KR102195903B1 - 웨이퍼 베이킹 장치 - Google Patents

Abstract

베이스와 베이킹 챔버가 형성되도록 상기 베이스의 상부에 배치되는 커버로 형성되는 하우징; 상기 베이킹 챔버에 설치되어, 웨이퍼가 배치되는 지지부; 상기 웨이퍼에 열을 전달하는 열공급부; 및 정화가스를 공급하는 공급부와 정화가스를 배출하는 배출부로 형성되는 유로;를 포함하고, 상기 유로는 상기 공급부와 상기 배출부가 각각 상기 베이팅 챔버와 연통되어, 정화가스가 상기 웨이퍼의 상면에 균일하게 확산되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 베이킹 장치.

Description

웨이퍼 베이킹 장치{WAFER BAKING DEVICE}

본 발명은 웨이퍼를 처리하기 위한 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 박막증착 또는 코팅된 웨이퍼에 열을 가하여 막을 안정화 하기위한 베이킹 장치에 관한 것이다.

일반적으로 반도체를 제조하기 위해서는 사진, 식각, 박막증착, 이온주입 그리고 세정 등과 같은 다양한 공정을 필요로 한다. 이 중 사진 공정은 반도체에 패턴을 형성하는 공정으로 소자의 고집적화를 위한 중요한 공정에 해당한다.

박막증착 공정의 경우 막 증착 후 막의 특성을 안정화시키기 위하여 베이킹 장치를 이용하여 열처리를 진행하며, 사진 공정은 실리콘으로 이루어진 반도체 기판 상에 패턴을 형성하기 위하여 코팅, 소프트 베이크, 노광, 현상, 패턴의 에지 부분을 제거하기 위한 에지 비드 제거(edge bead removal), 에지 노광(edgeexposure of wafer) 및 패턴을 안정화 및 치밀화를 위한 베이크 공정 등을 포함한다.

소프트 베이크 공정은 코팅 공정 이후에 웨이퍼 상에 잔존하는 용매를 제거하기 위한 것으로, 일 예로 웨이퍼는 가열된 지지부 상에 위치하여 30초 내지 60초 동안 90℃ 내지 100℃의 온도에 노출되어 베이킹된다. 베이킹되는 동안 용매는 코팅층으로부터 증발되고, 이를 원활하게 배출하기 위하여 베이킹 챔버로 정화가스(purge gas)가 공급된다.

다만, 종래에는 베이킹 캠버 내의 정화가스의 공급방법, 기류 및 배기방법에 따라 베이킹 챔버 내부 기류에 의한 영향으로 온도 균일도가 뷸안정 하게 되어 막 두께가 불안정하게 되며, 특히 코팅 공정의 경우 용매의 증발정도가 달라지면서 웨이퍼의 코팅층의 두께가 국부적으로 차이가 발생하고, 베이킹 챔버의 내부 표면에 용매가 응결 및 경화되어 파티클의 형태로 웨이퍼로 떨어지면서 불량이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명의 실시 예는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 증착 및 코팅막이 웨이퍼의 표면에 균일하게 형성되도록 하여 보다 향상된 제품 신뢰성을 제공할 수 있는 웨이퍼 베이킹 장치이다.

본 발명의 일실시 예의 웨이퍼 베이킹 장치는 상기와 같은 과제를 해결하고자, 베이스와 베이킹 챔버가 형성되도록 상기 베이스의 상부에 배치되는 커버로 형성되는 하우징; 상기 베이킹 챔버에 설치되어, 웨이퍼가 배치되는 지지부; 상기 웨이퍼에 열을 전달하는 열공급부; 및 정화가스를 공급하는 공급부와 정화가스를 배출하는 배출부로 형성되는 유로;를 포함하고, 상기 유로는 상기 공급부와 상기 배출부가 각각 상기 베이팅 챔버와 연통되어, 정화가스가 상기 웨이퍼의 상면에 균일하게 확산되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 공급부는 제1 방향으로 정화가스가 공급되도록 상기 지지부의 주변을 따라 형성된 제1 공급구와, 제2 방향으로 정화가스가 공급되도록 상기 지지부의 주변을 따라 형성된 제2 공급구로 형성될 수 있다.

