KR102265285B1 - 열처리 유닛, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 - Google Patents

열처리 유닛, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 Download PDF

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Abstract

열처리 유닛, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법이 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 열처리 유닛은, 열처리 챔버, 열처리 챔버 내에 구비되어 기판을 지지한 상태로 기판을 열처리하기 위한 핫 플레이트, 열처리 챔버 상부에 구비되는 프리쿨링부, 열처리 챔버와 프리쿨링부 사이에 구비되는 열 교환부를 포함하고, 열 교환부가 단열 공간과 열교환 공간 중 하나로 선택적으로 전환되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 핫 플레이트에서 열처리 공정이 완료된 기판을 열처리 챔버에서 반출하기 전에, 열처리 공간으로 전환된 열 교환부에 근접한 위치까지 상승시켜 프리쿨링할 수 있는 효과가 있다.

Description

열처리 유닛, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법 {HEAT TREATMENT UNIT, SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD}
본 발명은 열처리 유닛과, 이를 포함하는 기판 처리 장치 그리고 이를 이용한 기판 처리 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 공정은 다수의 열처리 공정을 포함한다. 노광 설비에서 기판에 포토레지스트(Photoresist)를 도포하여 레지스트막을 형성한 후 소정 온도로 열처리 하여 레지스트막을 안정화시키는 베이크 공정도 열처리 공정 중의 하나이다.
열처리 공정은 열처리 유닛에서 수행할 수 있다. 열처리 유닛은 핫 플레이트(Hot plate)를 포함한다. 열처리 공정은 고온으로 유지되는 핫 플레이트에 기판을 안착시킨 후 소정 시간 유지함으로써 수행될 수 있다. 열처리 공정이 완료된 후에는 반송 로봇이 열처리 유닛에서 기판을 반출한 후, 냉각 유닛에 구비된 쿨링 플레이트(Cooling plate)에 기판을 안착시킴으로써 냉각 공정을 수행할 수 있다. 이때 반송 로봇에 의해 기판이 열처리 유닛으로부터 냉각 유닛으로 반송되는 동안 고온의 기판이 소정 온도 이하로 냉각될 수 있다.
열처리 공정에 따라서는 고온의 열처리를 수반하는 경우가 있다. 가령, 포토레지스트 소재에 따라서는 600℃ 이상의 고온 열처리가 필요할 수 있다. 이 경우, 열처리 공정이 완료된 기판이 반송 로봇에 의해 냉각 유닛으로 반송되는 과정에서 충분히 냉각되지 않을 수 있다. 이로 인해 아직 소정 온도 이하로 냉각되지 않은 고온의 기판이 쿨링 플레이트에 안착됨으로써 열충격이 발생할 우려가 있다. 또한, 열처리 유닛 내부는 산화 방지를 위해 불활성 가스 분위기로 유지될 수 있는데, 충분히 냉각되지 않은 고온의 기판이 열처리 유닛으로부터 반송 공간으로 반출됨으로써 기판 표면이 산화되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 반송 로봇에 의한 반송 시간을 의도적으로 증가시킴으로써 반송 과정에서 기판이 충분히 냉각되도록 할 수 있으나, 이는 생산성을 저하시키므로 바람직한 해결책이라고 할 수 없다.
KR 10-2019-0042861 A (2019. 04. 25)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열처리 공정이 완료된 기판을 열처리 유닛에서 반출하기 전에 소정 온도 이하로 빠르게 냉각시킬 수 있는 열처리 유닛과 기판 처리 장치, 그리고 이를 이용한 기판 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 열처리 유닛은, 열처리 챔버, 열처리 챔버 내에 구비되어 기판을 지지한 상태로 기판을 열처리하기 위한 핫 플레이트, 열처리 챔버 상부에 구비되는 프리쿨링부, 열처리 챔버와 프리쿨링부 사이에 구비되는 열 교환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 열 교환부를 단열 공간과 열교환 공간 중 하나로 선택적으로 전환하기 위한 스위칭부를 더 포함할 수 있다.
