KR20000027361A - 웨이퍼 냉각장치 및 그를 이용한 냉각방법 - Google Patents

Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야

웨이퍼 냉각장치 및 그를 이용한 냉각방법

2. 발명이 해결하려고 하는 기술적 요지

본 발명은 웨이퍼를 2차례에 걸쳐 서냉시켜 웨이퍼의 표면에 잔류되는 용제를 제거하고, 상기 웨이퍼의 가장자리에 생성되는 전단응력을 제거하므로써, 층간 패턴 중첩도의 정확성을 향상시켜 공정 마진을 확보하고, 공정 안정화를 얻을 수 있는 웨이퍼 냉각장치 및 그를 이용한 냉각방법을 제공함에 그 목적이 있다.

3. 발명의 해결방법의 요지

본 발명은 감광막의 유리전이온도보다 소정온도만큼 낮은 온도로 상기 웨이퍼를 1차냉각시키는 1차냉각수단; 상기 1차냉각수단에 착탈가능하도록 설치되어 상기 1차냉각된 웨이퍼를 상온으로 다시 2차냉각시키는 2차냉각수단; 상기 1차 및 2차냉각수단의 온도를 소정온도로 제어하는 온도제어부; 및 상기 1차 및 2차냉각수단의 소정위치에 각각 장착되어, 상기 온도제어부에 온도제어신호를 전달하는 감지수단을 포함하는 웨이퍼 냉각장치를 제공한다.

4. 발명의 중요한 용도

본 발명은 소프트 베이크된 웨이퍼를 서냉시키는 것임.

Description

웨이퍼 냉각장치 및 그를 이용한 냉각방법

본 발명은 반도체 제조공정에서 버퍼 냉각챔버를 이용하여 웨이퍼를 냉각시키는 장치 및 그를 이용한 냉각방법에 관한 것으로, 특히 사진식각공정의 감광막 도포 과정에서 생기는 전단응력을 제거하여 각 층간의 패턴 중첩도를 향상시키는 웨이퍼 냉각장치 및 그를 이용한 냉각방법에 관한 것이다.

일반적으로, 사진식각공정은 웨이퍼를 세척하는 단계, 상기 웨이퍼의 표면처리 단계, 상기 웨이퍼를 회전시키면서 감광막을 도포시키는 단계, 상기 웨이퍼를 소정온도로 가열하는 소프트 베이크단계, 상기 소프트 베이크된 웨이퍼를 노광시키는 단계, 상기 노광된 웨이퍼를 다시 가열하는 포스트 베이크단계, 상기 웨이퍼에 감광막의 미세패턴이 형성되도록 현상시키는 단계, 상기 현상된 웨이퍼를 다시 가열시키는 단계 및 식각단계의 순서로 이루어진다.

여기서, 상기 소프트 베이크단계는 감광막의 도포 후에 남아있는 용제를 제거하고, 회전시 발생되는 강력한 원심력에 의해 웨이퍼의 가장자리에 발생된 노블락 수지(novolac resin)의 전단응력을 제거하기 위해 웨이퍼를 80∼110℃로 가열시키는 단계이다.

한편, 상기 베이크 단계가 수행된 후에는, 가열된 웨이퍼를 냉각시키기 위해 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 외부의 온도제어부(1)에 의해 상온상태(약 23℃)로 제어되는 냉각판(2)이 구비된 냉각챔버(3)의 지지핀(4) 상에 웨이퍼(10)를 별도의 처리없이 이동시킨 다음, 상기 지지핀(4)을 제거하여 상기 웨이퍼(10)를 냉각판(2)과 접촉시켜 냉각시켰다. 그러나, 상기와 같은 직접접촉시 단일 급속냉각방식은 냉각판내의 온도 구배분포, 냉각속도 및 냉각능력 등에 영향을 받아 웨이퍼 내의 편차가 발생되었다. 즉, 상기한 장치를 이용하여 냉각시키는 방법은, 이종 노광장비를 이용하여 절연층을 정렬시키므로써, 폴리 층 1을 노광하는 경우 층간 중첩도의 표준편차가 70∼85㎚정도로 더 이상 보정이 불가능한 상태로 진행되었다.

