KR20040019468A - 스피너설비의 베이크 플레이트 가열장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스피너설비에서 베이크 플레이트를 균일하게 가열하는 베이크 플레이트 가열장치에 관한 것이다.
베이크내의 웨이퍼의 부분적인 온도 불량에 의한 온도균일도를 개선하여 선폭불량을 개선하기 위한 스피너설비의 베이크 플레이트 가열장치는, 웨이퍼가 얹혀져 소정의 코팅 및 베이킹이 실시되는 핫플레이트와, 상기 핫플레이트 상에 여러 개의 구역으로 나누어진 일정구역에 각각 설치되어 개별적으로 가열시키는 다수의 열선과, 여러 개로 나누어진 일정구역 내에 각각 하나씩으로 설치되어 그 구역내의 온도를 각각 검출하는 다수의 온도센서와, 상기 다수의 온도센서로부터 검출된 온도 값을 각각 받아 미리 설정된 온도값이하나 이상일 시 열선 구동 온/오프 제어신호를 출력하는 온도 콘트롤러와, 상기 온도 콘트롤러의 제어에 의해 상기 다수의 열선을 각각 구동하는 다수의 열선구동부를 포함한다.

Description

스피너설비의 베이크 플레이트 가열장치{DEVICE FOR HEATING PLATE OF BAKE OF SPINNER DEVICE}
본 발명은 스피너설비의 베이크 플레이트 가열장치에 관한 것으로, 특히 스피너설비에서 베이크 플레이트를 균일하게 가열하는 베이크 플레이트 가열장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 소자는 이온주입 공정, 막 증착 공정, 확산공정, 사진공정, 식각공정 등과 같은 다수의 공정들을 거쳐 제조된다. 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, 포토레지스트와 웨이퍼간의 접착성을 향상시키기 위한 HMDS(Hexamethyl disilane) 처리 공정, 포토레지스트 도포공정 전 웨이퍼 상의 수분이나 유기용제를 제거하고, 포토레지스트 도포 후, 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 베이크장치를사용한다.
최근 이와 같은 베이크장치는, 미세 패턴을 패터닝하는 경우, 포토레지스트의 베이크 온도 균일성이 사진공정이나 식각공정 시 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 베이크온도를 유지시킬 수 있느냐가 반도체 소자의 수율에 직접적인 영향을 미치므로 온도조절이 정밀하고, 온도 보상시간이 빠른 웨이퍼의 베이크장치가 요구되는 실정에 있다.
도 1은 일반적인 반도체 웨이퍼의 베이크장치 구성도이다.
챔버(11)와, 상기 챔버(11)에 소정량의 N2가스를 공급하는 가스공급유니트(12)와, 상기 가스공급유니트(12)에 연결되어 N2가스를 소정온도로 가열시키는 가열유니트(13)를 구비한다.
상기 가스공급유니트(12)는 작동유체인 N2가스를 저장 가능하고, 챔버(11) 내로 유입되는 가스를 단속할 수 있도록 설치하며, 설정된 시간에 따라 배출되는 가스량을 미세조절하는 가스유량조절수단(미도시)을 구비한다. 그리고, 상기 가스공급유니트(12)는 후술되는 챔버(11)와 연통된 가스공급라인(14)을 구비한다. 여기서, 상기 가스유량조절수단은 가스의 유량조건을 정확히 측정할 수 있어야 하는데, 이는 공지된 바와 같이, 체적 내의 가스온도와 압력의 변화율을 측정하고 측정된 값으로부터 질량유량을 측정할 수 있다.
상기 가열유니트(13)는 가스공급라인(14)의 중간 영역에 설치되어 가스공급유니트(12)와 상호 연결되는 것으로 가스공급라인(14)을 따라 공급되는 가스를 공정에 필요한 소정온도로 가열시켜 챔버(11) 내로 공급한다. 여기서, 상기 가열유니트(12)는 챔버(11)로 유입되기 직전에 가스를 가열하기 위한 히팅존(미도시)을 구비한다. 즉, 상기 가열유니트(13)는 통과하는 가스를 히팅존에서 예열하여 챔버(11) 내로 직접 공급시키게 된다.
상기 챔버(chamber)(11)는 원통형으로 되어 있으며 그 내부에 설치되는 베이스(15)와, 반도체 웨이퍼(W)가 수평방향으로 안착되도록 상기 베이스(15) 상에 설치되며 상기 웨이퍼(W)를 균일한 온도로 베이크하기 위하여 내부에 후술될 열선이 내설되어 있는 핫플레이트(hot plate)(16)와, 상기 챔버(11)의 상부에 마련되어 챔버(11)의 하부와 결합되는 커버부재(17)를 구비한다.
