KR100816212B1 - 반도체 장치 제조용 노광 장비 - Google Patents

반도체 장치 제조용 노광 장비 Download PDF

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Abstract

포토레지스트 도포 장치, 현상 장치, 가열 및 냉각 장치, HMDS 기판 표면처리 장치를 포함하는 트랙 파트와 노광 파트를 가지는 반도체 장치 제조용 노광 장비에 있어서, 상기 기판 표면처리 장치는 기판 표면처리 공정이 이루어질 때 공정 공간을 밀폐하는 챔버 외측에, 배기 장치를 가지며 상기 챔버와 상기 트랙 파트의 다른 공간을 구획시키는 별도의 커버를 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 노광 장비가 개시된다.
본 발명의 노광 장비는, 트랙 파트에서 상기 기판 표면처리 장치 주변의 공기 흐름이 아래로 향하며, 상기 기판 표면처리 장치는 상기 가열 및 냉각 장치 가운데 노광 후 베이크를 담당하는 부분보다 아래쪽에 배치되는 것일 수 있다.
따라서, 노광 공정에서 노광 패턴 사이의 브리지나, 노광 패턴 사이에 위쪽에만 잔류물이 남는 T자형 상단의 문제점을 제거할 수 있다.

Description

반도체 장치 제조용 노광 장비{Equipment for photo exposure process for fabricating semiconductor device}
도1은 종래의 노광 장비의 전체적인 구성을 나타내는 개념도,
도2는 기판 표면처리가 이루어지는 표면처리 챔버 구성을 나타내는 측단면도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 장비의 트랙 파트의 개략적 구성을 나타내는 개념도,
도4는 본 발명의 실시예에 따른 노광 장비에 구비되는 표면처리 장치의 일 예를 나타내는 측단면도이다.
본 발명은 반도체 장치 제조용 노광 장비에 관한 것으로, 특히 포토레지스트막 도포 전에 헥사메칠디실란(HMDS)을 결착재로 사용하는 노광 공정 장비의 구성에 관한 것이다.
통상적으로 반도체 장치에서 소자가 고집적화될수록 공정 생산성은 높아지 고, 반도체 장치의 전력 소모는 줄어들게 되며, 작동 속도는 높아질 수 있다. 따라서, 램이나 플래시 메모리 등 반도체 장치에서 소자 고집적화는 가장 중요한 발전 방향의 하나가 된다.
반도체 장치의 소자를 고도로 집적화시키는 기술은 주로 포토리소그래피 기술의 이용과 개선을 통해 이루어지고 있다. 포토리소그래피 기술은 일반적으로 널리 알려진 바와 같이 공정 웨이퍼에 포토레지스트 같은 감광막을 입히고, 패턴 마스크를 통해 광선을 비추어 일정 형태의 포토레지스트 패턴을 형성하는 노광 공정과, 노광 공정에서 만들어진 포토레지스트 패턴을 식각 방지막으로 이용하여 식각을 실시함으로써 원하는 물질층에 패턴을 형성하는 화학적 에칭 공정 혹은 리소그래피 공정으로 이루어진다.
포토리소그래피 기술의 노광 공정에서 소자 고집적화를 위해서 가령, 노광 공정을 진행할 때 광원으로 파장이 짧아 해상도를 높일 수 있는 자외선, 원자외선이 사용되고 있다. 포토레지스트도 해상도를 높일 수 있는 종류를 사용하고 있다. 그러나, 포토레지스트도 감광성을 유지하면서 분해능을 높일 수 있는 물질적인 한계가 있는 것으로 알려지고 있다.
한편, 일반적인 해상도 수준에서도 포토레지스트 패턴 형성시의 불량을 줄이기 위해 포토레지스트와 하부막 사이의 밀착성을 높이는 것도 중요하다. 스핀 코팅 전단계에서 기판 표면의 수분이나 유기물을 제거하여 기판과 포토레지스트막의 밀착성을 향상시키는 프리 베이크(pre bake)가 이루어질 수 있다. 그리고, 프리 베이크는 기판을 가열함과 함께 기판과 포토레지스트막의 접착력을 높이기 위해 헥사메 칠렌디실란(HMDS)이나 디클로로디메칠실란(DCDMS)을 도포하는 표면처리 단계(ADHESION)에 포함되어 이루어질 수 있다.
HMDS 처리예를 개략적으로 살펴보면, 첫째, 표면처리 챔버 내에 기판을 반입하고, 배기를 하여 내부를 진공으로 유지시킨다. 두번째로, 배기상태를 유지하면서 기판 위에 HMDS를 기상 도포 한다. 세째, 배기를 중지하고 HMDS 기상 도포를 지속 한다. 네째, HMDS 기상 도포를 중지하고 잔류 가스의 방출을 위해 배기를 실시한다. 다섯째, 표면처리 챔버를 열어 대기 개방을 실시한다.
도1은 종래의 노광 장비의 전체적인 구성을 나타내는 도면이며, 도2는 기판 표면처리가 이루어지는 표면처리 챔버 구성을 나타내는 도면이다.
이러한 종래의 노광장비 및 기판 표면처리 챔버 구성에서는 고온 HMDS 표면처리가 종료된 후 표면처리 챔버(AD:Adhesion Unit:110) 내부에는 기화된 HMDS 가스가 일부 잔류하게 되고 기판 표면의 소수화 처리 후 형성되는 암모니아(NH3) 성분도 가스로 함께 잔존하게 된다. 즉, 최초 친수성을 띤 실리콘 웨이퍼(10) 표면에서 실리콘(Si)과 수산기(OH)가 결합한 상태를 이루고 있으며, 이 기판 위에 기화된 HMDS 가스를 노즐(41)을 통해 분사하면 기판 소수화가 이루어진다. 이 과정에서 질소와 수소가 결합하여 암모니아 가스를 발생시킨다.
챔버가 개방될 때 이런 가스들은 전체 노광 장비의 트랙 부분(100)의 다른 파트로 확산, 유입된다. 즉, 챔버 개방시 장비 내부로 유입되어진 암모니아 가스는 도1에 나타난 화살표와 같이 하향하여 흐르게 되며, 표면처리 챔버(AD:110)가 장비 모듈의 최상단에 위치 하고 있어 하부의 가열 플레이트(HP:120)나 냉각 플레이트(COL:130)가 위치한 영역에는 암모니아 가스 오염이 심해져 농도가 규정 값(5ppb이하) 이상으로 높아지게 된다.
마스크 노광 공정 종료 후에 이루어지는 노광후 베이크(PEB) 처리를 위하여 로봇에서 대기하고 있는 웨이퍼의 포토레지스트 패턴에 '브리지'라는 연결 부분이 발생하는 불량을 일으킨다.
