JP2010287573A - 基板加熱ユニット及びこれを含む基板処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板を効率的に加熱する基板加熱ユニット及びこれを含む基板処理装置を提供する。
【解決手段】本発明の基板加熱ユニットは、抵抗発熱体から発生した熱を支持プレートに伝え、基板を加熱させる。支持プレートは、中心領域に比べてエッジ領域の厚さが厚い上部プレートと、該上部プレートに比べて熱伝導度が低い材質からなる下部プレートとを含む。上部プレートと下部プレートとの形状及び材質の差によって、支持プレートの中心領域よりエッジ領域で熱が速い速度で基板に到逹して基板の全体面が均一に加熱される。
【選択図】図２
【解決手段】本発明の基板加熱ユニットは、抵抗発熱体から発生した熱を支持プレートに伝え、基板を加熱させる。支持プレートは、中心領域に比べてエッジ領域の厚さが厚い上部プレートと、該上部プレートに比べて熱伝導度が低い材質からなる下部プレートとを含む。上部プレートと下部プレートとの形状及び材質の差によって、支持プレートの中心領域よりエッジ領域で熱が速い速度で基板に到逹して基板の全体面が均一に加熱される。
【選択図】図２
Description
本発明は、半導体基板を処理する基板処理装置に係り、より詳細には、基板を加熱する基板加熱ユニット及び基板処理装置に関する。
半導体製造装置の製造工程における半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理、レジスト膜の所定処理などにおいて、半導体基板を加熱するためにヒーターが利用されている。このようなヒーターでは、半導体素子のパターンの微細化と基板の熱処理温度の精密度の向上との要求に伴い温度制御性が優れたセラミックス材質のヒーターが広く使われている。このようなヒーターは、基板を支持するプレートの裏面に金属粒子とガラスとの複合材料からなる抵抗発熱体が付着した構成を有する。
従来のヒーターは、単一材質のプレートを利用するので、以下のような問題点がある。プレートは、金属材質からなるので、厚さを薄くする場合、高温（約２００℃以上）状態で熱膨脹による曲げ、歪みなどが発生する。このような熱変形は、プレートに置かれた基板を破損させる要因になる。反対に、プレートの厚さを厚くする場合、ヒーターの重量が重くなり、体積が大きくなる問題がある。また、抵抗発熱体から発生した熱がプレートを通じて基板に伝達される過程において、プレートのエッジ領域では、外周面に熱損失が多く発生する。このような熱損失は、基板のエッジ領域と中心領域とに熱量差を発生させ、基板の温度を不均一に加熱させる要因になる。
そこで、本発明の目的は、基板を効率的に処理することができる基板加熱ユニット及び基板処理装置を提供することにある。また、本発明の目的は、基板の全体面を均一に加熱することができる基板加熱ユニット及び基板処理装置を提供することにある。また、本発明の目的は、熱変形による基板の破損を防止することができる基板加熱ユニット及び基板処理装置を提供することにある。更に、本発明の目的は、重さ及び体積が小さい基板加熱ユニット及び基板処理装置を提供することにある。なお、本発明の目的は、これに制限されず、言及されない他の目的は、以下の記載から当業者にとって明確に理解されることができる。
本発明は、基板加熱ユニットを提供する。基板加熱ユニットは、基板が載置され、半径方向に沿って厚さが異なる上部プレートと、上部プレートの下部に位置する下部プレートと、下部プレートに設置され、熱を発生させる発熱体とを含む。上部プレートの下面は、曲面であり、下部プレートの上面は、上部プレートの下面に対応する形状を有する。上部プレートのエッジ領域では、上部プレートの中心領域よりも厚さが厚い。上部プレートの下面は、凹形状を有する。また、上部プレートの下面は、中心領域がエッジ領域よりも高く位置するように段差を有する。他の実施形態によると、上部プレートの下面は、下方向に凸形状である。上部プレートの下面は、中心領域がエッジ領域よりも低く位置するように段差を有する。上部プレートの材質及び下部プレートの材質のうちのいずれか１つは、他の１つよりも熱伝導度が高い。本実施形態によると、上部プレートの材質は、下部プレートの材質よりも熱伝導度が高い。上部プレートの材質は、窒化物セラミックス、または炭化物セラミックスであり、下部プレートの材質は、絶縁体セラミックスである。上部プレートの上面には、基板の領域によって圧力が異なるように個別的、またはグループ別に圧力調節が可能な第１真空ホールが上部プレートの半径方向に沿って複数個形成され、基板加熱ユニットは、第１真空ポンプと、該第１真空ポンプと第１真空ホールとを連結する第１真空ラインとを更に含む。上部プレートの下面、または前記下部プレートの上面には、溝が形成され、下部プレートには、溝と連結される第２真空ホールが形成され、基板加熱ユニットは、第２真空ポンプと、該第２真空ポンプと第２真空ホールとを連結する第２真空ラインとを含む。この溝は、リング形状で複数個が設置され、リングは、同一中心で、直径が互いに異なる。発熱体は、下部プレートの下面に接合され、印加される電源によって熱を発生させる抵抗発熱体を含む。上部プレートの下面には、挿入溝が形成され、下部プレートは、挿入溝に挿入される。下部プレートは、複数個であり、それぞれの下部プレートは、挿入溝から独立して分離可能である。下部プレートは、少なくとも１つ以上の下部プレートを有する複数個のグループに区分され、複数個のグループは、そのグループを成す下部プレートが互いに組み合わせられ、１つのリング形状で配置されたグループを含む。基板加熱ユニットは、溝に位置し、上部プレートの温度を測定する温度測定部材を更に含む。
