KR20050115923A - 고속 열처리 공정을 위한 가스-냉각 클램프 - Google Patents

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KR20050115923A
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피터 켈러맨
빅토르 벤베니스트
프레드릭 칼슨
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액셀리스 테크놀로지스, 인크.
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Abstract

본 발명은 반도체 기판을 열적으로 냉각시키기 위한 반도체 열처리 공정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 하나의 관점에 따라서, 자유 분자운동 영역에서 일반적으로 열 전도에 의해 기판의 냉각을 제공하는 가스-냉각 클램프 및 관련 방법이 기술된다. 상기 가스-냉각 클램프는 그들 사이의 갭을 한정하는 다수의 돌출부를 갖는 클램핑 판을 포함하는데, 상기 갭의 거리 또는 깊이는 내부의 냉각 가스의 평균 자유 경로와 관련된다. 가스-냉각 클램프는 다수의 갭내의 냉각 가스의 후방 압력을 조절하게 할 수 있는 압력 조절 시스템을 추가로 포함하기 때문에, 상기 냉각 가스의 열 전달 효율을 조절하는데, 상기 냉각 가스의 열 전달 효율은 상기 압력의 우선 함수이고 상기 갭 거리에 대체로 독립이다.

Description

고속 열처리 공정을 위한 가스-냉각 클램프{GAS-COOLED CLAMP FOR RAPID THERMAL PROCESSING}
본 발명은 일반적으로 반도체 열처리 공정 시스템에 관한 것으로, 특히, 기판을 냉각시키는 장치 및 방법에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼의 열처리 공정은 현대 마이크로일렉트로닉스(microelectronics) 장치의 제조에 있어 중요하다. 규소 화합물 형성, 주입 어닐(implant anneal), 산화, 확산(diffusion drive-in) 및 화학 증기 증착(CVD)을 포함하는 공정들이 종래 저온 열처리 공정 기술(low temperature thermal processing techniques)을 사용하여 수행될 것이다. 반면에, 일부 도펀트 활성화 공정(dopant activation process)이 상대적으로 짧은 존속 시간 동안 대체로 고온에서 수행된다. 짧은 시간 동안의 고온의 열처리 공정은 종종 고속 열처리 공정(rapid thermal process, RTP) 또는 스파이크 어닐(spike anneal)이라 불린다. 다수의 마이크로일렉트로닉스 회로는 1 마이크론보다 작은 최소 배선폭(feature size) 및 수백 옹스트롬 보다 작은 접합 깊이(junction depth)를 요구한다. 공정 동안 다양한 조절을 제공할 뿐만 아니라 도펀트의 측면 및 하향 확산 모두를 제한하기 위하여, 고온 공정의 시간을 최소화시키는 것이 바람직하다.
공정 시간을 최소화시키는 하나의 접근법은 단일-웨이퍼 RTP 시스템과 같은 열 처리 장치를 이용하는 것이다. 반도체 웨이퍼의 단일-웨이퍼 고속 열처리 공정은 초고밀도 집적 회로(very-large-scale-integrated, VLSI) 및 초대규모 집적 회로(ultra-large-scale-integrated, ULSI) 일렉트로닉 장치의 제조를 위한 기술을 제공한다. 그러나 고속 열처리 공정의 요구를 충족시키는데 몇몇 문제가 있다. 예를 들어, 온도 변경 동안 웨이퍼 전역의 온도 균일성 뿐만 아니라, 고속으로 웨이퍼 온도를 변경시키는 것이 보통 요구된다.
종래 고속 열처리 공정(RTP) 시스템의 하나의 중요한 수행능력 제한(예를 들어, 열 부담 또는 웨이퍼가 약 950C 이상을 소비하는 시간에 관하여)은 웨이퍼를 고속 냉각시킨다는 것이다. 보통 현행 시스템은 1000C에서 단지 약 22.7mW/cm2C의 최대 열 전달 효율(heat transfer coefficient, HTC)을 갖는 복사 냉각(radiation cooling)에 거의 독점적으로 의존한다. 이 수행능력을 향상시키기 위하여, 가스 전도 냉각이 요구된다. 가스 전도 냉각이 갖는 문제는 웨이퍼 전역의 냉각 균일성이다. 게다가, 스파이크 어닐에 대해, 스파이크 온도가 도달되자마자, 매우 빠르게 냉각 가스 전도를 작동(turn-on)시킬 필요가 있다.
따라서, 본 기술에 있어서, 웨이퍼의 전역에 온도 균일성을 제공할 뿐만 아니라 공정 동안 웨이퍼 온도를 쉽게 조절할 필요성이 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 관점에 따르는 대표적인 가스-냉각 클램프를 도시한 단면도
도 2A는 본 발명의 관점에 따라 도 1의 대표적인 가스-냉각 클램프 부분에 대해 확대한 부분적인 단면도
도 2B는 본 발명의 관점에 따라 도 2A의 대표적인 가스-냉각 클램프에 대해 확대한 부분적인 단면도
도 3은 본 발명의 관점에 따라 다수의 돌출부를 갖는 대표적인 클램핑 판에 대한 부분적인 단면도
도 4는 본 발명의 관점에 따라 다수의 돌출부를 포함하는 대표적인 클램핑 판에 대한 평면도
도 5는 본 발명의 관점에 따라 분자 및 점성 영역에서의 가스의 대표적인 열 전달 효율을 도시한 그래프
도 6은 본 발명의 하나의 관점에 따라 다수의 가스 분산 홈을 포함하는 대표적인 클램핑 판에 대한 평면도
도 7A는 가스 분산 홈을 도시하는 대표적인 클램핑 판에 대한 부분적인 단면도
도 7B는 본 발명의 하나의 관점에 따라 홈 깊이와 돌출 거리 사이의 대표적인 관계를 도시하는 대표적인 클램핑 판에 대해 간단화된 부분적인 단면도
도 8A와 8B는 본 발명의 관점에 따라 클램핑 판과 베이스 판을 통하여 흐르는 냉각 가스를 도시하는 부분적인 단면도
도 9는 본 발명의 하나의 관점에 따르는 대표적인 리프팅 핀에 대한 부분적인 단면도
도 10은 본 발명의 하나의 관점에 따르는 대표적인 온도 감지기에 대한 부분적인 단면도
도 11A는 본 발명의 하나의 관점에 따르는 대표적인 가스-냉각 클램프에 대한 시스템-레벨 블록도
도 11B는 본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따르는 도 11A의 밸브 장치를 도시하는 표
도 12는 본 발명에 따라 가스-냉각 클램프를 적용하는 간단한 열 처리 공정 시스템을 도시하는 부분적인 단면도
도 13은 본 발명에 따라 반도체 기판을 열로 처리하기 위한 대표적인 방법론을 도시하는 순서도
이하는 본 발명의 일부 관점에 대한 기본 이해를 제공하기 위하여 본 발명의 간단한 요약을 나타낸다. 이 요약은 본 발명의 광대한 개요가 아니다. 이것은 본 발명의 키 또는 중요한 엘리먼트를 확인하거나 본 발명의 관점을 서술하려고 의도된 것이 아니다. 이 요약의 목적은 후에 소개되는 더 자세한 설명의 서두로써 간단한 형식으로 본 발명의 일부 개념을 나타내는 것이다.
본 발명은 웨이퍼와 클램프 사이의 갭 내에서 후방 압력 조절(backside pressure control)을 하는 가스-냉각 클램프(GCC)를 통해 종래 기술의 문제를 극복한다. 작은 갭 내에 가스의 부피를 만드는 상기 갭은 (예를 들어, 약 1 마이크론 이하로)매우 작게 만들어진다. 작은 가스 부피는 (예를 들어, 약 10mS와 비슷한)고속 응답을 제공하여, 웨이퍼의 냉각을 신속하게 활성화시키거나 비활성화시킨다. 예를 들어, 약 1 토르에서 약 100 토르까지의 압력을 변경시킴으로써, 열 전달 효율(HTC)는 약 2mW/cm2C 보다 작은 값에서 약 400mW/cm2C 보다 큰 값으로 조절될 수 있다. 게다가, 작은 갭을 설정함으로써, 가스 전도는 대체로 자유 분자운동 영역(free molecular regime)에 있는데, 열 전도는 상기 갭에서 독립하고 웨이퍼의 전역에 대체로 균일하게 만들어질 수 있는 압력에 우선 의존한다.
가스-냉각 클램프에 의해 아래로 제공된 고속 냉각 외에, 열 벽으로의 열 전도가 가스 전도를 사용하는 본 발명에 의해 강화될 수 있다. 상기 가스 전도는 웨이퍼 표면 위의 장치 구조에 의해 야기된 복사율의 민감성(sensitivity)을 감소시키게 돕는다. 그러나, 상당한 가스 전도를 갖기 위하여, 작은 갭이 고온 표면(hot surface)과 웨이퍼 사이에 요구된다(예를 들어, 약 1mm 이하). 유감스럽게도, 점성 전도(viscous conduction)는 온도 균일성이 웨이퍼의 전역에 균일한 갭을 유지시키게 하도록, 1/갭에 비례한다. 그러나 가열하는 동안, 웨이퍼는 예를 들어, 0,5mm 또는 그 이상만큼 변형되고 휠 수 있다. 본 발명은 클램프 표면에 상기 웨이퍼를 클램핑하여, 가열하는 동안 웨이퍼의 평편함을 보존시킴으로써 이 문제를 처리한다.
