KR102102202B1 - 기판 처리 장치 및 시스템 - Google Patents

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cooling fluid
heating unit
cooling
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processing apparatus
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KR1020180135657A
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허필균
김도연
이충현
박현구
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세메스 주식회사
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Abstract

기판 처리 장치 및 시스템이 제공된다. 기판 처리 장치는 기판의 안착면을 제공하는 안착부와, 상기 안착부로 광을 조사하여 상기 안착부를 가열하는 가열부, 및 상기 가열부로 냉각 유체를 분사하여 상기 가열부를 냉각시키는 냉각부를 포함하되, 상기 냉각부는 상기 가열부를 향하여 냉각 유체가 분사되도록 하는 복수의 분사홀을 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 시스템{Apparatus and system for treating substrate}
본 발명은 기판 처리 장치 및 시스템에 관한 것이다.
반도체 장치 또는 디스플레이 장치를 제조할 때에는, 사진, 식각, 애싱, 이온주입, 박막증착, 세정 등 다양한 공정이 실시된다. 여기서, 사진공정은 도포, 노광, 그리고 현상 공정을 포함한다. 기판 상에 감광액을 도포하고(즉, 도포 공정), 감광막이 형성된 기판 상에 회로 패턴을 노광하며(즉, 노광 공정), 기판의 노광처리된 영역을 선택적으로 현상한다(즉, 현상 공정).
기판에 대한 공정을 수행함에 있어서 기판을 가열할 수 있다. 예를 들어, 사진 현상 공정을 위하여 기판이 가열될 수 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기판 처리 장치 및 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기판 처리 장치의 일 면(aspect)은, 기판의 안착면을 제공하는 안착부와, 상기 안착부로 광을 조사하여 상기 안착부를 가열하는 가열부, 및 상기 가열부로 냉각 유체를 분사하여 상기 가열부를 냉각시키는 냉각부를 포함하되, 상기 냉각부는 상기 가열부를 향하여 냉각 유체가 분사되도록 하는 복수의 분사홀을 포함한다.
상기 가열부는, 상기 안착부의 하측에 구비되고, 상기 안착부의 하부면으로 광을 조사하는 광원, 및 상기 광원을 지지하는 지지 플레이트를 포함한다.
상기 광원은 발광 다이오드를 포함한다.
상기 냉각부는 상기 지지 플레이트의 하측에 구비되고, 상기 지지 플레이트의 하부면으로 냉각 유체를 분사한다.
상기 분사홀은 상기 가열부를 향하여 진행할수록 냉각 유체의 통과 면적이 감소되는 면적 감소 구간을 포함한다.
상기 분사홀은 상기 면적 감소 구간의 최소 면적 개구에 연결되고, 상기 가열부를 향하여 진행할수록 냉각 유체의 통과 면적이 증가하는 면적 증가 구간을 포함한다.
상기 냉각부는, 상기 복수의 분사홀을 구비하고, 상기 복수의 분사홀을 통하여 냉각 유체를 분사하는 분사 플레이트, 및 냉각 유체의 유입을 위한 유입홀을 포함하고, 상기 분사 플레이트와 결합하여 상기 유입홀을 통하여 유입된 냉각 유체의 확산을 위한 유체 확산 공간을 형성하는 냉각 몸체를 포함한다.
상기 분사 플레이트는 상기 가열부와 열 교환한 냉각 유체의 배출을 위한 배출홀을 포함하고, 상기 냉각 몸체는 상기 배출홀로 유입된 냉각 유체를 외부로 배출시키기 위한 배출관을 포함한다.
상기 가열부는, 상기 배출홀에 연결되어 상기 가열부와 냉각 유체 간의 열 교환이 수행되는 열 교환 공간과 상기 배출홀 간의 경계를 형성하는 경계막을 포함하고, 상기 경계막은 상기 열 교환 공간에서 상기 배출홀로 이동하는 냉각 유체의 이동 경로를 제공하는 가이드홀을 포함한다.
상기 유체 확산 공간을 형성하는 상기 분사 플레이트와 상기 냉각 몸체의 양측면 간의 간격은 상기 유입홀에서 멀어질수록 감소된다.
상기 복수의 분사홀은 상기 유입홀에서 멀어질수록 인접한 분사홀 간의 간격이 감소되도록 배치된다.
상기 냉각 유체는 이산화탄소를 포함한다.