스위칭부는 진공 펌프 및 열교환 기체 공급부를 포함하고, 진공 펌프를 이용하여 열 교환부 내부 공간에 진공을 형성함으로써 열 교환부를 단열 공간으로 전환하고, 열교환 기체 공급부로부터 열 교환부 내부 공간에 열교환 기체를 공급함으로써 열 교환부를 열교환 공간으로 전환할 수 있다.
또한, 열처리 챔버의 측벽에는 반출입 포트가 형성되고, 반출입 포트에 인접 배치되어 불활성 기체를 분사하기 위한 기체 분사부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치는, 열처리 유닛, 열처리 유닛에서 열처리 공정이 완료된 기판을 냉각하기 위한 냉각 유닛, 열처리 유닛으로부터 냉각 유닛으로 기판을 반송하는 반송 로봇, 적어도 열처리 유닛과 반송 로봇의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 여기서 열처리 유닛은 열처리 챔버, 열처리 챔버 내에 구비되어 기판을 지지한 상태로 기판을 열처리하기 위한 핫 플레이트, 열처리 챔버 상부에 구비되는 프리쿨링부, 열처리 챔버와 프리쿨링부 사이에 구비되는 열 교환부를 포함하며, 제어부는 열 교환부가 단열 공간과 열교환 공간 중 하나로 선택적으로 전환되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
이때 제어부는, 열 교환부 내부 공간에 진공을 형성함으로써 열 교환부가 단열 공간으로 전환되도록 하고, 열 교환부 내부 공간에 열교환 기체를 공급함으로써 열 교환부가 열교환 공간으로 전환되도록 제어할 수 있다.
또한 제어부는, 핫 플레이트 위에서 기판 열처리가 진행되는 동안에는 열 교환부가 단열 공간으로 전환되도록 하고, 기판 열처리가 완료되면 열 교환부가 열교환 공간으로 전환되도록 제어할 수 있다.
또한 제어부는, 기판 열처리가 완료되면 반송 로봇이 기판을 지지한 상태로 열 교환부 방향으로 상승 구동되고, 열 교환부가 열교환 공간으로 전환되도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 열처리 챔버의 측벽에 형성된 반출입 포트에 인접 배치되어 불활성 기체를 분사하기 위한 기체 분사부를 더 포함하고, 제어부는 반출입 포트가 오픈되어 있는 동안 기체 분사부로부터 불활성 기체가 분사되도록 제어할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 반송 로봇은 핫 플레이트로부터의 열을 차단하기 위한 열 차단부를 포함할 수 있다. 이때, 열 차단부는 반송 로봇의 기판을 지지하는 핸드 하부에 코팅된 열 차단막일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법은, 열처리 챔버, 열처리 챔버 내에 구비되어 기판을 지지한 상태로 기판을 열처리하기 위한 핫 플레이트, 열처리 챔버 상부에 구비되는 프리쿨링부, 열처리 챔버와 프리쿨링부 사이에 구비되는 열 교환부를 포함하는 열처리 유닛으로 기판을 처리하는 방법으로서, 핫 플레이트에 기판을 안착하여 열처리하는 열처리 단계 및 반송 로봇이 열처리가 완료된 기판을 지지한 후 열 교환부 방향으로 상승하여 유지되는 프리쿨링 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 열처리 단계에서는 열 교환부를 단열 공간으로 전환하고, 프리쿨링 단계에서는 열 교환부를 열교환 공간으로 전환할 수 있다.
또한, 열처리 단계에서는 열 교환부 내부 공간에 진공을 형성하고, 프리쿨링 단계에서는 열 교환부 내부 공간에 열교환 기체를 공급할 수 있다. 여기서 열교환 기체는 냉각 기체일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 프리쿨링 단계는 미리 설정된 시간 동안 지속되거나, 기판 온도가 소정 온도 이하로 떨어질 때까지 지속될 수 있다.
