KR19980087380A - 기판열처리장치 및 방법 - Google Patents

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이시다 아키라
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Abstract

기판열처리장치는 기판에 설정된 설정온도를 열처리하면서 용이하게 변경한다. 기판열처리장치의 가열 플레이트는 기판을 지지하는 기판지지 플레이트와, 보조 가열부, 주 가열부, 냉각 펠티에 소자, 수냉자켓을 구비한다. 기판을 가열하기 위해, 가열부를 구비하는 주 가열부에 발생된 열을 펠티에 소자를 구비하는 보조가열부를 통해 기판지지 플레이트로 전달하여 기판의 온도를 상승시킨다. 기판지지 플레이트의 온도가 저감되면 보조 가열부 및 냉각 펠티에 소자는 기판지지 플레이트의 열을 수냉자켓으로 인도하여 냉각수에 의해 외부로 방열한다.

Description

기판열처리장치 및 방법
본 발명은 기판을 처리하기 위한 기판열처리장치에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼, 포토마스크용 유리기판, 액정표시장치용 유리기판, 광디스크용 기판 등의 기판처리 공정에서는, 기판열처리장치, 예컨대 레지스트막이 형성된 기판을 소정의 온도로 가열하는 기판가열장치 및 가열된 기판을 소정의 온도까지 냉각하는 기판 냉각장치가 사용된다.
도 7은 종래의 기판가열장치의 주요부를 나타내는 모식도이다. 도 7에 있어서, 기판가열장치는 기판(W)을 소정의 온도로 가열하기 위한 가열 플레이트(1)를 구비한다. 가열 플레이트(1)의 내부에는 마이커(mica) 히터 등의 열원이 매설되어 있다. 또한, 가열 플레이트(1)의 상면에는 기판(W)의 하면을 지지하는 복수의 구(ball) 형상의 스페이서(5)가 배치되어 있다.
가열 플레이트(1)의 하방에는 3개의 승강핀(3)과 이들에 연결되어 있는 승강 프레임(6)이 배치되어 있다. 승강 프레임(6)의 일단에는 실린더(7)가 연결되어 있어 실린더(7)의 로드의 신축동작에 따라서 기판(W)이 3개의 승강핀(3)에 의해 승강 이동된다.
상기에서 설명한 바와 같이, 상기 기판가열장치는 예컨대, 기판상에 형성된 레지스트막에 대한 노광처리 전의 가열처리(프리 베이크 처리), 노광처리 후의 가열처리(PEB:Post Exposure Bake) 및 현상처리 후의 가열처리(포스트 베이크 처리) 등에 사용된다. 기판가열장치에는 외부에 설치된 기판 반송장치에 의해 기판(W)이 일정한 시간 간격으로 차례대로 공급된다.
도 8은 도 7에 나타낸 기판가열장치에서의 기판의 열이력(heat history)을 나타내는 도면이다. 도 8에 있어서, 레지스트막이 형성된 기판(W)이 기판가열장치내에 배치되어 있는 가열 플레이트(1)상에 얹혀지면, 기판(W)의 온도가 실온(room temperature) 근방에서 소정 온도 T1, 예컨대 110℃까지 상승된다. 그후, 기판(W)은 소정의 가열처리 기간중, 설정온도 T1으로 유지되고, 일정한 대기시간 후에 외부로 배출된다.
최근에는, 기판(W)상에 형성되는 패턴의 특성에 따라서 여러 종류의 레지스트가 사용되고 있다. 기판가열장치에서의 기판(W)의 가열처리의 설정온도 T1은 레지스트의 종류에 따라 다르다. 따라서, 다른 종류의 레지스트가 도포된 기판(W)이 연속해서 공급되는 경우, 기판(W)의 설정온도 T1을 공급되는 기판(W)의 레지스트 종류에 따라서 즉시 변경한 후 기판(W)의 가열처리를 행하는 것이 요망된다.
종래의 기판가열장치에서는, 가열 플레이트(1)내의 마이커 히터 등의 열원의 출력을 제어해서 설정온도 T1을 조정하고 있다. 따라서, 다음 처리대상인 기판(W)의 설정온도 T1이 직전에 처리가 끝난 기판(W)의 설정온도 T1보다도 낮은 경우에는, 가열 플레이트(1)의 열원으로부터의 출력을 제어함으로써 가열 플레이트(1)의 표면온도를 저하시킬 필요가 있다.
그러나, 가열 플레이트(1)에는 냉각수단이 설치되어 있지 않다. 이 때문에, 가열 플레이트(1)의 온도를 저하시키기 위해서는 자연 방열(放熱)에 의존하지 않을 수 없다. 하지만, 기판가열장치의 내부는 고온 분위기로 유지되어 있기 때문에, 자연 방열에 의한 냉각효과는 극히 작다. 따라서, 가열 플레이트(1)의 표면온도는 용이하게 저하하지 않고, 그러므로 설정온도 T1이 다른 기판(W)을 연속해서 처리하는 것은 곤란하였다.