상기 제1 공급구 및 상기 제2 공급구는 상기 제1 방향과 상기 제2 방향이 교차되도록 서로 다른 방향으로 형성되는 것이 바람직하며, 상기 배출부는 상기 커버부를 관통하되, 상기 제1 방향으로 정화가스가 배출되도록 형성되는 것이 바람직 하다.

상기 배출부는 중심축이 상기 웨이퍼의 중심축과 일치하도록 상기 커버부의 상면에 형성될 수 있다.

상기 제2 공급구는 상기 커버부의 내주면에 서로 일정 간격 이격되어 형성되되거나, 상기 커버부의 내측면을 따라 일정 간격으로 형성되되, 제1 방향으로 격번하여 다층으로 형성될 수 있다.

상기 열공급부는 상기 지지부의 일 측에 형성되는 핫 플레이트와, 상기 지지부의 상부에 배치되되 상기 배출구의 인접하여 형성되는 히터를 포함할 수 있다.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 발명의 과제해결 수단에 의하면 다음과 같은 사항을 포함하는 다양한 효과를 기대할 수 있다. 다만 본 발명이 하기와 같은 효과를 모두 발휘해야 성립되는 것은 아니다.

본 발명의 웨이퍼 베이킹 장치는 제1 방향으로 정화가스를 공급하는 제1 공급구와, 제2 방향으로 정화가스를 공급하는 제2 공급구로 형성되는 공급부를 포함하여 코팅층으로부터 잔류하는 용매가 균일하게 증발되도록 한다.

이때 배출부 또한 웨이퍼의 중심축과 일치하는 중심축을 갖도록 하여 용매의 보다 균일한 증발이 가능하다. 따라서 코팅층은 웨이퍼의 전체에서 안정적인 두께 균일도를 제공하여 보다 향상된 제품 신뢰성을 제공한다.

또한 배출부와 가깝게 형성되는 히터를 구비하여 용매 증기를 포함하는 정화가스가 보다 원활하게 배출되도록 하여, 베이킹 챔버 내에서 용매가 응결되는 것을 방지하여 생산성 및 제품 신뢰성 향상 효과를 극대화한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 웨이퍼 베이킹 장치의 사시도.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 방향의 단면도.
도 3은 일 실시예의 제2 공급구가 적용된 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 방향의 단면도.
도 4는 다른 실시예의 제2 공급구가 적용된 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 방향의 단면도.
도 5는 도 1의 Ⅴ-Ⅴ 방향의 단면도.
도 6(a) 및 도 6(b)는 제1 공급구의 연결상태를 도시하기 위한 서로 다른 각도의 제1 방향의 단면사시도.
도 7은 도 3에 정화가스 흐름을 도시한 도면.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 예를 상세히 설명하도록 한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 하기 위해 생략한다.

이하 설명에서는 설명의 편의를 위하여 웨이퍼의 중심축 방향을 제1 방향으로 정의하고, 웨이퍼의 반경 방향을 제2 방향으로 정의하도록 한다.

또한 본 발명의 웨이퍼 베이킹 장치는 웨이퍼 상측에 형성되는 코팅층의 베이크 공정뿐만 아니라 박막공정 후 웨이퍼에 증착된 막의 어닐링 공정에도 사용된다. 설명의 편의를 위해 이하에서는 코팅층의 베이크 공정을 기준으로 설명하나, 이는 막의 어닐링 공정에도 그대로 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예의 웨이퍼 베이킹 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 방향의 단면도이며, 도 3은 일 실시예의 제2 공급구가 적용된 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 방향의 단면도이고, 도 4는 다른 실시예의 제2 공급구가 적용된 도 1의 Ⅲ-Ⅲ 방향의 단면도이다. 도 5는 도 1의 Ⅴ-Ⅴ 방향의 단면도이고, 도 6(a) 및 도 6(b)는 제1 공급구의 연결상태를 도시하기 위한 서로 다른 각도의 제1 방향의 단면사시도이다. 도 7은 도 3에 정화가스 흐름을 도시한 도면이다.

