KR20060113684A - 처리액코팅장치 및 처리액코팅방법 - Google Patents

처리액코팅장치 및 처리액코팅방법 Download PDF

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미츠히코 시라카시
마사요시 히로세
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가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
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Abstract

본 발명은 반도체웨이퍼와 같은 기판의 표면 상에 미세회로패턴들을 형성하기 위한 리소그래피공정에서 사용하기에 적합한 처리액코팅장치 및 처리액코팅방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 처리액코팅장치는 기판(W)을 유지 및 회전시키는 기판홀더(1), 및 상기 기판홀더(1)에 의해 유지되는 기판(W)으로부터 이격되어 배치된 처리액공급유닛(2)을 포함한다. 상기 처리액공급유닛(2)은 기판(W)의 표면의 중앙부(C)를 포함하는 복수의 부분들에 처리액을 공급하기 위한 복수의 공급포트(5, 6)들을 구비한다. 상기 처리액으로는 레지스트액 또는 현상액이 사용된다.

Description

처리액코팅장치 및 처리액코팅방법{A PROCESSING LIQUID COATING APPARATUS AND A PROCESSING LIQUID COATING METHOD}
본 발명은 처리액코팅장치 및 처리액코팅방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체웨이퍼와 같은 기판의 표면에 미세회로패턴들을 형성하기 위한 리소그래피공정에서 사용하기에 적합한 처리액코팅장치 및 처리액코팅방법에 관한 것이다.
반도체제조장치에 있어서, 리소그래피공정은 반도체웨이퍼와 같은 기판의 표면에 미세회로패턴들을 형성하기 위해 행해진다. 이러한 리소그래피공정은 웨이퍼의 표면 상에 레지스트막을 형성하기 위한 레지스트코팅공정, 상기 레지스트막에 회로패턴들을 전사하기 위한 패턴노광공정, 및 상기 전사된 회로패턴들을 따라 레지스트막에 회로패턴 그루브들을 형성하기 위한 현상공정의 조합예를 수반한다. 이하, 레지스트코팅공정, 패턴노광공정 및 현상공정을 상세하게 설명한다.
(1) 레지스트코팅공정
일반적으로, 레지스트코팅공정은 스핀코터(spin coater)라 불리우는 레지스트코팅장비를 이용하여 수행된다. 이러한 레지스트코팅공정에서는, 웨이퍼의 표면 상에 절연막이 있는 웨이퍼가 스핀척에 의해 유지된 다음, 상기 스핀척에 의해 회전된다. 이 상태에서, 스핀척의 중앙부 위쪽에 배치된 노즐로부터 웨이퍼의 표면의 중앙부 상으로 레지스트액이 공급되어, 상기 레지스트액은 원심력으로 인하여 웨이퍼의 전체 표면에 걸쳐 퍼지게 된다. 이후, 레지스트액의 공급이 중단된 다음, 웨이퍼의 회전속도가 저하된다. 이러한 방식으로, 얇은 레지스트막(즉, 감광성고분자막)이 웨이퍼의 전체 표면 상에 형성된다. 상기 레지스트는 2가지 타입, 즉 노광된 부분들이 현상공정에 의해 제거되는 포지티브 타입과 노광되지 않은 부분들이 현상공정에 의해 제거되는 네거티브 타입으로 분류된다.
(2) 패턴노광공정
일반적으로, 패턴노광공정은 스테퍼(stepper)라 불리우는 노광장비를 이용하여 수행된다. 이러한 패턴노광공정에서는, 웨이퍼의 표면 상에 레지스트막이 있는 웨이퍼가 하나의 스테이지 상에 배치된다. i 라인 또는 엑시머 레이저와 같은 광원은 상기 스테이지 위쪽에 배치되고, 그 위에 회로패턴들이 형성된 마스크(레티클)은 스테이지와 광원 사이에 배치되어 있다. 광원으로부터의 광은 마스크를 통과하여 상기 웨이퍼 상의 레지스트막에 적용됨으로써, 회로패턴들을 레지스트막에 전사시킨다. 이러한 노광공정에서는, 원하는 크기를 갖는 회로패턴들을 전체 레지스트막에 뚜렷하게 전사시켜야만 한다.
(3) 현상공정
일반적으로, 현상공정은 현상장비를 이용하여 수행된다. 이러한 현상공정에서는, 웨이퍼가 기판홀더에 의해 유지 및 회전되면서 현상액(즉, 현상용액)이 웨이퍼 상의 레지스트막의 중앙부 상으로 공급되어, 상기 현상액이 원심력에 의해 전체 레지스트막에 걸쳐 퍼지게 된다. 포지티브-타입의 레지스트를 이용하는 경우, 현상 액은 회로패턴들이 전사된 레지스트막의 노광된 부분들과 반응하고, 상기 노광된 부분들은 현상액으로 용해된다. 다른 한편으로, 네거티브-타입의 레지스트를 이용하는 경우에는, 상기 현상액이 회로패턴들이 전사된 레지스트막의 노광되지 않은 부분들과 반응하고, 상기 노광되지 않은 부분들은 현상액으로 용해된다. 웨이퍼가 회전됨에 따라, 레지스트막에 공급되는 현상액은 새로운 현상액으로 대체됨으로써, 화학반응이 더욱 진행된다. 이러한 방식으로, 회로패턴 그루브들이 레지스트막에 형성된다. 그 후, 현상반응을 중단하기 위해 헹굼액을 웨이퍼 상에 공급한 다음, 웨이퍼를 고속으로 회전시켜 스핀-건조시킨다.
리소그래피공정에서는, 레지스트막에 전사될 회로패턴들의 높은 해상도를 달성하기 위하여, 웨이퍼의 전체 표면을 원하는 두께의 레지스트막으로 균일하게 코팅하는 것이 필요하다. 또한, 제조비용을 줄이기 위해서는, 레지스트액과 현상액의 양을 가능한 한 적게 공급하여야만 한다.
