KR102680635B1 - 냉각 유닛과 이를 포함하는 열처리 장치 및 열처리 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉각 유닛과 이를 포함하는 열처리 장치 및 열처리 방법으로서, 열처리 장치를 통해 기판의 열처리 공정 수행 후 가열 플레이트 상에 냉각 유닛의 열교환 매체를 접촉시키고 냉매를 순환시켜 가열 플레이트의 온도를 신속하고 효과적으로 하강시킬 수 있는 기술을 개시한다.

Description

냉각 유닛과 이를 포함하는 열처리 장치 및 열처리 방법{Chilling unit, heat treatment apparatus including same, and heat treatment method}
본 발명은 냉각 유닛과 이를 포함하는 열처리 장치 및 열처리 방법으로서, 보다 상세하게는 열처리 장치를 통해 기판의 열처리 공정 수행 후 가열 플레이트 상에 냉각 유닛의 열교환 매체를 접촉시키고 냉매를 순환시켜 가열 플레이트의 온도를 신속하고 효과적으로 하강시킬 수 있는 기술에 대한 것이다.
일반적으로 반도체 소자를 제조하기 위해서는 세정, 증착, 포토 리소그래피, 에칭, 그리고 이온주입 등과 같은 다양한 공정이 수행된다. 패턴을 형성하기 위해 수행되는 포토 리소그래피 공정은 반도체 소자의 고집적화를 이루는데 중요한 역할을 수행한다.
포토리소그래피 공정은 반도체 기판 상에 포토레지스트 패턴을 형성하기 위해 수행된다. 포토리소그래피 공정은 기판 상에 포토레지스트 막을 형성하는 도포 공정, 포토레지스트 막으로부터 포토레지스트 패턴을 형성하는 노광 공정, 노광 공정에서 광이 조사된 영역 또는 그 반대 영역을 제거하는 현상 공정을 포함하고, 각각의 공정의 전후에는 기판을 가열 및 냉각하는 베이크 공정이 수행된다.
베이크 공정은 열처리 유닛을 통해서 기판을 가열한다. 열처리 유닛은 웨이퍼가 놓이지는 가열 플레이트를 가진다. 하나의 그룹에 속하는 웨이퍼들에 대해 공정이 완료되고 다음 그룹에 속하는 웨이퍼들에 공정을 진행하기 전, 가열 플레이트의 온도는 상술한 다음 그룹에 속하는 웨이퍼들의 공정 조건(예컨대, 가열 온도)에 적합하도록 조절되어야 한다. 가열 플레이트의 온도 상승은 가열 플레이트에 제공되는 열에너지를 증가하여 신속하게 수행할 수 있다.
그러나 가열 플레이트의 온도 하강은 자연 냉각 방식에 의해 이루어지므로 많은 시간이 소요된다. 자연 냉각 방식에 의해 소요되는 시간은 대기 시간에 해당하여 설비의 가동률이 크게 저하된다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 열처리 장치의 가열 플레이트 냉각 속도를 향상시킬 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
특히, 열처리 유닛의 가열 플레이트에 대한 온도 하강을 지연 냉각 방식으로 적용시 많은 시간이 소요되어 전체 설비의 가동률이 크게 저하되는 문제를 해결하고자 한다.
본 발명의 목적은 전술한 바에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있다.
본 발명에 따른 냉각 유닛의 일실시예는, 기판에 대한 열처리 공정을 수행하는 가열 유닛의 가열 플레이트를 향해 이동되는 칠링 플레이트; 상기 칠링 플레이트의 내부에 마련되며, 냉매가 유동하는 냉매 유로; 및 상기 가열 플레이트의 적어도 일부분과 접촉되어 상기 가열 플레이트와 상기 냉매 유로 상의 냉매 간에 열교환을 통해 상기 가열 플레이트를 냉각시키는 열교환 매체를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 열교환 매체는, 상기 칠링 플레이트의 하면에 분산되어 배치되며, 설정된 수준의 열전도 특성을 갖는 냉각 핀을 포함할 수 있다.
보다 바람직하게는 상기 냉각 핀은, 상부 일부분이 상기 냉매 유로 내부로 돌출되어 상기 냉매 유로에 흐르는 냉매와 직접적으로 접촉될 수 있다.
일례로서, 상기 열교환 매체는, 상기 냉각 핀의 하부 일부분이 삽입되어 배치되며, 상기 가열 플레이트와 접촉되는 볼 플랜저를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 볼 플랜저는, 설정된 수준의 열전도 특성을 가지며 탄성 재질로 제공될 수 있다.
