JP4097872B2 - 半導体ウェハプロセッシングシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェハプロセッシングシステムに係り、特に良質のフォトレジスト膜を半導体ウェハ上に形成しうる半導体ウェハプロセッシングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製作工程における写真工程(Photo process）はウェハ上にフォトレジスト膜を形成するコーティング段階と、フォトレジスト膜を所定のパターンで露光する露光段階と、露光された前記フォトレジストを所定パターンに現像する現像段階とを含む。
【０００３】
最近、その使用が次第に増加している密集システム(Clustered System）は写真工程上の全ての装置、例えば塗布機、現象機、べーク装置などが一箇所に密集されている。従って、各装置間の距離及び各装置間のウェハ時間を短縮することによって工程の効率的な進行が可能である。
【０００４】
図1は前述したような密集システムの構造を有する従来の写真工程システムの平面的な構造を概略的に示す図面である。
図1に示されたように、写真工程システムのハウジング100内の中央部にウェハの移送を担当するロボット110が位置し、このロボット110の周りに塗布機120、現像機130、べークユニット140、ローディング/アンローディング部150、制御部160が位置する。
前記塗布機120はフォトレジストを薄膜状にウェハの表面に塗布する装置であって、一般にウェハを所定の速度に回転させて遠心力によりフォトレジストをウェハ上に均一に塗布させるスピンコーティング方式を採用している。
前記現像機130は露光段階でフォトレジスト膜に形成されたパターンを現像し、前記べークユニット140は前記各段階の間でウェハを所定の温度に加熱する。
前記ローディング/アンローディング部150は外部からシステム内部にウェハを投入したり、工程済みのウェハを排出するための場所として、多数のウェハが積載されたウェハキャリアが多数個置かれるようになっている。
前記制御部160はシステムの各装置を操作、制御するためのコンピュータシステムを具備する。前記ロボット110はハウジング100の底面に固設される支持部111と該支持部111上に結合されて自由に動けるアーム部112を有する。アーム部112はハウジング100内の各装置間にウェハを移動させる役割をする。
【０００５】
以下、前記従来の写真工程システムによる一般の写真工程を段階別に説明する。
1) プリベーク段階：ローディング/アンローディング部150にウェハキャリアを通して投入されたウェハはロボット110によりべークユニット140に移動されてプリべーク(Pre-bake)過程を経る。この段階では、ウェハを所定の温度に加熱してウェハ表面の有機物や異物を蒸発させる。
2) PRコーティング段階：ウェハは塗布機120に移送され、ここでその表面にフォトレジスト膜が形成される。
3) ソフトべーク段階：フォトレジスト膜が形成されたウェハは再びべークユニット140に搬送されて所定時間加熱される。この段階で、ウェハにコーティングされたフォトレジスト膜が乾燥され、そしてフォトレジスト膜がウェハ表面に強く接着される。
4) 露光段階：ウェハが別に備えられているステッパまたはスキャナなどの露光装置に移送された後、ここでフォトレジスト膜が所定のパターンに露光される。
5) 露光後べーク段階(PEB；Post-Exposure-Bake)：露光過程を経たウェハが再びべークユニット140に移動され、ここで所定温度に適正時間加熱される。
6) 現像段階：PEB段階を経たウェハを適正温度に冷却させた後、現像機130で所定パターンに露光されたフォトレジスト膜を現像する。
7) ハードべーク(Hard Bake)段階：フォトレジスト膜から所望のパターンが現像された後、ウェハを加熱する。この段階では加熱によりウェハ表面に対するパターンの付着力が強化される。
【０００６】
前記全ての段階は温度及び湿度が調節され、埃やその他異物が除去された清浄環境で進行される。従って、前記フォト工程システムは空気調和装置が備えられた清浄室(Clean room)内に設けられる。
前記段階のうち、PEB段階は露光されたフォトレジストを所定温度に加熱して光学的に分解された樹脂を熱的拡散(thermal diffusion)により再配列させることによって、露光パターンのプロファイル境界(断面)を清潔にする。このようなPEB段階は露光時光源がUV(Ultra Violet)及びDUV(Deep Ultra Violet)光源の場合、露光部分における光の回折及び干渉によるパターンのプロファイル異常及びパターンの限界寸法(Critical Dimension)線幅の不均一化を抑制するためのものである。露光部分における光の回折及び干渉は光の波長、ウェハの反射率及び屈折率、フォトレジストの光吸収度に応じて変化する。
このような光学的影響を減少させるために前述したPEB工程の他に、露光前にフォトレジスト膜の表面に反射防止膜を塗布することによって前述したような光の回折及び干渉による問題を解決しようとする方法があるが、普遍的にはPEB工程が適用される。
写真工程における光がDUV光の場合にフォトレジストとして化学増幅型レジスト(Chemically Amplified Resist)が使われる。化学増幅型レジストは熱処理を通して露光部が現像液に溶けやすい酸(Acid)状態に変わり、連鎖反応による増幅型であるため、PEB段階でウェハ全体に加えられる熱の均衡はパターンの線幅均一性に最も敏感な影響を与える要因となる。
【０００７】
図2は清浄室内に設けられた従来の写真工程システムの垂直的構造を概略的に示す図面である。
図2を参照すれば、通常、清浄室は通路10と装置設置区域20とに区分される。写真工程システムは通路10に隣接して前記装置設置区域20に位置する。清浄室の上部には清浄空気が流入される上部プリナム(Upper Plenum)30が備えられ、清浄室の下部には清浄空気が排出される下部プリナム(Lower Plenum)40が備えられる。そして、上部プリナム30と清浄室との間にはフィルタ31が設けられる。写真工程システムのハウジング100内の一側には塗布機120などが設けられ、他側には多数のべークユニット140が多段に設けられるべークユニットシェルフ140aが備えられている。ハウジング100の中間部にはロボット110が設けられる。
【０００８】
写真工程システムの空調装置は送風機171、送風管172及びエアフィルタ173を具備する。前記送風機171は下部プリナム40内に設けられ、前記エアフィルタ173はハウジング100の上部に設けられ、前記送風管172は送風機171から延びて前記エアフィルタ173が備えられたハウジング100の上部に連結されている。通常、前記送風機171には清浄空気中のNH3を除去しうるケミカルフィルタが設けられている。
【０００９】
前記清浄室内では装置設置区域20からハウジング100内への埃などの流入を防止し、ヒューム(Fume)などの拡散防止のために区域別に圧力差を設けている。例えば、各区域別の圧力差は下記のように形成される。通路10側の圧力がハウジング100の上部空間の圧力より約0.17〜0.18mmH2O程度高く、通路10側の圧力がハウジング100の内部の圧力より約0.07〜0.08mmH2O程度高く、ハウジング100内の圧力が装置設置区域20の圧力より約0.09〜0.12mmH2O程度高く形成される。そして、装置設置区域20の圧力が下部プリナム40内の圧力より約0.60〜0.70mmH2O程度高く、通路10側の圧力が下部プリナム40内の圧力より約0.71〜0.82mmH2O程度高くなっている。また、ハウジング100内の圧力がべークユニット140内の圧力より約0.02〜0.082mmH2O程度高く、べークユニット140内部の圧力がその背面の外部との間の圧力より約0.06〜0.08mmH2O程度高く形成される。
【００１０】
このように各区域別に圧力差が存在することによって、清浄空気は上部プリナム30から通路10とハウジング100内部及び装置設置区域20を経て下部プリナム40に流れることになる。ここで、通路10と装置設置区域20の底面は通常格子(Grating)よりなるため、清浄空気がこれを通過して下部プリナム40に流れることになる。そして、通路10からハウジング100内に流入された清浄空気は塗布機120とべークユニット140の前面、内部及び背面を順次に経てハウジング100の背面を通して下部プリナム40に流れることになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図3は従来の写真工程システムの内部における空調装置による清浄空気の流れを示す図面である。