본 발명의 기판 처리 시스템의 일 면은, 가열부를 구비하여 기판을 가열하고, 상기 가열부를 향하여 냉각 유체가 분사되도록 하는 복수의 분사홀을 통하여 냉각 유체를 분사함으로써 상기 가열부를 냉각시키는 기판 처리 장치와, 상기 가열부를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 가압하여 상기 기판 처리 장치로 공급하는 압축기, 및 상기 가열부의 온도를 참조하여 상기 압축기의 가압 성능을 제어하는 제어 장치를 포함한다.
상기 가열부는, 상기 안착부의 하측에 구비되고, 상기 안착부의 하부면으로 광을 조사하는 광원과, 상기 광원을 지지하는 지지 플레이트, 및 상기 지지 플레이트의 하측면에 구비되어 상기 지지 플레이트의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함한다.
상기 광원은 발광 다이오드를 포함한다.
상기 분사홀은 상기 가열부를 향하여 진행할수록 냉각 유체의 통과 면적이 감소되는 면적 감소 구간을 포함한다.
상기 분사홀은 상기 면적 감소 구간의 최소 면적 개구에 연결되고, 상기 가열부를 향하여 진행할수록 냉각 유체의 통과 면적이 증가하는 면적 증가 구간을 포함한다.
상기 기판 처리 시스템은 상기 압축기에서 상기 기판 처리 장치로 이송되는 냉각 유체의 이송 경로를 제공하는 유체 공급관, 및 상기 기판 처리 장치에서 열 교환된 냉각 유체를 상기 압축기로 이송시키기 위한 이송 경로를 제공하는 유체 회수관을 더 포함한다.
상기 압축기는 상기 유체 회수관을 통하여 회수된 냉각 유체를 가압하여 상기 유체 공급관을 통해 상기 기판 처리 장치로 공급한다.
상기 제어 장치는 상기 가열부의 온도가 사전에 설정된 기준 온도 영역에 포함되도록 상기 압축기의 가압 성능을 제어한다.
상기 제어 장치는, 상기 가열부의 온도가 상기 기준 온도 영역의 상한 온도를 초과하는 경우 상기 압축기의 가압 성능이 증가되도록 상기 압축기를 제어하고, 상기 가열부의 온도가 상기 기준 온도 영역의 하한 온도의 미만인 경우 상기 압축기의 가압 성능이 감소되도록 상기 압축기를 제어한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각부의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분사홀을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각부의 측단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각부의 측단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 기준 온도 영역을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 "아래(below)" 또는 "아래(beneath)"로 기술된 소자는 다른 소자의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각부의 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 측단면도이다.
도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 안착부(100), 가열부(200), 냉각부(300) 및 베이스부(400)를 포함하여 구성된다.
안착부(100)는 기판의 안착을 위한 안착면을 제공하는 역할을 수행한다. 안착면은 지면에 평행한 넓은 면을 가질 수 있다. 안착부(100)는 베이스부(400)와 결합하여 가열부(200) 및 냉각부(300)의 수용 공간을 형성할 수 있다.
안착부(100)에는 지지 핀(110)이 구비될 수 있다. 지지 핀(110)은 기판을 지지할 수 있다. 지지 핀(110)에 의하여 기판은 안착면에 대하여 일정 거리만큼 이격된 상태를 유지할 수 있다.
안착부(100)에는 냉각 유체의 이동을 방지하는 방지막(120)이 구비될 수 있다. 방지막(120)은 가열부(200)와의 열 교환이 수행되고 배출되는 냉각 유체가 광원(210)이 구비된 지지 플레이트(220)의 상부 공간(이하, 광 조사 공간이라 한다)(LS)으로 유입되는 것을 방지하는 역할을 수행한다.
베이스부(400)의 하단에는 유입구(IT) 및 배출구(OT)가 구비될 수 있다. 유입구(IT)는 냉각 유체의 유입을 위한 경로를 제공하고, 배출구(OT)는 냉각 유체의 배출을 위한 경로를 제공할 수 있다. 배출구(OT)는 후술하는 냉각부(300)의 배출관(322)에 의하여 형성될 수 있다. 유입구(IT)와 배출구(OT)는 이중관의 형태로 제공될 수 있다. 배출관(322)을 경계로 배출구(OT)의 외측 영역에 유입구(IT)가 형성될 수 있다.
가열부(200)는 안착부(100)로 광을 조사하여 안착부(100)를 가열하는 역할을 수행한다. 가열부(200)는 광원(210) 및 지지 플레이트(220)를 포함하여 구성될 수 있다. 광원(210)은 안착부(100)의 하측에 구비되고, 안착부(100)의 하부면으로 광을 조사하는 역할을 수행한다. 본 발명의 실시예에 따른 광원(210)은 발광 다이오드(LED; Light Emitting Diode)일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예를 들어, 벌브 전구 또는 레이저가 광원(210)으로 이용될 수도 있다. 이하, 발광 다이오드가 광원(210)인 것을 위주로 설명하기로 한다.
