KR20040001430A - 웨이퍼 가열장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 웨이퍼 가열장치에 관한 것으로서, 가열대상의 상기 웨이퍼가 수용되는 장치본체와; 상기 장치본체 내에 수용된 상기 웨이퍼의 하부에 마련되는 가열부와; 상기 웨이퍼와 상기 가열부 사이에 개재되어 상기 가열부에서 발생된 열기가 상기 웨이퍼의 판면에 국부적으로 전달되는 것을 저지하는 한편 상기 웨이퍼의 판면에 전면적으로 분포시키는 열전달부재를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 웨이퍼가 국부적으로 가열되는 것을 저지하는 한편 웨이퍼의 판면을 고르고 균일하게 가열시킬 수 있도록 한 웨이퍼 가열장치가 제공된다.

Description

웨이퍼 가열장치{Apparatus for heating wafer}
본 발명은, 웨이퍼 가열장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 웨이퍼가 국부적으로 가열되는 것을 저지하는 한편 웨이퍼의 판면을 고르고 균일하게 가열시킬 수 있도록 한 웨이퍼 가열장치에 관한 것이다.
반도체 장치가 고집적화되면서 기판의 단위면적에 형성되는 소자들의 밀도는 높아진다. 이에 따라, 소자들간의 간격이 좁아지고, 소자들을 구성하는 라인패턴의 폭도 좁아지며 라인 연결을 위해 형성되는 콘택홀(또는 비어홀)의 사이즈도 작아진다. 이와 같이 미세한 패턴은 디자인 룰(design rule)을 더욱 엄격히 적용함으로써 형성할 수 있겠으나, 그에 따른 공정의 복잡성을 피할 수 없다.
반도체 장치의 제조공정의 대부분은 물질막의 형성과 이를 패터닝하는 과정으로 볼 수 있다. 이 과정에서, 물질막을 미세하게 패터닝하는 기술의 성공여부는 감광막의 도포기술과 감광막을 패터닝하여 마스크 패턴을 형성하는 기술에 달려 있다.
현재, 널리 사용되는 감광막으로서 포토레지스트막이 있다. 포토레지스트막을 이용하여 미세한 패턴을 형성하는 과정에서 고려해야 할 사항은 포토레지스트막 자체의 열특성과 포토레지스트막의 플로우 특성, 면내 균일도 및 재현성이다. 포토레지스트막의 플로우 특성이 좋을 경우 정확한 사이즈의 콘택홀 형성이 가능해질 것이고, 재현성이 좋을 경우 동일한 사이즈의 콘택홀을 다른 웨이퍼도 재현시킬 수 있어서, 웨이퍼의 수율이 증가될 것이다.
그런데, 포토레지스트막의 플로우 특성과 재현성은 포토레지스트막이 도포되어 있는 웨이퍼를 가열시키는 주체, 소위, 핫 플레이트(Hot Plate)라고도 불리는웨이퍼 가열장치에 의해 결정된다. 따라서, 이러한 웨이퍼 가열장치의 온도분포가 균일하고 재현성이 있어 웨이퍼가 고르고 균일하게 가열된다면, 포토레지스트막의 플로우 특성이 우수해지고, 패턴의 재현성이 우수해질 것이다.
종래의 웨이퍼 가열장치에 의해 웨이퍼가 가열되는 방식에는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 두 가지 방법이 주로 적용된다. 두 가지 모두 비접촉식 방식이며, 히터(130,230)에서 발생하는 복사열을 이용하여 웨이퍼(120,220)를 가열하고 있다.
하나는, 도 6에 도시된 바와 같이, 가열대상의 웨이퍼(120) 하부에 단일의 히터(130, One-Zone heater)를 마련한 웨이퍼 가열장치이다. 이에, 단일의 히터(130)의 작동을 온(On)시키면 그 상부에 이격배치된 웨이퍼(120)는 복사열에 의해 가열될 수 있다.