図3に示されたように、ハウジング100の上部に連結された送風管172を通して供給される清浄空気はエアフィルタ173を経てハウジング100の内部に流入される。この際、ハウジング100内に流入される清浄空気の量は送風管172に設けられたダンパ174により調節される。ハウジング100内に流入された清浄空気は下向き気流を形成し、ハウジング100内の下部に流れることになる。ところが、ハウジング100内の下部には清浄空気の通過を可能にする格子101が設けられているが、ハウジング100の底板102は完全に密閉されているので、清浄空気はハウジング100の背面下部に備えられた排気口103を通してハウジング100の外部に排出される。これにより、べークユニット140が設けられたべークユニットシェルフ140aの内部にはその前面部から背面部に清浄空気の排気流れが形成される。
【００１２】
一方、従来はべークユニットシェルフ140aの最上部がエアフィルタ173から所定距離に離隔されているためにこれらの間に使われない空間140bが形成されている。従って、前記空間140bに流入された清浄空気はべークユニットシェルフ140aの最上部に当って乱気流化され、この状態でこの空間140bを抜け出て下向き気流と合流することになる。これにより、べークユニットシェルフ140aの前面部でさらに多量の清浄空気の流れが発生し、また発生した乱気流が下向き気流の層流(Laminar air flow)を妨害することになるので、べークユニットシェルフ140aに隣接して誘導する乱気流状の清浄空気がさらに圧力の低いべークユニット140内に流し込まれる。
【００１３】
前述したような問題を含む多様な構造上の問題点によりかかる従来の写真工程システムのハウジング100内に清浄空気の層流が完全に形成されない。またべークユニット140が設けられたべークユニットシェルフ140aの内部への清浄空気の流れが形成されることによって、べークユニットシェルフ140a内の部位別温度差を発生させ、これによりべークユニット140内にローディングされているウェハに対する部位別温度均一化が果せない。一例として、べークユニットシェルフ140a内への空気流動が発生し、べークユニットシェルフ140aの前面部に近いウェハの部位がさらに低温の清浄空気と接触することになるので他部より温度が低くなる。
【００１４】
また、べークユニット140の内部には冷却水ラインと各種のユーティリティ配管及びボードなどが密集しており、これらはべークユニット140内の部位別温度偏差を加重させることになる。実験によれば、べークユニット140に隣接して設けられる冷却水ラインはべークユニットシェルフ140aの内部温度を部位別に約1℃の温度差を発生させることが確認された。そして、このような温度不均一により、フォトレジスト膜の厚さ偏差とパターンの線幅不均一が大きくなる。
【００１５】
本発明はフォトレジスト膜の厚さとパターン線幅の均一性を向上しうる半導体ウェハプロセッシングシステムを提供するにその目的がある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体ウェハプロセッシングシステムは、上部に清浄空気が流入される空気流入領域が備えられ、その下部には前記清浄空気が排出される空気排出部を有する空気排出領域が備えられたハウジングと、前記空気流入領域に備えられる多数のエアフィルタと、前記ハウジング内の一側に位置し、多層のべークユニットによるベーキング領域と、前記ハウジング内の他側に前記べーク領域と所定距離離隔されて位置し、ウェハにフォトレジストをコーティングする塗布機が備えられたコーティング領域と、前記ベーキング領域とコーティング領域との間に備えられ、ベーキング領域のベークユニットと前記コーティング領域の塗布機との間でウェハを移送するロボットと、前記ハウジングの上部の空気流入領域に清浄空気を供給する空気供給装置と、前記空気流入領域を通してハウジングに流入された空気が前記ベーキング領域の上部の空間に流入して水平方向に流動されることを防止し、これにより前記コーティング領域に対向する前記ベーキング領域の一側から前記清浄空気を前記空気排出領域に向けて垂直下方に層流流動させる空気流動ダムとを具備する。そして、エアフィルタ部はべーク領域の上部にまで拡張されており、エアフィルタ中１つとベーキング領域の最上ベーキングユニットの間に空間が定義され、空気流動ダムは空気流入部から空気排出領域に空気が流動するハウジング内の１つの領域から空間を隔離させるボックスを含むことを特徴とする。また、他の実施形態として、エアフィルタ部はべーク領域の上部にまで拡張されており、空気流動ダムはエアフィルタ部の底部に接したシェルフを具備することを特徴とする。また、更なる他の実施形態として、べーク領域の各べークユニットは、前面にはウェハ出入口が備えられて背面は開口部よりなるケースと、このケースの内部に設けられてヒーターが内蔵された下部プレートと、この下部プレートの上部に昇降可能に設けられてウェハを覆う上部プレートとを具備するべークチャンバと、このべークチャンバをその外部の熱的影響から遮断させるための遮断手段とを含むことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図4及び図5を参照すれば、本発明に係る写真工程システムは液状のフォトレジストをスピンコーティング方式で半導体ウェハ上に塗布する塗布機220と、ウェハ上のフォトレジスト膜に露光装置によって形成されたパターンを現像する現像機230と、ウェハを所定温度に加熱するべークユニット240が多段に設けられたべークユニットシェルフ240aを具備する。
【００１８】
前記べークユニットシェルフ240aはハウジング200の一側のべーク領域に設けられ、前記塗布機220、現像機230は前記べーク領域に対向して設けられ、前記ハウジング100の中央部には各装置間ウェハ移送のためのロボット210が設けられる。このロボット210はハウジング200の底部に固設される支持部211と、この支持部211上に結合されて自由に移動しながらウェハを移送するアーム部212を具備する。前記ハウジング200の前方にはウェハをシステム内部にローディング/アンローディングするためのローディング/アンローディング部250とシステムを操作して制御するための制御部260とが備えられる。
【００１９】
そして、前記ハウジング200内部に清浄空気を供給するための空調装置が具備される。この空調装置は下部プリナム40に設けられる送風機271と、この送風機271とハウジング200の上部を連結する送風管272と、ハウジング200の上部に設けられて前記送風管272を通して供給される清浄空気をフィルタリングするためのエアフィルタ273a、273bとを含む。
【００２０】
ここで、本発明の特徴としてエアフィルタ273a、273bはハウジング200の上部の空気流入領域に設けられるものであって、これら各々は複数の単位エアフィルタよりなる。このエアフィルタのうち第1エアフィルタ273aは前記塗布機220の直上部に位置し、第2エアフィルタ273bは前記ロボット210の直上方に位置する。一方、壁体240cよりなる空気流動抑制ダムはべークユニットシェルフ240aの直上方の空間240bを包むことによってべークユニットシェルフ240aの上方の空間240bには清浄空気が流入されない。
従って、前記第1エアフィルタ273aと第2エアフィルタ273bを経て供給される清浄空気が垂直下方に層流の形で流動されてハウジング200内の下方に流動し、従って、清浄空気の垂直下向きの層流流動によりべークユニットシェルフ240aへの流動が大きく抑制される。
【００２１】
本発明に係る写真工程システムの他の特徴は、前記ハウジング200の底部には清浄空気が自然に排出されるように多数の通気孔が形成された格子280が設けられる。これは前記ハウジング200上部から下向き供給される清浄空気の層流を前記ハウジング200の底面まで保たせる。つまり、ハウジング200の上部から供給される清浄空気はハウジング200の底面まで移動し、その大部がハウジング200に備えられた前記格子280を通して下部プリナム40に排出される。
【００２２】
この際、ハウジング200内に供給される清浄空気の量は送風管272に設けられたダンパ274により調節され、前記格子280を通して排出される清浄空気の量は格子280に形成された通気孔の大きさを変更することによって調節されうる。従って、ハウジング200内に供給される清浄空気の量とその外部に排出される清浄空気の量とを設置場所の条件に応じて適正に保てることになり、ハウジング200内では清浄空気の下向き気流のみ形成され、ハウジング内の局部的な圧力差を最小化してさらに安定した層流流動を起こす。
【００２３】
このようにハウジング200内部に形成される清浄空気の下向き気流は埃またはヒュームなどをハウジング200の底部の格子280を通して円滑に排出させるので、埃などが塗布機220やべークユニットシェルフ240a方向に拡散されてウェハ表面に欠陥を発生させる問題点が解消される。
