KR20030021691A - 화학용액 내에 포함된 기포를 제거하기 위한 기포제거장치및 이를 이용한 기포제거방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 웨이퍼 상면에 대응하여 포토레지스트 또는 불필요한 포토레지스트를 제거하기 위한 현상액 등의 화학용액을 공급함에 있어서, 이들 화학용액 내에 포함된 기포를 제거하기 위한 기포제거장치 및 이를 이용한 기포제거방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기포제거장치는 화학용액이 담기는 탱크, 탱크의 일측에 연결되어 화학용액을 유입시키는 화학용액 유입관 및 제1 밸브, 화학용액 내의 기포를 가압하여 제거할 수 있도록, 탱크의 상면에 연결되어 기포제거용 가스를 주입시키는 가스 봄베, 가스 주입관 및 제2 밸브, 탱크의 타측 상부에 연결되어 기포제거용 가스를 배출시키는 가스 배출관 및 제3 밸브, 및 탱크의 타측 하부에 연결되어 기포가 제거된 화학용액을 배출시키는 화학용액 배출관 및 제4 밸브를 포함한다. 본 발명에 따르면, 화학용액 내에 포함된 기포를 화학용액 상단에 모이게 한 후, 기포제거용 가스로 가압하여 제거한다. 따라서, 기포로 인한 화학용액 공급 배관의 압력 변화 및 화학용액의 유량 변화를 방지할 수 있다.

Description

화학용액 내에 포함된 기포를 제거하기 위한 기포제거장치 및 이를 이용한 기포제거방법{Bubble removing device for removing bubbles in chemicals and bubble removing method using the same}

본 발명은 반도체 소자 제조에 관한 것으로, 특히 웨이퍼 상면에 대응하여 포토레지스트 또는 불필요한 포토레지스트를 제거하기 위한 현상액 등의 화학용액을 공급함에 있어서, 이들 화학용액 내에 포함된 기포를 제거하기 위한 기포제거장치 및 이를 이용한 기포제거방법에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 포토리소그래피, 식각, 확산, 화학기상증착 및 금속 배선 등의 공정을 반복적으로 수행함으로써 제조되고, 이에 따라 여러 가지 화학용액이 사용된다. 이러한 공정에서 화학용액 공급 배관으로의 기포 유입은 치명적인 사고이다. 왜냐하면, 기포 유입은 배관의 압력 변화와 연결되며 압력 변화는 화학용액의 유량 변화로 연결되기 때문이다. 따라서, 화학용액의 정량 콘트롤이 요구되는 공정에서는 기포 유입을 방지하여야 한다.

포토리소그래피 공정을 수행하기 위하여 웨이퍼 상에 포토레지스트를 도포하는 스핀 코터의 경우를 예로 들어, 보다 자세히 설명하기로 한다. 도 1에 종래의 스핀 코터의 블록 다이어그램을 나타내었다.

도 1을 참조하면, 포토레지스트가 담겨져 있는 포토레지스트 저장 용기(bottle, 1)에 버퍼 탱크(buffer tank, 10)가 연결되어 있다. 상기 버퍼 탱크(10)에 두 개의 배관이 나오는데, 하나는 드레인 배관이고 다른 하나는 펌프(20)에 연결되는 배관이다. 드레인 배관은 공정에 이용하지 않을 포토레지스트를 외부로 배출시키기 위하여 설치한다. 포토레지스트는 상기 펌프(20)에 의해 상기 포토레지스트 저장 용기(1)로부터 공급 배관을 따라 이동되며, 이러한 포토레지스트는 펌프(20)를 거쳐 노즐(40)을 통해 웨이퍼 상에 코팅된다. 이 때, 균일한 포토레지스트막을 구현하기 위해서, 상기 펌프(20)와 노즐(40) 사이에 필터(30)를 구비시켜서 포토레지스트 중의 불순물을 여과한다. 상기 버퍼 탱크(10)에는 종점 감지 센서(Liquid End Sensor)가 설치된다. 상기 포토레지스트 저장 용기(1)에서 버퍼 탱크(10)로, 버퍼 탱크(10)에서 펌프(20)로 포토레지스트의 공급이 계속적으로 이루어짐에 따라, 상기 포토레지스트 저장 용기(1)의 포토레지스트가 소진된다. 이 때, 상기 포토레지스트 저장 용기(1)에서 버퍼 탱크(10)로 유입되는 포토레지스트의 양이 줄어들면 버퍼 탱크(10)에서의 포토레지스트 수준이 떨어지게 되고, 상기 종점 감지 센서가 이를 감지한다. 이에 따라, 상기 포토레지스트 저장 용기(1)를 교체하도록 되어 있다.

