KR20090001006A - 반도체 소자의 제조 장치 및 그를 이용한 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 제조 장치 및 그를 이용한 제조 방법에 관한 것으로, 이멀젼 리소그래피 공정을 위하여 감광막 상부에 코팅층을 형성할 경우 웨이퍼 에지부에 형성된 코팅층이 일어나서 벗겨지는 필링(peeling) 현상이 발생하는 문제를 해결하기 위하여, 코팅 장치의 스핀 척 에지부분에 가열 장치를 구비시키고, 코팅 공정을 조절함으로써, 코팅층의 필링 현상을 방지하고 이멀젼 리소그래피 공정의 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

Description

반도체 소자의 제조 장치 및 그를 이용한 제조 방법{APPARATUS FOR FABRICATING SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD USING THE SAME}

도 1은 종래기술에 따른 웨이퍼를 도시한 단면도.

도 2는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 장치를 도시한 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치 및 제조 방법을 도시한 단면도.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치를 도시한 평면도.

본 발명은 반도체 제조 장치 및 그를 이용한 제조 방법에 관한 것으로, 이멀젼 리소그래피 공정을 위하여 감광막 상부에 코팅층을 형성할 경우 웨이퍼 에지부에 형성된 코팅층이 일어나서 벗겨지는 필링(peeling) 현상이 발생하는 문제를 해결하기 위하여, 코팅 장치의 스핀 척 에지부분에 가열 장치를 구비시키고, 코팅 공정을 조절함으로써, 코팅층의 필링 현상을 방지하고 이멀젼 리소그래피 공정의 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

반도체 제조 방법에는 일반적으로 리소그래피 공정 및 에칭 공정을 사용하여 원하는 전자소자 또는 배선 등을 패터닝하는 것이 있다. 이때, 리소그래피 공정 중 웨이퍼의 온도 변화에 따라서 웨이퍼가 변형되는 문제가 있다.

이러한 온도 변화 문제는 특히 리소그래피 공정 중 현재 차세대 리소그래피 공정 기술로 적용중에 있는 이멀젼 리소그래피 공정에서 나타나고 있다.

이멀젼 리소그래피 기술은 프로젝션 렌즈의 최종 투영 렌즈와 웨이퍼 사이에 임의의 액체를 채우고 그 액체의 굴절률만큼 광학계의 개구수(Numerical Aperture: 이하 NA)를 증가시켜 리소그래피 장치의 분해능(Resolution)을 향상시키는 기술이다.

액체에서 전파해 나가는 광원은 그 실제 파장이 공기 중에서의 파장을 해당 매질의 굴절률로 나눈 값에 해당한다.

193nm의 광원(ArF 레이저빔)을 사용할 때, 물을 매질로 선택할 경우 물의 굴절률이 1.44이므로 실제 물을 거쳐간 ArF 레이저빔의 파장은 193nm에서 134nm로 감소한다. 이는 ArF 레이져 빔을 사용하여도 ArF 레이저빔 보다 분해능을 증가시킬 수 있는 F2 레이저 빔(157nm)을 사용하는 것과 동일한 효과를 가져온다.

그러나 이멀젼 리소그래피 장치를 이용하여 노광 공정을 수행할 경우 이멀젼 액체가 반도체 기판 상부에 잔류하여 버블(Bubble) 결함으로 작용하거나, 프로젝션 렌즈부의 스캐닝 방향에 따라서 워터 마크(Water Mark)가 발생하거나, 이멀젼 액체가 반도체 기판에 스며들어 스웰링(Swelling) 또는 브리지(Bridge) 결함을 유발시키는 문제가 있다.

또한, 이멀젼 액체와 반도체 기판의 감광막이 직접 접촉되므로 이멀젼 액체 내로 감광물질이 녹아들어 이멀젼 액체 내에 불순물이 발생하고 이로 인하여 노광 효율이 감소하는 문제가 발생할 수 있다.

따라서, 감광막의 상부에 상부 코팅층을 더 형성하게 된다.

도 1은 종래기술에 따른 웨이퍼를 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 반도체 기판이 되는 웨이퍼(10) 상에 하부 반사방지막(Bottom Anti Reflecting Coating; BARC)(20)을 형성하고 그 상부에 감광막(30)을 형성한다.

여기에, 이멀젼 리소그래피 공정을 위해서는 상부 코팅층(40)을 더 형성하게 된다. 그러나, 웨이퍼(10)의 에지 부분에서 코팅층(40)의 접착력이 약하되는 경향이 있어 코팅층(40)이 벗겨져서 일어나는 현상이 발생한다.