【００２４】
また、前記第1エアフィルタ273aを通して供給される清浄空気の流速は前記第2エアフィルタ273bを通して供給される清浄空気の流速より速く設定されることが望ましい。即ち、べークユニットシェルフ240aに隣接した領域に流動する清浄空気の流動速度は塗布機220が位置する領域を流動する清浄空気の流動速度に比べて速くすることが望ましい。例えば、第1エアフィルタ273aを通して供給される清浄空気の流速は0.3m/secに設定し、第2エアフィルタ273bを通して供給される清浄空気の流速は0.2m/secに設定しうる。
このように第1エアフィルタ273aを通して供給される清浄空気の流速をさらに速く設定したのは、ロボット210の位置した部位から発生する埃などの塗布機220及び現像機230側への流入を防止するためである。
【００２５】
図6及び図7を参照すれば、前記ハウジング200の底部に設けられた格子280はハウジング200から下部プリナム40に繋がる実質的な開孔率(Openratio）を調節可能に構成される。このために回折格子280は前記ハウジングの底部に固設される固定プレート281と、固定プレート281の下部に、これに対して相対的に位置移動可能に設けられる移動プレート282を具備する2階構造を有する。前記固定プレート281には多数の通気孔283が一定の間隔に形成されており、前記移動プレート282には多数のスリット284が一定の間隔に形成されている。
従って、前記移動プレート282を所定の移動手段(図示せず)により往復動させると、通気孔283とスリット284との重なり程度に応じて通気孔283の開孔率が増減される。
このように前記格子280の開孔率を調整でき、ハウジング内における清浄空気の流動速度及び圧力を適切に調節できるので、より安定した清浄空気の層流流動が導け、また前記べークユニットシェルフの内外部間の圧力差を減少させたり、無くせる。前記圧力差の減少乃至解消はべークユニットシェルフ240a内への清浄空気の流れを抑制することになる。
【００２６】
図8は本発明に係る写真工程システムと従来の写真工程システム内における清浄空気の位置別流速を比較して示したグラフであって、エアフィルタの下部15cm位置で測定した流速を示したものである。
図8中、従来のシステムにおける位置別清浄空気の流速を測定して示したグラフ(A)を見ると、ハウジングの中央部分における流速がその両側よりかなり速くなっていることが分かる。このような部分別流速の差によれば、部分別圧力の差を発生して清浄空気が、流速の速い中央部から流速の遅い両側部に流動し、そのうちべークユニットシェルフ側に流動された清浄空気はべークユニットシェルフ内に流入される。
本発明によれば、前述したように格子の位置別開孔率を適切に調整してハウジング内における位置別清浄空気の流速を均一にしうる。本発明に係る写真工程システムにおける位置別清浄空気の流速を示したグラフ(B)を見ると、ハウジング内の部分別流速が相対的に均一なのがわかる。このような均一の流速はハウジング内の部位別圧力の差を減少乃至解消することになってハウジング下方への流動が保たれ、水平方向への空気の流動が抑制されることによってべークユニットシェルフ内への気流の流れが抑制される。
【００２７】
下記表1はべークユニットシェルフの内外部間の圧力差とこれによるフォトレジスト膜から得られたパターンの線幅の偏差を示したものである。
【表１】
前記データは120℃におけるPEB工程によるフォトレジストフロー(Photoregist Flow)を誘導した後、ウェハ上の部位別パターンの線幅の偏差を測定して得られたものであって、表1の(ａ)は従来の写真工程システムの場合を、(ｂ)は本発明に係る写真工程システムの場合を各々示したものである。
表1から分かるように、従来の写真工程システムではべークユニットシェルフの内部とハウジングの内部(べークユニットシェルフの外部)間に圧力の差が存在し、これによりフォトレジストフロー工程後のウェハ上のパターンの部位別線幅の偏差が50nm以上発生した。しかし、本発明によればべークユニットシェルフの内部とハウジングの内部との圧力差がなくなるので、べークユニットシェルフ内に清浄空気が流れなくなってべークユニット内の温度が一定に保たれ、よって局部的な温度偏差が大幅に減り、線幅の偏差が35nm以下に減少される。
【００２８】
図9に示された本発明に係る写真工程システムの他の実施形態によれば、ハウジング300内の上部空気流入領域に備えられたエアフィルタ373がべークユニットシェルフ340aの上部にまで延びている。遮断壁391よりなる空気抑制ダムはべークユニットシェルフ340aの上方に存在する空間340bを包む。そして、選択的な要素として、前記空間340bに対応するエアフィルタ373の一側部の上面にも清浄空気の流入を遮断する遮断板394が選択的に設けられている。前記遮断壁391の両側底面には、図10に示されるように、スクリュ締結ホール392が備えられてスクリュ393により前記遮断壁391がべークユニットシェルフ340aの上面に固定される。前記遮断板394は送風管372を通してハウジング300の上部に供給される清浄空気がべークユニット340の上部のエアフィルタ373に流入されることを遮断し、前記遮断壁391はべークユニットシェルフ340aの上方の空間340bを密閉し、この空間340bとハウジング300の内部との空気流動を遮断する。
従って、べークユニットシェルフ340aの上方の空間340bにおける乱気流形成が防止され、前記フィルタ373からハウジング内に流入された空気が垂直下方に層流を保ちながら流動することにより、べークユニットシェルフ340a内に流入される清浄空気の量を最小化しうる。この際、二つのエアフィルタ373を通してハウジング300内に供給される清浄空気の量はダンパ374を用いて部位別に均一に調節しうる。
【００２９】
本発明に係る写真工程システムのさらに他の実施形態を示す図11を参照すれば、前述したようなべークユニットシェルフの上方に位置する空間を除去するために、エアフィルタ473の底面に空気抑制ダムとしてべークユニットシェルフ440aの上部が接触している。従って、べークユニットシェルフ440aとエアフィルタ473との間に空間が存在しない。そして選択的な要素として、べークユニットシェルフ440aの上部が接触しているエアフィルタ473の一部の上面に遮断板494がさらに設けられている。
従って、送風管472を通してハウジング400の上部に供給される清浄空気は前記べークユニットシェルフ440の上部と前記エアフィルタ473の底面との間では流れなくなる。従って、前記フィルタ473からハウジング内部に流入された空気が垂直下方に層流を保ちながら流動することにより、べークユニットシェルフ440a内に流入される清浄空気の量を最小化しうる。この際、二つのエアフィルタ473を通してハウジング400内に供給される清浄空気の量はダンパ474を用いて部位別に均一に調節しうる。
【００３０】
図12乃至図14を参照すれば、本発明の写真工程システムに適用されるべークユニットはウェハ10がその内部にローディングされるようにウェハ出入口511が備えられ、後方は開放されているケース510を具備する。このケース510内にはウェハ10を所定温度に加熱するためのべークチャンバ520が備えられる。このべークチャンバ520は前記ケース510の底板512に設けられ、ウェハ10を加熱するためのヒータ523が内蔵された下部プレート521と、この下部プレート521の上部に設けられ、所定の昇降手段（図示せず）により昇降自在な上部プレート522を具備する。前記下部プレート521の上面にウェハ10が載置されると前記上部プレート522が下降してウェハ10を覆うことになる。
【００３１】
一方、前記べークチャンバ520の周囲には各種ユーティリティ配管及びボードなどが設けられるボード設置部530とべークチャンバ520を冷却させるための冷却水ライン540が位置している。これらはべークチャンバ520の温度を部分的に不均一にしたり、降温させる等べークチャンバ520に熱的影響を与えることになる。そこで、本発明に係るべークユニットは前記べークチャンバ520をその外部の熱的影響から遮断させるための遮断手段を具備する。この遮断手段として前記べークチャンバ520を外部と隔離させる遮断カバー550が備えられ、また前記冷却水ライン540の影響を遮断する遮断板560が備えられる。
【００３２】
前記遮断カバー550は前記べークチャンバ520の回りを包むように設けられ、その底面はケース510の底板512に取付けられる。また遮断カバー550はべークチャンバ520の回りに設けられた状態でその前面のみウェハ10が出入できるように開放されており、その他の部分は閉鎖されている。従って、外部の熱的影響がべークチャンバ520に与えられることを遮断し、またべークユニット内に清浄空気が流入されても遮断カバー550内には清浄空気の流れが生じない。これはべークチャンバ520内にローディングされたウェハ10の部位別温度均一性を向上させることになる。
