KR100752408B1 - 기판의 열 관리 시스템 - Google Patents

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KR100752408B1
KR100752408B1 KR1020027011753A KR20027011753A KR100752408B1 KR 100752408 B1 KR100752408 B1 KR 100752408B1 KR 1020027011753 A KR1020027011753 A KR 1020027011753A KR 20027011753 A KR20027011753 A KR 20027011753A KR 100752408 B1 KR100752408 B1 KR 100752408B1
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바비키안디크란
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에이에스엠엘 홀딩 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 넓은 온도 범위에 걸친 효과적이고 신속하고 제어 가능하며 균일한 열 관리를 위한 기판의 열 관리 시스템이다. 본 발명의 열 관리 시스템은 열원과 열 싱크와 열 확산기를 통합시킨다. 본 발명에 따르면, 열 확산기는 웨이퍼 표면에 대해 고정되게 위치되며, 마찬가지로 웨이퍼 표면에 대해 고정되게 위치되는 열원과 열 싱크에 결합된다. 열원은 각기 다른 양의 열을 제공하도록 구성된 다수의 구역과, 열 확산기에 인접한 표면에 걸친 제어 가능한 온도장을 포함한다. 열 싱크는 온도가 제어 가능한 열 담지 매체를 포함한다.
웨이퍼, 처리 공정, 온도, 관리, 열, 열 싱크

Description

기판의 열 관리 시스템{SUBSTRATE THERMAL MANAGEMENT SYSTEM}
본 발명은 일반적으로 웨이퍼 제조 공정의 기술 분야에 관한 것으로, 특히 집적 회로를 제조하는 중에 반도체 웨이퍼를 신속하고 균일하게 가열 및 냉각시키는 기술 분야에 관한 것이다.
웨이퍼 표면에 걸친 온도의 균일성은 많은 집적 회로 제조 단계에서 중요한 요소로 작용하는데, 그 이유는 제조에 사용된 단계별 공정들은 일반적으로 온도 의존성을 갖기 때문이다. 특정의 공정에 있어서, 열적 불균일성은 회로 소자의 임계적 치수 크기를 설계 목표에 비해 크게 함으로써 그 임계적 치수 크기에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 집적 회로의 임계적 치수 크기를 작게 하는 쪽으로의 추세에 따라 웨이퍼의 열 관리 시스템을 위한 온도 균일성 요건은 점점 엄격해지고 있다.
일례로, 이전의 표준과 비교할 때, 수백 밀리미터 직경의 웨이퍼에 걸친 현재의 0.1℃인 온도 균일성 요건은 온도 균일성에 있어서의 50% 증가를 나타내고 있다. 웨이퍼 가열 및 냉각 장치는 넓은 범위의 공정 작동 온도에 걸쳐서 위와 같은 온도 균일성 값, 통상적으로 약 20℃ 내지 수 백℃의 온도 균일성 값의 이점을 매 웨이퍼에 대해 일정하게 달성할 수 있어야 한다. 작동 온도 범위에 걸친 신속한 열 관리 또한 공정의 경제성 측면에서 바람직하다.
웨이퍼 제조 공정 기술에 있어서, 넓은 온도 범위에 걸친 효율적이고, 신속하고, 제어 가능하며 균일한 열 관리를 위한 엄격한 요건은 집적 장치에서는 완전히 맞지 않는다. 긴밀하게 관련된 기술의 실시예에 있어서, 서로 대향되게 위치된 별개의 가열 유니트와 냉각 유니트가 단지 조합된 것으로서의 별개의 장치들이 가열 기능과 냉각 기능을 수행한다. 이들 장치에 있어서, 웨이퍼는 가열 소자와 냉각 소자 사이에 위치되며 이들 소자들 사이에서 옮겨진다.
이와 같은 장치의 한 예가 도 1에 도시되었다. 도 1에는, 반도체 웨이퍼(110), 가열 표면(120), 냉각 표면(130)이 도시되어 있다. 웨이퍼와 상호 작용하는 고온 열원과 냉온 열 싱크(thermal sink)는 일체로 형성되지 않았다. 오히려, 그것들은 물리적으로 분리되어 있거나 그렇지 않으면 서로가 열적으로 차단되어 있다. 반도체 웨이퍼를 가열하거나 냉각하기 위하여, 웨이퍼는 소정의 기능에 따라서 가열 표면과 냉각 표면 사이에서 기계적으로 옮겨지게 된다. 이는, 가열 기능과 냉각 기능 모두를 수행하는 통합형 열 관리 장치와 비교할 때, 제조 공정의 흐름과 청정실 바닥 공간의 활용 차원에서는 충분치 않다.
