KR100507788B1 - 레지스트 경화장치 - Google Patents

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Abstract

레지스트가 도포된 실리콘 웨이퍼를 워크 스테이지에 진공흡착하여, 가열ㆍ냉각하면서 자외선을 조사하여 레지스트 경화처리를 행하여도, 실리콘 웨이퍼의 이면에 찰상이 생기는 일이 없는 레지스트 경화장치를 제공하기 위해, 자외선을 조사하는 광원부와, 실리콘 웨이퍼를 진공흡착하는 워크 유지수단 및 워크 온도제어수단을 갖는 워크 스테이지(10)로 이루어지고, 워크 스테이지의 상면에 유지된 실리콘 웨이퍼를 가열하면서, 실리콘 웨이퍼에 도포된 레지스트에 자외선을 조사하여 경화하는 레지스트 경화장치에 있어서, 워크 스테이지의 상면과 실리콘 웨이퍼 사이에, Si, SiO2, SiC, Si3N4 중 어느 하나의 재질로 이루어지는 플레이트(60)를 개재시켜, 이 플레이트와 실리콘 웨이퍼를 워크 스테이지에 진공흡착한 상태에서 자외선을 조사한다.

Description

레지스트 경화장치{Apparatus for curing resist}
본 발명은 반도체 집적회로의 제조공정에서 실리콘 웨이퍼에 도포된 레지스트에 자외선을 포함하는 빛을 조사하여 경화시키는 레지스트 경화장치에 관한 것이다.
반도체 집적회로를 제조하는 경우, 실리콘 웨이퍼 상에 패터닝(patterning)을 행하여, 각종 회로를 형성하기 위해, 전처리로서 실리콘 웨이퍼의 표면에 노볼랙 수지로 된 베이스 폴리머와 감광제로 구성된 레지스트를 균일하게 도포한다. 그리고, 이 레지스트의 내열성이나 내약품성, 내드라이 에칭성 등을 향상시키기 위해, 실리콘 웨이퍼를 가열하면서 자외선을 조사하여 레지스트를 경화시키고 있다.
이러한 레지스트의 경화는 우선, 온도제어수단과 워크 유지수단을 갖는 워크 스테이지의 상면에 워크로서의 실리콘 웨이퍼를 진공흡착하여 유지한다. 워크를 진공흡착하는 것은 워크 스테이지의 열을 균일하게 효율적으로 워크에 전달하여 온도제어를 정확히 하기 위해서이다. 또한, 실리콘 웨이퍼에 도포된 레지스트에 자외선 램프로부터 자외선을 포함하는 빛을 조사하면서 워크 스테이지를 100℃ 정도에서 200℃ 정도의 소정 온도까지 점차로 승온시켜, 자외선 조사후에 다시 100℃ 정도까지 강온시킴으로써 행한다.
이것에 의해, 내열성이나 내약품성, 내드라이에칭성 등이 뛰어난 레지스트막이 얻어진다. 예컨대, 내열온도가 140℃ 정도인 레지스트는 자외선 조사에 의한 경화처리에 의해 내열온도는 250℃ 정도로 향상한다.
이와 같이, 자외선 조사시의 실리콘 웨이퍼의 온도제어를 정확히 하기 위해, 워크로서의 실리콘 웨이퍼를 워크 스테이지에 진공흡착하지만, 실리콘 웨이퍼는 직경이 150㎜이나 200㎜ 등의 크기로, 레지스트의 종류나 막 두께 등의 조건에 따라서는, 이 큰 실리콘 웨이퍼를 1℃/초 이상의 빠른 승온속도로 처리해야 할 경우가 있다. 이 때문에, 실리콘 웨이퍼의 넓은 면적전체를 균일하게 가열하고, 또한 고속으로 승온하기 위해서는, 워크 스테이지는 열전도율이 양호한 금속, 예컨대 구리로 성형된다. 따라서, 20℃∼300℃에서의 선팽창계수가 2.5 ×1O-6/K인 실리콘 단결정으로 이루어지는 실리콘 웨이퍼와, 선팽창계수가 0.334/K인 구리로 이루어지는 워크 스테이지 사이에 큰 선팽창계수의 차가 존재한다.
