KR101398050B1 - 냉각 장치, 이를 구비하는 원료 공급 장치 및 기판 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각 장치, 이를 구비하는 원료 공급 장치 및 기판 처리 장치에 관한 것으로, 적어도 하나의 냉각 플레이트와, 상기 냉각 플레이트와 연결되어 냉매를 공급하는 냉각 라인과, 상기 냉각 라인과 접촉되어 상기 냉매의 온도를 조절하는 열교환부를 포함하는 냉각 장치, 이를 구비하는 원료 공급 장치 및 기판 처리 장치가 제시된다.

Description

냉각 장치, 이를 구비하는 원료 공급 장치 및 기판 처리 장치{Cooling apparatus and source aupplying apparatus and substrate processing apparatus having the same}

본 발명은 냉각 장치에 관한 것으로, 특히 유량 제어기를 냉각시킬 수 있는 냉각 장치, 이를 구비하는 원료 공급 장치 및 기판 처리 장치에 관한 것이다.

반도체 공정을 이용하는 반도체 소자, 디스플레이, 발광 소자, 태양 전지 등은 기판 상에 소정의 박막을 증착한 후 사진 및 식각 공정으로 패터닝하고, 세정하는 공정을 반복하여 소정의 패턴의 박막을 형성하고, 복수 적층하여 해당 소자를 제조한다. 그런데, 소자가 고집적화되면서 소정의 박막을 형성하기 위한 원료 물질로 액체 상태의 원료를 이용하고 있다. 액체 원료는 기화되어 기체 상태로 공정 챔버에 공급되는데, 이를 위해 복수의 열원 장치가 이용될 수 있다. 예를 들어, 액체 원료를 기화시키기 위한 기화기와, 기체 원료가 공급되는 공급 라인을 기화 온도로 유지하기 위한 히팅 자켓 등이 이용될 수 있다. 따라서, 반도체 제조 장치는 대기 상태보다 높은 약 50∼60℃ 정도의 온도를 유지하게 된다.

한편, 액체 원료는 예를 들어 박막의 증착 두께, 공정 시간 등에 따라 설정된 시간에 설정된 양이 공급되어야 한다. 이러한 공급량을 정밀하게 제어하기 위해 유량 제어기가 이용된다. 유량 제어기는 액체 원료의 양을 제어하기 위한 액체 원료 유량 제어기와 기체 원료의 양을 제어하기 위한 기체 원료 유량 제어기를 포함한다. 액체 원료는 액체 원료 유량 제어기를 통해 공급량이 정밀 제어된 후 기화기를 통해 기화되어 반응 챔버로 공급된다. 유량 제어기는 전자 장치 및 센서 등을 포함하여 구성되며, 통상 35℃ 이하의 온도에서 정상 동작을 한다. 그런데, 기화기의 열에 의해 주변 온도가 상승하게 되고, 그에 따라 유량 제어기의 온도 또한 상승하게 된다. 유량 제어기의 온도가 상승하면 유량 제어기 내의 전자 장치 및 센서 등이 온도의 영향을 받아 오동작하게 된다. 유량 제어기가 오동작하면 정밀한 유량 제어가 어렵고, 그에 따라 박막의 막질 특성 및 공정 재현성에 문제가 발생할 수 있다.

한편, 한국등록특허 제10-1103297호에는 유량 제어기 전단의 원료 공급 라인의 온도를 조절하는 온도 조절 수단이 마련된 원료 공급 유닛 및 이를 구비하는 기판 처리 장치가 제시되어 있다.

본 발명은 유량 제어기의 온도 상승에 의한 오동작을 방지할 수 있는 냉각 장치, 이를 구비하는 원료 공급 장치 및 기판 처리 장치를 제공한다.

본 발명은 주변 온도에 영향을 받지 않도록 유량 제어기를 냉각시킬 수 있는 냉각 장치, 이를 구비하는 원료 공급 장치 및 기판 처리 장치를 제공한다.

본 발명의 일 양태에 따른 냉각 장치는 적어도 하나의 냉각 플레이트; 상기 냉각 플레이트와 연결되어 냉매를 공급하는 냉각 라인; 및 상기 냉각 라인과 접촉되어 상기 냉매의 온도를 조절하는 열교환부를 포함한다.

상기 냉각 플레이트는 상기 냉매가 유입되는 유입구와, 상기 냉매가 배출되는 배출구와, 상기 유입구와 배출구 사이에 마련되어 상기 냉매가 유동하는 유로를 포함한다.

서로 대향 배치되며, 마주보는 면이 냉각 대상에 각각 접촉되어 마련된 제 1 및 제 2 냉각 플레이트를 포함하고, 상기 냉매가 상기 제 1 냉각 플레이트를 통해 상기 제 2 냉각 플레이트로 공급된다.

상기 열교환부는 열전 소자와, 상기 열전 소자의 동작에 따라 각각 흡열 및 발열되는 흡열부 및 발열부를 포함한다.

상기 제 1 냉각 플레이트와 연결된 상기 냉각 라인은 상기 흡열부와 접촉되고, 상기 제 2 냉각 플레이트와 연결된 상기 냉각 라인은 상기 발열부와 접촉된다.

