KR100835415B1 - 반도체 소자 제조를 위한 감광막 현상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소자 제조를 위한 감광막 현상장치에 관한 것으로, 현상장치를 이용한 현상진행시에 상하부측에서 발생된 전자기장이 웨이퍼 표면 부분에서 서로 충돌하도록 하여 웨이퍼상의 감광막과 BARC(Bottom of Anti Reflective Coating) 계면에서 화학적 결합에 따른 UFO(UnidentiFied Object) 결함이 생성되는 것을 방지하게 된다.

감광막, BARC, UFO, 결함, 현상, 전자기장, 반도체

Description

반도체 소자 제조를 위한 감광막 현상장치{DEVELOPER FOR MANUFACTURING A SEMICONDUCTOR DEVICE}

도 1은 종래의 반도체 소자 제조과정중의 일 공정상태에 대한 공정단면도,

도 2는 종래에 감광막으로 사용된 화학증폭형 감광액의 성질이 포토 리소그래피 과정의 진행에 따라 변화되는 것을 설명하는 도면,

도 3은 종래의 감광막 현상장치를 보여주는 개략 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 감광막 현상장치를 보여주는 개략 구성도,

도 5는 본 발명에 따라 웨이퍼 표면 부분에서 전자기장의 충돌에 의해 감광막과 BARC 계면에서 화학적 결합에 따른 UFO 결함의 생성이 방지되는 것을 설명하는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : BARC 12 : 감광막

110 : 캐치컵 120 : 스핀척

130 : 현상액분사노즐 140 : 린스액분사노즐

150-u : 상부측 전자기장발생수단 150-l : 하부측 전자기장발생수단

w : 웨이퍼

본 발명은 반도체 소자 제조를 위한 감광막 현상장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 현상장치를 이용한 현상진행시에 상하부측에서 발생된 전자기장이 웨이퍼 표면 부분에서 서로 충돌하도록 하여 웨이퍼상의 감광막과 BARC(Bottom of Anti Reflective Coating) 계면에서 화학적 결합에 따른 UFO(UnidentiFied Object) 결함이 생성되는 것을 방지하게 되는 반도체 소자 제조를 위한 감광막 현상장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 소자를 제조함에 있어, 포토 리소그래피(photo lithography) 공정은 감광막 패턴(photo-resist pattern)을 적절하게 형성하여, 이후 해당 감광막 패턴이 식각(etching) 가공시 등에 있어 마스크로 이용되도록 하게 된다.

즉, 포토 리소그래피 공정은 웨이퍼(wafer) 표면상에 감광액(Photo Resist : PR)을 도포하여 감광막을 형성한 후, 해당 감광막에 대해 노광(exposure)을 실시하여 레티클(reticle)상의 패턴을 그대로 해당 감광막상에 전사한 다음, 현상(development)을 실시하여 감광된 감광막 부분은 현상액과 반응하여 제거되고 감광되지 않은 부분은 잔류되도록 하는 것에 의해 감광막 패턴을 적절히 형성하게 된다.

한편, 최근에는 반도체 소자가 고집적화됨에 따라 식각에 따라 형성되는 패턴의 선폭(line width)도 0.1~0.2㎛ 정도로 매우 미세화되었고, 따라서 노광시의 해상도(resolution)를 높여 매우 미세한 패턴의 임계치수(CD : Critical Dimension)를 원활히 구현하기 위하여, 노광시의 노광원으로는 300㎚ 이하의 단파장인 원자외선(Deep UV : DUV)을 이용함과 아울러, 감광액으로는 해당 노광원에 대해 우수한 감도를 갖는 화학증폭형(chemically amplified type) 감광액을 이용하는 원자외 노광법이 주로 이용되고 있으며, 해당 원자외 노광법에서는 노광시에 감광막의 밑면으로부터 반사되어 나오는 파와 입사되는 파가 서로 간섭을 일으켜 형성되는 정현파(standing wave)의 효과를 최소화하기 위하여, 도 1에 나타낸 바와 같이, 감광막(12)의 하부측에 특성이 다른 감광액으로 바닥 반사방지막(Bottom of Anti Reflective Coating : 이하, BARC라 함)(10)을 먼저 얇은 막으로 형성하여 해당 BARC(10)에 의해 원자외선의 반사가 억제되도록 하게 된다.

그러나, 이와 같이 원자외 노광법과 BARC(10)를 이용함에 따라 원하는 해상도를 얻을 수 있다는 장점은 있게 되나, 부수적으로 다음과 같은 문제점이 발생되게 된다.