更に、本発明は、基板処理装置を提供する。基板処理装置は、内部空間を有する工程チャンバーと、内部空間に位置し、基板を支持し、半径方向に沿って厚さが異なる上部プレートと、上部プレートの下部に位置し、上部プレートの下面と対応する上面を有する下部プレートと、下部プレートに設置され、熱を発生させる発熱体とを含み、上部プレートの材質は、下部プレートの材質に比べて熱伝導度が高い。上部プレートは、中心から遠くなるほど厚さが厚くなる。上部プレートは、中心領域がエッジ領域に比べて厚さが厚い。上部プレートの下面は、凹形状を有する。上部プレートの上面には、基板の領域によって圧力が異なるように個別的、またはグループ別に圧力調節が可能な第１真空ホールが上部プレートの半径方向に沿って複数個形成され、基板加熱ユニットは、第１真空ポンプと、該第１真空ポンプと第１真空ホールとを連結する第１真空ラインとを更に含む。上部プレートの下面、または下部プレートの上面には、溝が形成され、下部プレートには、溝と連結される第２真空ホールが形成され、基板処理装置は、第２真空ポンプと、第２真空ポンプと第２真空ホールとを連結する第２真空ラインとを含む。発熱体は、下部プレートの下面に接合され、印加される電源によって熱を発生させる抵抗発熱体を含む。
本発明によれば、基板の全体面が均一に加熱されるので、基板処理が均一に行われる。また、本発明によれば、支持プレートの熱伝導度が優れているので、効果的に基板を加熱することができる。また、本発明によれば、上部及び下部プレートの材質が互いに異なるので、支持プレートの熱変形による基板の損傷を防止することができる。更に、本発明によれば、支持プレートの熱変形が小さく、支持プレートの重さ及び体積を減少させることができる。
以下、本発明の実施形態を添付の図１乃至図８を参照して更に詳細に説明する。本発明の実施形態は、様々な形態に変形することができ、本発明の範囲が下の実施形態に限定されると解釈されてはいけない。本実施形態は、当業者に本発明を更に完全に説明するために提供されるものである。したがって、図面での要素の形状は、より明確な説明を強調するために誇張されている。
図１は、本発明の一実施形態に係る基板処理装置１を簡略に示す図である。図１を参照すると、基板処理装置１は、基板Ｗに対する工程処理が進行される工程チャンバー１０と、工程処理に提供された基板Ｗを加熱する基板加熱ユニット１００とを含む。工程チャンバー１０は、内部空間１１を有し、一側壁に基板Ｗが出入りする開口１２が形成される。工程チャンバー１０では、基板Ｗを所定温度まで上昇させて基板Ｗを処理するベーキング工程が進行される。基板加熱ユニット１００は、工程チャンバー１０の内部空間１１に位置し、基板Ｗを所定温度まで加熱する。
図２は、本発明の一実施形態に係る基板加熱ユニット１００を示す断面図であり、図３は、本発明の一実施形態に係る基板支持部１１０を示す断面図である。図２及び図３を参照すると、基板加熱ユニット１００は、基板支持部１１０と、発熱体１２０と、冷却部材１７０と、温度測定部材１８０とを含む。基板支持部１１０は、基板Ｗを支持し、発熱体１２０で発生した熱を基板Ｗに伝える。発熱体１２０は、外部から電源が供給されて熱を発生させ、冷却部材１７０は、加熱された基板支持部１１０及び基板Ｗを所定温度まで速かに冷却させる。温度測定部材１８０は、基板Ｗに熱を伝える基板支持部１１０の温度を測定する。以下、各構成に対して詳細に説明する。
基板支持部１１０は、基板Ｗを支持する支持プレート１１１と、該支持プレート１１１を支持するケース１３１とを含む。支持プレート１１１は、円板形状を有し、基板Ｗが置かれる上部プレート１１１ａと、該上部プレート１１１ａの下部に位置する下部プレート１１１ｂとを含む。上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとは、分離可能である。上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとは、後述の結合部材１６０により上部プレート１１１ａの下面と下部プレート１１１ｂの上面とが面接触するように結合される。上部プレート１１１ａの下面と下部プレート１１１ｂの上面とは、互いに対応する形状を有する。