또한, 열처리 단계 동안 열처리 챔버 내부는 불활성 가스 분위기로 조절될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 열처리 유닛은 열처리 챔버의 측벽에 형성된 반출입 포트에 인접 배치되어 불활성 기체를 분사하기 위한 기체 분사부를 더 포함하고, 프리쿨링 단계 동안 기체 분사부가 불활성 가스를 분사할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 프리쿨링 단계 종료 후, 반송 로봇이 기판을 열처리 챔버로부터 반출하고 냉각 유닛에 반입하여 기판을 냉각하는 냉각 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 열처리 챔버 상부에 열 교환부와 프리쿨링부를 구비하고 열 교환부에 단열 공간과 열교환 공간을 선택적으로 형성함으로써, 열처리 공정이 완료된 기판을 열처리 유닛에서 반출하기 전에 소정 온도 이하로 빠르게 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.
다만, 본 발명의 효과는 위에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열처리 유닛의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 도 3의 S310 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3의 S320 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 3의 S330 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열처리 유닛, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열처리 유닛, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 이하의 설명은 구체적인 실시예를 포함하지만, 본 발명이 설명된 실시예에 의해 한정되거나 제한되는 것은 아니다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열처리 유닛의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 열처리 유닛(100)은, 열처리 챔버(100)와 열처리 챔버(100)의 상부에 구비된 프리쿨링부(120)를 포함하고, 열처리 챔버(100)와 프리쿨링부(120) 사이에 열 교환부(130)가 배치된다.
열처리 챔버(100)에는 핫 플레이트(114)가 구비될 수 있다. 핫 플레이트(114)는 설정 온도로 승온된 상태로 기판(W)을 지지하여 기판(W)을 열처리할 수 있다. 핫 플레이트(114)는 히터(미도시)에 의해 설정 온도로 가열될 수 있다. 기판(W)은 열처리 챔버(110) 외부에 배치된 반송 로봇(300, 도 2 참조)에 의해 열처리 챔버(110) 내부로 반입되어 핫 플레이트(114) 위에 안착될 수 있다. 구체적으로는, 반송 로봇(300)이 기판(W)을 지지한 상태로 열처리 챔버(110)의 측벽에 구비된 반출입 포트(112)를 통해 열처리 챔버(110) 내로 진입하고, 핫 플레이트(114)에 구비된 리프트 핀(116, 도 5 참조)에 기판을 전달할 수 있다. 리프트 핀(116)은 기판(W)을 지지한 상태로 하강 구동되어 기판(W)을 핫 플레이트(114)에 안착하고, 반송 로봇(300)은 반출입 포트(112)를 통해 열처리 챔버(110)로부터 빠져나갈 수 있다.
프리쿨링부(120)는 열처리가 완료된 기판(W)을 열처리 챔버(110)에서 반출하기 전에 소정 온도 이하로 냉각하기 위한 구성이다. 프리쿨링부(120)에는 냉매 공급부(122)가 연결되고, 냉매 공급부(122)로부터 공급된 냉매가 흐르는 내부 유로(120s)가 구비될 수 있다. 냉매 공급부(122)에서 공급되는 냉매는 일정 온도로 조절된 액체 또는 기체 상태의 냉매일 수 있다. 프리쿨링부(120)는 냉매 순환에 의해 냉각될 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 프리쿨링부(120)는 열전 냉각(Thermoelectric cooling)에 의해 냉각될 수 있다.
열 교환부(130)는 열처리 챔버(110)와 프리쿨링부(120) 사이에 배치되어 스위칭부(132)에 의해 선택적으로 열 교환 공간 또는 단열 공간을 형성하기 위한 구성이다. 스위칭부(132)는 열 교환부(130)의 내부 공간(130s)을 열 교환 공간 또는 단열 공간으로 전환할 수 있다. 예시적으로, 스위칭부(132)는 진공 펌프(132v) 및 열교환 기체 공급부(132g)를 포함하고, 열 교환부(130)의 내부 공간(130s)에 진공을 형성하거나 열교환 기체를 공급할 수 있다. 열 교환부(130)의 내부 공간(130s)을 진공 펌프(132v)에 연결하여 진공을 형성하면, 진공의 단열 특성으로 인해 내부 공간(130s)은 단열 공간으로 전환되고 열처리 챔버(110)와 프리쿨링부(120) 사이의 열 교환은 억제될 수 있다. 이와 반대로, 열 교환부(130)의 내부 공간(130s)을 열교환 기체 공급부(132g)와 연결하여 열교환 기체를 공급하면, 내부 공간(130s)은 열 교환 공간으로 전환되고 열처리 챔버(110)와 프리쿨링부(120) 사이의 열 교환은 원활하게 이루어질 수 있다.