따라서, 종래에는 기판(W)의 설정온도 T1의 종류마다 복수의 기판가열장치를 설치해서 가열처리를 행하고 있었다. 이 때문에, 다수의 기판가열장치가 필요하게 되고, 설비 비용이 증대한다.
본 발명은, (a) 기판을 지지하기 위한 기판지지대와, 기판지지대의 하방에 배치된 가열부와, 기판지지대와 가열부 사이에 배치되어 기판지지대와 가열부 사이에서 열교환을 행하는 제1 열교환수단을 구비하는 장치를 얻는 스텝과, (b) 기판의 온도를 제어하고, 기판지지대의 온도를 측정하여 제1 측정온도를 얻는 제1 측정 스텝과, 제1 측정온도와 제1 목표온도를 비교하여 제1 비교결과를 얻는 제1 비교 스텝과, 제1 비교결과에 따라 제1 열교환 수단을 구동하여 기판지지대와 가열부 사이의 열전달방향을 제어하는 제1 제어 스텝을 구비하는 온도제어 스텝을 구비하여 기판의 열처리를 행하는 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 기판가열장치의 단면도,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 가열 플레이트의 단면도,
도 3은 도 2에 나타낸 가열 플레이트로 구성된 기판가열장치에서의 온도설정 동작을 나타내는 흐름도,
도 4는 고속 온도상승 동작을 나타내는 흐름도,
도 5는 도 4에 나타낸 고속 온도상승 동작중의 기판의 온도변화를 나타내는 도면,
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 의한 가열 플레이트의 단면도,
도 7은 종래의 기판가열장치의 주요부를 나타내는 모식도,
도 8은 도 7에 나타낸 기판가열장치에서 기판의 열이력을 나타내는 도면이다.
가열처리시에 가열부가 발열하고, 그 열이 제1 열교환수단에 의해 기판지지대로 전달되어 기판지지대가 제1 목표온도로 설정된다. 이것에 의해 기판지지대상에 지지된 기판은 소정의 설정온도로 유지된다.
또한, 기판의 설정온도를 더 낮게 변경할 경우, 제1 열교환수단은 기판지지대의 열을 냉각부쪽으로 전달하고, 냉각부에 전달된 열은 외부로 배출된다. 이것에 의해, 기판지지대의 온도를 빠르게 저하시킨다. 따라서, 설정온도가 높은 기판과 낮은 기판을 동일한 기판열처리장치에서 연속하여 처리하는 것이 가능하게 되어 열처리에 필요한 설비의 비용을 저감시키고, 처리의 효율성을 향상시킨다.
바람직하게는, 제1 열교환수단은 펠티에 소자를 구비하고, 제1 제어스텝은 펠티에 소자에 공급되는 전류의 방향을 전환함으로써, 기판지지대와 가열부사이의 열전달방향을 전환한다. 따라서, 제1 열교환수단은 공급된 전류의 방향을 전환하여 가열부의 열을 기판지지대로 전달하거나 기판지지대의 열을 가열부로 전달하는 펠티에 소자를 구비한다. 이것에 의해, 기판지지대의 온도를 소정의 온도로 정확하게 맞추는 것이 가능하다.
냉각부는 가열부의 하면에 접하는 냉각부재와, 냉각부재를 통해 형성되어 있는 파이프로 이루어지고, 또 냉각제를 파이프로 공급하는 냉각제 공급수단을 더 구비할 수 있다.
냉각부재내에 형성되어 있는 파이프를 통해 통과하는 냉각제, 바람직하게는 공기는 기판지지대로부터 가열부를 통해 이동되는 열을 받아 외부로 방출한다. 이것에 의해, 기판지지대의 온도를 빠르게 저하시킬 수 있다.
바람직하게는, 가열부는 히터와, 히터의 상면에 적층된 상면 열 전달부재와, 히터의 하면에 적층된 하면 열 전달부재를 구비한다.
따라서, 상면 및 하면 열 전달부재는 열을 균일하게 하여 전달한다. 특히, 히터의 상면에 배치되어 있는 상부 열전달부재는 히터로부터 열을 받아 균일하게 하여 상기의 기판지지대로 전달한다. 이것에 의해 기판지지대의 상면의 온도를 균일하게 상승시킨다.
가열부는 내부에 히터가 매설된 발열부재를 구비할 수 있다.
따라서, 발열부재내에 배치되어 있는 히터가 발열하면, 발열부재의 온도가 상승하고, 그 위에 배치되어 있는 기판지지대의 온도가 소정의 온도로 상승하게 된다.
