KR102006059B1 - 스핀 코팅 프로세스에서 결함 제어를 위한 덮개 플레이트 - Google Patents

Abstract

본 명세서에 개시되는 기술은, 윈드 마크 및 난류 유체 유동에 의해 야기되는 다른 결함의 형성을 억제함으로써, 보다 높은 회전 속도와 건조 시간의 단축을 가능하게 하고, 또한 필름의 균일도를 유지하는 스핀 코팅 장치 및 방법을 제공한다. 본 명세서에 개시되는 기술은 웨이퍼 또는 다른 기판의 표면 위에 위치 설정되거나 현수되는 링 또는 덮개 등의 유체 유동 부재를 포함한다. 유체 유동 부재는 코팅 및 스핀 건조 프로세스 중에 웨이퍼의 회전 동안에 윈드 마크를 방지하는 반경 방향 곡률을 갖는다.

Description

스핀 코팅 프로세스에서 결함 제어를 위한 덮개 플레이트{COVER PLATE FOR DEFECT CONTROL IN SPIN COATING PROCESS}

본 명세서에 개시된 기술은 반도체 기판의 스핀 코팅을 비롯한 스핀 코팅 시스템 및 프로세스에 관한 것이다.

스핀 코팅은 폴리머, 포토 레지스트, 또는 다른 화합물의 박층을 이용하여 평탄한 표면을 코팅하는 방법으로서 수십년 간 이용되었다. 스핀 코팅은 통상적으로 솔벤트 용액, 폴리머 용액, 또는 다른 액체 재료를 평탄한 기판 상에 퇴적시킴으로써 수행된다. 이어서, 기판은 용액이 기판의 에지를 향해 외측으로 유동하게 하는 원심력을 생성하기에 충분한 각속도로 회전되어 기판의 전체 표면을 코팅한다. 초과 용액은 기판의 에지로부터 방출되고, 나머지 용액은 솔벤트가 증발됨에 따라 옅어지고 경화되어 얇은 폴리머 필름이 남겨진다.

그러한 스핀 코팅은 반도체 장치 제조에 사용되는 포토리소그래피에서 일상적인 단계이다. 예시적인 포토리소그래피 프로세스에서, 레지스트 스핀 코팅 단계가 반도체 웨이퍼 상에 균일한 레지스트 필름을 형성하도록 수행된다. 다음에, 노출 프로세스는 통상적으로 레지스트 필름을 잠재적인 선 패턴을 생성하는 마스크를 통해 광 또는 다른 복사선에 노출시키는 것을 포함한다. 최종적으로, 현상 단계는 레지스트 코팅된 웨이퍼를 선 패턴을 드러내도록 노출 프로세스 후에 현상하는 것을 포함한다. 그러한 일련의 처리 단계들은 통상적으로 코팅-현상 시스템에서 수행된다.

통상적인 스핀 코팅 프로세스에서, 반도체 웨이퍼 또는 다른 기판은 회전 구동 시스템에 의해 스핀 척(spin chuck)과 함께 회전된다. 웨이퍼는 스핀 척 상에 진공 고정되거나 달리 유지된다. 반도체 웨이퍼 위에 위치 설정된 레지스트 노즐은 레지스트 용액을 웨이퍼 표면의 중앙 위에 적하시킨다. 적하된 레지스트 용액은 웨이퍼가 회전함에 따라 원심력에 의해 반도체 웨이퍼의 원주를 향해 반경 방향 외측으로 확산된다. 레지스트를 전체 웨이퍼 표면에 걸쳐 확산시키는 것은 비교적 빨리 일어나지만, 반도체 웨이퍼는 웨이퍼 표면 위에 확산된 레지스트 용액을 스핀오프하고 건조시키도록 일정 시구간 동안에 (보통, 감속 회전 속도로) 연속적으로 회전된다. 그러한 스핀 코팅은 주로 다른 웨이퍼 처리를 위한 준비 단계로서 웨이퍼의 표면 상에 포토레지스트 폴리머의 얇고 균일한 층을 형성하도록 반도체 산업에서 광범위하게 사용되고 있다.

반도체 제조 및 스핀 코팅에 있어서 공통적인 희망 사항은 높은 처리량을 갖는 것이다. 반도체 제조 중에, 웨이퍼는 다수의 코팅 및 현상 단계를 받을 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 각각의 스핀 코팅을 완료하는 프로세스 기간을 최소화하면 처리량이 향상될 수 있다. 바꿔 말해서, 단위 시간 당 처리될 수 있는 웨이퍼의 개수를 증가시키기 위해 가능한 한 짧은 시간 내에 스핀 코팅 또는 스핀 프로세스를 완료하는 것이 바람직하다. 처리량을 증가시키는 것과 함께 한가지 도전 과제는 균일도 및 품질 요건을 만족시키는 것이다. 액체 재료를 웨이퍼를 가로질러 확산시키고, 액체 재료를 건조시키는 데에 회전을 모두 이용하는 통상적인 스핀 코팅 프로세스에서, 건조 시간은 확산 시간보다 실질적으로 길게 지속된다. 건조 시간을 가속시키기 위해 사용될 수 있는 다양한 기술이 존재한다. 한가지 기본적인 기술은 웨이퍼의 회전 속도를 증가시키는 것인데, 이는 다시 웨이퍼의 표면을 가로지르는 유체 유동 속도를 증가시킨다 - 웨이퍼가 빠르게 회전할 수록, 액체 레지스트 또는 다른 액체 화학 물질이 빠르게 건조된다(솔벤트가 증발된다) -.

그러나, 기판의 보다 높은 회전 속도는 코팅에 있어서 비-균일도 및 결함을 초래할 수 있다. 이들 결함은 통상적으로 비교적 빠른 회전 속도에 의해 촉발되는 웨이퍼의 표면을 가로지르는 난류 공기 유동의 결과이다. 기판의 높은 회전 속도의 한가지 특정한 문제는 에크만 나선(Ekman spiral)으로도 공지된 윈드 마크(wind mark)의 발생이다. 윈드 마크는 웨이퍼 위의 유체 유동(공기 및 솔벤트)이 층류 유동으로부터 난류 유동으로 천이될 때까지 연속적으로 높은 각속도로 회전될 때에 생기는 현상이다. 완전한 난류 유동이 발생하기 직전에, 포토레지스트 표면 상에 나선형 패턴을 유발하는 강한 제2 유동이 존재한다. 이들 패턴(윈드 마크)은 레지스트 두께의 균일도 결핍으로 인해 추후의 처리 단계 중에 결함을 유발한다.

주어진 기판 직경에서, 공기 유동이 문턱값을 가로질러 레지스트에 윈드 마크를 형성하는 것을 시작하기 전에 웨이퍼가 회전될 수 있는 최대 속도가 존재한다. 윈드 마크를 형성하는 문턱값은 직경과 각속도의 조합을 기초로 한다. 윈드 마크의 시작은 레이놀즈수의 특정한 값과 상관된다. 스핀 코팅에 대한 레이놀즈수는, 웨이퍼 위에서 공기의 밀도, 웨이퍼의 각속도, 웨이퍼의 중앙으로부터 반경 방향 위치, 및 관성력과 점성력을 수량화하기 위한 공기의 점도를 이용한다. 임계 레이놀즈수는 불안정성이 발생하는 지점을 확인한다. 윈드 마크 때문에, 임계 레이놀즈수는 미리 정해진 웨이퍼(W)의 에지 반경을 기초로 하여 각속도를 제한한다. 기판 직경이 증가함에 따라, 회전축으로부터 더 먼 반경 방향 거리에서 접선 속도의 증가 때문에 최대 각속도가 감소될 필요가 있다. 바꿔 말해서, 더 큰 디스크를 스핀 코팅할 때에, 스핀 속도는 웨이퍼의 에지 근처에서 윈드 마크를 방지하도록 감소될 필요가 있다.

