KR20230086958A - 웨이퍼 베이킹 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 처리 공간을 갖는 챔버; 및 상기 처리 공간에 배치되며 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 히터;를 포함하며, 상기 웨이퍼 히터는 제1 히팅 플레이트와. 상기 제1 히팅 플레이트의 하면에 배치된 발열 저항 패턴과, 상기 제1 히팅 플레이트 상에 배치된 제2 히팅 플레이트와, 상기 제1 및 제2 히팅 플레이트 사이에 상기 제1 및 제2 히팅 플레이트의 물질들보다 낮은 열전도도를 갖는 열 분산층을 포함하는 웨이퍼 베이킹 장치를 포함한다.

Description

웨이퍼 베이킹 장치{WAFER BAKING APPARATUS}

본 발명은 웨이퍼 베이킹 장치에 관한 것이다.

반도체 소자 제조공정은 포토리소그래피 공정, 박막 증착, 및 이온주입과 같은 다양한 단위 공정을 포함할 수 있다. 특히, 포토리소그래피 공정은 반도체에 패턴을 형성하는 공정으로서 고집적화를 위한 중요한 공정에 해당한다.

포토리소그래피 공정은 반도체 웨이퍼 상에 패턴을 형성하기 위한 포토레지스트층을 코팅하고 노광한 후에, 포토레지스트층의 용매를 제거하기 위한 베이킹 공정을 포함할 수 있다. 이러한 베이킹(baking) 공정은 히터를 구비한 베이킹 장치에 의해 수행될 수 있다.

용매의 증발 정도에 따라 포토레지스트층의 두께가 국부적으로 달라질 수 있으므로, 베이킹시 웨이퍼의 전체 면적에 대한 균일한 온도 제어가 중요하다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들 중 하나는 웨이퍼의 전체 면적에서 높은 수준으로 균일한 온도로 제어할 수 있는 히팅 플레이트를 구비한 웨이퍼 베이킹 장치을 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예는, 처리 공간을 갖는 챔버; 및 상기 처리 공간에 배치되며 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 히터;를 포함하며, 상기 웨이퍼 히터는 제1 히팅 플레이트와. 상기 제1 히팅 플레이트의 하면에 배치된 발열 저항 패턴과, 상기 제1 히팅 플레이트 상에 배치된 제2 히팅 플레이트와, 상기 제1 및 제2 히팅 플레이트 사이에 상기 제1 및 제2 히팅 플레이트의 물질들보다 낮은 열전도도를 갖는 열 분산층을 포함하는 웨이퍼 베이킹 장치를 포함한다.

본 발명의 일 실시예는, 처리 공간을 갖는 챔버; 및 상기 처리 공간에 배치되며 웨이퍼를 지지하고 평면적 관점에서 복수의 가열 섹터로 구분되는 웨이퍼 히터;를 포함하며, 상기 웨이퍼 히터는 상기 복수의 가열 섹터에 대응되는 상면 영역 각각에 복수의 수용 홈을 갖는 제1 히팅 플레이트와. 상기 복수의 가열 섹터 각각에 배치되며 서로 독립적으로 가열 온도가 제어되는 복수의 발열 저항 패턴과, 상기 복수의 수용 홈에 각각 배치된 복수의 제2 히팅 플레이트와, 상기 복수의 수용 홈의 바닥면과 상기 제2 히팅 플레이트 사이에 상기 제1 및 제2 히팅 플레이트의 물질들보다 낮은 열전도도를 갖는 복수의 열 분산층을 포함하는 웨이퍼 베이킹 장치를 포함한다.

본 발명의 일 실시예는, 처리 공간을 갖는 챔버; 및 상기 처리 공간에 배치되며 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 히터;를 포함하며, 상기 웨이퍼 히터는 히팅 플레이트와. 상기 히팅 플레이트의 하면에 배치된 발열 저항 패턴과, 상기 히팅 플레이트 상에 배치되며 수직 열전도도보다 큰 수평 열전도도를 갖는 열 분산층을 포함하는 웨이퍼 베이킹 장치를 포함한다.

일부 실시예에서, 히팅 플레이트를 하부 및 상부 구조(제1 및 제2 히팅 플레이트)로 분리하고, 그 사이에 에어 갭과 같은 열저항 구조를 열 분산층으로 도입함으로써 웨이퍼을 균일한 온도(예, 0.01℃ 미만)로 가열할 수 있는 웨이퍼 베이킹 장치를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 수직 열전도도보다 수평 열전도도가 높은 물질로 열 분산 구조로 히팅 플레이트에 적용함으로써 유사한 효과를 제공할 수 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 베이킹 장치를 나타내는 개략 단면도이다.
도 2은 도 1의 웨이퍼 베이킹 장치에 채용된 웨이퍼 히터를 나타내는 저면도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 도 1의 웨이퍼 베이킹 장치에 도입된 웨이퍼의 온도 분포 및 웨이퍼 히터의 단면도이다.
도 4는 에어갭 도입에 따른 수직 방향(히팅 플레이트의 두께 방향)의 열전달 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5a 및 도 5b와 도 6a 및 도 6b는 각각 에어갭 도입에 따른 웨이퍼의 온도분포의 변화를 나타내는 그래프들이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 히터를 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 히터를 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 8의 웨이퍼 히터의 "A" 부분을 나타내는 부분 확대도이다.
도 10은 도 8의 웨이퍼 히터를 나타내는 상부 평면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 히터를 나타내는 단면도이다.
도 12는 도 11의 웨이퍼 히터를 나타내는 상부 평면도이다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 웨이퍼 히터를 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 베이킹 장치를 나타내는 개략 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 웨이퍼 베이킹 장치(100)는, 웨이퍼(W)을 처리하기 위한 내부 공간(100S)을 갖는 챔버(100)와, 내부 공간(IS)에 배치되며 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 웨이퍼 히터(150)를 포함한다.

