KR0142808B1

KR0142808B1 - 기판 냉각장치 및 기판 열처리장치

Info

Publication number: KR0142808B1
Application number: KR1019940001810A
Authority: KR
Inventors: 미노부 마쓰나가; 야스히로 미조하타
Original assignee: 이시다 아키라; 다이닛뽕스크린 세이조오 가부시키가이샤
Priority date: 1993-02-12
Filing date: 1994-02-01
Publication date: 1998-08-17
Also published as: KR940020489A; JPH06244095A; US5411076A

Abstract

기판을 지지해서 냉각하는 냉각플레이트를 설치한 처리실 내의 천정측에 보조냉각 플레이트를 설치하고, 이 보조냉각 플레이트에 의해 냉각 플레이트 상에 지지된 기판의 상방으로 되는 처리실 내의 대기온도를 냉각 플레이트에서 기판(W)을 냉각하고자 하는 목표온도로 냉각한다. 이것에 의해 고온처리된 기판을 목표온도로 고속으로 냉각함과 동시에 그 냉각 후에 있어서 기판의 면내 온도분포의 균일성을 향상한다.

Description

기판 냉각장치 및 기판 열처리장치

제 1 도는 본 발명에 관한 기판 열처리장치의 실시예를 나타내는 전체 종단면도,

제 2 도는 기판 냉각장치의 주요부 평면도,

제 3 도는 면내 온도분포의 균일성을 나타내는 그래프이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

3:기판 냉각장치 5:처리실

6:냉각 플레이트 13:수냉판

14:펠티에 소자 16:제2의 급수관

17:제2의 배수관 18:보조냉각 플레이트

W:기판

본 발명은 반도체 웨이퍼, 포토마스크용 글라스 기판, 액정 표시장치용 글라스 기판, 광 디스크용 기판 등의 기판을 포토리소그래픽 공정중에서 포토레지스트액 도포나 현상공정의 전후에 있어서 고온으로 가열 처리된 기판을 상온 부근의 목표온도로 냉각하기 위한 기판 냉각장치 및 기판 냉각장치를 구비한 기판 열처리 장치에 관한 것이다.

이런 종류의 기판 열처리장치에서는 기판 냉각장치에서 기판을 지지하는 냉각플레이트에 구비되어 있는 주냉각기를 높은 정밀도로 온도 제어하는 것으로 냉각 플레이트의 온도를 일정온도로 유지하도록 구성되어 있다.

그러나, 이와 같은 기판 냉각장치에서는 기판의 온도를 소망의 온도로 냉각함과 동시에 기판표면에서 온도분포를 균일하게 하는 것이 요구된다. 그 때문에 실제로 처리실내에 설치되는 냉각 플레이트는 주냉각기에 의해 일정온도로 유지되고, 또 온도분포가 균일하게 되도록 그 형상이나 제어가 설계되어 있다. 그런데, 그렇게 설계된 냉각 플레이트를 사용하여도 실제로는 처리된 기판의 면내 온도분포의 균일성이 저하하는 문제점이 발생하였다.

그래서, 본 발명자가 예의 연구하였던바 냉각 플레이트가 설치되는 처리실내의 천정부근의 온도가 목표온도 보다도 높은 경우에, 냉각 플레이트에서 목표온도 근처까지 냉각되어 있는 기판에 대해서 열전도나 열대류 또는 천정 벽면에서의 방사열 등에 의해 반대로 열을 공급하는 것으로 되어 냉각 후에 있어서 면내 온도분포의 균일성이 저하하는 원인으로 되는 것이 판명되었다. 또, 이와 같은 냉각장치는 기판의 가열처리를 행하는 기판 가열장치의 하부 혹은 좌우에 설치되는 경우가 많고, 더구나 전체를 소형화하기 위해 이들 장치가 근접해서 설치되는 경우가 많이 있지만, 상술의 문제는 그와 같은 경우에 특히 현저하게 발생하는 것이 판명되었다.

