KR20060009531A - 노광장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼를 가공하기 위한 노광장치에 있어서, 상기 웨이퍼 상에 도포된 포토 레지스트의 상부에 유체를 공급하기 위한 유체 공급장치와, 상기 유체 공급 장치의 내부에 장착되며, 상기 유체의 일정량이 공급되도록 하기 위한 유체 조절장치가 구비됨을 특징으로 하는 노광장치를 제공한다. 그리하여 본 발명은 유체 공급장치내에 웨이퍼에 대한 유체의 공급량을 조절할 수 있는 유체 조절장치가 구비된 노광장치를 제공함으로써 웨이퍼에 전달되는 유체의 충격량으로 인하여 웨이퍼에 도포된 포토 레지스트 뜯김 현상을 최소화하는 효과가 있다.
노광장치, 유체 공급장치, 포토리소그래피, 포토 레지스트

Description

노광장치{Apparatus for exposure}
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 노광장치를 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 노광장치에서의 유체 조절장치를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 2의 유체 조절장치의 동작상태를 보여주는 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
101 : 웨이퍼 102 : 웨이퍼 스테이지
103 : 유체 공급장치 104 : 유체 흡입장치
105 : 렌즈 106 : 유체 조절장치
201 : 볼 202 : 스프링부
203 : 볼 지지부 204 : 스프링 지지부
본 발명은 반도체의 노광장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체 공급장치내에 웨이퍼에 대한 유체의 공급량을 조절할 수 있는 유체 조절장치가 구비된 노광장치에 관한 것이다.
반도체 제조 공정중 포토리소그래피(photo lithography) 공정은 웨이퍼 상에 실제로 필요한 회로를 포토 레지스트(photo resist : PR)를 이용하여 그리는 공정으로서, 노광 장치를 이용하여 설계하고자 하는 회로 패턴이 그려진 레티클(reticle)에 빛을 조사하여 웨이퍼 상에 도포된 포토 레지스트를 감광시킴으로써 원하는 패턴(pattern)을 웨이퍼 상에 형성할 수 있게 된다.
종래에는 반도체 소자 또는 액정표시 소자 등을 포토리소그래피 공정에서 제조하는 경우 여러 가지의 노광장치가 사용되어 왔는데, 현재는 레티클의 패턴을 투영 광학계를 통하여 표면에 포토 레지스트 등의 감광 재료가 도포된 웨이퍼 상에 전사하는 투영 노광장치가 일반적으로 사용되고 있다. 이러한 투영 노광장치로, 웨이퍼를 2차원적으로 이동이 자유로운 웨이퍼 스테이지 상에 위치시키고, 이 웨이퍼 스테이지에 의해 웨이퍼를 스텝핑(stepping) 시켜서, 레티클의 패턴을 웨이퍼상의 각 쇼트 영역에 순차적으로 노광시키는 동작을 반복하는 축소 투영 노광장치, 즉 스텝퍼(stepper)가 주류를 이루고 있다.
일반적으로 반도체 소자의 제조에 있어서 포토리소그래피 방법을 이용하여 웨이퍼의 표면에 집적회로의 패턴을 형성하는 방법은 다음과 같다.
우선, 웨이퍼의 표면을 세척하여 웨이퍼의 표면의 미립자를 제거한 후, 포토 레지스트가 웨이퍼 표면에 잘 붙도록 하기 위해 습기를 제거한다. 즉, 웨이퍼를 소수성 상태로 만든다. 또한, 디씨에스(DCS) 용제를 웨이퍼 표면에 도포하여 웨이퍼를 건조 상태로 만들어 접착성을 향상시킨다. 이와 같은 상태에서 포토 레즈스트를 스핀 코팅에 의한 방법으로 웨이퍼 표면에 코팅한다. 그 다음에 포토 레지스트의 용제를 증발시키는 열처리 공정인 소프트 베이킹 공정이 수행되는데, 용제를 증발시키는 이유는 용제가 포토 레지스트에 남아 있으면 폴리머(polymer)의 노광에 의한 화학반응이 방해를 받으며, 또한 포토 레지스트를 웨이퍼 표면에 잘 붙게 하기 위함이다.
