KR101017370B1 - 분사 노즐 및 이를 갖는 반도체 제조 설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서 제안된 분사 노즐 및 이를 갖는 반도체 제조 설비는, 케미컬의 유압에 따라 개폐되는 개폐유닛과 가압유닛을 이용해서 분사 노즐 내로 케미컬이 공급되면 분사 노즐을 개방시켜 기판 상으로 케미컬을 분사하고, 케미컬 공급이 중단되면 이와 동시에 분사 노즐을 폐쇄시켜 케미컬이 유출되는 것을 차단하도록 설계된다.
그 결과, 케미컬 공급 완료후 분사 노즐로부터 기판쪽으로 케미컬이 떨어지는 것을 방지할 수 있고, 후속 런 진행시 에어 버블이 발생하는 것을 막을 수 있으므로, 얼룩 불량 및 패턴 불량을 방지하고, 제품의 품질 향상 및 원가 절감을 이룰 수 있게 된다.
분사 노즐, 가압유닛, 개폐유닛

Description

분사 노즐 및 이를 갖는 반도체 제조 설비{Spray nozzle and equipment for fabricating semiconductor having the same}
도 1은 본 발명에서 제안된 분사 노즐을 갖는 반도체 제조 설비의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 A 부분(분사 노즐)을 확대 도시한 것으로,
도 2a는 분사 노즐이 개방된 상태를 보인 단면도이고,
도 2b는 분사 노즐이 폐쇄된 상태를 보인 단면도이다.
본 발명은 반도체 설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 케미컬 분사가 완료된 이후에 분사 노즐에 잔류된 케미컬이 기판 쪽으로 떨어지는 것을 방지하고, 후속 런(run) 진행시 에어 버블(air bubble)이 발생하는 것을 막을 수 있는 새로운 형태의 분사 노즐 및 이를 갖는 반도체 제조 설비에 관한 것이다.
포토리소그라피(photolithography)는 빛에 민감한 감광제(photoresist:이하, PR이라 한다)을 사용하여 실리콘 웨이퍼나 글래스와 같은 기판(substrate) 상에 원하는 패턴을 형성코자 할 때 널리 이용되는 사진공정으로서, 반도체 제조시 없어 서는 안될 필수불가결한 공정중의 하나로 취급되고 있다.
사진공정은 감광제가 도포된 임의막 상에 원하는 패턴이 설계된 마스크를 근접시킨후, 자외선을 조사(노광)하여 마스크로부터 PR이라 불리는 물질에 상기 패턴을 전사하고, 현상액으로 현상하는 방식으로 PR 패턴을 형성하는 기술이다.
현상 공정은 일반적으로 포토 현상 설비 내에서 진행되며, 상기 설비는 통상, 포토레지스트가 도포된 기판이 놓여지는 척과, 현상액을 공급하는 배관 라인 및 상기 배관 라인에 연결되며, 기판 전면에 현상액을 분사하는 분사 노즐을 포함하여 구성된다.
따라서, 상기 설비에서는 다음과 같은 방식으로 현상 공정이 진행된다.
즉, 현상 설비의 척에 PR이 도포된 기판이 장착되면, 분사 노즐로 현상액을 공급하여 기판 상의 PR 위로 현상액을 분사하고, 현상액 분사가 완료되면, 분사 노즐로부터 더 이상의 현상액이 분사되지 않도록 분사 노즐에 공급된 현상액을 배관 라인쪽으로 흡입(suck back)시킨다.
현상액 분사가 완료됨과 동시에, 분사된 현상액이 기판 표면에 고르게 퍼지도록 기판이 놓여진 척을 소정의 속도로 회전시키고, 현상액과 PR이 반응하는 시간동안 척을 정지시킨다.
이와 같이 하면, 노광 공정에서 빛을 받은 부분과 그렇지 않은 부분의 PR이 선택적으로 식각되어, 원하는 PR 패턴이 형성된다.
