KR100626395B1 - 노광 후 베이크 장치 및 노광 후 베이크 방법, 그리고 상기장치를 가지는 포토 리소그래피 시스템 - Google Patents

노광 후 베이크 장치 및 노광 후 베이크 방법, 그리고 상기장치를 가지는 포토 리소그래피 시스템 Download PDF

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KR100626395B1
KR100626395B1 KR1020050057241A KR20050057241A KR100626395B1 KR 100626395 B1 KR100626395 B1 KR 100626395B1 KR 1020050057241 A KR1020050057241 A KR 1020050057241A KR 20050057241 A KR20050057241 A KR 20050057241A KR 100626395 B1 KR100626395 B1 KR 100626395B1
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Abstract

본 발명은 포토 레지스트가 도포된 웨이퍼에 원자외선(Deep ultraviolet, DUV) 광원을 이용하여 노광 공정을 수행한 이후, 상기 웨이퍼를 노광 후 베이크(post exposure bake)하는 장치를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 의하면, 노광 후 베이크 장치는 상기 웨이퍼가 놓여지는 지지부재, 상기 지지부재에 놓여진 웨이퍼를 가열하는 가열부재, 그리고 상기 지지부재에 놓여진 상기 웨이퍼의 가장자리부를 냉각하는 냉각부재를 가진다. 상기 가열부재는 상기 노광 공정에 의해 상기 포토 레지스트에 생성된 산이 증폭시키고, 상기 냉각부재는 상기 웨이퍼의 가장자리부에서 상기 포토 레지스트에 생성된 산(acid)의 증폭을 억제한다.
이로 인해, 현상 공정 수행시 웨이퍼 가장자리부에서 포토 레지스트 패턴이 웨이퍼에 안정적으로 남아 있지 못하고 파티클로서 작용하는 것을 방지할 수 있다.
노광 후 베이크, 포토 레지스트, 원자외선, 파티클

Description

노광 후 베이크 장치 및 노광 후 베이크 방법, 그리고 상기 장치를 가지는 포토 리소그래피 시스템{APPARATUS AND METHOD FOR POST EXPOSURE BAKE, AND PHOTO LITHOGRAPHY SYSTEM WITH THE APPARATUS}
도 1은 본 발명의 포토 리소그래피 시스템의 구조의 일 예를 개략적으로 보여주는 평면도;
도 2는 도 1의 노광 후 베이크 장치의 일 실시예를 보여주는 단면도;
도 3은 도 2의 냉각부재의 횡단면도;
도 4는 도 2의 장치의 다른 예를 보여주는 단면도;
도 5는 도 1의 노광 후 베이크 장치의 다른 실시예를 보여주는 단면도;
도 6은 도 5의 냉각부재의 횡단면도;
도 7은 도 5의 장치의 다른 예를 보여주는 단면도;
도 8a와 도 8b는 일반적인 장치로 공정을 수행할 때 포토 레지스트막의 상태를 보여주는 도면; 그리고
도 9a와 도 9b는 본 발명의 장치로 공정을 수행할 때 포토 레지스트 막의 상태를 보여주는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 챔버 200 : 지지부재
220 : 지지판 300 : 가열부재
400 : 냉각부재 420 : 외통
440 : 냉각라인 460 : 냉각유체 공급부
462 : 온도 조절기 480 : 제어기
본 발명은 반도체 소자 제조에 사용되는 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 포토 리소그래피 공정에 사용되는 노광 후 베이크 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자를 제조하기 위해서는 세정, 증착, 포토 리소그래피, 에칭, 그리고 이온주입 등과 같은 다양한 공정이 수행된다. 패턴을 형성하기 위해 수행되는 포토 리소그래피 공정은 반도체 소자의 초고집적화를 이루는데 중요한 역할을 수행한다.
일반적으로 포토 리소그래피 공정을 수행하는 시스템은 도포기, 노광기, 현상기, 그리고 복수의 베이크 장치들을 포함한다. 노광기는 웨이퍼 상에 도포된 포토레지스트에 광을 조사하여 영역별로 포토레지스트의 성질을 변화시킨다. 종래에는 광원으로서 아이 라인(i-line)이 사용되었으나, 최근에는 디자인 룰의 감소에 따라 원자외선이 사용되고 있다. 광원으로서 원자외선이 사용되는 경우 노광 후 베이크 공정이 반드시 요구된다. 노광 후 베이크 공정은 웨이퍼를 가열하여 노광에 의해 포토 레지스트에 생성된 산(acid)을 증폭시켜 포토 레지스트의 성질 변화를 완성시킨다. 이 때 웨이퍼를 가열하는 온도는 변성 영역의 크기를 결정하는 데 중요하며, 웨이퍼가 충분한 온도로 가열되지 않으면 산의 증폭이 억제되어 변성되는 폭이 좁아진다.
