KR101037064B1 - 기판처리장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기판처리장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판처리장치는 기판을 처리할 수 있도록 내부에 공간부가 형성되어 있는 챔버, 챔버의 공간부를 개폐하도록 챔버에 결합되는 탑리드 및 챔버 내부에 배치되어 챔버 공간부의 온도를 측정하기 위한 센서체와, 내식성을 가지는 테프론 소재로서 센서체를 감싸며 결합되는 피복체를 구비하는 온도센서를 포함하여 이루어진 것에 특징이 있다.

Description

기판처리장치{Substrate processing apparatus}
본 발명은 기판에 대한 일정한 처리를 행하는 기판처리장치에 관한 것으로서, 특히 기판 상에 형성된 포토레지스트를 제거한 후 기판을 세정 및 건조하기 위한 장치에 적용할 수 있는 기판처리장치에 관한 것이다.
반도체 제조공정 중 식각공정이나 이온 주입공정에서는 포토리쏘그라피(photolithography) 공정이 널리 사용되고 있다. 포토리쏘그라피 공정은 기판 상에 포토레지스트(photoresist)를 도포하여 처리하는 방식으로 이루어지는 바, 포토리쏘그라피 공정 이후에는 기판 상에 형성된 포토레지스트를 제거하기 위한 후속 공정이 필연적으로 요청된다. 포토레지스트를 제거하기 위한 방법으로 애싱(ashing), 황산용액 등의 화학물질을 이용한 스트립, 오존을 이용한 스트립, 유기용액을 이용한 스트립 등이 있다.
이들 중 화학물질을 이용하여 포토레지스트를 제거하기 위한 공정에 사용되는 장치는 내부에 공간부가 마련된 챔버와, 이 챔버 내부의 공간부에 배치되어 기판을 지지하는 기판지지블럭을 구비한다. 매엽식 장치의 경우 기판지지블럭 위에낱장의 웨이퍼가 지지되지만, 배치식 장치의 경우 복수의 웨이퍼가 적재되어 있는 카세트가 기판지지블럭 상에 지지된다. 배치식 장치의 경우 기판지지블럭이 모터 등의 구동수단에 연결되어 챔버 내에서 회전되는 턴테이블 형태로 이루어져 있다. 또한 챔버에는 웨이퍼로 황산용액 등의 화학물질을 공급하기 위한 장치가 설치된다. 황산용액이 등의 화학물질이 공급되는 가운데 기판지지블럭이 회전하면, 황산용액과 웨이퍼 상의 포토레지스트가 반응하여 웨이퍼로부터 포토레지스트가 스트립된다.
한편, 황산용액을 이용한 포토레지스트의 스트립 공정은 고온의 환경에서 효율적으로 진행되는 바, 포토레지스트를 제거하기 위한 장치에는 챔버 내부에 온도센서를 설치하여 계속적으로 챔버 내부의 온도를 체크한다.
포토레지스트를 제거하기 위한 종래의 장치에 설치되는 온도센서는 센서체와 스테인레스 소재의 피복으로 이루어지는데, 스테인레스 피복의 경우 내열성에서는 우수하지만 내식성은 현저히 떨어져 온도센서를 장기간 사용하지 못하는 문제점이 있었다. 즉, 포토레지스트를 스트립하기 위한 공정에는 황산, 희석화된 불산, 오존수, 과수 및 이들을 선택적으로 혼합한 용액 등 화학물질이 사용되는데, 스테인레스 피복은 상기한 바와 같은 화학물질이 사용되는 환경에서는 오래 견디지 못하고 금방 부식되어 버리는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 내식성과 내열성의 강화를 통해 내구성이 증대되며, 열변형을 최소화시킬 수 있어 정확한 온도센싱이 가능한 온도센서가 장착된 기판처리장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판처리장치는 기판을 처리할 수 있도록 내부에 공간부가 형성되어 있는 챔버, 상기 챔버의 공간부를 개폐하도록 상기 챔버에 결합되는 탑리드 및 상기 챔버 내부에 배치되어 상기 챔버 공간부의 온도를 측정하기 위한 센서체와, 내식성을 가지는 테프론 소재로서 상기 센서체를 감싸며 결합되는 피복체를 구비하는 온도센서를 포함하여 이루어진 것에 특징이 있다.
