KR20100127669A - 현상 공정 장비 - Google Patents

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KR20100127669A
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Abstract

본 발명의 현상 공정 장비는, 스테이지가 배치된 반응 챔버; 반응 챔버의 상부에 연결된 제1 튜브와 반응 챔버의 하부에 연결된 제2 튜브; 제1 튜브를 통해 반응 챔버 내에 현상액을 공급하는 현상액 공급부; 제1 튜브를 통해 반응 챔버 내에 세정액을 공급하는 세정액 공급부; 제1 튜브에 연결되고, 현상액 공급부 또는 세정액 공급부로부터 공급된 현상액 또는 세정액이 층류(laminar flow)를 이루게 압력을 인가하는 가압기; 및 제2 튜브에 연결되고, 공급된 현상액 또는 세정액을 흡수하여 외부로 배출하는 흡입기를 포함한다.
층류, 제1 가이드 부재, 가압기

Description

현상 공정 장비{Apparatus for develop process}
본 발명은 반도체 소자 제조를 위한 장비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 현상 공정 장비에 관한 것이다.
포토마스크(Photomask)는 투명 기판 상에 광차단막 또는 위상반전막을 포함하는 패턴을 웨이퍼로 전사시켜 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 형성하는 역할을 한다. 이러한 패턴은 일반적으로 투명 기판 상에 광차단막 또는 위상반전막을 형성하고, 이 대상막들 위에 레지스트막을 형성한 다음, 레지스트막 상에 포토리소그래피(photolithography) 공정을 진행하여 레지스트막 패턴을 형성하고, 이 레지스트막 패턴을 식각마스크로 하부의 광차단막 또는 위상반전막을 식각하여 패턴을 형성하고 있다. 여기서 포토리소그래피 공정은 레지스트막을 빛에 선택적으로 노출시키는 노광 공정과, 노광 공정에서 변성된 부분에 현상액(developer)을 공급하여 제거하는 현상 공정을 포함한다. 여기서 현상 공정은 레지스트막의 특성에 따라 포지티브(positive) 타입이면 노광된 부분이, 네거티브(negative) 타입이면 노광되지 않은 부분이 제거된다. 현상 공정은 침수에 의한 방식과 분사에 의한 방식이 있으며, 노즐(nozzle)을 이용하여 현상액을 분사하는 분사 방식이 널리 이용되고 있다.
도 1은 일반적인 노즐이 구비된 현상 장치를 개략적으로 나타내보인 도면이다.
도 1을 참조하면, 일 방향으로 회전 가능한 회전축(105)에 연결된 스핀 척(chuck, 100) 상에 레지스트막(미도시함)이 형성된 마스크(M)를 배치하고, 스핀 척(100) 상에 배치된 마스크(M) 상에 노즐(nozzle, 110)로부터 현상액 및 세정액을 분사한다. 현상 공정은 도 1에서 도시한 바와 같이, 일반적으로 노즐(110)을 이용하여 현상액을 분사하는 방식을 기본으로 하고 있다. 이와 같이 노즐(110)로 현상액을 분사하는 방식은 노즐(110)의 형상 또는 현상액을 분사하는 방식에 따라 현상 공정의 결과에 영향을 미치고 있다. 이에 따라 노즐(110)의 형상을 다양하게 변경하거나 현상액을 분사하는 방식을 변경하여 타겟 영역에 정확하게 분사하려는 시도가 진행되고 있지만, 중력을 이용한 현상액의 낙하를 이용하는 방식은 동일함에 따라 타겟(target)에 정확하게 분사하기 어려운 문제가 있다. 또한 중력을 이용한 현상액의 낙하를 이용하는 방식은 현상액이 레지스트막 표면에 떨어지는 방법에 의해 결함이 발생하거나 또는 레지스트막 패턴의 선폭(CD; Critical Dimension)이 타겟 선폭으로 벗어나는 결과가 발생된다.