또한, 상기 장치는 가열부 하부에 배치되어 있는 냉각부 및 가열부와 냉각부사이에 배치되어 있는 제2 열교환수단을 더 구비할 수 있고, 온도 제어 스텝은 제1 비교 결과에 따라 제2 열교환수단을 구동하여 가열부와 냉각부 사이의 열 전달 방향을 제어하는 제2 제어 스텝을 구비할 수 있다.
가열부가 가열처리중에 발열하면, 제1 열교환수단에 의해 기판지지대로 열이 전달되어 기판지지대가 제1 목표온도로 설정된다. 따라서, 기판지지대로부터 방출되는 열에 노출되고, 기판지지대에 지지되어 있는 기판이 소정의 설정온도로 유지된다.
제1 열교환수단은 기판지지대와 가열부 사이에서 열을 전달하여 기판지지대의 온도를 제1 목표 온도로 제어한다. 그래서, 기판지지대상의 기판의 온도는 정확하게 소정의 설정 온도로 유지된다.
또한, 기판의 설정온도를 더 낮게 변경하는 경우, 제1 열교환수단은 기판지지대의 열을 가열부쪽으로 전달함과 동시에 제2 열교환수단은 가열부의 열을 냉각부로 전달한다. 냉각부에 전달된 열은 외부로 방출된다. 이것에 의해, 기판지지대의 온도를 빠르게 저하시킨다.
따라서, 가열설정온도가 높은 기판과 낮은 기판을 동일한 기판열처리장치에서 연속하여 처리하는 것이 가능하게 됨으로써 열처리에 필요한 설비의 비용이 저감되고, 처리의 효율성을 향상된다.
바람직하게는, 제2 열교환수단은 펠티에 소자를 구비하고, 제2 제어스텝은 펠티에 소자에 공급되는 전류의 방향을 전환함으로써, 기판지지대와 냉각부 사이의 열전달방향을 전환하는 스텝을 구비한다.
펠티에 소자는 열전효과에 의해 열을 전달하고, 공급되는 전류의 방향을 전환함으로써 열의 전달방향을 전환한다. 따라서, 펠티에 소자는 기판 지지대의 온도를 상승시키는 경우에는 가열부의 열을 기판 지지대로 전달하고, 기판 지지대의 온도를 저하시키는 경우에는 기판 지지대의 열을 가열부로 전달하고, 또 가열부로부터 냉각부로 전달한다. 이것에 의해, 기판 지지대의 온도가 정확히 설정된다.
바람직하게는, 냉각부는 제2 열교환부재의 하면에 접하는 냉각부재와, 냉각부재를 통과하게 형성되어 있는 파이프를 구비하고, 또 냉각제를 파이프로 공급하는 냉각제 공급수단을 더 구비한다.
이런 경우에는, 냉각제, 바람직하게는 냉각수가 냉각부재내에 형성되어 있는 터널내에서 순환하여 기판지지대로부터 도입된 열을 냉각제를 통해 외부로 방출하도록 한다. 이것에 의해 기판지지대의 온도를 빠르게 저하시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 기판을 가열하는 설정온도를 용이하게 변경할 수 있는 기판열처리장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징, 형상 및 장점은 첨부도면과 더불어 이하의 본 발명의 상세한 설명으로부터 명확하게 될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 기판가열장치의 단면도이다. 기판가열장치는 하우징(10)의 내부에 기판(W)을 가열하는 가열 플레이트(1)를 구비한다. 가열 플레이트(1)의 상면에는 기판(W)의 하면을 지지하는 3개의 구(ball) 형상 스페이서(5)가 정삼각 형태로 배치되어 있다. 또한, 가열 플레이트(1)에는 기판(W)을 승강 이동시키는 3개의 승강핀(3)을 통과시키기 위한 3개의 관통구멍(4)이 형성되어 있다.
가열 플레이트(1)의 상방에는 가열 플레이트(1)의 상면을 덮는 상부 커버(2)가 하우징(10)의 상면 내측에 부착되어 있다. 또한, 가열 플레이트(1)의 하부에는 기판(W)의 하면을 지지하여 승강 이동하는 3개의 승강핀(3) 및 이것들에 연결되는 승강 플레이트(6)가 배치되어 있다. 승강 플레이트(6)의 일단에는 실린더(7)가 하우징(10)의 외부에서 연결되어 있다. 실린더(7)의 로드의 신축에 의해 승강 플레이트(6) 및 승강핀(3)이 승강 이동한다. 승강 플레이트(6) 및 승강핀(3)이 상승한 때에는 기판(W)이 가열 플레이트(1)의 상방에서 대기하고, 하강한 때에는 기판(W)이 가열 플레이트(1)상의 구(ball) 형상 스페이서(5)상에 얹혀진다.
