KR20240056227A - 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치의 냉각 효율 개선 방법 - Google Patents

기판 처리 장치 및 기판 처리 장치의 냉각 효율 개선 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 관점에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 처리하는 장치에 있어서, 기판을 지지하고 상기 기판을 가열하는 히터 부재를 포함하는 지지 플레이트; 및 지지 플레이트를 강제 냉각하는 냉각 유닛;을 포함하고, 상기 냉각 유닛은, 냉각 공간을 제공하는 냉각 하우징; 상기 냉각 하우징 내에 배치되고 상기 히터 부재를 향해 냉각 가스를 공급하는 복수의 가스 공급 노즐; 및 상기 가스 공급 노즐에 다이렉트로 연결되어 외부로부터 전달받은 냉각 가스를 상기 가스 공급 노즐로 공급하는 복수의 가스 공급 라인;을 포함한다.

Description

기판 처리 장치 및 기판 처리 장치의 냉각 효율 개선 방법 {Apparatus for treating a substrate and method for improving cooling efficiency thereof}
본 발명은 반도체 장치에 관한 것으로서, 기판을 가열 처리 및 냉각 처리하기 위한 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치의 냉각 효율 개선 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조를 위해서 다양한 공정을 수행하기 위한 다양한 기판 처리 장치가 사용되고 있다. 이러한 반도체 공정 중 포토리소그래피 공정(photo-lithography process)은 기판 상에 소정의 포토레지스트 패턴(photoresist pattern)을 형성시키는 공정이다. 이러한 포토리소그래피 공정은 주요하게 코팅 공정, 열처리 공정, 노광 공정(exposure process), 및 현상 공정(develop process)을 포함할 수 있고, 복수의 장치들을 이용해서 수행되고 있다. 이러한 포토리소그래피 공정은 반도체 소자의 집적도를 결정해주기 때문에 반도체 제조 공정 능력을 판단할 수 있는 기준으로 평가되고 있다.
최근, 반도체 소자의 고집적화와 생산성 향상을 위하여, 코팅 공정, 열처리 공정, 및 현상 공정이 하나의 포토 트랙(photo track) 장치에 결합되어 자동화되고 있다. 나아가, 노광 장치도 이러한 포토 트랙 장치와 인-라인으로 배치되어 전술한 공정들이 연속적으로 수행될 수 있도록 구성됨에 따라서, 생산성이 크게 향상되었다.
포토리소그래피 공정에서 기판 상에 액막을 형성한 후 기판을 가열하는 베이크 공정이 진행된다. 베이크 공정은 상온에 비해 매우 높은 온도에서 진행되며, 이를 위해서 기판을 가열하는 히터가 이용된다. 베이크 챔버 내에서 베이크 공정에 따라 가열하는 온도의 변경이 필요하다. 선행된 베이크 공정보다 낮은 온도로 변경이 필요한 경우, 히터 하부의 냉각 수단을 히터를 냉각시킬 수 있다. 포토 트랙 장치 내에서 각 공정이 연속적으로 수행되므로, 히터의 냉각 시간 단축은 베이크 공정 시간의 단축으로 이어질 수 있다. 이에 따라, 히터의 냉각 시간을 감축하기 위한 기술이 요구된다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 히터의 냉각 시간을 단축할 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치의 냉각 효율 개선 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 냉각 유닛과 주변 공간의 열교환 효율을 증가시킬 수 있는 기판 처리 장치 및 기판 처리 장치의 냉각 효율 개선 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 관점에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 지지하고 상기 기판을 가열하는 히터 부재를 포함하는 지지 플레이트; 및 지지 플레이트를 강제 냉각하는 냉각 유닛;을 포함하고, 상기 냉각 유닛은, 냉각 공간을 제공하는 냉각 하우징; 상기 냉각 하우징 내에 배치되고 상기 히터 부재를 향해 냉각 가스를 공급하는 복수의 가스 공급 노즐; 및 상기 가스 공급 노즐에 다이렉트로 연결되어 외부로부터 전달받은 냉각 가스를 상기 가스 공급 노즐로 공급하는 복수의 가스 공급 라인;을 포함할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 냉각 하우징은 상부가 개방된 원통 형상일 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 냉각 하우징의 저면을 연통하여 상기 가스 공급 노즐과 상기 가스 공급 라인이 연결될 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 가스 공급 노즐은 상기 지지 플레이트보다 낮은 위치에서 상향 경사진 방향으로 상기 지지 플레이트의 저면을 향해 상기 냉각 가스를 토출할 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 하나의 상기 가스 공급 노즐과 하나의 상기 가스 공급 라인이 각각 연결될 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 가스 공급 라인에서 상기 가스 공급 노즐로 공급되는 냉각 가스 유량이 독립적으로 제어될 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 가스 공급 라인은 외부의 가스 공급 수단과 연결되어 냉각 가스를 전달받도록 제공되고, 상기 가스 공급 수단의 수보다 상기 가스 공급 라인의 수가 많으며, 상기 가스 공급 수단과 상기 가스 공급 라인은 1:1 또는 1:다(多)로 연결될 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 복수의 가스 공급 노즐은 상기 냉각 하우징의 중심에서부터 상이한 반경을 가지는 복수의 냉각 영역 상에 나누어 배치될 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 가스 공급 라인은 외부의 가스 공급 수단과 연결되어 냉각 가스를 전달받도록 제공되고, 동일한 상기 냉각 영역에 배치된 가스 공급 노즐과 연결된 상기 가스 공급 라인은 동일한 상기 가스 공급 수단에 연결될 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 각각의 냉각 영역마다 냉각 가스 유량이 독립적으로 제어될 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 지지 플레이트의 열용량 대비 상기 냉각 하우징의 열용량은 100% 내지 200%의 값을 가질 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 냉각 하우징의 표면적 대비 부피 비가 제어되어 상기 지지 플레이트와 열용량이 매칭될 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 냉각 하우징의 측면에 복수의 요철부가 제공될 수 있다.
상기 기판 처리 장치에 따르면, 상기 냉각 하우징의 중심에서부터 반경이 작은 영역보다 반경이 큰 영역 상에 제공된 상기 요철부의 표면적이 작을 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 다른 관점에 따른, 기판 처리 장치의 냉각 효율 개선 방법은, 기판을 처리하는 장치의 냉각 효율을 개선하는 방법에 있어서, 기판 처리 장치는, 기판을 지지하고 상기 기판을 가열하는 히터 부재를 포함하는 지지 플레이트; 지지 플레이트를 강제 냉각하는 냉각 유닛;을 포함하고, 상기 냉각 유닛은, 냉각 공간을 제공하는 냉각 하우징; 상기 냉각 하우징 내에 배치되고 상기 히터 부재를 향해 냉각 가스를 공급하는 복수의 가스 공급 노즐; 및 외부로부터 전달받은 냉각 가스를 상기 가스 공급 노즐로 공급하는 복수의 가스 공급 라인을 포함하며, 상기 복수의 가스 공급 라인을 상기 가스 공급 노즐에 다이렉트로 연결할 수 있다.
상기 기판 처리 장치의 냉각 효율 개선 방법에 따르면, 상기 냉각 하우징은 상부가 개방된 원통 형상이고, 상기 냉각 하우징의 저면을 연통하여 상기 가스 공급 노즐과 상기 가스 공급 라인을 연결할 수 있다.
상기 기판 처리 장치의 냉각 효율 개선 방법에 따르면, 상기 지지 플레이트의 열용량 대비 상기 냉각 하우징의 열용량이 100% 내지 200%의 값을 가지도록 상기 냉각 하우징의 표면적 대비 부피 비를 조절할 수 있다.
상기 기판 처리 장치의 냉각 효율 개선 방법에 따르면, 상기 냉각 하우징의 측면에 복수의 요철부를 제공할 수 있다.