상기 제 1 냉각 플레이트로 공급되는 상기 냉매는 상기 흡열부를 통해 온도가 제어되고, 상기 제 2 냉각 플레이트로부터 배출되는 냉매는 상기 발열부의 온도를 흡수한다.

본 발명의 다른 양태에 따른 원료 공급 장치는 원료의 공급량을 제어하는 적어도 하나의 유량 제어기; 상기 적어도 하나의 유량 제어기를 냉각시키는 냉각기를 포함하고, 상기 냉각기는 상기 적어도 하나의 유량 제어기에 접촉되는 적어도 하나의 냉각 플레이트와, 상기 냉각 플레이트와 연결되어 냉매를 공급하는 냉각 라인과, 상기 냉각 라인과 접촉되어 상기 냉매의 온도를 조절하는 열교환부를 포함한다.

상기 적어도 하나의 유량 제어기의 적어도 일측에 상기 유량 제어기와 이격되어 마련된 적어도 하나의 밸브를 더 포함한다.

상기 냉각 플레이트는 상기 적어도 하나의 유량 제어기와 밸브 사이에 마련된다.

본 발명의 또다른 양태에 따른 기판 처리 장치는 적어도 하나의 원료를 공급하는 원료 공급 수단; 상기 원료의 공급량을 제어하는 적어도 하나의 유량 제어기; 상기 유량 제어기를 통해 공급되는 원료를 공정 챔버의 기판 상에 분사하는 원료 분사부; 및 상기 적어도 하나의 유량 제어기를 냉각시키는 냉각기를 포함하고, 상기 냉각 장치는 상기 적어도 하나의 유량 제어기에 접촉되는 적어도 하나의 냉각 플레이트와, 상기 냉각 플레이트와 연결되어 냉매를 공급하는 냉각 라인과, 상기 냉각 라인과 접촉되어 상기 냉매의 온도를 조절하는 열교환부를 포함한다.

상기 유량 제어기는 액체 원료 유량 제어기 및 기체 원료 유량 제어기를 포함한다.

상기 액체 원료 유량 제어기와 상기 원료 분사부 사이에 마련된 기화기를 더 포함한다.

본 발명의 실시 예들에 따른 냉각 장치는 적어도 하나의 유량 제어기를 포함하는 냉각 대상에 접촉되도록 적어도 하나의 냉각 플레이트가 마련되고, 열교환부를 이용하여 냉각 플레이트에 공급되는 냉매의 온도를 조절한다. 따라서, 적어도 하나의 유량 제어기의 온도 상승을 억제하여 유량 제어기의 온도 상승에 의한 오동작을 방지할 수 있다.

또한, 열교환부는 흡열부 및 발열부를 포함하고, 흡열부를 이용하여 냉각 플레이트에 공급되는 냉매의 온도를 조절하며, 냉각 플레이트를 통과한 냉매가 발열부를 통과하도록 함으로써 발열부의 열을 흡수한다. 따라서, 발열부의 열에 의해 흡열부의 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있어 냉매를 원하는 온도로 유지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각 장치의 구성도.
도 2는 본 발명의 냉각 장치가 적용되는 가스 캐비넷의 개략도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 냉각 장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 냉각 장치에 이용되는 냉각 플레이트의 개략도.
도 5는 냉각 장치에 이용되는 열교환부의 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각 장치를 포함하는 기판 처리 장치의 개략도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각 장치의 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 냉각 장치가 적용되는 가스 캐비넷의 개략도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 냉각 장치의 블록도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 냉각 장치에 이용되는 냉각 플레이트의 개략도이며, 도 5는 냉각 장치에 이용되는 열교환부의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각 장치는 냉각 대상, 예를 들어 적어도 하나의 유량 제어기(10)에 주변에 마련된 적어도 하나의 냉각 플레이트(110, 120)와, 냉매를 공급하는 냉매 공급부(130)와, 냉매 공급부(130)와 적어도 하나의 냉각 플레이트(110, 120) 사이에 마련되어 냉매의 온도를 조절하는 열교환부(140)를 포함한다. 또한, 냉매 공급부(130), 열교환부(140), 그리고 적어도 하나의 냉각 플레이트(110, 120)를 연결하며 냉매가 유동하는 냉각 라인(150)을 더 포함한다. 그리고, 열교환부(140)의 전원 및 구동을 제어하는 제어부(160)와, 냉매 공급부(130)로부터 공급되는 냉매의 양 및 압력을 조절하기 위한 유량 조절기(미도시) 및 압력 조절기(미도시)를 더 포함할 수 있다.

