KR20200045608A - 가열 유닛 및 이를 이용한 기판 처리 장치 - Google Patents

가열 유닛 및 이를 이용한 기판 처리 장치 Download PDF

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사윤기
서종석
엄영제
김태형
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세메스 주식회사
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Abstract

본 발명은 가열 처리 유닛을 제공한다. 가열 처리 유닛은 발열체를 갖는 가열 플레이트; 및 상기 가열 플레이트의 상부면으로부터 돌출되며, 기판을 지지하는 핀부재들을 포함하되; 상기 핀부재는 기판의 휨 방지를 위해 기판의 저면을 진공압으로 흡착 고정할 수 있다.

Description

가열 유닛 및 이를 이용한 기판 처리 장치{bake unit a having the unit and apparatus processing substrate by using thereof}
본 발명은 기판을 처리하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판을 가열 처리하는 장치이다.
반도체 소자를 제조하기 위해서는 사진, 식각, 증착, 이온주입, 그리고 세정 등과 같은 다양한 공정이 수행된다. 이 중 사진공정은 패턴을 형성하기 위해 공정으로 반도체 소자의 고집적화를 이루는데 중요한 역할을 수행한다.
사진공정은 크게 도포공정, 노광공정, 그리고 현상공정으로 이루어지며, 노광공정이 진행되기 전후 단계에는 베이크 공정을 수행한다. 베이크 공정은 기판을 열처리하는 과정으로, 가열플레이트에 기판이 놓이면, 가열 플레이트의 내부에 제공된 히터를 통해 그 기판을 열 처리한다.
도 1은 일반적인 베이크 유닛을 보여주는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 베이크 유닛은 내부에 베이크 공정을 수행하는 공간을 제공하는 상부 챔버와 하부 챔버(2,3), 하부 챔버(3) 내부에 설치되어 공정시 기판(s)을 가열하는 히터 플레이트(4)를 포함한다.
이러한 베이크 유닛에서는 히터 플레이트(4) 상부에서 휨이 발생된 기판을 평평하게 하기 위해 기판 저면으로 물리적인 힘(진공압)을 인가하여 기판의 휨을 방지하고 있다.
그러나, 기판(s)은 히터 플레이트(4)의 상면에 형성된 프록시미티 핀(5)들로 인해 진공홀(6)들이 기판 저면과 이격된 상태에서 진공압이 인가되기 때문에 다수의 진공홀(6)에 균일한 압력을 제어하는 것에 어려움이 있다.
균일한 진공압을 인가하기 위해 기판을 지지하는 프록시미티 핀(5)의 개수를 늘리게 되면 기판과 접촉하는 면적이 넓어지기 때문에 이 또한 공정 수율을 저하시키는 원인이 된다.
또한, 진공홀(6)이 기판 저면과 접촉이 이루어지지 않은 상태에서 진공압을 인가하는 경우 진공압을 인가하는 위치에 의해 챔버 내의 기류가 변화되기 때문에 공정 조건(Vacuum 압력, 웨이퍼 온도 등)을 제어하는 것이 어렵다.
그리고, 기존 기술에서 진공압을 진공홀(6)들 각각에 인가하기 위해서는 배관(진공배관)(7) 및 배관(7)을 히터 플레이트(4)의 진공홀(6)들에 연결할 수 있는 구조물이 있어야 하고, 이러한 구조물은 용접이나 브레이징을 통해 접합이 이루어지기 때문에 히터가 고온에서 사용된다는 점을 고려하면 장기 신뢰성에 문제가 발생될 수 있다.
또한, 히터 내부에 진공홀(6) 수 만큼의 배관(7)들이 필요하기 때문에 유지 관리나 보수 측면에서도 비효율적이다.
본 발명의 일 과제는 구조를 단순화하고, 공정 수율을 획기적으로 증가시킬 수 있는 베이크 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 과제는 베큠 공정 조건 제어가 용이하고 기판의 휨을 방지할 수 있는 베이크 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 과제는 베이크 챔버 외부에서 들어오는 기류의 변화를 최소화할 수 있는 베이크 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 과제는 고장 빈도를 현저하게 낮출 수 있는 베이크 장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 발열체를 갖는 가열 플레이트; 및 상기 가열 플레이트의 상부면으로부터 돌출되며, 기판을 지지하는 핀부재들을 포함하되; 상기 핀부재는 기판의 휨 방지를 위해 기판의 저면을 진공압으로 흡착 고정하는 가열 처리 유닛이 제공될 수 있다.
