KR101117534B1 - 기판 온도 제어 장치용 스테이지 - Google Patents

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Abstract

기판을 가열 또는 냉각할 때에 발생되는 과도적인 온도 분포의 확대를 종래보다 작게 할 수 있는 기판 온도 제어 장치용 스테이지.
이 기판 온도 제어 장치용 스테이지는 기판의 온도를 제어하는 기판 온도 제어 장치에 있어서 소정의 직경을 갖는 기판을 소정의 위치에 적재하기 위해 이용되는 스테이지로서, 기판에 대향하는 제 1 면에 있어서 기판의 단부 가장자리에 대응하는 위치를 포함하는 영역에 중심부보다 낮은 단차부가 형성된 플레이트와, 플레이트의 제 1 면과 반대측인 제 2 면에 배치된 온도 조절부를 포함한다.

Description

기판 온도 제어 장치용 스테이지{STAGE FOR SUBSTRATE TEMPERATURE CONTROL APPARATUS}
본 발명은 반도체 웨이퍼나 액정 패널 등의 기판을 처리할 때에 기판의 온도를 제어하는 기판 온도 제어 장치에 있어서 기판을 적재하기 위해 이용되는 스테이지에 관한 것이다.
최근, 반도체 웨이퍼나 액정 패널 등의 기판의 처리 공정에 있어서 기판의 온도를 정밀하게 제어하는 것이 점점 중요하게 되고 있다. 예컨대, 반도체 장치의 제조 공정에 있어서는 웨이퍼에 레지스트를 도포한 후에 레지스트 용매를 제거하기 위해 웨이퍼를 가열하고 그 후 웨이퍼를 냉각하는 것과 같이 웨이퍼의 가열과 냉각이 빈번하게 행해진다. 그 때에, 기판의 온도를 적절하게 제어하기 위해서 기판 온도 제어 장치가 이용된다.
기판 온도 제어 장치는 기판을 적재하기 위한 페이스 플레이트를 갖는 스테이지를 포함하고 있고, 이 스테이지의 내부 또는 하부에 기판을 가열 또는 냉각하기 위한 가열 디바이스 또는 냉각 디바이스가 배치되어 있다. 일반적으로, 가열 디바이스로서는 전열선, 적외선 램프, 또는, 작동 유체가 이용되고, 냉각 디바이스로서는 펠티에 소자나 작동 유체가 이용된다.
기판 온도 제어 장치를 이용해서 기판을 가열할 때에는 플레이트의 외주부로부터 기판으로의 열의 유입이나, 플레이트 상에 적재될 때에 상측으로 볼록하게 되어서 휜 기판이 플레이트와 평행하게 될 때까지의 시간 지연 등의 영향에 의해서 외주를 향해서 온도가 높아지는 과도(過渡)적인 온도 분포가 기판에 발생된다. 특히, 기판이 적재되는 면이 오목 형상인 오목형의 플레이트에 있어서는 온도 분포의 확대가 커진다.
관련된 기술로서 국제 공개 WO 01/13423 A1에는 실리콘 웨이퍼의 온도가 전체적으로 균일하게 되는 것을 목적으로 하는 반도체 제조 장치용 세라믹판이 개시되어 있다. 이 세라믹판은 세라믹 기판의 표면에 반도체 웨이퍼를 적재하거나 또는 세라믹 기판의 표면으로부터 일정한 거리에 반도체 웨이퍼를 유지하는 반도체 제조 장치용 세라믹판으로서, 그 세라믹 기판의 반도체 웨이퍼를 적재 또는 유지하는 측의 면의 평탄도를 측정 범위, 외주단 간 길이-10㎜에 대해서 1~50㎛로 한 것을 특징으로 한다.
일본 특허 출원 공개 JP-P2002-198302A에는 세라믹 기판의 작업면, 즉, 웨이퍼 가열면의 온도 분포를 균일하게 하는데에 유효하고, 또한, 승온ㆍ강온시의 응답이 우수한 반도체 제조ㆍ검사 장치용 핫플레이트가 개시되어 있다. 이 핫플레이트는 절연성 세라믹 기판의 표면 또는 내부에 저항 발열체를 설치하여 이루어지는 핫플레이트로서, 세라믹 기판의 외주부의 열용량이 중앙부에 비해 상대적으로 작게 되는 형상을 갖고 있다.