하지만, 상술된 레지스트코팅공정은 레지스트액을 퍼지게 하기 위해 원심력을 이용하기 때문에, 과도한 레지스트액이 웨이퍼에 발산(throw off)되는 동안 대량의 레지스트액이 웨이퍼에 공급되어야만 한다. 그러므로, 레지스트막을 형성하기 위해 필요한 것보다 훨씬 더 많은 양의 레지스트액이 사용됨으로써, 제조비용이 증가하게 된다.
또한, 원심력과 표면장력간의 평형으로 인하여, 레지스트막은 웨이퍼의 주변부(peripheral portion)가 중앙부보다 두꺼운 상태로 형성되는 경향이 있다. 이에 따라, 균일한 두께를 갖는 레지스트막이 형성될 수 없으며, 따라서 회로패턴들의 해상도가 후속 노광공정에서 저하된다.
또한, 현상공정에서는, 현상액이 레지스트코팅공정에서와 같이 레지스트막(웨이퍼)의 중앙부 상으로 공급되기 때문에, 상기 레지스트막의 중앙부와 주변부간에 현상액과의 접촉시간의 차이가 있으므로, 균일한 현상이 수행될 수 없다. 또한, 웨이퍼 상의 현상액은 상술된 현상공정에서 웨이퍼 상의 회전에 의한 새로운 현상액으로 교체되지만, 회로패턴 그루브들 내에서의 현상액의 교체는 충분히 수행되지 아니한다. 특별히, 현상액의 상부층이 층류로서 원활하게 흐른다. 이와 달리, 레지스트막의 표면 부근의 현상액은 점성류로서 흐른다. 이에 따라, 현상액의 교체는 회로패턴 그루브들에서 원활하게 수행되지 못하여, 균일하지 않은 현상 및 긴 현상시간을 초래하게 된다. 현상공정 후의 헹굼공정에서는, 헹굼액의 교체가 상술된 것과 같은 이유로 인하여 원활하게 수행되지 못하기 때문에, 상기 현상은 의도적으로 중단될 수 없으므로, 과도한 현상을 초래하게 된다.
또한, 헹굼공정 이후의 건조공정에서는, 웨이퍼의 고속 회전이 회로패턴들로 구성되어 있는 벽부들을 붕괴시킬 수도 있는데, 이는 소위 말하는 패턴붕괴(pattern collapse)이다. 만일 회전속도가 패턴붕괴를 막기 위해 감소된다면, 헹굼액은 회로패턴 그루브들 내에 남아 있기 쉬워, 웨이퍼가 충분히 건조될 수 없게 된다. 이러한 패턴붕괴는 상기 회로패턴의 크기가 더욱 작아질 수록 현저하게 많이 발생할 것으로 예상된다.
본 발명은 상기 단점들의 관점에서 고안되었다. 그러므로, 본 발명의 목적은 기판의 표면을 레지스트액 또는 현상액과 같은 소량의 처리액으로 균일하게 코팅할 수 있고 상기 처리액의 교체를 원활하게 수행할 수 있으며, 패턴붕괴도 막을 수 있는 처리액코팅장치 및 처리액코팅방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 성취하기 위하여, 본 발명의 일 실시형태에 따르면, 기판의 표면을 처리액으로 코팅하기 위한 처리액코팅장치가 제공되는데, 상기 장치는: 상기 기판을 유지 및 회전시키는 기판홀더; 및 상기 기판홀더에 의해 유지되는 상기 기판으로부터 이격되어 배치된 처리액공급유닛을 포함하여 이루어지고; 상기 처리액공급유닛은, 상기 기판의 표면의 중앙부를 포함하는 복수의 부분들에 상기 처리액을 공급하기 위한 복수의 공급구들을 구비하며, 상기 처리액은 레지스트액 또는 현상액인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 처리액공급유닛은 상기 기판 상의 처리액을 흡입하기 위한 복수의 흡입구들을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 복수의 공급구들과 상기 복수의 흡입구들은 번갈아 그리고 선형으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 처리액공급유닛은 상기 기판의 반경방향으로 이동가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 처리액코팅장치는 상기 기판의 주변부로부터 처리액을 흡입하기 위한 처리액흡입유닛을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 처리액코팅장치는 상기 기판의 표면을 향해 가스를 분사(eject)하기 위한 가스공급유닛을 더 포함하여 이루어지고, 상기 가스공급유닛은 상기 기판의 중앙부로부터 주변부로 이동가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또다른 실시형태에 따르면, 기판의 표면을 처리액으로 코팅하기 위한 처리액코팅방법이 제공되는데, 상기 방법은: 상기 기판을 회전하는 단계; 및 상기 처리액을 상기 기판의 표면의 중앙부를 포함하는 복수의 부분들에 공급하는 단계를 포함하여 이루어지고; 상기 처리액은 레지스트액 또는 현상액인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 처리액코팅방법은 상기 기판의 표면의 복수의 부분들로부터 상기 처리액을 흡입하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 처리액코팅방법은 상기 기판의 표면의 주변부를 포함하는 복수의 부분들로부터 상기 처리액을 흡입하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 처리액코팅방법은 가스공급유닛으로부터의 가스를 상기 기판의 표면을 향해 분사하는 단계; 및 상기 가스공급유닛을 상기 기판의 중앙부로부터 주변부로 이동하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 기판의 표면의 모든 부분에는 거의 동시에 처리액(즉, 레지스트액 또는 현상액)이 공급될 수 있다. 그러므로, 처리액의 막(예컨대, 레지스트막)은 소량의 처리액이 사용되더라도 기판의 표면 상에 균일하게 형성될 수 있다. 또한, 처리액은 원심력을 이용하지 않고도 기판의 전체 표면에 걸쳐 공급될 수 있기 때문에, 상기 기판이 낮은 회전속도로 회전될 수 있다. 그러므로, 기판이 회전하는 동안 상기 기판으로부터 산란되는 처리액의 양을 줄이는 것이 가능하다. 또한, 기판 상의 처리액을 흡입하고 건식가스를 기판에 공급함으로써, 기판이 낮은 회전속도로 회전되더라도 상기 기판이 충분히 건조될 수 있다. 따라서, 패턴붕괴를 막을 수가 있게 된다.
