KR20030013590A - 베이킹 오븐 장치 - Google Patents

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KR20030013590A
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임승준
박종국
장민권
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명은 베이크(bake) 공정시 웨이퍼에 전달되는 온도균일성을 향상시킬 수 있는 베이킹 오븐 장치에 관한 것으로, 포토 레지스터의 용제를 증발시키기 위한 베이킹 오븐 장치는 프레임과, 프레임에 설치되는 그리고 베이킹 하기 위한 웨이퍼가 놓여지는 가열 플레이트와, 가열 플레이트를 덮어 씌우는 그리고 열 손실을 줄이기 위한 오븐 커버 및 웨이퍼의 윗면으로 열을 전달하기 위한 수단을 포함한다.

Description

베이킹 오븐 장치{BAKING OVEN APPARATUS}
본 발명은 반도체 집적 회로의 제조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는베이크(bake) 공정시 웨이퍼에 전달되는 온도균일성을 향상시킬 수 있는 베이킹 오븐 장치에 관한 것이다.
집적 회로의 제조는 실리콘 기판의 소 영역들 내에 불순물들을 주입하는 공정과, 이 영역들을 상호 연결하여 회로 구성물들을 형성하는 공정을 요구한다. 이러한 영역들을 정의하는 패턴들은 사진 공정에 의해 형성된다.
즉, 먼저 웨이퍼 표면을 세정하고 패터닝할 물질층과 포토레지스트와의 접착력(adhesion)을 향상시키기 위한 표면 처리공정을 실시한 후, 웨이퍼의 상부에 포토레지스트를 스핀 코팅한다.
이어서, 코팅된 포토레지스트층으로부터 용매를 제거하고, 포토레지스트층의 접착력을 향상시키며, 스핀 공정시 전단 응력(shear force)에 의해 야기된 스트레스를 어닐링시키기 위한 소프트-베이크(soft-bake)를 실시한다.
이어서, 자외선, 전자-빔 또는 X-선과 같은 광선의 조사에 의해 포토레지스트층을 선택적으로 노광시킨 후, 광원으로 심자외선(deep UV)를 사용할 경우에는 포스트-노광 베이크(post-exposure bake)를 선택적으로 실시한다. 포토레지스트층 내의 패턴들은 웨이퍼가 그 후에 수반되는 현상 단계를 거칠 때 형성된다. 현상 후에 남아있는 포토레지스트 영역들은 그것이 커버하고 있는 기판 영역들을 보호한다. 포토레지스트가 제거되어진 영역들은 후속 단계에서 기판의 표면 위로 패턴을전사하기 위한 여러 가지 공정들, 즉 리프트-오프나 식각 공정을 겪게 된다.
이어서, 용매 잔류물을 제거하고 포토레지스트층의 식각 내성을 증가시키기 위한 하드-베이크(hard-bake)를 실시한다. 하드 베이크는 필요에 따라 포토레지스트층을 플로우시켜 엣지 프로파일을 수정하는 목적으로 사용되기도 한다.
이어서, 패터닝할 물질층을 식각한 후, 남아 있는 포토레지스트층을 에싱 및 스트립 방법으로 제거한다.
상술한 사진 공정에 있어서, 노광 공정 후에 실시하는 포스트-노광 베이크 공정의 온도는 현상되어질 포토레지스트 패턴의 균일성에 영향을 미친다. 또한, 포토레지스트의 플로우를 이용하는 경우에 있어서, 하드-베이크의 온도는 패턴의 임계치수(critical dimension; 이하 "CD"라 한다) 균일성에 영향을 미치게 된다. 따라서, 웨이퍼 내의 패턴 CD의 균일성은 베이크 공정의 온도 및 베이킹 오븐 장치 내에서의 온도 균일성과 밀접한 관계가 있다.
도 1은 종래 베이킹 오븐 장치의 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 베이킹 오븐 장치(10)는 웨이퍼(w)의 하부에 위치하는 금속 열판(metal hot plate)(14)과, 금속 열판(14)을 덮어씌우는 그리고 열 손실을 줄이기 위한 커버(12)를 구비한다.
포토레지스트층이 선택적으로 노광되어 있는 웨이퍼(w)를 종래의 베이킹 오븐 장치(10)에 로딩시킨 후 포스트-노광 베이크를 실시하면, 가열된 열판(14)과 웨이퍼(w)와의 접촉을 통해 전도에 의한 열 전달이 이루어진다. 즉, 웨이퍼(w)의 밑 부분에서부터 열 전달이 이루어지므로 웨이퍼(w)의 윗 부분에서는 웨이퍼(w)의 밑 부분에서와 같은 충분한 열 확산이 일어나지 못한다.
