KR100822372B1 - 베이크 공정장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 사진 공정을 수행하는 스피너 설비에 구비되어 기판을 가열 및 냉각시키는 베이크 공정장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 베이크 공정장치는 기판을 안착시키는 안착면을 가지고 상기 안착면에 안착된 기판을 가열하는 가열부재, 상기 가열부재에 제공되어 상기 기판을 상기 안착면으로/으로부터 안착시키거나 이격시키는 리프트 핀들, 상기 리프트 핀들을 상하로 구동시키는 승강기, 그리고 공정시 상기 리프트 핀에 안착된 기판을 기설정된 높이에 단계별로 위치되도록 상기 승강기를 제어하는 제어기를 포함한다. 본 발명에 따른 베이크 공정장치 및 방법은 소정의 막질이 형성된 웨이퍼를 기설정된 온도로 가열 및 냉각시킬 때, 단계별로 온도를 조절하여 웨이퍼가 휘어지거나 웨이퍼에 형성된 막질이 손상되는 현상을 방지한다. 특히, 본 발명은 표면에 막질이 형성된 웨이퍼를 400℃이상의 온도로 가열할 것이 요구되는 베이크 공정시 웨이퍼와 막질의 상대 열팽창율의 차이에 따른 웨이퍼 및 막질의 손상을 방지한다.
반도체, 사진, 웨이퍼, 기판, 베이크, 가열, 냉각,

Description

베이크 공정장치 및 방법{BAKE PROCESS APPARATUS AND METHOD}
도 1은 본 발명에 따른 베이크 공정장치가 구비된 스피너 설비의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 베이크 공정장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 베이크 공정방법을 보여주는 순서도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 베이크 공정시 기판을 가열하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
1 : 스피너 설비 110 : 하우징
10 : 인덱서부 120 : 가열부재
20 : 공정 처리부 130 : 리프트 핀
30 : 인터페이스부 140 : 승강기
40 : 노광 처리부 150 : 제어기
100 : 베이크 공정장치
본 발명은 반도체 기판을 가열하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 사진 공정을 수행하는 스피너 설비에 구비되어 기판을 가열 및 냉각시키는 베이크 공정장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정 중 사진 공정(photo-lithography process)은 웨이퍼 상에 원하는 패턴을 형성시키는 공정이다. 사진 공정은 노광설비가 연결되어 도포공정, 노광공정, 그리고 현상공정을 연속적으로 처리하는 스피너(spinner local) 설비에서 진행된다. 이러한 스피너 설비는 도포공정(coating process), 베이크 공정(bake process), 현상 공정(develop process)을 순차적 또는 선택적으로 수행한다. 여기서, 베이크 공정은 웨이퍼 상에 형성된 감광액막을 강화시키기 위해, 또는 웨이퍼의 온도를 기설정된 공정 온도로 조절하기 위해 웨이퍼를 가열 및 냉각시키는 공정이다.
상술한 베이크 공정을 처리하는 장치는 웨이퍼를 안착시켜 가열시키는 가열부재를 가진다. 가열부재의 상부에는 웨이퍼가 안착되는 안착면이 제공된다. 가열부재의 내부에는 상기 안착면에 안착된 웨이퍼를 공정 온도로 가열하는 적어도 하나의 가열기(Heater)가 제공된다.
그러나, 일반적인 베이크 공정장치는 웨이퍼의 가열시 웨이퍼가 손상되거나 웨이퍼 표면에 형성된 막질이 파손되는 현상이 발생된다. 즉, 사진 공정이 수행될 때에는 웨이퍼 표면에는 다양한 종류의 막질이 형성되게 되며, 이러한 막질은 베이크 공정에서 웨이퍼의 가열시, 웨이퍼 표면과 막질의 열팽창율이 상이하므로 웨이 퍼 또는 막질의 손상이 발생된다. 특히, 종래에는 대략 130℃ 내지 200℃로 웨이퍼를 가열하였으나, 최근의 베이크 공정에서는 웨이퍼를 400℃이상으로 가열시키는 과정이 요구되고 있어 상술한 문제점이 더욱 커지고 있다. 따라서, 웨이퍼 및 웨이퍼 표면에 형성된 막질의 손상 없이 웨이퍼를 가열할 수 있는 베이크 공정장치가 요구된다.
