KR20010033394A - 기판 온도 제어 장치 - Google Patents

Abstract

반도체 웨이퍼(3)를 탑재하는 스테이지(51)는 열 전도성이 양호한 금속제의 얇은 평판형 용기(53)와 이 용기(53)의 상면과 하면에 부착된 박막 히터(7, 35)로 이루어지는 상하 대칭의 구조를 가진다. 이 대칭 구조는 스테이지(51)의 열 팽창에 의한 휘어짐을 방지하여 열적 균일성을 높인다. 용기(53) 내에는 냉각용 작동 유체를 흘려보내기 위한 공동(11)이 있고 공동(11) 내에는 다수의 리브(21)가 있어 용기(53)의 기계적 강도를 높이고 있다. 용기(53) 주연부의 다수의 입구(17)로부터 고압의 작동 유체가 유입되고 제트 홀(59)을 통과하여 고속 제트 흐름으로 공동(11) 내에 공급되어 서로 교착되며 또한 다수의 리브(21)에 맞닿아 격심한 난류를 발생시켜 열 교환 효율 및 열적 균일성을 높인다.

Description

기판 온도 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING TEMPERATURE OF SUBSTRATE}

예를 들어 반도체 제조 공정에서는 예를 들면 레지스트 도포 시에 수분이나 레지스트 용매를 제거하기 위해 웨이퍼를 가열하고 그 후에 냉각하는 등과 같이, 웨이퍼의 가열이나 냉각이 빈번하게 행해진다. 이 반도체 웨이퍼와 같은 기판의 가열·냉각에 사용되는 기판 온도 제어 장치는 일반적으로 기판을 탑재하는 상면의 평평한 스테이지를 가지고, 이 스테이지 내 또는 스테이지 아래에 가열이나 냉각을 위한 열원(熱源) 디바이스가 배치된다. 가열 디바이스로는 전열선(電熱線)이나 적외선 램프나 작동 유체 등이, 냉각 디바이스로는 작동 유체가 일반적으로 사용되고 있다. 특히 작동 유체는 가장 널리 사용되고 있다. 이 종류의 온도 제어 장치는 작동 유체를 흘려보내기 위해 유체 배관을 선호하여 사용하며, 전형적으로는 스테이지 내부에 구불구불하며 가늘고 긴 유체 배관을 배치하여 그 구불구불한 배관 내에 작동 유체를 흘려보내기 위한 것이 있다. 또, 스테이지 내부에 스테이지 전역에 걸친 넓은 유로(流路)를 형성하여 이 유로에 작동 유체를 흘려보내도록 한 것 등도 있다.

기판 온도 제어 장치에 일반적으로 요구되는 성능으로는 첫 번째로 열 응답성의 양호함, 가열 및 냉각의 고속성, 온도 제어성의 양호함 등으로 불리는 요소가 있다. 요컨대, 신속하게 원하는 온도를 달성할 수 있는 능력이다. 이를 위해서는 스테이지의 열 용량을 작게 하는 것이 중요하다. 두 번째로 열적 균일성(均熱性)이라고 부를 수 있는 요소가 있다. 이것은 기판 전체를 온도의 불균일함 없이 동일한 온도로 제어할 수 있는 능력이다. 그러나, 작동 유체를 사용하는 경우, 작동 유체가 스테이지 내를 흘러가는 동안에 스테이지와의 열 교환에 의해 온도가 변해가기 때문에, 유로의 상류측의 개소와 하류측의 개소 사이에서 온도차가 발생한다는 문제가 있다. 또, 스테이지의 상하면 사이에서도 온도차가 발생하기 때문에, 스테이지가 상하 방향으로 열 변형되고(예를 들면, 중앙 부분이 주변 부분보다 위로 들어 올려지거나 도는 아래로 움푹 들어감), 이에 따라 스테이지와 기판 사이의 간극이 장소에 따라 상이하게 되기 때문에, 기판 온도가 불균일하게 된다는 문제도 있다. 그 외에 요구되는 요소로 세 번째로 저가일 것, 네 번째로 안전성이 높을 것, 다섯 번째로 제작이 용이할 것도 중요한 요소이다. 유체 배관의 제작은 일반적으로 번거롭고, 또 배관이 구불구불하기 때문에 압력 손실이 커진다.

따라서, 본 발명의 목적은 열 응답성이 양호하며 또한 저가인 기판 온도 제어 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 열 응답성이 양호하며 또한 열적 균일성도 양호한 기판 온도 제어 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 열 응답성이 양호하고 열적 균일성도 양호하며 또한 저가인 기판 온도 제어 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 열적 균일성이 양호한 기판 온도 제어 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 열적 균일성이 양호하며 또한 저가인 기판 온도 제어 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 열 응답성이 양호하고 열적 균일성이 양호하고 저가이며 또한 안정성도 높은 기판 온도 제어 장치를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 열적 균일성이 양호하고 제작이 용이한 기판 온도 제어 장치를 제공함에 있다.

본 발명은 반도체 웨이퍼나 액정 패널 등의 기판의 처리 공정에서 기판을 가열하거나 냉각하여 기판의 온도를 제어하기 위한 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지 부분의 측단면도.

도 2는 도 1의 A－A 선에서의 평단면도.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지 부분의 측단면도.

도 4는 도 3의 A－A 선에서의 평단면도.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지 부분의 측단면도.

도 6은 도 5의 A－A 선에서의 평단면도.

도 7은 본 발명의 제4 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지 부분의 측단면도.

도 8은 도 7의 A－A 선에서의 평단면도.

도 9는 본 발명의 제5 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지 부분의 측단면도.

도 10은 도 9의 A－A 선에서의 평단면도.

도 11은 본 발명의 제6 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지 부분의 용기의 평단면도.

도 12는 본 발명의 제7 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지 부분의 용기의 평단면도.

도 13은 제트 홀의 단면 형상을 도시한 도면.

도 14는 본 발명의 제8 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 수평면을 따라 절단한 평단면도.

도 15 (A)는 도 14의 A－A 선, 도 15 (B)는 도 14의 B－B 선에 따른 단면도.

도 16은 부채꼴형 유로(209A, 209B)를 확대하여 가이드 핀(231)을 상세하게 도시한 평단면도.

도 17은 본 발명의 제9 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 수평면을 따라 절단한 평단면도.

도 18은 도 17의 C－C 선에 따른 단면도.

도 19는 본 발명의 제10 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 수평면을 따라 절단한 평단면도.

도 20은 본 발명의 제11 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 도시한 사시도.

도 21은 본 발명의 제12 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 도시한 사시도.

도 22는 본 발명의 제13 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 도시한 단면도.

도 23은 본 발명의 제14 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치를 구성하는 2매의 용기의 평단면도.

도 24는 도 23의 D－D 선에 따른 스테이지의 단면도.

도 25는 본 발명의 제15 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치를 도시한 단면도.

도 26은 본 발명의 제16 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 구성하는 용기의 사시도.

도 27은 도 26의 A－A 선에 따른 용기의 단면도.

도 28은 각 가이드 벽에 바이패스 홀을 구비한 용기의 평단면도.

도 29는 가이드 벽(409c)의 형상을 변화시킨 용기의 평단면도.

도 30은 도 29의 가이드 벽(409a, 409b)의 형상을 변화시킨 용기의 평단면도.

도 31은 본 발명의 제17 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 구성하는 용기의 평단면도.

도 32는 도 31의 용기의 가이드 벽의 수, 형상 및 배치 구성을 변화시킨 경우의 용기의 평단면도.

도 33은 본 발명의 제18 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 구성하는 용기의 단면도.

도 34는 본 발명의 제19 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 구성하는 용기의 단면도.

본 발명의 제1 양상에 따른 기판 온도 제어 장치는 기판에 면한 주면(主面)을 가진 평판형 스테이지를 구비하고, 상기 스테이지는 평판형 용기를 가지고, 상기 용기는 작동 유체를 흘려보내기 위한 공동(空洞)과, 작동 유체의 입구 및 출구와, 공동 내에 작동 유체의 난류(亂流)를 발생시키기 위한 난류 기구를 가지고 있다. 이 장치에 의하면, 용기의 공동 내에 작동 유체가 난류가 되어 흐르므로 양호한 열적 균일성과 열 응답성이 얻어진다. 그리고, 상기 "주면"이란 기판을 스테이지 상에 탑재하는 경우에는 스테이지 상면이지만, 기판을 스테이지에 진공 흡착 등으로 흡착하는 바와 같은 경우에는 스테이지는 다양한 자세를 취할 수 있게 되므로 그와 같은 경우도 포함하여 기판이 배치되는 측의 스테이지 면을 가리키는 것이다.

난류 기구로, 바람직한 실시예에서는 공동 내에 용기의 주면측 벽과 반대측 벽을 연결하는 리브(rib)를 복수 설치하고 이 리브로 유체의 흐름을 교란시키도록 하고 있다. 또, 이 리브는 용기의 기판의 기계적 강도를 높여 유체 압력에 의한 용기의 변형을 방지하므로 이것도 열적 균일성 향상에 기여한다. 또한, 바람직한 실시예에서는 작동 유체를 제트 흐름으로 하여 공동 내로 분출시키거나 선회 흐름으로 하거나 함으로써, 더 적극적으로 난류를 발생시켜 열적 균일성과 열 응답성의 향상을 도모하고 있다.

또, 바람직한 실시예에서는 입구와 출구의 배치에 있어, 입구를 용기 주연부(周緣部)에 설치하고 출구를 용기의 중앙부에 설치하거나, 또는 그 반대의 배치로 하거나, 또는 입구와 출구를 각각 용기 주연부에 설치함으로써, 작동 유체의 온도 분포가 용기 내에서 가능한 균등하게 되도록 하고 있으며 이것도 열적 균일성 향상에 기여한다. 또한, 입구를 용기 외주벽에 용기의 주면측 벽과 평행한 방향을 향하여 설치하거나, 또는 입구를 설치한 용기 주연부를 기판의 외주 밖으로 멀리 돌출시킨 위치가 되도록 하거나 함으로써, 유입 당초의 작동 유체의 강한 열 작용이 국소적으로 집중되지 않도록 배려하고, 이에 따라 열적 균일성 향상을 도모하고 있다.

또, 바람직한 실시예에서는 용기의 주면 및 반대측 면 중 한쪽 또는 양쪽에 시트형 히터를 설치하고, 가열은 이 시트형 히터로 행하고 냉각은 작동 유체로 행하도록 하고 있다. 이와 같은 단순한 구조의 스테이지는 그 열 용량이 상당히 작아지도록 설계할 수 있으므로 양호한 열 응답성을 얻을 수 있다. 또, 작동 유체를 냉각에만 사용하도록 하면 작동 유체 시스템을 간소화할 수 있으므로 상당히 저가가 된다.