지지 플레이트(220)는 광원(210)을 지지하는 역할을 수행한다. 광원(210)은 복수 개가 구비될 수 있는데, 복수의 광원(210)이 지지 플레이트(220)의 상부면에 배치될 수 있다. 지지 플레이트(220)의 상부면상의 광원(210)의 분포는 균일하게 형성될 수 있다. 예를 들어, 인접한 광원(210) 간의 간격이 일정할 수 있는 것이다. 이로 인하여, 안착부(100)의 전역으로 균일하게 광이 조사되고, 안착부(100)의 전역에 걸쳐 균일하게 가열될 수 있게 된다.
지지 플레이트(220)의 하측면에는 온도 센서(230)가 구비될 수 있다. 온도 센서(230)는 지지 플레이트(220)의 온도를 측정하는 역할을 수행한다. 온도 센서(230)의 측정 결과는 후술하는 압축기의 압축 성능을 제어하는데 이용될 수 있다.
가열부(200)는 경계막(240)을 포함할 수 있다. 경계막(240)은 후술하는 냉각부(300)의 배출홀(312)에 연결될 수 있다. 가열부(200)와 냉각부(300)의 사이에는 가열부(200)와 냉각 유체간의 열 교환이 수행되는 열 교환 공간(ES)이 구비되는데, 경계막(240)은 열 교환 공간(ES)과 배출홀(312) 간의 경계를 형성할 수 있다. 경계막(240)은 열 교환 공간(ES)에서 배출홀(312)로 이동하는 냉각 유체의 이동 경로를 제공하는 가이드홀(241)을 포함할 수 있다. 열 교환 공간(ES)에 수용된 냉각 유체는 가이드홀(241)을 통해 경계막(240)을 통과하고, 이어서 배출홀(312)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
냉각부(300)는 가열부(200)로 냉각 유체를 분사하여 가열부(200)를 냉각시키는 역할을 수행한다. 이를 위하여, 냉각부(300)는 가열부(200)를 향하여 냉각 유체가 분사되도록 하는 복수의 분사홀(311)을 포함할 수 있다. 냉각부(300)는 가열부(200)의 지지 플레이트(220)의 하측에 구비되고, 지지 플레이트(220)의 하부면으로 냉각 유체를 분사할 수 있다. 냉각 유체에 의하여 지지 플레이트(220)가 냉각됨에 따라 지지 플레이트(220)에 결합된 광원(210)이 냉각될 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 가열부(200)의 광원(210)은 발광 다이오드일 수 있다. 발광 다이오드는 자체 온도가 일정 온도 범위에 포함되어 있을 때 가장 높은 성능으로 광을 조사할 수 있다. 즉, 발광 다이오드의 온도가 해당 온도 범위를 초과하거나 해당 온도 범위의 미만인 경우 발광 다이오드의 광 조사 성능이 저하될 수 있는 것이다. 발광 다이오드의 광 조사 성능이 저하되는 경우 안착부(100)가 올바르게 가열되지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치(10)는 예를 들어, 웨이퍼와 같은 기판을 처리하는 척일 수 있다. 기판 처리 장치(10)를 통하여 예를 들어, 사진 현상 공정이 수행되는 경우 기판에 대한 가열이 수반될 수 있다. 본 발명의 안착부(100)는 기판을 지지하면서 가열하는 역할을 수행한다.
한편, 가열부(200)의 가열 성능이 저하되어 안착부(100)가 기판을 충분히 가열시키기 않는 경우 기판에 대한 공정이 올바르게 수행되지 않을 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 냉각부(300)는 가열부(200)로 냉각 유체를 분사하여 가열부(200)를 냉각시킴으로써 가열부(200)의 자체 온도가 전술한 온도 범위를 초과하지 않도록 할 수 있다. 냉각부(300)에 의하여 가열부(200)가 냉각되고, 가열부(200)의 가열 성능이 최적으로 유지됨으로써 안착부(100)가 기판을 충분히 가열할 수 있게 된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 냉각부(300)는 분사 플레이트(310) 및 냉각 몸체(320)를 포함하여 구성될 수 있다.
