KR101529458B1 - 포토레지스트 베이크 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포토레지스트 베이크 장치에 관한 것으로, 상기 장치는 포토레지스트의 베이크 공정이 이루어지는 베이크 챔버와; 상기 베이크 챔버의 저면에 배치되며, 웨이퍼의 저면으로 열에너지를 공급하는 히트 플레이트; 및 상기 히트 플레이트의 상부에 이격 배치되며, 상기 웨이퍼의 상면으로 열에너지를 공급하도록 열선이 내장된 커버 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 특히 포토레지스트 패턴을 경화하기 위한 포토레지스트 베이크 장치에 관한 것이다.
포토리소그래피(photolithography) 공정은 반도체 소자 제조과정에서 광학적인 방법으로 소자 또는 회로의 패턴을 형성하는 공정이다. 이러한 포토리소그래피 공정은 우선 웨이퍼 상의 패턴형성하고자 하는 부분 위에 포토레지스트를 도포한 다음 일정 패턴의 포토마스크를 통해 도포된 포토레지스트를 노광한 후, 현상을 통해 광화학반응을 일으키지 않은 부분 또는 광화학반응을 일으킨 부분만을 제거하여 포토마스크와 동일한 패턴 또는 반대되는 패턴을 형성하는 과정으로 이루어진다.
이와 같은 포토리소그래피 공정에서 코팅된 포토레지스트를 경화하기 위해서는 소프트 및 하드 베이크 과정을 거쳐야하며, 이러한 베이크 과정은 베이크 장치에서 이루어진다.
도 1 및 도 2는 종래기술에 따른 베이크 장치의 구성을 나타낸 단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 베이크 챔버(1)의 저면에는 히터 블록(2)이 배치되어 있고, 히터 블록(2)에는 온도조절기(4)가 연결되어 있다. 또한, 히터 블록(2)에는 지지핀(3)이 배치되어 있다.
전술한 구성을 갖는 베이크 장치에서, 노광 및 현상 공정이 실시된 반도체 기판(W)을 지지핀(3) 상에 안치시키면 도 2에서와 같이 지지핀(3)이 히터 블록(2) 내부로 수용되고, 따라서 반도체 기판(W)은 히터 블록(2) 표면에 안치된다. 이러한 상태에서, 베이크 챔버(1) 내부의 온도를 상승시켜 패터닝된 포토레지스트를 경화하게 된다. 특히, 노광 및 현상 공정을 통해 형성된 포토레지스트 패턴에는 상호간섭효과에 의해 스탠딩 웨이브(standing wave) 현상이 발생되는데, 이 스탠딩 웨이브 현상이 베이크 공정을 통해 제거된다.
한편, 포토레지스트에 미세 패턴을 형성하는데 있어서 궁극적인 요소는 스탠딩 웨이브 현상이다. 따라서 베이크 공정을 통해서 스탠딩 웨이브 현상을 완벽하게 제거해야 한다.
그런데, 전술한 종래의 베이크 오븐은 상온 상태인 반도체 기판이 고온의 히터 블록에 직접 맞대어지고 움직이지 않는 상태에서 베이크 공정을 실시하도록 되어 있다. 이로 인해 반도체 기판에 열적 반응이 급격히 일어나고 열에너지가 균일하게 반도체 기판 전체에 분포되지 못하게 한다.
이로 인해 베이크 공정 후에도 스탠딩 웨이브 현상이 완벽하게 제거되지 않게 됨으로써 변형된 패턴이 식각공정을 통해 반도체 기판에 그대로 구현되는 심각한 문제점이 있다.