냉각 플레이트(110, 120)는 냉각 대상의 적어도 일측에 마련될 수 있는데, 바람직하게는 냉각 대상의 일측 및 타측에 각각 마련될 수 있다. 냉각 대상은 주변의 온도에 의해 온도가 상승할 수 있는 예를 들어 적어도 하나의 유량 제어기(10)를 포함할 수 있다. 유량 제어기(10)는 액체 원료의 양을 제어하기 위한 액체 원료 유량 제어기와 기체 원료의 양을 제어하기 위한 기체 원료 유량 제어기를 포함할 수 있다. 이러한 유량 제어기(10)는 하나의 원료 공급부와 연결된 하나의 유량 제어기일 수 있고, 복수의 원료 공급부와 각각 연결된 복수의 유량 제어기일 수 있다. 또한, 적어도 하나의 유량 제어기(10)는 가스 캐비넷에 마련될 수 있는데, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 원료 공급 라인(20)이 마련되고, 다수의 원료 라인(20)에 각각 연결되는 복수의 밸브(30) 및 유량 제어기(10)가 일 패널(40)에 마련될 수도 있다. 복수의 유량 제어기(10)는 소정 간격 이격되어 배치되고, 복수의 유량 제어기(10)의 일측면 및 타측면과 이격되거나 접촉되도록 냉각 플레이트(110, 120)가 마련될 수 있다. 즉, 유량 제어기(10)의 상승 온도, 냉매의 온도 등을 고려하여 냉각 플레이트(110, 120)를 복수의 유량 제어기(10)와 이격되도록 마련하거나, 접촉하도록 마련할 수 있다. 예를 들어, 5개의 유량 제어기(10)가 일 방향으로 소정 간격 이격되어 마련되고, 냉각 플레이트(110, 120)는 복수의 유량 제어기(10)의 일측면 및 타측면에 각각 접촉되도록 일 방향으로 마련될 수 있다. 따라서, 냉각 플레이트(110, 120)는 복수의 유량 제어기(10)의 측면의 넓이 및 간격과 적어도 같은 면적을 갖도록 마련된다. 한편, 냉각 플레이트(110, 120)는 복수의 유량 제어기(10) 중에서 선택된 유량 제어기(10)에 마련될 수도 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 5개의 유량 제어기(10) 중에서 3개의 유량 제어기(10)에만 냉각 플레이트(110a, 110b, 120a, 120b)가 마련될 수 있다. 물론, 복수의 유량 제어기(10) 각각에 냉각 플레이트(110, 120)가 마련될 수도 있다. 냉각 플레이트(110, 120)는 냉각 용량 등을 고려하여 다양한 크기 및 형태로 제작될 수 있는데, 예를 들어 직육면체 형상을 가질 수 있다. 즉, 서로 대향되는 직사각형의 두 평판과, 두 평판의 가장자리에 이들 사이의 영역을 밀폐하는 측면판을 포함하여 직육면체 형상을 가질 수 있다. 또한, 냉각 플레이트(110, 120)는 도 4에 도시된 바와 같이 일측에 유입구(111)가 마련되고 이와 대향되는 타측에 배출구(112)가 마련될 수 있다. 여기서, 제 1 및 제 2 냉각 플레이트(110, 120)는 동일 형상을 가질 수 있으며, 그에 따라 제 1 냉각 플레이트(110)의 형상만을 설명하겠다. 유입구(111) 및 배출구(112)는 복수의 유량 제어기(10)가 배치된 일 방향과 동일 방향으로 서로 대향되는 두 측면판의 소정 영역에 형성될 수 있다. 이때, 유입구(111)와 배출구(112)는 동일 높이에 형성될 수도 있고, 서로 다른 높이로 형성될 수도 있는데, 예를 들어, 유입구(111)가 배출구(112)보다 낮은 위치에 형성될 수도 있다. 그러나, 제 2 냉각 플레이트(120)는 유입구가 배출구보다 높은 위치에 형성될 수 있다. 이는 제 2 냉각 플레이트(120)의 유입구가 제 1 냉각 플레이트(110)의 배출구(112)와 연결되어 제 1 냉각 플레이트(110)를 통해 냉매를 공급받기 때문이다. 또한, 냉각 플레이트(110, 120)는 내부에 유입구(111)과 배출구(112)를 연결하여 냉매가 유동하는 유로(113)가 형성될 수 있다. 유로(113)는 열교환 면적을 효율적으로 늘리기 위하여 다양한 형상을 가질 수 있다. 즉, 냉각 프레이트(110, 120)의 높이 등에 따라 직선 형상을 가질 수 있고, 미엔더(meander) 라인 또는 스파이럴(spiral) 라인 등의 형상을 가질 수 있다. 또한, 유입구(111)와 배출구(112) 내주면에는 냉각 라인(150)의 연결 작업을 용이하도록 하기 위해 나선부(미도시)가 각각 형성될 수도 있다. 한편, 냉각 플레이트(110, 120)는 외형을 이루는 본체가 열전도율이 높은 금속, 예를 들어 알루미늄으로 제작될 수 있다. 또한, 유로(113)는 냉각 플레이트(110, 120)를 가공하여 형성할 수 있다. 냉각 플레이트(110, 120)의 본체가 알루미늄 등의 열전도율이 높은 금속으로 제작되므로 열교환 효율이 높아질 수 있다.

냉매 공급부(130)는 냉각 라인(150)을 통해 냉매를 공급한다. 냉매로는 에어 등의 기체를 이용할 수 있으나, 냉각수 등의 액체를 이용할 수도 있다. 이러한 냉매 공급부(130)로부터 공급되는 냉매는 순환 또는 배기될 수 있다. 또한, 냉매 공급부(130)로부터 공급되는 냉매의 양 및 압력을 조절하기 위해 냉매 공급부(130)와 열교환부(140) 사이의 냉각 라인(150)에 유량 조절기(미도시) 및 압력 조절기(미도시)가 더 마련될 수 있다.