본 발명의 제2 양상에 따른 기판 온도 제어 장치는 기판에 면한 주면을 가진 평판형 스테이지를 구비하고, 이 스테이지는 평판형의 용기를 가지고, 이 용기는 작동 유체를 흘려보내기 위한 공동과 작동 유체의 입구 및 출구를 가지고, 입구와 출구의 배치는 입구가 용기 주연부에 설치되며 출구가 용기 중앙부에 설치되거나, 또는 그 반대의 배치이거나, 또는 입구와 출구 모두 용기 주연부에 설치되도록 되어 있다. 이 장치에 의하면, 작동 유체가 용기의 주연으로부터 중앙으로, 또는 그 반대로 방사상으로, 또는 그 왕복 방향으로 흐르므로, 작동 유체의 온도 분포가 상당히 균등하게 되어 열적 균일성이 향상된다. 특히 입구가 복수 개소에 있는 구성에서는, 이들 복수의 입구로부터의 흐름이 서로 교착(交錯)되어 난류가 되므로 더 양호한 열적 균일성 및 열 응답성을 기대할 수 있다.

또한, 전술한 바와 같은 난류 기구를 설치하면 열 응답성도 향상되고 열적 균일성도 한층 향상된다. 또, 용기의 주면 및 반대측 면 중 한쪽 또는 양쪽에 시트형 히터를 설치하여 가열은 이 히터로 행하고 냉각만을 작동 유체로 행하도록 하면 상당히 저가가 된다.

본 발명의 제3 양상을 따른 기판 온도 제어 장치는, 기판에 면한 주면을 가진 평판형 스테이지를 구비하고, 이 스테이지는 평판형 용기를 가지고, 이 용기는 작동 유체를 흘려보내기 위한 공동과, 공동 내에서 용기의 주면측 벽과 반대측 벽을 연결하는 복수의 리브를 가지고 있다. 이 기판 온도 제어 장치에 의하면, 리브에 의해 용기의 기계적 강도를 높이므로 용기 내에 고압의 작동 유체를 공급하여 작동 유체를 고속으로 흘려보낼 수 있으며 또한 리브가 난류를 발생시키므로 양호한 열 응답성과 열적 균일성을 얻을 수 있다. 이 장치에서도 이미 설명한 난류 기구나 입구·출구 배치나 히터와의 조합 등을 채용함으로써 보다 나은 성능 향상과 저가화의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 제4 양상에 따른 기판 온도 제어 장치는, 기판에 면한 주면을 가진 평판형 스테이지를 구비하고, 이 스테이지는 작동 유체를 흘려보내기 위한 공동을 내부에 가진 평판형 용기와, 이 용기의 주면 및 반대측 면 양쪽에 설치된 시트형 히터를 가지고 있다. 이 기판 온도 제어 장치에 의하면, 스테이지가 주면측과 반대측에 대해 열적 및 기계적으로 대칭인 구조이기 때문에, 열 팽창에 의한 스테이지의 왜곡이나 휘어짐이 감소하여 열적 균일성이 향상된다. 이 장치에서도 전술한 다양한 연구를 가함으로써 보다 나은 성능 향상이나 저가화 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 제5 양상에 따른 기판 온도 제어 장치는, 기판을 탑재하기 위한 스테이지를 구비하고, 이 스테이지가 용기를 가지며, 이 용기는 기판 바로 아래의 영역에 확대된 유로를 내부에 가지고 있다. 그리고 이 유로의 주연부에 작동 유체를 유로에 유입시키기 위한 입구가 설치되어 있다. 이 기판 온도 제어 장치에 의하면, 스테이지 내의 유로에, 그 주연의 복수의 개소로부터 작동 유체가 유입되므로, 유로 내에서의 작동 유체의 흐름 방향이 단순한 일방향이 아니라 복잡하게 되기 때문에, 스테이지와의 열 교환에 의한 작동 유체의 온도 변화가 눈에 띄지 않게 되어 열적 균일성이 향상된다.

입구뿐 아니라 작동 유체의 출구도 유로의 주연부에 설치할 수 있다. 특히 주연부에 출구를 복수 설치하면, 주연부에 입구를 복수 설치하는 것의 이점과 마찬가지로 열적 균일성의 향상에 유리하다. 바람직한 실시예에서는 복수의 입구와 복수의 출구를 유로 주연을 따라 교호(交互)로 배치하고 있다. 이에 따라, 상류와 하류의 온도차가 더욱 눈에 띄지 않게 되어 열적 균일성이 향상된다.

유로를 복수의 소형 유로로 구분하여 인접하는 소형 유로에서는 서로 반대 방향으로 작동 유체가 흐르도록 각 유로와 각 입구를 연결할 수도 있다. 이렇게 하면, 소형 유로 사이의 열 교환에 의해 장소에 따른 온도차가 완화되어 열적 균일성이 향상된다. 그 구체적인 예로, 하나의 실시예에서는 유로를 그 주연부로부터 중심부로 작동 유체를 흘려보내는 복수의 공급 유로와 중심부로부터 주연부로 작동 유체를 흘려보내는 복수의 복귀 유로로 구분하고, 공급 유로와 복귀 유로를 교호로 배치하고 있다. 또, 다른 실시예에서는, 유로를 서로 평행하게 연장되는 복수 개의 가늘고 긴 소형 유로로 구분하여 인접하는 소형 유로에서는 서로 반대 방향으로 작동 유체가 흐르도록 하고 있다.

또, 2매의 용기를 적층하여 2매의 용기 내에서의 작동 유체의 흐름 방향을 반대로 할 수도 있다. 이에 의해서도 2매의 용기가 서로의 온도 불균일을 상쇄하여 열적 균일성이 향상된다.

또, 유로 내에 다수의 핀(fin)을 배치하거나 선(線) 형상 또는 망(網) 형상의 섬유 부재를 배치하거나 할 수도 있다. 이에 따라, 유로 내에서의 작동 유체의 흐름이 교란되므로 온도 불균일이 완화되어 열적 균일성이 향상되는 동시에 난류 효과에 의한 열 교환 효율의 향상도 기대할 수 있다.

또, 용기 상면에 평판형 히트 파이프를 접합할 수도 있다. 히트 파이프의 높은 전열(傳熱) 작용이 열적 균일성 향상에 기여한다. 또, 용기 상면 및 하면 중 한쪽 또는 양쪽에 전열선 히터를 부착할 수도 있다. 특히 용기 양면에 히터를 부착한 경우, 용기 상하간의 온도차가 작아지므로 열 팽창에 의한 상하 방향의 왜곡이 감소하고, 이것도 열적 균일성 향상에 기여한다.

본 발명의 제6 양상에 따른 기판 온도 제어 장치는, 기판을 탑재하기 위한 스테이지를 구비하고, 이 스테이지가 기판 바로 아래의 영역에 확대된 공동을 내부에 가진 용기를 가지며, 이 용기가 그 외주부에 설치된 공동에 작동 유체를 공급하는 입구와 상기 용기의 외주부에 설치된 상기 공동으로부터 상기 작동 유체를 배출하는 출구와 상기 공동을 구획하는 1개 또는 복수의 가이드 벽을 구비하고, 이 가이드 벽에 의해 상기 공동 내에 굴곡된 유로를 형성한다.

바람직한 실시예에서는 공동 내에 다수의 핀 또는 리브가 배치되어 있다.

다른 바람직한 실시예에서는, 가이드 벽이 1개 또는 복수의 바이패스 홀(bypass hole)을 구비한다. 이 바이패스 홀은 복수의 유로의 굴곡 개소 근방에 설치되어 있다.

또 다른 바람직한 실시예에서는, 가이드 벽에 의한 굴곡된 유로의 전장을 작동 유체가 대략 균등한 속도로 흐른다.

또 다른 바람직한 실시예에서는, 가이드 벽이 입구로부터의 작동 유체를 출구 부근까지 안내한 후 공동에서 순환시킨다. 이 가이드 벽은 예를 들면 공동 중앙의 흐름을 그 양측으로 안내하거나 또는 공동의 주연의 흐름을 공동 중앙으로 안내한다.

또 다른 바람직한 실시예에서는, 용기가 입구와 출구를 대략 동일한 장소에 구비한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지 부분의 측단면도, 도 2는 도 1의 A－A 선에서의 평단면도이다. 그리고 도면 중의 각 부의 치수 비율은 도면을 알기 쉽도록 하기 위해 실제 장치와는 상이하며 이것은 후술하는 다른 도면에 대해서도 동일하다.

스테이지(1)는 전체적으로 원형(圓形)의 얇은 판형 부재이고, 그 평평한 상면 상에 원형의 기판, 전형적으로는 반도체 웨이퍼(3)가 탑재된다. 스테이지(1)의 상면에는 수 개소에 동일한 높이(예를 들면, 0.1mm)의 작은 돌기(5)가 있고, 이러한 돌기(5)가 웨이퍼(3)를 지지하여 웨이퍼(3)와의 접촉을 방지하고 있다(이것은 웨이퍼(3)의 스테이지(1)로부터의 오염을 방지하기 위해서임). 스테이지(1)는 개략적으로 다음의 2개의 층으로 구성되어 있다. 제1 층은 스테이지(1)의 상면을 구성하는 원형의 시트형의 박막 히터(프린트 배선 기술에 의해 절연 필름에 라미네이트 또는 매립된 전열선 히터)(7)이고, 제2 층은 내부에 작동 유체를 흘려보내기 위한 얇은 원반형 용기(9)이며, 박막 히터(7)는 용기(9)의 상면에 부착되어 있다.

용기(9)는 그 내부의 전역에 작동 유체를 통과시키기 위한 공동(11)을 가지고 있고, 알루미늄이나 동 합금과 같은 열 전도성이 양호한 재료의 박판을 사용하여 예를 들면 2매의 박판을 그 주연부에서 납 접합하는 방법이나 또는 기타 방법에 의해 만들어져 있다. 이 용기(9)의 저벽(底壁)에는 주연부의 복수 개소에 작동 유체를 공동(11)에 공급하기 위한 입구(17)가, 중앙의 1 개소에 작동 유체를 공동(11)으로부터 배출하기 위한 출구(19)가 각각 형성되어 있고, 또 각 입구(17)의 개소에는 유체 공급관(13)이, 출구(19)의 개소에는 유체 배출관(15)이 각각 결합되어 있다(그리고 이것과는 반대로 중앙의 구멍(19)을 입구로 하고 주연의 구멍(17)을 출구로 할 수도 있지만, 열적 균일성의 관점에서는 본 실시예와 같이 주연부로부터 유입시켜 중앙으로부터 유출시키는 쪽이 바람직하다고 고려됨). 공동(11) 내에는 다수의 개소에 저벽과 천장벽을 연결하는 리브(21)가 세워져 있다. 이 리브(21)의 목적 중 하나는, 용기(1)의 기계 강도를 높이고, 특히 작동 유체의 압력에 의한 용기(9)의 팽창을 방지하는 것이다. 이에 따라, 고압의 작동 유체를 공급하여 고속으로 흘려보낼 수 있으므로, 양호한 열 응답성 및 열적 균일성을 달성할 수 있다. 또, 리브(21)의 제2 목적은 공동(11) 내의 작동 유체의 흐름을 어지럽혀 난류를 발생시켜 열 교환 효율을 높이며 또한 열적 균일성도 양호하게 하는 것이다. 이러한 목적 및 제조상의 관점에서 리브(21)도 알루미늄이나 동 합금과 같은 열 전도성이 양호하며 또한 납 접합 등의 접합 가공이 용이한 재료가 바람직하다. 작동 유체로는 예를 들면 물, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 가르덴(등록 상표) 또는 프로리나아트(등록 상표) 등을 사용할 수 있다. 공동(11)은 기본적으로 외기와 통기가 되지 않는 밀폐형으로, 작동 유체가 공동(11)을 완전하게 채운 상태에서 흐른다. 그러나, 공동(11)이 외기와 통기가 되는 밀폐형으로 그곳을 작동 유체가 공기와의 혼합체나 분무와 같은 형태로 흐르도록 되어 있을 수도 있다.