도 2는 도 1의 열처리 유닛(100)을 포함하는 기판 처리 장치(1)의 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 장치(1)는 열처리 유닛(100), 냉각 유닛(200), 반송 로봇(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다. 여기서 열처리 유닛(100)은 도 1을 이용하여 설명한 것과 동일할 수 있다.
냉각 유닛(200)은 열처리 유닛(100)에서 열처리 공정이 완료된 기판(W)을 냉각하기 위한 구성으로, 냉각 챔버(210)와 쿨링 플레이트(214)를 포함할 수 있다. 열처리 공정이 완료된 기판(W)은 반송 로봇(300)에 의해 냉각 챔버(210) 내로 반입되어 쿨링 플레이트(214)에 안착될 수 있다. 구체적으로는, 반송 로봇(300)이 기판(W)을 지지한 상태로 냉각 챔버(210)의 측벽에 구비된 반출입 포트(212)를 통해 냉각 챔버(210) 내로 진입하고, 쿨링 플레이트(214)에 구비된 리프트 핀(미도시)에 기판을 전달할 수 있다. 리프트 핀은 기판(W)을 지지한 상태로 하강 구동되어 기판(W)을 쿨링 플레이트(214)에 안착하고, 반송 로봇(300)은 반출입 포트(212)를 통해 냉각 챔버(210)로부터 빠져나갈 수 있다. 쿨링 플레이트(214)는 소정 온도로 조절된 냉매가 순환되는 냉매 유로를 포함할 수 있다.
반송 로봇(300)은 열처리 유닛(100)과 냉각 유닛(200) 사이에서 기판(W)을 반송하기 위한 구성으로, 기판(W)을 지지한 상태로 승강 구동, 회전 구동, 진퇴 구동 등을 수행할 수 있다. 반송 로봇(300)은 구동부를 포함한 몸체는 열처리 유닛(100)과 냉각 유닛(200) 사이에 배치되고, 기판(W)을 지지하는 핸드 부분이 열처리 챔버(110) 또는 냉각 챔버(210)에 진입할 수 있는 구조일 수 있다.
제어부(400)는 본 발명에 따른 기판 처리 방법이 수행되도록 기판 처리 장치(1)의 전체적인 동작을 제어할 수 있다. 제어부(400)는 핫 플레이트(114)에 연결되어 핫 플레이트(114) 가열 및 리프트 핀(116) 구동을 제어할 수 있다. 또한 제어부(400)는 쿨링 플레이트(214)에 연결되어 쿨링 플레이트(214)의 냉각 및 쿨링 플레이트(214)에 구비된 리프트 핀 구동을 제어할 수 있다. 또한 제어부(400)는 스위칭부(132)에 연결되어 열 교환부(130)의 내부 공간(130s)를 단열 공간 또는 열 교환 공간으로 전환하는 동작이 수행되도록 제어할 수 있다. 또한 제어부(400)는 반송 로봇(300)이 기판(W)을 반송하는 동작을 제어할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제어부(400)의 구체적인 제어 동작 및 기판 처리 방법을 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명한다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기판 처리 방법은 핫 플레이트에 기판 안착 후 열처리하는 단계(S310), 반송 로봇이 기판을 지지한 후 상승하는 단계(S320) 및 기판을 반출하여 냉각 유닛에 반입하는 단계(S330)를 포함할 수 있다.
