KR101213434B1 - 웨이퍼코팅용 가열장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체의 웨이퍼코팅용 가열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼의 표면에 균일한 코팅을 형성하기 위하여 웨이퍼의 온도를 항상 일정하게 유지할 수 있도록 하는 웨이퍼코팅용 고주파 유도가열장치에 관한 것이다.
본 출원에 따른 웨이퍼코팅용 가열장치는 유도가열 코일과, 지지수단과, 복수 개의 자심수단을 포함한다. 상기 유도가열 코일은 나선형으로 감겨서 형성된다. 상기 지지수단은 상기 유도가열 코일을 지지한다. 상기 자심수단은 상기 유도가열 코일의 자기장을 집속 시키기 위하여 상기 유도가열 코일의 하부에서 반경방향으로 배치되며, 복수 개가 원주방향을 따라 형성된다.
또한, 상기의 웨이퍼코팅용 가열장치에 있어서, 상기 자심수단은 상기 유도가열 코일의 내측에서부터 외측까지 위치하도록 막대형으로 형성되어 상기 유도가열 코일의 하부에 결합된 것이 바람직하다.
본 출원에 의하면, 반경방향으로 배열된 각각의 유도가열 코일과 웨이퍼 사이의 거리를 조절할 수 있으므로 유도가열 코일에서 웨이퍼로 전달되는 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 이로인하여 웬이퍼의 표면에 형성되는 코팅층을 균일하게 형성할 수 있다.

Description

웨이퍼코팅용 가열장치{Heating apparatus for coating wafer}
본 발명은 반도체의 웨이퍼코팅용 가열장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼의 표면에 균일한 코팅을 형성하기 위하여 웨이퍼의 온도를 항상 일정하게 유지할 수 있도록 하는 웨이퍼코팅용 고주파 유도가열장치에 관한 것이다.
통상적으로, 반도체 장치는 실리콘 웨이퍼 상에 전기적인 회로를 형성하는 팹(fabrication) 공정과, 상기 팹 공정에서 형성된 반도체 장치들의 전기적인 특성을 검사하는 공정과, 상기 반도체 장치들을 각각 에폭시 수지로 봉지하고 개별화시키기 위한 패키지 조립 공정을 통해 제조된다.
상기 팹 공정은 웨이퍼 상에 막을 형성하기 위한 증착 공정과, 상기 막을 평탄화하기 위한 화학적 및 기계적 연마 공정과, 상기 막 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위한 포토리소그래피 공정과, 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 상기 막을 전기적인 특성을 갖는 패턴으로 형성하기 위한 식각 공정과, 웨이퍼의 소정 영역에 특정 이온을 주입하기 위한 이온 주입 공정과, 웨이퍼 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정과, 상기 막 또는 패턴이 형성된 웨이퍼의 표면을 검사하기 위한 검사 공정 등을 포함한다.
상기와 같은 단위 공정들 중에서 포토리소그래피 공정은 웨이퍼 상에 포토레지스트 막을 형성하는 코팅 공정과, 상기 포토레지스트 막을 경화시키는 공정과, 웨이퍼 상에 형성된 포토레지스트 막을 원하는 포토레지스트 패턴으로 형성하기 위해 소정 부위를 제거하는 노광 공정 및 검사 공정 등을 포함한다.
한편, 상기의 포토레지스트 막을 형성하는 코팅 공정은 다음과 같이 진행된다. 먼저, 웨이퍼를 그랍바이트 상에 올려놓은 다음, 상기 웨이퍼 상의 중심 부위에 포토레지스트 용액(예를 들면, 수소가스와 암모니아 가스)을 공급하고, 상기 웨이퍼를 회전시킨다. 상기 웨이퍼의 회전력에 의해 웨이퍼 상의 중심 부위에 공급된 포토레지스트 용액은 웨이퍼의 에지 부위로 밀려나면서 웨이퍼 상에 전체적으로 균일하게 포토레지스트 막이 형성된다.
그러나 위와 같이 웨이퍼의 표면을 코팅 처리하기 위해서는 고주파 유도가열 코일을 사용하게 되는데, 이때 상기 유도가열 코일의 간격이 일정한 관계로 인해 웨이퍼의 표면에 코팅층이 불균일하게 형성되는 문제점이 있었다.
즉, 상기 고주파 유도가열 코일에서 열을 발산하게 되면 최외측부분과 중심부분에서는 외부공기의 접촉으로 인해 온도가 떨어지게 되고 이와 반대로 안쪽부분에서는 외부에서 전달되는 잠열에 의해 유도가열 코일에서 발산되는 온도보다 높게 형성되기 때문에 웨이퍼의 표면에 전달되는 온도가 불균일하게 된다. 이에 따라 상기 웨이퍼의 표면에 형성되는 코팅층은 불균일하게 형성될 뿐만 아니라 불량률이 높게 되고 품질이 떨어지는 단점이 있다.