이 때문에, 실리콘 웨이퍼를 워크 스테이지에 진공흡착한 상태에서 빠른 속도의 승온 및 강온을 행하면, 양자의 열팽창량 및 열수축량의 큰 차에 의해, 실리콘 웨이퍼와 워크 스테이지 사이에서 서로 마찰이 발생하여, 실리콘 웨이퍼의 이면에 방사상 찰상이 생긴다.
또한, 실리콘 웨이퍼의 금속오염을 고려하여, 실리콘 웨이퍼와 금속제 워크 스테이지가 직접 접촉하지 않도록, 워크 스테이지의 표면을 세라믹으로 코팅하는 일이 있지만, 세라믹 코팅막의 표면은 충분히 연마를 행하더라도, 금속 표면에 비하여 거친 면으로, 실리콘 웨이퍼의 이면에 발생하는 찰상이 많아진다. 이 찰상의 개수는 조건에 따라서는 5000∼15000개에도 달하고, 또한 그 길이는 실리콘 웨이퍼의 주변부일수록 길어져, 0.5㎜ 정도에 달한다.
실리콘 웨이퍼의 이면에 이러한 찰상이 생기면, 후공정의 가열공정에서, 실리콘 결정의 전위가 발생하여, 이 전위가 성장하면 실리콘 웨이퍼에 슬립이 발생하여 제조불량이 된다. 또한, 이 찰상이 생기면, 깎인 실리콘 분말의 더스트가 발생하지만, 이 더스트는 실리콘 웨이퍼의 이면에 부착한 상태로 후공정으로 이송된다.이 때문에, 후공정인 세정공정의 세정액이나 에칭 공정의 에칭액이 더스트로 오염되어 제조불량의 원인이 된다.
그래서, 본 발명은 레지스트가 도포된 실리콘 웨이퍼를 워크 스테이지에 진공흡착하여, 가열냉각하면서 자외선을 조사하여 레지스트 경화처리를 행하여도, 실리콘 웨이퍼의 이면에 찰상이 생기는 일이 없는 레지스트 경화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예의 정면도이다.
도 2는 플레이트의 평면도이다.
도 3은 경화처리방법의 설명도이다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 자외선을 조사하는 광원부와, 설치된 워크로서의 실리콘 웨이퍼를 진공흡착하는 워크 유지수단 및, 워크를 가열ㆍ냉각하는 워크 온도제어수단을 갖는 워크 스테이지로 이루어지고, 워크 스테이지의 상면에 유지된 워크를 가열하면서, 워크에 도포된 레지스트에 자외선을 조사하여 경화하는 레지스트 경화장치에 있어서, 워크 스테이지의 상면과 워크 사이에 Si(실리콘), SiO2(석영), SiC(탄화규소), Si3N4(질화규소) 중 어느 하나의 재질로 이루어지고, 워크 스테이지에서의 흡착용 진공을 워크에 작용시키는 관통구멍이 형성된 플레이트를 개재시켜, 이 플레이트와 워크를 워크유지수단으로서 워크 스테이지에 진공흡착한 상태로 자외선을 조사한다.
이하에, 도면에 의거하여 본 발명의 실시형태를 구체적으로 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태에 관한 레지스트 경화장치의 개략을 나타내는 것이다. 도 1에 있어서, 워크 스테이지(10)는 열전도율이 양호한 구리로 받침대 형상으로 성형된 것으로, 그 상면에는 워크 스테이지(10)의 상면에 설치된 후술하는 플레이트(60)를 진공흡착하기 위한 제 2 흡착홈(12) 및 플레이트(60)에 설치되는 워크인 실리콘 웨이퍼를 진공흡착하기 위한 제 1 흡착홈(11)이 형성되어 있다. 제 1 흡착홈(11)은 제 1 진공 파이프(31)에 접속되고, 제 2 흡착홈(12)은 제 2 진공 파이프(32)에 접속되어 있고, 제 1 진공 파이프(31)는 제 1 전자밸브(33)를 통해 감압장치(도시되지 않음)에 접속되고, 제 2 진공 파이프(32)는 제 2 전자밸브(34)를 통해 감압장치에 접속되어 있다. 따라서, 제 2 전자밸브(34)가 작동함으로써 플레이트(60)는 워크 스테이지(10)의 상면에 진공흡착되고, 제 1 전자밸브(33)가 작동함으로써 워크는 플레이트(60)를 통해 워크 스테이지(10)의 상면에 진공흡착된다. 이들 흡착홈(11,12), 진공 파이프(31, 32), 전자밸브(33, 34), 감압장치 등으로 워크 유지수단을 구성하고 있다.
