KR20230102228A - 기판지지유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판지지유닛에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 기판에 대한 처리공정 시에 기판의 온도가 급격히 상승하는 경우에도 기판을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 기판지지유닛에 대한 것이다.

Description

기판지지유닛 {Substrate supporting unit}

본 발명은 기판지지유닛에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 기판에 대한 처리공정 시에 기판의 온도가 급격히 상승하는 경우에도 기판을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 기판지지유닛에 대한 것이다.

일반적으로 기판처리장치는 챔버의 내측에 기판을 지지하는 서셉터를 구비하고, 상기 기판에 대한 각종 처리공정을 수행하게 된다. 그런데, 기판에 대한 처리공정 중에 기판의 온도가 상승할 수 있다.

예를 들어, 종래기술에 따른 기판처리장치가 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 기판에 대해 봉지막을 입히는 소위 '박막봉지(TFE : Thin Film Encapsulation)' 공정을 진행하는 경우 기판의 온도가 대략 110℃를 넘어가게 되면 OLED 소자에 손상이 발생할 수 있다. 따라서, 기판의 온도가 대략 80℃ 내지 90℃를 넘지 않게 제어할 필요가 있다.

이를 위하여 종래기술에 따른 기판처리장치의 경우 서셉터에 냉각유체가 흐르도록 하여 기판을 냉각시킬 수 있다.

그런데, 상기 기판에 대한 처리공정 중에 플라즈마(plasma)를 사용할 수 있으며, 플라즈마를 사용하는 공정의 경우 RF 전원이 공급되면 챔버 내부의 온도, 특히 기판의 온도를 순간적으로 상승시키게 된다.

이와 같이 기판의 온도가 급격히 상승하는 경우에는 전술한 냉각유체에 의한 냉각으로는 기판의 온도가 80℃ 내지 90℃를 넘지 않게 제어하는 것이 곤란하다. 냉각유체에 의한 냉각은 서셉터를 거쳐 기판을 냉각시키게 되므로 냉각효과가 즉각적이지 않으며 서서히 진행되기 때문이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 기판의 온도가 급격히 상승하는 경우에 기판을 즉각적이고 효과적으로 냉각시킬 수 있는 기판지지유닛을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 챔버 내측에 배치되어 기판을 지지하며, 내측에 냉각유체가 흐르는 냉각유로를 구비한 서셉터, 상기 서셉터에 구비되어 상기 기판의 온도를 감지하는 제1 온도감지부 및 상기 서셉터에 구비되어 상기 기판을 냉각시키는 열전소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛에 의해 달성된다.

여기서, 상기 제1 온도감지부는 상기 서셉터의 내측에 상기 열전소자의 상부에 위치하며, 상기 서셉터의 최상단에 인접하여 배치될 수 있다.

또한, 상기 열전소자의 직경 또는 면적은 상기 기판의 직경 또는 면적보다 클 수 있다.

나아가, 상기 제1 온도감지부에 의해 측정된 제1 측정온도가 미리 설정된 제1 설정온도에 도달하는 경우 상기 열전소자가 상기 기판을 냉각시킬 수 있다.

한편, 상기 서셉터에 구비되어 상기 제1 온도감지부의 하부에 위치하는 제2 온도감지부를 더 구비할 수 있다.

이 경우, 상기 제2 온도감지부는 상기 서셉터의 내측에서 상기 냉각유로에 인접하여 배치될 수 있다.

또한, 상기 냉각유체를 상기 서셉터의 냉각유로를 향해 공급하고, 상기 서셉터에서 나오는 냉각유체를 열교환시키는 열교환장치를 더 구비하고, 상기 제2 온도감지부에서 측정된 제2 측정온도가 미리 설정된 제2 설정온도에 도달하는 경우 상기 열교환장치는 상기 냉각유로를 향해 공급되는 냉각유체의 온도를 미리 설정한 공급온도에 대응하도록 냉각시킬 수 있다.

한편, 상기 제2 설정온도는 상기 제1 설정온도보다 낮게 설정될 수 있다.