다른 일례로서, 상기 열교환 매체는, 상기 냉각 핀의 하부가 삽입되어 배치되며, 상기 가열 플레이트와 접촉되는 열전도 패드를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 열전도 패드는, 설정된 수준의 열전도 특성을 가지며, 탄성 재질로 제공될 수 있다.
일례로서, 상기 열전도 패드는, 상기 칠링 플레이트의 하면 형상에 대응되는 면적으로 형성될 수 있다.
다른 일례로서, 상기 열전도 패드는, 설정된 면적으로 형성되며 복수개가 상기 칠링 플레이트의 하면에 분산되어 배치될 수 있다.
나아가서 상기 칠링 플레이트를 수평 방향 및 수직 방향으로 이동시켜 상기 열교환 매체를 상기 가열 플레이트에 접촉시키는 구동 수단을 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 열처리 장치의 일실시예는, 기판에 대한 열처리 공정을 수행하는 내부 공간을 제공하는 하우징; 상기 하우징의 내부 공간에 배치되어 기판을 설정 온도로 가열하여 열처리 공정을 수행하는 가열 유닛; 상기 하우징의 내부 공간 상에서 기판을 반송하는 반송 유닛; 상기 가열 유닛을 냉각시키는 제 1 항의 냉각 유닛; 및 상기 가열 유닛, 상기 반송 유닛 및 상기 냉각 유닛의 동작을 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
바람직하게는 상기 가열 유닛은, 가열 수단이 배치되어 기판에 대한 열처리 공정을 수행하는 가열 플레이트; 및 상기 가열 플레이트의 상부에 위치되고 상기 가열 플레이트를 향해 수직 방향으로 이동 가능하여 가열 공간을 제공하는 커버를 포함할 수 있다.
또한 상기 반송 유닛은, 기판이 안착되는 반송 플레이트; 상기 반송 플레이트의 일측에 연결된 아암; 및 상기 아암을 이동시켜 상기 반송 플레이트를 수평 방향 및 수직 방향으로 이동시키는 구동 부재를 포함할 수 있다.
일례로서, 상기 냉각 유닛의 칠링 플레이트는 상기 반송 유닛의 반송 플레이트와 일체일 수 있다.
다른 일례로서, 상기 냉각 유닛은, 상기 반송 유닛의 반송 플레이트 하면에 배치될 수 있다.
나아가서 상기 가열 유닛은, 상기 가열 플레이트의 하부에 이격되어 배치되어 온도 조절 가스를 상기 가열 플레이트 하면으로 배출하는 온도 조절 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 열처리 방법의 일실시예는, 기판에 대한 열처리 공정을 수행에 따라 가열 유닛의 가열 플레이트 온도가 상승한 상태에서 냉각 유닛을 상기 가열 플레이트의 상부로 이동시키는 냉각 유닛 이동 단계; 상기 냉각 유닛을 하강시켜 상기 냉각 유닛의 열교환 매체를 상기 가열 플레이트의 상부면에 접촉시키고 상기 가열 플레이트를 냉각시키는 가열 플레이트 냉각 단계; 및 상기 냉각 유닛을 원위치로 복귀시키는 냉각 유닛 복귀 단계를 포함할 수 있다.
일례로서, 상기 가열 플레이트 냉각 단계는, 상기 냉각 유닛의 칠링 플레이트를 상기 가열 플레이트를 향해 하강시켜 상기 냉각 유닛의 열교환 매체를 상기 가열 플레이트의 상부면에 접촉시키는 열교환 매체 접촉 단계; 및 상기 냉각 유닛의 냉매 유로를 통해 냉매를 제공하여 상기 열교환 매체와 상기 가열 플레이트 간의 열교환을 통해 상기 가열 플레이트를 냉각시키는 열교환 단계를 포함할 수 있다.
나아가서 상기 가열 수단의 온도 조절 플레이트를 통해 상기 가열 플레이트 하면으로 냉각 가스를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 열처리 장치의 바람직한 일실시예는, 기판에 대한 열처리 공정을 수행하는 내부 공간을 제공하는 하우징; 가열 수단이 배치되어 기판에 대한 열처리 공정을 수행하는 가열 플레이트와; 상기 가열 플레이트의 상부에 위치되고 상기 가열 플레이트를 향해 수직 방향으로 이동 가능하여 가열 공간을 제공하는 커버를 포함하는 가열 유닛; 상기 하우징의 내부 공간 상에서 기판을 반송하는 반송 유닛; 및 기판에 대한 열처리 공정을 수행하는 가열 유닛의 가열 플레이트를 향해 이동되는 칠링 플레이트과; 상기 칠링 플레이트의 내부에 마련되며, 냉매가 유동하는 냉매 유로와; 상기 칠링 플레이트의 하면에 분산되어 배치되고 상부 일부분이 상기 냉매 유로 내부로 돌출되어 상기 냉매 유로에 흐르는 냉매와 직접적으로 접촉되며, 설정된 수준의 열전도 특성을 갖는 냉각 핀과; 및 상기 냉각 핀의 하부 일부분이 삽입되어 배치되며, 설정된 수준의 열전도 특성을 가지며 탄성 재질로 제공되고, 상기 가열 플레이트와 접촉되는 볼 플랜저와; 상기 칠링 플레이트를 수평 방향 및 수직 방향으로 이동시키는 구동 수단을 포함하는 냉각 유닛을 포함할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 냉매와 가열 플레이트 간의 열교환을 보다 효과적으로 수행함으로써 가열 플레이트의 온도를 빠른 시간 내에 하강시킬 수 있어 전체 설비의 가동률을 크게 향상시킬 수 있다.
