KR100591666B1 - 포토리소그래피 공정 설비 - Google Patents

포토리소그래피 공정 설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포토리소그래피 공정 설비에 관한 것으로, 노광 장비와, 인터페이스 유닛과, 도포/현상 장비가 인 라인 방식으로 배치된 포토리소그래피 공정 설비에 있어서, 상기 인터페이스 유닛은 상기 노광 장비와 상기 도포/현상 장비간 웨이퍼 반입 및 반송 각각을 위한 적어도 2기의 로봇을 포함하고, 상기 도포/현상 장비는 상기 인터페이스 유닛으로부터 반입되는 웨이퍼를 직접 이송받아 노광후 베이킹 공정을 진행할 수 있는 베이크 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 노광 장비와 도포/현상 장비를 인라인으로 사용하는 경우 두 장비 사이에서 웨이퍼 반송 및 반입을 해주는 인터페이스 유닛에서 처리 속도가 향상되는 효과가 있다. 또한, 노광 장비로부터 노광후 베이킹 공정 장비에 웨이퍼가 반송되기까지 소요되는 시간을 웨이퍼별로 보다 빠른 시간에 반송할 수 있어 웨이퍼가 받는 환경변화가 최소화되고 공기중의 암모니아에 의한 오염을 줄일 수 있어 생산 제품 품질을 향상 및 안정화할 수 있는 효과가 있다.

Description

포토리소그래피 공정 설비{PHOTOLITHOGRAPHY APPARATUS}
도 1은 종래 기술에 따른 포토리소그래피 공정 설비를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토리소그래피 공정 설비를 도시한 구성도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100; 도포 및 현상 장비 110, 210, 220; 로봇
120, 320; 아웃 스테이지 140; 베이크
200; 인터페이스 유닛 300; 노광 장비
310; 인 스테이지
본 발명은 포토리소그래피 공정 설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 반송 및 반입 시간을 줄여 생산 제품 품질의 안정화를 도모할 수 있는 포토리소그래피 공정 설비에 관한 것이다.
전형적인 반도체 산업은 여러 단계의 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 이용한다. 각 단계에서 실리콘 웨이퍼의 표면상에 감광막(PR) 재료가 증착되 고, 이 감광막상에 패터닝을 한다. 이 패터닝된 감광막은 에칭(Etching), 주입(Implanting), 증착(Depositing), 각인(Scribing), 연마(Grinding) 등의 후속 처리 단계에서 마스크로 사용된다. 이러한 포토리소그래피 공정은 반도체 산업에서 가장 어려운 기술중의 하나로서 중요층에 프린팅된 패턴은 전체 기술에 대한 치수한계를 설정한다.
도 1은 종래의 반도체 제조 설비 중 포토리소그래피 공정에 사용되는 노광 설비와 도포/현상 설비를 인라인(In-Line)으로 사용하는 예시를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 종래의 인라인 방식의 포토리소그래피 공정 설비는 도포/현상 장비(10)와 노광 장비(30), 그리고 두 장비(10,30) 사이에 웨이퍼를 반송 및 반입시켜주는 인터페이스 유니트(20;Interface Unit)로 구성된다. 도포후 노광전의 웨이퍼는 로봇(11:Robot) →아웃 스페이지(12;Out stage) → 로봇(21;Robot) →인 스테이지(31;In stage)로 이어지는 경로를 따라 이동되고, 노광후 현상전의 웨이퍼는 아웃 스테이지(32) → 로봇(21) →인 스테이지(13) →로봇(11) → 베이크(14;Bake) → 로봇(11)으로 이어지는 경로로 이동된다.
종래의 포토리소그래피 공정 설비에 있어서 두 장비(10,30) 사이의 웨이퍼 반입과 반송은 인터페이스 유니트(20)에서 수행된다. 그런데, 이 유니트(20)는 개별적으로 제어되는 두 장비(10,30)에서 어느 한 장비, 통상적으로는 도포/현상 장비(10)에 의해서 제어되고, 한 대의 로봇(21)으로 구성되어 이 로봇(21)이 웨이퍼 반입과 반송을 모두 수행한다. 따라서, 이 로봇(21)을 효율적으로 운용하는 것이 어려울 뿐만 아니라 일정한 시간 간격으로 웨이퍼를 처리하는 것이 곤란하다. 그리 고, 단위시간당 생산량을 증대시키기 위해선 인터페이스 유닛(20)의 로봇(21)이 감당할 수 있는 처리 속도 측면에서 우수한 성능이 요구되지만 기계적인 한계에 의해서 제한된다.