상술한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 스피너 설비의 베이크 공정시 웨이퍼를 효과적으로 가열하는 베이크 공정장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 베이크 공정시 웨이퍼 또는 웨이퍼 표면에 형성된 막질이 손상되는 것을 방지하는 베이크 공정장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 본 발명은 소정의 막질이 형성된 웨이퍼를 400℃ 이상으로 가열시, 웨이퍼 표면에 형성된 막질이 손상되는 것을 방지하는 베이크 공정장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 베이크 공정장치는 기판을 안착시키는 안착면을 가지고, 상기 안착면에 안착된 기판을 가열하는 가열부재, 상기 가열부재에 제공되어, 상기 기판을 상기 안착면으로/으로부터 안착시키거나 이격시키는 리프트 핀들, 상기 리프트 핀들을 상하로 구동시키는 승강기, 그리고, 공정시 상기 리프트 핀에 기판이 로딩 및 언로딩되기 위한 제1 위치, 상기 리프트 핀에 안 착된 기판이 상기 안착면과 일정 거리가 이격된 상태에서 상기 가열부재에 의해 일차적으로 가열되는 제2 위치, 그리고 상기 기판이 상기 안착면에 안착되어 상기 가열부재에 의해 이차적으로 가열되는 제3 위치 상호간에 기판이 위치되도록 상기 승강기를 제어하는 제어기를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 승강기는 다단 실린더를 포함한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 베이크 공정방법은 기판을 가열하는 가열부재와 기판의 거리를 변화시키면서 기판의 온도를 단계별로 가열시킨다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 베이크 공정방법은 (a)상기 가열부재로부터 기판을 이격시킨 상태에서 기판을 가열시키는 단계 및 (b)상기 가열부재와 상기 기판의 거리를 점진적으로 감소시키면서 기판을 기설정된 공정 온도로 가열시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 기설정된 공정 온도로의 기판의 가열은 상기 가열부재에 기판을 안착된 상태에서 이루어진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 상기 (a)단계는 상기 기판을 110℃ 내지 230℃로 가열하고, 상기 (b)단계는 상기 기판을 400℃ 이상으로 가열한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달 될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
(실시예)
도 1은 본 발명에 따른 베이크 공정장치가 구비된 스피너 설비의 평면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 베이크 공정장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스피너 설비(1)는 인덱서부(10), 공정 처리부(20), 인터페이스부(30), 그리고 노광 공정부(40)를 포함한다. 인덱서부(10)는 로드 포트(load port) 및 이송 유닛(transfer unit)(12)을 가진다. 로드 포트는 복수의 반도체 기판(W)을 수용하는 카세트(C:Cassette)가 안착되는 안착부가 제공된다. 이송 유닛(12)은 적어도 하나가 구비되며, 로드 포트에 안착된 카세트(C)와 공정 처리부(20) 상호간에 기판(W)을 이송 및 반송시킨다.
공정 처리부(20)는 기판처리공정을 수행한다. 여기서, 상기 기판처리공정은 도포 공정(coat process), 베이크 공정(bake process), 그리고 현상 공정(develop process)을 포함한다. 이를 위해, 공정 처리부(20)는 도포 모듈(22), 현상 모듈(24), 그리고 다수의 베이크 모듈들(100)을 포함하는 베이크 공정장치(bake process apparatus)를 포함한다. 도포 모듈(22)은 반도체 기판(W) 상에 감광액을 도포시킨다. 현상 모듈(24)은 감광액 막질이 형성된 기판(W)이 현상액(developer)을 공급하여 기판(W)을 현상시킨다. 그리고, 베이크 모듈(100)은 기판(W)의 온도를 가열 및 냉각한다. 공정 처리부(20)에는 이송 유닛(22)이 구비되며, 각각의 모듈 들(22, 24, 100) 상호간에 기판(W)을 이송시킨다.
인터페이스부(30)는 공정 처리부(20)와 노광 공정부(30) 상호간에 기판(W)을 이송하고, 노광 공정부(40)은 인터페이스부(30)로부터 이송받은 기판(W) 상에 공정상 요구되는 패턴(pattern)을 형성시키는 노광 공정(photo-lithography process)을 수행한다. 노광 공정부(40)는 상기 노광 공정을 수행하는 이른바 스텝퍼(stepper)와 같은 공정 장치를 구비한다.