특히, 열전도도가 높으면서 탄성력을 보유한 볼 플랜저 또는 열전도 패드를 통해 가열 플레이트와의 실질적인 접촉력과 접촉 면적을 확보하면서 냉각 핀이 직접적으로 냉매와 접촉하여 열교환을 수행함으로써 가열 플레이트의 냉각 속도를 더욱 향상시킬 수 있다.
나아가서 냉각 핀과 볼 플랜저를 통해 칠링 플레이트와 가열 플레이트 간에 일정 수준 이격 거리가 확보될 수 있으므로, 상황에 따라서는 가열 플레이트 상에 리프트 핀이 돌출된 상황에서도 냉각 유닛을 통한 가열 플레이트의 냉각이 가능하게 된다.
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 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 열처리 장치의 일실시예를 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 냉각 유닛의 일실시예를 도시한다.
도 5는 본 발명에 따른 냉각 유닛의 다른 실시예를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 열처리 방법에 대한 일실시예의 흐름도를 도시한다.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 열처리 방법의 수행 과정에 대한 일례를 도시한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 한정되거나 제한되는 것은 아니다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 설명하기 위하여 이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고 이를 참조하여 살펴본다.
먼저, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다. 또한 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 열처리 장치를 통해 기판의 열처리 공정 수행 후 가열 플레이트 상에 냉각 유닛의 열교환 매체를 접촉시키고 냉매를 순환시켜 가열 플레이트의 온도를 신속하고 효과적으로 하강시킬 수 있는 기술을 제시한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 열처리 장치의 일실시예를 도시한다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 열처리 장치의 일실시예를 살펴본다.
열처리 장치(100)는 기판(W)에 대한 열처리를 수행할 수 있다. 예컨대, 열처리 장치(100)은 포토 레지스트를 도포하기 전에 기판(W)을 소정의 온도로 가열하여 기판(W) 표면의 유기물이나 수분을 제거하는 프리 베이크(prebake) 공정이나 포토레지스트를 기판(W) 상에 도포한 후에 행하는 소프트 베이크(soft bake) 공정 등과 같은 가열 공정을 수행하고, 각각의 가열 공정 이후에 기판(W)을 냉각하는 냉각 공정 등을 수행할 수 있다.
열처리 장치(100)은 하우징(110), 반송 유닛(130), 가열 유닛(150), 냉각 유닛(200) 그리고 제어기(170) 등을 포함할 수 있다.
하우징(110)은 내부에 베이크 공정이 이루어지는 공간을 제공할 수 있다. 하우징(110)은 직육면체 형상으로 제공될 수 있으며, 필요에 따라 하우징(110)의 형태와 내부 공간 크기는 변경될 수 있다.
하우징(110)은 제1측벽(111), 제2측벽(113), 반출입 통로(112) 등을 포함할 수 있다.
제1측벽(111)은 하우징(110)의 일측면에 제공되고, 제2측벽(512)은 제1측벽(111)과 맞은편에 제공될 수 있다. 하우징(110)의 측벽에는 기판(W)을 반입하거나 반출시킬 수 있는 반출입 통로(112)가 형성될 수 있다. 일 예로 반출입 통로(112)는 제1측벽(111)에 형성될 수 있다. 반출입 통로(112)는 기판(W)이 이동하는 경로를 제공할 수 있다.
반송 유닛(130)은 하우징(110) 내에서 기판(W)을 반송할 수 있다. 반송 유닛(130)은 반송 플레이트(131), 아암(132), 지지링(133), 구동 부재(137) 등을 포함할 수 있다.
반송 플레이트(131)에는 기판(W)이 안착될 수 있다. 반송 플레이트(131)는 원형의 형상으로 제공될 수 있으며, 그 형상은 필요에 따라 변형될 수 있다. 반송 플레이트(131)는 기판(W)에 대응되는 크기로 형성될 수 있다. 바람직하게는 반송 플레이트(131)는 열전도도가 좋은 금속의 재질로 제공될 수 있다.
