KR20000075415A - Bake oven system for heating uniformly semiconductor wafer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 반도체 제조장치에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 반도체 웨이퍼를 균일하게 가열하기 위한 베이크 오븐 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor manufacturing apparatus, and more particularly to a bake oven system for uniformly heating a semiconductor wafer.
반도체 웨이퍼에 패턴(pattern)을 형성하기 위해서는 일반적으로 리소그래픽 프로세스(lithographic process)를 사용한다. 상기 리소그래픽 프로세스는 포토마스크(photomask)로부터 패턴(pattern)이 상기 반도체 웨이퍼 표면으로 옮겨지도록 하기 위해 상기 반도체 웨이퍼의 최상층을 선택적으로 제거하는 기술이다.In order to form a pattern on a semiconductor wafer, a lithographic process is generally used. The lithographic process is a technique that selectively removes the top layer of the semiconductor wafer so that a pattern from the photomask is transferred to the semiconductor wafer surface.
최근 반도체 웨이퍼의 대구경화와 더불어 고집적화가 진행됨에 따라 상기 리소그래픽 프로세스에서도 분해도(resolution)의 증가를 위해서 DUV PR(deep ultraviolet photo resist)을 사용하게 되었고 상기 DUV PR을 사용하기 위해서 광원으로 KrCl와 KrF에 기초한 엑시머 레이저(excimer laser)같은 대체 광원을 사용하게 되었다.Recently, due to the large diameter of semiconductor wafers and the high integration, deep lithography photoresist (DUV PR) is used to increase resolution in the lithographic process. Alternative light sources, such as based excimer lasers, have been used.
도 1은 종래의 베이크 오븐 시스템(bake oven system)의 개략적인 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of a conventional bake oven system.
도 1을 참조하면, 베이크 오븐 시스템(100)은 반도체 웨이퍼(104)를 로딩(loading)할 수 있는 베이스(106)를 구비한다. 상기 베이스(106)는 내부에 히터(도시되지 않았음)를 구비하여 상기 베이스(106)상에 로딩된 상기 반도체 웨이퍼(104)가 가열되도록 한다. 상기 베이스(106)와 상기 반도체 웨이퍼(104)의 사이에는 스페이스(spacer)(108)가 위치하여 상기 반도체 웨이퍼(104)와 상기 베이스(106)가 직접 접촉하지 않고 일정간격(0.13mm 정도)의 공간을 가지게 한다. 그로 인해 상기 반도체 웨이퍼(104) 후면(104b)에서 발생하는 파티클을 방지하거나 상기 반도체 웨이퍼를 지지하여 공정 중에 미끄럼을 방지한다. 상기 반도체 웨이퍼(104)와 상기 베이스(106) 사이의 일정간격의 공간에 위치한 공기가 계속 유지되는 경우에는 상기 베이스(106)의 히터에서 방출되는 열이 상기 반도체 웨이퍼(104)로 일정하게 전달되겠지만, 상기 반도체 웨이퍼(104)의 이송을 위해 도어(door)(105)가 개폐되면 새로운 공기가 계속해서 유입되므로, 상기 베이스(106)와 상기 반도체 웨이퍼(104) 사이의 공기를 통해 전달되는 열이 일정하지 않게 되는 단점이 발생한다. 그러므로 상기 스페이스(108)와 접촉하는 부분에 전도되는 열이 상기 스페이스(108)와 접촉하지 않는 다른 부분에 비해 휠씬 많게 되는 불균일한 열전달이 발생한다. 이런 현상은 특히 리소그래픽 프로세스(lithographic process)에서 노광(expose)된 후의 베이크 공정(post expose bake)의 경우에는 선폭(CD; critical dimension)의 균일성에 치명적인 손상을 입힌다. 상술한 바와 같이 최근의 리소그래픽 프로세스에서는 DUV PR을 사용하게 되는데, 상기 DUV PR에는 온도에 극히 민감한 PAG(photo acid generator) 성분이 함유되어 있어 1℃의 온도만 변해도 특수 공정의 경우에 30에서 60nm까지 CD가 변화하는 문제점이 발생한다.Referring to FIG. 1, the bake oven system 100 has a base 106 capable of loading a semiconductor wafer 104. The base 106 has a heater (not shown) therein to heat the semiconductor wafer 104 loaded on the base 106. A space 108 is positioned between the base 106 and the semiconductor wafer 104 so that the semiconductor wafer 104 and the base 106 do not directly contact each other, but at a predetermined interval (about 0.13 mm). Allow space This prevents particles from occurring on the back surface 104b of the semiconductor wafer 104 or supports the semiconductor wafer to prevent slippage during the process. If the air located in the spaced interval between the semiconductor wafer 104 and the base 106 is maintained, the heat