KR20060078268A - 감광막 현상 장치용 노즐 - Google Patents

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KR20060078268A
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Abstract

반도체 소자 제조 공정 중 포토 리소그라피 공정에서 감광막을 제거하기 위한 감광막 현상 장치를 개시한다. 특히, 본 발명은 감광막 현상 장치에서 웨이퍼에 대향하는 전면부에 현상액이 분사되는 복수개의 분사구가 형성된 현상액 노즐에 관한 것이다. 여기서, 복수개의 분사구 각각은 그 직경이 실질적으로 동일하게 형성되고, 상호 일정한 간격으로 배치되되, 노즐의 전면부의 중심에 대하여 방사상으로 대칭되게 배치된다. 그리하여, 보다 많은 분사구를 형성하여 현상액의 분사 압력을 낮추면서 동시에 현상액의 분사 압력을 동일하게 유지할 수 있다. 나아가, 보다 넓은 영역에 걸쳐 현상액을 웨이퍼에 균일하게 분사할 수 있으므로, 웨이퍼의 가장자리에 감광막이 두껍게 코팅되어 있는 경우에도 웨이퍼 전면에 걸친 현상 균일도를 향상시킬 수 있다.

Description

감광막 현상 장치용 노즐{Nozzle For Photoresist Development Equipment}
도 1은 종래의 감광막 현상 장치의 구조도이다.
도 2는 종래의 감광막 현상 장치에 사용되는 정방형 노즐의 전면부 및 그에 형성된 복수개의 분사구 형상을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 감광막 현상 장치용 노즐을 이용하여 웨이퍼 상에 현상액을 분사하는 상태를 도시한 개요도이다.
도 4는 본 발명에 따른 감광막 현상 장치에 채용되는 원판형 노즐의 전단면을 도시한 도면이다.
본 발명은 반도체 웨이퍼 상에 현상액을 분사하여 감광막을 제거하는 감광막 현상 장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 반도체 소자 제조시 포토리소그라피(Photolithography) 공정에서 노광(Exposing) 공정 후에 감광막을 제거하기 위하여 현상액을 분사하는 데에 사용되는 현상액 노즐에 관한 것이다.
반도체 소자 제조 공정에 있어서, 실리콘막, 산화막, 필드 산화막, 실리콘 질화막, 폴리 실리콘막, 금속 배선막 등의 다양한 형태의 막이 다층 구조로 적층된 다. 이러한 다층 구조의 반도체 소자 제조 공정에서는 증착 공정, 산화 공정, 포토 리소그라피 공정, 에칭 공정, 세정 공정, 린스 공정 등과 같은 여러 가지 공정들을 필요로 한다. 본 발명은 반도체 소자 제조 공정 중에서 노광 공정 후에 생성된 감광막을 제거하는 현상 공정을 위한 현상액 노즐에 관한 것이다.
한편, 반도체 제조 공정 중에 수행되는 여러 가지 공정들 중에서 포토리소그라피 공정은 감광막 코팅 공정, 노광 공정, 현상 공정, 건조 공정 등으로 구분할 수 있는데, 이러한 포토 리소그라피 공정은 웨이퍼 상에 임의의 회로 패턴을 갖는 하나의 막을 적층할 때마다 수행되어야 하므로 그 수행 횟수가 다른 공정들에 비해 빈번하다.
특히, 감광막 현상 공정은 감광액인 알칼리 수용액에 대한 노광 지역과 비노광 지역간의 용해도 차이를 이용함으로써 최종적으로 패턴 형상을 재현하는 공정이다. 여기서, 알칼리 수액액으로는 TMAH, KOH 수용액 등을 사용할 수 있으며, 가장 보편화된 것은 TMAH 2.38 중량% 현상액이다. 양 감광제(Positive Photoresist) 현상액은 알칼리 수용액으로 되어 있으며 그 구성 성분은 알칼리와 물을 주요 성분으로 하되, 현상액의 침투력 등 성능을 향상시키기 위해 계면 활성제나 알코올류를 첨가할 수 있다. 계면 활성제는 친수성 물질과 친유성 물질이 잘 섞이도록 도와주는 화학 약품으로, 이를 첨가하면 물이 주성분인 현상액이 기름 성분인 감광제에 쉽게 침투하게 되어 현상 시간을 줄이고 현상된 패턴을 보다 깨끗하게 만들 수 있다.
현상 공정에서 중요한 것은 현상액의 침투력과 녹아 나온 감광액의 확산 속 도이다. 침투력은 계면 활성제를 통해 증가시킬 수 있으며, 지나치게 큰 침투력은 패턴 모양을 나쁘게 하므로 적절한 침투력을 갖는 계면 활성제를 사용하는 것이 좋다. 또한, 감광액의 높은 확산 속도는 계속 신선한 현상액이 공급되도록 도와주므로 감광 속도를 빠르게 할 수 있다. 이러한 확산 속도는 현상액보다는 공정 조건, 즉, 현상액의 온도와 현상 방식에 큰 영향을 받으며, 적절한 확산 속도를 가져야만 감광 속도 및 공정 마진을 좋게 할 수 있다.