이제 웨이퍼 표면에 코팅된 포토 레지스트에 패턴을 형성하기 위해 웨이퍼를 정확히 정렬시킨 다음 노광시키는 공정이 수행된다. 이러한 노광 공정에서 미세한 패턴을 형성하는데 있어서 주요 제한은 노출 방사 광원의 파장, 즉 마스크 주변에서의 빛의 회절각이며, 이 회절각에 의해 포토 레지스트의 패턴이 달라지게 된다. 일반적으로 노출광으로는 자외선을 사용한다. 이러한 정렬 및 노광 공정 후에 마스크에 있던 패턴은 웨이퍼에 도포된 포토 레지스트에 옮겨지게 되는데, 이 때 고분자화가 되지 못한 부분도 존재하므로 화학 약품으로 이룰 제거하는 현상 공정이 수행된다. 그런 다음에 식각, 포토 레지스트 제거, 확신 및 이온 주입, 증착, 메탈공정을 거쳐서 원하는 소자가 완성된다.
상기와 같은 여러 단계의 공정에 있어서, 특히 노광공정은 미세패턴 형성의 가장 핵심적인 기술의 하나이다. 고집적 소자의 경쟁은 포토 레지스트에 미세한 패턴을 정확하게 전달하는가에 달려 있다고 할 수 있다.
최근 반도체 회로의 미세 선폭을 위하여 차세대 광원을 이용한 레티클 노광 기술이 본격적으로 개발되어지고 있는데, 그 중 가장 각광받고 있는 것 중의 하나가 불화아르곤(ArF) 광원을 이용한 노광장치의 개발이 활발하며, 특히 이머젼 리소그래피(immersion lithography) 개념이 도입되면서 이에 따른 개발이 이루어지고 있다.
이머젼 리소그래피 설비에서는 굴절률 차이를 위한 매질로 유체가 사용되는데, 특히 물(H2O)이 이용되고 있다. 또한 상기 이머젼 리소그래피 설비는 현재, 광원의 교체없이 즉, 광원은 종래의 광원인 자외선을 그대로 사용하면서 렌즈와, 스테이지상에 놓여진 웨이퍼에 도포되어진 포토레지스트면 사이에 유체를 채워 노광함으로써 굴절률 차이에서 오는 효과를 이용하여 미세 선폭을 얻을 수 있게 되어 있다.
그러나, 이때 웨이퍼의 표면에 도포된 포토 레지스트에 집적적으로 접촉하게 되는 유체에 의한 웨이퍼 스트레스(wafer stress)로 인하여 포토 레지스트 뜯김(photo resist lifting)이 발생하는 문제점이 있다.
특히, 유체 공급장치를 통하여 유체가 분사되기 시작할 무렵에는 웨이퍼에 전달되는 충격량이 커서 포토 레지스트 뜯김이 더욱 심해지는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같은 포토 레지스트 뜯김으로 인하여 웨이퍼 생산성이 감소되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 포토 레지스트 뜯김 문제를 최소하하기 위한 유체 공급장치내에 웨이퍼에 대한 유체의 공급량을 조절할 수 있는 유체 조절장치가 구비된 노광장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 유체 공급장치를 통하여 유체가 분사되기 시작할 무렵에 웨이퍼에 전달되는 충격량을 최소화할 수 있는 유체 조절장치가 구비된 노광장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 웨이퍼에 전달되는 유체의 충격량으로 인한 포토 레지스트 뜯김 현상을 최소화 함으로써 웨이퍼의 생산성을 증가시킬 수 있는 유체 조절장치가 구비된 노광장치를 제공함에 있다.
상기의 목적들을 달성하기 위하여 본 발명은, 반도체 웨이퍼를 가공하기 위한 노광장치에 있어서, 상기 웨이퍼 상에 도포된 포토 레지스트의 상부에 유체를 공급하기 위한 유체 공급장치와, 상기 유체 공급 장치의 내부에 장착되며, 상기 유체의 일정량이 공급되도록 하기 위한 유체 조절장치가 구비됨을 특징으로 하는 노광장치를 제공한다.
나아가, 상기 유체 공급장치는 유체가 외부로 분사되는 부위로 갈수록 차츰 단면적이 좁아지게 형성되어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유체 조절장치는 유체의 압력에 의하여 유체의 공급량을 조절하기 위한 타원형의 볼과, 상기 유체 공급장치의 내벽에 장착되어 상기 볼이 유체 공급 탱크 방향으로 이동하지 않도록 하기 위한 볼 지지부와, 상기 볼을 지지하여 탄성운동을 하는 스프링부와, 상기 유체 공급장치의 내벽에 장착되어 상기 스프링부 를 지지하는 스프링 지지부가 구비됨이 바람직하다.