上部プレート１１１ａは、半径方向に沿って中心領域の厚さとエッジ領域の厚さとが異なるように形成される。本実施形態によれば、上部プレート１１１ａのエッジ領域が中間領域より厚く形成される。具体的には、上部プレート１１１ａの中心領域で上面と下面との間の距離ｄ１は、エッジ領域で上面と下面間との距離ｄ２よりも短く、下部プレート１１１ｂの中心領域で上面と下面との間の距離ｄ３は、エッジ領域で上面と下面との間の距離ｄ４よりも長い。一例によると、上部プレート１１１ａの下面は、曲面である。上部プレート１１１ａの下面は、凸形状を有し、下部プレート１１１ｂの上面は、凹形状を有する。上部プレート１１１ａの凹んだ下部空間に下部プレート１１１ｂの上面が位置する。上部プレート１１１ａは、半径方向に沿って中心から遠くなるほど厚さが徐々に厚く形成され、下部プレート１１１ｂは、徐々に薄く形成される。上部プレート１１１ａの材質は、下部プレート１１１ｂの材質と異なる材質である。本実施形態では、上部プレート１１１ａは、下部プレート１１１ｂよりも熱伝導度が高い材質からなる。そして、上部プレート１１１ａは、下部プレート１１１ｂよりも熱変形が小さい材質からなる。例えば、上部プレート１１１ａの材質は、窒化物セラミックス、または炭化物セラミックスであり、下部プレート１１１ｂの材質は、絶縁体セラミックスである。上部プレート１１１ａの材質は、下部プレート１１１ｂの材質よりも熱伝導度が高く、下部プレート１１１ｂよりも上部プレート１１１ａでの熱の伝わる速度が速く、且つ、熱の伝わる量が多い。また、本発明は、上部プレート１１１ａが下部プレート１１１ｂよりも熱変形が小さい材質からなるので、支持プレート１１１が高温（２００℃以上）で加熱されても曲げ現象による基板損傷を予防することができる。支持プレート１１１が単一プレートとして提供される場合、支持プレート１１１が高温（２００℃以上）で加熱されれば、支持プレート１１１が曲がる現象が発生する。この曲げ現象は、支持プレート１１１に置かれた基板Ｗを損傷させるので、高温状態で長期間の工程の進行を不可能にする。しかしながら、本発明は、支持プレート１１１が上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとに区分され、基板Ｗが置かれる上部プレート１１１ａは、熱変形が小さい材質からなるので、支持プレート１１１が高温状態を維持しても、基板Ｗを安定的に保持することができる。上部プレート１１１ａの上面には、基板Ｗを吸着する溝１１２が形成され、上部プレート１１１ａには、それぞれの溝１１２と連結される第１真空ホール１１３が形成される。
図４Ａは、上部プレート１１１ａの上面に形成された溝１１２と第１真空ホール１１３と形状を示す平図面であり、一方、図４Ｂは、第１真空ホール１１３が基板Ｗを真空吸着する過程を示す図である。図２、図４Ａ、及び図４Ｂを参照すると、それぞれの溝１１２は、上部プレート１１１ａの円周方向に沿ったリング形状を有する。溝１１２は、同一中心で、直径が互いに異なる。上部プレート１１１ａの中心から遠くなるほど、溝１１２の直径は、大きくなる。第１真空ホール１１３は、それぞれの溝１１２に沿って離隔して複数個形成される。第１真空ホール１１３は、後述の第１真空ライン１５１と溝１１２とを連結し、溝に留まる空気を外部に排出させる。この空気の排出により、溝１１２内部の圧力は、減圧し、基板Ｗが上部プレート１１１ａの上面に真空吸着される。第１真空ホール１１３は、個別的、またはグループ別に圧力調節が可能である。本実施形態では、それぞれの第１真空ホール１１３は、第１真空ライン１５１と連結され、それぞれの第１真空ライン１５１には、吸入量を調節することができる真空調節バルブ１５２が設置される。真空調節バルブ１５２の調節により、第１真空ホール１１３の圧力を調節できる。他の実施形態として、第１真空ホール１１３を複数個のグループに区分してもよい。具体的には、いずれか１つのリング形状の溝１１２に沿って形成された第１真空ホール１１３を同一のグループに区分する。上部プレート１１１ａの上面には、互いに離隔して３つのリング形状の溝１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃが形成される（図４Ａ参照）。第１溝１１２ａと連結される第１真空ホール１１３ａは、第１グループａを成し、第２溝１１２ｂと連結される第１真空ホール１１３ｂは、第２グループｂを成し、更に、第３溝１１２ｃと連結される第１真空ホール１１３ｃは、第３グループｃを成す。それぞれのグループａ、ｂ、ｃは、互いに異なる第１真空ライン１５１と連結され、それぞれの第１真空ライン１５１に設置された真空調節バルブ１５２の調節により、各グループａ、ｂ、ｃの第１真空ホール１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃが一律に圧力調節される。第１真空ホール１１３が個別的、またはグループ別に圧力調節されるので、基板Ｗの領域によって吸着力を異にすることができる。例えば、基板Ｗに対する工程処理が進行される過程において、熱変形によって基板Ｗが曲がる場合（図４Ｂ参照）、曲がる領域及び曲げの程度によって、第１真空ホール１１３の圧力を調節することができる。基板Ｗの中心領域が曲がる場合、支持プレート１１１の中心領域に形成された第１真空ホール１１３ａからエッジ領域に形成された第１真空ホール１１３ｃの順に減圧させることによって、基板Ｗを安全に吸着させることができる。また、支持プレート１１１のエッジ領域に形成された第１真空ホール１１３ｃの吸着力を、中心領域に形成された第１真空ホール１１３ａの吸着力よりも高くして、基板Ｗを支持させることができる。
