KR20210040199A - 지지 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

지지 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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KR20210040199A
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Abstract

발명은 기판을 지지하는 지지 유닛을 제공한다. 지지 유닛은, 내부 공간을 가지는 지지판과; 상기 내부 공간에 배치되며, 상기 지지 유닛에 지지된 기판을 가열하는 광을 방사하는 가열 부재와; 상기 지지판의 가장자리 영역에 제공되고, 상기 광이 가지는 열 에너지를 반사하여 상기 지지 유닛에 지지된 기판의 가장자리 영역에 반사하는 반사 부재를 포함할 수 있다.

Description

지지 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{ A support unit, a substrate processing apparatus comprising the same and a substrate processing method}
본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 기판 처리 공정 중 기판을 가열하면서 공정을 수행하는 기판 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로 평판 표시 소자 제조나 반도체 제조 공정에서 유리 기판이나 웨이퍼를 처리하는 공정에는 감광액 도포 공정(photoresist coating process), 현상 공정(developing process), 식각 공정(etching process), 애싱 공정(ashing process) 등 다양한 공정이 수행된다. 각 공정에는 기판에 부착된 각종 오염물을 제거하기 위해, 약액(chemical) 또는 순수(deionized water)를 이용한 세정 공정(wet cleaning process)과 기판 표면에 잔류하는 약액 또는 순수를 건조시키기 위한 건조(drying process) 공정이 수행된다.
이 중 식각 공정과 관련하여, 최근에는 황산이나 인산과 같은 고온에서 사용되는 케미칼을 이용하여 실리콘 질화막 및 실리콘 산화막을 선택적으로 제거한다. 그리고, 식각 효율을 증가시키기 위하여 케미칼 공급시 기판을 가열하는 기판 처리 장치가 이용되고 있다.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치에서 기판을 가열하는 모습을 보여주는 도면이다. 일반적인 기판 처리 장치(5000)는 지지 판(5100), 램프(5200), 지지 핀(5300), 그리고 척 핀(5400)을 포함한다.
기판(W)은 웨이퍼 일 수 있다. 기판(W)은 지지 핀(5300)과 척 핀(5400)에 의해 하면 및 측부가 지지된다. 지지 판(5100)은 상부 판(5110), 그리고 하부 판(5120)을 포함할 수 있다. 지지 판(5100) 내에는 복수의 램프(5200)들이 제공될 수 있다. 복수의 램프(5200)들은 각각 광을 방사할 수 있다. 광이 가지는 열 에너지는 기판(W)으로 전달되어 기판(W)을 가열시킬 수 있다. 이때, 기판(W)의 에지 영역은 다른 영역보다 열 에너지의 전달률이 낮을 수 있다. 예컨대, 상부에서 바라볼 때, 기판(W)의 미들 영역은 적어도 둘 이상의 램프(5200)들이 방사하는 광이 전달되고, 이에 기판(W)의 온도 상승이 원활히 이루어진다. 그러나, 기판(W)의 에지 영역은, 에지 영역의 온도 상승에 관여하는 램프(5200)의 수가 미들 영역보다 적다. 이에, 도 2에 도시된 바와 같이 기판(W)의 에지 영역으로 갈수록 에칭 레이트(E/R)가 떨어지는 문제가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 기판(W)의 에지 영역에 대응하는 위치에 열원을 추가 설치하는 방안을 고려해볼 수 있으나, 척 핀(5400) 등의 간섭으로 인해 추가 설치가 어렵다.
본 발명은 기판을 효율적으로 처리할 수 있는 지지 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판의 가열이 균일하게 이루어질 수 있는 지지 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판에 대한 에칭 레이트를 개선할 수 있는 지지 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 기판을 회전시키는 스핀 구동부가 비정상 구동하거나, 고장날 빈도를 최소화 할 수 있는 지지 유닛, 이를 포함하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자가 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 기판을 처리하는 장치를 제공한다. 기판을 처리하는 장치는, 기판을 지지하는 지지 유닛과; 상기 지지 유닛에 지지된 기판으로 처리액을 공급하는 액 공급 유닛을 포함하되, 상기 지지 유닛은, 내부 공간을 가지는 지지판과; 상기 내부 공간에 배치되며, 상기 지지 유닛에 지지된 기판을 가열하는 광을 방사하는 가열 부재와; 상기 지지판의 가장자리 영역에 제공되고, 상기 광이 가지는 열 에너지를 반사하여 상기 지지 유닛에 지지된 기판의 가장자리 영역에 전달하는 반사 부재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 반사 부재는, 정단면에서 바라볼 때, 상기 지지판의 반경 방향을 따라 상기 지지판의 중심에서 멀어지는 방향으로 상향 경사진 경사부를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 지지 유닛은, 기판의 측부를 척킹하는 복수의 척킹 핀을 포함하고, 상기 반사 부재는, 복수로 제공되고, 상부에서 바라볼 때 각각의 상기 반사 부재는 인접하는 상기 척킹 핀들 사이에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 반사 부재는, 상부에서 바라볼 때, 서로 조합되어 일부가 절곡된 링을 이루도록 배치될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 척킹 핀은, 상기 광이 가지는 열 에너지가 투과되는 재질을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 가열 부재는, 복수로 제공되고, 서로 상이한 반경의 동심의 링 형상으로 제공되고, 상기 반사 부재는, 상기 복수의 가열 부재 중 최외곽에 배치되는 가열 부재보다 외곽에 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 가열 부재는, 정단면에서 바라볼 때, 상기 지지판의 반경 방향을 따라 중심에서 멀어지는 방향으로 상향 경사진 경사부를 포함하고, 상기 지지 유닛은, 상기 복수의 가열 부재들 중 최외곽에 배치된 가열 부재와 이와 인접한 가열 부재 사이에 배치되는 반사 링을 포함하되, 상기 반사 링은, 정단면에서 바라볼 때, 상기 경사부와 반대되는 방향으로 상향 경사진 형상을 가질 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 지지판은, 상부 지지판과; 상기 상부 지지판의 아래에 배치되며, 상기 상부 지지판과 서로 조합되어 상기 내부 공간을 형성하는 하부 지지판을 포함하되, 상기 상부 지지판의 투명도는 상기 하부 지지판의 투명도보다 클 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 반사 부재는, 상기 상부 지지판 아래에 배치될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 하부 지지판의 가장자리 영역 중 내측 영역은 단차지고, 상기 반사 부재는, 상기 내측 영역의 단차진 상면에 놓일 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 하부 지지판의 가장자리 영역 중 내측 영역은 상기 지지판의 반경 방향을 따라 중심에서 멀어지는 방향으로 상향 경사지고, 상기 반사 부재는, 상기 내측 영역의 경사진 상면에 코팅될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 반사 부재는, 정단면에서 바라볼 때, 상면이 상기 상부 지지판의 하면을 지지하는 결합부를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 결합부는, 정단면에서 바라볼 때, 상면이 편평하고, 상기 상부 지지판과 체결되는 결합 수단이 삽입되는 하나 이상의 홀이 형성될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 가열 부재는, 적외선 광을 방사하는 적외선 램프일 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 가열 부재는, 금속을 포함하는 재질로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 가열 부재는, 알루미늄을 포함하는 재질로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 지지 유닛은, 상기 내부 공간에 배치되며 상기 가열 부재 아래에 배치되는 단열판과; 상기 내부 공간에 배치되며 상기 단열판 아래에 배치되는 방열판을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 방열판은 상기 단열판보다 열 전도율이 높은 재질로 제공될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 방열판 내에는 냉각 유체가 흐르는 유로가 형성될 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 지지판은 회전 가능하게 제공되고, 상기 가열 부재, 상기 단열판, 그리고 상기 방열판은 상기 지지판의 회전으로부터 독립되도록 제공될 수 있다.