emitted from the heater of the base 106 will be constantly transferred to the semiconductor wafer 104 When the door 105 is opened and closed for the transfer of the semiconductor wafer 104, new air continues to flow in, so that heat transferred through the air between the base 106 and the semiconductor wafer 104 is transferred. The disadvantage is that it becomes inconsistent. Therefore, non-uniform heat transfer occurs in which the heat conducted to the portion in contact with the space 108 is much higher than the other portions not in contact with the space 108. This phenomenon is particularly damaging to the uniformity of the critical dimension (CD), especially in the case of a post expose bake after being exposed in a lithographic process. As described above, in recent lithographic processes, DUV PR is used, which contains a photo acid generator (PAG) which is extremely sensitive to temperature, so that only a temperature of 1 ° C. changes from 30 to 60 nm. There is a problem that the CD changes.
이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 반도체 웨이퍼로의 열전달이 균일하게 이루어도록 하기 위한 새로운 형태의 베이크 오븐 시스템을 제공하는데 있다.In order to solve such a conventional problem, it is to provide a new type of baking oven system for uniform heat transfer to the semiconductor wafer.
도 1은 종래의 베이크 오븐 시스템의 개략적인 단면도;1 is a schematic cross-sectional view of a conventional bake oven system;
도 2는 본 발명의 제 1실시예에 의한 베이크 오븐 시스템의 개략적인 단면도;2 is a schematic cross-sectional view of a bake oven system according to a first embodiment of the present invention;
도 3은 도 2의 베이크 오븐 시스템의 변형예를 보여주는 평면도;3 is a plan view showing a variation of the bake oven system of FIG.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 베이크 오븐 시스템의 개략적인 단면도; 그리고4 is a schematic cross-sectional view of a bake oven system according to a second embodiment of the present invention; And
도 5는 도 4의 베이크 오븐 시스템의 변형예를 보여주는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a modification of the bake oven system of FIG.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
200 : 베이크 오븐 시스템 205 : 도어200: bake oven system 205: door
204 : 지지부재 206 : 복사 플레이트204: support member 206: radiation plate
208 : 반도체 웨이퍼 210 : 스페이스208: semiconductor wafer 210: space
212 : 베이스 214 : 히터212: base 214: heater
215 : 센서 216 : 온도 표시기215: sensor 216: temperature indicator
220 : N2가스 플로우 홀 222 : 회전 부재220: N 2 gas flow hole 222: rotating member
224 : 모터 226 : 업-다운 핀224 motor 226 up-down pin
228 : 지지대 230 : 롤러228: support 230: roller
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 내부공간을 갖고 상기 내부 공간내에서 반도체 웨이퍼를 가열하기 위한 본 발명의 베이크 오븐 시스템은 베이스와 열전달 부재를 구비한다. 상기 베이스는 상기 내부 공간 내에 위치되고, 상기 반도체 웨이퍼가 놓이는 일면과 상기 반도체 웨이퍼를 가열하기 위한 히터를 갖는다. 상기 열전달 부재는 상기 반도체 웨이퍼로의 열전달이 균일하게 이루어지도록 하기 위한 역할을 한다.According to a feature of the present invention for achieving the above object, the bake oven system of the present invention for heating a semiconductor wafer in the interior space and has a base and a heat transfer member. The base is located in the inner space, and has a surface on which the semiconductor wafer is placed and a heater for heating the semiconductor wafer. The heat transfer member plays a role to ensure uniform heat transfer to the semiconductor wafer.
