KR100577911B1 - 현상액 분사 장치 - Google Patents

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KR100577911B1
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Abstract

본 발명은 현상액 분사 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 현상액 분사 장치는 웨이퍼 표면에 현상액을 분사하는 복수의 분사 노즐, 복수의 분사 노즐로부터 분사되는 현상액의 유량, 압력 및 유속 중 적어도 하나를 제어하며, 각각의 분사 노즐의 위치를 제어하는 제어부 및 상기 제어부의 제어 신호에 의하여 상응하는 분사 노즐을 직선으로 구동하는 적어도 하나의 직선 운동 구동부와, 상기 제어부의 제어 신호에 의하여 상응하는 분사 노즐을 회전 구동하는 회전 운동 구동부를 통하여 상기 복수의 분사 노즐 각각을 구동하는 복수의 분사 노즐 구동부를 포함한다.
웨이퍼, 현상액, 제어부

Description

현상액 분사 장치{Apparatus for injecting developer}
도 1은 종래 현상 공정을 수행하기 위한 현상 처리 장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2는 종래 제1 실시예에 따른 노즐 형상을 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 종래 제2 실시예에 따른 노즐 형상을 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 종래 제1 실시예에 따른 노즐 형상을 이용한 현상 처리 과정을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 복수의 분사 노즐을 이용한 현상 처리 과정을 개략적으로 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 현상액 분사 장치를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 현상액 분사 장치를 나타낸 평면도.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 현상액 유량 제어 장치를 개략적으로 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
501…웨이퍼 척 503…분사 노즐
601…제어부 603…Y축 구동부
605…Z축 구동부 612…회전 구동부
607…현상액 공급부 609…순수 공급부
617…플랜지 부재 619…승강 구동 수단
621…승강 가이드 수단 623…구동 모터
625…냉각 자켓 629…하부 플레이트
631…유지 부재 801…현상액 탱크
803…현상액 공급 라인 805…탈기 시스템
807…핀 플로우 809…필터
810…유량계 811…석백 밸브
본 발명은 현상액 분사 장치에 관한 것이다.
일반적인 반도체 공정 중 포토 리소그래피(Photo Lithography) 공정은 패턴을 형성하는 중요한 공정 중의 하나로 감광막 도포, 소프트 베이크(Soft Bake), 노광(Expose), 베이크(Bake), 현상(Develop)의 순서로 수행된다. 포토 리소그래피 공 정 중에서 현상 공정은 웨이퍼 표면에 패턴을 형성하기 위하여 레티클 또는 마스크에 의하여 이미 선택적으로 노광된 웨이퍼를 현상액(Developer)에 노출시켜 원하는 일부를 용해시키는 공정을 말한다. 이러한 현상 공정은 현상 처리 장치에서 수행된다.
도 1은 종래 현상 공정을 수행하기 위한 현상 처리 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래 현상 처리 장치는 캐치컵(Catch Cup; 101), 디스펜스 암(103), 노즐(105), 웨이퍼 척, 스핀 모터 조립체(Spin Motor Assembly) 등을 포함한다. 상기 캐치컵(101)은 현상액 또는 순수가 외부로 튀는 것을 방지한다. 상기 웨이퍼 척은 상기 캐치컵(101)의 중앙 바닥에 설치되며, 웨이퍼를 흡착하여 세팅 및 고정시키기 위하여 사용된다. 상기 디스펜스 암(103)은 상기 웨이퍼 척에 안착된 웨이퍼에 현상액 또는 순수(DIW)를 공급하기 위하여 웨이퍼 상부에 수평으로 위치된다. 상기 노즐(105)은 상기 디스펜스 암(103)의 선단에 설치되어 현상액을 웨이퍼에 분사한다. 상기 스핀 모터 조립체는 상기 웨이퍼 척의 회전축에 설치되어 현상 처리 공정 중에 웨이퍼가 안착된 웨이퍼 척을 회전시킨다. 도 1을 참조하여 설명한 종래 현상 처리 장치는 다음과 같이 동작된다.