상기 기판 처리 장치의 냉각 효율 개선 방법에 따르면, 상기 지지 플레이트의 열용량 대비 상기 냉각 하우징의 열용량이 100% 내지 200%의 값을 가지도록 상기 요철부의 패턴 간격, 패턴 두께를 조절할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 또 다른 관점에 따른 기판 처리 장치는, 기판을 지지하고 상기 기판을 가열하는 히터 부재를 포함하는 지지 플레이트; 및 지지 플레이트를 강제 냉각하는 냉각 유닛;을 포함하고, 상기 냉각 유닛은, 냉각 공간을 제공하고 상부가 개방된 원통 형상인 냉각 하우징; 상기 냉각 하우징 내에 배치되고 상기 히터 부재를 향해 냉각 가스를 공급하는 복수의 가스 공급 노즐; 및 상기 가스 공급 노즐에 다이렉트로 연결되어 외부로부터 전달받은 냉각 가스를 상기 가스 공급 노즐로 공급하는 복수의 가스 공급 라인;을 포함하며, 상기 냉각 하우징의 저면을 연통하여 상기 가스 공급 노즐과 상기 가스 공급 라인이 연결되되, 하나의 상기 가스 공급 노즐과 하나의 상기 가스 공급 라인이 각각 연결되고, 상기 가스 공급 라인에서 상기 가스 공급 노즐로 공급되는 냉각 가스 유량이 독립적으로 제어되며, 상기 지지 플레이트의 열용량 대비 상기 냉각 하우징의 열용량이 100% 내지 200%의 값을 가지도록 상기 냉각 하우징의 표면적 대비 부피 비를 조절되어 상기 지지 플레이트와 열용량이 매칭되고, 상기 냉각 하우징의 측면에 복수의 요철부가 제공될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 히터의 냉각 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 냉각 유닛과 주변 공간의 열교환 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 설비를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 2는 도 1의 기판 처리 설비의 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1의 기판 처리 설비의 개략적인 평면도이다.
도 4는 도 3의 열처리 챔버의 일 예를 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 5는 도 4의 열처리 챔버의 개략적인 정면도이다.
도 6은 도 5의 가열 장치를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 7은 도 6의 기판 지지 유닛을 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 8은 비교예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 개략적인 분해도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 개략적인 분해도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 유닛 및 기판 처리 장치를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 공급 노즐과 가스 공급 라인의 연결 형태를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 12는 도 8의 비교예와 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 냉각 시간을 보여주는 그래프이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치를 보여주는 개략적인 분해도이다.
도 14은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 지지 유닛 및 기판 처리 장치를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 15는 도 14의 요철부를 변경하여 열용량을 제어하는 방법을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 16은 도 14의 요철부를 적용하기 전과 후의 냉각 용량을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 여러 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려 이들 실시예들은 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 또한, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 설비(100)를 보여주는 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 기판 처리 설비(100)의 개략적인 단면도이고, 도 3은 도 1의 기판 처리 장치(100)의 개략적인 평면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판 처리 설비(100)는 인덱스 모듈(index module, 110), 공정 모듈(processing module, 120) 및 인터페이스 모듈(interface module, 140)을 포함한다.
일부 실시예에서, 인덱스 모듈(110), 공정 모듈(120) 및 인터페이스 모듈(140)은 순차적으로 일렬로 배치될 수 있다. 예를 들어, 인덱스 모듈(110), 공정 모듈(120) 및 인터페이스 모듈(140)이 x축 방향으로 일렬 배치되고, 평면 상에서 폭 방향이 y축 방향이 되고, 수직 방향이 z축 방향이 될 수 있다.
보다 구체적으로 보면, 인덱스 모듈(110)은 기판(S)이 수납된 용기(10)로부터 기판(S)을 이송하기 위해서 제공될 수 있다. 예를 들어, 인덱스 모듈(110)에서 기판(S)은 용기(10)로부터 로딩되어 공정 모듈(120)로 이송되고, 처리가 완료된 기판(S)은 용기(10)로 다시 수납될 수 있다.
인덱스 모듈(110)은 로딩 포트(112)와 인덱스 프레임(114)을 포함할 수 있다. 로딩 포트(112)는 인덱스 모듈(110)의 전단에 위치되어, 기판(S)의 로딩 및/또는 언로딩을 위해서 기판(S)이 수납된 용기(10)가 놓이는 포트로 이용될 수 있다. 로딩 포트(112)는 적절하게 선택될 수 있으며, 예를 들어 복수의 로딩 포트들(112)이 y축 방향으로 배치될 수 있다.
일부 실시예에서, 용기(10)로는 전면 개방 일체 식 포드(Front Open Unified Pod, FOUP)와 같은 밀폐용 타입이 사용될 수 있다. 용기(10) 안에는 복수의 기판들(S), 예컨대 웨이퍼들이 수납될 수 있다. 용기(10)는 공장 내 오버헤드 트랜스퍼(Overhead transfer), 오버헤드 컨베이어(Overhead conveyor), 또는 자동 안내 차량(Automatic guided vehicle)과 같은 이송 장치(미도시), 로봇 또는 작업자에 의해 로딩 포트(112)에 놓일 수 있다.
인덱스 프레임(114)의 내부에는 인덱스 로봇(1144)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 인덱스 로봇(1144)은 인덱스 프레임(114) 내에 설치된 가이드 레일(1142) 상에서 이동될 수 있다. 인덱스 로봇(1144)은 전진, 후진, 회전, 상승 및/또는 하강 이동이 가능하도록 구성될 수 있다.
공정 모듈(120)은 기판(S)에 대해 코팅 공정(coating process) 및 현상 공정(develop process)을 수행하도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 공정 모듈(120)은 기판(S)에 대해 코팅 공정이 수행되는 코팅 블록(120a) 및 기판(S)에 대해 현상 공정이 수행되는 현상 블록(120b)을 포함할 수 있다.
코팅 블록(120a)은 적어도 한 층으로 제공되며, 일부 실시예에서 복수의 코팅 블록들(120a)이 서로 적층된 복수의 층으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 코팅 블록들(120a)은 실질적으로 동일한 공정을 수행하도록 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 현상 블록(120b)은 적어도 한 층으로 제공되며, 일부 실시예에서 복수의 현상 블록들(120b)이 서로 적층된 복수의 층으로 제공될 수 있다. 예를 들어, 현상 블록들(120b)은 실질적으로 동일한 공정을 수행하도록 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다.
나아가, 코팅 블록들(120a) 및 현상 블록들(120b)은 서로 적층될 수 있다. 예를 들어, 현상 블록들(120b)은 코팅 블록들(120a) 상에 적층될 수 있다. 다른 예로, 코팅 블록들(120a)이 현상 블록들(120b) 상에 적층되는 것도 가능하고, 코팅 블록들(120a) 및 현상 블록들(120b)이 교대로 적층되는 것도 가능하다.
일부 실시예에서, 코팅 블록(120a) 및 현상 블록(120b)은 전단 버퍼 챔버(122), 액처리 챔버(124), 이송 챔버(125), 열처리 챔버(126), 및/또는 후단 버퍼 챔버(128)를 각각 포함할 수 있다. 열처리 챔버(126)는 기판(S)에 대해 열처리 공정을 수행하기 위해서 제공될 수 있다. 열처리 공정은 냉각 공정 및 가열 공정을 포함할 수 있다. 코팅 블록(120a) 및 현상 블록(120b)은 대체로 유사한 구조로 구성될 수 있으나, 그 세부 기능에 따라서 서로 다르게 구성되는 것도 가능하다.
코팅 블록(120a)에서 액처리 챔버(124)는 기판(S) 상에 액을 공급하여 코팅층을 형성하기 위해서 제공될 수 있다. 예를 들어, 코팅층은 포토레지스트층 또는 반사방지층 등을 포함할 수 있다. 현상 블록(120b)에서 액처리 챔버(124)는 기판(S) 상에 현상액을 공급하여 포토레지스트층의 일부를 식각하여 포토레지스트 패턴을 형성하는 데 이용될 수 있다.
이송 챔버(125)는 코팅 블록(120a) 및 현상 블록(120b) 내에서 열처리 챔버(126)와 액처리 챔버(124) 간에 기판(S)을 이송하기 위해서 열처리 챔버(126)와 액처리 챔버(124) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 이송 챔버(125)는 그 길이 방향이 x축 방향과 평행하게 배치될 수 있다.