일본 특허 출원 공개 JP-A-8-124818에는 구조를 간단하게 해서 피처리 기판의 가열 온도의 균일화를 도모하고 수율을 향상시키는 것을 목적으로 하는 열처리 장치가 개시되어 있다. 이 열처리 장치는 피처리 기판을 적재하는 적재대와, 이 적재대를 통해서 피처리 기판을 가열하는 가열 수단과, 적재대 상에 돌출해서 피처리 기판과 적재대면 사이에 소정의 간격을 두는 지지 수단을 구비하고, 상기 지지 수단을 적재대에 소정 간격을 두고 배열되는 복수개의 지지체로 형성함과 아울러, 지지체의 높이를 피처리 기판의 가열 온도 분포에 따라 변경하도록 한 것을 특징으로 한다.
일본 특허 출원 공개 JP-P2002-83858A에는 세라믹스로 이루어지는 균열판의 한쪽의 주면을 웨이퍼의 적재면으로 하고, 다른쪽의 주면에 발열 저항체를 가져 웨이퍼를 가열하는 웨이퍼 가열 장치가 개시되어 있다. 균열판의 휨에 의해 적재면이 오목 형상으로 되면 웨이퍼의 중심 부근에서 균열판과 웨이퍼 사이의 갭이 커지므로, 균열판의 온도 설정을 변경하거나 웨이퍼를 교환했을 때의 승온 과도시에 중심부의 가열이 지연되는 경향으로 되어 웨이퍼 면내의 온도 분포의 확대가 커진다. 그래서, 이 웨이퍼 가열 장치는 적재면을 볼록 형상으로 한 것을 특징으로 한다.
그러나, 기판의 적재면이 볼록 형상인 볼록형의 플레이트에 있어서도 외주를 향해서 온도가 높아지는 과도적인 온도 분포가 기판에 발생되는 것에는 변함이 없어 이 온도 분포의 확대를 작게 하는 것이 요망되고 있다.
그래서, 상기한 점을 감안해서 본 발명의 목적은 기판을 가열 또는 냉각할 때에 발생되는 과도적인 온도 분포의 확대를 종래보다 작게 할 수 있는 기판 온도 제어 장치용 스테이지를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 하나의 관점에 따른 기판 온도 제어 장치용 스테이지는 기판의 온도를 제어하는 기판 온도 제어 장치에 있어서 소정의 직경을 갖는 기판을 소정의 위치에 적재하기 위해 이용되는 스테이지로서, 기판에 대향하는 제 1 면에 있어서 기판의 단부 가장자리에 대응하는 위치를 포함하는 영역에 중심부보다 낮은 단차부가 형성된 플레이트와, 플레이트의 제 1 면과 반대측인 제 2 면에 배치된 온도 조절부를 구비한다.
<발명의 효과>
본 발명의 하나의 관점에 의하면, 플레이트의 기판에 대향하는 제 1 면에 있어서 기판의 단부 가장자리에 대응하는 위치를 포함하는 영역에 중심부보다 낮은 단차부를 형성함으로써 기판을 가열 또는 냉각할 때에 발생되는 과도적인 온도 분포를 종래보다 작게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 기판 온도 제어 장치용 스테이지를 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 일점 쇄선 II-II에 있어서의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 기판 온도 제어 장치용 스테이지의 플레이트 및 히터를 웨이퍼와 함께 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 상면이 오목형의 형상을 갖는 플레이트를 이용해서 웨이퍼를 가열했을 경우의 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 각종의 플레이트를 이용해서 웨이퍼를 가열했을 경우의 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 6은 홈의 깊이를 변경했을 경우의 실험 결과를 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6에 있어서 면내 온도 범위가 최대가 되는 시간에 있어서의 웨이퍼의 반경 방향의 온도 분포를 나타내는 도면이다.
도 8은 시뮬레이션에 이용되는 요소 모델을 나타내는 도면이다.