즉, 감광막(12)과 BARC(10)의 계면에서 화학 작용에 따른 불필요한 폴리머 잔류물이 발생되어 UFO(UnidentiFied Object) 결함(defect)을 야기하게 되며, 해당 UFO 결함은 중심의 큰 거품 주위에 링(ring)형태로 작은 거품들이 있는 왕관 형태이므로 크라운(crown) 결함이라고도 한다.

이러한 UFO 결함의 생성에 대해 도 2를 참조로 상세히 설명하면, 감광막(12)으로 이용되는 화학증폭형 감광액은 주요 성분이 감광성 폴리머(polymer)와 용해억제제(dissolution inhibitor) 및 광발산제(Photo Acid Generator : PAG)인데, 노광 을 실시하면, 그 성분중의 광발산제가 빛을 받아 산(H⁺)을 생성하게 되고, 생성된 산(H⁺)은 노광후에 통상적으로 실시하는 PEB(Post Exposure Bake : 노광후 베이크) 과정에서 연쇄반응을 일으켜 용해억제제의 성질을 변화시키게 되며, 이에 따라 포함된 폴리머가 불용성(insoluble)에서 가용성(soluble)으로 변화되게 된다.

그리고, 이와 같이 가용성으로 변화된 폴리머 물질은 이후 현상시에 공급되는 현상액에 의해 용해되어 운동성을 가지게 되면서 결국 BARC(10)측과 화학적으로 결합하여 그들 사이의 계면에서 UFO 결함이 생성되도록 하게 된다.

이와 같이 생성된 UFO 결함은 그 존재에 의해 이후 식각시에 블록킹(blocking) 물질로 작용하여 원활한 식각을 저해하게 됨으로써 목적하는 패턴의 형성을 방해하여, 불량이 야기되도록 함으로써, 제조되는 반도체 소자의 신뢰성 및 제조수율을 대폭 저하시키게 된다.

물론, 상술한 UFO 결함은 현상 후 실시하는 린스(rinse)시 매우 오랜 시간 초순수(DeIonized water)를 분사하여 세정하면 BARC(10) 표면으로부터 탈락되어 제거될 수는 있으나, 이와 같이 매우 장시간 린스를 실시하는 것을 생산성을 대폭 저하시키게 되고, 화학 작용에 따라 생성된 부산물을 초순수 분사의 물리적인 방법으로 떼어내어 제거한다는 것은 근본적으로 한계성을 갖을 수 밖에 없다.

한편, 참고로, 현상공정을 실시하는 현상장치(developer)에 대해 도 3을 참조로 설명하기로 한다.

현상장치는, 이용되는 현상액 및 초순수가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위해 구비되는 캐치컵(catch cup)(110)과, 이 캐치컵(110)의 중앙 바닥측에 구비되어 그 상면상에 웨이퍼(w)를 안착하여 고정하고 회전 작동되게 되는 스핀척(spin chuck)(120)과, 이 스핀척(120)상에 안착된 웨이퍼(w)에 대해 상부측에서 현상액을 분사하도록 구비되게 되는 현상액분사노즐(dispense nozzle)(130)과, 현상의 진행에 따라 감광막이 제거되어 생성되는 부산물을 웨이퍼(w)상에서 제거하기 위해 상부측에서 초순수를 분사하도록 구비되게 되는 린스액분사노즐(140)로 구성되게 된다.

따라서, 공정대상물인 웨이퍼(w)가 로딩(loading)되어 캐치컵(110)내의 스핀척(120)상에 안착되게 된 다음, 해당 스핀척(120)은 회전되게 되고, 그때에 상부측의 현상액분사노즐(130)로부터 현상액이 분사되어 웨이퍼(w)상의 감광막(12)에 대한 현상이 실시되게 되며, 일정시간 경과되어 현상과정이 종료되게 되면, 다시 스핀척(120)이 회전되면서 이번에는 상부측의 린스액분사노즐(140)로부터 초순수가 분사되어 현상에 따라 일부의 감광막(12)이 제거되어 생성된 부산물을 웨이퍼(w)상으로부터 제거하게 되고, 또한 이후 세정된 웨이퍼(w)를 건조하기 위해 현상액분사노즐(130)과 린스액분사노즐(140)의 작용이 중지된 상태에서 스핀척(120)이 계속적으로 회전하여 웨이퍼(w)를 건조시키게 되며, 건조까지 완료된 웨이퍼(w)는 이후 언로딩(unloading)되어 후행공정으로 이송되게 된다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 현상시 상하부측에서 발생된 전자기장이 웨이퍼의 표면 부분에서 서로 충돌하도록 하 여 웨이퍼상의 감광막과 BARC 계면에서 화학적 결합에 따른 UFO 결함이 생성되는 것을 방지하게 되는 반도체 소자 제조를 위한 감광막 현상장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적과 여러가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체 소자 제조를 위한 감광막 현상장치는, 캐치컵내의 하부측에 웨이퍼를 안착하여 회전시키기 위한 스핀척이 구비되고, 상기 웨이퍼의 표면상에 현상액을 분사하도록 상기 스핀척의 상부측에 현상액분사노즐이 구비되는 반도체 소자 제조를 위한 감광막 현상장치에 있어서, 하향되는 특정 극성의 전자기장을 발생시키도록 상기 스핀척의 상부측에 구비되게 되는 상부측 전자기장발생수단과, 상기 웨이퍼 표면 부분에서 상기 상부측 전자기장발생수단으로부터 발생된 전자기장과 충돌하도록 상향되는 특정 극성의 전자기장을 발생시키기 위해 상기 웨이퍼의 하부측에 구비되게 되는 하부측 전자기장발생수단을 포함하게 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