그런데, 버퍼 탱크(10)의 종점 감지 센서가 오동작을 일으켜 포토레지스트의 고갈을 감지하지 못한 채 장기간 방치된 경우에는, 포토레지스트 공급 배관으로 기포가 유입된다. 그리고, 포토레지스트 공급 배관을 연결하는 테플론 유니온(Teflon Union)의 체결이 불량하면, 포토레지스트 충전(refill)시 유입된 미세한 공기 방울이 모여 기포를 형성한다. 또한, 필터(30)에 의해서 포토레지스트가 여과될 때 발생된 가스가 상기 필터(30) 내의 상부에 누적되어 기포를 발생시킬 수도 있다. 이러한 기포는 매우 미세할 경우 상기 필터(30)에 의해 걸러지지 않고, 배출되는 포토레지스트에 유입되어 함께 배출될 수 있다. 이에 따라, 웨이퍼 상에 코팅된 포토레지스트 내에 크고 작은 크기의 기포들이 혼합되어져 코팅(coating) 불량이 발생할 수 있다.

그리고, 상기 필터(30)에 의해 기포가 걸러진다 하더라도, 이와 같은 기포에의해서 배관의 압력 변화가 생겨 배출되는 포토레지스트의 토출량이 변화됨으로써 정량 콘트롤이 되지 않는다는 문제가 있다. 기포 유입 정도에 따라 차이는 있지만, 웨이퍼 한 장당 5.0cc의 포토레지스트를 분사하도록 설정된 공정에서 기포가 발생할 경우에는 포토레지스트의 유량이 약 50% 감소하는 것으로 알려져 있다. 이러한 유량의 감소에 따라, 포토레지스트막이 균일하게 도포되지 못하거나 아예 찢어지는 공정 불량이 초래된다.

또한, 포토레지스트를 상기 노즐(40)을 이용하여 분사할 때, 상기 기포는 노즐(40)의 흡입 조절(suckback control)에 영향을 미치는 문제가 있다. 기포 유입으로 인해 배관의 압력이 변하면 처음에 설정한 흡입 조건이 변한다. 이에 따라, 포토레지스트 분사 후에 흡입이 되지 않은 포토레지스트에 의하여 스피드 보오트(speed boat)의 공정 불량이 초래된다.

스핀 코터의 경우를 예로 들어 설명하였지만, 현상 유닛(Development Unit) 등 화학용액을 사용하는 모든 공정에서 기포에 의한 유량 변화는 동일하게 발생되므로 화학용액 내의 기포를 제거해야 할 필요성이 충분하다.

따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 반도체 소자 제조 공정 중 화학용액을 사용하는 모든 단위 공정에서 화학용액 내에 포함된 기포를 제거할 수 있는 기포제거장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자하는 다른 기술적 과제는, 상기 기포제거장치를 이용하여 화학용액 내에 포함된 기포를 제거하는 기포제거방법을 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 스핀 코터(spin coater)의 블록 다이어그램이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기포제거장치를 포함하는 스핀 코터의 블록 다이어그램이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기포제거장치를 포함하는 다른 스핀 코터의 블록 다이어그램이다.

도 4는 도 2 및 도 3에 나타낸 기포제거장치의 일례를 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 도 2 및 도 3에 나타낸 기포제거장치의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 도 4 및 도 5의 기포제거장치를 이용하여 기포를 제거하는 방법을 나타낸 도면이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 기포제거장치는, 화학용액이 담기는 탱크, 상기 탱크의 일측에 연결되어 화학용액을 유입시키는 화학용액 유입관 및 제1 밸브, 상기 화학용액 내의 기포를 가압하여 제거할 수 있도록, 상기 탱크의 상면에 연결되어 기포제거용 가스를 주입시키는 가스 봄베, 가스 주입관 및 제2 밸브, 상기 탱크의 타측 상부에 연결되어 상기 기포제거용 가스를 배출시키는 가스 배출관 및 제3 밸브, 및 상기 탱크의 타측 하부에 연결되어 기포가 제거된 화학용액을 배출시키는 화학용액 배출관 및 제4 밸브를 포함한다.

