KR20070075508A - 기판의 감광막 제거 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매엽식 스핀 회전 처리 장치에서 기판의 포토레지스트(photoresist;이하 감광막)를 제거하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 기판의 감광막 제거 방법은 기판을 회전시키는 단계; 노즐이 기판의 회전 중심으로부터 가까운 곳에서부터 시작해서 기판의 회전 중심을 거쳐 기판의 가장자리까지 이어지는 경로를 적어도 한번 왕복하면서 회전하는 기판상에 용액을 분사하는 단계를 포함하되; 상기 분사 단계는 상기 노즐이 일정거리 이동한 후 정지하는 동작을 반복하면서 기판상에 용액을 분사한다.

이러한 방법에 의하면, 점도가 높은 용액을 한정된 짧은 공정시간내에 0.5LPM 미만의 낮은 유량 조건에서 고른 도포가 가능한 각별한 효과를 갖는다.

포토레지스트, 황산,

Description

기판의 감광막 제거 방법{method for removing photo resists on the substrate}

도 1은 본 발명을 위한 매엽식 스핀 회전 장치를 보여주는 도면;

도 2 및 도 3은 기판상에서의 노즐 이동 경로를 보여주는 도면들;

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판의 감광막 제거 방법을 도시한 순서도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

110 : 스핀척

120 : 캣치컵

130 : 노즐

본 발명은 반도체 기판 처리 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 매엽식 스핀 회전 처리 장치에서 기판의 포토레지스트(photoresist;이하 감광막)를 제거하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 사진공정에서 기판은 스핀코팅(Spin Coating), 소프트 베이크(Soft Bake), 정렬과 노출, 현상, 세척 및 건조, 하드 베이크(Hard Bake), 식각 그리고 포토레지스트 제거와 같은 공정을 순차적으로 거치게 된다. 결국 사진공정은 포토레지스트를 마스킹 막질로 이용하여 노광, 현상 및 식각을 수행하고, 기판 상의 포토레지스트는 마스킹 막질로써의 용도가 완료된 후에는 불필요하기 때문에 제거된다. 포토레지스트의 제거는 보통 스트립 공정을 통하여 이루어진다.

여기서, 일반적인 스트립 공정은 기판들을 스트립 용액(H2SO4:H2O2)에 담는 배치식과, 스핀 척을 사용하여 회전하는 기판에 스트립 용액을 분사하는 매엽식으로 구분된다.

여기서, 기존 매엽식의 스트립 공정은 다음과 같은 문제점들을 갖고 있다.

우선, 회전하는 기판 표면으로 스트립 용액을 분사하는 도포방식은 많은 유량을 필요로 할 뿐만 아니라, 빠른 노즐 스윙(이동) 운동 그리고 충분한 스트립 용액 공급시간이 요구된다. 그렇지 않다면, 스트립 용액이 도포되지 않는 기판 표면이 생기고, 스트립 용액과 포토레지스트의 화학적 반응이 안정적으로 진행되지 않아, 포토레지스트의 두께는 감소하더라도 완전한 박리가 불가능하며 재현성이 매우 좋지 않은 등의 공정적인 문제점이 발생될 수 있다. 이러한 이유 때문에 기존의 매엽식 스트립 공정은 과다한 스트립 용액이 사용되고 있는 것이다. 특히, 스트립 용액의 점도가 높은 경우에는 그러한 문제점이 더욱 크게 발생된다.