이송 챔버(125)에는 이송 로봇(1254)가 배치되고, 이송 로봇(1254)은 가이드 레일(1252) 상에서 이동 가능하게 배치될 수 있다. 이송 로봇(1254)은 전단 버퍼 챔버(122), 액처리 챔버(124), 이송 챔버(125), 열처리 챔버(126), 및/또는 후단 버퍼 챔버(128) 사이에서 기판(S)을 이송할 수 있다. 예를 들어, 이송 로봇(1254)은 전진, 후진, 회전, 상승 및/또는 하강 이동이 가능하도록 구성될 수 있다.
일부 실시예에서, 액처리 챔버(124)는 복수개로 제공될 수 있다. 액처리 챔버들(124)은 공정 모듈(120)의 길이 방향, 예컨대 x축 방향으로 배열될 수 있다. 액처리 챔버들(124)의 적어도 일부는 서로 다른 액처리 공정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 액처리 챔버들(124) 각각에는 액처리 유닛(1242)이 설치될 수 있고, 액처리 유닛(1242)은 기판(S)을 지지하면서 회전시키기 위한 기판 지지부와 기판(S) 상에 액을 분사할 수 있는 액 분사부를 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 열처리 챔버(126)는 복수개로 제공될 수 있다. 열처리 챔버들(126)은 공정 모듈(120)의 길이 방향, 예컨대 x축 방향으로 배열될 수 있다. 열처리 챔버들(126)의 적어도 일부는 서로 다른 액처리 공정을 수행할 수 있다. 열처리 챔버들(126)의 적어도 일부는 하우징 내에 냉각 유닛(1261) 및 가열 유닛(1264)을 포함할 수 있다. 나아가, 열처리 챔버들(126)의 일부에는 냉각 유닛(1261) 및 가열 유닛(1264) 사이에서 기판(S)을 이송하기 위한 이송 플레이트(미도시)가 설치될 수도 있다.
전단 버퍼 챔버(122)는 인덱스 모듈(110)로부터 기판(S)을 이송받아 수용할 수 있도록 코팅 블록(120a) 및 현상 블록(120b) 내에 각각 제공될 수 있다. 예를 들어, 복수의 전단 버퍼 챔버들(122)은 공정 모듈(120) 내에 적층 배치될 수 있다. 각 전단 버퍼 챔버(122) 내에는 인덱스 모듈(110)로부터 이송된 기판(S)이 수용되거나 냉각되는 냉각부(1222)가 구비될 수 있다. 나아가, 전단 버퍼 챔버(122) 내에는 기판(S)의 로딩 및/또는 언로딩을 위한 로딩 로봇(1224)이 배치될 수 있다.
냉각부(1222) 내에는 복수의 안착 플레이트 또는 냉각 플레이트가 배치될 수 있다. 예를 들어, 인덱스 프레임(114)의 인덱스 로봇(1144)은 용기(10)로부터 기판(S)을 로딩하여 냉각부(1222) 내로 안치시킬 수 있다. 냉각부(1222)는 기판(S)의 냉각 외에 기판(S)의 임시 보관 기능을 부여할 수 있고, 따라서 버퍼부로 불릴 수도 있다.
후단 버퍼 챔버(128)은 공정 모듈(120)과 인터페이스 모듈(140) 사이에서 기판(S)을 임시 보관하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 복수의 후단 버퍼 챔버들(128)은 공정 모듈(120) 내에 적층 배치될 수 있다. 각 후단 버퍼 챔버(128)에는 기판(S)이 안착되는 버퍼부(1282)와 기판(S)의 이송을 위한 버퍼 로봇(1284)이 배치될 수 있다.
인터페이스 모듈(140)은 공정 모듈(120)을 외부의 노광 장치(50)와 연결하여, 공정 모듈(120)과 노광 장치(50) 사이에서 기판(S)을 주고받기 위한 인터페이스를 제공할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스 모듈(140)은 내부에 부가 챔버(1484), 인터페이스 버퍼(1485), 이송 로봇들(1482, 1483)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에서, 부가 챔버(1484)는 코팅 블록(120a)에서 공정이 완료된 기판(S)이 노광 장치(50)로 반입되기 전에 소정의 부가 공정을 수행하거나 또는 노광 장치(50)에서 공정이 완료된 기판(S)이 현상 블록(120b)으로 반입되기 전에 소정의 부가 공정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 부가 공정은 기판(S)의 에지 영역을 노광하는 에지 노광 공정, 또는 기판(S)의 상면을 세정하는 상면 세정 공정, 또는 기판(S)의 하면을 세정하는 하면 세정 공정을 포함할 수 있다. 나아가, 인테페이스 모듈(140)의 상단에는 내부에 하강 기류를 형성하는 팬필터 유닛(미도시)이 부가될 수 있다.
도 4는 도 3의 열처리 챔버(300)의 일 예를 보여주는 개략적인 평면도이다. 도 5는 도 4의 열처리 챔버(300)의 개략적인 정면도이다.
이하에서는, 도 3의 열처리 챔버(126)를 열처리 챔버(300)로 예시하여 설명한다. 도 3의 냉각 유닛(1261) 및 가열 유닛(1264)는 냉각 장치(320) 및 가열 장치(330)로 예시하여 설명한다. 열처리 챔버(300)는 하우징(310), 냉각 장치(320), 가열 장치(330), 그리고 반송 플레이트(340)를 가진다.
하우징(310)은 대체로 직육면체의 형상으로 제공된다. 하우징(310)의 측벽에는 기판(W)이 출입되는 출입구(미도시)가 형성되고, 출입구를 개폐하도록 도어(미도시)가 제공될 수 있다. 냉각 장치(320), 가열 장치(330), 그리고 반송 플레이트(340)는 하우징(310) 내에 제공된다. 냉각 장치(320) 및 가열 장치(330)은 제2 방향(14)을 따라 나란히 제공된다. 일 예에 의하면, 냉각 장치(320)은 가열 장치(330)에 비해 이송 챔버(125)에 더 가깝게 위치될 수 있다.
냉각 장치(320)는 냉각판(322)을 가진다. 냉각판(322)은 상부에서 바라볼 때 대체로 원형의 형상을 가질 수 있다. 냉각판(322)에는 냉각부재(324)가 제공된다. 일 예에 의하면, 냉각부재(324)는 냉각판(322)의 내부에 형성되며, 냉각 유체가 흐르는 유로로 제공될 수 있다.
가열 장치(330)는 기판을 상온보다 높은 온도로 가열하는 가열 유닛(500)으로 제공된다. 가열 장치(330)는 상압 또는 이보다 낮은 감압 분위기에서 기판(W)을 가열 처리한다.
반송 플레이트(340)는 대체로 원판 형상을 제공되고, 기판(W)과 대응되는 직경을 가진다. 반송 플레이트(340)의 가장자리에는 노치(344)가 형성된다. 노치(344)는 상술한 이송 로봇(1254)의 핸드에 형성된 돌기와 대응되는 형상을 가질 수 있다. 이송 로봇(1254)의 핸드와 반송 플레이트(340)가 상하 방향으로 정렬된 위치에서 핸드와 반송 플레이트(340)의 상하 위치가 변경하면 핸드와 반송 플레이트(340) 간에 기판(W)의 전달이 이루어진다. 반송 플레이트(340)는 가이드 레일(350) 상에 장착되고, 구동기(360)에 의해 가이드 레일(350)을 따라 이동될 수 있다. 반송 플레이트(340)에는 슬릿 형상의 가이드 홈(342)이 복수 개 제공된다. 가이드 홈(342)은 반송 플레이트(340)의 끝단에서 반송 플레이트(340)의 내부까지 연장된다. 가이드 홈(342)은 그 길이 방향이 제2 방향(14)을 따라 제공되고, 가이드 홈(342)들은 제1 방향(12)을 따라 서로 이격되게 위치된다. 가이드 홈(342)은 반송 플레이트(340)와 가열 장치(330) 간에 기판(W)의 인수인계가 이루어질 때 반송 플레이트(340)와 리프트 핀(620)이 서로 간섭되는 것을 방지한다.
기판(W)의 가열은 기판(W)이 지지 플레이트(610) 상에 직접 놓인 상태에서 이루어지고, 기판(W)의 냉각은 기판(W)이 놓인 반송 플레이트(340)가 냉각판(322)에 접촉된 상태에서 이루어진다. 냉각판(322)과 기판(W) 간에 열전달이 잘 이루어지도록 반송 플레이트(340)은 열전달율이 높은 재질로 제공된다. 일 예에 의하면, 반송 플레이트(340)은 금속 재질로 제공될 수 있다.