그러므로, 본 발명은 후방의 초고속 설정으로, 냉각 척 표면(cold chuck surface)에 자유 분자운동 영역 가스 전도를 유리하게 제공한다. 게다가, 자유 분자운동 영역에 전도를 설정함으로써 냉각은 압력에 의해 우선 명령되어, 스파이크 온도가 고속 열처리 공정에 도달되자마자 고속의 균일한 램프-다운 속도(ramp-down rate)를 가능하게 한다. 게다가, 클램핑 기능성(functionality)은 램프-업(ramp-up) 동안 웨이퍼의 평편함을 보장하여, 열처리 공정에 고속의 균일한 온도 랩프-업을 가능하게 한다.
본 발명은 반도체 기판을 열로 냉각시키는 반도체 열처리 공정 장치 및 방법에 관한 것이다. 상기 열처리 공정 장치는 상기 기판의 전역에 일반적으로 균일한 방식으로, 기판을 효율적으로 클램프 및 냉각시켜, 처리 조절을 향상시킨다. 본 발명의 하나의 관점에 따라, 그 위에 존재하는 기판의 효율적이고 균일한 클램핑 및 냉각을 제공하는 가스-냉각 클램프가 기술된다. 가스-냉각 클램프는 예를 들어, 가스 링(guard ring)과 클램핑 판을 포함하는데, 상기 클램핑 판은 진공이 상기 가스-냉각 클램프에 가해질 때 반도체 기판과 가드 링을 일반적으로 지지하고 클램프하게 한다.
하나의 예에서, 클램핑 판은 다수의 돌출부를 포함하는데, 상기 다수의 돌출부는 기판과 가드 링과 클램핑 판 사이에 제 1의 거리를 유지시키게 한다. 상기 다수의 돌출부는 예를 들어, 그들 사이에 다수의 골(valley)을 일반적으로 한정하는데, 냉각 가스가 그 안으로 흐를 수 있다. 냉각 가스는 예를 들어, 공정 챔버 대기내에서와 같은 환경으로부터 골로 도입된다.
본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라서, 클램핑 판은 하나 이상의 가스 분산 홈을 포함하는데, 상기 하나 이상의 홈은 상기 다수의 골을 상호연결하기에 적합하고, 상기 냉각 가스는 상기 다수의 골을 통해 더 빨리 흐를 수 있게 한다. 상기 기판 및 상기 가드 링과 클램핑 판을 분리하는 거리는 예를 들어, 상기 클램핑 판 및 상기 기판과 가드 링 사이의 열 전도가 자유 분자운동 영역에서 일반적으로 허용되도록 크기 조정된다. 그러나, 상기 홈들은 상기 갭보다 대체로 더 크고 점성 영역에 가스 흐름을 허용하여, 냉각 상태로의 빠른 전이를 용이하게 한다. 가스-냉각 클램프는 상기 기판과 관련된 온도를 검출하기 위한 열 감지기를 추가로 포함할 것이다.
본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라서, 상기 클램핑 판은 베이스 판 위로 뜨게 할 수 있는데, 다수의 클램핑 판은 다수의 기판에 참조된다. 클램핑 판은 예를 들어, 중심 부분, 주변 부분, 및 중간 부분을 포함하는데, 상기 중심 부분은 상기 기판과 관련되고, 상기 가드 링은 상기 주변 부분과 관련되며, 상기 기판과 상기 가드 링 모두는 중간 부분과 관련된다. 상기 중간 부분은 예를 들어, 등온선의 개스켓(isothermal gasket)을 포함하는데, 상기 등온선의 개스켓은 웨이퍼 주변에 열 균일성을 용이하게 하기 위해 상기 기판과 가드 링 사이에 열을 전달하게 한다.
본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라서, 열처리 공정 시스템의 기판을 냉각시키는 방법이 기술되는데, 상기 열처리 공정 시스템은 가스-냉각 클램프를 포함한다. 상기 방법은 냉각 위치로 기판을 하강시키는 단계를 포함하는데, 상기 기판은 클램핑 판위의 다수의 돌출부위에 일반적으로 배치된다. 진공은 다수의 돌출부에 의해 한정된 다수의 골을 통해 대체로 통과되는데, 냉각 가스는 다수의 골로 통과되고 상기 기판은 클램핑 판에 대체로 클램프된다. 본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라서, 상기 골 또는 갭과 관련된 후방 압력은 조절되는데, 일반적으로 균일한 압력이 기판의 표면에 걸쳐 유지되고, 상기 기판 및 가드 링이 기판과 가드 링에서 클램핑 판으로 자유 분자운동 영역에서의 열의 열 전도에 의해 냉각된다.
본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라서, 상기 기판과 관련된 온도가 측정되고, 클램핑 판의 다수의 골로 통과되는 냉각 가스의 압력이 적어도 얼마간 측정된 온도를 기초로 하여 조절되기 때문에, 기판과 클램핑 판 사이의 분자운동 영역에서의 열의 열 전도가 증가될 수 있다.
앞서 말한 것 및 관련된 말단부의 수행을 위해, 본 발명은 이하에 완전히 기술되고 청구항에 특히 지적된 특징들을 포함한다. 이하의 설명 및 첨부된 도면은 자세하게 특정 도시된 본 발명의 실시예를 설명한다. 그러나, 이런 실시예들은 본 발명의 원리가 적용될 수 있는 몇몇 다양한 방식을 나타낸다. 본 발명의 다른 목적, 이점 및 새로운 특징들은 도면과 함께 고려될 때, 본 발명에 대한 이하의 자세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명은 가스-냉각 클램프 및 고속 열처리 공정(RTP) 시스템을 향상시키는 몇몇 발명의 특징들을 통합시키는 관련 시스템과 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 가스-냉각 클램프는 예를 들어, 스파이크 어닐 공정에서 최고점의 온도에 도달한 후, 웨이퍼 기판을 고속으로 및 균일하게 냉각시키는 능력을 향상시킨다. 따라서, 본 발명은 도면을 참조하여 기술될 것인데, 여기서 동일한 참조 번호는 도처의 동일한 엘리먼트를 참조하기 위해 사용된다. 이런 관점에 대한 설명은 단지 도시되는 것이지, 제한하려는 것이 아니라는 것을 이해하게 될 것이다. 이하의 설명에서, 설명을 목적으로, 다수의 특정 상세한 세부항목은 본 발명을 이해시키기 위하여 설명된다. 그러나, 본 발명이 이런 특정 항목 없이 실행될 수 있다는 것을 당업자는 알게 될 것이다.
본 발명은 웨이퍼와 클램프 사이의 갭내에 후방 압력 조절(backside pressure control)을 나타내는 가스-냉각 클램프를 통해 종래 기술의 문제를 극복한다. 상기 작은 갭내에 가스의 부피(volume)를 만드는 상기 갭은 (예를 들어, 약 5 마이크론 이하, 즉, 약 1마이크론 이하로)매우 작게 만들어진다. 작은 가스 부피는 고속 응답 시간(예를 들어, 약 10mS 정도)을 제공하여, 웨이퍼의 냉각을 신속하게 활성화시키거나 비활성화시킨다. 예를 들어, 약 1토르에서 약 100토르까지 압력을 변경시킴으로써, 열 전달 효율(HTC)이 약 2mW/cm2C 이하에서 약 400mW/cm2C 이상의 값으로 조절될 수 있다. 게다가, 작은 갭을 설정함으로써, 가스 전도는 갭 거리에 독립하고 웨이퍼의 전역에 대체로 균일하게 만들 수 있는 압력에 우선 의존한다.
본 발명의 도 1은 대표적인 가스-냉각 클램프(100)를 도시하는데, 상기 가스-냉각 클램프는 그 위에 존재하는 기판(105)을 지지 및 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 기판(105)은 직경 D와 상부 표면(제 1의 표면, 107)을 일반적으로 특징으로 하는데, 상기 상부 표면은 이들과 관련된 제 1의 표면 영역(도시되지 않음)을 갖는다. 본 발명의 가스-냉각 클램프(100)는 가드 링(guard ring, 110)을 포함하는데, 상기 가드 링은 일반적으로 내부 직경(ID), 외부 직경(OD) 및 그것들과 관련된 제 2의 표면 영역(도시되지 않음)을 갖는 상부 표면(제 2의 표면, 112)을 특징으로 한다. 상기 가드 링(110)은 일반적으로 기판(105)과 같은 축을 갖는다. 예를 들어, 가드 링(110)의 내부 직경(ID)은 일반적으로 기판(105)의 직경(D)보다 더 큰데, 상기 가드 링은 이하에 설명될 것처럼, 기판(105)의 열처리 공정 동안 열 에지 효과(thermal edge effect)를 최소화시킬 수 있다. 도 1의 가스-냉각 클램프(100)는 명료함을 위해 거시적으로 도시되었지만, 추가 설명에서 가스-냉각 클램프(100)의 대표적인 확대 도면을 도시하는 다음의 도면(예를 들어, 도 2A, 2B및 그 외의 도면)이 제공된다.