또한, 상기 핀부재에 형성되는 진공홀; 상기 가열 플레이트에 내에 형성되고, 상기 핀부재의 진공홀과 연결되는 제1진공 유로들; 상기 제1진공 유로들에 공통으로 연통되도록 상기 가열 플레이트 내에 트렌치 형태로 형성되는 제2진공 유로; 및 상기 가열 플레이트의 저면에서 상기 제2진공 유로와 연결되는 하나의 진공라인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 핀부재는 기판의 저면과 접촉하는 반구형상의 지지부; 및 상기 지지부의 저면으로부터 돌출되어 상기 가열 플레이트의 상부면에 형성된 끼움홈에 삽입 고정되는 고정부를 포함하고, 진공압은 상기 고정부의 저면으로부터 상기 지지부의 상면으로 관통되어 형성되는 진공홀을 통해 제공될 수 있다.
또한, 상기 진공홀은 기판의 저면이 직접 접촉되는 상기 지지부의 최상단에 수직한 방향으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 진공홀은 기판의 저면을 향해 경사진 방향으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 핀부재는 상기 상부면으로부터 80 ~120um 높이로 돌출될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 서로 조합되어 기판을 처리하는 처리 공간을 제공하는 상부 바디 및 하부 바디를 가지는 공정 챔버; 상기 처리 공간 내에 위치되고 기판이 위치되는 플레이트 ;상기 플레이트에 설치되어 기판을 가열하는 가열 부재; 상기 플레이트의 상부면으로부터 돌출되며, 기판의 휨 방지를 위해 기판의 저면을 진공압으로 흡착 고정하는 핀부재들을 포함하는 기판 처리 장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 핀부재는 기판의 저면으로 진공압을 제공하는 진공홀을 더 포함하고, 상기 플레이트는 상기 핀부재의 진공홀과 연결되는 제1진공 유로들; 및 상기 제1진공 유로들에 공통으로 연통되도록 상기 가열 플레이트 내에 트렌치 형태로 형성되며, 진공라인가 연결되는 제2진공 유로를 포함할 수 있다.
또한, 상기 핀부재는 기판의 저면과 접촉하는 지지부; 및 상기 지지부의 저면으로부터 돌출되어 상기 플레이트의 상부면에 형성된 끼움홈에 삽입 고정되는 고정부를 포함하고, 상기 진공홀은 상기 고정부의 저면으로부터 상기 지지부의 상면으로 관통되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 진공홀은 상기 지지부의 중심을 수직하게 지나는 수직선상에 위치될 수 있다.
또한, 상기 진공홀은 상기 지지부의 중심에서 벗어난 가장자리에 위치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 핀부재들에 진공홀을 형성함으로써 기존 처리 유닛에 비해 구조를 단순화하고 고정 수율을 획기적으로 증가시킬 수 있으며, 히터 수명을 향상시킬 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 의하면, 진공압이 핀부재를 통해 기판 저면으로 인가되는 구조이기 때문에 베큠 공정 조건 제어가 용이하고 기판 휨 방지효율이 향상될 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 의하면, 핀부재들이 기판 저면과 접촉된 상태로 진공압이 인가되기 때문에 챔버 외부에서 들어오는 기류의 변화가 기존 처리 유닛에 비해 현저히 감소되는 각별한 효과를 갖는다.
발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 베이크 유닛을 보여주는 단면도이다.
도 2는 기판 처리 설비를 상부에서 바라본 도면이다.
도 3은 도 2의 설비를 A-A 방향에서 바라본 도면이다.
도 4는 도 2의 설비를 B-B 방향에서 바라본 도면이다.
도 5는 도 2의 설비를 C-C 방향에서 바라본 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 베이크 유닛을 보여주는 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 베이크 유닛을 보여주는 측면도이다.
도 8은 도 7의 가열 처리 공정을 수행하는 가열 처리 유닛을 보여주는 단면도이다.
도 9는 가열 처리 유닛의 가열 플레이트 상면을 보여주는 도면이다.
도 10은 가열 처리 유닛에서의 진공압 경로를 보여주는 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 핀부재의 단면도이다.
도 12는 도 10에 도시된 핀부재의 사시도이다.
도 13은 핀부재의 변형예를 보여주는 사시도이다.
도 14는 도 13에 도시된 핀부재의 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 실시예의 설비는 반도체 웨이퍼 또는 평판 표시 패널과 같은 기판에 대해 포토리소그래피 공정을 수행하는 데 사용될 수 있다. 특히 본 실시예의 설비는 노광장치에 연결되어 기판에 대해 도포 공정 및 현상 공정을 수행하는 데 사용될 수 있다. 아래에서는 기판으로 웨이퍼가 사용된 경우를 예로 들어 설명한다.
도 2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 설비를 개략적으로 보여주는 도면들이다. 도 2는 기판 처리 설비를 상부에서 바라본 도면이고, 도 3은 도 2의 설비를 A-A 방향에서 바라본 도면이고, 도 4는 도 2의 설비를 B-B 방향에서 바라본 도면이고, 도 5는 도 2의 설비를 C-C 방향에서 바라본 도면이다.