하우징(10)의 전면(前面)에는 기판 공급/배출구(11)가 형성되어 있다. 기판 공급/배출구(11)의 내측에는 셔터(9)가 배치되어 있다. 셔터(9)의 하단은 연동부재(8)에 의해 승강 플레이트(6)에 연결되어 있다. 이것에 의해, 실린더(7)의 로드가 신장하면 승강 플레이트(6)가 상승하여 기판(W)을 대기위치로 들어 올림과 동시에, 셔터(9)가 하강하여 기판 공급/배출구(11)를 개방한다. 반대로, 실린더(7)의 로드가 실린더(7)안으로 수축되면 승강 플레이트(6)가 하강하여 기판(W)을 구(ball) 형상 스페이서(5)상에 얹어 놓음과 동시에 셔터(9)가 상승하여 기판 공급/배출구(11)를 폐쇄한다.
다음은, 가열 플레이트(1)의 구조를 설명한다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 가열 플레이트의 단면도이다. 가열 플레이트(1)는 기판(W)을 수평으로 지지하는 기판 지지 플레이트(31)와, 기판 지지 플레이트(31)의 하면에 배치된 보조가열부(32)와, 보조가열부(32)의 하면에 배치된 주가열부(33)와, 주가열부(33)의 하면에 접하여 기판지지 플레이트(31)와 주 가열부(33)를 냉각하는 냉각수단(34)으로 구성된다.
기판 지지 플레이트(31)는 알루미늄 등의 전열성이 양호한 재료로 구성되고, 그 상면에 기판(W)을 지지하기 위한 3개의 구(ball) 형상 스페이서(5)가 정삼각 형태로 배치되어 있다. 이 기판 지지 플레이트(31)의 표면온도가 소정의 온도로 제어되는 것에 의해, 기판 지지 플레이트(31)의 상방으로 약간의 간격을 가지고 지지된 기판(W)의 온도가 소정의 설정온도로 조정된다.
보조가열부(32)는 펠티에 소자로 구성된다. 펠티에 소자는 전류가 공급되는 것에 의해 일측면에서 열을 흡수하고, 타측면에서 열을 방출한다. 상기의 방법으로, 펠티에 소자는 열을 이동시킨다. 열의 전달방향은 공급하는 전류의 방향을 전환하는 것에 의해 전환할 수 있다. 그래서, 기판 지지 플레이트(31)측의 온도를 상승시키는 경우에는 펠티에 소자가 주 가열부(33)로부터 기판 지지 플레이트(31)측으로 열을 이동시키고, 반대로, 기판 지지 플레이트(31)의 온도를 저하시키는 경우에는 펠티에 소자가 기판 지지 플레이트(31)로부터 주 가열부(33)측으로 열을 이동시킨다. 이 펠티에 소자를 사용한 보조가열부(32)는 기판 지지 플레이트(31)의 온도를 단시간내에 조정할 수 있다.
주 가열부(33)는 보조 가열부(32)와 접해 있는 중간 플레이트(33a)와, 중간 플레이트(33a)의 하면에 접해 있는 가열부(33b)와, 가열부(33b)의 하면에 접해 있는 방열 플레이트(33c)로 구성되어 있다. 가열부(33b)는 마이커 히터로 형성되어 있다. 중간 플레이트(33a)는 가열부(33b)에 의해 발열되는 열을 균일하게 하여 기판지지플레이트(31)로 전달한다. 또한, 방열 플레이트(33c)는 가열부(33b)로부터의 열을 기판지지플레이트(31)의 뒷면 즉, 하방으로 배출하도록 배치되어 있다.
냉각수단(34)은 주 가열부(33)를 냉각하는 냉각 펠티에 소자(35)와, 냉각 펠티에 소자(35)로부터 열을 배출하는 수냉자켓(36)으로 구성된다. 냉각 펠티에 소자(35)는 주 가열부(33)의 방열 플레이트(33c)의 하면에 접해서 배치되어 있다. 후술하는 온도저감 동작중에는 냉각 펠티에 소자(35)가 방열 플레이트(33c)로부터 열을 흡수하여 방열 플레이트(33c)의 온도를 저감시킨다.
수냉자켓(36)에는 전열성이 양호한 플레이트 형상 부재의 내부에 냉각수를 순환시키기 위한 냉각수 통로(37)가 배치되어 있다. 냉각수 통로(37)는 순환배관(38)을 통해서, 예컨대 기판가열장치가 설치되어 있는 공장의 냉각수 공급원(51)에 접속되어 있다.
또한, 기판 지지 플레이트(31)에는 기판(W)이 기판 지지 플레이트(31)상에 투입되는 것을 검출하는 기판 검출센서(39)가 배치되어 있다. 기판 검출센서(39)의 출력은 메인 콘트롤러(48)로 입력된다. 또, 기판 지지 플레이트(31)에는 온도센서(40)가 배치되어 있고, 이 온도센서(40)의 출력은 제1 온도 콘트롤러(T.C.)(45)로 입력된다.