따라서, 포토레지스트층의 밑 부분에서 윗 부분으로 온도가 확산되는데 많은 시간이 필요하게 되며, 이에 따라 후속하는 현상 공정시 포토레지스트 패턴의 위부분 대비 아랫부분의 형태가 상이하게 형성됨으로써 식각 공정시 포토레지스트 패턴이 블로킹 역할을 충분히 하지 못하는 문제가 발생한다.
또한, 웨이퍼(w)의 하부에 위치한 열판만을 가열하므로 열판(14)의 각 부위에서의 열 전달 속도에 따라 웨이퍼(w)의 중심부와 엣지부의 온도 차이가 발생하게 된다. 따라서, 베이킹 오븐 장치 내의 온도 편차가 증가하여 공정의 불안정을 초래하게된다.
본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 베이크 공정시 웨이퍼에 전달되는 온도 균일성을 향상시킬 수 있는 새로운 형태의 베이킹 오븐 장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래 베이킹 오븐 장치의 측단면도;
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 베이킹 오븐 장치의 측면도;
도 3은 도 2에 표시된 a-a선에서 바라본 베이킹 오븐 장치의 평면도;
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 베이킹 오븐 장치의 측단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
110 : 프레임
120 : 플레이트
130 : 하부 금속 열판
140 : 오븐 커버
150 : 상부 금속 열판
160 : 리프트 핀들
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 포토 레지스터의 용제를 증발시키기 위한 베이킹 오븐 장치에 있어서: 프레임과; 상기 프레임에 설치되는 그리고 베이킹 하기 위한 웨이퍼가 놓여지는 가열 플레이트와; 상기 가열 플레이트를 덮어씌우는 그리고 열 손실을 줄이기 위한 오븐 커버 및; 상기 웨이퍼의 윗면으로 열을 전달하기 위한 수단을 포함한다.
이와 같은 본 발명에서 상기 열 전달 수단은 금속 열판일 수 있다. 이 금속 열판은 상기 오븐 커버에 설치될 수 있다.
이와 같은 본 발명에서 상기 가열 플레이트의 하단에 위치한 원형 배기관을 더 구비할 수 있다.
이와 같은 본 발명에서 웨이퍼를 상기 가열 플레이트상에 로딩/언로딩시켜주기 위한 리프트 핀들을 더 포함할 수 있다.
예컨대, 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예로 인해 한정되어 지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 2 내지 도 4에 의거하여 상세히 설명한다. 또, 상기 도면들에서 동일한 기능을 수행하는 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 병기한다.
첨부된 도면들 중, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 베이킹 오븐 장치의 측면도이다. 도 3은 도 2에 표시된 a-a선에서 바라본 베이킹 오븐 장치의 평면도이다. 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 베이킹 오븐 장치의 측단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 베이킹 오븐 장치(100)는 전도 및 대류 방식을 이용하여 웨이퍼를 건조시키는 장치로, 그 구성은 프레임(110), 웨이퍼의 하부에 위치하며 웨이퍼의 밑면에 열을 전달하기 위한 하부 금속 열판(130)이 설치된 플레이트(120), 열 손실을 줄이기 위하여 웨이퍼 및 플레이트 상부를 완전히 덮어 씌우도록 형성된 오븐 커버(140), 상기 오븐 커버(140)에 설치되는 상부 금속 열판(150) 그리고 플레이트(120)상으로 웨이퍼를로딩/언로딩 하기 위한 리프트 핀들(160)로 이루어지는 것을 알 수 있다.
여기서 본 발명의 구조적인 특징은 전도에 의한 열 전달 방식으로 웨이퍼의 저면을 가열시키는 하부 금속 열판과, 대류에 의한 열 전달 방식으로 웨이퍼의 상면을 가열시킬 수 있는 상부 금속 열판을 갖는데 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 베이킹 오븐 장치(100)에서 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 웨이퍼에 하드-베이크를 실시하는 방법을 상세히 설명하고자 한다.