도 9는 제 1 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 10은 제 2 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일실시형태에 있어서의 플레이트의 홈 형상의 변형예를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 부호를 붙여 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 기판 온도 제어 장치용 스테이지를 나타내는 평면도이고, 도 2는 도 1에 나타내는 일점 쇄선 II-II에 있어서의 단면도이다. 기판 온도 제어 장치는 반도체 웨이퍼나 액정 패널 등의 기판의 처리 공정에 있어서 기판의 온도를 제어하는 장치이며 기판을 적재하기 위해 이용되는 스테이지(1)를 갖고 있다. 이하에 있어서는 직경 300㎜의 반도체 웨이퍼가 스테이지(1) 상에 적재될 경우에 대해서 설명한다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 기판 온도 제어 장치의 스테이지(1)는 원반 형상의 플레이트(페이스 플레이트)(10)를 포함하고 있고, 플레이트(10)의 상면에는 높이가 100㎛ 정도의 복수개의 돌기(11)가 설치되어 있다. 웨이퍼가 스테이지(1) 상에 적재될 때에는 그들 돌기(11)가 웨이퍼의 하면을 지지해서 웨이퍼와 플레이트(10) 사이에 100㎛ 정도의 갭을 형성하고 웨이퍼가 플레이트(10)에 접촉하는 것을 방지하고 있다. 이것에 의해, 플레이트(10)에 부착되어 있는 오염물로부터 웨이퍼가 보호된다. 플레이트(10)의 주변부에는 스테이지(1) 상에 적재되는 웨이퍼의 단부 가장자리(에지)의 위치를 규제하기 위한 복수개의 웨이퍼 가이드(12)가 설치되어 있다.
도 2를 참조하면, 플레이트(10)의 하면에는 온도 조절부로서 웨이퍼를 가열하기 위한 원형 시트 형상(면 형상)의 히터(20)가 부착되어 있고, 히터(20)의 배선을 위해 터미널 플레이트(30)가 설치되어 있다. 플레이트(10) 및 히터(20)는 플레이트 고정 나사(41)에 의해 수지 링(42) 및 플레이트 지주(43)를 통해서 베이스 플레이트(50)에 고정되어 있다. 수지 링(42)을 이용함으로써 플레이트(10)와 베이스 플레이트(50) 사이에서 단열이 도모됨과 아울러, 플레이트(10)가 수지 링(42) 위를 미끄러짐으로써 베이스 플레이트(50)에 대해서 어느 정도 이동 가능하게 되어 있다. 베이스 플레이트(50)의 주위에는 외주 커버(60)가 부착되어 있다. 스테이지(1)는 기판 온도 제어 장치의 케이스 내에 수납된다. 또한, 온도 조절부로서는 면 형상의 히터 이외에도 열전소자를 전체면에 배치하거나 유체가 흐르는 유로를 형성해도 좋고, 플레이트(10)는 가열과 냉각 양쪽에 이용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시형태에 따른 기판 온도 제어 장치용 스테이지의 플레이트 및 히터를 웨이퍼와 함께 모식적으로 나타내는 단면도이다.
플레이트(10)는 얇은 알루미늄재(A5052)로 제작되어 있고, 두께가 6㎜, 긴 직경이 340㎜, 짧은 직경이 330㎜의 원추대의 형상을 갖고 있다. 열변형을 방지하기 위해서 히터(20)가 접착되는 부분을 제외하고 플레이트(10)에 알루마이트 처리를 실시함으로써 15㎛~30㎛의 알루마이트층을 형성해도 좋다.
히터(20)는 폴리이미드의 절연막(21), 절연막(21) 상에 패턴 형성된 스테인레스강재(SUS304)의 박막의 전열선(22), 및 전열선(22)을 피복하는 폴리이미드의 절연막(23)으로 구성된다. 여기서, 절연막(21)의 두께는 50㎛이고, 전열선(22)의 두께는 20㎛이며, 절연막(23)의 두께는 얇은 부분에서 25㎛이다. 절연막(21 및 23)의 폴리이미드의 표면은 300℃ 이상으로 가열되면 다른 부재에 접착(열융착)되도록 개질되어 있고, 플레이트(10)와 절연막(21)과 절연막(23)을 핫 프레싱함으로써 이들이 서로 접착되어 있다.
