KR200243530Y1 - 반도체 웨이퍼의 베이크장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 반도체 웨이퍼의 베이크장치에 관한 것으로, 챔버(10) 내에 설치되어 일정온도로 웨이퍼(W)를 베이크하기 위한 핫플레이트(12)를 구비하여 된 반도체 웨이퍼의 베이크장치를 구성함에 있어서, 상기 챔버(10)의 상부에 마련되어 개폐가능한 것으로 상기 핫플레이트(12)의 상면과 10㎜ 이내의 간격을 유지하도록 조절가능하며 상기 핫플레이트(12)의 전체를 덮는 내측커버(13b)와, 상기 내측커버(13b)를 수용함으로써 상기 핫플레이트(12)의 표면과 내측커버(13b) 사이의 공간을 일정한 온도로 유지시키는 외측커버(13a)를 가지는 이중구조의 커버부재(13);를 구비하며, 상기 핫플레이트(12)에는 가장자리부에서 중심부쪽으로 갈수록 간격이 순차적으로 넓어지는 원형상의 열선(12c)이 수용되어 있어 미세한 오차에 의해 웨이퍼의 온도 균일성이 유지되도록 하여 반도체 소자의 수율을 높일 수 있는 반도체 웨이퍼의 베이크장치를 제공한다.

Description

반도체 웨이퍼의 베이크장치{Bake apparatus for semiconductive wafer}

본 고안은 미세한 오차에 의해 웨이퍼의 온도 균일성이 유지되도록 하여 반도체 소자의 수율을 높일 수 있는 반도체 웨이퍼의 베이크장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체 소자는 이온주입 공정, 막 증착 공정, 확산공정, 사진공정, 식각공정 등과 같은 다수의 공정들을 거쳐제조된다. 이러한 공정들 중에서, 원하는 패턴을 형성하기 위한 사진공정은 반도체 소자 제조에 필수적으로 요구되는 공정이다.

사진공정은 식각이나 이온주입이 될 부위와 보호될 부위를 선택적으로 정의하기 위해 마스크나 레티클의 패턴을 웨이퍼 위에 만드는 것으로 크게, 웨이퍼 상에 포토레지스트를 떨어뜨린 후 고속으로 회전시켜 웨이퍼 위에 원하는 두께로 입히는 도포공정, 포토레지스트가 도포된 웨이퍼와 정해진 마스크를 서로 정렬시킨 후 자외선과 같은 빛이 상기 마스크를 통하여 웨이퍼 상의 포토레지스트에 조사되도록 하여 마스크 또는 레티클의 패턴을 웨이퍼에 옮기는 노광공정 및 상기 노광공정이 완료된 웨이퍼의 포토레지스트를 현상하여 원하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 현상공정으로 이루어진다.

상기 도포공정, 노광공정 및 현상공정 이외에 사진공정은, 포토레지스트와웨이퍼 간의 접착성을 향상시키기 위한 HMDS(Hexamethyl disilane) 처리 공정, 포토레지스트 도포공정 전 웨이퍼 상의 수분이나 유기용제를 제거하고, 포토레지스트 도포후, 포토레지스트 내에 함유된 용제를 제거하는 베이크 공정 등을 포함한다.

이러한 베이크 공정에서는 챔버 내의 핫플레이트 상에 포토레지스트가 도포된 웨이퍼를 장착하여 소정의 온도로 포토레지스트를 베이크하는 챔버식 베이크장치를 사용한다.

최근 이와 같은 베이크장치는, 미세 패턴을 패터닝하는 경우, 포토레지스트의 베이크 온도 균일성이 사진공정이나 식각공정시 커다란 영향을 미치기 때문에, 포토레지스트의 베이크 온도를 균일하게 유지되도록 하는 점이 더욱 요구되어지고 있다.

즉, 웨이퍼가 챔버 내에 실장되었을 때, 웨이퍼를 일정온도까지 얼마나 빨리 그리고 미세한 오차를 가지는 균일한 베이크 온도를 유지시킬 수 있느냐가 반도체 소자의 수율에 직접적인 영향을 미치므로 온도조절이 정밀하고, 온도 보상시간이 빠른 웨이퍼의 베이크장치가 요구되는 실정에 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 안출된 것으로서 웨이퍼의 온도 보상시간이 빠르고, 미세한 오차에 의해 웨이퍼의 베이크 온도 균일성이 유지되도록 하는 반도체 웨이퍼의 베이크장치를 제공하는 점에 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 베이크장치를 나타내 보인 개략적 단면도이고,

도 2는 도 1의 핫플레이트와 핫플레이트 내부의 열선을 나타내 보인 도면이고,

도 3은 도 1과 다른 실시예의 핫플레이트와 핫플레이트 내부의 열선을 나타내 보인 도면이고,

그리고 도 4는 본 고안의 다른 실시예에 따른 반도체 웨이퍼의 베이크장치를 나타내 보인 개략적 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10,20... 챔버(chamber) 11,21... 베이스