도 2는 종래 기술에 따른 반도체 소자의 제조 장치를 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 종래의 코팅 장치는 웨이퍼(10)를 잡아서 회전시킬 수 있는 스핀 척(50) 및 코팅 공정에서 발생하는 화학 물질 또는 감광막 찌꺼기가 밖으로 배출 될 수 있도록 하는 드레인 라인(Drain Line)이 구비된다.

여기서, 스핀 척(50)은 웨이퍼(10) 보다 더 작게 구비된다. 그 이유는 감광막 형성 공정 또는 별도의 박막 코팅 공정에서 웨이퍼의 에지 부분에 불량이 발생할 확률이 많기 때문에 에지 부분에 형성되는 물질층을 식각하여 씻어내기 위한 것이다. 이와 같이 불량 발생을 방지하기 위하여 웨이퍼(10)의 에지 부분을 식각하는 공정을 EBR(Edge Bid Removal) 공정이라 하는데, 이는 별도의 추가 공정이므로 비용이 증가하며 웨이퍼의 에지부분만 정확하게 식각하는 공정 마진을 확보하기가 어 려운 단점이 있다. 또한, EBR 공정만으로 박막의 필링 현상을 완벽하게 방지할 수 없는 한계가 있다.

본 발명은 코팅 장치의 스핀 척 에지부에 가열 장치를 구비시키고, 코팅층 형성 공정을 수행하면서 웨이퍼의 온도가 60 ~ 65℃가 되도록 코팅 공정을 조절함으로써, 상부 코팅층의 필링 현상을 방지하고 이멀젼 리소그래피 공정의 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 반도체 소자의 제조 장치 및 그를 이용한 제조 공정을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치는

웨이퍼 상부에 박막을 코팅(Coating)하는 기능을 수행하는 반도체 소자의 제조 장치에 있어서,

상기 웨이퍼 전면을 지지하며, 상기 웨이퍼를 회전시킬 수 있는 스핀 척(Spin Chuck) 및

상기 스핀 척의 에지부에 구비되는 가열장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 스핀 척의 지름은 상기 웨이퍼의 지름 보다 같거나 10 ~ 20% 더 크게 구비되는 것을 특징으로 하고, 상기 가열장치는 상기 웨이퍼의 에지부를 60 ~ 65℃로 가열하는 것을 특징으로 하고, 상기 가열장치는 상기 스핀 척의 에지부 배면에 구비되는 것을 특징으로 하고, 상기 가열장치는 상기 스핀 척의 에지부 에 내장된 열선을 포함하는 것을 특징으로 한다.

아울러, 상기 반도체 제조 장치를 이용한 반도체 소자의 제조 방법은

웨이퍼 상부에 감광막을 형성하는 단계와,

상기 웨이퍼를 웨이퍼 크기로 구비되며 에지부에 가열 장치를 포함하는 스핀 척(Spin Chuck)에 로딩시키는 단계 및

상기 스핀 척을 회전시키며 상기 감광막 상부에 코팅층을 형성하되, 상기 웨이퍼 에지부를 가열시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 웨이퍼의 에지부를 가열하는 온도는 60 ~ 65℃인 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치 및 그를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관하여 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치 및 제조 방법을 도시한 단면도이다.

도 3을 참조하면, 노광 공정을 수행하기 위하여 웨이퍼(100)의 상부에 하부 반사방지막(BARC) 및 감광막(미도시)을 형성한다. 여기서, 노광 공정을 이멀젼 리소그래피 공정으로 수행할 경우 감광막의 상부에 보호층을 더 형성하여야 한다. 따라서, 웨이퍼(100)를 코팅장치의 내부에 로딩시킨다.

코팅 장치의 내부에는 먼저 웨이퍼(100) 전면을 지지할 수 있는 스핀 척(Spin Chuck)(150)이 구비된다. 스핀 척(150)의 일측에는 스핀 공정에서 감광막 또는 화학물질들이 빠져나가는 경로를 제공하는 드레인 라인(Drain Line)(160)이 구비된다. 이때, 스핀 척(150)의 지름은 상기 웨이퍼의 지름 보다 같거나 10 ~ 20% 더 크게 구비되며, 진공 흡착 방식으로 웨이퍼(100)를 고정시킨다.

다음에는, 스핀 척(150)의 에지부에 가열장치(170)가 구비된다. 가열장치(170)는 스핀 척(150)의 배면에 구비되어 직접 또는 간접 방식으로 스핀 척(150)의 에지부를 가열한다. 직접 가열 방법은 스핀 척(150)의 내부 또는 표면에 열선과 같은 도전성 물질을 매립하고 열을 인가하는 방법을 사용하고, 간접 가열 방법은 가열장치(170)의 내부에 발열체를 내장하여 발열체에 의한 복사열로 스핀 척(150)의 에지부가 가열될 수 있도록 한다.