본 발명의 도 1의 가스-냉각 클램프(100)는 일반적으로 상부 표면(제 3의 표면, 117)과 반대로 배치된 바닥 표면(제 4 표면, 118)(예를 들어, 도 2B에 추가 도시된 제 3및 제 4 표면)을 갖는 평면의 클램핑 판(115)을 추가로 포함한다. 예를 들어, 상기 클램핑 판(115)은 중심 부분(120), 주변 부분(122), 및 그들 사이에 배치된 중간 부분(124)을 포함하는데, 상기 중심 부분은 상기 기판(105)과 관련되고, 상기 주변 부분은 가드 링(110)과 관련되며, 상기 중간 부분은 상기 기판 및 가드 링과 관련된다. 도 2B에 도시된 것처럼, 예를 들어, 클램핑 판(115)은 세개의 비-접촉 부분(non-contiguous portion, 115A-115C)으로 구성되는데, 상기 세개의 부분은 각각 클램핑 판의 중심 부분(120), 주변 부분(122) 및 중간 부분(124)과 관련된다. 클램핑 판(115)의 중심 부분(120), 주변 부분(122) 및 중간 부분(124)은 예를 들어, 물리적으로 별개의 부분일 수 있는데, 상기 중심 부분, 주변 부분 및 중간 부분은 소정의 거리(도시되지 않음)로 서로로부터 추가 분리된다.
도 2A는 도 1의 가스-냉각 클램프(100)의 한 부분(125)에 대해 확대한 단면도를 도시하는데, 본 발명의 몇몇 대표적인 관점이 보다 자세히 도시된다. 본 발명의 하나의 대표적인 관점에 따라서, 도 2A는 클램핑 판(115)의 중심 부분(120), 주변 부분(122), 및 중간 부분(124)을 도시하는데, 상기 중심 부분, 주변 부분, 중간 부분은 물리적으로 별개인 클램핑 판(115)의 개별 부분이다. 본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라서, 도 1의 클램핑 판(115)은 지지 판(130)을 추가로 포함하는데, 상기 지지 판은 일반적으로 클램핑 판(115)의 바닥 표면(118)과 관련된 상부 표면(제 5의 표면, 132) 및 반대로 배치된 바닥 표면(제 6의 표면, 134)을 특징으로 한다. 일반적으로 지지 판(130)의 상부 표면(132)은 일반적으로 클램핑 판(115)의 바닥 표면(118)에 대향하는데, 상기 지지 판(130)과 클램핑 판은 서로 열적으로 결합된다. 클램핑 판(115)의 바닥 표면(118)에 지지 판(130)을 열적으로 결합시키는 한가지 대표적인 방법은 납땜함으로써 달성되는데, 클램핑 판의 바닥 표면(118)은 금속화된 후, 지지 판의 상부 표면(132)에 진공 냅땜된다. 지지 판(130)은 예를 들어, 금속과 같은 양호한 열 전도율을 제공하는 금속으로 구성된다. 대표적인 지지 판(130) 금속에는 알루미늄, 구리 또는 양호한 열 전도율을 갖는 다른 금속 합금이 있다.
도 2A는 지지 판(130)을 추가 도시하는데, 클램핑 판의 중간 부분(124)은 등온선의 개스켓(isothermal gasket, 135)을 추가 포함한다. 도 2B는 도 2A에 도시된 가스-냉각 클램프(100)의 한 부분(125)의 한 부분(137)에 대해 추가 확대한 단면도를 도시하는데, 상기 클램핑 판(15)의 중간 부분(124)이 더 자세히 도시된다. 등온선의 개스켓(135)은 일반적으로 상부 표면(제 7의 표면, 138) 및 반대로 배치된 바닥 표면(제 8의 표면, 139)을 특징으로 하는데, 여기서 상기 등온선의 개스켓의 상부 표면은 기판(105)의 한 부분과 가드 링(110)의 한 부분을 열적으로 접촉시킬 수 있다. 더군다나, 등온선의 개스켓(135)은 열처리 공정 동안 가드 링과 기판 사이에 열을 전달시킬 수 있어, 아래에 더 자세히 설명될 것처럼, 에지 효과를 최소화시킬 수 있다. 등온선의 개스켓(135)은 예를 들어, 기판(105)의 열 전도율과 유사한 열 전도율을 갖는 물질, 예를 들어, 실리콘(Si) 또는 탄화 규소(SiC)로 구성된다.
도 3의 부분 단면도에 도시된 것처럼, 본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라, 클램핑 판(115)은 도 2B의 클램핑 판의 상부 표면(117)으로부터 외부로 연장하는 다수의 돌출부(140)를 포함한다. 다수의 돌출부(140)는 클램핑 판(115)의 중심 부분(120), 주변 부분(122), 및 중간 부분(124)과 관련된다. 도 3을 보면, 다수의 돌출부(140)는 클램핑 판의 상부 표면(117)으로부터 제 1 거리(D1)만큼 일반적으로 연장한다. 따라서, 상기 다수의 돌출부(140)는 일반적으로 그들 사이에 다수의 골(145)을 한정하는데, 상기 다수의 돌출부는 예를 들어, 제 2의 거리(D2)만큼 서로로부터 떨어져 있어, 다수의 골의 폭을 한정시킨다. 제 2의 거리(D2)는 일반적으로 상기 기판의 두께(도시되지 않음) 보다 작기 때문에, 이하에 더 자세히 기술될 것처럼, 클램핑 동안 기판의 물리적으로 휘는 정도(deflection)가 상당히 감소된다. 또한, 위에서 강조된 대표적인 치수의 제약과 관련하여, 웨이퍼 표면 온도에 따른 돌출부의 영향이 감소된다. 예를 들어, 제 2의 거리(D2)는 대략 100 마이크론보다 작다.
본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라서, 다수의 돌출부(140)는 미세 전자기계 시스템(microelectromechanical system, MEMS)으로 구성된다. 예를 들어, 클램핑 판(115)은 실리콘 또는 세라믹 물질과 같은 보통 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 마이크로구조 형태로 활용되는 물질로 구성된다. 다수의 돌출부(140)는 예를 들어, 다수의 돌출부와 기판(도시되지 않음) 사이의 열 접촉 전도율이 감소되는 물질로 추가 구성된다. 예를 들어, 다수의 돌출부(140)는 이산화규소(SiO2)로 구성되는데, 상기 이산화 규소의 특정 열은 상대적으로 작다.
일반적으로 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 마이크로구조는 클램핑 판(115)의 상부 표면(117)의 전역에 팽팽하게-조절되고 일정한 치수의 보전을 제공하는데, 상기 다수의 돌출부(140)는 클램핑 판의 전역에 제 3의 표면으로부터 일반적으로 일정한 제 1의 거리(D1) 만큼 연장한다. 예를 들어, 도 4A는 클램핑 판(115)의 상부 표면(117)위에 형성되는, 다수의 대체로 원통형이거나 직사각형의 아일랜드(island)를 포함하는 다수의 돌출부(140)를 도시한다. 일반적으로 다수의 돌출부(140)는 도 1, 2A 및 2B의, 기판(105)의 바닥 표면(107), 가드 링(110)의 바닥 표면(112) 및 등온선의 개스켓(135)의 바닥 표면(139)을 접촉시켜, 돌출 접촉 영역(protrusion contact area)을 한정한다. 바람직하게, 상기 돌출 접촉 영역(도시되지 않음)은 상기 기판(105)의 바닥 표면 영역과 가드 링(110)의 바닥 표면 영역의 총합의 약 5%미만이다. 예를 들어, 도 4의 다수의 아일랜드(147)는 약 10 마이크론 이하의 직경을 갖는데, 아일랜드를 직접 지나 기판(105)과 가드 링(110)으로의 열 전도는 대체로 작다. 보다 특히, 상기 돌출 접촉 영역(도시되지 않음)은 기판(105)의 표면 영역과 가드 링(110)의 표면 영역의 총합의 약 5%미만이다.
클램핑 판(115)의 상부 표면(117)으로부터 연장하는 다수의 돌출부(140)가 균일한 형상으로 도시되고 지시된 방법으로 구성되었지만, 다른 배열의 다수의 돌출부가 또한 예상되고, 소정의 형상 또는 명령의 돌출부 또는 다른 이러한 대안이 본 발명의 관점내에서 예상된다. 예를 들어, 다수의 돌출부(140)는 클램핑 판(115)의 상부 표면(117)의 소정의 거칠기(roughness)에 의해 한정될 수 있는데, 상기 다수의 돌출부는 클램핑 판의 상부 표면의 전역에 일반적으로 일정한 제 1의 거리(D1)만큼 외부로 연장한다. 도 3을 다시 참조하면, 다수의 돌출부(140)는 그 위에 형성되는 질화 규소(Si3N4)와 같은 예를 들어, 보호 코팅(protective coating, 148)을 추가로 포함할 것이다. 상기 보호 코팅(148)은 예를 들어, 낮은 복사율(emissivity)을 갖을 수 있는데, 상기 기판(도시되지 않음)으로부터 상기 클램핑 판(115)쪽으로 방출된 열은 기판을 가열하는 동안 보호 코팅에 의해 반사된다. 또다른 예에 따라, 상기 보호 코팅(148)은 상기 클램핑 판(115)과 상기 기판(도시되지 않음) 사이에 대체로 단단하고 비활성의 인터페이스(149)를 제공하는데, 여기서 상기 보호 코팅은 일반적으로 클램핑으로부터의 오염 가능성을 감소시킨다. 또다른 예에 따라, 상기 보호 코팅(148)은 상기 기판(도시되지 않음)이 클램핑 판(115)과 기판 사이의 인터페이스(149) 위의 측면으로 슬라이드하게 할 수 있는데, 상기 보호 코팅은 일반적으로 다수의 돌출부(140)에 합치되어, 그것의 하나 이상의 샤프 에지(sharp edge, 156)를 둥글게 만든다.