노광 공정 수행시 유효 칩으로서 제공되는 웨이퍼의 중앙부에는 광이 요구되는 영역으로 정확하게 조사되나, 가장자리부는 다양한 원인으로 인해 광이 요구되는 영역보다 넓게 조사된다. 상술한 원인 중의 하나는 노광 공정 진행시 웨이퍼가 척에 진공흡착될 때 웨이퍼의 가장자리부가 척에 완전히 흡착되지 않고 구부러진 상태에서 광이 조사되기 때문이다.
일반적으로 사용되고 있는 노광 후 베이크(post exposure bake) 장치는 웨이퍼의 전체 영역에서 레지스트 패턴이 균일하게 형성될 수 있도록 웨이퍼의 전체 영역을 가열하는 구조를 가진다. 따라서 노광 후 베이크 공정 진행이 수행되면 웨이퍼의 가장자리부에서 변성된 영역이 넓고 현상 후 포토 레지스트 패턴으로 남게 되는 영역의 폭은 좁아진다. 포토 레지스트의 패턴 폭이 매우 좁은 경우, 현상 공정이 수행될 때 이들 포토 레지스트의 패턴이 웨이퍼 상에 안정적으로 남아 있지 않고 웨이퍼로부터 떨어져 나와 웨이퍼의 중앙부으로 이동되어 파티클로서 작용된다.
본 발명은 현상 공정 수행시 웨이퍼 가장자리부에 형성된 포토 레지스트 패턴이 파티클로 작용하는 것을 방지할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 포토 레지스트가 도포된 웨이퍼에 원자외선(Deep ultraviolet, DUV) 광원을 이용하여 노광 공정을 수행한 이후, 상기 웨이퍼를 노광 후 베이크(post exposure bake)하는 장치를 제공한다.
본 발명의 일 특징에 의하면, 노광 후 베이크 장치는 상기 웨이퍼가 놓여지는 지지부재, 상기 지지부재에 놓여진 웨이퍼를 가열하는 가열부재, 그리고 상기 지지부재에 놓여진 상기 웨이퍼의 가장자리부를 냉각하는 냉각부재를 가진다. 상기 가열부재는 상기 노광 공정에 의해 상기 포토 레지스트에 생성된 산이 증폭시키고, 상기 냉각부재는 상기 웨이퍼의 가장자리부에서 상기 포토 레지스트에 생성된 산(acid)의 증폭을 억제한다.
일 예에 의하면, 상기 냉각부재는 상기 지지부재에 놓여진 웨이퍼를 감싸도록 배치되며 냉각유체가 흐르는 냉각라인과 상기 냉각라인으로 냉각유체를 공급하는 냉각유체 공급부를 가진다. 또한, 상기 냉각부재에는 상기 냉각라인으로 공급되는 냉각유체의 온도를 조절하는 온도 조절기가 더 제공될 수 있다. 상기 냉각유체로는 냉각수가 사용될 수 있다.
다른 예에 의하면, 상기 냉각부재는 상기 냉각라인을 복수개 구비하며 상기 냉각라인들은 상기 웨이퍼까지의 거리가 서로 상이하도록 배치된다. 상기 냉각라인들로 공급되는 냉각유체는 상온의 물인 것이 바람직하다.
일 예에 의하면, 상기 지지부재는 상기 웨이퍼의 아래에 위치되며 내부에 상기 가열부재가 제공된 지지판을 포함하고, 상기 냉각라인은 상기 지지판 내부의 가 장자리에 형성될 수 있다.
다른 예에 의하면, 상기 지지부재는 상기 웨이퍼의 아래에 위치되며 내부에 상기 가열부재가 제공된 지지판을 포함하고, 상기 냉각부재는 상기 지지판을 감싸도록 배치되며 내부에 상기 냉각라인이 형성된 링 형상의 외통을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 포토 리소그래피 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 의하면, 상기 시스템은 웨이퍼 상에 포토 레지스트를 도포하는 도포기, 원자외선(Deep ultraviolet, DUV) 광원을 이용하여 웨이퍼 상에 도포된 포토 레지스트막을 선택적으로 노광하는 노광기, 현상액을 이용하여 노광이 완료된 웨이퍼 상부에 포토 레지스트 패턴을 형성하는 현상기; 그리고 웨이퍼를 가열 또는 냉각하는 베이크 장치들을 가진다. 상기 베이크 장치들은 웨이퍼 상에 포토 레지스트를 도포하기 전에 수행되는 프리 베이킹, 포토 레지스트를 웨이퍼 상에 도포한 이후에 수행되는 소프트 베이킹, 포토레지스트를 상기 광원으로 노광시킨 후에 수행되는 노광 후 베이킹, 그리고 포토 레지스트를 현상한 이후에 수행되는 하드 베이킹, 그리고 웨이퍼의 냉각 중 선택된 어느 하나를 수행할 수 있다. 상기 베이크 장치들 중 상기 노광 후 베이킹 공정을 수행하는 장치는 상술한 노광 후 베이크 장치가 사용된다.
