KR20060015922A - 반도체장치 및 이를 이용한 피.이.비. 방법 - Google Patents

반도체장치 및 이를 이용한 피.이.비. 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반도체장치 및 이를 이용한 피.이.비. 방법에 관한 것으로,
균일한 CD를 확보할 수 있도록 하기 위하여, PEB 공정시 오븐 챔버 내부의 온도를 균일하게 유지할 수 있도록 웨이퍼 상측에 센서 어레이를 형성하고 이를 이용하여 온도를 측정한 다음, 측정된 데이터를 이용하여 상기 오븐 챔버 내부의 히터를 부분적으로 구동시킬 수 있도록 함으로써 오븐 챔버 내부의 온도를 균일하게 유지할 수 있도록 하고 후속 공정으로 형성되는 감광막의 CD를 균일하게 형성할 수 있도록 하여 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키고 그에 따른 반도체소자의 고집적화를 가능하게 하는 기술이다.

Description

반도체장치 및 이를 이용한 피.이.비. 방법{A semiconductor device and A method for Post Exposure Baking using the device}
도 1 은 종래기술에 따른 반도체장치를 도시한 단면도.
도 2 는 PEB ( post exposure bake ) 공정의 온도 변화에 따른 CD ( critical dimension ) 변화량을 도시한 그래프.
도 3 은 본 발명에 따른 반도체장치를 도시한 단면도.
도 4a 내지 도 4d 는 본 발명에 따른 반도체장치를 이용한 PEB 공정을 도시한 단면도.
도 5 는 도 4d 단계에서의 동작원리를 도시한 부분 평면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
11,31 : PEB 오븐 챔버 13,33 : 히터
15,41 : 온도센서 17,35 : 웨이퍼 받침대
19,37 : 웨이퍼 21 : 열 배출구
23,53 : 온도 조절기 39 : 센서 어레이
43 : 제1 열 배출구 45 : 근접센서
47 : 제2 열 배출구 49 : 구동축
51 : 구동모터 61 : 제1히터
63 : 제2히터 65 : 제3히터
67 : 제4히터 69 : 제5히터
본 발명은 반도체장치 및 이를 이용한 피.이.비. ( PEB ) 방법에 관한 것으로, 특히 PEB 공정에 사용되는 오븐 챔버 ( oven chamber ) 에서의 온도 균일도를 향상시킬 수 있도록 하는 장치에 관한 것이다.
도 1 은 종래기술에 따른 반도체장치를 도시한 단면도로서, PEB 오븐 챔버를 개략적으로 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, PEB 오븐 챔버(11)는 내부 하측에 핫 플레이트 ( hot plate )(13)가 구비되고, 상기 핫 플레이트(13)의 표면에 일정한 간격을 유지하며 온도 센서(15)가 구비된다.
그리고, 상기 핫 플레이트(13)의 에지부에 웨이퍼를 지지할 수 있는 웨이퍼 받침대(17)가 구비된다.
상기 웨이퍼 받침대(17)에 에지부가 걸쳐져 웨이퍼(19)가 탑재되고, 상기 핫 플레이트(13)를 가열할 때 유발되는 열기를 배출할 수 있도록 상기 오븐 챔버(11)의 상측 중앙부에 열 배출구(21)가 구비된다.
상기 도 1 의 PEB 오븐 챔버(13)를 이용한 PEB 공정의 온도 조절은 다음과 같이 실시한다.
먼저, 상기 오븐 챔버(11)에서 웨이퍼(19)가 높여지는 핫 플레이트(13)내부의 온도 센서(15)들로 온도를 측정한다.
그 다음, 측정된 온도를 온도 조절기(23)로 피드백 ( feedback )하여 하고 각각의 온도센서(15)에 대응되는 핫 플레이트(13)내의 히터(미도시)로 온도를 조절함으로써 오븐 챔버(11) 내의 세팅 온도 및 패턴의 CD 균일도를 유지하게 된다.
이러한 방법은 핫 플레이트 자체의 온도 조절을 정확하게 할 수는 있으나 실제 오븐 챔버에서 감광막 상의 대기의 기류 등에 의해 변화되는 온도는 무시된다.
즉, 감광막 상에 실제로 작용하는 온도는 측정할 수 없게 된다.
이 때문에, 오븐 챔버(11) 내부에서 대기의 흐름을 균일하게 조절하지 않는 한 기존의 방식으로는 웨이퍼(19)에 코팅된 감광막 상의 실제 온도를 균일하게 유지할 수 없게 된다.
도 2 는 PEB 공정의 온도 변화에 따른 CD 변화를 도시한 그래프로서, KrF (248 ㎚)에서 ArF(193 ㎚)로 발전될수록 온도에 의한 CD 변화량이 1.2 %/℃ ∼ 7.8 %/℃ 로 커지게 된다.
따라서, ArF 레이저를 광원으로 사용하는 공정에서는 PEB 공정시 오븐 챔버내의 온도 균일도가 웨이퍼 CD 균일도에 큰 영향을 끼침을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 종래기술에 따른 반도체장치는, 광원이 KrF에서 ArF 로 바뀌면서 PEB 오븐 챔버 내의 온도 변화에 따른 CD 변화량이 커지게 되어 CD 의 균일도를 저하시키게 되므로 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, PEB 오븐 챔버에 탑재된 웨이퍼 상의 감광막 상측에 센서 어레이 ( sensor array ) 를 장착하여 상기 오븐 챔버 내의 온도를 균일하게 유지할 수 있도록 함으로써 CD 균일도를 향상시킬 수 있도록 하는 반도체장치 및 이를 이용한 피.이.비 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체장치는,
PEB 오븐 챔버의 저부에 웨이퍼가 탑재되는 히터가 구비되고,
상기 웨이퍼와 PEB 오븐 챔버의 커버 사이에 센서 어레이가 구비되되, 상기 센서 어레이는 그루핑 ( grouping ) 된 근접센서가 구비되고,