용기(9)는 주로 냉각된(예를 들면 상온(常溫) 정도의) 작동 유체를 공동(11)에 통과시켜 웨이퍼(3)를 냉각하기 위해 사용된다. 웨이퍼(3)의 가열은 박막 히터(7)로 행한다. 물론, 고온의 작동 유체를 용기(9) 내에 흘려보내고 이것을 적극적으로 가열에 사용하는 것도 가능하다. 그러나, 저가와 안전 확보의 용이함이라는 관점에서는 작동 유체가 적극적인 가열(특히 100℃나 200℃와 같은 고온 영역의 가열)에는 사용하지 않는 쪽이 바람직하다. 그 첫 번째 이유는 작동 유체의 순환 시스템은 원래 가장 고가인 요소의 하나이지만 냉각은 다른 적당한 대체 수단이 없으므로 작동 유체 시스템을 사용하지 않을 수 없지만, 가열은 저가인 전열선 히터로 대체함으로써 작동 유체 시스템으로부터 고가의 유체 가열 장치를 제거할 수 있고, 이에 따른 가격 저하가 크기 때문이다. 두 번째 이유는 작동 유체 시스템에 100℃나 200℃의 고온의 유체가 흐르는 경우에는 엄중한 안전 대책이 필요하지만, 냉각된 작동 유체가 흐르는 것뿐이라면 엄중한 안전 대책이 불필요하므로 역시 상당한 저가화를 기대할 수 있기 때문이다.

본 실시예에 의하면, 양호한 열 응답성과 양호한 열적 균일성과 전술한 저가라는 이점을 얻을 수 있다. 열 응답성을 양호하게 할 수 있는 첫 번째 이유는 스테이지(1)의 열 용량을 매우 작게 할 수 있기 때문이다. 즉, 스테이지(1)는 용기(9)와 박막 히터(7)라는 단순한 구성이고, 그 열 용량의 대부분은 용기(9)의 그것이 차지한다. 용기(9)의 벽이나 내부의 공동(11)은 도면에서는 상당히 두껍지만, 실제로는 모두 매우 얇게 만들 수 있어 상당히 작은 열 용량으로 할 수 있다. 그리고, 공동(11)이 얇기 때문에, 작동 유체의 유속을 높이고 유량을 저하시키지 않으면 높은 열 교환량을 유지할 수 있다. 두 번째 이유는 리브(21)의 작용에 의해, 그리고 도 2에 화살표로 도시한 바와 같이 복수의 입구(17)로부터의 흐름이 서로 교착됨으로써 발생하는 난류로 인해, 작동 유체의 열 교환율이 높아지기 때문이다. 세 번째 이유는 리브(21)의 존재에 의해 용기(9)가 견고하게 되어 있으므로, 고압의 작동 유체를 공급하여 고속으로 흘려보낼 수 있기 때문에, 용기(9) 내에서의 작동 유체의 교환이 신속하며 또한 난류도 더 격심해지므로, 큰 열 교환량이 얻어지기 때문이다. 열적 균일성을 양호하게 할 수 있는 첫 번째 이유는, 리브(21)에 의한 난류에 의해 온도 분포의 불균일이 해소되기 때문이다. 두 번째 이유는 고속으로 작동 유체를 흘려보낼 수 있으므로 용기(9) 내에서의 작동 유체의 교환이 신속하며 또한 난류도 더 격심해져 온도 불균일이 감소되기 때문이다.

도 3은 제2 실시예의 스테이지의 측단면도이고, 도 4는 도 3의 A－A 선에 따른 상기 스테이지의 평단면도이다. 그리고, 도 1, 도 2와 기능적으로 동일한 요소에는 동일한 참조 부호가 붙어 있으며 이것은 후술하는 다른 도면에서도 동일하다.

본 실시예에서는 도 1, 도 2에 도시한 전술한 실시예로부터 개량한 다음의 2가지의 특징을 가지고 있다. 첫 번째 특징은 용기(33)의 상면뿐 아니라 하면에도 상면의 박막 히터(7)와 동일 사이즈이고 동일 열량을 가지는 박막 히터(35)가 부착되어 있는 것이다. 상하의 박막 히터(7, 35)는 원칙적으로 동시에 사용된다. 이에 따라, 스테이지(31)는 열적 및 기계적으로 대략 상하 대칭의 구조가 되므로, 가열·냉각 시의 열 팽창에 의한 스테이지의 왜곡 또는 휘어짐이 억제된다. 스테이지(31)가 열 팽창으로 왜곡되거나 휘거나 하면, 웨이퍼(3)와 스테이지(31) 사이의 갭의 길이(스테이지(31) 상면이 평평한 상태에서는 돌기(5)의 높이－예를 들면 0.1mm－로 일정함)가 장소에 따라 상이하게 되어 웨이퍼(3)의 온도 분포에 불균일함이 생긴다(예를 들면 갭 길이가 0.1mm 상이한 것만으로 40K 정도나 온도 차이가 발생함). 따라서, 스테이지(31)의 왜곡이나 휘어짐을 억제하는 것은 열적 균일성을 향상시키는 데 크게 공헌한다.

두 번째 특징은 용기(33)가 웨이퍼(3)의 그것보다 큰 외경을 가지고 있어 웨이퍼(3)의 외주 밖으로 돌출되어 있고, 이 돌출된 부분의 가장 외측에 있는 링 형상의 주연 부분(37)의 저벽에 작동 유체의 입구(17)가 설치되어 있는 점이다. 이 링 형상의 주연 부분(37)은 용기(33)의 다른 부분과 동일한 재료(예를 들면 알루미늄이나 동 합금 등)로 만들어질 수도 있지만, 다음에 설명하는 열적인 작용 효과의 관점에서는 예를 들면 세라믹스와 같은 열 전도성이 나쁜 소재로 만들어지는 쪽이 바람직하다. 주연 부분(37)의 입구(17)로부터 유입된 작동 유체는 이 주연 부분(37)의 천장벽에 맞닿아 흐름 방향이 굴곡되어 중심을 향하여 흘러간다. 도 1에 도시한 앞의 실시예에서는 입구(17)로부터의 작동 유체가 맞닿는 천장벽 부분이 국소적으로 유체의 열 작용을 과도하게 받아 웨이퍼(3)의 온도 불균일의 원인이 될 우려가 있는 데 대해, 본 실시예에서는 입구(17)로부터의 작동 유체가 맞닿는 천장벽은 웨이퍼(3)로부터 상당히 이격된 장소에 있으며 또한 그 열 전도성이 나쁘므로, 웨이퍼(3)의 온도에 미치는 영향은 훨씬 작다. 따라서, 보다 양호한 열적 균일성이 얻어진다.

도 5는 제3 실시예의 스테이지의 측단면도이고, 도 6은 도 5의 A－A 선에 따른 상기 스테이지의 평단면도이다.

본 실시예에서는 스테이지(51)의 용기(53)가 도 3, 도 4에 도시한 제2 실시예의 용기(33)의 구성에 더하여, 공동(11)을 주연부(37) 내부를 주연부(37) 중앙측 부분과 구획하는 링 형상의 격벽(55)을 추가로 가지고 있다. 이 격벽(55)에는 주연부(37) 내에 유입된 작동 유체를 제트 흐름으로 만들어 중심을 향하여 보내기 위한 다수(도시한 것에서는 10개에 지나지 않지만 보다 다수일 수도 있음)의 제트 홀(59)이 설치되어 있다. 격벽(55)도 용기(53)의 본체와 동일한 재료(예를 들면 알루미늄이나 동 합금 등)로 이루어질 수도 있지만, 열적인 영향을 줄이기 위해 세라믹스와 같은 열 전도성이 나쁜 소재로 만들어질 수도 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 다수의 제트 홀(59)로부터 각각 상이한 방향으로 제트 흐름이 세차게 불어 나오므로, 이전의 실시예보다 격심하게 작동 유체의 교착 및 혼합이 발생하고, 또 난류도 격심해지므로 한층 열적 균일성과 열 응답성의 향상을 기대할 수 있다.

도 7은 제4 실시예의 스테이지의 측단면도이고, 도 8은 도 7의 A－A 선에 따른 상기 스테이지의 평단면도이다.

본 실시예에서는 스테이지(61)의 용기(63)의 주연 벽에 다수(도시한 것에서는 12개에 지나지 않지만 보다 다수일 수도 있음)의 제트 홀(67)을 설치하여 그곳에 공급관(13)을 결합하고, 이들 다수의 제트 홀(67)로부터 공동(11) 내의 각각 상이한 방향으로 작동 유체의 제트 흐름을 분출시키도록 한 것이다. 도 5, 도 6에 도시한 실시예와 마찬가지로 양호한 열적 균일성과 열 응답성을 기대할 수 있다.

도 9는 제5 실시예의 스테이지의 측단면도이고, 도 10은 도 9의 A－A 선에 따른 상기 스테이지의 평단면도이다.