또한, 본 발명은 포토 레지스트가 도포된 웨이퍼에 원자외선(Deep ultraviolet, DUV) 광원을 이용하여 노광 공정을 수행한 이후에, 상기 웨이퍼를 노광 후 베이크(post exposure bake)하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 특징에 의하면, 상기 방법은 상기 노광 공정에 의해 상기 포토 레지스트에 생성된 산이 증폭되도록 웨이퍼를 가열하고, 이와 함께 상기 웨이퍼의 가장자리부에서 상기 포토 레지스트에 생성된 산(acid)의 증폭이 억제되도록 상기 웨이퍼의 가장자리부을 냉각하는 것을 포함한다.
상기 웨이퍼의 가장자리부의 냉각은 웨이퍼 가장자리와 인접하도록 제공된 냉각라인으로 냉각유체를 제공함으로써 이루어질 수 있다. 상기 냉각라인으로 제공되는 냉각유체의 온도는 조절가능하다.
상기 웨이퍼의 가장자리부의 냉각은 웨이퍼 가장자리까지의 거리가 서로 상이하도록 제공된 복수의 냉각라인들 중 선택된 적어도 어느 하나의 냉각라인으로 냉각유체를 공급함으로써 이루어진다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 9를 참조하면서 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석돼서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장된 것이다.
도 1은 본 발명의 포토 리소그래피 시스템(1)의 구조의 일 예를 개략적으로 보여주는 평면도이다. 도 1을 참조하면, 포토 리소그래피 시스템(1)은 순차적으로 일렬로 배치된 스테이지(10), 도포 및 현상부(20), 그리고 노광부(30)를 가진다. 스테이지(10)에는 웨이퍼(W)들이 수납된 카세트가 놓여지는 로딩부들(12)이 설치된다. 도포 및 현상부(20)에는 웨이퍼(W)에 도포 공정을 수행하는 도포기(22), 현상 공정을 수행하는 현상기(24), 그리고 복수의 베이크 장치들(26)이 설치된다. 노광부(30)에는 노광 공정을 수행하는 노광기(32)가 설치된다. 도포 및 현상부(20)와 스테이지(10) 사이에는 이들간에 웨이퍼(W)를 이송하는 로봇(42)이 설치된 이송부(40)가 배치된다. 또한, 도포 및 현상부(20)와 노광부(30) 사이에는 이들간에 웨이퍼(W)를 이송하는 로봇(44)이 설치된 인터페이스부(50)가 배치된다.
도포 및 현상부(20)는 그 중앙에 이송부(40)와 인접한 영역에서 인터페이스부(50)와 인접한 영역까지 직선으로 제공되며 이를 따라 이동되는 로봇이 설치된 이동로를 가진다. 이동로의 양측에는 이동로를 따라 배치된 복수의 공정 모듈들이 설치된다. 공정 모듈들은 웨이퍼(W) 상에 포토 레지스트를 도포하는 도포기(22), 노광이 이루어진 웨이퍼(W) 상의 포토 레지스트를 선택적으로 제거하는 현상기(24), 그리고 복수의 베이크 장치들(26)을 가진다.
베이크 장치들(26)은 웨이퍼(W)가 현상기(24), 노광기(32), 그리고 도포기(22)로 이송되기 전 또는 이송된 후에 웨이퍼(W)를 가열하고 냉각한다. 베이크 장치들(26)로는 포토 레지스트를 도포하기 전에 웨이퍼(W)를 소정의 온도로 가열하여 웨이퍼(W) 표면의 유기물이나 수분을 제거하는 프리 베이킹(pre baking) 공정을 수행하는 장치(26a), 포토레지스트를 웨이퍼(W) 상에 도포한 후에 행하는 소프트 베이킹(soft baking) 공정을 수행하는 장치(26b), 포토 레지스트를 광원으로 노광시킨 이후에 행하는 노광 후 베이킹(post exposure baking) 공정을 수행하는 장치(26c), 광이 조사되어 변형된 포토 레지스트를 현상한 이후에 행하는 하드 베이킹(hard baking) 공정을 수행하는 장치(26d), 그리고 웨이퍼(W)를 냉각하는 공정을 수행하는 장치들(26e)이 제공된다. 베이크 장치들(26)은 복수개씩 서로 적층되도록 제공될 수 있다.