이러한 단점을 극복하기 위해서 본 출원인이 출원한 공개특허 제10-2011-0103237호에서는 반경방향으로 내측에서 외측으로 갈수록 유도가열 코일의 간격이 넓어지다가 좁아지는 유도가열 코일을 개시하였다. 즉 내측과 외측에서는 간격은 좁은 반면, 내측과 외측 사이의 중간 부근에서의 간격이 넓은 유도가열 코일을 개시하였다. 그래서 유도가열 코일의 폭의 간격을 조절하여 유도가열 코일에서 웨이퍼로 열이 균일하게 전달되도록 하였다.
그러나 상기의 발명의 경우에도 유도가열 코일의 폭의 간격만을 조절해서 웨이퍼를 균일하게 가열하기에는 한계가 있다는 문제점이 있었다.
또한, 상기의 발명의 경우 유도가열 코일에서 발생되는 자기장이 웨이퍼로 집중되지 않고 유도가열 코일의 하부로 넓게 퍼져서 유도가열 코일에서 발생하는 열이 웨이퍼로 집중되지 아니하여 열효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
본 출원은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 출원은 웨이퍼와 유도가열 코일 간의 거리를 조절할 수 있어서 웨이퍼를 균일하게 가열할 수 있는 웨이퍼코팅용 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 출원은 유도가열 코일에서 발생하는 자기장이 웨이퍼로 집중되어 적은 전기의 공급으로도 웨이퍼를 가열할 수 있게 자기집중이 가능한 웨이퍼코팅용 가열장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 출원에 따른 웨이퍼코팅용 가열장치는 유도가열 코일과, 지지수단과, 복수 개의 자심수단을 포함한다. 상기 유도가열 코일은 나선형으로 감겨서 형성된다. 상기 지지수단은 상기 유도가열 코일을 지지한다. 상기 자심수단은 상기 유도가열 코일의 자기장을 집속 시키기 위하여 상기 유도가열 코일의 하부에서 반경방향으로 배치되며, 복수 개가 원주방향을 따라 형성된다.
또한, 상기의 웨이퍼코팅용 가열장치에 있어서, 상기 자심수단은 상기 유도가열 코일의 내측에서부터 외측까지 위치하도록 막대형으로 형성되어 상기 유도가열 코일의 하부에 결합된 것이 바람직하다.
또는 상기의 웨이퍼코팅용 가열장치에 있어서 상기 지지수단은 반경방향으로 배열된 각각의 유도가열 코일의 높이를 조절할 수 있는 것이 바람직하다.
이 경우 상기의 웨이퍼코팅용 가열장치에 있어서, 상기 지지수단은 복수의 지지척과, 고정지그와, 복수의 간격조절바를 구비하는 것이 바람직하다. 상기 복수의 지지바는 반경방향으로 배열된 각각의 유도가열 코일의 하부를 지지한다. 상기 고정지그는 상기 지지척의 하부에서 일정거리 이격하여 상기 유도가열 코일의 내측에서부터 외측까지 반경방향으로 배치된다. 상기 간격조절바는 일단은 상기 지지척에 나사결합하고 타단은 상기 고정지그에 나사결합하여 회전시켜서 상기 고정지그에서 상기 지지척의 거리를 조절할 수 있다.
또한, 상기의 웨이퍼코팅용 가열장치에 있어서, 상기 자심수단은 상기 지지척의 상부에 결합하여 상기 유도가열 코일이 상부가 개방되도록 상기 유도가열 코일을 감싸는 복수의 띠형 코어로 구성된 것이 바람직하다.
또한, 상기의 웨이퍼코팅용 가열장치에 있어서, 상기 유도가열 코일은 그 단면이 사각박스형이며, 반경방향으로 내측에서 외측으로 갈수록 유도가열 코일의 간격이 넓어지다가 좁아지는 것이 바람직하다.
본 출원에 의하면, 반경방향으로 배열된 각각의 유도가열 코일과 웨이퍼 사이의 거리를 조절할 수 있으므로 유도가열 코일에서 웨이퍼로 전달되는 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 이로 인하여 웨이퍼의 표면에 형성되는 코팅층을 균일하게 형성할 수 있다.