중간 플레이트(33a)에는 온도 검출센서(41)가 배치되어 있고, 이 온도 센서의 출력이 제2 온도 콘트롤러(46)로 입력된다. 제1 및 제2 온도 콘트롤러(45, 46)는 전원(50)으로부터 각각 보조가열부(32) 및 가열부(33b)로 공급되는 전류를 제어한다. 또한, 제3 온도 콘트롤러(47)는 전원(50)으로부터 냉각 펠티에 소자(35)로 공급되는 전류를 제어한다. 제1 내지 제3 온도 콘트롤러(45, 46, 47)의 동작은 메인 콘트롤러(48)에 의해 제어된다.
메인 콘트롤러(48)는 CPU(중앙연산처리장치), RAM(Random Access Memory), ROM(Read Only Memory), 시간을 계측하기 위한 카운터 등을 가지는 마이크로 컴퓨터를 구비하고 있다. 또, 메인 콘트롤러(48)에는 온도제어 조건을 입력하기 위한 키보드 등으로 이루어지는 입력부(49)가 접속되어 있다.
기판 지지 플레이트(31)는 본 발명의 기판 지지대에 상당하고, 주 가열부(33)는 본 발명의 가열부에 상당하며, 수냉자켓(36)은 본 발명의 냉각부 및 냉각부재에 상당하고, 보조가열부(32)는 제1 열교환수단에 상당하며, 냉각 펠티에 소자(35)는 제2 열교환수단에 상당한다.
다음에, 도 2에 나타낸 가열 플레이트(1)로 구성되는 기판가열장치의 동작을 설명한다. 이하에서는, (1) 기판 지지 플레이트의 온도 설정동작, (2) 기판 투입시의 고속 온도상승 동작 및 (3) 설정온도의 변경(온도저하) 동작에 대해서 설명한다.
(1) 기판 지지 플레이트의 온도 설정동작
도 3은 기판가열장치의 온도 설정동작의 흐름도이다. 기판 지지 플레이트(31)의 상면온도는 110℃로 설정되어 있다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 기판(W)의 반입 전에, 주가열부(33)의 가열부(33b)를 구동하고, 스텝 S1 및 스텝 S2의 처리를 행한다. 동시에, 보조가열부(32)를 구동하고, 스텝 S3 및 스텝 S4의 처리를 행한다.
즉, 스텝 S1에 있어서, 제2 온도 콘트롤러(46)는 전원(50)으로부터 가열부(33b)로 공급되는 총전류를 제어하여 가열부(33b)의 열을 발열시킨다. 메인 콘트롤러(48)는 온도센서(41)로부터의 출력에 의거해서 중간 플레이트(33a)의 온도를 감시하고, 중간 플레이트(33a)가 소정의 온도(예컨대 90℃)로 되었는가 아닌가를 판정한다(스텝 S2). 중간 플레이트(33a)가 소정의 온도 이하인 경우에는 제2 온도 콘트롤러(46)에 의해 전류를 가열부(33b)로 공급하여 가열부(33b)를 발열시킨다. 중간 플레이트(33a)가 소정의 온도에 도달한 경우에는 가열부(33b)로의 전류의 공급을 중단한다. 상기의 처리를 반복함으로써, 중간 플레이트(33a)의 온도를 90℃로 유지한다.
또한, 상기 동작과 병행해서 스텝 S3에 있어서는, 전원(50)으로부터 보조가열부(32)로 전류가 공급되어, 펠티에 소자의 열전달에 의해 기판 지지 플레이트(31)의 온도가 상승된다. 메인 콘트롤러(48)는 기판 지지 플레이트(31)의 온도센서(40)로부터의 출력에 의거해서 기판 지지 플레이트(31)의 온도가 소정의 온도, 즉 110℃로 되었는가 아닌가를 판단한다(스텝 S4). 펠티에 소자는 전류 공급방향을 전환하는 것에 의해 열전달 방향을 전환할 수 있다. 따라서, 펠티에 소자가 공급하는 전류의 방향을 적절하게 전환함으로써 기판지지플레이트(31)의 온도를 소망하는 온도 110℃로 조정한다.
상기 온도설정동작에 있어서, 주가열부(33)와 보조가열부(32)의 가열부(33b)는 기판 지지 플레이트(31)의 온도를 설정한다. 보조 가열부(32)에 의해 열전달을 단시간내에 정확히 행할 수 있다. 따라서, 보조 가열부(32)에 의한 열전달의 제어는 기판 지지 플레이트(31)의 온도를 히터만을 사용해서 조정한 경우에 비해 단시간내에 정확히 행할 수 있다.
