KR100543873B1 - 열간섭 방지형 반도체 웨이퍼 히팅 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼 상방에서 일어나는 대류를 방지하여 반도체 수율을 향상시킬 수 있게 하는 열간섭 방지형 반도체 웨이퍼 히팅 시스템에 관한 것으로서, 소자 등의 반도체 웨이퍼에 열을 인가하는 반도체 웨이퍼 히팅 시스템을 구성함에 있어서, 웨이퍼가 안착되는 공정챔버; 상기 공정챔버 내부의 웨이퍼 하방에 설치되어 웨이퍼의 소자에 열을 전달하도록 소자와 근접되게 설치되는 히팅 플레이트; 상기 히팅 플레이트의 하면에 설치되고, 상기 히팅 플레이트를 가열할 수 있는 히터; 및 상기 공정챔버 내부의 웨이퍼 상방에 설치되고, 웨이퍼의 상방에서 발생되는 대류를 억제하도록 공기 흐름을 차단하는 차단부재;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하기 때문에 웨이퍼 상방의 공간을 멀티구역화하여 웨이퍼 상방 공기의 대류현상을 줄임으로써 온도 제어를 용이하게 하는 동시에 온도의 정확도 및 정밀도를 향상시키고, 웨이퍼 상방 공기의 대류현상으로 인한 피해를 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.

Description

열간섭 방지형 반도체 웨이퍼 히팅 시스템{Heat interference prevention type semiconductor wafer heating system}
도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열간섭 방지형 반도체 웨이퍼 히팅 시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2 내지 도 5는 도 1의 히터의 여러 일례들을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 웨이퍼의 일례를 나타내는 도면이다.
본 발명은 열간섭 방지형 반도체 웨이퍼 히팅 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 웨이퍼 상방에서 일어나는 대류를 방지하여 반도체 수율을 향상시킬 수 있게 하는 열간섭 방지형 반도체 웨이퍼 히팅 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 이온주입 공정, 막 증착 공정, 확산공정, 사진공정 등과 같은 다수의 공정들을 거쳐 제조된다. 이러한 공정들 중에서, 원하는 패턴을 형성하기 위한 사진공정은 반도체 소자 제조에 필수적으로 요구되는 공정이다.
이러한, 사진공정은 이온주입이 될 부위와 보호될 부위를 선택적으로 정의하기 위해 마스크나 레티클의 패턴을 소자 위에 만드는 것으로 크게, 소자 상에 포토 레지스트를 떨어뜨린 후 고속으로 회전시켜 소자 위에 원하는 두께로 입히는 도포공정, 포토레지스트가 도포된 소자와 정해진 마스크를 서로 정렬시킨 후 자외선과 같은 빛이 상기 마스크를 통하여 소자 상의 포토레지스트에 조사되도록 하여 마스크 또는 레티클의 패턴을 소자에 옮기는 노광공정 및 상기 노광공정이 완료된 소자의 포토레지스트를 현상하여 원하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 현상공정으로 이루어진다.
또한, 상기 사진공정에는 반도체 소자를 소정 온도하에서 굽는 베이크 공정이 포함된다. 즉, 상기 베이크 공정은 포토레지스트를 도포하기 전에 소자에 흡착된 수분을 제거하기 위한 베이크, 소정의 유기용제 및 포토레지스트의 도포 후에 소프트 베이크, 노광시 자외선의 산란으로 인한 노광 부위의 화학적 구조의 불안정을 회복시키기 위한 노광 후 베이크 등이 있다.
상기와 같이, 반도체 소자를 베이킹하기 위해서는 실질적으로 베이크 챔버 내에서 웨이퍼의 베이크 공정을 진행하는 반도체 제조공정 설비의 한 형태인 반도체 히팅 시스템을 사용한다.
이러한, 종래의 반도체 히팅 시스템은, 통상적으로 소자에 열을 전달하도록 소자와 근접되게 설치되고, 평평한 히팅 플레이트 및 상기 히팅 플레이트의 하면에 설치되고, 상기 히팅 플레이트를 가열할 수 있는 히터 등을 구비하여 이루어지는 구성이였다.