따라서, 관련 기술의 제한으로 인해, 넓은 온도 범위에 걸친 효율적이고, 신속하고, 제어 가능하며, 균일한 방법이 필요하게 되었다. 또한, 정상 상태(steady state)와 과도 상태(transient state) 중에 소망하는 고성능을 제공하며 제조 설정 범위 내에서의 용이한 사용에 아주 적합할 수 있다.
본 발명은, 넓은 온도 범위에 걸쳐서 효율적이고, 신속하고, 제어 가능하고, 균일한 열 관리용의 기판의 열 관리 시스템이다.
본 발명의 열 관리 시스템의 한가지 목적은 열원, 열 싱크(thermal sink) 및 열 확산기(thermal diffuser)를 통합시키는 것이다. 본 발명에 따르면, 열 확산기는 웨이퍼 표면에 대해서 고정적으로 위치되어서 이와 마찬가지로 웨이퍼 표면에 대해서 고정적으로 위치되는 열원과 열 싱크에 결합된다. 열 싱크는 온도가 제어 가능한 열 담지 매체(heat-carrying media)를 포함한다.
본 발명의 열 관리 시스템의 또 다른 목적은 열원에 있는 구역의 불균일 제어에 의하여 웨이퍼 표면에 걸친 열의 불균일성을 최소화하기 위한 것이다. 본 발명에 따르면, 열 확산기는 웨이퍼 표면에 대해서 고정적으로 위치되어서 이와 마찬가지로 웨이퍼 표면에 대해서 고정적으로 위치되는 열원과 열 싱크에 결합된다. 열원은 열 싱크에 근접한 표면 위에서 제어 가능한 온도장과 각기 다른 양의 열을 제공할 수 있도록 구성한 다수의 구역을 포함한다. 열 싱크는 온도가 제어 가능한 열 담지 매체를 포함한다.
도 1은 전형적인 종래 기술의 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명 조립체의 일 실시예를 도시하는 분해도이다.
도 3은 도 2에 도시된 장치와 함께 사용되는 열원의 일 실시예를 도시하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 특정 실시예에 있어서의 열 시간 응답을 도시하는 그래프 이다.
도 5는 열 확산기에 의한 매끄러운 온도 구배를 도시하는 그래프이다.
도 6은 과도 작동 중의 시간 간격에 대한 열 확산기에 의한 매끄러운 온도 구배를 도시하는 그래프이다.
도 7a 내지 도 7f는 대류 열 전달을 채택함으로써 열 저장조 내에 균일한 온도장을 제공하도록 구성된 본 발명의 태양들을 도시하는 개략도이다.
본 발명은 다른 곳에서 개시된 것들과는 달리 기판 열 관리 시스템 내에 열원과 열 싱크를 통합시키는 것이다. 기판과 상호 작용하는 가열 유니트와 냉각 유니트를 통합시키게 되면 열원과 열 싱크를 단순히 조합시킨 것에 비해서 그에 수반되는 이점들, 즉 넓은 온도 범위에 걸쳐서 효과적이고, 신속하고, 제어 가능하며 균일한 온도 관리라는 이점을 갖게 된다. 이와 같은 바라던 바의 고성능이 정상 상태와 과도 상태 모두에서 달성되며 시스템 장치는 제조 설정 범위 내에서의 용이한 사용에 아주 적합하다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 다른 조립체를 도시하는 분해도이다. 이 조립체는, 도 2에 도시된 바와 같은 것이나 혹은 대기보다 낮은 밀폐부 또는 대기보다 높은 밀폐부 등의 다수의 장치를 추가로 포함하는 시스템의 한 요소이다. 그렇지만, 대표적인 실시예는 실온 조건에서 작동하도록 구성된다.