그 다음에는, 스핀 척(150)을 회전시키면서 웨이퍼(100) 상부에 코팅층(140)을 형성한다. 이때, 가열장치(170)를 이용하여 웨이퍼(100)의 에지부가 가열되도록 한다. 이때, 가열 온도는 60 ~ 65℃로 조절한다.

웨이퍼(100)의 에지부가 가열될 경우 웨이퍼(100) 상에 형성되어 있는 감광막에 대한 상부 코팅층(140)의 접착력이 증가하게 된다. 따라서 코팅층(140)의 필링(peeling) 현상을 방지할 수 있다.

여기서, 코팅층(140)이 감광막과 같은 성분일 경우 열을 가함으로써 대부분의 용제가 제거되고 나머지 물질이 감광막과 반응하여 접착을 하게 된다. 이때, 열공정을 한 차례만 실시하게 되면 웨이퍼(100)의 에지부분에서 급속한 수축이 일어나서 필링(Peeling)에 취약해 질 수 있으므로, 60 ~ 65℃ 저온 열공정을 수행하여 저온 흡착을 유도하는 것이다. 따라서, 별도의 EBR 공정을 수행하지 않아도 되므로 공정을 단축시킬 수 있게 된다.

그 다음에는, 상부 코팅층(140) 형성이 완료된 웨이퍼(100)를 이멀젼 리소그래피 장치로 로딩시킨 후 노광 공정을 수행한다. 여기서, 코팅 장치와 이멀젼 리소그래피 장치는 하나의 트랙 내에 인-시투(In-Situ)로 연결되어 유기적인 동작이 가능하도록 장비를 구성하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조 장치를 도시한 평면도이다.

도 4를 참조하면, 스핀 척(150)의 에지부에 열선(180)이 내장된 것을 도시한 것이다.

상술한 바와 같이, 이멀젼 리소그래피 공정을 위하여 감광막 상부에 코팅층을 형성할 때, 웨이퍼의 에지부분에서 코팅층의 첩착이 불량하게 형성되어 필링(Peeling) 현상이 발생하는 문제를 해결하기 위하여, 코팅 장치의 스핀 척 에지부에 가열 장치를 구비시키고, 코팅층 형성 공정을 수행하면서 웨이퍼의 온도가 60 ~ 65℃가 되도록 코팅 공정을 조절한다. 따라서 필링 현상을 방지하고 이멀젼 리소그래피 공정의 효율을 향상시킬 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 코팅 공정 시 웨이퍼의 에지부 온도를 증가시켜 코팅층의 접착력이 향상되도록 한다. 이를 위하여 코팅 장치의 스핀 척 에지부에 가열 장치를 구비시키고, 코팅층 형성 공정을 수행하면서 웨이퍼의 온도가 60 ~ 65℃가 되도록 코팅 공정을 조절함으로써, 코팅층의 필링 현상을 방지하고 이멀젼 리소그래피 공정의 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서, 반도체 소자의 공정 수율을 증가 및 반도체 소자의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (8)

1. 웨이퍼 상부에 박막을 코팅(Coating)하는 기능을 수행하는 반도체 소자의 제조 장치에 있어서,

   상기 웨이퍼 전면을 지지하며, 상기 웨이퍼를 회전시킬 수 있는 스핀 척(Spin Chuck); 및

   상기 스핀 척의 에지부에 구비되는 가열장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 스핀 척의 지름은 상기 웨이퍼의 지름 보다 같거나 10 ~ 20% 더 크게 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열장치는 상기 웨이퍼의 에지부를 60 ~ 65℃로 가열하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열장치는 상기 스핀 척의 에지부 배면에 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 가열장치는 상기 스핀 척의 에지부에 내장된 열선을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 장치.
6. 웨이퍼 상부에 감광막을 형성하는 단계;

   상기 웨이퍼를 웨이퍼 크기로 구비되며 에지부에 가열 장치를 포함하는 스핀 척(Spin Chuck)에 로딩시키는 단계; 및

   상기 스핀 척을 회전시키며 상기 감광막 상부에 코팅층을 형성하되, 상기 웨이퍼 에지부를 가열시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 웨이퍼의 에지부를 가열하는 온도는 60 ~ 65℃인 것을 특징으로 하는 반도체 소자의 제조 방법.
8. 상기 제 1 항의 코팅용 반도체 소자의 제조 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이멀젼 리소그래피 장치.

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