그런데, 이러한 도 6의 웨이퍼 가열장치에 있어서는, 단일의 히터(130)에 의한 복사열이 외부로 방열되는 열손실이 클 뿐만 아니라 웨이퍼(120)의 판면이 고르고 균일하게 가열되지 못하고 웨이퍼(120)의 중앙영역(이를, 본 발명에서는 "내부구간"이라고 표현함)이 국부적으로 가열되는 폐단이 발생한다.
이에, 이러한 폐단을 해소하고자, 히터(230, Multi-Zone heater)의 구조를 변경한 다른 방식의 웨이퍼 가열장치가 사용되기도 한다. 도 7의 웨이퍼 가열장치에 의하면, 가열대상의 웨이퍼(220) 하부에 히터(230)를 마련하고, 히터(230)에는 복수의 발열부(230a)를 형성하고 있다. 이에, 도 7의 웨이퍼 가열장치는 도 6의 문제점을 해소하여 웨이퍼(220)의 판면이 고르고 균일하고 가열되도록 하였다.
그런데, 이러한 도 7의 웨이퍼 가열장치에 있어서는, 히터(230, Multi-Zone heater)의 제조비가 상승하는 문제점과 더불어 이러한 히터(230)를 컨트롤하는 컨트롤장치의 제조비용이 증가하는 문제점이 있다.
또한, 도 7의 웨이퍼 가열장치의 경우, 예를 들어, 웨이퍼의 직경이 200㎜ 이하인 소형의 경우에는 웨이퍼의 판면을 고르고 균일하게 가열할 수는 있으나, 그 직경이 300㎜ 이상인 비교적 대형에 적용하면 그 효율이 현저하게 저하되는 것을 알 수 있다. 물론, 대형의 웨이퍼인 경우에는 히터(230)에 발열부(230a)를 더 많이 만들면 가능할 수도 있으나, 이러한 경우, 제조비의 상승문제가 부담될 수밖에는 없다.
따라서, 본 발명의 목적은, 웨이퍼가 국부적으로 가열되는 것을 저지하는 한편 웨이퍼의 판면을 고르고 균일하게 가열시킬 수 있도록 한 웨이퍼 가열장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 제조비가 상승되는 것을 저지하면서도 소형 및 대형의 웨이퍼에 모두 적용할 수 있도록 한 웨이퍼 가열장치를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 가열장치의 사시도,
도 2는 도 1의 부분 분해 사시도,
도 3은 도 1의 개략적인 단면도,
도 4는 도 3에 도시된 히트 플레이트의 평면도,
도 5는 본 발명의 제어블럭도,
도 6 및 도 7은 각각 종래의 웨이퍼 가열장치의 개략적인 사시도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 장치본체 20 : 웨이퍼
30 : 가열부 40 : 히트 플레이트
40a : 내부구간 40b : 외부구간
42 : 열집중저지홈 44 : 히트 파이프
50 : 반사판 60 : 온도감지부
70 : 제어부
상기 목적은, 본 발명에 따라, 웨이퍼 가열장치에 있어서, 가열대상의 상기 웨이퍼가 수용되는 장치본체와; 상기 장치본체 내에 수용된 상기 웨이퍼의 하부에 마련되는 가열부와; 상기 웨이퍼와 상기 가열부 사이에 개재되어 상기 가열부에서발생된 열기가 상기 웨이퍼의 판면에 국부적으로 전달되는 것을 저지하는 한편 상기 웨이퍼의 판면에 전면적으로 분포시키는 열전달부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치에 의해 달성된다.
여기서, 상기 가열부는 전기히터로 채용되는 것이 유리하다.
상기 열전달부재는 소정의 두께를 가지며, 상기 가열대상의 웨이퍼와 거의 유사한 면적을 갖는 원반상의 히트 플레이트(Heat Plate)로 마련된다.