본 발명에 따르면, 상기 온도센서의 피복체는 상기 챔버의 내벽에 끼워져 설치되는 중공형의 몸체부와, 상기 몸체부의 상면에 대하여 돌출되게 형성되어 상기 챔버의 내측에 배치되며, 내부에 상기 센서체를 수용하기 위한 수용부가 마련되는 돌출부와, 고리형으로 형성되어 상기 돌출부를 감싸며 배치되며, 상기 돌출부와의 사이에 공간이 형성되도록 상기 돌출부의 외측면으로부터 이격되어 있는 보강플랜지부를 포함하여 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 보강플랜지부의 외경은 상기 몸체부의 외경에 비하여 크게 형성되는 것이 바람직하며, 상기 몸체부는 상기 챔버에 나사결합되는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 따른 기판처리장치에서는 내식성이 우수한 테프론 소재가 피복체로 사용되어 온도센서의 내구성이 향상되는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 열에 의한 변형을 최소화시킬 수 있는 형상의 피복체가 채용됨으로써 내구성이 강화될 뿐만 아니라 피복체의 변형에 따른 온도감지 오류가 발생하지 않고 정확한 온도 센싱이 가능하다는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는 온도센서가 챔버에 나사결합됨으로써 설치 및 분리가 용이하다는 장점이 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치를 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치의 개략적 사시도이며, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 개략적 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 온도센서의 개략적 사시도이며, 도 4는 도 2에 도시된 온도센서의 개략적 확대도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치(100)는 챔버(10), 탑리드(20), 턴테이블(30), 카세트(40)를 구비한다.
챔버(10)는 포토레지스트를 스트립(strip)하기 위한 공정이 이루어지는 곳으로서, 내부에 공간부(11)가 형성된다. 챔버(10)의 바닥에는 포토레지스트를 제거하기 위한 황산용액 등의 화학물질, 기판을 린스(rinse)하기 위한 세정 수(deionized water) 등이 배출될 수 있는 배출구(미도시)가 형성되어 있다.
탑리드(20)는 실린더(미도시)에 의하여 구동되며, 회동포인트를 중심으로 챔버(10)에 힌지가능하게 결합된다. 즉, 일방향으로 회전시 챔버(10)의 공간부(11)를 폐쇄하며, 타방향으로 회전시 챔버(10)의 공간부(11)를 개방한다. 또한, 챔버(10)의 상면에는 전자석(21)이 설치되어 있고, 탑리드(20)의 하면에는 챔버(10)의 전자석(21)과 대응되는 위치에 자성플레이트(22)가 설치되어 있어, 탑리드(20)가 폐쇄된 상태에서 전자석(21)에 전류가 인가되면 전자석(21)과 자성플레이트(22)가 자력에 의하여 결합됨으로써 탑리드(20)가 챔버(10)에 안정적으로 결합된다.
턴테이블(30)은 챔버(10)의 공간부(11)에 배치된다. 턴테이블(30)은 원반 형태의 기판지지블럭(31)과 회전축(32)을 구비한다. 기판지지블럭(31)의 상면에는 후술할 카세트(40)가 장착되는데, 본 실시예에서는 기판지지블럭(31)의 양측에 각각 하나씩 대칭적으로 장착된다. 회전축(32)은 기판지지블럭(31)의 하면으로부터 하방으로 연장형성되어 챔버(10)의 외부로 돌출되며, 모터(미도시) 등의 구동수단과 연결된다. 모터(미도시)의 구동에 따라 기판지지블럭(31)은 챔버(10) 내에서 회전하게 된다.
카세트(40)는 처리대상이 되는 기판(s)을 거치하기 위한 것으로서, 높이방향을 따라 복수의 슬롯이 형성된다. 각 슬롯에는 기판(s)이 놓여지는데, 기판(s)들 사이에는 일정한 간격이 형성되어 후술하는 노즐로부터 분사되는 화학물질, 세정수 또는 질소 가스 등이 기판(s)으로 공급될 수 있다.
테이블(30)의 상측 중앙부, 즉 두 개의 카세트(30) 사이에는 챔버(10)의 높 이 방향을 따라 길게 중앙노즐(50)이 설치된다. 중앙노즐(50)은 봉 형상으로 형성되어 그 높이 방향을 따라 복수의 분사구(51)가 상호 이격되게 형성된다. 이 분사구(51)를 통해 기판(s)을 린스하기 위한 세정수 및 기판(s)을 건조시키기 위한 질소 가스 등이 기판(s)을 향하여 분사되며, 다른 유체공급라인의 연결에 따라 황산이나 NH4OH 등의 화학물질 및 수증기등도 분사될 수 있다.
