KR960002278B1 - 반도체 웨이퍼 위에 유체 재료층을 도포하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

반도체 웨이퍼 위에 유체 재료층을 도포하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

반도체 웨이퍼 위에 유체 재료층을 도포하기 위한 방법 및 장치
제1도는 회전 웨이퍼의 표면위에 감광성 내식막 같은 유체 재료층을 도포하기 위한 본 발명에 따른 장치의 다이아그램.
제2도는 길다란 슬롯형의 구멍을 갖는 배출 노즐을 나타내는 제1도의 선2-2를 따라 취한 단면도.
제3도는 하부의 웨이퍼의 표면위에 유체 재료를 분배하는 중에 배출 노즐의 반경방향의 이동을 나타내는 다이아그램.
제4도는 웨이퍼의 표면위에 유체 재료를 분배하는 중에 배출 노즐의 슬롯형 구멍의 장축의 이동 경로를 나타내는 다이아그램.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 장치 102 : 척
104 : 가공물 110,120 : 모터
112 : 분배 아암 114 : 노즐
116 : 재료 공급원 118 : 공급도관
122 : 표면부 124 : 구멍
126 : 장축 128 : 단축
130 : 반경방향 경로
본 발명은 피복재의 사용을 극소화하는 가공물의 가공 장치 및 방법에 관한 것이며, 특히 사용되는 감광성 내식막의 소모를 줄일 수 있도록 반도체 웨이퍼의 표면위에 감광성 내식막 같은 유체 재료층을 도포하는 동시에 집적회로 등의 제조시 웨이퍼의 가공중에 코팅의 균일성을 유지 또는 향상시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
전자 부품의 제조시 반도체 웨이퍼 같은 가공물의 가공 공정에 있어서, 필요한 하나의 단계는 웨이퍼의 표면위에 소정의 유체 재료를 일정량 분배하는 것이다. 예를들어, 집적회로의 제조시에, 웨이퍼의 포토에칭(photoetching)전에 실리콘 웨이퍼 위에 감광성 내식막이 분배된다. 이런 관점에서 볼때, 반도체 웨이퍼 표면위에 일정량의 유체 재료를 분배한 후에 예를들어 고속으로 웨이퍼를 스피닝(spinning)하여 표면위에 골고루 펼치는 장치가 미합중국 특허 제4,190,015호에 공지되어 있다. 유체 재료는 소정 길이의 중공관의 단부에 형성된 원형 구멍의 형태의 노즐로부터 배출된다.
미합중국 특허 제4,551,355호는 스핀들 위에서 고속으로 디스크가 회전됨과 동시에, 디스크의 외측에서 시작하여 내측으로 이동하여 잠시 정지한 후 다시 외측으로 돌아오는 원형의 분배 노즐을 통하여 자기 매체 재료 함유 유체가 디스크에 도포되는 것을 제시한다. 유체가 도포됨에 따라, 자기 매체 재료의 박막이 디스크에 부착됨과 동시에, 과잉 유체가 고속 회전에 의해 발생된 원심력 때문에 디스크 밖으로 반경방향으로 유동하면서 이 박막위에 보호 코팅을 형성한다. 노즐의 배출 압력과 디스크의 고속 회전 때문에 자기 매체 재료의 매우 얇은 박막이 디스크에 도포된다. 노즐의 이동 속도를 조정하여 자기 매체 재료의 막 두께를 변화시킬 수 있다.
미합중국 특허 제3,198,657호는 착색된 재료로 대상물을 스핀 코팅(spin coating)하는 방법을 제시한다. 스핀 코팅될 표면은 먼저 착색된 재료를 원통형 노즐로부터 스피닝 표면위에 코팅될 표면의 외측 가장자리로부터 내측 가장자리까지 배출함으로써 적셔진다. 스피닝 표면위에 코팅 재료를 배출하는 것은 종래의 스핀 코팅 기술을 사용하여 계속된다. 스피닝 표면을 덮는데 필요한 정도보다 과다한 양의 재료가 분배될 때까지 내측 가장자리에서 코팅 재료의 배출은 계속된다. 다른 방법으로는, 재료의 파두(wave front)가 스피닝 표면을 넘어서 외측으로 흐를때까지만 내측 가장자리에서 코팅 재료가 계속 배출된다. 이 경우에 재료는, 이동하는 파두의 뒤에서 분배하거나 혹은 파두의 전방위에서 부음으로써, 내측 가장자리로부터 외측 가장자리까지 배출된다. 스피닝 표면의 외측 가장자리에서는, 재료가 계속해서 배출된다.