도 4B는 대표적인 돌출부(140)를 도시하는데, 상기 보호 코팅(148)은 일반적으로 하나 이상의 샤프 에지(156)를 둥글게 만들어, 돌출부의 하나 이상의 둥근 에지(157)를 한정한다. 하나 이상의 둥근 에지(157)는 예를 들어, 클램핑 판(115)과 관련된 기판(105)의 열 운동(예를 들어, 열 확장 또는 수축) 동안 유리한 슬라이딩 특성을 제공한다. 예를 들어, 돌출부(140)와 관계가 있는 기판(105)의 열 운동(158)은 돌출부(140)에 의해 기판(105)위에 힘(F)을 일으킨다. 상기 힘(F)은 적어도 어느 정도는, 돌출부(140)의 외형에 따라 변경된다. 예를 들어, 도 3에 도시된 샤프 에지(156)는 큰 힘(F)을 야기할 수 있는데, 상기 기판(105)은 돌출부(140)의 샤프 에지에서 측면으로 결부(bind)될 것이다. 스트레스 균열(stress fracture)은 예를 들어, 힘(F)이 기판의 항복 강도(yield strength)를 초과한다면, 기판(105)에 나타날 것인데, 이로 인해 가능한 오염 및/또는 기판의 손상이 야기된다. 반면에, 도 4b의 둥근 에지(157)는 일반적으로 둥근 에지 위로 힘을 퍼뜨림으로써 기판(105)위의 힘(F)을 제한한다. 상기 기판(105)위의 힘(F)을 제한하면, 일반적으로 기판을 클램핑 판(115)과 관련하여 더 자유롭게 연장 또는 수축하게 하여, 일반적으로 돌출부(140)에서 측면의 결부를 제한시킨다. 도 4C에 도시된 본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라, 다수의 돌출부(140)는 다수의 저 전도율 레일(196)을 포함한다. 다수의 저 전도율 레일(196)은 예를 들어, 클램핑 판(115)의 상부 표면(117)의 전역에 반지름으로 연장하고, 클램핑 판(115)위에 기판(도시되지 않음)을 지지하게 할 수 있다. 예를 들어, 다수의 저 전도율 레일(196)은 일반적으로 기판과의 접촉 시에 다수의 돌출부(140)의 다수의 에지(197)를 최소화시킴으로써 기판(도시되지 않음)의 스크레칭에 대한 가능성을 최소화한다. 더군다나, 기판(도시되지 않음)과의 접촉 시에 에지(197)의 수를 최소화시키면, 상기 기판이 기판의 열처리 공정 동안 연장하고 수축할 때, 기판(도시되지 않음)을 다수의 돌출부(140)와 관련하여 보다 쉽게 슬라이드하게 한다.
본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라, 기판(도시되지 않음)과 다수의 돌출부(140) 사이의 물리적 압력은 적어도 어느 정도, 상기 기판과 클램핑 판(115) 사이의 접촉 열 전도율을 결정하는데, 상기 접촉 열 전도율은 일반적으로 저 물리적 압력으로 감소된다. 더군다나, 여기서 다수의 돌출부(140)는 다수의 저 전도율 레일(196)을 포함하는데, 상기 돌출부 접촉 영역(도시되지 않음)은 상기 기판(도시되지 않음)의 바닥 표면 영역(도시되지 않음)의 총합의 40% 보다 더 큰 것이 바람직하다.
상기 현상들은 다양한 접촉 영역 비율에 대한 접촉 HTC와 웨이퍼 스트레스의 그래프를 도시하는 도 4E에 따라 보다 완전히 평가될 것이다. 예를 들어, 저 영역 접촉 비율(예를 들어, 약 0.05 이하의 AR)에서, 접촉 HTC(그래프 197A)는 돌출부와 웨이퍼 사이의 작은 접촉 영역으로 인해 작다. 저 접촉 HTC가 (열전도가 가스의 열 전도에 의해 우선 명령되기 위해)바람직하다면, 이러한 작은 영역 비율에 대해, 웨이퍼 위의 스트레스(그래프 197B)는 바람직하지 않게 높다.
영역 접촉 비율이 증가할 수록(예를 들어, 모든 돌출부의 돌출 접촉 영역은 전체 웨이퍼 영역에 크게 비례함), 접촉 HTC는 증가하기 시작하고, 최대치에 도달하면 다시 감소하는데, 이것은 증가된 영역과 돌출부위의 유니트 영역 마다의 감소된 접촉 압력으로 인해 발생하는 트레이드-오프를 반사한다. 이 범위에서(예를 들어, 약 0.05의 AR과 약 0,3 사이), 접촉 HTC는 바람직하지 않게 높은데, 이것은 접촉 HTC가 수동적이고 (압력의 변경에 의해 중지되는)가스 전도 HTC와 같이 "중지될" 수 없기 때문에, 클램프의 냉각을 중지시키는 것을 어렵거나 적게 조절시킨다. 그 후, 더 높은 접촉 영역 비율, 예를 들어, 약 0.4 이상에서, 스트레스는 무시해도 좋고 접촉 HTC는 다시 냉각의 활성/비활성이 냉각 가스 후방 압력에 의해 우선 명령되도록 대체로 낮아진다. 상기 예에서, 근사치의 모델링에 의해, 바람직한 AR 값은 약 0.4이상이라는 것을 주목하라. 그러나, 더 자세한 테스트로 인해, AR 값은 표면 지형의 함수이고 변경될 수 있다는 것을 발견하게 되었다. 추가 테스팅은 일반적으로 접촉 HTC가 보다 급격하게 떨어지고, 바람직한 AR 값이 약 0.2 이상이라는 것을 발견하게 한다.
본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라, 도 4D는 대표적인 돌출부(140)를 도시하는데, 상기 돌출부는 하나 이상의 받침 부분(feet, 198) 및 상기 받침 부분 안의 하나 이상의 공간(199)을 추가로 포함한다. 일반적으로 하나 이상의 공간(199)은 기판(도시되지 않음)에서 클램핑 판(115)으로 열 전도를 위한 경로를 감소시킴으로써 클램핑 판(115)으로의 열 전도 경로를 감소시킨다. 당업자에 의해 이해되는 것처럼, 상기 돌출부를 통한 열 전도는 하나 이상의 받침 부분(198)을 통해 전달하도록 일반적으로 제한된다.
도 2B를 다시 보면, 본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라, 클램핑 판(115)의 중심 부분(120), 주변 부분(122) 및 중간 부분(124)과 관련된 다수의 돌출부(140)는 일반적으로, 클램핑 판의 상부 표면(117)에서 등온선의 개스켓(135)의 바닥 표면(139) 뿐만 아니라, 기판(105)의 바닥 표면(107) 및 가드 링(110)의 바닥 표면(112)까지 도 3의 제 1의 거리(D1)로 유지될 수 있고, 다수의 골(145)내의 가스의 흐름(도시되지 않음)을 일반적으로 허용하게 할 수 있는데, 상기 가스-냉각 클램프는 기판과 가드 링에서 냉각 가스의 자유 분자운동 영역(도시되지 않음)의 열 전도를 통해 클램핑 판으로 열을 전달하게 할 수 있다. 예를 들어, 자유 분자운동 영역에서 열 전도를 허용하기 위하여, 제 1의 거리(D1)는 일반적으로 5 마이크론 이하이다. 바람직하게, 클램핑 판(115)의 상부 표면(117)에서 상기 기판(105)과 가드 링(110)의 바닥 표면(107, 112)까지의 제 1의 거리(D1)는 각각 대략 1 마이크론 이하이다.
일반적으로, 두개의 바디(body) 사이의 거리의 전역에 냉각 가스 열 전달 효율(HTC)의 반응은 세개의 동작 영역중 하나에서 시작되는데, 세개의 동작 영역은: 점성 영역(viscous regime), 자유 분자운동 영역(free molecular regime), 및 전이 영역(transition regime)이 있다. 점성 영역에서, 열 전달 효율(HTC)은 갭 거리와 냉각 가스의 열 전달 효율의 함수이지만, 일반적으로 냉각 가스 압력(이하에서 후방 가스 압력으로 참조됨)에 독립한다. 자유 분자운동 영역에서, 상기 HTC는 후방 가스 압력과 냉각 가스의 분자량의 함수이지만, 갭 거리에 독립한다. 자유 분자운동 영역은 몇 마이크론(예를 들어 약 3내지 5마이크론)보다 작은 거리(예를 들어, 제 1의 거리(D1))로 대체로 설정된다. 더군다나, 전이 영역은 점성 영역과 분자운동 영역 사이의 평탄한 인터폴레이션(smooth interpolation)을 특징으로 한다.