도 1a는 본 발명의 제1실시예에 따른 처리액코팅장치를 도시한 평면도;
도 1b는 도 1a에 도시된 처리액코팅장치의 측면도;
도 2a는 도 1b에 도시된 처리액공급유닛을 도시한 확대도;
도 2b는 도 2a의 IIb-IIb 선을 따라 취한 단면도;
도 2c는 도 2a의 IIc-IIc 선을 따라 취한 단면도;
도 3은 재활용시스템을 도시한 개략도;
도 4a는 기판홀더의 또다른 예시를 도시한 평면도;
도 4b는 도 4a에 도시된 기판홀더의 단면도;
도 4c는 도 4b에 도시된 기판홀더의 수정예를 도시한 단면도;
도 5a는 본 발명의 제2실시예에 따른 처리액코팅장치에 통합된 처리액공급유닛을 도시한 확대도;
도 5b는 도 5a의 Vb-Vb 선을 따라 취한 단면도;
도 5c는 도 5a의 Vc-Vc 선을 따라 취한 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 처리액코팅장치를 도면들을 참조하여 설명한다.
도 1a는 본 발명의 제1실시예에 따른 처리액코팅장치를 도시한 평면도이고, 도 1b는 도 1a에 도시된 처리액코팅장치의 측면도이다.
도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 처리액코팅장치는, 웨이퍼(즉, 기판)(W)을 수평방향으로 유지 및 회전시키는 기판홀더(1), 상기 기판홀더(1)에 의해 유지되는 웨이퍼(W)의 상부면 상에 사전결정된 처리액을 공급하기 위한 처리액공급유닛(2), 상기 웨이퍼(W)의 주변부로부터 처리액을 흡입하기 위한 처리액흡입유닛(3), 및 상기 웨이퍼(W)의 상부면에 사전결정된 가스를 공급하기 위한 가스공급유닛(4)을 포함하여 이루어진다.
상기 기판홀더(1)는, 회전샤프트(1a) 및 상기 회전샤프트(1a)의 상단에 고정된 원형척테이블(1b)을 포함하여 이루어진다. 스루홀(도시안됨)이 회전샤프트(1a) 및 척테이블(1b)에 형성되어, 스루홀(through hole) 내에 부압을 생성함으로써 웨이퍼(W)가 척테이블(1b)의 상부면에 흡인된다. 상기 회전샤프트(1a)는 모터와 같은 구동원(도시안됨)에 커플링되고, 상기 척테이블(1b) 상의 웨이퍼(W)는 상기 회전샤프트(1a)와 함께 구동원에 의해 회전된다.
상기 처리액공급유닛(2)은 상기 기판홀더(1)에 의해 유지되는 웨이퍼(W)로부터 이격되어 배치된다. 도 1b에서, 처리액공급유닛(2)은 웨이퍼(W) 위쪽에 위치한 다. 상기 처리액공급유닛(2)은 실질적으로 기둥 형상이고, 웨이퍼(W)의 반경방향을 따라 연장되어 있다. 처리액공급유닛(2)의 하부와 측부 각각은 처리액을 웨이퍼(W)의 표면 상에 공급하기 위한 복수의 제1공급포트(5) 및 복수의 제2공급포트(6)를 구비한다.
상기 처리액흡입유닛(3)은 처리액공급유닛(2)에 인접하여 배치되고 웨이퍼(W)의 회전방향으로 상기 처리액공급유닛(2)의 전방에 위치한다. 이러한 처리액흡입유닛(3)은 웨이퍼(W)의 주변부 위쪽에 위치한 개구부(open mouth; 3a)를 구비하여, 웨이퍼(W)의 상부면에 공급된 처리액이 상기 처리액흡입유닛(3)의 개구부(3a)를 통해 흡입되도록 한다.
단 하나의 처리액흡입유닛(3)만이 상기 실시예에 제공되었지만, 웨이퍼(W)의 주변부를 따라 복수의 처리액흡입유닛들이 제공될 수도 있다. 또한, 처리액흡입유닛(3)이 웨이퍼(W) 위쪽 대신에 웨이퍼(W) 아래쪽에 배치될 수도 있다. 또한, 웨이퍼(W)의 회전축이 수평방위에 있는 경우, 처리액흡입유닛(3)은 웨이퍼(W)의 횡방향으로 배치될 수도 있다.
상기 가스공급유닛(4)은 웨이퍼(W)(즉, 기판홀더(1)) 위쪽에 배치되어, 가스공급유닛(4)의 하부로부터 웨이퍼(W)의 상부면을 향해 분사되도록 한다. 바람직하게는, 건식가스가 N2 가스와 같은 불활성가스 또는 습도가 10% 이하인 건식공기로 이루어질 수도 있다. 상기 가스공급유닛(4)은 웨이퍼(W)의 중앙부로부터 주변부로 이동가능하다.
상술된 처리액공급유닛의 구조의 일 예를 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 후술한다. 도 2a는 도 1b에 도시된 처리액공급유닛을 도시한 확대도이고, 도 2b는 도 2a의 IIb-IIb 선을 따라 취한 단면도이며, 도 2c는 도 2a의 IIc-IIc 선을 따라 취한 단면도이다.