미합중국 특허 제4,457,259호는 스피닝 반도체 웨이퍼 위에서 소정의 선 속도로 원형 노즐을 다수회 반복적으로 왕복시키도록 배열된 포물선형 캠 기구에 의하여 단위 표면당 감광성 내식막 현상액 같은 액체를 일정량 제공하는 분무 장치를 제시한다. 이 캠 기구는 포물선 속도로 노즐을 이동시키므로 단위 면적당 일정량의 액체가 증착된다. 캠은 연속적으로 회전되며, 분무 주기를 결정하는 프로그램 가능한 타이머에 의하여 캠 폴로워(follower)와 결합한다. 캠과 캠 폴로워에 의하여 반도체 웨이퍼 위에 원형 노즐을 통해 유체를 연속적인 나선형 비이드 형태로 분배하는 유사한 장치가 미합중국 특허 제4,451,507호에 제시되어 있다.
미합중국 특허 제4,267,212호는 제1의 속도로 웨이퍼를 회전시킴과 동시에 반경방향으로 이동하면서 원형 노즐을 통해 코팅 용액을 도포함에 의하여 사진 유제같은 코팅 용액으로 반도체 웨이퍼를 균일하게 스핀 코팅하는 공정을 제시한다. 일단 반도체 웨이퍼가 초기 도포되면, 균일한 코팅이 얻어질 때까지 웨이퍼의 회전 속도가 증대되면서 계속 회전한다. 고정 노즐을 갖는 유사한 공정이 미합중국 특허 제3,695,928호에 제시되어 있다.
상술한 각각의 장치와 방법에 있어서, 유체 코팅 재료는 웨이퍼의 회전중이나, 웨이퍼의 정지 상태에서 대략 단면이 원형인 유체 기둥 형태로 분배된다. 과다한 재료를 제거한 뒤에 얇은 막박 코팅이 남아 있도록 하기 위해 웨이퍼를 그 중심에 대해 가속 회전함으로써 유체 코팅 재료의 풀(pool)을 두꺼운 층으로 만들고 그 코팅막을 스핀 캐스팅하여 웨이퍼 코팅이 얻어진다. 웨이퍼 위에 남아 있는 감광성 내식막 같은 유체 코팅 재료의 양은 초기에 분배된 양에 비해 매우 작은 비율, 즉 1/1000 정도이다. 따라서 이것은 감공성 내식막 재료의 많은 양이 사용될 수 없게 됨과 동시에 가공비가 많이 들게 된다는 결과를 낳는다. 게다가, 웨이퍼 표면위에 유체 코팅 재료의 풀이 생기기 때문에, 균일하지 못한 막이 형성되어 그후의 웨이퍼 공정에 나쁜 영향을 줄 수 있다.
따라서, 반도체 산업계에서는, 스핀 캐스팅 등의 공정중에 감광성 내식막 같은 코팅 재료의 소비를 최소로 할 뿐만 아니라, 집적회로와 그로부터 다른 전자 부품을 제조하는 중에 반도체 웨이퍼 위에 보다 균일한 박막 코팅을 제공하는 장치 및 방법에 대한 해결되지 못한 요구가 있다. 그러므로, 본 발명은 재료의 풀을 제거하고 소정의 코팅 두께에 필요한 재료의 양을 줄이며 코팅 두께의 균일성을 향상시키도록 웨이퍼 표면위에 감광성 내식막 같은 유체 재료의 박층을 도포하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 웨이퍼의 표면위에 유체 재료 공급원으로부터 공급된 유체 재료의 층을 도포하는 장치가 개시되는데, 이 장치는 재료의 공급원과 연결된 실질적으로 슬롯형인 구멍을 가지며 이 구멍을 통하여 유체 재료가 유체의 흐름 형태로 웨이퍼의 표면위에 배출되는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 웨이퍼의 표면위에 유체 재료층을 도포하는 방법이 개시되는데, 이 방법은 유체 재료를 실질적으로 슬롯형인 구멍을 갖는 노즐에 공급하고, 웨이퍼의 표면의 일부위에 노즐을 이동시키며, 상기 슬롯형 구멍을 통하여 유체 재료를 유체 흐름 형태로 웨이퍼의 표면위에 배출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명을 보다 상세히 이해할 수 있도록, 지금부터 첨부한 도면을 참고하여 설명한다.
