KR100606938B1 - 핫 플레이트 및 이를 이용한 베이킹 장비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고무와 같이 고체이면서도 외부의 힘에 의해서 쉽게 형태를 변화시키는 물질을 핫 플레이트로 사용함으로써 웨이퍼와 핫 플레이트간에 열 전달의 손실을 방지하여 패턴의 균일성을 향상시키도록 한 핫 플레이트 및 이를 이용한 베이킹 장비에 관한 것으로서, 웨이퍼를 안착하여 소정온도로 가열하는 핫 플레이트에 있어서, 상기 핫 플레이트는 폴리머 재질로 이루어짐을 특징으로 한다.
핫 플레이트, 폴리머, 웨이퍼, 노광

Description

핫 플레이트 및 이를 이용한 베이킹 장비{hot plate and baking equipment using the same}
도 1a 및 도 1b는 PEB전후의 표면에 나타나지 않는 PR의 이미지를 나타낸 도면
도 2는 종래 기술에 의한 PEB 장치를 나타낸 개략적인 구성도
도 3은 본 발명에 의한 핫 플레이트를 적용한 베이킹 장비를 나타낸 개략적인 구성도
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 핫 플레이트 200 : 웨이퍼
300 : 가이드 및 압축수단
본 발명은 반도체 소자의 제조 장치에 관한 것으로, 특히 포토레지스트 패턴의 CD(Critical Dimension)의 균일도를 향상시키도록 한 핫 플레이트 및 이를 이용한 베이킹 장비에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 제조에서 포토리소그래픽은 설계 레이아웃이 새겨진 마스 크(mask)의 기하학적 패턴을 노광 장비를 이용하여 웨이퍼 표면에 레지스트 패턴으로 전사시키는 일련의 공정을 말한다.
이를 위하여 패턴이 형성되어 있는 마스크를 통하여 특정한 파장을 가지는 빛 에너지를 포토레지스트가 도포되어 있는 웨이퍼상에 투영, 노광시 빛 에너지에 의한 광 화학 반응이 노광지역에 한하여 선택적으로 일어난다.
이어, 후속 PEB 공정에서 노광시 포토레지스트내에서 입사광과 반사광 사이의 상호 간섭 현상에 의하여 형성된 포토레지스트의 농도 차이를 열 에너지를 이용해 포토레지스트의 이동을 유발시켜 정제파(standing wave) 현상을 감소시켜 준다.
그후 현상 공정시 노광 지역과 비노광 지역 간의 화학 반응에 의한 용해 속도 차이를 이용하여 패턴이 형성되게 된다.
여기서, 전술한 바와 같은 노광 공정, PEB 공정, 현상 공정에 의해 형성된 포토레지스트 패턴은 후속 공정인 식각 또는 이온 주입 공정시 마스크 역할을 하게 되며, 그 목적을 다하고 나면 최종적으로 포토레지스트를 제거한다.
한편, 상기와 같은 포토리소그래픽에서 베이킹 공정은 온도에 민감한 공정 중 하나인데, 예를 들어 DUV(Deep UV) 파장을 노광의 광원으로 이용하는 포토리소그래픽 공정에서 화학 증폭형 포토레지스트에 대한 PEB 공정의 경우에는 포토레지스트 물질이 온도에 상당히 민감하다.
이와 같이 DUV용 포토레지스트는 온도에 민감하기 때문에 베이크 공정에서 온도 제어에 따라 형성된 포토레지스트의 패턴 형상이 변형되어 결국 CD(Critical Demension)가 변동될 수 있으므로 미세 소자의 CD를 정확하게 패터닝하기 어렵다.
즉, PEB(Post Exposure Bake) 공정은 KrF를 사용하면서 기존에 사용하던 PR(photo resist)이 화학 증폭형 포토레지스트로 바뀌게 되었다.
일반적인 포토레지스트는 빛 에너지에 의해서 화학적 결합이 깨지게 되어 현상(Develop)용액에 녹아버리게 되는데, 화학 증폭형 포토레지스트의 경우에는 빛 에너지에 의해서 결합이 바로 깨지는 것이 아니라, 먼저 산(acid)을 발생시키고 발생된 산(acid)이 결합을 깨는 구조를 가지고 있다.
그래서, 노광 후 반드시 PEB 과정을 거쳐서 산(acid)의 확산 공정을 가져야만, 우리가 원하는 CD를 구현 할 수가 있다.
그러나 상기 PEB 과정에서 온도가 균일하게 웨이퍼에 전달이 되지 않으면 웨이퍼에서 국부적으로 다른 CD를 나타내게 된다. 웨이퍼에 걸쳐서 균일한 CD가 나오기 위해서는 PEB공정에서 웨이퍼에 균일하게 온도를 전달하는 장비가 필요하게 된다.