또한, 본 발명은 기판을 처리하는 방법을 제공한다. 기판을 처리하는 방법은, 상기 처리액을 가열된 상태로 상기 기판에 공급하여 기판을 처리하되, 상기 기판에 상기 처리액을 공급하는 도중 상기 기판을 가열할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 지지판에 지지된 기판을 기설정된 타겟 온도까지 상승시키는 가열 단계와; 상기 기판의 온도를 상기 타겟 온도로 설정 시간동안 유지시키는 유지 단계와; 상기 설정 시간이 지나면 상기 기판을 냉각 시키는 냉각 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 처리액은 황산 또는 인산을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판을 지지하는 지지 유닛을 제공한다. 지지 유닛은, 내부 공간을 가지는 지지판과; 상기 내부 공간에 배치되며, 상기 지지 유닛에 지지된 기판을 가열하는 광을 방사하는 가열 부재와; 상기 지지판의 가장자리 영역에 제공되고, 상기 광이 가지는 열 에너지를 반사하여 상기 지지 유닛에 지지된 기판의 가장자리 영역에 반사하는 반사 부재를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 지지판은, 상부 지지판과; 상기 상부 지지판의 아래에 배치되며, 상기 상부 지지판과 서로 조합되어 상기 내부 공간을 형성하는 하부 지지판을 포함하되, 상기 상부 지지판의 투명도는 상기 하부 지지판의 투명도보다 클 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 하부 지지판의 가장자리 영역 중 내측 영역은 단차지고, 상기 반사 부재는, 상기 내측 영역의 단차진 상면에 놓일 수 있다.
일 실시 예에 의하면, 상기 하부 지지판의 가장자리 영역 중 내측 영역은 상기 지지판의 반경 방향을 따라 상향 경사지고, 상기 반사 부재는, 상기 내측 영역의 경사진 상면에 코팅될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판을 효율적으로 처리할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판의 가열이 균일하게 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판에 대한 에칭 레이트를 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판의 온도를 고온으로 유지하면서, 스핀 구동부의 온도가 높아지는 것을 최소화 할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 않은 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 기판 처리 장치에서 기판을 가열하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치가 기판을 처리시 기판의 중심으로부터 거리에 따른 에칭 레이트를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치가 제공된 기판 처리 설비를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 5는 도 4의 지지 유닛의 일 실시 예를 보여주는 단면도이다.
도 6은 도 5의 지지 유닛의 일 부분을 확대하여 보여주는 도면이다.
도 7은 도 6의 반사 부재를 보여주는 도면이다.
도 8은 도 7의 반사 부재가 지지판에 제공된 모습을 보여주는 도면이다.
도 9는 도 5의 지지 유닛이 기판을 가열하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치가 기판을 처리시 기판의 중심으로부터 거리에 따른 에칭 레이트를 보여주는 도면이다.
도 11은 도 5의 지지 유닛에서 유체가 흐르는 모습을 보여주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 플로우 차트이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치에서 가열하는 기판의 온도 변화를 보여주는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치에서 스핀 구동부의 온도 변화를 보여주는 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다. 구체적으로, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 3은 본 발명의 기판 처리 설비(1)를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 3을 참조하면, 기판 처리 설비(1)는 인덱스 모듈(1000)과 공정 처리 모듈(2000)을 포함한다. 인덱스 모듈(1000)은 로드포트(1200) 및 이송프레임(1400)을 포함한다. 로드포트(1200), 이송프레임(1400), 그리고 공정 처리 모듈(2000)은 순차적으로 일렬로 배열된다. 이하, 로드포트(1200), 이송프레임(1400), 그리고 공정 처리 모듈(2000)이 배열된 방향을 제1방향(12)이라 한다. 그리고 상부에서 바라볼 때 제1방향(12)과 수직한 방향을 제2방향(14)이라 하고, 제1방향(12)과 제2방향(14)을 포함한 평면에 수직인 방향을 제3방향(16)이라 한다.
로드포트(1200)에는 기판(W)이 수납된 캐리어(1300)가 안착된다. 로드포트(1200)는 복수 개가 제공되며 이들은 제2방향(14)을 따라 일렬로 배치된다. 도 1에서는 네 개의 로드포트(1200)가 제공된 것으로 도시하였다. 그러나 로드포트(1200)의 개수는 공정 처리 모듈(2000)의 공정효율 및 풋 프린트 등의 조건에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 캐리어(1300)에는 기판(W)의 가장자리를 지지하도록 제공된 슬롯(도시되지 않음)이 형성된다. 슬롯은 제3방향(16)으로 복수 개가 제공된다. 기판(W)은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 캐리어(1300)내에 위치된다. 캐리어(1300)로는 전면 개방 일체형 포드(Front Opening Unified Pod;FOUP)가 사용될 수 있다.
공정 처리 모듈(2000)은 버퍼 유닛(2200), 이송챔버(2400), 그리고 공정챔버(2600)를 포함한다. 이송챔버(2400)는 그 길이 방향이 제1방향(12)과 평행하게 배치된다. 제2방향(14)을 따라 이송챔버(2400)의 일측 및 타측에는 각각 공정챔버들(2600)이 배치된다. 이송챔버(2400)의 일측에 위치한 공정챔버들(2600)과 이송챔버(2400)의 타측에 위치한 공정챔버들(2600)은 이송챔버(2400)를 기준으로 서로 대칭이 되도록 제공된다. 공정챔버(2600)들 중 일부는 이송챔버(2400)의 길이 방향을 따라 배치된다. 또한, 공정챔버(2600)들 중 일부는 서로 적층되게 배치된다. 즉, 이송챔버(2400)의 일측에는 공정챔버(2600)들이 A X B(A와 B는 각각 1이상의 자연수)의 배열로 배치될 수 있다. 여기서 A는 제1방향(12)을 따라 일렬로 제공된 공정챔버(2600)의 수이고, B는 제3방향(16)을 따라 일렬로 제공된 공정챔버(2600)의 수이다. 이송챔버(2400)의 일측에 공정 챔버(2600)가 4개 또는 6개 제공되는 경우, 공정챔버(2600)들은 2 X 2 또는 3 X 2의 배열로 배치될 수 있다. 공정챔버(2600)의 개수는 증가하거나 감소할 수도 있다. 상술한 바와 달리, 공정챔버(2600)는 이송챔버(2400)의 일측에만 제공될 수 있다. 또한, 상술한 바와 달리, 공정챔버(2600)는 이송챔버(2400)의 일측 및 양측에 단층으로 제공될 수 있다.
버퍼 유닛(2200)은 이송프레임(1400)과 이송챔버(2400) 사이에 배치된다. 버퍼 유닛(2200)은 이송챔버(2400)와 이송프레임(1400) 간에 기판(W)이 반송되기 전에 기판(W)이 머무르는 공간을 제공한다. 버퍼 유닛(2200)은 그 내부에 기판(W)이 놓이는 슬롯(미도시)이 제공되며, 슬롯(미도시)들은 서로 간에 제3방향(16)을 따라 이격되도록 복수 개 제공된다. 버퍼 유닛(2200)에서 이송프레임(1400)과 마주보는 면과 이송챔버(2400)와 마주보는 면 각각이 개방된다.