【００３３】
さらに、前記遮断カバー550は外側板551と内側板552の2重板構造体よりなることが望ましい。外側板551はステンレス材質で製作されて遮断カバー550の形態を保たせる。この外側板551の製作時にはできるだけ溶接が排除されるようにプレス成形法を適用し、その表面はポリシング処理して埃等異物の発生及び吸着を最大限防止する。一方、前記内側板552はテフロン(Teflon；PVDF)などの良好な耐熱性及び断熱性を有する合成樹脂材で製作されて熱伝達を最小化する。また、前記内側板552は熱による変形が少なく、埃やイオン性汚染物質を発生させない材質であることが望ましい。
【００３４】
前記遮断カバー550の背面には、図13に示されるように、遮断カバー550内に流れる清浄空気の量を調節しうる可変排気口555が備えられ、この可変排気口555にはその開閉程度を調整するノブ556が設けられる。前記可変排気口555とノブ556は遮断カバー550の背面の左右側に各々設けられ、遮断カバー550内の左右側に流れる清浄空気の量を均一に調節することによって、ウェハ10の左右側温度偏差を減少させうる。そして、前記ノブ556には前記可変排気口555の開閉程度を確認しうる目盛りが描かれることが望ましい。
【００３５】
前記遮断板560は前記冷却水ライン540を包むように設けられ、前記冷却水ライン540によりべークチャンバ520の一側温度が降温されることを防止する。従って、べークチャンバ520内にローディングされたウェハ10の部位別温度偏差が減少される。
そして、前記遮断板560は、図14に示されるように、ステンレス材質の外側板561とテフロンなどの良好な断熱性を有する合成樹脂材の内側板562の2重板構造体よりなることがさらに望ましい。外側板561の両側縁部にはスクリュ挿入ホール563が備えられて前記ケース510の内側面にスクリュ564を使用して遮断板560を固定させうる。この外側板561の製作時にもできるだけ溶接が排除されるようにプレス成形法を適用し、その外面はポリシング処理することによって埃等異物の発生及び吸着を最大限防止する。一方、前記内側板562の内面には前記冷却水ラインが密着するように溝565が形成される。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかし、実施の形態は例示的なものに過ぎず、当業者ならこれより多様な変形及び均等な他の実施の形態が可能なのを理解しうる。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲によってのみ決まるべきである。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る半導体ウェハプロセッシングシステムによれば、ハウジングの内部から清浄空気の垂直下向きの層流流動が効果的に、かつ安定的に生じるので、乱流の発生によるべークユニットシェルフ内への清浄空気の流れが減少乃至防止される。また、ハウジング内の清浄空気がその底部に備えられた格子を通して直接排出されるので、ハウジング内の清浄度が向上する。さらに、べークユニットシェルフ内の冷却水ライン等による熱的影響が遮断されるので、ウェハ上の部位別温度分布が均一になる。
従って、ウェハ上のフォトレジスト膜の厚さ分布が格段に均一になってパターンの線幅の偏差が減少する。さらに、ハウジング内に形成される清浄空気の円滑な垂直下向きの層流流動により埃またはイオン性汚染物質などがハウジングの底部の格子を通して直接排出されるので、埃等によるハウジング内におけるウェハの汚染が効率よく抑制され、よって半導体の製造収率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の写真工程システムの概略的な構成を示す平面図である。
【図２】清浄室内に設けられた従来の写真工程システムの垂直的な構造を概略的に示す図である。
【図３】清浄空気の流動状態を示す従来の写真工程システムの垂直的構造を示す図である。
【図４】本発明に係る写真工程システムの概略的な平面的構造を示す図である。
【図５】清浄空気の流動状態を示したものであって、本発明の写真工程システムの望ましい実施形態の垂直的な構造を示す図である。
【図６】本発明の写真工程システムの望ましい実施形態に適用される格子の斜視図である。
【図７】図6に示された本発明の写真工程システムの望ましい実施例に適用される回折格子の断面図である。
【図８】本発明に係る写真工程システムと従来の写真工程システム内における清浄空気の位置別流速を比べて示した線図である。
【図９】本発明に係る写真工程システムの他の実施形態を示す図である。
【図１０】図9に示された本発明に係る写真工程システムに適用される遮断壁の概略的な斜視図である。
【図１１】本発明に係る写真工程システムのさらに他の実施形態の上部構造を概略的に示す図である。
【図１２】本発明に係る写真工程システムに適用されるべークユニットを示す分離斜視図である。
【図１３】図12に示されたべークユニットの垂直的な構造を示す断面図である。
【図１４】図12に示された遮断板を概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
200 ハウジング
210 ロボット
220 塗布機
240 べークユニット
240a べークユニットシェルフ
240b 空間
240c 壁体
273a, 273b エアフィルタ
274 ダンパ
280 格子
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体ウェハプロセッシングシステムに係り、特に良質のフォトレジスト膜を半導体ウェハ上に形成しうる半導体ウェハプロセッシングシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製作工程における写真工程(Photo process）はウェハ上にフォトレジスト膜を形成するコーティング段階と、フォトレジスト膜を所定のパターンで露光する露光段階と、露光された前記フォトレジストを所定パターンに現像する現像段階とを含む。
【０００３】
最近、その使用が次第に増加している密集システム(Clustered System）は写真工程上の全ての装置、例えば塗布機、現象機、べーク装置などが一箇所に密集されている。従って、各装置間の距離及び各装置間のウェハ時間を短縮することによって工程の効率的な進行が可能である。
【０００４】
図1は前述したような密集システムの構造を有する従来の写真工程システムの平面的な構造を概略的に示す図面である。
図1に示されたように、写真工程システムのハウジング100内の中央部にウェハの移送を担当するロボット110が位置し、このロボット110の周りに塗布機120、現像機130、べークユニット140、ローディング/アンローディング部150、制御部160が位置する。
前記塗布機120はフォトレジストを薄膜状にウェハの表面に塗布する装置であって、一般にウェハを所定の速度に回転させて遠心力によりフォトレジストをウェハ上に均一に塗布させるスピンコーティング方式を採用している。
前記現像機130は露光段階でフォトレジスト膜に形成されたパターンを現像し、前記べークユニット140は前記各段階の間でウェハを所定の温度に加熱する。
前記ローディング/アンローディング部150は外部からシステム内部にウェハを投入したり、工程済みのウェハを排出するための場所として、多数のウェハが積載されたウェハキャリアが多数個置かれるようになっている。
前記制御部160はシステムの各装置を操作、制御するためのコンピュータシステムを具備する。前記ロボット110はハウジング100の底面に固設される支持部111と該支持部111上に結合されて自由に動けるアーム部112を有する。アーム部112はハウジング100内の各装置間にウェハを移動させる役割をする。
【０００５】
以下、前記従来の写真工程システムによる一般の写真工程を段階別に説明する。
1) プリベーク段階：ローディング/アンローディング部150にウェハキャリアを通して投入されたウェハはロボット110によりべークユニット140に移動されてプリべーク(Pre-bake)過程を経る。この段階では、ウェハを所定の温度に加熱してウェハ表面の有機物や異物を蒸発させる。
2) PRコーティング段階：ウェハは塗布機120に移送され、ここでその表面にフォトレジスト膜が形成される。
3) ソフトべーク段階：フォトレジスト膜が形成されたウェハは再びべークユニット140に搬送されて所定時間加熱される。この段階で、ウェハにコーティングされたフォトレジスト膜が乾燥され、そしてフォトレジスト膜がウェハ表面に強く接着される。
4) 露光段階：ウェハが別に備えられているステッパまたはスキャナなどの露光装置に移送された後、ここでフォトレジスト膜が所定のパターンに露光される。
