KR100385196B1 - 웨이퍼를 가열하기 위한 방법과 장치 및 웨이퍼 상에포토레지스트 필름을 베이킹하기 위한 방법과 장치 - Google Patents

Abstract

물체를 가열하기 위하여 제1 고상 열전달 매체에 열을 공급한다. 열은 제1 고상 열전달 매체에서 유체 열전달 매체로 전달되며, 유체 열전달 매체는 상호 연결되고 각각 액체가 내장된 다수의 증발공으로 분할된다. 액체는 다수의 증발공 각각에서 열에 의해 다수의 증기부로 증발되고, 다수의 증기부는 물체를 향해 상방으로 평행하게 안내된다. 증기부는 제2 고상 열전달 매체와 접하여 제2 고상 열전달 매체를 가열함으로써, 제2 고상 열전달 매체에 열을 전달한다. 제2 고상 열전달 매체는 물체와 열적으로 접촉하여 물체에 열을 전달한다.

Description

웨이퍼를 가열하기 위한 방법과 웨이퍼 상에 포토레지스트 필름을 베이킹하기 위한 방법{METHOD FOR HEATING A WAFER, AND METHOD FOR BAKING A PHOTORESIST FILM ON A WAFER}

본 발명은 웨이퍼 가열 방법, 웨이퍼 상에 포토레지스트 필름을 베이킹하기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그라피 공정 중에 웨이퍼를 균일하게 가열하는 방법, 포토레지스트 패턴를 형성하기 위해 웨이퍼 상에 포토레지스트 필름을 균일하게 베이킹하는 방법에 관한 것이다.

반도체 소자를 제조하는 방법은 통상적으로 포토리소그라피 공정을 포함하며, 포토리소그라피 공정 중에 웨이퍼를 액체 포토레지스트로 도포하여 포토레지스트 필름을 형성한다. 광원에 의해 생성되어 마스크 또는 망선(reticle)을 통과한 광에 포토레지스트 필름을 노출시켜 포토레지스트 필름에 패턴을 형성한다. 그 후, 패턴을 현상하고, 상기 과정을 거치는 동안에 여러번에 걸쳐 웨이퍼를 소정 온도로 가열한다.

따라서, 상기 포토리소그라피 공정을 수행하는 장치는 포토레지스트 도포기(coater), 노광장치, 현상기, 및 베이킹 유닛을 필요로 한다. 이러한 기술에 있어서 현재의 경향은, 포토레지스트 도포기, 현상기 및 베이킹 유닛이 한 장소에 밀집해 있는 시스템을 사용하여, 장치에서 장치로 웨이퍼를 이송하는 데 필요한 거리를 최소화하여 그에 따라 웨이퍼를 이송하는 데 필요한 시간을 최소화하는 것이다. 부언하면, 밀집형 시스템은, 높은 효율로 종래의 포토리소그라피 공정을 수행할 수 있다.

포토레지스트 도포기는, 통상적으로, 웨이퍼를 소정 속도로 회전시키면서,회전하는 웨이퍼에 포토레지스트 용액을 분사하는 스핀 코팅 방법을 수행하는 유형의 것이다. 그 결과, 포토레지스트 용액은 원심력에 의해 웨이퍼 상에 균일하게 분사된다.

반도체 소자를 제조하는 동안에 웨이퍼를 가열하는 공정은 일반적으로 네 단계의 공정을 포함한다. 제1 단계는 웨이퍼를 소정의 온도로 가열하여 웨이퍼 표면의 유기물 또는 이물질을 소산시키는 프리-베이킹 단계이다. 제2 단계는 포토레지스트로 웨이퍼를 도포한 직후에 웨이퍼를 가열하여 포토레지스트를 건조시켜 웨이퍼의 표면에 포토레지스트 필름을 견고하게 부착시키는 소프트-베이킹 단계이다. 제3 단계는 노출된 포토레지스트를 가열하는 노광후 베이킹 단계이다. 제4 단계는 포토레지스트 필름을 현상하자마자 웨이퍼를 가열하여 생성된 포토레지스트 패턴을 웨이퍼 표면에 견고하게 부착시키는 하드 베이킹 단계이다.

노광장치가 자외선광원과 짙은 자외선광원을 구비하는 경우, 광은 회절하여 웨이퍼와 같은 기판의 반사도 및 굴절율과 광이 조사되는 포토레지스트 필름의 흡수도에 따라 간섭을 일으킨다. 이어서, 간섭 현상으로 인해 포토레지스트의 패턴 형태가 비정상적으로 되고 패턴의 선폭이 불균일하게 된다. 노광후 베이킹 단계는 상기 문제들을 보상하도록 수행된다. 노광후 베이킹 단계에서, 노광된 포토레지스트 필름은, 소정 온도로 가열하여 열확산으로 인해 광분해된 수지를 재배열함으로써 노광된 패턴의 프로파일 단면이 깨끗해 진다. 노광으로 자외선광을 사용하는 경우에, 화학적으로 증폭된 레지스트를 포토레지스트로 사용한다. 화학적으로 증폭된 레지스트 중 일부는, 열처리되어 현상액에 의해 용해될 수 있는 산 상태로 변한다.또한, 화학적으로 증폭된 레지스트는 연쇄 반응으로 인해 변화되어, 노광후 베이킹 단계에서 웨이퍼 전체에 균일하게 가해진 열은, 포토레지스트 패턴의 선폭을 균일하게 하는데 가장 큰 영향을 미친다.

따라서, 수율을 향상시키는데 있어 웨이퍼 표면 전체를 균일하게 가열하는 것이 매우 중요하다. 도 1로 나타낸 바와 같이, 종래의 베이킹 유닛의 가열 장치는, 전기적 열원, 즉 히터(21)가 설치되는 하부판(2)을 포함한다. 히터(21)는, 웨이퍼(100)를 지지하는 상부판(1)의 하면 바로 아래에 배치한다. 도 2와 도 3을 참조하면, 상기 하부판(2)의 상면에 나선형 홈(22)이 형성되고, 히터(21)는 상기 홈(22)에 고정된다. 이러한 구조는 히터(21)에서 발생한 열이 하부판(2)에서 상부판(1)으로 전달되어 상부판(1) 상의 웨이퍼(100)를 가열하게 된다. 또한, 하부판(2)에 장착된 온도 센서(도시안됨)를 이용하여 상부판(1)의 온도를 검출함으로써 히터(21)의 전력을 피드백 방식으로 제어하여, 온도를 소정 범위내에서 유지시킨다. 종래의 가열장치는, 상부판(1)과 하부판(2)의 각각의 본체를 통해 열을 전달한다. 따라서, 아래에서 설명하는 바와 같이, 상부판(1)의 표면은 열분포가 불균일해진다.

도 4는 종래의 가열장치로 가열한 웨이퍼의 표면에서의 온도 분포를 예시한 선도로, 인접한 등온선 사이의 온도차는 약 0.02℃ 이다. 도 4로 도시한 바와 같이, 온도 분포가 불규칙적이고 비정상적으로 왜곡되어 있으며, 최저 온도와 최고 온도의 차이는 약 1.76℃ 이다. 도면에서, 웨이퍼의 중심부를 지나는 굵은 등온선(A)은 145.31℃ 를 나타내고, 등온선(B)은 146.28℃를 나타내며, 등온선(C)은 144.32℃를 나타낸다. 이러한 온도 분포를 통해 알 수 있는 바와 같이, 웨이퍼 표면의 온도는 굵은 등온선(A)의 일측에서 점점 높아져 웨이퍼의 주연부에서는 146.28℃까지 상승하고, 굵은 등온선(A)의 다른 측부에서는 점점 낮아져 웨이퍼의 다른 주연부에서는 144.32℃ 까지 떨어진다. 이렇게 불규칙한 온도 분포와 큰 온도차는 상술한 바와 같이 수율에 상당한 영향을 미친다. 그러므로, 모든 방법을 이용하여 웨이퍼를 가열함으로써 발생한 온도 분포를 개선하여야 한다.

도 5는 종래의 가열장치로 가열한 웨이퍼의 온도 변화를 나타낸 온도-시간 그래프이고, 도 6은 웨이퍼 표면의 온도를 측정한 위치를 나타낸 도면이다. 온도 측정 위치는, 웨이퍼 표면의 중심부 및 그 중심부와 동심인 두 개의 원호상의 여러 지점이다.