상기 처리액공급유닛(2)은 그 하부와 측부 상에 각각 위치하는 작업면(제1작업부)(K1)과 작업면(제2작업부)(K2)을 구비한다. 각각의 작업면 K1 및 K2는 복수의 제1공급포트(5) 및 복수의 제2공급포트(6)를 구비한다. 제1공급포트(5) 및 제2공급포트(6)는 처리액공급유닛(2)의 길이방향, 즉 웨이퍼(W)의 반경방향을 따라 선형으로 배치된다. 제1공급포트(5) 및 제2공급포트(6)는 그 사이에 사전결정된 거리로 번갈아 배치되며, 상기 제1공급포트(5) 중 하나는 상기 웨이퍼(W)의 중앙부(C) 위쪽에 위치한다. 본 실시예에서는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 처리액공급유닛(2)의 선단에 배치된 제1공급포트(5)가 웨이퍼(W)의 중앙부(C) 위쪽에 위치한다.
상기 처리액공급유닛(2)은 그 길이방향으로 연장되어 있는 축선을 중심으로 90°의 각도로 회전가능하여, 작업면 K1 또는 작업면 K2가 웨이퍼(W)의 상부면을 향하게 된다. 상기 작업면 K1 및 K2 상의 제1공급포트(5)의 수와 제2공급포트(6)의 수는 웨이퍼(W)의 직경에 따라 결정된다. 상기 처리액공급유닛(2)은, 각각의 제1공급포트(5) 및 각각의 제2공급포트(6)로부터 공급되는 처리액의 유량들을 독립적으로 조정하도록 작동가능하다. 처리액의 유량들을 조정하기 위한 수단으로 밸브들이 사용될 수도 있다. 웨이퍼(W)의 중앙부(C)로부터의 거리(반경 "r" 이라 함)가 길어지면, 공식 2πr로 주어지는 원주 또한 길어진다. 그러므로, 각각의 제1공급포트 (5) 및 각각의 제2공급포트(6)로부터 공급되는 처리액의 유량들은 웨이퍼(W)의 중앙부로부터 주변부로 점진적으로 증가하도록 조정된다.
도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 제1연통로(8A, 8B) 및 한 쌍의 제2연통로(9A, 9B)가 처리액공급유닛(2)에 제공되어 상기 처리액공급유닛(2)의 길이방향으로 연장되어 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1작업면(K1)에서 개방된 제1공급포트(5)는 제1연통로(8A)와 연통되어 있고, 제2작업면(K2)에서 개방된 제1공급포트(5)는 제1연통로(8B)와 연통되어 있다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1작업면(K1)에서 개방된 제2공급포트(6)는 제2연통로(9A)와 연통되어 있고, 제2작업면(K2)에서 개방된 제2공급포트(6)는 제2연통로(9B)와 연통되어 있다.
상기 제1연통로(8A) 및 제2연통로(9A)는 도 2a에 도시된 제1처리액공급원(11)에 연결되어 있다. 이러한 구조에 의하면, 처리액(제1처리액)을 제1처리액공급원(11)으로부터 제1연통로(8A) 및 제2연통로(9A)로 공급함으로써, 상기 처리액이 작업면(K1) 상에 배치된 제1공급포트(5) 및 제2공급포트(6)를 통해 웨이퍼(W) 상으로 공급된다. 다른 한편으로, 상기 제1연통로(8A) 및 제2연통로(9A)는 제2처리액공급원(12)에 연결되어 있다. 이러한 구조에 의하면, 처리액(제2처리액)을 제2처리액공급원(12)으로부터 제1연통로(8B) 및 제2연통로(9B)로 공급함으로써, 상기 처리액이 작업면(K2) 상에 배치된 제1공급포트(5) 및 제2공급포트(6)를 통해 웨이퍼(W) 상으로 공급된다. 제1처리액공급원(11) 및 제2처리액공급원(12)은 처리액의 유량, 압력, 온도, pH 및 점성을 독립적으로 제어하기 위하여 설계된다.
상기 제1 및 제2처리액공급원(11, 12)으로부터 각각 공급된 제1처리액 및 제 2처리액은 동일한 타입이거나 상이한 타입일 수도 있다. 예를 들어, 제1 및 제2처리액공급원(11, 12) 모두는 제1공급포트(5) 및 제2공급포트(6)를 통해 레지스트액을 공급할 수도 있다. 대안적으로는, 제1처리액공급원(11)이 작업면(K1) 상의 제1 및 제2공급구(5, 6)를 통해 현상액을 공급할 수 있고, 그 후에 제2처리액공급원(12)이 작업면(K2) 상의 제1 및 제2공급구(5, 6)를 통해 헹굼액을 공급할 수도 있다. 제3처리액공급원(도시안됨) 및 제4처리액공급원(도시안됨)이 추가로 제공될 수 있어, 제1연통로(8A, 8B) 및 제2연통로(9A, 9B)들이 제1, 제2, 제3 및 제4처리액공급원들에 각각 연결되게 할 수도 있다. 이러한 구조에 의하면, 작업면 K1 및 K2를 그 사이에서 전환시킴으로써, 4가지 타입의 처리액들이 웨이퍼(W) 상으로 공급될 수 있다.
