KR102442120B1 - 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치에 관한 것이다.
본 발명은 기판을 지지하면서 회전하는 회전 척, 상기 회전 척에 내장되어 있으며 상기 회전 척에 의해 지지되어 회전하는 기판의 하면에 가열된 질소 가스를 공급하여 상기 기판을 균일하게 가열하는 질소 가스 히터 및 상기 질소 가스 히터를 제어하여 상기 질소 가스의 가열 온도를 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 질소 가스 히터는 질소 가스가 주입되는 가스 주입구, 상기 가스 주입구에 결합되어 있으며 일부 바닥면이 상기 가스 주입구를 중심으로 원형으로 함몰되어 있는 하부 커버, 상기 하부 커버의 함몰된 바닥면과의 사이에 제1 버퍼 룸이 존재하도록 상기 하부 커버에 결합되어 있으며 상기 가스 주입구를 통해 주입되는 질소 가스를 가열하는 히팅 플레이트 및 상기 히팅 플레이트와의 사이에 제2 버퍼 룸이 존재하도록 상기 하부 커버에 결합되어 있으며 상기 가스 주입구를 통해 주입되어 상기 히팅 플레이트에 의해 가열된 질소 가스가 상기 기판의 하면으로 분사되는 경로를 제공하는 복수의 분사구가 형성되어 있는 상부 커버를 포함한다.
본 발명에 따르면, 반도체 공정의 처리 대상인 기판에 고온의 질소 가스를 공급하여 기판의 온도를 정밀하게 조절하고 유지할 수 있다.

Description

질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치{SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS WITH BUILT-IN TEMPERATURE NITROGEN GAS HEATER}
본 발명은 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 반도체 공정의 처리 대상인 기판에 고온의 질소 가스를 공급하여 기판의 온도를 정밀하게 조절하고 유지할 수 있는 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 반도체 기판을 처리하는 공정 중에, 특정 유체를 이용하여 실시하는 기판에 대한 세정, 식각, 건조 등의 과정에서 유체의 온도는 반도체 공정의 성능에 상당한 영향을 미친다.
유체 온도를 적정 범위로 조절하기 위한 종래 기술의 하나로 필요한 온도로 가열된 유체를 디스펜서(dispenser)를 통해 회전 척에 배치되어 고속 회전하는 기판에 공급하는 기술이 알려져 있다.
그러나 종래 기술에 따르면, 기판의 표면온도와 디스펜서에 의해 공급되는 유체의 온도 간에 존재하는 온도 편차에 의해 기판의 표면에 공급되는 시점의 유체의 실제 온도와 공정 목표 온도 간에 편차가 발생하는 문제점이 발생한다.
또한, 회전 척에 배치된 기판이 회전하는 경우 고온의 유체가 기판의 중심에서 가장자리로 퍼져나가는 과정에서 온도가 저하되기 때문에, 기판의 전체면에 대하여 유지되어야 하는 온도의 균일성이 깨진다는 문제점이 있다.
이와 같은 기판 표면에서의 유체의 온도 감소, 목표 온도와의 편차, 기판 전체면에서의 온도 비균일성은 반도체 공정의 효율을 저하시키는 요인으로 작용한다.
대한민국 공개특허공보 제10-2004-0070635호(공개일자: 2004년 08월 11일, 명칭: 로딩된 웨이퍼에 균일하게 열전달할 수 있는 급속 열처리장치의 공정 챔버) 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0014438호(공개일자: 2018년 02월 08일, 명칭: LED 가열부를 갖는 정전 척)
본 발명의 기술적 과제는 반도체 공정의 처리 대상인 기판에 고온의 질소 가스를 공급하여 기판의 온도를 정밀하게 조절하고 유지할 수 있는 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 기술적 과제는 질소 가스 히터를 이용하여 고온의 질소 가스를 기판에 분사하여 기판의 표면온도를 상승시킴으로써, 반도체 공정 중 발생할 수 있는 기판의 온도저하 현상을 방지하고, 기판 전체면의 온도를 균일하게 유지하여 공정 효율을 높일 수 있는 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치를 제공하는 것이다.