분사 플레이트(310)는 복수의 분사홀(311)을 구비하고, 복수의 분사홀(311)을 통하여 냉각 유체를 분사하는 역할을 수행한다. 분사 플레이트(310)는 가열부(200)의 지지 플레이트(220)에 대하여 일정 거리만큼 이격된 상태에서 지지 플레이트(220)의 하측에 구비될 수 있다. 분사 플레이트(310)의 분사홀(311)을 통하여 분사된 냉각 유체는 지지 플레이트(220)의 하부면과 충돌하여 지지 플레이트(220)를 냉각시킬 수 있다.
분사 플레이트(310)는 가열부(200)와 열 교환한 냉각 유체의 배출을 위한 배출홀(312)을 포함할 수 있다. 분사홀(311)을 통하여 분사된 냉각 유체는 가열부(200)와 열 교환한 이후에 배출홀(312)을 통해 배출될 수 있다.
냉각 몸체(320)는 분사 플레이트(310)와 결합하여 냉각 유체의 확산을 위한 유체 확산 공간(DS)을 형성할 수 있다. 또한, 냉각 몸체(320)는 냉각 유체의 유입을 위한 유입홀(321)을 포함할 수 있다. 유입홀(321)을 통하여 유입된 냉각 유체는 유체 확산 공간(DS)을 통하여 확산될 수 있다. 유체 확산 공간(DS)을 통하여 확산되는 냉각 유체는 분사 플레이트(310)의 분사홀(311)을 통해 분사될 수 있다.
냉각 몸체(320)는 분사 플레이트(310)의 배출홀(312)로 유입된 냉각 유체를 외부로 배출시키기 위한 배출관(322)을 포함할 수 있다. 가열부(200)와 열 교환한 냉각 유체는 가열부(200)의 경계막(240)에 형성된 가이드홀(241)을 통해 배출홀(312)로 유입되고, 배출관(322)을 통해 기판 처리 장치(10)의 외부로 배출될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 동작을 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 기판 처리 장치(10)는 기판(W)을 가열할 수 있다.
기판(W)은 안착부(100)의 지지 핀(110)에 지지될 수 있다. 이에, 기판(W)과 안착부(100)는 일정 간격만은 이격된 상태로 유지될 수 있다. 가열부(200)는 안착부(100)를 가열할 수 있다. 가열부(200)에 구비된 광원(210)이 안착부(100)로 광을 조사함으로써 안착부(100)에 대한 가열이 수행될 수 있다. 안착부(100)가 가열됨에 따라 안착부(100)에 인접한 기판(W)이 가열될 수 있게 된다.
가열부(200)가 안착부(100)를 가열함과 동시에 유입구(IT)를 통해 냉각 유체가 유입될 수 있다. 냉각 유체는 냉각부(300)의 유입홀(321)을 통해 유체 확산 공간(DS)으로 유입될 수 있다. 냉각 유체는 유체 확산 공간(DS)에서 확산되면서 분사홀(311)을 통해 배출될 수 있다. 분사홀(311)을 통해 배출된 냉각 유체는 가열부(200)의 하부면과 충돌하여 가열부(200)를 냉각시킬 수 있다.
가열부(200)와 열 교환이 수행된 냉각 유체는 열 교환 공간(ES)상에서 이동하여 가이드홀(241)을 통과할 수 있다. 가이드홀(241)을 통과한 냉각 유체는 냉각부(300)의 배출홀(312)을 통과하고, 배출관(322)을 통해 기판 처리 장치(10)의 외부로 배출될 수 있다. 이 때, 가이드홀(241)을 통과한 냉각 유체는 안착부(100)의 방지막(120)에 의하여 광 조사 공간(LS)으로 유입되는 것이 방지될 수 있다.
냉각부(300)에 의한 냉각 효과에 의하여 가열부(200)는 보다 높은 성능으로 광을 조사하여 안착부(100)를 가열할 수 있게 된다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 분사홀을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 분사홀(311)은 면적 감소 구간(311a) 및 면적 증가 구간(311b)을 포함할 수 있다.
면적 감소 구간(311a)은 가열부(200)를 향하여 진행할수록 냉각 유체의 통과 면적이 감소되는 구간을 나타내고, 면적 증가 구간(311b)은 가열부(200)를 향하여 진행할수록 냉각 유체의 통과 면적이 증가하는 구간을 나타낸다. 면적 증가 구간(311b)의 하측에 면적 감소 구간(311a)이 배치될 수 있다. 따라서, 면적 증가 구간(311b)의 최소 면적 개구(NKb)는 면적 감소 구간(311a)의 최소 면적 개구(NKa)에 연결될 수 있다. 서로 연결되는 면적 감소 구간(311a) 및 면적 증가 구간(311b)의 최소 면적 개구(NKa, NKb)는 면적 및 형태가 동일할 수 있다.