작업면 K1 및 K2를 전환하는 경우와 처리액들을 전환하는 경우에는, 가스(예컨대, 건식공기 또는 불활성가스) 또는 순수를 분사한 후에 다음 처리액을 공급함으로써, 앞선 공정에서 사용된 처리액을 제1 및 제2공급구(5, 6)로부터 제거하는 것이 좋다. 또한, 상기 제1 및 제2공급구(5, 6) 상에 남아 있는 처리액을 흡입하기 위하여, 제1연통로(8A, 8B) 및 제2연통로(9A, 9B)에 각각 연결된 예시되지 않은 관(통로)들에 석 백 밸브(suck back valve)들이 각각 제공될 수도 있다. 상기 석 백 밸브들은, 소정의 신호가 그곳으로 입력되는 경우에 그 내부에 부압을 생성하여 소정량(예컨대, 0.1 내지 0.2 ml 정도)의 액체를 임시로 저장하는 역할을 한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 처리액공급유닛(2)은 웨이퍼(W)의 표면(즉, 상부면) 부근에 배치되어 있다. 이러한 처리액공급유닛(2)은 상하방향으로 이동가능한 홀딩기구(도시안됨)에 의해 지지되어, 웨이퍼(W)의 상부면과 처리액공급유닛(2)(즉, 제1공급포트(5) 및 제2공급포트(6)의 선단들)간의 거리 D가 조정될 수 있게 한다. 웨이퍼(W)의 상부면과 처리액공급유닛(2)간의 거리 D는 2 mm 이하, 보다 바람직하게는 0.5 mm 이하인 것이 바람직하다. 상술된 홀딩기구는 또한 수평방향으로 이동가능하여, 처리액공급유닛(2)이 도 1a 및 도 2a의 화살표로 표시된 바와 같이 홀딩기구에 의하여 웨이퍼(W)의 반경방향(즉, 처리액공급유닛(2)의 길이방향)으로 이동되도록 한다.
다음으로, 상기 구조를 갖는 처리액코팅장치의 작동을 설명한다.
우선, 처리될 웨이퍼(W)가 처리액코팅장치로 이송되고, 기판홀더(1)에 의해 유지된다. 그 후, 처리액공급유닛(2)이 상기 기판홀더(1)에 의해 유지되는 웨이퍼(W) 위쪽 위치로 이동한다. 그런 다음, 웨이퍼(W)가 사전결정된 회전속도로 회전되고, 레지스트액, 현상액 또는 헹굼액과 같은 처리액이 상기 제1 및 제2공급구(5, 6)로부터 웨이퍼(W)의 상부면으로 공급된다. 처리액이 웨이퍼(W)의 중앙부(C)를 포함하는 반경방향으로 정렬된 복수의 부분들 상으로 공급됨으로써, 상기 웨이퍼(W)의 상부면이 처리액으로 코팅된다. 이 때, 원심력으로 인하여 웨이퍼(W)의 주변부로 이동된 처리액은 처리액흡입유닛(3)의 개구부(3a)를 통해 흡입된다. 처리액이 웨이퍼(W)의 상부면 상으로 공급되고 있는 동안, 웨이퍼(W)는 1000 min-1 이하, 바람직하게는 500 min-1 이하, 보다 바람직하게는 100 min-1 이하, 더욱 바람직하게는 50 min-1 이하의 회전속도로 회전된다. 처리액공급유닛(2)은 필요에 따라 처리액을 공급하면서 웨이퍼(W)의 반경방향으로 왕복운동할 수도 있다.
처리액코팅장치가 현상장비로 사용되는 경우, 웨이퍼(W)는 다음과 같은 방식으로 처리된다: 제1처리액공급원(11) 내에 담긴 현상액은, 웨이퍼(W)가 10 내지 300 min-1 범위에 있는 회전속도로 회전되고 있는 동안, 작업면 K1 상에 제공되는 제1공급포트(5) 및 제2공급포트(6)로부터 웨이퍼(W) 상으로 공급되어 현상공정을 수행하게 된다. 그 후, 제2처리액공급원(12) 내에 담긴 헹굼액은, 작업면 K2 상에 제공되는 제1공급포트(5) 및 제2공급포트(6)로부터 웨이퍼(W) 상으로 공급되어 현상을 중단하고 웨이퍼(W)를 세정하게 된다. 세정효과를 높이기 위해서는, 초음파를 웨이퍼(W) 상의 헹굼액에 인가하기 위하여 초음파인가장치(예컨대, 초음파트랜스듀서)가 제공될 수도 있다.
웨이퍼(W)가 세정된 후, 가스공급유닛(4)으로부터 웨이퍼(W)의 상부면으로 건식가스가 분사된다. 상기 가스공급유닛(4)은 건식가스를 공급하는 동안 웨이퍼(W)의 중앙부로부터 주변부로 이동됨으로써, 상기 웨이퍼(W)의 상부면 상에 남아 있는 헹굼액이 웨이퍼(W)의 중앙부로부터 주변부로 이동된 다음, 상기 웨이퍼(W)로부터 제거된다. 패턴붕괴를 막기 위해서는, 건조공정 동안에 웨이퍼(W)의 회전속도가 1000 min-1 이하, 바람직하게는 500 min-1 이하, 보다 바람직하게는 100 min-1 이하, 더욱 바람직하게는 50 min-1 이하가 되도록 설정된다.
처리액코팅장치가 레지스트코팅장비로서 사용되는 경우에는, 웨이퍼(W)가 10 내지 300 min-1 범위에 있는 회전속도로 회전되고 있는 동안, 레지스트액이 제1공급포트(5) 및 제2공급포트(6)로부터 웨이퍼(W) 상으로 공급된다.
본 실시예의 처리액코팅장치에 따르면, 웨이퍼(W)의 상부면의 모든 부분들에 처리액(즉, 레지스트액, 현상액 또는 헹굼액)이 거의 동시에 공급될 수 있다. 그러므로, 처리액은 소량의 처리액이 사용되는 경우에도 웨이퍼(W)의 전체 상부면을 균일하면서도 신속하게 커버할 수 있다. 특별히, 처리액으로서 레지스트액을 사용하는 경우, 공급될 레지스트액의 총량은 10 내지 200 ml 범위에 있고, 처리액으로서 현상액을 사용하는 경우, 공급될 현상액의 총량은 10 내지 200 ml 범위에 있다.