도 6은 도 5의 가열 장치(330)를 보여주는 개략적인 단면도이다. 도 7은 도 6의 기판 지지 유닛을 보여주는 개략적인 평면도이다.
도 6을 참조하면, 가열 장치(330)는 가열 유닛(500)으로 제공되며, 가열 유닛(500)은 하우징(510), 배기 유닛(550)을 포함한다. 가열 유닛(500)은 지지 플레이트(610)를 포함한 후술할 기판 처리 장치(1000)를 처리 공간(501) 내 더 포함할 수 있다.
하우징(510)는 내부에 기판(W)을 가열 처리하는 처리 공간(501)을 제공한다. 처리 공간(501)은 외부와 차단된 공간으로 제공된다. 하우징(510)은 상부 바디(512), 하부 바디(514), 그리고 실링 부재(516)를 포함한다.
상부 바디(512)는 하부가 개방된 통 형상으로 제공된다. 상부 바디(512)의 상면에는 배기홀(5122) 및 유입홀(5124)이 형성된다. 배기홀(5122)은 상부 바디(512)의 중심에 형성된다. 배기홀(5122)은 처리 공간(501)의 분위기를 배기한다. 유입홀(5124)은 복수 개가 이격되도록 제공되며, 배기홀(5122)을 감싸도록 배열된다. 유입홀들(5124)은 처리 공간(501)에 외부의 기류를 유입한다. 일 예에 의하면, 외부의 기류는 에어, 비활성 가스 등일 수 있다.
하부 바디(514)는 상부가 개방된 통 형상으로 제공된다. 하부 바디(514)는 상부 바디(512)의 아래에 위치된다. 상부 바디(512) 및 하부 바디(514)는 상하 방향으로 서로 마주보도록 위치된다. 상부 바디(512) 및 하부 바디(514)는 서로 조합되어 내부에 처리 공간(501)을 형성한다. 즉, 하부 바디(514)의 상단은 상부 바디(512)의 하단과 대향되게 위치될 수 있다.
상부 바디(512) 및 하부 바디(514) 중 하나는 승강 부재(513)에 의해 개방 위치와 차단 위치로 이동되고, 다른 하나는 그 위치가 고정된다. 개방 위치는 상부 바디(512)와 하부 바디(5140)가 서로 이격되어 처리 공간(501)이 개방되는 위치이다. 차단 위치는 하부 바디(514) 및 상부 바디(512)에 의해 처리 공간(501)이 외부로부터 밀폐되는 위치이다.
실링 부재(516)는 상부 바디(512)와 하부 바디(514) 사이에 위치된다. 실링 부재(516)는 상부 바디(512)와 하부 바디(514)가 접촉될 때 처리 공간이 외부로부터 밀폐되도록 한다. 실링 부재(516)는 환형의 링 형상으로 제공될 수 있다. 실링 부재(516)는 하부 바디(5140)의 상단에 고정 결합될 수 있다.
도 7을 참조하면, 기판 지지 유닛은 지지 플레이트(610), 리프트 핀(620). 지지핀(630), 가이드(640)를 포함한다.
지지 플레이트(610)는 원형의 판 형상으로 제공된다. 지지 플레이트(610)의 상면은 기판(W)보다 큰 직경을 가진다. 상부에서 바라볼 때 리프트 홀들(612)은 지지 플레이트(610)의 상면의 중심을 감싸도록 배열된다. 각각의 리프트 홀들(612)은 원주 방향을 따라 서로 이격되게 배열된다.
리프트 핀(620)은 지지 플레이트(610) 상에서 기판(W)을 승하강시킨다. 리프트 핀(620)은 복수 개로 제공되며, 각각은 수직한 상하 방향을 향하는 핀 형상으로 제공된다. 각각의 리프트 홀(612)에는 리프트 핀(620)이 위치된다. 구동 부재(미도시)는 각각의 리프트 핀들(620)을 승강 위치와 하강 위치 간에 이동시킨다. 구동 부재(미도시)는 실린더일 수 있다.
지지핀(630)은 기판(W)이 지지 플레이트(610)의 안착면에 직접적으로 접촉되는 것을 방지한다. 지지핀(630)은 리프트 핀(620)과 평행한 길이 방향을 가지는 핀 형상으로 제공된다. 지지핀(630)은 복수 개로 제공되며, 각각은 지지 플레이트(610)에 고정 설치된다. 지지핀들(630)은 지지 플레이트(610)로부터 위로 돌출되게 위치된다. 지지핀(630)의 상단은 기판(W)의 저면에 직접 접촉되는 접촉면으로 제공되며, 접촉면은 위로 볼록한 형상을 가진다. 이에 따라 지지핀(630)과 기판(W) 간의 접촉 면적을 최소화할 수 있다.
가이드(640)는 기판(W)이 정 위치에 놓이도록 기판(W)을 가이드한다. 가이드(640)는 기판(W)보다 큰 직경을 가진다. 가이드(640)의 내측면은 지지 플레이트(610)의 중심축에 가까워질수록 하향 경사진 형상을 가진다. 이에 따라 가이드(640)의 내측면에 걸친 기판(W)은 그 경사면을 타고 정위치로 이동된다. 또한 가이드(640)는 기판(W)과 지지 플레이트(610) 사이에 유입되는 기류를 소량 방지할 수 있다.
히터 부재(650)는 지지 플레이트(610)에 놓인 기판(W)을 가열 처리한다. 히터 부재(650)는 지지 플레이트(610)에 놓인 기판(W)보다 아래에 위치된다. 히터 부재(650)는 복수 개의 히터들(652)을 포함한다. 히터들(652)은 지지 플레이트(610) 내에 위치된다. 히터들(652)은 지지면의 서로 상이한 영역을 가열한다. 상부에서 바라볼 때 각 히터(652)에 대응되는 지지 플레이트(610)의 영역은 복수 개의 히팅존들로 제공될 수 있다. 각각의 히터(652)는 온도가 독립 조절가능하다. 예컨대, 히팅존은 15 개일 수 있다. 각 히팅존은 측정 부재(미도시)에 의해 온도가 측정된다. 히터들(652)은 프린팅된 패턴 또는 열선일 수 있다. 히터 부재(650)은 지지 플레이트(610)를 공정 온도로 가열할 수 있다.
배기 유닛(550)은 처리 공간(501) 내부를 강제 배기한다. 배기 유닛(550)은 배기관(551) 및 안내판(553)을 포함한다. 배기관(551)은 길이 방향이 수직한 상하 방향을 향하는 관 형상을 가진다. 배기관(551)은 상부 바디(512)의 상벽을 관통하도록 위치된다. 일 예에 의하면, 배기관(551)은 배기홀(5122)에 삽입되게 위치될 수 있다. 즉, 배기관(551)의 하단은 처리 공간(501) 내에 위치되고, 배기관(551)의 상단은 처리 공간(501)의 외부에 위치된다. 배기관(551)의 상단에는 감압 부재(555)가 연결된다. 감압 부재(555)는 배기관(551)를 감압한다. 이에 따라 처리 공간(501)의 분위기는 통공(554) 및 배기관(551)를 순차적으로 거쳐 배기된다.
안내판(553)은 중심에 통공(554)을 가지는 판 형상을 가진다. 안내판(553)은 배기관(551)의 하단으로부터 연장된 원형의 판 형상을 가진다. 안내판(553)은 통공(554)과 배기관(551)의 내부가 서로 통하도록 배기관(551)에 고정 결합된다. 안내판(553)은 지지 플레이트(610)의 상부에서 지지 플레이트(610)의 지지면과 마주하게 위치된다. 안내판(553)은 하부 바디(514)보다 높게 위치된다. 일 예에 의하면, 안내판(553)은 상부 바디(512)와 마주하는 높이에 위치될 수 있다. 상부에서 바라볼 때 안내판(553)은 유입홀(5124)과 중첩되게 위치되고, 상부 바디(512)의 내측면과 이격되는 직경을 가진다. 이에 따라 안내판(553)의 측단과 상부 바디(5120)의 내측면 간에는 틈이 발생되며, 이 틈은 유입홀(5124)을 통해 유입된 기류가 기판(W)으로 공급되는 흐름 경로로 제공된다.