열교환부(140)는 냉매 공급부(130)로부터 공급되는 냉매의 온도를 조절하기 위해 마련된다. 열교환부(140)는 전기 저항의 온도 변화를 이용한 서미스터(Thermistor), 전류에 의해 흡열 및 발열이 발생되는 현상인 펠티에 효과(Peltier Effect)를 이용한 열전 소자 등이 있다. 본 발명은 열교환부(140)로서 펠티에 효과를 이용한 열전 소자(142)를 이용하며, 이러한 열전 소자는 2종류의 금속 끝을 접속시키고 여기에 전류를 흘려보내면 전류 방향에 따라 일 단자는 흡열하고, 타 단자는 발열을 일으키는 현상을 이용한다. 이때, 2종류의 금속 대신 전기 전도 방식이 다른 비스무트(Bi), 텔루르(Te) 등 반도체를 사용하면, 효율성 높은 흡열, 발열 작용을 하는 펠티에 소자를 얻을 수 있다. 열교환부(140)는 2종류의 금속이 각각 흡열부(144)와 발열부(146)의 기능을 수행하며, 열전 소자(142)에 전원이 공급되면 흡열부(144)로부터 발열부(146)로 열에너지의 유동이 일어나고, 흡열부(144)는 일정 온도 이하로 냉각된다. 그러나, 본 발명은 발열부(146)의 온도에 의해 흡열부(144)의 온도가 상승할 수 있고, 이를 방지하기 위해 냉각 라인(150)이 발열부(146)를 통과함으로써 발열부(146)의 열을 흡수할 수 있다. 즉, 열교환부(140)는 냉매 공급부(130)로부터 냉매가 공급되는 냉각 라인(150)과 접촉되어 흡열부(144)가 마련되어 냉매의 온도를 더 낮게 조절할 수 있고, 냉매 공급부(130)로 냉매가 유입되는 냉각 라인(150)과 접촉되어 발열부(146)가 마련되어 냉매가 발열부(146)의 온도를 흡수할 수 있다. 이러한 열전 소자는 도 5에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 이격 배치된 흡열부(144) 및 발열부(146)와, 이들 사이에 마련된 열전 소자(142)를 포함할 수 있다. 열전 소자(142)는 흡열부(144)의 하부에 형성된 상부 절연체(142a-1)와, 발열부(146) 상부에 형성된 하부 절연체(142a-2)와, 상부 절연체(142a-1)의 하부에서 일정 거리 이격되도록 형성된 복수의 상부 도전체(142b-1)와, 하부 절연체(142a-2)의 상부에서 일정 거리 이격되도록 형성된 복수의 하부 도전체(142b-2)와, 상부 도전체(142b-1)와 하부 도전체(142b-2) 사이에서 교대로 직렬 연결된 n형 반도체(142c-1) 및 p형 반도체(142c-2)를 포함한다. 또한, n형 반도체(142c-1)와 접속된 하부 도전체(142b-2)의 일단과 연결된 제 1 단자(142d-1)와, p형 반도체(142c-2)와 접속된 하부 도전체(142b-2)의 일단과 연결된 제 2 단자(142d-2), 제 1 단자(142d-1)와 제 2 단자(142d-2) 각각에 전원을 공급하는 전원 공급부(142e)를 포함한다. 여기서, 전원 공급부(142e)는 제어부(160)에 포함될 수 있다. 이러한 열전 소자(142)의 동작을 간략히 설명하면 다음과 같다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 단자(142d-1)가 양극에 연결되고, 제 2 단자(142d-2)가 음극에 연결되어 있을 때 전원 공급부(142e)를 통해 제 1 단자(142d-1) 및 제 2 단자(142d-2)에 전원을 인가하면, 전류는 시계 방향으로 흐르고 전자는 반시계 방향으로 흐른다. 이때, n형 반도체(142c-1)의 운반자인 전자는 전류의 반대 방향으로 흐르게 되고, 이에 흡열부(144)에서 발열부(146) 쪽으로 열을 전달하게 된다. 따라서, 흡열부(144) 주위에서 열을 흡수하는 흡열 현상이 발생되고 반대로 발열부(146) 주의에서는 발열 현상이 발생된다. 물론, 전원의 극성을 반대로 연결하면 이와 반대의 경우도 가능하다.