상기 PEB 오븐 챔버의 커버를 통하여 상기 센서 어레이에 연결되는 구동축을 이용하여 상기 센서 어레이를 구동시키는 구동모터가 구비되는 것과,
상기 그루핑된 근접센서는 상기 히터의 나뉘어진 모양에 따라 그루핑된 것과,
상기 PEB 오븐 챔버의 외부에 상기 센서 어레이 및 히터에 연결된 온도 조절기가 더 포함되는 것을
상기 PEB 오븐 챔버는 상측에 적어도 하나 이상의 열배출구가 더 포함되는 것과,
상기 센서 어레이는 적어도 하나 이상의 열배출구가 더 포함되는 것을 특징 으로 한다.
또한, 이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 반도체장치를 이용한 피.이.비. 방법은,
히터의 상측에 웨이퍼를 탑재하는 공정과,
상기 웨이퍼 상측의 센서 어레이를 웨이퍼에 근접시키는 공정과,
상기 히터를 이용한 PEB 공정을 실시하되, 상기 센서 어레이의 그루핑된 근접센서를 이용하여 온도를 측정하고 이를 온도 조절기로 피드백한 다음, 피드백된 데이터를 이용하여 상기 히터를 구동함으로써 PEB 오븐 챔버의 온도를 균일하게 조절하는 공정을 포함하는 것과,
상기 센서 어레이를 근접시키는 공정은 상기 웨이퍼 상측으로 0.4 ∼ 0.6 ㎛ 간격을 유지시키는 것과,
상기 센서 어레이를 근접시키는 공정은 상기 센서 어레이에 결착된 구동축에 연결된 구동모터를 이용하여 실시하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 설명하면 다음과 같다.
도 3 은 본 발명의 실시예에 따라 형성된 반도체장치를 도시한 단면도로서, PEB 오븐 챔버를 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, PEB 오븐 챔버(31)는 내부 하측에 핫 플레이트 ( hot plate )(33)가 구비된다. 이때, 상기 핫 플레이트(33)는 중앙에 4분할된 도너츠 형태로 제1히터(61), 제2히터(63), 제3히터(65) 및 제4히터(67)가 구비되고, 이들의 중앙부에 원형의 제5히터(69)가 구비된다.
상기 핫 플레이트(33)의 에지부에 웨이퍼를 지지할 수 있는 웨이퍼 받침대(37)가 구비된다.
상기 웨이퍼 받침대(35)에 에지부가 걸쳐져 웨이퍼(37)가 탑재되고, 상기 핫 플레이트(33)를 가열할 때 유발되는 열기를 배출할 수 있도록 상기 오븐 챔버(31)의 상측에 적어도 하나 이상의 제2 열 배출구(47)가 구비된다.
상기 웨이퍼(37)와 오븐 챔버(31) 사이에 센서 어레이(39)가 구비된다.
이때, 상기 센서 어레이(37)는 상기 핫 플레이트(33) 및 웨이퍼(37)와 같은 원형으로 구비되되, 상기 웨이퍼(37) 측에 위치하는 전면에 온도 센서(41)가 구비되고, 제1 열 배출구(43)가 상기 센서 어레이(37)에 적어도 1개 이상 구비되며, 외부의 구동모터(51)와 중앙부가 구동축(49)으로 결착되어 상기 웨이퍼(37) 상측에서 상하로 구동된다.
또한, 상기 핫 플레이트(33)의 제1히터(61), 제2히터(63), 제3히터(65), 제4히터(67) 및 제5히터(69)의 상측에 위치하는 근접센서(45)를 구비한다. 여기서, 상기 근접센서(45)는 상기 센서 어레이(39)로부터 상기 웨이퍼(37) 측으로 돌출되어 상기 웨이퍼(37)에 보다 가깝게 근접되도록 구비된 것이다.
도 4a 내지 도 4d 는 본 발명의 실시예에 따른 반도체장치를 이용한 PEB 공정을 도시한 단면도이고, 도 5 는 상기 도 4d 의 공정시 사용되는 센서 어레이와 핫 플레이트를 도시한 평면도이다.
도 4a를 참조하면, PEB 오븐 챔버(31) 내에 웨이퍼(37)를 로딩하여 핫 플레이트(33) 상의 웨이퍼 받침대(35)에 웨이퍼(37)를 탑재한다.
도 4b를 참조하면, 상기 웨이퍼(37)를 탑재하고 상기 PEB 오븐 챔버(31)의 커버를 닫는다.
도 4c를 참조하면, 상기 PEB 오븐 챔버(31)의 상측에 구비되는 구동모터(51)를 구동하여 상기 센서 어레이(39)를 상기 웨이퍼(37)에 근접시키도록 하측으로 이동시킨다.
이때, 상기 센서 어레이(39)는 근접센서(45)가 웨이퍼(37)와 0.4 ∼ 0.6 ㎛ 간격을 유지하도록 근접시킨 것이다.
도 4d 및 도 5 를 참조하면, 상기 핫 플레이트(33)를 가열하여 PEB 공정을 실시한다.
이때, 상기 센서 어레이(39)로 상기 PEB 오븐 챔버(31) 내부의 온도를 측정한다. 여기서, 상기 온도는 웨이퍼 상에 형성된 감광막의 실제 온도를 나타낸 것이다.
그 다음, 측정된 온도를 그룹별, 즉 제1그룹인 ⓥ, 제2그룹인 ⓦ, 제3그룹인 ⓧ, 제4그룹인 ⓨ 및 제5그룹인 ⓩ 로 나누어 온도 조절기(53)로 피드백 ( feedback ) 시킨다.
상기 온도 조절기(53)에 피드백된 데이터를 이용하여 제1히터(61), 제2히터(63), 제3히터(65), 제4히터(67) 및 제5히터(69) 중에서 필요로 하는 히터를 구동시켜 PEB 오븐 챔버(31) 내부의 온도를 균일하게 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 반도체장치 및 이를 이용한 피. 이.비. 방법은, 웨이퍼 상측에 센서 어레이를 구비하여 웨이퍼 상의 감광막 온도를 정확하게 측정하고 온도 조절기를 통하여 온도를 균일하게 함으로써 후속 공정으로 형성되는 감광막의 CD 변화를 최소화시킬 수 있도록 하여 반도체소자의 특성 및 신뢰성을 향상시키고 그에 따른 고집적화를 가능하게 하는 효과를 제공한다.
아울러 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위한 것으로, 당업자라면 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상과 범위를 통해 다양한 수정, 변경, 대체 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