본 실시예는 스테이지(71)의 용기(73) 내의 공동(11)에 중심으로부터 외주 방향으로 작동 유체를 흘려보내도록 한 것이다. 용기(73)의 저벽 중심부에 유체의 입구(75)가 있고, 공동(11) 내에는 이 입구공(75)에 대응하는 영역을 둘러싸고 링 형상의 격벽(77)이 있다. 이 격벽(77)에는 입구공(75)으로부터 유입된 작동 유체를 제트 흐름으로 만들어 외주 방향으로 방사상으로 분출시키기 위한 다수의 제트 홀(79)이 형성되어 있다. 또, 용기(73)의 가장 외주측의 주연부(81)는 웨이퍼(31)로부터 외측으로 돌출된 위치에 있고, 이 주연부(81) 내부에는 리브(21)가 없어 유체가 흐르기 쉬운 링 형상의 유로를 구성하고 있다. 격벽(77)이나 주연부(81)는 용기(73)의 다른 부분과 동일한 재료(예를 들면 알루미늄이나 동 합금 등)로 이루어질 수도 있지만, 열적인 영향을 줄이기 위해 세라믹스와 같은 열 전도성이 나쁜 소재로 만들어질 수도 있다. 도 10에 화살표로 도시한 바와 같이, 작동 유체는 중앙의 다수의 제트 홀(79)로부터 공동(11) 내의 각각 상이한 방향으로 제트 흐름이 되어 분출되고, 서로 교착되며 또한 리브(21)와 충돌하여 격심한 난류가 되어 공동(11) 내를 흐르며, 최종적으로는 주연부(81) 내를 통과하여 배출관(85)으로 유출된다. 본 실시예에서도 양호한 열 응답성과 열적 균일성을 기대할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제6 실시예의 스테이지의 용기의 평단면도이다.

본 실시예는 도 7, 도 8에 도시한 실시예의 변형으로, 제트 홀(67)의 방향을 원주 접선측 방향으로 경사지게 하여 제트 홀(67)로부터의 작동 유체의 제트 흐름이 공동(11) 내에서 1 회전 방향을 향하여 선회 흐름을 형성하도록 한 것이다. 동일한 선회 흐름은 다른 실시예에서도 입구(17) 또는 제트 홀(59, 79)의 방향을 원주 접선 방향으로 경사지게 함으로써 형성할 수 있다. 이 선회 흐름에 의해 난류가 더 발생되기 쉬워져 보다 나은 열 응답성과 균열 효과의 향상을 기대할 수 있다.

도 12는 제7 실시예의 스테이지의 용기의 평단면도이다.

스테이지(101)의 용기(103) 내에서는 웨이퍼 바로 아래에 위치하는 공동(11)의 외주에, 격벽(105)을 통하여 유체를 배출하기 위한 링 형상의 유체 통로(107)가 형성되고, 또 그 외주에 격벽(109)을 통하여 유체를 공급하기 위한 링 형상의 유체 통로(111)가 형성되어 있다. 내측의 배출용 유체 통로(107)의 저벽에는 복수 개소에 유체 출구(19)가 형성되어 있다. 이 통로(107) 내측의 격벽(105)의 복수 개소에, 공동(11) 내의 유체를 통로(107)로 흡입하기 위한 흡입구(115)가 형성되어 있다. 외측의 공급용 유체 통로(111)의 저벽에는 복수 개소에 유체 입구(17)가 형성되어 있다. 이 통로(111) 내측의 격벽(109)의 복수 개소에는 그곳으로부터 접속관(117)을 통과하여 내측의 격벽(105)을 관통하여 작동 유체를 공동(11) 내로 분출하기 위한 제트 홀(119)이 형성되어 있다.

화살표로 도시한 바와 같이, 공동 외주의 복수의 제트 홀(119)로부터 작동 유체의 제트 흐름이 공동 중심을 향하여 세차게 분출된다. 또, 공동 중심으로부터 외주를 향한 흐름 방향으로 작동 유체가 흡입구(115)로 안내되어 배출된다. 본 실시예에서도 양호한 열 응답성과 열적 균일성이 얻어진다. 그리고, 유체의 공급, 배출은 상기한 것과 반대로 내측 통로(107)로부터 공급되어 외측 통로(111)로 배출되도록 할 수도 있다.

그런데 도 6, 도 8, 도 10, 도 11 및 도 12에 도시한 실시예에서, 제트 홀(59, 67, 79, 119)의 형상을 도 13에 단면도로 도시한 제트 홀(121)과 같이 출구가 나팔형으로 확대되어 가는 형상으로 할 수 있다. 이와 같은 제트 홀(121)을 이용하면 그곳으로부터 분출되는 제트 흐름이 공동 내에서 방사상으로 효과적으로 확대되며 또한 복수의 제트 홀로부터의 제트 흐름의 교착도 한층 양호하게 되므로, 열적 균일성 및 열 응답성의 향상에 유효하다.

도 14는 본 발명의 제8 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 수평인 면을 따라 절단한 평단면도, 도 15 (A) 및 도 15 (B)는 도 14의 A－A 선 및 B－B 선에 따른 단면도이다.

이 기판 온도 제어 장치의 스테이지(201)는 평원판형(平圓板形)의 전체 형상을 가지며, 도 15에 도시한 바와 같이 그 상면(203) 상에 처리 대상 기판, 예를 들면 반도체 웨이퍼(205)가 탑재된다. 스테이지 상면(203)에는 반도체 웨이퍼(205)를 지지하는 3개 이상의 작은 돌기(207)가 있어 반도체 웨이퍼(205)를 스테이지 상면(203)으로부터 일정 폭의 갭을 가지고 이격시키고 있다.

스테이지(201)는 반도체 웨이퍼(205) 바로 아래의 영역 이상으로 확대된 공동(209)을 내부에 가진 용기로 구성되고, 그 내부의 공동(209)은 작동 유체를 흘려보내기 위한 유로로서 사용된다. 이 공동(유로)(209)은 스테이지(201) 주연의 측벽(211)으로부터 중심부를 향하여 반경 선을 따라 배설된 다수 개(예를 들면 18개)의 칸막이 벽(213)에 의해 다수 개(예를 들면 18개)의 부채꼴형의 소형 유로(209A, 209B)로 구분되어 있다. 이들 부채꼴형 유로(209A, 209B)에는 두 종류가 있고, 이 중 한 종류의 부채꼴형 유로(209A)는 스테이지(201)의 주연부로부터 중심부로 작동 유체를 흘려보내기 위한 공급로로서 기능하고(이하, 부채꼴형 공급 유로(209A)라고 함), 다른 한 종류의 소형 유로(209B)는 그 반대 방향으로 작동 유체를 흘려보내기 위한 복귀로로서 기능한다(이하, 부채꼴형 복귀 유로(209B)라고 함). 부채꼴형 공급 유로(209A)와 부채꼴형 복귀 유로(209B)는 교호로 배치되어 있다. 모든 부채꼴형 유로(209A, 209B)는 그 중심부(선단부)에서 개구되어 있고, 공통의 중앙 유로(209C)에 연결되어 있다. 중앙 유로(209C) 내의 중심 위치 즉 스테이지(201) 내의 중심 위치에는 지주(216)가 세워져 있다.

스테이지(201)의 하면(217)에는 그 주연부에서 스테이지 원주를 따라 2개의 원환형(圓環形) 유로(219, 221)가 동심의 배치로 접합되어 있다. 외측의 환형 유로(219)는 작동 유체를 스테이지(201) 내로 공급하기 위한 것이고(이하, 환형 공급로(219)라고 함), 외부로부터 작동 유체를 공급하는 공급관(223)과 접속되며 또한 스테이지(201) 내의 모든 부채꼴형 공급 유로(209A)와 각 유로(209A)의 주연부의 입구공(227)을 통해 연통되어 있다. 내측의 환형 유로(221)는 작동 유체를 스테이지(201) 내로부터 배출하기 위한 것이며(이하, 환형 배출로(221)라고 함), 작동 유체를 외부로 배출하는 배출관(225)과 접속되며 또한 스테이지(201) 내의 모든 부채꼴형 복귀 유로(209B)와 각 유로(209B)의 주연부의 출구공(229)을 통하여 연통되어 있다. 그리고, 입구공(227)과 출구공(229)은 공급 유로(209A) 및 복귀 유로(209B) 전체의 주연을 따라 교호로 배치된다.

모든 부채꼴형 유로(209A, 209B) 내에는(도 14에서는 대표적으로 1개의 부채꼴형 공급 유로(209A)와 1개의 부채꼴형 복귀 유로(209B)만 도시하고 있음) 작동 유체를 각 유로(209A, 209B)의 전체면에 걸쳐 도처에 원활하게 흘려보내는 동시에 작동 유체와 양호하게 열 교환을 행하기 위한 복수의 가이드 핀(또는 리브)(231)이 세워져 있다. 도 16은 부채꼴형 유로(209A, 209B)를 확대하여 가이드 핀(231)을 상세하게 도시한 것이다. 도 16에 도시한 바와 같이, 가이드 핀(231)에는 몇 개의 종류가 있고, 예를 들면 칸막이 벽(213)에 평행하게 연장되어 흐름을 전체적으로 방사 방향을 따르게 하기 위한 핀(231A), 각 부채꼴형 유로(209A, 209B)의 중심선 상에 점재(點在)하여 중심선 상의 흐름을 좌우로 나누기 위한 핀(231B), 입구공(227)의 정면에 존재하여 입구공(227)으로부터 나온 흐름을 좌우로 나누기 위한 핀(231C), 출구공(229)의 정면에 존재하여 흐름을 출구공(231)으로 향하게 하기 위한 핀(231D) 등이 있다.

전술한 스테이지(201)는 알루미늄, 동 합금 등의 열 전도성이 양호한 재료를 사용하여 만들 수 있다.

이상의 구성의 스테이지(201)에서는, 도 14에서 대표적으로 1개의 부채꼴형 공급 유로(209A)와 1개의 부채꼴형 복귀 유로(209B)에 화살표로 도시한 바와 같이, 작동 유체는 스테이지 주연부에 형성된 9개의 입구공(227)으로부터 9개의 부채꼴형 공급 유로(209A)로 들어가 이들 공급 유로(209A) 내를 주연부로부터 중심부로 흐르고, 그리고 중앙 유로(209C)에 모인 후 9개의 복귀 유로(209B)로 분기되어 들어가고, 이들 복귀 유로(209B) 내를 중심부로부터 주연부로 흘러 스테이지 주연부의 9개의 출구공(229)으로부터 스테이지 밖으로 나온다. 이 과정에서 작동 유체와 스테이지(201) 사이에서 열 교환이 행해져 작동 유체의 온도는 변화되어 간다. 그러나, 작동 유체의 입구공(227)이나 출구공(229)도 스테이지(201) 주연부에 위치하고, 그리고 다수 개(이 예에서는 9개씩)의 공급 유로(209A)와 복귀 유로(209B)가 교호로 배치되어 방사 방향으로 왕복으로 작동 유체를 흘려보내고 있기 때문에, 스테이지(201)의 주연부와 중심부 사이의 온도차나 공급 유로(209A)와 복귀 유로(209B) 사이의 온도차 등의 장소에 따른 온도차가 완화되어 스테이지(201) 전체의 온도는 양호하게 균등화된다. 특히 뛰어나게 균등한 온도가 되는 영역은 스테이지(201)의 환형 배출로(221)보다 내측 영역이기 때문에, 이 내측 영역 상에 반도체 웨이퍼(205)가 탑재되도록 스테이지(201)의 직경은 반도체 웨이퍼(205)의 직경보다 충분히 크게 설계되는 것이 바람직하다.