알루미늄은 비교적 연하고 스테인레스나 폴리이미드보다 선팽창계수가 크므로, 히터(20)에 의해 플레이트(10)가 가열되면 플레이트(10)의 상면(기판 적재면)이 볼록형이 되는 변형이 생긴다. 그래서, 본 실시형태에 있어서는 플레이트(10)의 기판 적재면이 실온에서 오목형의 형상을 갖는 경향이 되도록 형성되어 있다(평탄도: 0㎛~60㎛ 정도).
여기서, 본 발명의 제 1 관점에 의하면, 소정의 직경을 갖는 기판(웨이퍼)이 기판의 중심축이 플레이트(10)의 중심축과 겹치도록 스테이지 상에 적재되었을 경우에 플레이트(10)의 기판 적재면에 있어서 기판의 에지에 대응하는 위치를 포함하는 영역에 중심부보다 낮은 단차부가 형성된다. 이 단차부는 전형적으로는 도 1~도 3에 나타내는 바와 같이 홈(10a)의 형상을 갖고 있다.
홈(10a)은 플레이트(10)의 기판 적재면에 있어서 기판의 에지에 대응하는 위치로부터 측정해서 플레이트(10)의 중심 방향으로 4㎜~30㎜의 거리까지 연장되는 것이 바람직하다. 따라서, 기판의 직경이 300㎜일 경우에는 홈(10a)의 내주의 직경(D1)은 240㎜~292㎜가 된다.
홈(10a)의 외주의 직경(D2)은 기판의 중심축이 플레이트(10)의 중심축으로부터 2㎜ 정도 어긋났을 경우에 홈(10a)이 기판의 에지에 걸리는 면적 차(전열 면적 차)를 저감하기 위해서 기판의 에지보다 1㎜를 초과해서 크게 하지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 기판의 직경이 300㎜일 경우에는 홈(10a)의 외주의 직경(D2)은 300㎜ 이상이고 302㎜ 이하가 된다. 한편, 기판의 어긋남이 작을 경우(0.5㎜ 정도 이하)에는 홈(10a)의 외주의 직경(D2)에 대해서 특별히 상한을 규정할 필요는 없으므로 홈(10a)이 플레이트(10)의 에지까지 연장되어도 상관없다. 그 경우를 포함해서 본원에 있어서는 「단차부」라는 용어를 이용하고 있다.
또한, 본 발명의 제 2 관점에 의하면, 플레이트(10)의 기판 적재면에 있어서 복수개의 돌기(11)보다 외주측이고 또한 복수개의 가이드 부재(웨이퍼 가이드)(12)보다 내주측에 홈(10a)이 형성된다. 이것에 의해, 기판의 중심축이 플레이트(10)의 중심축과 겹치도록 스테이지 상에 적재되었을 경우에 홈(10a)이 기판의 에지에 걸리도록 한다. 이 경우에 있어서도 홈(10a)의 내주의 직경(D1)과 외주의 직경(D2)은 상기 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 제 3 관점에 의하면, 플레이트(10)의 기판 적재면에 있어서 복수개의 가이드 부재(웨이퍼 가이드)(12)보다 내주측에 홈(10a)이 형성되고, 홈(10a)이 형성된 범위에 1개 이상의 돌기가 놓이도록 복수개의 돌기(11)가 배치되어 있다. 즉, 홈(10a)이 형성된 범위에 1개 이상의 돌기 전체가 존재해도 좋고, 홈(10a)이 형성된 범위에 돌기의 일부분이 존재해도 좋다. 이것에 의해, 기판의 중심축이 플레이트(10)의 중심축과 겹치도록 스테이지 상에 적재되었을 경우에 홈(10a)이 기판의 에지에 걸리도록 한다. 이 경우에 있어서도 홈(10a)의 내주의 직경(D1)과 외주의 직경(D2)은 상기 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
기판 온도 제어 장치를 이용해서 웨이퍼(70)를 가열할 때에는 플레이트(10)의 외주부로부터 웨이퍼(70)로의 열의 유입이나, 플레이트(10) 상에 적재될 때에 상측으로 볼록하게 되어 휜 웨이퍼(70)가 플레이트(10)와 평행하게 될 때까지의 시간 지연 등의 영향에 의해 외주를 향해서 온도가 높아지는 과도적인 온도 분포가 웨이퍼(70)에 발생된다.