12,22... 핫플레이트(hot plate)

12a,22a... 상판 12b,22b... 히터커버

12c,22c... 열선 12d,22d... 히터베이스

12e,22e... 수용홈 12f,22f... 하판

13,23... 커버부재 13a,23a... 외측커버

13b,23b... 내측커버 23c... 배기공

14,24... 지지핀 15,25... 체결구

16,26... 단열재 17... 개폐수단

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안에 따른 반도체 웨이퍼의 베이크장치는 챔버 내에 설치되어 일정온도로 웨이퍼를 베이크하기 위한 핫플레이트를 구비하여 된 반도체 웨이퍼의 베이크장치를 구성함에 있어서, 상기 챔버의 상부에 마련되어 개폐가능한 것으로 상기 핫플레이트의 상면과 10㎜ 이내의 간격을 유지하도록 조절가능하며 상기 핫플레이트의 전체를 덮는 내측커버와, 상기 내측커버를 수용함으로써 상기 핫플레이트의 표면과 내측커버 사이의 공간을 일정한 온도로 유지시키는 외측커버를 가지는 이중구조의 커버부재;를 구비하며, 상기 핫플레이트에는 가장자리부에서 중심부쪽으로 갈수록 간격이 순차적으로 넓어지는 원형상의 열선이 내설되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따르면, 상기 핫플레이트는 상하판과, 상기 상하판의 사이에 개제되는 히터커버 및 히터베이스와, 상기 히터베이스의 수용홈에 수용되는 열선을 구비하여 상호 결합된 것이 바람직하다.

본 고안에 따르면, 상기 내측커버의 밑면에는 외부로의 열방출을 차단하기 위해 운모 또는 유리섬유 중 어느 하나로 이루어진 단열재가 부착되어 있는 것이 바람직하고, 상기 핫플레이트는 가장자리부에서 중심부쪽으로 갈수록 간격이 순차적으로 넓어지는 방사형의 열선이 내설되어 있는 것이 바람직하다.

본 고안에 따르면, 상기 내측커버에 베이크되는 웨이퍼에서 발생하는 이물질가스를 외부로 배기시키기 위한 다수의 배기공이 형성될 수도 있다.

따라서, 본 고안에 따른 반도체 웨이퍼의 베이크장치는 챔버의 구조와 핫플레이트의 열선 형상을 개선함으로써, 웨이퍼의 베이크 온도조절이 정밀하고, 웨이퍼의 온도 보상시간이 빠르며, 0.3℃의 오차를 가지는 온도 균일성(Uniformity)이유지되도록 하여 반도체 소자의 수율을 높임과 동시에 초소형화를 이루게 할 수 있는 점에 그 특징이 있다.

이러한 특징을 가진 반도체 웨이퍼의 베이크장치의 구성 및 그에 따른 작용을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 반도체 웨이퍼의 베이크장치는 챔버(chamber)(10)내에 설치되는 베이스(11)와, 반도체 웨이퍼(W)가 수평방향으로 안착되도록 상기 베이스(11) 상에 설치되며 상기 웨이퍼(W)를 균일한 온도로 베이크하기 위하여 내부에 열선(도2 및 도3의 12c,22c))이 내설되어 있는 핫플레이트(hot plate)(12)와, 상기 챔버(10)의 상부에 마련되어 챔버(10)의 하부와 결합되는 커버부재(13)를 구비하여 이루어진다.

상기 베이스(11)는 핫플레이트(12)를 안정적으로 지지하는 역할을 함과 동시에 챔버(10) 외부와의 온도차이에 의해 챔버(10) 내부에서 대류현상이 발생되지 않도록 한다.

상기 챔버(10)는 원통형으로 되어 있으며, 상기 핫플레이트(12) 윗면에 웨이퍼(W)가 수평방향으로 놓이도록 지지하고 웨이퍼(W)와의 접촉면을 최대로 감소시킬 수 있는 지지핀(14)이 설치되어 있어 그 지지핀(14)의 상면에 웨이퍼(W)의 저면을 얹어놓아 핫플레이트(12)와 웨이퍼(W)가 직접 접촉하지 않도록 한다.

