KR101605717B1 - 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 기판 처리 장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 상부가 개방된 처리 공간을 가지는 용기, 상기 처리 공간 내에 위치된 기판을 지지하고 회전 가능한 지지 유닛, 상기 지지 유닛에 지지된 기판을 가열하는 가열 유닛, 상기 지지 유닛에 놓인 기판으로 유체를 공급하는 유체 공급 유닛을 포함하되, 상기 가열 유닛은, 상기 지지 유닛의 복수 개의 영역에 각각 설치된 복수 개의 가열기 및 상기 복수 개의 가열기를 각각 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 상기 복수 개의 영역이 각각 목표 온도에 도달할 때까지 상기 복수 개의 가열기를 제어하는 제 1 모드 및 상기 복수 개의 영역이 각각 목표 온도에 도달한 이후에 서로 독립적으로 상기 복수 개의 가열기를 제어하는 상기 제 1 모드와 상이한 제 2 모드를 포함하되 상기 제 1 모드는 복수 개의 상기 가열기 중 승온율이 가장 낮은 상기 가열기에 맞추어 나머지 상기 가열기들의 승온율을 제한하도록 상기 가열기들의 소비 전력량이 서로 상이하게 제어할 수 있다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 방법{APPARATUS AND METHOD FOR TREATING SUBSTRATE}
본 발명은 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 기판 표면을 가열하면서 기판을 처리하는 장치 및 기판 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로 평판 표시 소자 제조나 반도체 제조 공정에서 유리 기판이나 웨이퍼를 처리하는 공정에는 감광액 도포 공정, 현상 공정, 세정 공정, 그리고 애싱 공정 등 다양한 공정이 수행된다.
세정공정은 기판에 대해 케미칼 처리, 린스(수세)공정, 건조 공정등을 포함한다.
고온의 케미칼을 이용해 기판을 처리 시 기판의 영역별 식각률을 높이기 위해 기판을 가열하는 기판 가열 장치가 적용된다. 그러나. 이러한 기판 가열 장치로는 전체 영역의 고르게 가열하지 못하여 기판의 영역별 식각률이 다르게 나타나는 문제점이 있다.
본 발명은 기판 세정 공정에 있어서 기판의 영역별 균일한 세정율을 제공하는 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 기판의 세정 공정시 전체 영역에 온도를 균일하게 제공하여 기판의 영역별 균일한 세정율을 제공하기 위한 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 기판 처리 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 상부가 개방된 처리 공간을 가지는 용기, 상기 처리 공간 내에 위치된 기판을 지지하고 회전 가능한 지지 유닛, 상기 지지 유닛에 지지된 기판을 가열하는 가열 유닛, 상기 지지 유닛에 놓인 기판으로 유체를 공급하는 유체 공급 유닛을 포함하되, 상기 가열 유닛은, 상기 지지 유닛의 복수 개의 영역에 각각 설치된 복수 개의 가열기 및 상기 복수 개의 가열기를 각각 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 상기 복수 개의 영역이 각각 목표 온도에 도달할 때까지 상기 복수 개의 가열기를 제어하는 제 1 모드 및 상기 복수 개의 영역이 각각 목표 온도에 도달한 이후에 상기 복수 개의 가열기를 서로 독립적으로 제어하는 상기 제 1 모드와 상이한 제 2 모드를 포함하되, 상기 제 1 모드는 복수 개의 상기 가열기 중 승온율이 가장 낮은 상기 가열기에 맞추어 나머지 상기 가열기들의 승온율을 제한하도록 상기 가열기들의 소비 전력량이 서로 상이하게 제어할 수 있다.
상기 복수 개의 영역은, 상기 지지 유닛과 동심으로 제공되는 원형의 중앙 영역 및 상기 중앙 영역과 동심으로 제공되는 링 형상의 가장자리 영역을 포함할 수 있다.
상기 가열기는 램프를 포함하되, 상기 복수 개의 영역에 배치된 상기 램프들은 서로 동일한 간격으로 제공될 수 있다.
상기 램프들은 링 형상으로 제공되고, 상기 지지 유닛의 중심에서 서로 동심을 가지도록 배치될 수 있다.
상기 제어기는, 상기 제 1 모드일 때 상기 복수 개의 램프들의 전력을 서로 상이하게 제공할 수 있다.
상기 중앙 영역에 제공되는 전력은 상기 가장자리 영역에 제공되는 전력보다 크게 제공될 수 있다.
상기 제 2 모드일 때, 상기 제어기는 상기 복수 개의 램프들을 각각 피드 제어 방식(PID control)으로 가열할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판의 세정 공정에 있어서 기판의 영역별 균일한 세정율을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 의하면, 기판의 세정 공정시 전체 영역에 온도를 균일하게 제공하여 기판의 영역별 균일한 세정율을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 설비를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 장치의 단면도이다.