그러나, 상기 설비를 적용해서 현상 공정을 진행하면 분사 노즐에 공급된 현상액이 배관 라인쪽으로 흡입될 때 분사 노즐의 케미컬 흡입이 불안정하여, 현상액 공급이 완료된 이후에도 약 3 ~ 4초 동안 분사 노즐로부터 기판 상으로 현상액이 떨어지는 문제가 발생된다. 이처럼, 현상액 공급이 완료된 이후에도 케미컬이 기판 상으로 떨어질 경우, 얼룩 불량 및 PR 패턴 불량이 유발되므로 제품의 품질이 저하된다.
또한, 현상액이 배관 라인쪽으로 흡입될 때 분사 노즐 내로 공기가 유입될 수 있다. 유입된 공기는 현상액과 함께 배관 라인쪽으로 흡입되어 현상액 내에 에어 버블 즉, 기포 형태로 존재한다. 이로 인해, 후속 런 진행시 약 4 ~ 5초간 이들 에어 버블이 현상액과 함께 기판 상에 분사되는 문제가 발생된다. 이처럼 에어 버블이 현상액 내에 포함된 채로 기판 상에 분사되면, 에어 버블이 분사된 부분에서는 PR이 현상액과 반응하지 못하여 식각 자체가 이루어지지 않게 되므로, PR 패턴의 단면 프로파일을 원하는 형상 그대로 재현하기 어렵게 된다.
상술한 문제들은 포토 현상 설비 뿐만 아니라 분사 노즐을 이용하여 기판 상에 케미컬을 분사하고, 케미컬 분사가 완료된 후에는 분사 노즐로 공급된 케미컬을 공급관쪽으로 흡입하는 모든 설비(예컨대, 습식식각 설비)에서 일어난다.
이에 본 발명의 목적은, 분사 노즐 내부에 개폐유닛과 가압유닛을 도입해서 케미컬을 공급하면 분사 노즐이 개방되고, 케미컬 공급을 중단하면 분사 노즐이 자동 폐쇄되도록 하므로써, 케미컬 공급 완료후 분사 노즐로부터 케미컬이 떨어지는 것을 방지하고, 분사 노즐을 통해 공기가 유입되지 않도록 하여, 얼룩 불량 및 패턴 불량이 발생되는 것을 막을 수 있도록 한 분사 노즐을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 상기 분사 노즐을 갖는 반도체 제조 설비를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 중공홀이 구비된 몸체와; 일측 끝단은 상기 몸체 외부에 노출되어 케미컬이 공급되는 배관 라인과 연결되고, 타 부분은 상기 중공홀에 삽입되어, 케미컬의 유압에 따라 선택적으로 케미컬을 공급 및 차단시키는 개폐유닛과; 상기 개폐유닛의 외측벽에 각각 밀착되도록 상기 몸체 내의 소정 부분에 쌍으로 설치되며, 케미컬의 유압에 따라 선택적으로 상기 개폐유닛을 가압하는 가압유닛; 및 상기 개폐유닛 하단의 중공홀에 설치되며, 케미컬을 분산시켜 외부로 분사시키는 유체 분산 유닛;을 포함하는 분사 노즐이 제공된다.
이때, 개폐유닛은 케미컬이 공급되는 기준 압력에서는 일자로 펴지고, 케미컬이 공급되지 않는 기준이하의 압력에서는 원래의 Y자 형상으로 돌아가는 탄력성을 지닌 가스켓 바와, 상기 가스켓 바 하단의 내측면에 각각 부착된 가스켓으로 구성된다.
또한, 개폐유닛을 이루는 가스켓 바와 가스켓, 그리고 분사 노즐의 몸체는 케미컬 성분에 견딜 수 있는 내화학성 재질로 형성하는 것이 바람직하며, 가스켓 바는 형상 기억 고무 재질로 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 가압유닛은 봉 구조의 샤프트 바와, 상기 샤프트 바의 표면을 일정 부분 감싸도록 설치되어 개폐유닛에 기준이하의 압력이 가해지면 상기 샤프트 바를 복원시키는 스프링과, 상기 스프링의 일측 끝단부에 연결되어 상기 스프링을 상기 샤프트 바에 고정시키는 스프링 지지대로 구성된다.