이송프레임(1400)은 로드포트(1200)에 안착된 캐리어(1300)와 버퍼 유닛(2200) 간에 기판(W)을 반송한다. 이송프레임(1400)에는 인덱스 레일(1420)과 인덱스 로봇(1440)이 제공된다. 인덱스 레일(1420)은 그 길이 방향이 제2방향(14)과 나란하게 제공된다. 인덱스 로봇(1440)은 인덱스 레일(1420) 상에 설치되며, 인덱스 레일(1420)을 따라 제2방향(14)으로 직선 이동된다. 인덱스 로봇(1440)은 베이스(1441), 몸체(1442), 그리고 인덱스암(1443)을 가진다. 베이스(1441)는 인덱스 레일(1420)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 몸체(1442)는 베이스(1441)에 결합된다. 몸체(1442)는 베이스(1441) 상에서 제3방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 몸체(1442)는 베이스(1441) 상에서 회전 가능하도록 제공된다. 인덱스암(1443)은 몸체(1442)에 결합되고, 몸체(1442)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 인덱스암(1443)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동되도록 제공된다. 인덱스암(1443)들은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 인덱스암(1443)들 중 일부는 공정 처리 모듈(2000)에서 캐리어(1300)로 기판(W)을 반송할 때 사용되고, 다른 일부는 캐리어(1300)에서 공정 처리 모듈(2000)로 기판(W)을 반송할 때 사용될 수 있다. 이는 인덱스 로봇(1440)이 기판(W)을 반입 및 반출하는 과정에서 공정 처리 전의 기판(W)으로부터 발생된 파티클이 공정 처리 후의 기판(W)에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
이송챔버(2400)는 버퍼 유닛(2200)과 공정챔버(2600) 간에, 그리고 공정챔버(2600)들 간에 기판(W)을 반송한다. 이송챔버(2400)에는 가이드 레일(2420)과 메인로봇(2440)이 제공된다. 가이드 레일(2420)은 그 길이 방향이 제1방향(12)과 나란 하도록 배치된다. 메인로봇(2440)은 가이드 레일(2420) 상에 설치되고, 가이드 레일(2420) 상에서 제1방향(12)을 따라 직선 이동된다. 메인로봇(2440)은 베이스(2441), 몸체(2442), 그리고 메인암(2443)을 가진다. 베이스(2441)는 가이드 레일(2420)을 따라 이동 가능하도록 설치된다. 몸체(2442)는 베이스(2441)에 결합된다. 몸체(2442)는 베이스(2441) 상에서 제3방향(16)을 따라 이동 가능하도록 제공된다. 또한, 몸체(2442)는 베이스(2441) 상에서 회전 가능하도록 제공된다. 메인암(2443)은 몸체(2442)에 결합되고, 이는 몸체(2442)에 대해 전진 및 후진 이동 가능하도록 제공된다. 메인암(2443)은 복수 개 제공되어 각각 개별 구동 되도록 제공된다. 메인암(2443)들은 제3방향(16)을 따라 서로 이격된 상태로 적층되게 배치된다. 버퍼 유닛(2200)에서 공정챔버(2600)로 기판(W)을 반송할 때 사용되는 메인암(2443)과 공정챔버(2600)에서 버퍼 유닛(2200)으로 기판(W)을 반송할 때 사용되는 메인암(2443)은 서로 상이할 수 있다.
공정챔버(2600) 내에는 기판(W)에 대해 세정 공정을 수행하는 기판 처리 장치(10)가 제공된다. 각각의 공정챔버(2600) 내에 제공된 기판 처리 장치(10)는 수행하는 세정 공정의 종류에 따라 상이한 구조를 가질 수 있다. 선택적으로 각각의 공정챔버(2600) 내의 기판 처리 장치(10)는 동일한 구조를 가질 수 있다. 선택적으로 공정챔버(2600)들은 복수 개의 그룹으로 구분되어, 동일한 그룹에 속하는 공정챔버(2600)에 제공된 기판 처리 장치(10)들은 서로 동일한 구조를 가지고, 상이한 그룹에 속하는 공정챔버(2600)에 제공된 기판 처리 장치(10)들은 서로 상이한 구조를 가질 수 있다. 예컨대, 공정챔버(2600)가 2개의 그룹으로 나누어지는 경우, 이송챔버(2400)의 일측에는 제1그룹의 공정챔버들(2600)이 제공되고, 이송챔버(2400)의 타측에는 제2그룹의 공정챔버들(2600)이 제공될 수 있다. 선택적으로 이송챔버(2400)의 일측 및 타측 각각에서 하층에는 제1그룹의 공정챔버(2600)들이 제공되고, 상층에는 제2그룹의 공정챔버(2600)들이 제공될 수 있다. 제1그룹의 공정챔버(2600)와 제2그룹의 공정챔버(2600)는 각각 사용되는 케미칼의 종류나, 세정 방식의 종류에 따라 구분될 수 있다.
아래의 실시예에서는 고온의 황산, 알카리성 약액, 산성 약액, 린스액, 그리고 건조 가스와 같은 처리 유체들을 사용하여 기판(W)을 세정하는 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 식각 공정 등과 같이 기판(W)을 회전시키면서 공정을 수행하는 다양한 종류의 장치에 모두 적용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치의 단면도이다. 도 4 를 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 챔버(100), 바울(200), 지지 유닛(300), 액 공급 유닛(400), 배기 유닛(500), 승강 유닛(600), 그리고 제어기(700)를 포함한다.
챔버(100)는 밀폐된 내부 공간을 제공한다. 상부에는 기류 공급 부재(110)가 설치된다. 기류 공급 유닛(810)은 챔버(100) 내부에 하강 기류를 형성한다.
기류 공급 부재(110)는 고습도 외기를 필터링하여 챔버(100) 내부로 공급한다. 고습도 외기는 기류 공급 부재(110)를 통과하여 챔버(100) 내부로 공급되며 하강 기류를 형성한다. 하강 기류는 기판(W)의 상부에 균일한 기류를 제공하며, 처리 유체에 의해 기판(W) 표면이 처리되는 과정에서 발생되는 오염물질들을 공기와 함께 바울(200)의 회수통들(210,220,230)을 통해 배기 유닛(500)으로 배출시킨다.
챔버(100)는 수평 격벽(102)에 의해 공정 영역(120)과 유지보수 영역(130)으로 나뉜다. 공정 영역(120)에는 바울(200)과 지지 유닛(300)이 위치한다. 유지보수 영역(130)에는 바울(200)과 연결되는 회수 라인(241,243,245), 배기 라인(510) 이외에도 승강 유닛(600)의 구동부과, 처리액 공급 유닛(300)과 연결되는 구동부, 공급라인 등이 위치한다. 유지보수 영역(130)은 공정 영역(120)으로부터 격리된다.
바울(200)은 상부가 개방된 원통 형상을 갖고, 기판(W)을 처리하기 위한 처리 공간을 가진다. 바울(200)의 개방된 상면은 기판(W)의 반출 및 반입 통로로 제공된다. 처리 공간에는 지지 유닛(300)이 위치된다. 지지 유닛(300)은 공정 진행시 기판(W)을 지지한 상태에서 기판(W)을 회전시킨다.
바울(200)은 강제 배기가 이루어지도록 하단부에 배기 덕트(290)가 연결된 하부공간을 제공한다. 바울(200)에는 회전되는 기판(W)상에서 비산되는 처리액과 기체를 유입 및 흡입하는 제1 내지 제3 회수통(210, 220, 230)이 다단으로 배치된다.
환형의 제1 내지 제3 회수통(210, 220, 230)은 하나의 공통된 환형 공간과 통하는 배기구(H)들을 갖는다. 구체적으로, 제1 내지 제3 회수통(210, 220, 230)은 각각 환형의 링 형상을 갖는 바닥면 및 바닥면으로부터 연장되어 원통 형상을 갖는 측벽을 포함한다. 제2회수통(220)은 제1회수통(210)을 둘러싸고, 제1회수통(210)로부터 이격되어 위치한다. 제3회수통(230)은 제2회수통(220)을 둘러싸고, 제2회수통(220)로부터 이격되어 위치한다.