웨이퍼 베이킹 장치(100)의 목적은 웨이퍼(200)의 표면에 코팅된 감광액에 함유된 용매의 일부를 제거하거나 박막증착 후 막의 결정을 치밀하게 하기 위한 것으로, 웨이퍼(200)의 상태를 추가 공정에 적합하게 하기 위함이다. 따라서 웨이퍼(200) 상측에 형성된 코팅층(210)을 균일하게 하기 위하여, 코팅층(210) 전면에서 용매가 균일하게 제거되고, 막의 결정 치밀도가 균일하게 형성되는 것이 중요하다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 웨이퍼 베이킹 장치(100)는 베이스(111)와 베이킹 챔버(113)가 형성되도록 상기 베이스(111)의 상부에 배치되는 커버(112)로 형성되는 하우징(110), 상기 베이킹 챔버(113)에 설치되어, 웨이퍼(200)가 배치되는 지지부(120), 상기 웨이퍼(200)에 열을 전달하는 열공급부(130) 및 정화가스를 공급하는 공급부(141)와 정화가스를 배출하는 배출부(142)로 형성되는 유로(140)를 포함하고, 상기 유로(140)는 상기 공급부(141)와 상기 배출부(142)가 각각 상기 베이팅 챔버와 연통되어, 정화가스가 상기 웨이퍼(200)의 상면에 균일하게 확산되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

하우징(110)은 지지부(120)와 핫 플레이트(131)가 설치되는 베이스(111)와 베이스(111) 상부에 배치되는 커버(112)로 형성되고, 커버(112)는 핫 플레이트(131)를 모두 덥도록 형성되어 웨이퍼(200)가 위치하는 베이킹 챔버(113)를 형성한다.

따라서 베이킹 챔버(113)는 베이스(111)와 커버(112)에 의해 외부와 구분되는 공간으로 형성되어, 공급부(141)를 통해 공급된 정화가스가 웨이퍼(200)의 상면에 균일하게 확산되도록 한다. 이는 웨이퍼(200)의 외측에 형성된 코팅층(210)의 전면에서 용매가 균일하게 증발하도록 하여 안정적인 두께 균일도를 갖도록 한다.

지지부(120)는 웨이퍼(200)를 하면을 지지하는 핀으로 형성되고, 구체적으로 핫 플레이트(131) 위에 형성되어 웨이퍼(200)가 안정적으로 고정하는 지지핀(121)과, 핫 플레이트(131)를 관통하여 형성되어 웨이퍼(200)를 제1 방향(X)으로 소정 거리 이동시키는 리프트핀(122)으로 형성된다.

이때 리프트핀(122)은 핫 플레이트(131)를 관통하여 제1 방향(X)으로 하강하여 웨이퍼(200)를 핫 플레이트(131) 안착시키거나, 상승하여 웨이퍼(200)가 보다 용이하게 탈락되도록 하여 작업성을 향상시키니다.

열공급부(130)는 웨이퍼(200)에 열을 공급하여 코팅층(210)에 잔존하는 용매의 일부를 증발시켜 제거한다. 구체적으로 열공급부(130)는 지지부(120)의 일 측에 형성되는 핫 플레이트(131)와 지지부(120)의 상부에 배치되는 히터(132)를 포함한다.