또한, 웨이퍼(W)는 낮은 회전속도로 회전될 수 있기 때문에, 웨이퍼(W)로부터 산란되는 처리액의 양을 줄일 수 있게 된다. 또한, 웨이퍼(W)에 공급되는 처리액은 여타의 구성요소들과 접촉하지 않으면서 처리액흡입유닛(3)을 통해 흡입되기 때문에, 상기 처리액흡입유닛(3)을 통해 복원된 처리액은 재활용을 위해 제1처리액공급원(11) 및/또는 제2처리액공급원(12) 안으로 도입될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 처리액흡입유닛(3)을 통해 흡입된 처리액은, 처리액 및 가스(예컨대, 공기)가 서로 분리되는 가스-액체분리장치(14) 내에 임시로 수집된다. 상기 가스-액체분리장치(14)에 의해 복원된 처리액은 액체-전달펌프(15)에 의해 다시 제1처리액공급원(11) 및/또는 제2처리액공급원(12)으로 반송됨으로써, 처리액이 재활용될 수 있다. 복원된 처리액이 오염된 경우, 이러한 처리액은 자체로 재활용될 수 없다. 이 경우, 처리액은 정화장치(17)에 도입되어, 정화장치(17) 가 불순물들을 처리액으로부터 제거함으로써 상기 처리액을 정화시킨다. 정화된 처리액은 그 후에 재활용을 위해 제1처리액공급원(11) 및/또는 제2처리액공급원(12)으로 반송된다. 처리액이 정화공정이 수행된다 하더라도 재활용될 수 없을 정도로 오염된 경우에는, 가스-액체분리장치(14)에 의해 복원된 처리액이 배출관(18)을 통해 배출된다.
도 1b에 도시된 기판홀더(1)는 진공흡인에 의해 웨이퍼(W)를 유지하는 진공척 타입이지만, 진공-척-타입의 기판홀더 대신에, 상기 기판을 유지하기 위한 복수의 롤러들을 구비한 기판홀더가 사용될 수도 있다. 이하, 복수의 롤러를 구비한 기판홀더를 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명한다. 도 4a는 기판홀더의 또다른 예시를 도시한 평면도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 기판홀더의 단면도이다.
웨이퍼(W)를 유지시키는 기판홀더(1)는 웨이퍼(W)의 원주방향을 따라 배치된 복수의 롤러(20)들을 포함하여 이루어진다(도 4a 및 도 4b에는 단 하나의 롤러(20)만이 도시되어 있음). 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 각각의 롤러(20)들은 그 원주면 상에 형성된 그루브형 클램프부(21)를 구비한다. 상기 롤러(20)들은 웨이퍼(W)를 향해 이동되고, 이에 따라 사전결정된 가압력으로 웨이퍼(W)의 에지부와 접촉하게 됨으로써, 상기 웨이퍼(W)가 롤러(20)들의 클램프부(21)들에 의해 유지된다. 이 상태에서, 모든 롤러(20)들이 회전기구에 의해 동일한 방향으로 동일한 회전속도로 회전되어, 상기 웨이퍼(W)가 상기 롤러(20)들에 의해 수평방향으로 회전되게 된다. 이 경우에는, 하나 이상의 롤러(20)가 회전기구에 의해 회전될 수도 있다.
흡입구(23)를 각각 구비한 흡입노즐(24)들이 상기 클램프(21)들 부근에 각각 배치된다. 상기 흡입구(23)들은 클램프부(21)에 들러붙은 처리액을 흡입하기 위하여, 상기 클램프부(21)들에 근접하여 예컨대 5 mm 이하의 거리로 위치한다. 이와 유사하게, 세정노즐(26)들은 롤러(20)들의 클램프부(21)들 부근에 각각 배치되고, 각각의 세정노즐(26)들은 세정액을 클램프부(21)들에 공급하기 위한 공급구(25)를 구비한다. 흡입노즐(24)의 흡입구(23)와 클램프부(21)간의 거리는 바람직하게는 1 mm 이하, 보다 바람직하게는 0.5 mm 이하이다. 동일한 방식으로, 세정노즐(26)의 공급구(25)와 클램프부(21)간의 거리는 바람직하게는 1 mm 이하, 보다 바람직하게는 0.5 mm 이하이다. 상기 롤러(20)들은 바람직하게 내약품성(chemical resistance)을 가지는 PVDF 또는 PEEK와 같은 플루오르화수지나 폴리우레탄으로 만들어져야 한다.
만일 흡입노즐(24)이 제공되지 않는다면, 클램프부(21)에 들러붙은 처리액이 롤러(20)의 회전에 의해 다시 웨이퍼(W)와 접촉하게 되고, 상기 처리액은 웨이퍼(W) 및 롤러(20)의 접선방향 X 로 산란된다(도 4a 참조). 이러한 처리액의 산란을 막기 위하여, 흡입구(23) 및 공급구(25)가 다음과 같은 형태로 배치된다: 공급구(25)를 구비한 세정노즐(26)은 도 4a의 화살표로 표시된 롤러(20)의 회전방향으로 클램프부(21)와 웨이퍼(W)간의 접촉부(Wc)의 전방에 위치한다. 또한, 흡입구(23)를 구비한 흡입노즐(24)은 롤러(20)의 회전방향으로 세정노즐(26)의 전방에 위치한다.
웨이퍼(W)가 회전되면, 웨이퍼(W)의 주변부 상의 처리액은 접촉부(Wc)를 통해 롤러(20)의 클램프부(21)로 이동된다. 세정액은 세정노즐(26)의 공급구(25)로부 터 클램프부(21)로 공급됨으로써, 세정액이 들러붙은 클램프부(21)를 세정하게 된다. 롤러(20)가 회전되므로, 클램프부(21) 상의 세정액은 흡입노즐(24)의 흡입구(23) 앞에 도달한 다음, 상기 흡입구(23)를 통해 흡입된다. 이러한 형태는 세정액과 처리액이 웨이퍼(W) 및 클램프부(21)로부터 산란되는 것을 방지할 수 있다.
