KR20060078513A - 반도체 웨이퍼 현상장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 웨이퍼 현상장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 현상액을 웨이퍼에 분사하는 분사노즐 장치를 구비하고, 상기 웨이퍼의 면적과 대응되는 웨이퍼 척을 포함하는 현상장치에 관한 것이다.

따라서, 본 발명의 반도체 웨이퍼 현상장치는 웨이퍼 척을 웨이퍼의 크기와 대응하게 함으로써, 웨이퍼 상면의 온도를 일정하게 유지하게 하며, 상기 온도하에서는 베이크 기능을 수행하고, 웨이퍼 패턴형성 후 CD 균일성을 향상시키는 효과가 있다.

현상장치, 분사노즐, 온도

Description

반도체 웨이퍼 현상장치{Apparatus for develop of semiconductor device}

도 1은 종래의 반도체 웨이퍼 현상 공정을 위한 분사노즐 장치 단면도.

도 2는 본 발명에 의한 반도체 웨이퍼 현상 공정을 위한 분사노즐 장치 단면도.

본 발명은 반도체 웨이퍼 반도체 웨이퍼 현상장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 현상 공정의 웨이퍼 크기에 대응하는 웨이퍼 척(wafer chuk)을 구비하여, 웨이퍼 상면에 일정한 온도를 유지하게, 상기온도하에서는 베이크 기능을 수행하고, 웨이퍼의 온도가 일정하게 유지되어 웨이퍼 패턴형성 후 CD(Critical Dimension) 균일성(uniformity) 향상에 관한 것이다.

포토리소그래피(photolithography) 공정은 반도체 장치를 제조하기 위한 여러 공정중 웨이퍼 패턴(pattern)을 형성하기 위한 공정이다. 상기 공정은 웨이퍼상에 포토레지스트를 코팅(coating)하는 단계, 상기 코팅된 포토레지스트를 소프트 베이킹(soft baking)하는 단계, 노광(exposing) 단계, 하드 베이킹(hard baking) 단계, 및 현상(developing) 단계로 이루어 진다. 상기 공정 후 웨이퍼상에 형성된 패턴 등을 식각 마스크로 이용하여 식각 마스크가 오픈(open)된 부위의 막을 식각(etching)하고 불순물 이온을 주입하는 공정 등을 수행하여 패턴에 따른 소자의 형성을 가능하게 한다. 상기 포토리소그래피 공정에서 코팅은 코터(coater)에 의하여, 소프트 베이킹 및 하드 베이킹은 오븐(oven) 또는 노(furnace)에 의하여, 노광은 스테퍼(stepper)에 의하여 그리고 현상은 현상 장치(development apparatus)에 의해 각각 수행된다. 현상장치에 의한 현상(development)은 포토레지스트가 코팅 및 노광된 후 웨이퍼의 상면에 현상액을 분사하는 것으로 이루어지며, 이 때의 현상액의 고른 분사는 현상의 성패를 좌우하는 요인이 된다.

포지티브(postive) 포토레지스트용 현상액으로는 구성 성분이 알칼리와 알카리 수용액을 사용한다. 알카리 수용액으로는 TMAH(Tetramethyl amonium hydroixed) 또는 KOH 수용액 등을 사용할 수 있다. 알칼리 수용액은 현상 공정에 현상액의 침투력 향상을 위해 계면 활성제나 알콜류를 첨가시키는 경우가 있다.

계면 활성제는 친수성 물질과 친유성 물질이 잘 섞이도록 도와주는 화학 약품이며, 상기 계면 활성제를 현상액인 알칼리 수용액에 첨가시키면 기름 성분인 포토레지스트에 현상액이 쉽게 침투하게 도와주기 때문에 현상 시간을 줄일 수 있고, 현상 패턴을 보다 정확하게 만들 수 있다.

현상 공정에서 중요한 것은 현상액의 침투력과 현상액의 확산 속도이다. 현상액의 침투력은 계면 활성제를 통해 증가시킬 수 있다. 현상액의 확산 속도는 현 상액보다 공정 조건 예를 들어, 현상액의 온도와 현상 방식 등에 큰 영향을 받는다.

현상 공정에서 주로 사용되는 현상 방식은 습식(wetting) 방식과 건식(dry) 방식으로 나누어진다. 습식 방식은 푸들(puddle) 방식, 연속 분사(continuous flow) 방식, 딥(dip) 방식 등이 있다. 건식 방식은 노즐 형태에 따른 현상 방식으로서 스트림 노즐(stream nozzle) 방식, 스프레이 팁(spray tip) 방식, 다중 스프레이(multi spray) 또는 다중 스트림(multi stream) 방식이 있다.

포토레지스트를 현상하여 패턴을 형성하는 현상 공정은 다음과 같은 몇 가지 조건을 만족해야 한다.

첫째 포토레지스트 현상은 파티클(particle) 또는 결함(defect)이 발생하지 않아야 한다. 둘째 포토레지스트가 현상액에 의해서 현상될 때 웨이퍼 전체에 걸쳐서 균일한 현상도를 유지해야 한다. 셋째 현상 공정시 포토레지스트 현상 시간외에 불필요한 시간 지연을 없애 전체 현상 시간을 단축해야 한다. 마지막으로 현상액의 소모량이 적어야 한다.

특히, 반도체 장치의 고집적화 및 웨이퍼의 대 구경화가 진행되면서 웨이퍼내 선폭의 균일한 관리를 위해 웨이퍼 전체표면에 대하여 균일한 양의 현상액을 동일한 시간에 동일한 압력으로 분사해야 된다.