면적 감소 구간(311a)에는 냉각 유체가 진입하는 진입구(IH)가 형성되고, 면적 증가 구간(311b)에는 냉각 유체가 진출하는 진출구(OH)가 형성될 수 있다. 진입구(IH)로 진입한 냉각 유체는 최소 면적 개구를 통과하면서 부피가 감소될 수 있다. 그리고, 최소 면적 개구를 통과한 냉각 유체는 급격하게 부피가 증가할 수 있다. 냉각 유체의 부피가 급격하게 증가하면서 냉각 유체의 온도가 감소될 수 있다.
진입구(IH)로 진입한 냉각 유체에 비하여 진출구(OH)로 진출된 냉각 유체의 온도가 낮게 형성될 수 있는 것으로서, 가열부(200)는 온도가 낮게 형성된 냉각 유체에 의하여 냉각이 수행될 수 있다.
면적 증가 구간(311b)은 냉각 유체의 이동을 가이드하는 역할을 수행한다. 최소 면적 개구를 통과한 냉각 유체는 급격한 팽창으로 인해 이동 방향이 분산될 수 있다. 즉, 가열부(200)가 분사홀(311)의 상부에 존재함에도 냉각 유체의 이동 방향이 가열부(200)를 향하지 않을 수 있는 것이다. 면적 증가 구간(311b)이 냉각 유체를 가이드함에 따라 냉각 유체와 가열부(200)간의 충돌 가능성이 향상될 수 있다.
또는, 분사홀(311)과 가열부(200)간의 간격이 충분히 가까운 경우 도 7에 도시된 바와 같이 면적 감소 구간만으로 분사홀(311)이 형성될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각부의 측단면도이다.
도 8을 참조하면, 냉각부(500)의 유체 확산 공간(DS)을 형성하는 분사 플레이트(510)와 냉각 몸체(520)의 양측면 간의 간격은 유입홀(521)에서 멀어질수록 감소될 수 있다.
유입홀을 통과한 냉각 유체는 유체 확산 공간(DS)에서 확산될 수 있다. 이 때, 유입홀에 인접한 냉각 유체에 비하여 유입홀에서 멀리 떨어진 냉각 유체의 압력이 작게 형성될 수 있다. 이러한 경우 유입홀과의 거리에 따라 각 분사홀로 진입하는 냉각 유체의 압력이 달라질 수 있다. 유입홀에 인접한 분사홀을 통해서는 상대적으로 높은 압력의 냉각 유체가 통과하는 반면, 유입홀에서 먼 분사홀을 통해서는 상대적으로 낮은 압력의 냉각 유체가 통과하는 것이다.
분사홀을 통과한 냉각 유체는 급격한 팽창에 의하여 온도가 감소될 수 있다. 냉각 유체의 팽창율은 분사홀을 통과하는 냉각 유체의 압력에 따라 달라질 수 있다. 분사홀을 통과하는 냉각 유체의 압력이 높을수록 냉각 유체의 팽창율이 상승하는 것이다. 분사홀을 통과하는 냉각 유체의 압력이 상이할수록 각 분사홀을 통과한 냉각 유체의 팽창율 및 온도가 상이하게 형성될 수 있다.
분사 플레이트(510)와 냉각 몸체(520)의 양측면 간의 간격이 유입홀(521)에서 멀어질수록 감소함에 따라 각 분사홀(511)에 진입하는 냉각 유체의 압력이 균일하게 형성되고, 각 분사홀(511)을 통과한 냉각 유체의 팽창율 및 온도가 유사하게 형성될 수 있다. 이에, 가열부(200)의 전역에 걸쳐 균일한 온도로 냉각이 수행될 수 있게 된다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉각부의 측단면도이다.
도 9를 참조하면, 냉각부(600)의 분사 플레이트(610)에 구비된 복수의 분사홀(611)은 유입홀(621)에서 멀어질수록 인접한 분사홀(611) 간의 간격이 감소되도록 배치될 수 있다.
전술한 바와 같이, 유입홀(621)을 통해 유체 확산 공간(DS)으로 유입된 냉각 유체는 분사 플레이트(610) 및 냉각 몸체(620)에 의하여 형성되는 유체 확산 공간(DS)상에서 이동하면서 그 압력이 감소될 수 있다. 이러한 경우 유입홀(621)과의 거리에 따라 분사홀(611)에서 분사된 냉각 유체의 온도가 상이하게 형성될 수 있다. 즉, 유입홀(621)에서 멀수록 분사홀(611)에서 분사된 냉각 유체의 온도가 낮게 형성될 수 있는 것이다.