노광부(30)는 패턴이 형성된 마스크를 사용하여 웨이퍼(W)에 형성된 포토 레지스트로 광을 조사하는 공정을 수행하는 노광기(32)를 가진다. 선택적으로 노광부(30)에는 웨이퍼(W)의 가장자리 끝단 영역 전체로 광을 조사하는 웨이퍼(W) 가장자리 노광기(32)기 더 제공될 수 있다. 본 발명에서 노광기(32)는 광원으로 원자외선(deep ultraviolet, DUV)을 사용한다. 예컨대, 광원으로는 불화크립톤 엑시머 레이저(KrF excimer laser) 또는 불화아르곤 엑시머 레이저(ArF excimer laser)가 사용된다.
상술한 예에서는 본 발명의 포토 리소그래피 시스템(1)의 구조의 일 예를 설명한 것으로, 시스템(1)은 이와는 다른 다양한 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 도포 및 현상부(20)는 상하로 서로 이격된 복수의 층상 구조를 가질 수 있으며, 도포 및 현상부(20)에서 공정모듈들의 배치 또한 다양하게 변화될 수 있다. 또한, 웨이퍼(W) 가장자리 노광기(32)는 인터페이스부(50)에 설치될 수 있다.
도포기(22), 현상기(24), 노광기(32), 베이크 장치들(26)은 당업계에서 일반적으로 알려진 다양한 구조들이 사용될 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 이하, 본 발명의 주요 특징에 해당되는 노광 후 베이크 공정을 수행하는 장치(26c)의 구조에 대해서 상세히 설명한다.
노광 후 베이크 장치(26c)는 원자외선 광원을 사용한 노광으로 인해 포토 레지스트에 생성된 산(acid)을 증폭시켜 광이 조사된 포토 레지스트 영역이 현상액에 의해 제거되도록 성질을 변화시킨다. 도 2는 도 1의 노광 후 베이크 장치(26c)의 구조를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 노광 후 베이크 장치(26c)는 챔버(100), 지지부재(200), 가열부재(300), 그리고 냉각부재(400)를 가진다. 챔버(100)는 공정진행시 웨이퍼(W)를 수용하며 외부로부터 밀폐된 공간을 제공한다. 챔버(100)는 상부가 개방된 공간을 제공하는 하우징(120)과 그 개방된 상부를 개폐하는 덮개(140)를 가진다. 덮개(140)에는 덮개(140)를 수직 또는 수평 방향으로 이동시키는 구동기(142)가 장착된다. 덮개(140)가 닫힌 상태에서 베이크 공정이 수행되고, 덮개(140)가 열린 상태에서 웨이퍼(W)는 챔버(100)로/로부터 로딩/언로딩된다.
챔버(100) 내에는 공정 진행시 웨이퍼(W)를 지지하는 지지부재(200)가 배치된다. 지지부재(200)는 지지판(220), 웨이퍼 가이드(240), 그리고 지지돌기(260)를 가진다. 지지판(220)은 대체로 원판 형상을 가진다. 지지판(220)의 상부면 가장자리에는 웨이퍼 가이드들(240)이 제공된다. 웨이퍼 가이드(240)는 대략 3 내지 8개가 제공되며, 이들은 서로 일정간격으로 이격되도록 배치될 수 있다. 웨이퍼 가이드들(240)은 웨이퍼(W)를 정위치로 안내하고 공정 진행시 웨이퍼(W)가 정위치로부터 벗어나는 것을 방지한다. 지지돌기들(260)을 지지판(220) 상부면 중 웨이퍼 가이드(240)들의 안쪽에 설치된다. 지지돌기들(260)은 웨이퍼(W)가 지지판(220)의 상부면에 직접 접촉되는 것을 방지한다.
지지부재(200)에는 챔버(100) 내로 이송된 웨이퍼(W)를 지지부재(200) 상으로 안착시키는 리프트 핀 어셈블리(280)가 설치된다. 리프트 핀 어셈블리(280)는 지지판(220) 내에 상하방향으로 관통된 홀에 삽입되는 리프트 핀들(282)을 가진다. 리프트 핀들(282)은 구동기(286)에 의해 상하로 이동되는 이동판(284)에 결합된다. 리프트 핀들(282)이 지지판(220)의 상부면으로부터 돌출된 상태에서 웨이퍼(W)는 리프트 핀들(282) 상에 놓여지며, 리프트 핀들(282)이 아래방향으로 이동됨에 따라 웨이퍼(W)는 지지부재(200) 상에 안착된다.