워크 스테이지(10) 내에는 히터인 가열수단(21) 및 냉각수가 흐르는 수냉 파이프로 이루어지는 냉각수단(22)이 배치되어 있다. 워크의 온도를 검지하는 센서(도시되지 않음)의 신호가 컨트롤러(23)에 입력되어, 이 신호에 따라서, 이 가열수단(21) 및 냉각수단(22)은 컨트롤러(23)에 의해 제어된다. 이 가열ㆍ냉각수단(21, 22) 및 컨트롤러(23) 등으로 워크 온도제어수단을 구성하고 있다
워크 스테이지(10) 내에는 높이 방향으로 관통하여 승강하는 다수 개, 예컨대 4개의 워크를 주고 받는 핀(41)이 배치되어 있다. 워크를 주고 받는 핀(41)은 그 하단을 승강판(42)에 의해 유지되고, 워크를 주고 받는 핀(41)은 액츄에이터(43)에 의해 승강동작을 행한다.
워크 스테이지(10) 위쪽에는 자외선 램프(51) 및 자외선 램프(51)를 둘러싸는 미러(52)로 이루어지는 광원부가 배치되어 있다. 자외선 램프(51)는 예컨대 정격 소비전력이 8kW인 초고압 수은 램프이고, 자외선 램프(51)로부터 방사되는 자외선을 포함하는 빛이 미러(52)에서 반사되어 워크 스테이지(10)의 상면에 유지된 워크에 조사된다.
플레이트(60)는 도 2에 도시된 바와 같이, 두께가 예컨대 약 0.675㎜인 얇은 원형판이고, 원호상 관통구멍(61)이 동심원상으로 형성되어 있다. 이 관통구멍(61)은 플레이트(60)를 워크 스테이지(10)의 상면에 설치하였을 때에, 워크 스테이지(10)의 상면에 형성된 제 1 흡착홈(11)과 일치한다. 따라서, 플레이트(60) 상에 워크를 설치하면, 감압장치에서 발생한 감압이 제 1 흡착홈(11) 및 관통구멍(61)을 통해 워크에 작용하여, 워크는 플레이트(60)를 통해 워크 스테이지(10)의 상면에 진공흡착된다.
또한, 플레이트(60)에는 워크를 주고 받는 핀(41)의 승강위치에 일치하는 핀홀(62)이 4개 돌출형성되어 있다. 따라서, 플레이트(60) 상의 워크는 워크 스테이지(10)의 상면으로부터 돌출한 워크를 주고 받는 핀(41)에 의해서 승강하도록 되어 있다.
여기서, 플레이트(60)는 선팽창계수가 단결정 실리콘으로 이루어지는 실리콘 웨이퍼의 선팽창계수와 동일한 Si(실리콘), 또는 그 선팽창계수에 가까운 재료인 SiO2(석영), SiC(탄화규소), Si3N4(질화규소) 중 어느 하나로 이루어진다.
덧붙여서, 각각의 20℃∼300℃에서의 선팽창계수는 다음과 같다.
Si 2.5 ×10-6/K
SiO2 O.5 ×1O-6/K
SiC 4.3 ×1O-6/K
Si3N4 3.4 ×1O-6/K
이하에, 도 3에 의거하여 본 발명의 레지스트 경화장치의 조작방법을 설명하면, 우선, 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 상면에 레지스트가 도포된 실리콘 웨이퍼인 워크(W)를 지퍼 핑거(70)로 꼭 쥐어, 지퍼 핑거(70)를 전진시켜 워크(W)를 워크 스테이지(10) 위쪽의 소정위치로 이동시킨다. 이 때, 도 1에 나타내는 제 2 전자밸브(34)로 작동시켜 플레이트(60)를 워크 스테이지(10) 상면의 소정위치에 진공흡착하여 놓는다.
다음에, 도 3(b)에 도시된 바와 같이, 워크를 주고 받는 핀(41)을 상승시켜 워크(W)를 지퍼 핑거(70)로부터 수취하여, 원위치로 지퍼 핑거(70)를 후퇴시킨다. 그리고, 도 3(c)에 도시된 바와 같이, 워크를 주고 받는 핀(41)을 강하시켜, 워크(W)를 플레이트(60)에 설치할 때에, 도 1에 나타내는 제 1 전자밸브(33)를 작동시키면 워크(W)를 플레이트(60)를 통해 워크 스테이지(10)의 상면에 진공흡착할 수 있다. 즉, 워크(W)는 선팽창계수가 동일하거나 또는 근사한 플레이트(60)에는 접촉하지만, 구리로 성형되어 선팽창계수가 크게 다른 워크 스테이지(10)에는 직접접촉하고 있지 않다.