즉, 별도의 이송 수단에 의하여 한 장의 웨이퍼가 웨이퍼 척의 상면에 안착되어 세팅되면, 상기 웨이퍼 척의 진공부가 작동되어 웨이퍼를 흡착한다. 그 상태에서 스핀 모터 조립체가 작동하여 웨이퍼 척을 회전시키면 웨이퍼 척에 안착되어 흡착된 웨이퍼가 같이 회전된다. 회전되는 웨이퍼에 노즐(105)을 통하여 현상액을 웨이퍼의 가장자리에서 중앙으로 또는 중앙에서 가장자리로 분사하여 현상 공정이 처리된다. 그 후, 노즐을 통하여 순수가 공급되어 현상 처리된 웨이퍼가 세척된다. 세척된 웨이퍼는 디스펜스 암(103) 및 노즐(105)의 동작이 중지된 상태에서 스핀 모터 조립체의 지속적인 동작으로 인하여 웨이퍼가 회전하면서 건조된다. 건조된 웨이퍼는 스핀 모터 조립체의 동작이 멈춘 후, 캐치 컵(101)이 하강한 후, 웨이퍼 척의 진공부의 동작이 오프되어 다음 공정으로 이송된다.
종래 현상 처리 장치에서 노즐은 웨이퍼 상에 구현되는 패턴의 미세화에 따라서 미세 패턴의 현상 균일성을 최대한 획득하기 위하여 여러 형상이 개발되어 있다. 종래 노즐의 형상에 대하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 종래 제1 실시예에 따른 노즐 형상을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 웨이퍼 척에 안착된 웨이퍼(201)에 현상액을 분사하는 분사 노즐(203)은 다수의 분사구를 포함한다. 현상액 탱크에 저장된 현상액이 보급관을 통하여 상기 다수의 분사구로 분리되어 웨이퍼(201)에 분사된다. 상기 분사 노즐(203)과 같은 형태는 멀티 스프레이(Multi Spray) 또는 멀티 스트림(Multi Stream) 타입으로서 E2 노즐로 통칭된다.
종래 제1 실시예에 따른 노즐 형상을 이용하여 현상 처리 과정을 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 4는 멀티 스프레이 타입 노즐을 이용한 현상 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4를 참조하면, 노광 공정을 마친 웨이퍼(201)가 웨이퍼 척에 이송되어 안착되면, 현상액 공급관(403)으로 현상액이 공급되어 현상액 분사 노즐(203)을 통하여 웨이퍼(201)에 분사된다. 이 때, 상기 공급관 (403)을 통하여 공급되는 고압의 현상액은 스페이서의 저항에 의하여 스페이서의 가장 자리로 이동됨과 동시에 저압으로 바뀌어 상기 현상액 분사 노즐(203) 전체에 균일한 압력으로 공급된다. 상기 공급관(403)을 통하여 균일한 압력으로 공급된 현상액은 현상액 분사 노즐(203)을 통하여 지속적으로 분사가 이루어지고, 이송 프레임(405)에 의하여 현상액 분사 노즐(203)이 양단 방향으로 일정 시간 동안 스캐닝한다. 이러한 과정을 통하여 현상액은 웨이퍼 면 전체에 고루 퍼지며, 현상 과정이 이루어진다.
도 3은 종래 제2 실시예에 따른 노즐 형상을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 웨이퍼 척에 안착된 웨이퍼(201)에 현상액을 분사하기 위한 분사 노즐(301)은 웨이퍼(201)의 양단을 이동하며 스캔하여 웨이퍼(201)의 전면에 현상액을 분사한다. 이러한 형태의 분사 노즐(301)은 스트림 타입으로서, SS 노즐로 통칭된다.
종래 멀티 스트림 타입 또는 스트림 타입의 분사 노즐을 사용한 현상 처리 과정에서, 웨이퍼가 일방향으로 회전하고 웨이퍼 상부에 위치하는 노즐은 고정되어 있으므로 현상액이 일측 방향으로만 분사될 뿐만 아니라, 웨이퍼가 회전할 때 분사된 현상액의 흐름이 균일하지 않기 때문에, 현상액이 웨이퍼의 상면에 형성된 패턴에 일정하지 않게 침투되는 문제점이 있었다. 또한, 웨이퍼 상면에 형성된 패턴에 현상액이 초기에 분사된 부분과 최종적으로 분사된 부분이 있을 수밖에 없으며, 이러한 이유로 동일한 패턴 상에서도 부분적으로 현상 속도가 상이하며, 웨이퍼의 상면에 분사된 현상액의 도포 두께가 불균일하므로 현상 이후의 선폭이 일정하지 않 아서 임계치(Critical Dimension)를 초과하는 등의 문제점이 있었다.
