KR100441709B1 - 반도체 현상장비의 현상액 분사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체의 포토리소그래피 공정 중 노광 실시 후 웨이퍼 상에 현상액을 도포할 때 웨이퍼의 표면손상을 최소화하고, 현상액이 균일하게 도포되어 크리티컬 디멘젼 편차를 줄일 수 있도록 한 현상액 분사장치에 관한 것이다.

본 발명의 구성은 반도체 웨이퍼 상측의 소정 위치에 설치되어, 웨이퍼 상측에서 상기 웨이퍼의 상면에 현상액을 공급하도록 구비된 반도체 현상장비의 현상액 분사장치에 있어서, 현상액이 공급되는 유입관(38)의 일측에 연결 구비된 원형 하우징(30)과; 상기 하우징(30)의 내부에 공간부(A,B)를 형성하도록 다수개의 유로(35)가 형성된 채 구비된 플레이트(37)와; 상기 하우징(30)의 하부에 구비된 다수개의 분사공(32);을 포함하여 이루어져 있다.

이러한 구성을 가지는 본 발명은 현상액 분사장치를 통해 현상액이 웨이퍼에 도포될 때, 시간차이로 인해 웨이퍼 상에 발생할 수 있는 마이크로 버블의 형성을 억제하고, 웨이퍼의 중심부와 원주면부의 구별없이 골고루 현상액이 도포될 수 있게 된 것이다.

Description

반도체 현상장비의 현상액 분사장치 {A jet device for providing developer in the lithography process}

본 발명은 반도체 현상장비의 현상액 분사장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼에 현상액을 분사시키는 분사공을 동심원 방향으로 다수개 구비하고, 낙하억제부를 구비함으로써 현상액을 골고루 웨이퍼에 도포시켜 웨이퍼의 현상불량이 되는 것을 방지함과 아울러 현상액의 크리티컬 디멘젼(Critical Dimension, 이하 "CD"라 약칭함) 편차를 줄일 수 있도록 한 반도체 현상장비의 현상액 분사장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체의 제조공정 중 포토리소그래피(photo lithography) 공정은 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 형성시키기 위한 공정으로서, 먼저 세척 및 건조를 마친 웨이퍼의 표면에 포토레지스트(photo resist)를 균일하게 도포시키고, 그 위에 소정 레이아웃으로 형성된 포토마스크상의 특정 패턴에 따라 노광공정을 수행하며, 이렇게 노광된 포토레지스트층의 불필요한 부위를 현상액으로 제거함으로써, 요구되는 패턴으로 형성하는 공정을 말한다.

이러한 반도체의 포토리소그래피 공정 중 노광된 포토레지스트층의 불필요한 부위를 현상액으로 제거하는 현상공정의 방식은 크게 습식(Wetting)방식과 건식(Dry)방식으로 구분되고, 이 중 습식방식에는 푸들(puddle)방식, 연속플로우(Continous flow)방식 및 딥(Dip)방식 등이 있다.

또한, 노즐을 갖추고 현상액을 분사하면서 현상공정을 수행하는 방식에는 스트림(Stream)방식, 스프레이(Spray)방식, 멀티스트림/멀티스프레이(Multi stream or Multi spray)방식 등이 있으며, 웨이퍼 상에 현상액을 공급하는 분사노즐이 다수개 설치되어, 현상액을 웨이퍼 상에 분사 공급하는 멀티스트림/멀티스프레이 방식이 일반적으로 널리 쓰이고 있다.