상술한 지점에서 독출한 온도의 변화를 참조하면, 도 5로 나타낸 바와 같이, 온도는 정해진 시간과 측정 지점 마다 상당히 다르다. 게다가, 소정의 시간이 경과한 후에, 온도는 급격하게 떨어진다(도면에서 D 구역). 이와 같이 큰 온도 차이는 웨이퍼 뿐만 아니라 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트 필름에도 중대한 열충격을 가하게된다. 이러한 열충격은 포토레지스트 필름의 물리화학적 성질에 악영향을 미친다.

그러므로, 상술한 종래의 가열장치는 웨이퍼 상에 정상적인 형태와 균일한 선폭을 갖는 포토레지스트를 형성하는데 있어 성공적인 포토리소그라피 공정을 방해한다. 이러한 문제점은, 패턴의 설계가 회로의 고집적화에 대한 요구에 부응하여 점차 미세화됨에 따라(예컨대, 0.25㎛, 0.18㎛, 및 0.15㎛), 특히 심각해지고 있다. 따라서, 종래의 가열장치는 수율을 향상시키는데 장애가 되고 있다.

전술한 점을 고려하여, 본 발명의 제1 목적은 웨이퍼와 같은 물체를 균일하게 가열하기 위한 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제2 목적은 웨이퍼 및 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트 필름에 가해지는 열충격을 회피하거나 적어도 최소화하기 위하여 웨이퍼를 균일하게 가열하기 위한 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제3 목적은 가해진 열충격을 회피하거나 적어도 최소화하여 열충격으로 인해 유발된 선폭 변화를 줄이기 위하여 웨이퍼 상의 포토레지스트 필름을 균일하게 베이킹하기 위한 방법을 제공하는데 있다.

도 1은 종래의 베이킹 유닛의 웨이퍼 가열 장치의 개략 단면도이다.

도 2는 종래의 웨이퍼 가열 장치의 열원의 평면도이다.

도 3은 종래의 웨이퍼 가열 장치의 열원을 확대한 확대도이다.

도 4는 종래의 웨이퍼 가열 장치에 의해 가열된 웨이퍼의 표면 온도 분포를 나타낸 선도이다.

도 5는 종래의 웨이퍼 가열 장치가 웨이퍼를 가열하는 시간과 관련하여 웨이퍼 영역에서의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.

도 6은 도 5에 도시된 온도 분포 그래프를 산출하기 위해 종래의 웨이퍼 가열 장치에 의해 가열된 웨이퍼의 표면 온도를 측정한 위치를 나타낸 도면이다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 가열 장치의 개략 측면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 웨이퍼 가열 장치의 열원의 개략 단면도이다.

도 9는 열원의 부분 확대도이다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 가열 장치의 개략 측면도이다.

도 11A는 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 가열 장치에 적용할 수 있는격자의 개략 사시도이다.

도 11B는 본 발명의 제2 실시예에 따른 웨이퍼 가열 장치에서 사용하기 적합한 격자의 다른 형태를 나타낸 개략 사시도이다.

도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 웨이퍼 가열 장치의 개략 측면도이다.

도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 웨이퍼 가열 장치의 개략 측면도이다.

도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 웨이퍼 가열 장치의 개략 단면도이다.

도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 웨이퍼 가열 장치에 적용할 수 있는 고상 열매체의 저면도이다.

도 16은 본 발명의 제6 실시예에 따른 웨이퍼 가열 장치의 개략 단면도이다.

도 17은 본 발명의 제7 실시예에 따른 웨이퍼 가열 장치의 부분 단면도이다.

도 18은 본 발명의 제7 실시예에 따른 웨이퍼 가열 장치에 적용할 수 있는 관상체의 개략 단면도이다.

도 19는 본 발명에 따른 웨이퍼 가열 장치에 의해 가열된 웨이퍼의 표면 온도 분포를 나타낸 선도이다.

도 20은 본 발명에 따른 웨이퍼 가열 장치에 의해 가열된 다른 웨이퍼의 표면 온도 분포를 나타낸 선도이다.

도 21은 본 발명에 따른 웨이퍼 가열 장치로 웨이퍼를 가열하는 시간과 관련하여 웨이퍼 영역에서의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.

도 22는 본 발명의 제8 실시예에 따른 웨이퍼 가열 장치의 개략 사시도이다.

도 23은 도 22에 도시된 E-E' 선을 따라 취한 웨이퍼 가열 장치의 단면도이다.

도 24는 도 23의 F 부분의 확대도이다.

도 25는 일 실시예에 따른 주 열전달체의 내부 분할벽부의 레이아웃을 나타낸 단면도이다.

도 26은 다른 실시예에 따른 주 열전달체의 내부 분할벽부의 레이아웃을 나타낸 단면도이다.

도 27은 고상 하부 열전달 매체의 저부 투시도이다.

도 28은 종래의 열전달 매체의 단면도로, 그 하부에는 온도 분포를 예시하기 위한 등온 선도를 포함하는 열 블록이 부착되어 있다.

도 29는 본 발명의 일실시예에 따른 열전달 매체의 단면도로, 그 하부에는 온도 분포를 예시하기 위한 등온 선도를 포함하는 열 블록이 부착되어 있다.

도 30은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열전달 매체의 단면도로, 그 하부에는 온도 분포를 예시하기 위한 등온 선도를 포함하는 열 블록이 부착되어 있다.

도 31은 도 28 내지 도 30으로 나타낸 바와 같은 주 열전달체의 상면 온도를 예시한 그래프이다.

도 32A 내지 도 32D는 본 발명의 가열 장치를 사용하여 본 발명의 일실시예에 따른 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 방법을 예시하기 위한 단면도이다.

도 33은 도 25로 나타낸 바와 같은 주 열전달체를 사용하여 가열한 웨이퍼의 표면 온도 분포를 나타낸 등온 선도이다.

도 34는 도 26으로 나타낸 바와 같은 주 열전달체를 사용하여 가열한 웨이퍼의 표면 온도 분포를 나타낸 등온 선도이다.

도 35는 도 22 및 도 26의 주 열전달 매체를 사용하여 베이킹한 노출된 포토레지스트 필름을 현상한 후에 획득한 제1 개구의 선폭 분포 선도이다.

도 36은 도 1과 도 2의 주 열전달 매체를 사용하여 획득한 제2 개구의 선폭 분포 선도이다.

도 37은 도 22와 도 26의 주 열전달 매체를 사용하여 획득한 제2 개구의 선폭 분포 선도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 웨이퍼 10: 고상 열전달 매체

20: 열원 30: 유체 열전달 매체

201, 202: 히터 블록 203: 히터

204: 홈 301: 파티션

302: 격자 303: 다공성 본체

500: 고온판 510: 주 열전달체

513: 가이드 514, 516: 열전달 매체

515: 공동

본 발명의 일양태에 따르면, 물체를 균일하게 가열하기 위한 방법에 있어서, 제1 고상 열전달 매체에 열을 공급한다. 상기 열은 상기 제1 고상 열전달 매체로부터 상호 연결되고 각각 액체가 내장된 다수의 증발공으로 분할된 유체 열전달 매체로 전달된다. 상기 열에 의해 상기 액체가 상기 각각의 증발공내에서 다수의 증기부로 증발되고, 상기 다수의 증기부는 상기 물체를 향해 상방으로 평행하게 안내된다. 상기 증기부는 제2 고상 열전달 매체와 접촉하여 상기 제2 고상 열전달 매체를 가열함으로써, 상기 제2 고상 열전달 매체에 열을 전달한다. 상기 제2 고상 열전달 매체는 상기 물체와 열적으로 접하여 상기 열을 상기 물체에 전달한다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 웨이퍼 상에 포토레지스트 필름을 베이킹하기 위한 방법에 있어서, 웨이퍼에 포토레지스트 용액을 도포하여 포토레지스트 필름을 형성한다. 상기 포토레지스트 필름을 광에 노출시킨 후, 상기 웨이퍼를 고열 판상으로 이송한다. 고열 판에서, 제1 고상 열전달 매체에 열을 공급한다. 상기 열은 제1 고상 열전달 매체로부터 상호 연결되고 각각 액체가 내장된 다수의 증발공으로 분할된 유체 열전달 매체로 전달된다. 상기 열에 의해 상기 액체는 각각의 증발공내에서 다수의 증기부로 증발하고, 상기 다수의 증기부는 상기 웨이퍼를 향해 상방으로 평행하게 안내된다. 상기 증기부는 제2 고상 열전달 매체와 접촉하여 상기 열을 상기 제2 고상 열전달 매체에 전달한다. 상기 제2 열전달 매체는 상기 물체와 열적으로 접촉하여 상기 열을 상기 웨이퍼에 전달한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 웨이퍼를 가열하기 위한 상술한 방법은, 포토레지스트 패턴을 형성하는데 이용할 수도 있다. 웨이퍼 상에 포토레지스트 용액을 도포한 후, 상기 포토레지스트 필름을 짙은 자외선광과 같은 광에 노출시킨다. 상기 노출된 포토레지스트 필름은, 현상하여 제1 크기의 제1 개구를 갖는 제1 포토레지스트 패턴을 형성한다. 상술한 가열 방법으로 상기 웨이퍼를 소정 온도로 가열하고, 상기 제1 포토레지스트 패턴을 리플로우시켜 상기 제1 크기 보다 작은 제2 크기를 갖는 제2 개구를 구비한 제2 포토레지스트 패턴을 형성한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 물체를 가열하기 위한 장치는, 제1 고상 열전달 매체와, 상호 연결된 다수의 증발공으로 분할되고 상기 제1 고상 열전달 매체와 열적으로 결합된 유체 열전달 매체를 포함한다. 상기 장치는, 상기 유체 열전달 매체와 열적으로 결합되어 상기 물체와 열적으로 접촉하는 제2 열전달 매체를추가로 포함한다. 상기 다수의 증발공은 상기 제1 고상 열전달 매체와 상기 제2 고상 연전달 매체 사이의 동일 평면상에서 연장된다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 웨이퍼를 가열하기 위한 장치는, 가열 요소, 상기 가열 요소와 열적으로 결합된 고상의 하부 열전달 매체, 상기 고상의 하부 열전달 매체의 상면에 열적으로 결합되는 제1 고상 열전달 매체, 그리고 웨이퍼 장착면을 구비하며 상기 웨이퍼 장착면의 반대편 면이 상기 제1 고상 열전달 매체와 열적으로 결합되는 제2 고상 열전달 매체를 포함한다. 상기 장치는, 상기 제1 고상 열전달 매체와 상기 제2 고상 열전달 매체 사이에 위치하고 상호 연결된 다수의 증발공에 의해 한정된 유체 열전달 매체를 추가로 포함한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.