이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치는 기판을 지지하면서 회전하는 회전 척, 상기 회전 척에 내장되어 있으며 상기 회전 척에 의해 지지되어 회전하는 기판의 하면에 가열된 질소 가스를 공급하여 상기 기판을 균일하게 가열하는 질소 가스 히터 및 상기 질소 가스 히터를 제어하여 상기 질소 가스의 가열 온도를 제어하는 제어기를 포함하고, 상기 질소 가스 히터는 질소 가스가 주입되는 가스 주입구, 상기 가스 주입구에 결합되어 있으며 일부 바닥면이 상기 가스 주입구를 중심으로 원형으로 함몰되어 있는 하부 커버, 상기 하부 커버의 함몰된 바닥면과의 사이에 제1 버퍼 룸이 존재하도록 상기 하부 커버에 결합되어 있으며 상기 가스 주입구를 통해 주입되는 질소 가스를 가열하는 히팅 플레이트 및 상기 히팅 플레이트와의 사이에 제2 버퍼 룸이 존재하도록 상기 하부 커버에 결합되어 있으며 상기 가스 주입구를 통해 주입되어 상기 히팅 플레이트에 의해 가열된 질소 가스가 상기 기판의 하면으로 분사되는 경로를 제공하는 복수의 분사구가 형성되어 있는 상부 커버를 포함한다.
본 발명에 따른 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 질소 가스 히터는 상기 회전 척과 이격되도록 배치되어 상기 회전 척의 회전에 영향을 받지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 히팅 플레이트는 복수의 관통홀이 형성되어 있는 플레이트 및 상기 플레이트에 결합되어 있으며 공급되는 전력에 의해 저항열을 발산하는 발열 코일을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 가스 주입구를 통해 주입되어 상기 제1 버퍼 룸으로 확산되는 질소 가스는 상기 히팅 플레이트에 의해 가열되면서 상기 복수의 관통홀을 통해 상기 제2 버퍼 룸으로 이동한 후, 상기 상부 커버에 형성된 복수의 분사구를 통하여 상기 기판의 하면으로 균일하게 분사되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 복수의 분사구의 개수는 상기 상부 커버의 중앙에서 가장자리로 갈수록 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 복수의 분사구의 직경은 상기 상부 커버의 중앙에서 가장자리로 갈수록 점진적으로 커지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 복수의 분사구 간의 간격은 상기 상부 커버의 중앙에서 가장자리로 갈수록 좁아지는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 히팅 플레이트는 상기 플레이트의 온도를 측정하여 상기 제어기로 전달하는 플레이트 온도센서 및 상기 발열 코일의 온도를 측정하여 상기 제어기로 전달하는 코일 온도센서를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 플레이트 온도센서로부터 전달받은 플레이트 현재온도가 기 설정된 목표온도에 도달하도록 상기 발열 코일로 공급되는 전력량을 제어하고, 상기 코일 온도센서로부터 전달받은 발열코일 현재온도와 기 설정된 과열임계온도를 비교하여 상기 발열 코일이 과열되지 않도록 상기 발열 코일로 공급되는 전력량을 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 가스 주입구와 가스 저장탱크 사이의 공급 배관에 설치되어 있으며, 상기 제어기의 제어에 따라 상기 가스 주입구로 공급되는 질소 가스를 예열하는 예열 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 가스 주입구와 가스 저장탱크 사이의 공급 배관에 설치되어 있으며, 상기 제어기의 제어에 따라 상기 가스 주입구로 공급되는 질소 가스의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치에 있어서, 상기 제어기는 원격지의 상위 제어기에 의해 통합 제어되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 반도체 공정의 처리 대상인 기판에 고온의 질소 가스를 공급하여 기판의 온도를 정밀하게 조절하고 유지할 수 있는 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치가 제공되는 효과가 있다.