상기 베이스(15)는 핫플레이트(16)를 안정적으로 지지하는 역할을 수행한다. 그리고, 상기 베이스(15)의 표면에는 챔버(11)의 외부와의 온도차이에 의해 챔버(11) 내부에서 대류현상이 발생되지 않도록 테프론 코팅되어 챔버(11) 내부에 유지되는 열이 외부로 방출되는 것을 차단하기 위한 단열층(18)이 형성되어 있다.
또한, 핫플레이트(16)의 윗면에는 웨이퍼(W)가 수평방향으로 놓이도록 지지하여 웨이퍼(W)와의 접촉면을 최대로 감소시킬 수 있는 지지핀(P)이 설치되어 있어 그 지지핀(P)의 상면에 웨이퍼(W)를 얹어놓아 핫플레이트(16)와 웨이퍼(W)가 직접 접촉되지 않도록 한다.
상기 커버부재(17)는 웨이퍼(W)가 밀폐된 공간에 놓이도록 상기 챔버(11)의상부에 결합된다. 즉, 상기 커버부재(17)는 상기 가스공급라인(14)과 연결되고 중앙부분에 다수의 가스 주입구(19a)가 형성되어 있는 가스공급플레이트(19)와, 상기 가스공급플레이트(19)와 소정간격 이격되도록 설치되며 다수의 구멍을 가지고 있는 제1완충플레이트(20)와, 상기 제1완충플레이트(20)와 소정간격 이격 되도록 설치되며 다수의 구멍을 가지고 있는 제2완충플레이트(21)로 구성된다.
상기 가스공급플레이트(19)는 원형판의 중앙에 상기 가스공급라인을 통해 분사된 N2가스가 주입되도록 다수개의 주입구(19a)가 형성되어 있다. 즉, 가스공급유니트(12) 및 가열유니트(13)를 거친 N2가스는 상기 가스공급라인(14)을 통해 가스공급플레이트(19)의 주입구(19a)로 주입된다.
상기 제1완충플레이트(20)는 원형판의 전면에 다수의 구멍이 형성되어 있다. 상기 구멍은 원형판에 균일한 직경으로 형성된 것을 알 수 있다. 이는 가스공급플레이트(19)로부터 공급된 N2가스가 챔버(11)의 내부공간에 균일하게 분산될 수 있도록 하기 위함이다.
상기 제2완충플레이트(21)는 상기 제1완충플레이트(20)와 소정간격 이격되게 설치되고, 원형판의 전면에 다수의 구멍이 형성되어 있다. 상기 다수의 구멍은 원형판의 중앙부로부터 가장자리로 갈수록 직경이 작아지는 것을 알 수 있다. 이는 가스공급플레이트(19)로부터 공급된 N2가스로 인해 웨이퍼(W)가 균일온도 분포를 유지하도록 중앙부분에서 많이 분사시키며, 중앙부분에 분사된 N2가스는 횡방향 유동을 형성하여 외각의 작은 구멍에서 공급되는 N2가스와 함께 외각으로 분출된다. 여기서, 상기 커버부재(17)는 그 밑면과 핫플레이트(16) 표면과의 간격이 일반적인높이인 16㎜(L)을 유지하도록 한다.
도 2는 도 1의 핫플레이트(16) 구조도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 핫플레이트(16)는 하나의 열선(30)이 장착되어 있어 그 열선(30)으로 인해 핫플레이트(16)가 일괄적으로 가열되면서 웨이퍼(W)를 건조시킨다. 그리고 핫플레이트(16)의 중앙에 베이크 온도를 검출하기 위한 온도센서(32)가 설치되어 있다.
상기와 같은 종래의 스피너설비의 베이크 핫플레이트는 베이크 전체의 아래 부분에 한 개의 열선이 배치되어 열선에 전기를 통하여 가열시키는 방법을 사용하고 있고 온도센서도 중앙부분에 한 개가 설치되어 있으므로, 베이크 내에서 부분적으로 온도를 관리할 수 없어 한쪽의 온도가 높거나 낮아 코팅면의 두께가 불균일 하게 되어 선폭(CD)불량이 발생하는 문제가 있었다.