본 발명에 의해 한정되는 것처럼, 자유 분자운동 영역의 가스를 통한 열의 전도는 몇몇 독특한 이점을 제공한다. 예를 들어, 냉각 가스의 평균 자유 경로(mean free path)와 비슷하게 갭(예를 들어, 거리(D1))을 유지시킴으로써, 웨이퍼 전역의 냉각은 갭 거리에 대체로 영향받지 않고 대신 후방 압력의 우선 함수이기 때문에, 웨이퍼의 전역에 공간적으로 냉각의 균일성을 야기시킨다. 게다가, 갭 거리가 작기 때문에, 그것과 관련된 부피 또한 작으므로, 후방 압력을 변경시킴으로써 웨이퍼의 냉각을 극단적으로 빨리 실행시킬 것이다. 따라서, 본 발명은 스파이크 어닐 온도가 도달되자마자 웨이퍼를 재빨리 냉각시킨다.
도 5는 1과 2마이크론의 제 1의 거리(D1)에서 질소를 위한 후방 가스 압력에 대한 HTC의 반응을 도시하는 그래프이다. HTC가 후방 가스 압력의 주된 함수인 자유 분자운동 영역은 본 예에서, 제 1의 거리(D1)가 1마이크론일 때, 또는 제 1 거리(D1)가 냉각 가스의 평균 자유 경로(MFP)보다 작을 때, 0에서 약 250토르의 범위에서 가스 압력을 위해 보여진다. HTC가 제 1의 거리(D1)의 우선 함수인 점성 영역은 대략 250 토르보다 더 크거나, 제 1의 거리(D1)가 냉각 가스(본 도면에 도시되지 않음)의 평균 자유 경로(MFP)보다 더 클 때, 후방 가스 압력을 위해 보여진다. 이런 두 영역 사이에, 전이 영역이 보여진다.
도 5는 자유 분자운동 영역에서, 냉각 가스 HTC가 후방 가스 압력을 조절함으로써 우선 조절될 수 있지만 제 1의 거리(D1)가 고 압력의 HTC에서 여전히 역할을 하는 것을 추가 도시한다. 예를 들어, 1 마이크론과 비교되는 2 마이크론의 제 1의 거리(D1)에 있어서, 냉각 가스의 열 전도율은 자유 분자운동 영역에서 대략 250내지 275토르에서 점성 영역으로 전이하기 시작한다. 그러므로, 제 1의 거리(D1)의 균일성은 대기 압력에서 대체로 진공 압력으로 압력을 변경시킬 때(예를 들어, 20 토르 이하), 여전히 관계가 있다. 그러나, 대기 압력과 약 250토르 사이에서 압력을 조절함으로써 HTC는 갭 거리의 약간의 변화에 독립하는 후방 압력에 의해 우선 조절될 수 있다. 그러므로, 웨이퍼 전역의 냉각 균일성이 유지된다.
도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라, 클램핑 판(115)은 하나 이상의 가스 분산 홈(gas distribution grooves, 150)을 포함하는데, 상기 가스 분산 홈은 냉각 가스(도시되지 않음)를 그것을 통해 흐르게 하기에 적합하고, 냉각 가스의 압력(후방 압력)에 대한 조절이 재빨리 얻어질 수 있다. 도 7A에 도시된 것처럼, 가스 분산 홈(150)은 일반적으로 클램핑 판(115)으로 제 3의 거리(D3)만큼 연장하는데, 각각의 가스 분산 홈은 클램핑 판의 적어도 중심 부분(120)과 관련된 도 3의 다수의 골(145) 중 적어도 하나를 가로지른다(intersect). 제 3의 거리(D3)는 예를 들어, 대략 100 마이크론보다 작은데, 가스 분산 홈(150)내의 냉각 가스의 흐름은 점성 영역으로 흐른다. 더군다나, (골 145와 비교해)가스 분산 홈의 상당히 큰 제 3의 거리(D3)는 일반적으로 클램핑 판(115)으로부터 냉각 가스를 펌핑하기 위해 고속 응답 시간을 허용한다.
가스 분산 홈(150)은 클램핑 판(115)의 상부 표면(117)과 일반적으로 동일 평면상의 폭(W)을 추가 특징으로 한다. 가스 분산 홈(150)의 폭(W)은 상기 기술된 것과 유사한 이유로, 열 전도가 상기 기판의 바닥 표면(107)의 전역에 대체로 균일하도록, 클램핑 판(115)위에 있는 기판(105)의 두께(도시되지 않음) 또는 100 마이크론 이하인 것이 바람직하다. 또다른 대표적인 관점에 따라, 각각의 가스 분산 홈(150)의 폭은 대략 제 3의 거리(D3)와 대략 동일하다.
(예를 들어, 상기 돌출부들(140) 사이의 골(145)과 비교되는)대체로 큰 가스 분산 홈(150)을 갖음으로써, 그들을 통한 가스 흐름은 소정의 압력을 위한 자유 분자운동 영역에서의 유속(flow rate)보다 50배 더 큰 점성 영역에 있다. 가스 분산 홈(150)을 통한 냉각 가스의 빠른 유속(fast flow rate)은 기판의 냉각을 위해 빠른 작동(turn-on)을 용이하게 한다. 그럼에도 불구하고, 상기 홈들의 총 표면 영역은 골(145)에서 웨이퍼에 대한 가스 접촉 영역과 비교하여 매우 작다. 이 점에서, 도 7A는 일정한 비례로 확대하여 그려지지 않고(도시를 목적으로 제공된 대신), 오히려 홈(150)사이의 골(145)의 수가 매우 실제적이다. 예를 들어, 약 1cm 이하의 홈 분산(151), 및 약 10 마이크론 이하의 직경을 갖는 돌출부(140)에 있어서, 대략 90개 또는 그 이상의 돌출부가 상기 홈들 사이에 존재할 것이다. 또다른 예에 따라, 도 4D에 도시된 공간(199)은 일반적으로 냉각 가스를 돌출부(140)를 통해 흐르게 하여, 기판(도시되지 않음)의 냉각의 빠른 작동을 추가로 용이하게 한다.
따라서, 다수의 가스 분산 홈(150)이 제공되는데, 상기 다수의 가스 분산 홈들은 클램핑 판(115)으로부터 냉각 가스를 펌핑하기 위해 응답 시간을 상당히 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 것처럼, 다수의 가스 분산 홈(150)은 클램핑 판(115)의 중심(152)으로부터 외부로 방출할 것인데, 상기 다수의 가스 분산 홈은 클램핑 판의 상부 표면(117)위의 소정의 위치가 다수의 가스 분산 홈들 중 적어도 하나로부터 약 5mm내에 있도록, 패턴된다. 바람직하게, 상기 홈들 사이의 거리(151)는 약 1cm이하이다. 다수의 가스 분산 홈(150)이 반지름으로 연장하는 홈처럼 도시되었지만, 홈들이 다양한 방법, 및 다양한 수로 구성될 수 있고, 이러한 변형들이 본 발명의 관점에서 벗어남 없이 예상될 수 있다는 것을 이해하게 될 것이다. 더군다나, 도 7B의 예에서 도시된 것처럼, 홈(150)의 깊이(D3)는 다양한 돌출부(140) 사이의 거리(D2)에서와 대략 동일하다.
도 8A와 8B를 참조하면, 클램프를 통한 냉각 가스 흐름의 예가 도시된다. 도 8A와 8B의 냉각 가스(153)는 예를 들어, 산소, 수소, 헬륨, 아르곤 및 질소와 같은 하나 이상의 대체로 열적으로 전도성의 가스를 포함하는데, 상기 냉각 가스는 일반적으로 도 1의 가스-냉각 클램프(100)를 담고있는 공정 챔버(도시되지 않음)와 같은 환경(environment, 155)에 공급된다. 그러므로, 냉각 가스(153)는 가스-냉각 클램프(100)를 통해 환경(155)으로부터(예를 들어, 공정 챔버(도시되지 않음)내로부터) 펌프되어, 적당한 펌프(도시되지 않음)로 나간다.
본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라서, 도 1의 가스-냉각 클램프(100)는 상부 표면(제 9의 표면, 162) 및 반대로 배치된 바닥 표면(제 10의 표면, 164)을 갖는 베이스 판(160)을 추가로 포함하는데, 상기 베이스 판의 상부 표면은 일반적으로 지지 판(130)의 바닥 표면(134)에 대향한다. 본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라, 클램핑 판(115)의 중심 부분(120), 주변 부분(122) 및 중간 부분(124)은 클램핑 판이 기판(105)의 평편함에 합치될 수 있도록, 베이스 판(160)과 관련하여 독립적으로 수직 이동될 수 있다. 예를 들어, 도 2A에 도시된 것처럼, 하나 이상의 오-링(165)은 각각 클램핑 판(115)의 중심 부분(120), 주변 부분(122) 및 중간 부분(124)과 관련된다. 하나 이상의 오-링(165)은 지지 판(130)의 바닥 표면(134) 및 베이스 판(160)의 상부 표면(162)과 추가로 관련된다. 예를 들어, 상기 하나 이상의 오-링(165)은 일반적으로 탄력적이어서(compliant), 클램핑 판(115)의 중심 부분(120), 주변 부분(122) 및 중간 부분(124)이 하나 이상의 오-링의 탄력성(compliance)에 따라 개별적으로 수직 이동될 수 있다. 클램핑 판(115)의 중심 부분(120), 주변 부분(122) 및 중간 부분(124)을 개별적으로 수직 이동시키면, 당업자에 의해 이해되는 것처럼, 클램핑 판을 기판(105)의 표면 평편함(도시되지 않음)에 참조하게 한다.
