KR20050102183A - 포토레지스트 막 형성 장치 - Google Patents

포토레지스트 막 형성 장치 Download PDF

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Abstract

양질의 포토레지스트 막을 형성할 수 있는 포토레지스트 막 형성 장치가 개시되어 있다. 포토레지스트 막 형성 장치는 포토레지스트 용액이 수용된 리저버부, 리저버부로부터 공급된 포토레지스트 용액을 임시 저장하기 위한 버퍼 탱크, 버퍼 탱크로부터 포토레지스트 용액을 공급받아 반도체 기판 상으로 분사하기 위한 분사 노즐, 리저버부와 버퍼 탱크를 연결하는 제1 공급 라인, 버퍼 탱크와 분사 노즐을 연결하는 제2 공급 라인, 제1 공급 라인으로부터 분기된 드레인 라인, 제1 공급 라인 상에 설치된 센서 유닛, 및 센서 유닛으로부터 포토레지스트 용액의 정보를 제공받아 해당 공정을 제어하는 제어 유닛을 포함한다. 센서 유닛으로부터 측정된 포토레지스트 용액 정보가 기 설정된 정보의 오차 범위를 초과할 경우, 초과된 포토레지스트 용액을 폐수 라인으로 배출하고 새로운 포토레지스트 용액을 공급함으로써 반도체 기판 상에 불균일한 포토레지스트 막이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

Description

포토레지스트 막 형성 장치{APPARATUS FOR FORMING A PHOTO-RESIST FILM ON A SUBSTRATE}
본 발명은 포토레지스트 막 형성 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 포토레지스트 용액을 웨이퍼 표면에 분사하여 포토레지스트 막을 형성하는 장치에 관한 것이다.
현재 반도체 장치에 대한 연구는 보다 많은 데이터를 단시간 내에 처리하기 위하여 고집적 및 고성능을 추구하는 방향으로 진행되고 있다. 반도체 장치를 제조하기 위해서는 막 형성, 패턴 형성, 금속 배선 형성 등과 같은 일련의 단위 공정을 수행한다.
패턴 형성 공정에는 사진 식각 공정이 포함되며, 사진 식각 공정은 세정 공정, 표면 처리 공정, 포토레지스트 막 형성 공정, 정렬/노광 공정, 및 현상 공정으로 크게 구분된다. 이 중에서, 포토레지스트 막 형성 공정을 수행하기 위한 장치를 포토레지스트 막 형성 장치라고 한다.
도 1은 종래에 개시된 포토레지스트 막 형성 장치를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 1을 참조하면, 포토레지스트 막 형성 장치(10)는 포토레지스트 용액 공급부(20), 버퍼 탱크(30), 필터(40), 및 분사 노즐(50)을 포함한다.
포토레지스트 용액 공급부(20)는 제1 보틀(bottle, 21) 및 제2 보틀(22)을 포함하며, 각 보틀(21, 22)에는 포토레지스트 용액이 저장된다.
제1 보틀(21)은 제1 라인(61)을 통하여 버퍼 탱크(30)에 연결되고, 제2 보틀(21)은 제2 라인(62)을 통하여 버퍼 탱크(30)에 연결된다. 즉, 제1 및 제2 보틀(21, 22)은 버퍼 탱크(30)에 병렬로 연결된다.
버퍼 탱크(30)는 제3 라인(63)을 통하여 웨이퍼(1) 상부에 위치한 분사 노즐(50)에 연결되고, 필터(40)는 제3 라인(63) 상에 설치된다.
포토레지스트 용액은 포토레지스트 용액 공급부(20)로부터 버퍼 탱크(30)로 이동되어 일시 저장된 후, 필터(40)를 거쳐 분사 노즐(50)로 이동한다. 이후, 포토레지스트 용액은 분사 노즐(50)을 통하여 웨이퍼(1) 표면으로 분사되어, 포토레지스트 막으로 형성된다.