한편, 자외선과 화학증폭형 포토레지스트가 사용되는 경우, 노광 장비(30)에서 도포/현상 장비(10)로 반입된 웨이퍼가 현상되기 직전에 베이크(14)에서 화학증폭 공정(베이킹 공정)을 받게 된다. 이때, 포토레지스트의 일정한 품질을 얻기 위해서는 노광 장비(30)에서 이 베이크(14)에 웨이퍼가 전달되기 까지의 시간 관리가 중요해진다. 이 시간이 길어지게 되면 웨이퍼가 받는 온도와 같은 환경영향이 커지고 공기중의 암모니아에 의해 포토레지스트의 균일성에 악영향을 미치게 되고, 이 시간이 웨이퍼별로 일정하지 못하면 상기 영향의 정도가 달라지게 되어 최종적으로는 웨이퍼 품질 측면에서 불리한 점이 발생하기 때문이다. 그런데, 종래에는 노광후 웨이퍼는 로봇(21) →인 스테이지(13) →로봇(11) → 베이크(14;Bake) → 로봇(11)으로 이어지는 경로를 통해 이송되기 때문에 베이크(14)에 웨이퍼가 전달되는 시간이 길어지고 이 시간을 일정하게 관리하는 것이 어렵게 되어 상술한 문제점을 안고 있다.
이에 본 발명의 상술한 종래 기술상의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 반송 및 반입에 소요되는 시간을 줄일 수 있고 포토레지스트의 균일성을 확보할 수 있는 포토리소그래피 공정 설비를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 포토리소그래피 공정 설비는 인터페이스 유니트에서 웨이퍼 반입 및 반송에 소요되는 시간을 줄일 수 있고 웨이퍼가 받는 환경영향 및 암모니아 오염을 최소화 및 균일화할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토리소그래피 공정 설비는, 노광 장비와, 인터페이스 유닛과, 도포/현상 장비가 인 라인 방식으로 배치된 포토리소그래피 공정 설비에 있어서, 상기 인터페이스 유닛은 상기 노광 장비와 상기 도포/현상 장비간 웨이퍼 반입 및 반송 각각을 위한 적어도 2기의 로봇을 포함하고, 상기 도포/현상 장비는 상기 인터페이스 유닛으로부터 반입되는 웨이퍼를 직접 이송받아 노광후 베이킹 공정을 진행할 수 있는 베이크 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 노광 장비는, 상기 인터페이스 유닛으로부터 반입되는 웨이퍼가 놓여지는 인 스테이지; 및 상기 인터페이스 유닛으로 반송되는 웨이퍼가 놓여지는 아웃 스테이지를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 노광 장비는 ArF(193nm) 또는 KrF(248nm)를 이용한 딥 유브이(Deep Ultra Violet) 광원을 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도포/현상 장비는, 웨이퍼 이송을 위한 로봇; 및 상기 로봇으로부터 이송되어 상기 인터페이스 유닛으로 반송될 웨이퍼가 놓여지는 아웃 스테이지를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도포/현상 장비는 웨이퍼 상에 화학증폭형 포토레지스트를 도포하고 현상하는 것을 특징으로 한다.