도 1을 다시 보면, 베이스 판(160)은 하나 이상의 제 1의 유체 도관(168)을 추가로 포함하는데, 상기 하나 이상의 제 1의 유체 도관은 물과 같은 냉각 유체(도시되지 않음)를 베이스 판의 바닥 표면(164)과 지지 판(130)의 바닥 표면(134) 사이에 흐르게 할 수 있다. 그것에 의하여 냉각 유체(도시되지 않음)는 베이스 판(160)과 지지 판(130)을 열적으로 결합한다. 더군다나, 베이스 판(160)은 예를 들어, 금속과 같은 양호한 열 전도율을 제공하는 금속으로 구성된다. 베이스 판(160)을 위해 활용될 바람직한 금속은 알루미늄, 구리, 또는 양호한 열 전도율을 갖는 다른 금속 합금을 포함한다. 본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라, 일반적으로 하나 이상의 오-링(165)은 당업자에 의해 이해되는 것처럼, 냉각 가스와 접촉하는 것으로부터 냉각 유체(도시되지 않음)를 고립시킨다.
도 1은 본 발명의 또다른 대표적인 관점을 추가로 도시하는데, 상기 가스-냉각 클램프(100)는 확산 판(170)을 추가로 포함한다. 상기 확산 판(170)은 상부 표면(제 11의 표면, 172)과 반대로 배치된 바닥 표면(제 12의 표면, 173)을 포함하는데, 상기 확산 판의 상부 표면은 베이스 판(160)의 바닥 표면(164)으로부터 제 4의 거리(D4)만큼 떨어져 있다. 확산 판(170)은 예를 들어, 하나 이상의 제 2의 유체 도관(175)을 추가로 포함하는데, 상기 하나 이상의 제 2의 유체 도관은 일반적으로 베이스 판(160)의 바닥 표면(164)을 향해 냉각 유체(도시되지 않음)의 흐름을 향하게 할 수 있어, 당업자에 의해 알게 되는 것처럼, 그것들 위에 영향을 주고 베이스 판(160)을 냉각시킨다.
도 8A와 8B를 다시 참조하면, 본 발명의 또다른 대표적인 관점이 도시되는데, 가스 도관(178)이 제공되고, 가스 도관은 다수의 골(145) 중 적어도 하나에 활동적으로 결합된다. 예를 들어, 가스 도관(178)은 주변 가스 분산 홈(154)과 같은, 가스 분산 홈(150)들 중 하나에 결합되는데, 상기 가스 도관은 진공의 애플리케이션을 다수의 골(145)에 허용시키기 위해 진공 펌프(도시되지 않음)에 활동적으로 결합된다. 가스 도관(178)은 높은 유속이 가스 도관을 통해 달성될 수 있도록 크기조절된다. 예를 들어, 도 8B는 클램핑 판(115)의 중심 부분(120), 주변 부분(122) 및 중간 부분(124)에 상호연결할 수 있는 반지름의 가스 도관(179)을 도시하는데, 상기 냉각 가스는 지지 판(130)을 통해 흐를 수 있고, 다수의 반지름의 가스 도관은 일반적으로 냉각 가스의 고도의 흐름을 허용한다.
도 1을 다시 참조하면, 본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라, 다수의 리프트 핀(lift pin, 180)은 클램핑 판(115)에 활동적으로 결합되는데, 다수의 리프트 핀(180)은 클램핑 판(115)에 근접한 공정 위치(processing position, 181)와 클램핑 판(115)위의 로딩 위치(도시되지 않음) 사이(예를 들어, 클램핑 판위의 대략 1내지 2mm)에서 기판(105)을 수직으로 이동시킬 수 있다. 예를 들어, 세개의 리프트 핀(180)은 로딩 위치(도시되지 않음)와 공정 위치(181) 사이에 기판(105)을 이동시키기 위해 클램핑 판(115)에 활동적으로 결합된다. 도 9는 도 1의 가스-냉각 클램프(100)에 대해 확대한 부분(182)을 도시하는데, 대표적인 리프팅 핀(180)의 부분적 단면도가 도시된다. 다수의 리프트 핀(180)은 예를 들어, 다수의 공기압으로-작동되는 핀(pneumatically-actuated pin, 184)을 포함하는데, 상기 다수의 공기압으로-작동되는 핀들은 작동 압력(도시되지 않음)이 다수의 리프트 핀(180)과 관련된 작동기(186)에 유도될 때, 클램핑 판(115)과 관련하여 선형 이동될 수 있다. 예를 들어, 상기 핀(184)은 로딩 위치(도시되지 않음)에 놓여졌을 때 클램핑 판(115)으로부터 수직으로 연장시킬 수 있는데, 핀의 꼭대기(tip, 188)는 기판(105)을 접촉 및 지지하게 할 수 있다. 상기 핀들(184)은 도 1에 도시된 것처럼, 클램핑 판(115)의 제 3의 표면(117)과 접촉하게 기판(105)을 놓을 수 있는데, 상기 핀들(184)의 각각의 꼭대기(188)는 클램핑 판(115)의 제 3의 표면(117)보다 아래로 이동한다.
상기 핀들(184)은 예를 들어, 석영, 탄화 규소, 또는 세라믹 물질로 구성되는데, 열처리 공정 동안 상기 핀들로부터의 기판(105)의 오염이 최소화된다. 더군다나, 상기 핀들(184)은 핀이 공정 위치내에 있을 때, 가스-냉각 클램프(100)내의 핀에 의해 차지되는 부피(volume, V1)를 상당히 제한할 일반적으로 작은 직경(예를 들어, 1또는 2mm)을 갖는다. 공정 위치에서, 핀(184)에 의해 차지되는 부피(V1)를 최소화시키면 이로운데, 상기 후방 압력은 당업자에 의해 이해되는 것처럼, 재빨리 변경될 수 있다.
도 1에 도시된 것처럼, 본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라, 가스-냉각 클램프(100)는 기판(105)과 관련된 위치(192)에서 하나 이상의 온도(T)를 측정하게 할 수 있는 온도 감지기(190)를 추가로 포함한다. 도 10은 도 1의 가스-냉각 클램프(100)에 대해 확대한 부분(193)을 도시하는데, 대표적인 온도 감지기(190)의 부분적 단면도가 도시된다. 예를 들어, 온도 감지기(190)는 고온계를 포함하는데, 상기 고온계는 클램핑 판(115)의 제 3의 표면(117)내의 개구(194)를 통해 기판(105)의 온도(T)를 측정한다. 상기 온도 감지기(190)는 예를 들어, 최소의 부피 공동(volume cavity, 195)을 갖는 고온계를 포함할 수 있는데, 상기 고온계가 기판(105)의 온도(T)를 측정하는 개구(194)는 작다. 개구의 부피를 최소화시키면 이로운데, 상기 후방 압력은 당업자에 의해 이해되는 것처럼 재빨리 변경될 수 있다. 대안으로, 온도 감지기(190)는 광섬유 로드(fiber optic rod)가 최소의 부피 공동을 차지하도록, 클램핑 판(115)으로 삽입되는 광섬유 로드(도시되지 않음)를 추가로 활용할 수 있는 광 고온계를 포함할 것이다.
도 11A를 참조하면, 가스-냉각 클램프(100)의 블록도 및 관련 시스템(200)이 도시되는데, 가스-냉각 클램프는 하나 이상의 밸브(205)를 추가로 포함한다. 상기 하나 이상의 밸브(205)는 선택적으로 하나 이상의 진공 펌프(210)가 다양한 모드로 가스-냉각 클램프(100)를 통해 냉각 가스(215)를 펌프하게 허용한다. 하나 이상의 밸브(205)는 예를 들어, 고속-작동 솔레노이드 밸브(solenoid valve) 또는 파핏 밸브(poppet valve)와 같은 하나 이상의 자동 밸브(예를 들어, 밸브 205A)를 포함하는데, 하나의 예에서, 상기 하나 이상의 자동 밸브는 약 20ms 이하의 응답 시간을 갖는다. 이러한 고속 응답 시간은 가스-냉각 클램프(100)에 가해진 진공이 재빨리 가해질 수 있기 때문에, 이롭다.