이는 특히 반도체 산업이 300 mm 직경의 처리 웨이퍼로부터 450 mm 직경의 웨이퍼로 천이됨에 따라 도전 과제가 되고 있다. 예컨대, 300 mm 웨이퍼를 코팅하는 몇몇 종래의 스핀 코팅 시스템은 웨이퍼를 최대 약 1800 rpm(revolutions per minute)으로 회전시킬 수 있고, 액체는 수 초에 걸쳐서 분배 및 확산되며, 솔벤트는 (화학 물질에 따라) 약 1 분 미만 내에 완전히 증발한다. 그러나, 기판 직경이 450mm로 증가될 때에, 스핀 속도는 윈드 마크를 피하기 위해 대략 900 rpm으로 감소될 필요가 있다. 그러한 속도 감소는 2개의 중대한 도전 과제를 갖는다. 한가지 도전 과제는, 그러한 비교적 낮은 회전 속도에서, 액체는 균일하게 웨이퍼 표면을 가로질러 확산되지 못한다(낮은 원심력). 낮은 회전 속도에서의 다른 도전 과제는 건조 시간의 두드러진 증가이다. 낮은 회전 속도에서, 솔벤트 증발은 최대 3 분 또는 4 분 또는 그 이상 걸릴 수 있고, 이는 450 mm 웨이퍼가 300 mm 웨이퍼의 면적의 2배 이상임에도 불구하고 웨이퍼 단위 표면적 당 처리량 시간이 실제로 감소될 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에 개시되는 기술은, 윈드 마크 및 난류 유체 유동에 의해 야기되는 다른 결함의 형성을 억제함으로써, 보다 높은 회전 속도와 건조 시간의 단축을 가능하게 하고, 또한 필름의 균일도를 유지하는 스핀 코팅 장치 및 방법을 제공한다. 본 명세서에 개시되는 기술은 기판 홀더 위에, 또는 오히려, 웨이퍼 또는 다른 기판의 상부면 위에 위치 설정되거나 현수되는 링 또는 덮개 등의 유체 유동 부재를 포함한다. 유체 유동 부재는 웨이퍼 또는 다른 기판의 회전 동안에 윈드 마크를 방지하는 반경 방향 곡률을 갖는다.

한가지 실시예는, 예컨대 진공 척을 이용함으로써 스핀 코팅 프로세스 중에 기판을 수평으로 유지하도록 구성되는 기판 홀더를 갖는 스핀 코팅 장치를 포함한다. 모터 등의 회전 메카니즘이 기판 홀더에 연결된다. 회전 메카니즘은 회전축을 중심으로 기판 홀더를 회전시키도록 구성된다. 장치는 기판이 기판 홀더 상에 배치될 때에 기판의 작동면 상에 액체 재료를 분배하도록 구성되는 액체 분배기를 포함한다. 작동면은 대체로 평면형이고 기판 홀더와 접촉하는 기판의 바닥면에 대향하게 배치된다. 장치는 기판 지향면을 갖는 유체 유동 부재를 포함한다. 유체 유동 부재는, 기판이 기판 홀더 상에 배치될 때에 기판 지향면이 기판의 작동면 위에 수직으로 위치 설정되게 위치 설정되도록 구성된다. 기판 지향면의 적어도 일부는 기판 지향면과 작동면 사이의 미리 정해진 수직 거리가 회전축으로부터 미리 정해진 반경 거리에 대해 반경 방향으로 변경하도록 만곡된다. 바꿔 말해서, 기판의 작동면은 대체로 평면형이고, 그 위에 현수되는 유체 유동 부재는 만곡되며, 이에 따라 작동면 위에서 기판 지향면의 미리 정해진 높이는 기판의 미리 정해진 반경에 따라 좌우된다.

다른 실시예는 반도체 장치를 제조하는 방법을 포함한다. 이 방법은 기판을 기판 홀더 상에 위치 설정하는 것을 비롯하여 다수의 단계를 갖는다. 기판 홀더는 기판을 수평으로 유지하고 회전축을 갖는다. 기판은 기판 홀더와 접촉하는 바닥면과, 바닥면에 대향하는 작동면을 갖다. 다른 단계에서, 유체 유동 부재는 기판 홀더 위에 위치 설정된다. 유체 유동 부재는 작동면 위의 미리 결정된 평균 수직 거리 또는 평균 높이에서 작동면 위에 수직으로 위치 설정되는 기판 지향면을 갖는다. 기판 지향면의 적어도 일부는 기판 지향면과 작동면 사이의 미리 정해진 수직 거리가 회전축으로부터 미리 정해진 반경 거리에 대해 반경 방향으로 변경하도록 만곡된다. 액체 재료는 기판 위에 위치 설정되는 액체 분배기를 통해 기판의 작동면 상에 분배된다. 기판과 기판 홀더는 기판 홀더에 커플링된 회전 메카니즘을 통해 함께 회전되어, 액체 재료가 기판의 작동면을 가로질러 확산된 다음, 회전 동작에 의해 건조된다.

물론, 본 명세서에 설명되는 여러 단계들의 설명 순서는 명확화를 위해 제공된 것이다. 일반적으로, 이들 단계는 임의의 적절한 순서로 수행될 수 있다. 게다가, 본 명세서에서 상이한 특징, 기술, 구성 등은 각각 본 개시의 상이한 곳에서 설명될 수 있지만, 각각의 개념은 서로 독립적으로 또는 서로 조합하여 수행될 수 있다. 따라서, 본 발명은 많은 상이한 방식으로 구현되고 검토될 수 있다.

본 요약 섹션은 본 개시 또는 청구된 발명의 모든 실시예 및/또는 점진적인 신규 양태를 특정하지 않는다는 점이 유념된다. 대신에, 본 요약은 오직 여러 실시예의 예비 설명과 종래 기술에 비한 대응하는 신규점만을 제공한다. 본 발명 및 실시예의 추가 상세 및/또는 가능한 관점을 위해, 아래에서 더 설명되는 본 개시의 상세한 설명 및 대응하는 도면을 주목하길 바란다.

본 발명의 다양한 실시예 및 수반되는 많은 이점의 보다 완벽한 이해는 첨부 도면과 함께 고려되는 아래의 상세한 설명을 참조하여 쉽게 명백해질 것이다. 도면은 반드시 실척이 아니고, 대신에 본 실시예, 원리 및 개념을 설명할 때에 강조된다.
도 1은 스핀 코팅 장치의 전반적인 구조를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 스핀 코팅 장치의 평면도이다.
도 3은 본 명세서의 실시예에 따른 유체 유동 부재의 확대 단면도이다.
도 4는 본 명세서의 실시예에 따른 유체 유동 부재의 확대 단면도이다.
도 5는 본 명세서에 설명되는 유체 유동 부재의 변형예의 단면도이다.
도 6a-6c는 본 명세서에 설명되는 유체 유동 부재의 변형예의 평면도이다.
도 7은 본 명세서에 설명되는 유체 유동 부재의 변형예의 평면도이다.
도 8a-8b는 본 명세서에 설명되는 유체 유동 부재의 변형예의 평면도이다.
도 9는 본 명세서에 설명되는 조절 가능한 개구를 갖는 유체 유동 부재의 변형예의 평면도이다.
도 10은 본 명세서에 설명되는 조절 가능한 개구를 갖는 유체 유동 부재의 변형예의 측면도이다.
도 11은 본 명세서에 설명되는 조절 가능한 개구를 갖는 유체 유동 부재의 분해 사시도이다.

한정이 아닌 설명을 위해, 아래의 설명은 처리 시스템의 특정한 기하학적 형태, 시스템에서 사용되는 다양한 구성요소 및 프로세스의 설명 등의 특정한 상세를 기술한다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정한 상세로부터 벗어난 다른 실시예에서 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다.

