KR20040011961A - 반도체소자 제조용 가열장치의 냉각 조절방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노광 공정을 진행하기에 앞서 웨이퍼 상에 도포된 포토레지스트를 경화시키기 위한 온도 조건의 변화에 대하여 냉각시간을 단축할 수 있도록 하는 반도체소자 제조용 가열장치의 냉각 조절방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 이를 위한 특징은, 디바이스의 베이크를 위한 기준온도가 입력되고, 챔버 내부의 현재온도 상태가 모니터링되면 상기 기준온도와 현재온도를 비교하여 과열 여부를 판단하는 단계와; 이때 상기 현재온도가 기준온도보다 높게 나타나는 경우 상기 챔버 내부를 냉각하기 위해 챔버의 덮개를 반복적으로 개폐함으로써 외부 공기의 유입 및 배출이 이루어지도록 하고, 상기 기준온도와 현재온도의 차가 허용범위를 만족하면 상기 디바이스에 대한 후속 공정을 진행하는 단계를 포함하여 이루어진다. 이에 따르면, 챔버 내부에서 진행되는 디바이스별 공정별로 요구되는 온도를 적정하기 형성하기 위한 온도조건 형성시 온도의 하강 시간을 단축하여 공정이 신속하게 이루어지는 효과가 있다.

Description

반도체소자 제조용 가열장치의 냉각 조절방법 및 그 장치{cooling temperature controlling method of the bake equipment for semiconductor device fabricating and apparatus thereof}

본 발명은 노광 공정을 진행하기에 앞서 웨이퍼 상에 도포된 포토레지스트를 가열 분위기로 경화시키는 과정에서 낮은 온도로의 변화에 대하여 냉각시간을 단축할 수 있도록 하는 반도체소자 제조용 가열장치의 냉각 조절방법 및 그 장치에 관한 것이다.

반도체소자의 제조 과정에서 필수적으로 이루어지는 공정 중 하나인 노광 공정에서는 포토레지스트가 도포된 웨이퍼 상부에 소정 패턴 이미지를 갖는 레티클(reticle)을 위치시켜 소정 파장의 광을 조사토록 함으로써 레티클이 갖는 패턴 이미지를 웨이퍼 상의 포토레지스트 막에 전사(傳寫)시키는 과정이 이루어진다. 여기서, 상술한 포토레지스트는 웨이퍼 상에서 균일한 두께의 증착 상태로 유지될 것이 요구되며, 이에 따라 웨이퍼 상에 액상으로 도포되는 포토레지스트는 안정한 상태를 위하여 가열장치를 통해 경화 과정을 거친다.

상술한 바와 같이, 웨이퍼 상에 도포된 포토레지스트 막을 경화시켜 안정화하기 위한 가열장치는, 챔버 내부에 투입되는 웨이퍼의 저면을 받쳐 지지하는 가열판(disk)가 구비되고, 이 가열판의 내부에는 그 상부에 놓이는 웨이퍼를 가열하기 위한 히터가 구비된 구성으로서, 웨이퍼의 전면에 도포된 포토레지스트는 히터에 의한 가열 분위기 하에서 서서히 경화되는 과정을 거치게 된다.

이러한 관계에 있어서, 상술한 바와 같이, 포토레지스트를 경화시키기 위한가열 온도는 동일한 가열장치 내에서도 투입되는 각 웨이퍼의 공정 조건에 따라 설정이 변경되는 경우가 발생된다.

상술한 가열장치의 챔버 내부는 계속적인 공정 수행에 대하여 이미 설정된 온도 상태로 보존되는 관계에 있다.

이에 따라 이전 웨이퍼에 대한 설정 온도에서 보다 낮은 온도 수준이 요구되는 다른 웨이퍼를 투입하기 위해서는 챔버 내부를 그에 대응하는 설정 온도 조건으로 변환 즉, 냉각시켜야 한다.

이러한 관계의 비근한 예를 들어 설명하면, 이전 웨이퍼의 온도 조건이 약 150℃로 설정되어 있는 상태에서 이후에 투입되는 웨이퍼의 온도 조건이 약 100℃로 설정되는 관계에 있어서, 종래의 가열장치에서는 약 50℃ 정도로 낮추도록 냉각에 소요되는 시간이 약 60분 이상이었다.

이것은 종래의 가열장치가, 도 1에 도시된 바와 같이, 챔버를 이루는 상부덮개(10)와 하부지지체(12)가 내부를 상호 밀폐한 분위기와 내부에 웨이퍼(16)가 놓이는 가열판(14)를 가열하지 않은 상태에서 자연적인 열전도만으로 냉각이 이루어지도록 구성됨에 있는 것이다.