그러나, 상기 층간 중첩도의 표준편차는 가열된 웨이퍼를 냉각시키는 방법에 따라, 실험에 의해, 30∼60㎚로 보정됨을 알게 되었다.

이에 따라, 냉각챔버를 분할하거나, 설정 냉각온도를 조정하거나, 냉각시간을 연장조정하는 등의 방법을 사용하였으나, 이러한 방법 역시 작업자가 요구하는 개선효과는 미비하고, 장비의 상태에 따라 공정이 불안정하므로, 노광시 중첩도(overlay) 보정값으로도 보정되지 않는 잔류인자가 존재하여 공정 마진(margin)이 감소되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 소프트 베이크된 웨이퍼를 그의 온도와 상온 사이의 중간온도로 1차 냉각하고, 다시 상온으로 2차 냉각시키도록 구현하여, 웨이퍼의 표면에 잔류되는 용제를 제거하고, 상기 웨이퍼의 가장자리에 생성되는 전단응력을 제거하므로써, 층간 패턴 중첩도의 정확성을 향상시켜 공정 마진을 확보하고, 공정 안정화를 얻을 수 있는 웨이퍼 냉각장치 및 그를 이용한 냉각방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도1은 종래 기술에 따른 웨이퍼 냉각장치의 구성도

도2는 종래의 웨이퍼 냉각장치를 이용한 냉각방법을 나타낸 사용상태도.

도3은 본 발명에 따른 웨이퍼 냉각장치를 나타낸 구성도.

도4 및 도5는 본 발명의 웨이퍼 냉각장치를 이용한 냉각방법을 나타낸 사용상태도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 웨이퍼 20 : 상부냉각커버

30 : 하부냉각커버 40 : 냉각챔버

50 : 승강모터 60 : 온도제어부

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 감광막의 유리전이온도보다 소정온도만큼 낮은 온도로 상기 웨이퍼를 1차냉각시키는 1차냉각수단; 상기 1차냉각수단에 착탈가능하도록 설치되어 상기 1차냉각된 웨이퍼를 상온으로 다시 2차냉각시키는 2차냉각수단; 상기 1차 및 2차냉각수단의 온도를 소정온도로 제어하는 온도제어부; 및 상기 1차 및 2차냉각수단의 소정위치에 각각 장착되어, 상기 온도제어부에 온도제어신호를 전달하는 감지수단을 포함하는 웨이퍼 냉각장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 냉각챔버의 상부 및 하부냉각커버를 소정온도로 조절하되, 상기 상부냉각커버의 온도를 하부냉각커버의 온도보다 높게 조절하는 제1단계; 상기 냉각챔버에 소프트 베이크된 웨이퍼를 인입시키므로써, 상기 웨이퍼가 상부냉각커버에 의해 1차로 냉각되도록 하는 제2단계; 및 상기 하부냉각커버의 하부냉각판에 상기 웨이퍼를 접촉시키므로써, 상기 웨이퍼를 2차로 냉각시키는 제3단계를 포함하는 웨이퍼의 냉각방법을 더 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 웨이퍼 냉각장치는 소프트 베이크 단계에서 소정온도로 가열된 웨이퍼를 2단계에 걸쳐 서냉시키므로써, 웨이퍼의 변형을 방지하도록 구현한 것으로, 도3 내지 도5에 도시된 바와 같이, 가열된 웨이퍼(10)와 상온(약 23℃정도) 사이의 중간온도로 상기 웨이퍼(10)를 1차냉각시키는 상부냉각커버(20)와, 상온상태로 상기 웨이퍼(10)를 2차냉각시키는 하부냉각커버(30)로 분리되는 냉각챔버(40)를 구비한다.

여기서, 상기 상부냉각커버(20)의 내벽면에는 상부냉각판(21)이 장착된다. 그리고, 상기 상부냉각커버(20)의 상측에는 배기라인(22)이 설치되어, 냉각시, 휘발되는 웨이퍼(10)의 잔류용제가 외부로 배출되도록 안내한다. 한편, 상기 상부냉각판(21)의 일측부에는 그의 온도를 감지하는 센서(23)가 장착되며, 상기 센서(23)는 그에 감지된 상부냉각판(21)의 온도를 냉각챔버(40) 외부의 온도제어부(60)에 전달한다. 이에 따라, 상기 상부냉각판(21)는 온도제어부(60)에 의해 제어되어, 상기 상부냉각커버(20)의 내부공기를 웨이퍼(10) 상에 도포된 감광막의 유리전이온도보다 약 20∼30℃정도 되도록 유지시킨다. 따라서, 상기 웨이퍼(10)는 상부냉각커버(20)에 의해 비접촉식 공냉방식으로 1차냉각되는 것이다.