도 3은 도 1의 기판 처리 장치의 평면도이다.
도 4는 도 3의 가열 유닛을 보여주는 도면이다.
도 5는 도 4의 지지 유닛의 단면도이다.
도 6은 도 4의 가열 유닛을 종래의 기판 처리 방법에 따라 제어하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 7은 도 4의 가열 유닛을 본 발명의 일 실시예에 따라 제어하는 모습을 보여주는 도면이다.
도 8은 제어기가 제 1 가열기를 제어하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 9는 제어기가 제 2 가열기를 제어하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 10은 제어기가 제 3 가열기를 제어하는 과정을 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 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 발명의 실시예에서는 기판 처리 장치(60)가 처리하는 기판으로 반도체 기판을 일례로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 액정표시장치용 기판, 플라즈마 디스플레이용 기판, 전계 방출용 디스플레이(Field Emission Display)용 기판, 광디스크용 기판, 자기 디스크용 기판, 광학 자기 디스크용 기판, 포토마스크용 기판, 세라믹 기판, 태양 전지용 기판과 같은 다양한 종류의 기판에도 적용될 수 있다.
아래의 실시예에서는 고온의 황산, 알카리성 약액, 산성 약액, 린스액, 그리고 건조가스와 같은 처리유체들을 사용하여 기판을 세정하는 장치를 예로 들어 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않으며, 식각 공정 등과 같이 기판을 회전시키면서 공정을 수행하는 다양한 종류의 장치에 모두 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 설비를 개략적으로 나타낸 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 기판 처리 설비(1000)은 인덱스 모듈(10), 버퍼 모듈(20) 그리고 처리 모듈(50)를 포함할 수 있다.
인덱스 모듈(10), 버퍼 모듈(20) 그리고 처리 모듈(50)는 순차적으로 일렬로 배치된다. 이하, 인덱스 모듈(10), 버퍼 모듈(20) 그리고 처리 모듈(50)가 배열된 방향을 제1방향(1)이라 하고, 상부에서 바라볼 때, 제1방향(1)의 수직인 방향을 제2방향(2)이라 하며, 제1방향(1)과 제2방향(2)을 포함한 평면에 수직인 방향을 제3방향(3)이라 한다.
인덱스 모듈(10)은 로드 포트(12)와 인덱스 로봇(13)을 포함한다.
로드 포트(12)는 제1방향(1)으로 인덱스 모듈(10)의 전방에 배치된다. 로드 포트(12)는 복수 개가 제공되며 이들은 제2방향(2)을 따라 배치된다. 일 예에 의하면 로드 포트(12)는 4개가 제공될 수 있다. 로드 포트(12)의 개수는 기판 처리 설비(1000)의 공정 효율 및 풋 프린트 조건에 따라 가감할 수도 있다. 로드 포트(12)들에는 공정에 제공될 기판(w) 및 공정처리가 완료된 기판(w)이 수납된 캐리어(16)가 안착된다. 일 실시예로 캐리어(16)에는 전면개방일체형포트(FOUP: front opening unified pod)가 안착될 수 있다. 캐리어(16)에는 기판(w)들을 지면에 대해 수평하게 배치한 상태로 수납하기 위한 다수의 슬롯이 형성된다.
인덱스 로봇(13)은 로드 포트(12)와 버퍼 모듈(20) 사이에 설치된다. 인덱스 로봇(13)은 기판(w)을 캐리어(16)로 이송하거나, 캐리어(16)에서 대기하는 기판(w)을 버퍼 모듈(20)로 이송한다.
버퍼 모듈(20)는 인덱스 로봇(13)에 의해 이송되기 전에 공정에 제공될 기판(w) 또는 메인 이송 로봇(30)에 의해 이송되기 전에 공정 처리가 완료된 기판(w)이 일시적으로 수납되어 대기한다.
버퍼 모듈(20)의 상층에는 캐리어(16)로 이송하는 기판(w)이 대기한다. 캐리어(16)에서 버퍼 모듈(20)로 이송하는 기판(w)은 버퍼 모듈(20)의 하층에 위치한다.
처리 모듈(50)은 메인 이송로봇(30), 이동 통로(40), 그리고 기판 처리 장치(60)를 포함한다.
메인 이송 로봇(30)은 이동 통로(40)에 설치된다. 메인 이송 로봇(30)은 각 기판 처리 장치(60)들 및 버퍼 모듈(20) 간에 기판(w)을 이송한다. 메인 이송 로봇(30)은 버퍼 모듈(20)에서 대기하는 기판(w)을 각 기판 처리 장치(60)로 이송한다. 메인 이송 로봇(30)은 각 기판 처리 장치(60)에서 공정 처리가 완료된 기판(w)을 버퍼 모듈(20)로 이송한다.