도 2에는, 웨이퍼(200), 웨이퍼 표면(210), 열 저장조(220), 열 확산기(230), 가열 표면(235), 열원(240), 열 싱크(245), 전원(250), 제어기(260), 및 선택적인 열 절연체(270, 275)가 도시되어 있다. 양호한 실시예는, Cu 또는 Al과 같은 등방성 열 전도도를 갖는 재료로 제조된 열 확산기와, 실제로는 캡톤(KAPTON: 상표명임)으로 제조된 열 절연체(270)를 포함한다. 선택적인 실시예는 비등방성 열 전도도를 갖는 재료로 제조된 열 확산기를 포함한다. 통상적으로, 열 확산기의 웨이퍼 표면에 수직한 두께는 약 2.54mm(0.100인치) 미만이다.
도 2에서, 웨이퍼는 웨이퍼 표면(210)과 가열 표면(235) 사이의 간극을 가로질러서 가열된다. 간극은 통상적으로는 수 백 마이크로미터의 폭을 가지며 바람직한 물리적 특성을 갖는 실내 공기와 같은 기체, 질소, 헬륨, 또는 기타의 기체로 채워진다. 선택적인 실시예는 각각 다른 간극 폭을 가지며 공기에 비해 비교적 큰 열 전도도를 갖는 기체를 구비한다. 열 저장조(thermal reservoir)(220), 열 확산기(thermal diffuser)(230), 열원(thermal source)(240), 및 열 싱크(thermal sink)(245) 각각은 그 각각에 관련된 열 질량(thermal mass)(Mr, Md, Ms, Msk)을 갖는다. 가열 표면과 열 확산기에 인접한 열원의 표면 각각은 그 각각에 관련된 온도장(Td, Ts)을 갖는다. 열원, 열 저장조, 및 열 확산기는 통합되어서 열 전도에 의한 불가분적 연통 관계에 있게 된다. 통상적으로, 열 싱크(245)는 일정한 온도일수도 있는 온도로 제어될 수 있는 일정량의 유동성 유체 재료이다. 따라서, 열 싱크와 열 저장조는 통상적으로 열 전도와 대류 열 전달에 의해 불가분적인 상태에 있게 된다. 열 싱크의 다른 실시예는 유동성 유체에만 제한되지 않고 움직이지 않는 유체나 고체일수도 있다.
도 2에서, 열 싱크(245)는 열 관리 시스템의 저온 경계를 결정한다. 열 싱크의 열 질량(Msk)은 다른 요소의 열 질량들보다 상당히 클 수 있다. 다른 실시예에서, 열 질량(Msk)은 열 질량(Md)에 비하여 적어도 10배나, 혹은 적어도 102배나, 혹은 적어도 103배나, 혹은 적어도 104배나 크다. 양호한 실시예에서, 열 싱크는 공장의 냉각수 공급원에 의해 제공된 정온 열 싱크이다. 열 싱크의 비교적 큰 열 질량을 열 저장부(220)에 연속적으로 결합시킴으로써, 열 저장조는 실질적으로 일정하고 균일한 온도 저장조가 될 수 있다. 열 저장조의 특정 실시예는 온도 균일성을 더욱 더 향상시키기 위하여 아래에서 설명하는 바와 같은 구성을 포함할 수 있다.
도 3은 열원(240)의 특정 실시예를 도시하는 개략도이다. 도 3에는, 가열 소자(310), 가열 구역(320), 온도 센서(325), 피복 재료(330), 열원 표면(340), 전원(350) 및 제어기(360)가 도시되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 열원(240)은 열 저장조(220)와 열 확산기(230)에 결합된다. 열원의 특정 실시예에 있어서는, 열원이 과열되는 것을 방지하기 위하여 작동 중에 열 저장조와 열 싱크와의 연속적인 열적 결합을 필요로 할 수도 있다. 피복 재료(330)는 통상적으로 전기 절연체이다. 특정의 실시예는 캡톤(KAPTON: 상표명임)과 같은 열 저항성 피복 재료를 포함한다. 양호한 실시예에서, 열원과 열 저장조의 열적 결합은 불가분적이다.