그래서, 도 3에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(70)의 에지 부분의 하방에 위치하는 플레이트(10)의 표면 영역에 홈(10a)을 형성함으로써 플레이트(10)의 상기 영역으로부터 웨이퍼(70)로의 전열을 억제해서 웨이퍼(70)의 외주부에 있어서의 승온 속도를 저하시킴과 아울러, 웨이퍼(70)의 중심부로부터 외주부로의 전열을 촉진해서 온도의 균일화를 도모하고 있다.
또한, 측면의 공기 단열에 의해 웨이퍼(70)의 외주부는 중앙부와 비교해서 온도가 불균일하게 되기 쉽지만, 플레이트(10)에 홈(10a)을 형성함으로써 플레이트(10)와 웨이퍼(70) 사이의 갭이 커지므로, 플레이트(10)나 웨이퍼(70)의 평면도에 의존한 온도 불균일성이 완화된다.
또한, 홈(10a)의 깊이(x), 크기(D1,D2), 및 형상을 최적화하면 플랫에 가까운 과도 온도 분포를 실현하는 것도 가능하다. 상면이 오목형의 형상을 갖는 플레이트(10)를 사용할 경우에는 상면이 평탄하거나 또는 볼록형의 형상을 갖는 플레이트를 사용하는 경우보다 웨이퍼에 있어서의 온도 분포의 확대가 커지는 경향이 보여진다. 본 발명은 그러한 경우에 특히 유효하다.
도 4는 상면이 오목형의 형상을 갖는 플레이트를 이용해서 웨이퍼를 가열했을 경우의 실험 결과를 나타내는 도면이다. 이 실험에 이용한 플레이트에 있어서 실온에 있어서의 상면의 평탄도는 58㎛이다. 비교를 위해서 홈이 형성되어 있지 않은 플레이트(비교예)와 홈이 형성되어 있는 플레이트(실시예)가 이용된다. 실시예에 있어서 홈의 내주의 직경은 292㎜이고 홈의 외주의 직경은 306㎜이므로 홈의 폭은 (306-292)/2=7㎜이다. 또한, 홈의 깊이는 원주 상에서 54㎛~189㎛로 분포되어 있고 그 평균값은 130㎛이다.
도 4에 있어서는 웨이퍼를 가열할 때에 웨이퍼 면내의 복수개의 측정 포인트에 있어서 측정된 복수개의 웨이퍼 온도와, 그들 온도에 있어서의 최대값과 최소값의 차인 온도 범위가 나타내어져 있다. 온도 범위가 작을수록 웨이퍼의 온도 분포가 균일하게 된다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 온도가 실온 부근으로부터 140℃로 상승할 때에 홈이 형성되어 있지 않은 플레이트를 이용할 경우에는 온도 범위가 최대 약 6.8℃로 확대되어 버린다. 한편, 홈이 형성되어 있는 플레이트를 이용할 경우에는 온도 범위가 최대이여도 약 4.4℃로 작고 웨이퍼의 온도 분포가 균일화되어 있다고 할 수 있다.
도 5는 각종의 플레이트를 이용해서 웨이퍼를 가열했을 경우의 실험 결과를 나타내는 도면이다. 여기서는, 상면이 볼록형의 형상을 갖고(평탄도: 40㎛) 홈이 형성되어 있지 않은 플레이트(비교예1)와, 상면이 오목형의 형상을 갖고(평탄도: 40㎛) 홈이 형성되어 있지 않은 플레이트(비교예2)와, 상면이 오목형의 형상을 갖고(평탄도: 60㎛) 홈이 형성되어 있는 플레이트(실시예)가 비교된다. 실시예에 있어서 홈의 내주의 직경은 292㎜이고 홈의 외주의 직경은 306㎜이므로 홈의 폭은 7㎜이다. 또한, 홈의 깊이의 평균값은 130㎛이다. 또한, 플레이트의 상면이 볼록형의 형상을 가질 경우와 플레이트의 상면이 오목형의 형상을 가질 경우에서는 평탄도의 측정값이 다른 부호(플러스와 마이너스)를 갖게 된다.