본 발명의 또다른 대표적인 관점에 따라, 가스-냉각 클램프를 조절하기 위한 시스템(200)은 하나 이상의 진공 펌프(210A 내지 210B), 가스 공급기(225) 및 하나 이상의 밸브(205A내지 205C)에 활동적으로 결합되는 조절기(220)를 포함한다. 가스-냉각 클램프(100)에 가해진 진공을 조절하면, 냉각 가스를 통해 열 전도의 량을 이롭게 조절한다. 예를 들어, 약 250 토르 이하의 저 압력 및 약 5 마이크론 이하의 갭 거리에서, HTC는 압력에 의해 우선 명령된다. 그러므로, 후방 압력을 조절하는 밸브(205A)는 가스-냉각 클램프를 (예를 들어, 냉각 조건에서)재빨리 변경시킨다. 그러므로, 조절기(220)는 도 11B의 표에 도시된 것처럼, 하나 이상의 자동 밸브(205)를 조절함으로써 기판(105)과 가스-냉각 클램프(100) 사이의 압력을 조절시킬 수 있다.
본 발명은 또한 반도체 기판을 열적으로 처리하기 위한 방법에 관한 것이다. 대표적인 방법이 일련의 활동 또는 사건으로써 이 안에 도시 및 기술되었지만, 본 발명이 이런 도시된 순서의 활동 또는 사건에 의해 제한된 것이 아니고, 일부 단계가 본 발명에 따라 이 안에 도시되고 기술된 것 외의 다른 단계와 함께 다른 순서로 및/또는 동시에 발생할 수 있다는 것을 알게 될 것이다. 게다가, 모든 도시되지 않은 단계가 본 발명에 따라 방법론적으로 구현되도록 요구될 것이다. 더욱이, 본 발명은 도시되지 않은 다른 시스템에 따를 뿐만 아니라 이 안에 도시되고 기술된 상기 시스템에 따라 구현될 수 있다는 것을 이해하게 될 것이다.
초기에, 본 발명의 방법(300)은 도 12의 대표적인 시스템(400)에 관련하여 기술될 수 있다. 상기 시스템(400)은 문서내에 기술된 것과 유사한 가스-냉각 클램프(400)위에 선택적으로 존재하는 기판(402)을 포함한다. 상기 기판(402)은 또한 열 소스(406)에 근접한다. 적당한 압력(예를 들어, 0.1 토르<P<100 토르)을 위해 자유 분자 영역에서 가스 전도를 허용하는 상기 기판(402)과 클램프(404) 사이의 거리(408)는 작다(예를 들어, 약 1um). 열 소스(406)와 기판(402) 사이의 거리(410)는 상대적으로 크고(예를 들어, 약 1mm이상), 기판의 가열은 상대적으로 높은 압력(예를 들어, 약 1 기압)에서 발생한다. 따라서, 후방 압력(도 11A와 11B에 따라 상기 기술된 것처럼)을 조절함으로써, 상기 시스템(400)은 이로운 방식으로 가열에서 냉각으로 재빨리 전이할 수 있다.
도 13은 반도체 기판을 냉각시키는 대표적인 방법(300)을 도시한다. 단계(305)에서, 기판은 리프트 핀이 로딩 위치에 있을 때 다수의 리프트 핀위에 놓이게 된다. 예를 들어, 다수의 핀은 다수의 핀이 로딩 위치에 있을 때 클램핑 판의 표면으로부터 일반적으로 연장한다. 본 발명의 하나의 대표적인 관점에 따라서, 다수의 핀은 홀더(holder)가 로딩 위치에 있을 때 클램핑 판의 상부 표면으로부터 최소 거리(예를 들어, 1mm 이하)만큼 연장한다. 그 후, 상기 핀은 단계(310)에서 하강하게 되는데, 상기 기판은 상기 클램핑 판의 상부 표면으로부터 연장하는 다수의 돌출부위에 남아있게 허용되고, 가드 링은 일반적으로 클램핑 판위의 기판의 주변 둘레에 존재한다. 본 발명의 하나의 대표적인 관점에 따라서, 다수의 돌출부는 10 마이크론 이하의 거리(예를 들어, 약 1마이크론)처럼, 클램핑 판의 표면으로부터의 제 1의 거리만큼 연장한다.
진공 또는 매우 낮은 후방 압력(예를 들어, 약 0.1 토르)은 단계(315)에서 클램핑 판에 가해지는데, 상기 기판과 가드 링 및 클램핑 판 사이의 후방 압력은 상기 기판과 가드 링이 클램핑 판에 대체로 클램핑되도록 얻어진다. 더군다나 단계(315)에서 가해진 진공은 냉각 가스를 다수의 돌출부에 의해 한정된 다수의 골로 가져오는데, 상기 냉각 가스는 일반적으로 제 1 압력으로 유지된다. 단계(320)에서, 상기 기판이 가열되는데, 상기 기판으로부터의 열이 제 1 압력으로 냉각 가스를 통해 상당히 전달되지 않는다. 단계(325)에서, 클램핑 판은 클램핑 판과 관련된 지지 판위로 냉각 유체를 흘림으로써 냉각된다. 단계(330)에서, 펌프는 일반적으로 제 2의 후방 압력(예를 들어, 약 100 토르)을 가하는데, 상기 제 2의 압력은 일반적으로 분자운동 영역에 냉각 가스를 유지시킨다. 이러한 압력은 예를 들어, 도 11A의 밸브(205A)를 폐쇄시킴으로써 얻어질 수 있다. 단계(335)에서, 상기 기판은 분자운동 영역에서 클램핑 판에 열을 전달함으로써 냉각된다.
본 발명의 하나의 대표적인 관점에 따라서, 단계(340)에서, 기판위의 하나 이상의 위치와 관련된 온도가 측정된다. 단계(345)에서 얻어진 결정은 상기 공정이 바람직한 시간 프레임에서 냉각되지 않도록 한다면, 예를 들어, 제 2 압력은 측정된 온도에 따라 변경될 수 있다. 공정은 단계(350)에서 계속되는데, 상기 진공이 중지되거나 감소되고, 상기 진공이 방출되어, 기판의 냉각을 대체로 중지시킨다. 상기 방법은 단계(355)에서 끝나는데, 리프팅 핀은 로딩 위치로 상승되고, 상기 기판은 클램핑 판의 제 3의 표면으로부터 리프트된다.
본 발명이 특정 바람직한 실시예 또는 실시예들과 관련하여 도시되고 기술되었지만, 당업자에게 등가의 변경물 및 변형이 이 명세서 및 보정된 도면을 판독 및 이해함에 따라 발생할 수 있다는 것이 명백하다. 특히, 상기 기술된 컴포넌트(어셈블리, 장치, 회로등)에 의해 수행된 다양한 기능과 관련하여, 이러한 컴포넌트들을 기술하기 위해 사용된 ("수단"에 대한 참조문을 포함하는) 용어들은 비록 본 발명의 문서내에 도시된 대표적인 실시예의 기능을 수행하는 기술된 구조와 구조적으로 등가물이 아니지만, 나타내지지 않았다면 기술된 컴포넌트의 특정 기능을 수행하는(즉, 기능적으로 등가물인) 소정의 컴포넌트에 상응하도록 의도된다. 게다가, 본 발명의 특정 특징이 몇몇 실시예들 중 단 하나와 관련하여 기술되었지만, 이러한 특징은 다른 실시예의 하나 이상의 다른 특정들과 결합될 수 있는데, 이로 인해 소정의 또는 특정 애플리케이션을 위해 바람직하고 이로울 것이다.