전술한 바와 같이, 버퍼 탱크(30)에는 복수개의 보틀(21, 22)들이 연결된다. 이는 포토레지스트 용액의 부족으로 인한 공정 에러를 방지하기 위함이다. 우선, 제1 보틀(21)내의 포토레지스트 용액이 버퍼 탱크(30)로 공급되고, 제1 보틀(21)내의 포토레지스트 용액이 소진되면 제2 보틀(22) 내의 포토레지스트 용액이 버퍼 탱크(30)로 공급된다. 따라서 제1 보틀(21) 내의 포토레지스트 용액과 제2 보틀(22)내의 포토레지스트 용액은 실질적으로 동일해야한다.
하지만, 반도체 제조 공정에 사용되는 포토레지스트 용액의 종류는 매우 다양한 관계로, 다른 포토레지스트 용액을 포함하는 보틀(21, 22)을 버퍼 탱크(30)에 잘못 연결하는 공정 사고가 발생할 수 있다.
서로 다른 점도의 포토레지스트 용액들을 웨이퍼(1)로 분사할 경우, 해당 웨이퍼(1) 표면에 형성되는 포토레지스트 막의 특성이 저하되는 것은 너무나 자명하다.
또한, 다른 포토레지스트 막을 형성하기 위하여 이에 상응하는 포토레지스트 용액의 보틀(21, 22)을 버퍼 탱크(30)에 바람직하게 연결하였다 하더라도, 기존의 공정에서 이용되었던 포토레지스트 용액이 버퍼 탱크(30), 제1, 및 제2 라인(61, 62)에 잔류하여 새로 공급된 포토레지스트 용액과 혼합될 수 있다. 당연히 새로 공급된 포토레지스트 용액의 점도는 변화된다.
포토레지스트 용액은 동일 공장에서 생산되었다 하더라도 제조일, 생산 공정상의 차이, 또는 각 보틀(21, 22)의 보관 상태 등으로 인하여 제1 및 제2 보틀(21, 22) 내의 포토레지스트 용액의 점도는 서로 상이할 수 있다.
전술한 바와 같이 목표한 점도와 다른 점도의 포토레지스트 용액이 버퍼 탱크(30)에 공급될 경우, 웨이퍼(1) 상에 형성되는 막의 특성을 예측하기 어려우며, 이로 인한 공정 에러가 발생될 것임은 너무나 자명하다. 나아가, 이는 후속공정에서도 불량한 임계 치수(critical dimension) 유발 등의 심각한 문제가 발생할 수 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반도체 기판 상에 양질의 포토레지스트 막을 형성할 수 있는 포토레지스트 막 형성 장치를 제공하는 것이다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 포토레지스트 막 형성 장치는, 포토레지스트 용액이 수용된 리저버(reservoir)부, 리저버부로부터 공급된 포토레지스트 용액을 임시 저장하기 위한 버퍼 탱크, 버퍼 탱크로부터 포토레지스트 용액을 공급받아 반도체 기판 상으로 분사하기 위한 분사 노즐, 리저버부와 버퍼 탱크를 연결하는 제1 공급 라인, 버퍼 탱크와 분사 노즐을 연결하는 제2 공급 라인, 제1 공급 라인으로부터 분기된 드레인 라인, 제1 공급 라인 상에 설치된 센서 유닛, 및 센서 유닛으로부터 포토레지스트 용액의 정보를 제공받아 해당 공정을 제어하는 제어 유닛을 포함한다. 이 경우, 제어 유닛에는 해당 공정에 바람직한 포토레지스트 용액의 정보가 기 설정되어 있다.
센서 유닛으로부터 측정된 포토레지스트 용액의 특성 정보가 기 설정된 정보의 오차 범위를 초과할 경우, 문제의 포토레지스트 용액이 버퍼 탱크로 공급되는 것을 차단한다. 따라서 반도체 기판 상에 불균일한 포토레지스트 막이 형성되는 것을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 포토레지스트 막 형성 장치에 대하여 상세하게 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 막 형성 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하면, 포토레지스트 막 형성 장치(100)는 리저버부(110), 버퍼 탱크(120), 제1 공급 라인(130), 제2 공급 라인(140), 필터(150), 센서 유닛(160), 분사 노즐(170), 회전 척(180), 및 제어부(190)를 포함한다.