상기 특징을 구현할 수 있는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포토리소그래피 공정 설비는, 노광 장비와, 도포/현상 장비와, 상기 노광 장비와 상기 도포/현상 장비 사이에 웨이퍼를 이송시키는 인터페이스 유닛이 인 라인 방식으로 배치된 포토리소그래피 공정 설비에 있어서, 상기 인터페이스 유닛은, 상기 도포/현상 장비에서 상기 노광 장비로 반입되는 웨이퍼를 이송시키는 제1 로봇과, 상기 노광 장비에서 상기 도포/현상 장비로 반송되는 웨이퍼를 이송시키는 제2 로봇을 포함하고; 상기 노광 장비는, 상기 반입되는 웨이퍼가 놓여지는 인 스테이지와; 상기 반송되는 웨이퍼가 놓여지는 아웃 스테이지를 포함하고; 상기 도포/현상 장비는, 상기 인터페이스 유닛으로 반송될 웨이퍼가 놓여지는 아웃 스테이지와; 상기 인터페이스 유닛으로부터 웨이퍼를 직접 반입받아 노광후 베이킹 공정을 진행하는 베이크와; 상기 베이크로부터 웨이퍼를 이송시키는 로봇을 포함하는것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 노광 장비와 도포/현상 장비를 인라인으로 사용하는 경우 두 장비 사이에서 웨이퍼 반송 및 반입을 해주는 인터페이스 유닛에서 처리 속도가 향상된다. 또한, 노광 장비로부터 노광후 베이킹 공정 장비에 웨이퍼가 반송되기까지 소요되는 시간을 웨이퍼별로 보다 빠른 시간에 반송할 수 있어 웨이퍼가 받는 환경영향이 최소화되고 공기중의 암모니아에 의한 오염을 줄일 수 있어 생산 제품 품질을 향상 및 안정화를 이룰 수 있고, 이 시간을 웨이퍼별로 보다 일정하게 관리 할 수 있어서 보다 일정한 품질을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 포토리소그래피 공정 설비를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명과 종래 기술과 비교한 이점은 첨부된 도면을 참조한 상세한 설명과 특허청구범위를 통하여 명백하게 될 것이다. 특히, 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치는 특허청구범위에서 잘 지적되고 명백하게 청구된다. 그러나, 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치는 첨부된 도면과 관련해서 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 수 있다. 도면에 있어서 동일한 참조부호는 다양한 도면을 통해서 동일한 구성요소를 나타낸다.
(실시예)
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토리소그래피 공정 설비를 도시한 구성도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 포토리소그래피 공정 설비는 도포 공정과 현상 공정이 진행되는 도포 및 현상 장비(100)와, 노광 공정이 진행되는 노광 장비(300)와, 도포 및 현상 장비(100)와 노광 장비(300) 사이에 웨이퍼를 반입 및 반송시키는 인터페이스 유닛(200)을 포함하여 구성된다.
본 발명의 포토리소그래피 공정 설비는 광원으로서 KrF(248nm) 또는 ArF(193nm)인 DUV(Deep Ultra Violet)을 사용하고 포토레지스트로서는 감광작용에 의해 산(H+)을 발생시키는 PAG(Photo Acid Generator)와 물리적 이미지를 형성하는 레진(resin)으로 구성된 화학증폭형 포토레지스트를 사용한다고 가정한다.
노광 장비(300)는 포토레지스트가 도포된 웨이퍼를 특정 파장의 빛으로 노출 시켜 마스크를 통과하는 빛이 포토레지스트의 광화학 반응을 노광 지역에 한하여 선택적으로 일으키게 하는 노광 공정이 진행되는 장비이다. 이 장비(300)에는 인터페이스 유닛(200)으로부터 반입되는 웨이퍼가 놓여지는 인 스테이지(310)와 역으로 반송되는 웨이퍼가 놓여지는 아웃 스테이지(320)를 포함한다. 여기서의 인 스테이지(310) 및 아웃 스테이지(320)는 웨이퍼 이송시 일종의 버퍼 역할을 하는 것이다.
도포 및 현상 장비(100)는 웨이퍼에 포토레지스트를 스핀 방식으로 입히는 도포 공정과, 노광 장비(300)에서 노광된 웨이퍼에 대해 TMAH(Tetramethyl Ammoniaum Hydroxide) 등과 같은 알칼리 용액 즉 현상액을 이용하여 노광된 부분과 비노광된 부분간의 용해도 차이에 의한 화학 반응을 이용함으로써 최종적인 패턴을 재현하는 현상 공정이 진행되는 장비이다. 이 장비(100)에는 인터페이스 유닛(200)으로 반송되는 웨이퍼가 놓여지는 아웃 스테이지(120)와, 도포 공정이 완료된 웨이퍼를 아웃 스테이지(120)로 이송시키는 로봇(110)을 포함한다. 여기서의 아웃 스테이지(310)는 웨이퍼 이송시 일종의 버퍼 역할을 하는 것이다.
한편, 반도체 소자의 집적도 향상은 포토레지스트 자체의 해상도 및 광원의 해상도 향상에 의해서 이루어진다. 광원의 해상도는 광원의 단파장화와 더불어 향상되고, 광원의 단파장화에 상응하는 포토레지스트의 개발과 고감도화를 요구한다. 이러한 요구에 부응하는 것이 DUV(Deep Ultra Violet)와 화학증폭형 포토레지스트이다. 화학증폭형 포토레지스트는 노광에 의해서 PAG(Photo Acid Generator)가 산(H+) 이온을 발생시키는 단계와 노광후 베이킹(PEB) 공정시 열에너지에 의해 기발생된 산(H+)이 촉매 역할을 하여 레진(resin)이 현상액에 잘 용해가 되는 구조로 변하는 단계를 갖는다. 따라서, 본 발명의 도포 및 현상 장비(100)는 화학증폭형 포토레지스트의 노광후 베이킹(PEB) 공정을 위한 베이크(140)를 포함한다.