도 2 내지 도 5를 참조하면, 기판 처리 설비(1)는 로드 포트(100), 인덱스 모듈(200), 제 1 버퍼 모듈(300), 도포 및 현상 모듈(400), 제 2 버퍼 모듈(500), 노광 전후 처리 모듈(600), 그리고 인터페이스 모듈(700)을 포함한다. 로드 포트(100), 인덱스 모듈(200), 제 1 버퍼 모듈(300), 도포 및 현상 모듈(400), 제 2 버퍼 모듈(500), 노광 전후 처리 모듈(600), 그리고 인터페이스 모듈(700)은 순차적으로 일 방향으로 일렬로 배치된다.
이하, 로드 포트(100), 인덱스 모듈(200), 제 1 버퍼 모듈(300), 도포 및 현상 모듈(400), 제 2 버퍼 모듈(500), 노광 전후 처리 모듈(600), 그리고 인터페이스 모듈(700)이 배치된 방향을 제 1 방향(12)이라 칭하고, 상부에서 바라볼 때 제 1 방향(12)과 수직한 방향을 제 2 방향(14)이라 칭하고, 제 1 방향(12) 및 제 2 방향(14)과 각각 수직한 방향을 제 3 방향(16)이라 칭한다.
기판(W)은 카세트(20) 내에 수납된 상태로 이동된다. 이때 카세트(20)는 외부로부터 밀폐될 수 있는 구조를 가진다. 예컨대, 카세트(20)로는 전방에 도어를 가지는 전면 개방 일체식 포드(Front Open Unified Pod; FOUP)가 사용될 수 있다.
이하에서는 로드 포트(100), 인덱스 모듈(200), 제 1 버퍼 모듈(300), 도포 및 현상 모듈(400), 제 2 버퍼 모듈(500), 노광 전후 처리 모듈(600), 그리고 인터페이스 모듈(700)에 대해 상세히 설명한다.
로드 포트(100)는 기판들(W)이 수납된 카세트(20)가 놓여지는 재치대(120)를 가진다. 재치대(120)는 복수개가 제공되며, 재치대들(200)은 제 2 방향(14)을 따라 일렬로 배치된다. 도 1에서는 4개의 재치대(120)가 제공되었다.
인덱스 모듈(200)은 로드 포트(100)의 재치대(120)에 놓인 카세트(20)와 제 1 버퍼 모듈(300) 간에 기판(W)을 이송한다. 인덱스 모듈(200)은 프레임(210), 인덱스 로봇(220), 그리고 가이드 레일(230)을 가진다. 프레임(210)은 대체로 내부가 빈 직육면체의 형상으로 제공되며, 로드 포트(100)와 제 1 버퍼 모듈(300) 사이에 배치된다. 인덱스 모듈(200)의 프레임(210)은 후술하는 제 1 버퍼 모듈(300)의 프레임(310)보다 낮은 높이로 제공될 수 있다. 인덱스 로봇(220)과 가이드 레일(230)은 프레임(210) 내에 배치된다. 인덱스 로봇(220)은 기판(W)을 직접 핸들링하는 핸드(221)가 제 1 방향(12), 제 2 방향(14), 제 3 방향(16)으로 이동 가능하고 회전될 수 있도록 4축 구동이 가능한 구조를 가진다. 인덱스 로봇(220)은 핸드(221), 아암(222), 지지대(223), 그리고 받침대(224)를 가진다. 핸드(221)는 아암(222)에 고정 설치된다. 아암(222)은 신축 가능한 구조 및 회전 가능한 구조로 제공된다. 지지대(223)는 그 길이 방향이 제 3 방향(16)을 따라 배치된다. 아암(222)은 지지대(223)를 따라 이동 가능하도록 지지대(223)에 결합된다. 지지대(223)는 받침대(224)에 고정결합된다. 가이드 레일(230)은 그 길이 방향이 제 2 방향(14)을 따라 배치되도록 제공된다. 받침대(224)는 가이드 레일(230)을 따라 직선 이동 가능하도록 가이드 레일(230)에 결합된다. 또한, 도시되지는 않았지만, 프레임(210)에는 카세트(20)의 도어를 개폐하는 도어 오프너가 더 제공된다.
제 1 버퍼 모듈(300)은 프레임(310), 제 1 버퍼(320), 제 2 버퍼(330), 냉각 챔버(350), 그리고 제 1 버퍼 로봇(360)을 가진다. 프레임(310)은 내부가 빈 직육면체의 형상으로 제공되며, 인덱스 모듈(200)과 도포 및 현상 모듈(400) 사이에 배치된다. 제 1 버퍼(320), 제 2 버퍼(330), 냉각 챔버(350), 그리고 제 1 버퍼 로봇(360)은 프레임(310) 내에 위치된다. 냉각 챔버(350), 제 2 버퍼(330), 그리고 제 1 버퍼(320)는 순차적으로 아래에서부터 제 3 방향(16)을 따라 배치된다. 제 1 버퍼(320)는 후술하는 도포 및 현상 모듈(400)의 도포 모듈(401)과 대응되는 높이에 위치되고, 제 2 버퍼(330)와 냉각 챔버(350)는 후술하는 도포 및 현상 모듈(400)의 현상 모듈(402)과 대응되는 높이에 위치된다. 제 1 버퍼 로봇(360)은 제 2 버퍼(330), 냉각 챔버(350), 그리고 제 1 버퍼(320)와 제 2 방향(14)으로 일정 거리 이격되게 위치된다.
