KR100591156B1 - 스핀 코터 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 웨이퍼 배면에 대한 세정을 가능케 하여 고집적화에 대응하는 미세 패턴을 용이하게 형성하고 제조 수율을 향상시키는 것이다.

본 발명의 목적은 상부에 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼척; 웨이퍼척을 지지하면서 웨이퍼척 하부에 설치된 스핀들; 스핀들을 회전하도록 스핀들 하부에 설치된 모터; 웨이퍼척 일측에 배치되어 웨이퍼 전면으로 감광액 또는 현상액을 분사하는 제 1 분사노즐; 및 웨이퍼척의 일측 또는 다른 측에 배치되어 웨이퍼 배면으로 세정물질을 분사하는 제 2 분사노즐을 포함하는 스핀 코터에 의해 달성될 수 있다. 제 2 분사노즐은 웨이퍼의 배면 가장자리에서 중심으로 왕복하면서 세정물질을 분사한다.

웨이퍼, 배면, 세정, 스핀 코터, 파티클, 분사노즐

Description

스핀 코터 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법{Spin coater and method of manufacturing semiconductor device using the same}

도 1은 종래 반도체 소자 제조용 트랙장치의 스핀 코터를 나타낸 도면.

도 2는 웨이퍼 배면에 파티클이 존재하는 경우, 노광 시 발생되는 문제를 설명하기 위한 도면.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자 제조용 트랙장치의 스핀 코터를 나타낸 도면.

도 4a 내지 도 4d는 도 3의 스핀 코터를 이용한 반도체 소자의 제조방법을 설명하기 위한 순차적 공정 단면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

30 : 스핀 코터 31 : 보울

32 : 웨이퍼척 33 : 스핀들

34 : 모터 35 : 제 1 분사노즐

36 : 제 1 공급장치 37 : 제 2 분사노즐

38 : 제 2 공급장치 40 : 반도체 기판

41 : 물질막 41a : 물질막 패턴

42 : 감광막 42a : 감광막 패턴

43 : 배면 세정

본 발명은 반도체 소자 제조 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 스핀 코터 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.

반도체 소자의 제조공정은 크게 웨이퍼 상에 반도체 제품의 핵심 부품인 반도체 칩(chip)을 제조하는 공정과, 외부환경으로부터 칩을 보호하고 외부기기와의 전기적 신호입출력을 가능케 하는 패키징(packaging) 공정으로 이루어진다.

반도체 칩을 제조하는 공정에서, 웨이퍼 상에 패턴을 선택적으로 형성하기 위해서는 막증착 공정, 포토리소그라피 공정 및 식각공정이 요구되며, 특히 포토리소그라피 공정은 웨이퍼 상에 감광막을 도포하고, 노광 및 현상하여 감광막 패턴을 형성하는 과정으로 이루어진다.

감광막의 도포 및 현상은 트랙장치(track system) 내에 구비된 스핀 코터 (spin coater)에 의해 웨이퍼를 회전시키면서 웨이퍼 상에 감광액 또는 현상액을 분사하는 과정으로 이루어지고, 노광공정은 트랙장치와 연계되는 투영노광장치에 의해 포토마스크 또는 레티클의 패턴 이미지를 웨이퍼에 전사하는 과정으로 이루어진다.

여기서, 스핀 코터(10)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 보울(bowl; 11) 내부 중앙에는 상부에 웨이퍼(W1)가 안착되는 웨이퍼척(12)이 설치되어 있고, 웨이퍼척 (12) 하부에는 이를 지지하면서 보울(11) 외부까지 연장되어 스핀들(13)이 설치되어 있다. 스핀들(13) 하부에는 스핀들(13)을 회전시키는 모터(14)가 설치되어 있고, 보울(11)0 일측에는 웨이퍼(W1) 전면으로 감광액 또는 현상액을 분사하는 분사노즐(15)과 분사노즐(15)로 감광액 또는 현상액을 공급해주는 공급장치(16)가 설치되어 있다.

한편, 반도체 소자의 제조 공정은 아주 미세하기 때문에 파티클(particle) 등이 발생하게 되면 제조 수율에 큰 영향을 미치므로, 파티클 제거를 위한 상당한 노력이 이루어지고 있다.