또한, 본 출원에 의하면, 유도가열 코일의 하부에 자심수단을 구비함으로 인하여 유도가열 코일에서 발생하는 자기장을 웨이퍼로 집중시킬 수 있다. 이로 인하여 유도가열 코일에 적은 전기를 공급하더라도 웨이퍼를 목표 온도로 가열할 수 있어서 전기의 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼코팅용 가열장치의 일 실시예의 평면도,
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 A-A방향 단면도,
도 3은 도 1에 되시된 실시예의 지지수단의 확대도,
도 4는 도 1에 도시된 실시예의 유도가열 코일의 사시도,
도 5는 도 1의 실시예에 의하여 간격조절이 된 유도가열 코일의 단면도,
도 6은 자심수단이 있는 경우와 없는 경우의 자기장 집속의 상태도,
도 7은 본 발명에 따른 웨이퍼코팅용 가열장치의 다른 실시예의 평면도,
도 8은 도 7에 도시된 실시예의 단면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼코팅용 가열장치의 일 실시예를 설명한다.
본 발명에 따른 웨이퍼코팅용 가열장치는 유도가열 코일(10)과, 지지수단(20)과, 자심수단(30)을 포함한다.
유도가열 코일(10)은 나선형으로 감긴다. 유도가열 코일(10)은 그랍바이트의 하부에 위치하여 그랍바이트의 상부에 안착된 웨이퍼를 가열시킨다. 이때 유도가열 코일(10)은 자기장을 발생시켜 그랍바이트로 2차 전류를 유도시켜 열을 발생시키므로 상부에 위치한 그랍바이트로 2차 전류를 많이 유도시키기 위해서는 그 단면이 사각박스형으로 형성되는 것이 바람직하다. 그리고 유도가열 코일(10)은 최외측과 내측이 외부로 노출되어 외부공기의 영향을 많이 받아서 온도가 내려가며, 외측과 내측의 사이 부분이 외부 공기의 영향을 적게 받는다. 그래서 웨이퍼를 균일하게 가열시키기 위하여 공개특허 제10-2011-0103237호에 도시된 바와 같이 유도가열 코일(10)은 외측과 내측은 유도가열 코일 사이의 간격이 좁고, 외측과 내측 사이의 중간 부분은 코일 사이의 간격이 넓은 것이 바람직하다. 그래서 유도가열 코일(10)은 내측에서 외측까지 유도가열 코일의 간격이 유도가열 코일의 간격이 넓어지다가 다시 좁아지는 것이 바람직하다.
지지수단(20)은 유도가열 코일(10)을 지지한다. 상기에서 설명한 바와 같이 유도가열 코일(10)은 외측은 외부로 노출되기 때문에 외부 공기의 영향을 많이 받아서 온도가 내려간다. 그래서 웨이퍼를 동일한 온도로 가열시키기 위하여 외측의 유도가열 코일(10)은 내측에 비하여 웨이퍼와 간격이 좁은 것이 바람직하다. 즉 외측의 유도가열 코일(10)의 높이가 내측에 비하여 높은 것이 바람직하다. 이를 위하여 지지수단(20)은 반경방향으로 배열된 각각의 유도가열 코일의 높이를 조절할 수 있게 형성된다. 그래서 본 실시예의 지지수단(20)은 복수의 지지척(21)과, 고정지그(23)와, 복수의 간격조절바(25)를 구비한다.
지지척(21)은 반경방향으로 배열된 각각의 유도가열 코일(10)의 하부에 위치하여 유도가열 코일(10)을 지지한다. 유도가열 코일(10)이 나선형으로 감겨있으므로 반경방향으로 복수 개가 구비된다. 그래서 지지척(21)도 반경방향으로 배치된 각각의 유도가열 코일(10)을 지지하기 위하여 복수 개가 필요하다.
고정지그(23)는 지지척(21)의 하부에서 일정한 거리 이격하여 유도가열 코일(10)의 내측에서부터 외측까지 위치하도록 반경방향으로 배치된다.
간격조절바(25)는 간격조절바(25)를 회전시키면 고정지그(23)와 지지척(21)의 거리를 조절할 수 있게 일단은 지지척(21)에 나사결합하고 타단은 고정지그(23)에 나사결합한다. 그래서 간격조절바(25)를 회전시키면 고정지그(23)와 지지척(21) 사이의 거리가 조절된다. 즉 유도가열 코일(10)과 웨이퍼(1) 사이의 간격이 조절된다. 반경방향으로 배열된 각각의 유도가열 코일(10)을 높이를 조절해야 하므로 각각의 지지척(21)에 결합되도록 복수 개의 간격조절바(25)가 필요하다.
지지수단(20)은 유도가열 코일(10)에 복수 개가 설치될 수 있다. 본 실시예의 경우 지지수단(20)은 유도가열 코일(10)에 원주방향을 따라 4개가 설치되어 반경방향을 따라 배치된 유도가열 코일(10)을 높낮이를 조절한다. 도 5는 지지수단(20)을 사용하여 유도가열 코일(10)의 높낮이를 조절한 실시예이다. 이 경우 유도가열 코일(10)의 외측은 상승하여 웨이퍼(1)와 간격이 좁으며, 내측으로 갈수록 웨이퍼(1)와 간격이 넓게 형성된다. 따라서 지지수단(20)에 의하여 유도가열 코일(10)과 웨이퍼(1) 사이의 거리를 조절할 수 있다. 또한 유도가열 코일(10)은 폭방향의 간격이 달리 형성됨으로, 웨이퍼(1)를 균일하게 가열시킬 수 있다.