여기서, 상기 기포제거용 가스는 불활성 가스인 것이 특징이고, 특히 질소인 것이 바람직하다. 상기 제2 밸브는 역류방지밸브인 것이 바람직하다. 상기 제3 밸브는 매뉴얼밸브 또는 역류방지밸브일 수 있다. 그리고, 상기 화학용액 배출관의 단부를 화학용액 공급 시스템의 펌프에 연결시킬 수 있다.

상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 따른 기포제거방법에서는, 상기 기포제거장치를 이용하여 화학용액 내에 포함된 기포를 제거한다. 우선, 상기 제4 밸브를 폐쇄하고 상기 제1 밸브를 개방하여 상기 탱크 내에 화학용액을 담는다. 이어서, 상기 화학용액 내의 기포를 가압하여 제거할 수 있도록, 상기 제3 밸브를 폐쇄하고 상기 제2 밸브를 개방하여 상기 탱크 내에 상기 기포제거용 가스를 주입시킨다. 다음에, 상기 제3 밸브를 개방하여 상기 기포제거용 가스를 배출시키고, 상기 제4 밸브를 개방하여 기포가 제거된 화학용액을 배출시킨다.

본 발명에 의하면, 화학용액 내에 포함된 기포가 가벼운 성질을 이용하여 이기포를 화학용액 상단에 모이게 한 후, 기포제거용 가스로 가압하여 기포를 제거한다. 따라서, 기포로 인한 배관의 압력 변화 및 화학용액의 유량 변화를 방지할 수 있다.

이하, 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어지거나 간략화된 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다.

본 실시예는 스핀 코터 내에 포함되어져 포토레지스트 내에 포함된 기포를 제거하는 기포제거장치에 관한 것이다. 도 2 및 도 3에 본 발명의 실시예에 따른 기포제거장치를 포함하는 스핀 코터의 블록 다이어그램을 나타내었다.

먼저 도 2를 참조하면, 포토레지스트가 담겨져 있는 포토레지스트 저장 용기(1)에 본 발명의 실시예에 따른 기포제거장치(150)가 연결된다. 상기 기포제거장치(150)에는 펌프(20)가 연결된다. 포토레지스트는 상기 펌프(20)에 의해 상기 포토레지스트 저장 용기(1)로부터 공급 배관을 따라 이동되며, 이러한 포토레지스트는 펌프(20)를 거쳐 노즐(40)을 통해 웨이퍼 상에 코팅된다. 이 때, 균일한 포토레지스트막을 구현하기 위해서, 상기 펌프(20)와 노즐(40) 사이에 필터(30)를 구비시켜서 포토레지스트의 불순물을 여과한다. 다음에 도 3을 참조하면, 상기 기포제거장치(150)와 연결되는 펌프(20)와 필터(30)의 순서가 바뀌어 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 기포제거장치(150)는 펌프(20) 전단이나 필터(30) 전단에 설치할 수 있다. 상기 기포제거장치(150)는 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 종래의 버퍼 탱크(10)를 이용하여 구성할 수 있다. 즉, 기존의 스핀 코터 장비에 적은 변경을 가하여 구현될 수 있는 것이다.

이제 도 4 및 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기포제거장치를 상세하게 설명하기로 한다. 도 4는 도 2 및 도 3에 나타낸 기포제거장치의 일례를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 2 및 도 3에 나타낸 기포제거장치의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.

먼저 도 4를 참조하면, 상기 기포제거장치(150)는 포토레지스트가 담기는 탱크(160)를 포함한다. 상기 탱크(160)의 일측에 포토레지스트를 유입시키는 포토레지스트 유입관(165) 및 제1 밸브(167)가 연결된다. 도 2 및 도 3에서와 같이, 상기 포토레지스트 유입관(165)의 타측은 상기 포토레지스트 저장 용기(1)에 연결된다.