5) 露光後べーク段階(PEB；Post-Exposure-Bake)：露光過程を経たウェハが再びべークユニット140に移動され、ここで所定温度に適正時間加熱される。
6) 現像段階：PEB段階を経たウェハを適正温度に冷却させた後、現像機130で所定パターンに露光されたフォトレジスト膜を現像する。
7) ハードべーク(Hard Bake)段階：フォトレジスト膜から所望のパターンが現像された後、ウェハを加熱する。この段階では加熱によりウェハ表面に対するパターンの付着力が強化される。
【０００６】
前記全ての段階は温度及び湿度が調節され、埃やその他異物が除去された清浄環境で進行される。従って、前記フォト工程システムは空気調和装置が備えられた清浄室(Clean room)内に設けられる。
前記段階のうち、PEB段階は露光されたフォトレジストを所定温度に加熱して光学的に分解された樹脂を熱的拡散(thermal diffusion)により再配列させることによって、露光パターンのプロファイル境界(断面)を清潔にする。このようなPEB段階は露光時光源がUV(Ultra Violet)及びDUV(Deep Ultra Violet)光源の場合、露光部分における光の回折及び干渉によるパターンのプロファイル異常及びパターンの限界寸法(Critical Dimension)線幅の不均一化を抑制するためのものである。露光部分における光の回折及び干渉は光の波長、ウェハの反射率及び屈折率、フォトレジストの光吸収度に応じて変化する。
このような光学的影響を減少させるために前述したPEB工程の他に、露光前にフォトレジスト膜の表面に反射防止膜を塗布することによって前述したような光の回折及び干渉による問題を解決しようとする方法があるが、普遍的にはPEB工程が適用される。
写真工程における光がDUV光の場合にフォトレジストとして化学増幅型レジスト(Chemically Amplified Resist)が使われる。化学増幅型レジストは熱処理を通して露光部が現像液に溶けやすい酸(Acid)状態に変わり、連鎖反応による増幅型であるため、PEB段階でウェハ全体に加えられる熱の均衡はパターンの線幅均一性に最も敏感な影響を与える要因となる。
【０００７】
図2は清浄室内に設けられた従来の写真工程システムの垂直的構造を概略的に示す図面である。
図2を参照すれば、通常、清浄室は通路10と装置設置区域20とに区分される。写真工程システムは通路10に隣接して前記装置設置区域20に位置する。清浄室の上部には清浄空気が流入される上部プリナム(Upper Plenum)30が備えられ、清浄室の下部には清浄空気が排出される下部プリナム(Lower Plenum)40が備えられる。そして、上部プリナム30と清浄室との間にはフィルタ31が設けられる。写真工程システムのハウジング100内の一側には塗布機120などが設けられ、他側には多数のべークユニット140が多段に設けられるべークユニットシェルフ140aが備えられている。ハウジング100の中間部にはロボット110が設けられる。
【０００８】
写真工程システムの空調装置は送風機171、送風管172及びエアフィルタ173を具備する。前記送風機171は下部プリナム40内に設けられ、前記エアフィルタ173はハウジング100の上部に設けられ、前記送風管172は送風機171から延びて前記エアフィルタ173が備えられたハウジング100の上部に連結されている。通常、前記送風機171には清浄空気中のNH3を除去しうるケミカルフィルタが設けられている。
【０００９】
前記清浄室内では装置設置区域20からハウジング100内への埃などの流入を防止し、ヒューム(Fume)などの拡散防止のために区域別に圧力差を設けている。例えば、各区域別の圧力差は下記のように形成される。通路10側の圧力がハウジング100の上部空間の圧力より約0.17〜0.18mmH2O程度高く、通路10側の圧力がハウジング100の内部の圧力より約0.07〜0.08mmH2O程度高く、ハウジング100内の圧力が装置設置区域20の圧力より約0.09〜0.12mmH2O程度高く形成される。そして、装置設置区域20の圧力が下部プリナム40内の圧力より約0.60〜0.70mmH2O程度高く、通路10側の圧力が下部プリナム40内の圧力より約0.71〜0.82mmH2O程度高くなっている。また、ハウジング100内の圧力がべークユニット140内の圧力より約0.02〜0.082mmH2O程度高く、べークユニット140内部の圧力がその背面の外部との間の圧力より約0.06〜0.08mmH2O程度高く形成される。
【００１０】
このように各区域別に圧力差が存在することによって、清浄空気は上部プリナム30から通路10とハウジング100内部及び装置設置区域20を経て下部プリナム40に流れることになる。ここで、通路10と装置設置区域20の底面は通常格子(Grating)よりなるため、清浄空気がこれを通過して下部プリナム40に流れることになる。そして、通路10からハウジング100内に流入された清浄空気は塗布機120とべークユニット140の前面、内部及び背面を順次に経てハウジング100の背面を通して下部プリナム40に流れることになる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図3は従来の写真工程システムの内部における空調装置による清浄空気の流れを示す図面である。
図3に示されたように、ハウジング100の上部に連結された送風管172を通して供給される清浄空気はエアフィルタ173を経てハウジング100の内部に流入される。この際、ハウジング100内に流入される清浄空気の量は送風管172に設けられたダンパ174により調節される。ハウジング100内に流入された清浄空気は下向き気流を形成し、ハウジング100内の下部に流れることになる。ところが、ハウジング100内の下部には清浄空気の通過を可能にする格子101が設けられているが、ハウジング100の底板102は完全に密閉されているので、清浄空気はハウジング100の背面下部に備えられた排気口103を通してハウジング100の外部に排出される。これにより、べークユニット140が設けられたべークユニットシェルフ140aの内部にはその前面部から背面部に清浄空気の排気流れが形成される。
【００１２】
一方、従来はべークユニットシェルフ140aの最上部がエアフィルタ173から所定距離に離隔されているためにこれらの間に使われない空間140bが形成されている。従って、前記空間140bに流入された清浄空気はべークユニットシェルフ140aの最上部に当って乱気流化され、この状態でこの空間140bを抜け出て下向き気流と合流することになる。これにより、べークユニットシェルフ140aの前面部でさらに多量の清浄空気の流れが発生し、また発生した乱気流が下向き気流の層流(Laminar air flow)を妨害することになるので、べークユニットシェルフ140aに隣接して誘導する乱気流状の清浄空気がさらに圧力の低いべークユニット140内に流し込まれる。
【００１３】
前述したような問題を含む多様な構造上の問題点によりかかる従来の写真工程システムのハウジング100内に清浄空気の層流が完全に形成されない。またべークユニット140が設けられたべークユニットシェルフ140aの内部への清浄空気の流れが形成されることによって、べークユニットシェルフ140a内の部位別温度差を発生させ、これによりべークユニット140内にローディングされているウェハに対する部位別温度均一化が果せない。一例として、べークユニットシェルフ140a内への空気流動が発生し、べークユニットシェルフ140aの前面部に近いウェハの部位がさらに低温の清浄空気と接触することになるので他部より温度が低くなる。
【００１４】
また、べークユニット140の内部には冷却水ラインと各種のユーティリティ配管及びボードなどが密集しており、これらはべークユニット140内の部位別温度偏差を加重させることになる。実験によれば、べークユニット140に隣接して設けられる冷却水ラインはべークユニットシェルフ140aの内部温度を部位別に約1℃の温度差を発生させることが確認された。そして、このような温度不均一により、フォトレジスト膜の厚さ偏差とパターンの線幅不均一が大きくなる。
【００１５】