핫 플레이트(131)는 웨이퍼(200)의 하측에 배치되어 웨이퍼(200)에 직접적으로 열을 공급하여 코팅층(210)에 잔존하는 용매를 증발시킨다. 히터(132)는 웨이퍼(200)의 상부에서 전도에 의해 열을 공급하여 베이킹 챔버(113) 내부의 온도를 일정하게 유지시켜 코팅층(210)으로부터 용매가 일정하게 증발되도록 하는 동시에 용매의 응결을 최소화하고, 일부 응결되는 용매가 발생되는 경우에도 경화되지 않도록 한다.

이때 히터(132)는 지지부(120)의 상부에 배치되되 배출부(142)에 인접하여 형성된다. 구체적으로 히터(132)는 제1 배출구(1421)를 감싸도록 커버(112)의 상측에 형성되어 정화가스의 온도를 높에 배출을 보다 원활하게 하는 동시에 커버(112)의 상측면 하부에 일부 응결된 용매가 경화되는 것을 방지한다.

따라서 본원발명의 웨이퍼 베이킹 장치(100)는 배출구에 인접하는 히터(132)를 구비하여, 용매의 제거 효과를 향상시키는 동시에 응결되는 용매의 경화를 방지한다. 이에 따라 경화된 용매가 파티클의 형태로 웨이퍼(200)에 부착되어 발생되는 불량률을 현저히 절감시키는 효과를 갖는다.

유로(140)는 정화가스가 유입되어 배출되는 경로를 의미하며, 정화가스가 베이킹 챔버(113)로 공급되는 공급부(141)와 정화가스가 베이킹 챔버(113)에서 배출되는 배출부(142)를 포함하여, 정화가스가 코팅층(210)의 상면에 균일하게 확산되도록 한다.

공급부(141)는 베이킹 챔버(113) 내로 서로 다른 방향으로 정화가스를 공급하는 제1,2 공급구(1411,1412)로 형성된다. 구체적으로 제1 공급구(1411)는 핫 플레이트(131)의 주변을 따라 형성되는 복수 개의 홀로 형성되고, 서로 소정간격 이격되어 지지부(120)에 웨이퍼(200) 안착 시 웨이퍼(200)의 외주면을 따라 제1 방향(X)으로 정화가스를 공급한다.

이때 제1 공급구(1411)는 서로 소정 간격 이격 형성되어 웨이퍼(200)의 외측에서 제1 방향(X)으로 정화가스를 공급하여 웨이퍼(200)의 외측 가장자리 부분에 잔존하는 용매가 보다 원활하게 제거되도록 한다.

따라서 공급부(141)는 소정 간격 이격된 각 제1 공급구(1411)와 내부에서 연통되는 연통부(1413)와 외부에서 연통부(1413)로 정화가스를 공급하는 연결부(1414)를 더 포함하여, 연결부(1414) 및 연통부(1413)를 통해 보다 쉽게 각 제1 공급구(1411)로 정화가스가 공급되도록 한다. 이때 연결부(1414)는 복수 개로 형성되어 각 제1 공급구(1411)로 배출되는 정화가스의 양을 균일하게 하는 것이 바람직하다.

또한 제1 공급구(1411)는 링 형상의 별도의 구조물로 형성되어 핫 플레이트(131) 외주면을 따라 설치될 수 있으며, 별도의 구조물로 형성되는 경우에는 교체만으로 사양에 따라 제1 공급구(1411)의 크기 및 간격을 달리할 수 있어 그 활용도가 향상되는 장점을 갖는다. 또한 유지 보수가 용이하다는 장점을 갖는다.

제2 공급구(1412)는 지지부(120)의 주변을 따라 형성되는 복수 개의 홀로 형성되고, 서로 소정간격 이격되어 지지부(120)에 웨이퍼(200) 안착 시 웨이퍼(200)의 외주면을 따라 제2 방향(Y)으로 정화가스를 공급한다.