포토레지스트 내의 기포를 가압하여 제거할 수 있도록, 상기 탱크(160)의 상면에 기포제거용 가스를 주입시키는 가스 봄베(178), 가스 주입관(170) 및 제2 밸브(175)가 연결된다. 포토레지스트와 접촉하여도 반응을 일으키지 않아 파티클 등이 발생될 염려가 없도록, 상기 기포제거용 가스로서 불활성 가스를 이용한다. 이 때, 비교적 용이하게 구할 수 있는 질소를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 탱크(160)의 타측 상부에는 상기 기포제거용 가스를 배출시키는 가스 배출관(180) 및 제3 밸브(185)가 연결된다. 상기 탱크(160)로서 종래의 버퍼탱크(10)를 이용하는 경우에는 상기 버퍼 탱크(10)로부터 분기된 드레인 배관을 상기 가스 배출관(180)으로서 이용할 수 있다.

상기 탱크(160)의 타측 하부에는 기포가 제거된 포토레지스트를 배출시키는 포토레지스트 배출관(190) 및 제4 밸브(195)가 연결된다. 상기 탱크(160)로서 종래의 버퍼 탱크(10)를 이용하는 경우에는 상기 버퍼 탱크(10)로부터 분기된 공급 배관을 상기 포토레지스트 배출관(190)으로서 이용할 수 있다. 도 2 및 도 3에서와 같이, 상기 포토레지스트 배출관(190)의 단부는 상기 펌프(20) 또는 필터(30)에 연결된다.

상기 제1 내지 제4 밸브는 매뉴얼밸브를 채용할 수 있다. 그러나, 기포제거용 가스의 주입과 관련된 상기 제2 밸브는 역류방지밸브인 것이 바람직하다. 역류방지밸브는 체크밸브라고도 하는데, 상기 기포제거용 가스를 한 방향으로만 흐르게 해 역류를 방지한다. 알려진 바와 같은 리프트 체크밸브 또는 스윙 체크밸브 방식의 역류방지밸브를 채용할 수 있다. 한편, 도 5에 나타낸 다른 기포제거장치(150')는, 상기 기포제거용 가스의 배출과 관련된 상기 제3 밸브(185')도 상기 제2 밸브(175)와 마찬가지로 역류방지밸브를 채용한다.

도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 바와 같은 기포제거장치(150, 150')에서 포토레지스트 내에 포함된 기포를 제거하는 원리는 다음과 같다. 포토레지스트 내에 포함된 기포는 가볍기 때문에 포토레지스트 상단으로 모이기 쉽다. 따라서, 기포를 포토레지스트 상단에 모은 후, 포토레지스트 상단에 모인 기포에 질소 등의 불활성 가스인 기포제거용 가스를 주입하여 가압함으로써 기포를 제거한다. 이어서, 상기제3 밸브(185, 185')를 개방하면 상기 기포제거용 가스가 배출되기 때문에, 가스가 포토레지스트 내에 다시 기포로서 혼입될 염려가 없다.

도 6은 도 4 및 도 5의 기포제거장치를 이용하여 포토레지스트 내의 기포를 제거하는 방법을 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 상기 제4 밸브(195)를 폐쇄하고 상기 제1 밸브(167)를 개방하여 상기 탱크(160) 내에 포토레지스트를 담는다(단계 S1). 이어서, 상기 포토레지스트 내의 기포를 가압하여 제거할 수 있도록, 상기 제3 밸브(185)를 폐쇄하고 상기 제2 밸브(175)를 개방하여 상기 탱크(160) 내에 상기 기포제거용 가스를 주입시킨다(단계 S2). 다음에, 상기 제3 밸브(185)를 개방하여 상기 기포제거용 가스를 배출시키고(단계 S3), 상기 제4 밸브(195)를 개방하여 기포가 제거된 포토레지스트를 배출시킨다(단계 S4).

본 실시예에 따르면, 배출되는 포토레지스트에 기포가 함유되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 형성되는 포토레지스트막의 코팅 불량의 발생을 방지할 수 있고, 노즐의 흡입 조절의 틀어짐 및 이로 인한 코팅 불량을 방지할 수 있다. 또한, 노즐 팁 오염을 억제하여 이로 인한 스피드 보오트를 방지할 수 있다.