뿐만 아니라 히터 블록의 열선이 하부 척(chuck) 부분에 위치하고 있어 베이크 공정 후 도 3에 도시된 바와 같이 웨이퍼가 휘어지는 워페지(warpage) 현상이 초래되고, 두꺼운 포토레지스트를 균일하게 베이크 하기 어렵고 시간이 많이 소요되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 일반적인 목적은 종래 기술에서의 한계와 단점에 의해 발생되는 다양한 문제점을 실질적으로 보완할 수 있는 포토레지스트 베이크 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 보다 구체적인 다른 목적은 웨이퍼의 워페지를 최소화할 수 있는 포토레지스트 베이크 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 보다 구체적인 다른 목적은 베이크 시간을 단축할 수 있는 포토레지스트 베이크 장치를 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 베이크 장치는 포토레지스트의 베이크 공정이 이루어지는 베이크 챔버와; 상기 베이크 챔버의 저면에 배치되며, 웨이퍼의 저면으로 열에너지를 공급하는 히트 플레이트; 및 상기 히트 플레이트의 상부에 이격 배치되며, 상기 웨이퍼의 상면으로 열에너지를 공급하도록 열선이 내장된 커버 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 베이크 장치에서, 상기 커버 플레이트는 상기 히트 플레이트와의 이격 거리를 조정하도록 상하(화살표) 방향으로 이동 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 베이크 장치에서, 상기 커버 플레이트가 기 설정된 위치로 내려오면 더 이상 내려오지 않도록 상기 커버 플레이트의 이동을 제어하는 높이조절 센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 베이크 장치에서, 상기 커버 플레이트를 이동시키기 위한 스태핑 모터(Steeping Moter) 또는 유압 모터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 베이크 장치에서, 상기 히트 플레이트를 회전시키도록 상기 베이크 챔버의 저면에 배치되는 회전축을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 포토레지스트 베이크 장치에 의하면, 포토레지스트 베이크 시 웨이퍼의 저면에서 뿐만 아니라 웨이퍼의 상면에서도 열에너지가 공급되도록 함으로써 웨이퍼 일면(배면)으로의 급격한 열전달을 방지하고 웨이퍼 전면에 열에너지가 골고루 전달되도록 함으로써 웨이퍼의 워페지를 감소시키고 안정적으로 포토레지스트 베이크 공정을 진행할 수 있다.
또한, 히트 플레이트와 커버 플레이트의 간격을 조절함으로써 베이크 시간을 단축하고 포토레지스트의 균일성(uniformity)을 개선할 수 있다.
도 1은 종래기술에 따른 베이크 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래기술에 따른 베이크 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 종래기술에 따른 베이크 장치에 의한 베이크 후 웨이퍼에 워페지(warpage) 현상이 초래됨을 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 베이크 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 베이크 장치를 이용한 포토리소그래피 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 종래기술에 따른 베이크 장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3은 종래기술에 따른 베이크 장치에 의한 베이크 후 웨이퍼에 워페지(warpage) 현상이 초래됨을 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 베이크 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 베이크 장치를 이용한 포토리소그래피 공정을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자의 의도 또는 판례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 베이크 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 4 참조하면, 본 실시예에 따른 포토레지스트 베이크 장치(100)는 베이크 챔버(110)와, 회전축(120)과, 히트 플레이트(130)와, 커버 플레이트(140)와, 구동 모터(150) 및 높이조절 센서(160)를 포함한다.
상기 회전축(120)은 베이크 챔버(110)의 저면 중앙에 설치되며, 모터와 같은 구동수단에 연결되어 있다.
상기 히트 플레이트(130)는 그 상면에 웨이퍼가 탑재되며, 웨이퍼(W) 저면에서 열에너지를 공급하기 위한 것으로, 회전축(120) 상에 설치되어 회전축(120)에 의해 회전된다. 여기서, 히트 플레이트(130)는 회전축(120) 상에 설치되지 않고 베이크 챔버(110) 상에 설치될 수도 있다.
상기 커버 플레이트(140)는 웨이퍼(W) 상면에서 열에너지를 공급하기 위한 것으로, 복수의 열선(145)이 내장되어 있다. 상기 커버 플레이트(140)는 구동모터(150)에 의해 상하(화살표) 방향으로 이동 가능하다.