냉각 라인(150)은 냉매 공급부(130), 열교환부(140), 그리고 제 1 및 제 2 냉각 플레이트(110, 120)를 연결하며 냉매가 유동된다. 즉, 냉각 라인(150)은 냉매 공급부(130)로부터 열교환부(140)의 흡열부(142)를 통해 제 1 냉각 플레이트(110)에 연결된다. 또한, 냉각 라인(150)은 제 1 냉각 플레이트(110)의 배출구(112)와 제 2 냉각 플레이트(120)의 유입구에 연결된다. 그리고, 제 2 냉각 플레이트(120)의 배출구로부터 열교환부(140)의 발열부(144)를 통해 냉매 공급부(130)에 연결된다. 따라서, 냉매 공급부(130)로부터 공급된 냉매는 열교환부(140)의 흡열부(142)를 통해 냉매의 온도가 낮아져 제 1 및 제 2 냉각 플레이트(110, 120)로 공급되고, 제 2 냉각 플레이트(120)를 지난 냉매는 열교환부(140)의 발열부(144)를 지나면서 발열부(144)의 열을 흡수하여 냉매 공급부(130)로 저장된다. 한편, 냉매는 냉매 공급부(130)를 거치지 않고 순환할 수도 있다. 즉, 냉매 공급부(130)와 흡열부(144) 사이 및 발열부(146)와 냉매 공급부(130) 사이의 냉각 라인(150)의 일 부분을 서로 연결하도록 냉각 라인(150)이 마련됨으로써 냉매가 열교환부(140)를 순환할 수 있다. 이때, 냉매 공급부(130)와 흡열부(144), 그리고 냉매 공급부(130)와 발열부(146)에 밸브(미도시)를 마련하여 냉매 공급부(130)로 통하는 냉각 라인(150)을 차단할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 실시 예들에 따른 냉각 장치는 적어도 하나의 유량 제어기(10)에 접촉되도록 적어도 하나의 냉각 플레이트(110, 120)가 마련되고, 열교환부(140)를 이용하여 냉각 플레이트(110, 120)에 공급되는 냉매의 온도를 조절한다. 따라서, 적어도 하나의 유량 제어기(10)의 온도를 낮춰 유량 제어기(10)의 온도 상승에 의한 오동작을 방지할 수 있다. 또한, 열교환부(140)는 흡열부(144)와 발열부(146)를 포함하고, 흡열부(144)를 이용하여 냉각 플레이트(110, 120)에 공급되는 냉매의 온도를 조절하며, 냉매가 발열부(146)를 통과하도록 함으로써 발열부(146)의 열을 흡수한다. 따라서, 발열부(146)의 열에 의해 흡열부(144)의 온도가 상승하는 것을 방지할 수 있어 냉매를 원하는 온도로 유지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉각 장치를 포함하는 기판 처리 장치의 개략도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기판 처리 장치는 내부 공간을 가지는 공정 챔버(200)와, 공정 챔버(200) 내의 하측에 마련되어 기판(S)이 안치되는 기판 지지부(300)와, 공정 챔버(200) 내의 상측에 기판 지지부(300)와 대향되어 마련되는 원료 분사부(400)와, 공정 챔버(200) 내로 기화된 원료를 공급하는 원료 공급부(500)와, 공정 챔버(100) 내로 반응 가스를 공급하는 반응 가스 공급부(600)와, 공정 챔버(100) 내로 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부(700)를 포함한다. 또한, 원료 공급부(500)의 예를 들어 유량 제어기(520)를 냉각시키기 위한 냉각 장치(100)를 포함한다.

공정 챔버(200)는 내부 공간을 갖는 챔버 몸체(미도시)와, 챔버 몸체에 착탈 가능하도록 결합되어 반응 공간을 밀봉시키는 챔버 리드(미도시)를 구비할 수 있다. 챔버 몸체는 상부가 개방된 통 형상으로 제작되고, 챔버 리드는 챔버 몸체의 상부를 차폐하는 판 형상으로 제작된다. 이러한 공정 챔버(200)는 사각의 통 형상으로 제작될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 기판(S)의 형상에 대응되도록 제작할 수도 있다. 챔버 리드의 중앙부에는 연결 구멍(미도시)이 형성되어 가스 공급관이 연결될 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 챔버 몸체와 챔버 리드의 결합면에는 오링 또는 가스켓과 같은 별도의 밀봉 부재가 마련될 수 있고, 챔버 몸체와 챔버 리드를 결합 고정시키는 별도의 고정 부재가 더 구비될 수도 있다. 그리고, 챔버 몸체의 일측에는 기판(S)이 출입하는 출입구가 마련되고, 내부 공간을 배기하는 배기 수단이 접속된다. 물론 이에 한정되지 않고, 다양한 구조의 공정 챔버(200)가 이용될 수 있는데, 예를 들어, 챔버 리드와 챔버 몸체가 단일화된 단일 공정 챔버가 이용될 수 있고, 챔버 리드가 챔버 몸체의 하부에 마련된 공정 챔버 등이 이용될 수도 있다.