도 17은 본 발명의 제9 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 수평면을 따라 절단한 평단면도이다. 도 18은 도 17의 C－C 선에 따른 단면도이다.

스테이지(241)는 평원판형의 전체 형상을 가지며, 도 18에 도시한 바와 같이 그 상면(243) 상에 처리 대상 기판, 예를 들면 반도체 웨이퍼(245)가 탑재된다. 스테이지 상면(243)에는 반도체 웨이퍼(245)를 지지하는 3개 이상의 작은 돌기(247)가 있어 반도체 웨이퍼(245)를 스테이지 상면(243)으로부터 일정 폭의 갭을 가지고 이격시키고 있다.

스테이지(241)는 반도체 웨이퍼(245) 바로 아래의 영역 이상으로 확대된 공동(249)을 내부에 가진 용기로 구성되고, 그 내부의 공동(249)은 작동 유체를 흘려보내기 위한 유로로서 사용된다. 이 공동(유로)(249)은 스테이지 주연의 측벽(251)보다 약간 작은 직경을 가지며 측벽(251)과 동심으로 배치된 환형 벽(253)에 의해 이 환형 벽(253) 외측의 환형 유로(이하, 외측 환형 유로라고 함)(249C)와 내측의 원형 유로로 구분되고, 이 내측의 원형 유로는 또한, 교호로 평행하게 정렬되는 다수 개의 칸막이 벽(255)에 의해 다수개의 가늘고 긴 소형 유로(249A, 249B)로 구분되어 있다. 이러한 가늘고 긴 소형 유로(249A, 249B)에는 두 종류가 있고, 이 중 한 종류의 소형 유로(249A)는 도면에서 하향으로 작동 유체를 흘려보내는 것이며(이하, 하강 유로(249A)라고 함), 다른 한 종류의 소형 유로(249B)는 도면에서 상향으로 작동 유체를 흘려보내는 것이다(이하, 상승 유로(249B)라고 함). 하강 유로(249A)와 상승 유로(249B)는 교호로 배치되어 있다.

스테이지(241)의 하면(257)에는 외측 환형 유로(249C) 바로 아래의 위치를 따라, 원환형의 유로(259)가 접합되어 있다. 이 원환형 유로(259)는 작동 유체를 스테이지(241) 내로 공급하는 역할을 하며(이하, 환형 공급로(259)라고 함), 외부로터 작동 유체를 공급하는 2개의 공급관(263)과 접속되며 또한 외측 환형 유로(249C)의 바닥에 대략 일정 피치로 형성된 다수의 도입공(267)을 통하여 외측 환형 유로(249C)와 연통되어 있다. 스테이지 하면(257)에는 또, 환형 공급로(259)에 내측으로 인접하고 또한 동심으로 배치되며 다른 원환형 유로(261)가 접합되어 있다. 이 내측의 환형 유로(261)는 작동 유체를 스테이지(241) 내로부터 배출하기 위한 것이며(이하, 환형 배출로(261)라고 함), 작동 유체를 외부로 배출하는 2개의 배출관(265)과 접속되어 있다. 공급관(263)과 배출관(265)은 각각 반드시 2개 있을 필요는 없고 1개이거나 3개 이상일 수도 있지만, 열적 균일성의 관점에서는 2개 이상으로 존재하며 대략 일정 피치로 배치되어 있는 것이 바람직하다.

스테이지(241) 내의 모든 하강 유로(249A)는 각각 상단(上端)의 환형 벽(253)에 형성된 입구공(269)을 통하여 외측 환형 유로(249C)와 연통되며 또한 각각의 하단 저부에 형성된 출구공(271)을 통하여 환형 배출로(261)와 연통되어 있다. 또, 모든 상승 유로(249B)는 각각의 하단(下端)의 환형 벽(253)에 형성된 입구공(269)을 통하여 외측 환형 유로(249C)와 연통하며 또한 각각의 상단 저부에 형성된 출구공(271)을 통하여 환형 배출로(261)와 연통되어 있다. 그리고, 입구공(269)과 출구공(271)은 상승 및 하강 유로(249A, 249B)의 전체(원형 유로)의 주연을 따라 교호로 배치되게 된다.

전술한 스테이지(241)는 알루미늄, 동 합금 등의 열 전도성이 양호한 재료를 사용하여 만들 수 있다.

이상의 구성의 스테이지(241)에서는, 도 17에서 대표적으로 2개의 하강 유로(249A)와 2개의 상승 유로(249B)에 화살표로 도시한 바와 같이, 작동 유체는 스테이지 주연부의 외측 환형 유로(249C)로부터 환형 벽(253)의 모든 입구공(267)을 통하여 모든 하강 및 상승 유로(249A, 249B)에 들어가고, 이들 유로(249A, 249B) 내를 위로부터 아래로 및 아래로부터 위로 흘러 스테이지 주연부의 출구공(271)으로부터 스테이지 밖으로 나온다. 이 과정에서, 작동 유체와 스테이지(241) 사이에서 열 교환이 행해져 작동 유체의 온도는 변화되어 간다. 그러나, 작동 유체의 입구공(269)이나 출구공(271)도 스테이지(241)의 주연부에 위치하고, 그리고 다수 개의 하강 유로(249A)와 상승 유로(249B)가 교호로 배치되어 상하 방향으로 왕복으로 작동 유체를 흘려보내고 있기 때문에, 스테이지(241)의 장소에 따른 온도차는 완화되어 스테이지(241) 전체의 온도는 양호하게 균등화된다. 특히 뛰어나게 균등한 온도가 되는 영역은 스테이지(241)의 환형 배출부(261)보다 내측의 원형 유로(하강 및 상승 유로(249A, 249B)) 영역이기 때문에, 이 내측의 영역 상에 반도체 웨이퍼(245)가 탑재되도록 스테이지(241)의 직경은 반도체 웨이퍼(245)의 직경보다 충분히 크게 설계되는 것이 바람직하다.

도 19는 본 발명의 제10 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 수평면을 따라 절단한 평단면도이다.

스테이지(281)는 평원판형의 전체 형상을 가지며, 전술한 실시예와 동일하게 그 상면 상에 처리 대상 기판, 예를 들면 반도체 웨이퍼가 탑재되고 스테이지 상면의 작은 돌기가 반도체 웨이퍼를 스테이지 상면으로부터 일정 폭의 갭을 가지고 이격시킨다.

스테이지(281)는 반도체 웨이퍼 바로 아래의 영역 이상으로 확대된 공동(289)을 내부에 가진 용기로 구성되고, 그 내부의 공동(289)은 작동 유체를 흘려보내기 위한 유로로 사용된다. 이 공동(유로)(289)은 스테이지 주연의 측벽(291)보다 약간 작은 직경을 가지며 측벽(291)과 동심으로 배치된 환형 벽(293)에 의해 이 환형 벽(293) 외측의 환형 유로(이하, 외측 환형 유로라고 함)(289A)와 내측의 원형 유로(289B)로 구분된다. 원형 유로(289B) 내에는 그 전역에 걸쳐 무수한 핀(pin) 형상의 핀(fin)(295)이 상방으로 연장되어 형성되어 있고, 이들 핀 형상 핀(295)은 작동 유체와의 열 교환에 기여한다.

스테이지(281)는 그 주연부의 1개소에, 작동 유체를 스테이지(281) 내에 공급하기 위한 공급 구역(297)을 가지고, 이 공급 구역(297)은 작동 유체를 외부 공급하는 공급관(301)과 접속되며 또한 외측 환형 유로(289A)와 연통되어 있다. 또, 스테이지 중심에 대해 공급 구역(297)과는 대칭인 스테이지 주연부의 개소에는 스테이지(281) 내로부터 작동 유체를 배출하기 위한 드레인 구역(299)이 있고, 이 드레인 구역(299)은 외부로 작동 유체를 배출하는 배출관(303)과 접속되어 있다. 드레인 구역(299)은 작동 유체를 모으기 쉽도록 공급 구역(297)보다 넓은 폭에 걸쳐 개구되어 있다. 외측 환형 유로(289A)와 원형 유로(289B)를 구획하는 환형 벽(293)에는 다수의 입구공(297)이 대략 일정 피치로 형성되어 있다. 또, 환형 벽(293)의 드레인 구역(299)의 정면에 맞닿는 부분은 절제(切除)되어 출구공(307)을 형성하고 있다.

전술한 스테이지(281)는 알루미늄, 동 합금 등의 열 전도성이 양호한 재료를 사용하여 만들 수 있다.

이상의 구성의 스테이지(281)에서는 도 19에 화살표로 도시한 바와 같이, 작동 유체는 공급 구역(297)으로부터 스테이지 주연부의 외측 환형 유로(289A)에 들어가고, 그리고 외측 환형 유로(298A)로부터 환형 벽(293)의 대부분의 입구공(305)을 통하여 원형 유로(289B)에 중심부를 향한 방향으로 유입되어 원형 유로(289B) 내를 주연으로부터 중심을 향하여 또한 위로부터 아래를 향하여 흐르고, 최종적으로 스테이지 주연부의 출구공(307)으로부터 드레인 구역(299)으로 나와 스테이지 밖으로 배출된다. 이 과정에서 작동 유체와 스테이지(281) 사이에서 열 교환이 행해져 작동 유체의 온도는 변화되어 간다. 그러나, 스테이지(281)의 주연부에 배치된 다수의 입구공(305)으로부터 작동 유체가 서로 상이한 방향으로 원형 유로(289B) 내로 유입되고, 그리고 원형 유로(289B) 내에서는 무수한 핀(295)이 작동 유체의 흐름을 교란시키고 교반하기 때문에, 스테이지(281)의 장소에 따른 온도차가 완화되어 스테이지(281) 전체의 온도가 양호하게 균등화된다. 특히 뛰어나게 균등한 온도가 되는 영역은 원형 유로(289B)의 영역이기 때문에, 이 원형 유로(289B) 상에 반도체 웨이퍼가 탑재되도록 스테이지(281)의 직경은 반도체 웨이퍼의 직경보다 충분히 크게 설계되는 것이 바람직하다.

그리고, 도 19에 도시한 스테이지(281)에서, 원형 유로(289B) 주위의 다수의 입구공(305) 중, 드레인 구역(299)에 가까운, 즉 하류 측에 위치하는 입구공(305)은 실제로는 입구공이 아니라 원형 유로(289B)로부터 외측 환형 유로(289A)로 작동 유체가 나오기 위한 출구공으로 기능할 지도 모른다. 그렇다고 해도 원형 유로(289B) 내에서의 작동 유체의 흐름은 상류측의 다수의 입구공(305)으로부터 상이한 방향으로 작동 유체가 유입되어, 다수의 핀(295)에 의해 교반되어 교란되고, 그리고 하류측의 다수의 출구공(305)으로부터 상이한 방향으로 나오는 것 같이 복잡한 것이 되기 때문에, 역시 양호한 열적 균일성이 얻어진다. 또, 외측 환형 유로(289A) 내의 하류측으로 어느 정도 치우친 위치에 작동 유체의 통과를 저지 또는 억제하는 블록 또는 스로틀을 설치함으로써, 그 위치로부터 상류측의 입구공(305)에서의 작동 유체의 원형 유로(289B)로의 유입을 기세를 강하게 하며 또한 그 위치로부터 하류측의 입구공(305)은 입구공이 아니라 출구공으로 적극적으로 이용하도록 할 수도 있다. 또, 상기 환형 벽(293)은 설치하지 않을 수도 있다.