본 발명은 이용되는 감광성 내식막의 소모를 줄이는 방식으로 가공물의 스피닝 표면위에 감광성 내식막 같은 유체 코팅 재료를 분배함과 동시에 감광성 내식막의 분배 균일성을 향상 유지시키기 위한 장치 및 방법을 제공한다. 여기서 설명하는 특정 실시예가 웨이퍼의 평면이 코팅되는 반도체 가공에 유용한 감광성 내식막을 이용하지만, 본 발명은 연속적인 평면을 코팅하는데 유용한 다른 유체 코팅 재료를 사용하여 실시될 수도 있다. 따라서 본 발명은 평면위에 유체 재료를 코팅하기 위하여 스핀 코팅 공정을 이용하는 반도체, 광학 또는 컴팩트 디스크 및 다른 기술 분야에서 유체 재료의 코팅을 제공하는데 사용될 수 있다.
도면들을 참조하면, 가공물의 표면위에 일정량의 유체 재료를 분배하기 위한 본 발명의 원리에 따라 구성된 장치가 도시되는데, 도면이 달라도 동일부분에 대하여는 동일한 도면 부호로 나타내었다. 도면 부호(100)으로 나타낸 장치는 반도체 웨이퍼, 광학 디스크, 컴팩트 디스크 등과 같은 가공물(104)를 지지하기 위한 척(102)를 구비한다. 가공물(104)는 미합중국 특허 제4,711,610호에 공지된 것처럼 가공물과 척(102)사이에 생긴 진공력에 의하여 수평 방향으로 척(102)에 해체할 수 있도록 고정된다. 그러나 가공물(104)는 코팅공정중에 척(102)에 의하여 수직 방향으로 고정될 수도 있다. 척(102)와 가공물(104)는 모터(110) 또는 다른 장치에 한 단부가 연결된 축(108)에 의하여 축(106)을 중심으로 고속으로 회전된다. 가공물(104)는 예를들어 반도체 기술 분야에서 통상적으로 알려진 운반 조립체(도시되지 않음)에 의하여 가공을 위해 척(102)에 운반될 수 있다. 유체 재료가 분배될 다수의 가공물을 수용하기 위한 카세트를 갖는 이런 종류의 운반 조립체는 미합중국 특허 제4,190,015호에 기재되어 있다.
중공의 관형 분배 아암(112)는 척(102) 근처에 배치되어 노즐(114)를 통하여 유체 재료를 분배한다. 분배될 유체 재료는 공급 도관(118)에 의하여 분배 아암(112)를 통해 노즐(114)과 연결되는 재료 공급원(116)속에 수용된다. 분배 아암(112)는 모터(120)에 의하여 회전되어 노즐(114)의 위치를 가공물(104)의 표면위에서 선택적으로 조정한다.
제2도에 도시한 바와같이, 노즐(114)는 길이방향의 장축(126)과 횡방향의 단축(128)을 갖는 길다랗고 좁은 슬롯형 구멍(124)가 제공된 표면부(122)를 갖는다. 장축(126)방향으로의 구멍(124)의 길이는 치수(A)로 지시되어 있으며, 단축(128)방향으로의 구멍(124)의 폭은 치수(B)로 지시되어 있다. 제2도에 도시한 바와같이, 구멍(124)를 도시하는데에 있어서 이해하기 쉽도록 치수(A)와 (B)는 서로 적절한 비율로 되어 있고 상당히 과장되어 있음을 이해하여야 한다. 이 관점에서 볼때 치수는 A는 0.32㎝-1.27㎝이고 치수 B는 0.0025㎝-0.05㎝이라고 생각된다. 그러나, 치수(A)와 (B)에 대한 상기 범위는 예로서 제시한 것 뿐이며 상기 범위를 벗어난 각각의 치수(A)와 (B)의 다른 범위도 좁은 슬롯형의 구멍(124)를 제공하는 본 발명에 이용될 수 있음을 알아야 한다. 앞으로 언급할 실질적인 슬롯형이라는 용어는 길다란 좁은 슬롯형을 의미한다.
