KR20210010086A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

기판 처리 장치가 개시된다. 기판 처리 장치는, 내부에 처리 공간을 제공하는 하우징, 처리 공간에서 기판을 지지하며, 내부에 복수의 가열 부재가 제공되는 가열 플레이트 및 가열 플레이트에 지지된 기판을 가열하되, 제어 주기가 상이한 복수의 제어 신호를 이용하여 복수의 가열 부재를 제어하는 온도 제어 유닛을 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS FOR TREATING SUBSTRATE AND METHOD FOR TREATING APPARATUS}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판의 영역별 온도를 제어할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
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, 가열 플레이트에 기판이 놓이면, 가열 플레이트의 내부에 제공된 가열 부재를 통해 그 기판을 열 처리한다.
종래에는 효과적인 기판 온도 제어를 위해 가열 플레이트를 다수의 온도 제어 영역으로 구분하여 가열 플레이트의 영역별로 온도를 제어하였다. 그러나 온도 제어 영역의 면적에 따라 저항값이 달라지므로, 기판 투입 후 가열 플레이트에 의해 기판을 가열하는 경우 기판의 영역별 온도 변화가 상이하였다. 즉, 가열 플레이트의 온도 제어 영역의 면적에 따라 저항값이 달라지며, 이에 따라 면적당 전력(열 에너지)이 달라지므로, 온도 제어 영역마다 동일한 전력이 인가되더라도 온도 차이가 발생할 수 있었다.
본 발명의 목적은 가열 플레이트의 영역별 제어를 서로 상이한 제어 주기로 제어하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 처리하는 장치에 있어서, 내부에 처리 공간을 제공하는 하우징, 상기 처리 공간에서 기판을 지지하며, 내부에 복수의 가열 부재가 제공되는 가열 플레이트 및 상기 가열 플레이트에 지지된 기판을 가열하되, 제어 주기가 상이한 복수의 제어 신호를 이용하여 상기 복수의 가열 부재를 제어하는 온도 제어 유닛을 포함한다.
여기서, 상기 가열 플레이트는, 중앙 영역 및 상기 중앙 영역을 둘러싸는 에지 영역을 포함하고, 상기 가열 부재는, 상기 중앙 영역에 제공되는 제1 가열 부재 및 상기 에지 영역에 제공되는 제2 가열 부재를 포함하며, 상기 온도 제어 유닛은, 상기 제1 가열 부재를 제어하는 제1 제어기 및 상기 제1 제어기와 상이한 제어 주기를 가지고, 상기 제2 가열 부재를 제어하는 제2 제어기를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 제어기의 제어 주기는, 상기 제2 제어기의 제어 주기보다 빠를 수 있다.
또한, 온도 제어 유닛은, 상기 가열 플레이트의 영역별 온도를 측정하는 온도 측정 부재를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 온도 제어 유닛은, 상기 가열 부재에 전력을 공급하는 전원 및 상기 온도 측정 부재에서 측정된 온도에 기초하여, 상기 전원과 상기 제1 제어기 및 상기 제2 제어기의 연결을 제어하는 스위칭 부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 제어기 및 상기 제2 제어기는, 제어 주기를 가변 가능하게 제공될 수 있다.
여기서, 상기 제1 제어기 및 상기 제2 제어기는, 상기 온도 측정 부재에서 측정된 온도 변화가 기설정된 범위를 초과하는 동적 구간에서 상기 제어 주기를 더 빠르게 가변할 수 있다.
또한, 상기 제1 제어기 및 상기 제2 제어기는, 상기 온도 측정 부재에서 측정된 온도 변화가 기설정된 범위 이하인 정적 구간에서 상기 제어 주기를 더 느리게 가변할 수 있다.