이와 같은 본 발명에서, 상기 열전달 부재는, 상기 반도체 웨이퍼와 대응되도록 상기 일면의 상부에 위치되고, 상기 반도체 웨이퍼로 열이 복사되도록 하기 위해 평탄한 플레이트형으로 형성되어 내부에 히터를 구비한 복사 부재 및 일단이 상기 복사 부재와 연결되고, 상기 복사 부재와 상기 반도체 웨이퍼사이의 거리를 조정할 수 있도록 하기 위한 지지부재를 구비한다.In the present invention as described above, the heat transfer member is located on the upper surface of the one surface to correspond to the semiconductor wafer, formed in a flat plate shape so that heat is radiated to the semiconductor wafer, and a radiation member having a heater therein; One end is connected to the radiation member, and has a support member for adjusting the distance between the radiation member and the semiconductor wafer.
또한, 이와 같은 본 발며에서, 상기 열전달 부재는, 상기 내부 공간 내에 위치되고, 상기 반도체 웨이퍼와 접촉되어 상기 반도체 웨이퍼를 회전시키기 위한 회전 부재 및 상기 회전 부재에 회전력을 줄기 위한 동력 부재를 구비한다.Further, in the present invention, the heat transfer member is located in the inner space and includes a rotation member for contacting the semiconductor wafer to rotate the semiconductor wafer and a power member for applying rotational force to the rotation member.
이와 같은 본 발명을 적용하면, 베이크 공정에서 열이 반도체 웨이퍼 전체에 균일하게 전달되므로 상기 반도체 웨이퍼 상의 선폭의 균일성이 향상되고, 이로 인해 반도체 웨이퍼의 수율 역시 향상된다.Applying the present invention, since heat is uniformly transferred to the entire semiconductor wafer in the baking process, the uniformity of the line width on the semiconductor wafer is improved, thereby improving the yield of the semiconductor wafer.
이하 본 발명의 실시예를 첨부도면 도 2 내지 도 5에 의거하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5.
먼저 본 발며의 제 1 실시예에 대해서 설명하면, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 베이크 오븐 시스템의 개략적인 단면도이고, 도 3은 도 2의 베이크 오븐 시스템의 변형예를 보여주는 평면도이다.Referring first to the first embodiment of the present invention, Figure 2 is a schematic cross-sectional view of the baking oven system according to a first embodiment of the present invention, Figure 3 is a plan view showing a modification of the baking oven system of Figure 2 .
도 2에 도시된 베이크 오븐 시스템은 핫 플레이트(hot plate)를 이용한 베이크 오븐 시스템을 보여주고 있다.The bake oven system shown in FIG. 2 shows a bake oven system using a hot plate.
도 2의 본 발명의 제 1 실시예에 의한 베이크 오븐 시스템(200)은 종래와 비교해서 복사 플레이트(206)를 구비한 것이 특징이다. 하우징(201)의 상부 표면의 중심에서 반경방향으로부터 각각 동일한 거리만큼 떨어져서 각 지점들을 연결하면 정삼각형이 이루어질 수 있는 위치에 세 개의 지지부재들(예를 들면 스크류)(204)을 하우징(201)상의 상부 표면을 관통하도록 설치한다. 그리고 상기 지지부재(204)의 일단이 상기 복사 플레이트(206)에 연결되도록 구성하면 상기 지지부재(204)를 조정하여(스크류등의 회전운동에 의해서) 상기 복사 플레이트(206)의 위치를 상하로 조정할 수 있다. 그래서 상기 반도체 웨이퍼(208)와의 거리를 사용자 임의로 자유롭게 조정할 수 있다.The baking oven system 200 according to the first embodiment of the present invention of FIG. 2 is characterized in that it includes a radiation plate 206 as compared with the prior art. The three support members (for example, screws) 204 are positioned on the housing 201 in a position where equilateral triangles can be formed by connecting the respective points at the same distance from the radial direction at the center of the upper surface of the housing 201. Install to penetrate the upper surface. When one end of the support member 204 is configured to be connected to the radiation plate 206, the support member 204 is adjusted (by a rotational motion such as a screw) to raise and lower the position of the radiation plate 206. I can adjust it. Thus, the distance to the semiconductor wafer 208 can be freely adjusted by the user.