또한, 질소 가스 히터를 이용하여 고온의 질소 가스를 기판에 분사하여 기판의 표면온도를 상승시킴으로써, 반도체 공정 중 발생할 수 있는 기판의 온도저하 현상을 방지하고, 기판 전체면의 온도를 균일하게 유지하여 공정 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치의 전체적인 구성을 나타낸 도면이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 회전 척과 질소 가스 히터의 예시적인 결합 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 회전 척과 질소 가스 히터의 예시적인 결합 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 질소 가스 히터의 예시적인 분리 사시도이고,
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 질소 가스 히터의 예시적인 상면도이고,
도 6은 도 5의 AA 방향의 단면도이다.
본 명세서에 개시된 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접 연결되어 있거나 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 나타낸다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명의 일 실시 예를 설명하기에 앞서 본 발명의 주요 특징을 적외선 히터를 이용하여 기판을 가열하는 방식과 비교하여 설명한다.
적외선 히터를 이용한 방식의 원리는 회전척에 장착된 적외선 히터에서 발생한 적외선 파장을 기판에 흡수시켜 열을 발생시키는 것이다. 이 방식은 적외선 히터가 챔버 내부의 약액 등에 직접 노출되는 것을 방지하면서 적외선 히터에서 발산되는 적외선 광을 기판에 노출시켜야 하기 때문에, 적외선 파장을 투과할 수 있는 적외선 투과성 커버(예, Quartz Cover)가 필요하다. 적외선 히터는 작은 전류로 빠른 시간 내에 고온도 도달할 수 있고, 열을 멀리 전달할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 기판 하부의 회전척의 협소공간에 배치되어야 하기 때문에, 적외선 소자를 최대 4 내지 8열 이상 배치하기가 어려우며, 이에 따라 기판의 온도를 밀도있게 제어하기가 어렵다는 한계가 있다. 또한 적외선 방식은 높은 온도에서의 주변 부품의 손상, 색상변화/변질, 산화 등의 현상을 발생시키기도 하며, 적외선 방식의 기타 구성장치(예, 센서 등..)에 영향을 주어 오작동을 일으키는 요인이 되기도 한다.
이에 반해 본 발명의 고온 질소 가스를 이용한 방식은 가열된 질소 가스의 이동을 이용해서 기판을 가열하는 방식으로서, 최소 한 개 이상의 가열 요소(Heat element)가 삽입된 히팅플레이트(Heating Plate_를 통과한 가열된 질소 가스를 복수의 미세한 홀(Hole)을 통하여 기판 전체면에 고르게 분사해주는 구조를 가지고 있다.
적외선 방식과 달리, 본 발명의 고온 질소 가스를 이용한 방식은 적외선 파장을 투과할 수 있는 적외선 투과성 커버(예, Quartz Cover)와 같은 구조물이 필요하지 않아 회전척을 포함한 회전체의 중량이 상승하지 않아, 회전 모터의 부하를 줄일 수 있다. 또한 적외선 광 노출에 의한 주변 부품의 손상 및 적외선 방식의 기타장치 사용에 제한을 받지 않게 된다는 장점이 있다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치의 전체적인 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 회전 척과 질소 가스 히터의 예시적인 결합 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 회전 척과 질소 가스 히터의 예시적인 결합 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 질소 가스 히터의 예시적인 분리 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 있어서, 질소 가스 히터의 예시적인 상면도이고, 도 6은 도 5의 AA 방향의 단면도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 질소 가스 히터(20)가 내장된 기판 처리 장치(1)는 회전 척(10), 질소 가스 히터(20), 예열 히터(30), 유량 제어 밸브(40) 및 제어기(50)를 포함한다.