또한, 상기 가열 플레이트는, 중앙 영역, 상기 중앙 영역을 둘러싸는 에지 영역 및 상기 중앙 영역과 상기 에지 영역 사이에 위치하는 미들 영역을 포함하고, 상기 가열 부재는, 상기 중앙 영역에 제공되는 제3 가열 부재, 상기 미들 영역에 제공되는 제4 가열 부재 및 상기 에지 영역에 제공되는 제5 가열 부재를 포함하며, 상기 온도 제어 유닛은, 상기 제3 가열 부재를 제어하는 제3 제어기, 상기 제4 가열 부재를 제어하는 제4 제어기 및 상기 제5 가열 부재를 제어하는 제5 제어기를 포함하고, 상기 제3 가열 부재, 상기 제4 가열 부재 및 상기 제5 가열 부재의 제어 주기는 서로 상이할 수 있다.
여기서, 상기 제3 제어기의 제어 주기는, 상기 제4 제어기의 제어 주기보다 빠르고, 상기 제4 제어기의 제어 주기는, 상기 제5 제어기의 제어 주기보다 빠를 수 있다.
또한, 상기 장치는, 베이크 공정을 수행하는 장치일 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 가열 유닛은, 기판을 지지하며, 내부에 복수의 가열 부재가 제공되는 가열 플레이트 및 상기 가열 플레이트에 지지된 기판을 가열하되, 제어 주기가 상이한 복수의 제어 신호를 이용하여 상기 복수의 가열 부재를 제어하는 온도 제어 유닛을 포함한다.
여기서, 상기 가열 플레이트는, 중앙 영역 및 상기 중앙 영역을 둘러싸는 에지 영역을 포함하고, 상기 가열 부재는, 상기 중앙 영역에 제공되는 제1 가열 부재 및 상기 에지 영역에 제공되는 제2 가열 부재를 포함하며, 상기 온도 제어 유닛은, 상기 제1 가열 부재를 제어하는 제1 제어기 및 상기 제1 제어기와 상이한 제어 주기를 가지고, 상기 제2 가열 부재를 제어하는 제2 제어기를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 제어기의 제어 주기는, 상기 제2 제어기의 제어 주기보다 빠를 수 있다.
또한, 온도 제어 유닛은, 상기 가열 플레이트의 영역별 온도를 측정하는 온도 측정 부재를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법은, 내부에 복수의 가열 부재가 제공되는 가열 플레이트 및 상기 가열 플레이트의 영역별 온도를 측정하는 온도 측정 부재를 포함하는 기판 처리 장치에서 상기 가열 플레이트에 지지된 기판을 가열하는 기판 처리 방법에 있어서, 상기 온도 측정 부재에서 측정된 온도에 기초하여 상기 가열 플레이트에 지지된 기판을 가열하되, 제어 주기가 상이한 복수의 제어 신호를 이용하여 상기 복수의 가열 부재를 제어한다.
여기서, 상기 가열 플레이트의 중앙 영역에 제공되는 제1 가열 부재와 상기 중앙 영역을 둘러싸는 에지 영역에 제공되는 제2 가열 부재에 각각 제공되는 제어 신호는, 상기 제1 가열 부재에 제공되는 제어 신호의 제어 주기가 상기 제2 가열 부재에 제공되는 제어 신호의 제어 주기보다 빠를 수 있다.
또한, 상기 온도 측정 부재에서 측정된 온도 변화가 기설정된 범위를 초과하는 동적 구간에서 상기 복수의 가열 부재에 제공되는 상기 복수의 제어 신호의 제어 주기를 더 빠르게 가변할 수 있다.
또한, 상기 온도 측정 부재에서 측정된 온도 변화가 기설정된 범위 이하인 정적 구간에서 상기 복수의 가열 부재에 제공되는 상기 복수의 제어 신호의 제어 주기를 더 느리게 가변할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 가열 플레이트의 영역별 제어를 서로 상이한 제어 주기로 제어하여 보다 효과적으로 기판의 온도를 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 가열 플레이트에서 온도 헌팅이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 기판 처리 장치를 상부에서 바라본 도면이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치를 A-A 방향에서 바라본 도면이다.
