KR100741878B1 - 노광후 베이킹 장치 - Google Patents

Abstract

반도체 소자의 사진 공정에서 사용할 수 있는 노광후 베이킹 장치가 개시된다. 본 장치는, 소정의 배기구 및 흡입구가 형성된 쳄버와, 상기 쳄버 내에 배치되고 그 상면에 안착되는 웨이퍼에 열을 공급할 수 있는 핫 플레이트와, 상기 쳄버의 상단에 수평하게 배치되고 복수의 관통공이 형성된 차단막과, 상기 배기구에 연결되어 상기 쳄버 내의 공기를 흡입하는 공기 펌프를 포함한다. 이를 이용하여 웨이퍼의 각 부위에 형성된 감광막 패턴의 치수를 독립적으로 조절할 수 있다.

PEB, 핫 플레이트

Description

노광후 베이킹 장치{POST EXPOSURE BAKING APPARATUS}

도 1a 및 도 1b는 압력에 따른 감광막 패턴의 사이즈의 변화를 설명하기 위한 것으로, CD-SEM(Critical Dimension Scanning Electron Microscope)으로 촬영한 이미지들이다.

도 2는 본 발명에 따른 노광후 베이킹 장치의 단면도이다.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 노광후 베이킹 장치에서 웨이퍼의 각 위치마다 압력을 다르게 조절하기 위한 압력 조절부의 설치 상태를 도시한 도면들로서, 도 3a는 상면도이고, 도 3b는 단면도이다.

본 발명은 반도체 소자의 제조 장비에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 노광 후 베이킹 공정에 사용되는 핫 플레이트 장치에 관한 것이다.

반도체 소자는 박막 공정(예컨대, 화학기상증착, 물리기상증착, 산화 등), 사진 공정, 식각 공정 등을 반복하여 수행함으로써 기판 상에 형성된다. 특히, 사진 공정 기술은 마스크 상에 설계된 패턴을 공정 제어 규격 하에 웨이퍼 상에 구현하는 기술을 말한다.

사진 공정 기술은 다음과 같은 방식으로 진행된다. 즉, 웨이퍼에 감광제를 도포하여 감광막을 형성하는 단계, 도포된 감광막 내에 함유된 용제(Solvent)를 제거하여 접착력을 증가시키는 소프트 베이크(Soft Bake) 단계, 소프트 베이크에 의해 경화된 감광막을 노광하는 단계, 노광된 감광막의 패턴 프로파일을 개선하여 해상도를 향상시키기 위한 노광후 베이크(Post Exposure Bake) 단계, 감광막을 현상하는 단계, 및 웨이퍼 표면의 수분을 제거하고 남아있는 감광막 패턴을 경화시키는 하드 베이크(Hard Bake) 단계를 단계적으로 수행하여 소정의 감광막 패턴을 형성한다.

상술한 사진 공정 중에서 특히 PEB는 노광 후에 진행되며 정재파(Standing Wave) 효과에 의해 노광된 감광막에 발생하는 물결 무늬를 제거하여 패턴 프로파일을 개선하는 공정이다. 최근, 반도체 소자의 선폭이 미세화됨에 따라서 DUV(Deep UltraViolet) 광원 및 DUV용 감광제가 사진 공정에 널리 사용되고 있다. DUV용 감광제로는 화학 증폭형 감광제(Chemical Amplified Resist)가 사용되며, 화학 증폭형 감광제는 수지(Resin), 광감응제(PAG; Photo Acid Generator) 및 기타 첨가제(Additives)를 포함한다. 특히, 광감응제는 PEB 공정 중에 수소 이온(H+)을 생성하며, 생성된 수소 이온이 열에 의해 활성화되어 감광제에 함유된 다른 성분과 반응하게 된다.

사진 공정에서 사용되는 베이킹 공정 중에서 PEB 공정은 노광 후에 발생하는 수소 이온을 확산시키는 것을 주된 목적으로 하는데, 수소 이온이 확산되는 정도에 따라 패턴의 임계 치수(Critical Dimension)가 달라지게 된다. 빛 에너지를 통해 서 광감응제가 분해되어 수소 이온이 발생하게 되고, 수소 이온은 다시 수지의 결합을 끊게 된다. 여기서, 패턴의 임계 치수를 결정하는 주된 인자는 수소 이온의 발생량과 확산 길이이다. 수소 이온의 절대적 발생량은 빛 에너지의 세기에 의해 결정되지만, 확산 길이는 PEB 공정 동안에 웨이퍼에 인가되는 열에 의해 결정된다. 만약 웨이퍼에 균일한 열 전달이 이루어지지 않으면 웨이퍼 내에서 국부적으로 패턴의 임계 치수가 다르게 나타난다.