지금부터 장치(100)을 설명하는데 있어, 가공물(104)의 표면위에 유체 재료의 층을 도포하기 위한 본 발명의 방법을 제3도와 제4도를 참고하여 설명한다. 반도체 웨이퍼 같은 가공될 가공물(104)는 척(102)에 고정된다. 유체 재료를 분배하고자 할때, 분배 노즐(114)는 처음에 가공물(104)의 원주변 가장자리 위에 배치된다. 공급 도관(116)속의 밸브(도시하지 않음)가 설정된 시간 주기동안 개방되어 재료 공급원(116)으로부터 유체 재료가 분배 아암(112)를 경유하여 노즐(114)를 통해 공기가 혼합되지 않은 유체 흐름 형태로 분배된다. 이 설정 시간 주기동안, 분배 노즐(114)는 가공물(104)의 원주변 가장자리에서 시작하여 가공물의 중심에서 끝나는 대체로 반경방향인 경로를 따라 이동된다. 노즐(104)는 모터(120)에 의한 분배 아암(112)의 회전에 의하여 반경방향으로 경로(130)를 따라 이동된다. 상기 설정 시간 주기가 종료될 때, 밸브는 폐쇄되고, 동시에 노즐(114)가 제1도에 도시한 초기의 위치로 이동된다. 유체 재료의 분배중에, 가공물(104)는 일정 속도 또는 변속으로 회전되어 원하는 유체 재료의 균일한 박막 코팅을 얻을 수 있다.
분배 공정이 노즐(114)가 가공물(104)의 반경방향 내측으로 이동하는 동안에 실시되는 것으로 설명하였지만, 원한다면 노즐이 반경방향 외측으로 이동하는 중에 분배 공정이 실시될 수도 있다는 것을 이해아여야 한다. 이 경우에 노즐(114)는 분배 공정이 시작 전에 초기에 가공물(104)위의 중심 위치에 배치된다. 다른 방법으로, 분배 공정은 노즐(114)가 반경방향 내측 및 외측의 양측으로 이동하는 중에 실시될 수도 있다.
제4도에 반경방향 경로(130)에 대한 구멍(124)의 바람직한 정렬이 도시되어 있다. 여기서, 구멍(124)의 장축(126)은 반경방향 경로(130)과 일직선상으로 배열되어 움직이므로, 결국 회전하는 가공물(104)위에 유체 재료가 넓게 도포된다. 분배된 유체 재료와 가공물(104)의 표면의 접촉 지점에서, 유체 흐름은 슬롯형 단면을 갖는다. 유체 재료의 길다랗고 좁은 슬롯형의 분배된 흐름으로 인하여 유체 재료의 손실을 최소로 하면서 가공물(104)위에 균일한 코팅을 형성할 수 있다.
유체 재료의 표면 장력은 슬롯형 구멍(124)를 통해 배출된 후에 유체 재료의 단면 형상에 큰 영향을 줄 것이다. 표면 장력으로 인하여 배출 유체 흐름은 구멍(124)로부터의 하류측 위치에서 원형 형상이 될 것이다. 그러므로, 노즐(124)는 가공물(104)의 표면위에 거리를 두고 배치되며, 이 거리에서 분배된 유체 흐름의 단면은 실질적으로 좁고 길다란 슬롯형을 유지하고 있다. 이러한 형상의 유체 흐름을 유지하기 위해서 요구된 가공물(104) 표면과 노즐(114)의 사이의 거리는 많은 인자들에 좌우된다. 이들 인자들로는 배출되는 유체 재료의 점성, 유체 재료의 온도, 구멍(124)를 통한 배출점에서의 유체 재료의 압력 및 구멍의 치수(A)와 (B)를 들 수 있다. 유체 재료로서 감광성 내식막을 사용하는 반도체 기술 분야에서, 노즐(114)는 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 예를 들어 0.013㎝-1.27㎝의 거리만큼 떨어져 배치될 것이다. 그러나 가공물(104)의 표면과의 접촉점에서의 배출된 유체 재료의 흐름의 형상을 따라 시행 착오를 거쳐 거리가 결정될 것이다.