통상적으로, 열원(240)은 도 2에 도시된 다른 구성요소의 열 질량에 비해서 비교적 작은 열 질량(Ms)을 갖는 전기 저항 가열기이다. 다른 실시예에서, 열 질량의 비(Ms/Md)는 약 10-1미만, 10-2미만, 10-3미만, 또는 10-4미만이다. 열원의 특정 실시예는 열원 표면(340) 상에 표면 온도장(TS)을 형성시키기 위하여 적어도 하나의 가열기 구역(320)에 내장된 1밀리미터 이하 크기의 금속제 전기 저항 가열 소자(310)를 구비하는 가열기이다. 저항 가열기의 일 예는 미국 미네소타 미니애폴리스에 소재하는 민코 프로덕츠, 인코포레이티드(Minco Products, Inc.)에서 생산하는 써모포일(THERMOFOIL: 상표명임) 가열기이다. 통상적으로, 열원은 100W/in2 미만의 규격을 가지며 폴리머 피복 재료를 포함할 수 있다. 웨이퍼(200, 도 2 참조)에 수직한 방향에서의 열원의 두께는 일반적으로 1.27mm(0.05인치) 미만이다. 열원의 열 질량은 통상적으로 열 확산기의 열 질량의 약 1/10 미만이다.
가열기 구역(320) 내의 가열 소자(310)의 특정 형태 및 분포와 개별적으로 제어 가능한 가열 구역들의 개수 및 배치는, 제어기(360)가 열원(240)의 표면 상의 표면 온도장(Ts)을 조정할 수 있도록 한다. 더욱이, 열원 내의 전기 저항 가열 소자로 공급되는 전력량을 제어하게 되면 열원이 결합되는 또 다른 요소와 피복 재료(330) 사이의 인터페이스에 걸쳐서 원만하게 변화할 수 있는 제어 가능한 에너지속(energy flux)이 제공된다. 온도장(Ts)의 피드백 제어는 열원에 매립 설치된 적어도 하나의 온도 센서(325)를 이용함으로써 달성된다. 특정의 실시예는 동일한 개수의 센서들과 구역들을 구비한다. 대표적인 실시예는 온도장(Ts)을 1℃ 미만의 범위 내에서 균일하도록 제어한다. 선택적인 실시예는 제어 가능하지만 불균일한 온도장(Ts)을 가질 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 열원(240)은 열 확산기(230)에 결합되며 웨이퍼(200)와 대면한다. 양호한 실시예에서, 열원과 열 확산기는 직접 접촉하는 상태에 있게 한다. 열 확산기는 수동적으로 작동하여서, 실질적으로 균일한 온도장을 구비하는 가열 표면(235)을 제공하기 위하여 열이 열 확산기를 지날 때의 온도장(Ts)의 구배의 크기를 감소시킨다. 온도장(Ts)의 구배는 열원(240)의 구조 고유의 길이 크기에서부터 상승하여서 웨이퍼의 불균일 가열을 야기하게 된다. 이어서 가열 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 온도장(Td)이 작용하여서 통상적으로 수백 마이크로미터인 아주 좁은 간극을 가로지르는 웨이퍼 표면(210)이 가열된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 열 시간 응답 곡선을 예시하는 그래프이다. 웨이퍼 온도(410)와 가열 표면(235, 도 2 참조)의 온도가 도시되어 있다. 본 실시예는 약 8℃의 정온에 있는 열 싱크와, 45W/in2의 에너지속을 제공하는 열원과, 두께가 1.524mm(0.060인치)인 열 확산기를 포함한다. 열 확산기와 웨이퍼 사이에는 0.152mm(0.006인치)의 공기 간극이 있다. 일반적으로, 양호한 실시예는 약 60초 이하의 시간 동안에 웨이퍼를 가열하거나 냉각시키는 설계 온도 범위에 걸쳐 있다. 통상적으로 가열 속도는 0.5℃/초 이하이다. 도 4에서, 웨이퍼는 60초 미만 동안에 실온에서부터 150℃까지 가열되고 약 60초 동안에 그 150℃로부터 실온까지 냉각된다. 통상의 실시예에서, 냉각 시간은, 동일한 온도 범위에서의 가열 시간과 비교할 때 25%의 범위 이내이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서의 열 확산기(230, 도 2참조)에 의한 온도 구배의 평활화를 도시하는 그래프이다. 도 5는 일 군의 온도 프로파일을 포함한다. 온도 프로파일은 열 확산기 재료 내의 여러 깊이에 대한 원형 열 확산기의 반경에 따른 것이다. 열원(240)에 인접한 프로파일과 열원(240)으로부터 멀리 떨어진 프로파일은 각각 도면 부호 510과 520으로 나타내었다. 