제1 내지 제3 회수통 (210, 220, 230)은 기판(W)으로부터 비산된 처리액 및 흄이 포함된 기류가 유입되는 제1 내지 제3 회수공간(RS1, RS2, RS3)을 제공한다. 제1 회수공간(RS1)은 제1회수통(210)에 의해 정의되고, 제2 회수공간(RS2)은 제1 회수통(210)과 제2회수통(220) 간의 이격 공간에 의해 정의되며, 제3 회수공간(RS3)은 제2회수통(220)과 제3회수통(230) 간의 이격 공간에 의해 정의된다.
제1 내지 제3 회수통(210, 220, 230)의 각 상면은 중앙부가 개방된다. 제1 내지 제3 회수통(210, 220, 230)은 연결된 측벽으로부터 개방부로 갈수록 대응하는 바닥면과의 거리가 점차 증가하는 경사면으로 이루어진다. 기판(W)으로부터 비산된 처리액은 제1 내지 제3 회수통(210, 220, 230)의 상면들을 따라 회수 공간들(RS1, RS2, RS3) 안으로 흘러간다.
제1 회수공간(RS1)에 유입된 제1 처리액은 제1 회수라인(241)을 통해 외부로 배출된다. 제2 회수공간(RS2)에 유입된 제2 처리액은 제2 회수라인(143)을 통해 외부로 배출된다. 제3 회수공간(RS3)에 유입된 제3 처리액은 제3 회수라인(145)을 통해 외부로 배출된다.
액 공급 유닛(400)은 기판(W)에 처리액을 공급하여 기판(W)을 처리할 수 있다. 액 공급 유닛(400)은 기판(W)에 가열된 처리액을 공급할 수 있다. 처리액은 기판(W) 표면을 식각하기 위한 고온의 케미칼일 수 있다. 일 예로 케미칼은 황산, 인산, 또는 황산과 인산의 혼합액일 수 있다.
액 노즐 부재(410)는 노즐(411), 노즐 암(413), 지지 로드(415), 노즐 구동기(417)를 포함한다. 노즐(411)은 공급부(420)를 통해 처리액을 공급받는다. 노즐(411)은 처리액을 기판(W) 표면으로 토출한다. 노즐 암(413)은 일 방향으로 길이가 길게 제공되는 암으로, 선단에 노즐(411)이 장착된다. 노즐 암(413)은 노즐(411)을 지지한다. 노즐 암(413)의 후단에는 지지 로드(415)가 장착된다. 지지 로드(415)는 노즐 암(413)의 하부에 위치한다. 지지 로드(415)는 노즐 암(413)에 수직하게 배치된다. 노즐 구동기(417)는 지지 로드(415)의 하단에 제공된다. 노즐 구동기(417)는 지지 로드(415)의 길이 방향 축을 중심으로 지지 로드(415)를 회전시킨다. 지지 로드(415)의 회전으로 노즐 암(413)과 노즐(411)이 지지 로드(415)를 축으로 스윙 이동한다. 노즐(411)은 바울(200)의 외측과 내측 사이를 스윙 이동할 수 있다. 그리고, 노즐(411)은 기판(W)의 중심과 가장 자리 영역 사이 구간을 스윙 이동하며 처리액을 토출할 수 있다.
배기 유닛(500)은 바울(200)의 내부를 배기할 수 있다. 일 예로, 배기 유닛(500)은 공정시 제1 내지 제3 회수통(210, 220, 230)중 처리액을 회수하는 회수통에 배기 압력(흡입 압력)을 제공하기 위한 것이다. 배기 유닛(500)은 배기 덕트(290)와 연결되는 배기 라인(510), 댐퍼(520)를 포함한다. 배기 라인(510)은 배기 펌프(미도시됨)로부터 배기압을 제공받으며 반도체 생산라인의 바닥 공간에 매설된 메인 배기 라인과 연결된다.
한편, 바울(200)은 바울(200)의 수직 위치를 변경시키는 승강 유닛(600)과 결합된다. 승강 유닛(600)은 바울(200)을 상하 방향으로 직선 이동시킨다. 바울(200)이 상하로 이동됨에 따라 지지 유닛(300)에 대한 바울(200)의 상대 높이가 변경된다.
승강 유닛(600)은 브라켓(612), 이동 축(614), 그리고 구동기(616)를 포함한다. 브라켓(612)은 챔버(100)의 외벽에 고정 설치 된다. 브라켓(612)에는 구동기(616)에 의해 상하 방향으로 이동되는 이동 축(614)이 고정 결합된다. 기판(W)이 지지 유닛(300)에 로딩 또는 언로딩될 때 지지 유닛(300)이 바울(200)의 상부로 돌출되도록 바울(200)은 하강한다. 또한, 공정이 진행 시에는 기판(W)에 공급된 처리액의 종류에 따라 처리액이 기설정된 회수통들(210, 220, 230)로 유입될 수 있도록 바울(200)의 높이가 조절된다. 바울(200)은 상기 각 회수공간(RS1, RS2, RS3) 별로 회수되는 처리액과 오염 가스의 종류를 다르게 할 수 있다.
제어기(700)는 기판 처리 장치(10)를 제어할 수 있다. 예컨대, 제어기(700)는 지지 유닛(300), 그리고 액 공급 유닛(400)을 제어할 수 있다. 제어기(700)는 후술하는 기판 처리 장치(10)의 동작과, 기판 처리 방법을 수행할 수 있도록 지지 유닛(300), 그리고 액 공급 유닛(400)을 제어할 수 있다.
도 5는 도 4의 지지 유닛의 일 실시 예를 보여주는 단면도이고, 도 6은 도 5의 지지 유닛의 일 부분을 확대하여 보여주는 도면이다. 도 5와 도 6을 참조하면, 지지 유닛(300)은 공정 진행 중 기판(W)을 지지하며, 공정이 진행되는 동안 기판(W)을 회전시킬 수 있다.
지지 유닛(300)은 지지판(310), 스핀 구동부(320), 백 노즐부(330), 가열 부재(340), 냉각 부재(350), 단열판(360), 방열판(370), 반사 부재(380), 그리고 반사 링(390)을 포함할 수 있다.
지지판(310)은 내부 공간을 가질 수 있다. 지지판(310)은 하부 지지판(312), 그리고 상부 지지판(314)을 포함할 수 있다. 하부 지지판(312)은 상부 지지판(314)의 아래에 배치될 수 있다. 하부 지지판(312)은 상부 지지판(314)과 서로 조합되어 내부 공간을 형성할 수 있다. 하부 지지판(312)은 원형의 상부면을 가질 수 있다. 하부 지지판(312)은 가장자리가 위 방향으로 돌출된 형상을 가질 수 있다. 하부 지지판(312)은 스핀 구동부(320)에 결합되어 회전될 수 있다. 하부 지지판(312)은 쿼츠(Quartz)를 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 하부 지지판(312)은 샌딩(Sanding), 그라인딩(Grinding) 등의 방법으로 가공되어, 불투명도가 높을 수 있다. 하부 지지판(312)은 후술하는 가열 부재(340)가 방사하는 광이 투과하기 어려운 정도의 불투명도를 가질 수 있다.