상기 다른 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 케미컬이 공급되는 배관 라인과; 중공홀이 구비된 몸체와, 일측 끝단은 상기 몸체 외부에 노출되어 케미컬이 공급되는 배관 라인과 연결되고, 타 부분은 상기 중공홀에 삽입되어, 케미컬의 유압에 따라 선택적으로 케미컬을 공급 및 차단시키는 개폐유닛과, 상기 개폐유닛의 외측벽에 각각 밀착되도록 상기 몸체 내의 소정 부분에 쌍으로 설치되며, 케미컬의 유압에 따라 선택적으로 상기 개폐유닛을 가압하는 가압유닛 및 상기 개폐유닛 하단의 중공홀에 설치되며, 케미컬을 분산시켜 외부로 분사시키는 유체 분산 유닛을 포함하는 분사 노즐; 및 상기 분사 노즐 하단에 배치되며, 기판이 장착되는 척으로 구성된 반도체 제조 설비가 제공된다.
상기 반도체 제조 설비로는 포토 현상 설비와 습식식각 설비를 들 수 있다.
상기와 같이 분사 노즐을 설계한 후 이를 반도체 제조 설비에 적용하면, 분사 노즐에 케미컬 공급이 중단됨과 동시에 개폐유닛과 가압유닛이 케미컬 유출을 차단하기 때문에, 케미컬 공급 완료후 분사 노즐로부터 케미컬이 떨어지는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 분사 노즐에 공급된 현상액을 배관 라인쪽으로 흡입시키는 작업이 필요없어, 분사 노즐 내로 공기가 유입되는 것을 막을 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에서 제안된 분사 노즐을 갖는 반도체 제조 설비의 개략적인 구조를 도시한 단면도이다. 상기 설비의 대표적인 예로는 포토 현상 설비와 습식식 각 설비를 들 수 있다. 여기서는 편의상 포토 현상 설비를 일 예로 들어 설명한다.
도 1을 참조하면 본 발명에서 제시된 포토 현상 설비(100)는 크게, 기판(10)이 장착되는 척(110)과, 상기 척(10)과 소정 거리 이격되고 척(10)의 상부에 설치되는 배관 라인(120) 및 상기 배관 라인(120)의 소정 부분에 연결되어 기판(10) 상으로 현상액(130)을 분사하는 분사 노즐(200)로 구성되어 있음을 알 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 A 부분(분사 노즐(200))을 확대 도시한 것으로, 도 2a는 분사 노즐이 개방된 상태를 보인 단면도이고, 도 2b는 분사 노즐이 폐쇄된 상태를 보인 단면도이다.
도 2a 및 도 2b에 의하면, 분사 노즐(200)은 배관 라인(120)에 결합되는 결합부(210), 결합부(210)에 고정되고 배관 라인(120)으로부터 공급되는 현상액(130)의 유압에 따라 현상액(130)을 선택적으로 공급 및 차단하는 개폐유닛(220), 개폐유닛(220)을 수용하는 몸체(230), 현상액(130)의 유압에 따라 선택적으로 개폐유닛(220)의 소정 부분을 가압하는 가압유닛(240) 및 몸체(230) 내부에 설치되어 몸체(230) 내로 공급된 현상액(130)을 여러 방향으로 분산시키는 유체 분산 유닛(250)으로 구성되어 있음을 알 수 있다.
결합부(210)는 내부에 중공홀(212)이 형성된 관으로, 외측면에 수나사선(214)이 형성되어 배관 라인(120)과 나사 결합되도록 설계되고, 개폐유닛(220)과 분사 노즐(200)의 몸체(230)는 케미컬 성분에 견딜 수 있는 내화학성 재질로 형성된다.