인터페이스 유닛(200)은 두 장비(100,300) 사이에 배치되어 두 장비(100,300) 사이에서 웨이퍼를 반송 및 반입시키는 유닛이다. 여기서, 인터페이서 유닛(200)은 도포 및 현상 장비(100)에서 노광 장비(300)로 웨이퍼를 이송시키는 제1 로봇(210)과, 역으로 노광 장비(300)에서 도포 및 현상 장비(100)로 웨이퍼를 이송시키는 제2 로봇(220)을 포함한다. 이와 같이, 웨이퍼의 어느 하나의 이동 경로에 로봇(210,220)이 각각 별개로 배치되어 있기 때문에 반입 및 반송에서 소요되는 웨이퍼 이동 시간을 축소할 수 있다.
상기와 같이 구성된 포토레지스트 공정 설비의 동작을 웨이퍼의 이동 경로를 중심으로 설명한다.
코팅후 노광전의 웨이퍼는 로봇(110)에 의해 실제로 코팅 공정이 진행되는 챔버(미도시)로부터 언로딩되어 아웃 스테이지(120)로 이동된다. 이때, 웨이퍼 상에는 화학증폭형 포토레지스트가 코팅되어 있다고 가정한다. 아웃 스테이지(120)에 있던 웨이퍼는 인터페이스 유닛(200)의 제1 로봇(210)에 의해 이송되어 노광 장비(300)의 인 스테이지(310)로 옮겨진다. 이때, 제1 로봇(210)은 도포 및 현상 장비(100)에서 노광 장비(300)로의 웨이퍼의 이송만을 담당하고 역방향으로의 웨이퍼의 이송에는 관여치 않기 때문에 웨이퍼 이송시에 소요되는 시간이 축소된다. 노광 장비(300)의 인 스테이지(310)에 옮겨진 웨이퍼는 실제로 노광 공정이 수행될 챔버(미도시)내로 로딩되어 노광 공정을 받게 된다. 요약하면, 노광전의 웨이퍼는 로봇 (110) →아웃 스테이지(120) →제1 로봇(210) → 인 스테이지(310)로 이어지는 경로를 통해 이송된다.
노광 장비(300)에서 노광 공정을 받은 웨이퍼는 아웃 스테이지(320)로 옮겨지게 된다. 아웃 스테이지(320)로 옮겨진 웨이퍼는 인터페이스 유닛(200)의 제2 로봇(320)에 의해 이송되어 곧바로 베이크(140)로 옮겨진다. 여기에서도 마찬가지로, 제2 로봇(320)은 노광 장비(300)에서 도포 및 현상 장비(100)로의 웨이퍼 이송만을 담당하고, 그 역방향의 웨이퍼 이송에는 관여치 아니하기 때문에 웨이퍼 이송시 소요되는 시간이 축소된다.
화학증폭형 포토레지스트가 코팅된 웨이퍼는 노광 공정을 받더라도 포토레지스트가 완전히 산화하지 못한다. 따라서, 노광후 웨이퍼는 베이크(140)에서 노광후 베이킹(PEB) 공정을 받아 이전의 노광 공정에서 생성된 산(H+)을 증폭시켜 포토레지스트의 레진(resin)에서 용해도 차이를 유발시킨다. 한편, 노광후 베이킹 공정이 진행되는 베이크(140)는 웨이퍼 처리 능력이 커서 제2 로봇(220)으로부터 반입되는 웨이퍼를 처리하기에 부족함이 없어야 할 것이다.
이와 같이, 인터페이스 유닛(200)에서 웨이퍼의 반입 및 반송을 별개의 로봇(210,220)이 맡고 베이크(140)의 처리 능력이 충분하게 되면, 지연되지 아니한 일정한 시간 내에 웨이퍼에 대해 노광후 베이킹 공정을 진행할 수 있게 된다. 따라서, 웨이퍼 이동 시간이 길어지고 불규칙함에 따른 웨이퍼가 입는 환경영향이 최소화된다. 게다가, 공기중의 암모니아에 노출되는 시간이 적어져 노광 공정에서 생성된 산(H+)을 증폭시키기 이전에 공기중의 암모니아와 산(H+)이 중화되어 발생되는 불량 및 패턴의 임계치수 변화가 최소화되거나 거의 일어나지 않게 된다.