자심수단(30)은 유도가열 코일(10)의 자기장을 집속시키는 역할을 한다. 이를 위하여 자심수단(30)은 'ㄷ'형태로된 복수 개의 띠형 코어로 구성되며, 각각은 지지척(21)의 상부에 결합되어서 유도가열 코일(10)을 그 상부가 개방되도록 감싼다. 그래서 유도가열 코일(10)은 자심수단(30)에 결합되고, 자심수단(30)은 지지척(21)에 고정되어, 지지수단(20)의 고정지그(23)가 회전하면 유도가열 코일(10)의 높낮이가 조절된다. 자심수단(30)은 지지수단(30)의 상부에 결합되어 유도가열 코일(10)에 장착되므로 본 실시예에서 지지수단(30)과 동일하게 원주방향을 따라 4개가 설치되었다.
도 6은 자심수단(30)이 구비된 경우와 구비되지 아니한 경우의 자기장의 집속상태도이다. 도 6의 (a)와 같이 자심수단이 구비되지 아니한 경우 자기장은 넓게 퍼져서 형성되지만 도 6의 (b)와 같이 자심수단이 구비될 경우 자기장은 좁게 집속된다. 그래서 전기의 효율을 높일 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명에 따른 웨이퍼코팅용 가열장치의 다른 실시예를 설명한다.
도 7 및 도 8에 도시된 웨이퍼코팅용 가열장치는 유도가열 코일(10)과, 지지수단(27)과, 자심수단(32)을 포함한다.
유도가열 코일(10)은 도 1에 도시된 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
지지수단(27)은 반경방향으로 배치되어 각각의 유도가열 코일(10)을 지지하며, 원주방향을 따라 복수 개가 배치된다. 본 실시예의 경우 원주방향을 따라 4개의 지지수단(27)이 배치되었다. 도 1에 도시된 실시예의 경우 높이조절이 가능하였지만 도 7 및 도 8에 도시된 실시예의 경우 지지수단(27)은 높이조절은 되지 아니하며 단지 유도가열 코일(10)을 지지하고 있다.
자심수단(32)은 유도가열 코일(10)의 내측에서부터 외측까지 위치하도록 막대형으로 형성되어 유도가열 코일(10)의 하부에 결합된다. 그리고 자심수단(32)은 원주방향을 따라 복수 개가 배치될 수 있다. 본 실시예의 경우 자심수단(32)은 원주방향을 따라 8개의 자심수단(32)이 배치되었다. 자심수단(32)이 배치됨으로 자기장을 집속시켜서 전기의 효율은 높일 수가 있다.
10 : 유도가열 코일 20 : 지지수단
21 : 지지척 23 : 고정지그
25 : 간격조절바 27 : 지지수단
30, 32 : 자심수단 1 : 웨이퍼

Claims (6)

  1. 나선형으로 감긴 유도가열 코일과,
    반경방향으로 배열된 상기 유도가열 코일의 각각의 높이를 조절할 수 있도록 각각의 상기 유도가열 코일을 지지하는 지지수단과,
    상기 유도가열 코일의 자기장을 집속 시키기 위하여 반경방향으로 배열된 각각의 상기 유도가열 코일의 상부가 개방되도록 상기 각각의 유도가열 코일을 감싸도록 반경방향으로 배치되어 원주방향을 따라 복수 개 구비된 자심수단을 포함하는 웨이퍼코팅용 가열장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지수단은
    반경방향으로 배열된 각각의 유도가열 코일의 하부를 지지하는 복수의 지지척과,
    상기 지지척의 하부에서 일정거리 이격하여 상기 유도가열 코일의 내측에서부터 외측까지 반경방향으로 배치된 고정지그와,
    일단은 상기 지지척에 나사결합하고 타단은 상기 고정지그에 나사결합하여 회전시켜서 상기 고정지그에서 상기 지지척의 거리를 조절할 수 있는 복수의 간격조절바를 구비하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼코팅용 가열장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 자심수단은 상기 지지척의 상부에 결합하여 상기 유도가열 코일을 감싸는 것을 특징으로 하는 웨이퍼코팅용 가열장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유도가열 코일은 그 단면이 사각박스형이며, 반경방향으로 내측에서 외측으로 갈수록 유도가열 코일의 간격이 넓어지다가 좁아지는 것을 특징으로 하는 웨이퍼코팅용 가열장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
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