도 8은 비교예에 따른 기판 처리 장치(1000')를 보여주는 개략적인 분해도이다.
비교예의 기판 처리 장치(1000')는 지지 플레이트(610'), 냉각 유닛(660')을 포함한다. 지지 플레이트(610')는 상술한 지지 플레이트(610)와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다.
냉각 유닛(660')은 냉각 하우징(670'), 가스 공급 노즐(680'), 가스 분배부(690')를 포함한다. 냉각 유닛(660')은 지지 플레이트(610')를 냉각한다. 냉각 유닛(660')은 지지 플레이트(610') 저면으로 가스를 공급하여 지지 플레이트(610')를 냉각시킨다. 즉, 지지 플레이트(610') 내의 히터 부재(미도시)를 강제 냉각시킨다.
냉각 하우징(670')은 내부에 냉각 공간을 제공한다. 냉각 하우징(570')은 대략 상부가 개방된 원통 형상으로 제공될 수 있다. 냉각 하우징(670')은 측면부(671')와 저면부(673')를 포함할 수 있다. 측면부(671')는 소정의 두께(T1)를 가지는 원통 형상으로 제공될 수 있다. 저면부(673')는 측면부(671')의 하부에 연결되고 수평 방향을 따라 제공될 수 있다.
냉각 하우징(670')의 개방된 상부에 지지 플레이트(610')가 배치될 수 있다. 선택적으로, 지지 플레이트(610')의 삽입을 위해 측면부(671')의 상단에는 지지 플레이트(610')의 외주 형태에 대응하도록 단차가 형성될 수 있다. 지지 플레이트(610')와 냉각 하우징(670')이 상호 연결되면, 지지 플레이트(610')의 저면, 측면부(671')의 내측면, 저면부(673')의 상부면으로 둘러싸여진 냉각 공간이 제공될 수 있다. 지지 플레이트(610')가 삽입될 수 있도록 냉각 하우징(670')의 직경(R1)은 지지 플레이트(610')의 직경보다는 큰 것이 바람직하나, 이에 제한되지는 않는다. 지지 플레이트(610')가 냉각 하우징(670')의 상부에 올려지는 형태로도 제공될 수 있다.
냉각 하우징(670')의 저면부(673') 상에는 리프트 통과부(672')가 형성될 수 있다. 리프트 통과부(672')는 리프트 핀(620)이 통과하는 통로로 제공될 수 있다. 리프트 통과부(672')는 지지 플레이트(610')의 리프트 홀(612')에 대응하는 위치에 형성될 수 있다.
냉각 하우징(670')의 내부에는 복수의 가스 공급 노즐(680')이 배치될 수 있다. 가스 공급 노즐(680')에서 지지 플레이트(610')의 저면을 향해 냉각 가스(일 예로, 에어)가 토출될 수 있다. 냉각 가스의 토출로 지지 플레이트(610')에 포함된 히터 부재(미도시)가 냉각될 수 있다.
한편, 종래의 냉각 유닛(660')은 냉각 하우징(670')의 하부에 가스 분배부(690')가 더 연결된다. 가스 분배부(690')에는 원주 방향을 따라 냉각 가스 분배 패턴(692')이 형성될 수 있다. 냉각 가스 분배 패턴(692')은 여러 반경에 대응하도록 복수개 형성될 수 있다. 링 형상의 냉각 가스 분배 패턴(692')은 냉각 가스의 이동 통로로 제공될 수 있다. 냉각 가스 분배 패턴(692')의 제3 방향(18) 상부(수직 상부)에 복수의 가스 공급 노즐(680')가 배치될 수 있다. 그리하여 냉각 가스 분배 패턴(692') 내의 냉각 가스가 가스 공급 노즐(680')로 이동할 수 있다.
가스 분배부(690')는 외부의 가스 공급 수단(G1)으로부터 가스 공급 라인(L1)을 통해 냉각 가스를 전달받는다. 가스 공급 수단(G1)은 밸브(V1)를 통해 가스 공급 라인(L1)으로의 냉각 가스 공급량을 제어한다. 하나의 가스 공급 라인(L1)은 가스 분배부(690')에 연결되어 냉각 가스 분배 패턴(692')의 공간으로 냉각 가스를 공급한다. 가스 공급 라인(L1)을 통해 전달된 냉각 가스는 냉각 가스 분배 패턴(692')의 공간을 채우면서 상부에 연결된 가스 공급 노즐(680')로 이동한다.
비교예의 기판 처리 장치(1000')는 하나의 가스 공급 수단(G1) 및 하나의 가스 공급 라인(L1), 또는 적은 수의 가스 공급 수단과 가스 공급 라인으로 냉각 가스를 공급할 수 있는 이점이 있지만, 아래와 같은 문제점이 있다.
첫째로, 지지 플레이트(610')의 히터 부재에 의해 가스 분배부(690')의 온도도 높아지는 문제점이 있다. 지지 플레이트(610')와 가스 분배부(690')는 대략 냉각 하우징(670')의 두께(T1)에 대응하는 거리만큼 인접하게 배치된다. 지지 플레이트(610')가 약 130℃만큼 온도일 때, 주변에 열이 전달되어 충분한 시간이 흐르면 가스 분배부(690')도 약 65℃의 온도 상승이 이루어진다. 이 상태에서 가스 분배부(690')로 냉각 가스가 전달되면, 가스 분배부(690')의 온도에 의해 냉각 가스의 온도도 상승하게 된다. 온도가 올라간 냉각 가스가 가스 공급 노즐(680')을 통해 토출되면 냉각 효율은 낮아질 수 밖에 없다.
둘째로, 지지 플레이트(610')와 가스 분배부(690')의 거리를 멀리 떨어뜨려 가스 분배부(690')의 온도 상승을 줄이기 위해서는 냉각 하우징(670')의 두께(T1)를 두껍게 구성해야 한다. 이 경우 냉각 하우징(670')의 크기가 커지므로, 내부의 냉각 공간도 커지게 되어 많은 냉각 가스를 사용하게 되는 비효율이 발생한다. 게다가, 냉각 하우징(670')의 크기가 커지면 자체의 열용량이 커지게 되어 냉각 공간에 토출된 냉각 가스가 고온화 되는 문제가 다시 발생한다. 또한, 냉각 하우징(670')의 열용량이 커지면 외부로의 열 배출 효율도 낮아지게 된다.
셋째로, 냉각 가스가 가스 분배부(690')의 냉각 가스 분배 패턴(692')을 따라 분배된 후, 각각의 가스 공급 노즐(680')로 공급되기 때문에 가스 공급 노즐(680')마다 온도의 편차와 유량의 편차가 발생될 수 있다. 이에 따라 지지 플레이트(610')의 저면이 냉각되는 과정에서도 영역별 온도의 편차가 발생될 수 있다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 기판 처리 장치(1000)는 냉각 효율을 개선할 수 있는 냉각 가스의 공급 구조를 제안한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치(1000: 1000-1)를 보여주는 개략적인 분해도이다. 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 지지 유닛 및 기판 처리 장치(1000: 1000-1)를 보여주는 개략적인 단면도이다
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 기판 처리 장치(1000: 1000-1)는 지지 플레이트(610), 냉각 유닛(660)을 포함한다. 지지 플레이트(610)는 도 5 내지 도 7을 통해 상술한 바와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다. 또한, 냉각 유닛(660)의 냉각 하우징(670)은 도 8에서 상술한 냉각 유닛(660')의 냉각 하우징(670')과 차이점에 대해서만 설명한다.
냉각 유닛(660)은 냉각 하우징(670), 가스 공급 노즐(680)을 포함한다. 복수의 가스 공급 노즐(680)은 냉각 하우징(670)의 저면부(673) 상에 배치될 수 있다. 복수의 가스 공급 노즐(680)은 지지 플레이트(610)의 저면을 향해 냉각 가스(일 예로, 에어)를 토출할 수 있다. 가스 공급 노즐(680)은 토출부(685)가 지지 플레이트(610)의 히터 부재(650)보다 낮게 위치한다.