도 20은 본 발명의 제11 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 도시한 사시도이다.

스테이지(311)는 본 발명의 원리에 따른 평원판형의 용기(313)와 이 용기(313) 상면에 접합된 평원판형의 히트 파이프(315)로 구성된다. 용기(313)는 예를 들면 도 14 내지 도 19에 도시한 어느 하나의 스테이지와 동일한 구조를 가질 수 있다. 히트 파이프(315)의 상면에는 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 작은 돌기(317)가 설치되어 있다. 히트 파이프(315)의 높은 전열 작용에 의해 한층 양호한 열적 균일성을 기대할 수 있다.

도 21은 본 발명의 제12 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 도시한 사시도이다.

스테이지(319)는 본 발명의 원리에 따른 평원판형의 용기(321)와, 이 용기(321) 상면에 부착된 필름형 전열선 히터(323)로 구성된다. 용기(321)는 예를 들면 도 14 내지 도 19에 도시한 어느 하나의 스테이지와 동일한 구조를 가질 수 있다. 용기(321) 상면에는 반도체 웨이퍼를 지지하기 위한 작은 돌기(325)가 설치되어 있다. 작동 유체만으로는 완전히 균일화할 수 없는 용기(321)의 온도 불균일을 전열선 히터(323)로 보상하여 한층 양호한 열적 균일성을 달성하는 것도 가능하다. 전열선 히터(323)는 용기(321)의 상면이 아니라 하면에 설치할 수도 있다.

도 22는 본 발명의 제13 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 도시한 단면도이다.

스테이지(327)는 본 발명의 원리에 따른 평원판형의 용기(329)와 이 용기(329)의 상면과 하면에 부착된 필름형 전열선 히터(331, 333)로 구성된다. 용기(329)는 예를 들면 도 14 내지 도 19에 도시한 어느 하나의 스테이지와 동일한 구조를 가질 수 있다. 용기(329) 상면에는 반도체 웨이퍼(337)를 지지하기 위한 작은 돌기(339)가 설치되어 있다. 전열선 히터(331, 333)가 용기(329)의 상하 양면에 존재하기 때문에, 스테이지(327) 상하의 온도가 균등하게 되고, 따라서 특히 냉각과 가열을 전환했을 때의 보다 급한 온도 변화 시의 스테이지(327)의 열 팽창에 의한 왜곡이 억제되어 스테이지(327)와 반도체 웨이퍼(337) 사이의 갭이 균등하게 유지되고, 따라서 한층 양호한 열적 균일성이 달성된다.

도 23은 본 발명의 제14 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 구성하는 2매의 용기의 평단면도이다. 도 24는 도 23의 D－D 선에 따른 상기 스테이지의 단면도이다.

스테이지(341)는 도 23에 도시한 바와 같은 평단면 구조를 가진 2매의 평원판형의 용기(343, 345)를 겹쳐 접합한 것이다. 2매의 용기(343, 345)는 모두 하나의 반경의 한쪽 주연부로부터 다른 쪽 주연부로 작동 유체를 동일 방향으로 흘려보내는 서로 평행한 가늘고 긴 다수 개의 소형 유로(347, 349)를 내부에 가지고 있다. 그리고, 2매의 용기(343, 345)는 서로의 흐름 방향이 반대가 되는 자세로 서로 접합되어 있다. 한쪽 용기(343)의 상류측과 하류측 사이에 발생하는 온도차가 다른 쪽 용기(345)의 상류측과 하류측 사이에 발생하는 온도차로 보상되므로 양호한 열적 균일성이 얻어진다.

도 25는 본 발명의 제15 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 도시한 단면도이다.

스테이지(351)는 예를 들면 도 19에 도시한 스테이지와 기본적으로 동일한 구조를 가지지만, 내부의 원형 유로에는 그 전역에 걸쳐 도 19에 도시한 핀형 핀 대신, 알루미늄이나 동 합금으로 이루어진 선 형상 도는 망 형상의 섬유 부재(353)로 막혀 있어 작동 유체와의 열 교환에 기여한다.

도 26은 본 발명의 제16 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 구성하는 용기의 사시도이고, 도 27은 도 26의 A－A 선에 따른 단면도이다.

스테이지(401)를 구성하는 용기(403)는 예를 들면 직경이 5∼100cm이고 두께가 0.3∼5cm인 1매의 평원판이다. 이 용기(403)는 주연부의 반대측 단부에 유체의 입구(411)와 출구(413)를 구비하고, 작동 유체를 통과시키기 위한 공동(405) 내에 저벽과 천장벽을 연결하여 난류를 발생시키기 위한 다수의 리브(또는 핀)(407)와, 3개의 가이드 벽(409a, 409b, 409c)을 구비한다. 2개의 가이드 벽(409a, 409b)은 각각이 곧고 서로 평행하게 배치되며, 입구(411)로부터의 유체를 공동(403)의 중앙을 통과시켜 출구(413) 방향으로 흘려보내는 유로(이하, 중앙 유로)(415)를 형성한다. 중앙 유로(415)는 입구(411)로부터 시작되고 공동(403) 중앙과 출구(413)의 대략 중앙 사이의 위치에서 끝난다. 다른 가이드 벽(403c)은 복수(예를 들면 3개)의 각을 가지는 대략 U자형을 하고 있으며, 중앙 유로(415)로부터 나온 유체를 U자형의 골짜기에서 반환시키도록 배치되고, 중앙 유로(415)의 외측에서 유체를 중앙 유로(415)와는 반대 방향으로 흘려보내는 2개의 유로(이하, 중간 유로라고 함)(417a, 417b)를 형성한다. 중간 유로(417a, 417b)는 용기(3)의 주연 부근에서 끝난다. 중간 유로(417a, 417b)로부터 나온 유체는 다시 반환되어 용기(403)의 주연부를 따른 외측 유로(419a, 419b)를 통과하여 출구(413)로 나온다. 중앙 유로(415), 중간 유로(417a, 417b) 및 외측 유로(419a, 419b)의 폭은 모든 유로의 유속이 균등하게 되도록 설정되어 있다.

이 실시예에서, 만일 가이드 벽(409a, 409b, 409c)이 없는 경우에는, 공동(405)의 중앙을 흐르는 유속과 그 양측을 흐르는 유속에 차가 생기고, 이에 따라 용기(403) 상면의 온도 분포에 상당한 불균일이 발생한다. 그러나, 가이드 벽(409a, 409b, 409c)을 도시한 바와 같이 배치함으로써, 유체가 공동(405)의 2개의 절반 영역을 각각 Z자형으로 이동하면서 대략 균등한 유속으로 공동(405) 전체를 순환한다. 바꿔 말하면, 공동(405) 중앙의 흐름을 그 양측으로 강제적으로 안내함으로써(또는 구멍(413)이 입구인 경우, 공동(405)의 주연의 흐름을 중앙으로 강제적으로 안내함으로써) 공동 전체의 유속을 균일하게 하여 열적 균일성을 향상시키고 있다. 또, 다수의 리브(407)에 의해 발생하는 난류에 의해 열적 균일성이 더 향상된다. 또, 유체의 출입구(411, 413)가 용기(403)의 외주측에 설치되어 있으므로, 유체의 출입구(411, 413)에서의 온도 분포가 기판에 영향을 미치기 어려워지고 이것도 열적 균일성에 공헌한다. 또, 공동(405)을 가이드 벽(409a, 409b, 409c)으로 구획하는 것만으로 자유롭게 유로를 형성할 수 있으므로 용이하게 제작할 수 있다. 또, 유체 통로가 구불구불하다는 것은 Z자형이라는 단순한 것이므로 압력 손실은 작다.

상기 공동(405) 내의 가이드 벽(409a, 409b, 409c)의 구성에는 몇 개의 변형을 고려할 수 있다. 이하, 예를 들면 3개의 변형을 도 28, 도 29 및 도 30에 도시한다.

도 28에 도시한 변형예에서는 가이드 벽(409a, 409b, 409c) 각각에 유체의 순환을 더 향상시키기 위한 바이패스 홀(423a, 423b, 423c)이 형성되어 있다. 각 바이패스 홀(423a, 423b, 423c)은 유체가 반환되는 장소(424a, 424b, 424c) 부근에 구비되어 이 부근에 발생하는 유체 웅덩이를 해소한다. 즉, 바이패스 홀(423a, 423b, 423c)은 중간 유로(417a, 417b)의 출구의 반환 장소(424a, 424b) 부근의 가이드 벽(409a, 409b)에 형성되어 있고, 중앙 유로(415) 내의 유체의 일부를 반환 장소(424a, 424b)로 분출시킨다. 또, 바이패스 홀(423c)은 중앙 유로(415)의 출구의 반환 장소(424c) 부근의 가이드 벽(403c)에 형성되고, 이 반환 장소(424c)에 고인 유체를 출구(413) 방향으로 퇴피시킨다. 이에 따라, 유체가 공동(421)을 보다 균등하게 순환할 수 있으므로 열적 균일성이 더 향상된다. 바이패스 홀(423a, 423b, 423c)은 각 가이드 벽(409a, 409b, 409c)에 복수 구비될 수도 있다.

도 29에 도시한 변형예에서는, 유선(流線)을 따른 매끄러운 곡면을 가진 U자형의 가이드 벽(427)이 사용된다. 이 가이드 벽(427)에 의해 유체는 매끄럽게 공동(425)을 순환할 수 있다.

도 30에 도시한 변형예에서는, 모든 가이드 벽(431, 433, 427)이 유선을 따른 매끄러운 곡면을 가지고 있다. 이와 같은 구성에 의해, 유체는 매끄럽게 공동(429)을 순환할 수 있다.

그런데, 전술한 설명에서는 용기의 구멍(411)을 입구, 구멍(413)을 출구로 하였지만, 반대로 구멍(413)을 입구, 구멍(411)을 출구로 할 수도 있다. 그러나, 구멍(413)을 입구로 하면, 공동에 들어간 유체가 곧 가이드 벽(409c(또는 427))에 충돌하기 때문에, 가이드 벽(409c(또는 4127))의 온도 변화가 커져 열적 균일성에 악영향을 미칠 가능성이 있다. 한편, 구멍(411)을 입구로 하면 공동에 들어간 유체는 공동의 중앙을 넘어선 위치까지 흘러 처음으로 가이드 벽(409c)에 부딪히도록 되어 있으므로 가이드 벽(409c)의 온도 변화를 비교적 작게 할 수 있다. 그리고, 용기의 입구 및 출구의 수는 1개에 한정되지 않는다.