상기 멀티스트림/멀티스프레이 방식은 첨부도면 도 1에 도시된 바와 같은 현상액 분사장치(20)를 통해 이루어지며, 이를 상세히 살펴보면 웨이퍼(10)의 상측에서 현상액을 분사할 수 있도록 분사노즐(12)이 직사각형 하우징으로 된 지지대(14) 하면에 다수개 형성되어 있어, 외부의 현상액 공급장치(미도시)로부터 유입관(16)을 통해 현상액이 지지대(14)로 유입되면, 상기 지지대(14) 하면에 형성된 다수개의 분사노즐(12)을 따라 하측의 웨이퍼(10)로 현상액이 분사되도록 되어 있다. 이때, 하측의 웨이퍼(10)는 별도의 척(미도시)에 의해 고정되어 상기 분사장치(20)에서 현상액이 분사될 때, 현상액이 웨이퍼(10) 상에 골고루 도포될 수 있도록 상기 척과 함께 180도 회전하도록 되어 있다.

그러나, 상기와 같은 분사장치(20)를 통해 현상액이 웨이퍼(10) 상에 분사되게 되면, 우선 분사노즐(12)의 분사압에 의해 웨이퍼(10)의 표면이 손상될 우려가 있어 결과적으로 패턴 손상이 발생할 수 있었고, 상기 분사노즐(12)의 크기 및 설치 위치가 상기 웨이퍼(10) 중심 부위의 상측에 정렬되지 아니하면 현상액이 웨이퍼(10) 상에 골고루 도포되는 것이 불가능하였다.

또한, 상기 분사장치(20)에서 현상액이 분출될 때 상기 웨이퍼(10)가 회전하여 현상액이 웨이퍼(10) 전체면에 골고루 미치도록 되어 있기 때문에, 상기 웨이퍼(10)의 중심부와 원주면부와의 도포 두께의 차이가 발생할 수밖에 없었다. 즉, 분사장치(20)로부터 단위시간당 분사되는 현상액은 일정한 반면, 중심부는 회전반경이 작아 일회전을 기준으로 원주면부에 현상액이 분사되는 양에 비해 더 많은 현상액에 노출될 수가 있었다. 이에 따라, 상기 웨이퍼가 척에 의해 고속으로 스핀 회전되더라도 웨이퍼(10) 표면의 위치에 따라 현상 균일도에 차이가 나타나 웨이퍼(10) 중심과 테두리간 CD차이를 초래하게 되었다.

또한, 웨이퍼(10) 상에 현상액이 최초로 도포되는 부분과 웨이퍼(10)의 회전이 정지하기 직전에 분사된 현상액에 노출되는 부분의 경계에서 마이크로 버블이 발생하여 이는 공정불량의 문제로 이어질 수밖에 없었다.

또한, 충분한 양의 현상액을 공급하기 위해서는 현상액 분사노즐(12)의 높이와 분사압력을 높여야 하기 때문에 불필요한 작업공수가 발생하여 공정 시간이 연장되는 문제점 등이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 웨이퍼 상에 현상액을 도포할 때 웨이퍼의 표면손상을 최소화하고, 현상액이 균일하게 도포되어 CD 편차를 줄일 수 있는 현상액 분사장치를 제공함에 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래의 현상액 분사장치를 도시한 사시도

도 2는 종래의 현상액 분사장치를 도시한 측면도

도 3은 본 발명의 현상액 분사장치를 도시한 사시도

도 4는 도 3의 저면도

도 5는 도 3의 측단면도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 웨이퍼 12 : 분사노즐

14 : 지지대 16,38 : 유입관

30 : 하우징 32 : 분사공

34 : 단턱 35 : 유로

36 : 낙하억제부 37 : 플레이트

39 : 완곡면 20, 40 : 분사장치

A,B : 공간부

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반도체 웨이퍼 상측의 소정 위치에 설치되어, 웨이퍼 상측에서 상기 웨이퍼의 상면에 현상액을 공급하도록 구비된 반도체 현상장비의 현상액 분사장치에 있어서, 현상액이 공급되는 유입관의 일측에 연결 구비된 원형 하우징과; 상기 하우징의 내부에 공간부를 형성하도록 다수개의 유로가 형성된 채 구비된 플레이트와; 상기 하우징의 하부에 구비된 다수개의 분사공;을 포함하여 이루어진 것을 기술적 특징으로 한다.