상기 챔버(110)는 베이스(112)와 상기 베이스(112) 상에 배치된 커버(114)를 포함한다. 상기 챔버(110)의 일 측에는 웨이퍼(W)를 챔버(110)의 내부 공간(110S)으로/으로부터 로드/언로드하기 위한 연결구가 마련되며, 연결구를 개폐하기 위한 셔터(140)가 장착될 수 있다. 예를 들어, 셔터(140)는 상/하부(화살표 참조)로 작동하여 연결구를 계폐하도록 구성될 수 있다..

앞서 설명한 바와 같이, 챔버(110)의 내부 공간(110S)에는 웨이퍼(W)를 지지하면서 그 웨이퍼(W)를 가열하도록 구성된 웨이퍼 히터(150)가 배치된다.

본 실시예에 채용된 웨이퍼 히터(150)는, 제1 히팅 플레이트(151A)와, 상기 제1 히팅 플레이트(151A) 상에 배치된 제2 히팅 플레이트(151B)와, 상기 제1 및 제2 히팅 플레이트(151A,151B) 사이에 개재된 열 분산층(158)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 히팅 플레이트(151A)의 하면에 발열 저항 패턴(155)이 부착될 수 있다. 발열 저항 패턴(155)은 각각 전원 라인(165)에 연결되어 인가되는 전압에 의해 웨이퍼 히터(150)를 위한 발열원으로 작용할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 채용된 웨이퍼 히터(150)는 평면적 관점에서 복수의 가열 섹터(HS)로 구분될 수 있다. 복수의 가열 섹터(HS) 각각의 온도를 독립적으로 제어될 수 있도록, 상기 발열 저항 패턴(155)은 상기 복수의 가열 섹터(HS) 각각에 배치될 수 있다. 본 실시예에서는, 15개의 가열 섹터(HS)로 구분된 형태를 예시하였으나, 가열 섹터(HS)의 수는 이에 한정되지는 않는다.

발열 저항 패턴(155)은 균일한 가열을 위해 배열된 열선 패턴으로 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 발열 저항 패턴(155)은 제1 히팅 플레이트(151A)의 하면에서 그 외주를 따라 지그 재그(zig-zag)로 배열되어 복수의 아치 형상(arcuate)을 가질 수 있다. 열선 패턴의 배열은 이에 한정되지 않으며, 균일한 온도 분포에 위해서 다양한 다른 배열(폭 및 간격)을 가질 수 있다. 종래에는, 발열 저항 패턴(155)의 폭과 간격으로 균일한 온도 분포를 구현하고자 하였으나, 공정 편차로 인해 원하는 수주의 온도 분포를 구현하는데 한계가 있어 왔다. 본 실시예는, 상기 제1 및 제2 히팅 플레이트(151A,151B) 사이에 열 저항 요소로서 열 분산층(158)을 개재시킴으로써 균일한 온도 산포를 구현하는 방안을 제공하며, 이에 대한 상세한 설명은 도 3 내지 도 6을 참조하여 후술하기로 한다.

발열 저항 패턴(155)은 금속 발열체와 비금속 발열체로 구분될 수 있다. 예를 들어, 금속 발열체는 니켈 합금, 인코넬, 칸탈(kanthal) 및 니크로탈(nikrothal) 등을 포함하며, 비금속 발열체는 실리콘 카바이드 또는 파이로막스 등을 포함할 수 있다. 발열 저항 패턴(155)은 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 일 예에서, 발열 저항 패턴(155)은 제1 히팅 플레이트(151A)의 하면에 발열 저항층을 형성한 후에 식각공정이나 에칭을 통해 형성될 수 있다. 다른 예에서는, 발열 저항 패턴(155)은 열선 패턴으로 미리 제조한 후에, 제1 히팅 플레이트(151A)의 하면에 절연 필름(예, 폴리이미드)을 이용하여 부착하거나 직접 프린트하는 방식으로 형성될 수 있다.

상기 열 분산층(158)은 상기 제1 및 제2 히팅 플레이트(151A,151B) 사이에 배치된 열 저항 요소로서, 상기 제1 및 제2 히팅 플레이트(151A,151B)의 물질들보다 낮은 열전도도를 갖는 물질로 구성될 수 있다.