개폐유닛(220)은 가스켓 바(222)와 가스켓(224)로 구성된다. 가스켓 바(222)는 탄력성이 있는 형상 기억 고무(또는 천연 고무) 재질로 형성되며, 현상액의 누수(leak)를 방지하기 위하여 현상액(130)이 공급되는 기준 압력에서는 도 2a와 같이 일자로 펴지면서 몸체(230) 내부로 현상액(130)을 공급하고, 현상액이 공급되지 않는 기준이하의 압력에서는 도 2b와 같이 원래의 Y자 형상으로 돌아가 중공홀 내로의 케미컬 유입을 차단시키는 구조로 설계된다. 여기서, 기준 압력이란 배관 라인으로부터 현상액이 공급되고 있는 상태를 나타내고, 기준이하의 압력이란 배관 라인으로부터 현상액 공급이 중단된 상태를 나타낸다. 가스켓(224)은 가스켓 바(222) 하단의 내측면(b)에 각각 부착되어, 가스켓(222)이 Y자 형상으로 돌아갔을 때 서로 맞물리도록 제작된다. 이처럼 가스켓(224)을 별도 더 설치한 것은 이중 밀봉 효과를 얻기 위함이다.
이와 같이 제작된 가스켓 바(222)는 몸체(230) 내에 삽입되고, 일측 끝단부만이 몸체(230) 외부에 노출된다. 외부로 노출된 가스켓 바(222)의 외측면은 수나사선(226)이 형성되어 결합부(210)와 함께 배관 라인(120)에 나사 결합되고, 상면은 결합부(210)에 고정된다.
몸체(230)는 내부에 중공홀이 형성된 관으로, 가스켓 바(222)를 사이에 두고 결합부(210)와 일체로 연결되며, 중공홀 내부에는 앞서 언급했듯이 가스켓 바(222)가 수용된다. 중공홀에 삽입된 가스켓 바(222)의 외측면(a)에는 몸체(230) 내부에 중공홀과 연통되는 별도의 삽입 공간(234)이 더 구비되고, 상기 삽입 공간(234)의 안쪽 끝단에는 가압유닛 지지대(232)가 설치된다. 이때, 삽입 공간(234)은 동일 높이에 서로 마주보도록 쌍으로 형성된다.
가압유닛(240)은 몸체(230) 내의 삽입 공간(234)에 각각 한 개씩 설치되며, 샤프트 바(240a)와 스프링(240b) 및 스프링 지지대(240c)로 구성된다.
샤프트 바(240a)는 봉 형상으로 제작되고, 스프링(240b)은 스프링 지지대(240c)에 의해 샤프트 바(240a)에 고정된 채로 샤프트 바(240a)의 표면을 일정 부분 감싸도록 설치되며, 샤프트 바(240a)의 일측 끝단부는 가압유닛 지지대(232)에 끼워지도록 세팅된다.
이와 같이 샤프트 바(240a)의 일측 끝단부를 가압유닛 지지대(232)에 끼워지도록 세팅한 것은 샤프트 바(240a)가 삽입 공간(234)으로부터 이탈되는 것을 방지하고, 현상액의 유압에 의해 샤프트 바(240a)가 삽입 공간(234) 내로 깊숙히 밀려들어왔을 때 이를 수납하기 위함이다.
따라서, 개폐유닛(220)에 기준 압력이 가해지면 도 2a와 같이 스프링(240b)이 수축됨과 동시에 샤프트 바(240a)가 삽입 공간(234) 내로 밀려들어와 가압유닛 지지대(232)의 안쪽까지 깊숙히 수납되고, 개폐유닛(220)에 기준이하의 압력이 가해지면 도 2b와 같이 스프링(240b)이 이완됨과 동시에 샤프트 바(240a)가 삽입 공간(234) 바깥으로 돌출되어 가스켓 바(222)의 측벽을 가압하도록 가압유닛(240)이 동작된다.
유체 분산 유닛(250)은 개폐유닛(220) 하단의 중공홀 내에 설치되며, 소정 형상의 몸체(252)와, 몸체의 표면을 따라 나선형으로 형성되어 현상액(130)을 여러 방향으로 분산시키는 복수개의 유체 분산홈(254)으로 구성된다.