계속해서, 본 발명에 따른 베이크 공정장치를 설명한다. 본 실시예에서는 베이크 공정장치가 구비하는 베이크 모듈(100)들 중 어느 하나의 베이크 모듈을 구체적으로 설명한다. 도 2를 참조하면, 베이크 모듈(100)은 하우징(housing)(110), 가열부재(heating member)(120), 그리고 기판 승강부재(substrate lifting member)(130)를 포함한다.
하우징(110)은 내부에 베이크 공정을 수행하는 공간을 제공한다. 하우징(110)의 일측에는 기판(W)의 출입이 이루어지는 기판 출입구(112)가 제공된다. 기판 출입구(112)는 개폐부재(door)(미도시됨)에 의해 개폐가 이루어진다. 하우징(110)의 내부는 소정의 공정 압력을 만족하며, 이를 위해 하우징(110)에는 하우징(110) 내 공기를 외부로 배출시키는 감압 라인(미도시됨)이 제공된다.
가열부재(120)는 공정시 기판(W)을 기설정된 공정 온도로 가열한다. 가열부재(120)는 하우징(110) 내부 하측에 설치된다. 가열부재(120)는 지지체(112) 및 가열판(124)을 가진다. 지지체(112)는 공정시 기판(W)을 지지한다. 지지체(112)는 대체로 원통형상을 가진다. 지지체(112)의 상부에는 공정시 기판(W)이 안착되는 안착 면(122a)이 제공된다. 가열판(124)은 지지체(112)에 구비되며, 공정시 기판(W)을 가열한다. 가열판(124)은 적어도 하나가 구비되며, 각각의 가열판(124)은 기설정된 공정 온도를 유지한다.
기판 승강부재(130)는 공정시 기판(W)을 가열부재(120)의 상부에서 승강 및 하강시킨다. 기판 승강부재(130)는 리프트 핀들(lift pin)(132), 핀 지지대(pin supporter)(134), 그리고 승강기(elevating part)(136)를 가진다. 리프트 핀들(132)은 상하로 수직하게 설치된다. 각각의 리프트 핀들(132)은 가열부재(120) 내부에서 상하로 이동가능하도록 설치된다. 리프트 핀들(132)의 상부 끝단은 기판(W)의 저면과 접촉되고, 하부 끝단은 핀 지지대(134)와 결합된다. 핀 지지대(134)는 각각의 리프트 핀들(132)을 지지한다. 핀 지지대(134)는 각각의 리프트 핀들(132)이 일정한 높이로 이동되도록 지지한다.
승강기(136)는 핀 지지대(134)를 승강 및 하강시킨다. 이때, 승강기(136)는 핀 지지대(134)를 단계별로 하강시킨다. 일 실시예로서, 승강기(136)는 공정시 기판(W)을 로딩(loading) 및 언로딩(unloading)이 이루어지는 제1 위치(a1), 기판(W)을 단계별로 가열시키는 제2 위치(a2), 그리고 기판(W)을 지지체(122)의 안착면(122a)에 안착시켜 기설정된 공정온도로 가열시키는 제3 위치(a3) 각각에 기판(W)이 단계별로 위치되도록 핀 지지대(134)의 높이를 조절한다.
상술한 바와 같이, 승강기(136)는 단계별로 핀 지지대(134)의 높이를 조절하여 공정시 기판(W)의 높이를 조절한다. 이러한 기능을 수행하기 위해 승강기(136)는 적어도 하나의 다단 실린더를 사용할 수 있다. 다단 실린더는 (공고번호 1996- 014964)에 개시된 바와 같이 유압을 이용하여 이동하고자 하는 대상물을 단계별로 이동시킨다. 다단 실린더는 반도체 및 기타 산업에서 일반적으로 사용되는 것으로 구체적인 구성 및 기능에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 본 실시예에서는 다단 실린더를 구비하는 승강기(136)를 예로 들어 설명하였으나, 기판(W)의 높이를 조절하는 장치는 다양하게 변경 및 변형이 가능하다.
제어기(140)는 상술한 베이크 공정장치(100)의 공정을 제어한다. 특히, 제어기(140)는 공정시 기판(W)의 위치가 상술한 제1 내지 제3 위치(a1, a2, a3)에 위치되도록 승강기(136)를 제어한다.