반송 플레이트(131)에는 가이드 홀(135)이 형성되어 있다. 가이드 홀(135)은 반송 플레이트(131)의 외측면으로부터 그 내측으로 연장되어 제공될 수 있다. 가이드 홀(135)은 반송 플레이트(131)의 이동 시 리프트 핀(153)과 간섭 또는 충돌이 일어나지 않도록 제공될 수 있다.
아암(132)은 반송 플레이트(131)와 고정 결합될 수 있다. 아암(132)은 반송 플레이트(131)와 구동 부재(137) 사이에 제공될 수 있다.
지지링(133)은 반송 플레이트(131) 주위를 감싸며 제공될 수 있다. 지지링(133)은 반송 플레이트(131)의 가장 자리를 지지할 수 있다. 지지링(133)은 기판(W)이 반송 플레이트(131)에 안착된 경우, 기판(W)이 정위치에 놓이도록 기판(W)을 지지하는 기능을 수행할 수 있다.
구동 부재(137)는 반송 플레이트(131)를 구동시킬 수 있다. 구동 부재(137)는 반송 플레이트(131)를 수평 또는 상하 방향으로 이동시킬 수 있다. 구동 부재(137)는 반송 플레이트(131)를 제1위치(101)와 제2위치(102)로 이동시킬 수 있다.
제1위치(101)는 반송 플레이트(131)가 제1측벽(111)에 인접한 위치일 수 있다. 제2위치(102)는 반송 플레이트(131)가 제2측벽(213)에 근접한 위치로서 가열 플레이트(151)의 상부 위치일 수 있다.
가열 유닛(150)은 기판(W)을 설정 온도로 가열할 수 있다. 가열 유닛(150)은 가열 플레이트(151), 리프트 핀(153), 커버(155), 구동기(157)를 포함할 수 있으며, 상황에 따라 온도 조절 플레이트(156) 등을 더 포함할 수 있다.
가열 플레이트(151)의 내부에는 기판(W)을 가열하는 가열 수단(152)이 배치될 수 있다. 예컨대, 가열 수단(152)은 히팅 코일로 제공될 수 있고, 또는 이와는 달리 가열 플레이트(151)에는 발열 패턴들이 가열 수단(152)으로 제공될 수 있다. 가열 플레이트(151)는 원통형의 형상으로 제공될 수 있으며, 필요에 따라 그 형상을 다양하게 변형될 수 있다. 가열 플레이트(151)의 내에는 리프트 핀(153)을 수용하는 핀 홀(154)이 형성될 수 있다.
핀 홀(154)은 리프트 핀(153)이 기판(W)을 상하로 이동시킬 때 리프트 핀(153)의 이동하는 경로를 위해 제공될 수 있다. 핀 홀(154)은 가열 플레이트(151)를 상하방향으로 관통하도록 제공되며, 복수개가 제공될 수 있다.
리프트 핀(154)은 승강 기구(미도시)에 의해 상하로 이동될 수 있다. 리프트 핀(154)은 기판(W)을 가열 플레이트(151) 상에 안착시킬 수 있다. 리프트 핀(154)은 기판(W)을 가열 플레이트(151)로부터 일정거리 이격된 위치로 기판(W)을 승강시킬 수 있다.
커버(155)는 가열 플레이트(151)의 상부에 위치될 수 있으며, 가열 플레이트(151)의 형상에 대응되는 형상으로 제공될 수 있다. 커버(155)의 형상은 필요에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 커버(155)는 내부에 가열 공간을 제공할 수 있다.
커버(155)는 기판(W)을 가열 플레이트(151)로 이동시 구동기(157)에 의해 가열 플레이트(151)을 향해 수직방향으로 이동할 수 있다. 커버(155)는 기판(W)이 가열 플레이트(151)에 의해 가열 시 구동기(165)에 의해 하부로 이동하여 기판(W)이 가열되는 가열 공간을 형성시킬 수 있다.
구동기(165)는 지지부(161)에 의해 커버(155)와 결합될 수 있다. 구동기(165)는 기판(W)을 가열 플레이트(151)로 이송 또는 반송하는 경우 커버(155)를 상하로 승강시킬 수 있다. 일 예로 구동기(165)는 실린더로 제공될 수 있다.
온도 조절 플레이트(156)는 가열 플레이트(151) 하부에 이격되어 위치되며, 가스 배출 유로(157)가 구비되어 가열 플레이트(151)의 하면을 향해 가스를 배출함으로써 가열 플레이트(151)의 온도를 조절할 수 있다. 일례로서, 온도 조절 플레이트(157)는 가열된 공기 또는 냉각된 공기를 선택적으로 배출하여 가열 플레이트(151)의 온도를 상승, 유지 또는 하강시킬 수 있다.