(2) 기판 투입시의 고속 온도상승 동작
상기의 온도설정동작에 있어서, 예컨대 110℃로 설정된 기판 지지 플레이트(31)상에 기판(W)이 투입되면, 투입시의 기판(W)의 온도가 실온(room temperature) 정도로 낮기 때문에 기판 지지 플레이트(31)의 표면온도가 급격히 저하한다. 그래서, 이하의 고속 온도상승 동작을 행하고, 기판 지지 플레이트(31)의 표면온도를 보정하여 기판을 소망의 온도로 설정한다.
도 4는 기판의 온도를 110±0.3℃로 제어하는 경우의 고속 온도상승 동작의 흐름도이다. 도 5는 기판의 온도변화를 나타내는 도면이다.
기판 지지 플레이트(31)가 110℃로 제어되고 있는 상태에 있어서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 예컨대 실온(약 23℃)의 기판(W)이 기판 지지 플레이트(31)상에 투입되면, 기판 지지 플레이트(31)의 온도가 급격히 저하한다. 그래서, 우선 기판 지지 플레이트(31)의 온도가 0.5℃ 이상 저하하였는가 아닌가를 온도 검출센서(40)로부터의 출력에 의해 판단한다(스텝 S10).
0.5℃ 이상의 온도저하를 검출하면, 제1 온도 콘트롤러(45)가 제어되어 최대 허용전류가 보조가열부(32)로 공급된다. 이것에 의해, 소위 풀 파워(full power)로 기판 지지 플레이트(31)의 온도가 상승된다. 메인 콘트롤러(48)는 기판 지지 플레이트(31)의 온도상승 상태를 감시한다. 기판 지지 플레이트(31)의 온도가 110℃에 도달할 때까지 최대 허용전류를 보조가열부(32)로 공급한다(스텝 S11).
기판 지지 플레이트(31)의 온도가 110℃에 도달하면(스텝 S12), 제1 온도 콘트롤러(45)를 PID 제어로 전환함으로써, 온도상승 동작을 억제한다. 그 다음, 보조가열부(32)로 공급하는 전류의 방향을 제어하면서 온도의 상승 및 저하 동작을 행하여, 기판 지지 플레이트(31)의 온도를 110℃±0.3℃의 범위로 제어한다(스텝 S13).
상술한 고속 온도상승 동작에 있어서, 보조가열부(32)가 펠티에 소자로 구성되어 있기 때문에, 풀 파워로 온도상승 동작을 행해서 기판(W)의 온도가 오버 슈트(overshoot)한 경우에도 민첩하게 온도강하 처리로 전환하는 것에 의해 단시간내에 적절한 제어로 기판(W)의 온도를 소망의 설정온도로 조정할 수 있다.
(3) 온도설정의 변경(온도저하)동작
다음에, 처리대상의 설정온도가 직전의 기판의 설정온도보다도 낮은 경우의 동작에 대해서 설명한다. 가열처리가 종료한 기판 지지 플레이트(31)의 온도는 직전의 기판의 설정온도, 예컨대 110℃와 거의 같은 상태에 있다. 마찬가지로, 중간 플레이트(33a)의 온도는 90℃ 근방에 유지되어 있다. 따라서, 펠티에 소자(35)를 구동하여, 주 가열부(33) 및 기판지지플레이트(31)의 온도를 낮춘다.
메인 콘트롤러(48)는 제1 온도 콘트롤러(45) 및 제3 온도 콘트롤러(47)에 의해 보조가열부(32)와 냉각 펠티에 소자(35)의 펠티에 소자를 구동한다. 보조가열부(32)의 펠티에 소자에는 기판 지지 플레이트(31)의 열을 주 가열부(33)측으로 전달하도록 전류가 공급됨과 동시에, 냉각 펠티에 소자(35)에는 주 가열부(33)의 열을 수냉자켓(36)측으로 전달하도록 전류가 공급된다. 이것에 의해, 기판 지지 플레이트(31)의 열은 보조가열부(32), 주 가열부(33) 및 냉각 펠티에 소자(35)를 통해서 수냉자켓(36)으로 전달된다. 전달된 열은 수냉자켓(36)의 냉각수 통로(37)를 순환하는 냉각수에 의해 외부로 방출된다. 이것에 의해, 기판 지지 플레이트(31)의 온도가 급속히 저하된다. 수냉자켓(36)의 냉각수는 항상 순환하게 되어 있어도 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 주가열부(33)의 하면에 냉각 펠티에 소자(35)와 수냉자켓(36)을 설치하기 때문에, 설정온도로 상승해 있던 기판지지플레이트(31)의 온도를 급속히 저감시킬 수 있다. 따라서, 가열처리시의 설정온도가 높거나 낮은 기판이 계속하여 공급되어도 기판지지플레이트(31)의 상면온도를 즉시 변경하여 가열처리를 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 의한 가열 플레이트의 단면도이다. 도 6에 나타낸 실시예에 의한 가열 플레이트(1)는 주 가열부(33)의 냉각수단의 구조에 있어서 도 2에 나타낸 가열 플레이트(1)와 다르다. 즉, 주 가열부(33)의 방열 플레이트(33c)의 하면에는 공냉자켓(53)이 설치되어 있다. 공냉자켓(53)에는 열전달성이 우수한 플레이트 형상부재 내에서 압축공기를 통과시키는 공기통로(54)가 형성되어 있다. 공기통로(54)는 순환배관(56)을 통해서 기판가열장치가 설치된 공장의 공기공급설비(52)에 연결되어 있다. 순환배관(56)의 중간에는 전환제어밸브(57)가 배치되어 있다. 전환제어밸브(57)를 개폐함에 따라서 공냉자켓(53)의 공기통로(54)로의 압축공기의 공급을 제어한다. 또한, 공냉자켓(53)의 플레이트 형상부재의 하면에는 방열핀(55)이 배치되어 있다.