이하, 상술한 구성을 가지는 스피너 설비(1)의 공정 과정을 상세히 설명한다. 여기서, 상술한 구성과 동일한 구성에 대한 참조 번호는 동일하게 병기하고, 그 구성들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명에 따른 베이크 공정방법을 보여주는 순서도이고, 도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 따른 베이크 공정시 기판을 가열하는 과정을 설명하기 위한 도면들이다.
스피너 설비(1)의 공정이 개시되면, 인덱서부(10)의 이송 유닛(12)은 카세트(C)로부터 공정 처리부(20)로 기판(W)을 순차적으로 이송한다. 공정 처리부(20)의 이송 유닛(22)은 인덱서부(10)로부터 이송받은 기판(W)을 공정상 요구되는 모듈(22, 24, 100)들에 선택적으로 반입시키고, 각각의 모듈(22, 24, 100)들은 기판처리공정을 수행한다.
기판처리공정이 개시되면, 베이크 공정장치의 베이크 모듈들(100) 중 어느 하나는 기판(W)을 기설정된 공정 온도로 가열 또는 냉각한다. 일 실시예로서, 도 3 및 도 4a를 참조하면, 이송 유닛(22)은 기판 출입구(112)를 통해 하우징(110) 내부로 기판(W)을 반입시켜 리프트 핀들(132) 상에 기판(W)을 안착시킨다(S110). 기판(W)이 제1 위치(a1)에 위치되면, 제어기(140)는 승강기(136)를 제어하여, 기판(W)의 위치를 단계별로 하강시켜 기판(W)을 기설정된 온도 단계별로 가열시킨다(S120). 기판(W)을 단계별로 가열하는 과정은 다음과 같다.
도 4b를 참조하면, 제어부(140)는 승강기(136)를 제어하여 기판(W)을 제1 위치(a1)로부터 제2 위치(a2)로 이동시킨다. 제2 위치(a2)은 기판(W)이 지지체(122)의 안착면(122a)과 일정 간격이 이격되는 위치이다. 기판(W)이 제2 위치(a2)에 위치되면, 가열판(124)으로부터 발생되는 열(H)에 의해 일차적으로 가열된다. 일 실시예로서, 제2 위치(a2)는 기판(W)이 가열판(124)에 의해 110℃ 내지 230℃로 가열되는 위치이다.
기판(W)의 예열이 일정 시간 동안 이루어지면, 제어기(140)는 기판(W)을 가열부재(120)에 안착시켜 기설정된 공정온도로 가열한다(S130). 즉, 도 4c를 참조하면, 제어기(140)는 승강기(136)를 제어하여, 승강기(136)가 기판(W)을 제2 위치(a2)로부터 제3 위치(a3)에 위치시키도록 한다. 기판(W)이 제3 위치(a3)에 위치되면, 기판(W)은 지지체(122)의 안착면(122a)에 안착되고, 가열판(124)에 의해 직접적으로 가열되어 기설정된 공정 온도로 가열된다. 이때, 상기 기설정된 공정 온도는 400℃이상의 온도일 수 있다.
본 실시예에서는 기판(W)을 기설정된 공정온도로 가열되기 전에 제2 위 치(a2)에서 한번 예열시키는 방식을 예로 들어 설명하였으나, 기판(W)을 예열시키는 단계는 복수의 단계별로 이루어질 수 있다. 즉, 본 발명의 다른 실시예로서, 제2 위치(a2)는 기판(W)의 높이를 달리하여 가열부재(120)에 의해 가열되는 복수의 단계별로 나뉜다. 따라서, 기판(W)은 제2 위치(a2)에서 단계별로 높이가 하강되면서 가열부재(120)로부터 발생되는 열(H)에 의해 점진적으로 높은 온도로 가열된다. 또는, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 기판(W)은 제1 위치(a1)로부터 제3 위치(a3)로 점진적으로 이동되면서 가열부재(120)에 의해 가열이 이루어질 수 있다. 즉, 기판(W)은 제1 위치(a1)로부터 제3 위치(a3)로 멈춤 없이 점진적으로 이동되어, 가열부재(120)로부터 발열되는 열(H)에 의해 점진적으로 가열되도록 한다.