도 5에 있어서는 웨이퍼를 가열할 때에 웨이퍼 면내의 복수개의 측정 포인트에 있어서 측정된 복수개의 온도의 평균값인 면내 평균 온도와, 그들 온도에 있어서의 최대값과 최소값의 차인 면내 온도 범위가 나타내어져 있다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 상면이 오목형의 형상을 갖는 플레이트(비교예2)는 면내 온도 범위가 최대 약 7.5℃인 것에 대해서 상면이 볼록형의 형상을 갖는 플레이트(비교예1)는 면내 온도 범위가 최대 약 5.3℃이며 웨이퍼의 온도 분포의 점에서 유리하다. 한편, 본 발명에 의하면, 상면이 오목형의 형상을 갖는 플레이트에 있어서도 면내 온도 범위를 최대 약 4.4℃로 할 수 있다. 도 5에 있어서의 면내 평균 온도의 상승 속도의 차는 플레이트의 형상(요철) 및 평탄도에 의존하고 있다.
도 6은 홈의 깊이를 변경했을 경우의 실험 결과를 나타내는 도면이다. 여기서는 상면이 오목형의 형상을 갖고(평탄도: 40㎛), 홈의 깊이의 평균값이 750㎛인 플레이트가 이용된다. 홈의 내주의 직경은 292㎜이고 홈의 외주의 직경은 306㎜이므로 홈의 폭은 7㎜이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 면내 온도 범위가 최대 약 7.5℃이다. 도 7은 도 6에 있어서 면내 온도 범위가 최대가 되는 시간에 있어서의 웨이퍼의 반경 방향의 온도 분포를 나타낸 것이지만, 웨이퍼의 내주부보다 외주부에 있어서 온도가 저하된다는 역회전 현상을 일으키고 있는 것을 알 수 있다. 그래서, 적절한 홈의 깊이를 구하기 위해서 시뮬레이션을 행하였다.
도 8은 시뮬레이션에 이용되는 요소 모델을 나타내는 도면이다. 이 시뮬레이션에 있어서는 플레이트(10) 및 웨이퍼(70)가 2차원축 대상인 것으로 해서 플레이트(10)가 부분 영역(p1~p13)으로 분할되고, 웨이퍼(70)가 부분 영역(w1~w11)으로 분할된다. 플레이트(10)의 상면은 오목형의 형상을 갖고(평탄도: ΔH), 웨이퍼(70)는 상측으로 볼록하게 되는 형상을 갖고 있다(평탄도: 80㎛). 웨이퍼(70)의 평탄도로서 80㎛라는 값은 조건이 나쁜 경우를 상정한 조금 큰 값이다.
최초에, 웨이퍼(70)가 플레이트(10)의 상방에 위치하고(S1), 웨이퍼(70)를 속도 25㎜/s로 하강시킴으로써 웨이퍼(70)의 외주부가 플레이트(10)의 돌기에 접촉한다(S2). 그 후, 웨이퍼(70)가 중심부의 속도(v)로 휨으로써 플레이트(10)와 웨이퍼(70) 사이의 갭이 균일화된다(S3). 그 때에, 플레이트(10)와 웨이퍼(70) 사이에 정류하고 있었던 공기가 웨이퍼(70)의 외주부로부터 서서히 배출되므로 갭이 균일화될 때까지 시간 지연이 생긴다. 이 시뮬레이션에 있어서는 그 시간 지연을 시정수 1.3s로 나타내고 있다.
또한, 플레이트(10)와 웨이퍼(70) 사이의 등가열전달율 λEQ(i)는 다음식으로 표시된다.