상부 지지판(314)은 기판(W)과 하부 지지판(312) 상부에 배치될 수 있다. 상부 지지판(314)은 가열 부재(340)를 보호하기 위해 제공될 수 있다. 상부 지지판(314)은 쿼츠를 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 상부 지지판(314)은 파이어 폴리싱(Fire Polishing) 등의 방법으로 가공되어 투명도가 높을 수 있다. 상부 지지판(314)은 후술하는 가열 부재(340)가 방사하는 광이 투과하기 용이한 정도의 투명도를 가질 수 있다. 예컨대, 상부 지지판(314)은 투명하게 제공될 수 있다. 상부 지지판(314)의 투명도는 하부 지지판(312)의 투명도보다 클 수 있다.
하부 지지판(312)의 가장 자리에는 척킹 핀(316)이 설치될 수 있다. 척킹 핀(316)은 복수로 제공될 수 있다. 척킹 핀(316)들은 지지판(310)의 가장자리 영역에 제공될 수 있다. 척킹 핀(316)들은 지지판(310)의 가장자리 영역에 원주 방향을 따라 서로 이격되어 제공될 수 있다. 척킹 핀(316)들은 상부 지지판(314)을 관통해서 상부 지지판(314)의 상측으로 돌출되도록 제공될 수 있다. 척킹 핀(316)들은 기판(W)의 측부를 척킹할 수 있다. 척킹 핀(316)들은 다수의 지지 핀(318)들에 의해 지지된 기판(W)이 정 위치에 놓이도록 기판(W)을 정렬할 수 있다. 공정 진행시 척킹 핀(316)들은 기판(W)의 측부와 접촉되어 기판(W)이 정 위치로부터 이탈되는 것을 방지할 수 있다.
상부 지지판(314)은 하부 지지판(312)과 함께 회전될 수 있다. 상부 지지판(314)에는 지지 핀(318)들이 설치될 수 있다. 지지 핀(318)들은 상부 지지판(314)의 상부 면 가장자리부에 소정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 지지 핀(318)은 상부 지지판(314)의 상면으로부터 위 방향으로 돌출되도록 제공될 수 있다. 지지 핀(318)들은 기판(W)의 하면을 지지하여 기판(W)이 상부 지지판(314)으로부터 위 방향으로 이격된 상태에서 지지되도록 할 수 있다.
또한, 척킹 핀(316) 및/또는 지지핀(318)들은 후술하는 가열 부재(340)가 방사하는 광을 투과시키는 재질을 포함할 수 있다. 척킹 핀(316) 및/또는 지지핀(318)들은 가열 부재(340)가 방사하는 광이 가지는 열 에너지가 투과되는 재질을 포함할 수 있다. 예컨대, 척킹 핀(316) 및/또는 지지핀(318)들은 글래스로 제공될 수 있다. 또한, 척킹 핀(316) 및/또는 지지핀(318)들은 단열 소재로 제공될 수 있다. 예컨대, 척킹 핀(316) 및/또는 지지핀(318)들은 세라믹 또는 지르코니아를 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 이에, 척킹 핀(316) 및/또는 지지핀(318)들과 접촉되는 기판(W)의 열이 척킹 핀(316) 및/또는 지지핀(318)들과 접촉되어 손실되는 것을 최소화 할 수 있다.
스핀 구동부(320)는 중공형의 형상을 갖고, 하부 지지판(312)과 결합하여 하부 지지판(312)을 회전시킨다. 하부 지지판(312)이 회전되는 경우, 상부 지지판(314)은 하부 지지판(312)과 함께 회전될 수 있다. 또한, 지지판(310) 내에 제공되는 구성들은 지지 판(310)의 회전으로부터 독립하게 위치될 수 있다. 예컨대, 후술하는 가열 부재(340), 단열판(360), 방열판(370) 등은 지지판(310)의 회전으로부터 독립되도록 제공될 수 있다.
백 노즐부(330)는 기판(W)의 배면에 약액을 분사하기 위해 제공된다. 백 노즐부(330)는 노즐 몸체(332) 및 약액 분사부(334)를 포함한다. 약액 분사부(334)는 하부 지지판(312)과 상부 지지판(314)의 중앙 상부에 위치된다. 노즐 몸체(332)는 중공형의 스핀 구동부(320) 내에 관통 축설되며, 노즐 몸체(332)의 내부에는 약액 이동 라인, 가스 공급라인 및 퍼지 가스 공급 라인이 제공될 수 있다. 약액 이동 라인은 기판(W) 배면의 식각 처리를 위한 식각액을 약액 분사부(334)에 공급하고, 가스 공급 라인은 기판(W)의 배면에 식각 균일도 조절을 위한 질소 가스를 공급하고, 퍼지 가스 공급 라인은 상부 지지판(314)과 노즐 몸체(332) 사이로 식각액이 침투되는 것을 방지하도록 질소 퍼지가스를 공급한다.
또한, 약액 분사부(334)는 금속을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 약액 분사부(334)는 은 및/또는 알루미늄을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 약액 분사부(334)는 가열 부재(340)가 방사하는 광을 반사하는 재질로 제공될 수 있다. 약액 분사부(334)는 정단면에서 바라볼 때 가장자리 영역이 외측에서 중심을 향하는 방향으로 상향 경사진 형상을 가질 수 있다. 이에, 가열 부재(340)가 방사하는 광은 약액 분사부(334)에서 반사되어 기판(W)의 중앙 영역으로 전달될 수 있다.
가열 부재(340)는 공정 진행 중 기판(W)을 가열할 수 있다. 가열 부재(340)는 지지판(310)이 가지는 내부 공간에 배치될 수 있다. 가열 부재(340)는 지지 유닛(300)에 지지된 기판(W)을 가열하는 광을 방사할 수 있다. 가열 부재(340)는 지지판(310) 내에 배치된다. 가열 부재(340)는 램프(342), 그리고 온도 제어부(344)를 포함할 수 있다.
램프(342)는 하부 지지판(314)의 상부에 설치된다. 램프(342)는 링 형상으로 제공될 수 있다. 램프(342)는 복수 개로 제공될 수 있다. 램프(342)는 서로 상이한 직경으로 제공될 수 있다. 각 램프(342)에는 온도 제어부(344)가 구성되어 있어 각각 제어가 가능할 수 있다. 또한, 램프(342)는 적외선 램프(IR Lamp)일 수 있다. 램프(342)는 적외선 영역의 파장을 가지는 광을 방사 기판(W)을 가열할 수 있다.
가열 부재(340)는 동심의 다수의 구역들로 세분될 수 있다. 각각의 구역에는 각각의 구역을 개별적으로 가열시킬 수 있는 램프(342)들이 제공될 수 있다. 램프(342)들은 하부 지지판(312)의 중심에 대해 상이한 반경 거리에서 동심적으로 배열되는 링 형상으로 제공될 수 있다. 램프(342)들의 수는 원하는 온도 제어된 정도에 의존하여 가감될 수 있다. 가열 부재(340)는 각각의 개별적인 구역의 온도를 제어함으로써, 공정 진행 동안 기판(W)의 반경에 따라 온도를 연속적으로 증가 또는 감소하게 제어할 수 있다.
냉각 부재(350)는 지지판(310) 내에 냉각 유체를 공급할 수 있다. 예컨대, 냉각 부재(350)는 후술하는 방열판(370) 내에 형성되는 유로(372)에 냉각 유체를 공급할 수 있다.
단열판(360)은 지지판(310) 내에 배치된다. 또한, 단열판(360)은 지지판(310) 내에서 가열 부재(340) 아래에 배치된다. 단열판(360)은 열전도율이 낮은 재질로 제공될 수 있다. 예컨대, 단열판(360)은 후술하는 방열판(370)보다 열전도율이 낮은 재질로 제공될 수 있다. 또한 단열판(360)은 램프가 조사하는 적외선 또는 열에 의해 변색되지 않는 재질로 제공될 수 있다. 예컨대, 단열판(360)은 세라믹 또는 지르코니아를 포함하는 재질로 제공될 수 있다.