기판 지지부(300)는 기판(S)을 지지하는 기판 지지대(미도시)와, 기판 지지대를 승강시키는 구동부(미도시)와, 구동부와 기판 지지대 사이를 연결하는 연결축(미도시)을 포함할 수 있다. 또한, 도시되지 않았지만, 기판(S)의 로딩 및 언로딩을 위한 복수의 리프트 핀부를 더 포함할 수 있다. 기판 지지대 상에는 적어도 하나의 기판(S)이 마련된다. 기판(S)은 대략 직사각형의 판 형상으로 마련될 수 있고, 원형으로 마련될 수도 있다. 즉, 직사각형의 판 형상의 기판(S)은 LCD 등의 평판 표시 장치, 태양 전지 등의 제조에 이용되는 유리 기판을 포함할 수 있고, 원형의 기판(S)은 반도체 메모리 또는 발광 소자의 제조에 이용되는 실리콘 웨이퍼 또는 사파이어 웨이퍼 등을 포함할 수 있다. 한편, 기판 지지대는 기판(S)의 형상으로 제작될 수 있는데, 기판(S)의 형상에 따라 원형 또는 대략 직사각형의 형상을 가질 수 있다. 물론, 기판 지지대는 기판(S)의 형상과 일치하지 않는 형상을 가질 수도 있다. 기판 지지대는 그 내부에 기판(S)을 가열 및 냉각하는 온도 조절 수단(미도시)을 구비할 수 있다. 이에 따라 기판(S)을 공정 온도로 가열할 수 있다. 즉, 온도 조절 수단을 이용하여 기판 지지대를 가열함으로써 기판(S)을 소정 온도로 가열하고, 가열된 기판(S) 상에 소정 박막을 형성할 수 있다. 한편, 기판 지지대는 구동부에 의해 상승 및 하강하고, 회전할 수 있다. 이를 통해 기판(S)의 공정 위치를 설정할 수 있고, 기판(S)의 로딩 및 언로딩을 용이하게 수행할 수도 있다. 이때, 구동부로 모터를 구비하는 스테이지를 사용할 수 있다. 그리고, 구동부는 공정 챔버(100)의 외측에 마련되는 것이 효과적인데, 이를 통해 구동부의 움직임에 의한 파티클 발생을 방지할 수 있다. 여기서, 연결축에 의해 구동부의 구동력(상승 및 하강력 그리고 회전력)이 기판 지지대에 전달된다. 연결축은 공정 챔버(200)의 바닥면을 관통하여 기판 지지대에 접속된다. 이때, 연결축이 관통하는 공정 챔버(200)의 관통홀 영역에는 공정 챔버(200)의 밀봉을 위한 밀봉 수단이 마련될 수 있다.

원료 분사부(400)는 공정 챔버(200) 내의 상부에 기판 지지부(300)와 대향하는 위치에 마련되며, 원료 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스 등의 공정 가스를 공정 챔버(200)의 하측으로 분사한다. 원료 분사부(400)는 기판(S)의 형상에 따라 예를 들어 원형으로 제작될 수 있으며, 내부에 소정의 공간이 마련되도록 제작된다. 이러한 원료 분사부(400)는 상부가 챔버 리드의 적어도 일부와 접촉되어 결합되고, 상부의 예를 들어 중앙부는 연결 구멍(미도시)아 마련되어 가스 공급관과 연결된다. 그리고, 원료 분사부(400)는 하부에 기판(S)에 공정 가스를 분사하기 위한 복수의 분사홀이 형성된다. 복수의 분사홀은 다양한 패턴으로 형성될 수 있는데, 기판(S) 상에 공정 가스가 균일하게 분사될 수 있는 패턴으로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 복수의 분사홀은 다양한 크기로 형성될 수 있는데, 원료 분사부(400)의 하부 중앙부는 홀의 크기를 줄이고 외곽으로 갈수록 홀의 크기를 증가시킬 수 있다. 이는 가스 공급관과 대응되는 중앙부가 더 많은 공정 가스를 분사할 수 있기 때문에 중앙부로부터 분사되는 공정 가스를 줄이고 외곽으로 갈수록 공정 가스의 분사량을 증가시켜 기판(S)의 전 영역에 균일한 양으로 공정 가스를 공급하기 위함이다. 뿐만 아니라, 복수의 분사홀을 동일한 크기로 형성할 수 있는데, 이 경우 중앙부에는 분사홀의 간격을 늘리고 외곽으로 갈수록 분사홀(310) 사이의 간격을 줄일 수 있다. 원료 분사부(400)를 통해 분사되는 공정 가스에 따라 공정 챔버(200) 내에서는 원자층 증착(ALD), 화학 기상 증착(CVD) 등의 공정이 실행될 수 있다. 즉, 원자층 증착의 경우 원료 분사부(400)를 통해 원료 가스, 퍼지 가스, 반응 가스 및 퍼지 가스가 순차적으로 공급되고, 화학 기상 증착의 경우 원료 가스와 반응 가스가 동시에 공급된 후 퍼지 가스가 공급될 수 있다.