도 31은 본 발명의 제17 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 구성하는 용기의 평단면도이다.

스테이지(435)를 구성하는 용기(437)는 대략 원형의 평판이고, 외주의 1 개소에서 외측으로 약간 연장되어 나온 부분(436)을 가지며, 이 연장부(436)의 저벽에 유체의 2개의 입구(439, 441)와 이들 사이에 위치하는 1개의 출구(441)가 형성되어 있다(입구와 출구는 반대로 할 수도 있음). 유체가 통과하는 공동(447)에는 난류를 발생시키는 다수의 핀 형상의 핀(또는 리브)(449)이 세워져 있다. 또, 공동(447) 내에는 3개의 가이드 벽(451a, 451b, 451c)이 있다. 외측의 2개의 가이드 벽(451a, 451b)은 입구(439, 441)로부터의 각 유체를 용기(437) 주연을 따라 유체의 출입구와 반대측의 장소(453)까지 안내하는 2개의 유로(454a, 454b)와, 그 장소(453)에서 합류된 유체를 공동(447)의 중앙부를 통과하여 출구(443) 근처의 장소로 안내하는 유로(454c)를 형성한다. 제3 가이드 벽(451c)은 대략 U자형을 하고 있으며 유로(454c)로부터 나오는 유체를 출구(443) 부근에서 반환시켜 반대 방향으로 흘려보내는 유로(454d, 454e)와, 반환시킨 유체를 가이드 벽(451a, 451b)에 부딪히게 하고 다시 반환시켜 출구(443)에 흘려보내는 유로(454f, 454g, 454h)를 형성한다. 유로(454a∼454h)의 폭은 공동 전체를 균등한 유속으로 유체가 흐르도록 설정되어 있다. 그리고, 참조 번호 445a, 445b, 445c는 스테이지(435) 상면에 탑재되는 기판을 승강시키기 위한 핀(도시하지 않음)을 통과시키기 위한 관통공이다.

이 실시예에 의하면, 가이드 벽(451, 454)에 의해 유체가 공동(447)을 구불구불하게 하여 대략 균등한 유속으로 전체를 순환한다. 바꿔 말하면, 공동(447)의 주연을 흐르는 유체를 반환하여 강제적으로 균등한 유속으로 그 중앙에 흘려보내거나, 또는 공동(447)의 중앙을 흐르는 유체를 반환하여 강제적으로 균등한 유속으로 그 양측에 흘려보냄으로써 열적 균일성을 향상시킬 수 있다. 또, 다수의 핀(449)에 의해 발생하는 난류에 의해 열적 균일성이 더 향상된다. 또, 유체의 입구(439, 441)와 출구(443)를 동일한 장소에 구비하므로 배관을 1 개소에 모을 수 있어 배관이 용이해진다.

도 32는 도 31의 실시예의 변형예를 도시한다.

이 변형예에서는, 가이드 벽(451a, 451b, 451c) 사이에 추가로 보조적인 가이드 벽(460a∼460d)이 배치되어 있다. 이들 가이드 벽(451a∼451c 및 460a∼460d)의 수, 형상 및 배치를 적절하게 설정함으로써 유체의 흐름을 최적화할 수 있다.

도 33은 본 발명의 제18 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 구성하는 용기의 단면도이다.

스테이지(501)를 구성하는 용기(503)에는 예를 들면 제1 실시예 내지 제17 실시예에서 사용되는 어느 하나의 용기를 채용할 수 있다. 이 용기(503)는 전체가 실질적으로 상하 대칭으로 구성되어 있고, 상면(503A) 및 하면(503B)에 도 1에 도시한 시트형 박막 히터(505a, 505b)가 접합되어 있다. 전열선 히터(505a, 505b)는 도시하지 않은 웨이퍼에 가장 근접되므로 가열 효율이 매우 양호하다. 이 전열선 히터(505a, 505b)는 상면(503A) 또는 하면(503B) 중 어느 한쪽 면에만 접합되어 있을 수도 있다. 그러나, 도시한 바와 같이 양면에 접합함으로써 스테이지(501)의 상면과 하면의 온도차를 실질적으로 없앨 수 있으므로 그 온도차에 의해 발생하는 스테이지의 열 변형을 방지할 수 있다. 또, 그 관점에서 유체의 입구(511) 및 출구(513)는 도시한 바와 같이 용기 주연부의 반대측 단부에 설치하는 것이 바람직하다. 그리고, 이 도면에 도시한 공동(525)에는 다수의 핀(또는 리브)(507)이 설치되어 있지만, 도 27 내지 도 32에 도시한 바와 같은 작동 유체를 순환시키기 위한 가이드 벽을 배치할 수도 있음은 물론이다.

도 34는 본 발명의 제19 실시예에 의한 기판 온도 제어 장치의 스테이지를 구성하는 용기의 단면도이다.

이 스테이지(509)를 구성하는 용기(529)에도 예를 들면 도 33과 동일하게 제1 실시예 내지 도 17 실시예에서 사용되는 어느 하나의 용기를 채용할 수 있으며, 그 전체가 실질적으로 상하 대칭으로 구성되어 있다. 용기(529) 내부의 공동(531)의 중앙에는 용기(529)의 상면 및 하면에 평행한 히터 플레이트(533)가 구비되어 있다. 이 히터 플레이트(533)에 의해 공동(531)은 2층으로 구분되고, 상면측의 공동(531a)과 하면측의 공동(531b)이 구성된다. 각 공동(531a, 531b)에는 동일한 유체가 흐른다. 용기(529)의 주연부의 반대측 단부에는 각 공동(531a, 531b)으로 유체를 공급하는 각 입구(535a, 535b)와 각 공동(531a, 531b)으로부터 유체를 배출하는 각 출구(537a, 537b)를 구비한다. 각 입구(535a, 535b)와 각 출구(537a, 537b)는 서로 상하 대칭으로 배치된다.

히터 플레이트(533)는 탑재되는 기판(도시하지 않음)의 가열 또는 각 공동(531a, 531b)을 흐르는 유체의 온도 제어에 이용되며, 그 내부 전체에 걸쳐 전열선 히터(539)가 매립되어 있다. 이 히터 플레이트(533)는 공동(531)의 용적을 균등하게 나누도록, 바꿔 말하면 용기(529) 내부의 구성이 상하 대칭이 되도록 하면 복수 설치할 수 있다. 히터 플레이트(533)에는 그 상면측 및 하면측을 흐르는 유체가 서로 왕래할 수 있는 개구공(도시하지 않음)을 구비할 수도 있다.

그리고, 이 용기(529)의 상면 및 하면에는 도 33에 도시한 박막 시트(505a, 505b)를 접합할 수도 있다. 또 각 입구(535a, 535b)와 각 출구(537a, 537b)는 서로 상하 대칭이 되면 각 기능을 반대로 할 수도 있다. 예를 들면 공동(531b)의 입구(535b)를 출구로 하고 출구(537b)를 입구로 한다. 이렇게 함으로써 상면측의 공동(531a)과 하면측의 공동(531b)을 흐르는 유체의 방향은 서로 반대 방향이므로, 용기(529) 전체의 온도 분포가 보다 균등하게 되는 것을 기대할 수 있다.

이 실시예에서는 예를 들면 전술한 바와 같은 용기를 2개 준비하고, 이들 사이에 박막 시트(505) 또는 히트 플레이트(533)를 개재시킬 수도 있다.

이상, 본 발명의 바람직한 몇 개의 실시예를 설명하였지만, 이들은 본 발명의 설명을 위한 예시이며, 본 발명의 범위를 이들 실시예에만 한정시키는 취지는 아니다. 본 발명은 다른 여러 형태로도 실시하는 것이 가능하다.

Claims (47)

1. 기판에 면한 주면(主面)을 가진 평판형 스테이지를 구비하고,

   상기 스테이지는 평판형의 용기를 가지고, 상기 용기는 작동 유체를 흘려보내기 위한 공동(空洞)과, 상기 공동에 상기 작동 유체를 유입시키기 위한 입구와, 상기 공동으로부터 상기 작동 유체를 배출하기 위한 출구와, 상기 공동 내에 상기 작동 유체의 난류(亂流)를 발생시키기 위한 난류 기구를 가지는 기판 온도 제어 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 난류 기구가 상기 공동 내에서 상기 용기의 상기 주면측 벽과 반대측 벽을 연결하는 복수의 리브(rib)를 가지는 기판 온도 제어 장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 난류 기구가 상기 작동 유체를 상기 공동에 유입할 때 제트 흐름으로 만드는 제트 홀을 가지는 기판 온도 제어 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 난류 기구가 상기 작동 유체를 상기 공동에 유입할 때 소정의 선회 방향을 향하게 하는 선회 기구를 가지는 기판 온도 제어 장치.
5. 제1항에 있어서,

   상기 입구와 출구의 배치가 다음의 (1), (2) 및 (3)－

   (1) 상기 입구가 상기 용기의 주연부(周緣部)에 설치되며 상기 출구가 상기 용기의 중앙부에 설치됨,

   (2) 상기 입구가 상기 용기의 중앙부에 설치되며 상기 출구가 상기 용기의 주연부에 설치됨,

   (3) 상기 입구 및 상기 출구가 각각 상기 용기의 주연부에 설치됨－

   중 어느 하나인 기판 온도 제어 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 입구가 상기 용기의 외주벽에 상기 용기의 상기 주면측 벽과 평행한 방향을 향하여 설치되는 기판 온도 제어 장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 입구가 상기 주연부에 설치되고, 상기 주연부가 상기 기판의 외주 외측으로 돌출된 위치에 있는 기판 온도 제어 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 스테이지가 상기 용기의 상기 주면측 면 및 반대측 면에 설치된 시트 형 히터를 추가로 가지는 기판 온도 제어 장치.
9. 제8항에 있어서,

   상기 작동 유체를 상기 용기에 공급하기 위한 작동 유체 시스템을 추가로 구비하고, 상기 작동 유체 시스템이 기판 냉각용 작동 유체만을 공급하는 기판 온도 제어 장치.
10. 기판에 면한 주면을 가진 평판형 스테이지를 구비하고,

    상기 스테이지는 평판형의 용기를 가지고, 상기 용기는 작동 유체를 흘려보내기 위한 공동과, 상기 공동에 상기 작동 유체를 유입시키기 위한 입구와, 상기 공동으로부터 상기 작동 유체를 배출하기 위한 출구를 가지며,