本発明はフォトレジスト膜の厚さとパターン線幅の均一性を向上しうる半導体ウェハプロセッシングシステムを提供するにその目的がある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体ウェハプロセッシングシステムは、上部に清浄空気が流入される空気流入領域が備えられ、その下部には前記清浄空気が排出される空気排出部を有する空気排出領域が備えられたハウジングと、前記空気流入領域に備えられる多数のエアフィルタと、前記ハウジング内の一側に位置し、多層のべークユニットによるベーキング領域と、前記ハウジング内の他側に前記べーク領域と所定距離離隔されて位置し、ウェハにフォトレジストをコーティングする塗布機が備えられたコーティング領域と、前記ベーキング領域とコーティング領域との間に備えられ、ベーキング領域のベークユニットと前記コーティング領域の塗布機との間でウェハを移送するロボットと、前記ハウジングの上部の空気流入領域に清浄空気を供給する空気供給装置と、前記空気流入領域を通してハウジングに流入された空気が前記ベーキング領域の上部の空間に流入して水平方向に流動されることを防止し、これにより前記コーティング領域に対向する前記ベーキング領域の一側から前記清浄空気を前記空気排出領域に向けて垂直下方に層流流動させる空気流動ダムとを具備する。そして、エアフィルタ部はべーク領域の上部にまで拡張されており、エアフィルタ中１つとベーキング領域の最上ベーキングユニットの間に空間が定義され、空気流動ダムは空気流入部から空気排出領域に空気が流動するハウジング内の１つの領域から空間を隔離させるボックスを含むことを特徴とする。また、他の実施形態として、エアフィルタ部はべーク領域の上部にまで拡張されており、空気流動ダムはエアフィルタ部の底部に接したシェルフを具備することを特徴とする。また、更なる他の実施形態として、べーク領域の各べークユニットは、前面にはウェハ出入口が備えられて背面は開口部よりなるケースと、このケースの内部に設けられてヒーターが内蔵された下部プレートと、この下部プレートの上部に昇降可能に設けられてウェハを覆う上部プレートとを具備するべークチャンバと、このべークチャンバをその外部の熱的影響から遮断させるための遮断手段とを含むことを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面に基づき本発明の実施の形態を詳しく説明する。
図4及び図5を参照すれば、本発明に係る写真工程システムは液状のフォトレジストをスピンコーティング方式で半導体ウェハ上に塗布する塗布機220と、ウェハ上のフォトレジスト膜に露光装置によって形成されたパターンを現像する現像機230と、ウェハを所定温度に加熱するべークユニット240が多段に設けられたべークユニットシェルフ240aを具備する。
【００１８】
前記べークユニットシェルフ240aはハウジング200の一側のべーク領域に設けられ、前記塗布機220、現像機230は前記べーク領域に対向して設けられ、前記ハウジング100の中央部には各装置間ウェハ移送のためのロボット210が設けられる。このロボット210はハウジング200の底部に固設される支持部211と、この支持部211上に結合されて自由に移動しながらウェハを移送するアーム部212を具備する。前記ハウジング200の前方にはウェハをシステム内部にローディング/アンローディングするためのローディング/アンローディング部250とシステムを操作して制御するための制御部260とが備えられる。
【００１９】
そして、前記ハウジング200内部に清浄空気を供給するための空調装置が具備される。この空調装置は下部プリナム40に設けられる送風機271と、この送風機271とハウジング200の上部を連結する送風管272と、ハウジング200の上部に設けられて前記送風管272を通して供給される清浄空気をフィルタリングするためのエアフィルタ273a、273bとを含む。
【００２０】
ここで、本発明の特徴としてエアフィルタ273a、273bはハウジング200の上部の空気流入領域に設けられるものであって、これら各々は複数の単位エアフィルタよりなる。このエアフィルタのうち第1エアフィルタ273aは前記塗布機220の直上部に位置し、第2エアフィルタ273bは前記ロボット210の直上方に位置する。一方、壁体240cよりなる空気流動抑制ダムはべークユニットシェルフ240aの直上方の空間240bを包むことによってべークユニットシェルフ240aの上方の空間240bには清浄空気が流入されない。
従って、前記第1エアフィルタ273aと第2エアフィルタ273bを経て供給される清浄空気が垂直下方に層流の形で流動されてハウジング200内の下方に流動し、従って、清浄空気の垂直下向きの層流流動によりべークユニットシェルフ240aへの流動が大きく抑制される。
【００２１】
本発明に係る写真工程システムの他の特徴は、前記ハウジング200の底部には清浄空気が自然に排出されるように多数の通気孔が形成された格子280が設けられる。これは前記ハウジング200上部から下向き供給される清浄空気の層流を前記ハウジング200の底面まで保たせる。つまり、ハウジング200の上部から供給される清浄空気はハウジング200の底面まで移動し、その大部がハウジング200に備えられた前記格子280を通して下部プリナム40に排出される。
【００２２】
この際、ハウジング200内に供給される清浄空気の量は送風管272に設けられたダンパ274により調節され、前記格子280を通して排出される清浄空気の量は格子280に形成された通気孔の大きさを変更することによって調節されうる。従って、ハウジング200内に供給される清浄空気の量とその外部に排出される清浄空気の量とを設置場所の条件に応じて適正に保てることになり、ハウジング200内では清浄空気の下向き気流のみ形成され、ハウジング内の局部的な圧力差を最小化してさらに安定した層流流動を起こす。
【００２３】
このようにハウジング200内部に形成される清浄空気の下向き気流は埃またはヒュームなどをハウジング200の底部の格子280を通して円滑に排出させるので、埃などが塗布機220やべークユニットシェルフ240a方向に拡散されてウェハ表面に欠陥を発生させる問題点が解消される。
【００２４】
また、前記第1エアフィルタ273aを通して供給される清浄空気の流速は前記第2エアフィルタ273bを通して供給される清浄空気の流速より速く設定されることが望ましい。即ち、べークユニットシェルフ240aに隣接した領域に流動する清浄空気の流動速度は塗布機220が位置する領域を流動する清浄空気の流動速度に比べて速くすることが望ましい。例えば、第1エアフィルタ273aを通して供給される清浄空気の流速は0.3m/secに設定し、第2エアフィルタ273bを通して供給される清浄空気の流速は0.2m/secに設定しうる。
このように第1エアフィルタ273aを通して供給される清浄空気の流速をさらに速く設定したのは、ロボット210の位置した部位から発生する埃などの塗布機220及び現像機230側への流入を防止するためである。
【００２５】
図6及び図7を参照すれば、前記ハウジング200の底部に設けられた格子280はハウジング200から下部プリナム40に繋がる実質的な開孔率(Openratio）を調節可能に構成される。このために回折格子280は前記ハウジングの底部に固設される固定プレート281と、固定プレート281の下部に、これに対して相対的に位置移動可能に設けられる移動プレート282を具備する2階構造を有する。前記固定プレート281には多数の通気孔283が一定の間隔に形成されており、前記移動プレート282には多数のスリット284が一定の間隔に形成されている。
従って、前記移動プレート282を所定の移動手段(図示せず)により往復動させると、通気孔283とスリット284との重なり程度に応じて通気孔283の開孔率が増減される。
このように前記格子280の開孔率を調整でき、ハウジング内における清浄空気の流動速度及び圧力を適切に調節できるので、より安定した清浄空気の層流流動が導け、また前記べークユニットシェルフの内外部間の圧力差を減少させたり、無くせる。前記圧力差の減少乃至解消はべークユニットシェルフ240a内への清浄空気の流れを抑制することになる。
【００２６】
図8は本発明に係る写真工程システムと従来の写真工程システム内における清浄空気の位置別流速を比較して示したグラフであって、エアフィルタの下部15cm位置で測定した流速を示したものである。
図8中、従来のシステムにおける位置別清浄空気の流速を測定して示したグラフ(A)を見ると、ハウジングの中央部分における流速がその両側よりかなり速くなっていることが分かる。このような部分別流速の差によれば、部分別圧力の差を発生して清浄空気が、流速の速い中央部から流速の遅い両側部に流動し、そのうちべークユニットシェルフ側に流動された清浄空気はべークユニットシェルフ内に流入される。
本発明によれば、前述したように格子の位置別開孔率を適切に調整してハウジング内における位置別清浄空気の流速を均一にしうる。本発明に係る写真工程システムにおける位置別清浄空気の流速を示したグラフ(B)を見ると、ハウジング内の部分別流速が相対的に均一なのがわかる。このような均一の流速はハウジング内の部位別圧力の差を減少乃至解消することになってハウジング下方への流動が保たれ、水平方向への空気の流動が抑制されることによってべークユニットシェルフ内への気流の流れが抑制される。
【００２７】
下記表1はべークユニットシェルフの内外部間の圧力差とこれによるフォトレジスト膜から得られたパターンの線幅の偏差を示したものである。