그런데, 대부분의 반도체 제조 공정에서는 웨이퍼의 배면에 대한 세정이 제대로 이루어지지 않고 있어, 공정 수행 시 파티클로 인해 여러 가지 문제가 발생하게 된다.

특히, 노광 공정에서 웨이퍼 배면에 파티클이 존재하게 되면, 웨이퍼의 모든 영역에서 동일한 포커스를 얻을 수 없으므로, 고집적화에 대응하는 미세 패턴을 형성하기가 어렵다.

즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 투영노광장치(20)의 광원(21)으로부터 입사되는 광(L)이 조명렌즈계(22), 석영기판(23a)에 크롬의 미세패턴(23b)이 형성된 레티클(22), 및 투영렌즈계(23)를 통과하여 웨이퍼 스테이지(24)에 안착된 웨이퍼(W1)에 투영배율로 미세패턴(23b)을 결상시킬 때, 웨이퍼(W1) 배면에 파티클(100)이 존재하게 되면, 파티클(100)이 존재하는 부분과 존재하지 않는 부분 사이에 단차(H)가 발생되어, 동일 웨이퍼(W1) 상에서 최적의 포커스 이미지(I1)과 디포커스 (defocus) 이미지(I2)가 동시에 형성되어 패턴 불량을 일으키기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 웨이퍼 배면에 대한 세정을 가능케 하여 고집적화에 대응하는 미세 패턴을 용이하게 형성하고 제조 수율을 향상시키는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적은 상부에 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼척; 웨이퍼척을 지지하면서 웨이퍼척 하부에 설치된 스핀들; 스핀들을 회전하도록 스핀들 하부에 설치된 모터; 웨이퍼척 일측에 배치되어 웨이퍼 전면으로 감광액 또는 현상액을 분사하는 제 1 분사노즐; 및 웨이퍼척의 일측 또는 다른 측에 배치되어 웨이퍼 배면으로 세정물질을 분사하는 제 2 분사노즐을 포함하는 스핀 코터에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 제 2 분사노즐은 웨이퍼의 배면 가장자리에서 중심으로 왕복하면서 세정물질을 분사한다.

또한, 본 발명의 목적은 상부에 물질막이 형성된 반도체 기판 상에 상술한 스핀 코터에 의해 감광막을 도포하는 단계; 감광막을 경화시키는 단계; 스핀 코터에 의해 기판의 배면 세정을 수행하는 단계; 감광막을 노광하는 단계; 및 노광된 감광막을 스핀 코터에 의해 현상하여 물질막을 일부 노출시키는 감광막 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법에 의해 달성될 수 있다.

여기서, 배면 세정은 감광막의 도포 및 경화 전에 선택적으로 더 수행할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

먼저, 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 반도체 소자 제조용 트랙장치의 스핀 코터(30)에 대하여 설명한다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 보울(31) 내부 중앙에는 상부에 웨이퍼(W2)가 안착되는 웨이퍼척(32)이 설치되어 있고, 웨이퍼척(32) 하부에는 이를 지지하면서 보울(31) 외부까지 연장되어 스핀들(33)이 설치되어 있다. 스핀들(33) 하부에는 스핀들(33)을 회전시키는 모터(34)가 설치되어 있다.

보울(31) 일측 상단에는 웨이퍼(W2) 전면으로 감광액 또는 현상액을 분사하는 제 1 분사노즐(35)과, 제 1 분사노즐(35)로 감광액 또는 현상액을 공급해주는 제 1 공급장치(36)가 설치되어 있다.

보울(31) 일측 하단에는 웨이퍼(W2)의 배면으로 세정물질을 분사하여 웨이퍼 (W2) 배면을 세정하는 제 2 분사노즐(37)과, 제 2 분사노즐(37)로 세정물질을 공급해주는 제 2 공급장치(38)가 설치되어 있다.

여기서, 제 2 분사노즐(37)은 웨이퍼(W2) 배면의 가장자리에서 중심으로 왕복하면서 세정물질을 분사할 수 있다.

또한, 세정물질로는 파티클 성분에 따라 초순수, 압축공기, 질소가스 또는 그 외 세정이 가능한 물질 등을 사용할 수 있다.