기판(W)의 가열이 완료되면, 기판(W)은 베이크 공정장치(100)로부터 반출되어, 후속 공정이 수행되는 모듈(22, 24) 및 노광 공정부(40)에 선택적으로 이송된다(S140). 예컨대, 베이크 공정장치(100)에 의해 기설정된 공정 온도로 조절된 기판(W)은 도포 모듈(22)로 이송되어, 기판(W) 표면에 감광액막을 형성한다. 감광액막이 형성된 기판(W)은 인터페이스부(30)에 의해 공정 처리부(20)로부터 노광 공정부(40)로 이송된다. 노광 공정부(40)의 스텝퍼(미도시됨)는 기판(W) 상에 공정상 요구되는 패턴을 전사(projection)시킨다. 패턴이 전사된 기판(W)은 인터페이부(30)를 경유하여 공정 처리부(20)의 현상 모듈(24)로 이송된 후 현상 공정이 수행된다. 그리고, 기판(W)은 이송 유닛(22)에 의해 인덱서부(10)로 반송된 후 카세트(C)에 수용된다.
상술한 베이크 공정장치(100) 및 방법은 베이크 공정시 기판(W)의 위치를 단 계별로 변화시켜, 기판(W)의 온도를 단계별로 조절할 수 있다. 따라서, 기판(W)의 온도를 단계별로 상승시킬 수 있어, 베이크 공정시 기판(W)과 기판(W) 표면에 형성된 막질의 서로 다른 열팽창율에 의해, 기판(W)이 파손되거나, 막질이 손상되는 것을 방지한다. 특히, 본 발명은 베이크 공정시 표면에 소정의 막질이 형성된 기판(W)을 400℃이상의 고온으로 가열시킬 때, 기판(W)의 온도를 단계별로 상승시켜, 기판(W) 및 막질의 손상을 방지한다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내고 설명하는 것에 불과하며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉, 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위 내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예들은 본 발명을 실시하는데 있어 최선의 상태를 설명하기 위한 것이며, 본 발명과 같은 다른 발명을 이용하는데 당업계에 알려진 다른 상태로의 실시, 그리고 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서, 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 베이크 공정장치 및 방법은 소정의 막질이 형성된 웨이퍼를 기설정된 온도로 가열 및 냉각시킬 때, 단계별로 온도를 조절하여 웨이퍼가 휘어지거나 웨이퍼에 형성된 막질이 손상되는 현상을 방지한다. 특 히, 본 발명은 표면에 막질이 형성된 웨이퍼를 400℃이상의 온도로 가열할 것이 요구되는 베이크 공정시 웨이퍼와 막질의 상대 열팽창율의 차이에 따른 웨이퍼 및 막질의 손상을 방지한다.

Claims (5)

  1. 베이크 공정을 수행하는 장치에 있어서,
    기판을 안착시키는 안착면을 가지고, 상기 안착면에 안착된 기판을 가열하는 가열부재와,
    상기 가열부재에 제공되어, 상기 기판을 상기 안착면으로/으로부터 안착시키거나 이격시키는 리프트 핀들과,
    상기 리프트 핀들을 상하로 구동시키는 승강기와,
    공정시, 상기 리프트 핀에 기판이 로딩 및 언로딩되기 위한 제1 위치, 상기 리프트 핀에 안착된 기판이 상기 안착면과 일정 거리가 이격된 상태에서 상기 가열부재에 의해 일차적으로 가열되는 제2 위치, 그리고 상기 기판이 상기 안착면에 안착되어 상기 가열부재에 의해 이차적으로 가열되는 제3 위치 상호간에 기판이 위치되도록 상기 승강기를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 베이크 공정장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 승강기는,
    다단 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 베이크 공정장치.
  3. 기판을 가열하는 베이크 공정방법에 있어서,
    상기 베이크 공정을 진행하는 동안, 기판을 가열하는 가열부재와 기판의 거리를 변화시키면서 기판의 온도를 단계별로 가열시키는 것을 특징으로 하는 베이크 공정방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 베이크 공정방법은,
    (a)상기 가열부재로부터 기판을 이격시킨 상태에서 기판을 가열시키는 단계와,
    (b)상기 가열부재와 상기 기판의 거리를 점진적으로 감소시키면서 기판을 기설정된 공정 온도로 가열시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 베이크 공정방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 기설정된 공정 온도로의 기판의 가열은,
    상기 가열부재에 기판을 안착된 상태에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 베이크 공정방법.
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