이동 통로(40)는 처리 모듈(50) 내의 제1방향(1)을 따라 배치된다. 이동 통로(40)는 메인 이송 로봇(30)이 이동하는 통로를 제공한다. 이동 통로(40)의 양측에는 기판 처리 장치(60)들이 서로 마주보며 제1방향(1)을 따라 배치된다. 이동 통로(40)에는 메인 이송 로봇(30)이 제1방향(1)을 따라 이동하며, 기판 처리 장치(60)의 상하층, 그리고 버퍼 모듈(20)의 상하층으로 승강할 수 있는 이동 레일이 설치된다.
기판 처리 장치(60)는 메인 이송 로봇(30)이 설치되는 이동통로(40)의 양측에 배치된다. 기판 처리 설비(1000)은 상하층으로 된 다수개의 기판 처리 장치(60)을 구비한다. 기판 처리 장치(60)의 개수는 기판 처리 설비(1000)의 공정 효율 및 풋 프린트 조건에 따라 증가하거나 감소할 수도 있다. 각각의 기판 처리 장치(60)는 독립적인 챔버로 구성된다.
도 2는 도1의 기판 처리 장치의 단면도이다. 도 3은 도 1의 기판 처리 장치의 평면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 기판 처리 장치(60)는 챔버(800), 처리 용기(100), 지지 유닛(200), 약액 공급 부재(300), 공정 배기부(500), 승강 부재(600), 그리고 가열 유닛(250)을 포함한다.
챔버(800)는 밀폐된 내부 공간을 제공한다. 챔버(800)의 상부에는 팬 필터 유닛(810)이 설치된다. 팬 필터 유닛(810)은 챔버(800) 내부에 하강 기류를 발생시킨다.
팬 필터 유닛(810)은 필터와 공기 공급 팬을 포함한다. 필터와 공기 공급팬이 하나의 유니트로 모듈화될 수 있다. 팬 필터 유닛(810)은 외기를 필터링하여 챔버(800) 내부로 공급한다. 외기는 팬 필터 유닛(810)을 통과하여 챔버(800) 내부로 공급되어 하강기류를 형성한다.
챔버(800)는 수평 격벽(814)에 의해 공정 영역(816)과 유지보수 영역(818)으로 구획된다. 도면에는 일부만 도시하였지만, 유지보수 영역(818)에는 처리 용기(100)와 연결되는 배출라인(141,143,145), 배기라인(510), 승강유닛의 구동부, 약액 공급 부재(300)의 제1노즐(310)들과 연결되는 구동부, 그리고 공급라인 등이 위치된다. 유지보수 영역(818)은 기판(w) 처리가 이루어지는 공정 영역(816)으로부터 격리된다.
처리 용기(100)는 상부가 개방된 원통 형상을 갖는다. 처리 용기(100)는 기판(w)을 처리하기 위한 처리 공간을 제공한다. 처리 용기(100)의 개방된 상면은 기판(w)의 반출 및 반입 통로로 제공된다. 공정 공간에는 지지 유닛(200)이 위치된다. 지지 유닛(200)은 공정 진행시 기판(w)을 지지한 상태에서 가열하고 기판(w)을 회전시킨다.
처리 용기(100)는 강제 배기가 이루어지도록 하단부에 배기덕트(190)가 연결된 하부공간을 제공한다. 처리 용기(100)에는 회전되는 기판(w)상에서 비산되는 약액과 기체를 유입 및 흡입하는 환형의 제1, 제2 및 제3 회수통(110, 120, 130)이 다단으로 배치된다.
환형의 제1, 제2 및 제3 회수통(110, 120, 130)은 하나의 공통된 환형공간과 통하는 배기구(H)들을 갖는다.
구체적으로, 제1 내지 제3 회수통(110, 120, 130)은 각각 환형의 링 형상을 갖는 바닥면 및 바닥면으로부터 연장되어 원통 형상을 갖는 측벽을 가진다. 제2 회수통(120)은 제1 회수통(110)을 둘러싸고, 제1 회수통(110)로부터 이격되어 위치한다. 제3 회수통(130)은 제2 회수통(120)을 둘러싸고, 제2 회수통(120)로부터 이격되어 위치한다.