먼저 도 7을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 웨이퍼 가열장치는, 웨이퍼(100)와의 접촉 방향으로 상기 웨이퍼(100)를 지지하는 고상 열전달 매체(10), 열원(20), 및 상기 고상 열전달 매체(10)와 상기 열원(20) 사이에 배치되는 유체 열전달 매체(30)를 포함한다. 상기 유체 열전달 매체(30)의 상태는, 상기 매체를 상기 열원(20)으로 가열하고 상기 매체를 냉각시킴으로써 증기 상태와 액체 상태로 상변화시킬 수 있다. 여기서, 상기 고상 열전달 매체(10)와 상기 열원(20)에서의 화살표는 열의 이동 방향을 나타내며, 상기 유체 열전달 매체(30)에서의 화살표는 상기 유체 열전달 매체(30)의 이동 방향을 나타낸다. 상기 고상 열전달 매체(10)에 인접한 상기 유체 열전달 매체(30)중 일부는 증기 상태이며, 상기 열원(20)에 인접한 상기 유체 열전달 매체(30)중 일부는 액체 상태이다. 상기 유체 열전달매체(30)는 상기 열원(20)으로부터 열을 흡수하여, 상기 고상 열전달 매체(10)를 향해 이동하며, 이동중에 증발한다. 상기 기상의 유체 열전달 매체(30)가 상기 고상 열전달 매체(10)와 접촉하면, 상기 기상의 유체 열전달 매체(30)는 상기 고상 열전달 매체(10)에 열을 전달한다. 상기 열이 전달되면 상기 증기는 냉각되고 응축되며, 생성된 액체는 상기 열원(20)을 향해 이동한다. 상기 유체 열전달 매체(30)가 상기 열원(20)으로부터 열을 흡수하여 상기 고상 열전달 매체(10)에 열을 전달하는 과정은 연속적인 사이클이며, 그 동안에 상기 유체 열전달 매체(30)의 상변화가 연속적으로 일어난다. 상기 유체 열전달 매체의 상변화는 상기 유체 열전달 매체의 임계 온도 및 압력에 따라 좌우된다.

상기 열전달 사이클은 본 발명에 따른 폐쇄 공간에서 일어나며, 종래의 가열 장치에서 발생하는 상기 열전달 사이클에 비해 매우 빠르다. 본 발명의 상기 유체 열전달 매체는 상기 고상 열전달 매체(10)의 표면에 열을 신속하고 균일하게 전달하며, 상기 고상 열전달 매체(10)의 표면에 열이 전달되자 마자 상기 열은 상기 고상 열전달 매체(10)가 지지하고 있는 상기 웨이퍼(100)로 균일하게 전달된다. 그러므로, 상기 웨이퍼(100)의 표면은 상기 열에 의해 신속하고 균일하게 가열되며, 상기 고상 열전달 매체(10) 전체에 걸쳐 균일하게 분포된다.

도 8 및 도 9로 나타낸 바와 같이, 상기 열원(20)은 가열용 전기 코일를 구비하는 히터(203)와 상기 히터(203)가 내장되는 상부 및 하부 히터 블록(201, 202)을 포함한다. 보다 상세하게는, 상기 히터(203)은 상기 상부 히터 블록(201)의 하면 또는 상기 하부 히터 블록(202)의 상면에 형성된 홈(204)에 내장된다.

본 발명의 제2 실시예에 따르면, 상기 유체 열전달 매체(30)이 내장되는 공간은, 도 10으로 나타낸 바와 같이 다수의 구역으로 분할할 수 있다.

이제 도 10을 참조하면, 다수의 파티션(301)이 상기 고상 열전달 매체(10)와 상기 열원(20) 사이에 설치된다. 따라서, 상기 유체 열전달 매체(30)는, 상기 다수의 파티션(301)에 의해 분할된 상기 구역내에 위치하며, 상기 다수의 파티션(301)에 의해 정해진 독립된 공간에서 상변화가 일어난다.

상기 파티션(301)은, 도 11A 와 도 11B로 도시한 바와 같이 직사각형 또는 벌집 형상의 격자(302)로 구성할 수 있다. 상기 격자(302) 단위체의 단면은, 상기 단위체가 상기 유체 열전달 매체(30)에 대해 모세관 역할을 하도록 구성하는 것이 바람직하다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 불연속 단면을 갖는 내화성의 다공성 본체(303)는, 상기 열원(20)과 접촉하고 있는 상기 격자(302)의 단위체 내에 제공된다. 상기 유체 열전달 매체(30)가, 상기 내화성의 다공성 본체(303)에 충전된다. 따라서, 상기 내화성의 다공성 본체(303)의 공동내에 포함된 상기 유체 열전달 매체(30)를 신속하게 가열하여 증발시킬 수 있다. 또한, 상기 공동은 모세관 역할을 하며, 상기 유체 열전달 매체(30)의 운동성을 촉진시킨다.

이와는 달리, 도 13으로 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 내화성의 다공성 본체(303)은 상기 고상 열전달 매체(10)과 상기 열원(20) 사이에 배치된 단일체이다. 이 경우에, 상기 내화성의 다공성 본체(303)는 상기 열원(20)과 상기 고상 열전달 매체(10) 모두의 내면 또는 상기 열원(20) 또는 상기 고상 열전달 매체(10)의 내면에 단단히 접착된다.

도 14와 도 15는 본 발명의 제5 실시예에 따른 가열 장치를 나타낸다. 본 실시예에 있어서, 상기 고상 열전달 매체(10)는 상기 열원(20)에 접착되며, 상기 유체 열전달 매체(30)가 내장된 홈(101)은 상기 고상 열전달 매체(10)와 상기 열원(20) 사이의 경계면에 형성한다.

특히, 상기 홈(101)은 상기 고상 열전달 매체(10)의 저면에 형성한다. 그러나, 상기 홈(101)은 몇몇 환경에서 상기 열원(20)의 표면에 형성할 수도 있다. 상기 홈(101)은 상기 고상 열전달 매체(10)와 상기 열원(20) 사이의 경계면에서 폐쇄 루프를 형성하며, 상기 폐쇄 루프를 통해 상기 유체 열전달 매체(30)가 순환할 수 있다. 상기 홈(101)의 단부(101a)는 상기 고상 열전달 매체(10) 또는 상기 열원(20)의 측면에서 개방되어 있어, 상기 유체 열전달 매체(30)가 상기 홈(101)내에 위치할 수 있다. 마개(10a)로 상기 홈(101)의 개방 단부(101a)를 막는다.