    상기 입구와 출구의 배치가 다음의 (1), (2) 및 (3)－

    (1) 상기 입구가 상기 용기의 주연부에 설치되며 상기 출구가 상기 용기의 중앙부에 설치됨,

    (2) 상기 입구가 상기 용기의 중앙부에 설치되며 상기 출구가 상기 용기의 주연부에 설치됨,

    (3) 상기 입구 및 상기 출구가 각각 상기 용기의 주연부에 설치됨－

    중 어느 하나인 기판 온도 제어 장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 용기가 상기 공동 내에 상기 작동 유체의 난류를 발생시키기 위한 난류 기구를 추가로 가지는 기판 온도 제어 장치.
12. 제10항에 있어서,

    상기 스테이지가 상기 용기의 상기 주면측 면 및 반대측 면에 설치된 시트 형 히터를 추가로 가지는 기판 온도 제어 장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 작동 유체를 상기 용기에 공급하기 위한 작동 유체 시스템을 추가로 구비하고, 상기 작동 유체 시스템이 기판 냉각용 작동 유체만을 공급하는 기판 온도 제어 장치.
14. 기판에 면한 주면을 가진 평판형 스테이지를 구비하고,

    상기 스테이지는 평판형 용기를 가지고, 상기 용기는 작동 유체를 흘려보내기 위한 공동과, 상기 공동 내에서 상기 용기의 상기 주면측 벽과 반대측 벽을 연결하는 복수의 리브를 가지는 기판 온도 제어 장치.
15. 제14항에 있어서,

    상기 용기가 상기 공동 내에 상기 작동 유체의 난류를 발생시키기 위한 난류 기구를 추가로 가지는 기판 온도 제어 장치.
16. 제14항에 있어서,

    상기 용기가 상기 공동에 상기 작동 유체를 유입시키기 위한 입구와 상기 공동으로부터 상기 작동 유체를 배출하기 위한 출구를 가지고, 상기 입구와 출구의 배치가 다음의 (1), (2) 및 (3)－

    (1) 상기 입구가 상기 용기의 주연부에 설치되며 상기 출구가 상기 용기의 중앙부에 설치됨,

    (2) 상기 입구가 상기 용기의 중앙부에 설치되며 상기 출구가 상기 용기의 주연부에 설치됨,

    (3) 상기 입구 및 상기 출구가 각각 상기 용기의 주연부에 설치됨－

    중 어느 하나인 기판 온도 제어 장치.
17. 제14항에 있어서,

    상기 스테이지가 상기 용기의 상기 주면측 면 및 반대측 면에 설치된 시트 형 히터를 추가로 가지는 기판 온도 제어 장치.
18. 제15항에 있어서,

    상기 작동 유체를 상기 용기에 공급하기 위한 작동 유체 시스템을 추가로 구비하고, 상기 작동 유체 시스템이 기판 냉각용 작동 유체만을 공급하는 기판 온도 제어 장치.
19. 기판에 면한 주면을 가진 평판형 스테이지를 구비하고,

    상기 스테이지는 작동 유체를 흘려보내기 위한 공동을 내부에 가진 평판형 용기와, 상기 용기의 상기 주면측 면 및 반대측 면 양쪽에 설치된 시트형 히터를 가지는 기판 온도 제어 장치.
20. 제19항에 있어서,

    상기 용기가 상기 공동 내에서 상기 용기의 상기 주면측 벽과 반대측 벽을 연결하는 복수의 리브를 가지는 기판 온도 제어 장치.
21. 제19항에 있어서,

    상기 용기가 상기 공동 내에 상기 작동 유체의 난류를 발생시키기 위한 난류 기구를 추가로 가지는 기판 온도 제어 장치.
22. 제19항에 있어서,

    상기 용기가 상기 공동에 상기 작동 유체를 유입시키기 위한 입구와 상기 공동으로부터 상기 작동 유체를 배출하기 위한 출구를 가지고, 상기 입구와 출구의 배치가 다음의 (1), (2) 및 (3)－

    (1) 상기 입구가 상기 용기의 주연부에 설치되며 상기 출구가 상기 용기의 중앙부에 설치됨,

    (2) 상기 입구가 상기 용기의 중앙부에 설치되며 상기 출구가 상기 용기의 주연부에 설치됨,

    (3) 상기 입구 및 상기 출구가 각각 상기 용기의 주연부에 설치됨－

    중 어느 하나인 기판 온도 제어 장치.
23. 제19항에 있어서,

    상기 작동 유체를 상기 용기에 공급하기 위한 작동 유체 시스템을 추가로 구비하고, 상기 작동 유체 시스템이 기판 냉각용 작동 유체만을 공급하는 기판 온도 제어 장치.
24. 기판을 탑재하기 위한 스테이지를 구비하고,

    상기 스테이지는 상기 기판 바로 아래의 영역에 확대된 유로(流路)를 내부에 가진 용기를 가지며,

    상기 용기는 상기 유로의 주연부에 작동 유체를 상기 유로에 유입시키는 입구를 가지는 기판 온도 제어 장치.
25. 제24항에 있어서,

    상기 용기가 상기 유로의 주연부에 작동 유체를 상기 유로로부터 유출시키는 적어도 하나의 출구를 가지는 기판 온도 제어 장치.
26. 제25항에 있어서,

    상기 입구와 출구가 상기 유로의 주연(周緣)을 따라 교호(交互)로 배치되는 기판 온도 제어 장치.
27. 제24항에 있어서,

    상기 유로가 복수의 소형 유로로 구분되고, 인접하는 소형 유로에서는 서로 반대 방향으로 작동 유체가 흐르도록 상기 복수의 소형 유로 각각이 상기 복수의 입구 각각에 연결되는 기판 온도 제어 장치.
28. 제26항에 있어서,

    상기 유로가 상기 유로의 주연부로부터 중심부로 작동 유체를 흘려보내는 복수의 공급 유로와 상기 유로의 중심부로부터 주연부로 작동 유체를 흘려보내는 복수의 복귀 유로로 구분되고, 상기 공급 유로와 복귀 유로는 상기 유로의 중심부에서 연통되며 또한 교호로 배치되고, 상기 공급 유로 각각은 상기 주연부에서 상기 입구 각각에 연결되고, 상기 복귀 유로 각각은 상기 주연부에서 상기 출구 각각에 연결되는 기판 온도 제어 장치.
29. 제26항에 있어서,

    상기 유로가 서로 평행하게 연장되는 복수 개의 가늘고 긴 소형 유로로 구분되고, 상기 소형 유로는 흐름 방향이 서로 반대인 상승 유로와 하강 유로로 분류되며, 상기 상승 유로와 상기 하강 유로는 교호로 배치되고, 상기 상승 유로 각각은 상기 주연부의 한쪽에서 상기 입구 각각에 연결되며 또한 상기 주연부의 다른 한쪽에서 상기 출구 각각에 연결되고, 상기 하강 유로 각각은 상기 주연부의 한쪽에서 상기 출구 각각에 연결되며 또한 상기 주연부의 다른 한쪽에서 상기 입구 각각에 연결되는 기판 온도 제어 장치.
30. 제24항에 있어서,

    상기 유로 내에 다수의 핀(fin)이 배치되는 기판 온도 제어 장치.
31. 제24항에 있어서,

    상기 유로 내에 선(線) 형상 또는 망(網) 형상의 섬유 부재가 배치되는 기판 온도 제어 장치.
32. 제24항에 있어서,

    상기 스테이지가 상기 용기의 상면에 접합된 평판형 히트 파이프를 추가로 가지는 기판 온도 제어 장치.
33. 제24항에 있어서,

    상기 스테이지가 상기 용기의 상면 및 하면 중 한쪽 또는 양쪽에 부착된 전열선 히터를 추가로 가지는 기판 온도 제어 장치.
34. 제24항에 있어서,

    상기 스테이지가 적층된 2매의 상기 용기를 가지고, 상기 2매의 용기 내에서의 작동 유체의 흐름 방향이 용기 상호간에 반대인 기판 온도 제어 장치.
35. 기판을 탑재하기 위한 스테이지를 구비하고,

    상기 스테이지가 상기 기판 바로 아래의 영역에 확대된 공동을 내부에 가진 용기를 가지며,

    상기 용기가 상기 용기의 외주부에 설치된 상기 공동에 작동 유체를 공급하는 입구와, 상기 용기의 외주부에 설치된 상기 공동으로부터 상기 작동 유체를 배출하는 출구와, 상기 공동을 구획하는 1개 또는 복수의 가이드 벽을 구비하고, 상기 가이드 벽에 의해 상기 공동 내에 굴곡된 유로를 형성하는 기판 온도 제어 장치.
36. 제35항에 있어서,

    상기 공동 내에 다수의 핀 또는 리브가 배치되는 기판 온도 제어 장치.
37. 제35항에 있어서,

    상기 가이드 벽이 1개 또는 복수의 바이패스 홀(bypass hole)을 구비하는 기판 온도 제어 장치.
38. 제37항에 있어서,

    상기 바이패스 홀이 상기 복수의 유로의 굴곡 개소 근방에 설치되는 기판 온도 제어 장치.
39. 제35항에 있어서,

    상기 가이드 벽에 의한 상기 굴곡된 유로의 전장(全長)을 상기 작동 유체가 대략 균등한 속도로 흐르는 기판 온도 제어 장치.
40. 제35항에 있어서,

    상기 가이드 벽이 상기 입구로부터의 작동 유체를 상기 출구 부근까지 안내한 후 상기 공동에서 순환시키는 기판 온도 제어 장치.
41. 제40항에 있어서,

    상기 가이드 벽이 상기 공동 중앙의 흐름을 그 양측으로 안내하거나 또는 상기 공동 주연의 흐름을 상기 공동 중앙으로 안내하는 기판 온도 제어 장치.
42. 제35항에 있어서,

    상기 용기가 상기 입구와 상기 출구를 대략 동일한 장소에 구비하는 기판 온도 제어 장치.
43. 제35항에 있어서,

    상기 용기의 상면 및 하면에 시트형 히터가 접합되고, 상기 스테이지 전체가 실질적으로 상하 대칭으로 구성되는 기판 온도 제어 장치.
44. 제1항에 있어서,

    상기 용기 내에는 시트형 히터를 가지고, 상기 스테이지 전체가 실질적으로 상하 대칭으로 되어 있는 기판 온도 제어 장치.
45. 제46항에 있어서,

    상기 입구 또는 상기 출구는 상하 대칭으로 설치되는 기판 온도 제어 장치.
46. 기판을 탑재하기 위한 스테이지를 구비하고,

    상기 스테이지가 상기 기판 바로 아래의 영역에 확대된 공동을 내부에 가진 용기를 2개 가지며,

    상기 용기 중 어느 하나 또는 2개가 상기 공동에 작동 유체를 공급하는 입구와 상기 공동으로부터 상기 작동 유체를 배출하는 출구를 가지고,

    상기 2개의 용기 사이에 시트형 히터를 개재시키는 기판 온도 제어 장치.
47. 제46항에 있어서,

    상기 입구 또는 상기 출구는 상하 대칭으로 설치되는 기판 온도 제어 장치.