유입홀(621)에서 멀어질수록 인접한 분사홀(611) 간의 간격이 감소되도록 복수의 분사홀(611)이 배치됨에 따라 가열부(200)의 전역이 균일한 온도로 냉각될 수 있다. 유입홀(621)에서 먼 분사홀(611)은 유입홀(621)에 인접한 분사홀(611)에 비하여 낮은 압력으로 냉각 유체를 관통시킬 수 있다. 그러나, 가열부(200)의 단위 면적당 분사되는 냉각 유체의 양은 유입홀(621)에서 멀어질수록 많아지기 때문에 유입홀(621)과의 거리에 무관하게 가열부(200)의 냉각 효율은 가열부(200)의 전역에 걸쳐 균일하게 형성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 시스템의 블록도이고, 도 11은 본 발명의 실시예에 따른 기준 온도 영역을 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 기판 처리 시스템(1)은 기판 처리 장치(10), 압축기(20) 및 제어 장치(30)를 포함하여 구성된다.
기판 처리 장치(10)는 가열부(200)를 구비하여 기판(W)을 가열하고, 가열부(200)를 향하여 냉각 유체가 분사되도록 하는 복수의 분사홀(311)을 통하여 냉각 유체를 분사함으로써 가열부(200)를 냉각시키는 역할을 수행한다. 기판 처리 장치(10)에 대해서는 전술하였으므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
압축기(20)는 기판 처리 장치(10)의 가열부(200)를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 가압하여 기판 처리 장치(10)로 공급하는 역할을 수행한다. 압축기(20)와 기판 처리 장치(10)의 사이에는 유체 공급관(41) 및 유체 회수관(42)이 구비될 수 있다. 유체 공급관(41)은 압축기(20)에서 기판 처리 장치(10)로 이송되는 냉각 유체의 이송 경로를 제공하고, 유체 회수관(42)은 기판 처리 장치(10)에서 열 교환된 냉각 유체를 압축기(20)로 이송시키기 위한 이송 경로를 제공할 수 있다.
유체 공급관(41)을 통해 이송된 냉각 유체는 기판 처리 장치(10)의 유입구(IT)를 통해 기판 처리 장치(10)의 내부로 유입되고, 유체 회수관(42)을 통해 이송된 냉각 유체는 압축기(20)에 의하여 다시 가압되어 기판 처리 장치(10)로 공급될 수 있다.
가열부(200)와 열 교환된 냉각 유체는 열 교환되기 이전에 비하여 높은 온도를 가질 수 있다. 그러나, 열 교환되기 직전의 냉각 유체는 분사홀(311)을 통과하면서 온도가 감소된 것이기 때문에 기판 처리 장치(10)로 공급되는 냉각 유체와 유사한 온도를 가질 수 있다. 따라서, 기판 처리 장치(10)에서 회수된 냉각 유체를 냉각시키기 위한 별도의 수단을 구비하지 않고, 압축기(20)가 유체 회수관(42)을 통하여 회수된 냉각 유체를 가압하여 유체 공급관(41)을 통해 기판 처리 장치(10)로 공급하더라도 냉각부(300)의 동작이 정상적으로 수행될 수 있다.
제어 장치(30)는 가열부(200)의 온도를 참조하여 압축기(20)의 가압 성능을 제어하는 역할을 수행한다. 예를 들어, 제어 장치(30)는 가열부(200)의 온도가 사전에 설정된 기준 온도 영역에 포함되도록 압축기(20)의 가압 성능을 제어할 수 있다.
도 11은 기준 온도 영역을 도시하고 있다. 기준 온도 영역은 상한 온도 및 상한 온도의 사이로 형성될 수 있다.
제어 장치(30)는 가열부(200)의 온도가 기준 온도 영역의 상한 온도를 초과하는 경우 압축기(20)의 가압 성능이 증가되도록 압축기(20)를 제어할 수 있다. 가열부(200)의 온도는 가열부(200)에 구비된 온도 센서(230)에 의하여 확인될 수 있다.
가열부(200)의 온도가 상한 온도를 초과하였다는 것은 냉각 유체의 팽창율이 지나치게 낮기 때문에 냉각 유체의 온도가 높게 형성된 것을 나타낸다. 제어 장치(30)의 제어에 의하여 압축기(20)가 높은 가압 성능으로 냉각 유체를 가압함에 따라 냉각 유체의 팽창율이 상승하고 낮은 온도를 갖는 냉각 유체가 가열부(200)를 냉각시킬 수 있게 된다.