下部プレート１１１ｂの上面には、上部プレート１１１ａの下面を真空吸着する溝１１４が形成され、下部プレート１１１ｂには、それぞれの溝１１４と連結される第２真空ホール１１５が形成される。それぞれの溝１１４は、下部プレート１１１ｂの円周方向に沿って複数個のリング形状を有する。溝１１４によって形成されるそれぞれのリング形状は、同一中心で、直径が互いに異なる。下部プレート１１１ｂの中心から遠くなるほど、リング形状の直径は、大きくなる。第２真空ホール１１５は、それぞれの溝１１４に沿って離隔して複数個形成される。第２真空ホール１１５は、後述の第２真空ライン１６２と溝１１４とを連結し、溝１１４に留まる空気を外部に排出させる。この空気の排出により、溝１１４内部が減圧し、上部プレート１１１ａの下面が下部プレート１１１ｂの上面に真空吸着される。
支持プレート１１１には、支持プレート１１１の上部と下部とを連結する複数のホール１１６が形成される。複数のホール１１６は、リフトピン１１７が昇降する通路である。リフトピン１１７は、ホール１１６に沿って昇降し、基板Ｗを上部プレート１１１ａの上面にローディング／アンローディングさせる。搬送ロボット（図示しない）によって上部プレート１１１ａの上部に基板Ｗが搬送された後、駆動部（図示しない）によってリフトピン１１７が上昇して基板Ｗを保持する。その後、リフトピン１１７は、下降して基板Ｗを上部プレート１１１ａの上面にローディングさせる。そして、基板Ｗに対する工程処理が完了した後、リフトピン１１７が上昇して基板Ｗを上部プレート１１１ａの上面からアンローディングさせる。アンローディングされた基板Ｗは、リフトピン１１７によって保持され、搬送ロボットに伝達される。
結合部材１６０は、上部プレート１１１ａの下面と下部プレート１１１ｂの上面とが密着ように、上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとを結合させる。結合部材１６０は、第２真空ポンプ１６１と、第２真空ライン１６２とを含む。第２真空ライン１６２は、第２真空ホール１１５と第２真空ポンプ１６１とを連結する。第２真空ポンプ１６１は、第２真空ホール１１５及び第２真空ライン１６２を通じて下部プレート１１１ｂの上面に形成された溝１１４に留まる空気を外部に排出して溝内部を減圧させる。溝内部の減圧により、上部プレート１１１ａの下面と下部プレート１１１ｂの下面とは、真空吸着される。
ケース１３１は、支持プレート１１１の下部に位置し、支持プレート１１１を支持する。ケース１３１は、上部が開放された内部空間１３４を有するボウル（ｂｏｗｌ）形状を有する。ケース１３１の上端は、その端が内部空間１３４に向けて曲げられている。支持プレート１１１は、ケース１３１の上端に結合されて支持される。ケース１３１の下部壁には、ガス排出口１３２が複数個形成される。ガス排出口１３２は、支持プレート１１１の冷却に提供された冷却ガスを外部に排出させる通路である。
発熱体１２０は、外部から電源が供給され、基板Ｗに伝える熱を発生させる。発熱体１２０は、抵抗発熱体１２１と、導電線１２２と、電源（図示しない）とを含む。抵抗発熱体１２１は、下部プレート１１１ｂの下面に接合され、外部から印加される電源によって流れる電流に抵抗することによって熱を発生させる。抵抗発熱体１２１は、金属ペーストまたは導電性セラミックスを使った導電性ペーストを下部プレート１１１ｂの下面に印刷することによって形成される。これらペーストの中には、金属粒子または導電性セラミックス粒子が含有される。抵抗発熱体１２１は、導電線１２２と電気的に接続する。導電線１２２は、抵抗発熱体１２１と電源とを電気的に連結し、電源から抵抗発熱体１２１に電流を供給する。
冷却部材１７０は、加熱された基板支持部１１０及び基板Ｗを所定温度まで速かに冷却させる。冷却部材１７０は、ガス噴射ノズル１７１と、ガス供給ライン１７２とを含む。ガス噴射ノズル１７１は、冷却ガスを噴射する噴射口がケース１３１の内部空間１３４に位置するようにケース１３１に挿入される。ガス噴射ノズル１７１は、ガス供給ライン１７２を通じてガス貯蔵部（図示しない）から冷却ガスが供給され、ケース１３１の内部空間１３４に噴射する。基板支持部１１０の冷却に使用される冷却ガスは、ガス排出口１３２を通じてガス排出ライン１３３に沿って外部に排出される。加熱された基板Ｗは、予め設定された温度に冷却され、次の工程に提供される。ここで、基板Ｗを自然冷却させる場合、基板Ｗが予め設定された温度に冷却されるまでには、時間がかかるので、工程時間が増えるという問題がある。そこで、これを解決するために、支持プレート１１１に冷却ガスを噴射して基板Ｗを速かに強制冷却させる。