전술한 구성을 가지는 본 발명에 따르면, 서셉터의 내측에 열전소자를 구비하여 기판의 온도가 급격히 상승하는 경우에도 상기 열전소자에 의해 기판을 효과적으로 냉각시켜 기판의 손상을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판지지유닛을 구비한 기판처리장치의 측면도,
도 2는 도 1에서 기판지지유닛을 도시한 측면도,
도 3은 다른 실시예에 따른 기판지지유닛을 도시한 측면도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 기판지지유닛의 구조에 대해서 상세하게 살펴보도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판지지유닛(300)을 구비한 기판처리장치(1000)의 측면도이고, 도 2는 도 1에서 기판지지유닛(300)을 도시한 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 기판처리장치(1000)는 기판(10)에 대한 증착, 에칭 등의 각종 처리공정을 수행할 수 있는 처리공간(110)을 제공하는 챔버(100)를 구비할 수 있다.

상기 챔버(100)의 내측 상부에는 상기 기판(10)을 향해 공정가스를 공급하는 가스공급부(200)를 구비할 수 있다.

또한, 상기 챔버(100)의 내측 하부에는 상기 기판(10)을 지지하며 냉각시키는 기판지지유닛(300)을 구비할 수 있다.

예를 들어, 상기 기판지지유닛(300)은 상기 챔버(100) 내측에 배치되어 상기 기판(10)을 지지하는 서셉터(310)를 구비할 수 있다. 상기 서셉터(310)의 상부에 기판(10)이 안착되어 상기 기판(10)에 대한 공정이 진행된다.

상기 기판(10)에 대한 공정 진행 시, 기판(10)의 온도가 상승할 수 있다. 본 발명에 따른 기판처리장치(1000)가 예를 들어, OLED(Organic Light Emitting Diodes) 기판에 대해 봉지막을 입히는 소위 '박막봉지(TFE : Thin Film Encapsulation)' 공정을 진행하는 경우 기판의 온도가 대략 110℃를 넘어가게 되면 OLED 소자에 손상이 발생할 수 있다. 따라서, 상기 기판(10)의 온도가 대략 90℃를 넘지 않게 제어할 필요가 있다.

이를 위하여 상기 서셉터(310)에는 냉각유체가 흐르는 냉각유로(312)가 형성될 수 있다. 상기 냉각유로(312)를 따라 냉각유체가 유동하면서 서셉터(310) 및 기판(10)을 냉각시킬 수 있다. 상기 냉각유체는 상기 서셉터(310)에서 배출유로(520)를 통해 열교환장치(500)로 배출되며, 상기 열교환장치(500)에서 다시 냉각되어 상기 서셉터(310)를 향해 공급유로(510)를 통해 공급된다.

전술한 냉각유체를 이용한 기판 냉각의 경우 서셉터(310) 및 기판(10)의 온도를 일정하게 유지하여 대략 80℃ 내지 90℃ 정도로 제어할 수 있다.

그런데, 상기 기판(10)에 대한 처리공정 중에 플라즈마(plasma)를 사용할 수 있다. 이를 위하여, RF 전원이 상기 가스공급부(200) 및 서셉터(310) 중에 어느 한쪽에 공급될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 RF 전원이 상기 가스공급부(200)로 공급되어 상기 가스공급부(200)가 제1 전극의 역할을 할 수 있다. 이 경우, 상기 서셉터(310)는 접지되어 제2 전극의 역할을 하게 되어 상기 가스공급부(200)와 서셉터(310) 사이에 플라즈마(P)가 제공될 수 있다.

전술한 바와 같이 플라즈마를 사용하는 공정의 경우 RF 전원이 공급되면 챔버(100) 내부의 온도, 특히 기판(10)의 온도를 순간적으로 상승시키게 된다. 이와 같이 기판(10)의 온도가 급격히 상승하는 경우에는 전술한 냉각유체에 의한 냉각으로는 기판(10)의 온도가 90℃를 넘지 않게 제어하는 것이 곤란하다. 즉, 냉각유체에 의한 냉각은 상기 서셉터(310)를 거쳐 상기 기판(10)을 냉각시키게 되므로 냉각효과가 즉각적이지 않으며 서서히 진행되기 때문이다.

따라서, 본 발명에서는 상기 기판(10)의 급격한 온도변화, 또는 온도상승에 대응하여 상기 기판(10)을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 기판지지유닛(300)을 제공하게 된다.

본 발명에 따른 기판지지유닛(300)은 상기 서셉터(310)에 상기 기판을 냉각시키는 열전소자(400)와, 상기 기판(10)의 온도를 감지하는 제1 온도감지부(700)를 구비할 수 있다.