그러므로, 현상액(130)이 개폐유닛(220)을 통해 몸체(230) 내부로 공급되면 현상액(130)의 유압에 의해 회전하면서 도 2a에 도시된 바와 같이 현상액(130)을 여러 방향으로 분산시켜 분사 노즐(200)의 외부로 분사시킨다. 도 2a에서 미설명 참조번호 20은 기판(10) 상에 도포된 PR을 나타낸다.
이와 같이 구성된 분사 노즐의 작용을 첨부된 도면 도 2a와 도 2b를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
척(110)에 PR(20)이 도포된 기판(10)이 안착되면, 펌프(미도시) 구동에 의해 현상액(130)이 배관 라인(120)을 통해 분사 노즐(200)로 공급된다. 분사 노즐(200)로 현상액이 공급되면, 도 2b와 같이 폐쇄되어 있던 가스켓 바(222)가 현상액(130)의 유압에 의해 일자로 펴지면서 도 2a와 같이 개폐유닛(220)이 개방된다. 이와 동시에 가스켓 바(222)를 가압하고 있던 샤프트 바(240a)는 삽입 공간(234) 내의 가압유닛 지지대(232) 안쪽까지 깊숙히 밀려들어간다.
개폐유닛(220)이 개방되면, 현상액(130)이 유체 분산 유닛(250)쪽으로 공급되고, 유체 분산 유닛(250)은 공급된 현상액(130)의 유압에 의해 소정의 속도로 회전하게 된다. 이때, 유체 분산 유닛(250)의 분산홈(254)으로 유입된 현상액(130)은 여러 방향으로 분산되면서 기판(10) 상의 PR(20) 위로 분사된다.
현상액(130) 분사가 완료되면, 분사 노즐(200)로부터 더 이상의 현상액(130)이 분사되지 않도록 펌프 구동을 정지시킨다. 그러면, 분사 노즐(200)로부터 현상액(130)이 공급되지 않기 때문에 유압이 발생되지 않는다.
현상액 분사가 완료되어 유압이 발생되지 않으면, 도 2b와 같이 스프링(240b) 동작 및 가스켓 바(222)의 형상 기억 현상에 의해 일자로 펴졌던 가스켓 바(222)가 다시 수축되어 원래의 Y자 형상으로 복원됨과 동시에 가압유닛 지지대(232) 안쪽으로 깊숙히 밀려들어갔던 샤프트 바(240a)가 삽입 공간(234) 밖으로 돌출되면서 개폐유닛(220)을 폐쇄시킨다.
한편, PR(20) 상으로 현상액(130)이 분사되면 분사된 현상액(130)이 PR(20) 표면에 고르게 퍼지도록 기판(10) 놓여진 척(110)을 소정의 속도로 회전시키고, 현상액(130)과 PR(20)이 반응하는 시간 동안 척(110)을 정지시킨다. 이와 같이 하면, 노광 공정에서 빛을 받은 부분과 그렇지 않은 부분의 PR이 선택적으로 식각되어, 원하는 PR 패턴이 형성된다.
이로 보아 도 2a 및 도 2b의 구조로 분사 노즐을 설계하면, 현상액(130) 공급이 중단됨과 동시에 개폐유닛(220) 및 가압유닛(240)을 이용해서 분사 노즐(200) 내로의 현상액(130) 유입을 차단시킬 수 있음을 알 수 있다. 즉, 현상액 공급 완료후 분사 노즐로부터 기판 상으로 현상액이 떨어지는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다. 게다가, 분사노즐(200)에 공급된 현상액(130)을 배관 라인(120)쪽으로 흡입(suck back)시키는 작업없이도 분사 노즐(200)을 폐쇄시킬 수 있어, 분사 노즐(200) 내로의 공기 유입 자체를 차단할 수 있게 되므로, 후속 런 진행시 에어 버블이 발생하는 것을 막을 수 있게 된다. 그 결과, 얼룩 불량이나 패턴 불량이 발생되는 것을 방지할 수 있게 되므로, 제품의 품질을 향상시키고, 원가를 절감시킬 수 있게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명에 서 제안된 분사 노즐(200)은 현상 설비 뿐 아니라 분사 노즐을 이용하여 기판 상에 케미컬을 분사하는 모든 설비 예컨대, 습식식각 설비 등에도 적용 가능하며, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양하게 변형 실시될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 분사 노즐에 현상액 공급이 중단됨과 동시에 분사 노즐의 개폐유닛과 가압유닛에 의해 현상액 유출이 차단되기 때문에, 현상액 공급 완료후 분사 노즐로부터 기판쪽으로 현상액이 떨어지는 것을 방지할 수 있고, 후속 런 진행시 에어 버블이 발생하는 것을 막을 수 있으므로, 얼룩 불량 및 패턴 불량을 방지할 수 있게 된다.