이러한 문제를 개선하기 위해 엔지니어는 노즐을 이동하는 다양한 레시피(recipe)를 형성하고 있는데, 레시피는 노즐에 의해 유발되는 결함을 감소시키고 선폭의 경향(CD trend)을 맞추기 위해 많은 요소들을 변화시키면서 형성하고 있다. 여기서 현상 공정에 영향을 줄 수 있는 요소는 노즐의 형상, 노즐의 동작 방식 및 스핀 척의 회전 속도를 포함한다. 그러나 각각의 요소들을 조합함에 따라 레시피 조절(recipe tuning)에 많은 시간이 필요하게 되어 후속 공정에 영향을 미치게 된다. 또한 레시피를 조절하는 경우에도 노즐의 형태에 따라 다양한 선폭 경향을 나타냄에 따라 선폭 균일도(CD uniformity)에 영향을 주게 된다. 이에 따라 노즐의 형태 및 현상액 분사 방식에 영향을 받지 않으면서 현상액을 타겟에 균일하게 도포할 수 있는 장비가 요구된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 리소그래피 공정에서 진행하는 현상 공정에서 이용하는 현상 장비의 구성을 현상액의 흐름을 조절할 수 있게 변경하여 현상 대상막에 균일하게 현상액을 도포할 수 있는 현상 공정 장비를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 현상 공정 장비는, 스테이지가 배치된 반응 챔버; 상기 반응 챔버의 상부에 연결된 제1 튜브와 상기 반응 챔버의 하부에 연결된 제2 튜브; 상기 제1 튜브를 통해 반응 챔버 내에 현상액을 공급하는 현상액 공급부; 상기 제1 튜브를 통해 반응 챔버 내에 세정액을 공급하는 세정액 공급부; 상기 제1 튜브에 연결되고, 상기 현상액 공급부 또는 세정액 공급부로부터 공급된 현상액 또는 세정액이 층류(laminar flow)를 이루게 압력을 인가하는 가압기; 및 상기 제2 튜브에 연결되고, 상기 공급된 현상액 또는 세정액을 흡수하여 외부로 배출하는 흡입기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 반응 챔버는 상기 반응 챔버 바닥면에 위치하면서 상기 현상액 공급시에는 함몰하고, 상기 세정액 공급시에는 돌출하게 동작하여 상기 세정액의 흐름을 유도하는 제1 가이드 부재를 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 현상 공정 장비는, 스테이지가 배치된 반응 챔버; 상기 반응 챔버의 상부에 연결된 제1 튜브와 상기 반응 챔버의 하부에 연결 된 제2 튜브; 상기 제1 튜브를 통해 반응 챔버 내에 현상액을 공급하는 현상액 공급부; 상기 제1 튜브를 통해 반응 챔버 내에 세정액을 공급하는 세정액 공급부; 상기 제1 튜브에 연결되고, 상기 현상액 공급부 또는 세정액 공급부로부터 공급된 현상액 또는 세정액이 층류(laminar flow)를 이루게 압력을 인가하는 가압기; 상기 스테이지 상부에 배치되면서, 제1 면적을 갖는 제1 프레임 및 상기 제1 프레임으로부터 소정 거리만큼 이격하여 배치되면서 제2 면적을 갖는 제2 프레임을 포함하는 제2 가이드 부재; 및 상기 제2 튜브에 연결되고, 상기 공급된 현상액 또는 세정액을 흡수하여 외부로 배출하는 흡입기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 반응 챔버는 상기 반응 챔버 바닥면에 위치하면서 상기 현상액 공급시에는 함몰하고, 상기 세정액 공급시에는 돌출하게 동작하여 상기 세정액의 흐름을 유도하는 제1 가이드 부재를 더 포함한다.
상기 제1 프레임 또는 제2 프레임은 동심원, 정사각형, 직사각형 또는 다각형 형상으로 형성된다.