도 1 및 도 3b을 참조하면, 열 분산층(158)은 빈 공간으로 공기로 충전된 에어 갭(AG)일 수 있다. 본 실시예에 채용된 에어 갭(AG)은 얇은 두께(tg)(예, 100㎛ 이하)인 경우에는 열 전달 측면에서 대류 특성보다는 전도 특성을 나타내며, 낮은 열 전도도(예, 약 0.024 W/mk)를 갖는 우수한 열 저항 요소로 사용될 수 있다.

상기 제1 히팅 플레이트(151A)는 일정한 높이를 갖는 복수의 갭 핀(GP)이 배열된 상면을 가질 수 있으며, 상기 에어 갭(AG)의 두께(tg)는 상기 복수의 갭 핀(GP)의 높이에 의해 정의될 수 있다. 예를 들어, 상기 에어 갭(AG)의 두께(tg)는 5㎛ ∼ 100㎛ 범위일 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 에어 갭(AG)의 두께(tg)는 20㎛ ∼ 80㎛ 범위일 수 있다.

도 3b 및 도 4을 참조하면, 제1 히팅 플레이트(151A)의 두께(ta)에 해당되는 구간에서 상대적으로 높은 열전도도로 두께 방향(또는 수직 방향)으로 열전달되다가, 제1 및 제2 히팅 플레이트(151A,151B) 사이의 열 분산층(158)은 얇은 구간(tg)에서 수직 방향의 열 전달이 지연될 수 있다. 이러한 지연 과정에서 수평 방향으로 열을 분산시킴으로써 제2 히팅 플레이트(151B)의 두께(tb)에 해당되는 구간에서 전체 면적에서 균일해진 온도 분포를 가지면서 다시 높은 열전도도로 열전달될 수있다.

도 3a는 웨이퍼 히터(150)에 의한 웨이퍼(W)의 불균일한 온도 산포를 나타낸다. 예를 들어, 도 3a의 온도 산포를 참조하면, 각각의 발열 저항 패턴(155)의 중심에서 상대적으로 높은 온도를 나타내지만, 이러한 온도 편차(ΔT)는 열 분산층에 의해 0.1℃ 미만(예, 0.05℃)으로 낮출 수 있다.

제1 히팅 플레이트(151A)는 높은 열전도도를 가지며 내화성 및 기계적 강도가 우수한 세라믹 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 히팅 플레이트(151A)는 AlN 또는 Al₂O₃ 와 같은 세라믹 물질일 수 있다. 일부 실시예에서 제2 히팅 플레이트(151B)는 제1 히팅 플레이트(151A)와 동일한 물질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 일부 실시예에서, 제2 히팅 플레이트(151B)는 제1 히팅 플레이트(151A)와 다른 물질을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 제1 히팅 플레이트(151A)의 두께(ta) 및 제2 히팅 플레이트(151B)의 두께(tb)는 각각 0.5㎜∼5㎜일 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 히팅 플레이트(151A)의 두께(ta)는 제2 히팅 플레이트(151B)의 두께(tb)보다 클 수 있다.

도 4에서 설명된, 열 분산층(158)에 의한 열 전달 지연 과정을 보상하기 위해서, 제2 히팅 플레이트(151B)는 제1 히팅 플레이트(151A)의 물질의 열전도도보다 높은 열전도도를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 히팅 플레이트(151B)는 은(Ag) 또는 구리(Cu)와 같은 금속, 그래파이트(graphite) 또는 그래핀(graphene)을 포함할 수 있다.

제2 히팅 플레이트(151B)의 상면에는 복수의 지지 핀(WP)이 형성될 수 있다. 복수의 지지 핀(WP)은 웨이퍼 히터(150), 즉 제2 히팅 플레이트(151B)로부터 웨이퍼(W)를 분리시켜, 웨이퍼(W)가 제2 히팅 플레이트(151B)의 상면과 직접 물리적 접촉하지 않게 된다. 이러한 비접촉을 통해서 히팅 플레이트(151A,151B)에 의해 발생된 열 에너지는 웨이퍼(W)의 특정 영역에 집중되기 보다는, 웨이퍼(W)의 전체 표면에 더 균일하게 전달될 수 있다. 복수의 지지 핀(WP)의 높이는 웨이퍼(W)와 제2 히텅 플레이트(151B)의 간격을 정의한다. 예를 들어, 복수의 지지 핀(WP)의 높이는 약 50㎛ ∼ 약 300㎛의 범위일 수 있다.

베이스(112) 상에는 냉각 플레이트(120)가 배치될 수 있다. 베이킹 공정이 완료된 후에 히팅 플레이트(151A,151B)의 열을 냉각 플레이트(120)를 통해서 방출시킬 수 있다. 히트 플레이트(151A,151B)의 열은 그 외주 영역(150P)를 지지하는 지지대(130)를 통해서 냉각 플래이트(120)로 열 전달될 수 있다.