상술한 구성에 있어서, 상기 유체 열전달 매체(30)가 상기 홈(101)을 따라 순환하는 동안에, 상기 유체 열전달 매체(30)는 상술한 바와 같은 열흡수 및 열전달로 인해 상이 변한다. 상기 유체 열전달 매체(30)의 루프는, 상기 고상 열전달 매체(10)와 상기 열원(10)이 서로 직접 접하는 부분에서 종료된다. 따라서, 열은, 상기 고상 열전달 매체(10)와 상기 열원(20)의 접점부를 통해 상기 열원(20)에서 상기 고상 열전달 매체(10)로 또한 전달된다.

그러나, 상기 홈(101)내에서 순환하는 상기 유체 열전달 매체(30)를 통한 열전달은, 상기 고상 열전달 매체(10)와 상기 열원(20)의 접점부를 통해 직접 열전달하는 것보다 훨신 빠른 속도로 진행된다.

한편, 상기 홈(101)은, 단일 폐쇄 루프의 형상과는 다른 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 고상 열전달 매체(10)의 상기 하면 또는 상기 열원(20)의 표면에 다수의 홈(101)을 형성할 수 있다. 상기 다수의 홈(101)은, 상기 고상 열전달 매체(10)와 상기 열원(20) 사이의 상기 경계면을 가로지르는 직사각형 틈에 위치한다. 각각의 홈은 불연속 폐쇄 공간을 형성하며, 상기 불연속 폐쇄 공간에서 상기 유체 열전달 매체(30)의 상이 변한다.

도 16은 본 발명의 제6 실시예를 나타내며, 상기 실시예에서 상기 홈(101)은 상술한 바와 같은 다수의 독립 공간을 형성한다. 도 16을 참조하면, 다수의 홈(101)은 상기 열원(20)의 상기 상부면에 형성된다. 상기 홈(101)을 서로로부터 분리하는 벽부(104)는 삼각형 단면 형상을 갖는다. 각각의 삼각형 벽부(104)의 정점은 상기 고상 열전달 매체(10)의 상기 하면과 접한다. 상기 벽부(104)와 상기 고상 열전달 매체(10) 사이의 접촉을 최소화함으로써, 상기 고상 열전달 매체(10)로부터 상기 벽부(104)로 열전달이 최소로 이루어진다.

도 17은 본 발명의 제7 실시예를 나타내며, 상기 실시예에서 관상체(102)가 상기 홈(101)내에서 연장된다. 상기 유체 열전달 매체는 상기 관상체(102) 내에 내장된다. 상술한 구조에 있어서, 상기 홈(101)은, 상기 고상 열전달 매체(10)와 상기 열원(20) 사이의 경계면에서 상기 폐쇄 루프내로 연장된다.

도 18을 참조하면, 상기 관상체(102)는, 상기 유체 열전달 매체(30)의 상변화를 촉진시키기 위하여 상기 유체 열전달 매체(30)와 접하는 핀(103)을 포함한다.상기 핀(103)은 상기 관상체(102)를 따라 상기 유체 열전달 매체(30)가 이동하는 방향인 축방향으로 연장된다. 상기 핀(103)의 대체물로서, 소정의 두께를 갖는 다공성 층을 상기 관상체(102)의 내벽부 상에 형성할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 상기 유체 열전달 매체는, 반도체 제조 공정, 예컨대 포토리소그라피 공정 중에 웨이퍼를 가열하도록 설정된 소정의 온도 범위내에서 그 상이 증기와 액체 사이에서 변경될 수 있는 것이어야 한다. 웨이퍼를 가열할 목표 온도가 200℃와 300℃ 인 점을 고려하면, 상기 유체 열전달 매체는 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤, 암모니아, 또는 프레온일 수 있다. 그러나, 상기 유체 열전달 매체를 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤, 암모니아, 또는 프레온으로 한정하지는 않는다.

특히, 본 발명의 다양한 실시예에 사용할 액체를 선택하는 것은, 물체를 가열할 온도 범위에 따라 상당히 좌우될 것이다. 본 발명을 한정하지 않았지만, 아래의 표는 표시한 온도 범위에서 사용할 수 있는 액체의 여러 예를 나타낸다.

-273℃~-120℃	-120℃~470℃	450℃~2700℃
헬륨아르곤질소	물에탄올메탄올아세톤암모니아프레온	셀슘소듐리튬

게다가, 상기 고상 열전달 매체용 재료의 선택은 사용할 액체에 따라 상당히 좌우된다. 본 발명을 한정하지 않았지만, 다음의 표는 표시한 유체를 추천할 만한재료 또는 적합하지 않은 재료의 예를 나타낸다.

	적합한 재료	부적합한 재료
암모니아	알루미늄, 탄소강,스테인레스강, 니켈	구리
아세톤	알루미늄, 구리,스테인레스강, 실리카
메탄올	구리, 스테인레스강,니켈, 실리카	알루미늄

물	구리,347스테인레스강	알루미늄, 니켈,스테인레스강, 탄소강,인코넬(inconel),실리카
테르믹스(Thermex)	구리, 실리카,스테인레스강

표면 온도 분포 1

도 19와 도 20은 본 발명의 일실시예에 따른 가열장치로 가열한 웨이퍼의 표면 온도 분포를 나타낸 등온 선도이다. 상기 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 등온선은 환형이며, 상기 웨이퍼의 중심부는 고온 이고, 상기 온도는 상기 중심부에서 시작하여 상기 웨이퍼의 주연부를 향해 이동할수록 균일한 패턴으로 낮아진다. 도 20으로 나타낸 등온 분포가 도 19에 도시된 등온 분포 보다 바람직하다는 것이 확실하다.

도 19의 등온 선도에서, 최고 온도와 최저 온도 사이의 온도차는 0.73℃ 이며, 굵은 등온선은 155.63℃를 나타내며, 상기 웨이퍼 중심부에서의 온도는 156.00℃ 이고, 웨이퍼 주연부의 최저온도는 155.26℃ 이다. 도 20의 등온 선도에서, 최고 온도와 최저 온도 사이의 온도차는 0.72℃ 이고, 굵은 등온선은 155.63℃ 이며, 상기 웨이퍼 중심부에서의 온도는 155.96℃ 이며, 상기 웨이퍼 주연부의 최저온도는 155.32℃ 이다.

도 19와 도 20 으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 웨이퍼의 표면 상에서의 온도 분포가 균일하며, 특히 최고 온도와 최저 온도 사이의 편차, 0.73℃와 0.72℃는 우수한 결과이며, 종래의 웨이퍼 가열장치로는 획득할 수 없다.

도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 가열장치로 웨이퍼를 가열하는 동안에 다수의 측정 지점으로부터 획득한 온도-시간 변화를 나타낸 그래프이다. 도 21로 도시한 바와 같이, 가열을 시작한 후, 온도가 급격히 상승하고, 열적진동, 즉 시간이 경과함에 따른 온도 변화는 완만하다. 특히, 종래의 가열장치를 사용할 시 발생하는 급격한 온도 강하는 본 발명의 실시예를 실시할 시에는 발생하지 않는다. 상기 웨이퍼 상에서의 약한 온도 변화와 작은 열적 진동은, 상기 웨이퍼와 상기 웨이퍼에 형성된 포토레지스트 필름에 매우 약한 열충격이 가해진다는 것을 나타낸다.

상술한 바와 같은 본 발명의 상기 실시예에 따르면, 온도 편차가 매우 작게 웨이퍼를 안정적으로 가열하면, 상기 웨이퍼와 그 웨이퍼 상의 포토레지스트 필름에 가해지는 열충격의 강도가 상당히 감소된다. 특히, 규칙적이고 균일한 온도 분포로 상기 웨이퍼를 가열할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 선폭의 설계룰이 0.25㎛, 0.18㎛, 또는 0.15㎛ 일 때 조차도 보다 미세한 패턴을 성공적으로 형성할 수 있도록 하여, 회로 집적 수준을 향상시킬 수 있으며, 따라서 수율을 상당히 높을 수 있다.

도 22는 본 발명의 제8 실시예에 따른 웨이퍼 가열 장치를 나타낸 개략 사시도이다.

도 22를 참조하면, 웨이퍼 가열장치로서 기능하는 고온판(500)은 주 열전달체(510)와 고상의 하부 열전달 매체(520)를 포함하며, 상기 주 열전달체(510)와 하부 열전달 매체(520)는 각각 가열할 웨이퍼와 크기가 같거나 큰 원형판으로 형성된다. 상기 고상의 하부 열전달 매체(520)는 상기 주 열전달체(510)의 하면 아래에 배치된다.

상기 주 열전달체(510)의 상부면에는, 둥글고 얕은 홈(512)이 형성되어 가열될 웨이퍼를 수용한다. 또한, 다수의 웨이퍼 가이드(513)가 상기 상부면의 주연부에 제공된다. 상기 웨이퍼 가이드(513)은, 웨이퍼가 상기 홈(512) 위에 배치될 시 상기 웨이퍼를 안내한다. 상기 홈(512)은 상기 웨이퍼 상으로 유입되는 분위기를 감소시켜, 바람직하지 않은 상기 분위기의 영향을 낮춘다.