λEQ(i)= λAIR/Gap(i) (i=1, 2, …, 11)
여기서, λAIR은 공기의 열전도율이고, Gap(i)는 플레이트(10)와 웨이퍼(70) 사이의 대향하는 부분 영역에 있어서의 갭 길이며 시간적으로 변화된다. 또한, 플레이트(10)의 하면에 설치되어 있는 히터는 피드백 제어 없는 일정 출력인 것으로 한다.
도 9는 제 1 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 여기서는 플레이트의 평탄도(ΔH)가 40㎛이고 홈의 내주의 직경이 292㎜이며 홈의 외주의 직경이 306㎜이고 홈의 깊이가 750㎛인 것으로 하였다. 도 6에 나타내는 실험 결과와 비교하면, 면내 온도 범위의 변화의 형태는 다소 다르지만, 면내 온도 범위의 최대값은 약 8.3℃이고 실험 결과의 약 7.6℃에 가까운 값이 얻어졌다.
이 시뮬레이션에 의거해서 플레이트에 형성하는 홈의 깊이나 사이즈에 대한 검토를 행하였다. 조건으로서, 플레이트와 웨이퍼 사이의 갭 길이가 100㎛(갭이 균일화된 후의 값)이고, 목표 온도가 140℃일 경우에 이하의 것을 목표로 하였다.
<1> 웨이퍼의 평균 온도가 120℃에 도달할 때까지의 시간에 대해서 플레이트에 홈이 형성되어 있지 않을 경우에 있어서의 시간과 비교해서 그 시간 차가 0.5초보다 작은 것.
<2> 웨이퍼의 위치 편차가 ±2㎜일 경우에 면내 온도 범위의 최대값의 증가가 1℃보다 작은 것.
<3> 상기 조건<1> 및 <2>를 만족하는 범위 내에서 동일 형상 및 동일 평탄도로 홈이 형성되어 있지 않은 플레이트에 대해서 면내 온도 범위의 최대값의 저감 효과를 2℃ 이상으로 하는 것.
도 10은 제 2 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 여기서는 플레이트의 평탄도(ΔH)가 40㎛이고, 홈의 내주의 직경이 292㎜이며, 홈의 외주의 직경이 306㎜이고, 홈의 깊이가 100㎛인 것으로 했다. 홈 없음의 경우(파선)와 비교하면, 면내 온도 범위의 최대값은 약 7.3℃로 내려가고, 면내 온도 범위의 최대값의 저감 효과가 목표를 초과해서 3℃ 이상으로 되어 있다. 같은 시뮬레이션을 홈의 깊이가 150㎛ 및 200㎛인 경우에 대해서도 행한 결과, 홈의 깊이 200㎛가 조건<2>를 만족하는 경계가 되었다.
또한, 홈의 내주의 직경을 240㎜로 하고 홈의 외주의 직경을 306㎜로 해서 홈의 폭을 (306-240)/2=33㎜로 한 경우에 대해서도 시뮬레이션을 행하였지만 그 경우에는 홈의 깊이가 20㎛일 때에 양호한 결과가 얻어졌다. 일반적으로는 기판(웨이퍼)의 하부에 존재하는 홈의 폭과 깊이를 곱한 곱이 0.4~0.8(단위: ㎟)의 범위이면 웨이퍼의 온도 분포를 균일화하는 효과가 보여졌다.
도 11은 본 발명의 일실시형태에 있어서의 플레이트의 홈 형상의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 11(a)는 지금까지 설명한 직사각형의 단면 형상을 갖는 홈(10a)이 형성된 플레이트(10)를 나타내고 있다. 도 11(b)는 홈의 내주 및 외주의 벽을 경사지게 한 홈(10b)이 형성된 플레이트(10)를 나타내고 있다. 홈에 기인하는 웨이퍼의 오염을 억제하기 위해서는 홈을 얕게 해서 테이퍼 가공을 실시하는 것이 바람직하다. 도 11(c)는 홈의 벽의 적어도 일부를 곡면으로 한 홈(10c)이 형성된 플레이트(10)를 나타내고 있다. 도 11(b) 및 도 11(c)에 있어서 홈의 내주 또는 외주의 직경을 정의할 경우에는 그 평균적인 값을 이용하는 것으로 한다.