도 3은 도 1의 기판 처리 장치를 B-B 방향에서 바라본 도면이다.
도 4는 도 1의 기판 처리 설비를 C-C 방향에서 바라본 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 베이크 유닛을 나타내는 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 기판 처리 장치를 나타내는 단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 가열 플레이트의 복수의 영역을 나타내는 단면도이다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가열 플레이트의 영역별 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
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 실시 예의 설비는 반도체 웨이퍼 또는 평판 표시 패널과 같은 기판에 대해 포토리소그래피 공정을 수행하는 데 사용될 수 있다. 특히 본 실시 예의 설비는 노광장치에 연결되어 기판에 대해 도포 공정 및 현상 공정을 수행하는 데 사용될 수 있다. 아래에서는 기판으로 웨이퍼가 사용된 경우를 예로 들어 설명한다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 설비를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 4를 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 5는 본 발명의 실시 예에 따른 베이크 유닛을 보여주는 평면도이고, 도 6은 도 5의 베이크 유닛에서 가열 처리 공정을 수행하는 가열 유닛을 보여주는 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 베이크 유닛(420)은 공정 챔버(423), 냉각 플레이트(422), 그리고 가열 유닛(800)을 포함할 수 있다. 본 발명의 기판 처리 장치는 가열 유닛(800)일 수 있다. 이하에서 가열 유닛(800)은 기판 처리 장치(800)로 칭한다.
공정 챔버(423)는 내부에 열처리 공간(802)을 제공한다. 공정 챔버(423)는 직육면체 형상을 가지도록 제공될 수 있다. 냉각 플레이트(422)는 가열 유닛(800)에 의해 가열 처리된 기판을 냉각 처리할 수 있다. 냉각 플레이트(422)는 열 처리 공간(802)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.
기판 처리 장치(800)는 기판을 가열 처리한다. 기판 처리 장치(800)는 하우징(860), 가열 플레이트(810), 가열 부재(830), 외부기체 공급부(840), 히터(880), 배기 부재(870) 및 온도 제어 유닛(900)을 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(미도시됨)를 포함한다. 하부 바디(862)는 상측이 개방된 통 형상으로 제공될 수 있다. 하부 바디(862)에는 가열 플레이트(810)와 가열 부재(830)가 위치된다. 하부 바디(862)는 가열 플레이트(810)의 주변에 위치한 장치들이 열 변형되는 것을 방지하기 위해 2중의 단열 커버들을 포함한다. 2중의 단열 커버(862a,862b)는 가열 플레이트(810)의 주변 장치들이 가열 부재(830)에서 발생된 고온의 열에 노출되는 것을 최소화한다. 2중의 단열 커버(862a,862b)는 1차 단열커버(862a)와 2차 단열 커버(862b)를 포함하며, 1차 단열 커버(862a)와 2차 단열 커버(862b)는 서로 이격되어 제공된다.
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 구동기에 의해 상하 방향으로 이동 가능하다. 상부 바디(864)는 상하 방향으로 이동되어 승강 위치 및 하강 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. 하강위치에는 상부 바디(864)와 하부 바디(862) 간의 틈을 차단한다. 따라서, 상부 바디(864)가 하강위치로 이동되면, 상부 바디(864), 하부바디, 그리고 가열 플레이트(810)에 의해 처리 공간(802)이 형성된다.
도시하지 않았지만, 하우징(860)에는 외부의 공기가 처리 공간으로 유입되는 것을 방지하기 위한 실링 부재들을 포함할 수 있다. 일 예로, 실링 부재는 하부 바디(862)와 상부 바디(864) 간의 틈을 실링할 수 있다.