방열판(370)은 단열판(360)에서 전달되는 열을 외부로 방출할 수 있다. 또한, 방열판(370) 내에는 냉각 부재(350)가 공급하는 냉각 유체가 흐르는 유로(372)가 형성될 수 있다. 방열판(370)은 지지판(310) 내에 배치된다. 또한, 방열판(370)은 지지판(310) 내에서 단열판(360) 아래에 배치된다. 방열판(370)은 열전도율이 높은 재질로 제공될 수 있다. 예컨대, 방열판(370)은 상술한 단열판(360)보다 열전도율이 높은 재질로 제공될 수 있다. 방열판(370)은 금속을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 방열판(370)은 알루미늄 및/또는 은을 포함하는 재질로 제공될 수 있다.
반사 링(390)은 링 형상을 가질 수 있다. 반사 링(390)은 가열 부재(340)가 방사하는 광을 반사하는 재질로 제공될 수 있다. 반사 링(390)은 금속을 포함할 수 있다. 반사 링(390)은 알루미늄 및/또는 은을 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 반사 링(390)은 알루미늄에 은이 도금되어 제공될 수 있다. 반사 링(390)은 복수의 가열 부재(340)들 중 최외곽에 배치된 가열 부재(340)와 이와 인접한 가열 부재(340) 사이에 배치될 수 있다. 반사 링(390)은 정단면에서 바라 볼 때, 외측에서 중심을 향하는 상향으로 상향 경사진 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 반사 링(390)은 후술하는 반사 부재(380)가 가지는 경사부(382)와 반대되는 방향으로 상향 경사진 형상을 가질 수 있다.
반사 부재(380)는 지지판(310)의 가장자리 영역에 제공될 수 있다. 반사 부재(380)는 지지판(310)의 가장자리 영역에 제공되어 광이 가지는 열 에너지를 반사하여 기판(W)의 가장자리 영역에 전달할 수 있다. 반사 부재(380)는 상부 지지판(314)의 아래에 배치될 수 있다. 반사 부재(380)는 하부 지지판(312)의 상면에 제공될 수 있다. 예컨대, 하부 지지판(312)의 가장자리 영역 중 내측 영역은 단차지고, 반사 부재(380)는 하부 지지판(312)의 내측 영역의 단차진 상면에 놓일 수 있다.
도 7은 도 6의 반사 부재를 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 반사 부재(380)는 호 형상을 가질 수 있다. 반사 부재(380)는 정단면에서 바라볼 때, 지지판(310)의 반경 방향을 따라 지지판(310)의 중심에서 멀어지는 방향으로 상향 경사진 경사부(382)를 포함할 수 있다. 또한, 반사 부재(380)는 정단면에서 바라볼 때, 상면이 상부 지지판(314)의 하면을 지지하는 결합부(384)를 포함할 수 있다. 결합부(384)는 상면이 편평하도록 제공될 될 수 있다. 또한, 결합부(384)에는 하나 이상의 홀(386)이 형성될 수 있다. 홀(386)에는 상부 지지판(314)과 반사 부재(380)를 체결하는 결합 수단이 삽입될 수 있다. 결합 수단은 나사 또는 볼트 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 공지된 다양한 기재로 변형될 수 있다.
도 8은 도 7의 반사 부재가 지지판에 제공된 모습을 보여주는 도면이다. 반사 부재(380)는 복수의 가열 부재(340)들 중 최외곽에 배치되는 가열 부재(340)보다 외곽에 제공될 수 있다. 또한, 반사 부재(380)는 복수로 제공될 수 있다. 반사 부재(380)들은 상부에서 바라 볼 때, 인접하는 척킹 핀(316)들 사이에 배치될 수 있다. 또한, 반사 부재(380)들은 상부에서 바라볼 때, 서로 조합되어 일부가 절곡된 링을 이루도록 배치될 수 있다.
도 9는 도 5의 지지 유닛이 기판을 가열하는 모습을 보여주는 도면이다. 도 9를 참조하면, 가열 부재(340)는 기판(W)을 가열할 수 있다. 예컨대, 가열 부재(340)의 램프(342)는 적외선 영역의 파장을 가지는 광을 방사하여 기판(W)을 가열할 수 있다. 광은 열 에너지를 가질 수 있다. 가열 부재(340)가 기판(W)을 가열하는 열은 직접 복사열(H1), 간접 복사열(H2), 그리고 대류 복사열(H3)을 포함할 수 있다. 직접 복사열(H1)은 가열 부재(340)에서 조사하는 적외선에 의해 직접적으로 기판(W)에 전달하는 열을 의미한다. 간접 복사열(H2)은 가열 부재(340)에서 조사하는 적외선이 단열판(360)에서 반사되어 기판(W)에 전달되는 열을 의미한다. 대류 복사열(H3)은 가열된 단열판(360)에서 복사되어 기판(W)에 전달되는 열을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 직접 복사열(H1), 간접 복사열(H2), 그리고 대류 복사열(H3)이 기판(W)에 집열되어 기판(W)을 가열시키는 효율을 높이고, 기판(W)의 온도가 후술하는 타겟 온도까지 도달하는 시간을 단축시킨다. 이에, 기판(W) 처리의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 복수의 가열 부재(340)들 중 최외곽에 배치되는 가열 부재(340)가 방사하는 광은 직접 기판(W)의 가장자리 영역으로 전달되거나, 반사 링(390) 및/또는 반사 부재(380)에 의해 반사되어 기판(W)의 가장자리 영역으로 전달될 수 있다. 또한, 복수의 가열 부재(340)들 중 최내측에 배치되는 가열 부재(340)가 방사하는 광은 직접 기판(W)의 중앙 영역으로 전달되거나, 약액 분사부(334)가 가지는 경사면에 반사되어 기판(W)의 중앙 영역으로 전달될 수 있다.
일반적인 기판 처리 장치에서 기판(W)을 가열하는 경우 기판(W)의 중앙 영역 및/또는 가장자리 영역의 온도가 낮다. 이는 기판(W)의 중앙 영역 및 가장자리 영역 가열에 관여하는 램프의 수가 다른 영역보다 적기 때문이다. 이에, 기판(W) 가열의 균일도가 떨어진다. 기판(W)의 영역마다 가열되는 정도가 상이해 지면 기판(W)에 대한 에칭 레이트가 상이해 진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 추가 열원을 기판(W)의 중앙 하부, 그리고 기판(W)의 가장자리 하부에 설치하는 것을 고려해 볼 수 있으나 지지 유닛이 가지는 기재들로 인하여 추가 램프 배치에는 한계가 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 지지판(310)의 가장자리 영역에 반사 부재(380)가 제공된다. 또한, 가열 부재(340)들 사이에는 반사 링(390)이 배치된다. 이에, 최외곽에 배치된 가열 부재(340)가 방사하는 광은 직접 기판(W)으로 전달되거나, 반사 부재(380) 및 반사 링(390)에 의해 반사되어 간접적으로 기판(W)으로 전달된다. 즉, 기판(W)의 가장자리 영역에 대한 집열 효율을 높일 수 있다. 기판(W)의 중앙 영역에도 이와 유사하게 광이 약액 분사부(334)에 반사되어 기판(W)의 중앙 영역으로 전달된다. 즉, 기판(W)의 중앙 영역에 대한 집열 효율을 높일 수 있다. 이에, 기판(W)의 영역별로 가열되는 정도가 상이해지는 것을 최소화 할 수 있다. 이에 도 10에 도시된 바와 같이, 기판(W)에 대한 에칭 레이트를 더욱 균일하게 할 수 있다.