리저버부(110)는 포토레지스트 용액을 수용하기 위한 제1 보틀(bottle, 112) 및 제2 보틀(114)을 포함한다. 이 경우, 리저버부(110)는 포토레지스트 용액의 부족으로 인한 공정 에러를 방지하기 위하여 복수개의 보틀(112, 114)들을 포함한다. 본 실시예의 리저버부(110)는 두개의 제1 및 제2 보틀(112, 114)을 포함하지만 다른 보틀을 더 포함할 수도 있다. 리저버부(110)는 제1 공급 라인(130)을 통하여 버퍼 탱크(120)로 포토레지스트 용액을 공급한다.
제1 공급 라인(130)은 제1 관(132)과 제2 관(134)을 포함한다. 제1 관(132)의 일단부에는 제1 보틀(112)이 연결되고, 제2 관(134)의 일단부에는 제2 보틀(114)이 연결된다. 제1 관(132)과 제2 관(134)의 타단부들은 하나로 합쳐져서 버퍼 탱크(120)에 연결된다. 즉, 제1 및 제2 보틀(112, 114)은 버퍼 탱크(120)에 각각 독립적으로 연결된다.
제1 관(132) 상에는 제1 밸브(135)가 설치되고, 제2 관(134) 상에는 제2 밸브(136)가 설치된다. 제어부(190)는 제1 밸브(135)를 개방하여 제1 보틀(112) 내부의 포토레지스트 용액을 버퍼 탱크(120)에 우선 공급하고, 제1 보틀(112)에 포토레지스트 용액이 소진되면 제1 밸브(135)를 차단하고 제2 밸브(136)를 개방하여 제2 보틀(114) 내부의 포토레지스트 용액을 버퍼 탱크(120)에 공급한다.
하나로 합쳐진 제1 관(132)과 제2 관(134)의 타단부에는 드레인 라인(139)이 분기되고, 드레인 라인(139) 상에는 제어부(190)에 의하여 작동되는 제3 밸브(137)가 설치된다.
제1 관(132)과 제2 관(134)에는 센서 유닛(160)이 각각 설치된다. 센서 유닛(160)은 점도계(viscometer)를 포함하며, 제1 및 제2 관(132, 134)을 통과하는 유체의 점도를 각각 측정하여 제어부(190)에 제공한다. 센서 유닛(160)은 다양한 종류의 점도계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서 유닛(160)은 세관 점도계(오스트발트점도계), 막구 점도계, 기포 점도계, 회전 점도계, 진동 점도계, 엥글러 점도계, 또는 굴절 점도계 등의 점도계를 포함할 수 있다.
점도계에는 여러 종류가 있다. 우선 세관 점도계는 가는 관 속을 일정 부피의 유체가 흐르는 시간을 재든가, 정상적인 유체를 흘려보내 유량을 측정하고, 푸아죄유의 법칙을 적용해서 점성률을 구한다. 세관 점도계 중에서 오스트발트점도계는 물의 점성률을 표준삼아 그것과 비교되는 값을 실측한다. 이 밖에 정지한 유체 속의 작은 구의 낙하속도를 측정해서 스토크스의 법칙을 적용하는 막구 점도계, 기포의 상승속도를 측정하는 기포점도계, 동축 원통 간에 유체를 채우고 내부 원통을 회전시켜 점성저항을 재는 회전점도계, 유체 속의 진동체가 하는 비틀림 진동의 감쇠를 재는 진동점도계, 앵글러도를 측정하는 것이 엥글러점도계이다.
본 실시예에 따른 센서 유닛(160)이 일정 시간동안 유출되는 유량을 감지함으로써 점도를 측정하는 세관 점도계를 포함하는 것이 바람직하다. 하지만 이것이 본 발명을 제한하거나 한정하는 것은 아니다.