회전 척(10)은 반도체 공정이 수행되는 챔버 내부에 배치된 상태로 반도체 공정의 대상인 기판(W)을 지지하면서 도시하지 않은 구동수단이 제공하는 회전 구동력에 의해 고속으로 회전하는 구성요소이다. 도면에 도시하지는 않았으나, 예를 들어, 특정 반도체 공정을 수행하기 위한 약액(chemical)을 분사하는 디스펜서(dispenser)가 로봇암 등의 구동수단에 의해 회전 척(10)의 상부에 배치되어 기판(W)의 상면을 향하여 약액을 분사하는 상태에서 회전 척(10)에 배치된 기판(W)이 회전 척(10)의 회전에 의해 고속 회전하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 회전 척(10)의 상면의 가장자리 영역에는 기판(W)을 지지하는 기판 지지부(11)가 형성되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 기판 지지부(11)는 회전 척(10)의 상면의 가장자리를 따라 복수 개로 구비될 수 있으며, 회전 척(10)의 회전에 의해 고속 회전하는 기판(W)이 이탈하지 않도록 지지한다.
예를 들어, 이러한 기판 지지부(20)는 지지 핀(12)과 그립 핀(grip pin, 13)이 하나의 쌍을 이루도록 구성될 수 있으며, 지지 핀(12)이 기판(W)의 하면을 1차적으로 지지하는 상태에서 그립 핀(13)이 회전하여 기판(W)의 측면을 2차적으로 지지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 그립 핀(13)에는 그 중심점에서 이격된 지점에 돌기가 형성되도록 구성될 수 있고, 그립 핀(13)이 그 중심점을 기준으로 회전하는 경우 이 돌기가 기판(W)의 측면을 밀어 가압함으로써 기판(W)이 그립 핀(13)에 의해 안정적으로 지지되며, 이에 따라 기판(W)의 고속 회전에도 불구하고 기판(W)이 회전 척(10)으로부터 이탈되지 않도록 구성될 수 있다.
질소 가스 히터(20)는 회전 척(10)에 내장되어 있으며, 회전 척(10)에 의해 지지되어 회전하는 기판(W)의 하면에 가열된 질소 가스를 공급하여 기판(W)을 균일하게 가열한다.
예를 들어, 질소 가스 히터(20)는 회전 척(10)과 일정 거리만큼 이격되도록 배치되어 회전 척(10)의 회전에 영향을 받지 않도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 이러한 질소 가스 히터(20)는 가스 주입구(100), 하부 커버(200), 히팅 플레이트(300) 및 상부 커버(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
가스 주입구(100)는 질소 가스가 주입되는 구성요소이다. 예를 들어, 이러한 가스 주입구(100)는 하부 커버(200)의 중앙에 형성될 수 있으며, 연결 구조물을 통해 공급 배관(60)에 연결될 수 있다.
하부 커버(200)는 가스 주입구(100)에 결합되어 있으며, 하부 커버(200)의 전체 바닥면 중에서 일부 바닥면은 가스 주입구(100)를 중심으로 원형으로 함몰되도록 구성될 수 있다.
히팅 플레이트(300)는 하부 커버(200)의 함몰된 바닥면과의 사이에 제1 버퍼 룸(BR1)이 존재하도록 하부 커버(200)에 결합되어 있으며, 가스 주입구(100)를 통해 주입되는 질소 가스를 가열하는 기능을 수행한다.
예를 들어, 이러한 히팅 플레이트(300)는 플레이트(310), 발열 코일(320), 플레이트 온도센서(330) 및 코일 온도센서(340)를 포함하여 구성될 수 있다.
플레이트(310)는 히팅 플레이트(300)의 몸체이며, 이 플레이트(310)에는 질소 가스가 통과하는 복수의 관통홀이 형성되어 있다.
발열 코일(320)은 플레이트(310)에 결합되어 있으며 외부로부터 공급되는 전력에 의해 저항열을 발산하여 질소 가스를 가열하는 구성요소이다.
예를 들어, 발열 코일(320) 및 플레이트(310)는 열 전도도가 우수한 재질을 갖도록 구성될 수 있다.
플레이트 온도센서(330)는 플레이트(310)의 온도를 측정하여 제어기(50)로 전달한다.