温度測定部材１８０は、基板Ｗに熱を伝達する支持プレート１１１の温度を測定する。温度測定部材１８０によって測定されたデータにより発熱抵抗体１２１に供給される電力量を制御し、基板Ｗの温度を調節する。温度測定部材１８０は、下部プレート１１１ｂの上面に形成された溝１１４に位置し、上部プレート１１１ａの温度を測定する温度センサを含む。温度センサは、上部プレート１１１ａから１〜５ｍｍ程度離れた上部プレート１１１ａの下部に位置するのが、基板Ｗの温度制御に効率的である。
図５は、本発明の一実施形態によって基板Ｗに熱が伝わる過程を示す図である。図５を参照すると、抵抗発熱体１２１で発生した熱は、支持プレート１１１を通じて基板Ｗに伝わる。基板Ｗに熱が伝わる過程において、支持プレート１１１のエッジ領域に提供された熱の一部は、外部空気と接触する支持プレート１１１の外周面で損失する。したがって、同一量の熱が支持プレート１１１の各領域に提供されても、支持プレート１１１のエッジ領域に提供された熱は、基板Ｗに伝わる過程で損失するので、中心領域に比べて少ない量の熱が基板Ｗに到逹する。したがって、基板Ｗが不均一に加熱される。しかしながら、本発明では、上部プレート１１１ａは、下部プレート１１１ｂに比べて熱伝導度が高い材質であり、上部プレート１１１ａのエッジ領域の厚さが中心領域より厚く形成されるので、基板Ｗの全体面に対して均一な熱を提供することができる。具体的には、下部プレート１１１ｂの各領域に一定量の熱が提供される場合、提供された熱は、下部プレート１１１ｂの下面から上面に伝わる。この時、下部プレート１１１ｂの中心領域がエッジ領域より厚く形成されるので、熱が下部プレート１１１ｂの中心領域の上面に到逹するのにかかる時間ｔ１は、エッジ領域の上面に到逹するのにかかる時間ｔ２よりも大きい（ｔ１>ｔ２）。その後、下部プレート１１１ｂの上面に到逹した熱は、上部プレート１１１ａに伝わる。上部プレート１１１ａは、下部プレート１１１ｂよりも熱伝導度が高い材質であるので、上部プレート１１１ａの下面で熱拡散の屈折が発生する。これによって、上部プレート１１１ａの熱の伝わる領域は、下部プレート１１１ｂの熱の伝わる領域よりも広く形成される。上部プレート１１１ａは、エッジ領域の厚さが中心領域より厚く形成されるので、エッジ領域で基板Ｗに熱が伝わるのにかかる時間ｔ４は、中心領域で基板に熱が伝わるのにかかる時間ｔ３よりも大きい（ｔ４＞ｔ３）。しかしながら、上部プレート１１１ａは、下部プレート１１１ｂよりも熱伝導度が大きい材質であるので、上部プレート１１１ａのエッジ領域で熱が伝わる時間ｔ４は、下部プレート１１１ｂの中心領域で熱が伝わる時間ｔ１に比べて短い（ｔ１＞ｔ４）。すなわち、支持プレート１１１を通じて基板Ｗに熱が伝わるのにかかる全体時間は、エッジ領域では、中心領域より短い（ｔ１＋ｔ３＞ｔ２＋ｔ４）。したがって、エッジ領域では、熱損失が多いものの、中心領域に比べて短時間で基板Ｗに熱が伝わるので、同一時間で基板Ｗに提供される熱量は、同一に維持される。このように、基板Ｗに提供される熱量が基板Ｗの各領域によって均一に維持されるので、基板Ｗの全体面が均一に加熱される。
なお、上記説明では、基板加熱ユニット１００がベーキング工程に使われる場合としたが、基板加熱ユニット１００は、これに限定されず、アッシング工程、エッチング工程、及び蒸着工程のように基板Ｗを所定温度まで加熱する工程でも使用可能である。
また、上記説明では、上部プレート１１１ａの下面が凹んだ曲面であるとしたが、本発明は、これに限定されない。図６Ａ〜図６Ｃは、それぞれ本発明の互いに異なる実施形態に係る支持プレート１１１を示す図である。まず、図６Ａを参照すると、上部プレート１１１ａの下面は、中心領域とエッジ領域とが平面であり、中心領域とエッジ領域との間の領域は、傾斜面を有する。中心領域は、エッジ領域より高く、傾斜面は、上部プレート１１１ａの中心から遠くなるほど下方向に傾くように形成される。下部プレート１１１ｂの上面は、上部プレート１１１ａの下面に対応する形状を有する。全体的に、上部プレート１１１ａのエッジ領域は、中心領域より厚く形成され、下部プレート１１１ｂのエッジ領域は、中心領域より薄く形成される。次に、図６Ｂを参照すると、上部プレート１１１ａの下面は、中心領域とエッジ領域とが平面であり、中心領域がエッジ領域より高く位置するように段差を有する。下部プレート１１１ｂの上面は、上部プレート１１１ａの下面に対応する形状を有するように中心領域がエッジ領域より高く位置するように段差を有する。上部プレート１１１ａのエッジ領域は、中心領域より厚く形成され、下部プレート１１１ｂのエッジ領域は、中心領域より薄く形成される。更に、図６Ｃを参照すると、上部プレート１１１ａの下面には挿入溝１１８が形成され、下部プレート１１１ｂは、挿入溝１１８に挿入される。挿入溝１１８と下部プレート１１１ｂとは、複数個形成され、１つの挿入溝１１８に１つの下部プレート１１１ｂが挿入される。挿入溝１１８は、下部プレート１１１ｂの外側形状に対応する形状を有する。例えば、下部プレート１１１ｂの断面が四角形状からなる場合、挿入溝１１８も、断面が四角形状である。それぞれの挿入溝１１８は、互いに異なる深さで形成される。具体的には、上部プレート１１１ａの中心から遠くなるほど、挿入溝１１８の深さは、浅く形成される。したがって、上部プレート１１１ａの中心領域は、エッジ領域よりも厚さが厚く形成される。それぞれの下部プレート１１１ｂは、挿入溝１１８から独立して分離可能である。例えば、いずれか１つの下部プレート１１１ｂと接合する抵抗発熱体１２１が十分な熱を発生することができない場合は、その抵抗発熱体１２１が接合された下部プレート１１１ｂのみを上部プレート１１１ａから分離して修理及び交替することによって、容易に基板加熱ユニット１１０を修理することができる。