핫 플레이트에 기판 안착 후 열처리하는 단계(S310)는, 반송 로봇(300)이 열처리 대상인 기판(W)을 지지한 상태로 열처리 챔버(110)의 측벽에 구비된 반출입 포트(112)를 통해 열처리 챔버(110) 내로 진입하고, 핫 플레이트(114)에 구비된 리프트 핀(116)에 기판을 전달하며, 리프트 핀(116)은 기판(W)을 지지한 상태로 하강 구동되어 기판(W)을 핫 플레이트(114)에 안착하는 단계일 수 있다. 기판(W)을 전달한 반송 로봇(300)은 반출입 포트(112)를 통해 열처리 챔버(110)로부터 빠져나갈 수 있고, 반출입 포트(112)가 닫혀 열처리 챔버(110) 내부 공간을 반송 로봇(300)이 있는 반송 공간으로부터 격리할 수 있다. 핫 플레이트(114)는 열처리 온도로 유지된 상태일 수 있고, 기판(W)은 미리 설정된 시간 동안 핫 플레이트(114) 위에 안착된 상태로 유지됨으로써 열처리 공정이 수행될 수 있다. 열처리 챔버(110) 내부 공간은 상압의 조절된 분위기일 수 있다. 예를 들어, 적어도 열처리 공정이 수행되는 동안에는 산화 방지를 위해 질소 기체 등 불활성 기체 분위기로 조절될 수 있다.
도 4를 참조하면, 핫 플레이트에 기판 안착 후 열처리하는 단계(S310)가 수행되는 동안에도 프리쿨링부(120)의 내부 공간(120s)에는 냉매 공급부(122)로부터 공급된 냉매가 흐르는 상태일 수 있으며, 냉매 공급부(122)로부터의 냉매 공급을 차단한 상태라 하더라도 열처리 챔버(110) 내부에 비해 낮은 온도일 수 있다. 이로 인해 열처리 챔버(110) 내부로부터 프리쿨링부(120)의 열전달이 발생할 수 있고, 이는 열처리 공정을 교란할 수 있다. 따라서 열처리 공정이 진행되는 동안 열 교환부(130)의 내부 공간(130s)은 단열 공간으로 전환될 수 있다. 구체적으로는, 제어부(400)의 제어에 의해 스위칭부(132)가 열 교환부(130)의 내부 공간(130s)을 진공 펌프(132v)에 연결함으로써, 열 교환부(130)의 내부 공간(130s)에 진공이 형성되도록 할 수 있다. 열 교환부(130)의 내부 공간(130s)이 단열 공간으로 유지됨으로써, 열처리 챔버(110) 내부로부터 프리쿨링부(120)로의 열전달이 효과적으로 차단될 수 있다.
도 3 및 도 5을 함께 참조하면, 열처리 공정이 완료된 후에는 반송 로봇(300)이 기판을 지지한 후 상승하는 단계(S320)을 수행할 수 있다. 구체적으로는, 리프트 핀(116)이 상승하여 열처리가 완료된 기판(W)을 핫 플레이트(114) 표면으로부터 이격시키고, 반출입 포트(112)가 개방되며, 반송 로봇(300)이 반출입 포트(112)를 통해 열처리 챔버(110) 내부로 진입하여 리프트 핀(116)으로부터 기판(W)을 넘겨 받을 수 있다. 기판(W)을 지지한 반송 로봇(300)은 기판(W) 표면이 열 교환부(130)에 근접하도록 열처리 챔버(110) 내부에서 상승하도록 구동될 수 있다. 반송 로봇(300)의 몸체는 열처리 챔버(110) 외부에 배치되어 있으므로, 반출입 포트(112)는 개방된 상태일 수 있다.
S320 단계에서는 열 교환부(130)의 내부 공간(130s)은 열 교환 공간으로 전환될 수 있다. 구체적으로는, 제어부(400)의 제어에 의해 스위칭부(132)가 열 교환부(130)의 내부 공간(130s)을 열교환 기체 공급부(132g)에 연결함으로써, 열 교환부(130)의 내부 공간(130s)에 열교환 기체가 흐르도록 할 수 있다. 열 교환부(130)의 내부 공간(130s)이 열교환 공간으로 유지됨으로써, 열 교환부(130)에 근접하도록 상승된 기판(W) 표면으로부터 프리쿨링부(120)로 열전달이 효과적으로 이루어질 수 있다. 이로 인해 기판(W) 온도가 빠르게 하강할 수 있다.
열교환 기체는 상온의 기체일 수 있으나, 냉각 기체일 수도 있다. 냉각 기체를 공급하는 경우 기판(W)을 좀더 빠르게 냉각할 수 있는 효과가 있다.