또한, 제 2 분사노즐(37) 및 제 2 공급장치(38)는 보울(31)의 일측 하단 대 신 보울(31)의 다른 측 하단 또는 상단에 설치할 수 있다.

즉, 스핀 코터(30)의 웨이퍼척(32)은 웨이퍼(W2)에 비해 그 크기가 매우 작으므로, 웨이퍼(W2) 배면으로 분사가 가능한 제 2 분사노즐(37)을 설치하여 세정물질을 분사하면 웨이퍼(W2)의 배면을 세정할 수 있다.

다음으로, 도 4a 내지 도 4d를 참조하여, 스핀 코터(30)를 이용한 반도체 소자의 제조방법에 대하여 설명한다.

도 4a에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(10)의 전면 상에 절연막 또는 도전막 등의 식각이 이루어질 물질막(41)을 증착한다.

그 다음, 물질막(41) 상부에 스핀 코터(30)에 의해 감광막(42)을 도포하고 열처리를 수행하여 감광막(42)을 경화시킨다.

감광막(42)의 도포는 물질막(41)이 형성된 기판(40), 즉 웨이퍼를 스핀 코터(30)의 웨이퍼척(32)에 안착시킨 후, 모터(34)를 구동하여 스핀들(33)을 회전시키면서 제 1 분사노즐(35)로 웨이퍼 전면에 감광액을 분사하는 과정으로 이루어진다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 감광막(42)의 경화가 완료된 기판(40)의 배면에 대하여 스핀 코터(30)에 의해 세정(43)을 수행하여 배면에 발생된 파티클 등을 제거한다.

세정(43)은 경화된 감광막(42)이 형성된 기판(40), 즉 웨이퍼를 스핀 코터(30)의 웨이퍼척(32)에 안착시킨 후, 모터(34)를 구동하여 스핀들(33)를 회전시키면서, 제 2 분사노즐(37)로 웨이퍼 배면에 세정물질을 분사하여 웨이퍼 배면을 세정한 후, 스핀들(33)만 회전시켜 웨이퍼 배면을 건조하는 과정으로 이루어진다.

이때, 제 2 분사노즐(37)이 웨이퍼의 배면 가장자리에서 중심으로 왕복하도록 하여 세정물질을 분사할 수 있으며, 세정물질로는 파티클 성분에 따라 초순수, 압축공기, 질소가스 또는 그 외 세정이 가능한 물질 등을 사용할 수 있다.

또한, 스핀들(33)의 회전수는 세정 시에는 분당 150 내지 250, 바람직하게 200회 정도로 조정하고, 건조 시에는 분당 2500 내지 3500, 바람직하게 3000회 정도로 조정한다.

도 4c에 도시된 바와 같이, 투영노광장치(20; 도 2 참조)에 의해 미세 패턴이 형성된 레티클을 이용하여 감광막(42)을 노광한다.

이때, 기판(40) 배면에 파티클 등이 제거되어 배면 표면에 단차 등이 존재하지 않으므로, 웨이퍼 전체에 걸쳐 최적의 포커스 이미지로 미세 패턴이 결상될 수 있어서 이후 패턴 불량을 방지할 수 있다.

그 후, 노광이 완료된 감광막(42)을 스핀 코터(30)에 의해 현상하여 물질막 (41)을 일부 노출시키는 감광막 패턴(42a)을 형성한다.

감광막(42)의 현상은 노광이 완료된 기판(40), 즉 웨이퍼를 스핀 코터(30)의 웨이퍼척(32)에 안착시킨 후, 모터(34)를 구동하여 스핀들(33)을 회전시키면서 제 1 분사노즐(35)로 웨이퍼 전면에 현상액을 분사하여 노광이 이루어진 영역 또는 노광이 이루어지지 않은 영역의 감광막(42)을 선택적으로 제거한 다음, 스핀들(33)만 회전시켜 웨이퍼 전면을 건조하는 과정으로 이루어진다.

그 다음, 감광막 패턴(42a)을 이용하여 물질막(41a)을 식각하여 물질막 패턴(41a)을 형성한다.

그 후, 도 4d에 도시된 바와 같이, 공지된 방법에 의해 감광막 패턴(42a)을 제거한다.

한편, 상술한 실시예에서는 웨이퍼의 배면에 대한 세정(43)을 감광막의 노광 전에만 수행하였지만, 감광막(42)의 도포 및 경화 전에도 선택적으로 더 수행할 수도 있다.