이때 제2 공급구(1412)는 서로 소정 간격 이격 형성되어 웨이퍼(200)의 상측에서 제2 방향(Y)으로 정화가스를 공급하여 웨이퍼(200)의 가장자리에서 중심 방향으로 정화가스의 흐름이 발생하도록 하여 웨이퍼(200)의 중심부분에 잔종하는 용매가 보다 원활하게 제거되도록 한다.

또한 제2 공급구(1412)는 제2 방향(Y)으로 정화가스를 공급하여 웨이퍼(200)의 외주면에서 웨이퍼(200)의 중심축으로 흐르는 정화가스의 기류를 발생시켜 커버(112)의 상측면 하부에 응결되는 일부 용매를 커버(112)의 중앙으로 이동시켜 제1 배출구(1421)를 통해 배출될 수 있도록 한다. 따라서 일부 응결되는 용매에 의해 발생될 수 있는 웨이퍼(200)의 손상 및 불량률을 현저히 감소시킨다.

이때 제2 공급구(1412)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 1단 또는 각 제2 공급구(1412)가 격번하여 상하방향으로 배치되는 다단으로 형성될 수 있다. 도 4에서는 2단으로 형성되는 다른 실시예의 제2 공급구(2412)가 적용된 웨이퍼 베이킹 장치(100)에 대해 개시하고 있으나, 필요에 따라 3단 이상으로도 형성될 수 있다.

따라서 제2 공급구(1412)는 커버(112)를 관통하도록 형성될 수 있고, 필요에 따라서는 별도의 구조물로 형성되어 커버(112) 또는 핫 플레이트(131)의 외주면을 따라 설치되도록 형성될 수 있다. 커버(112)에 제2 공급구(1412)가 직접 형성되는 경우에는 기존 커버(112)에 타공만으로 제2 공급구(1412)를 형성할 수 있어 초기 비용을 절감할 수 있고, 별도의 구조물로 형성하는 경우에는 교체만으로 사양에 따라 제2 공급구(1412)의 크기 및 간격을 달리할 수 있어 그 활용도가 향상되는 장점을 갖는다.

일 예에서는 커버(112)의 측면 높이가 20mm 이상 100mm 이하의 일 때, 커버(112)의 하측에서 제2 공급구(1412)까지 거리가 10mm 이상이고 제2 공급구(1412)의 직경은 1mm 이상 10mm 이하이며 각 제2 공급구(1412) 사이의 간격은 10mm 이상으로 형성된다.

따라서 본원발명의 웨이퍼 베이킹 장치(100)는 베이킹 챔버(113) 내의 서로 교차하는 제1,2 방향으로 정화가스를 공급하는 제1,2 공급구(1411,1412)를 구비하여 웨이퍼(200)의 코팅층(210) 전면에 정화가스가 균일하게 확산되도록 한다.

배출부(142)는 베이킹 챔버(113)에서 정화가스가 배출되도록 한다. 이때 커버(112)부를 관통하여 형성되어 정화가스를 제1 방향(X)으로 배출시키는 제1 배출구(1421)와 베이킹 챔버(113) 내의 압력을 일정하게 유지시켜주는 제2 배출구(1422)로 형성된다.

제1 배출구(1421)는 커버(112)부는 관통하여 형성되어 웨이퍼(200)의 상부에 형성되어, 가열된 정화가스가 보다 원활하게 배출되도록 한다. 이때 제1 배출구(1421)의 중심은 웨이퍼(200)의 중심축과 일치하도록 형성되어 코팅층(210)의 상측 전반에 걸쳐 형성되는 정화가스가 균일하게 배출되도록 하는 것이 바람직하다.

따라서 본원발명의 웨이퍼 베이킹 장치(100)는 제1 방향(X)으로 웨이퍼(200) 의 상측에 형성되는 제1 배출구(1421)를 구비하여, 제2 공급구(1412)로 공급되는 제2 방향(Y)의 정화가스의 기류가 코팅층(210) 전반에 일정하도록 하여 용매가 균일하게 제거되도록 한다.