한편, 가열부(200)의 온도가 기준 온도 영역의 하한 온도의 미만인 경우 제어 장치(30)는 압축기(20)의 가압 성능이 감소되도록 압축기(20)를 제어할 수 있다. 가열부(200)의 온도가 하한 온도의 미만이라는 것은 냉각 유체의 팽창율이 지나치게 높기 때문에 냉각 유체의 온도가 낮게 형성된 것을 나타낸다. 제어 장치(30)의 제어에 의하여 압축기(20)가 낮은 가압 성능으로 냉각 유체를 가압함에 따라 냉각 유체의 팽창율이 감소되고 높은 온도를 갖는 냉각 유체가 가열부(200)를 냉각시킬 수 있게 된다.
제어 장치(30)에 의한 압축기(20)의 제어는 냉각부(300)가 가열부(200)를 냉각시키는 동작 중에 지속적으로 수행될 수 있다. 이에, 가열부(200)는 균일한 온도를 유지하면서 안착부(100)를 가열할 수 있게 된다.
다시 도 10을 설명하면, 제어 장치(30)는 냉각 유체의 상 변화를 통한 열 교환이 수행되도록 압축기(20)를 제어할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 냉각 유체는 이산화탄소일 수 있다. 압축기(20)에서 기판 처리 장치(10)로 공급되는 이산화탄소는 기체 상태일 수 있다. 한편, 압축기(20)에 의한 압력이 충분히 높은 경우 분사홀(311)을 통과한 이산화탄소는 액체 또는 고체 상태로 상 변화할 수 있다. 액체 또는 고체 상태의 이산화탄소가 가열부(200)와 열 교환을 수행하는 경우 높은 효율로 가열부(200)에 대한 냉각이 수행될 수 있다.
제어 장치(30)는 기판 처리 장치(10)로 공급된 기체 상태의 냉각 유체가 분사홀(311)을 통과하면서 액체 또는 고체 상태로 상 변화할 정도로 가압되도록 압축기(20)를 제어할 수 있다. 분사홀(311)을 통과하기 이전과 이후에서의 냉각 유체의 상 변화 여부는 가열부(200)에 구비된 온도 센서(230)에 의하여 측정된 온도를 통하여 간접적으로 확인될 수 있다. 또는, 제어 장치(30)는 냉각 유체의 상 변화 조건을 저장하고, 해당 조건에 따라 압축기(20)를 제어할 수도 있다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 기판 처리 시스템 10: 기판 처리 장치
20: 압축기 30: 제어 장치
41: 유체 공급관 42: 유체 회수관
100: 안착부 110: 지지 핀
120: 방지막 200: 가열부
210: 광원 220: 지지 플레이트
230: 온도 센서 240: 경계막
241: 가이드홀 300, 500, 600: 냉각부
310, 510, 610: 분사 플레이트 311, 511, 611: 분사홀
312: 배출홀 320, 520, 620: 냉각 몸체
321, 521, 621: 유입홀 322: 배출관
400: 베이스부

Claims (21)

  1. 기판의 안착면을 제공하는 안착부;
    상기 안착부로 광을 조사하여 상기 안착부를 가열하는 가열부; 및
    상기 가열부로 냉각 유체를 분사하여 상기 가열부를 냉각시키는 냉각부를 포함하되,
    상기 냉각부는,
    상기 복수의 분사홀을 구비하고, 상기 복수의 분사홀을 통하여 상기 가열부로 냉각 유체를 분사하는 분사 플레이트; 및
    냉각 유체의 유입을 위한 유입홀을 포함하고, 상기 분사 플레이트와 결합하여 상기 유입홀을 통하여 유입된 냉각 유체의 확산을 위한 유체 확산 공간을 형성하는 냉각 몸체를 포함하고,
    상기 유체 확산 공간을 형성하는 상기 분사 플레이트와 상기 냉각 몸체의 양측면 간의 간격은 상기 유입홀에서 멀어질수록 감소되는 기판 처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 가열부는,
    상기 안착부의 하측에 구비되고, 상기 안착부의 하부면으로 광을 조사하는 광원; 및
    상기 광원을 지지하는 지지 플레이트를 포함하는 기판 처리 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 광원은 발광 다이오드를 포함하는 기판 처리 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 지지 플레이트의 하측에 구비되고, 상기 지지 플레이트의 하부면으로 냉각 유체를 분사하는 기판 처리 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 분사홀은 상기 가열부를 향하여 진행할수록 냉각 유체의 통과 면적이 감소되는 면적 감소 구간을 포함하는 기판 처리 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 분사홀은 상기 면적 감소 구간의 최소 면적 개구에 연결되고, 상기 가열부를 향하여 진행할수록 냉각 유체의 통과 면적이 증가하는 면적 증가 구간을 포함하는 기판 처리 장치.