특히 베이크내의 웨이퍼가 들어오고 나가는 입구쪽은 베이크의 안쪽보다 열손실이 많기 때문에 베이크 내에서도 입구와 안쪽은 미세한 온도차이가 발생되어 선폭(CD)불량이 발생하는 문제가 있었다.
따라서 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 스피너설비에서 베이크의 핫플레이트에 원하는 부분의 온도가 높거나 낮을 경우 부분적으로 온도를 관리할 수 있도록 하여 선폭불량 발생을 방지하는 스피너설비의 베이크 플레이트 가열장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 베이크내의 웨이퍼의 부분적인 온도 불량에 의한 온도균일도를 개선하여 선폭불량을 개선할 수 있는 스피너설비의 베이크 플레이트 가열장치를 제공함에 있다.
도 1은 일반적인 반도체 웨이퍼의 베이크장치 구성도
도 2는 도 1의 핫플레이트(16) 구조도
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 웨이퍼의 베이크장치 구성도
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 도 3의 핫플레이트(26) 구조도
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 베이크의 온도를 제어하기 위한 장치의 구성도
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
40,42,44,46: 열선 50,52,54,56: 온도센서
60: 온도 콘트롤러 62,64,66,68: 열선구동부
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스피너설비의 베이크 플레이트 가열장치는, 웨이퍼가 얹혀져 소정의 코팅 및 베이킹이 실시되는 핫플레이트와, 상기 핫플레이트 상에 여러 개의 구역으로 나누어진 일정구역에 각각 설치되어 개별적으로 가열시키는 다수의 열선과, 여러 개로 나누어진 일정구역 내에 각각 하나씩으로 설치되어 그 구역내의 온도를 각각 검출하는 다수의 온도센서와, 상기 다수의 온도센서로부터 검출된 온도 값을 각각 받아 미리 설정된 온도 값 이하나 이상일 시 열선 구동 온/오프 제어신호를 출력하는 온도 콘트롤러와, 상기 온도 콘트롤러의 제어에 의해 상기 다수의 열선을 각각 구동하는 다수의 열선구동부를 포함함을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 웨이퍼의 베이크장치 구성도이다.
챔버(11)와, 상기 챔버(11)에 소정량의 N2가스를 공급하는가스공급유니트(12)와, 상기 가스공급유니트(12)에 연결되어 N2가스를 소정온도로 가열시키는 가열유니트(13)를 구비한다.
상기 가스공급유니트(12)는 작동유체인 N2가스를 저장 가능하고, 챔버(11) 내로 유입되는 가스를 단속할 수 있도록 설치하며, 설정된 시간에 따라 배출되는 가스량을 미세조절하는 가스유량조절수단(미도시)을 구비한다. 그리고, 상기 가스공급유니트(12)는 후술되는 챔버(11)와 연통된 가스공급라인(14)을 구비한다. 여기서, 상기 가스유량조절수단은 가스의 유량조건을 정확히 측정할 수 있어야 하는데, 이는 공지된 바와 같이, 체적 내의 가스온도와 압력의 변화율을 측정하고 측정된 값으로부터 질량유량을 측정할 수 있다.
상기 가열유니트(13)는 가스공급라인(14)의 중간 영역에 설치되어 가스공급유니트(12)와 상호 연결되는 것으로 가스공급라인(14)을 따라 공급되는 가스를 공정화에 필요한 소정온도로 가열시켜 챔버(11) 내로 공급한다. 여기서, 상기 가열유니트(12)는 챔버(11)로 유입되기 직전에 가스를 가열하기 위한 히팅존(미도시)을 구비한다. 즉, 상기 가열유니트(13)는 통과하는 가스를 히팅존에서 예열하여 챔버(11) 내로 직접 공급시키게 된다.
상기 챔버(chamber)(11)는 원통형으로 되어 있으며 그 내부에 설치되는 베이스(15)와, 반도체 웨이퍼(W)가 수평방향으로 안착되도록 상기 베이스(15) 상에 설치되며 상기 웨이퍼(W)를 균일한 온도로 베이크하기 위하여 내부에 후술될 열선이 내설되어 있는 핫플레이트(hot plate)(26)와, 상기 챔버(11)의 상부에 마련되어 챔버(11)의 하부와 결합되는 커버부재(17)를 구비한다.
상기 베이스(15)는 핫플레이트(26)를 안정적으로 지지하는 역할을 수행한다. 그리고, 상기 베이스(15)의 표면에는 챔버(11)의 외부와의 온도차이에 의해 챔버(11) 내부에서 대류현상이 발생되지 않도록 테프론 코팅되어 챔버(11) 내부에 유지되는 열이 외부로 방출되는 것을 차단하기 위한 단열층(18)이 형성되어 있다.