제어부(190)에는 해당 공정에 바람직한 포토레지스트 용액의 기준 정보가 기 설정되어 있다. 제어부(190)는 제1 관(132) 또는 제2 관(134)을 통과하는 포토레지스트 용액의 정보를 센서 유닛(160)으로부터 제공받아 기준 정보와 비교한다. 센서 유닛(160)으로부터 제공된 정보가 기준 정보의 오차 범위를 초과할 경우, 경고 신호를 발생함과 동시에 바로 대응조치를 취한다.
이미 전술한 바와 같이, 포토레지스트 용액은 노광 공정에 이용되는 광의 종류에 따라 다른 종류의 포토레지스트 용액이 선택된다. 포토레지스트 용액은 크게 형성 두께(㎛), 속도(msec), 및 분해능력(㎛) 등에 따라서 그 종류가 구분된다. 공정 조건에 따른 포토레지스트 용액의 종류는 잡 프로파일(job profile) 등에 상세하게 나타나 있으며, 당업자가 용이하게 선택할 수 있는 사항이다. 일예로, 지 라인(g-line) 광, 아이 라인(i-line) 광, 또는 유브이(UV) 광과 같이 노광 공정에 이용되는 광의 종류에 대응하는 포토레지스트 용액을 선택한다. 하지만, 작업자의 실수로 인하여 잘못된 보틀(112, 114)이 연결될 수 있다. 이하 잘못된 보틀(112, 114)이 연결되었을 때 제어부(190)의 공정제어 및 대응조치에 대하여 자세하게 설명한다.
제1 공급 라인(130)의 제1 관(132)에 해당 공정과 무관한 제1 보틀(112)이 연결된 경우, 제1 보틀(112) 내부의 포토레지스트 용액이 제1 관(132)을 처음 통과할 때 센서 유닛(160)은 포토레지스트 용액의 점도를 측정하여 제어부(190)에 제공한다. 제어부(190)는 센서 유닛(160)으로부터 제공된 점도 정보와 기 설정된 기준 정보와 비교한다. 이로써 제어부(190)는 이상 포토레지스트 용액이 공급됨을 감지하고, 즉시 제1 밸브(135)를 폐쇄한다. 또한, 제어부(190)는 드레인 라인(139) 상의 제3 밸브(137)를 개방하여 제1 공급 라인(130) 내부의 이상 포토레지스트 용액을 퀵 드레인(quick drain) 시킨다. 따라서 이상 포토레지스트 용액이 버퍼 탱크(120)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
이상 포토레지스트 용액이 공급됨을 감지되었다하여 포토레지스트 막 형성 공정을 중지하는 것은 바람직하지 않다. 따라서 보다 발전적으로는, 제어부(190)가 이상 포토레지스트 용액을 퀵 드레인(quick drain) 시킨 후, 바로 제2 밸브(136)를 개방하여 제2 보틀(114)로부터 포토레지스트 용액을 버퍼 탱크(120)로 공급한다.
상술한 바와 같이, 이상 포토레지스트 용액이 드레인 된 후 기준에 부합하는 점도의 포토레지스트 용액이 버퍼 탱크(120) 공급되면 제어부(190)는 드레인 라인(139) 상의 제3 밸브(137)를 폐쇄한다. 따라서 버퍼 탱크(120)에는 해당 공정에 부적합한 포토레지스트 용액만이 공급되고, 버퍼 탱크(120)의 오염이 방지된다.
버퍼 탱크(120)는 리저버부(110)로부터 공급된 포토레지스트 용액을 임시 저장하였다가, 제2 공급 라인(140)을 통하여 분사 노즐(170)로 이동시킨다. 이 경우, 제2 공급 라인(140) 상에는 필터(150)가 설치되어, 버퍼 탱크(120) 내부의 포토레지스트 용액은 필터(150)를 경유하여 내부의 불순물이 제거된 뒤 분사 노즐(170)로 이동된다.
분사 노즐(150)은 포토레지스트 막 형성 공정이 수행되는 챔버(180) 내부로 연장된다. 분사 노즐(150)에 대향된 방향에는 회전 척(170)이 배치되고, 회전 척(170)의 상면에는 반도체 기판(W)이 배치된다.