기판(W)은 열 교환부(130)에 근접하도록 상승된 상태로 일정 시간 동안 유지될 수 있다. 기판(W)이 상승 상태로 유지되는 시간은 미리 설정된 시간일 수 있고, 열처리 온도에 따라 다르게 설정될 수 있다. 또는 열처리 챔버(110) 내부나 반송 로봇(300)에 설치된 온도 센서를 이용하여 기판(W)의 온도를 실시간으로 측정하고, 기판(W)의 온도가 소정 온도 이하로 떨어질 때까지 상승 상태로 유지할 수 있다.
도 3 및 도 6을 함께 참조하면, S320 단계 완료 후에는 기판을 반출하여 냉각 유닛에 반입하는 단계(S330)를 수행할 수 있다. 구체적으로는, 반송 로봇(300)이 기판(W)을 지지한 상태로 열처리 챔버(110)의 반출입 포트(112)를 빠져 나와 냉각 챔버(210)의 반출입 포트(212)를 통해 냉각 챔버(210) 내로 진입하고, 쿨링 플레이트(214)의 리프트 핀에 기판(W)을 전달할 수 있다. 쿨링 플레이트(214)의 리프트 핀이 하강하여 기판(W)을 쿨링 플레이트(214) 상면에 안착시키고, 소정 시간 동안 기판(W)을 냉각할 수 있다. 쿨링 플레이트(214)는 내부의 냉매 유로를 통해 냉매가 순환되어 소정 온도로 유지될 수 있다.
이상 설명한 일 실시예에 의하면, 열처리 유닛(100)에서 고온으로 열처리 공정을 수행한 기판(W)을 열처리 챔버(110) 내에서 소정 온도 이하로 빠르게 냉각시킨 후 반출할 수 있으므로, 기판(W)이 충분히 냉각되지 않은 고온 상태로 열처리 챔버(110)에서 반출됨으로써 열 충격이나 산화 등이 발생할 수 있는 문제를 해결하면서도 생산성 하락을 최소화할 수 있다. 또한, 열처리 챔버(110)와 프리쿨링부(120) 사이에 열 교환부(130)를 배치하고, 열 교환부(130) 내부 공간(130s)을 단열 공간과 열 교환 공간으로 선택적으로 전환할 수 있도록 구성함으로써, 프리쿨링부(120)로 인해 열처리 공정이 영향 받는 문제를 해결할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열처리 유닛, 기판 처리 장치 및 기판 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 7의 열처리 유닛(100)은 기체 분사부(140)를 더 구비한다는 점에서 도 1의 열처리 유닛과 차이가 있다.
기체 분사부(140)는 열처리 챔버(110) 내부로 질소 기체 등 불활성 기체를 분사하기 위한 구성으로, 바람직하게는 열처리 챔버(110)의 반출입 포트(112)에 인접 배치될 수 있다. 도 7에 예시적으로 도시한 바와 같이, 기체 분사부(140)는 반출입 포트(112)의 상부에 구비되어 반출입 포트(112)에 평행한 방향으로 기체를 분사할 수 있다. 이 경우, 반출입 포트(112)가 오픈된 상태에서도 열처리 챔버(110) 외부의 대기가 열처리 챔버(110) 내부로 확산되는 것을 억제할 수 있다.
열처리 공정이 완료되고 반송 로봇(300)이 열처리 챔버(110)로 진입하기 위해 반출입 포트(110)가 오픈되면, 열처리 챔버(110) 내부와 외부의 반송 공간은 서로 연통되는 상태가 된다. 이로 인해, 외부의 산소 기체가 열처리 챔버(110) 내부로 확산될 수 있고, 아직 고온 상태인 기판(W)이 산화되는 문제가 발생할 수 있다. 반면 반출입 포트(112)가 오픈된 상태에서 기체 분사부(140)가 불활성 기체를 분사할 경우, 분사되는 불활성 기체가 산소 기체 진입에 대한 장벽으로 작용하여 열처리 챔버(110) 내부 분위기가 유지되도록 할 수 있다.