핫플레이트(12,22)는 도 2 및 도3에 도시된 바와 같이, 알루미늄(Al)으로 된 상판(12a,22a)과, 알루미늄(Al)이나 써스(SUS)로 된 하판(12f,22f)이 상호 결합되도록 구비되는데, 상기 상하판(12a,12f)(22a,22f)의 사이에는 히터커버(heatercover)(12b,22b)와 히터베이스(heater base)(12d,22d)가 개제되어 있으며, 상기 히터베이스(12d,22d)는 대략 1㎜의 두께를 가지며, 그 상면에 소정형상의 수용홈(12e,22e)이 형성되어 있고, 상기 수용홈(12e,22e)에는 8.94Ω/m 또는 6.75Ω/m의 단위저항을 가져 총저항이 40∼60Ω, 바람직하게는 51.678Ω인 대략 0.4㎜ 직경의 니크롬선으로 된 열선(12c,22c)이 내설된다. 상기 히터커버(12b,22b)는 두께가 0.3㎜이고, 상기 열선(12c,22c)이 수용되는 히터베이스(12d,22d) 위에 덮여져 열선(12c,22c)의 쇼트(short)방지와, 온도 균일성을 좋게 하는 완충역할을 하게 된다. 여기서, 상기 핫플레이트(12,22)는 그 결합력을 보강하기 위하여 상기 하판(12f,22f)과 히터베이스(12d,22d) 사이에 고무계열의 탄성체(미도시)를 개제할 수도 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 일 실시예로서의 핫플레이트(12)는 열선(12c)이 히터베이스(12d)의 가장자리부에서 조밀하게 배열되고, 중심부쪽으로 갈수록 그 간격이 순차적으로 넓어지는 원형상으로 되어 있다.

따라서, 상기 핫플레이트(12)는 그 가장자리부에서의 외부 열손실에 의해 웨이퍼(W)의 중심부위에만 고온이 집중적으로 분포되던 종래와는 달리, 상기 열선(12c)이 히터베이스(12d)의 가장자리부에는 촘촘히 배열되고, 중심부로 갈수록 점차 넓은 간격으로 배열되어 웨이퍼(W) 전체에서 미세한 오차를 가지는 온도보상이 구현되도록 온도분포비율이 조절된다. 이로써, 전체적인 핫플레이트(12)의 열분포가 균등하게 배열되어 웨이퍼(W)의 균일한 베이크 온도를 유지하도록 한다. 즉, 상기 핫플레이트(12)의 온도는 가장자리부에서 중심부쪽으로 진행할수록 낮아지도록 되어 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 다른 실시예로서의 핫플레이트(22)는 전술한 바와 같은 작용을 만족시키도록 열선(22c)이 히터베이스(22d)의 가장자리부에서 조밀하게 배열되고, 중심부쪽으로 갈수록 그 간격이 점차 순차적으로 넓어지되, 방사형의 형상을 가지고 있는 것이 바람직하다.

여기서, 상술한 바와 같은 핫플레이트(12,22)는 열선(12c,22c)의 형상을 웨이퍼의 크기에 맞게 조절함으로써, 8인치 또는 12인치용 웨이퍼의 베이크에 모두 적용가능하다.

한편, 상기 커버부재(13)는 웨이퍼(W)가 밀폐된 공간에 놓이도록 상기 챔버(10)의 상부에 결합되어 있는 것으로 개폐수단(17)의 동력전달에 의해 개폐가능하며, 소정 체결구(15)로 체결된 외측커버(13a)와 내측커버(13b)의 이중구조로 구성된다. 또한, 상기 커버부재(13)의 내측커버(13b)는 별도의 승강수단(미도시)에 의해서 외측커버(13a)에 지지된 채 승강될 수도 있다.

상기 내측커버(13b)는 핫플레이트(12) 표면과의 이격공간(B)에서 발생하는 대류현상을 억제하기 위해 그 밑면과 핫플레이트(12) 표면과의 간격이 최대 10㎜ 이내, 바람직하게는 최소 5㎜ 이내의 낮은높이 공간(B)을 마련하며, 상기 핫플레이트(12)의 전체높이를 덮는다.

상기 외측커버(13a)는 상기 내측커버(13b)를 수용하도록 마련되어 상기 공간(B)에 일정한 온도가 유지되도록 보온기능을 한다.

따라서, 내측커버(13b)를 핫플레이트(12)의 표면과 최대 10㎜ 이내의 간격으로 배치하고, 외측커버(13a)가 도면에 도시된 B공간의 온도를 보온시킴으로써, A공간과 B공간의 온도차이에 의해 상기 B공간에서 발생하는 대류의 영향이 극소화되도록 하여 상기 B공간의 온도분포가 빠른시간 내에 핫플레이트(12)의 온도환경과 같도록 한다. 즉, 핫플레이트(12)의 표면과 내측커버(13b) 사이의 공간(B)에 유지되는 열이 A공간 또는 챔버(10)의 외부로 방출되는 것을 1차적으로 차단하여 B공간의 온도가 일정하게 유지됨으로써 웨이퍼(W)의 온도 균일성을 구현할 수 있다.