또한, 챔버(10, 12) 상에는 내부의 진공 형성을 위한 배기 조정볼트(18)와 레귤레이터(20) 및 주배기부(22)가 구비되어 있다.

이러한 구성에 있어서, 종래 가열장치의 가열 온도 컨트롤 시스템에서 온도를 상승시키는 경우에는 가열판(14)을 가열하는 가열(heating) 방식에 의해 이루어지나, 그와 반대로 온도를 하강시키기 위해서는, 상술한 바와 같이, 상부덮개(10)가 덮인 상태 그대로 자연적으로 냉각이 이루어지도록 하는 방식을 취하게 되어 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.

그러나, 통상 가열장치는 하나의 설비에서 하나의 공정 조건을 갖는 웨이퍼들만을 대상으로 진행되는 것이 아니라, 공정 조건 즉, 가열 온도 조건이 각기 다른 여러 종류의 웨이퍼에 대하여 공정을 진행하는 경우가 빈번하다. 예를 들면, 동일 가열장치 내에서 110℃와 90℃사이로 변경하는 경우가 될 수 있는데, 내부 온도를 20℃ 올릴 경우 30초 정도 소요되는 시간이 20℃를 내리고자 할 때는 챔버에 따라 다소 차이가 있으나 15분 내지 34분 정도로 시간이 소요되는 것이다. 특히 온도를 올리거나 내리는 것은 이전 웨이퍼의 공정을 마치고 새로운 공정 조건을 갖는 웨이퍼를 투입하기 전에 챔버(10, 12)를 밀폐된 상태에서 진행되므로 열의 외부방출이 용이하지 않는 문제점이 있다.

이와 같은 조건에서의 공정을 진행하기 위해서는 각기 공정 조건을 달리하는 웨이퍼(16)들의 종류에 각각 대응하는 가열장치를 증설하여 사용될 수 있으나 이것은 설비 규모의 증대를 초래하고, 설비의 가동 효율을 저하시키는 등 비경제적인 문제가 있는 것이다.

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 각기 다른 온도 조건을 갖는 웨이퍼에 대하여 요구되는 온도를 형성하기 위한 과정에서 냉각시간을 보다 단축할 수 있도록 하여 공정이 신속하게 이루어지도록 하기 위한 반도체소자 제조용 가열장치의 냉각 조절방법 및 그 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 각 온도별로 별도의 설비를 증설하지 않고도 온도하강 작업이 챔버가 열림, 닫힘 동작을 반복할 수 있도록 하여 공기의 강제순환 방식에 의한 전도와 대류에 의해 동시에 진행되게 함으로써 온도하강 시간을 단축시키고 다른 온도 조건을 갖는 웨이퍼에 대하여 준비 및 그 온조 조건의 변경 시간을 최소화하기 위한 반도체소자 제조용 가열장치의 냉각 조절방법 및 그 장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래의 반도체소자 가열장치의 구성과 이들 구성으로부터 냉각이 이루어지는 관계를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명에 의한 가열장치의 구성과 이들 구성에 의해 냉각이 이루어지는 관계를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 3은 도 2의 동작 관계를 설명하기 위한 제어장치 블록도이다.

도 4는 도 2 및 도 3에 의한 냉각 과정을 나타내는 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10, 30: 상부덮개 12, 32: 하부지지체

14, 34: 발열체 22, 42, 54: 주배기부

50: 제어부 52: 비교부

56: 챔버구동부 58: 발열부

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 상부덮개와 하부지지체가 상호 결합하여 내부를 구획하고, 그 내부에 가열판이 구비된 반도체소자 제조용 가열장치 구성으로부터 냉각방법에 있어서, 인가되는 제어신호에 따라 상기 하부지지체로부터 선택적으로 상기 상부덮개를 개폐시키는 구동부를 구비하고, 상기 가열판에 대한 기준온도와 설정 범위를 입력하는 단계와; 상기 가열판을 포함한 상기 상부덮개와 하부지지체 내의 온도를 모니터링하는 단계와; 상기 기준온도와 모니터링되는 온도를 비교하여 과열 여부를 판단하는 단계와; 상기 모니터링되는 온도가 과열인 경우 상기 구동부를 구동시켜 그 내부에 대하여 공기의 유입과 배출이 이루어지도록 상기 하부지지체에 대하여 상기 상부덮개의 개폐를 복수회 반복 수행하는 단계; 및 상기 기준온도에 대한 모니터링되는 온도의 차가 설정 범위에 있는 경우 상기 구동부의 구동을 정지시키고 자연 냉각이 이루어지도록 하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