공냉자켓(53)은 기판지지플레이트(31)의 온도저감동작중에 동작한다. 기판지지플레이트(31)의 온도가 저감되는 경우에는 메인 콘트롤러(48)가 전환제어밸브(57)를 개방함으로써, 공냉자켓(53)의 공기통로(54)에 압축공기가 공급되어 순환된다. 기판지지 플레이트(31)의 열이 주 가열부(33)를 통해 공냉자켓(53)으로 전달되어 압축공기(54)에 의해 외부로 방출된다. 이것에 의해 기판지지플레이트(31)의 온도를 소정의 온도로 신속하게 저하시킬 수 있다.
상기한 기판가열장치의 구조에 있어서, 기판지지플레이트(31)는 본 발명에 의한 기판지지대에 상당하고, 주 가열부(33)는 본 발명에 의한 가열부에 상당하고, 공냉자켓(53)은 본 발명에 의한 냉각부 및 냉각부재에 상당하고, 또 보조가열부(32)는 제1 열교환수단에 상당한다. 또한, 상기한 제1 및 제2 실시예에 의한 가열 플레이트(1)의 주 가열부(33)는 플레이트 형상인 열전달 부재내에 히터가 매설되어 있는 발열부재를 사용할 수 있다.
본 발명은 상세하게 설명되었지만, 이상의 설명은 모든 측면에 있어서 설명적이고 제한적이지 않다. 본 발명의 범위에서 이탈하지 않고 여러 가지의 수정이나 변경을 고안할 수 있다.
설정온도가 다른 기판을 처리할 때에 기판지지대의 온도를 빠르게 저하시킬 수 있으므로, 설정온도가 높은 기판과 낮은 기판을 동일한 기판열처리장치에서 연속하여 처리하는 것이 가능하게 되어 열처리에 필요한 설비의 비용을 저감시키고, 처리의 효율성을 향상시킨다.

Claims (22)

  1. 기판을 지지하는 기판 지지대; 상기 기판 지지대의 하방에 배치된 가열부; 상기 가열부의 하방에 배치된 냉각부; 상기 기판 지지대와 상기 가열부와의 사이에 배치되고, 상기 기판 지지대와 상기 가열부 사이에서 열교환을 행하는 제1 열교환수단; 을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 열교환수단은 펠티에 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각부는 상기 가열부의 하면에 접해있는 냉각부재를 구비하며, 배관이 상기 냉각부재를 통과하게 형성되어 있으며, 상기 장치는 상기 배관으로 냉각제를 공급하는 냉각제 공급수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 냉각제는 공기인 것을 특징으로 하는 기판열처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 가열부는 히터; 상기 히터의 상면에 적층되어 있는 상면 열전달부재; 상기 히터의 하면에 적층되어 있는 하면 열전달부재; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 가열부는 내부에 히터가 매설된 발열부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 기판지지대의 온도를 측정하는 제1 온도센서; 상기 가열부의 온도를 측정하는 제2 온도센서; 상기 제1 및 제2 온도센서로부터 각각의 출력신호에 상응하여 상기 가열부에서의 발열을 제어하는 가열제어수단; 을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제1 열교환수단은 상기 기판지지대와 상기 가열부 사이에서 열전달방향을 전환할 수 있는 제1 열교환소자를 구비하고, 상기 장치는 상기 제1 및 상기 제2 온도센서로부터의 각각의 상기 출력신호에 상응하여 상기 제1 열교환소자를 구동함으로써, 상기 기판지지대와 상기 가열부 사이에서의 상기 열전달방향을 제어하는 제1 열전달제어수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 가열부와 상기 냉각부 사이에 배치되고, 상기 가열부와 상기 냉각부 사이에서 열교환을 행하는 제2 열교환수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 열교환수단은 제1 펠티에 소자를 구비하고, 상기 제2 열교환수단은 제2 펠티에 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 냉각부는 상기 제2 열교환수단의 하면에 접해있는 냉각부재를 구비하고, 배관이 상기 냉각부재를 통과하게 형성되어 있으며, 상기 장치는 상기 배관으로 냉각제를 공급하는 냉각제 공급수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 냉각제는 물인 것을 특징으로 하는 기판열처리장치.