도 23은 도 22의 E-E' 선을 따라 취한 고온판(500)의 단면도이다. 도 24는 도 23의 F 부분을 확대한 확대도이다.

도 23을 참조하면, 상기 주 열전달체(510)는 제1 고상 열전달 매체(514)와 제2 고상 열전달 매체(516)를 포함한다. 상기 열전달 매체(514, 516)는 일체로 형성하고, 웨이퍼 크기 보다 큰 원형판으로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 제1 고상 열전달 매체(514)는 상기 주 열전달체(510)의 하부에 제공하고, 상기 제2 고상 열전달 매체(516)는 상기 주 열전달체(510)의 상부에 제공한다. 전술한 바와 같이, 웨이퍼를 수용하기 위한 홈(512)은 상기 제2 고상 열전달 매체(516)의 상부에 형성한다.

도면으로 나타낸 바와 같이, 링 형상의 외측 벽부(518)는, 상기 제1 고상 열전달 매체(514)와 상기 제2 고상 열전달 매체(516)의 외측 주연부에 형성한다. 즉, 상기 제1 고상 열전달 매체(514)와 상기 제2 고상 열전달 매체(516)는 상기 외측벽부(518)로서 일체로 형성한다. 또한, 유체 열전달 매체를 형성하는 공동(515)은, 상기 제1 및 제2 열전달 매체(514, 516) 사이에서 한정된다.

상기 공동(515)은 상기 홈(512) 아래에 위치하며, 또한 그 외측 구역은 대략 원형 형상을 갖는다. 상기 공동(515)의 직경(2r)이 상기 주 열전달체(510)(또는 제1 및 제2 열전달 매체(514, 516))의 직경(2R₀) 보다 작아 상기 직경(2R₀)의 약 0.9 배 이면, 웨이퍼에 도포된 포토레지스트 필름을 베이킹할 시 바람직하지 않은 열전달이 발생한다. 상기 공동의 직경(2r)이 상기 주 열전달체(510) 직경(2R₀)의 0.98배를 초과하면, 공동(515)을 구비한 상기 주 열전달체(510)를 제조하기가 곤란해진다. 따라서, 상기 공동(515)의 직경(2r)은, 상기 주 열전달체(510) 직경(2R₀)의 약 0.9 내지 0.98 배인 것이 바람직하며, 상기 직경(2R₀)의 약 0.94 내지 0.98 배인 것이 보다 바람직하다. 특히, 8 인치 웨이퍼를 가열하기 위한 상기 주 열전달체(510)의 직경(2R₀)이 240㎜ 이면, 상기 공동(515)의 직경(2r)은 약 225 내지 235㎜ 이고, 보다 명확하게는 약 230㎜ 이다.

상기 공동(515)에는, 다수의 내부 분할 벽부(530)가 제공되어 공동(515)을 상호 연결된 다수의 작은 증발공(515a, 515b, 515c, 등등)으로 분할하며, 상기 작은 증발공은 상기 제1 열전달 매체(514)에서 상기 제2 열전달 매체(516)로 다수의 증기부를 평행하게 안내한다.

도 24로 도시한 바와 같이, 액체(540)은 상기 공동(515) 내에 배치한다. 상기 공동(515)을 형성하는 상기 증발공(515a, 515b, 515c, 등등) 각각은 그 상부가 만곡된 단면 형상을 갖는다. 상기 액체(540)은 상기 제1 고상 열전달 매체(514)로부터 열을 수용하자마자 증발한다. 상기 증발된 액체, 즉 증기(542)는 상기 증발공(515a, 515b, 515c, 등등)에서 상기 제2 고상 열전달 매체(516)를 향해 평행하게 안내된다. 각각의 공동의 최상부에서, 상기 증기(542)가 상기 제2 고상 열전달 매체(516)와 접촉하여, 잠열을 상기 제2 고상 열전달 매체(516)에 전달하는 동안에 일부분이 액체 상태로 응축된다. 상기 응축된 액체(544)는 상기 내측 분할 벽부(530)의 내면(만곡된 천장부와 측벽부)에 형성된 통로를 따라 상기 제1 고상 열전달 매체(516)로 복귀한다.

상기 액체(540)가 증발되고 상기 증기(542)가 응축되는 동안에, 상기 제1 고상 열전달 매체(514)에서 상기 제2 고상 열전달 매체(516)로의 열전달이 계속해서 이루어져, 상기 제1 고상 열전달 매체(514)로부터 상기 제2 고상 열전달 매체(516)로 열이 균일하게 전달된다.

상술한 바와 같이, 상기 공동(515)는, 다수의 내측 분할 벽부(530)에 의해 다수의 작은 증발공(515a, 515b, 515c, 등등)으로 분할되며, 상기 다수의 작은 증발공(515a, 515b, 515c, 등등)은 상기 제2 고상 열전달 매체(516)를 향해 상기 증기(542)를 평행하게 안내한다.

상기 액체(540)가 점유한 용적이 상기 공동(515) 용적의 약 15% 미만이면, 증기가 불충분하게 발생할 수 있다. 다른 한편으로, 상기 액체(540)가 점유한 용적이 상기 공동(515) 용적의 약 25%를 초과하면, 상기 액체(540)로부터 상기 제2 열전달 매체(516)까지의 거리가 짧아 발생한 증기를 혼합하기가 부적절하며, 그에 따라 열전달이 불균일해진다. 따라서, 상기 액체(540)가 점유한 용적은 상기 공동(515) 용적의 약 15 내지 25%가 바람직하며, 상기 공동(515) 용적의 20% 인 것이 보다 바람직하다.

본 실시예에서는 액체 매체로서 퍼플루오르카본(perfluorocarcon)형 불활성 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 퍼플루오르카본(perfluorocarcon)형 불활성 용매의 예로는, FC-72, FC-40, FC-43, FC-70(모두 한국 3M 주식회사가 제조한 제품의 상품명임), 등등이 있다. 이중에서, 목표 온도에 100℃를 더한 합 보다 임계 온도(대기압 하에서의)가 높은 용매가 바람직하다. 예를 들면, FC-40 용매는 끓는점이 155℃ 이고 임계점이 270℃ 이다.

주 열전달체(500)의 두께는 약 10 내지 12㎜ 이지만, 11㎜ 가 바람직하다. 상기 주 열전달체(500)의 두께가 11㎜ 이면, 상기 내측 분할 벽부(530)에 의해 한정된 상기 증발공(515a, 515b, 515c, 등등)의 폭(W)은 5 내지 7㎜ 이며, 높이(H)는 5 또는 6㎜로, 폭(W)은 6㎜가 바람직하며 높이(H)는 5.5㎜가 바람직하다.

상기 증발공(515a, 515b, 515c, 등등)의 존재로 인해, 상기 제1 고상 열전달 매체(514)의 두께는 2 내지 4㎜의 범위내에서 변경될 수 있고, 상기 제2 고상 열전달 매체(516)의 두께는 1 내지 2㎜의 범위내에서 변경될 수 있으며, 홈(512)에서의 두께는 1.5㎜가 바람직하다. 또한, 상기 내측 분할 벽부(530)의 두께(Wp)는 약 2 내지 3㎜의 범위내에서 변경될 수 있다.

본 실시예에서, 상기 제1 및 제2 고상 열전달 매체(514, 516)의 두께는, 상기 주 열전달체(510)를 제조하는 한 상술한 두께로 한정하지 않는다. 상기 분리된 공간(515)의 높이(H)는 상기 주 열전달체(510) 두께의 0.4 내지 0.6 배인 것이 바람직하다.

도 25는 상기 주 열전달체(510)의 실시예를 나타낸 단면도이며, 특히 상기 내측 분할 벽부(530)의 레이아웃을 나타낸다.

도 25를 참조하면, 상기 공동(515)의 수평 구역은 상기 외측 벽부(518)에 의해 한정되는 바와 같이 원형이다. 또한, 다수의 내측 분할 벽부(530)는 상기 공동(515) 내에 제공되어, 상기 공동(515)을 방사상으로 그리고 나선형으로(또는 원형으로) 다수의 증발공(515a, 515b, 515c, 등등)으로 분할한다.