또한, 핫플레이트(26)의 윗면에는 웨이퍼(W)가 수평방향으로 놓이도록 지지하여 웨이퍼(W)와의 접촉면을 최대로 감소시킬 수 있는 지지핀(P)이 설치되어 있어 그 지지핀(P)의 상면에 웨이퍼(W)를 얹어놓아 핫플레이트(26)와 웨이퍼(W)가 직접 접촉되지 않도록 한다.
상기 커버부재(17)는 웨이퍼(W)가 밀폐된 공간에 놓이도록 상기 챔버(11)의 상부에 결합된다. 즉, 상기 커버부재(17)는 상기 가스공급라인(14)과 연결되고 중앙부분에 다수의 가스 주입구(19a)가 형성되어 있는 가스공급플레이트(19)와, 상기 가스공급플레이트(19)와 소정간격 이격되도록 설치되며 다수의 구멍을 가지고 있는 제1완충플레이트(20)와, 상기 제1완충플레이트(20)와 소정간격 이격 되도록 설치되며 다수의 구멍을 가지고 있는 제2완충플레이트(21)로 구성된다.
상기 가스공급플레이트(19)는 원형판의 중앙에 상기 가스공급라인을 통해 분사된 N2가스가 주입되도록 다수개의 주입구(19a)가 형성되어 있다. 즉, 가스공급유니트(12) 및 가열유니트(13)를 거친 N2가스는 상기 가스공급라인(14)을 통해 가스공급플레이트(19)의 주입구(19a)로 주입된다.
상기 제1완충플레이트(20)는 원형판의 전면에 다수의 구멍이 형성되어 있다. 상기 구멍은 원형판에 균일한 직경으로 형성된 것을 알 수 있다. 이는 가스공급플레이트(19)로부터 공급된 N2가스가 챔버(11)의 내부공간에 균일하게 분산될 수 있도록 하기 위함이다.
상기 제2완충플레이트(21)는 상기 제1완충플레이트(20)와 소정간격 이격되게 설치되고, 원형판의 전면에 다수의 구멍이 형성되어 있다. 상기 다수의 구멍은 원형판의 중앙부로부터 가장자리로 갈수록 직경이 작아지는 것을 알 수 있다. 이는 가스공급플레이트(19)로부터 공급된 N2가스로 인해 웨이퍼(W)가 균일온도 분포를 유지하도록 중앙부분에서 많이 분사시키며, 중앙부분에 분사된 N2가스는 횡방향 유동을 형성하여 외각의 작은 구멍에서 공급되는 N2가스와 함께 외각으로 분출된다. 여기서, 상기 커버부재(17)는 그 밑면과 핫플레이트(26) 표면과의 간격이 일반적인 높이인 16㎜(L)을 유지하도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 도 3의 핫플레이트(26) 구조도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 웨이퍼가 얹혀져 소정의 코팅 및 베이킹이 실시되는 핫플레이트(26)는 상기 핫플레이트(26) 상에 일정구역으로 나누어져 상기 나누어진 일정구역에 개별적으로 가열시키는 다수의 열선(40, 42, 44, 46)과, 상기 나누어진 일정구역 내에 각각 하나씩으로 설치되어 그 구역내의 온도를 각각 검출하는 다수의 온도센서(50, 52, 54, 56)로 구성되어 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 베이크의 온도를 제어하기 위한 장치의 구성도이다.
여러 개로 나누어진 일정구역 내에 각각 하나씩으로 설치되어 그 구역내의 온도를 각각 검출하는 다수의 온도센서(50, 52, 54, 56)와,
다수의 온도센서(50, 52, 54, 56)로부터 검출된 온도 값을 각각 받아 미리 설정된 온도 값 이하나 이상일 시 열선 구동제어신호를 출력하는 온도콘트롤러(60)와, 상기 온도콘트롤러(60)의 제어에 의해 다수의 열선(40, 42, 44, 46)을 각각 구동하는 다수의 열선구동부(62, 64, 66, 68)로 구성되어 있다.