또한, 상기 유체는 순수(deionized water)임이 바람직하다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다양한 실시예에서의 설명들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가지는 자에게 본 발명의 보다 철저한 이해를 돕기 위한 의도 이외에는 다른 의도없이 예를 들어 도시되고 한정된 것에 불과하므로, 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 사용되어서는 아니 될 것이다. 또한, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 노광장치를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼(101), 웨이퍼 스테이지(102), 유체 공급장치(103), 유체 흡입장치(104), 렌즈(105)가 도시되어져 있다.
상기 웨이퍼(101)는 표면에 포토 레지스트가 도포되어진 후, 포토 레지스트의 용제를 증발시키는 열처리 공정인 소프트 베이킹 공정이 수행된 후의 상태로서, 원하는 회로 패턴이 있는 레티클로부터 노광 공정을 통하여 패턴이 형성되어지기 전 상태의 반도체 기판이다.
상기 웨이퍼 스테이지(102)는 상기 웨이퍼(101)를 지지하는 장치로서, 일반적으로 정전척 장치가 사용되어진다. 이는 높은 진공을 이용하여 빠르게 이동하는 동안에 상기 웨이퍼(101)를 놓치지 않고 잡고 있어야 하며, 상기 웨이퍼(101)의 어느 한쪽 부분이 강하거나 약하게 고정되는 경우 평탄도가 떨어져 초점 여유도와 정렬 정밀도에 문제가 생길 수 있다. 또한, 될 수 있으면 웨이퍼 뒷면과의 접촉 면적을 줄여 웨이퍼 뒷면에 있는 파티클에 의한 오염을 방지해야 한다.
상기 유체 공급장치(103)는 유체 공급 탱크로부터 유체가 공급되어져 상기 웨이퍼(101)에 도포되어진 포토 레지스트에 유체를 분사하는 역할을 하는 부분이다. 상기 유체는 굴절률이 큰 물질이 사용되어지는데, 순수(deionized water)가 바람직하다.
상기 유체 흡입장치(104)는 상기 유체 공급장치(103)에 의하여 상기 웨이퍼(101)에 도포되어진 포토 레지스트에 분사된 유체를 흡입하는 역할을 하는 부분이다.
상기 렌즈(105)는 투영형 노광방식 즉, 레티클과 웨이퍼 사이의 간격을 몇 센티미터로 유지하고 렌즈를 이용하여 레티클상의 회로패턴을 웨이퍼에 옮기는 노광방법에 있어서, 레티클을 투과한 광이 몇 개의 거울 사이를 오가면서 이미지 정보를 웨이퍼에 전달하게 되는데, 레티클을 통과한 광이 상기 웨이퍼(101)에 원하는 위치에 형성되도록 하는 역할을 하는 부분이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 노광장치에서의 유체 조절장치를 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 볼(201), 스프링부(202), 볼 지지부(203), 스프링 지지부(204), 유체 공급장치가 도시되어져 있다.
상기 볼(201)은 유체의 흐름을 조절하기 위한 부분으로서, 유체 탱크로부터 유체가 흐르는 경우 상기 유체의 압력에 따라서 유체 공급장치의 내부에서 유동을 함으로써 웨이퍼에 가해지는 스트레스가 줄어들 수 있게 한다. 상기 볼(201)은 원형이어도 되고, 타원형이어도 된다.
상기 스프링부(202)는 수축 또는 팽창 운동을 할 수 있는 형태로 구성되어 상기 볼(201)이 유체의 압력에 의하여 상기 유체 공급장치의 끝 부위로 천천히 이동하게 하기도 하고 유체의 흐름의 반대방향으로 이동하게도 한다. 즉, 초기에 유체의 흐름이 강해서 상기 볼(201)에 가해지는 유체의 압력이 강한 경우에는 상기 볼(201)은 상기 유체 공급장치의 끝 부위로 이동하게 되는데, 이 경우에는 상기 스프링부(202)가 수축하게 된다. 반대로, 상기 유체의 흐름이 약해져서 상기 볼(201)에 가해지는 압력이 줄어드는 경우에는 상기 스프링부(202)는 팽창하게 되고 상기 볼(201)은 볼 지지부(203)에 밀착될까지 유체의 흐름의 반대방향으로 이동하게 된다. 그리고, 정상상태, 즉 유체의 흐름이 일정하여 상기 볼(201)에 가해지는 압력이 일정한 경우에는 상기 스프링부(202)의 탄성력과 상기 유체의 압력이 평행을 이루게 되어 상기 볼(201)은 일정한 위치에 유지되게 된다.