이런 불량은 패턴 미소화에 따라 사용되는 원자외선(DUV) 노광 광원에 대해 화학증폭형 포토레지스터를 사용하면서 노광 후 단계, 통상 노광 후 베이크(BAKE) 단계에서 산(acid)의 열에 의한 증폭이 이루어져야 하는 데 기판에 암모니아가 작용할 경우, 산을 중화시켜 증폭이 충분히 이루어지지 못하도록 하기 때문이다.
본 발명은 상술한 종래 노광 단계에서 발생하는 문제점을 제거할 수 있는 구성을 가진 반도체 장치 제조용 노광 장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 종래의 노광 장비의 구조상 문제점을 개선하여 노광 공정에서 노광 패턴 사이의 브리지나, 노광 패턴 사이에 위쪽에만 잔류물이 남는 T자형 상단의 문제점을 제거할 수 있도록 하는 반도체 장치 제조용 노광 장비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 포토레지스트 도포 장치, 현상 장치, 가열 및 냉각 장치, HMDS 기판 표면처리 장치를 포함하는 트랙 파트와 노광 파트를 가지는 반도체 장치 제조용 노광 장비에 있어서, 상기 기판 표면처리 장치는 기판 표면처리 공정이 이루어질 때 공정 공간을 밀폐하는 챔버 외측에, 배기 장치를 가지며 상기 챔버와 상기 트랙 파트의 다른 공간을 구획시키는 별도의 커버를 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 노광 장비는, 트랙 파트에서 상기 기판 표면처리 장치 주변의 공기 흐름이 아래로 향하며, 상기 기판 표면처리 장치는 상기 가열 및 냉각 장치 가운데 노광 후 베이크를 담당하는 부분보다 아래쪽에 배치되는 것일 수 있다.
이하 도면을 참조하면서 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노광 장비의 트랙 파트의 개략적 구성을 나타내는 개념도이다.
노광 장비는 크게 트랙 파트(200)와 노광 파트로 나뉘고, 트랙 파트는 포토레지스트 도포부와 현상부로 나뉠 수 있다. 포토레지스트 도포부는 포토레지스트 도포 전 기판과 포토레지스트의 밀착을 위한 HMDS 처리가 이루어지는 표면처리 챔버(210), 스핀 코터와 같은 포토레지스트막 도포 장치(240), 현상장치(250) 도포액에서 용매를 제거하는 소프트 베이크가 이루어지는 고온 플레이트(220), 다음 처리를 위해 가열된 기판의 온도를 내리는 냉각 플레이트(230)를 구비한다.
현상부는 노광이 이루어진 기판을 처리하여 포토레지스트 패턴을 완성하는 부분으로 노광 후 베이크를 담당하는 고온 플레이트, 냉각 플레이트, 현상 및 세정 장치, 현상 후 젖은 패턴을 기판에 단단히 밀착시키는 하드 베이크를 담당하는 고온 플레이트를 구비한다.
한편, 노광 파트는 스탭퍼나 스캐너와 같은 패턴 노광 장치를 구비하여 이루어진다.
표면처리 챔버(210)와 냉각 및 가열을 담당하는 고온 플레이트(220), 냉각 플레이트(230)는 공간을 절약하고 공정 능률을 높이기 위해 모듈 형태로 배치된다. 모듈 주변으로는 공기의 하방 흐름이 이루어진다. 표면처리 챔버는 공정에서 발생되어 유출될 수 있는 암모니아 가스가 트랙 장비 내의 다른 부분, 가령, 노광 후 베이크를 담당할 수 있는 고온 플레이트를 오염시키지 않도록 모듈 내에서 아래쪽에 설치된다.
따라서, 표면처리 챔버에서 공정 중에 암모니아 가스가 발생되어 유출되는 경우에도 가스는 트랙 파트 내의 공기 흐름을 따라 고온 플레이트와 같은 다른 영역을 오염시키지 않고 장비 외부로 배출될 수 있다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 노광 장비에 구비되는 표면처리 장치의 일 예를 나타낸다.
표면처리 장치는 종래와 유사한 형태의 공정 챔버, 즉, 표면처리 챔버와 표면처리 챔버를 외측에서 감싸는 형태의 커버(360) 혹은 셔터를 포함하여 이루어진다. 커버의 일부에는 배기를 담당하는 커버 배기 장치(361)가 구비된다. 공정 챔버는 기판(10)이 놓이고 필요에 따라 가열을 할 수 있는 플레이트(320), 플레이트 주변에 밀착 형성된 하판(330), 하판(330) 및 플레이트(320)와 함께 밀폐 공간을 형성하는 챔버 상판(340)을 구비한다. 상판(340)과 하판(330)은 상대적으로 이동하여 챔버를 개폐시킬 수 있다. 상판과 하판의 접촉부에는 실링을 위해 오링(345,347)이 설치된다. 상판 일부에는 처리 약품 분사구(341)가 형성되고, 하판 일부에는 배기 라인(350)이 연결된다. 종래의 경우와 달리, 오링은 외측링(345)과 내측링(347)으로 구성되고, 두 링 사이의 공간에 별도의 배기 수단(370)을 형성하여 가스의 누출을 방지한다.
따라서, 커버(360)에 구비된 배기 장치(361)를 통해 HMDS 잔류 가스 및 공정 중에 발생된 암모니아 가스가 트랙 파트 전체 공간으로 유입되는 것을 차단한다. 커버에 구비되는 배기 장치는 공정 중에 혹은 공정을 마치고 표면처리 챔버가 열릴 때에 모두 가동될 수 있다. 커버 내측에는 기판을 표면처리 장치에서 인출하거나, 인입하기 위한 별도의 이송 수단, 대기 수단이 있을 수 있으나, 이들 수단이 없이 단순히 공정 챔버를 한번 더 감싸는 개폐 가능한 형태로 이루어질 수 있다. 이 경우에도 커버는 표면처리 챔버의 개폐시 버퍼 공간으로서, 커버에 부속된 배기장치를 통해 공정 가스나 부산물 가스, 파티클을 한 번 더 배출할 수 있는 기회를 가져 트랙 장비 내의 오염도를 낮출 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래의 노광 장비의 구조상 문제점을 개선하여 노광 공정에서 노광 패턴 사이의 브리지나, 노광 패턴 사이에 위쪽에만 잔류물이 남는 T자형 상단의 문제점을 제거할 수 있다.