그러나, 종래의 반도체 히팅 시스템의 히팅 플레이트는 중심부와 테두리부간의 온도편차나 베이크 챔버 내부의 환경에 따라 각 부분의 온도편차가 심하게 발생 하였고, 이러한 온도편차로 인하여 소자의 균일한 베이크가 이루어지지 않아서 선폭이 줄어듦에 따라 포토레지스트의 베이크 온도 균일성이 사진공정 시 커다란 영향을 미치는 최근에는 미세 패턴을 패터닝하는 경우, 반도체 소자의 수율이 크게 떨어지는 문제점이 있었다.
즉, 소자가 챔버 내에 실장되었을 때, 반도체 히팅 시스템에 의하여 소자를 일정온도까지 얼마나 빨리 그리고 미세한 오차를 가지는 균일한 베이크 온도를 유지시킬 수 있느냐가 반도체 소자의 수율에 직접적인 영향을 미치므로 온도조절이 정밀하고, 온도 보상시간이 빠른 소자의 베이크장치가 절실히 요구되고 있는 실정이다.
한편, 이러한 종래의 문제점들을 개선하기 위하여 히팅 플레이트를 멀티존화하고 각각의 구역을 개별 온도 제어하여 소자 각 부분의 미세한 온도편차를 줄일 수 있고, 아울러 히팅 플레이트의 각 구역들 간의 온도 간섭을 최소화할 수 있게 하는 대한민국 특허출원 제2003-41425호가 출원되었다.
이러한 종래의 대한민국 특허출원 제2003-41425호에 의하면, 히팅 플레이트와 히터를 여러개의 구역으로 멀티존화한 것으로서, 상기 히팅 플레이트는, 웨이퍼에 열을 전달하도록 소자와 근접되게 설치되고, 중심부, 중간부, 테두리부 등으로 나누거나 또는 중심을 기준으로 소정 각도 등각으로 나누는 등 다중 구역(멀티존)으로 구획할 수 있고, 상기 히터는, 상기 히팅 플레이트의 하면에 설치되어 상기 히팅 플레이트 각각의 구역을 개별적으로 가열할 수 있는 것이다.
그러나, 이러한 종래의 대한민국 특허출원 제2003-41425호와 같이, 상기 히 팅 플레이트와 히터를 여러개의 구역으로 멀티존화하더라도, 웨이퍼의 상방에서 더운공기와 차가운 공기가 서로 섞이게 되는 대류 현상이 일어나 온도 제어를 어렵게 하는 문제점이 있었다.
즉, 예를 들어, 온도가 기준치 보다 떨어지는 특정 구역의 히터 온도를 높이면, 그 구역의 상방에 있는 웨이퍼의 특정 위치의 온도만 올라가는 것이 아니라 더워진 웨이퍼의 상방의 공기가 대류현상에 의하여 이웃하는 부근으로 전파되어 이웃하는 웨이퍼의 다른 위치의 온도까지 함께 동반하여 올라가게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 특정 구역의 히터 온도를 높이려면 대류현상 때문에 이웃하는 구역의 히터 온도를 낮추어야 하는 등 온도 제어가 매우 어렵고, 이러한 불명확성으로 인하여 온도에 매우 민감한 반도체 웨이퍼 소자의 수율이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.