여기서, 상기 열전소자(400)는 상기 서셉터(310)의 최상단에 인접하여 상기 서셉터(310)의 내측에서 상기 냉각유로(312)의 상부에 배치될 수 있다. 즉, 상기 열전소자(400)가 상기 서셉터(310)의 최상단에 인접하여 배치되는 경우 상기 기판(10)과 열전소자(400) 사이의 거리를 줄여 상기 열전소자(400)에 의한 냉각효과를 높일 수 있다. 상기 열전소자(400)는 예를 들어 '펠티어(Peltier) 소자'로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지는 않으며 다양하게 구현될 수 있다.

또한, 상기 열전소자(400)가 상기 기판(10)을 효과적을 냉각시킬 수 있도록 상기 열전소자(400)의 직경(D₁) 또는 면적은 상기 기판(10)의 직경(D₂) 또는 면적보다 크게 형성될 수 있다.

한편, 상기 챔버(100)의 외측에는 상기 열전소자(400)를 제어하는 열전소자 제어부(600)를 구비할 수 있다. 상기 열전소자 제어부(600)는 파워라인(610)을 통해 상기 열전소자(400)를 제어할 수 있다. 상기 열전소자 제어부(600)는 제1 온도감지부(700)에서 측정한 측정온도에 따라 상기 열전소자(400)를 제어하게 된다. 상기 제1 온도감지부(700)는 예를 들어 '써모커플(thermocouple)'로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.

이 경우, 상기 제1 온도감지부(700)는 상기 서셉터(310)의 최상단에 인접하여 배치될 수 있다. 또한, 상기 제1 온도감지부(700)는 상기 서셉터(310)에서 상기 열전소자(400)의 상부에 위치할 수 있다.

전술한 바와 같이, 상기 열전소자(400)에 의해 상기 기판(10)의 온도를 효과적으로 냉각하기 위해서는 상기 기판(10)의 온도를 정확하게 측정하는 것이 필요하다. 그런데, 상기 기판(10)이 위치한 처리공간에 플라즈마가 제공되는 경우 센서류 등을 상기 처리공간(110)에 노출시켜 기판(10)의 온도를 측정하는 것은 매우 힘들며 플라즈마 공정에 영향을 줄 수 있어 바람직하지 않다.

따라서, 본 발명에서는 상기 제1 온도감지부(700)를 상기 서셉터(310)의 내측에 배치하되, 최대한 상기 기판(10)에 가깝게 배치하게 된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1 온도감지부(700)는 상기 서셉터(310)를 따라 하부에서 최상단으로 연장되며, 그 상단부가 상기 열전소자(400)의 상부에 위치하게 된다. 또한, 상기 제1 온도감지부(700)의 상단부는 상기 서셉터(310)의 최상단에 인접하게 된다. 따라서, 상기 제1 온도감지부(700)에 의해 상기 기판(10)의 온도를 비교적 정확하게 측정할 수 있다.

전술한 구성을 가지는 경우, 상기 제1 온도감지부(700)에 의해 측정된 제1 측정온도가 미리 설정된 제1 설정온도에 도달하는 경우 상기 열전소자(400)가 상기 기판(10)을 냉각시키게 된다.

예를 들어, 상기 제1 설정온도를 90℃로 설정하는 경우 상기 제1 온도감지부(700)에 의해 측정된 제1 측정온도가 90℃에 도달하게 되면, 전술한 열전소자 제어부(600)는 상기 열전소자(400)를 구동시키게 된다.

상기 열전소자(400)는 상기 서셉터(310)에서 기판(10)에 인접하여 배치되어 상기 기판(10)에 대한 냉각을 즉각적으로 수행할 수 있다. 상기 열전소자(400)의 구동은 짧은 시간 동안 반복적으로 수행될 수 있다.

상기 열전소자 제어부(600)는 상기 제1 측정온도를 제1 설정온도와 비교하여 상기 제1 측정온도가 상기 제1 설정온도의 미만으로 내려갈 때까지 상기 열전소자(400)를 짧은 시간 동안 반복적으로 구동시킬 수 있다.

한편, 도 3은 다른 실시예에 따른 기판지지유닛(300')을 도시한 측면도이다

도 3을 참조하면, 상기 기판지지유닛(300')은 상기 서셉터(310)에 구비되어 상기 제1 온도감지부(700)의 하부에 위치하는 제2 온도감지부(710)를 더 구비할 수 있다.