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 기판지지대의 온도를 측정하는 제1 온도센서; 상기 가열부의 온도를 측정하는 제2 온도센서; 상기 제1 및 상기 제2 온도센서로부터 각각의 출력신호에 상응하여 상기 가열부에서의 발열을 제어하는 가열제어수단; 을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 제1 열교환수단은 상기 기판지지대와 상기 가열부 사이에서 열전달방향을 전환할 수 있는 제1 열교환소자를 구비하고, 상기 제2 열교환수단은 상기 가열부와 상기 냉각부 사이에서 열전달방향을 전환할 수 있는 제2 열교환소자를 구비하고, 상기 장치는 상기 제1 및 상기 제2 온도센서로부터의 각각의 상기 출력신호에 상응하여 상기 제1 열교환소자를 구동함으로써, 상기 기판지지대와 상기 가열부 사이에서 상기 열전달 방향을 제어하는 제1 열전달제어수단; 상기 제1 및 상기 제2 온도센서로부터의 각각의 상기 출력신호에 상응하여 상기 제2 열교환수단을 구동함으로써, 상기 가열부와 상기 냉각부 사이에서 상기 열전달 방향을 제어하는 제2 열전달제어수단; 을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리장치.
  15. (a) 기판을 지지하는 기판지지대와, 상기 기판지지대의 하방에 배치되는 가열부와, 상기 기판지지대와 상기 가열부 사이에 배치되고 상기 기판지지대와 상기 가열부 사이에서 열교환을 행하는 제1 열교환수단을 구비하는 장치를 얻는 스텝; (b) 상기 기판의 온도를 제어하는 스텝으로서, 상기 기판지지대의 온도를 측정하여 상기 제1 측정온도를 얻는 제1 측정스텝; 상기 제1 측정온도와 제1 목표온도를 비교하여 제1 비교결과를 얻는 제1 비교스텝; 상기 제1 비교 결과에 따라 제1 열교환수단을 구동하고 상기 기판지지대와 상기 가열부 사이에서의 열전달방향을 제어하는 제1 제어스텝; 을 구비하는 온도제어스텝을 구비하는 기판열처리방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 가열부는 히터를 구비하고, 상기 온도제어스텝은 상기 가열부의 온도를 측정하여 제2 측정온도를 얻는 제2 측정스텝; 상기 제2 측정온도와 제2 목표온도를 비교하여 제2 비교결과를 얻는 제2 비교스텝; 상기 제2 비교결과에 따라 상기 가열부에 공급될 전원을 제어하는 스텝; 을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 제1 열교환수단은 펠티에 소자를 구비하고, 상기 제1 제어스텝은 상기 펠티에 소자에 공급되는 전류의 방향을 전환함으로써 상기 기판지지대와 상기 가열부 사이에서의 열전달방향을 전환하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 제1 제어스텝은 상기 제1 측정온도가 상기 제1 목표온도보다 소정의 폭이상으로 낮은 경우에 상기 펠티에 소자로 최대 허용전류를 공급하여 상기 가열부로부터 상기 기판지지대로 열을 전달하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리방법.
  19. 제 18 항에 있어서, (c) 상기 제1 측정온도가 상기 제1 목표온도와 동일하게 된 후에 상기 제1 열교환수단을 PID 제어하는 스텝을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리방법.
  20. 제 16 항에 있어서, 상기 가열부의 하방에 배치된 냉각부 및 상기 가열부와 상기 냉각부 사이에 배치된 제2 열교환수단을 더 구비하고, 상기 온도제어스텝은 상기 제1 비교 결과에 따라 상기 제2 열교환수단을 구동함으로써 상기 가열부와 상기 냉각부 사이에서의 상기 열전달방향을 제어하는 제2 제어스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 제2 열교환수단은 펠티에 소자를 구비하고, 상기 제2 제어스텝은 상기 펠티에 소자에 공급되는 전류의 방향을 전환함으로써 상기 가열부와 상기 냉각부 사이에서의 상기 열전달방향을 전환하는 스텝을 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 제2 제어스텝은 상기 제1 측정온도가 상기 제1 목표온도보다 높을 경우에 상기 펠티에 소자로 전류를 공급하여 상기 가열부로부터 상기 냉각부로 열을 전달하는 스텝을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판열처리방법.
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