제2 히팅 플레이트(151B)의 외주 영역(150P)에는 웨이퍼 가이드(175)가 배치되며, 웨이퍼 가이드(175)는 복수의 지지 핀(WP) 상에 배치된 웨이퍼(W)가 웨이퍼 베이킹 영역으로부터 이탈되지 않도록 가이드할 수 있다. 즉 웨이퍼 가이드(175)는, 웨이퍼(W)의 측벽와 접촉될 수 있으므로, 웨이퍼 가이드(175)를 지나는 웨이퍼(W)의 원하지 않는 이동을 억제시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 웨이퍼를 제2 히팅 플레이트 상에 더욱 견고하게 지지하도록 히팅 플레이트(151A,151B)에 진공 홀(미도시)이 구현될 수 있다. 진공 홀은 히팅 플레이트(151A,151B)를 통해 관통하도록 형성되며 외부의 진공 펌프와 연결될 수 있다. 진공 범프의 작동에 의해 진공 홀을 통해 웨이퍼(W) 아래의 공간을 감압시킴으로써 웨이퍼(W)를 웨이퍼 베이킹 영역에 안정적으로 고정시킬 수 있다.

이하, 웨이퍼 베이킹 장치를 이용한 베이킹 공정을 설명하기 위해 포토레지시트 패턴을 형성하는 과정을 설명한다.

우선, 웨이퍼 베이킹 장치(100)에 배치될 웨이퍼(W) 상에는 포토레지스트층이 코팅된다. 일부 실시예에서, 포토레지스트층은 감광성 물질을 포함한 화학 성분와 용제의 혼합액을 이용한 스핀 코팅에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, 화학 성분은, 폴리머, PAG, 켄처, 발색단, 계면활성제, 가교결합제와 같은 물질을 포함하며, 용제는 프로필렌 글리콜 모노에틸 에테르(Propylene Glycol Monomethyl Ether: PGME) 또는 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트(Propylene Glycol Monomethyl Ether Acetate: PGMEA), 또는 그 조합을 포함할 수 있다.

이어, 포토레지스트층(160)을 일정한 패턴에 따라 노광시킬 수 있다. 예를 들어, 이러한 노광 공정은 선택적인 노광을 위한 포토 마스크와 함께 KrF, ArF, EUV과 같은 조명원을 사용하여 수행될 수 있다. 이와 같이, 노광된 포토레지스트층을 갖는 웨이퍼(W)는 도 1에 도시된 웨이퍼 베이킹 장치(100)로 이송될 수 있다.

웨이퍼 베이킹 장치(100)에 배치된 웨이퍼(W)의 포토레지스트층은 웨이퍼 히터(150)에 의해 베이킹될 수도 있다. 베이킹 과정에서 열 균일성은 디바이스 성능에 상당한 영향을 미칠 수 있다. 불균일한 온도 분포에 의해 포토레지스트층에 잔존하는 용매가 영역별로 불균일하게 제거될 수 있으며, 이로 인해, 포토레지스트 층의 두께 편차가 발생되어 디바이스의 불량을 유발할 수 있다. 본 실시예에 따른 웨이퍼 히터(150)는 상술한 바와 같이, 제1 및 제2 히팅 플레이트(151A,151B) 사이에 열 저항 요소로서 열 분산층(158)을 도입하여 전체 면적에 걸쳐 온도 산포를 크게 감소시킬 수 있으며, 그 결과, 포토레지스트층이 전체 면적에 걸쳐 일정한 두께를 갖도록 형성할 수 있다.

웨이퍼 히터(150)를 이용하여 웨이퍼(W) 상의 포토레지스트층을 베이킹하는 공정에서, 증발된 용제를 원활하게 배출하기 위하여 내부 공간(100S)에 공급부(185)를 통해 정화 가스(purge gas)가 공급될 수 있다. 공급부(185)를 통해 공급된 정화 가스는 샤워 헤드(187)를 통해 웨이퍼(W) 상에 분사될 수 있다. 샤워 헤드(187)는 웨이퍼 히터(150)와 마주하도록 챔버(110)의 내부 공간(110S)의 상측, 즉 커버(114)의 내부 하면에 배치될 수 있다. 샤워 헤드(187)의 분사 홀들을 통해 정화가스가 웨이퍼(W)의 상면에 균일하게 확산될 수 있다(실선 화살표 참조). 이는 웨이퍼(W) 상에 형성된 포토레지스트층의 전체 면적에서 용매가 균일하게 증발하도록 하여 두께의 균일도를 안정적으로 보정할 수 있다. 또한, 웨이퍼 히터(150)의 주위 영역에 상부에 배출부(195)가 배치될 수 있다. 구체적으로, 배출부(195)는 웨이퍼 히터(150)의 상부 영역을 감싸도록 커버(112)의 상측에 형성되며, 정화 가스를 원활하게 배출시킬 수 있다(점선 화살표 참조).