원자외선 광원을 사용하여 노광 공정 수행시 웨이퍼(W)에 도포된 포토레지스트에서 광이 조사된 영역의 표면에는 수소와 같은 산(acid)이 생성된다. 웨이퍼(W)를 일정온도로 가열하면 산은 증폭되며, 포토 레지스트에서 광이 조사된 영역은 산을 촉매로 하여 현상액에 의해 제거되는 성질로 변화된다. 이하, 포토 레지스트에서 현상액에 의해 제거되도록 성질이 변화된 영역을 변성 영역(도 9a의 P1)이라 하고, 나머지 영역을 비변성 영역(도 9a의 P2)이라 칭한다. 포지티브 포토 레지스트가 사용된 경우, 변성 영역(P1)은 현상액에 의해 제거되고 비변성 영역(P2)은 포토 레지스트 패턴으로 웨이퍼(W) 상에 남는다. 웨이퍼(W)의 온도가 높으면 산의 증폭이 활성화되어 변성 영역(P1)의 폭이 넓어지고, 웨이퍼(W)가 온도가 낮으면 산의 증폭이 억제되어 변성 영역(P1)의 폭이 넓어진다.
가열부재(300)는 산의 증폭이 활성화되도록 웨이퍼(W)를 가열한다. 가열부재(300)로부터 제공되는 열은 유효 칩으로서 제공되는 웨이퍼(W)의 중앙부(W1)에서 변성 영역(P1)이 원하는 폭을 가지기에 적합하도록 제공된다. 일 예에 의하면, 가열부재(300)는 지지판(220) 내에 열선(320)을 포함하고, 열선(320)에는 전기에너지를 인가하는 전원부(340)가 연결된다. 열선(320)은 코일 형상으로 제공될 수 있다.
냉각부재(400)는 웨이퍼(W)의 가장자리부(W2)에서 산의 증폭되는 것을 억제하기 위해 웨이퍼(W)의 가장자리부(W2)를 냉각한다. 따라서 노광 후 베이크 공정 진행시 웨이퍼(W)의 가장자리부(W2)에서 변성 영역(P1)의 폭이 좁아지고, 현상 공정 수행시 웨이퍼 가장자리부(W2)에서 포토 레지스트 패턴의 폭이 넓어진다. 일 예에 의하면, 냉각부재(400)는 웨이퍼 가장자리부(W2)가 중앙부(W1)에 비해 약 5 내지 10℃ 정도 낮은 온도를 가지도록 웨이퍼 가장자리부(W2)를 냉각한다.
다음에는 도 2와 도 3을 참조하여, 냉각부재(400)의 일 실시예를 설명한다. 도 3은 도 2의 냉각부재(400)를 횡방향으로 절단한 단면도이다. 도 2와 도 3을 참조하면, 냉각부재(400)는 외통(420), 냉각라인(440), 그리고 냉각유체 공급부(460)를 가진다. 외통(420)은 지지부재(200) 및 그 상부에 놓여진 웨이퍼(W)의 둘레를 감싸도록 배치되며 환형의 링 형상을 가진다. 냉각라인(440)은 외통(420) 내에 제공되며, 웨이퍼(W)의 외주변을 감싸도록 배치된다. 냉각라인(440)은 웨이퍼(W)의 반경방향으로 웨이퍼(W)로부터 일정거리 이격되는 위치에 형성된다. 이와 달리, 냉각라인(440)은 지지부재(200)에 놓여진 웨이퍼(W)보다 낮은 위치에 형성될 수 있다. 냉각유체 공급부(460)는 냉각라인(440)으로 냉각유체를 공급한다. 냉각유체로는 물과 같은 냉각수가 사용된다. 냉각유체 공급부(460)는 냉각라인(440)의 일단과 연결되는 공급관(464)과 냉각라인(440)의 타단과 연결되는 회수관(466)을 가진다. 공급관(464)과 회수관(466)에는 그 내부 통로를 개폐하는 밸브(464a, 466a)가 설치된다. 밸브(464a, 466a)로는 전기적 신호에 의해 개폐가 가능한 솔레노이드 밸브가 사용될 수 있다. 공급관(464) 및 회수관(466)은 온도 조절기(462)에 결합된다. 또 한, 온도 조절기(462)와 밸브를 제어하기 위해 제어기(480)가 제공될 수 있다.
온도 조절기(462)는 냉각수 저장부(468)로부터 냉각수를 공급받으며, 냉각라인(440)으로 공급되는 냉각수의 온도를 조절한다. 냉각수의 온도 및 웨이퍼(W)로부터 냉각라인(440)까지의 거리는 웨이퍼 가장자리부(W2)에만 영향을 미치고 웨이퍼 중앙부(W1)에는 영향을 미치지 않도록 결정된다. 냉각수의 온도는 공정 조건에 따라 다양하게 조절될 수 있다. 여기서 공정 조건은 웨이퍼 가장자리부(W2)에서 산의 증폭이 억제하기 위한 온도를 포함한다.