Claims (7)

  1. 중공홀이 구비된 몸체와;
    일측 끝단은 상기 몸체 외부에 노출되어 케미컬이 공급되는 배관 라인과 연결되고, 타 부분은 상기 중공홀에 삽입되어 케미컬의 유압에 따라 선택적으로 케미컬을 공급 및 차단시키는 개폐유닛과;
    상기 개폐유닛의 외측벽에 각각 밀착되도록 상기 몸체 내의 소정 부분에 쌍으로 설치되며, 케미컬의 유압에 따라 선택적으로 상기 개폐유닛을 가압하는 가압유닛; 및
    상기 개폐유닛 하단의 중공홀에 설치되며, 케미컬을 분산시켜 외부로 분사시키는 유체 분산 유닛;을 포함하되,
    상기 가압유닛은
    봉 구조의 샤프트 바와;
    상기 샤프트 바의 표면을 일정 부분 감싸도록 설치되며, 상기 개폐유닛에 기준이하의 압력이 가해지면, 상기 샤프트 바를 복원시키는 스프링; 및
    상기 샤프트 바의 표면 소정 부분에 설치되며, 상기 스프링의 일측 끝단부에 연결되어, 상기 스프링을 상기 샤프트 바에 고정시키는 스프링 지지대로 구성된 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 개폐유닛과 상기 몸체는
    케미컬 성분에 견딜 수 있는 내화학성 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 개폐유닛은
    케미컬이 공급되는 기준 압력에서는 일자로 펴지고, 케미컬이 공급되지 않는 기준이하의 압력에서는 원래의 Y자 형상으로 돌아가는 탄력성을 지닌 가스켓 바; 및
    케미컬의 누수를 완벽하게 차단시킬 목적으로 상기 가스켓 바 하단의 내측면에 각각 부착된 가스켓으로 구성된 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 가스켓 바는
    형상 기억 고무 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 분사 노즐.
  5. 삭제
  6. 케미컬이 공급되는 배관 라인과;
    중공홀이 구비된 몸체와, 일측 끝단은 상기 몸체 외부에 노출되어 케미컬이 공급되는 배관 라인과 연결되고, 타 부분은 상기 중공홀에 삽입되어 케미컬의 유압에 따라 선택적으로 케미컬을 공급 및 차단시키는 개폐유닛과, 상기 개폐유닛의 외측벽에 각각 밀착되도록 상기 몸체 내의 소정 부분에 쌍으로 설치되며, 케미컬의 유압에 따라 선택적으로 상기 개폐유닛을 가압하는 가압유닛 및 상기 개폐유닛 하 단의 중공홀에 설치되며, 케미컬을 분산시켜 외부로 분사시키는 유체 분산 유닛을 포함하는 분사 노즐; 및
    상기 분사 노즐 하단에 배치되며, 기판이 장착되는 척으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 설비는
    포토 현상 설비나 습식식각 설비인 것을 특징으로 하는 반도체 제조 설비.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH1133439A (ja) * 1997-07-22 1999-02-09 Dainippon Screen Mfg Co Ltd 処理液吐出ノズル、基板処理装置および処理液供給方法
KR19990068214A (ko) * 1998-01-30 1999-08-25 데니스 피. 산티니 무화 노즐 및 그 사용 방법

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