また、上記説明では、上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとが真空によって吸着結合すると記述したが、本発明は、これに限定されない。図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の他の実施形態に係る上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとの結合構造を示す図である。まず、図７Ａを参照すると、上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとは、ボルト１１９によって物理的に結合する。支持プレート１１１には、下部プレート１１１ｂの下面から上部プレート１１１ａの内部に対してボルト１１９が挿入される結合ホールが複数個形成される。ボルト１１９は、結合ホールに挿入され、上部プレート１１１ａの下面と下部プレート１１１ｂの上面とが接触するように上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとを結合させる。次に、図７Ｂを参照すると、上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとは、コの字形状を有する結合体１１９によって物理的に結合する。結合体１１９は、支持プレート１１１の外周面に沿って離隔して複数個形成される。上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとの外周部は、コの字形状の結合体１１９に挿入される。
また、上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとは、接着剤によっても結合可能である。上部プレート１１１ａの下面と下部プレート１１１ｂの上面との間に接着剤を塗布し、上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとを容易に結合させることができる。しかしながら、このように上部及び下部プレート１１１ａ、１１１ｂを結合する場合には、次のような問題点が発生する可能性がある。支持プレート１１１が高温で加熱されることにより、下部プレート１１１ｂでは、上部プレート１１１ａに比べて熱変形が大きく発生する。このような熱変形は、上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとを結合するボルト１１９（図７Ａ）に応力を発生させて、ボルト１１９を損傷させる原因になる。そして、熱変形により、支持プレート１１１から結合体１１９（図７Ｂ）を離隔させて、上部プレートと下部プレートとを十分に結合させることができない。また、上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとを接着させる接着剤は、高温状態で接着力が減少するので、支持プレート１１１ｂが高温で加熱される場合には、接着剤が上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとを十分に結合させることができない。一方、上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとが真空吸着される場合、支持プレート１１１が高温状態で加熱されるか、または加熱によって熱変形が発生しても、相変らず真空吸着状態が維持されるので、支持プレート１１１の温度に関わらず、上部プレート１１１ａと下部プレート１１１ｂとを結合させることができるという長所がある。
また、上記説明では、上部プレート１１１ａのエッジ領域が中心領域より厚く形成されると説明したが、本発明は、これに限定されない。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、他の実施形態に係る上部プレート１１１ａは、中心領域がエッジ領域より厚く形成される。例えば、上部プレート１１１ａの下面は、下方向に凸の曲面（図８Ａ）であり、下部プレート１１１ｂの上面は、上部プレート１１１ａの下面に対応するように凹の曲面である。また、他の実施形態によると、上部プレート１１１ａの下面の中心領域とエッジ領域とが平面であり、中心領域がエッジ領域より低く位置するように段差を有する（図８Ｂ）。