유사하게, 설명을 위해, 본 발명의 철저한 이해를 제공하도록 특정한 번호, 재료, 및 구성이 기술된다. 그럼에도 불구하고, 본 발명은 특정한 상세 없이 실시될 수 있다. 더욱이, 도면에 도시된 다양한 실시예는 예시적인 표현이고 반드시 실척으로 도시되지 않는다는 점이 이해된다.

다양한 작동들이 본 발명을 이해하는 데에 최대의 도움을 주는 방식으로 다수의 별개의 작동으로서 차례차례 설명될 것이다. 그러나, 설명의 순서는 이들 작동들이 반드시 그 순서에 종속적이라는 점을 암시하는 것으로 해석되어서는 안된다. 특히, 이들 작동은 제시한 순서로 수행될 필요는 없다. 설명된 작동들은 설명된 실시예와 상이한 순서로 수행될 수 있다. 다양한 추가 작동들이 수행될 수 있고 및/또는 설명된 작동들이 추가 실시예에서 생략될 수도 있다.

본 명세서에 사용되는 “기판”은 전반적으로 본 발명에 따라 처리되는 대상물을 지칭한다. 기판은 디바이스, 특히 반도체 또는 다른 전자기기 디바이스의 임의의 재료 부분 또는 구조를 포함할 수 있고, 예컨대 반도체 웨이퍼 또는 얇은 필름과 같이 베이스 기판 구조 상의 또는 위에 있는 층과 같은 베이스 기판 구조일 수 있다. 따라서, 기판은 임의의 특정한 베이스 구조, 하지층 또는 오버레이층, 패턴형 또는 비-패턴형으로 제한되도록 의도되지 않고, 임의의 그러한 층 또는 베이스 구조, 및 층들 및/또는 베이스 구조들의 임의의 조합을 포함하는 것으로 예상된다. 아래의 설명은 특정한 타입의 기판을 참조할 수 있지만, 이는 오직 예시를 위한 것이고 한정을 위한 것이 아니다.

따라서, 본 명세서에 개시되는 기술은, 윈드 마크 및 난류 유체 유동에 의해 야기되는 다른 결함의 형성을 억제함으로써, 보다 높은 회전 속도와 건조 시간의 단축을 가능하게 하고, 또한 필름의 균일도를 유지하는 스핀 코팅 장치 및 방법을 제공한다. 본 명세서에 개시되는 기술은 기판 홀더 위에 또는 기판 홀더 상에 배치되는 기판 위에 위치 설정되거나 현수되는 덮개, 링, 또는 다른 공기 유동 구조 등의 유체 유동 부재를 포함한다. 유체 유동 부재는 웨이퍼 또는 다른 기판의 회전 중에 윈드 마크 및 난류 공기 유동의 다른 결함을 방지하도록 선택되는 반경 방향 곡률을 갖는다. 유체 유동 부재는 기판에 근접하게 위치 설정된다. 유체 유동 부재의 형상, 크기 및 위치는 액체 재료로 코팅된 웨이퍼의 표면을 가로질러 층류 유체 유동(통상, 솔벤트 및 공기)을 유지하고, 두께 및 범위 모두에 있어서 코팅의 균일도를 유지하면서 건조 시간을 더 빠르게 하는 데에 일조한다.

예시적인 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 편의를 위해, 본 명세서의 실시예는 반도체 제조의 부품으로서 레지스트를 이용하는 맥락에서 설명될 것이다. 그러나, 다른 액체 재료가 또한 반도체 기판, 또는 임의의 다른 대체로 평탄한 기판의 스핀 코팅에 사용될 수 있다는 점이 유념된다. 도 1은 레지스트 코팅 유닛(COT; 100)(스핀 코팅 장치)의 전반적인 구조를 보여주는 단면도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레지스트 코팅 유닛(COT; 100)의 전반적인 구조를 보여주는 평단면도이다.

원형 컵(CP)이 레지스트 코팅 유닛(100)의 중앙에 배치된다. 기판 홀더(102; 스핀 척)는 폐기 유체가 기판의 에지로부터 흘러 나간 다음에 배수구 내로 아래로 유동할 때에 폐기 유체를 캐치하는 컵(CP) 내에 배치된다. 기판 홀더(102)는 구동 모터(103) 등의 회전 메카니즘에 의해 회전되고, 반도체 웨이퍼(이후, “웨이퍼”로 지칭됨)(W)는 기판 홀더(102) 상에 진공 흡착된다. 다른 기판 유지 메카니즘이 또한 사용될 수 있다. 구동 모터(103)는 CP에 있는 개구 내에 배치될 수 있고, 기판 홀더(102)가 상하로 이동하게 하는 승강 메카니즘을 선택적으로 포함할 수 있다. 승강 메카니즘은, 예컨대 공기 실린더일 수 있고 상하 안내 유닛을 포함할 수 있다. 모터는 냉각 유닛을 포함할 수 있고 스핀 코팅 프로세스에 유리한 재료로 구성될 수 있다.

웨이퍼(W)는 웨이퍼 전달 메카니즘(도시 생략)의 부품으로서의 홀딩 부재(109)에 의해 기판 홀더(102)로 운반될 수 있다. 상하 구동 유닛은 웨이퍼(W)를 수신하도록 구동 모터(103) 및/또는 기판 홀더(102)를 상방으로 상승시킬 수 있다. 대안으로, 컵(CP)이 상하로 이동되거나 분리되고 확장되어 웨이퍼(W)가 기판 홀더(102) 상에 배치되게 한다.

액체 분배기는 레지스트 용액을 웨이퍼(W)의 표면 상에 공급하기 위한 레지스트 노즐(110)을 포함하고, 레지스트 급송 파이프(111)를 통해 레지스트 공급기에 연결된다. 레지스트 노즐(110)은 노즐 홀더(113)를 통해 레지스트 노즐 스캔 아암(112)의 선단부에 착탈 가능하게 부착될 수 있다. 레지스트 노즐 스캔 아암(112)은 일 방향(Y 방향)으로 안내 레일(114) 상에서 수평으로 이동될 수 있는 수직 지지 부재(115)의 상단부에 장착된다. 따라서, 레지스트 노즐 스캔 아암(112)은 Y 방향 구동 메카니즘(도시 생략)에 의해 수직 지지 부재(115)와 함께 Y 방향으로 이동된다. Z 방향 및/또는 X 방향으로 레지스트 노즐(110)을 이동시키도록 다른 메카니즘이 사용될 수 있다. 레지스트 노즐(110)은 상이한 타입 또는 크기의 다른 레지스트 노즐과 상호 교환 가능할 수 있다. 솔벤트 분위기가 사용되어 노즐의 선단부에 있는 레지스트 용액이 고형화되거나 열화되는 것을 방지할 수 있다.

레지스트 적용은 레지스트 용액을 웨이퍼 표면에 공급하기 전에 웨이퍼 표면을 적시기 위한 희석제(thinner)로서 기능하도록 솔벤트를 도포하는 것을 포함할 수 있다. 이 초기 솔벤트는 레지스트 노즐(110) 또는 인접하게 장착된 노즐에 의해 도포될 수 있다. 솔벤트와 레지스트는 하나 이상의 연결된 급송 파이프(도시 생략)와, 하나 이상의 스캔 아암 조립체를 통해 공급될 수 있다.

웨이퍼(W) 상에 고효율 집진 필터(141)가 제공된다. 온도와 습도가 온도 및 습도 제어기(142)에 의해 조절되는 공기가 먼지를 제거하도록 고효율 집진 필터(141)를 통과하므로, 청정 공기가 레지스트 코팅 유닛(COT; 100)으로 공급된다. 공기 대신에, 예컨대 레지스트 용액을 위한 솔벤트를 함유하는 가스가 도입될 수 있다는 점이 유념된다.