상기 제2 온도감지부(710)는 상기 서셉터(310)를 따라 하부에서 상부로 연장되어 그 상단부가 상기 냉각유로(312)에 인접하여 배치될 수 있다. 상기 제2 온도감지부(710)도 전술한 제1 온도감지부(700)와 동일하게 써모커플로 구성될 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다.

이 경우, 상기 제2 온도감지부(710)에서 측정된 제2 측정온도가 미리 설정된 제2 설정온도에 도달하는 경우 전술한 열교환장치(500)는 상기 냉각유로(312)를 향해 공급되는 냉각유체의 온도를 미리 설정한 공급온도에 대응하도록 냉각시킬 수 있다.

예를 들어, 상기 제2 설정온도를 대략 80℃로 설정하는 경우 상기 제2 온도감지부(710)에 의해 측정된 제2 측정온도가 80℃에 도달하게 되면, 상기 열교환장치(500)는 상기 공급유로(510)를 통해 공급되는 냉각유체의 온도를 더 낮추어 상기 서셉터(310)로 공급하게 된다.

상기 열교환장치(500)는 상기 제2 측정온도를 제2 설정온도와 비교하여 상기 제2 측정온도가 상기 제2 설정온도의 미만으로 내려갈 때까지 냉각유체의 온도를 조절할 수 있다.

전술한 바와 같이, 열전소자(400)의 냉각효과는 비교적 빠르게 진행되며, 상기 냉각유체에 의한 냉각효과는 상대적으로 느리게 진행된다. 따라서, 전술한 제2 설정온도는 제1 설정온도보다 낮게 설정될 수 있다. 다만, 제2 설정온도가 너무 낮게 설정되면 챔버(100) 내부의 공정온도에 영향을 미칠 수 있으므로 제2 설정온도는 필요한 공정온도보다는 높게 설정되고 상기 제1 설정온도보다는 낮게 설정될 수 있다.

본 발명에 따른 기판지지유닛(300)은 전술한 냉각유체에 의해 기판(10)의 온도를 낮추어 최대한 일정하게 유지하며, 나아가 플라즈마 등의 공정조건으로 인해 기판(10)의 온도가 급격히 상승하는 경우에는 열전소자(400)에 의해 즉각적인 냉각을 통해 효과적으로 기판(10)을 냉각시키게 된다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

100 : 챔버
110 : 처리공간
200 : 가스공급부
300 : 기판지지유닛
310 : 서셉터
400: 열전소자
500 : 열교환장치
600 : 열전소자 제어부
700 : 제1 온도감지부
710 : 제2 온도감지부

Claims (8)

1. 챔버 내측에 배치되어 기판을 지지하며, 내측에 냉각유체가 흐르는 냉각유로를 구비한 서셉터;
   상기 서셉터에 구비되어 상기 기판의 온도를 감지하는 제1 온도감지부; 및
   상기 서셉터에 구비되어 상기 기판을 냉각시키는 열전소자;를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 온도감지부는
   상기 서셉터의 내측에 상기 열전소자의 상부에 위치하며, 상기 서셉터의 최상단에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
3. 제1항에 있어서,
   상기 열전소자의 직경 또는 면적은 상기 기판의 직경 또는 면적보다 큰 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 온도감지부에 의해 측정된 제1 측정온도가 미리 설정된 제1 설정온도에 도달하는 경우 상기 열전소자가 상기 기판을 냉각시키는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
5. 제4항에 있어서,
   상기 서셉터에 구비되어 상기 제1 온도감지부의 하부에 위치하는 제2 온도감지부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 온도감지부는 상기 서셉터의 내측에서 상기 냉각유로에 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
7. 제6항에 있어서,
   상기 냉각유체를 상기 서셉터의 냉각유로를 향해 공급하고, 상기 서셉터에서 나오는 냉각유체를 열교환시키는 열교환장치를 더 구비하고,
   상기 제2 온도감지부에서 측정된 제2 측정온도가 미리 설정된 제2 설정온도에 도달하는 경우 상기 열교환장치는 상기 냉각유로를 향해 공급되는 냉각유체의 온도를 미리 설정한 공급온도에 대응하도록 냉각시키는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제2 설정온도는 상기 제1 설정온도보다 낮게 설정되는 것을 특징으로 하는 기판지지유닛.
   

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