제1 내지 제3 회수통(110, 120, 130)은 기판(w)으로부터 비산된 처리액 및 흄이 포함된 기류가 유입되는 제1 내지 제3 회수공간(RS1, RS2, RS3)을 제공한다. 제1 회수 공간(RS1)은 제1 회수통(110)에 의해 제공된다. 제2 회수공간(RS2)은 제1 회수통(110)과 제2 회수통(120) 간의 이격 공간에 제공된다. 제3 회수공간(RS3)은 제2 회수통(120)과 제3 회수통(130) 간의 이격 공간에 의해 제공된다.
제1 내지 제3 회수통(110, 120, 130)의 각 상면은 중앙부가 개방된다. 제1 내지 제3 회수통(110, 120, 130)은 연결된 측벽으로부터 개방부로 갈수록 대응하는 바닥면과의 거리가 점차 증가하는 경사면으로 제공된다. 기판(w)으로부터 비산된 처리액은 제1 내지 제3 회수통(110, 120, 130)의 상면들을 따라 회수 공간들(RS1, RS2, RS3) 안으로 흘러들어간다.
제1 회수공간(RS1)에 유입된 제1 처리액은 제1 회수라인(141)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.
공정 배기부(500)는 처리 용기(100) 내부의 배기를 제공한다. 일 실시예로, 공정 배기부(500)는 공정시 제1 내지 제3 회수통(110, 120, 130) 중 처리액을 회수하는 회수통에 배기압력을 제공하기 위한 것이다. 공정 배기부(500)는 배기라인(510)과 댐퍼(520)를 포함한다. 배기라인(510)은 배기덕트(190)와 연결된다. 배기라인(510)은 배기펌프(미도시됨)로부터 배기압을 제공받으며 반도체 생산라인의 바닥 공간에 매설된 메인 배기라인과 연결된다.
처리 용기(100)는 처리 용기(100)의 수직 위치를 변경시키는 승강 유닛(600)과 결합된다. 승강 유닛(600)은 처리 용기(100)를 상하 방향으로 직선 이동시킨다. 처리 용기(100)가 상하로 이동됨에 따라 지지 유닛(200)에 대한 처리 용기(100)의 상대 높이가 변경된다.
승강 유닛(600)은 브라켓(612), 이동 축(614), 그리고 구동기(616)를 가진다. 브라켓(612)은 처리 용기(100)의 외벽에 설치된다. 브라켓(612)에는 구동기(616)에 의해 상하 방향으로 이동되는 이동 축(614)이 결합된다. 기판(w)이 스핀 헤드(210)에 로딩 또는 스핀 헤드(210)로부터 언로딩될 때 스핀 헤드(210)가 처리 용기(100)의 상부로 돌출되도록 처리 용기(100)는 하강한다. 공정이 진행시에는 기판(w)에 공급된 처리액의 종류에 따라 처리액이 기설정된 회수통(110, 120, 130)으로 유입될 수 있도록 처리 용기(100)의 높이가 조절된다. 처리 용기(100)와 기판(w) 간의 상대적인 수직 위치가 변경된다. 따라서, 처리 용기(100)는 상기 각 회수공간(RS1, RS2, RS3) 별로 회수되는 처리액과 오염 가스의 종류를 다르게 할 수 있다.
일 실시예에 의하면, 기판 처리 장치(60)는 처리 용기(100)를 수직 이동시켜 처리 용기(100)와 지지 유닛(200) 간의 상대적인 수직 위치를 변경시킨다. 기판 처리 장치(60)는 지지 유닛(200)을 수직 이동시켜 처리 용기(100)와 지지 유닛(200) 간의 상대적인 수직 위치를 변경시킬 수도 있다.
약액 공급 부재(300)는 기판(w) 표면을 식각하기 위한 고온의 케미칼을 토출한다. 일 예에 의하면, 케미칼은 황산, 인산, 또는 황산과 인산의 혼합액일 수 있다.
약액 공급 부재(300)는 약액 노즐 부재(310)와 공급부(320)를 포함한다.
약액 노즐 부재(310)는 노즐(311), 노즐 암(313), 지지 로드(315), 그리고 노즐 구동기(317)를 포함한다. 노즐(311)은 공급부(320)를 통해 인산을 공급받는다. 노즐(311)은 인산을 기판(w) 표면으로 토출한다. 노즐 암(313)은 일 방향으로 길이가 길게 제공되는 암이다. 노즐 암(313)은 선단에 노즐(311)이 장착된다. 노즐 암(313)은 노즐(311)을 지지한다. 노즐 암(313)의 후단에는 지지 로드(315)가 장착된다. 지지 로드(315)는 노즐 암(313)의 하부에 위치한다. 지지 로드(315)는 노즐 암(313)에 수직하게 배치된다. 노즐 구동기(317)는 지지 로드(315)의 하단에 제공된다. 노즐 구동기(317)는 지지 로드(315)의 길이 방향 축을 중심으로 지지 로드(315)를 회전시킨다. 지지 로드(315)의 회전으로 노즐 암(313)과 노즐(311)이 지지 로드(315)를 축으로 스윙 이동한다. 노즐(311)은 처리 용기(210)의 외측과 내측 사이를 스윙 이동할 수 있다. 노즐(311)은 기판(w)의 중심과 가장 자리영역 사이 구간을 스윙 이동하며 인산을 토출할 수 있다.