레지스트 코팅 유닛(COT; 100)의 제어 시스템 또는 제어기(도시 생략)가 다양한 스핀 코팅 작동을 제어 및 관리하도록 사용될 수 있다. 제어기는 CPU, 유저 인터페이스, 및 메모리 유닛을 갖는 프로세스 제어기를 포함할 수 있다. 유저 인터페이스는 프로세스 제어기에 연결되고, 프로세스 관리자가, 예컨대 레지스트 코팅 유닛(100)의 시각적 작동 상태를 표시하는 디스플레이를 통해 레지스트 코팅 유닛(100)을 제어하는 명령 입력 작동 등을 수행하게 하는 입력 장치를 포함한다. 프로세스 제어기에 연결되는 메모리 유닛은, 프로세스 제어기의 제어 하에 레지스트 코팅 유닛(COT; 100)에 의해 수행될 다양한 프로세스를 실현하기 위한 제어 프로그램(소프트웨어)과, 다양한 프로세스 조건 데이터 등을 갖는 레시피를 저장한다.

주어진 레시피를 명령, 또는 유저 인터페이스를 통한 유사한 입력에 의해 불러낼 때에, 레지스트 코팅 유닛(COT; 100)은 프로세스 제어기의 제어 하에 원하는 프로세스를 수행한다. 제어기는, 예컨대 구동 모터(103), 레지스트 공급기, 및 솔벤트 공급기의 구동을 제어한다. 구체적으로, 제어기는 구동 모터(103)를 제어하여 그 회전 속도를 증가 또는 감소시킨다. 제어기는 또한 레지스트 용액을 레지스트 공급기로부터 레지스트 노즐(110)로 공급하는 타이밍, 희석제와 같은 솔벤트를 솔벤트 공급기로부터 솔벤트 노즐로 공급하는 타이밍, 및 공급될 레지스트 용액과 솔벤트의 양 및 타입을 제어한다.

제어 프로그램과 프로세스 조건 데이터를 위한 레시피는 CD-ROM, 하드 디스크, 플렉시블 디스크 또는 플래시 메모리 등의 컴퓨터 판독 가능 메모리 매체에 저장된 것일 수 있거나, 또는 필요에 따라 사용하도록 전용 회선을 통해 다른 장치로부터 온라인 전송될 수 있다.

레지스트 코팅 유닛(100)은 도한 유체 유동 부재(150)를 포함한다. 도 1 및 도 2의 실시예에서, 유체 유동 부재(150)는 상대적으로 얇은 구조 부재로서 컵(CP)과 일체화된 상태로 보인다. 그러나, 이러한 일체화는 단지 한가지 예시적인 실시예이다. 다른 실시예에서, 유체 유동 부재(150)는 레지스트 노즐 스캔 아암(112)에 부착되는 것과 같이 레지스트 코팅 유닛(100) 내의 상부 구조 부재에 부착될 수 있다. 스캔 아암에 부착되는 실시예에서, 유체 유동 부재(150)는 웨이퍼(W)가 기판 홀더(102) 상에 배치되거나 기판 홀더로부터 제거될 때에 한쪽으로 이동될 수 있다. 다른 실시예에서, 유체 유동 부재는 컵(CP)에 인접하게 부착될 수 있고 독립적인 수직 이동 메카니즘을 포함할 수 있다.

전반적으로, 유체 유동 부재(150)는 기판 지향면(155)을 제공하고, 이 지향면의 적어도 일부는 기판 홀더(102)의 회전축(180)에 대해 반경 방향으로 만곡되어 있다. 그 결과, 웨이퍼(W)가 기판 홀더(102) 상에 배치될 때에, 웨이퍼(W) 위에 위치 설정되는 만곡된 플레이트 또는 링이 생성된다. 그 곡률은 회전축에 가까운 반경 방향 거리들과 비교했을 때에 웨이퍼(W)의 외측 에지(121)에서 웨이퍼(W)에 더 가깝도록 되어 있다. 또한, 유체 유동 부재(150)와 웨이퍼(W) 사이의 높이 또는 수직 거리는 회전축(180)을 향해 가면서 증가된다.

도 5에서와 같은 몇몇 실시예에서, 유체 유동 부재(150)는 곡률이 계속되어 회전축(180)까지 연장됨으로써, 유체 유동 부재가 원추형 형상을 가질 수 있다. 도 12에서와 같은 다른 실시예에서, 유체 유동 부재(150)는 레지스트 및 공기를 수신하도록 웨이퍼(W) 위에 개구(157)를 규정할 수 있다. 이는 웨이퍼 에지에서 윈드 마크의 형성을 보다 양호하게 제어하도록 하고, 중앙 또는 개구(157) 내에 또는 그를 통해 보다 많은 공기가 유동하게 한다.

이제, 도 3을 참조하면, 기판(웨이퍼) 위에 있는 그러한 만곡된 부재는, 유체 유동 부재가 기판을 덮기 시작하는 돌출부를 레지스트에 생성하는 일 없이, 경우에 따라서는 완전히 평탄한 링형 덮개 또는 너무 크거나 너무 작은 곡률을 이용하여, 코팅된 기판 위에서 공기 및 솔벤트의 층류 유동을 증가시킨다. 그러한 돌출부는 증가된 증발로 인한 국부화된 필름 두께 증가로 형성된다. 유체 유동 부재의 곡률은 두드러지게 만곡된 내측 링형 섹션(150-2)으로부터 대체로 선형으로 경사지거나 평탄한 외측 링형 섹션(150-1)으로의 구배 천이를 제공한다.

이 유체 유동 부재에 사용되는 기술은 결함을 방지하도록 유체 유동 부재를 상하로 이동시키는 프로세스를 포함할 수 있다. 예컨대, 웨이퍼 둘레에 최적의 높이로 유체 유동 부재(150)를 구비하면 난류가 감소될 수 있지만, 액체 재료(레지스트)의 확산 단계 중에 폐쇄되는 유체 유동 부재를 구비하면 결함이 유발될 수 있다. 액체 재료가 초기에 기판 상에 분배될 때에, 액체가 기판의 에지로 확산됨에 따라 약간의 튐(splattering)이 있을 수 있다. 파티클이 튀겨서 (초기에 웨이퍼에 너무 가깝게 있는) 유체 유동 부재 상에 떨어지면, 이 파티클은 나중에 다시 기판 상으로 떨어져서 결함을 야기할 수 있다. 초기에 액체 재료의 분배 중에 유체 유동 부재를 웨이퍼(W) 위에서 충분히 높은 위치에 유지함으로써, 유체 유동 부재가 임의의 가능한 튐을 피하고, 이후에 파티클이 튀는 시구간이 종료된 후에 최적으로 높이로 하강될 수 있다. 이어서, 웨이퍼(W)는, 유체 유동 부재가 웨이퍼(W) 상의 액체 재료의 표면 위에서 유체의 층류 유동을 촉진시키면서 액체 재료를 계속해서 스핀 건조시킬 수 있다.

이제 몇몇의 예시적인 실시예를 설명하면, 일 실시예는 웨이퍼(W) 등의 기판을 코팅하는 스핀 코팅 장치를 포함하지만, LCD (liquid crystal display) 기판 등의 다른 기판이 사용될 수 있다. 장치는 스핀 코팅 프로세스 중에 기판을 수평으로 유지하도록 구성되는 기판 홀더를 포함한다. 진공 흡착이 통상적인 홀딩 메카니즘이지만, 클램핑, 기판을 수용하는 리세스의 사용, 또는 다른 홀딩 메카니즘이 사용될 수 있다. 회전 메카니즘이 기판 홀더에 연결된다. 회전 메카니즘은 회전축을 중심으로 기판 홀더를 회전시키도록 구성되고, 이는 동시에 기판 홀더 상의 기판을 회전시킨다. 장치는 기판이 기판 홀더 상에 배치될 때에 기판의 작동면 상에 액체 재료(레지스트 등)를 분배하도록 구성되는 액체 분배기를 포함한다. 도 3은 예시적인 작동면(125)을 도시한다. 작동면은 평면형이고 기판의 바닥면에 대향하며, 이 바닥면은 기판 홀더와 접촉한다. 바꿔 말해서, 기판을 수평 방향으로 유지하는 기판 홀더의 경우, 작동면은 상부면이다.

