)을 기판(130) 중심으로 이동시키면서 분사된 시너(140)를 천천히 퍼트린다. 이후, 0.1~1초 동안 기판(130)을 저속(즉, 1000~2500RPM)으로 회전시켜 기판(130)에 시너(140)를 분배한 후, 1.0~3초 동안 감광물질(150)을 분배된 시너(140) 상부에 분사하며 기판(130)을 고속(2000~5000RPM)으로 회전시켜 감광물질(150)을 도포한다. 다음으로, 1.0~3초 동안 기판(130)을 저속(100~300RPM)으로 감속시켜 도포된 감광물질(150)을 안정화시킨다. 본 발명의 일 실시 예를 따르면, 감광물질(150)의 온도는 22℃ 내지 23℃이며, 감광물질(150)은 약 70-80% (V/V)의 시너(140)에 녹아 있게 된다. 또한, 분배된 감광물질(150)의 량은 0.1~1.5㎖가 된다.
본 발명에 따른 다이내믹 RRC 방법을 이용할 경우, 도 2와 같은 HMDS(Hexamethyldisilazane) 용액이 도포된 기판 상부의 신나와 감광물질은 높은 소수성(Hydrophobicity)으로 접촉각(Contact angle, θ)이 작아질 뿐만 아니라, 두 용액이 섞여 있는 상태에서 감광물질의 분배를 위해 기판이 회전을 하기 때문에 상대적으로 큰 rω2 값을 가지게 되어, 최소 0.5cc의 소량의 감광물질을 사용하여 기판에 감광물질을 코팅할 수 있다. 따라서, 다이내믹 RRC는 고속 회전력(High speed rpm)과 시너의 스프레드 타이밍(Thinner spread timing)에 의한 기판 표면의 표면 장력 감소로 감광물질의 두께 Hm 값이 작아지게 된다.
이때, 감광 물질의 코팅을 위한 코팅법은 다음과 같다.
1. Pump recipe: Dispensed photoresist material amount (0.5ml)
2. Coater recipe: (표 2 참조)
3. Chill plate recipe: Plate temp. (24℃)
4. System recipe: (표 3 참조)
5. Wafer flow: Start stage => Transition => Adhesion => Chill Plate => Coater => Low temp. Hot plate => Chill plate
Step Time (Sec) Rotational speed (RPM) Dispense Arm 1
1 1.0 0 Dispn 1 150mm/s W
2 1.0 0 Thinner Dispn 1 150mm/s W
3 1.0 0 Center 150mm/s NW
4 0.1 1000 Center 150mm/s NW
5 1.0 4000 Photoresist Center 150mm/s NW
6 1.0 100 Center 150mm/s NW
7 25.0 **** Home 100mm/s NW
표 2. 다이내믹 RRC(Reducing resist consumption )용 코터 레시피(Coater recipe)
표 2를 참조하여 본 발명의 일 실시 예를 설명하면, 제 1단계에서는 시너를 분사하기 위해 노즐을 Dispn 1로 1초 안에 이동시킨다. 제 2단계에서는 1초 동안 기판에 시너를 분사한다. 제 3단계에서는 1초 동안 감광물질 분사 노즐을 기판의 중심에 위치시키면서 기판에 분사된 시너를 천천히 퍼지도록 한다. 제 4단계에서는 상대적으로 짧은 0.1초 동안 종래기술보다 저속인 1000rpm으로 기판을 회전시켜 시너를 퍼지도록 한다. 제 5단계에서는 1초 동안 감광물질을 분사하면서 상대적으로 빠른 4000RPM까지 기판을 회전시켜 기판에 분사된 감광물질을 코팅한다. 제 6단계에서는 1초 동안 100rpm까지 기판을 감속시켜 코팅된 감광물질을 안정화시킨다. 제 7단계에서는 감광물질의 두께를 조절하기 위하여 25초 동안 임의의 회전속도로 기판을 회전시키고, 분사 노즐을 Home으로 이동한다. 여기서, Home은 분사 노즐의 대기 장소로 기판의 에지로부터 소정거리 이격된 곳이다.