도시하지 않았지만, 기판 처리 장치(60)는 약액 공급 부재(300) 이외에도 다양한 처리 유체들을 기판(w)으로 분사하기 위한 공급 부재들을 포함할 수 있다.
지지 유닛(200)은 처리 용기(100)의 내측에 설치된다. 지지 유닛(200)은 척 스테이지(210), 석영 윈도우(220), 그리고 회전부(230) 를 포함한다.
척 스테이지(210)는 원형의 상부면을 갖는다. 척 스테이지(210)는 회전부(230)에 결합되어 회전된다. 척 스테이지(210)는 척킹 핀(212)과 지지 핀(214)를 포함한다.
척 스테이지(210)의 가장자리에는 척킹 핀(212)들이 설치된다. 척킹 핀(212)들은 석영 윈도우(220)를 관통해서 석영 윈도우(220) 상측으로 돌출되도록 제공된다. 척킹 핀(212)들은 다수의 지지 핀(214)들에 의해 지지된 기판(w)이 정 위치에 놓이도록 기판(w)을 정렬한다. 또한, 공정 진행시 척킹 핀(212)들은 기판(w)의 측부와 접촉되어 기판(w)이 정 위치로부터 이탈되는 것을 방지한다. 지지 핀(214)들은 기판(w)을 지지한다.
석영 윈도우(220)은 제1가열 유닛(250)와 기판(w) 사이에 제공된다. 석영 윈도우(220)은 램프(252)들을 보호한다. 석영 윈도우(220)는 투명한 재질로 제공 될 수 있다. 석영 윈도우(220)은 척 스테이지(210)와 함께 회전될 수 있다. 석영 윈도우(220)는 지지핀(224)들을 포함한다. 지지 핀(224)들은 석영 윈도우(220)의 상부 면 가장 자리부에 소정 간격 이격되어 일정 배열로 배치된다. 지지 핀(224)들은 석영 윈도우(220)로부터 상측으로 돌출되도록 제공된다. 지지 핀(224)들은 기판(w)의 하면을 지지하여 기판(w)이 석영 윈도우(220)로부터 상측 방향으로 이격된 상태에서 지지되도록 한다.
회전부(230)는 중공형의 형상을 갖고, 척 스테이지(210)와 결합하여 척 스테이지(210)를 회전시킨다.
도 4는 도 3의 가열 유닛(250)을 보여주는 도면이다. 도 5는 도 4의 지지 유닛(200)의 단면도이다. 이하, 가열 유닛(250)은 지지 유닛(200) 상에 제공된다. 일 예로, 도 5와 같이, 가열 유닛(250)은 지지 유닛(200)의 내부에 제공될 수 있다. 가열 유닛(250)은 가열기(252), 반사 플레이트(260), 온도 센서(270), 그리고 제어기(280)를 가진다.
가열기(252)는 척 스테이지(210)에 상부에 제공된다. 가열기(252)는 복수 개로 제공된다. 복수 개의 가열기(252a.252b,252c)는 지지 유닛(200)의 복수 개의 영역에 대응되게 설치된다. 복수 개의 영역은 중앙 영역 및 가장자리 영역으로 제공될 수 있다. 원형으로 제공되는 중앙 영역은 지지 유닛(200)과 동심을 가진다. 가장자리 영역은 중앙 영역과 동심을 갖고, 링 형상으로 제공된다. 이하, 1개의 중앙 영역 및 2개의 가장자리 영역으로 구성된 가열 유닛(250)을 예로 들어 설명한다. 가열 유닛(250)은 기판(w)을 150-250℃로 가열할 수 있다. 그러나, 이와 달리, 영역 및 가열 유닛은 상이한 개수로 제공될 수 있다.