상기 분사공 각각의 내부에는 분사공으로부터 웨이퍼 상으로 토출되는 현상액의 속도를 감속시키기 위해 완곡면을 갖춘 나팔관 모양의 낙하억제부가 삽입 구비되되, 상기 낙하억제부는 상기 하우징의 내측에 구비된 플레이트에 각각 고정된 것을 특징으로 한다.

상기 낙하억제부의 하면은 상기 분사공으로부터 토출되는 현상액이 상기 낙하억제부의 완곡면을 따라 원만하게 흘러내리도록 하기 위해 상기 분사공의 크기보다 더 크게 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 분사공은 하우징으로 유입된 현상액이 분사공을 통해 하측으로 직접 분사되지 않고, 하우징 하부에 고였다가 흘러 넘쳐 간접 분사되도록 하기 위해 상기 하우징의 하부 내측에 단턱을 갖추도록 일정부분 함입되어 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 분사공의 크기는 상기 하우징의 중심부로부터 원주면부로 갈수록 증대되도록 구비되어 있고, 상기 분사공은 상기 하우징의 하부에 동심원 방향으로정렬되어 구비된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3을 참조하여 설명하면, 본 발명은 반도체 웨이퍼 상측의 소정 위치에 설치되어, 웨이퍼 상측에서 상기 웨이퍼의 상면에 현상액을 공급하도록 구비된 반도체 현상장비의 현상액 분사장치에 있어서, 현상액이 공급되는 유입관(38)의 일측에 연결 구비된 원형 하우징(30)과; 상기 하우징(30)의 내부에 공간부(A,B)를 형성하도록 다수개의 유로(35)가 형성된 채 구비된 플레이트(37)와; 상기 하우징(30)의 하부에 구비된 다수개의 분사공(32);을 포함하여 이루어져 있다.

그리고, 도 5를 참조하여 설명하면, 상기 분사공(32) 각각의 내부에는 분사공(32)으로부터 웨이퍼(10) 상으로 토출되는 현상액의 속도를 감속시키기 위해 완곡면(39)을 갖춘 나팔관 모양의 낙하억제부(36)가 삽입 구비되되, 상기 낙하억제부(36)는 상기 하우징(30)의 내측에 구비된 플레이트(37)에 각각 고정되어 있다.

상기 낙하억제부(36)의 하면은 상기 분사공(32)으로부터 토출되는 현상액이 상기 낙하억제부(36)의 완곡면(39)을 따라 원만하게 흘러내리도록 하기 위해 상기 분사공(32)의 크기보다 더 크게 형성되어 있다.

또한, 상기 분사공(32)의 주연부에는 상기 하우징(30)의 하측 공간부(B)로 유입된 현상액이 분사공(32)으로 직접 흘러 들어가지 않고 하우징(30)의 하측 공간부(B)에 잠시 고였다가 흘러 들어가도록 하기 위해 소정의 단턱(34)이 형성되어 있다.즉, 상기 단턱(34)은 상기 하우징(30)의 내측 하면에 돌출 형성되므로, 상기 플레이트(37)의 유로(35)를 통해 공급된 현상액이 하측 공간부(B)에 잠시 고였다가 상기 단턱(34)을 넘어 상기 분사공(32)으로 흘러 들어가는 것이다.

상기 분사공(32)의 크기는 상기 하우징(30)의 중심부로부터 원주면부로 갈수록 증대되도록 되어 있고, 상기 분사공(32)은 상기 하우징의 하부에 동심원 방향으로 정렬되어 구비되어 있으며, 상기 분사공(32)은 바람직하게 원형으로 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명은 상기 유입관(38)을 통해 유입된 현상액이 분사공을 통해 웨이퍼로 직접 분사되지 않으므로 분사압에 의한 웨이퍼의 표면손상을 방지할 수 있고, 동심원방향으로 크기가 다르게 형성된 분사공을 통해 현상액이 분사되므로 웨이퍼가 고속으로 스핀 회전되면 웨이퍼의 중심부와 원주면부를 막론하고 웨이퍼 전체면에 현상액이 고르게 도포될 수 있는 것이다.