가열 플레이트(810)는 열 처리 공간(802)에 위치된다. 가열 플레이트(810)는 냉각 플레이트(422)의 일측에 위치된다. 가열 플레이트(810)는 원형의 판 형상으로 제공된다. 가열 플레이트(810)의 상면은 기판(W)이 놓이는 지지 영역으로 제공된다. 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 위치된다. 각각의 핀 홀(812)에는 리프트핀(미도시)이 제공된다. 리프트핀은 구동부재(미도시)에 의해 상하방향으로 이동 가능하다. 가열 플레이트(810)는 내부에 가열 부재(830)가 제공될 수 있다.
가열 부재(830)는 가열 플레이트(810)에 놓인 기판(W)을 기설정 온도로 가열한다. 가열 부재(830)는 가열 플레이트(810)의 서로 다른 영역에 복수 개 제공되어 기판을 영역별로 열 처리할 수 있다.
온도 제어 유닛(900)은 가열 플레이트(810)에 제공되는 복수의 가열 부재(830)를 제어할 수 있다. 온도 제어 유닛(900)은 제어 주기가 상이한 복수의 제어 신호를 이용하여 복수의 가열 부재(830)를 제어할 수 있다. 구체적으로, 온도 제어 유닛(900)은 온도 측정 부재(910), 제어기(920), 스위칭 부재(930) 및 전원(940)을 포함할 수 있다. 온도 측정 부재(910)는 가열 플레이트(810)의 영역별 온도를 측정할 수 있다. 도 8을 참조하면, 일 예로, 가열 플레이트(810)는 중앙 영역(821) 및 에지 영역(822)을 포함할 수 있다. 이 경우, 복수의 가열 부재(830)는 중앙 영역(821)에 제공되는 제1 가열 부재 및 에지 영역(822)에 제공되는 제2 가열 부재로 구성될 수 있다. 또한, 제1 제어기(922)는 제1 가열 부재에 연결되어 가열 플레이트(810)의 중앙 영역(821)의 온도를 제어할 수 있다. 제2 제어기(921)는 제2 가열 부재에 연결되어 가열 플레이트(810)의 에지 영역(822)의 온도를 제어할 수 있다. 제1 제어기(922) 및 제2 제어기(921)는 온도 측정 부재(910)에서 측정되는 중앙 영역(821) 및 에지 영역(822)의 온도에 기초하여 제1 가열 부재 및 제2 가열 부재를 제어하여 가열 플레이트(810)의 영역별 온도를 제어할 수 있다. 이때, 제1 제어기(922)의 제어 주기와 제2 제어기(921)의 제어 주기는 서로 상이할 수 있다. 제1 제어기(922)의 제어 주기가 제2 제어기(921)의 제어 주기보다 빠르게 제공되는 경우, 제1 제어기(922)에 의해 제어되는 가열 플레이트(810)의 중앙 영역(821)의 온도 변화에 보다 빠르게 대응할 수 있다. 즉, 가열 플레이트(810)에서 중앙 영역(821)은 에지 영역(822)보다 상대적으로 면적당 전력이 작게 제공되므로, 기판의 접촉에 의한 온도 변화가 상대적으로 빠르게 나타날 수 있다. 따라서, 중앙 영역(821)의 온도를 제어하는 제1 제어기(922)의 제어 주기를 상대적으로 빠르게 제어함으로써, 상대적으로 온도 변화가 빠르게 발생하는 가열 플레이트(810)의 중앙 영역(821)에서 보다 효과적으로 온도를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(920)와 전원(940) 사이에는 스위칭 부재(930)가 제공되어 온도 측정 부재(910)에서 측정된 가열 플레이트(810)의 영역별 온도에 따라 제어기(920)와 전원(940)의 연결을 온/오프 할 수 있다. 이 경우, 제1 제어기(922) 및 제2 제어기(921)의 제어 주기를 미리 설정될 수 있다. 스위칭 부재(930)는 제1 제어기(922)와 전원(940) 사이에 제공되는 제1 스위치(932) 및 제2 제어기(921)와 전원(940) 사이에 제공되는 제2 스위치(931)를 포함할 수 있다.