제2 배출구(1422)는 하우징(110)의 일 측에 형성되어 베이킹 챔버(113) 내의 정화가스의 압력이 일정하게 유지되도록 하여, 웨이퍼(200)의 코팅층(210)으로 정화가스의 기류가 일정하고 안정적으로 발생되도록 한다. 또한 하측으로 기류가 발생되는 정화가스를 배출시켜 베이킹 챔버(113) 내에서 용매가 보다 원활하게 제거되도록 한다.

따라서 정화가스의 기류에 미치는 영향을 최소화하기 위해 제2 배출구(1422)는 베이스(111)에 가까이 형성되는 것이 바람직하며, 제2 방향(Y)으로 형성되는 것이 바람직하다.

따라서 본원발명의 웨이퍼 베이킹 장치(100)는 서로 다른 방향, 다른 위치에 형성되는 제1,2 배출구(1421,1422)를 구비하여 베이킹 챔버(113) 내의 정화가스가 일정한 압력으로 유지하는 동시에 웨이퍼(200)의 반경방향으로 확산된 후 축방향을 통해 배출되도록 함으로써, 코팅층(210) 표면의 용매 농도를 일정하게 유지하는데 유리하고 베이킹 챔버(113) 정화가스의 기류가 안정적으로 발생되도록 하여 웨이퍼(200)의 두께가 균일하게 형성되로고 하여 제품의 신뢰성을 향상시키는 장점을 갖는다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범위 내에서 적절하게 변경 가능한 것은 본 발명의 보호범위에 해당한다.

100 웨이퍼 베이킹 장치
110 하우징 111 베이스 112 커버
113 베이킹 챔버
120 지지부 121 지지핀 122 리프트핀
130 열공급부 131 핫 플레이트 132 히터
140 유로
141 공급부 1411 제1 공급구 1412 제2 공급구
1413 연통부 1414 연결부
142 배출부 1421 제1 배출구 1422 제2 배출구
200 웨이퍼 210 코팅층
X 제1 방향 Y 제2 방향

Claims (7)

1. 베이스와 베이킹 챔버가 형성되도록 상기 베이스의 상부에 배치되는 커버로 형성되는 하우징;
   상기 베이킹 챔버에 설치되어, 웨이퍼가 배치되는 지지부;
   상기 웨이퍼에 열을 전달하는 열공급부; 및
   정화가스를 공급하는 공급부와 정화가스를 배출하는 배출부로 형성되는 유로;를 포함하고,
   상기 공급부는
   상기 웨이퍼의 가장자리를 따라 정화가스가 공급되도록 상기 지지부의 주변을 따라 형성된 제1 공급구와, 상기 웨이퍼의 가장자리에서 중심 방향으로 정화가스가 공급되도록 상기 웨이퍼의 외주면으로 배치되는 제2 공급구로 형성되며,
   상기 배출부는
   상기 커버를 관통하고, 제1 방향으로 정화가스를 배출시키는 제1 배출구와, 상기 하우징 일 측에 형성되어 정화가스의 압력을 일정하게 유지시키는 제2 배출구로 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 베이킹 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 공급구와 상기 제2 공급구에서 공급되는 정화가스가 서로 교차되도록 서로 다른 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 베이킹 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 제1 배출구는
   중심축이 상기 웨이퍼의 중심축과 일치하도록 상기 커버의 상면에 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 베이킹 장치.
   
5. 제1항에 있어서
   상기 제2 공급구는
   상기 커버의 내주면에 서로 일정 간격 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 베이킹 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 공급구는
   상기 커버의 내측면을 따라 일정 간격으로 형성되되, 제1 방향으로 격번하여 다층으로 형성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 베이킹 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 열공급부는
   상기 지지부의 일 측에 형성되는 핫 플레이트와, 상기 지지부의 상부에 배치되되 상기 배출부의 인접하여 형성되는 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 베이킹 장치.

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