장치는 기판 지향면(155)을 갖는 유체 유동 부재를 포함한다. 유체 유동 부재는, 기판이 기판 홀더 상에 배치될 때에 기판 지향면이 기판의 작동면 위에 수직으로 위치 설정되도록 위치 설정되거나 현수되게 구성된다. 기판 지향면의 적어도 일부는 기판 지향면과 작동면 사이의 미리 정해진 수직 거리가 회전축으로부터 미리 정해진 반경 거리에 대해 반경 방향으로 변경하도록 만곡된다. 바꿔 말해서, 유체 유동 부재는 에지(121)로부터 회전축(180)와 일치하는 기판의 중앙을 향해 변화하는 곡률을 갖는다.

몇몇 실시예에서, 기판 지향면과 작동면 사이의 미리 정해진 수직 거리는, 미리 정해진 수직 거리가 회전축으로부터 반경 방향 거리의 증가에 따라 감소하도록 변경될 수 있다. 바꿔 말해서, 기판의 중앙을 향해 유체 유동 부재가 더 높고, 기판의 에지에서 유체 유동 부재는 더 낮다. 기판 지향면은 작동면이 원형 형상을 갖는 경우에 작동면의 링형 부분 위에 위치 설정된다. 링형 부분은 작동면의 외측 에지로부터 회전축으로부터 미리 결정된 반경 방향 거리까지 연장된다. 유체 유동 부재는 작동면의 원형 부분 위에서 수직으로 원형 개구를 규정할 수 있는데, 상기 원형 부분은 회전축으로부터 미리 결정된 반경 방향 거리까지 연장된다. 따라서, 유체 유동 부재는 기판의 주변 부분 위에서 현수되고, 중앙 개구는 위쪽으로부터, 예컨대 집진 필터(141)로부터의 공기 유동을 허용한다.

다른 실시예에서, 기판 지향면은 섹션(150-1) 등의 외측 링형 섹션과 섹션(150-2) 등의 내측 링형 섹션을 갖는다. 내측 링형 섹션은 외측 링형 섹션보다 회전축(180)에 더 가깝다. 기판 지향면의 내측 링형 섹션은 반경 방향으로 만곡되고, 기판 지향면의 외측 링형 섹션은 대략 선형의 반경 방향 경사를 갖는다. 따라서, 유체 유동 부재의 두드러지게 만곡된 부분은 기판의 중앙에 더 가깝고, 기판의 에지 부분 위에서, 유체 유동 부재는 실질적으로 평탄하며, 이는 대략 선형으로 보이도록 실질적으로 큰 반경을 갖는 것을 포함할 수 있다.

변형예에서, 기판 지향면의 내측 링형 섹션은 반경 방향으로 만곡되고, 기판 지향면의 외측 링형 섹션은, 유체 유동 부재가 기판의 작동면 위에 수직으로 위치 설정될 때에, 작동면과 기판 지향면의 외측 링형 섹션 사이에 실질적으로 일정한 수직 거리가 존재하도록 평탄하다. 바꿔 말해서, 유체 유동 부재의 내부는 만곡되고, 외부는 기판 위에 일정한 높이를 갖는다.

실시예는 기판이 기판 홀더 상에 배치될 때에 기판 지향면(155)과 작동면(125) 사이의 평균 수직 거리를 증가 또는 감소시키도록 구성되는 수직 이동 메카니즘을 포함할 수 있다. 기판 지향면이 적어도 부분적으로 만곡되기 때문에, 임의의 미리 정해진 반경 방향 거리에 가변적인 높이가 존재할 수 있다(단, 특정한 반경 방향 거리에서 유체 유동 부재 둘레의 동일한 높이는 같다). 따라서, 평균 수직 거리, 즉 평균 현수 거리는 기판 지향면 위에서 유체 유동 부재의 수직 이동/위치를 확인하는 데에 사용될 수 있다. 수직 이동 메카니즘은 외측 링형 섹션과 작동면 사이의 수직 거리를 약 5 밀리미터 미만 또는 약 10 밀리미터 미만으로 설정하도록 구성될 수 있다. 외측 링형 섹션을 약 10 밀리미터에 현수하면 덮개 없는 경우에 비해 층류 유동이 개선될 수 있고, 외측 링형 섹션을 약 5 밀리미터 미만에, 또는 심지어는 약 3 또는 4 밀리미터 미만에 현수하면 대단히 양호한 층류 유동이 생성된다. 기판 지향면의 내측 링형 섹션은 약 20 밀리미터 내지 90 밀리미터의 제1 곡률 반경을 가질 수 있다.

변형예에서, 액체 재료를 작동면 상에 분배하기 전에, 기판 지향면은 제1 시구간 동안에 작동면 위에서 미리 결정된 평균 수직 거리로 유지된다. 이는 파티클이 기판 지향면 상에 떨어지는 것을 피하도록 선택되는 초기 높이일 수 있다. 제1 시구간은 총 기판 회전 시간에 비해 비교적 짧을 수 있다. 예컨대, 이 제1 시구간은 1 초 또는 수 초에 대한 제2 시구간의 분율일 수 있다. 액체 재료의 분배의 개시에 후속하여, 미리 결정된 평균 수직 거리는 제2 시구간 동안에 수직 이동 메카니즘을 통해 제2 미리 결정된 평균 수직 거리로 감소된다. 이 제2 시구간은 제1 시구간보다 비교적 길 수 있다. 비제한적인 예로서, 제2 시구간은 5 초, 10 초, 15 초 또는 그 이상일 수 있다. 이 제2 시구간 동안에, 기판의 회전 속도는 가속될 수 있다. 또한, 제2 미리 결정된 평균 수직 거리는 가장 짧은 거리가 약 2 mm가 되도록 기판에 비교적 가까울 수 있다. 다음에, 미리 결정된 평균 수직 거리는, 기판이 기판 홀더 상에서 회전하는 상태로 있으면서, 제3 시구간 동안에 제3 미리 결정된 평균 수직 거리로 증가된다. 이 제3 시구간은 실질적으로 제2 시구간보다, 예컨대 2배 또는 3배 또는 그 이상 길 수 있다. 제3 미리 결정된 평균 수직 거리는 또한, 예컨대 대략 10 또는 15 mm 정도 기판에 대해 더 긴 가장 짧은 거리를 가질 수 있다. 기판 지향면이 기판 위로 더 높게 상승된 경우에, 기판의 회전 속도에 있어서의 대응하는 감소가 유동을 난류 문턱값 미만으로 유지하도록 실행될 수 있다. 이 제3 시구간 동안의 회전은 건조가 완료될 때까지 또는 웨이퍼가 고온 플레이트로 이동될 수 있을 때까지 계속될 수 있다. 따라서, 상부 플레이트 또는 덮개는 파티클의 떨어짐을 피하는 데에 적시의 시점이면서 난류 효과를 피할 정도로 충분히 일찍이 하강될 수 있고, 상부 플레이트 또는 덮개는 필름 균일도를 유지하는 데에 일조하도록 상승될 수 있다. 본 명세서에서 제공되는 시간 및 거리는 예시이고, 실제 시구간, 회전 속도, 및 거리는 사용되는 미리 정해진 화학 물질 및/또는 레시피 단계에 따라 좌우될 수 있다.