Claims (8)

  1. PEB 오븐 챔버의 저부에 웨이퍼가 탑재되는 히터가 구비되고,
    상기 웨이퍼와 PEB 오븐 챔버의 커버 사이에 센서 어레이가 구비되되, 상기 센서 어레이는 그루핑 ( grouping ) 된 근접센서가 구비되고,
    상기 PEB 오븐 챔버의 커버를 통하여 상기 센서 어레이에 연결되는 구동축을 이용하여 상기 센서 어레이를 구동시키는 구동모터가 구비되는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 그루핑된 근접센서는 상기 히터의 나뉘어진 모양에 따라 그루핑된 것임을 특징으로 하는 반도체장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 PEB 오븐 챔버의 외부에 상기 센서 어레이 및 히터에 연결된 온도 조절기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 PEB 오븐 챔버는 상측에 적어도 하나 이상의 열배출구가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 어레이는 적어도 하나 이상의 열배출구가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 반도체장치.
  6. 청구항 1 의 반도체장치를 이용한 피.이.비. ( PEB ) 방법에 있어서,
    히터의 상측에 웨이퍼를 탑재하는 공정과,
    상기 웨이퍼 상측의 센서 어레이를 웨이퍼에 근접시키는 공정과,
    상기 히터를 이용한 PEB 공정을 실시하되, 상기 센서 어레이의 그루핑된 근접센서를 이용하여 온도를 측정하고 이를 온도 조절기로 피드백한 다음, 피드백된 데이터를 이용하여 상기 히터를 구동함으로써 PEB 오븐 챔버의 온도를 균일하게 조절하는 공정을 포함하는 반도체장치를 이용한 피.이.비. 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 센서 어레이를 근접시키는 공정은 상기 웨이퍼 상측으로 0.4 ∼ 0.6 ㎛ 간격을 유지시키는 것을 특징으로 하는 반도체장치를 이용한 피.이.비. 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 센서 어레이를 근접시키는 공정은 상기 센서 어레이에 결착된 구동축에 연결된 구동모터를 이용하여 실시하는 것을 특징으로 하는 반도체장치를 이용한 피 .이.비. 방법.
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