반도체 소자가 고집적화됨에 따라 미세 선폭의 원활한 구현을 위해, 노광원으로 단파장의 원자외선을 이용하고 감광액으로 화학증폭형 감광액을 이용하는 원 자외 노광법이 주로 이용되고 있으며, 해당 원자외 노광법에서는 정재파 효과를 억제하기 위해 감광막(12)의 하부측에 특성이 다른 감광액으로 BARC(10)를 얇은 막으로 형성하게 된다.

그러나, 이와 같이 원자외 노광법과 BARC(10)를 이용함에 따라 해상도를 높일 수는 있게 되나, 부수적으로 감광막(12)과 BARC(10)의 계면에서 화학 반응에 따라 원하지 않는 UFO 결함이 생성되게 된다.

즉, 화학증폭형 감광액은 감광성 폴리머와 용해억제제(inhibitor) 및 광발산제(PAG)를 주요 성분으로 하는데, 노광을 실시하면, 광발산제가 빛을 받아 산(H⁺)을 생성하고, 해당 산(H⁺)은 이후 PEB시 연쇄반응을 일으켜 용해억제제의 성질을 변화시키게 되며, 이에 따라 포함된 폴리머가 가용성(soluble)으로 변화되게 된다.

그리고, 가용성으로 변화된 폴리머 물질은 이후 현상시에 공급되는 현상액에 의해 용해되어 운동성을 가지면서 결국 BARC(10)측과 화학적 결합을 일으켜 그들 사이의 계면에 UFO 결함이 생성되도록 하게 된다.

이와 같이 생성되는 UFO 결함은 이후 식각시에 블록킹 물질로 작용하여 원활한 식각을 방해하게 됨으로써 종국적으로 제조되는 반도체 소자의 신뢰성 및 제조수율을 대폭 저하시키게 된다.

따라서, 종래에는 생성된 UFO 결함을 제거하기 위해 현상 후에 매우 장시간 린스를 실시하여 BARC(10) 표면으로부터 강제적으로 UFO 결함을 떼어내어 제거하고 있으나, 화학적 결합에 따른 UFO 결함을 초순수 분사에 의한 물리적인 방법으로 제 거한다는 것이 한계성을 갖을 수 밖에 없고, 장시간 린스를 실시하는 것을 생산성을 대폭 저하시키는 문제점이 있었다.

이에, 본 발명에서는 아예 UFO 결함이 생성되는 것을 방지하게 되며, 즉 UFO 결함은 현상 시점에서 현상액이 공급됨에 따라 감광막(12)측에서 발생된 가용성 폴리머 물질이 BARC(10)측과 화학적 결합을 일으켜 생성되게 되므로, 그 화학적 결합이 이루어지는 것을 아예 차단하게 된다.

이를 위해, 도 4 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 현상장치의 캐치컵(110)내의 웨이퍼(w)에 대한 상부측과 하부측에는 전자기장발생수단(150-u, 150-l)이 각각 추가적으로 구비되어, 현상시에 해당 상, 하부측 전자기장발생수단(150-u, 150-l)으로부터 발생되는 전자기장이 웨이퍼(w) 표면 부분에서 서로 충돌하도록 함으로써 감광막(12)측의 가용성 폴리머 물질이 BARC(10)측과 화학적 결합을 이루는 것이 차단되도록 하게 된다.

보다 상세하게, 상부측 전자기장발생수단(150-u)은 웨이퍼(w)의 상부측에서 하향되도록 특정 극성의 전자기장을 발생시키게 되며, 하부측 전자기장발생수단(150-l)은 웨이퍼(w)의 하부측에서 상향되도록 동일 극성의 전자기장을 발생시키게 된다.