이와 같이, 감광막을 제거하기 위한 현상 공정을 수행할 때, 반도체 소자의 신뢰성 확보 및 생산성 향상을 위해서는 다음과 같은 조건을 충족시킬 필요가 있다.
첫째, 감광막 현상시 입자(Particle) 또는 결함(Defect)이 발생하지 않아야 한다.
둘째, 감광막 현상시 현상 균일도(Development Uniformity)가 좋아야 한다. 즉, 감광막이 현상액에 의해 현상될 때 웨이퍼 전체에 걸쳐서 균일한 현상도를 유지해야 한다.
셋째, 공정상 요구되는 감광막 현상 시간 이외에 불필요한 시간 지연을 없애 전체 현상 시간을 단축해야 한다.
넷째, 현상액의 소모량이 적어야 한다.
한편, 포토리소그라피 공정에서 감광막을 제거하는 방법은 크게 습식(Wetting) 방식과 건식(Dry) 방식으로 나뉠 수 있다. 습식 방식에는 퍼들(Puddle) 방식, 연속 흐름(Continuous Flow) 방식, 딥(Dip) 방식 등으로 세분 된다. 그리고, 노즐형태에 따른 현상 방식으로는 스트림(Stream), 스프레이(Spray), 멀티 스프레이 또는 멀티 스트림(Multi Spray or Multi Stream) 방식으로 세분된다.
종래 방식의 일예로서, 도 1에는 정방형 노즐(10)을 이용하여 현상액을 감광막이 적층된 웨이퍼(20)상에 분사하는 멀티 스프레이 또는 멀티 스트림 방식의 노즐을 채용한 현상 장치의 구성을 개략적으로 도시하였다.
도 1을 참조하면, 웨이퍼(20)가 웨이퍼 척(30)에 흡착된 상태에서 현상액 공급 장치(미도시)로부터 보급관(40)을 통해 정방형 노즐(10)에 현상액이 공급된다. 이렇게 공급된 현상액은 웨이퍼(20) 상으로 분사된다.
다음으로, 정방형 노즐(10)을 통해 분사된 현상액이 웨이퍼(20) 전면에 걸쳐 균일한 분포로 분사되기 위하여 웨이퍼 척(30)을 회전시키게 된다. 그 결과, 웨이퍼(20)가 회전함으로써 분사된 현상액(12)이 웨이퍼(20)의 전면으로 확산되어, 감광막 제거를 위한 현상 공정이 수행된다.
도 2에는 노즐(10)의 전면부(10a)에 형성된 복수개의 분사구의 형상을 도시하였다. 도 2에서 보듯이, 복수개의 분사구는 노즐(10)의 가장자리측에 형성된 분사구(10b1)가 내측에 형성된 분사구(10b2)의 직경보다 크게 형성되어 있다. 이는 웨이퍼(20) 상에 현상액이 균일한 압력으로 분사되도록 하기 위함이다.
그러나, 상술한 종래 방식의 현상액 노즐은 다음과 같은 문제를 가지게 된다. 즉, 웨이퍼 위에 감광막을 코팅하게 되면 일반적으로 웨이퍼의 가장자리 부분에서 감광층이 두껍게 코팅되는데, 종래의 현상액 노즐에 의하면 이 경우 웨이퍼의 가장자리 부분과 중앙 부분에서 현상 속도에 차이가 발생하며 그로 인해 현상 균일도가 나빠지게 된다. 따라서, 웨이퍼의 중앙 및 가장자리 사이의 CD(Critical Dimension) 차이가 유발되므로 CD 균일도가 저하된다. 또한, 웨이퍼의 가장자리 영역에는 감광막이 두껍게 코팅되어 있기 때문에 현상 공정 후에 감광막의 찌꺼기가 남을 수 있다.
본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 웨이퍼의 가장자리에 감광막이 두껍게 코팅되어 있는 경우에도 웨이퍼의 중앙 영역과 가장자리 영역 사이의 현상 속도의 차이를 줄임으로써 웨이퍼 전면에 걸친 현상 균일도를 향상시킬 수 있는 현상액 노즐을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 감광막 현상 장치에서 웨이퍼에 대향하는 전면부에 현상액이 분사되는 복수개의 분사구가 형성된 현상액 노즐로서, 상기 복수개의 분사구 각각을 그 직경이 실질적으로 동일하게 형성하고, 각각의 분사구들이 상호 일정한 간격으로 배치되되 상기 노즐의 상기 전면부의 중심에 대하여 방사상으로 대칭되게 배치된 것을 특징으로 한다. 그리하여, 보다 많은 분사구를 형성하여 현상액의 분사 압력을 낮추면서 동시에 웨이퍼 전면에 걸친 현상액의 분사 압력을 일정하게 유지할 수 있으며, 따라서 보다 넓은 영역에 걸쳐 현상액을 균일하게 분사할 수 있다.
이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설 명하기로 한다.
먼저, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 현상액 노즐은 대략 웨이퍼의 반경과 대략 동일한 크기의 직경을 가지는 원판형 노즐(100)로 구성된다. 노즐(100)은 웨이퍼(20)에 대향하는 위치에서 현상액(120)을 웨이퍼(20)의 전면에 분사하도록 구성된다.