냉각 유닛(200)은 가열 플레이트(151) 또는 처리가 끝난 기판(W)을 냉각시킬 수 있다. 냉각 유닛(200)은 반송 플레이트(131)의 내부에 배치될 수도 있고, 반송 플레이트(131)가 냉각 유닛(200)의 일구성으로 포함될 수도 있다. 본 실시예에서 냉각 유닛(200)의 칠링 플레이트(210)와 반송 플레이트(131)는 동일 구성으로서, 냉각 유닛(200)의 칠링 플레이트(210) 상부가 반송 플레이트(131)로서 기능할 수 있다.
상황에 따라서 냉각 유닛(200)의 칠링 플레이트는 반송 플레이트(131)와 별개 구성으로서 냉각 유닛(200)은 반송 플레이트(131)의 하면에 배치될 수도 있다.
제어기(300)는 반송 유닛(130), 가열 유닛(150), 냉각 유닛(200) 등의 동작을 제어할 수 있다.
냉각 유닛(220)과 관련하여, 도 4에 도시된 본 발명에 따른 냉각 유닛의 일실시예를 함께 참조하여 설명하도록 한다.
냉각 유닛(200)은 칠링 플레이트(210), 냉각 유로(220), 열교환 매체 등을 포함할 수 있다.
냉각 유닛(200)의 칠링 플레이트(210)는 반송 유닛(130)의 반송 플레이트(131)로서 기능할 수 있으며, 그 내부에 냉매 유로(220)가 마련될 수 있다. 여기서 칠링 플레이트(210)의 상면이 반송 플레이트(131)로 기능할 수 있다.
냉매 유로(220)는 칠링 플레이트(210) 내부에서 지그재그 경로로 형성되어 칠링 플레이트(210)의 전체적인 면적을 지날 수 있도록 마련될 수 있다.
냉각 유닛(200)은 칠링 플레이트(210)를 수평 방향과 수직 방향으로 이동시키는 구동 수단(미도시)을 포함할 수 있다. 일례로서, 반송 유닛(130)의 아암(132)과 구동 부재(137) 등이 냉각 유닛(200)의 구동 수단으로 기능할 수 있다.
냉매 유로(220) 상에는 냉매 공급부(미도시)를 통해 공급되는 냉매가 유동할 수 있다. 일례로서 냉매로는 냉각수가 적용될 수 있으며, 필요에 따라 다양한 종류의 냉매가 적용될 수 있다.
열교환 매체는 냉각 핀(230)과 볼 플랜저(240) 등을 포함할 수 있다.
냉각 핀(230)은 냉각 유닛(200)의 칠링 플레이트(210) 하면에 복수개가 분산되어 배치될 수 있다. 냉각 핀(230)은 설정된 수준으로 열전도도가 높은 재질로 형성될 수 있다. 냉각 핀(230)은 칠링 플레이트(210) 하면을 관통하고 상부의 일부분이 냉매 유로(220) 내부로 돌출되어 냉매 유로(220)에 흐르는 냉매와 직접적으로 접촉될 수 있다.
볼 플랜저(240)는 냉각 핀(230)의 하부 끝단에 마련될 수 있다. 볼 플랜저(240)는 설정된 수준으로 열전도도가 높은 재질이면서 탄성력을 갖는 재질로 제공될 수 있다.
냉각 유닛(200)의 구동 수단이 칠링 플레이트(210)를 가열 플레이트(151) 상부로 이동시킨 후 하강시킬 수 있으며, 냉각핀(230)의 끝단에 마련된 볼 플랜저(240)가 가열 플레이트(151)에 접촉될 수 있다.
이러한 냉각 유닛(200)의 구성을 통한 열교환으로 가열 플레이트(151)의 온도를 빠른 시간 내에 효과적으로 하강시킬 수 있다.
나아가서 냉각 핀(230)과 볼 플랜저(240)를 통해 칠링 플레이트(210)와 가열 플레이트(151) 간에 일정 수준 이격 거리가 확보될 수 있으므로, 상황에 따라서는 가열 플레이트(151) 상에 리프트 핀(153)이 돌출된 상황에서도 냉각 유닛(200)을 통한 가열 플레이트(151)의 냉각이 가능하게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 냉각 유닛의 다른 실시예를 도시한다.
상기 도 5의 실시예에 도시된 냉각 유닛(200a)의 경우, 상기 도 4의 실시예의 냉각 유닛(200)과 유사하게 칠링 플레이트(210a), 냉각 유로(220a), 열교환 매체 등을 포함할 수 있다.