또한, 상기 설정 범위는 1∼7℃ 범위 내에 있도록 함이 바람직하다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반도체소자 제조용 가열장치의 냉각 조절장치는, 가열판을 포함한 상부덮개와 하부지지체 내에 대하여 모니터링되는 온도와 입력되는 기준온도를 비교 출력하는 비교부와; 인가되는 제어신호에 따라 상기 하부지지체로부터 상기 상부덮개를 개폐시키는 구동부와; 상기 비교부로부터 출력된 신호를 판단하고, 상기 가열판과 상기 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 반도체소자 제조용 가열장치의 냉각 조절방법 및 그 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 가열장치의 구성과 이들 구성에 의해 냉각이 이루어지는 관계를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 2의 동작 관계를 설명하기 위한 제어장치 블록도이며, 도 4는 도 2 및 도 3에 의한 냉각 과정을 나타내는 흐름도로서, 종래와 동일한 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 냉각방식을 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 공정챔버의 상부덮개(30)와 하부지지체(32)의 내부에 웨이퍼(36)가 놓이는 가열판(34)이 구비되어 있다. 그리고, 챔버(30, 32) 내부의 진공 형성을 위한 배기 조정볼트(38)와 레귤레이터(40) 및 주배기부(42)가 구성되어 있다.

또한, 상술한 상부덮개(30)의 일측에는 제어부(50)로부터 인가되는 제어신호에 따라 하부지지체(32)를 기준하여 상부덮개(30)를 선택적으로 개폐하도록 하는구동부(56)가 구비되어 있다.

이와 같이 구성되어 있는 본 발명의 실시예에서, 베이크를 위한 온도가 이전의 공정에서 진행되던 온도보다 낮을 때는 상기 상부덮개(30)는 개폐동작을 반복하면서 온도를 낮추는 작업이 진행된다. 즉, 챔버(30, 32)를 개방하고 닫는 동작을 반복하여 챔버(30, 32) 내부에서 강제대류가 이루어지도록 하여 가열판(34) 보다 상대적으로 낮은 온도의 공기가 순환되면서 자연스럽게 온도가 하강되는 것이다.

이와 같은 동작을 수행하기 위한 챔버(30, 32)의 관련 부위의 구성이 도 3에 도시되어 있다.

도 3을 참조하면, 먼저 챔버(30, 32) 내부의 온도를 감지하는 온도센서(도시하지 않음)와 설정온도를 입력받게 되는 비교부(52)와, 배기동작 여부 및 배기압력에 대한 정보를 공급하는 주배기부(54)가 제어부(50)에 연결되어 있다. 상기 제어부(50)는 이러한 정보를 입력받아서 상기 상부덮개(30)가 개폐동작이 이루어지도록 하는 챔버구동부(56)에 전달하고, 설정 온도에 미치지 못할 경우에는 발열판(34)을 가열시키는 발열부(58)에 적절한 신호를 공급하게 된다.

그러면, 본 발명의 목적을 구현하기 위한 구체적인 동작을 도 4를 포함하여 더욱 상세하게 설명한다.

먼저, 하나의 베이크 공정이 진행된 후 다음 웨이퍼들에 대한 베이크 공정이 진행될 때 앞서 진행된 공정에서의 공정 진행온도가 다를 경우가 발생된다. 그러면, 후속 베이크 공정의 베이크 조건이 입력되는데(S2) 상기 베이크 조건은 런 진행시에 네트워크를 통해 자동으로 입력될 수 있으며, 사용자의 수작업에 의해 입력에 의해 기준온도로 설정될 수 있다.

상기 베이크 조건을 입력받은 제어부(50)는 현재의 챔버 내부의 상태를 모니터링하게 된다(S4). 즉, 베이크 공정 진행을 위해 발열판(34) 부위의 현재온도가 어느 정도인지를 파악하게 되는데, 온도센서를 통해 입력되는 신호를 통해 얻어질 수 있다. 이때 상기 기준온도와 현재온도를 비교부(52)를 통해 비교하게 되어 그 차이에 대한 정보가 제어부(50)에 공급된다.

제어부(50)는 상기 온도의 차이를 산출하여 상기 현재온도가 과열인지의 여부를 판단하게 된다(S6). 이때 상기 현재온도가 기준온도보다 낮은 과열상태가 아닌 경우에는 발열부(58)를 통해 발열판(34)을 가열하여 온도를 맞춘다(S16). 물론 이때 상부덮개(30)는 닫힌 상태로 있게 된다. 그러나, 상기 현재온도가 기준온도보다 높게 나타나면 과열된 상태이므로 챔버 내부의 온도를 낮춰야 할 필요가 있다. 이때 제어부(50)는 챔버구동부(56)를 통해 상부덮개(30)가 주기적으로 열고 닫히는 동작을 반복하게(S8) 하거나 연속적으로 열린 상태로 있게 할 수도 있을 것이다.