도 4c는 도 4b에 도시된 기판홀더의 수정예의 단면도이다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 클램프부(21)에서 개방되어 있는 하나 이상의 개방단을 구비한 흡입통로(27)는 롤러(20) 내부에 제공될 수 있어, 처리액이 흡입통로(27)를 통해 흡입되도록 한다. 만일 세정공정이 필요하지 않다면, 세정노즐(26)이 제거될 수도 있다. 흡입노즐(24)의 흡입구(23) 및 흡입통로(27)는 가스-액체분리장치(14)를 통해 진공원(13)과 연통되어 있어(도 3 참조), 액체가 진공원(13)에 의해 흡입되게 된다. 흡입노즐(24) 및 흡입통로(27)를 통해 흡입된 처리액은, 상기 처리액과 가스가 서로 분리되는 가스-액체분리장치(14) 내에 임시로 수집된다. 상기 가스-액체분리장치(14)에 의해 복원된 처리액은 액체-전달펌프(15)에 의해 다시 제1처리액공급원(11) 및/또는 제2처리액공급원(12)으로 반송됨으로써(도 3 참조), 처리액이 재활용될 수 있다. 복원된 처리액이 오염된 경우, 이러한 처리액은 자체로 재활용될 수 없다. 이 경우, 처리액은 정화장치(17)에 도입되어(도 3 참조), 정화장치(17)가 불순물들을 처리액으로부터 제거함으로써 상기 처리액을 정화시킨다. 정화된 처리액은 그 후에 재활용을 위해 제1처리액공급원(11) 및/또는 제2처리액공급원(12)으로 반송된다. 처리액이 정화공정이 수행된다 하더라도 재활용될 수 없을 정도로 오염된 경우에는, 가스-액체분리장치(14)에 의해 복원된 처리액이 배출관(18)을 통해 배출된다 (도 3 참조). 진공원(13)으로는 이젝터 또는 진공펌프가 사용될 수도 있다. 흡입노즐(24) 및 흡입통로(27)는 도 1a에 도시된 처리액흡입유닛(3)과 함께 사용될 수도 있고, 또는 처리액흡입유닛(3)의 대체물로 사용될 수도 있다.
상술된 바와 같이, 상기 실시예의 처리액코팅장치는 진공척 타입 및 롤러 타입 양자 모두의 기판홀더를 사용할 수 있다. 롤러-타입의 기판홀더를 사용하는 경우, 또다른 처리액공급유닛이 웨이퍼 밑에 제공될 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 제2실시예를 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한다.
도 5a는 본 발명의 제2실시예에 따른 처리액코팅장치에 통합된 처리액공급유닛을 도시한 확대도이고, 도 5b는 도 5a의 Vb-Vb 선을 따라 취한 단면도이며, 도 5c는 도 5a의 Vc-Vc 선을 따라 취한 단면도이다. 아래에 후술하지 않는 상기 실시예의 처리액코팅장치의 구성요소들과 작동들은 제1실시예와 동일하다.
제2실시예의 처리액공급유닛(2)은 기본적으로 제1실시예와 동일한 구조를 가진다. 하지만, 제2실시예는 다음과 같은 점에서 제1실시예와 다른데, 즉 제2연통로(9A, 9B)들이 가스-액체분리장치(14)를 통해 진공원(13)에 연결되어 있다(도 3 참조). 그러므로, 제2연통로(9A, 9B)와 연통되어 있는 제2공급포트(6)는 웨이퍼(W) 상의 처리액을 흡입하기 위한 흡입포트로서의 역할을 한다. 이하, 본 실시예에서는, 제2공급포트(6)를 흡입포트(6)라 한다.
제1실시예에서와 같이, 제1연통로(8A)는 제1처리액공급원(11)에 연결되고, 제1연통로(8B)는 제2처리액공급원(12)에 연결되어 있다. 처리액은 제1처리액공급원(11) 또는 제2처리액공급원(12)으로부터 제1공급포트(5)를 통하여 웨이퍼(W)의 상 부면 상으로 공급된다. 동시에, 웨이퍼(W) 상으로 공급된 처리액은 흡입포트(6) 및 처리액흡입유닛(3)을 통해 흡입된다(도 1a 및 도 1b 참조).
본 실시예의 일 예로서, 현상액은 제1처리액공급원(11) 내에 저장될 수 있고, 헹굼액은 제2처리액공급원(12) 내에 저장될 수도 있다. 이 경우, 현상액은 작업면 K1 상에 제공된 제1공급포트(5)로부터 웨이퍼(W) 상으로 공급되고, 상기 웨이퍼(W) 상의 현상액은 흡입포트(6)를 통해 흡입된다. 그 후, 처리액공급유닛(2)은 그 자체 축선을 중심으로 회전되어, 작업면 K2이 웨이퍼(W)를 향하게 된다. 그러면, 헹굼액이 작업면 K2 상에 제공된 제1공급포트(5)로부터 웨이퍼(W) 상으로 공급되어 현상을 중단시키게 된다. 웨이퍼(W) 상의 헹굼액은 흡입포트(6)를 통해 흡입된다. 이러한 방식으로, 헹굼액의 공급 및 흡입이 웨이퍼(W) 상에서 동시에 수행되기 때문에, 상기 헹굼액은 새로운 헹굼액으로 신속하게 교체됨으로써, 상기 현상을 원하는 타이밍으로 정확하게 중단시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 웨이퍼(W)에 공급된 레지스트액, 현상액 또는 헹굼액과 같은 처리액이 여타의 구성요소와 접촉하지 않으면서 흡입포트(6) 및 처리액흡입유닛(3)을 통해 흡입된다. 그러므로, 흡입포트(6) 및 처리액흡입유닛(3)을 통해 복원된 처리액은 재활용을 위해 제1처리액공급원(11) 및/또는 제2처리액공급원(12) 안으로 도입될 수 있다. 또한, 본 실시예에 따르면, 웨이퍼(W) 상의 처리액이 흡입포트(6) 및 처리액흡입유닛(3)을 통해 흡입되기 때문에, 상기 웨이퍼(W)로부터 산란되는 처리액의 양이 거의 제로까지 감소될 수 있다.