【表１】
表1から分かるように、従来の写真工程システムではべークユニットシェルフの内部とハウジングの内部(べークユニットシェルフの外部)間に圧力の差が存在し、これによりフォトレジストフロー工程後のウェハ上のパターンの部位別線幅の偏差が50nm以上発生した。しかし、本発明によればべークユニットシェルフの内部とハウジングの内部との圧力差がなくなるので、べークユニットシェルフ内に清浄空気が流れなくなってべークユニット内の温度が一定に保たれ、よって局部的な温度偏差が大幅に減り、線幅の偏差が35nm以下に減少される。
【００２８】
図9に示された本発明に係る写真工程システムの他の実施形態によれば、ハウジング300内の上部空気流入領域に備えられたエアフィルタ373がべークユニットシェルフ340aの上部にまで延びている。遮断壁391よりなる空気抑制ダムはべークユニットシェルフ340aの上方に存在する空間340bを包む。そして、選択的な要素として、前記空間340bに対応するエアフィルタ373の一側部の上面にも清浄空気の流入を遮断する遮断板394が選択的に設けられている。前記遮断壁391の両側底面には、図10に示されるように、スクリュ締結ホール392が備えられてスクリュ393により前記遮断壁391がべークユニットシェルフ340aの上面に固定される。前記遮断板394は送風管372を通してハウジング300の上部に供給される清浄空気がべークユニット340の上部のエアフィルタ373に流入されることを遮断し、前記遮断壁391はべークユニットシェルフ340aの上方の空間340bを密閉し、この空間340bとハウジング300の内部との空気流動を遮断する。
従って、べークユニットシェルフ340aの上方の空間340bにおける乱気流形成が防止され、前記フィルタ373からハウジング内に流入された空気が垂直下方に層流を保ちながら流動することにより、べークユニットシェルフ340a内に流入される清浄空気の量を最小化しうる。この際、二つのエアフィルタ373を通してハウジング300内に供給される清浄空気の量はダンパ374を用いて部位別に均一に調節しうる。
【００２９】
本発明に係る写真工程システムのさらに他の実施形態を示す図11を参照すれば、前述したようなべークユニットシェルフの上方に位置する空間を除去するために、エアフィルタ473の底面に空気抑制ダムとしてべークユニットシェルフ440aの上部が接触している。従って、べークユニットシェルフ440aとエアフィルタ473との間に空間が存在しない。そして選択的な要素として、べークユニットシェルフ440aの上部が接触しているエアフィルタ473の一部の上面に遮断板494がさらに設けられている。
従って、送風管472を通してハウジング400の上部に供給される清浄空気は前記べークユニットシェルフ440の上部と前記エアフィルタ473の底面との間では流れなくなる。従って、前記フィルタ473からハウジング内部に流入された空気が垂直下方に層流を保ちながら流動することにより、べークユニットシェルフ440a内に流入される清浄空気の量を最小化しうる。この際、二つのエアフィルタ473を通してハウジング400内に供給される清浄空気の量はダンパ474を用いて部位別に均一に調節しうる。
【００３０】
図12乃至図14を参照すれば、本発明の写真工程システムに適用されるべークユニットはウェハ10がその内部にローディングされるようにウェハ出入口511が備えられ、後方は開放されているケース510を具備する。このケース510内にはウェハ10を所定温度に加熱するためのべークチャンバ520が備えられる。このべークチャンバ520は前記ケース510の底板512に設けられ、ウェハ10を加熱するためのヒータ523が内蔵された下部プレート521と、この下部プレート521の上部に設けられ、所定の昇降手段（図示せず）により昇降自在な上部プレート522を具備する。前記下部プレート521の上面にウェハ10が載置されると前記上部プレート522が下降してウェハ10を覆うことになる。
【００３１】
一方、前記べークチャンバ520の周囲には各種ユーティリティ配管及びボードなどが設けられるボード設置部530とべークチャンバ520を冷却させるための冷却水ライン540が位置している。これらはべークチャンバ520の温度を部分的に不均一にしたり、降温させる等べークチャンバ520に熱的影響を与えることになる。そこで、本発明に係るべークユニットは前記べークチャンバ520をその外部の熱的影響から遮断させるための遮断手段を具備する。この遮断手段として前記べークチャンバ520を外部と隔離させる遮断カバー550が備えられ、また前記冷却水ライン540の影響を遮断する遮断板560が備えられる。
【００３２】
前記遮断カバー550は前記べークチャンバ520の回りを包むように設けられ、その底面はケース510の底板512に取付けられる。また遮断カバー550はべークチャンバ520の回りに設けられた状態でその前面のみウェハ10が出入できるように開放されており、その他の部分は閉鎖されている。従って、外部の熱的影響がべークチャンバ520に与えられることを遮断し、またべークユニット内に清浄空気が流入されても遮断カバー550内には清浄空気の流れが生じない。これはべークチャンバ520内にローディングされたウェハ10の部位別温度均一性を向上させることになる。
【００３３】
さらに、前記遮断カバー550は外側板551と内側板552の2重板構造体よりなることが望ましい。外側板551はステンレス材質で製作されて遮断カバー550の形態を保たせる。この外側板551の製作時にはできるだけ溶接が排除されるようにプレス成形法を適用し、その表面はポリシング処理して埃等異物の発生及び吸着を最大限防止する。一方、前記内側板552はテフロン(Teflon；PVDF)などの良好な耐熱性及び断熱性を有する合成樹脂材で製作されて熱伝達を最小化する。また、前記内側板552は熱による変形が少なく、埃やイオン性汚染物質を発生させない材質であることが望ましい。
【００３４】
前記遮断カバー550の背面には、図13に示されるように、遮断カバー550内に流れる清浄空気の量を調節しうる可変排気口555が備えられ、この可変排気口555にはその開閉程度を調整するノブ556が設けられる。前記可変排気口555とノブ556は遮断カバー550の背面の左右側に各々設けられ、遮断カバー550内の左右側に流れる清浄空気の量を均一に調節することによって、ウェハ10の左右側温度偏差を減少させうる。そして、前記ノブ556には前記可変排気口555の開閉程度を確認しうる目盛りが描かれることが望ましい。
【００３５】
前記遮断板560は前記冷却水ライン540を包むように設けられ、前記冷却水ライン540によりべークチャンバ520の一側温度が降温されることを防止する。従って、べークチャンバ520内にローディングされたウェハ10の部位別温度偏差が減少される。
そして、前記遮断板560は、図14に示されるように、ステンレス材質の外側板561とテフロンなどの良好な断熱性を有する合成樹脂材の内側板562の2重板構造体よりなることがさらに望ましい。外側板561の両側縁部にはスクリュ挿入ホール563が備えられて前記ケース510の内側面にスクリュ564を使用して遮断板560を固定させうる。この外側板561の製作時にもできるだけ溶接が排除されるようにプレス成形法を適用し、その外面はポリシング処理することによって埃等異物の発生及び吸着を最大限防止する。一方、前記内側板562の内面には前記冷却水ラインが密着するように溝565が形成される。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態を説明した。しかし、実施の形態は例示的なものに過ぎず、当業者ならこれより多様な変形及び均等な他の実施の形態が可能なのを理解しうる。従って、本発明の真の技術的保護範囲は特許請求の範囲によってのみ決まるべきである。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明に係る半導体ウェハプロセッシングシステムによれば、ハウジングの内部から清浄空気の垂直下向きの層流流動が効果的に、かつ安定的に生じるので、乱流の発生によるべークユニットシェルフ内への清浄空気の流れが減少乃至防止される。また、ハウジング内の清浄空気がその底部に備えられた格子を通して直接排出されるので、ハウジング内の清浄度が向上する。さらに、べークユニットシェルフ内の冷却水ライン等による熱的影響が遮断されるので、ウェハ上の部位別温度分布が均一になる。
従って、ウェハ上のフォトレジスト膜の厚さ分布が格段に均一になってパターンの線幅の偏差が減少する。さらに、ハウジング内に形成される清浄空気の円滑な垂直下向きの層流流動により埃またはイオン性汚染物質などがハウジングの底部の格子を通して直接排出されるので、埃等によるハウジング内におけるウェハの汚染が効率よく抑制され、よって半導体の製造収率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の写真工程システムの概略的な構成を示す平面図である。