또한, 웨이퍼 특정 위치의 온도 이상으로 인한 피해가 대로현상으로 인하여 부근으로 확대되는 등 많은 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 웨이퍼 상방의 공간을 멀티구역화하여 웨이퍼 상방 공기의 대류현상을 줄임으로써 온도 제어를 용이하게 하는 동시에 온도의 정확도 및 정밀도를 향상시키고, 웨이퍼 상방 공기의 대류현상으로 인한 피해를 최소화할 수 있게 하는 열간섭 방지형 반도체 웨이퍼 히팅 시스템을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 열간섭 방지형 반도체 웨이퍼 히팅 시스템은, 소자 등의 반도체 웨이퍼에 열을 인가하는 반도체 웨이퍼 히팅 시스템을 구성함에 있어서, 웨이퍼가 안착되는 공정챔버; 상기 공정챔버 내부의 웨이퍼 하방에 설치되어 웨이퍼의 소자에 열을 전달하도록 소자와 근접되게 설치되는 히팅 플레이트; 상기 히팅 플레이트의 하면에 설치되고, 상기 히팅 플레이트를 가열할 수 있는 히터; 및 상기 공정챔버 내부의 웨이퍼 상방에 설치되고, 웨이퍼의 상방에서 발생되는 대류를 억제하도록 공기 흐름을 차단하는 차단부재;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 히팅 플레이트는, 소자 표면의 온도편차를 줄일 수 있도록 다수개의 구역으로 구획되고, 각 구역은 웨이퍼 표면에 형성된 적어도 하나 이상의 반도체 웨이퍼 소자의 칩을 단위로 하여 중심(위치중심 및/또는 열중심)으로부터의 거리나 열특성을 기준으로 블록화하여 구획되는 등 다중 구역(멀티존)으로 구획되고, 상기 히터는, 상기 히팅 플레이트의 각각의 구역을 개별적으로 가열하며, 상기 차단부재는, 웨이퍼 하방에 설치된 상기 히팅 플레이트 및/또는 히터의 다중 구역으로 구획된 각 구역들과 서로 대응되도록 구획되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 차단부재는, 웨이퍼의 상방에서 발생되는 열대류를 억제하도록 상기 웨이퍼의 상면과 근접하게 설치되어 상기 히팅 플레이트 및/또는 히터의 다중 구역으로 구획된 각 구역들의 경계선 상에 설치되는 수직 격벽이고, 상기 수직 격벽은, 상기 공정챔버 내부의 웨이퍼 상방에 설치되어 다수개의 상기 수직 격벽들을 선택적으로 승하강시키는 승하강장치가 설치될 수 있다.
한편, 상기 웨이퍼는, 여러개의 구역으로 구획하고, 구획된 각 구역간의 열전달을 방지하도록 구역과 구역 사이에 웨이퍼의 두께방향으로 위에서 아래 또는 아래에서 위로 소정의 폭을 갖는 단열홈이 형성되거나, 상기 히터는, 상기 히팅 플레이트의 중심부에서는 중앙에서 시작하여 달팽이선처럼 확산되면서 끝나는 열선을 포함하여 이루어지고, 상기 히팅 플레이트의 중간부나 테두리부의 각 구역에서는 중앙에서 시작하여 타원형으로 확산되어 외곽에서 끝나는 소용돌이식 열선을 포함하여 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 여러 실시예에 따른 열간섭 방지형 반도체 웨이퍼 히팅 시스템을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 열간섭 방지형 반도체 웨이퍼 히팅 시스템은, 소자 등의 반도체 웨이퍼(1)에 열을 인가하는 반도체 웨이퍼 히팅 시스템으로서, 크게 공정챔버(10)와, 히팅 플레이트(20)와, 히터(30) 및 차단부재(40)를 포함하여 이루어지는 구성이다.
즉, 상기 공정챔버(10)는, 웨이퍼(1)가 안착되고, 외부와 차단되어 웨이퍼 히팅 공정이 이루어지는 챔버이고, 상기 히팅 플레이트(20)는, 상기 공정챔버(10) 내부의 웨이퍼(1) 하방에 설치되어 웨이퍼(1)의 소자에 열을 전달하도록 소자와 근접되게 설치되는 것이며, 상기 히터(30)는, 상기 히팅 플레이트(20)의 하면에 설치되고, 상기 히팅 플레이트(20)를 가열할 수 있는 것이다.
여기서, 상기 히팅 플레이트(20)는, 소자 표면의 온도편차를 줄일 수 있도록 다수개의 멀티 구역으로 구획되고, 각 구역은 웨이퍼(1) 표면에 형성된 적어도 하나 이상의 반도체 웨이퍼 소자의 칩을 단위로 하여 중심(위치중심 및/또는 열중심)으로부터의 거리나 열특성을 기준으로 블록화하여 구획되는 등 다중 구역(멀티존)으로 구획되며, 상기 히터(30)는 상기 히팅 플레이트(20)의 각각의 구역을 개별적으로 가열할 수 있는 것이 바람직하다.