본 발명에 따르면, 노즐부를 배제하면서, 현상액의 흐름을 조절할 수 있게 현상 장비의 구성을 변경함에 따라 노즐부의 형태에 의존하고 있는 현상 공정 방식을 지양할 수 있다. 또한 중력에 의해 현상액 방울이 레지스트막에 떨어지면서 발생하는 결함을 방지할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설 명하고자 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 현상 공정 장비를 설명하기 위해 나타내보인 도면이다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 현상 공정 장비를 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다. 그리고 도 5 내지 도 9는 본 발명의 현상 공정 장비를 이용한 현상 공정을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 현상 공정 장비는 레지스트막(미도시함)이 도포된 기판(M)이 로딩된 스테이지(203)가 배치된 반응 챔버(200)와 반응 챔버(200)의 상부에 연결된 제1 튜브(201) 및 반응 챔버(200)의 하부에 연결된 제2 튜브(203)를 포함하여 이루어진다. 여기서 기판(M)은 웨이퍼에 전사할 패턴을 위한 석영 기판 또는 웨이퍼를 포함한다. 제1 튜브(201)는 반응 챔버(200)의 상부에 연결되어 있으면서, 현상액 공급부(217) 및 세정액 공급부(233)와 연결되어 현상액 또는 세정액이 이동하는 통로 역할을 한다. 현상액 공급부(217)는 제1 튜브(201)를 통해 반응 챔버(200) 내에 배치된 기판(M)에 현상액(developer)을 공급한다. 이러한 현상액 공급부(217)는 현상액을 저장하는 현상액 저장부(215) 및 현상액 저장부(215)에 저장된 현상액을 제1 튜브(201)로 공급하는 제1 공급라인(220)을 포함한다. 세정액 공급부(233)는 제1 튜브(201)를 통해 반응 챔버(200) 내에 배치된 기판(M)에 세정액을 공급한다. 여기서 세정액은 탈이온수(DIW; Deionized water)를 포함한다. 이러한 세정액 공급부(233)는 세정액을 저장하는 세정액 저장부(225) 및 세정액 저장부(225)에 저장된 세정액을 제1 튜브(201)로 공급하는 제2 공급라인(230)을 포함한다.
다음에 반응 챔버(200)는 제1 튜브(201)에 연결되면서, 현상액 공급부(217) 또는 세정액 공급부(233)로부터 공급된 현상액 또는 세정액이 층류(laminar flow)를 이루게 압력을 인가하는 가압기(205)를 더 포함한다. 현상 공정을 진행시 최종 형성될 레지스트 패턴의 선폭(CD)에 영향을 미치는 요소들 가운데 가장 중요한 사항은 노광 공정에서 빛에 노출된 레지스트막의 노출면의 모든 곳에 고른 비율로 현상액이 분포되어 제거될 부분의 레지스트막을 균일하게 탈착시키는 것이다. 이에 따라 현상액 또는 세정액이 공급되는 도입부에 배치된 가압기(205)에서 압력을 조절하면서 인가하여 제1 튜브(201)를 통해 유입되는 현상액 또는 세정액의 흐름이 층류(laminar flow)를 이루게 유도한다. 여기서 가압기(205)는 제1 튜브(201)로 유입되는 현상액 또는 세정액이 소용돌이 형상을 가지면서 흐르는 와류 대신에 직선 형상인 층류로 흐르게 압력을 조절한다. 다음에 제2 튜브(203)는 반응 챔버(200)의 하부에 연결되어 있고, 반응 챔버(200) 내에 공급된 현상액 또는 세정액을 흡수하여 외부로 배출하는 흡입기(210)와 연결된다.