코일 온도센서(340)는 발열 코일(320)의 온도를 측정하여 제어기(50)로 전달한다.
상부 커버(400)는 히팅 플레이트(300)와의 사이에 제2 버퍼 룸(BR2)이 존재하도록 하부 커버(200)에 결합되어 있으며, 이 상부 커버(400)에는 가스 주입구(100)를 통해 주입되어 히팅 플레이트(300)에 의해 가열된 질소 가스가 기판(W)의 하면으로 분사되는 경로를 제공하는 복수의 분사구(410)가 형성되어 있다.
예를 들어, 가스 주입구(100)를 통해 주입되어 제1 버퍼 룸(BR1)으로 확산되는 질소 가스는 히팅 플레이트(300)에 의해 가열되면서 히팅 플레이트(300)에 형성된 복수의 관통홀을 통해 제2 버퍼 룸(BR2)으로 이동한 후, 상부 커버(400)에 형성된 복수의 분사구(410)를 통하여 기판(W)의 하면으로 균일하게 분사되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 일정 압력으로 가스 주입구(100)를 통해 질소 가스 히터(20)로 주입된 질소 가스는 제1 버퍼 룸(BR1)을 통해 히팅 플레이트(300)의 하부에 분포하면서 히팅 플레이트(300)에 접촉 가열될 수 있다. 코일 온도센서(340)는 발열 코일(320)의 온도를 측정하여 제어기(50)로 전달하고, 플레이트 온도센서(330)는 플레이트(310)의 온도를 측정하여 제어기(50)로 전달한다. 제어기(50)는 코일 온도센서(340)로부터 전달받은 발열코일 현재온도와 기 설정된 과열임계온도를 비교하여 발열 코일(320)이 과열되지 않도록 발열 코일(320)로 공급되는 전력량을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(50)는 플레이트 온도센서(330)로부터 전달받은 플레이트 현재온도가 기 설정된 목표온도에 도달하도록 발열 코일(320)로 공급되는 전력량을 제어할 수 있다.
하나의 예로, 상부 커버(400)에 형성된 복수의 분사구(410)의 개수는 상부 커버(400)의 중앙에서 가장자리로 갈수록 점진적으로 증가하도록 구성될 수 있다.
다른 예로, 상부 커버(400)에 형성된 복수의 분사구(410)의 직경은 상부 커버(400)의 중앙에서 가장자리로 갈수록 점진적으로 커지도록 구성될 수 있다.
또 다른 예로, 상부 커버(400)에 형성된 복수의 분사구(410) 간의 간격은 상부 커버(400)의 중앙에서 가장자리로 갈수록 좁아지도록 구성될 수 있다.
상부 커버(400)에 형성된 복수의 분사구(410)와 관련한 구성의 이유 및 효과를 설명하면 다음과 같다.
기판 처리 장치(1)는 기판(W)을 고속으로 회전시키면서 기판(W)의 상면에 약액 등을 공급하는 방식으로 정해진 반도체 공정을 진행한다.
이때 약액의 최초 공급 지점인 기판(W)의 중앙 영역에서의 약액 기류의 흐름은 상대적으로 느리지만, 기판(W)의 가장자리 영역으로 갈수로 약액 기류의 흐름이 원심력에 의해 빨라지기 때문에, 기판(W)의 가장자리 영역에는 중앙 영역에 비하여 더 많은 양의 가열된 질소 가스가 공급되어야 한다.
따라서, 상부 커버(400)에 형성된 복수의 분사구(410)를 앞서 설명한 바와 같이 구성함으로써, 기판(W)의 전체면에 대해 온도분포를 균일하게 제어할 수 있으며, 밀도 있게 조절할 수 있게 된다.
예열 히터(30)는 가스 주입구(100)와 질소 가스가 저장된 가스 저장탱크(3) 사이의 공급 배관(60)에 설치되어 있으며, 제어기(50)의 제어에 따라 가스 주입구(100)로 공급되는 질소 가스를 예열한다.