No. Module Name Module No. Control target Set val. Alm max Alm min Stop max Stop min
1 Coater 2-1 Resist Temp. 22.0℃ 0.3 0.3 0.5 0.5
2 Coater 2-1 Cup humidity 45.0% 1.0 1.0 3.0 3.0
3 Coater 2-1 Cup Temp. 23.0℃ 0.5 0.5 1.0 1.0
4 Coater 2-2 Resist Temp. 22.0℃ 0.3 0.3 0.5 0.5
5 Developer 2-3 Developer 1 Temp. 23.0℃ 0.3 0.3 0.5 0.5
표 3. 다이내믹 RRC(Reducing resist consumption)용 시스템 레시피(System recipe)
표 4는 본 발명에 따른 노광 방법으로 코팅한 감광물질의 두께를 도시한 것이다.
Nozzle Target(Å) Max(Å) Min(Å) Range(Å) Mean(Å)
1 2400 2398.41 2387.36 11.05 2393.59
2403.38 2390.72 12.66 2396.23
2000 2010.52 2001.11 9.41 2006.45
2007.98 1994.22 13.76 2002.76
2 2000 2000.49 1992.60 7.89 1996.46
1999.87 1993.97 5.90 1996.63
3 3000 2913.95 2887.32 26.63 2903.10
2912.31 2886.49 25.82 2901.76
2400 2320.45 2303.28 17.16 2313.59
2318.49 2300.68 17.81 2311.47
4000 3874.77 3842.94 31.83 3860.66
3870.54 3842.64 28.90 3859.45
4 2000 2061.76 2046.01 15.75 2055.68
2061.82 2045.75 16.07 2055.50
3000 3080.93 3059.84 21.08 3071.26
3079.74 3061.03 16.71 3070.71
5 410 418.32 409.89 8.43 414.26
417.89 408.58 9.31 414.62
6 410 408.33 403.35 4.98 405.91
407.60 404.47 3.13 406.08
330 332.42 328.06 4.36 330.70
332.82 329.18 3.64 331.35
표4. 감광물질별 코팅 두께의 측정 결과
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 노광 방법은 감광막을 종래 기술로보다 얇은 두께로 형성할 수 있어 종래 리소그래피 공정뿐만 아니라 차세대 공정인 이머젼(Immersion) 리소그래피 공정에 적용하여 노광 공정의 비용을 절감할 수 있는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시 예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 스핀 코터(Spin coater)의 스핀 척(Spin chuck)에 기판을 탑재하는 단계;
    제 1 시간 동안 정지된 상기 기판에 시너(Thinner)를 분사하는 단계;
    상기 제 1 시간보다 짧은 제 2 시간 동안 상기 기판을 제 1 속도로 회전시켜 상기 분사된 시너를 분산시키는 단계;
    감광물질을 상기 제 1 속도보다 빠른 제 2 속도로 회전하는 상기 기판에 분사하여 상기 기판에 상기 감광물질을 코팅하는 단계; 및
    상기 제 1 속도보다 느린 제 3 속도로 상기 기판을 감속시켜 상기 도포된 감광물질을 안정화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광물질 도포 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1시간은 0.5 내지 3초인 것을 특징으로 하는 감광물질 도포 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2시간은 0.1 내지 1초이며, 상기 제 1 속도는 1000 내지 2500 RPM인 것을 특징으로 하는 감광물질 도포 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 속도는 2000 내지 5000 RPM인 것을 특징으로 하는 감광물질 도포 방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 3 속도는 100 내지 300 RPM인 것을 특징으로 하는 감광물질 도포 방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    소정시간 동안 감광물질 분사 노즐을 상기 정지된 기판으로 이동하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 감광물질 도포 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 소정시간은 0.5 내지 3초인 것을 특징으로 하는 감광물질 도포 방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 코팅된 감광물질의 두께는 다음 수식으로 결정되는 것을 특징으로 하는 감광물질 도포 방법,
    Figure 112006063778438-PAT00002
    (단, Hm: 감광물질의 두께(Height proportional to minimum resist volume), K: 스핀 코터의 고유상수(Coefficient of spin coater), σ: 감광물질이 갖는 표면 장력(Surface tension of photoresist material), θ: 감광물질과 솔벤트 간의 접촉각(Contact angle), ρ: 감광물질의 밀도(Density of photoresist material), υ: 감광물질의 점도(Viscosity of photoresist material), rω2: 원심력(Centrifugal force)).
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 감광물질의 분사량(Dispense amount)은 0.1∼1.5㎖인 것을 특징으로 하는 감광물질 도포 방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 감광물질의 온도는 22∼23℃인 것을 특징으로 하는 감광물질 도포 방법.
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