도 11(d)는 플레이트(10)의 에지까지 연장되는 홈(단차부)(10d)이 형성된 플레이트(10)를 나타내고 있다. 도 11(e)는 웨이퍼의 어긋남에 의한 온도 범위 변동을 작게 할 수 있도록 전체에 테이퍼 형상의 홈(10e)이 형성된 플레이트(10)를 나타내고 있다. 도 11(f)는 홈에 의해 정상 상태에 있어서의 온도 범위가 커져 버리는 경우에 정상 상태에 있어서의 온도 범위를 작게 할 수 있도록 전열 면적을 증가시키기 위해서 복수개의 가느다란 홈(10f)이 형성된 플레이트(10)를 나타내고 있다.
<산업상 이용가능성>
본 발명은 반도체 웨이퍼나 액정 패널 등의 기판을 처리할 때에 기판의 온도를 제어하는 기판 온도 제어 장치에 있어서 이용하는 것이 가능하다.

Claims (11)

  1. 기판의 온도를 제어하는 기판 온도 제어 장치에 있어서 소정의 직경을 갖는 기판을 소정의 위치에 적재하기 위해 이용되는 스테이지로서:
    상기 기판에 대향하는 제 1 면에, 상기 기판의 단부 가장자리에 대응하는 위치를 포함하는 영역에 중심부보다 낮은 단차부가 형성되며, 상기 제 1면이 실온에서 오목형의 형상을 갖는 플레이트; 및
    상기 플레이트의 제 1 면과 반대측인 제 2 면에 배치된 온도 조절부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 온도 제어 장치용 스테이지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 단차부는 상기 플레이트의 제 1 면에 있어서 상기 기판의 단부 가장자리에 대응하는 위치로부터 측정해서 상기 플레이트의 중심 방향으로 4㎜~30㎜의 거리까지 연장되는 것을 특징으로 하는 기판 온도 제어 장치용 스테이지.
  3. 기판의 온도를 제어하는 기판 온도 제어 장치에 있어서 소정의 직경을 갖는 기판을 소정의 위치에 적재하기 위해 이용되는 스테이지로서:
    상기 기판에 대향하는 제 1 면에 있어서 상기 기판의 하면을 지지하는 복수개의 돌기, 및 상기 기판의 단부 가장자리의 위치를 규제하는 복수개의 가이드 부재가 설치된 플레이트로서, 상기 복수개의 돌기보다 외주측이고 상기 복수개의 가이드 부재보다 내주측에 단차부가 형성되어 있는 플레이트; 및
    상기 플레이트의 제 1 면과 반대측인 제 2 면에 배치된 온도 조절부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 온도 제어 장치용 스테이지.
  4. 기판의 온도를 제어하는 기판 온도 제어 장치에 있어서 소정의 직경을 갖는 기판을 소정의 위치에 적재하기 위해 이용되는 스테이지로서:
    상기 기판에 대향하는 제 1 면에 있어서 상기 기판의 하면을 지지하는 복수개의 돌기, 및 상기 기판의 단부 가장자리의 위치를 규제하는 복수개의 가이드 부재가 설치된 플레이트로서, 상기 복수개의 가이드 부재보다 내주측에 단차부가 형성되고, 상기 단차부가 형성된 범위에 1개 이상의 돌기가 놓이도록 상기 복수개의 돌기가 배치되어 있는 플레이트; 및
    상기 플레이트의 제 1 면과 반대측인 제 2 면에 배치된 온도 조절부를 구비하는 것을 특징으로 하는 기판 온도 제어 장치용 스테이지.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단차부는 상기 플레이트의 제 1 면에 있어서 상기 기판의 단부 가장자리에 대응하는 위치를 포함하는 영역에 깊이 20㎛~200㎛로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 기판 온도 제어 장치용 스테이지.
  6. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 플레이트의 제 1 면은 실온에서 오목형의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 기판 온도 제어 장치용 스테이지.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 조절부는 면 형상의 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 온도 제어 장치용 스테이지.
  8. 삭제
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 온도 조절부는 면 형상의 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 온도 제어 장치용 스테이지.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 온도 조절부는 면 형상의 히터를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판 온도 제어 장치용 스테이지.
  11. 삭제
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