이와 같이 구성된 복사 플레이트(206)를 상기 반도체 웨이퍼(208)에서 일정 간격 떨어진 상부에 위치한다. 한편, 상기 반도체 웨이퍼(208)는 히터(도시되지 않음)가 내장되어 열을 방출하는 베이스(212)상에 로딩되어 있다. 상기 반도체 웨이퍼(208)와 상기 베이스(212) 사이에는 스페이스(spacer)(210)가 위치한다. 상기 스페이스(210)는 상기 반도체 웨이퍼(208)와 상기 베이스(212)가 직접 접촉하지 않고 일정간격(0.13mm 정도)의 공간을 가지게 한다. 그로 인해 상기 반도체 웨이퍼(208) 후면에서 발생하는 파티클을 방지하거나 상기 반도체 웨이퍼를 지지하여 공정 중에 미끄럼을 방지한다.The radiation plate 206 configured as described above is positioned above the semiconductor wafer 208 at a predetermined distance. On the other hand, the semiconductor wafer 208 is loaded on a base 212 in which a heater (not shown) is embedded and dissipates heat. A spacer 210 is positioned between the semiconductor wafer 208 and the base 212. The space 210 allows the semiconductor wafer 208 and the base 212 to have a predetermined interval (about 0.13 mm) without directly contacting the space. This prevents particles from occurring on the back surface of the semiconductor wafer 208 or supports the semiconductor wafer to prevent slippage during the process.
그리고 상기 반도체 웨이퍼(208)가 가열되는 동안, 상기 복사 플레이트(206)와 상기 반도체 웨이퍼(208)가 일정한 간격을 유지하면, 상기 반도체 웨이퍼(208)에서 복사되는 열이 상기 복사 플레이트(206)에서 반사되어 다시 상기 반도체 웨이퍼(208)로 열이 전달된다. 이런 방식을 사용하면, 종래처럼 상기 반도체 웨이퍼(208)가 스페이스(spacer)(210)를 통해서 열이 전도된 일정부분만 가열되는 것이 아니라 전체가 균일하게 가열되는 것이 가능하게 한다. 종래처럼 상기 베이크 오븐 시스템(200)의 도어(door)(205)의 개폐로 인해 공기의 유입되는 경우에도 복사열을 이용하여 필요한 온도를 보상할 수 있다. 그리고 상술한 본 발명의 실시예의 경우 종래의 시스템에 신규 설비의 투자없이도 개선이 가능한 특징이 있다. 또한, 상기 하우징(201)과 상기 베이스(212)는 도 2에 도시된 것처럼 분리형일 수도 있고, 일체형일 수도 있다.If the radiation plate 206 and the semiconductor wafer 208 are kept at a predetermined interval while the semiconductor wafer 208 is heated, heat radiated from the semiconductor wafer 208 is transferred from the radiation plate 206. Heat is reflected back to the semiconductor wafer 208. Using this method, the semiconductor wafer 208 can be heated uniformly instead of heating only a portion of the heat conduction through the spacer 210 as in the related art. As in the prior art, even when air is introduced due to the opening and closing of the door 205 of the baking oven system 200, radiant heat may be used to compensate for a required temperature. And the embodiment of the present invention described above has the feature that can be improved without the investment of new equipment in the conventional system. In addition, the housing 201 and the base 212 may be separate or integral as shown in FIG. 2.