여기서, 상기 온도제어부(60)에 의한 상부냉각판(21)의 온도제어는 상기 상부냉각커버(20)의 소정위치에 구비된 가열스위치(도시되지 않음)를 온-오프(on-off)구동시키므로써 이루어진다.

그리고, 상기 하부냉각커버(30)는 그의 일측에 설치된 승강모터(50)의 구동에 의해 상하로 이동되며, 이에 따라 상부냉각커버(20)와 하부냉각커버(30)는 결합 또는 분리된다.

또한, 상기 하부냉각커버(30)의 내측 바닥면에는 하부냉각판(31)이 장착되고, 상기 하부냉각판(31)의 상면에는 다수의 지지핀(32)이 착탈가능하도록 장착된다. 여기서, 상기 지지핀(32)은 웨이퍼(10)를 하부냉각판(31)으로부터 소정간격만큼 이격되도록 지지하므로써, 1차 냉각시 웨이퍼(10)가 상부냉각커버(20)의 내부온도에 의해 공냉되도록한다.

한편, 상기 하부냉각판(31)의 내측에는 그를 상온상태로 유지시키는 냉각수가 수용된다. 또한, 상기 하부냉각판(31)의 일측부에는 그의 온도를 감지하는 센서(33)가 장착되며, 상기 센서(33)는 그에 감지된 하부냉각판(31)의 온도를 온도제어부(60)에 전달한다. 이에 따라, 상기 하부냉각판(31)은 온도제어부(60)에 의해 항상 상온(약23℃)상태로 유지되며, 상기 웨이퍼(10)의 냉각시에는 지지핀(32)을 제거하여, 웨이퍼(10)가 하부냉각판(31)와 직접접촉하여 2차 냉각되도록한다.

그러면, 첨부된 도3 내지 도5를 참조하여 상기와 같이 구성된 본 발명의 장치를 이용한 웨이퍼의 냉각방법에 대하여 설명한다.

도3에 도시된 바와 같이, 먼저, 온도감지 센서(23, 33)가 상부 및 하부냉각판(21, 31)의 온도를 감지하고, 그 감지신호를 외부의 온도제어부(60)에 전송하면, 상기 온도제어부(60)는 상부냉각판(21)을 감광막의 유리전이온도보다 약 20∼30℃정도 낮은 온도로 세팅시키고, 하부냉각판(31)을 상온으로 세팅시킨다.

이어, 소프트 베이크 공정을 거치면서 약 80∼110℃정도로 가열된 웨이퍼(10)를 하부냉각커버(31)의 지지핀(32) 상에 올려놓고, 냉각챔버(40)를 밀봉시킨다. 이때, 상기 웨이퍼(10)는 그에 잔류되어 있는 용제가 휘발되면서 서서히 1차냉각된다. 그리고, 상기 1차냉각이 완료된 후에는, 상부냉각커버(20)의 가열스위치 전원을 끄고, 배기라인(22)을 통해 휘발되는 잔류가스를 방출시키면서 냉각챔버(40) 내의 온도를 서서히 낮춘다.

다음으로, 도4및 도5에 도시된 바와 같이, 냉각챔버(40)가 개방되도록 상기 승강모터(50)를 구동시켜 하부냉각커버(30)를 하강시키고, 이어 지지핀(32)을 제거하여 웨이퍼(10)를 상온으로 세팅되어 있는 하부냉각판(31)에 접촉시키므로써, 상기 웨이퍼(10)를 상온까지 2차 냉각시킨다.