본 발명의 목적은 스트립 용액을 기판 표면에 고르게 도포할 수 있는 기판의 감광막 제거 방법을 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은 스트립 용액의 사용량을 줄일 수 있는 기판의 감광막 제거 방법을 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은 포토레지스트의 제거 효율이 뛰어나고 재현성이 좋은 기판의 감광막 제거 방법을 제공함에 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기판의 감광막 제거 방법은 기판을 회전시키는 단계; 노즐이 기판의 회전 중심으로부터 가까운 곳에서부터 시작해서 기판의 회전 중심을 거쳐 기판의 가장자리까지 이어지는 경로를 적어도 한번 왕복하면서 회전하는 기판상에 용액을 분사하는 단계를 포함하되; 상기 분사 단계는 상기 노즐이 일정거리 이동한 후 정지하는 동작을 반복하면서 기판상에 용액을 분사한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 노즐이 이동한 후 정지하는 시간은 기판의 중심으로부터 멀어질수록 1초에 가까워지며, 기판의 중심에 가까워질수록 0.1초에 가까워질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 노즐의 이동 속도는 기판의 중심으로부터 가장자리로 가까워질수록 느려질 수 있으며, 상기 노즐의 이동 간격은 최대 15mm를 넘지 않는다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기판의 감광막 제거 방법은 기판을 회전시키는 단계; 노즐을 이동시키면서 회전하는 기판상에 용액을 분사하는 단계를 포함하되; 상기 분사 단계는 상기 노즐이 일정거리 이동한 후 정지하는 동작을 반 복하면서 기판상에 용액을 분사할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 분사 단계는 상기 노즐의 최초 약액 분사가 기판의 회전 중심으로부터 가까운 곳에서 이루어질 수 있다. 상기 노즐의 최초 약액 분사는 노즐의 이동방향과는 반대방향으로 기판의 회전 중심으로부터 가까운 위치에서 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 노즐이 이동한 후 정지하는 시간은 기판의 중심으로부터 멀어질수록 늘어나며, 상기 노즐이 이동한 후 정지하는 시간은 0.1-1초 이내에서 이루어진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 노즐이 이동한 후 정지하는 시간은 기판의 중심으로부터 멀어질수록 1초에 가까워지며, 기판의 중심에 가까워질수록 0.1초에 가까워진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 노즐의 이동 속도는 기판의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 느려지며, 상기 노즐의 이동 간격은 최대 15mm를 넘지 않는다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 분사 단계는 상기 노즐이 기판의 가장자리까지 이동되면, 다시 기판의 중심으로 이동과 정지를 반복하면서 약액을 분사한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 노즐에서의 약액 시작점과 종료점은 기판의 중앙에서 시작하여 기판의 중앙에서 종료된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 기판의 회전속도는 최소 300RPM에서 최대 500RPM이다.

예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.

본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 4에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.

본 발명의 기본적인 의도는 짧은 공정시간 동안 이동 정지를 통한 최소한의 노즐 스윙 운동을 통하여 기판 전면에 고르게 스트립 유체(스트립 용액)를 도포(분사)하는 감광액 제거 방법을 제공하는데 있다. 이를 위해, 본 발명의 감광액 제거 방법은 노즐을 기판의 중심에서 가장자리로 이동하는 과정에서 노즐을 순간 정지하는 시간을 단계적으로 적용하면서 스트립 유체를 도포하는데 그 특징이 있다. 여기서 중요한 것은, 노즐의 순간 정지 시간이 기판의 가장자리로 갈수록 길어진다는 것과 노즐의 스윙 이동속도가 느려진다는데 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판의 감광막 제거 방법을 도시한 순서도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판의 감광막 제거 방법은 도 1에 도시된 매엽식 스핀 회전 장치(10)에서 진행된다.

도 1을 참조하면, 매엽식 스핀 회전 장치(100)는 기판이 유지되는 스핀척(spin chuck;110)을 갖는다. 이 스핀척(110)의 상부에는 기판을 파지하기 위한 진 공홀이 구비되어 있다. 스핀척 하부에는 스핀척(110)을 지지하고, 회전력을 전달하는 회전축(112)이 연결되며, 이 회전축에는 회전력을 제공하는 스핀 모터(114)가 연결된다.

상기 스핀척(110) 주위에는 캣치컵((catch cup;120)이 설치된다. 이 캣치컵(120)은 기판의 감광막 제거 공정이 진행되는 동안 상기 기판(w)으로 공급되는 스트립 유체(본 발명에서는 황산이 사용되며, 이하 스트립 용액이라고 칭함)들이 비산되는 것을 방지하기 위한 것으로, 이것에 의해 외부의 다른 장치나 주위가 오염되는 것이 방지된다. 도시되지 않았지만, 캣치컵(120)과 상기 스핀척(110)은 상대적으로 승강하도록 구성되어 있고, 이들을 상대적으로 승강시킨 상태에서 웨이퍼를 캣치컵(120) 내로 반입하거나, 처리가 끝난 웨이퍼를 캣치컵(120) 밖으로 반출하도록 되어 있다.

상기 스핀척(110) 상부에는 스트립 용액등을 기판 표면으로 분사하기 위한 노즐(130)이 위치된다. 이 노즐(130)은 기판의 중심(c)과 인접한 부분(a1)으로부터 가장자리(a8)로 왕복 이동하면서 기판(w)의 피처리면으로 스트립 용액을 분사하게 된다. 이때 노즐은 이동부에 의해 일정거리(15mm) 이동한 후 소정시간 정지하였다가 다시 일정거리 이동하는 동작을 반복하게 된다.