상기 볼 지지부(203)는 상기 유체 공급장치(103)의 내벽에 장착되어지는데, 그 형상은 적어도 하나 이상의 돌기 형태로 형성되어진다. 상기 볼 지지부(203)는 상기 볼(201)이 일정한 범위 내에서 운동하도록 하기 위한 부분이다.
상기 스프링 지지부(204)는 상기 스프링부(202)를 지지하는 부분으로서 상기 볼(201)이 상기 유체의 압력에 의해 상기 스프링부(202)를 수축시키게 될 경우, 상 기 스프링부(202)가 받게 되는 힘에 견딜 수 있도록 구성되어져야 한다. 상기 스프링 지지부(204)는 돌기 형상으로 구성되어져도 되고, 상기 유체 공급 장치(103)의 단면 형태에 따라 그 전(all) 내벽에 형성되어져도 된다. 즉, 상기 유체 공급 장치(103)의 단면이 원형 또는 타원형인 경우에는 상기 스프링 지지부(204)는 링 형상이 바람직하고, 상기 유체 공급장치(103)의 단면이 사각형인 경우에는 상기 스프링 지지부(204)는 상기 유체 공급장치(103)의 단면에 상응하게 사각형으로 구성되어짐이 바람직하다. 또한, 상기 유체 공급장치(103)의 내벽중 두 개의 면에만 형성되어져 있어도 된다.
도 3은 도 2의 유체 조절장치의 동작상태를 보여주는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 유체 조절장치(106)의 동작상태가 보여지는데, 볼(201)이 유체의 압력에 의하여 스프링(202) 방향으로 운동하여 상기 스프링(202)을 압축시키는 상태를 나타낸 것이다. 상기 스프링(202)이 압축되는 경우 상기 볼(201)이 유체 조절장치(도 1의 106)에서의 유체의 흐름이 줄어들게 된다.
유체의 충격량은 일반적인 충격량 식 P = mv 로 나타난다. 여기서 P는 충격량을 나타내고, m은 유체의 질량, v는 유체의 속도를 나타낸다. 상기 충격량 식에서 보는 바와 같이 유체의 질량 m이 줄어들게 되면 충격량도 줄어들게 된다. 즉 포토 레지스트로 분사되는 유체량이 줄어들게 되면 포토 레지스트에 미치는 충격량도 줄어들게 될 것이다.
이와 같이 하여 웨이퍼 표면에 도포된 포토 레지스트가 유체의 충격량으로 인하여 뜯겨지게 되는 현상을 방지할 수 있게 되는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 노광장치는 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기본 원리를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 설계되고, 응용될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자에게는 자명한 사실이라 할 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 유체 공급장치내에 웨이퍼에 대한 유체의 공급량을 조절할 수 있는 유체 조절장치가 구비된 노광장치를 제공함으로써 웨이퍼에 전달되는 유체의 충격량으로 인하여 웨이퍼에 도포된 포토 레지스트 뜯김 현상을 최소화하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 유체 조절장치가 구비된 노광장치를 제공함으로써 유체 공급장치를 통하여 유체가 분사되기 시작할 무렵에 웨이퍼에 전달되는 충격량을 최소화하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 유체 조절장치가 구비된 노광장치를 제공함으로써 웨이퍼의 생산성을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 반도체 웨이퍼를 가공하기 위한 노광장치에 있어서:
    상기 웨이퍼 상에 도포된 포토 레지스트의 상부에 유체를 공급하기 위한 유체 공급장치와;
    상기 유체 공급 장치의 내부에 장착되며, 상기 유체의 일정량이 공급되도록 하기 위한 유체 조절장치가 구비됨을 특징으로 하는 노광장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체 공급장치는 유체가 외부로 분사되는 부위로 갈수록 차츰 단면적이 좁아지게 형성되어짐을 특징으로 하는 노광장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유체 조절장치는 유체의 압력에 의하여 유체의 공급량을 조절하기 위한 타원형의 볼과, 상기 유체 공급장치의 내벽에 장착되어 상기 볼의 운동의 범위가 제한되도록 하기 위한 볼 지지부와, 상기 볼을 지지하여 탄성운동을 하는 스프링부와, 상기 유체 공급장치의 내벽에 장착되어 상기 스프링부를 지지하는 스프링 지지부가 구비됨을 특징으로 하는 노광장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 순수임을 특징으로 하는 노광장치.
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