도 11은 도 5의 지지 유닛에서 유체가 흐르는 모습을 보여주는 도면이다. 도 11을 참조하면, 냉각 부재(350)는 방열판(370) 내에 형성되는 유로(372)에 냉각 유체를 공급할 수 있다. 냉각 유체는 비활성 가스 또는 에어 일 수 있다. 비활성 가스는 질소 가스이고 에어는 외부의 기류일 수 있다. 방열판(370) 내에 공급된 냉각 유체는 방열판(370) 내부를 순환하면서 방열판(370)을 냉각시킨다. 방열판(370)이 냉각되면서 스핀 구동부(320)의 온도가 상승되는 것을 최소화 할 수 있다. 또한 방열판(370)은 단열판(360)의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 방법을 보여주는 플로우 차트이고, 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치에서 가열하는 기판의 온도 변화를 보여주는 도면이다. 도 12와 도 13을 참조하면, 기판 처리 방법은 처리액을 가열된 상태로 기판에 공급하여 기판을 처리할 수 있다. 또한, 기판 처리 방법은 가열 단계(S01), 유지 단계(S20), 그리고 냉각 단계(S03)를 포함할 수 있다.
가열 단계(S01)는 기판을 가열하는 단계이다. 가열 단계(S01)는 액 공급 유닛(400)이 기판에 처리액을 공급하는 도중 수행될 수 있다. 가열 단계(S01)에는 지지판(310)에 지지된 기판을 기설정된 타겟 온도(T11)까지 상승시킬 수 있다.
유지 단계(S02)는 가열된 기판의 온도를 타겟 온도(T11)로 설정 시간 동안(t11 ~ t12) 유지시키는 단계이다. 유지 단계(S02)는 가열 단계(S01) 이후에 수행될 수 있다. 유지 단계(S02)에서 설정 시간(t11 ~ t12)은 처리되는 기판의 종류 또는 기판에 요구되는 에칭 레이트(etching rate)에 따라 달라질 수 있다.
냉각 단계(S03)는 기판을 냉각시키는 단계이다. 냉각 단계(S03)는 가열 단계(S02) 이후에 수행될 수 있다. 냉각 단계(S03)에는 냉각 부재(350)가 방열판(370) 내에 형성되는 유로(372)에 냉각 유체를 공급할 수 있다. 상술한 유지 단계(S02)가 지속되는 경우 스핀 구동부(320)의 온도가 높아져 스핀 구동부(320)가 정상 구동하지 못할 수 있다. 이에, 냉각 단계(S03)에서 방열판(370)에 냉각 유체를 공급하여 스핀 구동부(320)의 온도가 과도하게 높아지는 것을 방지한다.
상술한 가열 단계(S01), 유지 단계(S02), 그리고 냉각 단계(S03)는 반복하여 수행될 수 있다. 또한, 가열 단계(S01), 유지 단계(S02), 그리고 냉각 단계(S03)는 하나의 기판에 대해 수행될 수 있다. 또한, 가열 단계(S01), 유지 단계(S02)가 수행된 기판이 냉각 단계(S03)에서 지지 유닛(300)에서 언로딩되고 미처리된 기판이 지지 유닛(300)에 로딩될 수 있다. 미처리된 기판이 지지 유닛(300)에 로딩되면 다시 가열 단계, 유지 단계, 냉각 단계를 수행할 수 있다.
일반적인 기판 처리 장치에서는, 가열 단계에서 기판의 온도가 목표한 온도까지 도달하는데 많은 시간이 걸렸다. 구체적으로, 종래에 기판을 가열하는 열은 램프가 기판에 직접 적외선을 조사하여 전달되는 직접 복사열과 적외선이 반사판에서 반사되어 기판에 전달되는 간접 복사열이 있었다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 기판에 전달되는 열은 직접 복사열(H1), 간접 복사열(H2), 그리고 대류 복사열(H3)이 기판에 전달된다. 즉, 기판에 직/간접 복사열(H1, H2) 뿐 아니라, 가열된 단열판(360)에서 복사되는 대류 복사열(H3)이 기판 전달된다. 기판에 직/간접 복사열(H1, H2), 그리고 대류 복사열(H3)이 기판에 집열되면서, 가열 단계(S01)의 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 가열 단계(S01)에서 타겟 온도(T11)까지 도달하는 시간(0 ~ t11)을 크게 단축시킬 수 있으며, 도달할 수 있는 타겟 온도(T11)를 더욱 높일 수 있다.
또한, 종래의 기판 처리 장치에 제공되는 반사판은 장시간 사용하거나 램프가 고온의 열을 반사판에 인가하는 경우 변색이 되었다. 반사판의 변색에 의해 램프가 조사하는 적외선의 반사가 일정하게 이루어지지 않는다. 이에 유지 단계에서, 목표 온도를 일정하게 유지하지 못하는 헌팅 현상을 발생시켰다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 단열판(360)은 열 또는 적외선에 의하여 변색되지 않는 재질로 제공된다. 예컨대, 단열판(360)은 세라믹 또는 지르코니아를 포함하는 재질로 제공될 수 있다. 이에, 가열 부재(340)가 단열판(360)에 적외선을 조사하거나 고온의 열을 전달하여도 단열판(360)은 변색되지 않는다. 이에, 유지 단계(S02)에서 헌팅 현상이 발생하지 않고 기판의 온도를 타겟 온도(T11)로 일정하게 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 단열판(360)은 열전도율이 낮은 재질로 제공된다. 예컨대, 단열판(360)은 방열판(370)보다 열전도율이 낮은 재질로 제공될 수 있다. 단열판(360)은 열전도율이 낮기 때문에 단열판(360)의 온도 변동 폭이 작다. 이에 단열판(360)의 아래에 배치되는 방열판(370)을 이용하여 단열판(360)의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다. 단열판(360)의 온도가 일정하게 유지되면, 단열판(360)에서 기판으로 복사하는 대류 복사열(H3)의 온도가 일정하기 때문에 기판 처리의 균일성을 더욱 높일 수 있다.
또한, 단열판(360)의 열전도율이 낮은 재질로 제공되어 냉각 단계(S03)에서 단열판(360)의 온도가 낮아지는 폭 또한 작다. 이에 타겟 온도(T11)에서 기판이 냉각되는 온도(T12)로의 낮아지는 폭이 작다. 이에 냉각 단계(S03) 이후, 기판을 타겟 온도(T11)까지 가열하는 시간(t13 ~ t14)이 더욱 단축된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면 방열판(370)은 단열판(360)의 아래에 배치되고 열전도율이 높은 재질로 제공된다. 예컨대, 방열판(370)은 단열판(360)보다 열전도율이 높은 재질로 제공될 수 있다. 방열판(370)이 열전도율이 높은 재질로 제공되어 단열판(360)이 스핀 구동부(320)에 전달할 수 있는 열을 더욱 빠르게 방열할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치에서 스핀 구동부의 온도 변화를 보여주는 도면이다. 도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 방열판(370)이 효과적으로 열을 배출하기 때문에, 스핀 구동부(320)의 온도는 스핀 구동부(320)가 비정상으로 구동되는 기준 온도(T13)보다 낮은 온도(T14)로 유지될 수 있다. 이에, 스핀 구동부(320)가 비정상 구동하는 것을 최소화 할 수 있다. 또한, 스핀 구동부(320)가 고장 날 빈도를 최소화 할 수 있다. 또한, 유지 단계(S02)를 더욱 긴 시간 동안 수행할 수 있다.