도 3을 참조하면, 도 2의 베이크 오븐 시스템의 변형예는 도 2와 동일한 구성을 가지되 상기 복사 플레이트(206) 자체가 가열장치인 히터(214)를 가지는 것이 특징이다. 공정 상의 엔지니어들이 상기 히터(214)를 조정하여 온도를 임의로 변경하는 것이 가능하므로 온도로 인한 보상효과가 커져서 선폭의 변화를 최대로 줄일 수 있다. 그리고 상기 히터(214)에 온도 감지용 센서(sensor)(215)를 부착하고 상기 센서(215)를 온도 표시기(216)로 연결하여 공정을 진행하는 생산자가 챔버의 외부 패널(panel)상에서 볼 수 있도록 한다. 상기 온도 표시기(216)의 위치는 생산자가 원하는 위치에 임의로 장착하는 것이 가능하다. 이럴 경우 상기 온도 표시기(216)을 통해서 현재의 온도와 필요한 온도 등을 계산하여 공정이 원활하게 진행될 수 있도록 상기 히터(214)를 적절히 제어할 수 있다.Referring to FIG. 3, a variation of the bake oven system of FIG. 2 has the same configuration as that of FIG. 2, but the radiation plate 206 itself has a heater 214 as a heating device. It is possible for engineers in the process to arbitrarily change the temperature by adjusting the heater 214, so that the compensation effect due to the temperature is increased, thereby minimizing the change in the line width. A producer who attaches a temperature sensor 215 to the heater 214 and connects the sensor 215 to the temperature indicator 216 to perform a process can be seen on the outer panel of the chamber. Make sure The position of the temperature indicator 216 can be arbitrarily mounted at the desired position by the producer. In this case, the heater 214 may be properly controlled to calculate the current temperature and the required temperature through the temperature indicator 216 so that the process may proceed smoothly.
또한, 본 발명의 제 2 실시예를 설명하면, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 베이크 오븐 시스템의 개략적인 단면도 그리고 도 5는 도 4의 베이크 오븐 시스템의 변형예를 보여주는 단면도이다.In addition, referring to the second embodiment of the present invention, FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a bake oven system according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing a modification of the bake oven system of FIG.
도 4 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예는 상기 반도체 웨이퍼(208)에 균일한 열을 전달하기 위한 방법으로 상기 반도체 웨이퍼(208)를 상기 베이크 오븐 시스템(200)의 내부 공간에서 회전시키는 방법을 사용한다. 먼저 상기 베이스(212)의 일면에 상기 반도체 웨이퍼를 회전시키기 위한 회전 부재(222; 본 발명의 실시예에서는 원통 베어링을 사용)가 설치된다. 상기 회전 부재(222)는 외부에 배치된 모터(224)에 의해서 회전력을 부여받는다. 본 발명의 실시예에서는 회전 부재(222)에 회전력을 주기 위해 상기 모터(224)를 사용하였지만, 회전력을 줄 수 있는 다른 어떤 장치를 사용하여도 무방하다. 또한, 제 1 실시예와는 달리 N2가스 플로우 홀(N2 gas flow hole)(220)이 설치되어 있다. 이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제 2 실시예는 먼저 모터(224)에서 일정한 속도로 회전 부재인 원통 베어링(222)을 구동하고 상기 원통 베어링(222)과 맞닫아 접촉하고 있는 상기 반도체 웨이퍼(208) 역시 원통 베어링에 의해서 회전하게 되면서 한 방향 혹은 한 부분만이 아니라 전체적으로 열이 균일하게 전달된다.4 to 5, a second embodiment of the present invention provides a method for transferring uniform heat to the semiconductor wafer 208, which allows the semiconductor wafer 208 to form an internal space of the bake oven system 200. Use the method of rotating in. First, a rotating member 222 (a cylindrical bearing is used in the embodiment of the present invention) for rotating the semiconductor wafer is installed on one surface of the base 212. The rotating member 222 is given a rotational force by the motor 224 disposed outside. In the embodiment of the present invention, the motor 224 is used to give rotational force to the rotating member 222, but any other device capable of giving a rotational force may be used. In addition, unlike the first embodiment, an N 2 gas flow hole 220 is provided. According to the second embodiment of the present invention having the above configuration, the semiconductor wafer 208 which first drives the cylindrical bearing 222 which is a rotating member at a constant speed in the motor 224 and is in close contact with the cylindrical bearing 222 is contacted. ) Is also rotated by the cylindrical bearing, and heat is transmitted uniformly not only in one direction or part.