이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통해서 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다. 본 실시예에서는 포토레지스트 내에 포함된 기포를 제거하는 장치 및 방법에 대하여 설명하였으나, 다른 화학용액을 사용하는 반도체 소자 제조 공정의 다른 단위 공정, 예컨대 현상액을 사용하는현상 공정, 식각용액을 사용하는 식각 공정, 유기 세정액 등을 사용하는 세정 공정 등에 본 발명을 적용할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 화학용액 내에 유입되어 잔존하는 기포를 효과적으로 제거하는 것이 가능하다. 따라서, 화학용액이 운반되는 배관의 압력을 일정하게 유지할 수 있으므로, 토출되는 화학용액의 유량이 일정해진다. 그러므로, 본 발명은 화학용액의 정량 콘트롤이 요구되는 공정에서 유용하게 이용될 수 있다.

예를 들어서, 포토레지스트를 도포하기 위한 스핀 코터에 본 발명을 적용할 경우, 포토레지스트의 토출이 불균일하게 되는 문제점을 제거할 수 있다. 그리고, 형성되는 포토레지스트막에 크고 작은 크기의 기포들이 혼합되어져 코팅되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 노즐의 흡입 조절의 틀어짐, 노즐 팁의 오염 및 스피드 보트 등의 발생을 방지할 수 있다. 따라서, 반도체 기판 상에 포토레지스트막을 균일하게 형성할 수 있게 된다. 낭비되는 포토레지스트의 양을 줄일 수 있어 비용 절감을 구현하는 효과도 있다.

다른 화학용액을 사용하는 반도체 소자 제조 공정의 다른 단위 공정, 예컨대 현상액을 사용하는 현상 공정, 식각용액을 사용하는 식각 공정, 유기 세정액 등을 사용하는 세정 공정 등에서도 화학용액의 정량 콘트롤이 가능해짐으로써, 제조 공정의 일관성을 유지할 수 있게 된다. 따라서, 신뢰성이 향상된 반도체 소자를 제조할 수 있다.

Claims (7)

1. 화학용액이 담기는 탱크;

   상기 탱크의 일측에 연결되어 화학용액을 유입시키는 화학용액 유입관 및 제1 밸브;

   상기 화학용액 내의 기포를 가압하여 제거할 수 있도록, 상기 탱크의 상면에 연결되어 기포제거용 가스를 주입시키는 가스 봄베, 가스 주입관 및 제2 밸브;

   상기 탱크의 타측 상부에 연결되어 상기 기포제거용 가스를 배출시키는 가스 배출관 및 제3 밸브; 및

   상기 탱크의 타측 하부에 연결되어 기포가 제거된 화학용액을 배출시키는 화학용액 배출관 및 제4 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 기포제거장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 기포제거용 가스는 불활성 가스인 것을 특징으로 하는 기포제거장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 기포제거용 가스는 질소인 것을 특징으로 하는 기포제거장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2 밸브는 역류방지밸브인 것을 특징으로 하는 기포제거장치.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 제3 밸브는 매뉴얼밸브 또는 역류방지밸브인 것을 특징으로 하는 기포제거장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 화학용액 배출관의 단부는 화학용액 공급 시스템의 펌프에 연결되는 것을 특징으로 하는 기포제거장치.
7. 제1항 기재의 기포제거장치를 이용하여 화학용액 내의 기포를 제거하는 방법으로서,

   상기 제4 밸브를 폐쇄하고 상기 제1 밸브를 개방하여 상기 탱크 내에 화학용액을 담는 단계;

   상기 화학용액 내의 기포를 가압하여 제거할 수 있도록, 상기 제3 밸브를 폐쇄하고 상기 제2 밸브를 개방하여 상기 탱크 내에 상기 기포제거용 가스를 주입시키는 단계;

   상기 제3 밸브를 개방하여 상기 기포제거용 가스를 배출시키는 단계; 및

   상기 제4 밸브를 개방하여 기포가 제거된 화학용액을 배출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기포제거방법.