상술한 예에서는 냉각부재(400)는 지지판(220)을 감싸도록 배치되는 외통(420)을 구비하고, 냉각라인(440)은 외통(420) 내에 형성되는 것으로 설명하였다. 그러나 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각라인(440)은 지지판(220) 내 가장자리 영역에 제공될 수 있다. 웨이퍼(W)의 중앙부(W1)에 영향을 미치는 것을 최소화하기 위해 냉각라인(440)은 웨이퍼(W)의 바깥쪽에 제공되는 것이 바람직하다.
도 5와 도 6은 냉각부재(400)의 다른 실시예를 보여주는 도면으로, 도 5는 노광 후 베이크 장치(26c′)의 단면도이고, 도 6은 도 5의 냉각부재(400)를 횡방향으로 절단한 단면도이다. 도 5와 도 6을 참조하면, 냉각부재(400)는 외통(420), 복수의 냉각라인들(440), 그리고 냉각유체 공급부(460)를 가진다. 외통(420)은 지지부재(200) 및 그 상부에 놓여진 웨이퍼(W)를 둘레를 감싸도록 배치되며 환형의 링 형상을 가진다. 냉각라인들(440)은 외통(420) 내에 제공되며, 웨이퍼(W)의 외주변을 감싸도록 배치된다. 냉각라인들(440)은 웨이퍼(W)의 반경방향으로 웨이퍼(W)로 이격되도록 위치되고, 냉각라인들(440)은 웨이퍼(W)까지의 거리가 서로 상이하게 제공된다. 냉각라인들(440)은 외통(420) 내에서 동일한 높이에 형성되거나, 이와 달리 냉각라인들(440)은 외통(420) 내에서 서로 상이한 높이에 형성될 수 있다.
냉각유체 공급부(460)는 냉각라인들(440) 중 선택된 냉각라인(440)으로 냉각유체를 공급한다. 냉각유체로는 냉각수가 사용될 수 있다. 냉각유체 공급부(460)는 각각의 냉각라인(440)의 일단과 연결되는 공급관들(464)과 각각의 냉각라인(440)의 타단과 연결되는 회수관들(466)을 가진다. 공급관(464)과 회수관(466)에는 그 내부 통로를 개폐하는 밸브(464a, 466b)가 설치된다. 밸브(464a, 466b)는 전기적으로 조절 가능한 솔레노이드 밸브가 사용되는 것이 바람직하다. 공급관(464) 및 회수관(466)은 냉각수 저장부(468)와 연결된다. 각각의 냉각라인(440)으로 공급되는 냉각수의 온도는 동일하며, 냉각수로는 상온의 물이 사용되는 것이 바람직하다. 각각의 냉각라인(440)과 웨이퍼(W)와의 거리는 상이하므로, 냉각수가 공급되는 냉각라인(440)의 위치에 따라 냉각수가 웨이퍼(W)에 미치는 영향은 상이하다. 공정 조건에 따라 냉각수가 공급되는 냉각라인(440)을 선택하기 위해 공급관(464)에 설치된 밸브의 개폐를 제어하는 제어기(480)가 제공될 수 있다. 냉각라인(440)은 2 내지 6개가 제공되는 것이 바람직하며, 냉각라인(440)은 하나 또는 복수개가 동시에 사용될 수 있다.
도 2의 장치(26c) 사용시, 온도 조절기(462)에 의해 냉각수의 온도는 조절 가능하므로, 공정 조건에 따라 상이한 온도의 냉각수를 공급하여 웨이퍼 가장자리부(W2)의 온도를 조절할 수 있다. 따라서 냉각라인(440)이 복수개 제공될 필요가 없으며, 이로 인해 구조가 비교적 간단하다. 도 5의 장치(26c′) 사용시 냉각수가 공급되는 냉각라인(440)을 선택함으로써 공정 조건에 따라 웨이퍼 가장자리부(W2)의 온도를 조절할 수 있다. 따라서 냉각수의 온도를 조절하기 위한 온도 조절기(462)가 반드시 제공될 필요가 없다.
상술한 예에서는 냉각부재(400)는 지지판(220)을 감싸도록 배치되는 외통(420)을 구비하고, 냉각라인들(440)은 외통(420) 내에 형성되는 것으로 설명하였다. 그러나 도 7에 도시된 바와 같이, 냉각라인들(440)은 지지판(220) 내 가장자리 영역에 제공될 수 있다. 웨이퍼(W)의 중앙부(W1)에 영향을 미치는 것을 최소화하기 위해 냉각라인들(440)은 웨이퍼(W)의 바깥쪽에 제공되는 것이 바람직하다.