상기 구동모터(150)는 커버 플레이트(140)를 상하 방향으로 이동시키기 위한 것으로, 스태핑 모터(Steeping Moter) 또는 유압 모터로 구현 가능하다.
상기 높이조절 센서(160)는 커버 플레이트(140)가 아래쪽으로 이동 시 웨이퍼와 접촉되는 것을 방지하기 위한 것으로, 커버 플레이트(140)가 기설정된 높이(위치)로 내려오면 이를 감지하여 커버 플레이트(140)가 더 이상(기설정된 높이 아래로) 내려오지 않도록 구동모터(150)로 감지신호(센싱신호)를 전송하여 구동모터(150)의 구동을 제어한다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 베이크 장치의 동작을 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 포토레지스트 베이크 장치를 이용한 포토리소그래피 공정을 설명하기 위한 흐름도로서, 먼저, 웨이퍼 표면처리 과정(S510)으로, 웨이퍼 표면에 HMDS(HexaMethyDiSilazane)와 같은 Silazane 가스 분사를 통해 Si-O-H 형태의 친수성인 웨이퍼 표면을 소수성으로 바꾸어주어 웨이퍼와 감광제의 접착력을 향상시킨다. 패턴이 미세해질수록 수용성 알칼리 현상액(developer)에 대한 용해속도 차이를 증대시키기 위하여 포토레지스트를 점점 더 소수성으로 개발하는 경우가 많아지므로 극성 반발로 인한 코팅 불량을 방지하기 위해 HMDS 처리는 필수공정이라 할 수 있다.
HMDS 처리 후, 스핀 코팅 방식을 이용하여 감광제(포토레지스트액)를 도포(코팅)한다(S520). 코팅의 일반적인 순서는 저속회전 상태에서 감광제를 뿌린 후 특정 회전수까지 가속한 후 고속으로 회전시켜 포토레지스트를 원하는 두께로 조절하며 최종 단계에 저속회전으로 포토레지스트 주변의 잔여물을 제거하게 된다.
코팅공정 후에는 감광제에 남아있는 유기 용매를 제거하기 위하여 웨이퍼를 베이크 챔버로 반입시켜 히트 플레이트(130) 위에 올린 다음 낮은 온도에서 소프트 베이크를 실시한다(S530). 잔류 용매로 인한 노광설비 및 마스크 오염을 방지하고 포토레지스트 반응 특성을 일정하게 유지하기 위함인데 일반적으로 90 내지 110℃ 정도로 가열하여 용매를 제거하고 포토레지스트의 밀도를 높여서 환경 변화에 대한 민감도를 줄이게 된다. 소프트 베이크 시 커버 플레이트가 상하 방향으로 이동하여 웨이퍼 저면 뿐만 아니라 상면에도 열에너지가 골고루 전달될 수 있다.
소프트 베이크 후에는 웨이퍼와 마스크를 정밀하게 정렬하고 노광 공정을 진행한다(S540).
노광이 끝나면 또 한번 베이크를 실시하는데 노광 후 베이크(post exposure bake)(S550)는 감광제의 확산을 통한 패턴 형성에 매우 중요한 과정이다. 특히 193nm 파장을 이용한 ArF 포토레지스트의 경우 화학 증폭형 감광제(CAR: chemical amplified resist)를 사용하는 경우가 많은데, 이 경우 PEB 과정을 통해 화학 증폭 반응이 일어나므로 PEB 온도가 포토레지스트의 감도에 미치는 영향이 매우 크다.