본 발명은 현상 공정시 웨이퍼의 표면에 동시에 현상액을 균일하게 분사할 수 있는 복수의 분사 노즐을 포함하는 현상액 분사 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 복수의 분사 노즐 각각의 위치 및 방향을 제어부의 제어 신호에 의하여 제어할 수 있는 현상액 분사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 웨이퍼 표면의 노광된 레지스트의 용해도에 따라서 복수의 분사 노즐 각각을 통하여 분사되는 현상액의 유량을 조절할 수 있는 현상액 분사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 복수의 분사 노즐로 웨이퍼 표면에 현상액을 동시에 분사하여 불순물 제거율을 향상시킬 수 있는 현상액 분사 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 복수의 분사 노즐 각각으로부터 분사되는 현상액의 유량, 압력 및 유속 중 적어도 하나를 제어부에 의하여 제어할 수 있는 현상액 분자 장치를 제공하는 데 있다.
상술한 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면, 웨이퍼 표면에 현상액을 분사하는 현상액 분사 장치에 있어서, 상기 웨이퍼 표면에 현상액을 분사하는 복수의 분사 노즐, 상기 복수의 분사 노즐로부터 분사되는 현상액의 유량, 압력 및 유속 중 적어도 하나를 제어하며, 상기 각각의 분사 노즐의 위치를 제어하는 제어부 및 상기 제어부의 제어 신호에 의하여 상응하는 분사 노즐을 직선으로 구동하는 적어도 하나의 직선 운동 구동부와, 상기 제어부의 제어 신호에 의하여 상응하는 분사 노즐을 회전 구동하는 회전 운동 구동부를 통하여 상기 복수의 분사 노즐 각각을 구동하는 복수의 분사 노즐 구동부를 포함하는 현상액 분사 장치를 제공할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 분사 노즐은 4개이되, 각 분사 노즐은 원주 상에서 등간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제어부는 웨이퍼 표면의 레지스트의 용해도를 바탕으로 상기 각 분사 노즐의 위치 및 방향을 제어하는 제어 신호, 분사되는 현상액의 유량, 압력 및 유속 중 적어도 하나를 제어하는 제어 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 현상액 분사 장치는 상기 현상액의 유속에 상응하는 유량 검출 신호를 상기 제어부로 출력하고, 상기 제어부의 제어에 의하여 상기 현상액의 유량을 제어하는 핀 플로우를 더 포함할 수 있다.
이어서, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 복수의 분사 노즐을 이용한 현상 처리 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 현상액 분사 장치는 복수의 분사 노즐(503)을 포함하며, 각각의 분사 노즐(503)은 서로 분리 및 독립되어 3차원 직선 운동 및 회전 운동을 하면서 현상액을 회전하는 웨이퍼(501)에 분사한다. 즉, 각 분사 노즐(503)은 현상액 분사 장치 내의 제어부의 제어 신호에 의하여 X, Y 및 Z 방향으로의 직선 운동과 회전 운동을 하면서 현상액을 회전하는 웨이퍼(501)에 동시에 균일하게 분사한다. 또한, 적어도 하나의 분사 노즐(503)은 상기 제어부의 제어 신호에 의하여 상대적으로 레지스트 용해도가 낮은 부분에 현상액을 보다 많이 분사할 수 있다.
도 6은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 현상액 분사 장치를 나타낸 단면도이다. 설명의 편의를 위하여, 도 6에서 단면 방향에 직각으로 위치하는 노즐 등은 도시하지 않았다. 도 7은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 현상액 분사 장치를 나타낸 평면도이다.