또, 그와 같은 경우에 냉각 플레이트의 온도를 목표온도로 제어하여도 처리실내에서 냉각 플레이트의 상방공간에서의 대기온도가 목표온도보다도 높게 되어 기판을 목표온도까지 냉각하는데에 시간을 요하는 결점도 있었다.

본 발명의 목적은 고온처리된 기판을 목표온도로 고속으로 냉각함과 동시에 그 냉각후에 있어서 면내 온도분포의 균일성을 향상할 수 있도록 하는 것에 있고, 또 다른 목적은 목표온도에 의해 더 한층 고속으로 냉각함과 동시에 그 냉각후에 있어서 면내 온도분포의 균일성을 더 한층 향상할 수 있도록 하는 것에 있으며, 또 다른 목적은 후술하는 실시예에서 명확하게 될 것이다.

본 발명의 기판 냉각장치는 상기 목적을 달성하기 위해 기판을 수용하는 처리실과, 그 처리실내에서 상기 기판을 지지하는 냉각 플레이트와, 그 냉각 플레이트에 지지된 기판을 냉각하는 주냉각기로 이루어지는 기판 냉각장치에 있어서, 처리실 내의 냉각 플레이트에 지지된 기판의 상방으로 되는 장소에 기판을 냉각하는 보조냉각장치를 설치한 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 기판 냉각장치의 구성에 의하면 처리실내의 상부측에 보조 냉각기를 설치하는 것에 의해 냉각 플레이트에 지지되어 있는 기판과 대향하고 있는 기판 처리실 천정 벽면에서의 방사열이 억제된다.

따라서, 보조냉각기에 의해 냉각 플레이트상에 지지되어 있는 기판과 대향하고 있는 처리실 천정 벽면에서의 방사열을 억제할 수 있는 것에 의해 기판을 목표온도로 고속으로 냉각할 수 있고, 또 그 냉각후에 있어서 면내 온도분포의 균일성을 향상시킬 수 있다.

또, 보조냉각기에 의해 그 처리실내의 대기온도를 냉각 플레이트에서 냉각하고자 하는 목표온도로 유지하는 것에 의해 상술한 처리실 천정벽면에서의 방사열을 억제할 수 있는 것에 더하여 처리실내의 공기 등에 의한 열대류가 기판에 가하는 열적인 영향도 억제되는 것과 함께, 기판의 면내 온도분포의 균일성을 더 한층 향상시킬 수 있고, 더구나 기판의 목표온도에 의해 냉각속도도 더 한층 향상시킬 수 있다.

그리고, 본 발명의 열처리장치는 상기 목적을 달성하기 위해 기판을 가열하는 기판 가열장치와 기판을 냉각하는 기판 냉각장치로 이루어지며, 기판 냉각장치에 기판을 수용하는 처리실과 그 처리실내에서 기판을 지지하는 냉각 플레이트와 그 냉각 플레이트에 지지된 기판을 냉각하는 주냉각기를 구비한 기판 열처리 장치에 있어서, 처리실내의 냉각 플레이트에 지지된 기판의 상방으로 되는 장소에 기판을 냉각하는 보조냉각기를 설치한 것을 특징으로 하고 있다.

본 발명의 기판 열처리장치의 구성에 의하면 기판 가열 장치에서의 열의 영향에 기판 냉각장치의 처리실의 천정벽 등의 온도가 높게 되어도 보조냉각기를 설치하는 것에 의해 냉각 플레이트 상에 지지되어 있는 기판과 대향하고 있는 처리실 천정 벽면에서의 방사열이 억제된다.

따라서, 기판 가열장치의 위치에 제약되지 않고서 기판 냉각장치를 기판 가열장치의 옆이나 상하 등에 인접해서 배치할 수 있고, 기판 가열장치 전체를 콤팩트하게 구성할 수 있다.