Claims (33)

  1. 클램프 위에 존재하는 기판을 냉각시키기 위한 가스-냉각 클램프에 있어서,
    클램프의 상부 표면위에 다수의 돌출부를 갖고, 상기 돌출부 사이의 다수 갭 및 상기 기판이 상기 클램프 위에 존재할 때 상기 돌출부내에 존재하는 냉각 가스의 평균 자유 경로와 관련된 갭 거리를 한정하는 클램핑 판; 및
    제 1 압력과 제 2 압력 사이에서 상기 다수의 갭내의 상기 냉각 가스의 후방 압력을 조절할 수 있는 압력 조절 시스템을 포함하는데,
    상기 냉각 가스의 열 전달 효율은 상기 제 1 및 제 2 압력 사이에서 압력의 우선 함수인 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 갭 거리는 상기 냉각 가스의 평균 자유 경로와 대략 동일하거나 작은 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉각 가스의 후방 압력은 자유 분자운동 영역의 상기 냉각 가스를 통해 상기 클램핑 판과 상기 기판 사이의 열 전도를 생성시키도록 소정의 범위내에 유지되는데, 상기 냉각 가스의 열 전달 효율은 상기 압력의 우선 함수이고 상기 갭 거리에 대체로 독립인 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 클램핑 판은 클램핑 판의 상부 표면위에 형성되는 하나 이상의 가스 분산 홈을 포함하는데, 각각은 하나 이상의 다수의 갭을 가로지르고, 상기 하나 이상의 가스 분산 홈은 상기 홈을 통해 흐르는 냉각 가스가 점성 영역에 발생하도록, 상기 갭보다 대체로 더 커, 그 때문에, 상기 기판의 냉각을 재빨리 초기화시키는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  5. 제 1 항에 있어서,
    웨이퍼 표면 영역에 대한 상기 다수의 돌출부의 접촉 영역의 비율은 약 0.2 이상인 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 돌출부는 다수의 레일을 포함하는데, 상기 레일은 상기 레일을 지지하는 다수의 받침 부분 구조 및 상기 받침 부분을 통해 다수의 공간을 한정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 클램핑 판은:
    상기 기판이 존재하는 중심 부분;
    주변 부분; 및
    상기 중심 부분과 상기 주변 부분 사이에 배치된 중간 부분을 추가로 포함하는데, 상기 중간 부분은 상기 기판의 부분과 관련되는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판이 상기 클램핑 판의 중심 부분위에 존재할 때, 상기 기판을 둘러싸고 상기 기판과 대체로 평면인 가드링을 추가로 포함하는데, 상기 가드링은 상기 클램핑 판의 주변 부분을 덮고, 상기 가드링은 에지 효과로 인해 상기 기판에 열의 비-균일성을 최소화시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 클램핑 판의 주변 부분을 덮는 등온선의 개스켓을 추가로 포함하는데, 상기 가드 링과 상기 기판 사이에 균일한 열 전달을 용이하게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 클램핑 판의 기초가 되고 상기 클램핑 판에 열적으로 결합되는 지지 판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 지지 판의 기초가 되는 베이스 판을 추가로 포함하는데, 상기 베이스 판은 냉각 유체를 상기 베이스 판과 상기 지지 판 사이에서 일반적으로 흐르게 할 수 있는 하나 이상의 제 1의 유체 도관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 베이스 판의 기초가 되고 상기 베이스 판으로부터 떨어져 있는 확산 판을 추가로 포함하는데, 상기 확산 판은 상기 냉각 유체의 흐름을 일반적으로 상기 베이스 판을 향하게 할 수 있는 하나 이상의 제 2의 유체 도관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 클램핑 판은 상기 지지 판에 대향하는 바닥 표면과 관련된 하나 이상의 오-링을 추가로 포함하고, 상기 오-링은 상기 클램핑 판의 수직 이동을 허용할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  14. 제 7 항에 있어서,
    상기 중심 부분, 주변 부분, 및 중간 부분은 상기 클램핑 판의 개별 부분이고, 상기 중심 부분, 주변 부분, 및 중간 부분을 독립적으로 수직 이동하게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  15. 클램프 위의 기판을 선택적으로 냉각시키기 위한 가스-냉각 클램프로서,
    상기 기판의 직경 보다 더 큰 내부 직경을 갖는 가드 링;
    상기 클램프 위의 상기 기판을 지지하기 위한 상부 표면을 갖는 클램핑 판을 포함하는, 클램프 위의 기판을 선택적으로 냉각시키기 위한 가스-냉각 클램프에 있어서,
    상기 클램핑 판은:
    상기 기판을 지지하는 중심 부분;
    상기 가드 링을 지지하는 주변 부분;
    상기 기판의 주변 에지 부분과 상기 가드 링의 내부 직경 부분을 지지하며, 상기 중심 부분과 상기 주변 부분 사이에 배치되는 중간 부분; 및
    상기 돌출부 사이의 다수의 갭 및 존재할 때의 갭 거리를 한정하며, 상기 클램핑 판의 중심 부분의 적어도 상부 표면과 관련되는 다수의 돌출부, 여기서, 상기 갭 거리는 내부에 존재하는 냉각 가스의 평균 자유 경로와 관련되며; 및
    제 1 압력과 제 2 압력 사이의 상기 다수의 갭내의 냉각 가스의 후방 압력을 조절할 수 있는 압력 조절 시스템을 포함하는데, 상기 냉각 가스의 열 전달 효율은 상기 제 1 및 제 2 압력 사이의 압력의 우선 함수인 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 갭 거리는 상기 냉각 가스의 평균 자유 경로와 대략 동일하거나 작은 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 냉각 가스의 후방 압력은 자유 분자운동 영역의 상기 냉각 가스를 통해 상기 클램핑 판과 상기 기판 사이의 열 전도를 생성시키도록 소정의 범위내에 유지되는데, 상기 냉각 가스의 열 전달 효율은 상기 압력의 우선 함수이고 상기 갭 거리에 대체로 독립인 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 클램핑 판은 클램핑 판의 상부 표면위에 형성되는 하나 이상의 가스 분산 홈을 포함하는데, 각각은 하나 이상의 다수의 갭을 가로지르고, 상기 하나 이상의 가스 분산 홈은 상기 홈을 통해 흐르는 냉각 가스가 점성 영역에 발생하도록, 상기 갭보다 대체로 더 커서, 그 때문에, 상기 기판의 냉각을 재빨리 초기화시키는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  19. 제 15 항에 있어서,
    웨이퍼 표면 영역에 대한 상기 다수의 돌출부의 접촉 영역의 비율은 약 0.2 이상인 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 다수의 돌출부는 다수의 레일을 포함하는데, 상기 레일은 상기 레일을 지지하는 다수의 받침 부분 구조 및 상기 받침 부분을 통해 다수의 공간을 한정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  21. 제 15 항에 있어서,
    상기 클램핑 판의 상기 중간 부분을 덮는 등온선의 개스켓을 추가로 포함하는데, 상기 가드 링과 상기 기판 사이의 균일한 열 전달을 용이하게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  22. 제 15 항에 있어서,
    상기 클램핑 판의 기초가 되고 상기 클램핑 판에 열적으로 결합되는 지지 판을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 지지 판의 기초가 되는 베이스 판을 추가로 포함하는데, 상기 베이스 판은 냉각 유체를 상기 베이스 판과 상기 지지 판 사이에서 일반적으로 흐르게 할 수 있는 하나 이상의 제 1의 유체 도관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 베이스 판의 기초가 되고 상기 베이스 판으로부터 떨어져 있는 확산 판을 추가로 포함하는데, 상기 확산 판은 상기 냉각 유체의 흐름을 일반적으로 상기 베이스 판을 향하게 할 수 있는 하나 이상의 제 2의 유체 도관을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  25. 제 15 항에 있어서,
    상기 클램핑 판은 상기 지지 판에 대향하는 바닥 표면과 관련된 하나 이상의 오-링을 추가로 포함하고, 상기 오-링은 상기 클램핑 판의 수직 이동을 허용할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  26. 제 15 항에 있어서,
    상기 중심 부분, 주변 부분, 및 중간 부분은 상기 클램핑 판의 개별 부분이고, 상기 중심 부분, 주변 부분, 및 중간 부분을 독립적으로 수직 이동하게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  27. 제 15 항에 있어서,
    상기 다수의 돌출부는 그위에 형성되는 보호 층을 갖는 미세-전자 기계 구조의 배열을 추가로 포함하는데, 상기 보호 층은 상기 기판과 관련된 코너를 둥글게 만드는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  28. 상기 15 항에 있어서,
    상기 압력 조절 시스템과 상기 다수의 갭들 중 적어도 하나의 사이에 유동적으로 결합된 가스 도관을 추가로 포함하는데, 상기 가스 도관은 상기 압력 조절 시스템에 응하여 상기 다수의 갭내에 상기 냉각 가스의 후방 압력의 범위를 허용하게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 가스-냉각 클램프.
  29. 기판을 냉각시키는 방법에 있어서,
    기판과 관련된 돌출부를 갖는 표면 위에 상기 기판을 두는 단계; 여기서 상기 돌출부는 그들 사이의 갭을 한정하고 상기 갭내의 냉각 가스의 평균 자유 경로와 관련된 상기 기판과 상기 표면 사이의 갭 거리를 갖으며; 및
    상기 갭내의 상기 냉각 가스의 압력을 조절하는 단계를 포함하는데, 상기 갭내의 상기 냉각 가스의 열 전달 효율은 압력의 우선 함수이고 상기 갭 거리에 대체로 독립인 것을 특징으로 하는 기판을 냉각시키는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서,
    상기 압력을 조절하는 방법은:
    제 1의 열 전달 효율을 얻기 위해 상기 갭내의 상기 냉각 가스의 제 1의 압력을 얻는 단계; 및
    상기 제 1의 열 전달 효율 보다 큰 제 2의 열 전달 효율을 얻기 위해 상기 갭내의 상기 제 1의 압력 보다 더 큰 상기 냉각 가스의 제 2의 압력을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 냉각시키는 방법.
  31. 제 30항에 있어서,
    상기 제 1의 압력은 약 0 토르이고, 상기 제 1의 열 전달 효율은 약 0이며, 상기 제 2의 압력은 약 100토르와 약 250 토르 사이인 것을 특징으로 하는 기판을 냉각시키는 방법.
  32. 제 29 항에 있어서,
    상기 기판이 존재하는 상기 표면은 하나 이상의 다수의 갭을 각각 교차하는 하나 이상의 가스 분산 홈을 추가로 포함하는데, 상기 하나 이상의 가스 분산 홈은 그것들을 통해 냉각 가스 흐름이 점성 영역내에서 발생할 수 있도록 상기 갭보다 대체로 더 크기 때문에, 상기 기판의 냉각을 재빨리 초기화시키는 것을 특징으로 하는 기판을 냉각시키는 방법.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 갭내의 압력을 조절하는 방법은 상기 하나 이상의 가스 분산 홈에 의하여 상기 갭을 통해 상기 냉각 가스를 흐르게 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판을 냉각시키는 방법.
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