즉, 도 2 내지 도 5에 예시된 바와 같이, 상기 히터(30)는, 상기 히팅 플레이트(20)의 중심부에서는 중앙에서 시작하여 각진 달팽이선처럼 확산되면서 끝나는 열선(32)을 포함하여 이루어지고, 상기 히팅 플레이트(20)의 중간부나 테두리부의 각 구역에서는 중앙에서 시작하여 타원형으로 확산되어 외곽에서 끝나는 각진 소용돌이식 열선(32)을 포함하여 이루어질 수 있다.
여기서, 이러한 상기 소용돌이식 열선(32)은 도 2에 도시된 바와 같이, 중심구역과 테두리구역에 각각 설치될 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 열특성과 생산성에 따라 다양한 패턴으로 설치될 수 있으며, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 중심구역과 각진 테두리부분의 열특성을 고려하여 테두리구역의 형상을 조밀하게 하거나 삼각으로 각진 소용돌이형상으로 형성하는 등 매우 다양하게 제작될 수 있는 것이다.
특히, 본 발명의 상기 차단부재(40)는, 상기 공정챔버(10) 내부의 웨이퍼(1) 상방에 설치되고, 웨이퍼(1)의 상방에서 발생되는 공기의 대류를 억제하도록 공기 흐름을 차단하는 것으로서, 임의의 구역으로 구획되거나 웨이퍼(1) 하방에 설치된 상기 히팅 플레이트(20) 및/또는 히터(30)의 다중 구역으로 구획된 각 구역들과 서 로 대응되도록 구획될 수 있다.
이러한, 상기 차단부재(40)는, 매우 다양한 형상의 차단부재가 적용될 수 있으나, 바람직하기로는 도 1에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(1)의 상방에서 발생되는 열대류를 억제하도록 상기 웨이퍼(1)의 상면과 근접하게 설치되어 상기 히팅 플레이트(20) 및/또는 히터(30)의 다중 구역으로 구획된 각 구역들의 경계선 상에 설치되는 수직 격벽(42)을 포함할 수 있다.
이러한 상기 수직 격벽(42)은, 상기 공정챔버(10) 내부의 웨이퍼(1) 상방에 설치되어 다수개의 상기 수직 격벽(42)들을 선택적으로 승하강시키는 승하강장치(44)가 설치되어, 웨이퍼(1)가 공정챔버(10)의 히팅 플레이트(20) 상에 안착되면 상기 승하강장치(44)에 의해 상기 수직 격벽(42)들이 하강하거나, 상기 승하강장치(44)를 이용하여 상기 웨이퍼(1)와 수직 격벽(42)들 간의 거리를 정밀하게 조절할 수 있는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 웨이퍼(1)는 일반적인 웨이퍼가 적용될 수도 있으나, 보다 바람직하게는, 도 1 및 도 6에 예시된 바와 같이, 상기 웨이퍼(1)가 여러개의 구역으로 구획하고, 구획된 각 구역간의 열전달을 방지하도록 구역과 구역 사이에 웨이퍼의 두께방향으로 위에서 아래 또는 아래에서 위로 소정의 폭을 갖는 단열홈(2)이 형성되는 것이 웨이퍼(1) 상방의 열대류와 함께 웨이퍼(1) 내부의 열전도까지 완벽하게 차단할 수 있는 것이다.
따라서, 상기 차단부재(40)에 의하여, 즉 열간섭(열대류)이 차단되기 때문에 다중 구역화된 상기 히팅 플레이트(20) 및/또는 히터(30)를 이용한 온도 제어가 용 이한 것이다.
즉, 예를 들어, 온도가 기준치 보다 떨어지는 특정 구역의 히터 온도를 높이면, 그 구역의 상방에 있는 웨이퍼(1)의 특정 구역의 온도만 올라가는 것으로서, 웨이퍼(1) 상방 공기의 열대류가 일어나지 않아서 그 특정 구역의 온도만 올라갈 수 있고, 그 이웃하는 부근 구역의 온도는 올라가지 않으므로 이웃하는 구역의 히터 온도를 낮출 필요가 없게 되는 것이다.
이러한 제어 과정에서의 불명확성 제거로 인하여 정밀한 온도 제어를 통해 반도체 웨이퍼 소자의 수율이 향상시킬 수 있고, 웨이퍼 특정 구역의 온도 이상으로 인한 피해가 부근으로 확대되는 것 등을 방지할 수 있는 것이다.