【図２】清浄室内に設けられた従来の写真工程システムの垂直的な構造を概略的に示す図である。
【図３】清浄空気の流動状態を示す従来の写真工程システムの垂直的構造を示す図である。
【図４】本発明に係る写真工程システムの概略的な平面的構造を示す図である。
【図５】清浄空気の流動状態を示したものであって、本発明の写真工程システムの望ましい実施形態の垂直的な構造を示す図である。
【図６】本発明の写真工程システムの望ましい実施形態に適用される格子の斜視図である。
【図７】図6に示された本発明の写真工程システムの望ましい実施例に適用される回折格子の断面図である。
【図８】本発明に係る写真工程システムと従来の写真工程システム内における清浄空気の位置別流速を比べて示した線図である。
【図９】本発明に係る写真工程システムの他の実施形態を示す図である。
【図１０】図9に示された本発明に係る写真工程システムに適用される遮断壁の概略的な斜視図である。
【図１１】本発明に係る写真工程システムのさらに他の実施形態の上部構造を概略的に示す図である。
【図１２】本発明に係る写真工程システムに適用されるべークユニットを示す分離斜視図である。
【図１３】図12に示されたべークユニットの垂直的な構造を示す断面図である。
【図１４】図12に示された遮断板を概略的に示す斜視図である。
【符号の説明】
200 ハウジング
210 ロボット
220 塗布機
240 べークユニット
240a べークユニットシェルフ
240b 空間
240c 壁体
273a, 273b エアフィルタ
274 ダンパ
280 格子
Claims (14)
- 上部に清浄空気が流入される空気流入領域が備えられ、その下部には前記清浄空気が排出される空気排出部を有する空気排出領域が備えられたハウジングと、
前記空気流入領域に備えられる多数のエアフィルタと、
前記ハウジング内の一側に位置し、多層のべークユニットによるベーキング領域と、
前記ハウジング内の他側に前記べーク領域と所定距離離隔され位置し、ウェハにフォトレジストをコーティングする塗布機が備えられたコーティング領域と、
前記ベーキング領域とコーティング領域との間に備えられ、ベーキング領域のベークユニットと前記コーティング領域の塗布機との間でウェハを移送するロボットと、
前記ハウジングの上部の空気流入領域に清浄空気を供給する空気供給装置と、
前記空気流入領域を通してハウジングに流入された空気が前記ベーキング領域の上部の空間に流入して水平方向に流動されることを防止し、これにより前記コーティング領域に対向する前記ベーキング領域の一側から前記清浄空気を前記空気排出領域に向けて垂直下方に層流流動させる空気流動ダムとを具備し、
前記エアフィルタ部は前記べーク領域の上部にまで拡張されており、
前記エアフィルタ中１つと前記ベーキング領域の最上ベーキングユニットの間に空間が定義され、前記空気流動ダムは前記空気流入部から空気排出領域に空気が流動する前記ハウジング内の１つの領域から前記空間を隔離させるボックスを含むことを特徴とする半導体ウェハプロセッシングシステム。 - 上部に清浄空気が流入される空気流入領域が備えられ、その下部には前記清浄空気が排出される空気排出部を有する空気排出領域が備えられたハウジングと、
前記空気流入領域に備えられる多数のエアフィルタと、
前記ハウジング内の一側に位置し、多層のべークユニットによるベーキング領域と、
前記ハウジング内の他側に前記べーク領域と所定距離離隔され位置し、ウェハにフォトレジストをコーティングする塗布機が備えられたコーティング領域と、
前記ベーキング領域とコーティング領域との間に備えられ、ベーキング領域のベークユニットと前記コーティング領域の塗布機との間でウェハを移送するロボットと、
前記ハウジングの上部の空気流入領域に清浄空気を供給する空気供給装置と、
前記空気流入領域を通してハウジングに流入された空気が前記ベーキング領域の上部の空間に流入して水平方向に流動されることを防止し、これにより前記コーティング領域に対向する前記ベーキング領域の一側から前記清浄空気を前記空気排出領域に向けて垂直下方に層流流動させる空気流動ダムとを具備し、
前記エアフィルタ部は前記べーク領域の上部にまで拡張されており、
空気流動ダムは前記エアフィルタ部の底部に接したシェルフを具備することを特徴とする半導体ウェハプロセッシングシステム。 - 上部に清浄空気が流入される空気流入領域が備えられ、その下部には前記清浄空気が排出される空気排出部を有する空気排出領域が備えられたハウジングと、
前記空気流入領域に備えられる多数のエアフィルタと、
前記ハウジング内の一側に位置し、多層のべークユニットによるベーキング領域と、
前記ハウジング内の他側に前記べーク領域と所定距離離隔され位置し、ウェハにフォトレジストをコーティングする塗布機が備えられたコーティング領域と、
前記ベーキング領域とコーティング領域との間に備えられ、ベーキング領域のベークユニットと前記コーティング領域の塗布機との間でウェハを移送するロボットと、
前記ハウジングの上部の空気流入領域に清浄空気を供給する空気供給装置と、
前記空気流入領域を通してハウジングに流入された空気が前記ベーキング領域の上部の空間に流入して水平方向に流動されることを防止し、これにより前記コーティング領域に対向する前記ベーキング領域の一側から前記清浄空気を前記空気排出領域に向けて垂直下方に層流流動させる空気流動ダムとを具備し、
前記べーク領域の各べークユニットは、
前面にはウェハ出入口が備えられ、背面は開口部よりなるケースと、
このケースの内部に設けられ、ヒーターが内蔵された下部プレートと、
この下部プレートの上部に昇降可能に設けられて前記ウェハを覆う上部プレートとを具備するべークチャンバと、
このべークチャンバをその外部の熱的影響から遮断させるための遮断手段とを含むことを特徴とする半導体ウェハプロセッシングシステム。 - 前記ハウジングの下部の空気排出領域には清浄空気が通過する多数の通気孔の形成された格子が設けられていることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の半導体ウェハプロセッシングシステム。
- 前記格子は通気孔による開孔面積を調整する手段を有することを特徴とする請求項４に記載の半導体ウェハプロセッシングシステム。
- 前記エアフィルタ部はロボットの直上方に位置し、前記ベーキング領域で終わる第1エアフィルタと、前記コーティング領域の直上方に位置する第2エアフィルタとを具備し、
前記空気流動ダムは前記第1エアフィルタに隣接した前記ベーキング領域の上部に位置することを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の半導体ウェハプロセッシングシステム。 - 前記第1エアフィルタと第2エアフィルタは各々複数の分割されたエアフィルタを具備することを特徴とする請求項６に記載の半導体ウェハプロセッシングシステム。
- 前記第1エアフィルタ及び第2エアフィルタを通過する各清浄空気の流動率を相対的に調節可能にするダンパをさらに具備することを特徴とする請求項６に記載の半導体ウェハプロセッシングシステム。
- 前記遮断手段は前記べークチャンバを包むように設けられ、その前面部に前記ウェハが出入できるように開口部が備えられた遮断カバーであることを特徴とする請求項３に記載の半導体ウェハプロセッシングシステム。
- 前記遮断カバーはステンレスよりなる外側板と合成樹脂材よりなる内側板とを含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体ウェハプロセッシングシステム。
- 前記遮断カバーの背面の左右側には前記遮断カバーの内部を流れる空気の量を調節しうる可変排気口が形成され、この可変排気口には該可変排気口の開閉程度を調整しうるノブが設けられることを特徴とする請求項９に記載の半導体ウェハプロセッシングシステム。
- 前記ノブには前記可変排気口の開閉程度を確認しうる目盛りが形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の半導体ウェハプロセッシングシステム。
- 前記遮断手段は前記ケース内部の一側に設けられた冷却水ラインの影響を遮断するために前記冷却水ラインを包んで設けられる遮断板であることを特徴とする請求項３に記載の半導体ウェハプロセッシングシステム。
- 前記遮断板はステンレスよりなる外側板と合成樹脂材よりなる内側板とを含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体ウェハプロセッシングシステム。
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