상기 이동부(140)는 구동모터(146)와, 이 구동모터(146)로부터 회전력을 전달받는 지지축(144) 그리고 이 지지축(144)에 설치되는 아암(142)으로 이루어진다. 상기 아암(142)의 끝단부에는 상기 노즐(130)이 설치된다. 상기 이동부(140)의 구동모터(146) 및 스핀모터(114)는 감광막 제거 공정의 진행을 제어하는 제어부(180) 의 제어 신호에 의해 동작한다.

본 실시예에서, 노즐(130)은 상기 지지축(144)을 회전축으로 하여 회전 이동되며, 이 경우 노즐(130)은 15mm 이동을 위해 일정각도 회전된 후 순간 정지하였다가 다시 일정각도 회전되는 동작을 반복하게 된다. 노즐(130)은 기판의 중심을 지나는 동일한 회전반경을 갖는 이동경로(a)를 따라 기판의 중심과 인접한 제1지점(a1)으로부터 제8지점(a8)까지 왕복 이동된다. 예컨대, 노즐(130)이 회전 이동이 아닌 직선 이동을 하는 경우, 노즐(130)은 도 3에서와 같이, 기판(w)의 중심을 지나는 직선(b)의 이동경로를 따라 제1지점(b1)으로부터 제8지점(b8)까지 왕복 이동된다. 이처럼, 노즐(130)의 이동 방식은 회전반경을 따라 회전되는 방식(도 2 참조) 또는 이동부(140) 전체가 이송 레일(148)을 따라 직선 이동되는 방식(도 3 참조) 등 다양한 이동 구조가 적용될 수 있다. 여기서, 각 지점간의 거리는 15mm를 넘지 않는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 구성으로 이루어진 매엽식 스핀 회전 장치(100)에서의 감광액 제거 방법은 기판을 일정 속도로 회전시키는 단계(s110), 스트립 용액을 기판의 피처리면으로 분사하는 단계(s120) 그리고 기판의 피처리면을 세정액으로 세정처리하는 단계(s130)를 포함할 수 있다.

먼저, 회전 단계(S110)는 기판을 제1속도(최소 300에서 최대 500RPM)로 회전시킨다.

분사단계(s120)는 제1속도로 회전되는 기판 표면으로 기판의 감광막을 용해시키는 스트립 용액을 분사하는 단계이다. 여기서 사용되는 스트립 용액은 90-99중 량%의 고농도 황산 또는 저농도의 황산과 다른 용액이 혼합된 혼합액이 사용될 수 있다. 물론, 스트립 용액은 황산에만 한정하는 것이 아니며, 반도체 제조 공정에서 사용되는 다양한 유체가 사용될 수 있다. 여기서, 스트립 용액은 밀도와 점도가 높은 물리적 특성에 의해 0.5LPM 미만의 낮은 유량으로 공급된다.

분사 단계에서 노즐(130)은 기판의 회전 중심으로부터 이격된 제1지점(a1)으로부터 스트립 용액을 분사하기 시작해서, 기판의 회전 중심(제2지점;a2)을 거쳐 기판의 가장자리인 제8지점(a8)으로 이어지는 이동경로(a)를 왕복하면서 회전하는 기판에 용액을 분사하게 된다. 이렇게 이동경로(a)를 1회 왕복하는 것을 1회 스윙동작이라고 하며, 분사 단계동안에 노즐(130)은 적어도 1회 이상 스윙동작될 수 있다. 노즐은 일정거리(15mm)씩 이동한 후 순간 정지하는 동작을 반복하면서 용액을 분사하게 된다. 노즐의 이동 거리는 15mm를 넘지 않는 것이 바람직하다. 여기서 중요한 것은, 노즐의 순간정지 시간이 각 지점마다 다르다는데 있다. 즉, 노즐의 순간정지 시간은 기판의 중심으로부터 멀어질수록 1초에 가까워지고, 기판의 중심에 가까워질수록 0.1초에 가까워지도록 설정될 수 있다. 예컨대, 노즐(130)의 순간정지 시간은 제1지점(a1)에서 0.23초, 제2지점(a2)에서 0.1초, 제3지점(a3)에서 0.23초, 제4지점(a4)에서는 0.36초, ... 제8지점(a8)에서는 0.88초와 같이 설정될 수 있다. 또한, 노즐(130)은 최소 30m/s에서 최대 50m/s 범위의 이동 속도를 갖는데, 노즐(130)의 이동 속도는 기판의 중심으로부터 가장자리로 가까워질수록 느려지게 제어된다. 만약, 노즐의 스윙 이동 속도가 50m/s 이상으로 빠르고, 정지시간 없이 이동된다면 기판 외곽부근으로 갈수록 도포가 제대로 이루어지지 않을 것이다. 이 러한 문제는 기판의 가장자리에 가까워질수록 도포하고자 하는 면적이 증가하기 때문에 발생된다. 따라서, 노즐(130)의 이동시 순간정지 간격과 시간 그리고 이동속도는 기판 표면에 스트립 용액을 균일하게 도포시키는데 매우 중요한 요소로 작용하게 된다.