챔버(10)의 내벽에는 측면노즐(60)이 부착된다. 본 실시예에서는 하나의 측면노즐(60)이 부착되지만, 다른 실시예에서는 90°각도 간격으로 복수의 측면노즐이 부착될 수 있다. 측면노즐(60)은 대략 직사각의 판 형상으로 형성되며, 카세트(40)의 높이 방향을 따라 다수의 분사구(미도시)가 형성되어 있다. 측면노즐(60)에서는 황산(H2SO4)과 과산화수소(H2O2)의 혼합용액을 챔버(10)의 중앙부를 향해 분사한다. 측면노즐(60)로부터 분사된 황산과 과산화수소의 혼합용액은 기판(s)상에 존재하는 포토레지스트를 스트립한다. 또한, 측면노즐(60)에서는 다른 유체공급라인을 연결함에 따라 상기한 혼합용액 이외에 질소가스 또는 초순수(deionized water)로 형성된 세정수 및 NH4OH 등의 화학물질도 분사가능하다.
상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 기판처리장치(100)에서 기판(s)상에 형성된 포토레지스트를 스트립하기 위해서, 중앙노즐(50)과 측면노즐(60) 등을 포함하여 챔버(10)에 설치된 각종 노즐들을 통해 황산과 물을 챔버(10)의 공간부(11)로 공급한다. 챔버(10)의 공간부(11)에서 만난 황산과 물은 발열반응을 통해 챔버(10)의 온도를 급격하게 상승시킴으로써 챔버(10)는 고온으로 유지되며, 황산 등 의 화학물질에 의하여 포토레지스트가 제거된다. 이렇게 황산을 이용한 포토레지스트의 제거는 고온의 환경에서 훨씬 효율적으로 수행되는 바, 챔버(10) 내부의 온도가 계속적으로 체크될 필요가 있으므로 챔버(10)의 내벽에는 온도센서(70)가 설치된다.
본 발명에 따른 기판처리장치(100)에 채용된 온도센서(70)는 고온의 환경에서 황산 등의 화학물질에 노출되어 있는 조건이므로, 내식성과 내열성이 우수하여야 한다. 일반적으로 스테인레스 등의 금속 소재는 열변형에는 강하지만 부식에는 취약하며, 수지(resin) 계열의 소재는 부식에는 화학물질의 부식에는 강하지만 열변형에는 매우 취약하다.
이에, 본 발명에서는 온도센서(70)의 피복으로 테프론(teflon) 소재를 사용하여 내식성을 강화하면서, 피복체의 형상을 개선하여 열변형을 최소화할 수 있는 구조를 채택하였는 바, 이하 온도센서(70)에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 기판처리장치(100)에 채용되는 온도센서(70)는 센서체(78) 및 피복체를 구비한다.
센서체(78)는 백금촉으로서 전류가 흐를 수 있는 와이어(79)에 연결하여 구성되며, 온도가 상승함에 따라 백금촉의 내부저항이 상승되는 것을 이용하여 온도를 측정한다.
피복체는 PTFE 또는 PFA 등의 테프론 소재로 이루어지며 몸체부(71)와, 돌출부(73) 및 보강플랜지부(75)를 구비한다. 몸체부(71)는 챔버(10)의 내벽에 끼워져 결합되는 부분이다. 몸체부(71)는 중공형으로 형성되어 그 내부에는 센서체(78)에 연결된 와이어(79)가 지나갈 수 있도록 길게 중공부(71a)가 형성된다. 중공부(71a)의 끝에는 마감캡(77)이 끼워져 중공부(71)를 폐쇄시킨다. 또한 본 실시예에서 몸체부(71)의 외주면에는 수나사산(72)이 형성되어, 챔버(10)의 내벽에 관통 형성된 나사공에 나사결합된다.
돌출부(73)는 몸체부(71)의 상면에 대하여 돌출되도록 몸체부(71)로부터 연장형성되며, 챔버(10)의 내부에 배치된다. 이 돌출부(73)의 내부에는 센서체(78)가 수용되어 챔버(10) 내부의 온도를 측정한다. 챔버 내부의 온도를 정확하게 측정하기 위해서는 챔버(10) 내부의 열이 센서체(78)로 원활하게 전달되어야 하므로 돌출부(73)의 두께는 얇게 형성되는 것이 바람직하며, 센서체(78)도 돌출부(73)의 내측면에 가깝게 배치되는 것이 좋다. 이에 본 실시예에서는 돌출부(73)의 피복 두께는 대략 1mm로 형성된다.
또한, 얇은 두께의 돌출부(73)가 길게 형성되는 경우 상대적으로 열변형이 쉽게 일어나서 정확한 온도측정이 곤란해진다. 즉, 센서체(78)는 돌출부(73)에 거의 접촉된 상태로 배치되는 것이 바람직한데, 돌출부(73)가 열변형되어 늘어나게 되면 센서체(78)와 돌출부(73)가 이격됨으로써 온도측정이 부정확해질 수 있다.