상술한 예에서는, 하부 지지판(312)의 단차진 상면에 반사 부재(380)가 놓이는 것을 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 반사 부재(380)는 지지판(310)에 내재되어 제공될 수도 있다. 또한, 반사 부재(380)는 막 형상으로 제공될 수 있다. 예컨대, 도 15에 도시된 바와 같이 하부 지지판(312)의 가장자리 영역 중 내측 영역은 지지판(310)의 반경 반향을 따라 중심에서 멀어지는 방향으로 상향 경사질 수 있다. 그리고, 반사 부재(380)는 내측 영역의 경사진 상면에 코팅되는 방식으로 제공될 수도 있다.
상술한 예에서는, 냉각 부재(350)를 방열판(370) 내에 형성된 유로(372)에 냉각 유체를 공급하는 구성으로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 냉각 부재(350)는 냉각 플레이트로 제공될 수 있다. 냉각 플레이트로 제공된 냉각 부재(350)는 방열판(370)의 아래에 배치될 수 있다. 이외에도, 냉각 부재(350)는 방열판(370)을 냉각시킬 수 있는 다양한 구성으로 변형될 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
300 : 지지 유닛
310 : 지지판
320 : 스핀 구동부
340 : 가열 부재
350 : 냉각 부재
360 : 단열판
370 : 방열판
380 : 반사 부재
382 : 경사부
384 : 결합부
386 : 홀
390 : 반사 링

Claims (27)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    기판을 지지하는 지지 유닛과;
    상기 지지 유닛에 지지된 기판으로 처리액을 공급하는 액 공급 유닛을 포함하되,
    상기 지지 유닛은,
    내부 공간을 가지는 지지판과;
    상기 내부 공간에 배치되며, 상기 지지 유닛에 지지된 기판을 가열하는 광을 방사하는 가열 부재와;
    상기 지지판의 가장자리 영역에 제공되고, 상기 광이 가지는 열 에너지를 반사하여 상기 지지 유닛에 지지된 기판의 가장자리 영역에 전달하는 반사 부재를 포함하는 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반사 부재는,
    정단면에서 바라볼 때, 상기 지지판의 반경 방향을 따라 상기 지지판의 중심에서 멀어지는 방향으로 상향 경사진 경사부를 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지 유닛은,
    기판의 측부를 척킹하는 복수의 척킹 핀을 포함하고,
    상기 반사 부재는,
    복수로 제공되고,
    상부에서 바라볼 때 각각의 상기 반사 부재는 인접하는 상기 척킹 핀들 사이에 배치되는 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 반사 부재는,
    상부에서 바라볼 때, 서로 조합되어 일부가 절곡된 링을 이루도록 배치되는 기판 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 척킹 핀은,
    상기 광이 가지는 열 에너지가 투과되는 재질을 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 가열 부재는,
    복수로 제공되고,
    서로 상이한 반경의 동심의 링 형상으로 제공되고,
    상기 반사 부재는,
    상기 복수의 가열 부재 중 최외곽에 배치되는 가열 부재보다 외곽에 제공되는 기판 처리 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가열 부재는,
    정단면에서 바라볼 때, 상기 지지판의 반경 방향을 따라 중심에서 멀어지는 방향으로 상향 경사진 경사부를 포함하고,
    상기 지지 유닛은,
    상기 복수의 가열 부재들 중 최외곽에 배치된 가열 부재와 이와 인접한 가열 부재 사이에 배치되는 반사 링을 포함하되,
    상기 반사 링은,
    정단면에서 바라볼 때, 상기 경사부와 반대되는 방향으로 상향 경사진 형상을 가지는 기판 처리 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 지지판은,
    상부 지지판과;
    상기 상부 지지판의 아래에 배치되며, 상기 상부 지지판과 서로 조합되어 상기 내부 공간을 형성하는 하부 지지판을 포함하되,
    상기 상부 지지판의 투명도는 상기 하부 지지판의 투명도보다 큰 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 반사 부재는,
    상기 상부 지지판 아래에 배치되는 기판 처리 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 하부 지지판의 가장자리 영역 중 내측 영역은 단차지고,
    상기 반사 부재는,
    상기 내측 영역의 단차진 상면에 놓이는 기판 처리 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 하부 지지판의 가장자리 영역 중 내측 영역은 상기 지지판의 반경 방향을 따라 중심에서 멀어지는 방향으로 상향 경사지고,
    상기 반사 부재는,
    상기 내측 영역의 경사진 상면에 코팅되는 기판 처리 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 반사 부재는,
    정단면에서 바라볼 때, 상면이 상기 상부 지지판의 하면을 지지하는 결합부를 더 포함하는 기판 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 결합부는,
    정단면에서 바라볼 때, 상면이 편평하고,
    상기 상부 지지판과 체결되는 결합 수단이 삽입되는 하나 이상의 홀이 형성되는 기판 처리 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 부재는,
    적외선 광을 방사하는 적외선 램프인 기판 처리 장치.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가열 부재는,
    금속을 포함하는 재질로 제공되는 기판 처리 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 가열 부재는,
    알루미늄을 포함하는 재질로 제공되는 기판 처리 장치.
  17. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 유닛은,
    상기 내부 공간에 배치되며 상기 가열 부재 아래에 배치되는 단열판과;
    상기 내부 공간에 배치되며 상기 단열판 아래에 배치되는 방열판을 더 포함하는 기판 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 방열판은 상기 단열판보다 열 전도율이 높은 재질로 제공되는 기판 처리 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 방열판 내에는 냉각 유체가 흐르는 유로가 형성되는 기판 처리 장치.
  20. 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지판은 회전 가능하게 제공되고,
    상기 가열 부재, 상기 단열판, 그리고 상기 방열판은 상기 지지판의 회전으로부터 독립되도록 제공되는 기판 처리 장치.
  21. 제1항의 기판 처리 장치를 이용하여 기판을 처리하는 방법에 있어서,
    상기 처리액을 가열된 상태로 상기 기판에 공급하여 기판을 처리하되,
    상기 기판에 상기 처리액을 공급하는 도중 상기 기판을 가열하는 기판 처리 방법,
  22. 제21항에 있어서,
    상기 지지판에 지지된 기판을 기설정된 타겟 온도까지 상승시키는 가열 단계와;
    상기 기판의 온도를 상기 타겟 온도로 설정 시간동안 유지시키는 유지 단계와;
    상기 설정 시간이 지나면 상기 기판을 냉각 시키는 냉각 단계를 포함하는 기판 처리 방법.
  23. 제21항 또는 제22항에 있어서,
    상기 처리액은 황산 또는 인산을 포함하는 기판 처리 방법.
  24. 기판을 지지하는 지지 유닛에 있어서,
    내부 공간을 가지는 지지판과;
    상기 내부 공간에 배치되며, 상기 지지 유닛에 지지된 기판을 가열하는 광을 방사하는 가열 부재와;
    상기 지지판의 가장자리 영역에 제공되고, 상기 광이 가지는 열 에너지를 반사하여 상기 지지 유닛에 지지된 기판의 가장자리 영역에 반사하는 반사 부재를 포함하는 지지 유닛.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 지지판은,
    상부 지지판과;
    상기 상부 지지판의 아래에 배치되며, 상기 상부 지지판과 서로 조합되어 상기 내부 공간을 형성하는 하부 지지판을 포함하되,
    상기 상부 지지판의 투명도는 상기 하부 지지판의 투명도보다 큰 지지 유닛.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 하부 지지판의 가장자리 영역 중 내측 영역은 단차지고,
    상기 반사 부재는,
    상기 내측 영역의 단차진 상면에 놓이는 지지 유닛.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 하부 지지판의 가장자리 영역 중 내측 영역은 상기 지지판의 반경 방향을 따라 상향 경사지고,
    상기 반사 부재는,
    상기 내측 영역의 경사진 상면에 코팅되는 지지 유닛.
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