또한, 상술한 실시예에서는 스핀코터(30)를 감광막 패턴 형성 공정에 적용한 경우에 대해 설명하였지만, 산화막 형성 공정에도 적용이 가능하다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 트랙장치의 스핀 코터에 웨이퍼 배면으로 분사가 가능한 별도의 노즐을 더 설치하고 이를 통해 세정물질을 분사하여 웨이퍼 배면을 세정할 수 있으므로 웨이퍼 배면의 파티클을 완전히 제거할 수 있다.

또한, 감광막의 노광 전에 웨이퍼 배면의 파티클을 완전히 제거함에 따라, 노광 시 파티클로 인한 디포커스 이미지 형성을 방지하고 웨이퍼 전체에 걸쳐 최적의 포커스 이미지를 형성할 수 있으므로, 패턴 불량을 방지할 수 있다.

이에 따라, 고집적화에 대응하는 미세 패턴 형성이 용이해질 뿐만 아니라 제조 수율을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (10)

1. 보울;

   상기 보울 내에 위치하며 서로 마주하는 제1 및 제2 면을 가지는 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼척;

   상기 웨이퍼척을 지지하면서 상기 웨이퍼척 하부에 설치된 스핀들;

   상기 스핀들을 회전하도록 상기 스핀들 하부에 설치된 모터;

   상기 웨이퍼척 일측에 배치되어 상기 보울에 의해 지지되며, 상기 웨이퍼의 제1 면에 감광액 또는 현상액을 분사하는 제 1 분사노즐; 및

   상기 웨이퍼척의 일측 또는 다른 측에 배치되어 상기 제1 면과 마주하는 상기 웨이퍼 상기 제2 면에 세정 물질을 분사하는 제 2 분사노즐을 포함하는 스핀 코터.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 분사노즐은 상기 웨이퍼의 배면 가장자리에서 중심으로 왕복하면서 상기 세정물질을 분사하는 것을 특징으로 하는 스핀 코터.
3. 상부에 물질막이 형성된 반도체 기판의 제1 면 상에 스핀 코터에 의해 감광막을 도포하는 단계;

   상기 감광막을 경화시키는 단계;

   상기 감광막 경화 후 상기 제1 면과 마주하는 상기 기판의 제2 면에 대하여 세정을 수행하는 단계;

   상기 감광막을 노광하는 단계; 및

   상기 노광된 감광막을 상기 스핀 코터에 의해 현상하여 상기 물질막을 일부 노출시키는 감광막 패턴을 형성하는 단계

   를 포함하는 반도체 소자의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 스핀 코터는

   상부에 웨이퍼가 안착되는 웨이퍼척;

   상기 웨이퍼척을 지지하면서 상기 웨이퍼척 하부에 설치된 스핀들;

   상기 스핀들을 회전하도록 상기 스핀들 하부에 설치된 모터;

   상기 웨이퍼척 일측에 배치되어 상기 웨이퍼 전면으로 상기 감광액 또는 현상액을 분사하는 제 1 분사노즐; 및

   상기 웨이퍼척의 일측 또는 다른 측에 배치되어 상기 웨이퍼 배면으로 세정물질을 분사하는 제 2 분사노즐을 구비한 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 세정은 상기 감광막의 도포 및 경화 전에 선택적으로 더 수행하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,

   상기 세정은

   상기 기판을 상기 웨이퍼척에 안착시키는 단계;

   상기 모터를 구동하여 상기 스핀들을 회전시키면서 상기 제 2 분사노즐로 상기 기판 배면에 세정물질을 분사하는 단계; 및

   상기 스핀들만 회전시켜 상기 기판 배면을 건조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 2 분사노즐은 상기 웨이퍼의 배면 가장자리에서 중심으로 왕복하면서 상기 세정물질을 분사하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 세정물질은 초순수, 압축공기, 질소가스 등을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 세정물질을 분사하는 단계에서,

   상기 스핀들의 회전수는 분당 150 내지 250 정도로 조정하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 기판 배면을 건조하는 단계에서,

    상기 스핀들의 회전수는 분당 2500 내지 3500 정도로 조정하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조방법.

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