이 때, 상기 히트 플레이트는 중앙영역을 형성하는 내부구간과, 상기 내부구간에 대해 반경방향 외측에 형성되는 외부구간으로 구획될 수 있으며, 상기 히트 플레이트의 적어도 일부구간에는 상기 가열부에서 발생된 열기가 상기 외부구간으로부터 상기 내부구간으로 신속하게 전달되도록 하는 히트 파이프(Heat Pipe)가 마련되어 있는 것이 보다 효과적이다.
상기 히트 파이프는 내부에 열전달이 비교적 우수한 열전달매체가 충진되며, 상기 외부구간에 해당하는 상기 히트 플레이트 내에 원주방향을 따라 매입될 수 있다.
상기 가열부를 향한 상기 내부구간의 판면에는 상기 가열부에서 발생된 열기가 상기 내구구간으로 집중되는 것을 저지하는 열집중저지홈이 형성되어 있다.
상기 장치본체 내의 상기 가열부 하부에 배치되어 상기 가열부를 지지하는 한편 상기 가열부에서 발생된 열기가 상기 열전달부재에 대한 반대방향으로 전달되는 것을 저지하는 반사판을 더 마련하면 더욱 효과적일 것이다.
상기 장치본체는, 상기 웨이퍼, 상기 가열부 및 상기 열전달부재의 배열방향에 대해 하부에 배치되는 하부케이스부와; 상기 하부케이스부의 상부에 배치되어 상기 하부케이스부에 결합 및 결합해제되는 상부케이스부로 이루어져 있다.
한편, 본 발명에 따른 웨이퍼 가열장치는 상기 웨이퍼의 가열온도를 감지하는 온도감지부와; 상기 온도감지부에 의한 감지결과값에 기초하여 상기 가열부의 동작을 온오프(On/Off) 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 가열장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 부분 분해 사시도이며, 도 3은 도 1의 개략적인 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 웨이퍼 가열장치는, 가열대상의 웨이퍼(20)가 수용되는 장치본체(10)와, 장치본체(10) 내에 수용된 웨이퍼(20)의 하부에 마련되는 가열부(30)와, 웨이퍼(20)와 가열부(30) 사이에 개재되어 가열부(30)에서 발생된 열기가 웨이퍼(20)의 판면에 국부적으로 전달되는 것을 저지하는 한편 웨이퍼(20)의 판면에 전면적으로 분포시키는 열전달부재(후술할 히트 플레이트(40, Heat Plate)로 참조부호를 대체함)와, 가열부(30) 하부에 배치되어 가열부(30)를 지지하는 한편 가열부(30)에서 발생된 열기가 열전달부재에 대한 반대방향으로 전달되는 것을 저지하는 반사판(50, Reflect Plate)을 포함한다.
장치본체(10)는, 웨이퍼(20), 가열부(30), 열전달부재 및 반사판(50)의 배열방향에 대해 하부에 배치되는 하부케이스부(10a)와, 하부케이스부(10a)의 상부에 배치되어 하부케이스부(10a)에 결합 및 결합해제되는 상부케이스부(10b)를 갖는다.
본 실시예에서는 하부케이스부(10a)를 사각통상으로 형성하고상부케이스부(10b)를 원통형상으로 제조하고 있으나, 이는 하나의 실시예에 불과할 뿐, 이들의 형상은 적절하게 변경될 수 있다.
하부케이스부(10a)의 상부에는 상부케이스부(10b)를 향해 연장된 복수의 후크부(12)가 형성되어 있다. 이에 대응하여 하부케이스부(10a)를 향한 상부케이스부(10b)의 판면에는 상부케이스부(10b)에 마련된 복수의 후크부(12)에 걸림 및 걸림해제되는 걸림턱(미도시)이 형성되어 있다. 그리고, 하부케이스(10a)의 밑면에는 푸트부(14)가 형성되어 있다.