원료 공급부(500)은 공정 챔버(200)로 박막 증착 원료 등의 원료 물질을 공급한다. 이러한 원료 공급부(500)은 적어도 하나의 액체 원료를 저장하는 원료 저장부(510a, 510b)를 포함하는 원료 공급 수단(510), 원료 공급 수단(510)과 이격 배치되어 액체 원료의 유량을 조절하는 유량 조절기(LMFC: Liquid Mass Flow Controller)(520), 유량 조절기(520)와 이격 배치되어 원료를 기화시키는 기화기(530), 일단이 원료 공급 수단(510)에 연결되고 타단이 유량 조절기(520)에 연결된 제 1 원료 공급 라인(541), 일단이 유량 조절기(520)에 연결되고 타단이 기화기(530)에 연결된 제 2 원료 공급 라인(542), 일단이 기화기(530)에 연결되고 타단이 공정 챔버(200)의 원료 분사부(400)와 연결된 제 3 원료 공급 라인(543)을 포함한다. 여기서, 원료 공급 수단(510)은 제 1 액체 원료가 저장된 제 1 원료 저장부(510a), 일단이 제 1 원료 저장부(510a)와 연결되고 타단이 제 1 원료 공급 라인(541)에 연결된 제 1 원료 공급관(510c), 제 2 액체 원료가 저장된 제 2 원료 저장부(510b), 일단이 제 2 원료 저장부(510b)와 연결되고 타단이 제 1 원료 공급 라인(541)에 연결된 제 2 원료 공급관(510d)을 포함한다. 또한, 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(541 내지 513)은 내부 공간이 마련된 파이프 형상으로 제작될 수 있고, 스테인레스 재질로 제작될 수 있다. 물론, 이에 한정되지 않고 열 전도율이 우수한 다양한 재료를 이용하여 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(541 내지 543)을 제작할 수 있다. 그리고, 제 1 원료 저장부(510a)에는 다양한 원료 물질이 저장될 수 있는데, 예를 들어 원자층 증착 공정을 이용하여 기판(S) 상에 ZrO₂ 박막을 형성하기 위한 TEMAZ(tetrakis methylethylamino zirconium)가 저장될 수 있고, 제 2 원료 저장부(510b)에는 기판(S) 처리 공정이 종료된 후 제 1 내지 제 3 원료 공급 라인(541 내지 543) 내부를 세정하기 위한 원료, 예를 들어 핵산 또는 에탄올과 같은 물질을 저장할 수 있다. 그러나, 원료 저장부(510a, 510b)은 적어도 둘 이상이 마련될 수 있으며, 일 공정 챔버(200)에서 복수의 박막을 증착하는 경우 복수의 원료가 각각 저장될 수 있다. 또한, 원료 공급관(510c)에는 제 1 밸브(V1)가 설치되어 제 1 원료 저장부(510a)와 제 1 원료 공급 라인(541) 간의 연통을 제어하고, 제 2 원료 공급관(510b)에는 제 2 밸브(V2)가 설치되어 제 2 원료 저장부(510b)와 제 2 원료 공급 라인(542) 간의 연통을 제어한다. 그리고, 제 2 원료 공급 라인(542)에는 제 3 밸브(V3)가 설치되어 유량 제어기(520)와 기화기(530) 간의 연통을 제어하고, 제 3 원료 공급 라인(543)에는 제 4 밸브(V4)가 설치되어 기화기(530)와 가스 분사기(400) 간의 연통을 제어한다. 유량 제어기(420)는 원료 공급 수단(510)과 이격되어 원료 공급 수단(510)으로부터 공급되는 원료의 유량을 제어한다. 유량 제어기(420)는 액체 원료의 양을 제어하기 위한 액체 원료 유량 제어기와 기체 원료의 양을 제어하기 위한 기체 원료 유량 제어기를 포함할 수 있는데, 본 실시 예는 액체 원료 유량 제어기를 설명한다. 또한, 기화기(430)의 열에 의해 유량 제어기(420)의 온도가 상승할 수 있고, 이를 방지하기 위해 냉각 장치를 마련한다. 냉각 장치는 적어도 하나의 유량 제어기(420)에 접촉되어 마련된 제 1 및 제 2 냉각 플레이트(110, 120)와, 냉매를 공급하는 냉매 공급부(130)와, 냉매 공급부(130)와 제 1 및 제 2 냉각 플레이트(110, 120) 사이에 마련되어 냉매의 온도를 조절하는 열교환부(140)를 포함한다. 또한, 냉매 공급부(130), 열교환부(140), 그리고 제 1 및 제 2 냉각 플레이트(110, 120)를 연결하며 냉매가 유동하는 냉각 라인(150)과, 열교환부(140)의 전원 및 구동을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

반응 가스 공급부(600)는 반응 가스가 저장된 반응 가스 저장부(610), 일단이 반응 가스 저장부(610)에 연결되고 타단이 공정 챔버(200)의 원료 분사부(400)에 연결된 반응 가스 공급관(620)을 포함한다. 또한, 반응 가스 공급관(620)에 제 5 밸브(V5)가 설치되어 반응 가스 저장부(610)와 원료 분사부(400) 간의 연통을 제어한다. 반응 가스는 형성하고자 하는 박막의 막질에 따라 다양한 물질이 이용될 수 있는데, 예를 들어 기판(S) 상에 ZrO2 박막을 형성하기 위해 반응 가스로 산소가 함유된 가스, 예를 들어 오존(O3)를 이용할 수 있다.

퍼지 가스 공급부(700)는 퍼지 가스가 저장된 퍼지 가스 저장부(710), 일단이 퍼지 가스 저장부(710)에 연결되고 타단이 공정 챔버(200)의 원료 분사부(400)에 연결된 퍼지 가스 공급관(720)을 포함한다. 또한, 퍼지 가스 공급관(720)에 제 6 밸브(V6)가 설치되어 퍼지 가스 저장부(710)와 원료 분사부(400) 간의 연통을 제어한다. 퍼지 가스로는 예를 들어 Ar 가스 등의 불활성 가스를 이용할 수 있다.