이와 달리, 제1 제어기(922) 및 제2 제어기(921)는 제어 주기를 가변 가능하게 제공될 수도 있다. 즉, 제1 제어기(922) 및 제2 제어기(921)는 수시로 제어 주기를 변경할 수 있으며, 온도 측정 부재(910)에서 측정된 온도에 기초하여 제1 제어기(922) 및 제2 제어기(921)의 제어 주기가 변경될 수 있다. 일 예로, 온도 측정 부재(910)에서 측정된 온도의 온도 변화가 기설정된 범위를 초과하는 동적 구간에서 제1 제어기(922) 및 제2 제어기(921)의 제어 주기를 더 빠르게 가변할 수 있다. 즉, 기판이 가열 플레이트(810)에 안착되는 경우와 같이 가열 플레이트(810)의 온도가 급격히 변하는 경우에는 제1 제어기(922) 및 제2 제어기(921)의 제어 주기가 빠르게 제공되므로, 온도 변화에 효과적으로 대응할 수 있다. 다른 예로, 온도 측정 부재(910)에서 측정된 온도의 온도 변화가 기설정된 범위 이하인 정적 구간에서 제1 제어기(922) 및 제2 제어기(921)의 제어 주기를 더 느리게 가변할 수 있다. 이와 같이, 제1 제어기(922) 및 제2 제어기(921)의 제어 주기를 온도 측정 부재(910)에서 측정된 온도의 온도 변화에 따라 변경하여 보다 효과적으로 가열 플레이트(810)의 영역별 온도를 제어할 수 있다.
또한, 도 7을 참조하면, 제어기(920)는 제3 제어기(925), 제4 제어기(924) 및 제5 제어기(923)를 포함할 수 있다. 즉, 가열 플레이트(810)는 도 9와 같이, 중앙 영역(823), 미들 영역(824) 및 에지 영역(825)을 포함하고, 가열 부재(830)는 중앙 영역(823)에 제공되는 제3 가열 부재, 미들 영역(824)에 제공되는 제4 가열 부재, 에지 영역(825)에 제공되는 제5 가열 부재를 포함할 수 있다. 이 경우, 제3 제어기(925), 제4 제어기(924) 및 제5 제어기(923)는 각각 제3 가열 부재, 제4 가열 부재 및 제5 가열 부재를 제어할 수 있다. 제3 제어기(925), 제4 제어기(924) 및 제5 제어기(923)의 제어 주기를 서로 상이할 수 있다. 일 예로, 제3 제어기(925)의 제어 주기는 제4 제어기(924)의 제어 주기보다 빠르고, 제4 제어기(924)의 제어 주기는 제5 제어기(925)의 제어 주기보다 빠를 수 있다. 즉, 면적당 전력이 상대적으로 작아서 온도 변화폭이 큰 중앙 영역(823)의 온도를 제어하는 제3 제어기(925)의 제어 주기가 가장 빠르게 제공되고, 면적당 전력이 상대적으로 커서 온도 변화폭이 작은 에지 영역(825)의 온도를 제어하는 제5 제어기(923)의 제어 주기가 가장 느리게 제공되어, 가열 플레이트(810)의 영역별 온도를 보다 효과적으로 제어할 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 가열 플레이트의 영역별 온도 변화를 나타내는 그래프이다. 도 10 및 도 11에서 X축은 시간이고, Y축은 온도 및 전력량을 나타낸다. 도 10 및 도 11을 참조하면, 가열 플레이트(810)에 기판이 안착되면, 가열 플레이트(810)에 제공되는 전력이 상승하여 가열 플레이트(810)의 온도를 상승시키며, 가열 플레이트(810)의 온도가 적정 온도에 도달하면 가열 플레이트(810)에 제공되는 전력이 다시 상승 전 상태로 유지된다. 이 경우, 가열 플레이트(810)의 영역별 온도를 제어하는 복수의 제어기(920)의 제어 주기를 상이하게 제공하여 보다 효과적으로 가열 플레이트(810)의 온도를 제어할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 우선, 가열 플레이트의 영역별 온도에 기초하여 가열 플레이트에 지지된 기판을 가열한다(S1210). 이 경우, 제어 주기가 상이한 복수의 제어 신호를 이용하여 복수의 가열 부재를 제어할 수 있다(S1220). 가열 플레이트의 중앙 영역에 제공되는 제1 가열 부재와 중앙 영역을 둘러싸는 에지 영역에 제공되는 제2 부재에 각각 제공되는 제어 신호는 제어 주기가 서로 상이할 수 있다. 구체적으로, 제1 가열 부재에 제공되는 제어 신호의 제어 주기가 제2 가열 부재에 제공되는 제어 신호의 제어 주기보다 빠르게 제공될 수 있다. 일 예로, 온도 측정 유닛에서 측정된 온도 변화가 기설정된 범위를 초과하는 동적 구간에서 복수의 가열 부재에 제공되는 복수의 제어 신호의 제어 주기를 더 빠르게 가변할 수 있다. 다른 예로, 온도 측정 유닛에서 측정된 온도 변화가 기설정된 범위 이하인 정적 구간에서 복수의 가열 부재에 제공되는 복수의 제어 신호의 제어 주기를 더 느리게 가변할 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 가열 플레이트의 영역별 제어를 서로 상이한 제어 주기로 제어하여 보다 효과적으로 가열 플레이트의 영역별 온도를 제어할 수 있다.