상기 제1공급포트(5)로부터 공급되는 처리액이 흡입포트(6)를 통해 직접 흡 입되는 것을 방지하기 위해서는, 제1공급포트(5) 및 흡입포트(6)들이 바람직하게는 소정의 거리만큼 서로 이격되어야만 한다. 또한, 소정의 수직 간격이 제1공급포트(5)와 흡입포트(6) 사이에 제공되어야만 하는 것이 좋다. 이 경우, 상기 거리 및 수직 간격은 바람직하게는 적어도 1 mm 이어야만 한다.
상기 실시예에서도, 흡입포트(6) 및 처리액흡입유닛(3)을 통해 흡입된 처리액은, 상기 처리액과 가스가 서로 분리되는 가스-액체분리장치(14) 내에 임시로 수집된다(도 3 참조). 상기 가스-액체분리장치(14)에 의해 복원된 처리액은 액체-전달펌프(15)에 의해 다시 제1처리액공급원(11) 및/또는 제2처리액공급원(12)으로 반송됨으로써(도 3 참조), 상기 처리액이 재활용될 수 있다. 복원된 처리액이 오염된 경우, 이러한 처리액은 자체로 재활용될 수 없다. 이 경우, 처리액은 정화장치(17)에 도입되어(도 3 참조), 정화장치(17)가 불순물들을 처리액으로부터 제거함으로써 상기 처리액을 정화시킨다. 정화된 처리액은 그 후에 재활용을 위해 제1처리액공급원(11) 및/또는 제2처리액공급원(12)으로 반송된다. 처리액이 정화공정이 수행된다 하더라도 재활용될 수 없을 정도로 오염된 경우에는, 가스-액체분리장치(14)에 의해 복원된 처리액이 배출관(18)을 통해 배출된다(도 3 참조).
본 실시예의 공급-흡입 구조는, 처리액이 웨이퍼(W)로부터 산란되지 않게 하면서도 거의 모든 처리액을 복원할 수 있다. 그러므로, 본 실시예는 재활용을 위해 사용될 수 있는 처리액의 양이 제1실시예에 비해 더 많다는 장점이 있다.
상술된 바와 같이, 상기 처리액코팅장치는 기판의 표면 상에 레지스트막을 코팅하기 위한 레지스트코팅장치 및 현상액을 회로패턴들이 전사되는 레지스트막 상에 공급하여 회로패턴 그루브들을 형성하기 위한 현상장치로서 사용하기에 적합하다.
본 발명은 반도체웨이퍼와 같은 기판의 표면 상에 미세회로패턴들을 형성하기 위한 리소그래피공정에서 사용하기에 적합한 처리액코팅장치 및 처리액코팅방법에 적용가능하다.

Claims (10)

  1. 기판의 표면을 처리액으로 코팅하기 위한 처리액코팅장치에 있어서,
    상기 기판을 유지 및 회전시키는 기판홀더; 및
    상기 기판홀더에 의해 유지되는 상기 기판으로부터 이격되어 배치된 처리액공급유닛을 포함하여 이루어지고,
    상기 처리액공급유닛은, 상기 처리액을 상기 기판의 표면의 중앙부를 포함하는 복수의 부분들에 공급하기 위한 복수의 공급포트들을 구비하며, 상기 처리액은 레지스트액 또는 현상액인 것을 특징으로 하는 처리액코팅장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 처리액공급유닛은, 상기 기판 상의 처리액을 흡입하기 위한 복수의 흡입포트들을 구비하는 것을 특징으로 하는 처리액코팅장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 공급포트들과 상기 복수의 흡입포트들은, 번갈아 그리고 선형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 처리액코팅장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 처리액공급유닛은, 상기 기판의 반경방향으로 이동가능한 것을 특징으 로 하는 처리액코팅장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판의 주변부로부터 처리액을 흡입하기 위한 처리액흡입유닛을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 처리액코팅장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스를 기판의 표면을 향해 분사하기 위한 가스공급유닛을 더 포함하여 이루어지고, 상기 가스공급유닛은 상기 기판의 중앙부로부터 주변부로 이동가능한 것을 특징으로 하는 처리액코팅장치.
  7. 기판의 표면을 처리액으로 코팅하기 위한 처리액코팅방법에 있어서,
    상기 기판을 회전시키는 단계; 및
    상기 처리액을 상기 기판의 표면의 중앙부를 포함하는 복수의 부분들에 공급하는 단계를 포함하여 이루어지고,
    상기 처리액은 레지스트액 또는 현상액인 것을 특징으로 하는 처리액코팅방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 기판의 표면의 복수의 부분들로부터 상기 처리액을 흡입하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 처리액코팅방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 기판의 표면의 주변부를 포함하는 복수의 부분들로부터 상기 처리액을 흡입하는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 처리액코팅방법.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    가스공급유닛으로부터의 가스를 상기 기판의 표면을 향해 분사시키는 단계; 및
    상기 가스공급유닛을 상기 기판의 중앙부로부터 주변부로 이동시키는 단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 처리액코팅방법.
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