예를 들어, 인라인 히터(In-line Heater) 또는 재킷 히터(Jacket Heater)가 예열 히터(30)에 적용할 수 있다. 인라인 히터는 공급 배관(60) 중간의 특정 포인트에 설치하여 질소 가스를 직접 가열하는 방식의 히터이고, 재킷 히터는 공급 배관(60)을 감싸는 형태로 공급 배관(60) 자체를 가열하여 공급되는 질소 가스의 온도를 상승시키는 방식의 히터이다.
유량 제어 밸브(40)는 가스 주입구(100)와 가스 저장탱크(3) 사이의 공급 배관(60)에 설치되어 있으며, 제어기(50)의 제어에 따라 가스 주입구(100)로 공급되는 질소 가스의 유량을 제어한다.
예를 들어, 일정 압력으로 공급되는 질소 가스에 대하여 유량 제어를 실시할 수 있으며, 기판 처리 장치(1)의 동작 상태에 따라 공급되는 유량의 크기를 유량 제어 밸브(40)를 이용하여 조절하여 사용할 수 있다. 공정 전, 공정 후, 공정 간 단위 스텝에 따라 각기 다른 유량 설정이 가능하며, 이를 통해 공정 전, 공정 후에서의 질소 가스 히터(20)의 상태를 조건에 맞게 예열 또는 냉각시키고 공정별로 질소 가스 히터(20)의 온도와 더불어 유량을 제어함으로써 다양한 사용조건에 대응할 수 있다.
제어기(50)는 질소 가스 히터(20)를 제어하여 질소 가스의 가열 온도를 제어한다.
예를 들어, 제어기(50)는 플레이트 온도센서(330)로부터 전달받은 플레이트 현재온도가 기 설정된 목표온도에 도달하도록 발열 코일(320)로 공급되는 전력량을 제어하고, 코일 온도센서(340)로부터 전달받은 발열코일 현재온도와 기 설정된 과열임계온도를 비교하여 발열 코일(320)이 과열되지 않도록 발열 코일(320)로 공급되는 전력량을 제어하도록 구성될 수 있다.
하나의 예로, 기판 처리 장치(1)를 구성하는 질소 가스 히터(20), 예열 히터(30), 유량 제어 밸브(40) 등은 기판 처리 장치(1)마다 개별적으로 구비된 제어기(50)에 의해 제어되도록 구성될 수 있다.
다른 예로, 원격지의 상위 제어기(2)가 기판 처리 장치(1)마다 개별적으로 구비된 제어기(50)를 제어함으로써, 원격지의 상위 제어기(2)가 기판 처리 장치(1)를 구성하는 질소 가스 히터(20), 예열 히터(30), 유량 제어 밸브(40) 등을 원격지에서 통합적으로 제어하도록 구성될 수도 있다.
이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명에 따르면, 반도체 공정의 처리 대상인 기판에 고온의 질소 가스를 공급하여 기판의 온도를 정밀하게 조절하고 유지할 수 있는 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치가 제공되는 효과가 있다.
또한, 질소 가스 히터를 이용하여 고온의 질소 가스를 기판에 분사하여 기판의 표면온도를 상승시킴으로써, 반도체 공정 중 발생할 수 있는 기판의 온도저하 현상을 방지하고, 기판 전체면의 온도를 균일하게 유지하여 공정 효율을 높일 수 있다.