가스 공급 노즐(680)은 본체부(681), 라인 연결부(683), 토출부(685)를 포함한다. 본체부(681)는 전달받은 냉각 가스가 이동하는 통로를 제공하며 대략 제3 방향(18, z축 방향)을 향해 연장 형성된다. 라인 연결부(683)는 가스 공급 노즐(680)의 하단에 배치되고, 가스 공급 라인(L: L1~L8)과 연결된다. 토출부(685)는 본체부(681)에서 이동한 냉각 가스가 토출되는 토출구(미도시)를 제공한다. 일 예로, 가스 공급 노즐(680)의 토출부(685)는 히터 부재(650)보다 낮은 위치에서 히터 부재(650)의 저면을 향해 상향 경사진 방향으로 가스를 토출할 수 있다.
또한, 도 8의 비교예와는 달리, 본 발명의 냉각 유닛(660)은 가스 분배부(690')를 포함하지 않는다. 상술한 가스 분배부(690')를 포함할 때의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 가스 공급 노즐(680)이 가스 공급 라인(L: L1~L8)에 다이렉트로 연결되는 것을 특징으로 한다.
가스 공급 노즐(680)은 냉각 하우징(670)의 저면부(673)를 연통하여, 라인 연결부(683)가 가스 공급 라인(L: L1~L8)에 다이렉트로 연결될 수 있다. 각각의 가스 공급 노즐(680)은 각각의 가스 공급 라인(L1~L8)에 연결될 수 있다. 도 9에는 도시된 8개의 가스 공급 노즐(680)이 각각 8개의 가스 공급 라인(L1~L8)에 연결된 상태가 나타난다. 도 10에는 도시된 6개의 가스 공급 노즐(680)이 각각 6개의 가스 공급 라인(L1~L6)에 연결된 상태가 나타난다. 각각의 가스 공급 라인(L1~L8)은 가스 공급 수단(GI: GI1~GI8) 및 밸브(V: V1~V8)에 연결될 수 있다.
비교예와 대비하여 가스 분배부(690')를 제외하고, 후술하는 바와 같이 냉각 하우징(670)의 두께를 감축(T1 -> T2)함에 따라서, 가스 공급 노즐(680)에 각각 연결되는 가스 공급 라인(L1~L8)의 공간을 확보할 수 있다.
각각의 가스 공급 노즐(680)을 각각의 가스 공급 라인(L1~L8)에 다이렉트로 연결하기 때문에 비교예의 문제점이 해결될 수 있다. 가스 공급 라인(L1~L8)을 통해 이동한 냉각 가스가 즉시 가스 공급 노즐(680)을 통해 토출되므로, 지지 플레이트(610)의 열에 의해 냉각 가스의 토출되기 전에 온도가 상승되는 문제가 방지될 수 있는 효과가 있다.
또한, 각각의 가스 공급 라인(L1~L8)은 가스 공급 수단(GI1~GI8)에 연결되고 밸브(V1~V8)에 의해 냉각 가스의 공급 유량이 독립적으로 제어될 수 있다. 가스 공급 수단(GI1~GI8)이 반드시 가스 공급 라인(L1~L8)의 수와 일치하지 않더라도, 밸브(V1~V8)의 수가 가스 공급 라인(L1~L8)에 일치하면 밸브(V1~V8)의 개폐 정도로 냉각 가스의 공급 유량을 독립적으로 제어할 수 있다. 이에 따라, 비교예의 냉각 가스 분배 패턴(692') 때문에 발생하는 가스 공급 노즐(680')마다의 온도, 유량의 편차가 발생되는 문제가 해결하고, 지지 플레이트(610)의 저면에 대한 냉각 가스의 온도, 유량을 균일성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 공급 노즐(680)과 가스 공급 라인의 연결 형태를 보여주는 개략적인 도면이다.
도 11을 참조하면, 지지 플레이트(610)는 테두리가 중앙보다 외부로 열배출되는 정도가 크므로, 중앙 부분의 온도가 더 높을 수 있다. 이에 따라, 지지 플레이트(610)의 전체면에서 균일한 냉각을 위해, 가스 공급 노즐(680: 680a, 680b, 680c)을 영역 별로 대응하게 배치할 수 있다. 복수의 가스 공급 노즐(680: 680a, 680b, 680c)은 냉각 하우징(670)의 중심에서부터 상이한 반경을 가지는 복수의 냉각 영역(Z1~Z3) 상에 나누어 배치될 수 있다.
예를 들어, 복수의 가스 공급 노즐(680)은 냉각 하우징(670)의 테두리 영역(Z1), 사이 영역(Z2), 중앙 영역(Z3) 등의 복수의 냉각 영역(Z1~Z3) 상에 배치될 수 있다. 테두리 영역(Z1)에 가스 공급 노즐(680a), 사이 영역(Z2)에 가스 공급 노즐(680b), 중앙 영역(Z3)에 가스 공급 노즐(680c)이 배치될 수 있다. 지지 플레이트(610)의 중앙 부분의 온도가 더 높으므로, 중앙 영역(Z3)에 대해 테두리 영역(Z1)보다 많은 냉각 가스가 토출될 수 있다.
중앙 영역(Z3)에 대해 테두리 영역(Z1)보다 많은 냉각 가스 토출될 수 있도록, 가스 공급 노즐(680c)의 면적당 배치 개수를 가스 공급 노즐(680a)의 면적당 배치 개수보다 크게 할 수 있다. 또는, 가스 공급 노즐(680c)에 연결되는 가스 공급 라인(L-c)에서 공급되는 냉각 가스의 양을 가스 공급 노즐(680a)에 연결되는 가스 공급 라인(L-a)에서 공급되는 냉각 가스의 양보다 크도록 밸브를 제어할 수 있다.
또는, 외부의 가스 공급 수단(GI-a, GI-b, GI-c)은 각각 연결되는 가스 공급 라인(L-a, L-b, L-c) 및 가스 공급 노즐(680)의 수가 다를 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 테두리 영역(Z1)에 대해 하나의 가스 공급 수단(GI-a)으로부터 8개의 가스 공급 라인(L-a)이 분기되어 8개의 가스 공급 노즐(680a)에 냉각 가스를 공급할 수 고, 사이 영역(Z2)에 대해 하나의 가스 공급 수단(GI-b)으로부터 4개의 가스 공급 라인(L-b)이 분기되어 4개의 가스 공급 노즐(680b)에 냉각 가스를 공급할 수 있으며, 중앙 영역(Z3)에 대해 하나의 가스 공급 수단(GI-c)으로부터 2개의 가스 공급 라인(L-c)이 분기되어 2개의 가스 공급 노즐(680c)에 냉각 가스를 공급할 수 있다.
다시 말해, 가스 공급 노즐(680)과 가스 공급 라인(L-a, L-b, L-c)은 1:1로 다이렉트 연결되더라도, 가스 공급 수단(GI-a, GI-b, GI-c)은 가스 공급 라인(L-a, L-b, L-c)의 수보다 적을 수 있다. 다른 관점으로, 가스 공급 수단(GI-a, GI-b, GI-c)과 가스 공급 라인(L-a, L-b, L-c)은 1:1 또는 1:다(多)로 연결될 수 있다. 또 다른 관점으로, 동일한 냉각 영역(Z1~Z3)에 배치된 가스 공급 노즐(680a, 680b, 680c)과 연결된 가스 공급 라인((L-a, L-b, L-c)은 동일한 가스 공급 수단(GI-a, GI-b, GI-c)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 가스 공급 수단(GI-a, GI-b, GI-c)과 가스 공급 라인(L-a, L-b, L-c)의 연결 구성을 다양하면서도 간단하게 구성할 수 있는 효과가 있다.
각각의 냉각 영역(Z1~Z3)마다 냉각 가스의 공급 유량이 독립적으로 제어될 수 있다. 가스 공급 수단(GI-a, GI-b, GI-c)이 반드시 가스 공급 라인(L-a, L-b, L-c)의 수와 일치하지 않더라도, 밸브(V1~V8)[도 9 참조]의 수가 가스 공급 라인(L-a, L-b, L-c)에 일치하면 밸브의 개폐 정도로 냉각 영역(Z1~Z3)마다 냉각 가스의 공급 유량을 독립적으로 제어할 수 있다.