이후 상기 현재온도가 기준온도에 근접되는 적정 범위를 만족하게 되면(S10) 챔버의 상부덮개(30)를 닫고(S12) 후속 베이크 공정을 진행하게 하고(S14), 그렇지 않은 경우에는 온도를 계속적으로 하강시키기 위한 상술한 바와 같은 동작을 반복하게 된다. 상기 상부덮개(30)의 개폐동작이 정지되는 범위의 적정온도는 베이크 공정시의 설정된 온도의 크기에 따라 그 범위가 달라질 수 있으나, 예를 들면 3℃ 이내 또는 5℃ 이내의 온도차가 적정온도가 될 수 있다.

상기 적정온도에 이름과 동시에 상기 상부덮개(30)를 닫을 수 있으나, 바람직하기로는 약 2℃ 정도의 차이가 나면 상부덮개(30)를 닫음으로써 닫힌 상태에서의 대류에 의해 자연적인 온도 하강이 이루어지도록 하는 것도 바람직하다. 이로써 챔버 내부의 온도 산포를 균일하게 함으로써 전체적인 온도의 균형을 유지할 수 있는 것이다.

이때 상기 현재온도와 기준온도를 일치시키기 위한 동작 진행시 상기 상부덮개(30)가 개폐를 반복하는 것과 동시에 주배기부(54)의 동작이 함께 이루어지도록 할 수도 있을 것이다. 예를 들면, 주배기부(54)를 통해 챔버 내부의 공기를 강제 배기 되도록 함으로써 챔버 내부에서의 공기의 순환이 원활하게 이루어짐은 물론 그에 따라 온도 하강효과를 극대화시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 챔버 내부의 온도를 신속하고 안정적인 조건에서 설정조건에 이르도록 하여 공정시간을 단축하고 그에 따른 생산성 향상을 기대할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의하면, 챔버 내부에서 진행되는 디바이스별 공정별로 요구되는 온도를 적정하게 형성하기 위한 온도조건 형성시 온도의 하강 시간을 단축하여 공정이 신속하게 이루어지는 효과가 있다.

또한, 각 온도별로 별도의 설비를 증설하지 않고도 온도하강 작업이 챔버가 열림, 닫힘 동작을 반복하게 해 공기의 강제순환 방식에 의한 전도와 대류에 의해동시에 진행되게 함으로써 온도하강 시간을 단축시키고 디바이스 변경으로 인한 준비교체 시간이 최소화되며, 그에 따른 생산성이 향상되는 이점이 있다.

본 발명은 구체적인 실시예에 대해서만 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 변형이나 변경할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게는 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

Claims (3)

1. 인가되는 제어신호에 따라 챔버를 이루는 하부지지체로부터 선택적으로 상부덮개를 개폐시키는 구동부를 구비하고,

   상기 가열판에 대한 기준온도와 설정 범위를 입력하는 단계와;

   상기 가열판을 포함한 상기 상부덮개와 하부지지체 내의 온도를 모니터링하는 단계와;

   상기 기준온도와 모니터링되는 온도를 비교하여 과열 여부를 판단하는 단계와;

   상기 모니터링되는 온도가 과열인 경우 상기 구동부를 구동시켜 그 내부에 대하여 공기의 유입과 배출이 이루어지도록 상기 하부지지체에 대하여 상기 상부덮개의 개폐를 복수회 반복 수행하는 단계; 및

   상기 기준온도에 대한 모니터링되는 온도의 차가 설정 범위에 있는 경우 상기 구동부의 구동을 정지시키고 자연 냉각이 이루어지도록 하는 단계를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 가열장치의 냉각 조절방법.
2. 상기 설정 범위는 1∼7℃ 범위 내에 있도록 하는 것을 특징으로 하는 상기 반도체소자 제조용 가열장치의 냉각 조절방법.
3. 가열판을 포함한 상부덮개와 하부지지체 내에 대하여 모니터링되는 온도와 입력되는 기준온도를 비교 출력하는 비교부와;

   인가되는 제어신호에 따라 상기 하부지지체로부터 상기 상부덮개를 개폐시키는 구동부와;

   상기 비교부로부터 출력된 신호를 판단하고, 상기 가열판과 상기 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 반도체소자 제조용 가열장치의 냉각 조절장치.