본 발명을 설명하기 위해 바람직한 여러 형태의 도면이 도시되었지만, 본 발명은 도시되어 있는 구성 및 수단에 한정되지 않는 것을 이해해야 된다.

이하, 본 발명의 일실시예를 도면을 참조해서 설명한다.

제1도는 본 발명에 관한 기판 열처리장치의 실시예를 나타내는 전체 종단면도이고, 케이싱(2) 내의 아래에 기판 냉각장치(3)가 설치되고, 그 위에 기판 가열장치(4)가 설치되어 있다.

기판 냉각장치(3)는 처리실(5)내에 냉각 플레이트(6)를 설치함과 동시에 그 냉각 플레이트(6)에 형성한 관통구멍(7)을 통해서 기판 지지핀(8)을 승강 가능하게 설치 구성되고, 기판 지지핀(8)을 상승시킨 상태에서 기판 반송로보트(도시되지 않음)에 의해 기판(W)의 반입, 반출을 행하며, 그리고 기판 지지핀(8)을 하강시키는 것에 의해 기판(W)을 냉각 플레이트(6)상에 위치해서 지지할 수 있도록 되어 있다. 도시하지 않았지만, 기판 지지핀(8)을 일체로 보지한 지지부재(9)에 에어실린더가 연동 연결되어 그 에어실린더의 신축에 의해 기판 지지핀(8)을 승강하도록 구성되어 있다.

냉각 플레이트(6)는 기판(W)을 위치하는 알루미늄제의 전열플레이트(10)와, 제2도의 평면도에 나타낸 바와 같이 제1의 급수관(11) 및 제1의 배수관(12)을 접속한 알루미늄제의 수냉식의 수냉판(13)과, 전열 플레이트(10)와 수냉판(13)과의 사이에 끼워진 급냉용의 펠티(Peltier)에 소자(14)로 구성되어 있다. 도면중 15는 전열 플레이트(10)에 매입되어 전열 플레이트(10)의 온도를 측정하는 온도검출 저항소자를 나타내고 있다.

처리실(5)내의 천정에 제2의 급수관(16) 및 제2의 배수관(17)을 접속한 수냉식의 알루미늄제의 보조냉각 플레이트(18)가 설치되고, 처리실(5)내의 냉각플레이트(6)상에 위치된 기판(W)의 상방으로 되는 처리실(5)내의 대기온도를 냉각 플레이트(6)에서 기판(W)을 냉각하고자 하는 목표온도(예를 들면, 20℃)와 같은 온도로 냉각하도록 구성되어 있다.

기판 가열장치(4)는 처리실(19)내에 판상히터 등의 가열수단을 구비한 가열 플레이트(20)를 구비해서 구성되고, 기판 냉각 장치(3)에서와 같은 형태로 기판 지지핀의 승강과 반송 로보트에 의해 기판(W)을 반입, 반출함과 동시에 반입된 기판(W)을 가열 플레이트(20)로 위치해서 고온(예를 들면, 150℃)으로 가열처리하도록 되어 있다.

이상의 구성에 의해, 기판 가열장치(4)에서 고온처리된 기판(W)을 기판 냉각장치(3)에서 상온 등의 목표온도까지 냉각할때에 처리실(5)내의 대기온도를 보조냉각 플레이트(18)에서 목표온도까지 냉각하고, 냉각 플레이트(6)에 의해 기판(W)이 목표온도까지 냉각되는 사이에 대기 온도와의 온도경사를 발생시키지 않고, 주위에서 기판(W)에 열을 공급하지 않고 기판(W)을 고속으로 냉각함과 동시에 그 냉각후에 있어서 기판(W)의 면내 온도분포의 균일성을 향상할 수 있도록 되어 있다.

다음에, 실험결과에 대해서 설명한다.