도 6 및 도7을 참조하면, 현상액 분사 장치의 중앙에 환상의 캐치 컵(Catch Cup, CP)이 설치되고, 상기 캐치 컵(CP)의 내측에 웨이퍼 척(501)이 설치된다. 상기 웨이퍼 척(501)은 진공부의 동작에 의하여 웨이퍼를 진공 흡착함으로써 고정 및 유지하며, 구동 모터(623)에 의하여 회전된다. 상기 구동 모터(623)는 하부 플레이 트(629)의 개구에 상하 이동이 가능하게 설치된다. 또한 상기 구동 모터(623)는 플랜지 부재(617)를 통하여 에어 실린더로 구성되는 승강 구동 수단(619) 및 승강 가이드 수단(621)으로 결합된다. 상기 구동 모터(623)의 측면으로 냉각 자켓(625)이 설치된다. 또한, 상기 플랜지 부재(617)는 상기 냉각 자켓(625)의 상부를 둘러싸도록 설치된다. 현상액을 웨이퍼에 분사할 때, 상기 플랜지 부재(617)의 하단부는 하부 플레이트(629)의 개구 외주 부근에서 상기 하부 플레이트(629)에 밀착되고, 이로 인하여 현상액 분사 장치의 내부가 밀폐된다. 웨이퍼 척(501)과 웨이퍼 이송 수단(미도시) 사이에 웨이퍼의 전달이 이루어질 때, 상기 승강 구동 수단(619)이 구동 모터(623) 또는 웨이퍼 척(501)을 상방향으로 들어올리며, 이러한 동작에 의하여 플랜지 부재(617)의 하단부가 하부 플레이트(629)에서 상방으로 이격된다. 또한, 현상액 분사 장치의 하우징 일측에는 유지 부재(631)가 투입될 수 있는 투입구가 형성되어 있다.
웨이퍼의 표면에 현상액을 분사하기 위한 분사 노즐(503)은 복수개가 설치된다. 상기 분사 노즐(503)은 멀티 스트림 타입 또는 스트림 타입 중 어떠한 형상이라도 무방하다. 각 분사 노즐(503)은 현상액 공급부(607) 및 순수 공급부(609)로부터 현상액 및 순수를 개별적으로 공급받아 웨이퍼의 표면에 분사한다. 또한, 각 분사 노즐(503)은 제어부(601)의 제어 신호에 따라서, Y축 구동부(603), Z축 구동부(605)의 구동에 의하여 3차원 직선 운동을 하며, 회전 구동부(612)의 구동에 의하여 회전 운동을 한다.
도 8은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 현상액 유량 제어 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, 본 발명에 따른 현상액 유량 제어 장치는 제어부(601), 현상액 탱크(801), 현상액 공급 라인(803), 탈기 시스템(805), 핀 플로우(807), 필터(809), 유량계(810), 석백 밸브(Suck Back Valve, 811) 및 분사 노즐(503)을 포함한다.
상기 제어부는 각종 밸브를 개폐하기 위한 제어 신호와 유량, 압력을 제어하기 위한 제어 신호를 출력한다. 상기 현상액 탱크(801)는 현상액을 저장하며, 분사 노즐(503)로 현상액 공급 라인(803)을 통하여 현상액을 공급한다. 상기 탈기 시스템(805)은 현상액 공급 라인(803)으로부터 유입되는 현상액에 포함되어 있는 기포를 제거한다. 상기 핀 플로우(807)는 상기 탈기 시스템(805)으로부터 유입되는 기포가 제거된 현상액의 유속에 따른 유량 검출 신호를 출력한다. 상기 필터(809)는 상기 핀 플로우를 통하여 유입되는 현상액을 여과한다. 상기 유량계(810)는 상기 필터(809)를 통해 여과된 현상액의 유량을 측정한다. 상기 분사 노즐(503)은 유량계(810)를 통과한 현상액을 웨이퍼의 표면에 분사한다. 상기 석백 밸브(811)는 상기 유량계(810) 및 상기 분사 노즐(503) 사이에 설치되어, 분사 노즐(503)이 현상액의 분사를 완료할 때 분사되는 현상액의 잔여물이 웨이퍼에 떨어지지 않도록 흡입한다. 상술한 현상액 유량 제어 장치의 구성을 참조하여 현상액 분사 장치에서 현상액의 유량, 압력 등을 제어하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 복수의 현상액 탱크(801)로부터 현상액 공급 라인(803)을 통하여 현상 액이 공급되면 탈기 시스템(805)은 현상액에 포함된 기포를 제거한다. 그 후, 핀 플로우(807)는 상기 탈기 시스템(805)으로부터 기포가 제거된 현상액의 유속에 따른 유량 검출 신호를 제어부(601)로 출력하고, 제어부(601)의 제어 신호에 의하여 현상액의 유량을 제어한다. 상기 필터(809)는 핀 플로우(807)를 통하여 유입되는 현상액을 여과한다. 