이 실시예에서, 열원은, 폭이 1.016mm(0.040인치)인 전기 저항 스트립을 포함하고, 0.762mm 내지 1.524mm(0.030인치 내지 0.060인치)만큼 떨어져 있다. 열 확산기는 두께가 1.016mm(0.04인치)인 Al이다. 열 확산기와 웨이퍼 사이에는 0.152mm(0.006인치)의 공기 간극이 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 가열 표면(235)에서의 온도 프로파일은 약 0.15℃ 범위 이내로까지 균일하다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 있어서의 과도 작동 중의 시간 간격에 걸친 열 확산기(230, 도 2참조)에 의한 온도 구배의 평활화를 도시하는 그래프이다. 도 6은 일 군의 온도 프로파일을 포함한다. 온도 프로파일은 25밀리초 간격에 걸쳐서 이루어지는 열 확산기 재료 내의 여러 깊이에 대한 원형 열 확산기의 반경에 따른 것이다. 열원(240)에 인접한 프로파일과 열원(240)으로부터 멀리 떨어진 프로파일은 각각 도면 부호 610과 620으로 나타내었다. 따라서, 도 6에서 열원 말단부의 프로파일은 가열 표면(235, 도 2 참조) 상의 온도 프로파일이다. 도 6의 실시예에서, 열원은, 폭이 0.508mm(0.020인치)인 전기 저항 스트립을 포함하고, 0.508mm(0.020인치)만큼 떨어져 있다. 열 확산기는 두께가 1.016mm(0.04인치)인 Al이다. 열 확산기와 웨이퍼 사이에는 0.152mm(0.006인치)의 공기 간극이 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 가열 표면(235)에서의 온도 프로파일(620)은 과도 시간 간격에 걸쳐서 아주 균일하다.
도 7a 내지 도 7d는 대류 열전달을 이용함으로써 열 저장조-열원 인터페이스(도 2 참조)에서의 균일한 온도장을 제공하는 데 적합한 본 발명의 특정 태양을 도시하는 개략도이다. 통상적으로, 열 싱크는 액체 물과 같은 유동성 단일 상의 유체이다. 선택적인 실시예는 고정형의 고체 열 싱크 또는 기체상의 열 싱크를 구비한다. 통상적으로, 열 싱크는 약 -40℃ 이상의 온도에 있다. 도 7a는 관련 기술 분야에서 볼 수 있는 장치의 개략 평면도이다. 도 7a에는, 열 저장조(700), 유체 입구(701), 및 유체 출구(702)가 도시되어 있다. 유체는 입구(701)로 들어가서 출구(702)에서 나오는데, 각기 다른 유체 요소들은 열 저장조 내에서 각기 다른 체류 시간을 거치게 된다. 각기 다른 체류 시간은 유체의 한정된 열 전도도로 인하여 열 저장조 내의 유체의 온도 구배를 작게 한다. 유체 내의 온도 구배는 열 저장조 표면에 바람직하지 않은 온도 구배를 야기할 수 있다.
본 발명에 따르면, 열 저장조의 내부 구조는 그 안의 유체 요소의 체류 시간을 균등하게 한다. 더욱이, 열 저장조 구조는 내부 유체 유동장을 가속화하거나 혹은 불균일 유동을 확립하도록 구성된다. 이에 의하면 열 저장조 내의 유체 온도가 실질적으로 균일해지며 열 관리 장치의 나머지 부분과 대면하는 열 저장조 표면 상에서의 온도장이 그에 대응하여 실질적으로 균일해진다(도 2 참조).
균일한 온도장은 열 저장조를 통과하는 유동체의 유량과 유속의 변화에 의하여 달성된다. 열 저장조의 내부 구조는 유체 요소에 균일한 순량 열속(net heat flux)을 확립하는 방식으로 유속을 변화시키고, 그 결과 유체 온도가 균일해진다. 앞에서, 순량 열속은 전도 및 대류로 인한 기여로 이루어진다. 열 저장조 내의 유체 온도가 균일하면, 열 관리 장치의 나머지 부분에 대향하는 열 저장조 표면 상의 온도장이 실질적으로 균일해진다.
도 7b는 일 실시예의 개략적인 평면도이다. 열 저장조(220), 오리피스(715), 유체 입구(701), 유체 출구(702), 및 플리넘(plenum)(710)이 도시되어 있다. 유체는 입구로 해서 플리넘으로 들어간다. 플리넘으로부터 출구로 나오는 유체 유동은 플리넘과 출구 사이의 압력 구배에 의해 구동된다. 유동의 균형성은 각 유체 요소가 실질적으로 동일한 시간 동안 유동장 내에 체류할 수 있게 한다.