본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 해치지 않는 범위 내에서 당업자에 의한 변형이 가능함은 물론이다.
예컨대, 본 발명에서는 히터를 구비한 반도체 히팅 시스템에 관한 것이나, 본 발명의 기술적 사상은, 반드시 히팅 시스템에 국한되는 것이 아니라, 쿨러를 구비한 반도체 쿨링 시스템에도 동일하게 적용될 수 있는 것이다.
따라서, 본 발명에서 권리를 청구하는 범위는 상세한 설명의 범위 내로 정해지는 것이 아니라 후술되는 청구범위와 이의 기술적 사상에 의해 한정될 것이다.
이상에서와 같이 본 발명의 열간섭 방지형 반도체 웨이퍼 히팅 시스템에 의하면, 웨이퍼 상방의 공간을 멀티구역화하여 웨이퍼 상방 공기의 대류현상을 줄임으로써 온도 제어를 용이하게 하는 동시에 온도의 정확도 및 정밀도를 향상시키고, 웨이퍼 상방 공기의 대류현상으로 인한 피해를 최소화할 수 있는 효과를 갖는 것이다.

Claims (6)

  1. 소자 등의 반도체 웨이퍼에 열을 인가하는 반도체 웨이퍼 히팅 시스템을 구성함에 있어서,
    웨이퍼가 안착되는 공정챔버;
    상기 공정챔버 내부의 웨이퍼 하방에 설치되어 웨이퍼의 소자에 열을 전달하도록 소자와 근접되게 설치되는 히팅 플레이트;
    상기 히팅 플레이트의 하면에 설치되고, 상기 히팅 플레이트를 가열할 수 있는 히터; 및
    상기 공정챔버 내부의 웨이퍼 상방에 설치되고, 웨이퍼의 상방에서 발생되는 대류를 억제하도록 공기 흐름을 차단하는 차단부재;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 열간섭 방지형 반도체 웨이퍼 히팅 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 히팅 플레이트는, 소자 표면의 온도편차를 줄일 수 있도록 다수개의 구역으로 구획되고, 각 구역은 웨이퍼 표면에 형성된 적어도 하나 이상의 반도체 웨이퍼 소자의 칩을 단위로 하여 중심(위치중심 및/또는 열중심)으로부터의 거리나 열특성을 기준으로 블록화하여 구획되는 등 다중 구역(멀티존)으로 구획되고,
    상기 히터는, 상기 히팅 플레이트의 각각의 구역을 개별적으로 가열하며,
    상기 차단부재는, 웨이퍼 하방에 설치된 상기 히팅 플레이트 및/또는 히터의 다중 구역으로 구획된 각 구역들과 서로 대응되도록 구획되는 것을 특징으로 하는 열간섭 방지형 반도체 웨이퍼 히팅 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 차단부재는, 웨이퍼의 상방에서 발생되는 열대류를 억제하도록 상기 웨이퍼의 상면과 근접하게 설치되어 상기 히팅 플레이트 및/또는 히터의 다중 구역으로 구획된 각 구역들의 경계선 상에 설치되는 수직 격벽인 것을 특징으로 하는 열간섭 방지형 반도체 웨이퍼 히팅 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 수직 격벽은, 상기 공정챔버 내부의 웨이퍼 상방에 설치되어 다수개의 상기 수직 격벽들을 선택적으로 승하강시키는 승하강장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 열간섭 방지형 반도체 웨이퍼 히팅 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 웨이퍼는, 여러개의 구역으로 구획하고, 구획된 각 구역간의 열전달을 방지하도록 구역과 구역 사이에 웨이퍼의 두께방향으로 위에서 아래 또는 아래에서 위로 소정의 폭을 갖는 단열홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 열간섭 방지형 반도체 웨이퍼 히팅 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 히터는, 상기 히팅 플레이트의 중심부에서는 중앙에서 시작하여 각진 달팽이선처럼 확산되면서 끝나는 열선을 포함하여 이루어지고, 상기 히팅 플레이트의 중간부나 테두리부의 각 구역에서는 중앙에서 시작하여 타원형으로 확산되어 외곽에서 끝나는 소용돌이식 열선을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체 히팅 시스템.
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