상기 핀 플로우(807)는 바람개비와 같은 형상으로 이루어진 프로펠러가 유속에 따라 회전하며, 그 회전수를 검출하는 방법으로 유량을 검출한다. 상기 유량계(810)는 상기 필터(809)로부터 여과된 현상액의 유량을 측정하여 제어부(601)로 출력한다. 상기 제어부(601)는 현상액의 분사량을 미리 설정하여 분사량이 일정하도록 제어 신호를 출력한다. 상기 분사 노즐(503)은 유량계(810)를 통과한 현상액을 분사한다. 이 때, 석백 밸브(811)는 유량계(810)와 분사 노즐(503) 사이에 설치되어 상기 분사 노즐(503)이 현상액의 분사를 완료할 때, 분사되는 현상액의 잔여물이 웨이퍼에 떨어지지 않도록 흡입한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 제어부(601)는 웨이퍼에서 노광된 레지스트의 용해도가 큰 부분은 상대적으로 많은 현상액이 분사되도록 하며, 용해도가 적은 부분은 상대적으로 적은 현상액이 분사되도록 제어 신호를 출력할 수 있다. 또한, 상기 제어부(601)는 복수의 분사 노즐(503)로 현상액을 동시에 분사되도록 제어 신호를 출력함으로써, 현상 공정에서의 불순물 제거율을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 많은 변형이 본 발명의 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 가능함은 물론이다.
본 발명에 의하여, 현상 공정시 웨이퍼의 표면에 동시에 현상액을 균일하게 분사할 수 있는 복수의 분사 노즐을 포함하는 현상액 분사 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 의하여, 복수의 분사 노즐 각각의 위치 및 방향을 제어부의 제어 신호에 의하여 제어할 수 있는 현상액 분사 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 의하여, 웨이퍼 표면의 노광된 레지스트의 용해도에 따라서 복수의 분사 노즐 각각을 통하여 분사되는 현상액의 유량을 조절할 수 있는 현상액 분사 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 의하여, 복수의 분사 노즐로 웨이퍼 표면에 현상액을 동시에 분사하여 불순물 제거율을 향상시킬 수 있는 현상액 분사 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 의하여, 복수의 분사 노즐 각각으로부터 분사되는 현상액의 유량, 압력 및 유속 중 적어도 하나를 제어부에 의하여 제어할 수 있는 현상액 분자 장치를 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 웨이퍼 표면에 현상액을 분사하는 현상액 분사 장치에 있어서,
    상기 웨이퍼 표면에 현상액을 분사하는 복수의 분사 노즐;
    상기 복수의 분사 노즐로부터 분사되는 현상액의 유량, 압력 및 유속 중 적어도 하나를 제어하며, 상기 각각의 분사 노즐의 위치를 제어하는 제어부; 및
    상기 제어부의 제어 신호에 의하여 상응하는 분사 노즐을 직선으로 구동하는 적어도 하나의 직선 운동 구동부와, 상기 제어부의 제어 신호에 의하여 상응하는 분사 노즐을 회전 구동하는 회전 운동 구동부를 통하여 상기 복수의 분사 노즐 각각을 구동하는 복수의 분사 노즐 구동부
    를 포함하는 현상액 분사 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 분사 노즐은 4개이되,
    각 분사 노즐은 원주 상에서 등간격으로 배치되는 것
    을 특징으로 하는 현상액 분사 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는
    웨이퍼 표면의 레지스트의 용해도를 바탕으로 상기 각 분사 노즐의 위치 및 방향을 제어하는 제어 신호, 분사되는 현상액의 유량, 압력 및 유속 중 적어도 하나를 제어하는 제어 신호를 출력하는 것
    을 특징으로 하는 현상액 분사 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 현상액의 유속에 상응하는 유량 검출 신호를 상기 제어부로 출력하고, 상기 제어부의 제어에 의하여 상기 현상액의 유량을 제어하는 핀 플로우
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 현상액 분사 장치.
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