상기 도 5의 실시예에 따른 냉각 유닛(200a)에서 열교환 매체는 상기 도 4의 실시예에 따른 냉각 유닛(200)의 열교환 매체와 상이하게 구성될 수 있다.
열교환 매체는 냉각 핀(230a)과 열전도 패드(240a) 등을 포함할 수 있다.
냉각 핀(230a)은 열전도도가 높은 재지로서, 냉각 유닛(200a)의 칠링 플레이트(210a) 하면에 배치되며, 칠링 플레이트(210a) 하면을 관통하고 상부의 일부분이 냉매 유로(220a) 상에 돌출되어 냉매 유로(220a)에 흐르는 냉매와 직접적으로 접촉될 수 있다.
열전도 패드(240a)는 칠링 플레이트(210a)의 하면에 접촉되어 마련될 수 있다. 열전도 패드(240a)는 열전도도가 높은 물질이면서 탄성을 갖는 재질로 제공될 수 있다.
열전도 패드(240a)는 칠링 플레이트(210a)의 하면을 전체적으로 덮을 수 있도록 칠링 플레이트(210a)의 하면에 대응되는 형상으로 제공될 수 있다. 상황에 따라서 열전도 패드(240a)는 일정한 면적을 가지며 칠링 플레이트(210a) 하면 상의 복수 영역에 분포되어 배치될 수도 있다.
냉각 핀(230a)은 그 하부의 일부분이 열전도 패드(240a)의 상면 내부로 삽입되어, 보다 효과적으로 열전도 패드(240a)와 냉매 유로(220a)에 흐르는 냉매 간에 열교환을 수행할 수 있다.
냉각 유닛(200a)의 구동 수단이 칠링 플레이트(210a)를 가열 플레이트(151) 상부로 이동시킨 후 하강시킬 수 있으며, 칠링 플레이트(210a) 하면에 마련된 열전도 패드(240a)가 가열 플레이트(151)에 접촉될 수 있다.
이러한 냉각 유닛(200a)의 구성을 통한 열교환으로 가열 플레이트(151)의 온도를 보다 빠른 시간 내에 효과적으로 하강시킬 수 있다.
또한 본 발명에서는 상기에서 살펴본 본 발명에 따른 냉각 유닛 및 열처리 장치를 통한 열처리 방법을 제시하는데, 이하에서는 본 발명에 따른 열처리 방법에 대하여 실시예를 통해 살펴보기로 한다.
도 6은 본 발명에 따른 열처리 방법의 일실시예에 대한 흐름도를 도시하며, 도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 열처리 방법의 수행 과정에 대한 일례를 도시한다.
열처리 장치(100)의 가열 유닛(150)이 기판에 대한 열처리 공정을 수행하여 가열 플레이트(151)가 일정 수준 이상으로 그 온도가 상승한 상태에서, 다음 처리 공정 수행을 위해 가열 플레이트(151)의 온도를 신속히 하강시킬 필요가 있는 경우, 냉각 유닛(200)을 통해 가열 유닛(150)의 가열 플레이트(151)를 냉각시킬 수 있다.
이를 위해 먼저 냉각 유닛(200)의 칠링 플레이트(210)를 가열 플레이트(151)의 상부로 이동(S110)시킬 수 있다.
칠링 플레이트(210)가 가열 플레이트(151) 상부 상의 대응되는 위치로 이동된 후 가열 플레이트(151) 상부면을 향해 칠링 플레이트(210)를 하강(S120)시킬 수 있다.
상기 도 7의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이 구동 부재(137)를 통해 칠링 플레이트(210)를 가열 플레이트(151) 상부로 수평 이동시키고 가열 플레이트(151)의 상면에 대응되는 위치에서 칠링 플레이트(210)를 하강시킬 수 있다.
나아가서 상기 도 8에 도시된 바와 같이 냉각 유닛(200)의 열교환 매체 일구성으로서 볼 플랜저(240)가 가열 플레이트(151)의 상부면에 접촉(S130)된 후에도 볼 플랜저(240) 전체가 고르게 가압되면서 가열 플레이트(151)의 상부면에 접촉되도록 냉각 유닛(200)의 칠링 플레이트(210)를 좀더 하강시킬 수 있다.
볼 플랜저(240)가 고르게 가열 플레이트(151)의 상부면에 접촉된 상태에서 상기 도 9에 도시된 바와 같이 냉각 유닛(200)의 냉매 유로(220) 상으로 냉매 R을 공급하여 냉매 유로(220) 상에서 냉매 R을 순환(S140)시킬 수 있다. 여기서 냉매로는 다양한 냉각 물질이 적용될 수 있으며, 일례로서 냉각수가 적용될 수 있다.