먼저, 베이킹 오븐 장치의 오븐 커버(140)가 올려진 후, 포토레지스트 패턴이 형성되어 있는 웨이퍼(w)가 리프트 핀들(160)에 의해 플레이트(120) 위에 로딩된다. 이어서, 오븐 커버(140)가 내려와 베이킹 오븐 장치가 완전히 닫혀지면 하드-베이크가 실시된다.
구체적으로, 하부 금속 열판(130)에 의해 가열된 플레이트(120)와 웨이퍼(w)와의 접촉을 통해 웨이퍼(w)의 밑면에서 전도에 의한 열 전달이 이루어진다. 이와 동시에, 상부 금속 열판(150)에 의해 달구어진 오븐 커버(140)로부터 가열된 공기(z)가 방출되고,(도 4 참조) 웨이퍼(w)의 윗면 및 측면에서는 가열된 공기(z)에 의한 열 전달이 이루어진다.
따라서, 베이킹 오븐 장치 내를 대류에 의해 가열시키므로 베이킹 오븐 장치 내의 온도 균일성을 최적화할 수 있다. 또한, 가열된 공기는 플레이트(120)의 하단 부위에 위치한 원형의 배기관(122)을 통해 베이킹 오븐 장치의 밖으로 배출되도록 함으로써, 베이킹 오븐 장치 내에서 발생할 수 있는 미세한 오염입자(particle)나 수증기 등을 제거할 수있다.
상술한 하드-베이크 공정이 완료되면, 오븐 커버(140)가 열리고 웨이퍼(w)가 플레이트(120)로부터 리프트 핀들(160)에 의해 들어올려지면 외부의 이송 아암(미도시됨)에 의해 베이킹 오븐 장치의 밖으로 반출된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의한 베이킹 오븐 장치는 전도에 의한 열 전달 방식과 대류에 의한 열 전달 방식을 동시에 사용하는 시스템으로 구성되므로, 베이킹 오븐 장치 내의 온도 편차를 최소화하여 웨이퍼 내의 패턴 CD의 균일성을 향상시킬 수있다.
상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기 보다, 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 예들 들어 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 스테이지를 변형하여 본 발명을 실시할 수 있는 것이 명백하다. 때문에 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정하여 질 것이 아니고 특허 청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정하여져야 한다.
이상에서, 본 발명에 따른 베이킹 오븐 장치의 구성 및 작용을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.
이와 같은 본 발명을 적용하면 베이킹 오븐 장치 내에 웨이퍼의 윗면에 대류에 의한 방식으로 열을 전달하기 위한 수단을 설치함으로써 웨이퍼의 밑면, 윗면 및 측면에 균일하게 열을 전달할 수 있다. 따라서, 베이킹 오븐 장치 내의 온도 균일성을 최적화하여 웨이퍼 내의 패턴 CD의 균일성을 개선할 수 있다.

Claims (5)

  1. 포토 레지스터의 용제를 증발시키기 위한 베이킹 오븐 장치에 있어서:
    프레임과;
    상기 프레임에 설치되는 그리고 베이킹 하기 위한 웨이퍼가 놓여지는 가열 플레이트와;
    상기 가열 플레이트를 덮어 씌우는 그리고 열 손실을 줄이기 위한 오븐 커버 및;
    상기 웨이퍼의 윗면으로 열을 전달하기 위한 수단을 포함하여, 상기 웨이퍼의 전면에 균일하게 열을 전달할 수 있는 것을 특징으로 하는 베이킹 오븐 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 전달 수단은 금속 열판인 것을 특징으로 하는 베이킹 오븐 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 열판은 상기 오븐 커버에 설치되는 것을 특징으로 하는 베이킹 오븐 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 플레이트의 하단에 위치한 원형 배기관을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 베이킹 오븐 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    웨이퍼를 상기 가열 플레이트상에 로딩/언로딩시켜주기 위한 리프트 핀들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 베이킹 오븐 장치.
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