3개의 냉각 플레이트를 준비해서 각 냉각 플레이트를 본 실시예의 장치에 사용하여 이하의 방법으로 측정을 했다. 이것은 샘플로 한 냉각 플레이트마다 특성의 변동이 있는 것을 고려하기 위함이다.

기판(W)으로 해서 직경 8인치의 단결정 실리콘 반도체 웨이퍼를 사용한다. 기판(W)의 냉각하고자 하는 목표온도를 20℃로 설정하고, 기판(W)을 위치하는 냉각 플레이트(6)의 온도를 그것과 같은 20℃로 유지하도록 제어한다. 그리고, 보조냉각 플레이트(18)에 냉각수를 공급해서 처리실(5)내를 일정온도(T)로 유지한 상태에서 그 기판(W)의 온도분포폭을 아래와 같이 측정한다. 이 실험을 일정온도(T)를 약 15℃에서 약 30℃까지 복수의 값으로 설정해서 반복하였다.

온도분포폭은 각 일정온도(T)에 있어서, 기판(W)의 중심과 중심에서 반경 90mm의 가상원상에 45。간격으로 비켜진 위치의 합계 9곳의 온도를 측정하고, 그 최대온도와 최소온도와의 차를 온도분포폭으로 해서 구했다. 그리고, 그 온도분포폭을 종축으로 그리고, 처리실(5)내의 온도를 횡축으로 각각 취해서 플로트된 경우 제3도의 그래프에 나타난 결과를 얻었다.

상기 결과에서 어느 냉각 플레이트에 있어서도 대기온도(T)가 냉각 플레이트의 온도에 가까우면 가까울수록 온도분포폭이 작게 되어 면내 온도분포폭의 균일성을 향상시키는 것이 분명해졌다.

상기 실시예에서는 냉각 플레이트(6)에 수냉판(13)과 펠티에 소자(14) 양쪽을 설치하고 있지만, 양자의 어느 한쪽만을 설치하여도 좋고, 또 냉매식의 냉각부재 등의 다른 수단을 설치하여도 좋다.

또, 상기 실시예에서는 보조냉각 플레이트(18)를 처리실(5)의 천정측에만 설치하고 있으나, 본 발명으로 해서는 보조냉각 플레이트(18)에 상당하는 것을 처리실(5)의 천정측에 더해서 측벽측에 설치하여도 좋다.

또, 상기 실시예에서는 보조냉각 플레이트(18)에 있어서, 제2의 급수관(16)에서 제2의 배수관(17)으로 냉각수를 통과하는 수냉식의 냉각수단을 구비하고 있으나, 수냉식의 냉각수간에 대신해서 펠리에 소자를 설치한다든지, 수냉식의 냉각수단과 펠티에 소자를 병설한다던지, 냉매식의 냉각부재 등의 다른 수단을 설치하는 등으로 해서도 좋다.

또한, 상기 실시예에서는 기판(W)을 냉각 플레이트(6)상에 밀착하도록 위치하게 지지하도록 했으나, 예를 들면 냉각 플레이트(6)에 소정의 깊이를 가지는 구멍을 복수개 형성하여, 이 구멍에 구멍 깊이보다도 대구경의 직경인 수백 마이크로미터의 세라믹 볼을 새겨넣는 구성에 의해 그 세라믹볼 상에 기판을 실어 냉각 플레이트(6)와 기판(W)과의 사이에 소정의 미소한 간격을 보지한 상태에서 기판(W)을 지지하도록 하여도 좋다(도시되지 않음).

본 발명은 그 사상 또는 본질에서 일탈하지 않는 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있고, 따라서 본 발명의 범위를 나타내는 것으로 해서 이상의 설명뿐만 아니라 부가된 클레임을 참조해야 할 것이다.