제 1 버퍼(320)와 제 2 버퍼(330)는 각각 복수의 기판들(W)을 일시적으로 보관한다. 제 2 버퍼(330)는 하우징(331)과 복수의 지지대들(332)을 가진다. 지지대들(332)은 하우징(331) 내에 배치되며, 서로 간에 제 3 방향(16)을 따라 이격되게 제공된다. 각각의 지지대(332)에는 하나의 기판(W)이 놓인다. 하우징(331)은 인덱스 로봇(220), 제 1 버퍼 로봇(360), 그리고 후술하는 현상 모듈(402)의 현상부 로봇(482)이 하우징(331) 내 지지대(332)에 기판(W)을 반입 또는 반출할 수 있도록 인덱스 로봇(220)이 제공된 방향, 제 1 버퍼 로봇(360)이 제공된 방향, 그리고 현상부 로봇(482)이 제공된 방향에 개구(도시되지 않음)를 가진다. 제 1 버퍼(320)는 제 2 버퍼(330)와 대체로 유사한 구조를 가진다. 다만, 제 1 버퍼(320)의 하우징(321)에는 제 1 버퍼 로봇(360)이 제공된 방향 및 후술하는 도포 모듈(401)에 위치된 도포부 로봇(432)이 제공된 방향에 개구를 가진다. 제 1 버퍼(320)에 제공된 지지대(322)의 수와 제 2 버퍼(330)에 제공된 지지대(332)의 수는 동일하거나 상이할 수 있다. 일 예에 의하면, 제 2 버퍼(330)에 제공된 지지대(332)의 수는 제 1 버퍼(320)에 제공된 지지대(322)의 수보다 많을 수 있다.
제 1 버퍼 로봇(360)은 제 1 버퍼(320)와 제 2 버퍼(330) 간에 기판(W)을 이송시킨다. 제 1 버퍼 로봇(360)은 핸드(361), 아암(362), 그리고 지지대(363)를 가진다. 핸드(361)는 아암(362)에 고정 설치된다. 아암(362)은 신축 가능한 구조로 제공되어, 핸드(361)가 제 2 방향(14)을 따라 이동 가능하도록 한다. 아암(362)은 지지대(363)를 따라 제 3 방향(16)으로 직선 이동 가능하도록 지지대(363)에 결합된다. 지지대(363)는 제 2 버퍼(330)에 대응되는 위치부터 제 1 버퍼(320)에 대응되는 위치까지 연장된 길이를 가진다. 지지대(363)는 이보다 위 또는 아래 방향으로 더 길게 제공될 수 있다. 제 1 버퍼 로봇(360)은 단순히 핸드(361)가 제 2 방향(14) 및 제 3 방향(16)을 따른 2축 구동만 되도록 제공될 수 있다.
냉각 챔버(350)는 각각 기판(W)을 냉각한다. 냉각 챔버(350)는 하우징(351)과 냉각 플레이트(352)를 가진다. 냉각 플레이트(352)는 기판(W)이 놓이는 상면 및 기판(W)을 냉각하는 냉각 수단(353)을 가진다. 냉각 수단(353)으로는 냉각수에 의한 냉각이나 열전 소자를 이용한 냉각 등 다양한 방식이 사용될 수 있다. 또한, 냉각 챔버(350)에는 기판(W)을 냉각 플레이트(352) 상에 위치시키는 리프트 핀 어셈블리(도시되지 않음)가 제공될 수 있다. 하우징(351)은 인덱스 로봇(220) 및 후술하는 현상 모듈(402)에 제공된 현상부 로봇(482)이 냉각 플레이트(352)에 기판(W)을 반입 또는 반출할 수 있도록 인덱스 로봇(220)이 제공된 방향 및 현상부 로봇(482)이 제공된 방향에 개구(도시되지 않음)를 가진다. 또한, 냉각 챔버(350)에는 상술한 개구를 개폐하는 도어들(도시되지 않음)이 제공될 수 있다.
도포 및 현상 모듈(400)은 노광 공정 전에 기판(W) 상에 포토 레지스트를 도포하는 공정 및 노광 공정 후에 기판(W)을 현상하는 공정을 수행한다. 도포 및 현상 모듈(400)은 대체로 직육면체의 형상을 가진다. 도포 및 현상 모듈(400)은 도포 모듈(401)과 현상 모듈(402)을 가진다. 도포 모듈(401)과 현상 모듈(402)은 서로 간에 층으로 구획되도록 배치된다. 일 예에 의하면, 도포 모듈(401)은 현상 모듈(402)의 상부에 위치된다.