워크(W)를 소정위치에 유지하면, 가열수단(21)을 작동시켜 워크(W)의 온도를 예컨대 100℃까지 승온한 후, 자외선 램프(51)와 워크 스테이지(10) 사이의 셔터(53)를 개방하여, 자외선을 포함하는 빛을 워크(W)의 상면에 도포된 레지스트에 조사함과 동시에, 워크(W)의 온도를 100℃에서 예컨대 200℃까지 소정의 승온속도로 승온한다. 그리고, 셔터(53)를 닫고 자외선의 조사를 정지하여, 냉각수단(22)을 작동시켜 워크(W)의 온도를 소정의 강온속도로 100℃까지 강온하면 경화처리는 완료한다. 경화처리가 완료하면, 제 1 전자밸브(33)를 폐쇄하여 워크(W)의 진공흡착을 해제하여, 워크를 주고 받는 핀(41)을 상승시켜 워크(W)를 워크 스테이지(10)에서 들어 올려, 지퍼 핑거(70)로 꼭 쥐어 후공정으로 반송한다.
여기서, 상술한 승온 및 강온에 따라, 워크(W), 플레이트(60) 및 워크 스테이지(10)는 각각 그 선팽창계수에 따라 열팽창 및 열수축하지만, 워크(W)는 열팽창량 및 열수축량이 크게 다른 워크 스테이지(10)에는 접촉하지 않고, 열팽창량 및 열수축량이 동일하거나 또는 근사한 플레이트(60)에만 접촉하고 있기 때문에, 워크(W)와 플레이트(60) 사이에는 서로 마찰이 발생하지 않고, 워크(W)의 이면에 방사상 찰상이 생기는 일은 없다. 따라서, 더스트가 발생하지 않고, 더스트에 기인하는 후공정에서의 제조불량을 회피할 수 있다.
또한, 워크(W)가 접촉하는 플레이트(60)의 재질은 실리콘 또는 실리콘 화합물이기 때문에, 실리콘의 단결정으로 이루어지는 워크(W)가 금속 오염되는 일도 없다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 워크로서의 실리콘 웨이퍼를 진공흡착하는 워크 유지수단 및, 워크를 가열ㆍ냉각하는 워크 온도제어수단을 갖는 워크 스테이지의 상면과 워크 사이에, Si, SiO2, SiC, Si3N4 중 어느 하나의 재질로 이루어지고, 워크 스테이지로부터의 흡착용 진공을 워크에 작용시키는 관통구멍이 형성된 플레이트를 개재시켜, 이 플레이트와 워크를 워크 유지수단으로서 워크 스테이지에 진공흡착한 상태에서, 워크에 도포된 레지스트에 광원부에서 자외선을 조사하기 때문에, 워크의 이면에 찰상이 생기는 일이 없는 레지스트 경화장치로 할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 반도체 집적회로의 제조공정에서 실리콘 웨이퍼에 도포된 레지스트에 자외선을 포함하는 빛을 조사하여 경화시키는 레지스트 경화장치로서 사용된다.

Claims (1)

  1. 자외선을 조사하는 광원부와, 설치된 워크로서의 실리콘 웨이퍼를 진공흡착하는 워크 유지수단 및, 워크를 가열ㆍ냉각하는 워크 온도제어수단을 갖는 워크 스테이지로 이루어지고, 워크 스테이지의 상면에 유지된 워크를 가열하면서, 워크에 도포된 레지스트에 자외선을 조사하여 경화하는 레지스트 경화장치에 있어서, 워크 스테이지의 상면과 워크 사이에 Si(실리콘), SiO2(석영), SiC(탄화규소), Si3N4 (질화규소) 중 어느 하나의 재질로 이루어지고, 워크 스테이지로부터의 흡착용 진공을 워크에 작용시키는 관통구멍이 형성된 플레이트를 개재시켜, 이 플레이트와 워크를 워크 유지수단으로서 워크 스테이지에 진공흡착한 상태에서 자외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 레지스트 경화장치.
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