도 12는 도 8의 비교예와 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 처리 장치의 냉각 시간을 보여주는 그래프이다. 도 12 (a)는 도 8의 비교예, 도 12 (b)는 본 발명의 실시예에 대한 냉각 시간을 나타낸다. 냉각 공간의 각각 6 포인트에서 냉각 시간에 따른 온도를 측정하였다.
도 12 (a)를 참조하면, 도 8의 비교예는 지지 플레이트(610')의 온도가 130℃에서 100℃로 하강하는데 약 88초가 필요한 것으로 확인된다. 도 12 (b)를 참조하면, 본 발명의 실시예는 지지 플레이트(610)의 온도가 130℃에서 100℃로 하강하는데 약 72초가 필요한 것으로 확인된다. 88초에서 72초로 약 18%의 시간 단축의 효과가 나타난다. 위 평가 결과와 같이, 가스 분배부(690')를 이용하여 냉각 가스를 분배한 후 가스 공급 노즐(680')에 공급하는 방식보다, 가스 공급 노즐(680)에 다이렉트로 가스 공급 라인을 연결하여 냉각 가스를 공급하는 방식이 냉각 효율이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
한편, 본 발명은 비교예와 대비하여 지지 플레이트(610)의 열용량 대비 냉각 하우징(670)의 열용량을 낮추어 냉각 효율을 개선하는 것을 특징으로 한다. 냉각 하우징(670)의 열용량을 낮추어 온도 변화에 민감해지도록 하면, 지지 플레이트(610)로 분사되어 히터 부재(650)의 열을 빼앗아 고온이 된 냉각 가스의 열을 냉각 하우징(670)이 전달받아 외부로 방산할 수 있다.
도 8의 비교예에 따른 냉각 하우징(670')의 두께(T1)보다 도 9의 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각 하우징(670)의 두께(T2)를 더 얇게 형성할 수 있다. 기판(W)의 크기는 변하지 않기 때문에 냉각 하우징(670', 670)의 반경(R1, R2)은 비교예와 본 발명의 실시예가 동일할 수 있다. 따라서, 냉각 하우징(670)의 두께(T2)를 더 얇게 형성함에 따라 열용량을 낮출 수 있다.
냉각 하우징(670)의 표면적 대비 부피 비를 제어하여 열용량을 조절할 수 있다. 이때, 냉각 하우징(670)의 열용량은 지지 플레이트(610)의 열용량 대비 100% 내지 200%의 값을 가지도록 할 수 있다. 다시 말해, 지지 플레이트(610)와 냉각 하우징(670)의 열용량이 동일 내지는 냉각 하우징(670)의 열용량이 2배 클 수 있다. 지지 플레이트(610)의 열용량보다 냉각 하우징(670)의 열용량이 작은 경우에는 지지 플레이트(610)의 열이 냉각 하우징(670)으로 잘 이동하지 않기 때문에 냉각 효율이 낮아지게 된다. 지지 플레이트(610)의 열용량보다 냉각 하우징(670)의 열용량이 2배 이상 큰 경우에는, 냉각 하우징(670)에서 많은 열을 보유하고 있기 때문에 외부로의 열 배출 속도가 낮아지게 되고, 많은 양의 냉각 가스를 사용하여야 하기 때문에 역시 냉각 효율이 낮아지게 된다.
아래 표는 일 실시예에 따른 열용량을 나타낸다.
지지 플레이트 도 8의 비교예 본 발명의 실시예
재질 AlN Al Al
비열(J/kg·K) 740 900 900
질량(kg) 1.26 2.90 1.5
부피(mm3) 382,320 1,072,659 556,168
표면적(mm2) 190,932 286,178 304,169
열용량(J/K) 932 (100%) 2,610 (280%) 1,350 (145%)
표면적/부피 2.7 (100%) 5.5 (204%)
도 8의 비교예 대비 본 발명은 냉각 하우징(670)의 두께(T2)를 더 얇게 하여 표면적/부피를 약 204% 증가시켰다. 또한, 열용량은 지지 플레이트(610) 대비 280%(비교예)에서 145%로 매칭시켰다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치(1000: 1000-2)를 보여주는 개략적인 분해도이다. 도 14은 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판 지지 유닛 및 기판 처리 장치(1000: 1000-2)를 보여주는 개략적인 단면도이다. 이하에서는, 도 9 및 도 10의 기판 처리 장치(1000: 1000-2)와 차이점에 대해서만 설명한다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 기판 처리 장치(1000: 1000-2)는 지지 플레이트(610), 냉각 유닛(660)을 포함한다. 냉각 하우징(670)은 측면에 복수의 요철부(675)가 제공될 수 있다. 도 13 및 도 14에서 요철부(675)는 저면부(673) 상에 형성된 것이 도시되나, 측면은 저면부(673), 측면부(671) 외에 외측면, 내측면, 상측면, 하측면 등을 포괄하는 개념으로 이해될 수 있다.
복수의 요철부(675)는 동일한 부피의 냉각 하우징(670)에서 표면적을 늘릴 수 있다. 상기 [표 1]에서 살펴본 바와 같이 표면적/부피가 커질수록 열 배출 효율이 향상되고 냉각 효율이 개선될 수 있다. 냉각 하우징(670)의 냉각 공간 내에서의 표면적 증가는 냉각 가스의 열이 냉각 하우징(670)으로 보다 쉽게 전달되도록 한다. 또한, 냉각 하우징(670)의 외부 표면적의 증가는 냉각 하우징(670)의 열이 외부로 보다 쉽게 방산되도록 한다. 동일한 부피의 조건에서 요철부(675)를 더 구비하여 냉각 하우징(670)의 표면적을 늘리면 냉각 효율을 개선할 수 있다.
복수의 요철부(675)는 각 패턴의 폭, 두께가 mm 단위, 바람직하게는 약 2~3mm 정도로 형성될 수 있다. 다만, 표면적을 크게 하는 목적의 범위 내에서 요철부(675)의 크기, 형태가 제한되지 않는다.
도 15는 도 14의 요철부(675)를 변경하여 열용량을 제어하는 방법을 나타내는 개략적인 단면도이다.
상술하였듯이 지지 플레이트(610)의 중앙이 테두리보다 온도가 더 높을 수 있다. 이에 따라 중앙 부분에 열 교환이 더 많이 이루어지는 것이 냉각 효율 개선에 유리하다.
도 15를 참조하면, 냉각 하우징(670)의 영역마다 요철부(675)의 크기를 다르게 적용할 수 있다. 또는, 냉각 하우징(670)의 영역에 따라 일부 영역에만 요철부(675)를 형성할 수도 있다.
냉각 하우징(670)의 중심에서부터 반경이 작은 영역보다 반경이 큰 영역 상에 제공된 요철부(675a)가 표면적이 더 작도록 형성할 수 있다. 중심 영역(Z3)은 테두리 영역(Z1)보다 열 배출이 더 많이 이루어져야 하므로, 요철부(675c)의 패턴 폭(PL2), 높이(PH2) 중 적어도 어느 하나를 요철부(675a)의 패턴 폭(PL1), 높이(PH1)와 다르게 설정하여 요철부(675c)의 표면적이 요철부(675a)보다 커지도록 형성할 수 있다. 예를 들어, 요철부(675c)의 패턴 폭(PL2)은 요철부(675a)의 패턴 폭(PL1)보다 적게 하고, 요철부(675c)의 패턴 높이(PH2)는 요철부(675a)의 패턴 높이(PH1)보다 크게 설정할 수 있다.
한편, 요철부(675)에 의한 표면적의 변경은 냉각 하우징(670)의 열용량을 변경에도 기여할 수 있다. 따라서, 요철부(675)의 패턴 폭, 패턴 높이를 변경하여 냉각 하우징(670)의 열용량을 지지 플레이트(610)의 열용량에 매칭할 수도 있다. 상술하였듯이, 냉각 하우징(670)의 두께(T2)를 조절하는 것 외에도, 요철부(675)의 패턴 폭, 패턴 높이를 변경하여 열용량을 제어할 수 있으므로 냉각 하우징(670)의 다양한 설계 방안을 가질 수 있게 된다.
도 16은 도 14의 요철부(675)를 적용하기 전과 후의 냉각 용량을 나타내는 도면이다. 도 16 (a)는 요철부(675)의 적용 전, 도 16 (b)는 요철부(675)의 적용 후의 냉각 용량을 나타낸다.