도 4를 참조하면, 지지 유닛(200)은 제 1 영역(Z1), 제 2 영역(Z2), 그리고 제 3 영역(Z3)을 가진다. 제 1 영역(Z1), 제 2 영역(Z2), 그리고 제 3 영역(Z3) 각각은 제 1 가열기(252a), 제 2 가열기(252b), 그리고 제 3 가열기(252c)를 갖는다. 제 1 가열기(252a)는 제 1 영역(Z1)을 가열한다. 제 2 가열기(252b)는 제 2 영역(Z2)을 가열한다. 그리고 제 3 가열기(252c)는 제 3 영역(Z3)을 가열한다. 이 때, 제 1 가열기(252a), 제 2 가열기(252b), 그리고 제 3 가열기(252c)는 서로 독립적으로 가열될 수 있다. 제 1 가열기(252a), 제 2 가열기(252b), 그리고 제 3 가열기(252c)는 각각 램프로 제공될 수 있다. 일 예로, 제 1 가열기(252a), 제 2 가열기(252b), 그리고 제 3 가열기(252c)는 각각 복수의 IR 램프(252)일 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 3개의 IR 램프(252)들이 도시되어 있지만, IR 램프들의 수는 원하는 온도 또는 제어된 정도에 의존하여 가감될 수 있다. 가열 유닛(250)은 각각의 개별적인 구역의 온도를 제어함으로써, 공정 진행 동안 기판(w)의 반경에 따라 온도를 단조적으로 제어할 수 있다. 이 때, 제 1 가열기(252a), 제 2 가열기(252b), 그리고 제 3 가열기(252c)는 서로 동일한 간격으로 제공될 수 있다. 일 예로, 제 1 가열기(252a), 제 2 가열기(252b), 그리고 제 3 가열기(252c)는 각각 동심을 갖는 링 형상으로 제공될 수 있다.
반사 플레이트(260)는 가열기(252)와 척 스테이지(210) 사이에 제공된다. 반사 플레이트(260)는 램프(252)들에서 발생되는 열을 상부로 전달할 수 있다. 반사 플레이트(260)는 회전부(230)의 중앙 공간에 관통하여 설치되는 노즐 몸체에 지지될 수 있다. 반사 플레이트(260)은 내측단에 하측으로 연장되어 형성된다. 반사 플레이트(260)는 회전부(230)에 베어링을 통해 지지되는 지지단을 포함한다. 반사 플레이트(260)는 척 스테이지(210)와 함께 회전되지 않는 고정식으로 제공된다.
도시하지 않았지만, 반사 플레이트(260)는 방열을 위한 목적으로 쿨링핀들이 설치될 수 있다. 반사 플레이트(260)의 발열을 억제하기 위해 냉각 가스가 반사 플레이트(260) 저면을 흐르도록 구성될 수 있다.
온도센서 어셈블리(270)는 각 램프(252)들의 온도를 개별적으로 제어한다. 온도센서 어셈블리(270)는 반사 플레이트(260)에 설치될 수 있다. 일 예로, 온도센서 어셈블리(270)들은 램프(252)들 각각의 온도를 측정하기 위해 반사 플레이트(260)의 일직선 상에 일렬로 설치된다.
제어기(280)는 가열 유닛(250)을 제어한다. 제어기(280)는 복수 개의 가열기(252a.252b,252c)를 각각 제어할 수 있다. 제어기(280)는 제 1 모드 및 제 2 모드를 포함한다. 제 1 모드는, 제어기(280)가 복수 개의 영역(Z1,Z2,Z3)이 각각 목표 온도에 도달할 때까지 복수 개의 가열기(252a.252b,252c)를 제어하는 모드이다. 제 2 모드는, 제어기(280)가 복수 개의 영역(Z1,Z2,Z3)이 각각 목표 온도에 도달한 이후의 가열기(252)를 제어하는 모드이다. 제 1 모드일 때, 제어기(280)는 복수 개의 가열기(252a.252b,252c)를 함께 제어한다. 제어기(280)는 복수 개의 가열기(252a.252b,252c)의 전력을 서로 상이하게 제공한다. 일 예로, 중앙 영역에 제공하는 전력은 가장자리 영역에 제공되는 전력보다 크게 제공된다. 보다 구체적으로, 제 1 모드일 때, 제 1 가열기(252a)에 제공하는 전력(P1), 제 2 가열기(252b)에 제공하는 전력(P2), 그리고 제 3 가열기(252c)에 제공하는 전력(P3)은 순차적으로 크게 제공된다. 이후, 제 2 모드에 도달하면, 제어기(280)는 복수 개의 가열기(252a.252b,252c)를 서로 독립적으로 제어한다. 일 예로, 제어기(280)는 복수 개의 가열기(252a.252b,252c)를 각각 피드 제어 방식(PID control; Proportional Integral Derivative Control)으로 제어할 수 있다.
도 6은 도 4의 가열 유닛을 종래의 기판 처리 방법에 따라 제어하는 모습을 보여주는 도면이다. 도 7은 도 4의 가열 유닛을 본 발명의 일 실시예에 따라 제어하는 모습을 보여주는 도면이다. 도 8은 제어기(280)가 제 1 가열기(252a)를 제어하는 과정을 보여주는 도면이다. 도 9는 제어기(280)가 제 2 가열기(252b)를 제어하는 과정을 보여주는 도면이다. 도 10은 제어기(280)가 제 3 가열기(252c)를 제어하는 과정을 보여주는 도면이다. 이하, 도 7 내지 도 10을 이용하여 제어기(280)가 온도를 제어하는 과정을 설명한다.