여기서 반응 챔버(200)는 반응 챔버(200) 바닥면에 위치하면서 현상액을 공급하는 경우에는 반응 챔버(200) 내부에 함몰되어 있다가, 세정액을 공급하는 경우에는 반응 챔버(200) 바닥면으로부터 돌출하게 동작하면서 세정액의 흐름을 유도하는 제1 가이드 부재(235)를 더 포함한다. 현상 공정을 진행하면 기판(M)의 측면을 따라 현상액이 흐르면서 기판(M) 후면에 오염을 유발할 수 있다. 이에 따라 반응 챔버(200)에 제1 가이드 부재(235)를 배치하여 현상 공정을 진행한 다음, 연속적으 로 진행하는 린스 공정에서 세정액을 공급하면서 린스 공정시에만 기판(M)의 후면으로 세정액의 흐름을 유도한다.
한편, 가압기(205)로 현상액 또는 세정액의 압력을 조절하면서 반응 챔버(200) 내부에서도 상기 유체의 흐름을 층류(laminar flow)로 유도할 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 스테이지(203) 상에 배치된 기판(M)으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 제1 면적을 갖는 제1 프레임(240) 및 제1 프레임(240)으로부터 소정 거리만큼 이격하여 배치되면서 제2 면적을 갖는 제2 프레임(245)을 포함하는 제2 가이드 부재(250)를 배치한다. 여기서 제2 가이드 부재(250)는 적어도 2개 이상의 프레임이 배치된다. 이때, 제1 프레임(240) 및 제2 프레임(245)은 도 4에 도시한 바와 같이, 동심원, 정사각형, 직사각형 또는 다각형 형상으로 이루어진다. 또한 제1 프레임(240) 및 제2 프레임(245)은 반응 챔버(200) 내에 공급되는 현상액 또는 세정액이 기판(M)의 표면과 충돌하는 충돌 각도가 감소하게 기판(M)의 표면과 소정 각도(α)로 비스듬하게 기울어지게 배치된다. 이하 본 발명의 현상 공정 장비를 이용한 현상 공정을 설명하기로 한다.
도 5를 참조하면, 노광 공정이 진행된 레지스트막(미도시함)이 도포된 기판(M)을 반응 챔버(200)의 스테이지(203) 상에 로딩시킨다. 다음에 비록 도면에 도시하지는 않았지만, 기판(M) 상에 세정액, 예컨대 탈이온수(DIW)를 공급하여 기판(M) 표면을 적신다. 다음에 도면에서 화살표로 도시한 바와 같이, 현상액 저장부(215) 및 제1 공급라인(220)을 지나 제1 튜브(201)를 통해 반응 챔버(200) 내의 기판(M) 상에 현상액을 공급한다. 여기서 제1 튜브(201)에 연결된 가압기(205)는 압력을 인가하여 현상액의 흐름이 층류(laminar flow)를 이루게 유도한다. 이때, 가압기(205)는 제1 튜브(201)로 유입되어 반응 챔버(200) 내에 흐르는 현상액이 도 7의 참조부호(a)에서 도시한 바와 같이, 소용돌이 형상을 가지면서 흐르는 와류 대신에 참조부호(b)에서 도시된 직선 형상인 층류로 흐르게 압력을 조절한다. 가압기(205)에서 압력을 인가하여 반응 챔버(100) 내에 흐르는 현상액이 층류를 이루면서 흐르면 현상액은 기판(M)의 표면을 따라 흐르면서 화학적인 반응이 일정하고 균일하게 발생한다. 층류를 이루면서 흐른 현상액은 다시 도면에서 화살표로 표시한 바와 같이, 기판(M)의 측면 및 후면을 따라 흐르면서 반응 챔버(100) 하부에 연결된 제2 튜브(203)로 유도되어 흡입기(210)를 통해 배출된다. 이와 같이 현상액이 층류를 이루면서 흐르게 유도하면 기판(M) 상의 노광된 레지스트막(미도시함)에 현상액이 균일하게 도포되면서 패턴의 선폭에 영향을 미치지 않고 반응 부분을 제거할 수 있다.