상술된 베이킹 공정이 수행된 후에, 웨이퍼의 포토레지스트층을 현상 공정을 통해서 패터닝될 수 있다. 이러한 현상 공정은 현상제 용액을 웨이퍼의 포토레지스트층에 공급하도록 구성된 노즐에 의해 수행될 수 있다. 여기서 현상제 용액은 2-헵타논, n-부틸 아세테이트(NBA), 이소아밀 아세테이트, 또는 이들의 조합과 같은 용제 현상제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 포지티브톤(positive-tone) 포토레지스트는 노광에 의해 포토레지스트의 화학적 구조를 변화시키고 변환된 부분은 현상제 용액 내에서 더 가용성을 갖는다. 현상 공정 후에 포토레지스트층의 노광된 부분은 제거되고 비노광된 부분은 잔류하여 원하는 포토레지스트 패턴이 형성될 수 있다. 이와 반대로, 포토레지스트층이 네거티브톤(nagative-tone) 포토레지스트인 경우에는, 현상 공정 후에 노광된 부분은 잔류되고 비노광된 부분은 제거되어 원하는 포토레지스트 패턴이 형성될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 히팅 플레이트를 제1 및 제2 히팅 플레이트(151A,151B)로 분리하고, 제1 및 제2 히팅 플레이트(151A,151B) 사이에 에어 갭(AG)을 열 저항 요소로 도입함으로써 웨이퍼(W)을 균일한 온도(예, 0.01℃ 미만)로 가열할 수 있는 웨이퍼 베이킹 장치를 제공할 수 있으며, 두께의 균일도가 우수한 포토레지스트 패턴을 형서할 수 있으며, 제조될 디비아스의 원하는 성능을 보장할 수 있다.

본 실시예에 따른 웨이퍼 베이킹 장치(100)는 포토레지스트층의 베이킹 공정을 위한 장치로 예시하여 설명하였으나, 박막 증착 후 막의 결정을 치밀하게 하기 위한 열처리를 위한 장치로도 구현될 수도 있다. 또한, 웨이퍼 베이킹 장치(100)에 한정되지 않고, 웨이퍼(W)가 고온으로 가열된 상태에서 반도체 제조에 필요한 공정을 수행하기 위한 다른 다양한 가열 장치에도 응용되어 구현될 수 있다.

본 실시예들에 따른 웨이퍼 히터는 도 1 및 도 3b에 도시된 웨이퍼 히터와 유사한 구조를 가지며, 열 분산층으로서 에어 갭을 도입하고, 그에 따른 웨이퍼 온도 분포를 측정하였다.

구체적으로, 도 5a 및 도 6a는 열 분산층을 도입하지 않는 웨이퍼 히터의 온도 분포를 나타내며, 도 5b 및 도 6b는 각각 서로 다른 두께(10㎛, 30㎛)의 에어 갭 도입에 따라 변화된 온도 분포를 나타낸다.

우선, 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 도 5b의 결과가 도 5a에 비교하여 전체 면적에 걸쳐 균일한 온도 분포를 나타낸다. 구체적으로, 도 5a의 온도 분포의 편차(3σ)는 0.0944인데 반하여, 도 5b의 온도 분포의 편차(3σ)는 12% 정도 개선된 결과(0.0883)를 나타내었다.

도 5a 및 도 5b를 참조하면, 도 5b의 결과가 도 5a에 비교하여 전체 면적에 걸쳐 균일한 온도 분포를 나타낸다. 구체적으로, 온도 산포(R=M-m)는 0.15에서 0.14로 개선되었으며, 도 5a의 온도 분포의 편차(3σ)는 0.0944인데 반하여, 도 5b의 온도 분포의 편차(3σ)는 12% 정도 개선된 결과(0.0883)를 나타내었다.

또한, 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 온도 산포(R=M-m)는 0.161에서 0.1로 현저하게 개선되었으며, 도 6a의 온도 분포의 편차(3σ)는 0.126인데 반하여, 도 6b의 온도 분포의 편차(3σ)는 40% 정도로 크게 개선된 결과(0.0895)를 나타내었다.

이와 같이, 에어 갭을 도입함으로써 온도 분포를 균일하게 개선되었으며, 에어 갭의 두께가 10㎛인 경우보다 30㎛일 때 그 개선의 폭은 더 크게 나타난 것을 확인할 수 있었다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 히터(150')를 나타내는 단면도이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 웨이퍼 히터(150')는 열 분산층(158')으로서 열저항성 접착층을 사용하는 점을 제외하고, 도 1 내지 도 3에 도시된 웨이퍼 히터(150)과 유사한 구조를 갖는 것으로 이해할 수 있다. 또한, 본 실시예의 구성요소는 특별히 반대되는 설명이 없는 한, 도 1 내지 도 3에 도시된 웨이퍼 히터(150)의 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명을 참조하여 이해될 수 있다.

앞선 실시예와 유사하게, 본 실시예에 따른 웨이퍼 히터(150')은 상기 제1 및 제2 히팅 플레이트(151A,151B)와 그 사이에 배치된 열 분산층(158')을 포함한다. 앞선 실시예와 달리, 상기 열 분산층(158')은 상기 제1 히팅 플레이트(151A)의 상면과 상기 제2 히팅 플레이트(151B)의 하면을 접합시키는 열저항성 접착층을 포함할 수 있다. 열저항성 접착층(158')은 내열성을 갖는 접착 수지층일 수 있으며, 예를 들어 에폭시 수지를 함유한 접착층일 수 있다. 열저항성 접착층(158')은 상기 제1 및 제2 히팅 플레이트(151A,151B)의 열전도도보다 낮은 열전도도를 가지며, 얇은 두께를 가지므로, 앞선 설명된 도 3b의 에어 갭(AG)과 유사한 열 분산 효과를 실현할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 히터를 나타내는 단면도이며, 도 9는 도 8의 웨이퍼 히터의 "A" 부분을 나타내는 부분 확대도이고, 도 10은 도 8의 웨이퍼 히터를 나타내는 상부 평면도이다.