노광후 베이킹 공정을 받은 웨이퍼는 로봇(110)에 의해 실제로 현상 공정이 치뤄지는 챔버(미도시)로 이송되어 현상액에 의해 노광 지역과 비노광 지역 간에 생긴 용해도 차이에 의한 화학 반응으로 원하는 패턴 형성이 재현된다. 요약하면, 노광후의 웨이퍼는 아웃 스테이지(320) → 제2 로봇(200) → 베이크(140) → 로봇(110)으로 이어지는 경로로 이송된다.
지금까지의 실시예는 DUV 광원과 화학증폭형 포토레지스트를 이용한 포토레지스트 공정 설비에 대해서 설명하였지만, 이와 다른 광원과 그에 적합한 포토레지스트를 이용한 타 포토리소그래피 공정 설비에도 적용될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 그리고, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 반도체 제조 공정 설비중 노광 장비와 도포/현상 장비를 인라인으로 사용하는 경우 두 장비 사이에서 웨이퍼 반송 및 반입을 해주는 인터페이스 유닛에서 처리 속도가 향상되는 효과가 있다. 또한, 노광 장비로부터 노광후 베이킹 공정 장비에 웨이퍼가 반송되기까지 소요되는 시간을 웨이퍼별로 보다 빠른 시간에 반송할 수 있어 웨이퍼가 받는 환경영향이 최소화되고 공기중의 암모니아에 의한 오염을 줄일 수 있어 생산 제품 품질을 향상 및 안정화할 수 있고, 이 시간을 웨이퍼별로 보다 일정하게 관리할 수 있어 보다 일정한 품질을 얻을 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 노광 장비와, 인터페이스 유닛과, 도포/현상 장비가 인 라인 방식으로 배치된 포토리소그래피 공정 설비에 있어서,
    상기 인터페이스 유닛은 상기 노광 장비와 상기 도포/현상 장비간 웨이퍼 반입 및 반송 각각을 위한 적어도 2기의 로봇을 포함하고,
    상기 도포/현상 장비는 상기 인터페이스 유닛으로부터 반입되는 웨이퍼를 직접 이송받아 노광후 베이킹 공정을 진행할 수 있는 베이크 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정 설비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노광 장비는,
    상기 인터페이스 유닛으로부터 반입되는 웨이퍼가 놓여지는 인 스테이지; 및
    상기 인터페이스 유닛으로 반송되는 웨이퍼가 놓여지는 아웃 스테이지;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정 설비.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 노광 장비는 ArF(193nm) 또는 KrF(248nm)를 이용한 딥 유브이(Deep Ultra Violet) 광원을 이용하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정 설비.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도포/현상 장비는,
    웨이퍼 이송을 위한 로봇; 및
    상기 로봇으로부터 이송되어 상기 인터페이스 유닛으로 반송될 웨이퍼가 놓여지는 아웃 스테이지;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정 설비.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 도포/현상 장비는 웨이퍼 상에 화학증폭형 포토레지스트를 도포하고 현상하는 것을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정 설비.
  6. 노광 장비와, 도포/현상 장비와, 상기 노광 장비와 상기 도포/현상 장비 사이에 웨이퍼를 이송시키는 인터페이스 유닛이 인 라인 방식으로 배치된 포토리소그래피 공정 설비에 있어서,
    상기 인터페이스 유닛은, 상기 도포/현상 장비에서 상기 노광 장비로 반입되는 웨이퍼를 이송시키는 제1 로봇과, 상기 노광 장비에서 상기 도포/현상 장비로 반송되는 웨이퍼를 이송시키는 제2 로봇을 포함하고;
    상기 노광 장비는, 상기 반입되는 웨이퍼가 놓여지는 인 스테이지와; 상기 반송되는 웨이퍼가 놓여지는 아웃 스테이지를 포함하고;
    상기 도포/현상 장비는, 상기 인터페이스 유닛으로 반송될 웨이퍼가 놓여지 는 아웃 스테이지와; 상기 인터페이스 유닛으로부터 웨이퍼를 직접 반입받아 노광후 베이킹 공정을 진행하는 베이크와; 상기 베이크로부터 웨이퍼를 이송시키는 로봇을 포함하는;
    것을 특징으로 하는 포토리소그래피 공정 설비.
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