다음에 도 6을 참조하면, 현상 공정이 진행된 기판(M) 상에 린스 공정을 진해한다. 구체적으로, 현상 공정을 진행하면 기판(M)의 측면을 따라 현상액이 흐르면서 기판(M) 후면에 오염을 유발할 수 있다. 이에 따라 세정액 저장부(225) 및 제2 공급라인(230)을 지나 제1 튜브(201)를 통해 반응 챔버(200) 내의 기판(M) 상에 세정액을 공급한다. 여기서 제1 튜브(201)에 연결된 가압기(205)는 세정액을 공급하는 동안 압력을 인가하여 세정액의 흐름이 층류(laminar flow)를 이루게 유도한다. 이때, 가압기(205)는 제1 튜브(201)로 유입되어 반응 챔버(200) 내에 흐르는 세정액이 도 7의 참조부호(a)에서 도시한 바와 같이, 소용돌이 형상을 가지면서 흐 르는 와류 대신에 참조부호(b)에서 도시된 직선 형상인 층류로 흐르게 압력을 조절한다. 또한 반응 챔버(200) 바닥면에 배치된 제1 가이드 부재(235)를 돌출시켜 세정액의 흐름을 유도함으로써 기판(M) 후면과 세정액의 접촉을 증가시켜 기판(M) 후면의 오염을 제거할 수 있다.
한편, 가압기(205)로 현상액 또는 세정액의 압력을 조절하면서 반응 챔버(200) 내부에서도 상기 유체의 흐름을 층류(laminar flow) 형상으로 유도할 수 있다. 먼저 도 8a를 참조하면, 스테이지(203) 상에 배치된 기판(M)으로부터 소정 거리만큼 떨어진 위치에 제1 면적을 갖는 제1 프레임(240) 및 제1 프레임(240)으로부터 소정 거리만큼 이격하여 배치되면서 제2 면적을 갖는 제2 프레임(245)을 포함하는 제2 가이드 부재(250)가 배치된 반응 챔버(100) 내에 기판(M)을 배치한다. 여기서 제2 가이드 부재(250)는 적어도 2개 이상의 프레임이 배치되어 있다. 이때, 제1 프레임(240) 및 제2 프레임(245)은 동심원, 정사각형, 직사각형 또는 다각형 형상으로 이루어진다. 다음에 현상액을 가압기(205)로부터 압력을 인가하면서 제1 튜브(201)를 통해 기판(M) 상에 공급한다. 제1 튜브(201)를 통해 공급되는 현상액은 가입기(205)로부터 인가된 압력에 의해 1차로 유체의 흐름이 층류 형상으로 흐르면서 스테이지(203) 상부에 배치된 제2 가이드 부재(250)의 노출면을 따라 도면에서 화살표로 표시된 바와 같이 흐르면서 기판(M)에 공급된다.
이때, 제2 가이드 부재(250)의 제1 프레임(240) 및 제2 프레임(245)은 반응 챔버(200) 내에 공급되는 현상액 또는 세정액이 기판(M)의 표면과 충돌하는 충돌 각도가 감소하게 기판(M)의 표면과 소정 각도(α)로 비스듬하게 기울어지게 배치된 다. 도 9에 도시한 바와 같이, 기판(M)의 노출면에 현상액 또는 세정액이 충돌하는 각도에 따라 현상액 또는 세정액의 흐름 또한 완만하게 흐르는 정도가 다르게 나타난다. 예를 들어 도 9의 (a)를 참조하면, 현상액 또는 세정액의 흐름은 기판(M)과 충돌하는 각도가 작을수록(β1>β2>β3) 흐름이 완만하게 흘러 기판(M)과 현상액 또는 세정액의 접촉 면적이 많아지는 것을 알 수 있다. 이에 따라 도 9의 (b)에 도시한 바와 같이, 기판(M) 상에 제2 가이드 부재(250)를 배치한 상태에서 현상액 또는 세정액을 공급하면, 상기 현상액 또는 세정액이 1차 충돌하는 제1 지점(X)에서 충돌 각도가 1차 감소하고, 기판(M)의 노출면에 2차 충돌하는 제2 지점(Y)에서 충돌 각도가 2차 감소하면서 현상액 또는 세정액의 흐름이 안정적으로 기판(M) 표면 상에 흐르게 된다. 여기서 제2 가이드 부재(250)는 현상액 또는 세정액과의 접촉 면적을 넓히기 위해 도 9의 (c)에 도시한 바와 같이, 현상액 또는 세정액이 닿는 면을 곡선 형상으로 형성할 수도 있다.