한편, 분사 단계(s120)에서 중요한 것은 스트립 용액의 분사 시작과 끝이 기판의 센터와 인접한 부분에서 이루어져야 한다는데 있다. 만약, 스트립 용액의 분사 종료 지점이 기판의 센터 부근(제2지점)에서 끝나지 않고 제4지점이나 제5지점등에서 끝나는 경우, 기판의 회전력에 의해 스트립 용액이 기판 외곽으로 이동하여 기판의 센터 부근보다 먼저 건조되어 공정 불량 결과를 유발시킬 수 있다. 따라서, 스트립 용액의 분사 시작과 종료는 기판의 센터와 인접한 제2지점에서 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 분사 단계는 상술한 노즐 이동 방식을 통해 적어도 1회 이상 스윙동작하면서 기판 표면에 스트립 용액을 분사하는 것이다.

참고로, 노즐의 스윙이동속도, 순간정지시간 그리고 기판의 회전 속도 등은 제거하고자 하는 감광막의 종류와 두께에 따라 그리고 기판의 크기에 따라 늘어나거나 줄어들 수 있다.

세정 단계(S130)는 기판을 제1속도 보다 빠른 속도로 회전시키면서, 기판 표면으로 탈이온수(UPW:Ultrapure Water)와 같은 세정액을 분사하여 기판표면을 세정하는 단계이다. 즉, 기판 표면에서 분리된 이물질과 잔류 황산을 제거하기 위함이다.

예컨대, 본 발명에서는 스트립 용액으로 원액에 가까운 황산을 사용하였지만, 이는 하나의 실시예에 불과하며 필요에 따라서는 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)가 혼합된 용액 또는 기체가 사용될 수도 있다. 한편, 본 발명의 감광막 제거를 위한 스트립 용액 분사 단계는 용액의 물리적 특징인 밀도와 점도가 높은 경우에 매우 효과적이다. 이는, 밀도와 점도가 높은 스트립 용액의 경우 낮은 유량(0.5LPM 미만)으로 공급되기 때문에 기판 전면에 고른 도포를 위해서는 여러번 스윙 동작이 요구되지만, 상술한 바와 같은 방식으로 노즐을 운영한다면 한번의 스윙 동작으로도 균일한 스트립 용액 도포가 가능하다.

따라서, 본 발명은 점도가 높은 스트립 용액을 한정된 짧은 공정시간내에 0.5LPM 미만의 낮은 유량 조건에서 고른 도포가 가능한 이점이 있다.

상기와 같은 기판의 감광막 제거 방법은 고농도의 황산을 사용하면서 황산이 기판 표면에 고르게 도포되도록 노즐을 일정간격마다 순간정지 및 저속 이동시킴으로써, 기판 표면에 균일한 도포가 가능하며 재현성이 좋아질 뿐만 아니라 기존에 비해 황산의 사용량 및 처리 시간을 현저하게 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

여기서, 상기 기판은 포토레티클(reticle: 회로 원판)용 기판, 액정 디스플레이 패널용 기판이나 플라즈마 디스플레이 패널용 기판 등의 표시 패널 기판, 하드 디스크용 기판, 반도체 장치 등의 전자 디바이스용 웨이퍼 등을 뜻한다.