도 7c는 도 7b의 실시예의 단면도를 도시하는 개략도이다. 도 7c는 열 저장조 내의 유체 온도가 실질적으로 균일해지도록 하기 위하여 내부 유체의 유동장의 가속화를 가능하게 하는 열 저장조의 구조의 태양을 도시하는 것이다. 도 7c에는, 유체 입구(701), 유체 출구(702), 플리넘(710), 오리피스(715), 예시적인 유선(streamline)(750, 760), 단면 영역(765), 인터페이스 표면(790), 및 선택적인 제2 열 확산기(780)가 도시되어 있다. 도 7c에서, 유체는 입구로 해서 플리넘으로 들어가는데, 그 유체는 오리피스를 통과하여 예시적인 유선을 따라서 출구로 유동할 때까지 플리넘에 체류하게 된다.
열 저장조(220) 안의 열 싱크(245)로 작용하는 유체가 휴지기에 있을 때, 유체 온도는, 전도가 이루어지도록 하는 온도 구배가 감소되기 때문에, 인터페이스 표면(790)을 가로지르는 열속의 작용 하에서 상승하는 경향을 보인다. 마찬가지로, 유체 요소가 도 7a에서처럼 열 저장조를 관통하여 이동하는 경우, 열 저장조 내의 체류 시간 동안의 유체 요소의 온도 증가는 열속이 주위부로부터 전도로 인하여 나오는 열 정도로 감소되게 하는 경향이 있다. 따라서, 열 저장조로의 균일한 열속의 입력을 위하여 유체 쪽으로의 불균일한 전도 열속이 증가한다.
대류 열전달의 크기는 온도 구배뿐만 아니라 유속에도 따라 달라진다. 열 저장조 내의 유체의 유동 속도는 균일하고, 대류로 인한 열속은 전도로 인한 열속과 유사한 방식으로 측정된다. 그러나, 열 저장조 내에서 유속이 변하게 되면, 대류로 인한 열속은 불균일해질 수 있다. 불균일한 전도 열속과 불균일한 대류 열속을 조합하여 작용시키게 되면 유체의 온도가 균일해진다.
본 발명에 따르면, 단면 영역(765)의 변화는 열 저장조 내의 유속의 변화를 야기한다. 유동 채널의 단면 영역이 변동하게 되면 유체 유동이 가속되거나 혹은 감속된다고 잘 알고 있다. 열 저장조 내에서의 유속이 불균일 하기 때문에, 유체에 대한 순량 열속은 유체의 온도를 균일하게 한다. 열 저장조 내의 유체가 균일한 온도를 갖게 되면, 인터페이스 표면(790)에서의 온도장도 역시 실질적으로 균일해진다. 열 확산기(230, 도 2 참조)와 유사한 특성을 갖는 선택적인 제2 열 확산기(780)도 열 저장조에 인접하게 결합되어서 잔류 온도의 불균일성을 더욱더 줄이는 작용을 한다.
도 7d 내지 도 7f는 일 실시예의 열 저장조 부조립체의 구성요소를 도시하는 도면이다. 본 실시예에서, 다수의 오리피스(715)를 구비하는 링(770)이 적어도 하 나의 입구(701)와 출구(702)를 구비하는 본체(792) 안에 놓인다. 덮개(791)가 본체에 볼트로 체결되어 부조립체를 밀봉하여서 플리넘(710)을 형성한다. 본 실시예에서, 본체 표면(793)의 형태는 실질적으로 유동 채널 단면 영역의 변화를 실질적으로 결정한다.
당업자라면 본 발명은 이상에서 설명한 실시예에 한정되지 않는다는 것을 쉽게 알 수 있다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 구성과 실시예를 개발할 수 있는데, 이들은 특허청구범위의 범위 내에 포함되는 것이다.