도 1a 및 도 1b는 PEB전후의 표면에 나타나지 않는 PR의 이미지를 나타낸 도면이다.
즉, 도 1a는 PEB전의 이미지로써 산(acid)의 확산이 이루어지기 전이라서 굴곡이 심하게 이루어져 있다. 도 1b는 PEB공정을 거쳐서 산(acid)이 일정한 거리만큼 확산을 일으켜서 굴곡이 없어진 모습을 나타낸다.
도 1a 및 도 1b에서 PR 중 "A" 부분이 현상 용액에 의해서 씻겨 내려가는 부분이다.
도 2는 종래 기술에 의한 PEB 장치를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 히터 등의 가열수단에 의해서 표면에 안착된 웨이퍼(10)를 소정온도를 가열하는 핫 플레이트(20)와, 상기 핫 플레이트(20) 내부에 매설되어 실린더(30)에 의해서 상하 이동하여 상기 핫 플레이트(20) 표면으로 돌출 및 함몰되는 복수의 리프트 핀(40)과, 상기 핫 플레이트(20)의 가장자리에 구성되어 상기 핫 플레이트(20) 표면에 안착된 웨이퍼(10)의 슬라이딩 현상을 방지하기 위한 웨이퍼 가이드(50)를 포함하여 구성되어 있다.
상기와 같이 구성된 종래의 PEB 장치는 상기 웨이퍼(10)를 핫 플레이트(20)(hot plate)위에 상하로 이동하는 리프트 핀(40)을 이용하여 올려놓고 셋팅(setting)된 온도로 일정한 시간을 가열시키게 된다.
여기서, 상기 리프트 핀(40)은 상하로 이동시키기 위한 실린더(30)에 연결되어 구성되어 있다.
상기와 같은 PEB 장치를 이용하게 되면 웨이퍼(10)와 핫 플레이트(20) 사이에 공간이 발생하게 된다.
여기서, 상기 핫 플레이트(20)를 구성하는 재질인 금속성의 고체이므로 웨이퍼(10)와의 밀착이 쉽게 이루어지지 않는다. 특히 상기 웨이퍼(10)에 전 공정에서 문제가 발생하여 웨이퍼(10)가 휘어져 있으면 그 만큼의 공간은 핫 플레이트(20)와의 거리가 발생하게 되어서 열 전달에 문제가 발생하게 된다.
상기 핫 플레이트(20)와 웨이퍼(10)가 직접 닿아서 전달이 이루어지는 부분과 공기가 가운데 있어서 대류에 의해서 열 전달이 이루어지는 곳하고는 차이가 발생하게 된다.
따라서 열 전달이 충분히 이루어지지 않으면, 도 1a 및 도 1b에서와 같이, 산(acid)의 확산이 이루어지지 않아서, CD가 다른 부분과 차이가 발생하게 된다.
또한, PR의 프로파일(profile)이 좋지 않게 된다. 산(acid)이 발생하는 지역이 PR에서 균일하게 이루어지지 않기 때문에 PR의 위쪽 부분이 많이 발생하게 된다. 따라서 구현되는 패턴의 CD도 다를 뿐만 아니라, 프로파일도 직사각형의 반듯하지 못하고 굴곡이 생기게 된다.
결국 종래의 PEB 장치는 온도의 쿨링(cooling) 시간도 길어서 PEB조건이 다른 웨이퍼가 연속적으로 진행이 이루어지면 핫 플레이트의 온도를 맞추는데 시간이 오래 걸리게 된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 고무와 같이 고체이면서도 외부의 힘에 의해서 쉽게 형태를 변화시키는 물질을 핫 플레이트로 사용함으로써 웨이퍼와 핫 플레이트간에 열 전달의 손실을 방지하여 패턴의 균일성을 향상시키도록 한 핫 플레이트 및 이를 이용한 베이킹 장비를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 핫 플레이트는 웨이퍼를 안착하여 소정온도로 가열하는 핫 플레이트에 있어서, 상기 핫 플레이트는 폴리머 재질로 이루어짐을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 베이킹 장비는 폴 리머 재질로 이루어진 핫 플레이트와, 상기 핫 플레이트 위에 안착되어 소정온도로 가열되는 웨이퍼와, 상기 웨이퍼를 누르면서 상기 핫 플레이트 표면에 안착된 웨이퍼의 슬라이딩 현상을 방지하기 위한 가이드 및 압축수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 의한 핫 플레이트 및 이를 이용한 베이킹 장비를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 핫 플레이트를 적용한 베이킹 장비를 나타낸 개략적인 구성도이다.