본 발명은 노광후 베이크 공정에서 웨이퍼에 형성된 감광막 패턴의 임계 치수를 보다 정밀하게 제어할 수 있는 노광후 베이킹 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 노광후 베이킹 장치는, 소정의 배기구 및 흡입구가 형성된 쳄버와, 상기 쳄버 내에 배치되고 그 상면에 안착되는 웨이퍼에 열을 공급할 수 있는 핫 플레이트와, 상기 쳄버의 상단에 수평하게 배치되고 복수의 관통공이 형성되고, 상기 관통공에 설치되어 상기 웨이퍼의 위치마다 배기 압력을 조절하는 압력 조절부를 포함하는 차단막과, 상기 배기구에 연결되어 상기 쳄버 내의 공기를 흡입하는 공기 펌프를 포함한다.

여기서, 배기구는 쳄버의 상부에 형성되고, 흡입구는 쳄버의 측벽에 형성된다. 그리고, 차단막은 배기구 및 흡입구 사이에 배치되며, 차단막의 가장자리가 쳄버의 측벽에 밀착된다.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 노광후 베이킹 장치의 바람직한 실시예를 설명한다.

먼저, 도 1a 및 도 1b를 참조하여, 본 발명에 따른 노광후 베이킹 장치의 원리를 간략히 살펴본다. 앞에서도 설명하였듯이, PEB 공정에서는 웨이퍼에 균일한 열 전달이 이루어져야 감광막 패턴의 임계 치수가 균일하게 된다. 그러나, 일반적으로 PEF 공정에 사용되는 열 전달 수단은 핫 플레이트로서, 핫 플레이트는 웨이퍼의 바닥면으로 열을 공급한다. 따라서, 웨이퍼 상면에서의 열 분포의 균일도가 중요하지만, 종래의 핫 플레이트 방식으로는 정밀한 제어가 불가능하다.

한편, 기존 핫 플레이트에서는 공기를 단순히 일정한 압력으로 제거하는 방식을 사용한다. 그러나, 본 발명에 따른 노광후 베이킹 장치는 웨이퍼 상면에서의 공기의 흐름을 위치별로 다르게 제어할 수 있으며, 이는 웨이퍼 상면에서의 공기의 압력에 따른 온도 분포의 변화에 착안하여 개발되었다. 도 1a에는 배기 압력을 2 L/min로 조절하였을 때의 감광막 패턴(P1)에 대한 이미지를 나타내었고, 도 1b에는 배기 압력을 5 L/min로 조절하였을 때의 감광막 패턴(P2)에 대한 이미지를 나타내었다.

배기 압력을 높이면 감광막 패턴의 치수가 증가하게 되어 도 1b의 A 영역과 같이 이웃하는 두개의 패턴이 서로 달라붙게 된다. 반면에, 배기 압력을 낮추면 도 1a에서 보듯이 두개의 패턴이 달라붙지 않고 독립적으로 형성됨을 알 수 있다. 특히, 웨이퍼에 형성된 감광막 패턴의 변동은 일정한 경향성을 갖게 되는데, 예컨대 웨이퍼의 중앙 부위에 형성된 감광막 패턴의 치수는 웨이퍼의 가장자리에 형성 된 감광막 패턴의 치수보다 크게 나타난다. 따라서, 웨이퍼 상면에서의 배기 압력을 그 중앙 부위와 가장자리 부위에서 서로 다르게 조절함으로써, 웨이퍼의 모든 위치에서 감광막 패턴의 임계 치수를 독립적으로 조절할 수 있다.

도 2에는 본 발명에 따른 노광후 베이킹 장치의 단면도를 도시하였다. 도 2에서 보듯이, 노광후 베이킹 장치는 쳄버(100), 핫 플레이트(120) 및 차단막(140)을 포함한다. 쳄버(100)에는 공기가 주입되는 흡입구(100a)와 주입된 공기가 배출되는 배기구(100b)가 형성되어 있다. 그리고, 쳄버(100)의 바닥부에는 핫 플레이트(120)가 배치되고, 핫 플레이트(120)의 상면에 웨이퍼(W)가 안착된다.