도 8 내지 도 10을 참조하면, 본 실시예에 따른 웨이퍼 히터(150")는 복수의 수용 홈(RS)을 갖는 제1 히팅 플레이트(151A)과, 상기 복수의 수용 홈(RS)에 각각 배치된 복수의 제2 히팅 플레이트(151B)를 포함하는 점을 제외하고, 도 1 내지 도 3에 도시된 웨이퍼 히터(150)과 유사한 구조를 갖는 것으로 이해할 수 있다. 또한, 본 실시예의 구성요소는 특별히 반대되는 설명이 없는 한, 도 1 내지 도 3에 도시된 웨이퍼 히터(150)의 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명을 참조하여 이해될 수 있다.

본 실시예에 따른 웨이퍼 히터(150")는, 복수의 수용 홈(RS)이 형성된 상면을 갖는 제1 히팅 플레이트(151A)와, 상기 복수의 수용 홈(RS)에 각각 배치된 복수의 제2 히팅 플레이트(151B)를 포함한다. 복수의 수용 홈(RS)은 동일한 깊이를 가질 수 있다. 제2 히팅 플레이트(151B)는 복수의 수용 홈(RS)의 깊이와 동일하거나 그보다 큰 두께를 가질 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 채용된 웨이퍼 히터(150")는 도 2 및 도 3b에 도시된 실시예와 유사하게, 평면적 관점에서 15개의 가열 섹터(HS)로 구분될 수 있다. 복수의 가열 섹터(HS) 각각의 온도를 독립적으로 제어될 수 있도록, 상기 발열 저항 패턴(155)은 상기 복수의 가열 섹터(HS) 각각에 배치될 수 있다. 본 실시예에서 도입된 복수의 수용 홈(RS)은 상기 복수의 가열 섹터(HS)에 대중첩되는 상면 영역 각각에 각각 가열 섹터(HS)에 대응되는 면적을 갖도록 형성될 수 있다. 제2 히팅 플레이트(151B)도 상기 복수의 가열 섹터(HS)에 대응되는 면적을 갖도록 형성될 수 있다. 복수의 가열 섹터(HS)는 최종적으로 제2 히팅 플레이트(151B)에 의해 독립적으로 온도 제어될 수 있다.

상기 제1 히팅 플레이트(151A)는 상기 복수의 수용 홈(RS)의 바닥면에 각각 배치되며 일정한 높이를 갖는 복수의 갭 핀(GP)을 포함할 수 있다. 복수의 갭 핀(GP)에 의해 상기 제2 히팅 플레이트(151B)와 상기 복수의 수용 홈(RS)의 바닥면 사이에 열 분산층(158")으로서의 에어 갭(AG)을 가질 수 있다. 에어 갭(AG)은 높은 열 저항으로 수직 방향으로의 열 전달 지연을 통해서 수평 방향으로 균일한 열 분산을 실현할 수 있다(도 5b 및 도 6b 참조).

다른 실시예에서, 에어 갭(AG)을 대신하여, 상기 복수의 수용 홈(RS)의 바닥면 및 상기 복수의 제2 히팅 플레이트(151B)의 하면을 접합시키는 열저항성 접착층(도 7 참조)을 포함할 수도 있다.

상기 제1 및 제2 히팅 플레이트(151A,151B)는 동일한 물질일 수 있으나, 본 실시예에서는, 제2 히팅 플레이트(151B)는 제1 히팅 플레이트(151A)의 열 전도도보다 높은 열 전도도를 가질 수 있다. 이러한 배치를 통해서, 에어 갭(AG)에 따른 열 전달의 지연, 즉 승온 속도의 저하를 보상할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 히팅 플레이트(151A)는 높은 열전도도와 높은 강성을 갖는 세라믹 물질을 포함하며, 상기 제2 히팅 플레이트(151B)는 금속, 그라파이트(graphite) 또는 그래핀(graphene)을 포함할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 히터를 나타내는 단면도이며, 도 12는 도 11의 웨이퍼 히터를 나타낸 상부 평면도이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 본 실시예에 따른 웨이퍼 히터(150A)는 히팅 플레이트(151)와. 상기 히팅 플레이트(151)의 하면에 배치된 발열 저항 패턴(155)과, 상기 히팅 플레이트(151) 상에 배치된 열 분산층(158A)을 포함한다. 상기 웨이퍼 히터(150A)는 도 1에 도시된 웨이퍼 베이킹 장치(100)의 웨이퍼 히터(150)로 사용될 수 있다

본 실시예에 채용된 열 분산층(158A)은 상술된 실시예들의 열 분산층과 달리 열 저항 요소라기 보다는 수직 열전도도보다 큰 수평 열전도도를 갖는 열 전도층일 수 있다. 예를 들어, 상기 열 분산층(158A)은 수직 열전도도보다 큰 수평 열전도도를 갖는 배향성을 갖는 그래핀 또는 그래파이트을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 열 분산층(151A)이 그래핀일 수 있으며, 그래핀은 2차원 평면 구조로서 높은 열전도도(약 5000 W/m·K)를 가질 수 있다. 히팅 플레이트가 AlN인 경우에, 그래핀인 열 분산층(158A)은 히팅 플레이트의 열 전도도(약 250 W/m·K)보다 20 배 높은 열 전도도를 가질 수 있다.