도 3에서와 같이, 종래의 핫 플레이트는 고체 상태로 형태가 일정한 모양을 유지하는 물질을 사용하기 때문에 웨이퍼의 형태를 그대로 따라가면서 열을 전달해 주지 못하는 문제를 가지고 있다.
이런 문제를 해결하기 위해 본 발명에서는 종래에 사용하고 있는 핫 플레이트(100)의 재료로 폴리머(polymer)를 사용하고 있다.
여기서, 상기 폴리머에는 아주 딱딱한 것도 존재하지만 고무와 같이 고체이면서도 외부의 힘에 의해서 쉽게 형태를 변화시키는 물질이 있다.
한편, 상기 폴리머가 열에 약하지만, 일반적으로 PEB에서의 온도가 20 ~ 130℃를 사용하고 있으므로 그 정도의 온도는 충분히 견딜 수 있게 된다.
한편, 포토레지스트가 폴리머이고 우리가 사용하고 있는 대부분의 포토레지스트의 유리 전이 온도가 낮기 때문에 PEB의 온도는 130℃를 넘기는 경우가 거의 없게 된다.
따라서 본 발명의 베이킹 장비에서 열경화성 수지 폴리머를 사용하여 핫 플레이트(100)를 구성하는 경우 종래의 베이킹 장비에서 핫 플레이트만 교체를 하면 된다.
따라서 본 발명에 의한 베이킹 장비에서 핫 플레이트(100)의 표면에 안착되는 웨이퍼(200)를 위에서 웨이퍼(200)에 힘을 가해줄 수 있는 장치를 만들어서 어느 정도의 압력을 가해주게 되면 웨이퍼(200)가 핫 플레이트(100)를 누르게 되어서 웨이퍼(200)에 변형이 존재하더라도 핫 플레이트(100)와 웨이퍼(200)가 밀착을 하게 되어서 열 전달의 손실(loss)이 없어지게 된다.
그 결과 웨이퍼(200)에서의 CD 균일성을 얻을 수 있게 된다.
본 발명에 의한 베이키 장치는 도 3에서와 같이, 폴리머 재질로 이루어진 핫 플레이트(100)와, 상기 핫 플레이트(100) 위에 안착되어 소정온도로 가열되는 웨이퍼(200)와, 상기 웨이퍼(200) 상부의 가장자리 부분을 누르고 상기 핫 플레이트(100) 표면에 안착된 웨이퍼(200)의 슬라이딩 현상을 방지하기 위한 가이드 및 압축수단(300)을 포함하여 구성되어 있다.
여기서, 상기 핫 플레이트(300)를 구성하는 폴리머는 다른 물질에 비해서 비열이 낮기 때문에 온도를 쉽게 잃어버리게 된다. 즉, 쿨링(cooling)시간을 단축 할 수 있어서 공정시간의 단축을 가져 올 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가 진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 핫 플레이트 및 이를 이용한 베이킹 장비는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 폴리머를 이루어진 핫 플레이트를 사용함으로써 웨이퍼에 온도를 균일하고 웨이퍼의 변형에 상관없이 핫 플레이트와 웨이퍼간의 열 손실을 최소화하여 패턴의 CD 균일성을 향상시킬 수 있다.
둘째, 일체형 핫 플레이트를 사용하는 것에 비하여 비교적 저렴한 폴리머를 핫 플레이트로 사용함으로써 재료비의 절감 및 교체를 용이하게 할 수 있어 작업성을 향상시킬 수 있다.
셋째, 비열이 낮은 폴리머를 핫 플레이트로 사용함으로써 온도 조절이 용이하고 쿨링 시간을 단축함으로써 전체적인 공정시간을 단축할 수 있다.

Claims (5)

  1. 웨이퍼를 안착하여 소정온도로 가열하는 핫 플레이트에 있어서,
    상기 핫 플레이트는 폴리머 재질로 이루어짐을 특징으로 하는 핫 플레이트.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머 재질은 열결화성 수지 폴리머인 것을 특징으로 하는 핫 플레이트.
  3. 폴리머 재질로 이루어진 핫 플레이트와,
    상기 핫 플레이트 위에 안착되어 소정온도로 가열되는 웨이퍼와,
    상기 웨이퍼를 누르면서 상기 핫 플레이트 표면에 안착된 웨이퍼의 슬라이딩 현상을 방지하기 위한 가이드 및 압축수단을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 베이킹 장비.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 폴리머 재질은 열결화성수지 폴리머인 것을 특징으로 하는 베이킹 장비.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 가이드 및 압축수단은 상기 웨이퍼의 가장자리 부분을 누르는 것을 특징으로 하는 베이킹 장비.
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