도포 모듈(401)은 기판(W)에 대해 포토레지스트와 같은 감광액을 도포하는 공정 및 레지스트 도포 공정 전후에 기판(W)에 대해 가열 및 냉각과 같은 열처리 공정을 포함한다. 도포 모듈(401)은 레지스트 도포 챔버(410), 베이크 유닛(420), 그리고 반송 챔버(430)를 가진다. 레지스트 도포 챔버(410), 베이크 유닛(420), 그리고 반송 챔버(430)는 제 2 방향(14)을 따라 순차적으로 배치된다. 따라서 레지스트 도포 챔버(410)와 베이크 유닛(420)은 반송 챔버(430)를 사이에 두고 제 2 방향(14)으로 서로 이격되게 위치된다. 레지스트 도포 챔버(410)는 복수 개가 제공되며, 제 1 방향(12) 및 제 3 방향(16)으로 각각 복수 개씩 제공된다. 도면에서는 6개의 레지스트 도포 챔버(410)가 제공된 예가 도시되었다. 베이크 유닛(420)은 제 1 방향(12) 및 제 3 방향(16)으로 각각 복수 개씩 제공된다. 도면에서는 6개의 베이크 유닛(420)이 제공된 예가 도시되었다. 그러나 이와 달리 베이크 유닛(420)은 더 많은 수로 제공될 수 있다.
반송 챔버(430)는 제 1 버퍼 모듈(300)의 제 1 버퍼(320)와 제 1 방향(12)으로 나란하게 위치된다. 반송 챔버(430) 내에는 도포부 로봇(432)과 가이드 레일(433)이 위치된다. 반송 챔버(430)는 대체로 직사각의 형상을 가진다. 도포부 로봇(432)은 베이크 유닛들(420), 레지스트 도포 챔버들(400), 제 1 버퍼 모듈(300)의 제 1 버퍼(320), 그리고 후술하는 제 2 버퍼 모듈(500)의 제 1 냉각 챔버(520) 간에 기판(W)을 이송한다. 가이드 레일(433)은 그 길이 방향이 제 1 방향(12)과 나란하도록 배치된다. 가이드 레일(433)은 도포부 로봇(432)이 제 1 방향(12)으로 직선 이동되도록 안내한다. 도포부 로봇(432)은 핸드(434), 아암(435), 지지대(436), 그리고 받침대(437)를 가진다. 핸드(434)는 아암(435)에 고정 설치된다. 아암(435)은 신축 가능한 구조로 제공되어 핸드(434)가 수평 방향으로 이동 가능하도록 한다. 지지대(436)는 그 길이 방향이 제 3 방향(16)을 따라 배치되도록 제공된다. 아암(435)은 지지대(436)를 따라 제 3 방향(16)으로 직선 이동 가능하도록 지지대(436)에 결합된다. 지지대(436)는 받침대(437)에 고정 결합되고, 받침대(437)는 가이드 레일(433)을 따라 이동 가능하도록 가이드 레일(433)에 결합된다.
레지스트 도포 챔버들(410)은 모두 동일한 구조를 가진다. 다만, 각각의 레지스트 도포 챔버(410)에서 사용되는 포토 레지스트의 종류는 서로 상이할 수 있다. 일 예로서 포토 레지스트로는 화학 증폭형 레지스트(chemical amplification resist)가 사용될 수 있다. 레지스트 도포 챔버(410)는 기판(W) 상에 포토 레지스트를 도포한다. 레지스트 도포 챔버(410)는 하우징(411), 지지 플레이트(412), 그리고 노즐(413)을 가진다. 하우징(411)은 상부가 개방된 컵 형상을 가진다. 지지 플레이트(412)는 하우징(411) 내에 위치되며, 기판(W)을 지지한다. 지지 플레이트(412)는 회전 가능하게 제공된다. 노즐(413)은 지지 플레이트(412)에 놓인 기판(W) 상으로 포토 레지스트를 공급한다. 노즐(413)은 원형의 관 형상을 가지고, 기판(W)의 중심으로 포토 레지스트를 공급할 수 있다. 선택적으로 노즐(413)은 기판(W)의 직경에 상응하는 길이를 가지고, 노즐(413)의 토출구는 슬릿으로 제공될 수 있다. 또한, 추가적으로 레지스트 도포 챔버(410)에는 포토 레지스트가 도포된 기판(W) 표면을 세정하기 위해 탈이온수와 같은 세정액을 공급하는 노즐(414)이 더 제공될 수 있다.