Claims (4)

  1. 포토레지스트 도포 장치, 현상 장치, 가열 및 냉각 장치, 헥사메칠디실란(HMDS) 기판 표면처리 장치를 포함하는 트랙 파트와 노광 파트를 가지며,
    상기 기판 표면처리 장치는 기판 표면처리 공정이 이루어질 때 공정 공간을 밀폐하는 챔버 외측에, 배기 장치를 가지며 상기 챔버와 상기 트랙 파트의 다른 공간을 구획시키는 별도의 커버를 구비하고,
    상기 트랙 파트에서는 상기 기판 표면처리 장치 주변의 공기 흐름이 아래로 향하며, 상기 기판 표면처리 장치는 상기 가열 및 냉각 장치 가운데 노광 후 베이크를 담당하는 부분보다 아래쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 노광 장비.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 챔버는 기판이 놓이고 필요에 따라 가열을 할 수 있는 플레이트, 상기 플레이트 주변에 밀착 형성된 하판, 상기 하판 및 상기 플레이트와 함께 밀폐 공간을 형성하는 챔버 상판을 구비하며, 상기 상판과 상기 하판의 접촉부에는 실링을 위해 오링이 설치되는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 노광 장비.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상판 일부에는 처리 약품 분사구가 형성되고, 상기 하판 일부에는 배기 라인이 연결되며, 상기 오링은 외측링과 내측링으로 구성되고, 상기 외측링과 상기 내측링 사이의 공간에 대한 배기 수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 반도체 장치 제조용 노광 장비.
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