이상의 실시 예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시 예들도 본 발명의 범위에 속하는 것임을 이해하여야 한다. 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
1: 기판 처리 설비 420: 베이크 유닛
800: 기판 처리 장치 810: 가열 플레이트
830: 가열 부재 900: 온도 제어 유닛
910: 온도 측정 부재 920: 제어기
930: 스위칭 부재 940: 전원

Claims (19)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    내부에 처리 공간을 제공하는 하우징;
    상기 처리 공간에서 기판을 지지하며, 내부에 복수의 가열 부재가 제공되는 가열 플레이트; 및
    상기 가열 플레이트에 지지된 기판을 가열하되, 제어 주기가 상이한 복수의 제어 신호를 이용하여 상기 복수의 가열 부재를 제어하는 온도 제어 유닛;을 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가열 플레이트는, 중앙 영역 및 상기 중앙 영역을 둘러싸는 에지 영역을 포함하고,
    상기 가열 부재는, 상기 중앙 영역에 제공되는 제1 가열 부재 및 상기 에지 영역에 제공되는 제2 가열 부재를 포함하며,
    상기 온도 제어 유닛은,
    상기 제1 가열 부재를 제어하는 제1 제어기; 및
    상기 제1 제어기와 상이한 제어 주기를 가지고, 상기 제2 가열 부재를 제어하는 제2 제어기;를 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 제어기의 제어 주기는, 상기 제2 제어기의 제어 주기보다 빠른 기판 처리 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 온도 제어 유닛은,
    상기 가열 플레이트의 영역별 온도를 측정하는 온도 측정 부재;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 온도 제어 유닛은,
    상기 가열 부재에 전력을 공급하는 전원; 및
    상기 온도 측정 부재에서 측정된 온도에 기초하여, 상기 전원과 상기 제1 제어기 및 상기 제2 제어기의 연결을 제어하는 스위칭 부재;를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 제어기 및 상기 제2 제어기는, 제어 주기를 가변 가능하게 제공되는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 제어기 및 상기 제2 제어기는,
    상기 온도 측정 부재에서 측정된 온도 변화가 기설정된 범위를 초과하는 동적 구간에서 상기 제어 주기를 더 빠르게 가변하는 기판 처리 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 제어기 및 상기 제2 제어기는,
    상기 온도 측정 부재에서 측정된 온도 변화가 기설정된 범위 이하인 정적 구간에서 상기 제어 주기를 더 느리게 가변하는 기판 처리 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 가열 플레이트는, 중앙 영역, 상기 중앙 영역을 둘러싸는 에지 영역 및 상기 중앙 영역과 상기 에지 영역 사이에 위치하는 미들 영역을 포함하고,
    상기 가열 부재는, 상기 중앙 영역에 제공되는 제3 가열 부재, 상기 미들 영역에 제공되는 제4 가열 부재 및 상기 에지 영역에 제공되는 제5 가열 부재를 포함하며,
    상기 온도 제어 유닛은,
    상기 제3 가열 부재를 제어하는 제3 제어기;
    상기 제4 가열 부재를 제어하는 제4 제어기; 및
    상기 제5 가열 부재를 제어하는 제5 제어기;를 포함하고,
    상기 제3 가열 부재, 상기 제4 가열 부재 및 상기 제5 가열 부재의 제어 주기는 서로 상이한 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 제어기의 제어 주기는, 상기 제4 제어기의 제어 주기보다 빠르고,
    상기 제4 제어기의 제어 주기는, 상기 제5 제어기의 제어 주기보다 빠른 기판 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 장치는, 베이크 공정을 수행하는 장치인 기판 처리 장치.