베이크 유닛(420)은 기판(W)을 열처리한다. 예컨대, 베이크 유닛들(420)은 포토 레지스트를 도포하기 전에 기판(W)을 소정의 온도로 가열하여 기판(W) 표면의 유기물이나 수분을 제거하는 프리 베이크(prebake) 공정이나 포토레지스트를 기판(W) 상에 도포한 후에 행하는 소프트 베이크(soft bake) 공정 등을 수행하고, 각각의 가열 공정 이후에 기판(W)을 냉각하는 냉각 공정 등을 수행한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 베이크 유닛을 보여주는 평면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 베이크 유닛을 보여주는 측면도이며, 도 8은 도 7의 가열 처리 공정을 수행하는 가열 처리 유닛을 보여주는 단면도이고, 도 9는 가열 처리 유닛의 가열 플레이트 상면을 보여주는 도면이다.
도 6 내지 도 9를 참조하면, 베이크 유닛(420)은 공정 챔버(423), 냉각 플레이트(422), 그리고 가열 처리 유닛(800)을 포함할 수 있다.
공정 챔버(423)는 내부에 열처리 공간(421)을 제공한다. 공정 챔버(423)는 직육면체 형상을 가지도록 제공될 수 있다. 공정 챔버(423)의 일측에는 기판 반입 및 반출을 위한 슬롯(424)이 제공되며, 슬롯(424)은 셔터(425)에 의해 개폐되고, 셔터(425)는 셔터 구동부(426)에 의해 구동된다. 공정 진행시 슬롯(424)의 오픈율은 100%-> 0-20% -> 80% -> 100% 순으로 변경되며, 이를 위해 셔터 구동부(426)는 제어부(con)에 의해 제어될 수 있다.
냉각 플레이트(422)는 가열 처리 유닛(800)에 의해 가열 처리된 기판을 냉각 처리할 수 있다. 냉각 플레이트(422)는 열 처리 공간(421)에 위치될 수 있다. 냉각 플레이트(422)는 원형의 판 형상으로 제공될 수 있다. 냉각 플레이트(422)의 내부에는 냉각수 또는 열전 소자와 같은 냉각 수단이 제공된다. 예컨대, 냉각 플레이트(422)는 가열된 기판을 상온으로 냉각시킬 수 있다.
가열 처리 유닛(800)은 기판을 가열 처리한다. 가열 처리 유닛(800)은 하우징(860), 가열 플레이트(810), 가열부재(830), 배기부재(870), 핀부재(880), 진공형성부재(890;도 10에 표시됨)를 포함할 수 있다.
하우징(860)은 기판(W)의 가열 처리 공정이 진행되는 처리 공간(802)을 제공한다. 하우징(860)은 하부 바디(862), 상부 바디(864), 구동기(868)를 포함한다.
하부 바디(862)는 상측이 개방된 통 형상으로 제공될 수 있다. 하부 바디(862)에는 가열 플레이트(810)와 가열부재(830)가 위치된다. 하부 바디(862)는 가열 플레이트(810)의 주변에 위치한 장치들이 열 변형되는 것을 방지하기 위해 단열 커버들을 포함할 수 있다.
상부 바디(864)는 하부가 개방된 통 형상을 가진다. 상부 바디(864)는 하부 바디(862)와 조합되어 내부에 처리 공간(802)을 형성한다. 상부 바디(864)는 하부 바디(862)보다 큰 직경을 가진다. 상부 바디(864)는 하부 바디(862)의 상부에 위치된다.
상부 바디(864)는 승강부재(868)에 의해 상하 방향으로 이동 가능하다. 상부 바디(864)는 상하 방향으로 이동되어 승강(UP) 위치 및 하강(Down) 위치로 이동 가능하다. 여기서 승강 위치되는 상부 바디(864)가 하부 바디(862)와 이격되는 위치이고, 하강 위치는 상부 바디(864)가 하부 바디(862)에 접촉되게 제공되는 위치이다. 승강부재(868)는 제어부(con)에 의해 제어된다.
가열 플레이트(810)는 열 처리 공간(802) 내에 위치된다. 가열 플레이트(810)는 냉각 플레이트(422)의 일측에 위치될 수 있다. 가열 플레이트(810)는 원형의 판 형상으로 제공된다. 가열 플레이트(810)의 상면은 기판(W)이 놓이는 지지 영역으로 제공된다. 도 8을 참조하면, 가열 플레이트(810)의 상면에는 복수 개의 핀 홀들(812)이 형성된다. 예컨대, 핀 홀(812)들은 3개로 제공될 수 있다. 각각의 핀 홀(812)은 가열 플레이트(810)의 원주방향을 따라 이격되게 위치된다. 핀 홀(812)들은 서로 간에 동일 간격으로 이격되게 위치될 수 있다. 각각의 핀 홀(812)에는 리프트핀(842)이 제공된다. 리프트핀(842)은 핀구동부재(844)에 의해 상하방향으로 이동 가능한다.