그래파이트도 층상 구조(layer structure)로서 수평 열전도도보다 수직 열전도도가 현저히 낮은 열 분산층의 또 다른 재료로 고려될 수 있다. 예를 들어, 그래파이트의 수평 열전도도는 약 1,500 W/m·K ∼ 약 1,700 W/m·k로 매우 우수한 반면에, 그래파이트의 수평 열전도도는 약 15 W/m·k에 불과하므로, 이러한 특성을 이용하여, 히팅 플레이트(151) 상에 층상 구조로 적층함으로써 수평 방향의 열 전도도를 강화하여 균일한 온도 분포를 구현할 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼 히터(150)는 평면적 관점에서 앞선 실시예와 유사하게, 복수의 가열 섹터(HS)로 구분될 수 있다. 본 실시예에서는 가열 섹터(HS)는 13개로 예시되어 있으나, 가열 섹터의 수는 이에 한정되지 않는다. 히팅 플레이트(150)의 하면에서 각각의 복수의 가열 섹터(HS)에 대응되는 영역에 독립적으로 온도를 제어하도록 복수의 발열 저항 패턴(155)이 형성될 수 있다. 본 실시예에 채용된 열 분산층(158A)은 상기 히팅 플레이트의 상기 복수의 가열 섹터에 대응되는 상면 영역 각각에 서로 분리되도록 배치된 복수의 패턴을 포함할 수 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 열 분산층(158A)은 하면에 접착층(159)이 형성된 시트로 미리 제조되어 히팅 플레이트(151)의 상면에 접착층(159)을 이용하여 부착될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 다양한 형태로 열 분산층이 구현될 수 있다(도 13a 내지 도 13c 참조).

도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 웨이퍼 히터를 나타내는 단면도이다.

우선, 도 13a을 참조하면, 본 실시예에 따른 웨이퍼 히터(150B)는 단일한 열 분산층(158B)이 채용된 점을 제외하고, 도 11 및 도 12에 도시된 웨이퍼 히터(150A)과 유사한 구조를 갖는 것으로 이해할 수 있다. 또한, 본 실시예의 구성요소는 특별히 반대되는 설명이 없는 한, 도 11 및 도 12에 도시된 웨이퍼 히터(150A)의 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명을 참조하여 이해될 수 있다.

본 실시예에 채용된 열 분산층(158B)은 복수의 가열 섹터(도 12의 HS)에 따라 분리되지 않고, 단일한 시트 형태로 히팅 플레이트의 상면에 접착층에 의해 부착될 수 있다. 상기 열 분산층(158B)은 수직 열전도도보다 큰 수평 열전도도를 갖는 배향성을 갖는 그래핀 또는 그래파이트을 포함할 수 있다.

도 13b을 참조하면, 본 실시예에 따른 웨이퍼 히터(150C)는 열 전도도가 높은 열전도성 분말(158C)을 히팅 플레이트(151)의 상부 영역에 채용된 점을 제외하고, 도 11 및 도 12에 도시된 웨이퍼 히터(150A)과 유사한 구조를 갖는 것으로 이해할 수 있다. 또한, 본 실시예의 구성요소는 특별히 반대되는 설명이 없는 한, 도 11 및 도 12에 도시된 웨이퍼 히터(150A)의 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명을 참조하여 이해될 수 있다.

본 실시예에 따른 히팅 플레이트(151)는 히팅 플레이트(151)의 열 전도도보다 높은 열 전도도를 갖는 열전도성 분말(158C)을 포함한다. 열 전도성 분말(158C)은 그래파이트 분말 또는 그래핀 분말을 포함할 수 있다. 이러한 열전도성 분말(158C)은 히팅 플레이트(151)의 상부 영역에 배치될 수 있다. 하부 영역은 발열 저항 패턴에 의한 열 응력이 크게 작용하므로, 높은 강성이 요구될 수 있으므로, 열전도성 분말(158C)에 의한 강도 저하를 피하기 위해서 히팅 플레이트(151)의 상부 영역을 중심으로 분포될 수 있다.

도 13c을 참조하면, 본 실시예에 따른 웨이퍼 히터(150D)는 히팅 플레이트(151)의 상면에 열 분산층(158D)을 증착하는 점을 제외하고, 도 11 및 도 12에 도시된 웨이퍼 히터(150A)과 유사한 구조를 갖는 것으로 이해할 수 있다. 또한, 본 실시예의 구성요소는 특별히 반대되는 설명이 없는 한, 도 11 및 도 12에 도시된 웨이퍼 히터(150A)의 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 설명을 참조하여 이해될 수 있다.