상기와 같은 베이크장치에서 웨이퍼의 베이킹을 하는 동작을 보면, 핫플레이트(26)의 표면과 커버부재(17)의 밑면 즉, 제2완충플레이트(21)와 간격이 16mm를 유지하는 챔버(11)내의 핫플레이트(26) 상에 반도체 웨이퍼(W)를 올려놓는다. 반도체 웨이퍼(W)는 핫플레이트(26)의 윗면에 설치된 지지핀(P)에 지지되어 수평방향으로 놓인다. 그런 후 온도콘트롤러(60)는 핫플레이트(26)의 여러 개의 구역으로 나누어진 일정구역에 설치된 다수의 열선(40, 42, 44, 46)을 다수의 열선구동부(62, 64, 66, 68)를 통해 전원을 공급하여 예를 들어 70~150℃의 온도를 유지하도록 가열한다. 이때 가스공급유니트(12)는 저장되어 있는 N2가스의 양을 조절하여 가열유니트(13)로 공급한다. 가스공급유니트(12)의 가스유량 조절부(도시하지 않음)는 설정된 시간에 따라 유입되는 가스의 양을 미세하게 조절하여 분당 6~600cc를 가열유니트(13)로 공급한다. 가열유니트(13)로 공급된 N2가스는 히팅존에서 소정온도로 예열되고 예열된 N2가스는 가스공급라인(14)을 따라 가스공급플레이트(19)의 주입구(19a)를 통해 챔버(11) 내부로 주입된다. 주입구(19a)를 통해 주입되는 N2가스는 제1완충플레이트(20)에 골고루 분산되고, 분산된 N2가스는 다수의 구멍(20a)을 통해 제2완충플레이트(21)로 공급된다. 공급된 N2가스는 제2완충플레이트(21)에 분산되어 반도체 웨이퍼(W)가 놓인 공간(A) 속으로 유입되어 베이킹을 하게 된다.
이때 다수의 온도센서(50, 52, 54, 56)는 여러 개로 나누어진 일정구역내의 온도를 센싱하여 온도콘트롤러(60)로 인가한다. 온도 콘트롤러(60)는 상기 다수의 온도센서(50, 52, 54, 56)로부터 센싱온도를 받아 미리 설정되어 있는 온도값과 각각 비교하여 설정되어 있는 온도보다 낮을 경우 열선구동 온신호를 출력하고, 설정되어 있는 온도보다 높을 경우 열선구동 오프신호를 출력하여 다수의 열선(40, 42, 44, 46)을 구동하여 베이크 내에 균일한 온도를 유지하여 베이킹이 될수 있도록 제어한다.
상술한 바와 같이 본 발명은 포토스피너 설비에서 베이크 핫플레이트 상에 여러 개의 구역으로 나누어진 영역에 각각 독립적으로 동작하는 열선과 온도센서를 배치하여 각 구역별로 온도값을 검출하여 베이크 내의 온도를 제어하여 베이크 내의 온도가 균일하게 유지되도록 하여 웨이퍼의 선폭불량 발생을 방지할 수 있는 이점이 있다.

Claims (2)

  1. 스피너설비의 베이크 플레이트 가열장치에 있어서,
    웨이퍼가 얹혀져 소정의 코팅 및 베이킹이 실시되는 핫플레이트와,
    상기 핫플레이트 상에 여러 개의 구역으로 나누어진 일정구역에 각각 설치되어 개별적으로 가열시키는 다수의 열선과,
    여러 개로 나누어진 일정구역 내에 각각 하나씩으로 설치되어 그 구역내의 온도를 각각 검출하는 다수의 온도센서와,
    상기 다수의 온도센서로부터 검출된 온도 값을 각각 받아 미리 설정된 온도값이하나 이상일 시 열선 구동 온/오프 제어신호를 출력하는 온도 콘트롤러와,
    상기 온도 콘트롤러의 제어에 의해 상기 다수의 열선을 각각 구동하는 다수의 열선구동부를 포함함을 특징으로 하는 스피너설비의 베이크 플레이트 가열장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 일정구역은 4개의 영역으로 나누어짐을 특징으로 하는 스피너설비의 베이크 플레이트 가열장치.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100607364B1 (ko) * 2004-12-28 2006-08-01 동부일렉트로닉스 주식회사 포토리소그라피 공정에 사용되는 노광 후 베이크 장비 및이에 의한 감광막 패턴들의 임계 치수 제어 방법
KR100771381B1 (ko) * 2005-07-01 2007-10-30 오성엘에스티(주) 엘시디 기판용 가열장치
KR100801844B1 (ko) * 2006-12-27 2008-02-11 동부일렉트로닉스 주식회사 핫 플레이트 및 그를 이용한 임계치수의 균일도 향상방법

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