가열 부재(830)는 가열 플레이트(810)에 놓인 기판(W)을 기설정 온도로 가열한다. 가열 부재(830)는 복수 개의 발열체를 포함할 수 있. 가열 부재(830)는 가열 플레이트(810)의 내부에 위치될 수 있다. 각각의 발열체는 가열 플레이트(810)의 서로 상이한 영역을 가열할 수 있다. 가열 플레이트(810)의 서로 상이한 영역은 각 발열체에 의해 가열되는 히팅존으로 제공된다. 각 히텅존은 발열체들과 일대일 대응되도록 제공된다. 예컨대, 가열 부재(830)는 열전 소자 또는 열선 또는 면상 발열체일 수 있다.
배기 부재(870)는 가이드 부재(872)와 배기관(874)을 포함할 수 있다.
가이드 부재(872)는 가열 플레이트(810)와 대향되게 배치되며 상부 바디(864)의 상면 내벽 및 측면 내벽과 이격되게 위치된다. 따라서, 하우징(860)의 처리 공간(802)에는 가이드 부재(872) 위쪽의 상부공간(804)과 가이드 부재(872) 아래쪽의 하부 공간(806)이 형성될 수 있다. 하부 공간(806)은 기판 상부로 유입되는 기체 및 기판으로부터 발생되는 흄이 배기되는 배기영역일 수 있다.
가이드 부재(872)는 중앙에 배기공(873)이 형성된 원형의 플레이트로 제공될 수 있으며, 배기관(874)은 상부바디(864)를 관통하여 배기공(873)과 연결된다. 또한, 가이드 부재(872)의 크기는 기판보다 크게 형성될 수 있다. 가이드 부재는 중앙에서 가장자리로 갈수록 하향경사지게 형성될 수 있다.
도 11 및 도 12는 핀 부재를 설명하기 위한 도면들이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 핀부재(880)는 가열 플레이트(810)의 상부면에 제공될 수 있다. 기판(w)은 핀부재(880)들에 의해 지지될 수 있다. 기판의 저면은 핀부재(880)들에 의해 가열 플레이트(810)의 상부면으로부터 이격되어 위치될 수 있다. 핀부재(880)는 상부면으로부터 80 ~120um 높이로 돌출될 수 있다. 핀부재(880)들은 기판이 동일한 높이로 지지되도록 동일한 높이로 제공될 수 있다. 핀부재(880)들은 기판에 대한 열처리 공정시 기판의 휨 방지를 위해 기판의 저면을 진공압으로 흡착 고정할 수 있다.
일 예로, 핀부재(880)는 지지부(882) 및 고정부(884)를 포함할 수 있다. 지지부(882)는 기판의 저면과 접촉하는 반구형상으로 이루어질 수 있다. 고정부(884)는 지지부(882)의 저면으로부터 돌출되어 가열 플레이트(810)의 상부면에 형성된 끼움홈(819)에 삽입 고정될 수 있다.
핀부재(880)는 세라믹 재질로 이루어질 수 있으며, 가열 플레이트와의 접합성 및 열전도도를 고려하여 지르코니아 재질이나 가열 플레이트와 동일한 재질로 구성될 수 있다.
진공압은 고정부(884)의 저면으로부터 지지부(882)의 상면으로 관통되어 형성되는 진공홀(886)을 통해 기판의 저면으로 제공될 수 있다.
도 10은 진공형성부재를 설명하기 위한 가열 플레이트의 단면도이다.
도 10을 참조하면, 진공형성부재(890)는 가열 플레이트(810)에 내에 형성되고, 핀부재(880)의 진공홀(886) 각각에 연결되는 제1진공 유로(892)들과, 제1진공 유로(892)들에 공통으로 연통되도록 가열 플레이트(810) 내에 트렌치 형태로 형성되는 제2진공 유로(894) 및 가열 플레이트의 저면에서 제2진공 유로(894)와 연결되는 하나의 진공라인(896)을 포함할 수 있다. 진공라인(896)은 진공압발생수단과 연결될 수 있다. 가열 플레이트의 진공 유로가 다수의 핀 부재과 연결이 되고 하나의 통로를 통해 진공압을 인가할 수 있기 때문에 브레이징 접합 구조의 수를 감소시킬 수 있어 히터 자체의 고장 빈도를 낮출 수 있다.
상술한 구성을 갖는 가열 플레이트(810)에서는 내부 공기를 흡입하여 강제로 외부 배출시킴으로써 진공압을 발생하는 진공 모터와 같은 진공압발생수단(미도시됨)이 구동되면, 진공압이 진공라인(896), 제2진공유로(894), 제1진공유로(892)들, 진공홀(886)로 순차 전달되어 기판의 저면을 흡착 고정하여 기판의 휨 현상을 방지한다.
도 13은 핀부재의 변형예를 보여주는 사시도이고, 도 14는 도 13에 도시된 핀부재의 단면도이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 변형예에 따른 핀부재(880a)는 지지부(882a) 및 고정부(884a) 그리고 진공홀(886a)을 포함하며, 이들은 도 11에 도시된 핀부재(880)의 지지부(882) 및 고정부(884) 그리고 진공홀(886)과 대체로 유사한 구성과 기능으로 제공되므로, 이하에서는 본 실시예와의 차이점을 위주로 변형예를 설명하기로 한다.