다른 실시예에서, 기판 지향면은 외측 링형 섹션과 내측 링형 섹션을 갖는다. 내측 링형 섹션은 외측 링형 섹션보다 회전축에 더 가깝다. 기판 지향면의 내측 링형 섹션은 제1 곡률 반경을 갖고, 기판 지향면의 외측 링형 섹션은 제2 곡률 반경을 갖는다. 제2 곡률 반경은 제1 곡률 반경과 상이하다. 기판 지향면은 도 3에 도시된 바와 같이 작동면에 대해 볼록하다. 제1 곡률 반경은 약 20 밀리미터 내지 90 밀리미터일 수 있고, 제2 곡률 반경은 약 1000 밀리미터 내지 2000 밀리미터일 수 있다. 대안으로, 제1 곡률 반경은 약 50 밀리미터 내지 70 밀리미터일 수 있고, 제2 곡률 반경은 약 1300 밀리미터 내지 1500 밀리미터일 수 있다.

몇몇 실시예에서, 기판 지향면은, 기판 지향면과 작동면 사이의 거리가 반경 방향에서 작동면의 외측 에지를 향해 감소하도록 작동면에 대해 볼록한 원뿔대의 형상을 규정한다. 기판 지향면은 만곡되어 있고, 유체 유동 부재 자체는 플레이트와 같이 비교적 평탄할 수 있거나, 두꺼운 두께를 갖는 블럭일 수 있다. 기판 지향면은 스핀 코팅 프로세스 중에 건조 균일도를 향상시키도록 선택되는 곡률을 가질 수 있고, 즉 기판을 스핀 건조시킬 때에 건조 균일도를 향상시키도록 특정한 곡률의 형상이 선택될 수 있다. 달라지는 기판 지향면과 작동면 사이의 미리 정해진 수직 거리는 작동면에 걸쳐서 난류 유동을 최소화시키도록 선택될 수 있다. 높이가 비교적 크면(예컨대, 10 센티미터 이상), 이점이 거의 없을 수 있다는 점이 유념된다. 마찬가지로, 높이가 너무 작으면(예컨대, 아마도 1 밀리미터 미만), 약간의 난류 및/또는 균일도의 감소가 있을 수 있다. 따라서, 곡률은 균일도를 위해 최적화되고 높이는 균일도와 난류를 밸런싱하도록 선택된다.

도 4는 도 3과 유사한 예시적인 유체 유동 부재의 확대 단면도를 도시한다. 도 4의 유체 유동 부재는 근사치인 반경 방향 곡률을 갖지만, 단면은 기판 지향면(155)이 다수의 평면형(선형) 세그먼트들로 구성된다는 점을 보여준다. 따라서, 유체 유동 부재의 기판 지향면은, 유체 유동 부재가 기판 지향면(155)의 부분으로서 확인될 수 있는 것과 같은 다수의 선형 세그먼트들로 구성되는 단면 곡률을 갖도록 다수의 평면형 반경 방향 세그먼트로 구성될 수 있다.

다른 실시예에서, 기판 지향면은 도 5에 도시된 바와 같이 기판 홀더와 협력하여 회전하도록 구성될 수 있다. 특정한 재료 및 프로세스 조건에 따라, 균일도 및 유체 유동 이점이 기판과 함께 회전하는 유체 유동 부재에 의해 얻어질 수 있다.

도 6은 유체 유동 부재의 다양한 구성의 평면도이다. 이들 실시예에서, 유체 유동 부재는, 유체 유동 부재가 기판 홀더 위에 부분적인 링을 형성하도록 개구를 규정한다. 비제한적인 실시예로서, 도 6a는 환형 개구를 규정하는 유체 유동 부재를 도시한다. 도 6b는 본질적으로 반원인 유체 유동 부재를 도시한다. 도 6c는 개구의 라인 에지들이 서로 대략적으로 수직인 다른 예시적인 개구를 도시한다.

도 7은 분할형 유체 유동 부재 또는 상부 플레이트를 도시한다. 이 실시예에서, 유체 유동 부재는 기판 홀더로부터 기계적으로 (수직으로 또는 측방향으로) 이동될 수 있는 다수의 섹션들로 구성된다. 그러한 이동은 기판을 기판 홀더 상에 배치하고 회수하는 데에 뿐만 아니라 노즐 아암 이동을 허용하는 데에 유용할 수 있다. 일 실시예에서, 유체 유동 부재의 각 섹션은, 유체 유동 부재의 어느 부분도 웨이퍼를 덮지 않도록 이동될 수 있는 아암에 부착될 수 있다. 각 아암은 연속적인 유체 유동 부재를 형성하도록 다른 아암과 협력하여 이동될 수 있다. 섹션들은 또한 두께 균일도와 난류 제어 간에 밸런스를 더 양호하게 최적화시키도록 비교적 작은 거리를 두고 떨어져서 이동될 수 있다. 따라서, 일 실시예는, 적어도 하나의 세그먼트가 인접한 세그먼트로부터 멀어지게 이동되게 구성되도록 2개 이상의 세그먼트들(예컨대, 4개의 세그먼트들)을 포함하는 유체 유동 부재를 포함한다. 그러한 세그먼트들은 전술한 바와 같은 반경 방향 곡률을 갖거나, 대체로 평탄한 기판 지향면을 형성하는 본질적으로 평면형 세그먼트일 수 있다.

도 8 내지 도 11은 동적으로 변화하는 중앙 개구를 갖는 유체 유동 부재를 도시하는 다이어그램이다. 도 8a 및 도 8b는 미리 정해진 직경을 갖는 개구를 구비한 유체 유동 부재의 평면도를 도시하는데, 이 미리 정해진 직경이 증가함으로써 유체 유동 부재의 총표면적을 축소시킨다. 도 9는 (기판 홀더/웨이퍼의) 회전축을 중심으로 센터링되는 대략 원형 개구를 규정하는 그러한 유체 유동 부재의 한가지 예시적인 실시예의 평면도이고, 도 10은 측면도이다. 이 유체 유동 부재는 규정된 개구의 직경이 증가 및/또는 감소될 수 있도록 구성된다. 도시된 예는 이 기술을 본질적으로 다이어프램 또는 셔터 스타일 개구로서 구현한다.

유체 유동 부재는 다이어프램 부재와 링형 베이스 플레이트(162)를 포함할 수 있다. 다이어프램 부재는 블레이드(164)와 로드(166) 등의 여러 구성요소를 포함할 수 있다. 로드(166)는 블레이드(164)의 슬롯(165)을 통과하고, 블레이드를 파스너(167)를 통해 유지할 수 있다. 로드(166)는 또한 장착 링(168)에 부착될 수 있다. 장착 링(168)의 이동은, 장착 링의 회전으로 인해 블레이드가 규정된 개구의 직경을 증가 및/또는 감소하게 하도록 되어 있다. 장착 링(168)이 회전됨에 따라, 로드(166)는 슬롯(165)을 통해 이동함으로써, 블레이드(164)가 서로 교차하여 슬라이딩하는 것과 같이 로드를 재위치시킨다. 이는 규정된 개구의 직경을 다시 증가 또는 감소시킨다. 따라서, 이 실시예에서, 유체 유동 부재는 조절 가능한 내부 반경 또는 직경을 갖는 링으로 고려될 수 있다. 그러한 조절성에 의해, 유체 유동 부재는 특정한 용례에 대해 동적으로 조절될 수 있다.