1: 기판 처리 장치
2: 상위 제어기
3: 가스 저장탱크
10: 회전 척
11: 기판 지지부
12: 지지 핀
13: 그립 핀
20: 질소 가스 히터
30: 예열 히터
40: 유량 제어 밸브
50: 제어기
60: 공급 배관
100: 가스 주입구
200: 하부 커버
300: 히팅 플레이트
310: 플레이트
320: 발열 코일
330: 플레이트 온도센서
340: 코일 온도센서
400: 상부 커버
410: 분사구
BR1: 제1 버퍼 룸
BR2: 제2 버퍼 룸
W: 기판

Claims (11)

  1. 기판을 지지하면서 회전하는 회전 척;
    상기 회전 척에 내장되어 있으며 상기 회전 척에 의해 지지되어 회전하는 기판의 하면에 가열된 질소 가스를 공급하여 상기 기판을 균일하게 가열하는 질소 가스 히터; 및
    상기 질소 가스 히터를 제어하여 상기 질소 가스의 가열 온도를 제어하는 제어기를 포함하고,
    상기 질소 가스 히터는,
    질소 가스가 주입되는 가스 주입구;
    상기 가스 주입구에 결합되어 있으며 일부 바닥면이 상기 가스 주입구를 중심으로 원형으로 함몰되어 있는 하부 커버;
    상기 하부 커버의 함몰된 바닥면과의 사이에 제1 버퍼 룸이 존재하도록 상기 하부 커버에 결합되어 있으며 상기 가스 주입구를 통해 주입되는 질소 가스를 가열하는 히팅 플레이트; 및
    상기 히팅 플레이트와의 사이에 제2 버퍼 룸이 존재하도록 상기 하부 커버에 결합되어 있으며 상기 가스 주입구를 통해 주입되어 상기 히팅 플레이트에 의해 가열된 질소 가스가 상기 기판의 하면으로 분사되는 경로를 제공하는 복수의 분사구가 형성되어 있는 상부 커버를 포함하고,
    상기 히팅 플레이트는 복수의 관통홀이 형성되어 있는 플레이트, 상기 플레이트에 결합되어 있으며 공급되는 전력에 의해 저항열을 발산하는 발열 코일, 상기 플레이트의 온도를 측정하여 상기 제어기로 전달하는 플레이트 온도센서 및 상기 발열 코일의 온도를 측정하여 상기 제어기로 전달하는 코일 온도센서를 포함하고,
    상기 가스 주입구를 통해 주입되어 상기 제1 버퍼 룸으로 확산되는 질소 가스는 상기 히팅 플레이트에 의해 가열되면서 상기 복수의 관통홀을 통해 상기 제2 버퍼 룸으로 이동한 후, 상기 상부 커버에 형성된 복수의 분사구를 통하여 상기 기판의 하면으로 균일하게 분사되고,
    상기 제어기는 상기 플레이트 온도센서로부터 전달받은 플레이트 현재온도가 기 설정된 목표온도에 도달하도록 상기 발열 코일로 공급되는 전력량을 제어하고, 상기 코일 온도센서로부터 전달받은 발열코일 현재온도와 기 설정된 과열임계온도를 비교하여 상기 발열 코일이 과열되지 않도록 상기 발열 코일로 공급되는 전력량을 제어하는 것을 특징으로 하는, 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 질소 가스 히터는 상기 회전 척과 이격되도록 배치되어 상기 회전 척의 회전에 영향을 받지 않는 것을 특징으로 하는, 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 분사구의 개수는 상기 상부 커버의 중앙에서 가장자리로 갈수록 점진적으로 증가하는 것을 특징으로 하는, 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 분사구의 직경은 상기 상부 커버의 중앙에서 가장자리로 갈수록 점진적으로 커지는 것을 특징으로 하는, 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 분사구 간의 간격은 상기 상부 커버의 중앙에서 가장자리로 갈수록 좁아지는 것을 특징으로 하는, 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가스 주입구와 가스 저장탱크 사이의 공급 배관에 설치되어 있으며, 상기 제어기의 제어에 따라 상기 가스 주입구로 공급되는 질소 가스를 예열하는 예열 히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 가스 주입구와 가스 저장탱크 사이의 공급 배관에 설치되어 있으며, 상기 제어기의 제어에 따라 상기 가스 주입구로 공급되는 질소 가스의 유량을 제어하는 유량 제어 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어기는 원격지의 상위 제어기에 의해 통합 제어되는 것을 특징으로 하는, 질소 가스 히터가 내장된 기판 처리 장치.
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