  7. 삭제
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 분사 플레이트는 상기 가열부와 열 교환한 냉각 유체의 배출을 위한 배출홀을 포함하고,
    상기 냉각 몸체는 상기 배출홀로 유입된 냉각 유체를 외부로 배출시키기 위한 배출관을 포함하는 기판 처리 장치.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 가열부는,
    상기 배출홀에 연결되어 상기 가열부와 냉각 유체 간의 열 교환이 수행되는 열 교환 공간과 상기 배출홀 간의 경계를 형성하는 경계막을 포함하고,
    상기 경계막은 상기 열 교환 공간에서 상기 배출홀로 이동하는 냉각 유체의 이동 경로를 제공하는 가이드홀을 포함하는 기판 처리 장치.
  10. 삭제
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 분사홀은 상기 유입홀에서 멀어질수록 인접한 분사홀 간의 간격이 감소되도록 배치되는 기판 처리 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각 유체는 이산화탄소를 포함하는 기판 처리 장치.
  13. 가열부를 구비하여 기판을 가열하고, 상기 가열부를 향하여 냉각 유체가 분사되도록 하는 복수의 분사홀을 통하여 냉각 유체를 분사함으로써 상기 가열부를 냉각시키는 기판 처리 장치;
    상기 가열부를 냉각시키기 위한 냉각 유체를 가압하여 상기 기판 처리 장치로 공급하는 압축기; 및
    상기 가열부의 온도를 참조하여 상기 압축기의 가압 성능을 제어하는 제어 장치를 포함하되,
    상기 기판 처리 장치에 구비되어 상기 가열부를 냉각시키는 냉각부는,
    상기 복수의 분사홀을 구비하고, 상기 복수의 분사홀을 통하여 상기 가열부로 냉각 유체를 분사하는 분사 플레이트; 및
    냉각 유체의 유입을 위한 유입홀을 포함하고, 상기 분사 플레이트와 결합하여 상기 유입홀을 통하여 유입된 냉각 유체의 확산을 위한 유체 확산 공간을 형성하는 냉각 몸체를 포함하고,
    상기 유체 확산 공간을 형성하는 상기 분사 플레이트와 상기 냉각 몸체의 양측면 간의 간격은 상기 유입홀에서 멀어질수록 감소되는 기판 처리 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 기판 처리 장치는 기판의 안착면을 제공하는 안착부를 포함하고,
    상기 가열부는,
    상기 안착부의 하측에 구비되고, 상기 안착부의 하부면으로 광을 조사하는 광원;
    상기 광원을 지지하는 지지 플레이트; 및
    상기 지지 플레이트의 하측면에 구비되어 상기 지지 플레이트의 온도를 측정하는 온도 센서를 포함하는 기판 처리 시스템.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 광원은 발광 다이오드를 포함하는 기판 처리 시스템.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 분사홀은 상기 가열부를 향하여 진행할수록 냉각 유체의 통과 면적이 감소되는 면적 감소 구간을 포함하는 기판 처리 시스템.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 분사홀은 상기 면적 감소 구간의 최소 면적 개구에 연결되고, 상기 가열부를 향하여 진행할수록 냉각 유체의 통과 면적이 증가하는 면적 증가 구간을 포함하는 기판 처리 시스템.
  18. 제13 항에 있어서,
    상기 압축기에서 상기 기판 처리 장치로 이송되는 냉각 유체의 이송 경로를 제공하는 유체 공급관; 및
    상기 기판 처리 장치에서 열 교환된 냉각 유체를 상기 압축기로 이송시키기 위한 이송 경로를 제공하는 유체 회수관을 더 포함하는 기판 처리 시스템.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 압축기는 상기 유체 회수관을 통하여 회수된 냉각 유체를 가압하여 상기 유체 공급관을 통해 상기 기판 처리 장치로 공급하는 기판 처리 시스템.
  20. 제13 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 상기 가열부의 온도가 사전에 설정된 기준 온도 영역에 포함되도록 상기 압축기의 가압 성능을 제어하는 기판 처리 시스템.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 제어 장치는,
    상기 가열부의 온도가 상기 기준 온도 영역의 상한 온도를 초과하는 경우 상기 압축기의 가압 성능이 증가되도록 상기 압축기를 제어하고,
    상기 가열부의 온도가 상기 기준 온도 영역의 하한 온도의 미만인 경우 상기 압축기의 가압 성능이 감소되도록 상기 압축기를 제어하는 기판 처리 시스템.
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