노광과 베이크가 끝난 포토레지스트는 일반적인 사진형상과 마찬가지로 현상과정을 거친다(S560). 일반적인 감광제의 현상액은 대부분 수용성 알칼리 용액을 사용하고 있으며 주 원료로는 KOH와 TMAH(TetraMethyl-Ammonium-Hydroxide) 수용액을 사용하고 있다. 일반적인 경우 현상 시간은 약 60초 정도이나 감광제의 두께가 낮아지면 현상시간을 줄이는 것이 유리하며, 최근의 ArF 에멀젼 리소그래피(immersion lithography) 기술로 구현하는 미세 패턴의 경우 약 100nm 두께의 포토레지스트가 사용되기도 하며 약 10초 정도의 짧은 현상시간을 갖는다. 실험실 수준에서는 주로 큰 통에 현상액을 담고 웨이퍼를 넣어서 흔들어주는 딥(dip) 방식이 사용되기도 하지만 실제 양산에서는 공정 조절 능력이 좋은 퍼들(puddle) 방식이 사용된다. 퍼들 방식은 현상 초기에 느린 속도로 웨이퍼를 스핀하며 약간의 현상액을 뿌려 현상 초기에 제거된 부위를 씻어낸 후 정지상태에서 웨이퍼 위에 현상액을 표면장력으로 잡아서 현상하는 방식이며, 현상액의 소모량이 적고 균일성(uniformity)이 우수한 특성을 보인다.
현상이 끝나면 현상액을 제거하고 필요에 따라 마지막으로 하드 베이크를 수행한다(S570). 우선은 탈이온수(DI water)로 감광제를 충분히 린스하여 잔여 감광제를 제거한 후 건조하며, 이후 감광제의 변형이 일어나지 않도록 포토레지스트의 유리질 천이온도보다 조금 높은 온도에서 베이크를 실시한다. 하드 베이크 시에도 커버 플레이트가 상하 방향으로 이동하여 웨이퍼 저면 뿐만 아니라 상면에도 열에너지가 골고루 전달될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 베이크 챔버 내의 웨이퍼에 웨이퍼 저면에서 뿐만 아니라 상면에서도 열에너지를 전달받게 되어 웨이퍼 전체에 열에너지가 균일하게 제공될 수 있다.
이에 따라 포토레지스트 패턴의 스탠딩 웨이브가 제거되고, 베이크 시간을 단축할 수 있다.
또한, 포토레지스트의 두께가 두꺼운 경우에도 포토레지스트 패턴의 균일성(uniformity)을 개선할 수 있다.
한편, 본 발명의 상세한 설명 및 첨부도면에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였으나, 본 발명은 개시된 실시예에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 따라서, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들을 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 포토레지스트 베이크 장치 110 : 베이크 챔버
120 : 회전축 130 : 히트 플레이트
140 : 커버 플레이트 150 : 구동모터
160 : 높이조절 센서
120 : 회전축 130 : 히트 플레이트
140 : 커버 플레이트 150 : 구동모터
160 : 높이조절 센서
Claims (5)
- 포토레지스트의 베이크 공정이 이루어지는 베이크 챔버와;
상기 베이크 챔버의 저면에 배치되며, 웨이퍼의 저면으로 열에너지를 공급하는 히트 플레이트와;
상기 히트 플레이트의 상부에 이격 배치되며, 상기 웨이퍼의 상면으로 열에너지를 공급하도록 열선이 내장되고, 상기 히트 플레이트와의 이격 거리를 조정하도록 상하 방향으로 이동 가능한 커버 플레이트와;
상기 커버 플레이트를 상하 방향으로 이동시키는 구동모터; 및
상기 커버 플레이터의 위치를 감지하여 상기 구동모터로 감지신호를 전송함으로써 상기 커버 플레이트가 기 설정된 높이 아래로 내려오지 않도록 상기 구동모터의 구동을 제어하는 높이조절 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 베이크 장치.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 구동모터는 스태핑 모터(Steeping Moter) 또는 유압 모터인 것을 특징으로 하는 포토레지스트 베이크 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 히트 플레이트를 회전시키도록 상기 베이크 챔버의 저면에 배치되는 회전축을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포토레지스트 베이크 장치.
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