Claims

기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실내에서 상기 기판을 지지하는 냉각 플레이트수단과, 상기 냉각 플레이트 수단 상에 지지된 상기 기판을 냉각하는 주냉각수단을 구비하는 기판 냉각장치에 있어서, 상기 처리실은 상기 기판을 냉각하기 위해 상기 냉각 플레이트수단 상에 지지된 상기 기판의 상방에 배치된 보조냉각수단을 포함하도록 한 기판 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 보조냉각수단은 상기 냉각 플레이트수단 상에 지지된 상기 기판의 상방의 대기온도를 상기 기판이 상기 냉각 플레이트수단에 의해 냉각하고자 하는 목표온도로 냉각하도록 한 기판 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 주냉각수단은 펠티에 소자를 구비하는 기판 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 냉각 플레이트수단은 상기 기판을 밀착해서 지지하도록 구성되는 기판 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 냉각 플레이트수단은 상기 기판을 미소한 간격으로 유사한 상태에서 지지하도록 구성되는 기판 냉각장치.
제1항에 있어서, 상기 보조냉각수단은 상기 냉각 플레이트수단 상에 지지된 상기 기판과 대향하는 하면을 가지는 수냉식 플레이트를 구비하는 기판 냉각장치.
기판을 가열하는 기판 가열장치와, 상기 기판을 냉각하기 위한 기판 냉각장치를 구비하는 기판 열처리장치에 있어서, 상기 기판 냉각장치는, 상기 기판을 수용하기 위한 처리실과, 상기 처리실 내에서 상기 기판을 지지하기 위한 냉각 플레이트수단과, 상기 냉각 플레이트수단 상에 지지되는 상기 기판을 생각하기 위한 주냉각수단을 구비하고, 상기 처리실은 상기 기판을 냉각하기 위해 상기 냉각 플레이트수단 상에 지지되는 상기 기판의 상방에 배치된 보조냉각수단을 구비하는 기판 열처리장치.
제7항에 있어서, 상기 보조냉각수단은 상기 냉각 플레이트수단 상에 지지된 상기 기판의 상방의 대기온도를 상기 기판이 상기 냉각 플레이트수단에 의해 냉각하고자 하는 목표온도로 냉각하도록 한 기판 열처리장치.
제7항에 있어서, 상기 주냉각수단은 펠티에 소자를 구비하는 기판 열처리장치.
제7항에 있어서, 상기 냉각 플레이트수단은 상기 기판을 밀착해서 지지하도록 구성되는 기판 열처리장치.
제7항에 있어서, 상기 냉각 플레이트수단은 상기 기판을 미소한 간격으로 유지한 상태에서 지지하도록 구성되는 기판 열처리장치.
제7항에 있어서, 상기 보조냉각수단은 상기 냉각 플레이트수단 상에 지지된 상기 기판과 대향하는 하면을 가지는 수냉식 보조냉각 플레이트를 구비하는 기판 열처리장치.
제7항에 있어서, 상기 기판 냉각장치는 상기 기판 가열장치에 인접해서 배치되는 기판 열처리장치.
제13항에 있어서, 상기 기판 냉각장치는 상기 기판 가열장치에 수직방향으로 인접해서 배치되는 기판 열처리장치.
제14항에 있어서, 상기 기판 냉각장치는 상기 기판 가열장치 아래에 배치되는 기판 열처리 장치.
제15항에 있어서, 상기 기판 냉각장치 및 상기 기판 가열장치는 단일 케이싱 내에 기판 열처리장치.
기판을 수용하는 처리실과, 상기 처리실내에서 상기 기판을 지지하는 냉각 플레이트수단과, 상기 냉각 플레이트수단 상에 지지된 상기 기판을 냉각하는 주냉각수단을 구비하는 기판 냉각장치에 있어서, 상기 처리실은 상기 기판을 냉각하기 위해 상기 냉각 플레이트수단의 상방에 배치된 보조냉각수단을 구비하는 기판 냉각장치.
제17항에 있어서, 상기 냉각수단은 상기 기판이 냉각하고자 하는 목표온도에 대응하는 온도로 냉각되는 기판 냉각장치.