이와 유사한 구조를 갖는 본 발명의 제 2 실시예의 변형예가 도 5에 도시되어 있다. 도 5의 변형예는 도 4와는 달리 반도체 웨이퍼가 상기 베이스에 놓여진 상태로 회전하는 것이 아니라 일정한 높이만큼 상승된 후에 일정한 지지대에 놓여져서 회전하는 차이점이 있다. 일정한 높이 만큼 상승하기 위해 상기 베이스(212)에는 업-다운 핀(226)이 있어 상기 반도체 웨이퍼(208)를 일정한 높이만큼 상승시키거나 혹은 하강시키는 역할을 한다. 그리고 상기 업-다운 핀(226)을 통해 상승된 반도체 웨이퍼(208)가 일정 높이에 도달하면 측벽쪽에 위치하던 지지대(228)가 안쪽으로 이동하여 상기 반도체 웨이퍼(208)를 로딩하게 된다. 상기 반도체 웨이퍼(208)의 외주면과 접촉하는 지지대의 끝부분에는 상기 반도체 웨이퍼(208)가 상기 지지대(228)에 놓여진 상태에서 회전이 가능하도록 롤러(230)등이 설치되어 있다. 이런 장치에서 상기 반도체 웨이퍼(208)는 상기 업-다운 핀(226)에 의해 올려저서 상기 지지대(228)에 놓여진 상태로 회전하여 일정한 열을 균일하게 받은 후에 다시 업-다운 핀(226)에 의해 상기 베이스 상의 스페이스(210)에 놓여지는 메카니즘을 가진다. 역시 이와 같은 장치를 통해서도 상기 반도체 웨이퍼(208)를 상기 베이크 오븐 시스템 내에서 회전시키면 상기 베이크 오븐 시스템 내의 분위기를 균형있게 해주거나 또한 상기 베이크 오븐 시스템 표면으로부터 전달되는 온도도 균형있게 전달되어 상기 반도체 웨이퍼의 균일도를 개선할 수 있다.A modification of the second embodiment of the present invention having a similar structure is shown in FIG. 5 is different from FIG. 4 in that the semiconductor wafer is not rotated while being placed on the base, but is raised by a certain height and then placed on a predetermined support to rotate. In order to ascend by a certain height, the base 212 has an up-down pin 226 which serves to raise or lower the semiconductor wafer 208 by a certain height. When the semiconductor wafer 208 raised through the up-down pin 226 reaches a certain height, the support 228 positioned on the sidewall is moved inward to load the semiconductor wafer 208. A roller 230 or the like is provided at the end of the support in contact with the outer circumferential surface of the semiconductor wafer 208 so that the semiconductor wafer 208 can be rotated while being placed on the support 228. In such a device, the semiconductor wafer 208 is raised by the up-down pin 226 and rotated while being placed on the support 228 to uniformly receive a constant heat, and then again by the up-down pin 226. It has a mechanism that lies in the space 210 on the base. Also in such a device, rotating the semiconductor wafer 208 in the bake oven system balances the atmosphere within the bake oven system or evenly transmits the temperature transferred from the surface of the bake oven system so that the semiconductor wafer is balanced. The uniformity of can be improved.
이와 같은 본 발명을 적용하면, 열이 반도체 웨이퍼 전체에 균일하게 전달되므로 베이크 공정에서 상기 반도체 웨이퍼 상의 선폭의 균일성이 향상되고, 이로 인해 반도체 웨이퍼의 수율 역시 향상된다.Applying the present invention, since heat is uniformly transferred throughout the semiconductor wafer, the uniformity of the line width on the semiconductor wafer is improved in the baking process, thereby improving the yield of the semiconductor wafer.
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| KR20220040175A (en) | 2020-09-23 | 2022-03-30 | 주식회사 에스엠지머티리얼즈 | Substrate process processing heater |
-
1999
- 1999-10-25 KR KR1019990046401A patent/KR20000075415A/en not_active Application Discontinuation
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