다른 실시예는 반도체 장치를 제조하는 방법을 포함할 수 있고, 이 방법은 여러 단계들을 포함한다. 기판이, 예컨대 로봇 아암을 이용함으로서 기판 홀더 상에 위치 설정된다. 기판 홀더는 기판을 수평으로 유지한다. 기판 홀더는 회전축을 갖는다. 기판은 기판 홀더와 접촉하는 바닥면과, 바닥면에 대향하는 작동면을 갖다. 유체 유동 부재는 기판 홀더 위에 위치 설정된다. 유체 유동 부재는, 유체 유동 부재를 위치 설정하는 것이 작동면 위에 미리 결정된 평균 수직 거리에서 기판 지향면을 작동면 위에 수직으로 위치 설정하는 것을 포함하도록 기판 지향면을 갖는다. 기판 지향면의 적어도 일부는 기판 지향면과 작동면 사이의 미리 정해진 수직 거리가 회전축으로부터 미리 정해진 반경 거리에 대해 반경 방향으로 변경하도록 만곡된다. 레지스트 등의 액체 재료는 기판 위에 위치 설정되는 액체 분배기를 통해 기판의 작동면 상에 분배된다. 이어서, 기판과 기판 홀더는 기판 홀더에 커플링된 회전 메카니즘을 통해 회전되어, 액체 재료가 기판의 작동면을 가로질러 확산된다.

다른 실시예에서, 액체 재료를 작동면 상에 분배하기 전에, 기판 지향면은 작동면 위에서 미리 결정된 평균 수직 거리로 유지되고, 액체 재료의 분배를 개시하는 것에 후속하여, 미리 결정된 평균 수직 거리는 수직 이동 메카니즘을 통해 제2 미리 결정된 평균 수직 거리로 감소된다. 기판 지향면은 외측 링형 섹션과 내측 링형 섹션을 갖고, 내측 링형 섹션은 외측 링형 섹션보다 회전축에 더 가깝다. 기판 지향면의 내측 링형 섹션은 반경 방향으로 만곡되고 기판 지향면의 외측 링형 섹션은 대략 선형의 반경 방향 경사를 가짐으로써, 미리 결정된 평균 수직 거리를 제2 미리 결정된 평균 수직 거리로 감소시키면 기판 지향면의 외측 섹션이 작동면으로부터 약 4 밀리미터 미만의 거리에 위치 설정된다. 외측 섹션은 작동면이 약 300 밀리미터의 직경을 갖는 경우에 회전축으로부터 약 80-120 밀리미터의 반경 방향 거리(127)를 지나서 연장된다. 외측 섹션은 작동면이 약 450 밀리미터의 직경을 갖는 경우에 회전축으로부터 약 100-170 밀리미터의 반경 방향 거리(127)를 지나서 연장된다.

유체 유동 부재를 이용하여 최대 각속도에 영향을 미칠 수 있는 여러 변수가 존재한다는 점이 유념된다. 예컨대, 최적의 압력이 층류 유동을 촉진시키는 데에 도움이 될 수 있다. 압력이 너무 낮은 경우, 난류를 유발하는 역류 조건이 생길 수 있다. 다른 변수는 기판의 타입 및 액체 재료의 타입을 포함한다. 웨이퍼가 원형 또는 디스크형이 되는 것이 통상적이지만, 그러한 형상은 필수가 아니고 스핀 장치는 직사각형 및 기타 형상의 기판에 기능할 수 있다. 선택될 수 있는 많은 상이한 타입의 레지스트와 솔벤트가 존재한다. 각 솔벤트는 각각의 유동 및 증발 특성을 가질 수 있다. 따라서, 최적의 건조 시간 및 필름 균일도를 산출하기 위하여 기판 및 레지스트 특성을 기초로 하여 유체 유동 부재, 평균 높이, 및 회전 속도에 대해 조절이 이루어질 수 있다는 점을 이해해야 한다. 예컨대, 웨이퍼에서의 반도체 제조에 일반적으로 사용되는 레지스트의 경우, 외경의 비교적 큰 섹션이 약 3 밀리미터 미만인, 작동면과 기판 지향면 사이의 수직 거리를 갖는 것이 유리하다. 비제한적인 예로서, 150 mm의 반경을 갖는 웨이퍼를 처리할 때에, 약 3 mm 미만으로 설정되는 약 110 mm(225 mm 반경의 웨이퍼에 대해 약 165 mm) 이상의 수직 거리를 갖게 하면, 그리고 심지어는 약 1.5 mm로 테이퍼지면, 예컨대 2800 rpm 이상의 더 높은 회전 속도에 대해 대단히 향상된 층류 유동이 초래된다.

다른 실시예는 작동면 상에 액체 재료의 분배를 개시하는 것으로부터 미리 결정된 시간 내에 제1 미리 결정된 평균 수직 거리를 제2 미리 결정된 평균 수직 거리로 감소시키는 것을 포함한다. 비제한적인 실시예로서, 레지스트는 기판 상에 퇴적되고, 기판은 회전되며 약 1 초 후에 레지스트는 기판을 덮어서 스핀 건조 중에 층류 유체 유동을 촉진시키도록 기판 지향면이 하강되게 한다. 또한, 다른 실시예에서, 기판 지향면은, 기판 지향면이 작동면과 동일한 각속도로 회전하도록 기판 홀더와 동일한 회전 방향에서 회전될 수 있다.

다른 실시예는 난류 제어를 유지하면서 필름 두께의 균일도와 파티클 발생 간에 밸런스를 최적화하도록 여러 레시피 단계들에서 배출된 컵을 교환하는 방법을 포함한다. 비교적 낮은 배출률을 갖는 것은 상부 플레이트(유체 유동 부재)를 이용할 때에 필름 두께의 균일도에 대체로 더 양호하고, 즉 비교적 낮은 배출률은 보다 균일한 필름 두께를 초래한다. 그러나, 한가지 상충되는 관심사는, 배출율이 특정한 값보다 낮으면 파티클이 처리된 웨이퍼 상에 떨어질 수 있다는 것이다. 이러한 위험은 특정한 프로세스 단계에서 더 높을 수 있고, 이에 따라 방법은 파티클 오염물을 받아들일 가능성이 더 높은 특정한 프로세스 단계 중에 배출을 증가시키는 것을 포함할 수 있다. 더욱이, 배출이 너무 낮으면, 압력이 스핀 코팅 모듈 내에 생성되어 파티클을 웨이퍼 제조 시스템의 다른 부분으로 압박할 가능성이 존재한다. 따라서, 보다 높은 배출률은 통상적으로 결함이 덜하고, 낮은 배출률은 통상적으로 균일도가 더 우수하다. 이에 따라, 기술은 미리 결정된 양 아래로 결함을 유지하고 미리 결정된 값 이상으로 균일도를 유지하기 위하여 유체 유동 부재를 이용하는 것과 조합하여 배출률을 조절하는 것을 포함할 수 있다.

본 명세서에서의 유체 유동 부재와 방법은 프로세스 조건 및 액체 재료 특성에 따라 균일도를 다양한 정도로 향상시킬 수 있다. 예컨대, 액체 재료의 압력, 온도 및 타입의 특별한 선택을 기초로 하여, 기술은 난류 효과 없이 300 mm 기판의 최대 약 2800-3200 rpm의 회전, 및 난류 효과 없이 450 mm 기판의 최대 약 1200-1400 rpm의 회전을 가능하게 할 수 있다.