쳄버(100) 내에서 웨이퍼(W)의 상부에 차단막(140)이 배치된다. 차단막(140)에는 복수개의 관통공(160)이 형성되어 있으며, 관통공(160)에는 웨이퍼(W)의 위치에 따라 배기 압력을 적절하게 제어하는 압력 조절부(162, 도 3a 및 도 3b 참조)가 설치될 수 있다.

또한, 쳄버(100)의 배기구(100b)의 일단에는 공기 펌프(180)가 설치된다. 공기 펌프(180)는 쳄버(100) 내의 공기를 흡입하여 외부로 배출한다. 따라서, 쳄버(100)의 흡입구(100a)로부터 주입되는 공기는, 도 2에 표시한 화살표 방향을 따라 웨이퍼의 각 부위를 지나 관통공(160)을 통과한 후, 공기 펌프(180)에 의해 외부로 배출된다.

한편, 주입된 공기가 관통공(160)을 통과할 때, 관통공(160)에 설치된 압력 조절부(162)에 의해 통과 압력이 서로 다르게 된다. 따라서, 웨이퍼의 각 부위의 상부에서의 압력이 압력 조절부(162)에 의해 서로 다르게 제어될 수 있다. 도 3a 및 도 3b에는, 도 2의 C 영역에 압력 조절부(162)가 설치된 상태를 도시하였다. 도 3a 및 도 3b를 참조하면, 압력 조절부(162)는 대략 원통형으로 형성되어, 차단막(140)에 형성된 관통공(160)에 끼워 맞춰지게 된다. 형성하고자 하는 감광막 패턴의 치수에 따라, 각각의 관통공(160)에 설치되는 압력 조절부의 내경(D)의 크기가 서로 다르게 형성된다. 차단막(140)에 형성된 관통공(160)의 크기를 모두 다르게 형성하면, 압력 조절부(162)를 사용하지 않아도 된다. 그러나, 사용의 편의를 위해, 관통공(160)의 크기를 동일하게 형성하고, 다양한 내경(D)을 가지는 압력 조절부(162)를 여러개 준비한 후, 원하는 감광막 패턴의 치수를 얻도록 적소에 배치할 수 있다.

공기 펌프(180)가 항상 일정한 압력으로 쳄버(100) 내의 공기를 흡입하고 있지만, 각각의 관통공(160)에 설치된 압력 조절부(162)의 내경(D)이 서로 다르기 때문에, 해당하는 위치에 형성된 감광막 패턴 주변의 국부적인 압력이 달라지게 된다. 만약, 특정 위치의 감광막 패턴의 치수를 보다 크게 형성하고자 한다면, 내경(D)이 작은 압력 조절부(162)를 해당하는 위치의 관통공(160)에 설치하면 된다. 반대로, 특정 위치의 감광막 패턴의 치수를 작게 형성하고자 한다면, 내경(D)이 보다 큰 압력 조절부(162)를 해당 위치의 관통공(160)에 설치하면 된다.

본 발명에 따른 노광부 베이킹 장치는 웨이퍼 상부의 국부적 압력에 따라 감광막 패턴의 사이즈가 변한다는 것에 기초하여 창안된 것으로서, 이를 이용하여 웨이퍼의 각 부위에 형성된 감광막 패턴의 치수를 독립적으로 조절할 수 있다.

지금까지 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다. 그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

1. 소정의 배기구 및 흡입구가 형성된 쳄버와,

   상기 쳄버 내에 배치되고 그 상면에 안착되는 웨이퍼에 열을 공급할 수 있는 핫 플레이트와,

   상기 쳄버의 상단에 수평하게 배치되고 복수의 관통공이 형성되고, 상기 관통공에 설치되어 상기 웨이퍼의 위치마다 배기 압력을 조절하는 압력 조절부를 포함하는 차단막과,

   상기 배기구에 연결되어 상기 쳄버 내의 공기를 흡입하는 공기 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 노광후 베이킹 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 배기구는 상기 쳄버의 상부에 형성되고, 상기 흡입구는 상기 쳄버의 측벽에 형성된 것을 특징으로 하는 노광후 베이킹 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 차단막은 상기 배기구 및 상기 흡입구 사이에 배치된 것을 특징으로 하는 노광후 베이킹 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 차단막의 가장자리가 상기 쳄버의 측벽에 밀착된 것을 특징으로 하는 노광후 베이킹 장치.
5. 삭제

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