도 8a 및 도 8b는 냉각부재(400) 없이 가열부재(300)만을 사용하여 공정을 수행할 때 웨이퍼(W) 상에 도포된 포토 레지스트의 상태를 보여주는 도면이다. 노광공정 수행시 다양한 원인으로 인해 웨이퍼 가장자리부(W2)는 웨이퍼 중앙부(W1)에 비해 광이 비교적 넓은 영역으로 조사된다. 이로 인해 가열부재(300)만을 사용하여 노광 후 베이킹 공정 수행시 도 8a에 도시된 바와 같이 웨이퍼 중앙부(W1)에 비해 웨이퍼 가장자리부(W2)에서 변성 영역(P1)의 폭은 넓고 비변성 영역(P2)의 폭은 좁다. 웨이퍼 가장자리부(W2)에서 끝단으로 갈수록 비변성 영역(P2)의 폭은 점진적으로 좁아진다. 이후, 현상액을 사용하여 현상 공정을 수행하면, 변성 영역(P1)은 웨이퍼(W)로부터 제거된다. 따라서 도 8b에 도시된 바와 같이 웨이퍼 중앙부(W1)에서 비변성 영역(P2)은 그 폭이 충분히 넓어 웨이퍼(W) 상에 포토 레지스트 패턴으로서 안정적으로 남아 있으나, 웨이퍼 가장자리부(W2)에서 비변성 영역(P2)은 폭이 좁아 웨이퍼(W) 상에 안정적으로 남아 있지 못하고 현상 공정 수행시 무너 진다. 이들은 웨이퍼(W)의 중앙부(W1)로 유입되어 후에 파티클로서 작용된다.
도 9a 및 도 9b는 가열부재(300)로 웨이퍼(W)를 가열함과 동시에 냉각부재(400)로 웨이퍼(W)의 가장자리부(W2)를 냉각할 때 웨이퍼(W) 상에 도포된 포토 레지스트의 상태를 보여주는 도면이다. 도 9a에 도시된 바와 같이 웨이퍼 중앙부(W1)에서 변성 영역(P1)은 웨이퍼(W) 가열에 의해 산이 증폭되어 요구되는 폭으로 형성되나 웨이퍼 가장자리부(W2)에서 변성 영역(P1)은 웨이퍼(W) 냉각에 의해 산의 증폭이 억제되어 좁은 폭으로 형성된다. 이는 웨이퍼 가장자리부(W2)에서 끝단으로 갈수록 냉각수와 인접하므로 웨이퍼(W)의 온도가 낮아지고, 이로 인해 변성 영역(P1)의 폭은 점진적으로 좁아진다. 따라서 현상액으로 현상 공정 수행시, 도 9b에 도시된 바와 같이 웨이퍼 가장자리부(W2)에서 비변성 영역(P2)은 그 폭이 충분히 넓어 웨이퍼(W) 상에 포토 레지스트 패턴으로서 안정적으나 남아 있게 된다. 이는 웨이퍼 가장자리부(W2)에서 포토 레지스트 패턴이 파티클로서 작용되는 것을 방지한다.
본 발명에 의하면, 현상 공정 수행시 웨이퍼 가장자리부에 포토 레지스트 패턴이 파티클로 작용되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (19)

  1. 포토 레지스트가 도포된 웨이퍼에 원자외선(Deep ultraviolet, DUV) 광원을 이용하여 노광 공정을 수행한 이후, 상기 웨이퍼를 노광 후 베이크(post exposure bake)하는 장치에 있어서,
    상기 웨이퍼가 놓여지는 지지부재와;
    상기 노광 공정에 의해 상기 포토 레지스트에 생성된 산이 증폭되도록 상기 지지부재에 놓여진 웨이퍼를 가열하는 가열부재와; 그리고
    상기 웨이퍼의 가장자리부에서 상기 포토 레지스트에 생성된 산(acid)의 증폭이 억제되도록 상기 지지부재에 놓여진 상기 웨이퍼의 가장자리부를 냉각하는 냉각부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 후 베이크 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 냉각부재는,
    상기 지지부재에 놓여진 웨이퍼를 감싸도록 배치되며 냉각유체가 흐르는 냉각라인과;
    상기 냉각라인으로 냉각유체를 공급하는 냉각유체 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 후 베이크 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 냉각부재는 상기 냉각라인으로 공급되는 냉각유체의 온도를 조절하는 온도 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 후 베이크 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 냉각부재는 상기 냉각라인을 복수개 구비하며,
    상개 냉각라인들은 상기 웨이퍼까지의 거리가 서로 상이하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 노광 후 베이크 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 냉각라인들로 공급되는 냉각유체는 상온의 물인 것을 특징으로 하는 노광 후 베이크 장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 웨이퍼의 아래에 위치되며 내부에 상기 가열부재가 제공된 지지판을 포함하고,
    상기 냉각라인은 상기 지지판 내부의 가장자리에 형성된 것을 특징으로 하는 노광 후 베이크 장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 웨이퍼의 아래에 위치되며 내부에 상기 가열부재가 제 공된 지지판을 포함하고,
    상기 냉각부재는 상기 지지판을 감싸도록 배치되며 내부에 상기 냉각라인이 형성된 링 형상의 외통을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 후 베이크 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 장치는 상기 지지부재에 놓여진 웨이퍼가 외부로부터 밀폐되도록 공간을 제공하는 챔버를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노광 후 베이크 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 광원은 불화크립톤 엑시머 레이저(KrF excimer laser) 또는 불화아르곤엑시머 레이저(ArF excimer laser) 인 것을 특징으로 하는 노광 후 베이크 장치.