도 4의 가열 유닛(250)을 종래의 일 방법으로 가열하면, 복수 개의 가열기(252a.252b,252c) 각각은 모두 동일한 목표 온도(SV)에 도달하기 위해 각각 동일한 전력값(P)을 공급받는다. 그러나 이러한 경우, 제 1 가열기(252a), 제 2 가열기(252b), 그리고 제 3 가열기(252c)의 단위면적당 열전달량이 상이하여, 각각의 온도 상승률에 차이가 난다. 또한, 복수 개의 가열기(252a.252b,252c)를 제어하면, 각각의 가열기(252)는 상호 커플링 효과가 일어난다. 따라서, 이는 기판 전체에 영향을 주는 간섭이 일어나, 온도센서별로 센서값이 상이하게 된다. 일 예로, 도 6을 참조하면, 제 1 영역(Z1)이 목표 온도(SV)에 도달하여 제 1 가열기(252a)의 공급전력을 제어하더라도, 제 2 영역(Z2) 및 제 3 영역(Z3) 각각은 목표 온도(SV)에 도달하기 위해 가열된다. 따라서, 제 1 영역(Z1)은 제 1 영역(Z1)을 감싸도록 제공되는 제 2 영역(Z2)의 영향을 받는다. 따라서, 제 1 영역(Z1)의 온도는 목표 온도(SV)를 넘는 헌팅 현상이 발생한다. 또한, 제 2 영역(Z2)이 목표 온도(SV)에 도달하여 제 2 가열기(252b)의 공급전력을 제어하더라도, 제 3 영역(Z3)은 목표 온도(SV)에 도달하기 위해 가열된다. 따라서, 제 2 영역(Z2)은 제 2 영역(Z2)을 감싸도록 제공되는 제 3 영역(Z3)의 영향을 받는다. 따라서, 제 2 영역(Z2)의 온도는 목표 온도(SV)를 넘는 헌팅 현상이 발생한다. 이로 인해, 기판의 온도 안정화 시간이 많이 소요되고, 헌팅 현상이 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 방법에 의하면, 도 7을 참조하면, 제 1 모드일 때, 제 1 가열기(252a), 제 2 가열기(252b), 그리고 제 3 가열기(252c)의 소비 전력량(P1,P2,P3)을 서로 상이하게 제공한다. 일 예로, 도 7과 같이, 제 1 가열기(252a), 제 2 가열기(252b), 그리고 제 3 가열기(252c)의 소비 전력량이 순차적으로 작게 제공될 수 있다. 일 예로, 승온율이 가장 낮은 가열기에 맞추어, 나머지 가열기들의 승온율을 제한하여 공급할 수 있다. 따라서, 복수 개의 가열기(252a.252b,252c) 간의 간섭으로 인한 헌팅을 방지할 수 있다. 또한, 기판의 온도 안정화 시간이 줄어들게 된다.
제어기(280)는, 사전 설정된 매뉴얼 밸류(Manual Value) 출력과, 가열유닛(250)이 실시간으로 측정하는 파라미터(X=PV/SV) 값을 비교하여 제 1 모드와 제 2 모드 중 선택하여 제어한다. 제 1 모드일 때, 복수 개의 가열기(252a.252b,252c)간의 사전 데이터 오차값을 비교하여, 출력값을 설정한다. 일 예로, 피드 포워드(Feed Forward) 방식으로 사전 데이터를 분석할 수 있다. 이후, 목표 온도(SV)에 도달한 후인 제 2 모드일 때는, 각각 가열기(252)의 피드 제어 방식(PID control; Proportional Integral Derivative Control)로 전환할 수 있다. 또한, 제 2 가열기(252b)의 출력을 제 1 가열기(252a)의 출력과 비교하여, 제 1 영역(Z1)이 제 2 영역(Z2)에 의해 영향받지 않도록 제어할 수 있다. 또한, 제 3 가열기(252c)의 출력을 제 2 가열기(252b)의 출력과 비교하여, 제 2 영역(Z2)이 제 3 영역(Z3)에 의해 영향받지 않도록 제어할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에서는, 가열 영역이 3개인 것으로 설명하였으나, 이와 달리 다양한 개수의 가열 영역을 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서는 가열기가 링 형상의 램프로 제공된 것을 예로 들어 설명하였으나, 이와 달리, 다양한 형상으로 제공될 수 있고, 램프가 아닌 다른 가열 수단으로 제공될 수 있다. 또한, 본 발명은 식각 공정을 예로 들어 설명하였으나, 이에 국한되지 않고 가열 유닛을 포함하는 다양한 공정에 적용될 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.