특히, 상기 내측 분할 벽부(530)는 상기 공동(515)내에 나선 형상으로 형성한다. 그후, 상기 내측 분할 벽부(530)을 반경방향으로 절개하여 상기 주 열전달체(510)의 중심부로부터 주연부쪽으로 5개의 혼합된 반경방향 통로를 형성한다. 따라서, 도 25로 도시한 바와 같이, 각각의 나선부는 5개의 방사상 섹터로 분할되며, 각 섹터의 각도(θ₁)은 약 72°이다.

참조 번호 505는, 상기 고상의 하부 열전달 매체(520)에 상기 주 열전달체(510)를 결합하기 위해 제공되는 나사공을 나타낸다.

도 26은 상기 주 열전달체(510)의 다른 실시예을 나타낸 단면도이며, 특히 상기 내측 분할 벽부(530)의 다른 레이아웃을 나타낸다.

도 26을 참조하면, 상기 내측 분할 벽부(530)는 동심원 형태로 배열되며, 도25에 도시된 실시예의 내측 분할 벽부 보다 상기 공동(515)에 더 조밀하게 제공된다. 즉, 본 실시예에서, 상기 증발공(515a, 515b, 515c, 등등)의 각각의 원은 24개의 방사상 섹터로 분할되며, 각 섹터의 각도(θ₂)는 약 15°이다.

보다 상세하게는, 상기 공동(515)는 원방향으로 다수의 동심원 형상의 증발공(515ca, 515cb, 515cc, 등등)으로 분할된다. 더욱이, 원 형상의 증발공(515ca, 515cb, 515cc, 등등)은 각각 반경방향으로 다수의 아크 형상 증발공(515ca1, 515ca2,..., 515cb1, 515cb2,...., 515cc1, 515cc2,..., 등등)으로 분할된다.

도 27은 상기 고상의 하부 열전달 매체(520)의 저면도이다. 상기 도면으로 도시한 바와 같이, 상기 고상의 하부 열전달 매체의 하면에는 나선형 홈(522)이 형성된다. 나선형 홈(522)에는, 가열 코일과 같은 히터(524)가 제공된다. 상기 히터(524)는 전력원(도시안됨)에 연결된다. 전류가 상기 히터(524)에 인가되면, 열이 발생하여 먼저 상기 고상의 하부 열전달 매체(520)를 가열한다.

상기 주 열전달체(520)의 주연부가 대기 공기와 접촉함으로 인해, 많은 양의 열 손실이 발생한다. 따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에서는, 상기 고상의 하부 열전달 매체(520) 저면의 외측 주연부(반경(r)이 약 0.75Ro 보다 크고, Ro는 상기 주 열전달체(510)의 반경인 곳)의 피치(Po)는 중심부에서의 피치(Pc)보다 짧다. 상기 형상으로 상기 주연부에서의 열손실을 보상한다. 본 발명자의 경험에 따르면, 외측 주연부에서의 피치(Po)는 중심부의 피치(Pc)의 0.1 내지 0.5 배인 것이 바람직하다.

이하, 웨이퍼 가열 메카니즘에 대해 상세히 설명한다.

먼저, 상기 고상의 하부 열전달 매체(520)의 저면의 나선형 홈(522)에 제공된 상기 히터(524)에 전류를 공급하여, 열을 발생시킨다. 상기 제1 고상 열전달 매체(514)와 접하는 상기 고상의 하부 열전달 매체(520)로 상기 열을 전달한다.

그후, 상기 고상의 하부 열전달 매체(510)에서 상기 제1 고상 열전달 매체(514)로 상기 열을 전달한다.

상기 제1 고상 열전달 매체(514) 상에는, 액체(540)가 내장된 공동(515), 외측 벽부(518), 및 다수의 내측 분할 벽부(530)가 제공된다.

상기 외측 벽부(518)과 상기 내측 분할 벽부(530)을 통해 상기 열을 전도하여 상기 제1 고상 열전달 매체(514)에서 상기 제2 고상 열전달 매체(516)로 상기 열을 전달한다. 그러나, 이와 같은 열전도는, 상기 공동(515)에 내장된 상기 액체(540)을 통한 열전달에 비해 매우 작다.

즉, 상기 제1 고상 열전달 매체(514)의 대부분의 열은 상기 액체(540)를 가열하는 데 사용되어, 상기 액체(540)를 증기 상태로 증발시킨다. 상기 증기는 상기 제2 고상 열전달 매체(516)를 향해 상방으로 평행하게 안내되어, 웨이퍼를 수용하기 위한 홈(512)을 구비한 상기 제2 고상 열전달 매체(516)에 열을 전달한다.

도 25와 도 26을 참조하면, 상기 내측 분할 벽부(530)는, 아크 형상으로 형성한다. 상기 내측 분할 벽부(530)는, 상기 공동(515)를 반경방향 및 원주방향(나선방향)으로 다수의 증발공(515a, 515b, 515c, 등등)으로 분할한다. 따라서, 증기가 방향으로 이동하면, 상기 증발공(515a, 515b, 515c, 등등) 내의 증기는, 일부분이 인접한 증발공으로부터 이동하는 증기과 혼합되어, 온도 분포가 균일해지도록 하는데 기여하여, 상기 열을 상기 제2 고상 열전달 매체(516)로 균일하게 전달한다.

또한, 상기 증발공(515a, 515b, 515c, 등등) 각각의 상부면은, 단면이 만곡된(또는 원형인) 형상이다. 상기 내측 분할 벽부(530)에 의해 안내된 각각의 증기부가 상기 증발공(515a, 515b, 515c, 등등)의 상부면에 도달하여 상기 제2 고상 열전달 매체(516)와 접촉하면, 상기 증기는 일부분이 액체로 응축되어 상기 제2 고상 열전달 매체(516)에 잠열을 발생시켜, 상기 제2 고상 열전달 매체(516)를 가열한다. 그후, 상기 응축된 액체(544)는 상기 제1 고상 열전달 매체(514)로 복귀하여 상기 제1 고상 열전달 매체(514)로부터 열을 수용한다.

한편, 응축되지 않은 그러나 단지 냉각된 증기는 상기 제1 고상 열전달 매체(514)를 향해 역시 순환된다. 그후, 복귀한 증기는 제1 고상 열전달 매체(514)와 접촉하여 다시 열을 흡수하고, 상기 제2 고상 열전달 매체(516)를 향해 상방으로 안내된다. 즉, 열전달은 대류에 의해 수행된다.

도 25와 도 26으로 도시한 바와 같이, 증기 혼합 통로는, 상기 중심부로부터 상기 주연부 쪽으로 방사상 패턴 형태 및 원주 방향으로 형성된다. 상기 주 열전달체(510)의 중심부로부터 주연부를 향해 반경방향으로 직접 증기를 혼합할 수 있기 때문에, 상기 주 열전달체(510)의 중심부와 주연부에서의 증기의 온도차를 상당히 줄일 수 있다.

상술한 바와 같이, 제2 고상 열전달 매체(516)는 상기 제1 고상 열전달매체(514)로부터 상기 증발공을 통해 열을 수용한다. 따라서, 가열된 고상 열전달 매체(516)는, 홈(512)에 위치한 웨이퍼와 접촉한다. 그 자체로, 균일하게 가열된 고상 열전달 매체(516)로부터 상기 웨이퍼로 열을 전달하여 상기 웨이퍼를 소정의 온도까지 균일하게 가열한다.

도 28 내지 도 30은 열 블록이 하부에 부착되어 있는 열전달 매체의 단면도이며, 특히 온도 분포를 예시하기 위한 등온 선도이다.

도 28은 도 1과 도 2로 도시한 바와 같은 종래의 열전달 매체를 예시한다. 도 28로 도시한 바와 같이, 관찰한 혼합 온도는 152.447℃ 이고 최저 온도는 151.566℃ 였다.

도 29는 홈 아래에 공동이 형성되어 있고, 피치가 규칙적인 홈에 가열 코일이 제공된 본 발명의 일실시예를 예시한다. 상기 도면으로 나타낸 바와 같이, 관찰한 최고 온도는 152.769℃ 이고 최저 온도는 151.259℃ 였다.

도 30은 상기 주 열전달체 직경의 약 0.96 배의 직경을 갖는 공동이 형성되어 있고, 주연부에서의 피치가 중심부 보다 짧은 홈에 가열 코일이 제공된 본 발명의 다른 실시예를 예시한다. 상기 도면으로 도시한 바와 같이, 관찰한 최고 온도는 152.765℃ 이고 최저 온도는 151.492℃ 였다.

도면으로 도시한 바와 같이, 도 30의 고온판에서의 온도 분포가 가장 균일하며, 도 29의 고온판, 도 28의 고온판 순으로 온도 분포가 균일하다.