그러나 돌출부(73)의 길이를 너무 짧게 하는 경우 센서체(78)를 수용하고 있는 돌출부가 챔버 내부와 접촉하는 면적이 작아지므로 온도측정이 곤란해질 수 있다. 이에 본 실시예에서는 이러한 점들을 고려하여 돌출부가 챔버(10)의 내벽으로부터 대략 8mm 돌출되게 형성하였다.
한편, 보강플랜지부(75)는 몸체부(71)의 외경보다 큰 외경을 가지는 고리형 으로 형성되어 돌출부(73)를 감싸며 배치된다. 보강플랜지부(75)는 돌출부(73)를 감싸므로써 센서체(78)가 수용되어 있는 돌출부(73)를 보호함과 동시에 돌출부(73)가 열변형되는 것을 방지하는 작용을 한다. 즉, 얇은 두께로 된 돌출부(73)의 외주면을 따라 두껍게 보강플랜지부(75)가 배치됨으로써 열변형을 억제할 수 있는 것이다.
다만, 보강플랜지부(75)가 돌출부(73)를 둘러쌈으로써 돌출부(73)가 챔버(10) 내부와 상대적으로 적은 면적으로 접촉하게 되어 온도측정이 부정확해지는 문제점을 해결하고자 보강플랜지부(75)와 돌출부(73) 사이에는 일정한 공간(74)이 마련된다. 이 공간(74)으로 챔버(10) 내의 공기, 황산용액 등의 유체가 유입되어 센서체(78)가 챔버(10) 내부의 온도를 정확하게 측정할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 기판처리장치(100)에 설치된 온도센서(70)는 내식성을 강화하도록 피복체의 소재로서 테프론이 사용되며, 몸체부(71)와 돌출부(73)와 보강플랜지부(75)로 이루어진 독특한 구조를 통해 내열성이 취약한 테프론 소재의 열변형을 방지하면서도 정확한 온도 측정을 가능하게 하였다.
즉, 몸체부(71)는 열변형을 고려하여 매우 두껍게 형성되지만, 온도 측정의 정확성을 위하여 센서체(78)가 수용되는 돌출부(73)는 몸체부(71)의 상면으로부터 돌출시키고 얇은 두께로 형성하였으며, 돌출부(73)의 열변형을 방지하고자 돌출부(73)의 둘레에 두껍게 보강플랜지부(75)를 형성한 것이다. 또한, 돌출부(73)가 챔버(10)의 내부와 넓은 면적에서 접촉하여 온도를 정확하게 측정하도록 보강플랜 지부(75)와 돌출부(73) 사이에는 일정한 공간(74)을 형성한 것이다.
이러한 독특한 구성의 피복체에 의하여 본 발명에 채용된 온도센서(70)는 내식성, 내열성 및 온도측정의 정확성을 모두 갖출 수 있으며, 고온과 화학물질에 노출된 환경에서도 온도측정기능 및 내구성을 발휘할 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 기판처리장치의 개략적 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 개략적 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 온도센서의 개략적 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 온도센서의 개략적 확대도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 ... 기판처리장치 10 ... 챔버
20 ... 탑리드 30 ... 턴테이블
40 ... 카세트 50 ... 중앙노즐
60 ... 측면노즐 70 ... 온도센서
s ... 기판

Claims (3)

  1. 기판을 처리할 수 있도록 내부에 공간부가 형성되어 있는 챔버;
    상기 챔버의 공간부를 개폐하도록 상기 챔버에 결합되는 탑리드; 및
    상기 챔버 내부에 배치되어 상기 챔버 공간부의 온도를 측정하기 위한 센서체와, 내식성을 가지는 테프론 소재로서 상기 센서체를 감싸며 결합되는 피복체를 구비하는 온도센서;를 포함하며,
    상기 피복체는,
    상기 챔버의 내벽에 끼워져 설치되며, 중공부가 형성된 몸체부와,
    상기 챔버의 내측을 향해 상기 몸체부에 대하여 돌출되게 형성되어 상기 챔버의 내측에 배치되며, 내부에 상기 센서체를 수용하기 위한 수용부가 마련되는 돌출부와,
    상기 돌출부를 감싸도록 배치되며, 상기 돌출부와의 사이에 공간이 형성되도록 상기 돌출부의 외측면으로부터 이격되어 있는 보강플랜지부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보강플랜지부의 외경은 상기 몸체부의 외경에 비하여 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 기판처리장치.
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