更に、上記説明では、支持プレート１１１の下部に冷却ガスを噴射させて基板Ｗを冷却する技術を説明したが、他の実施形態によると、支持プレート１１１の内部に形成された冷却通路に冷却流体を供給することによって、基板Ｗを冷却させることができる。上部プレート１１１ａ、または下部プレート１１１ｂに形成された冷却通路に冷却流体を供給することによって、より効果的に基板Ｗ及び支持プレート１１１を冷却させることができる。
次に、基板加熱ユニット１００を使用して基板Ｗを加熱する過程を説明する。図２及び図５を参照すると、まず、搬送ロボットによって基板Ｗが支持プレート１１１の上部に搬送されると、支持プレート１１１に形成されたホール１１６に沿ってリフトピン１１７が上昇し、基板Ｗを保持する。基板Ｗを保持したリフトピン１１７が下降して上部プレート１１１ａの上面に基板Ｗがローディングされる。ローディングされた基板Ｗは、支持プレート１１１に形成された第１真空ホール１１３が個別的、またはグループ別に順に減圧され、上部プレート１１１ａの上面に真空吸着される。次に、導電線１２２を通じて電源から抵抗発熱体１２１に電流が流れると、抵抗発熱体１２１は、流れる電流に抵抗することによって、熱を発生させる。発生した熱は、下部プレート１１１ｂに伝わる。下部プレート１１１ｂは、中心領域がエッジ領域よりも厚く形成されるので、熱が下部プレート１１１ｂのエッジ領域の上面に到逹するのにかかる時間に比べて、中心領域の上面に到逹するのには時間がかかる（ｔ１＞ｔ２）。下部プレート１１１ｂの上面に到逹した熱は、上部プレート１１１ａに伝わる。上部プレート１１１ａは、下部プレート１１１ｂより熱伝導度が高い材質からなるので、上部プレート１１１ａで熱拡散が屈折され、下部プレート１１１ｂの熱が伝わる領域よりも広い領域に熱が伝わる。上部プレート１１１ａは、エッジ領域の厚さが中心領域よりも厚く形成されるので、基板Ｗに熱が伝わるのにかかる時間は、エッジ領域では中心領域よりも大きい（ｔ４＞ｔ３）。しかしながら、上部プレート１１１ａは、下部プレート１１１ｂより熱伝導度が大きい材質からなるので、支持プレート１１１を通じて基板Ｗに熱が伝わるのにかかる全体時間は、エッジ領域では中心領域よりも短い（ｔ１＋ｔ３＞ｔ２＋ｔ４）。したがって、エッジ領域では外部に対する熱損失が多いが、中心領域に比べて短時間内に基板Ｗに熱が伝わるので、一定時間で基板Ｗに提供される熱量は、同一に維持される。これによって、基板Ｗの全体面は、均一な温度で加熱される。加熱された基板Ｗが一定の温度を維持する間、基板Ｗに対する工程処理が進行する。工程処理が完了した後、次の工程のために、基板Ｗは、所定温度に冷却される。基板Ｗの冷却は、ガス噴射ノズル１７１を通じてケース１３１の内部空間１３４に噴射ガスを噴射し、支持プレート１１１を強制冷却させることによって実行される。冷却ガスによって支持プレート１１１が冷却し、冷却熱が基板Ｗに伝わり、基板Ｗは、速かに冷却される。所定温度で基板Ｗが冷却されれば、第１真空ホール１１３が常圧状態を維持し、基板Ｗの真空吸着が解除される。そして、リフトピン１１７がホールに沿って上昇し、基板Ｗが支持プレート１１１からアンローディングされる。基板Ｗは、支持プレート１１１の上部で搬送ロボットに載置され、次の工程に提供される。
なお、以上の説明は、本発明を例示するものである。また、上記内容は、本発明の望ましい実施形態を示すものであり、本発明は、多様な他の組み合わせ、変更及び環境で使うことができる。すなわち、本明細書に開示された発明の概念の範囲、開示内容と均等な範囲及び／または当業者の技術、または知識の範囲内で変更または、修正が可能である。上記実施形態は、本発明の技術的思想を実現するための最善の状態を説明するものであり、本発明の具体的な適用分野及び用途で要求される多様な変更も可能である。したがって、以上の発明の詳細な説明は、開示された実施状態に本発明を制限しようとする意図ではない。また、添付の請求範囲は、他の実施状態も含むと解釈されなければならない。
１１０ 基板支持部
１１１ 支持プレート
１１２ 溝
１１３ 第１真空ホール
１１５ 第２真空ホール
１２０ 発熱体
１６０ 結合部材
１７０ 冷却部材
１８０ 温度測定部材
１１１ 支持プレート
１１２ 溝
１１３ 第１真空ホール
１１５ 第２真空ホール
１２０ 発熱体
１６０ 結合部材
１７０ 冷却部材
１８０ 温度測定部材
Claims (25)
- 基板を載置し、半径方向に沿って厚さが異なる上部プレートと、
前記上部プレートの下部に位置する下部プレートと、
前記下部プレートに設置され、熱を発生させる発熱体と、
を含むことを特徴とする基板加熱ユニット。 - 前記上部プレートの下面は、曲面であり、
前記下部プレートの上面は、前記上部プレートの下面に対応する形状を有することを特徴とする請求項１に記載の基板加熱ユニット。 - 前記上部プレートのエッジ領域は、前記上部プレートの中心領域より厚さが厚いことを特徴とする請求項１又は２に記載の基板加熱ユニット。
- 前記上部プレートの下面は、凹形状を有することを特徴とする請求項１に記載の基板加熱ユニット。
- 前記上部プレートの下面は、中心領域がエッジ領域より高く位置するような段差を有することを特徴とする請求項１に記載の基板加熱ユニット。
- 前記上部プレートの下面は、下方向に凸形状を有することを特徴とする請求項１に記載の基板加熱ユニット。