즉, 외부의 분사공급장치로부터 현상액이 분사장치(40)에 공급되면, 유입관(38)을 따라 상기 원형 하우징(30)의 내부로 현상액이 유입되고, 유입된 현상액은 하우징(30) 내부의 플레이트(37) 위에서 잠시 유동한 후, 플레이트(37)에 형성된 다수개의 유로(35)를 따라 하측으로 토출되게 된다.

이후, 상기 플레이트(37)를 통과해 토출된 현상액은 하우징(30) 하면에 일시 고였다가 유입되는 현상액이 증가하면 상기 하우징(30) 내측으로 함입된 분사공(32)의 단턱(34)을 넘어 하측으로 토출되는 것이다. 이때, 상기 분사공(32)의 크기는 하우징(30)의 중심부에서 원주면부로 갈수록 증대되므로, 토출되는 현상액은 중심부에서 원주면부로 갈수록 많아지게 되는 것이다.

상술한 바와 같이 분사공(32)의 단턱(34)을 넘어 토출되는 현상액은 상기 분사공(32) 내부에 구비된 낙하억제부(36)의 외면을 타고 흘러내려 하우징(30) 하측에 구비된 웨이퍼(10)로 낙하하게 되는 것이다.

상기 현상액은 유입관(38)을 통해 하우징(30)으로 유입되어 플레이트(37) 상면의 공간부(A)와 하측의 공간부(B)를 지나면서 유속이 감속하고, 상기 하우징(30)의 하부에 구비된 분사공(32)의 단턱(34)과 낙하억제부(36)의 완곡면(39)을 따라 흐르면서 감속된 상태로 웨이퍼(10) 상면에 도포될 수 있는 것이다.

따라서, 분사공급장치로부터 공급된 현상액은 하우징의 내부와 다수개의 분사공을 통해 토출되게 되고, 상기 분사공 내부의 낙하억제부를 통해 완만하게 흘러 웨이퍼 상면으로 낙하하게 되고, 이후 척에 의해 웨이퍼가 고속으로 스핀 회전되면 웨이퍼의 중심부와 원주면부에 도포되는 현상액 균일성일 이루어지게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 분사장치를 통해 현상액이 웨이퍼에 도포될 때, 시간차이로 인해 웨이퍼 상에 발생할 수 있는 마이크로 버블의 형성을 억제하고, 웨이퍼의 중심부와 원주면부의 구별없이 균일하게 현상액이 도포될 수 있게 된 것이다.

또한, 현상액이 자유 낙하하여 웨이퍼 상에 자연스럽게 도포됨으로써 종래 강한 분사압에 의해 발생할 수 있었던 웨이퍼의 표면손상이나 버블현상을 미연에방지할 수 있는 것이다.

따라서, 현상액이 웨이퍼 전면에 동시에 골고루 도포됨으로써 현상 균일도가 향상되고, CD 균일도를 향상시킬 수 있어 공정개선에 큰 효과가 있는 것이다.

Claims (6)

1. 반도체 웨이퍼의 상측에서 현상액을 공급할 수 있도록 현상액이 공급되는 유입관(38)과 연결된 원형 하우징(30)과, 상기 하우징(30)의 내부에 공간부(A,B)를 형성하도록 다수개의 유로(35)가 형성된 채 구비된 플레이트(37)와, 상기 하우징(30)의 하부에 구비된 다수개의 분사공(32)을 포함하여 이루어진 반도체 현상장비의 현상액 분사장치에 있어서,

   상기 하우징(30)의 하부 내측에는 상기 하우징(30)으로 유입된 현상액이 상기 분사공(32)으로 직접 유입되지 않고, 하우징(30)의 하부에 고였다가 흘러 넘쳐 간접 분사될 수 있도록 하기 위한 단턱(34)이 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 현상장비의 현상액 분사장치.
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