본 발명은 현상 공정 또는 린스 공정시 노즐을 이용한 분사 방식 대신에 현상액 또는 세정액의 흐름을 층류(laminar flow)로 유도하여 진행함에 따라 현상액을 균일하게 도포할 수 있다. 이에 따라 노즐을 이용한 분사 방식에서 중력에 의한 현상액 또는 세정액의 낙하가 레지스트막에 충돌하면서 발생하는 결함을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 노즐이 구비된 현상 장치를 개략적으로 나타내보인 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 현상 공정 장비를 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.
도 5 내지 도 9는 본 발명의 현상 공정 장비를 이용한 현상 공정을 설명하기 위해 나타내보인 도면들이다.

Claims (5)

  1. 스테이지가 배치된 반응 챔버;
    상기 반응 챔버의 상부에 연결된 제1 튜브와 상기 반응 챔버의 하부에 연결된 제2 튜브;
    상기 제1 튜브를 통해 반응 챔버 내에 현상액을 공급하는 현상액 공급부;
    상기 제1 튜브를 통해 반응 챔버 내에 세정액을 공급하는 세정액 공급부;
    상기 제1 튜브에 연결되고, 상기 현상액 공급부 또는 세정액 공급부로부터 공급된 현상액 또는 세정액이 층류(laminar flow)를 이루게 압력을 인가하는 가압기; 및
    상기 제2 튜브에 연결되고, 상기 공급된 현상액 또는 세정액을 흡수하여 외부로 배출하는 흡입기를 포함하는 현상 공정 장비.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 상기 반응 챔버 바닥면에 위치하면서 상기 현상액 공급시에는 함몰하고, 상기 세정액 공급시에는 돌출하게 동작하여 상기 세정액의 흐름을 유도하는 제1 가이드 부재를 더 포함하는 현상 공정 장비.
  3. 스테이지가 배치된 반응 챔버;
    상기 반응 챔버의 상부에 연결된 제1 튜브와 상기 반응 챔버의 하부에 연결 된 제2 튜브;
    상기 제1 튜브를 통해 반응 챔버 내에 현상액을 공급하는 현상액 공급부;
    상기 제1 튜브를 통해 반응 챔버 내에 세정액을 공급하는 세정액 공급부;
    상기 제1 튜브에 연결되고, 상기 현상액 공급부 또는 세정액 공급부로부터 공급된 현상액 또는 세정액이 층류(laminar flow)를 이루게 압력을 인가하는 가압기;
    상기 스테이지 상부에 배치되면서, 제1 면적을 갖는 제1 프레임 및 상기 제1 프레임으로부터 소정 거리만큼 이격하여 배치되면서 제2 면적을 갖는 제2 프레임을 포함하는 제2 가이드 부재; 및
    상기 제2 튜브에 연결되고, 상기 공급된 현상액 또는 세정액을 흡수하여 외부로 배출하는 흡입기를 포함하는 현상 공정 장비.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반응 챔버는 상기 반응 챔버 바닥면에 위치하면서 상기 현상액 공급시에는 함몰하고, 상기 세정액 공급시에는 돌출하게 동작하여 상기 세정액의 흐름을 유도하는 제1 가이드 부재를 더 포함하는 현상 공정 장비.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 프레임 또는 제2 프레임은 동심원, 정사각형, 직사각형 또는 다각형 형상으로 형성된 현상 공정 장비.
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