도 1은 종래의 반도체 웨이퍼 현상 공정을 위한 분사노즐 장치 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 반도체 현상 장비의 현상액 분사 장치는 웨이퍼(10) 고정을 위한 웨이퍼 척(11)이 있다. 상기 웨이퍼(10)의 상측에는 분사노 즐(12)이 일정 높이로 설치되어 있다. 상기 분사노즐(12)은 웨이퍼(10)와 일정한 간격으로 평행하게 설치되고, 다수의 분사구를 갖는다.

상기 현상 장비에서 현상작업이 진행되는 동작은 다음과 같다.

먼저, 웨이퍼 척(11)의 상면에 웨이퍼(10)를 얹어 놓고 진공으로 웨이퍼(10)를 고정 흡착한 다음, 모터를 이용하여 웨이퍼 척(11)을 회전시켜 웨이퍼(10)가 일정 회전수로 회전하도록 한다.

현상 장비는 분사노즐(12)을 통해 웨이퍼(10)의 상면에 현상액을 분사한다. 웨이퍼(10)는 회전하는 원심력에 의하여 웨이퍼(10)의 상면에 현상액이 디핑되면서 현상이 진행된다.

현상액이 처음 닿는 부분과 나중에 닿는 부분 사이에 시차 및 압력차이가 있는 경우에는 현상 정도차에 의하여 웨이퍼(10)의 선폭의 CD 균일도가 좋지 않는 문제점이 있다. 균일도에 영향을 미치는 요소는 웨이퍼에 현상액이 닿는 순간의 웨이퍼 계면상태, 분사 방식, 현상액의 온도, 웨이퍼 온도 등이다. 이러한 불균일한 포토레지스트에 현상액을 분사할 경우 웨이퍼 에지 부분의 두꺼운 포토레지스트가 전부 현상되지 않고 찌꺼기로 남게 된다.

현상하고자 하는 웨이퍼(10)의 직경이 큰 경우(예를 들어 8인치 이상)는 웨이퍼(10)의 표면에 도포된 현상액에 의해 현상이 진행되는 동안에 웨이퍼 척(11)과 웨이퍼(10) 사이의 열전달이 이루어진다. 상기 열로 인해 웨이퍼 표면의 중앙부와 주변부 사이의 온도 균일도의 유지가 어려워 웨이퍼(10) 중앙부와 주변부간의 온도 불균일이 발생하게 된다. 이러한 온도 불균일은 현상과정에 영향을 미쳐 결과적으 로 웨이퍼(10) 패턴형성의 균일도를 제어할 수 없게 되는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 웨이퍼 척을 개선함으로써 웨이퍼 상면에 일정한 온도를 유지하고, 웨이퍼에 일정한 온도를 가할 수 있는 베이크 기능을 수행하며, 웨이퍼의 온도를 일정하게 유지하여 CD 균일성을 향상시킬 수 있는 반도체 웨이퍼 현상장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 현상액을 웨이퍼에 분사하는 분사노즐 장치를 구비하고, 상기 웨이퍼의 면적과 대응되는 웨이퍼 척을 포함하는 현상장치에 의해 달성된다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

포토리소그라피 공정은 웨이퍼 상면에 분사될 현상액은 일정한 온도를 지닌다. 그러나 현상액의 온도는 실제의 현상중에 강하되는 것이 알려져 있다. 상기 원인은 현상액의 증발에 의한 것이다. 또, 웨이퍼의 중앙부의 현상액 온도와 그 웨이퍼 주변부의 온도 차이 때문이다. 웨이퍼의 중심부와 주변부의 현상액 과의 온도차는 웨이퍼의 중심부가 웨이퍼 척과 접촉되어 있기 때문에 웨이퍼의 중심영역의 현 상액은 급속히 강하되지 않는 반면, 웨이퍼의 주변주위에는 아무것도 존재하지 않기 때문에 웨이퍼의 주변 영역에서 현상액 온도가 급속히 강하되기 때문이다.

도 2는 본 발명에 의한 반도체 웨이퍼 현상 공정을 위한 분사노즐 장치 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 웨이퍼 척(21)은 웨이퍼(20) 면적과 유사한 것을 볼 수 있다. 상기 웨이퍼(20)의 분사노즐(22)을 통해 공급되는 현상액은 분사되는 웨이퍼(20)에 닿는 시차와 압력이 같게된다. 상기 웨이퍼(20)의 온도는 중앙부와 주변부가 일정되고, 현상액의 침투력과 확산속도가 향상된다. 종래의 기술 장치의 웨이퍼 척(11)은 본 발명의 웨이퍼 척(21)의 지지면보다 좁기 때문에, 웨이퍼의 온도의 차가 발생하는 문제점을 가지고 있다.

상기 본 발명의 실시예는 웨이퍼 척이 웨이퍼를 잡아주는 역할 뿐 아니라, 웨이퍼 상면에 일정한 온도를 유지하고, 웨이퍼에 일정한 온도를 가할 수 있는 베이크 기능을 수행하며, 웨이퍼 패턴형성 후 CD 균일성 향상을 이룰수 있다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 반도체 현상장치는 웨이퍼 척을 웨이퍼의 크기와 대응하 게 함으로써, 웨이퍼 상면의 온도를 일정하게 유지하며, 일정한 온도를 가할 수 있는 베이크 기능을 수행하고, 웨이퍼 패턴형성 후 CD 균일성을 향상시키는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 반도체 웨이퍼 현상장치에 있어서,

   현상액을 웨이퍼에 분사하는 분사노즐; 및

   상기 웨이퍼를 지지하는 수단

   을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 현상장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 웨이퍼 하부 밑면적과 대응되고, 내부에 베이크 기능을 수행할 수 있고, 부가적으로 온도 조절 기능을 수행하는 웨이퍼 척을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼 현상장치.

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