한편, 상기와 같이 구성되어 이용되는 냉각챔버는, 스핀 온 글래스(spin on glass) 도포 공정 후에 크랙(crack) 방지를 위해 가열된 웨이퍼를 서냉시키거나, 스핀 온 글래스 도포 공정 후에, 박막 균일성 개선시키기 위해 스핀 온 글래스 도포 장비에 적용하여 사용하는 것이 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 열처리 과정에서 발생되는 전단응력을 감소시켜, 각 다이간의 중첩도 표준편차를 감소시키고, 기준 층인 절연 마스크 작업에 적용하여 후속 층과의 중첩도 마진을 증가시켜 공정 마진을 확보하므로써, 생산수율을 높이는 효과가 있다.

또한, 소프트 베이크 공정에서 완전하게 제거하지 못한 미량의 잔류 용제를 유리전이온도 이하의 온도에서 냉각하는 과정을 통해 추가로 제거하는데 다른 효과가 있다.

또한, 베이크시 제거된 전단 응력이 온도 편차가 있는 냉각판 위에서 급속 냉각되므로써, 추가 응력이 생성되는 중첩도 잔류 오차를 상쇄시켜 소프트 베이크의 효과를 상승시키는데 또 다른 효과가 있다.

또한, 감광막의 회전 도포시 냉각챔버 내의 온도 편차 및 세팅 에러 발생등으로 인해 발생하던 장비의 오차를 제거하여 소정시간내에 가공되는 원료의 양을 증가시키고 공정안정화를 기할 수 있는데 또 다른 효과가 있다.

Claims (7)

1. 감광막의 유리전이온도보다 소정온도만큼 낮은 온도로 상기 웨이퍼를 1차냉각시키는 1차냉각수단;

   상기 1차냉각수단에 착탈가능하도록 설치되어 상기 1차냉각된 웨이퍼를 상온으로 다시 2차냉각시키는 2차냉각수단;

   상기 1차 및 2차냉각수단의 온도를 소정온도로 제어하는 온도제어부; 및

   상기 1차 및 2차냉각수단의 소정위치에 각각 장착되어, 상기 온도제어부에 온도제어신호를 전달하는 감지수단

   을 포함하는 웨이퍼 냉각장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 2차냉각수단의 소정위치에 장착되며, 상기 웨이퍼가 1차냉각되는동안 공냉되도록 상기 웨이퍼를 지지하는 다수의 지지부재를 더 포함하는 웨이퍼 냉각장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 1차냉각수단이,

   내부에 소정공간이 형성된 상부냉각커버와,

   상기 상부냉각커버의 내벽면에 장착되며, 상기 상부냉각커버의 내부공간을 상기 온도제어부에 의해 제어되는 온도로 유지시켜, 상기 웨이퍼를 공냉시키는 상부냉각판과,

   상기 1차냉각시 휘발되는 웨이퍼 상의 용제를 외부로 배출시키는 배기수단을 포함하는 웨이퍼 냉각장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 2차냉각수단이,

   상부에 소정공간이 형성된 하부냉각커버와,

   상기 하부냉각커버의 소정공간에 장착되며, 상기 웨이퍼와 접촉하므로써 그를 냉각시키는 하부냉각판을 포함하는 웨이퍼 냉각장치.
5. 냉각챔버의 상부 및 하부냉각커버를 소정온도로 조절하되, 상기 상부냉각커버의 온도를 하부냉각커버의 온도보다 높게 조절하는 제1단계;

   상기 냉각챔버에 소프트 베이크된 웨이퍼를 인입시키므로써, 상기 웨이퍼가 상부냉각커버에 의해 1차로 냉각되도록 하는 제2단계; 및

   상기 하부냉각커버의 하부냉각판에 상기 웨이퍼를 접촉시키므로써, 상기 웨이퍼를 2차로 냉각시키는 제3단계

   를 포함하는 웨이퍼의 냉각방법.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제2단계가,

   상기 상부냉각커버의 내부온도로 웨이퍼의 잔류용제를 휘발시키면서 상기 웨이퍼를 서냉시키는 과정을 포함하는 웨이퍼의 냉각방법.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 제3단계가,

   상기 하부냉각커버를 하방향으로 이동시키므로써, 상기 상부냉각커버로부터 상기 하부냉각커버를 이탈시키는 과정을 포함하는 웨이퍼의 냉각방법.