냉매 유로(220) 상에 냉매 R이 순환하면서 냉각 유닛(200)의 냉각 핀(230)을 통해 냉매와 볼 플랜저(240)가 접촉된 가열 플레이트(151) 간의 열교환이 수행되면서 가열 플레이트(151)를 냉각(S150)시킬 수 있다.
나아가서 상기 도 10에 도시된 바와 같이 냉각 유닛(200)을 가열 플레이트(151)의 상부면에 접촉시켜 냉각을 수행하면서 동시에 가열 플레이트(151) 하부에 배치된 온도 조절 플레이트(156)의 가스 배출 유로(157)를 통해 냉각된 공기 등의 냉각 가스 A를 공급함으로써 보다 효과적으로 가열 플레이트(151)의 온도를 하강시킬 수 있다.
그리고 가열 플레이트(151)의 온도가 설정 수준의 온도까지 하강하면 칠링 플레이트(210)를 상승시키고 원위치로 복귀(S160)시킴으로써 가열 플레이트에 대한 냉각 과정이 종료될 수 있다.
본 실시예에서 열처리 방법을 상기 도 4의 볼 플랜저를 적용한 냉각 유닛으로 설명하였으나, 상기 도 5의 열전도 패드를 적용한 냉각 유닛을 통해서도 본 발명에 따른 열처리 방법이 수행될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 열처리 방법을 수행함으로써 가열 플레이트를 보다 빠른 시간 내에 효과적으로 냉각시킬 수 있게 된다.
이상에서 살펴본 본 발명에 의하면, 냉매와 가열 플레이트 간의 열교환을 보다 효과적으로 수행함으로써 가열 플레이트의 온도를 빠른 시간 내에 하강시킬 수 있어 전체 설비의 가동률을 크게 향상시킬 수 있다.
특히, 열전도도가 높으면서 탄성력을 보유한 볼 플랜저 또는 열전도 패드를 통해 가열 플레이트와의 실질적인 접촉력과 접촉 면적을 확보하면서 냉각 핀이 직접적으로 냉매와 접촉하여 열교환을 수행함으로써 가열 플레이트의 냉각 속도를 더욱 향상시킬 수 있다.
나아가서 냉각 핀과 볼 플랜저를 통해 칠링 플레이트와 가열 플레이트 간에 일정 수준 이격 거리가 확보될 수 있으므로, 상황에 따라서는 가열 플레이트 상에 리프트 핀이 돌출된 상황에서도 냉각 유닛을 통한 가열 플레이트의 냉각이 가능하게 된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 열처리 장치,
110 : 하우징,
130 : 반송 유닛,
131 : 반송 플레이트,
132 : 아암,
137 : 구동 부재,
150 : 가열 유닛,
151 : 가열 플레이트,
200, 200a : 냉각 유닛,
210, 210a, : 칠링 플레이트,
220, 220a : 냉매 유로,
230, 230a : 냉각 핀,
240 : 볼 플랜저,
240a : 열전도 패드
300 : 제어기.

Claims (20)

  1. 기판에 대한 열처리 공정을 수행하는 가열 유닛의 가열 플레이트를 향해 이동되는 칠링 플레이트;
    상기 칠링 플레이트의 내부에 마련되며, 냉매가 유동하는 냉매 유로; 및
    상기 가열 플레이트의 적어도 일부분과 접촉되어 상기 가열 플레이트와 상기 냉매 유로 상의 냉매 간에 열교환을 통해 상기 가열 플레이트를 냉각시키는 열교환 매체를 포함하며,
    상기 열교환 매체는,
    상부 일부분이 상기 냉매 유로 내부로 돌출되어 상기 냉매 유로에 흐르는 냉매와 직접적으로 접촉되는 냉각 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 핀은,
    상기 칠링 플레이트의 하면에 분산되어 배치되며, 설정된 수준의 열전도 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 냉각 유닛.
  3. 삭제
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 열교환 매체는,
    상기 냉각 핀의 하부 일부분이 삽입되어 배치되며, 상기 가열 플레이트와 접촉되는 볼 플랜저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 유닛.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 볼 플랜저는,
    설정된 수준의 열전도 특성을 가지며 탄성 재질로 제공된 것을 특징으로 하는 냉각 유닛.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 열교환 매체는,
    상기 냉각 핀의 하부가 삽입되어 배치되며, 상기 가열 플레이트와 접촉되는 열전도 패드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 유닛.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 열전도 패드는,
    설정된 수준의 열전도 특성을 가지며, 탄성 재질로 제공된 것을 특징으로 하는 냉각 유닛.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 열전도 패드는,
    상기 칠링 플레이트의 하면 형상에 대응되는 면적으로 형성된 것을 특징으로 하는 냉각 유닛.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 열전도 패드는,
    설정된 면적으로 형성되며 복수개가 상기 칠링 플레이트의 하면에 분산되어 배치된 것을 특징으로 하는 냉각 유닛.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 칠링 플레이트를 수평 방향 및 수직 방향으로 이동시켜 상기 열교환 매체를 상기 가열 플레이트에 접촉시키는 구동 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 유닛.