- 前記上部プレートの下面は、中心領域がエッジ領域より低く位置するような段差を有することを特徴とする請求項１に記載の基板加熱ユニット。
- 前記上部プレートの材質及び前記下部プレートの材質のうちのいずれか１つは、他の１つよりも熱伝導度が高いことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の基板加熱ユニット。
- 前記上部プレートの材質は、前記下部プレートの材質よりも熱伝導度が高いことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の基板加熱ユニット。
- 前記上部プレートの材質は、窒化物セラミックス、または炭化物セラミックスであり、
前記下部プレートの材質は、絶縁体セラミックスであることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の基板加熱ユニット。 - 前記上部プレートの上面には、前記基板の領域によって圧力が異なるように個別的、またはグループ別に圧力調節が可能な第１真空ホールが、前記上部プレートの半径方向に沿って複数個形成され、
前記基板加熱ユニットは、
第１真空ポンプと、
前記第１真空ポンプと前記第１真空ホールとを連結する第１真空ラインと、
を更に含むことを特徴とする請求項８に記載の基板加熱ユニット。 - 前記上部プレートの下面、または前記下部プレートの上面には、溝が形成され、
前記下部プレートには、前記溝と連結される第２真空ホールが形成され、
前記基板加熱ユニットは、
第２真空ポンプと、
前記第２真空ポンプと前記第２真空ホールとを連結する第２真空ラインと、を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の基板加熱ユニット。 - 前記溝は、リング形状で複数個形成され、
前記リングは、同一中心で、直径が互いに異なるように形成されることを特徴とする請求項１２に記載の基板加熱ユニット。 - 前記発熱体は、前記下部プレートの下面に接合され、印加される電源によって前記熱を発生させる抵抗発熱体を含むことを特徴とする請求項１に記載の基板加熱ユニット。
- 前記上部プレートの下面には、挿入溝が形成され、
前記下部プレートは、前記挿入溝に挿入されることを特徴とする請求項８に記載の基板加熱ユニット。 - 前記下部プレートは、複数個形成され、
前記それぞれの下部プレートは、前記挿入溝から独立して分離可能であることを特徴とする請求項１５に記載の基板加熱ユニット。 - 前記下部プレートは、少なくとも１つ以上の前記下部プレートを有する複数個のグループに区分され、
前記複数個のグループは、そのグループを成す前記下部プレートが互いに組み合わせられ、１つのリング形状で配置されたグループを含むことを特徴とする請求項１６に記載の基板加熱ユニット。 - 前記溝に位置し、前記上部プレートの温度を測定する温度測定部材を更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の基板加熱ユニット。
- 内部空間を有する工程チャンバーと、
前記内部空間に位置し、基板を支持し、そして半径方向に沿って厚さが異なる上部プレートと、
前記上部プレートの下部に位置し、前記上部プレートの下面と相応する上面を有する下部プレートと、
前記下部プレートに設置され、熱を発生させる発熱体と、を含み、
前記上部プレートの材質は、前記下部プレートの材質に比べて熱伝導度が高いことを特徴とする基板処理装置。 - 前記上部プレートは、中心から遠くなるほど厚さが徐々に厚くなることを特徴とする請求項１９に記載の基板処理装置。
- 前記上部プレートは、中心領域がエッジ領域に比べて厚さが厚いことを特徴とする請求項２０に記載の基板処理装置。
- 前記上部プレートの下面は、凹形状を有することを特徴とする請求項１９に記載の基板処理装置。
- 前記上部プレートの上面には、前記基板の領域によって圧力が異なるように個別的またはグループ別に圧力調節が可能な第１真空ホールが前記上部プレートの半径方向に沿って複数個形成され、
前記基板加熱ユニットは、
第１真空ポンプと、
前記第１真空ポンプと前記第１真空ホールとを連結する第１真空ラインと、を更に含むことを特徴とする請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の基板処理装置。 - 前記上部プレートの下面、または前記下部プレートの上面には、溝が形成され、
前記下部プレートには、前記溝と連結される第２真空ホールが形成され、
前記基板処理装置は、
第２真空ポンプと、
前記第２真空ポンプと前記第２真空ホールとを連結する第２真空ラインと、を含むことを特徴とする請求項１９〜２２のいずれか１項に記載の基板処理装置。 - 前記発熱体は、前記下部プレートの下面に接合され、印加される電源によって前記熱を発生させる抵抗発熱体を含むことを特徴とする請求項１９に記載の基板処理装置。
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