  10. 포토 리소그래피 시스템이 있어서,
    웨이퍼 상에 포토 레지스트를 도포하는 도포기,
    원자외선(Deep ultraviolet, DUV) 광원을 이용하여 웨이퍼 상에 도포된 포토 레지스트막을 선택적으로 노광하는 노광기,
    현상액을 이용하여 노광이 완료된 웨이퍼 상부에 포토 레지스트 패턴을 형성하는 현상기; 그리고
    웨이퍼 상에 포토 레지스트를 도포하기 전에 수행되는 프리 베이킹, 포토 레지스트를 웨이퍼 상에 도포한 이후에 수행되는 소프트 베이킹, 포토레지스트를 상 기 광원으로 노광시킨 후에 수행되는 노광 후 베이킹, 그리고 포토 레지스트를 현상한 이후에 수행되는 하드 베이킹 중 선택된 어느 하나를 수행하는 베이크 장치들을 포함하되,
    상기 베이크 장치들 중 상기 노광 후 베이킹 공정을 수행하는 장치는,
    상기 웨이퍼가 놓여지는 지지부재와;
    상기 포토 레지스트에 패턴을 형성하기 위해 상기 노광 공정에 의해 상기 포토 레지스트에 생성된 산이 증폭되도록 상기 지지부재에 놓여진 웨이퍼를 가열하는 가열부재와;
    상기 웨이퍼의 가장자리부에서 상기 포토 레지스트에 생성된 산(acid)의 증폭이 억제되도록 상기 지지부재에 놓여진 상기 웨이퍼의 가장자리부를 냉각하는 냉각부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 리소그래피 시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 지지부재는 상기 웨이퍼의 아래에 위치되며 내부에 상기 가열부재가 제공된 지지판을 포함하고,
    상기 냉각부재는,
    상기 지지판을 감싸도록 배치되며 내부에 냉각유체가 흐르는 냉각라인이 형성된 링 형상의 외통와;
    상기 냉각라인으로 냉각유체를 공급하는 냉각유체 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 리소그래피 시스템.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 냉각부재는 상기 냉각라인으로 공급되는 냉각유체의 온도를 조절하는 온도 조절기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토 리소그래피 시스템.
  13. 제 11항에 있어서,
    상기 냉각부재는 상기 냉각라인을 복수개 구비하며,
    상개 냉각라인들은 상기 웨이퍼의 가장자리까지의 거리가 서로 상이하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 포토 리소그래피 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 냉각라인들로 공급되는 냉각유체는 상온의 물인 것을 특징으로 하는 포토 리소그래피 시스템.
  15. 포토 레지스트가 도포된 웨이퍼에 원자외선(Deep ultraviolet, DUV) 광원을 이용하여 노광 공정을 수행한 이후에, 상기 웨이퍼를 노광 후 베이크(post exposure bake)하는 방법에 있어서,
    상기 노광 공정에 의해 상기 포토 레지스트에 생성된 산이 증폭되도록 웨이퍼를 가열하고, 이와 함께 상기 웨이퍼의 가장자리부에서 상기 포토 레지스트에 생성된 산(acid)의 증폭이 억제되도록 상기 웨이퍼의 가장자리부을 냉각하는 것을 특 징으로 하는 노광 후 베이크 방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 가장자리부의 냉각은 웨이퍼 가장자리와 인접하도록 제공된 냉각라인으로 냉각유체를 제공함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광 후 베이크 방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 냉각라인으로 제공되는 냉각유체의 온도는 조절가능한 것을 특징으로 하는 노광 후 베이크 방법.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 가장자리부의 냉각은 웨이퍼 가장자리까지의 거리가 서로 상이하도록 제공된 복수의 냉각라인들 중 선택된 적어도 어느 하나의 냉각라인으로 냉각유체를 공급함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 노광 후 베이크 방법.
  19. 제 15항에 있어서,
    상기 원자외선 광원은 불화크립톤(KrF) 엑시머 레이저 또는 불화아르곤(ArF) 엑시머 레이저인 것을 특징으로 하는 노광 후 베이크 방법.
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