냉각 하우징(470)에서 가스 공급 노즐(680)들이 배치되는 부분에서는 냉각 가스의 토출에 의해 Heat Flux 수치가 15(kW/m2)에 가깝게 나오는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 16 (a)에 대비하여 도 16 (b)를 살펴보면, 요철부(675)를 적용한 경우에 냉각 하우징(470)의 전체 냉각 공간에서 균일한 Heat Flux 수치가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 도 16 (a)는 중앙 부분에서 Heat Flux가 0(kW/m2)에 가까운 부분이 나타나나, 도 16 (b)는 중앙 부분에서도 대부분 Heat Flux가 1.5~3.0(kW/m2)로 나타난다. 도 16 (a)는 냉각 용량이 약 536W이고, 도 16 (b)는 냉각 용량이 약 567W로서, 요철부(675)를 적용한 후에 냉각 용량이 약 5.7% 상승하고, 냉각 균일도가 상승하는 것을 확인할 수 있다.
위와 같이, 본 발명은 가스 공급 노즐과 가스 공급 라인이 다이렉트로 연결되고, 냉각 하우징의 열용량을 지지 플레이트에 대응하게 매칭하며, 냉각 하우징 내에 요철부를 적용함에 따라 히터의 냉각 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다. 또한, 냉각 유닛과 주변 공간의 열교환 효율을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 기판 처리 설비
200: 기판 처리 장치
300: 열처리 챔버
330(500): 가열 장치(가열 유닛)
610: 지지 플레이트
620: 리프트 핀
630: 지지핀
640: 가이드
650: 히터 부재
660, 660': 냉각 유닛
670, 670': 냉각 하우징
675: 요철부
680, 680': 가스 공급 노즐
690': 가스 분배부
GI, GI1~GI8: 가스 공급 수단
L, L1~L8: 가스 공급 라인
V, V1~V8: 밸브

Claims (20)

  1. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    기판을 지지하고 상기 기판을 가열하는 히터 부재를 포함하는 지지 플레이트; 및
    지지 플레이트를 강제 냉각하는 냉각 유닛;
    을 포함하고,
    상기 냉각 유닛은,
    냉각 공간을 제공하는 냉각 하우징;
    상기 냉각 하우징 내에 배치되고 상기 히터 부재를 향해 냉각 가스를 공급하는 복수의 가스 공급 노즐; 및
    상기 가스 공급 노즐에 다이렉트로 연결되어 외부로부터 전달받은 냉각 가스를 상기 가스 공급 노즐로 공급하는 복수의 가스 공급 라인;
    을 포함하는, 기판 처리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 하우징은 상부가 개방된 원통 형상인, 기판 처리 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각 하우징의 저면을 연통하여 상기 가스 공급 노즐과 상기 가스 공급 라인이 연결되는, 기판 처리 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가스 공급 노즐은 상기 지지 플레이트보다 낮은 위치에서 상향 경사진 방향으로 상기 지지 플레이트의 저면을 향해 상기 냉각 가스를 토출하는, 기판 처리 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    하나의 상기 가스 공급 노즐과 하나의 상기 가스 공급 라인이 각각 연결되는, 기판 처리 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 가스 공급 라인에서 상기 가스 공급 노즐로 공급되는 냉각 가스 유량이 독립적으로 제어되는, 기판 처리 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 가스 공급 라인은 외부의 가스 공급 수단과 연결되어 냉각 가스를 전달받도록 제공되고,
    상기 가스 공급 수단의 수보다 상기 가스 공급 라인의 수가 많으며, 상기 가스 공급 수단과 상기 가스 공급 라인은 1:1 또는 1:다(多)로 연결되는, 기판처리 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 가스 공급 노즐은 상기 냉각 하우징의 중심에서부터 상이한 반경을 가지는 복수의 냉각 영역 상에 나누어 배치되는, 기판 처리 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가스 공급 라인은 외부의 가스 공급 수단과 연결되어 냉각 가스를 전달받도록 제공되고,
    동일한 상기 냉각 영역에 배치된 가스 공급 노즐과 연결된 상기 가스 공급 라인은 동일한 상기 가스 공급 수단에 연결되는, 기판 처리 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    각각의 냉각 영역마다 냉각 가스 유량이 독립적으로 제어되는, 기판 처리 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 지지 플레이트의 열용량 대비 상기 냉각 하우징의 열용량은 100% 내지 200%의 값을 가지는, 기판 처리 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 냉각 하우징의 표면적 대비 부피 비가 제어되어 상기 지지 플레이트와 열용량이 매칭된, 기판 처리 장치.
  13. 제2항에 있어서,
    상기 냉각 하우징의 측면에 복수의 요철부가 제공되는, 기판 처리 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 냉각 하우징의 중심에서부터 반경이 작은 영역보다 반경이 큰 영역 상에 제공된 상기 요철부의 표면적이 작은, 기판 처리 장치.
  15. 기판을 처리하는 장치의 냉각 효율을 개선하는 방법에 있어서,
    기판 처리 장치는, 기판을 지지하고 상기 기판을 가열하는 히터 부재를 포함하는 지지 플레이트; 지지 플레이트를 강제 냉각하는 냉각 유닛;을 포함하고,
    상기 냉각 유닛은, 냉각 공간을 제공하는 냉각 하우징; 상기 냉각 하우징 내에 배치되고 상기 히터 부재를 향해 냉각 가스를 공급하는 복수의 가스 공급 노즐; 및 외부로부터 전달받은 냉각 가스를 상기 가스 공급 노즐로 공급하는 복수의 가스 공급 라인을 포함하며,
    상기 복수의 가스 공급 라인을 상기 가스 공급 노즐에 다이렉트로 연결하는, 기판 처리 장치의 냉각 효율 개선 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 냉각 하우징은 상부가 개방된 원통 형상이고, 상기 냉각 하우징의 저면을 연통하여 상기 가스 공급 노즐과 상기 가스 공급 라인을 연결하는, 기판 처리 장치의 냉각 효율 개선 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 지지 플레이트의 열용량 대비 상기 냉각 하우징의 열용량이 100% 내지 200%의 값을 가지도록 상기 냉각 하우징의 표면적 대비 부피 비를 조절하는, 기판 처리 장치의 냉각 효율 개선 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 냉각 하우징의 측면에 복수의 요철부를 제공하는, 기판 처리 장치의 냉각 효율 개선 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 지지 플레이트의 열용량 대비 상기 냉각 하우징의 열용량이 100% 내지 200%의 값을 가지도록 상기 요철부의 패턴 간격, 패턴 두께를 조절하는, 기판 처리 장치의 냉각 효율 개선 방법.
  20. 기판을 처리하는 장치에 있어서,
    기판을 지지하고 상기 기판을 가열하는 히터 부재를 포함하는 지지 플레이트; 및
    지지 플레이트를 강제 냉각하는 냉각 유닛;
    을 포함하고,
    상기 냉각 유닛은,
    냉각 공간을 제공하고 상부가 개방된 원통 형상인 냉각 하우징;
    상기 냉각 하우징 내에 배치되고 상기 히터 부재를 향해 냉각 가스를 공급하는 복수의 가스 공급 노즐; 및
    상기 가스 공급 노즐에 다이렉트로 연결되어 외부로부터 전달받은 냉각 가스를 상기 가스 공급 노즐로 공급하는 복수의 가스 공급 라인;
    을 포함하며,
    상기 냉각 하우징의 저면을 연통하여 상기 가스 공급 노즐과 상기 가스 공급 라인이 연결되되, 하나의 상기 가스 공급 노즐과 하나의 상기 가스 공급 라인이 각각 연결되고,
    상기 가스 공급 라인에서 상기 가스 공급 노즐로 공급되는 냉각 가스 유량이 독립적으로 제어되며,
    상기 지지 플레이트의 열용량 대비 상기 냉각 하우징의 열용량이 100% 내지 200%의 값을 가지도록 상기 냉각 하우징의 표면적 대비 부피 비를 조절되어 상기 지지 플레이트와 열용량이 매칭되고,
    상기 냉각 하우징의 측면에 복수의 요철부가 제공되는, 기판 처리 장치.
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