본 발명의 단지 특정한 실시예만을 위에서 상세하게 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 신규한 교시 및 이점으로부터 실질적으로 벗어남이 없이 많은 수정이 실시예에서 가능하다는 점을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 그러한 수정은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (30)

1. 기판을 코팅하기 위한 스핀 코팅 장치에 있어서,
   스핀 코팅 프로세스 중에 기판을 수평으로 유지하도록 구성되는 기판 홀더;
   상기 기판 홀더에 연결되고, 상기 기판 홀더를 회전축을 중심으로 회전시키도록 구성되는 회전 메카니즘;
   상기 기판이 상기 기판 홀더 상에 배치될 때에 상기 기판의 작동면 - 상기 작동면은 원형 형상을 가지며 평면형(planar)이고 상기 기판 홀더와 접촉하는 상기 기판의 바닥면에 대향되는 것임 - 상에 액체 재료를 분배하도록 구성되는 액체 분배기; 및
   기판 지향면(substrate-facing surface)을 갖는 링형 유체 유동 부재
   를 포함하고,
   상기 유체 유동 부재는, 상기 기판이 상기 기판 홀더 상에 배치될 때에 상기 기판 지향면이 상기 기판의 작동면의 링형 부분 위에 수직으로 위치 설정되도록 위치되게 구성되며, 상기 작동면의 링형 부분은 상기 작동면의 외측 에지로부터 상기 회전축으로부터의 미리 결정된 반경 방향 거리로 연장되고, 상기 기판 지향면은 상기 기판 지향면과 상기 작동면 사이의 미리 정해진 수직 거리가 상기 회전축으로부터 미리 정해진 반경 방향 거리에 대해 반경 방향으로 변경되도록 만곡되어 있고,
   상기 기판 지향면은 외측 링형 섹션과 내측 링형 섹션을 갖고, 상기 내측 링형 섹션은 상기 외측 링형 섹션보다 상기 회전축에 더 가까우며, 상기 기판 지향면의 상기 내측 링형 섹션은 상기 작동면의 상기 링형 부분의 내측 부분 위에 위치 설정되며 제1 곡률 반경을 갖고, 상기 기판 지향면의 외측 링형 섹션은 상기 작동면의 상기 링형 부분의 에지 부분 위에 위치 설정되며 제2 곡률 반경을 갖고, 상기 제2 곡률 반경은 상기 제1 곡률 반경과 상이하고, 상기 기판 지향면은 상기 작동면에 대해 볼록한 것인, 스핀 코팅 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기판 지향면과 상기 작동면 사이의 미리 정해진 수직 거리는, 미리 정해진 수직 거리가 상기 회전축으로부터의 반경 방향 거리의 증가에 따라 감소하도록 변경되는 것인, 스핀 코팅 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 유체 유동 부재는 상기 작동면의 원형 부분 위에서 수직으로 원형 개구를 규정하고, 상기 원형 부분은 상기 회전축으로부터 미리 결정된 반경 방향 거리까지 연장되는 것인, 스핀 코팅 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 기판 지향면의 선형의 외측 링형 섹션은 선형의 반경 방향 경사를 갖는 것인, 스핀 코팅 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 유체 유동 부재가 상기 기판의 상기 작동면 위에 수직으로 위치 설정될 때에, 상기 기판 지향면의 선형의 외측 링형 섹션과 상기 작동면 사이에 일정한 수직 거리가 존재하도록, 상기 기판 지향면의 상기 선형의 외측 링형 섹션은 평탄한 것인, 스핀 코팅 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 기판이 상기 기판 홀더 상에 배치될 때에, 상기 기판 지향면과 상기 작동면 사이의 평균 수직 거리를 증가 또는 감소시키도록 구성되는 수직 이동 메카니즘을 더 포함하는, 스핀 코팅 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 수직 이동 메카니즘은 상기 외측 링형 섹션과 상기 작동면 사이의 수직 거리를 5 밀리미터 미만으로 설정하도록 구성되는 것인, 스핀 코팅 장치.
8. 제5항에 있어서,
   상기 기판 지향면의 상기 내측 링형 섹션의 곡률 반경은 20 밀리미터 내지 90 밀리미터인 것인, 스핀 코팅 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 곡률 반경은 20 밀리미터 내지 90 밀리미터이고, 상기 제2 곡률 반경은 1000 밀리미터 내지 2000 밀리미터인 것인, 스핀 코팅 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 곡률 반경은 50 밀리미터 내지 70 밀리미터이고, 상기 제2 곡률 반경은 1300 밀리미터 내지 1500 밀리미터인 것인, 스핀 코팅 장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 기판 지향면은, 상기 기판 지향면과 상기 작동면 사이의 거리가 반경 방향에서 상기 작동면의 외측 에지를 향해 감소하도록 상기 작동면에 대해 볼록한 원뿔대(truncated cone)의 형상을 규정하는 것인, 스핀 코팅 장치.
12. 제1항에 있어서,
    상기 유체 유동 부재는 적어도 하나의 세그먼트가 인접한 세그먼트로부터 멀리 이동되게 구성되도록 2개 이상의 세그먼트를 포함하는 것인, 스핀 코팅 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 유체 유동 부재는 각각의 세그먼트가 인접한 세그먼트로부터 기계적으로 멀리 이동되게 구성되도록 4개의 세그먼트를 포함하는 것인, 스핀 코팅 장치.
14. 제1항에 있어서,
    상기 유체 유동 부재의 상기 기판 지향면은 상기 유체 유동 부재가 복수의 선형 세그먼트로 구성되는 단면 곡률을 갖도록 복수의 평면형 반경 방향 세그먼트를 포함하는 것인, 스핀 코팅 장치.
15. 제1항에 있어서,
    상기 유체 유동 부재는, 상기 유체 유동 부재가 상기 기판 홀더 위에 부분적인 링을 형성하도록 개구를 규정하는 것인, 스핀 코팅 장치.
16. 기판을 코팅하기 위한 스핀 코팅 장치에 있어서,
    스핀 코팅 프로세스 중에 기판을 수평으로 유지하도록 구성되는 기판 홀더;
    상기 기판 홀더에 연결되고, 상기 기판 홀더를 회전축을 중심으로 회전시키도록 구성되는 회전 메카니즘;
    상기 기판이 상기 기판 홀더 상에 배치될 때에 상기 기판의 작동면 - 상기 작동면은 원형 형상을 가지며 평면형이고 상기 기판 홀더와 접촉하는 상기 기판의 바닥면에 대향되는 것임 - 상에 액체 재료를 분배하도록 구성되는 액체 분배기; 및
    기판 지향면을 갖는 링형 유체 유동 부재
    를 포함하고,
    상기 유체 유동 부재는, 상기 기판이 상기 기판 홀더 상에 배치될 때에 상기 기판 지향면이 상기 기판의 작동면의 링형 부분 위에 수직으로 위치 설정되도록 위치되게 구성되며, 상기 작동면의 링형 부분은 상기 작동면의 외측 에지로부터 상기 회전축으로부터의 미리 결정된 반경 방향 거리로 연장되고, 상기 기판 지향면의 일부는 상기 기판 지향면과 상기 작동면 사이의 미리 정해진 수직 거리가 상기 회전축으로부터 미리 정해진 반경 방향 거리에 대해 반경 방향으로 변경되도록 만곡되어 있고,
    상기 기판 지향면은 선형의 외측 링형 섹션과 만곡된 내측 링형 섹션을 갖고, 상기 만곡된 내측 링형 섹션은 상기 선형의 외측 링형 섹션보다 상기 회전축에 더 가까우며, 상기 기판 지향면의 상기 만곡된 내측 링형 섹션은 상기 작동면의 상기 링형 부분의 내측 부분 위에 위치 설정되며 곡률 반경을 갖고, 상기 기판 지향면의 선형의 외측 링형 섹션은 상기 작동면의 상기 링형 부분의 에지 부분 위에 위치 설정되는 것인, 스핀 코팅 장치.
17. 제16항에 있어서,
    상기 기판 지향면과 상기 작동면 사이의 미리 정해진 수직 거리는, 미리 정해진 수직 거리가 상기 회전축으로부터의 반경 방향 거리의 증가에 따라 감소하도록 변경되는 것인, 스핀 코팅 장치.
18. 제16항에 있어서,
    상기 유체 유동 부재는 상기 작동면의 원형 부분 위에서 수직으로 원형 개구를 규정하고, 상기 원형 부분은 상기 회전축으로부터 미리 결정된 반경 방향 거리까지 연장되는 것인, 스핀 코팅 장치.
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