가열부(30)는 여러 가지로 적용될 수 있으나, 본 실시예에서는 3KW를 발열할 수 있는 전기히터(Heater)를 채용하고 있다. 이 때, 가열부(30)는 소정의 제어부(70)에 의해 그 동작이 온오프(On/Off) 제어된다. 즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 가열부(30)에 의한 웨이퍼(20)의 가열온도는 온도감지부(60)에 의해 감지될 수 있으며, 감지된 감지결과값은 제어부(70)에 전송됨으로써 제어부(70)에 의해 가열부(30)의 동작을 온오프(On/Off) 제어될 수 있다.
예를 들어, 가열대상의 웨이퍼(20)가 장치본체(10) 내에 수용되면, 제어부(70)가 가열부(30)의 동작은 온(On)시킨다. 제어부(70)에 의해 가열부(30)의 동작이 온(On)되어 웨이퍼(20)가 소정의 가열 설정온도에 도달하면, 제어부(70)는 가열부(30)의 동작을 오프(Off)시키게 된다.
열전달부재는 소정의 두께를 가지며, 가열대상의 웨이퍼(20)와 거의 유사한 면적을 갖는 소위, 히트 플레이트(40, Heat Plate)로 채용된다. 통상의 웨이퍼(20)가 원반형상을 가지는 바, 히트 플레이트(40) 역시, 웨이퍼(20)와 유사하게 원반형상으로 제조된다.
원반상의 히트 플레이트(40)는 얇은 원반상으로 열 변형 없도록 어닐링(Annealing) 처리된 알루미늄 재질(A6061-T6 등)로 마련될 수 있다. 이러한 히트 플레이트(40)는 도 4에 도시된 바와 같이, 중앙영역을 형성하는 내부구간(40a)과, 내부구간(40a)에 대해 반경방향 외측에 형성되는 외부구간(40b)으로 구획된다.
이 때, 외부구간(40b)에는 가열부(30)에서 발생된 열기가 외부구간(40b)을 거쳐 내부구간(40a)으로 신속하게 전달되도록 하는 히트 파이프(44, Heat Pipe)가 마련되어 있다. 이 때, 히트 파이프(44)는 외부구간(40b)에 해당하는 히트 플레이트(40) 내에 원주방향을 따라 매입되며, 그 내부에는 열전달 효율이 높은 열전달매체가 충진된다.
그러나, 히트 파이프(44)에 의해 내부구간(40a)으로의 열전달이 이루어질 경우, 내부구간(40a)의 온도가 급격하게 상승해서는 안 된다. 이에, 본 발명에서는 가열부(30)를 향한 내부구간(40a)의 판면에 가열부(30)에서 발생된 열기가 내구구간으로 집중되는 것을 저지하는 열집중저지홈(42)을 형성하고 있다.
반사판(50)은 가열부(30) 및 히트 플레이트(40)와 거의 동일한 크기의 원반상으로 마련되어 가열부(30)와 히트 플레이트(40)를 고정하며, 가열부(30)로부터 발생된 열이 하방으로 향하는 이른 바, 다운 히팅(Down Heating)되는 것을 방지한다.
이러한 구성에 의해, 하부케이스부(10a)에 대해 상부케이스부(10b)를 개방한후, 가열대상의 웨이퍼(20)를 수용시킨다. 웨이퍼(20)가 수용된 상태에서 제어부(70)는 가열부(30)의 동작을 온(On)시킨다.
가열부(30)의 동작이 온(On)되어 발열하기 시작하면, 가열부(30)에서 발생되는 열기는 히트 플레이트(40)로 향한다. 물론, 히트 플레이트(40)의 반대방향으로 향한 열기는 반사판(50)으로부터 반사되어 다시 히트 플레이트(40)로 향하게 된다.
가열부(30)에 의한 열기가 히트 플레이트(40)로 전달되는 과정에서 외부구간(40b) 내의 히트 파이프(44)는 가열된 후, 내부구간(40a)으로 신속하게 열전달한다. 따라서, 외부구간(40b)과 내부구간(40a)은 그 온도가 일정하게 상승할 수 있다. 이 때, 내부구간(40a)에는 열집중저지홈(42)이 형성되어 있는 바, 내부구간(40a)의 온도가 급격하게 상승하는 것을 저지한다.