분사 노즐(170)은 챔버(181) 내부로 포토레지스트 용액을 공급한다. 분사 노즐(170)로부터 분사된 포토레지스트 용액은 반도체 기판(W) 표면에 소정의 두께로 도포된다. 비록 도시하지는 않았지만, 포토레지스트 용액은 펌프에 의하여 리저버부(110)로부터 분사 노즐(170)까지 이동된다.
포토레지스트 용액을 분사 시, 포토레지스트 용액이 반도체 기판(W) 표면에 균일하게 분사되도록 반도체 기판(W)을 회전시키는 것이 바람직하다. 회전 척(180)은 반도체 기판(W)을 수평방향으로 회전시키며, 회전 속도는 공정 조건에 따라서 제어부(190)에 의해 조절된다.
본 발명에 따르면, 포토레지스트 용액이 분사되기 전에 해당 용액의 점도를 측정하고, 검출된 이상 점도의 포토레지스트 용액이 버퍼 탱크로 유입되기 전에 드레인 시킴으로써 버퍼 탱크 이후의 포토레지스트 막 형성 장치가 오염되는 것을 방지할 수 있다. 이상 포토레지스트 용액이 반도체 기판 상에 분사되는 것을 미연에 방지할 수 있어 반도체 기판 상에 양질의 포토레지스트 막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 후속 공정의 효율 및 생산 효율을 크게 향상 시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 종래에 개시된 포토레지스트 막 형성 장치를 설명하기 위한 개략적인 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 막 형성 장치를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100：포토레지스트 막 형성 장치 110：리저버부
112：제1 보틀 114：제2 보틀
120：버퍼 탱크 130：제1 공급 라인
132：제1 관 134：제2 관
135：제1 밸브 136：제2 밸브
137：제3 밸브 139：드레인 라인
140：제2 공급 라인 150：필터
160：센서 유닛 170：분사 노즐
180：회전 척 181：챔버
190：제어부 W：반도체 기판

Claims (5)

  1. 포토레지스트 용액이 저장된 러저버(reservoir) 부;
    상기 리저버부로부터 포토레지스트 용액을 공급받아 상기 포토레지스트 용액을 일시 저장하는 버퍼 탱크;
    상기 리저버부와 상기 버퍼 탱크를 연결하는 공급 라인 상에 설치되어 상기 공급 라인을 통과하는 포토레지스트 용액의 점도를 측정하기 위한 센서 유닛;
    상기 공급 라인을 통과하는 포토레지스트 용액을 선택적으로 폐수 처리하기 위하여 상기 공급 라인으로부터 분기된 드레인 라인;
    상기 버퍼 탱크로부터 포토레지스트 용액을 제공받아 반도체 기판 상으로 포토레지스트 용액을 분사하기 위한 분사 유닛; 및
    상기 반도체 기판의 상면에 양질의 포토레지스트 막을 형성하기 위하여 상기 센서 유닛으로부터 측정된 포토레지스트 용액의 점도에 따라 상기 공급 라인을 통과하는 포토레지스트 용액을 상기 드레인 라인으로 유도하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 막 형성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 센서 유닛은 상기 공급 라인을 통과하는 포토레지스트 용액의 단위 시간당 유량을 측정하여 상기 포토레지스트 용액의 점도를 측정하는 세관 점도계를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 막 형성 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 리저버 부는 상기 포토레지스트 용액이 충진된 복수개의 보틀(bottle)들을 포함하고, 상기 보틀들은 상기 공급 라인에 독립적으로 연결된 것을 특징으로 하는 포토레지스트 막 형성 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 공급 라인을 통과하는 포토레지스트 용액을 상기 드레인 라인으로 유도하기 위하여 상기 공급 라인과 상기 드레인 라인을 개폐하는 밸브 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 막 형성 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 분사 유닛에 대향된 방향에는 상기 반도체 기판을 지지 및 회전시키기 위한 회전 척이 더 설치된 것을 특징으로 하는 포토레지스트 막 형성 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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