기체 분사부(140)는 적어도 반출입 포트(112)가 오픈된 상태에서는 불활성 기체를 분사하도록 제어될 수 있다. 특히, 열처리 공정이 완료되고 반송 로봇(300)이 열처리 챔버(110)로 진입하기 위해 반출입 포트(110)가 오픈되는 시점부터 반송 로봇(300)이 열처리 챔버(110)에서 기판(W)을 반출하는 시점까지(도 3의 S320 단계) 기체 분사부(140)가 불활성 기체를 분사하도록 제어될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도 8의 실시예는 반송 로봇(300)이 열 차단부(310)를 포함한다는 점에서 다른 실시예들과 차이가 있다.
열처리 공정이 완료된 후 반송 로봇(300)이 기판(W)을 지지한 상태로 열 교환부(130)에 근접한 위치까지 상승하여 기판(W)을 냉각하는 동안에도, 고온으로 유지되는 핫 플레이트(114)의 열에 의해 기판 냉각이 효율적으로 진행되지 않을 수 있다. 열 차단부(310)는 이와 같은 열 전달을 차단하기 위한 것으로, 예시적으로는 반송 로봇(300)의 기판을 지지하는 로봇 핸드 하부에 코팅된 열 반사막으로 구현될 수 있다. 열 반사막은 적외선 반사막일 수 있다. 또는 열 차단부(310)는 코팅이 아닌 별도의 부재로 구비될 수도 있다.
도 8의 실시예에 의하면, 기판(W)을 열 교환부(130)에 근접 위치로 상승시켜 열처리 챔버(110) 내에서 냉각하는 동안, 핫 플레이트(114)로부터의 열을 효과적으로 차단하여 기판(W)이 신속히 냉각되도록 할 수 있다.
이상 한정된 실시예 및 도면을 참조하여 설명하였으나, 이는 실시예일뿐이며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 다양한 변형 실시가 가능하다는 점은 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 각 실시예들은 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위의 기재 및 그 균등 범위에 의해 정해져야 한다.
1: 기판 처리 장치
100: 열처리 유닛
110: 열처리 챔버
112, 212: 반출입포트
114: 핫 플레이트
116: 리프트 핀
120: 프리쿨링부
122: 냉매 공급부
130: 열 교환부
132: 스위칭부
140: 기체 분사부
200: 냉각 유닛
210: 냉각 챔버
214: 쿨링 플레이트
300: 반송 로봇
310: 열 차단부
400: 제어부

Claims (19)

  1. 열처리 챔버;
    상기 열처리 챔버 내에 구비되어 기판을 지지한 상태로 기판을 열처리하기 위한 핫 플레이트;
    상기 열처리 챔버 상부에 구비되어, 열처리가 완료된 기판을 열처리 챔버에서 반출하기 전에 소정 온도 이하로 프리쿨링하기 위한 프리쿨링부;
    상기 열처리 챔버와 상기 프리쿨링부 사이에 구비되어 열처리 시에는 단열 공간으로, 프리쿨링 시에는 열교환 공간으로 전환되는 열 교환부;
    를 포함하는 열처리 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열 교환부를 단열 공간과 열교환 공간 중 하나로 선택적으로 전환하기 위한 스위칭부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 유닛.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭부는 진공 펌프 및 열교환 기체 공급부를 포함하고,
    상기 진공 펌프를 이용하여 열 교환부 내부 공간에 진공을 형성함으로써 상기 열 교환부를 단열 공간으로 전환하고,
    상기 열교환 기체 공급부로부터 열 교환부 내부 공간에 열교환 기체를 공급함으로써 상기 열 교환부를 열교환 공간으로 전환하는 것을 특징으로 하는 열처리 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열처리 챔버의 측벽에는 반출입 포트가 형성되고,
    상기 반출입 포트에 인접 배치되어 불활성 기체를 분사하기 위한 기체 분사부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 유닛.