이때, 상, 하부측 전자기장발생수단(150-u, 150-l)은 웨이퍼(w)의 전표면에 대해 균일하게 전자기장을 발생시킬 수 있도록 웨이퍼(w) 외측에서 링(ring) 형태로 구비될 수 있으며, 해당 상, 하부측 전자기장발생수단(150-u, 150-l)으로는 바람직하게 전자석이 이용될 수 있다.

이로써, 상부측 전자기장발생수단(150-u)으로부터 하향되는 특정 극성의 전자기장이 형성되게 되고, 또한 하부측 전자기장발생수단(150-l)으로부터 상향되는 동일 극성의 전자기장이 형성되게 되므로, 해당 동일 극성의 전자기장들은 웨이퍼(w) 표면 부분에서 서로 충돌하게 됨과 더불어, 상부측으로부터 분사되어 공급되는 현상액은 상부측의 전자기장에 의해 특성 극성을 부여받아 해당 현상액과 접촉하게 되는 감광막(12)측의 가용성 폴리머 물질도 해당 극성을 갖게 되고 웨이퍼(w)상의 BARC(10)측은 하부측 전자기장에 의해 동일 극성을 부여받게 되므로 결국 동일 극성이 부여된 가용성 폴리머 물질과 BARC(10)측이 서로 배척되게 됨으로써, 이러한 작용들에 따라서 종국적으로 화학적 결합이 차단되어 UFO 결함의 생성이 방지될 수 있게 된다.

이와 같이, 현상과정의 진행시에 상, 하부측 전자기장발생수단(150-u, 150-l)을 동시에 가동하게 되면, UFO 결함의 생성을 원활히 방지할 수 있게 되는 것이며, 린스과정의 진행시에도 상, 하부측 전자기장발생수단(150-u, 150-l)을 가동한다면 더욱 완벽하게 UFO 결함의 생성을 차단할 수 있게 될 것이다.

이상과 같은 본 발명에 의하면, UFO 결함의 생성 자체를 최대한 차단할 수 있게 되므로, 종래와 같이 이미 생성된 UFO 결함을 물리적으로 제거하기 위해 장시간 린스를 진행할 필요성이 없게 되고, UFO 결함의 생성을 차단하기 위한 전자기장의 발생 작용은 현상의 진행과 동시에 실시되어 전혀 별도의 소요시간을 발생시키지 않게 되므로, 공정 소요시간을 대폭 단축하여 생산성이 향상되도록 할 수 있게 되며, 또한 UFO 결함에 따른 불량 발생을 최대한 방지하여 제조수율도 향상되도록 할 수 있게 된다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일 실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정과 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

본 발명에 따르면, 화학적 결합에 의해 UFO 결함이 생성되는 것을 근본적으로 방지할 수 있게 되므로, 이미 생성된 UFO 결함을 물리적으로 제거하기 위해 장시간 린스할 필요성이 없게 되어 공정 소요시간을 대폭 감축할 수 있게 됨으로써, 생산성 향상을 이루도록 함과 아울러, 보다 완벽하게 UFO 결함을 방지할 수 있음에 따라 생산수율을 향상시킬 수 있는 효과가 달성될 수 있다.

Claims (5)

1. 캐치컵(110)내의 하부측에 웨이퍼(w)를 안착하여 회전시키기 위한 스핀척(120)이 구비되고, 상기 웨이퍼(w)의 표면상에 현상액을 분사하도록 상기 스핀척(120)의 상부측에 현상액분사노즐(130)이 구비되는 반도체 소자 제조를 위한 감광막 현상장치에 있어서,

   하향되는 특정 극성의 전자기장을 발생시키도록 상기 스핀척(120)의 상부측에 구비되게 되는 상부측 전자기장발생수단(150-u)과,

   상기 웨이퍼(w) 표면 부분에서 상기 상부측 전자기장발생수단(150-u)으로부터 발생된 전자기장과 충돌하도록 상향되는 특정 극성의 전자기장을 발생시키기 위해 상기 웨이퍼(w)의 하부측에 구비되게 되는 하부측 전자기장발생수단(150-l)을 포함하되,

   상기 상부측 전자기장발생수단(150-u)과 상기 하부측 전자기장발생수단(150-l)은, 각각 전자석으로서 동일 극성의 전자기장을 발생시키는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조를 위한 감광막 현상장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부측 전자기자발생수단(150-u)과 상기 하부측 전자기장발생수단(150-1)은,

   전자석인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조를 위한 감광막 현상장치.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 전자석은,

   링형태인 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조를 위한 감광막 현상장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부측 전자기장발생수단(150-u)과 상기 하부측 전자기장발생수단(150-l)은,

   상기 현상액분사노즐(130)로부터 현상액이 분사되는 시점에서 가동되어 전자기장을 발생시키게 되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자 제조를 위한 감광막 현상장치.

Images