이와 함께, 상기 내측커버(13b)의 밑면에는 상기 핫플레이트(12)의 표면과 내측커버(13b) 사이의 공간(B)에 유지되는 열이 외부로 방출되는 것을 차단하기 위해 운모 또는 유리섬유로 이루어진 단열재(16)가 부착될 수도 있다.

이는 써스(SUS)와 알루미늄(Al)으로 된 내측커버(13b)의 단열성을 보강하여 B공간 내의 열이 A공간 내지 챔버(10) 외부로 방출되는 것을 2차적으로 차단하여 B공간의 온도를 한층 더 일정하게 유지하기 위함이다. 이로써, 웨이퍼(W)의 온도분포는 미세한 오차의 온도분포에 의해 균일성을 항상 유지하게 되며, 이와 동시에, 온도보상이 빠르게 진행되어 결과적으로는 반도체 소자의 수율을 한층 더 높이게 된다.

본 고안에 있어서, 상기 단열재(16)는 운모 및 유리섬유를 함께 적층하여도 무방하다.

바람직하게는 도 4에 도시된 바와 같이, 내측커버(23b)의 상면에 다수의 배기공(23c)이 형성될 수도 있다. 이는 포토레지스트가 도포된 웨이퍼(W)를 베이크할 경우, 포토레지스트가 베이크되면서 솔벤트와 같은 이물질가스를 발생시킬 수 있기때문에, 이러한 이물질가스를 상기 배기공(23c)을 통해 흡입하여 외부로 배기시키기 위함이다. 그러기 위해서는 상기 배기공(23c)을 통해 이물질가스를 배기시키기 위한 펌핑수단(미도시)이 마련되어야 한다.

지금까지 설명한 바와 같은 반도체 웨이퍼의 베이크장치를 일 예로서 식각이나 이온주입이 될 부위와 보호될 부위를 선택적으로 정의하기 위해 마스크나 레티클의 패턴을 웨이퍼 위에 만드는 사진공정에 적용하여 포토레지스트가 도포된 웨이퍼를 베이크하게 되면, 핫플레이트(12)의 온도 균일성에 의해 전체적인 웨이퍼가 50∼150℃에서 60초 내에 0.3℃ 이내의 오차를 유지하도록 균일하게 베이크되어 후속공정인 식각공정에서 포토레지스트의 선택비(selectivity)를 향상시킬 수 있게 되고, 웨이퍼 위에 식각된 양의 균일도를 한층 향상시킬 수 있게 된다.

이상에서의 설명에서와 같이, 본 고안에 따른 반도체 웨이퍼의 베이크장치는 챔버의 구조와 핫플레이트의 열선 형상을 개선함으로써, 웨이퍼의 베이크 온도조절이 정밀하고, 웨이퍼의 온도 보상시간이 빠르며, 0.3℃의 오차를 가지는 온도 균일성(Uniformity)이 유지되도록 하여 반도체 소자의 수율을 높임과 동시에 초소형화를 이루게 할 수 있는 점에 그 장점이 있다.

Claims (5)

1. 챔버(10) 내에 설치되어 일정온도로 웨이퍼(W)를 베이크하기 위한 핫플레이트(12)를 구비하여 된 반도체 웨이퍼의 베이크장치에 있어서;

   상기 챔버(10)의 상부에 마련되어 개폐가능한 것으로 상기 핫플레이트(12)의 상면과 10㎜ 이내의 간격을 유지하도록 조절가능하며 상기 핫플레이트(12)의 전체를 덮는 내측커버(13b)와, 상기 내측커버(13b)를 수용함으로써 상기 핫플레이트(12)의 표면과 내측커버(13b) 사이의 공간을 일정한 온도로 유지시키는 외측커버(13a)를 가지는 이중구조의 커버부재(13); 및

   상기 핫플레이트(12)에 수용되며 가장자리부에서 중심부쪽으로 갈수록 간격이 순차적으로 넓어지는 원형상의 열선(12c);을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 베이크장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 핫플레이트(12)는,

   상하판(12a,12f)과, 상기 상하판(12a,12f)의 사이에 개제되는 히터커버(12b) 및 히터베이스(12d)와, 상기 히터베이스(12d)의 수용홈(12e)에 수용되는 열선(12c)을 구비하여 상호 결합된 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 베이크장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 내측커버(13b)의 밑면에는 외부로의 열방출을 차단하기 위해 운모 또는 유리섬유 중 어느 하나로 이루어진 단열재(16)가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 베이크장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 핫플레이트(22)는 가장자리부에서 중심부쪽으로 갈수록 간격이 순차적으로 넓어지는 방사형의 열선(22c)이 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 베이크장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 내측커버(13b)에 베이크되는 웨이퍼(W)에서 발생하는 이물질가스를 외부로 배기시키기 위한 다수의 배기공(23c)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼의 베이크장치.