Claims (16)

  1. 유체 재료의 공급원으로부터 공급된 유체 재료의 층을 웨이퍼의 표면위에 도포하는 장치에 있어서, 상기 재료의 공급원(116)과 연결된 슬롯형 구멍(124)를 가지며 상기 구멍을 통하여 상기 유체 재료가 유체 흐름의 형태로 상기 웨이퍼(104)의 표면위에 배출되는 노즐(114)을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 재료의 도포 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼의 표면이 수평 방향 또는 수직 방향으로 배치되도록 상기 웨이퍼(104)를 지지하기 위한 지지수단(102)를 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 재료의 도포 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 웨이퍼의 표면에 횡으로 배치된 축을 중심으로 상기 웨이퍼(104)를 회전시키기 위한 회전수단(108,110)을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 재료의 도포 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유체 재료가 배출되는 동안 상기 노즐(114)를 상기 웨이퍼(104)의 표면을 가로질러 이동시키기 위한 이동수단(112,120)을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 재료의 도포 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 구멍(124)는 좁고 길다란 형상의 슬롯인 것을 특징으로 하는 유체 재료의 도포 장치.
  6. 제1항에 또는 4항에 있어서, 상기 웨이퍼(104)를 지지하기 위한 지지수단(102), 상기 웨이퍼를 그 축을 중심으로 회전시키기 위한 회전수단(108,110), 및 상기 노즐을 상기 웨이퍼의 표면 일부를 횡단하는 반경방향 경로상으로 이동시키기 위한 이동수단(112,120)을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 재료의 도포 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 구멍(124)는 단축(128)과 장축(126)을 가지며, 상기 노즐(114)는 상기 구멍의 장축이 상기 웨이퍼(104)의 표면위의 반경방향 경로(130)을 따라 가도록 상기 이동수단(112,120)에 의하여 이동되는 것을 특징으로 하는 유체 재료의 도포 장치.
  8. 웨이퍼의 표면위에 유체 재료의 층을 도포하는 방법에 있어서, 유체 재료를 슬롯형 구멍(124)를 갖는 노즐(114)에 공급하는 단계, 상기 노즐을 상기 웨이퍼(104)의 표면 일부위로 이동시키는 단계, 및 상기 유체 재료를 상기 슬롯형 구멍을 통해 유체 흐름의 형태로 상기 웨이퍼의 표면위에 배출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 재료층의 도포 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 유체 재료를 상기 웨이퍼의 표면위에 배출하는 동안 상기 웨이퍼(104)를 그 축을 중심으로 회전시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 재료층의 도포 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 유체 재료는 감광성 내식막으로 구성되며 상기 웨이퍼(104)는 반도체 웨이퍼로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체 재료층의 도포 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 유체 흐름은 공기가 혼합되지 않았으며, 좁고 길다란 슬롯형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 유체 재료층의 도포 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 구멍(124)는 단축(128)과 장축(126)을 가지며, 상기 노즐(114)는 상기 구멍의 장축이 상기 웨이퍼의 표면위의 반경방향 경로(130)을 따라 가도록 이동되는 것을 특징으로 하는 유체 재료층의 도포 방법.
  13. 제8항 또는 12항에 있어서, 상기 유체 재료는 상기 노즐(114)가 반경방향 내부로 이동하는 중에 상기 슬롯형 구멍(124)를 통하여 배출되는 것을 특징으로 하는 유체 재료층의 도포 방법.
  14. 제8항 또는 12항에 있어서, 상기 유체 재료는 상기 노즐(114)가 반경방향 외부로 이동하는 중에 상기 슬롯형 구멍(124)를 통하여 배출되는 것을 특징으로 하는 유체 재료층의 도포 방법.
  15. 제8항 또는 12항에 있어서, 상기 구멍(124)를 1.27㎝ 이하의 거리를 두고 상기 웨이퍼(104)의 표면위에 배치하는 것을 특징으로 하는 유체 재료층의 도포 방법.
  16. 제8항 또는 12항에 있어서, 상기 구멍(124)는 좁고 길다란 슬롯인 것을 특징으로 하는 유체 재료층의 도포 방법.
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