  5. 열처리 유닛, 상기 열처리 유닛에서 열처리 공정이 완료된 기판을 냉각하기 위한 냉각 유닛, 상기 열처리 유닛으로부터 상기 냉각 유닛으로 기판을 반송하는 반송 로봇, 적어도 열처리 유닛과 반송 로봇의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 기판 처리 장치로서,
    상기 열처리 유닛은,
    열처리 챔버, 상기 열처리 챔버 내에 구비되어 기판을 지지한 상태로 기판을 열처리하기 위한 핫 플레이트, 상기 열처리 챔버 상부에 구비되어 열처리가 완료된 기판을 열처리 챔버에서 반출하기 전에 소정 온도 이하로 프리쿨링하기 위한 프리쿨링부, 상기 열처리 챔버와 상기 프리쿨링부 사이에 구비되어 단열 공간과 열교환 공간 중 어느 하나로 선택적으로 전환 가능한 열 교환부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 핫 플레이트 위에서 기판 열처리가 진행되는 동안에는 상기 열 교환부가 단열 공간으로 전환되도록 하고,
    상기 기판 열처리가 완료되면 상기 열 교환부가 열교환 공간으로 전환되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    열 교환부 내부 공간에 진공을 형성함으로써 상기 열 교환부가 단열 공간으로 전환되도록 하고,
    열 교환부 내부 공간에 열교환 기체를 공급함으로써 상기 열 교환부가 열교환 공간으로 전환되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  7. 삭제
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 기판 열처리가 완료되면 상기 반송 로봇이 기판을 지지한 상태로 상기 열 교환부 방향으로 상승 구동되고, 상기 열 교환부가 열교환 공간으로 전환되도록 제어하는 기판 처리 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 열처리 챔버의 측벽에 형성된 반출입 포트에 인접 배치되어 불활성 기체를 분사하기 위한 기체 분사부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 반출입 포트가 오픈되어 있는 동안 상기 기체 분사부로부터 불활성 기체가 분사되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 반송 로봇은 상기 핫 플레이트로부터의 열을 차단하기 위한 열 차단부를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 열 차단부는 상기 반송 로봇의 기판을 지지하는 핸드 하부에 코팅된 열 차단막인 것을 특징으로 하는 기판 처리 장치.
  12. 열처리 챔버, 상기 열처리 챔버 내에 구비되어 기판을 지지한 상태로 기판을 열처리하기 위한 핫 플레이트, 상기 열처리 챔버 상부에 구비되어 열처리가 완료된 기판을 열처리 챔버에서 반출하기 전에 소정 온도 이하로 프리쿨링하기 위한 프리쿨링부, 상기 열처리 챔버와 상기 프리쿨링부 사이에 구비되는 열 교환부를 포함하는 열처리 유닛으로 기판을 처리하는 방법으로서,
    상기 핫 플레이트에 기판을 안착하여 열처리하는 열처리 단계;
    반송 로봇이 상기 열처리가 완료된 기판을 지지한 후 상기 열 교환부 방향으로 상승하여 유지되는 프리쿨링 단계;
    를 포함하고,
    상기 열처리 단계에서는 상기 열 교환부를 단열 공간으로 전환하고,
    상기 프리쿨링 단계에서는 상기 열 교환부를 열교환 공간으로 전환하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  13. 삭제
  14. 제12항에 있어서,
    상기 열처리 단계에서는 상기 열 교환부 내부 공간에 진공을 형성하고,
    상기 프리쿨링 단계에서는 상기 열 교환부 내부 공간에 열교환 기체를 공급하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 열교환 기체는 냉각 기체인 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 프리쿨링 단계는, 미리 설정된 시간 동안 지속되거나, 기판 온도가 소정 온도 이하로 떨어질 때까지 지속되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 열처리 단계 동안 상기 열처리 챔버 내부는 불활성 가스 분위기로 조절되는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 열처리 유닛은, 상기 열처리 챔버의 측벽에 형성된 반출입 포트에 인접 배치되어 불활성 기체를 분사하기 위한 기체 분사부를 더 포함하고,
    상기 프리쿨링 단계 동안 상기 기체 분사부가 불활성 가스를 분사하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 프리쿨링 단계 종료 후, 반송 로봇이 기판을 열처리 챔버로부터 반출하고 냉각 유닛에 반입하여 기판을 냉각하는 냉각 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 처리 방법.
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