  12. 가열 유닛에 있어서,
    기판을 지지하며, 내부에 복수의 가열 부재가 제공되는 가열 플레이트; 및
    상기 가열 플레이트에 지지된 기판을 가열하되, 제어 주기가 상이한 복수의 제어 신호를 이용하여 상기 복수의 가열 부재를 제어하는 온도 제어 유닛;을 포함하는 가열 유닛.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 가열 플레이트는, 중앙 영역 및 상기 중앙 영역을 둘러싸는 에지 영역을 포함하고,
    상기 가열 부재는, 상기 중앙 영역에 제공되는 제1 가열 부재 및 상기 에지 영역에 제공되는 제2 가열 부재를 포함하며,
    상기 온도 제어 유닛은,
    상기 제1 가열 부재를 제어하는 제1 제어기; 및
    상기 제1 제어기와 상이한 제어 주기를 가지고, 상기 제2 가열 부재를 제어하는 제2 제어기;를 포함하는 가열 유닛.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 제어기의 제어 주기는, 상기 제2 제어기의 제어 주기보다 빠른 가열 유닛.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 온도 제어 유닛은,
    상기 가열 플레이트의 영역별 온도를 측정하는 온도 측정 부재;를 포함하는 가열 유닛.
  16. 내부에 복수의 가열 부재가 제공되는 가열 플레이트 및 상기 가열 플레이트의 영역별 온도를 측정하는 온도 측정 부재를 포함하는 기판 처리 장치에서 상기 가열 플레이트에 지지된 기판을 가열하는 기판 처리 방법에 있어서,
    상기 온도 측정 부재에서 측정된 온도에 기초하여 상기 가열 플레이트에 지지된 기판을 가열하되, 제어 주기가 상이한 복수의 제어 신호를 이용하여 상기 복수의 가열 부재를 제어하는 기판 처리 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 가열 플레이트의 중앙 영역에 제공되는 제1 가열 부재와 상기 중앙 영역을 둘러싸는 에지 영역에 제공되는 제2 가열 부재에 각각 제공되는 제어 신호는, 상기 제1 가열 부재에 제공되는 제어 신호의 제어 주기가 상기 제2 가열 부재에 제공되는 제어 신호의 제어 주기보다 빠른 기판 처리 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 온도 측정 부재에서 측정된 온도 변화가 기설정된 범위를 초과하는 동적 구간에서 상기 복수의 가열 부재에 제공되는 상기 복수의 제어 신호의 제어 주기를 더 빠르게 가변하는 기판 처리 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 온도 측정 부재에서 측정된 온도 변화가 기설정된 범위 이하인 정적 구간에서 상기 복수의 가열 부재에 제공되는 상기 복수의 제어 신호의 제어 주기를 더 느리게 가변하는 기판 처리 방법.

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