도 31은 도 28 내지 도 30의 주 열전달체의 최상면에서의 온도 분포를 예시한 그래프이다. 도 31에서, 삼각형과 연결된 선은 도 28의 상기 주 열전달체로부터얻었다. 원과 연결된 선은 도 29의 상기 주 열전달체로부터 얻었다. 직사각형과 연결된 선은 도 30의 상기 주 열전달체로부터 얻었다.

도 31에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 주 열전달체의 최상면의 보다 균일한 온도 분포는 본 발명에서 얻을 수 있다. 또한, 공동을 증가시키고, 주연부에서의 가열 요소의 피치를 줄임으로써, 최상면의 온도 분포가 더욱 개선된다.

포토레지스트 패턴 형성

도 32A 내지 도 32D는 본 발명의 일실시예에 따라 상기 가열장치를 사용하여 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 방법을 예시한 단면도이다.

도 32A를 참조하면, 노볼락 수지를 함유한 포지티브 타입의 포토레지스트 조성물을 스핀 도포기를 이용하여 실리콘 웨이퍼(610)에 도포하여 포토레지스트 필름(612)를 형성한다. 그후, 종래의 고온판을 사용하여 상기 포토레지스트 필름(612)을 90 내지 120℃에서 60초 동안 소프트 베이킹한다. 상기 포토레지스트 필름(612)의 두께는 0.8 내지 0.9㎛이다.

도 32B를 참조하면, 스텝퍼 및 포토마스크(도시안됨)를 사용하여 상기 포토레지스트 필름(612)을 짙은 자외선광(614)에 선택적으로 노출시킨다. 그 후에, 본 발명에 따른 가열방법과 도 22와 도 26으로 도시한 바와 같은 주 열전달체(510)을 이용하여 상기 노출된 포토레지스트 필름(612)을 포스트 베이킹한다. 상기 포스트 베이킹은, 140℃ 내지 150℃의 온도에서 30 내지 90초 동안 수행한다.

도 32C를 참조하면, 현상액을 이용하여 상기 노출된 포토레지스트 필름(612)을 1분 동안 현상하고, 그 후 물을 사용하여 약 30초 동안 세정하고 건조시켜 상기포토레지스트 필름의 노출된 부분을 제거한다. 제1 포토레지스트 패턴(612a)는, 상기 실리콘 웨이퍼(610)의 일부를 노출시킬 수 있는 제1 크기의 개구부(616)를 구비하도록 형성한다.

도 32D를 참조하면, 상기 제1 포토레지스트 패턴(612)을 약 140℃ 내지 160℃의 온도에서 약 1분 내지 3분 동안 가열한다. 이때, 본 발명에 따른 가열방법과 도 22와 도 26으로 도시한 바와 같은 주 열전달체(510)를 포함하는 고온판을 또한 사용한다. 그후, 제1 포토레지스트 패턴(612)을 리플로우시켜, 상기 제1 포토레지스트 패턴(612a)의 제1 개구 크기 보다 작은 제2 크기의 제2 개구부(616a)를 구비하는 최종 포토레지스트 패턴(612b)(점선으로 도시함)을 형성한다.

웨이퍼의 표면 온도 측정

도 33은 도 25로 나타낸 상기 주 열전달체를 사용하여 가열한 웨이퍼의 표면 온도 분포를 나타내는 등온 선도이다. 도 33에서, 일 등온선과 그에 인접한 등온선 사이의 온도차는 0.04℃ 이다. 도면에서, 최고 온도는 상기 웨이퍼의 중심부에서 155.02℃ 이고, 최저 온도는 상기 웨이퍼의 주연부에서 153.91℃ 이다. 온도 범위(최고 온도와 최저 온도 사이의 온도차)는 0.97℃ 이다. 굵은 등온선으로 표시한 평균 온도는 154.65℃ 이고, 표면 온도의 표준 편차는 0.31℃ 이다.

도 34는 도 26으로 도시한 상기 주 열전달체를 사용하여 가열한 웨이퍼의 표면 온도 분포를 나타낸 등온 선도이다. 도 34에서, 일 등온선과 그에 인접한 등온선 사이의 온도차는 0.03℃ 이다. 상기 도면에서, 최고 온도는 상기 웨이퍼의 중심부에서 137.97℃ 이고, 최저 온도는 상기 웨이퍼의 주연부에서 137.42℃ 이다. 온도 범위 (최고 온도와 최저 온도 사이의 온도차)는 0.55℃ 이다. 굵은 등온선으로 표시한 평균 온도는 137.68℃ 이고, 표면 온도의 표준 편차는 0.15℃ 이다.

도 33과 도 34의 비교를 통해 알 수 있는 바와 같이, 도 26에서와 같이 내측 분할 벽부로 공동(515)을 반경방향으로 보다 조밀하게 분할하면, 보다 균일한 온도 분포를 얻을 수 있다. 많은 경험의 결과로서, 증발공(515a, 515b, 515c, 등등)을 반경방향으로 18 개 내지 36 개의 섹터로 분할하고, 각 섹터의 각도는 10 내지 20도, 보다 바람직하게는 15도로 설정하고, 온도 범위는 0.6℃ 보다 작게할 것을 결정지었으며, 그에 따라 보다 균일한 온도 분포를 얻을 수 있다.

포토레지스트 패턴을 노광후 베이킹한 후 선폭 측정

도 32A를 참조하면, 웨이퍼(610) 상에 포토레지스트 용액을 도포하여 포토레지스트 층(612)을 형성하고, 생성된 포토레지스트 층(612)을 110℃에서 약 60초 동안 프리 베이킹한다.

그 후, 도 32B로 도시한 바와 같이, 상기 포토레지스트 층(612)을 짙은 자외선광(614)에 노출시켰다. 이 때, 135㎚(목표 선폭)의 컨택트 홀을 형성하기 위한 패턴을 갖는 마스크를 사용하였다. 상기 노출된 포토레지스트 층(612)을 포스트 베이킹 하였다. 이 때, 도 22와 도 26으로 도시한 바와 같은 주 열전달체(510)를 포함하는 고온판을 사용하였다. 주 열전달체(510)를 제조하기 위하여, 알루미늄 합금을 사용하여 제1 및 제2 고상 열전달 매체(514, 516), 외측 벽부(518) 및 내측 분할 벽부(530)를 제조하였다. 액체(540)로는, 끓는점이 약 155℃이고 임계 온도가 약 270℃인 FC-40(한국 3M사의 제품명)를 선택하였다. 상기 주 열전달체(510)를 형성한 후에, 상기 공동(515)을 10⁷Torr 까지 진공하고, 그 후, 상기 공동(515) 용적의 약 20%를 상기 액체(540)로 채웠다. 그 후, 상기 공동(515)를 밀봉했다.

그 후에, 도 32c로 나타낸 바와 같이, 상기 노출된 포토레지스트 층(612)를 현상하여 제1 개구부(616)를 갖는 제1 포토레지스트 패턴(612)을 형성하였다.

도 35는 도 22와 도 26으로 도시한 바와 같이 상기 주 열전달 매체를 사용하여 포스트 베이킹한 노출된 포토레지스트 필름을 현상한 후에 획득한 제1 개구의 선폭 분포 선도이다.

본 발명에 따른 고온판을 사용했을 때, 최대 선폭과 최소 선폭은 각각 140㎚와 129㎚ 였다. 또한, 평균 선폭은 135㎚ 였으며, 선폭 범위는 11㎚ 였다. 허용 선폭 범위를 120 내지 150㎚로 설정하였 시, 측정한 모든 컨택트 홀의 크기는 허용 선폭 범위내에 들었다.

포토레지스트 패턴을 리플로우 한 후, 포토레지스트 패턴의 선폭 측정

도 32A를 참조하면, 웨이퍼(610)에 포토레지스트 용액을 도포하여 포토레지스트 층(612)을 형성하였으며, 획득한 포토레지스트 층(612)을 110℃의 온도에서 약 60초 동안 프리 베이킹하였다.

그 후, 도 32B로 도시한 바와 같이, 포토레지스트 층(612)를 짙은 자외선광(614)에 노출시켰다. 이 때, 185㎚의 컨택트 홀을 형성하기 위한 패턴을 가진 마스크를 사용하였다. 상기 노출된 포토레지스트 층(612)을 포스트 베이킹하였다. 이 때, 도 22와 도 26으로 도시한 바와 같은 주 열전달체를 포함하는 고온판을 사용하였다. 상기 고온판, 상기 포토레지스트 패턴을 노출후 베이킹한 후에 상술한 선폭을 측정하는 데 사용한 것과 동일한 것이다.