웨이퍼(20)는 노즐(100)의 전면부로부터 일정한 거리만큼 이격되어 대향하도록 배치되며, 구동 모터(미도시)에 의해 회전되는 웨이퍼 척에 고정되어 현상 공정 동안에 소정의 속도로 회전된다. 이와 같은 구성의 현상 장치에서, 현상액을 웨이퍼에 분사하여 감광막을 제거하는 현상 공정은 도 1에서 설명한 예와 유사하므로 구체적인 공정에 대한 설명을 생략하기로 한다.
도 4에는 본 발명에 따른 현상액 노즐의 전면부(100a) 및 상기 전면부(100a)에 형성된 복수개의 분사구(100b)의 형상을 도시하였다. 여기서, 노즐 전면부(100a)의 단면은 대략 원판형으로 형성된다. 또한, 전면부(100a)에는 복수개의 분사구(100b)가 형성되고, 복수개의 분사구(100b)는 모두 동일한 직경을 가진다. 또한 각각의 분사구(100b)들은 이웃하는 분사구에 대하여 일정한 간격으로 배치되어 있다. 나아가, 복수개의 분사구(100b)는 전면부(100a)의 중심부에 대하여 방사상으로 대칭이 되도록 배치되어 있다.
이러한 구성의 노즐을 통하여, 복수개의 분사구를 통해 분사되는 현상액이 일정한 압력으로 분사되게 한다. 즉, 복수개의 분사구(100b)가 전면부(100a)의 중심에 대하여 대칭되게 배치함으로써 각각의 분사구(100b)에 전달되는 현상액이 방 사상으로 동일한 양만큼 전달될 수 있다. 그리하여, 분사구가 형성된 전 영역에 대하여 균일하게 현상액이 분사될 수 있게 한다. 아울러, 원형의 노즐 전면부(100a)에는 보다 많은 수의 분사구(100b)를 형성할 수 있으므로 현상액의 분사 압력을 낮출 수 있다.
본 발명에 따른 노즐의 구성은 실제 현상액의 분사량 및 분사 속도에 민감하지 않으므로 현상의 균일도를 유지할 수 있으며, 웨이퍼의 가장자리 영역에 감광막이 두껍게 코팅되어 있는 경우에도 웨이퍼의 중앙부와 가장자리에서의 현상 속도를 동일하게 유지할 수 있게 된다.
특히, 도 4에서 보듯이, 노즐 전면부(100a)에 형성된 복수개의 분사구(100b)에 있어서, 웨이퍼의 중앙으로부터 가장자리로 향하는 방사 방향으로의 분사구 형성 거리를 현상액 분사 영역의 방사 방향 거리(L)로 정의할 때, 상기 거리 L은 웨이퍼의 반경과 실질적으로 동일한 것이 바람직하다. 그리하여, 웨이퍼 상에 코팅된 감광막 상에 분사되는 현상액이 웨이퍼 전면에 걸쳐 균일하게 분사할 수 있다. 따라서 현상 균일도를 개선시키고 또한 미세한 기포 등의 결함 발생을 최대한 억제할 수 있다.
본 발명에 따르면, 웨이퍼 상의 감광막에 현상액을 낮고 균일한 압력으로 분사할 수 있으며, 나아가 웨이퍼의 가장자리에 감광막이 두껍게 코팅되어 있는 경우에도 웨이퍼의 중앙 영역과 가장자리 영역 사이의 현상 속도의 차이를 줄임으로써 웨이퍼 전면에 걸친 현상 균일도를 향상시킬 수 있다. 즉, 노즐 전면부에 보다 많은 수의 분사구를 형성하여 현상액의 분사 압력을 낮추면서도 웨이퍼 전면에 걸친 현상액의 분사 압력을 일정하게 유지할 수 있으며, 따라서 보다 넓은 영역에 걸쳐 현상액을 균일하게 분사할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 현상액 노즐에 대하여 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (2)

  1. 웨이퍼에 현상액을 분사하여 웨이퍼에 형성된 감광막을 현상하는 장치의 현상액 노즐에 있어서,
    현상액을 공급하는 보급관의 종단에 결합되며 상기 웨이퍼의 반경과 동일한 크기로 형성된 원판 노즐과,
    상기 원판 노즐의 전면부에 상호 일정한 간격으로 상기 전면부의 중심부에 대하여 방사상으로 대칭되도록 배치된 동일 직경의 복수개의 분사구를 포함하는 현상액 노즐.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 분사구로부터 분사되는 현상액 분사 영역의 방사 방향 거리(L)는 상기 웨이퍼의 반경과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 현상액 노즐.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102226337B1 (ko) * 2020-09-21 2021-03-09 이정현 분사노즐 제조용 고정장치 및 그것에 의해 제조되는 분사노즐

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