한편, 본 발명은 상기의 방법으로 이루어진 기판의 감광막 제거 방법에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다. 하지만, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어 야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 점도가 높은 스트립 용액을 한정된 짧은 공정시간내에 0.5LPM 미만의 낮은 유량 조건에서 고른 도포가 가능한 각별한 효과를 갖는다. 본 발명은 황산 사용량을 줄임으로써 환경 친화적이며 경제적인 공정 진행이 가능하다. 본 발명은 감광막의 제거 효율이 뛰어나고 재현성이 좋은 이점이 있다.

Claims (17)

1. 기판의 감광막 제거 방법에 있어서:

   기판을 회전시키는 단계;

   노즐이 기판의 회전 중심으로부터 가까운 곳에서부터 시작해서 기판의 회전 중심을 거쳐 기판의 가장자리까지 이어지는 경로를 적어도 한번 왕복하면서 회전하는 기판상에 공정처리를 위한 유체를 분사하는 단계를 포함하되;

   상기 분사 단계는

   상기 노즐이 일정거리 이동한 후 정지하는 동작을 반복하면서 기판상에 유체를 분사하는 것을 특징으로 하는 기판의 감광막 제거 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 노즐이 이동한 후 정지하는 시간은 기판의 중심으로부터 멀어질수록 1초에 가까워지며, 기판의 중심에 가까워질수록 0.1초에 가까워지는 것을 특징으로 하는 기판의 감광막 제거 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 노즐의 이동 속도는 기판의 중심으로부터 가장자리로 가까워질수록 느려지는 것을 특징으로 하는 기판의 감광막 제거 방법.
4. 제3항에 있어서,

   상기 노즐의 이동 간격은 최대 15mm를 넘지 않는 것을 특징으로 하는 기판의 감광막 제거 방법.
5. 제3항에 있어서,

   상기 기판의 회전속도는 최소 300RPM에서 최대 500RPM인 것을 특징으로 하는 감광막 제거 방법.
6. 기판의 감광막 제거 방법에 있어서:

   기판을 회전시키는 단계;

   노즐을 이동시키면서 회전하는 기판상에 공정처리를 위한 유체를 분사하는 단계를 포함하되;

   상기 분사 단계는

   상기 노즐이 일정거리 이동한 후 정지하는 동작을 반복하면서 기판상에 유체를 분사하는 것을 특징으로 하는 기판의 감광막 제거 방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 분사 단계는

   상기 노즐의 최초 유체 분사가 기판의 회전 중심으로부터 가까운 곳에서 이루어지는 특징으로 하는 기판의 감광막 제거 방법.
8. 제6항에 있어서,

   상기 분사 단계는

   상기 노즐의 이동방향과는 반대방향으로 기판의 회전 중심으로부터 가까운 위치에서 상기 노즐의 최초 유체 분사가 이루어지는 것을 특징으로 하는 기판의 감광막 제거 방법.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 노즐이 이동한 후 정지하는 시간은 기판의 중심으로부터 멀어질수록 늘어나는 것을 특징으로 하는 기판의 감광막 제거 방법.
10. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 노즐이 이동한 후 정지하는 시간은 0.1-1초인 것을 특징으로 하는 기판의 감광막 제거 방법.
11. 제10항에 있어서,

    상기 노즐이 이동한 후 정지하는 시간은 기판의 중심으로부터 멀어질수록 1초에 가까워지며, 기판의 중심에 가까워질수록 0.1초에 가까워지는 것을 특징으로 하는 기판의 감광막 제거 방법.
12. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 노즐의 이동 속도는 기판의 중심으로부터 가장자리로 갈수록 느려지는 것을 특징으로 하는 기판의 감광막 제거 방법.
13. 제10항에 있어서,

    상기 노즐의 이동 간격은 최대 15mm를 넘지 않는 것을 특징으로 하는 기판의 감광막 제거 방법.
14. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 분사 단계는

    상기 노즐이 기판의 가장자리까지 이동되면, 다시 기판의 중심으로 이동과 정지를 반복하면서 유체를 분사하는 것을 특징으로 하는 기판의 감광막 제거 방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 분사 단계는

    상기 노즐이 기판의 중심에 도달하면 유체 분사를 중단하는 것을 특징으로 하는 기판의 감광막 제거 방법.
16. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 분사단계는

    약액 분사가 기판의 중앙에서 시작하여 기판의 중앙에서 끝나는 것을 특징으로 하는 기판의 감광막 제거 방법.
17. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 기판의 회전속도는 최소 300RPM에서 최대 500RPM인 것을 특징으로 하는 감광막 제거 방법.

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