상기 노출된 포토레지스트 층(612)을 현상하여 도 32C로 나타낸 바와 같은 제1 개구부(616)를 갖는 제1 포토레시스트 패턴(612a)을 형성하였다. 그 후, 제1 포토레지스트 패턴(612a)를 150℃의 온도로 2분 동안 가열하였다. 이 때, 동일한 고온판을 사용하였다. 그 결과, 도 32D로 도시한 바와 같이, 상기 제1 개구부(616) 보다 크기가 작은 제2 개구부(616a)를 갖는 제2 포토레지스트 패턴(612b)를 획득하였다.

비교하기 위해, 포스트 베이킹 단계와 리플로우 단계에서 둘다 종래의 고온판을 사용하여 동일한 절차를 수행하였다. 즉, 본 발명에 따른 고온판 대신에 도 1과 도 2의 고온판을 사용하였다.

상기 제2 개구의 선폭(크기)은, 전체 웨이퍼에 걸쳐 하나의 맵 단위로 측정하였다.

도 36은 도 1과 도 2에 도시한 종래의 주 열전달 매체를 사용하여 획득한 제2 개구의 선폭 분포 선도이다. 도 37은 도 22와 도 26에 도시한 본 발명의 주 열전달 매체를 사용하여 획득한 선폭 분포 선도이다.

도 36으로부터 알 수 있는 바와 같이, 종래의 고온판을 사용할 경우, 최대 선폭과 최소 선폭은 각각 201㎚와 159㎚ 였다. 또한, 평균 선폭은 177 ㎚였으며, 선폭 범위는 43㎚ 였다.

본 발명에 따른 고온판을 사용할 경우, 최대 선폭과 최소 선폭은 각각 205㎚와 182㎚ 였다. 또한, 도 37로 나타낸 바와 같이, 평균 선폭은 194㎚ 였으며, 선폭 범위는 23㎚ 였다.

상술한 바로부터, 선폭 범위가 42㎚에서 23㎚로 개선되었음을 알 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 가열 방법으로 웨이퍼를 가열하면, 온도 편차가 1℃ 미만, 바람직하게는 0.6℃ 미만이 되도록 상기 웨이퍼를 균일하게 가열할 수 있다.

따라서, 상기 웨이퍼와 그 표면에 도포된 포토레지스트 필름에 가해지는 열충격을 상당히 감소시킬 수 있다. 결과적으로, 노출후 베이킹 단계에서 본 발명의 가열 방법과 장치를 사용하는 경우, 상기 웨이퍼 상에 균일한 크기를 갖는 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 상기 포토레지스트 패턴을 리플로우하는데 본 발명의 가열 방법과 장치를 효과적으로 사용하여 미세한 포토레지스트 패턴을 형성할 수 있다.

본 발명의 가열 방법과 장치는, 평판 형상의 물체를 균일하게 가열하는 다른 분야에서도 사용할 수 있다. 물론, 웨이퍼를 균일하게 가열할 필요가 있는 반도체 분야에서도, 본 발명의 가열 방법과 장치를 효과적으로 사용할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (34)

1. 제1 고상 열전달 매체에 열을 공급하는 단계;

   상기 제1 고상 열전달 매체로부터 유체 열전달 매체로 상기 열을 전달하는 단계;

   증기부와 제2 고상 열전달 매체를 연결하여 상기 제2 고상 열전달 매체를 가열함으로써 상기 열을 제2 고상 열전달 매체에 전달하는 단계; 그리고

   상기 제2 고상 열전달 매체와 웨이퍼를 열적으로 연결하여, 상기 제2 고상 열전달 매체로부터 상기 웨이퍼로 상기 열을 전달함으로써, 상기 웨이퍼 상에 도포된 포토레지스트 필름을 베이킹하는 단계를 포함하며,

   상기 유체 열전달 매체의 외주연은 원형이며, 상호 연결되고 상기 유체 열전달 매체 용적의 15 내지 25%의 용적을 갖는 액체를 각각 내장한 다수의 증발공으로 분할되어 있고,

   상기 다수의 증발공은 다수의 동심원 또는 나선형 원으로 분할되며, 상기 동심원 또는 나선형 원은 10 내지 20 도의 섹터각을 각각 갖는 다수의 반경 방향 섹터로 분할되고,

   상기 증발공 각각의 상부는 만곡된 단면 형상을 갖고, 상기 열에 의해 상기 액체가 상기 다수의 증발공 내에서 각각 다수의 증기부로 증발되고,

   상기 증기부 각각은 상기 물체를 향해 상방으로 평행하게 안내되며, 상기 유체 열전달 매체의 반경 방향 및 원주 방향으로 인접한 증발공 내에 내장된 증기부와 부분적으로 혼합되며, 상기 증발공 각각의 상부에서 상기 제2 고상 열전달 매체와 접하는 것을 특징으로 하는 물체를 균일하게 가열하기 위한 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 열을 발생시키는 단계;

   상기 열을 하부의 고상 열전달 매체로 전달하여 상기 하부의 고상 열전달 매체를 가열하는 단계; 그리고

   상기 하부의 고상 열전달 매체와 상기 제1 고상 열전달 매체를 열적으로 연결하여 상기 열을 상기 제1 고상 열전달 매체에 전달하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 물체를 균일하게 가열하기 위한 방법.
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 증기부는, 일부가 응축되어 잠열을 발생시키며, 상기 잠열은 상기 제2 고상 열전달 매체로 전달되는 것을 특징으로 하는 물체를 균일하게 가열하기 위한 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 다수의 증기부를 응축하여 상기 액체로 재생하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 액체는 상기 증기부로 반복적으로 증발하며, 상기 증기부는 상기 액체 상태로 반복적으로 응축되어 상기 유체 열전달 매체의 상기 증발공 각각에서 순환하는 것을 특징으로 하는 물체를 균일하게 가열하기 위한 방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 제 1 항에 있어서, 상기 액체는 퍼프루오르카본(perfluorocarbon)류의 불활성 용매로, 그 임계 온도는 대기압 하에서 물체의 목표 온도에 100℃를 더한 온도 보다 높은 것을 특징으로 하는 물체를 균일하게 가열하기 위한 방법.
12. 삭제
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14. 제 1 항에 있어서, 상기 포토레지스트 필름은, 약 140 내지 150℃의 온도에서 0.5 내지 1.5분 동안 베이킹하는 것을 특징으로 하는 물체를 균일하게 가열하기 위한 방법.
15. 웨이퍼 상에 포토레지스트 용액을 도포하여 포토레지스트 필름을 형성하는 단계;

    상기 포토레지스트 필름을 광에 노출시키는 단계, 상기 노출된 포토레지스트 필름을 현상하여 제1 크기의 제1 개구를 갖는 제1 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 그리고

    상기 제1 포토레지스트 패턴을 리플로우시켜 상기 제1 개구 보다 작은 제2 크기의 제2 개구를 갖는 제2 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계를 포함하며,

    상기 제1 포토레지스트 패턴을 리플로우시키는 단계는,

    제1 고상 열전달 매체에 열을 공급하는 단계;

    상기 제1 고상 열전달 매체로부터 유체 열전달 매체로 상기 열을 전달하는 단계;

    증기부를 제2 고상 열전달 매체와 접촉시켜 상기 제2 고상 열전달 매체를 가열함으로써, 상기 제2 고상 열전달 매체에 상기 열을 전달하는 단계; 그리고

    상기 제2 고상 열전달 매체와 상기 웨이퍼를 열적으로 접촉시켜 상기 제2 고상 열전달 매체로부터 상기 웨이퍼로 상기 열을 전달함으로써, 상기 제1 포토레지스트가 리플로우되도록 가열하는 단계를 포함하며,

    상기 유체 열전달 매체의 외주연은 원형이며, 상호 연결되고 상기 유체 열전달 매체 용적의 15 내지 25%의 용적을 갖는 액체를 각각 내장한 다수의 증발공으로 분할되어 있고,

    상기 다수의 증발공은 다수의 동심원 또는 나선형 원으로 분할되며, 상기 동심원 또는 나선형 원은 10 내지 20 도의 섹터각을 각각 갖는 다수의 반경 방향 섹터로 분할되고,

    상기 증발공 각각의 상부는 만곡된 단면 형상을 갖고, 상기 열에 의해 상기 액체가 상기 다수의 증발공 내에서 각각 다수의 증기부로 증발되고,

    상기 증기부 각각은 상기 물체를 향해 상방으로 평행하게 안내되며, 상기 유체 열전달 매체의 반경 방향 및 원주 방향으로 인접한 증발공 내에 내장된 증기부와 부분적으로 혼합되며, 상기 증발공 각각의 상부에서 상기 제2 고상 열전달 매체와 접하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 방법.
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