본 발명의 기술적 사상은 상기 실시 예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며, 그 제한을 위한 것이 아님을 주지해야 한다. 또한, 본 발명의 기술분야에서 당업자는 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

110, 120 : 냉각 플레이트 130 : 냉매 공급부
140 : 열교환부 142 : 열전 소자
144 : 흡열부 146 : 발열부
150 : 냉각 라인 160 : 제어부

Claims (12)

1. 서로 대향 배치되며, 마주보는 면이 냉각 대상에 각각 접촉되어 마련된 제 1 및 제 2 냉각 플레이트;
   상기 제 1 및 제 2 냉각 플레이트와 연결되어 상기 제 1 냉각 플레이트를 통해 상기 제 2 냉각 플레이트로 냉매를 공급하는 냉각 라인; 및
   상기 냉각 라인과 접촉되어 상기 냉매의 온도를 조절하는 열교환부를 포함하고,
   상기 열교환부는 열전 소자와, 상기 열전 소자의 동작에 따라 각각 흡열 및 발열되는 흡열부 및 발열부를 포함하며,
   상기 제 1 냉각 플레이트와 연결된 상기 냉각 라인은 상기 흡열부와 접촉되고, 상기 제 2 냉각 플레이트와 연결된 상기 냉각 라인은 상기 발열부와 접촉되는 냉각 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 냉각 플레이트는 상기 냉매가 유입되는 유입구와, 상기 냉매가 배출되는 배출구와, 상기 유입구와 배출구 사이에 마련되어 상기 냉매가 유동하는 유로를 포함하는 냉각 장치.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 냉각 플레이트로 공급되는 상기 냉매는 상기 흡열부를 통해 온도가 제어되고, 상기 제 2 냉각 플레이트로부터 배출되는 냉매는 상기 발열부의 온도를 흡수하는 냉각 장치.
   
7. 원료의 공급량을 제어하는 적어도 하나의 유량 제어기;
   상기 적어도 하나의 유량 제어기를 냉각시키는 냉각기를 포함하고,
   상기 냉각기는 서로 대향되며, 마주보는 면이 상기 적어도 하나의 유량 제어기에 각각 접촉되어 마련된 제 1 및 제 2 냉각 플레이트와,
   상기 제 1 및 제 2 냉각 플레이트와 연결되어 상기 제 1 냉각 플레이트를 통해 상기 제 2 냉각 플레이트로 냉매를 공급하는 냉각 라인과,
   상기 냉각 라인과 접촉되어 상기 냉매의 온도를 조절하는 열교환부를 포함하고,
   상기 열교환부는 열전 소자와, 상기 열전 소자의 동작에 따라 각각 흡열 및 발열되는 흡열부 및 발열부를 포함하며,
   상기 제 1 냉각 플레이트와 연결된 상기 냉각 라인은 상기 흡열부와 접촉되고, 상기 제 2 냉각 플레이트와 연결된 상기 냉각 라인은 상기 발열부와 접촉되는 원료 공급 장치.
   
8. 제 7 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 유량 제어기의 적어도 일측에 상기 유량 제어기와 이격되어 마련된 적어도 하나의 밸브를 더 포함하는 원료 공급 장치.
   
9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 냉각 플레이트는 상기 적어도 하나의 유량 제어기와 밸브 사이에 마련되는 원료 공급 장치.
   
10. 적어도 하나의 원료를 공급하는 원료 공급 수단;
    상기 원료의 공급량을 제어하는 적어도 하나의 유량 제어기;
    상기 유량 제어기를 통해 공급되는 원료를 공정 챔버의 기판 상에 분사하는 원료 분사부; 및
    상기 적어도 하나의 유량 제어기를 냉각시키는 냉각기를 포함하고,
    상기 냉각기는 서로 대향 배치되며, 마주보는 면이 상기 적어도 하나의 유량 제어기에 각각 접촉되어 마련된 제 1 및 제 2 냉각 플레이트와,
    상기 제 1 및 제 2 냉각 플레이트와 연결되어 상기 제 1 냉각 플레이트를 통해 상기 제 2 냉각 플레이트로 냉매를 공급하는 냉각 라인과,
    상기 냉각 라인과 접촉되어 상기 냉매의 온도를 조절하는 열교환부를 포함하고,
    상기 열교환부는 열전 소자와, 상기 열전 소자의 동작에 따라 각각 흡열 및 발열되는 흡열부 및 발열부를 포함하며,
    상기 제 1 냉각 플레이트와 연결된 상기 냉각 라인은 상기 흡열부와 접촉되고, 상기 제 2 냉각 플레이트와 연결된 상기 냉각 라인은 상기 발열부와 접촉되는 기판 처리 장치.
    
11. 제 10 항에 있어서, 상기 유량 제어기는 액체 원료 유량 제어기 및 기체 원료 유량 제어기를 포함하는 기판 처리 장치.
    
12. 제 11 항에 있어서, 상기 액체 원료 유량 제어기와 상기 원료 분사부 사이에 마련된 기화기를 더 포함하는 기판 처리 장치.

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