본 실시예에 채용된 열 분산층(158D)은 도 13a에 도시된 실시예와 달리 접착층에 의해 부착되지 않고, 직접 증착 공정에 의해 히팅 플레이트(151)의 상면에 형성될 수 있다. 예를 들어, 열 분산층(158D)은 화학 기상 증착(CVD)와 같은 공정을 이용하여 증착된 그래핀층 또는 그래파이트층을 포함할 수 있다. 열 분산층(158D)의 증착 공정은 수직 열전도도보다 큰 수평 열전도도를 갖는 배향성을 갖도록 수행될 수 있다. 열 분산층(158D)이 직접 증착으로 제공될 경우에 접착층과 같이 다른 열 저항 물질이 사용되지 않으므로, 열 분산층(158D)에 의한 효과를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

100: 웨이퍼 베이킹 장치 110: 챔버
112: 베이스 114: 커버
110S: 처리 공간 120: 냉각 플레이트
130: 지지대 140: 개폐부
150: 웨이퍼 히터 W: 웨이퍼
151: 히팅 플레이트 151A: 제1 히팅 플레이트
151B: 제2 히팅 플레이트 155: 발열 저항 패턴
158: 열 분산층 AG: 에어 갭
159: 접착층 HS: 가열 섹터
WP: 지지 핀 GP: 갭 핀
165: 전원 라인 175: 웨이퍼 가이드
185: 공급부 187: 샤워 헤드
195: 배출부

Claims (10)

1. 처리 공간을 갖는 챔버; 및
   상기 처리 공간에 배치되며 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 히터;를 포함하며,
   상기 웨이퍼 히터는
   제1 히팅 플레이트와.
   상기 제1 히팅 플레이트의 하면에 배치된 발열 저항 패턴과,
   상기 제1 히팅 플레이트 상에 배치된 제2 히팅 플레이트와,
   상기 제1 및 제2 히팅 플레이트 사이에 상기 제1 및 제2 히팅 플레이트의 물질들보다 낮은 열전도도를 갖는 열 분산층을 포함하는 웨이퍼 베이킹 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 열 분산층은 에어 갭을 포함하는 웨이퍼 베이킹 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 히팅 플레이트는 일정한 높이를 갖는 복수의 갭 핀이 배열된 상면을 가지며, 상기 에어 갭은 상기 복수의 갭 핀의 높이에 의해 정의되는 웨이퍼 베이킹 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 열 분산층은 상기 제1 히팅 플레이트의 상면과 상기 제2 히팅 플레이트의 하면을 접합시키는 열저항성 접착층을 포함하는 웨이퍼 베이킹 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 웨이퍼 히터는 평면적 관점에서 복수의 가열 섹터로 구분되며,
   상기 발열 저항 패턴은 상기 복수의 가열 섹터 각각에 배치되며 서로 독립적으로 가열 온도가 제어되는 복수의 발열 저항 패턴을 포함하는 웨이퍼 베이킹 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 히팅 플레이트는 상기 복수의 가열 섹터에 대응되는 상면 영역에 각각 형성된 복수의 수용 홈을 포함하며,
   상기 제2 히팅 플레이트는 상기 복수의 수용 홈에 각각 배치된 복수의 제2 히팅 플레이트를 포함하는 웨이퍼 베이킹 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 히팅 플레이트는 상기 복수의 수용 홈의 바닥면에 각각 배치되며 일정한 높이를 갖는 복수의 갭 핀을 포함하는 웨이퍼 베이킹 장치.
   
8. 처리 공간을 갖는 챔버; 및
   상기 처리 공간에 배치되며 웨이퍼를 지지하고 평면적 관점에서 복수의 가열 섹터로 구분되는 웨이퍼 히터;를 포함하며,
   상기 웨이퍼 히터는
   상기 복수의 가열 섹터에 대응되는 상면 영역 각각에 복수의 수용 홈을 갖는 제1 히팅 플레이트와.
   상기 복수의 가열 섹터 각각에 배치되며 서로 독립적으로 가열 온도가 제어되는 복수의 발열 저항 패턴과,
   상기 복수의 수용 홈에 각각 배치된 복수의 제2 히팅 플레이트와,
   상기 복수의 수용 홈의 바닥면과 상기 제2 히팅 플레이트 사이에 상기 제1 및 제2 히팅 플레이트의 물질들보다 낮은 열전도도를 갖는 복수의 열 분산층을 포함하는 웨이퍼 베이킹 장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 복수의 제2 히팅 플레이트는 상기 제1 히팅 플레이트의 물질들보다 높은 열전도도를 갖는 물질을 포함하는 웨이퍼 베이킹 장치.
   
10. 처리 공간을 갖는 챔버; 및
    상기 처리 공간에 배치되며 웨이퍼를 지지하는 웨이퍼 히터;를 포함하며,
    상기 웨이퍼 히터는
    히팅 플레이트와.
    상기 히팅 플레이트의 하면에 배치된 발열 저항 패턴과,
    상기 히팅 플레이트 상에 배치되며 수직 열전도도보다 큰 수평 열전도도를 갖는 열 분산층을 포함하는 웨이퍼 베이킹 장치.

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