[부호의 설명]
60: 기판 처리 장치
100: 처리 용기
200 : 지지 유닛
250 : 가열 유닛
252 : 가열기
252a : 제 1 가열기
252b : 제 2 가열기
252c : 제 3 가열기
260 : 반사 플레이트
270 : 온도센서 어셈블리
280: 제어기

Claims (14)

  1. 기판 처리 장치에 있어서:
    상부가 개방된 처리 공간을 가지는 용기;
    상기 처리 공간 내에 위치된 기판을 지지하고 회전 가능한 지지 유닛;
    상기 지지 유닛에 지지된 기판을 가열하는 가열 유닛;
    상기 지지 유닛에 놓인 기판으로 유체를 공급하는 유체 공급 유닛을 포함하되,
    상기 가열 유닛은,
    상기 지지 유닛의 복수 개의 영역에 각각 설치된 복수 개의 가열기; 및
    상기 복수 개의 가열기를 각각 제어하는 제어기를 포함하되,
    상기 제어기는 상기 복수 개의 영역이 각각 목표 온도에 도달할 때까지 상기 복수 개의 가열기를 제어하는 제 1 모드 및 상기 복수 개의 영역이 각각 목표 온도에 도달한 이후에 상기 복수 개의 가열기를 서로 독립적으로 제어하는 상기 제 1 모드와 상이한 제 2 모드를 포함하되,
    상기 제 1 모드는 복수 개의 상기 가열기 중 승온율이 가장 낮은 상기 가열기에 맞추어 나머지 상기 가열기들의 승온율을 제한하도록 상기 가열기들의 소비 전력량이 서로 상이하게 제어하는 기판 처리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수 개의 영역은,
    상기 지지 유닛과 동심으로 제공되는 원형의 중앙 영역; 및
    상기 중앙 영역과 동심으로 제공되는 링 형상의 가장자리 영역을 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가열기는 램프를 포함하되,
    상기 복수 개의 영역에 배치된 상기 램프들은 서로 동일한 간격으로 제공되는 기판 처리 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 램프들은 링 형상으로 제공되고, 상기 지지 유닛의 중심에서 서로 동심을 가지도록 배치되는 기판 처리 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어기는, 상기 제 1 모드일 때 상기 복수 개의 램프들의 전력을 서로 상이하게 제공하는 기판 처리 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 중앙 영역에 제공되는 전력은 상기 가장자리 영역에 제공되는 전력보다 크게 제공되는 기판 처리 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 모드일 때, 상기 제어기는 상기 복수 개의 램프들을 각각 피드 제어 방식(PID control)으로 가열하는 기판 처리 장치.
  8. 기판을 처리하는 방법에 있어서, 지지 유닛의 복수 개의 영역에 각각 설치된 복수 개의 가열기를 이용하여 상기 지지 유닛에 지지된 기판을 균일하게 가열하되, 상기 복수 개의 영역이 각각 목표 온도에 도달할 때까지는 상기 복수 개의 가열기를 제 1 모드로 제어하고, 상기 복수 개의 영역이 각각 목표 온도에 도달한 이후에는 서로 독립적으로 상기 복수 개의 가열기를 상기 제 1 모드와 상이한 제 2 모드로 제어하되,
    상기 제 1 모드는 복수 개의 상기 가열기 중 승온율이 가장 낮은 상기 가열기에 맞추어 나머지 상기 가열기들의 승온율을 제한하도록 상기 가열기들의 소비 전력량이 서로 상이하게 제어하는 기판 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 복수 개의 영역은, 상기 지지 유닛과 동심으로 제공되는 원형의 중앙 영역 및 상기 중앙 영역과 동심으로 제공되는 링 형상의 가장자리 영역을 포함하는 기판 처리 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가열기는 램프를 포함하되, 상기 복수 개의 영역에 배치된 상기 램프들은 서로 동일한 간격으로 제공되는 기판 처리 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 램프들은 링 형상으로 제공되고, 상기 지지 유닛의 중심에서 서로 동심을 가지도록 배치되는 기판 처리 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 모드일 때, 상기 복수 개의 램프들의 전력을 서로 상이하게 제공하는 기판 처리 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 중앙 영역에 제공되는 전력은 상기 가장자리 영역에 제공되는 전력보다 큰 기판 처리 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 모드일 때, 상기 복수 개의 램프들을 각각 피드 제어 방식(PID control)으로 가열하는 기판 처리 방법.



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