Claims (56)

  1. 웨이퍼 표면에 대해 고정되게 위치되며, 웨이퍼 표면을 가열하는 가열 표면에 걸친 온도장(Td)과 확산기 열 질량(Md)을 갖는 열 확산기와,
    웨이퍼 표면에 대해 고정되게 위치되며, 확산기 열 질량(Md)의 0.1보다 작거나 같은 열원 열 질량(Ms)과 열 확산기에 근접한 표면에 걸쳐 있으며 온도장(Td)과는 다른 온도장(Ts)을 구비하는 열원과,
    웨이퍼 표면에 대해 고정되게 위치되며, 온도(Tsk)를 제어할 수 있는 열 담지 매체를 포함하며, 고체 재료를 가로지르거나 혹은 액체와 고체 재료를 가로지르는 열전달에 의해 열원과 열 확산기에 열적으로 결합된 열 싱크와,
    열원에 연결되는 하나 이상의 제어 가능한 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  2. 저장조 열 질량(Mr)을 가지며, 웨이퍼 표면에 대해 고정되게 위치되며, 열 담지 용량을 갖는 매체를 내부에 수용하는 열 저장조와,
    열 저장조와 웨이퍼 표면에 대해 고정되게 위치되며, 열 저장조 열 질량(Mr)보다 작은 확산기 열 질량(Md)과 웨이퍼 표면을 가열하는 가열 표면에 걸쳐 있는 온도장(Td)을 갖는 열 확산기와,
    열 확산기와 열 저장조 사이에 위치되며, 확산기 열 질량(Md)의 0.1보다 작거나 같은 열원 열 질량(Ms)과 열 확산기에 근접한 표면에 걸쳐 있으며 온도장(Td)과는 다른 온도장(Ts)을 구비하는 열원과,
    온도(Tsk)를 제어할 수 있는 열 담지 매체를 포함하며, 고체 재료를 가로지르거나 혹은 액체와 고체 재료를 가로지르는 열전달에 의해 열원과 열 저장조와 열 확산기에 열적으로 결합된 열 싱크와,
    열원에 연결되는 하나 이상의 제어 가능한 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  3. 웨이퍼 표면에 대해 고정되게 위치되며, 웨이퍼 표면을 가열하는 가열 표면에 걸친 온도장(Td)과 확산기 열 질량(Md)을 갖는 열 확산기와,
    각기 다른 가열량을 제공하도록 구성된 다수의 구역을 포함하고, 웨이퍼 표면에 대해 고정되게 위치되며, 확산기 열 질량(Md)보다 작거나 같은 열원 열 질량(Ms)과 열 확산기에 근접한 표면에 걸쳐 있으며 온도장(Td)과는 다른 제어 가능한 온도장(Ts)을 구비하는 열원과,
    처리 공정을 거치게 되는 웨이퍼 표면에 대해 고정되게 위치되고, 온도(Tsk)를 제어할 수 있는 열 담지 매체로 이루어지고, 고체 재료를 가로지르거나 혹은 액체와 고체 재료를 가로지르는 열전달에 의해 열원과 열 확산기에 열적으로 결합된 열 싱크와,
    열원에 연결되는 하나 이상의 제어 가능한 전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  4. 제1항에 있어서, 열원과 열 싱크 사이에 배치된 하나 이상의 절연체도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  5. 제1항에 있어서, 열원과 웨이퍼 사이에 배치된 하나 이상의 절연체도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  6. 제1항에 있어서, 열원과 웨이퍼 사이에 배치된 하나 이상의 절연체와, 열원과 열 싱크 사이에 배치된 하나 이상의 절연체도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 열 절연체가 캡톤(KAPTON: 상표명임) 재료로 제조된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  8. 제1항에 있어서, 열 질량의 비 Md/Msk가 0.1 미만인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  9. 제1항에 있어서, 열 질량의 비 Md/Msk가 0.01 미만인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  10. 제1항에 있어서, 열 질량의 비 Md/Msk가 0.001 미만인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  11. 제1항에 있어서, 열 확산기가 등방성 열 전도도를 갖는 재료로 제조된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  12. 제1항에 있어서, 열 확산기가 Al 또는 Cu로 제조된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  13. 제1항에 있어서, 열 확산기가 비등방성 열 전도도를 갖는 재료로 제조된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  14. 제1항에 있어서, 웨이퍼 표면에 수직한 열 확산기의 두께가 2.54mm(0.1000인치) 미만인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  15. 제1항에 있어서, 웨이퍼 표면에 수직한 열 확산기의 두께가 1.27mm(0.0500인치) 미만인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  16. 제1항에 있어서, 웨이퍼 표면에 수직한 열 확산기의 두께가 0.635mm(0.025인치) 미만인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  17. 제1항에 있어서, 열 확산기의 두께가 2.54mm(0.100인치) 미만인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  18. 제1항에 있어서, 열원은 그 안에 매립된 하나 이상의 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  19. 제1항에 있어서, 열원은 금속제 전기 저항 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  20. 제1항에 있어서, 열원은 50W/in2 미만 규격의 열원인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  21. 제1항에 있어서, 열원은 40W/in2 미만 규격의 열원인 것을 특징으로 하는 웨 이퍼 열 관리 장치.