이처럼, 히트 플레이트(40)의 내부구간(40a) 및 외부구간(40b)이 모두 균일하게 가열되면, 히트 플레이트(40)의 상부에 배치된 웨이퍼(20)는 그 판면이 국부적으로 가열되는 것이 저지되는 한편 판면이 전면적으로 고르고 균일하게 가열될 수 있게 된다.
일정 시간이 경과하여, 온도감지부(60)에 의해 감지된 웨이퍼(20)의 감지결과값이 소정의 가열 설정온도에 도달하면 제어부(70)는 가열부(30)의 동작을 오프(Off)시킨다.
이와 같이, 본 발명에 의하면 웨이퍼(20)가 국부적으로 가열되는 것을 저지하는 한편 웨이퍼(20)의 판면을 고르고 균일하게 가열시킬 수 있게 된다. 또한, 제조비가 상승되는 것을 저지하면서도 소형 및 대형의 웨이퍼(미도시)에 모두 적용할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 웨이퍼가 국부적으로 가열되는 것을 저지하는 한편 웨이퍼의 판면을 고르고 균일하게 가열시킬 수 있도록 한 웨이퍼 가열장치가 제공된다.
또한, 본 발명의 웨이퍼 가열장치는, 제조비가 상승되는 것을 저지하면서도 소형 및 대형의 웨이퍼에 모두 적용할 수 있다는 효과를 제공한다.

Claims (9)

  1. 웨이퍼 가열장치에 있어서,
    가열대상의 상기 웨이퍼가 수용되는 장치본체와;
    상기 장치본체 내에 수용된 상기 웨이퍼의 하부에 마련되는 가열부와;
    상기 웨이퍼와 상기 가열부 사이에 개재되어 상기 가열부에서 발생된 열기가 상기 웨이퍼의 판면에 국부적으로 전달되는 것을 저지하는 한편 상기 웨이퍼의 판면에 전면적으로 분포시키는 열전달부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열부는 전기히터인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열전달부재는 소정의 두께를 가지며, 상기 가열대상의 웨이퍼와 거의 유사한 면적을 갖는 원반상의 히트 플레이트(Heat Plate)인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 히트 플레이트는 중앙영역을 형성하는 내부구간과, 상기 내부구간에 대해 반경방향 외측에 형성되는 외부구간으로 구획되며,
    상기 히트 플레이트의 적어도 일부구간에는 상기 가열부에서 발생된 열기가 상기 외부구간으로부터 상기 내부구간으로 신속하게 전달되도록 하는 히트 파이프(Heat Pipe)가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 히트 파이프는 내부에 열전달이 비교적 우수한 열전달매체가 충진되며, 상기 외부구간에 해당하는 상기 히트 플레이트 내에 원주방향을 따라 매입되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 가열부를 향한 상기 내부구간의 판면에는 상기 가열부에서 발생된 열기가 상기 내구구간으로 집중되는 것을 저지하는 열집중저지홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 장치본체 내의 상기 가열부 하부에 배치되어 상기 가열부를 지지하는 한편 상기 가열부에서 발생된 열기가 상기 열전달부재에 대한 반대방향으로 전달되는 것을 저지하는 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 장치본체는,
    상기 웨이퍼, 상기 가열부 및 상기 열전달부재의 배열방향에 대해 하부에 배치되는 하부케이스부와;
    상기 하부케이스부의 상부에 배치되어 상기 하부케이스부에 결합 및 결합해제되는 상부케이스부를 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 웨이퍼의 가열온도를 감지하는 온도감지부와;
    상기 온도감지부에 의한 감지결과값에 기초하여 상기 가열부의 동작을 온오프(On/Off) 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 가열장치.
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