변형예에서, 진공홀(886a)은 지지부의 중심에서 벗어난 가장자리에 위치될 수 있다. 즉, 진공홀(886a)은 기판의 저면을 향해 경사진 방향으로 형성될 수 있다.
도 11 및 도 12와 같이 진공홀이 기판 저면과 직접 접촉되는 경우, 기판의 저면에 진공홀 눌림 자국이 발생될 수 있으나, 변형예에서와 같이 지지부의 중심에서 벗어난 가장자리에 진공홀이 위치될 경우 이러한 문제를 해소할 수 있다.
본 발명의 가열 처리 유닛은 핀부재들에 진공홀을 형성하여 기존 처리 유닛에 비해 구조를 단순화하고 고정 수율을 획기적으로 증가시킬 수 있으며, 히터 수명을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 진공압이 핀부재를 통해 기판 저면으로 인가되는 구조이기 때문에 베큠 공정 조건 제어가 용이하고 기판 휨 방지효율이 향상될 수 있다.
또한, 핀부재들이 기판 저면과 접촉된 상태로 진공압이 인가되기 때문에 챔버 외부에서 들어오는 기류의 변화가 기존 처리 유닛에 비해 현저히 감소된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
420 : 베이크 유닛 423 : 공정 챔버
422 : 냉각 플레이트 800 : 가열 처리 유닛

Claims (11)

  1. 발열체를 갖는 가열 플레이트; 및
    상기 가열 플레이트의 상부면으로부터 돌출되며, 기판을 지지하는 핀부재들을 포함하되;
    상기 핀부재는
    기판의 휨 방지를 위해 기판의 저면을 진공압으로 흡착 고정하는 가열 처리 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 핀부재에 형성되는 진공홀;
    상기 가열 플레이트에 내에 형성되고, 상기 핀부재의 진공홀과 연결되는 제1진공 유로들;
    상기 제1진공 유로들에 공통으로 연통되도록 상기 가열 플레이트 내에 트렌치 형태로 형성되는 제2진공 유로; 및
    상기 가열 플레이트의 저면에서 상기 제2진공 유로와 연결되는 하나의 진공라인을 포함하는 가열 처리 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 핀부재는
    기판의 저면과 접촉하는 반구형상의 지지부; 및
    상기 지지부의 저면으로부터 돌출되어 상기 가열 플레이트의 상부면에 형성된 끼움홈에 삽입 고정되는 고정부를 포함하고,
    진공압은 상기 고정부의 저면으로부터 상기 지지부의 상면으로 관통되어 형성되는 진공홀을 통해 제공되는 가열 처리 유닛.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 진공홀은
    기판의 저면이 직접 접촉되는 상기 지지부의 최상단에 수직한 방향으로 형성되는 가열 처리 유닛.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 진공홀은
    기판의 저면을 향해 경사진 방향으로 형성되는 가열 처리 유닛.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 핀부재는 상기 상부면으로부터 80 ~120um 높이로 돌출되는 가열 처리 유닛.
  7. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    서로 조합되어 기판을 처리하는 처리 공간을 제공하는 상부 바디 및 하부 바디를 가지는 공정 챔버;
    상기 처리 공간 내에 위치되고 기판이 위치되는 플레이트;
    상기 플레이트에 설치되어 기판을 가열하는 가열 부재;
    상기 플레이트의 상부면으로부터 돌출되며, 기판의 휨 방지를 위해 기판의 저면을 진공압으로 흡착 고정하는 핀부재들을 포함하는 기판 처리 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 핀부재는 기판의 저면으로 진공압을 제공하는 진공홀을 더 포함하고,
    상기 플레이트는
    상기 핀부재의 진공홀과 연결되는 제1진공 유로들; 및
    상기 제1진공 유로들에 공통으로 연통되도록 상기 가열 플레이트 내에 트렌치 형태로 형성되며, 진공라인가 연결되는 제2진공 유로를 포함하는 기판 처리 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 핀부재는
    기판의 저면과 접촉하는 지지부; 및
    상기 지지부의 저면으로부터 돌출되어 상기 플레이트의 상부면에 형성된 끼움홈에 삽입 고정되는 고정부를 포함하고,
    상기 진공홀은 상기 고정부의 저면으로부터 상기 지지부의 상면으로 관통되어 형성되는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 진공홀은 상기 지지부의 중심을 수직하게 지나는 수직선상에 위치되는 기판 처리 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 진공홀은 상기 지지부의 중심에서 벗어난 가장자리에 위치되는 기판 처리 장치.
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WO2024129175A1 (en) * 2022-12-14 2024-06-20 Applied Materials, Inc. Surface topologies of electrostatic substrate support for particle reduction

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