  22. 제1항에 있어서, 열원은 20W/in2 미만 규격의 열원인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  23. 제1항에 있어서, 열원은 10W/in2 미만 규격의 열원인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  24. 제1항에 있어서, 열원은 구역 내에 분포된 개별적으로 제어 가능한 다수의 전기 저항 가열 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 구역은 불균일한 온도장을 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  26. 제1항에 있어서, 열원이 폴리머 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  27. 제1항에 있어서, 열원의 웨이퍼 표면에 수직한 두께가 1.016mm(0.040인치) 미만인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  28. 제1항에 있어서, 열원의 웨이퍼 표면에 수직한 두께가 0.762mm(0.030인치) 미만인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  29. 제1항에 있어서, 열원의 웨이퍼 표면에 수직한 두께가 0.508mm(0.020인치) 미만인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  30. 제1항에 있어서, 열 질량의 비 Ms/Md가 0.1 미만인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  31. 제1항에 있어서, 열 질량의 비 Ms/Md가 0.01 미만인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  32. 제1항에 있어서, 열 질량의 비 Ms/Md가 0.001 미만인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  33. 제1항에 있어서, 열 싱크가 고체 상태 열 싱크인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  34. 제33항에 있어서, 열 싱크가 열전 칩(thermo-electric chip)인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  35. 제1항에 있어서, 열 싱크가 액체 열 싱크인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  36. 제35항에 있어서, 열 싱크가 물인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  37. 제1항에 있어서, 열 싱크가 기체상 열 싱크인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  38. 제1항에 있어서, 열 싱크가 0℃보다 높은 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  39. 제1항에 있어서, 열 싱크가 -30℃보다 높은 온도를 갖는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  40. 제1항에 있어서, 열 확산기와 웨이퍼 사이의 간극에 공기가 수용된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  41. 제1항에 있어서, 열 확산기와 웨이퍼 사이의 간극에, 비교 가능한 열동력학적 조건에서의 공기에 비하여 열 전도도가 큰 가스가 수용된 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  42. 제1항에 있어서, 웨이퍼 둘레에 대기압 이상의 압력 챔버도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  43. 제1항에 있어서, 웨이퍼 둘레에 대기압 이하의 챔버도 또한 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  44. 제1항에 따른 웨이퍼 열 관리 장치를 하나 이상 포함하는 웨이퍼 처리 공정 시스템.
  45. 제1항에 따른 웨이퍼 열 관리 장치를 하나 이상 포함하며 실내 조건에 있는 개방된 환경에서 작동하도록 구성된 웨이퍼 처리 공정 시스템.
  46. 제2항에 있어서, 열 싱크가 유동 매체를 포함하고, 상기 유동 매체는 열 저장조 내의 하나 이상의 통로를 통하여 유동하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  47. 제46항에 있어서, 열 저장조가 유동 매체용의 플리넘과 다수의 인입 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  48. 제46항에 있어서, 유체 통로의 단면적이 통로를 따라서 변동하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  49. 제2항에 있어서, 열원과 열 저장조 사이에 배치된 제2 열 확산기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  50. 제1항에 있어서, 열 싱크의 온도가 제어 가능하고 일정한 온도인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  51. 제1항에 있어서, 열원은 공간적으로 1℃ 미만의 범위 내에서 균일한 열원인 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  52. 제1항에 있어서, 열원의 온도장(Ts)이 불균일한 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  53. 제1항에 있어서, 열원의 온도와 열 싱크의 온도 사이의 차는 약 200℃인 것 을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  54. 제53항에 있어서, 열 싱크 온도와 열원 온도에 의해 경계가 정해지는 범위에서의 웨이퍼 온도는 약 60초 이하의 시간 간격에서 달성되는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  55. 제53항에 있어서, 웨이퍼 온도는 약 5초 이하의 시간 간격에서 21℃에서부터 25℃까지 변화하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
  56. 제8항에 있어서, 웨이퍼 온도는 약 1℃/초의 속도로 변화하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 열 관리 장치.
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