  11. 기판에 대한 열처리 공정을 수행하는 내부 공간을 제공하는 하우징;
    상기 하우징의 내부 공간에 배치되어 기판을 설정 온도로 가열하여 열처리 공정을 수행하는 가열 유닛;
    상기 하우징의 내부 공간 상에서 기판을 반송하는 반송 유닛;
    상기 가열 유닛을 냉각시키는 제 1 항의 냉각 유닛; 및
    상기 가열 유닛, 상기 반송 유닛 및 상기 냉각 유닛의 동작을 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 가열 유닛은,
    가열 수단이 배치되어 기판에 대한 열처리 공정을 수행하는 가열 플레이트; 및
    상기 가열 플레이트의 상부에 위치되고 상기 가열 플레이트를 향해 수직 방향으로 이동 가능하여 가열 공간을 제공하는 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 반송 유닛은,
    기판이 안착되는 반송 플레이트;
    상기 반송 플레이트의 일측에 연결된 아암; 및
    상기 아암을 이동시켜 상기 반송 플레이트를 수평 방향 및 수직 방향으로 이동시키는 구동 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 냉각 유닛의 칠링 플레이트는 상기 반송 유닛의 반송 플레이트와 일체인 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 냉각 유닛은,
    상기 반송 유닛의 반송 플레이트 하면에 배치된 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 가열 유닛은,
    상기 가열 플레이트의 하부에 이격되어 배치되어 온도 조절 가스를 상기 가열 플레이트 하면으로 배출하는 온도 조절 플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
  17. 기판에 대한 열처리 공정을 수행에 따라 가열 유닛의 가열 플레이트 온도가 상승한 상태에서 냉각 유닛을 상기 가열 플레이트의 상부로 이동시키는 냉각 유닛 이동 단계;
    상기 냉각 유닛의 칠링 플레이트를 상기 가열 플레이트를 향해 하강시켜 상기 냉각 유닛의 열교환 매체의 적어도 일부분을 상기 가열 플레이트의 상부면에 접촉시키는 열교환 매체 접촉 단계;
    상부 일부분이 상기 냉각 유닛의 냉매 유로 내부로 돌출되어 상기 냉매 유로에 흐르는 냉매와 직접적으로 접촉되는 상기 열교환 매체의 냉각 핀을 통한 열전달을 이용하여 상기 열교환 매체와 상기 가열 플레이트 간의 열교환으로 상기 가열 플레이트를 냉각시키는 열교환 단계; 및
    상기 냉각 유닛을 원위치로 복귀시키는 냉각 유닛 복귀 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 냉각 핀의 하부 일부분이 삽입되어 배치된 볼 플랜저가 상기 가열 플레이트의 상부면에 접촉된 상태에서 가압되도록 상기 냉각 유닛의 칠링 플레이트를 더 하강시키는 가압 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 가열 유닛의 온도 조절 플레이트를 통해 상기 가열 플레이트 하면으로 온도 조절 가스를 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 방법.
  20. 기판에 대한 열처리 공정을 수행하는 내부 공간을 제공하는 하우징;
    가열 수단이 배치되어 기판에 대한 열처리 공정을 수행하는 가열 플레이트와; 상기 가열 플레이트의 상부에 위치되고 상기 가열 플레이트를 향해 수직 방향으로 이동 가능하여 가열 공간을 제공하는 커버를 포함하는 가열 유닛;
    상기 하우징의 내부 공간 상에서 기판을 반송하는 반송 유닛; 및
    기판에 대한 열처리 공정을 수행하는 가열 유닛의 가열 플레이트를 향해 이동되는 칠링 플레이트과; 상기 칠링 플레이트의 내부에 마련되며, 냉매가 유동하는 냉매 유로와; 상기 칠링 플레이트의 하면에 분산되어 배치되고 상부 일부분이 상기 냉매 유로 내부로 돌출되어 상기 냉매 유로에 흐르는 냉매와 직접적으로 접촉되며, 설정된 수준의 열전도 특성을 갖는 냉각 핀과; 및 상기 냉각 핀의 하부 일부분이 삽입되어 배치되며, 설정된 수준의 열전도 특성을 가지며 탄성 재질로 제공되고, 상기 가열 플레이트와 접촉되는 볼 플랜저와; 상기 칠링 플레이트를 수평 방향 및 수직 방향으로 이동시키는 구동 수단을 포함하는 냉각 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리 장치.
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