KR20130103604A - 기판 열처리 기구 - Google Patents

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KR20130103604A
KR20130103604A KR1020137018628A KR20137018628A KR20130103604A KR 20130103604 A KR20130103604 A KR 20130103604A KR 1020137018628 A KR1020137018628 A KR 1020137018628A KR 20137018628 A KR20137018628 A KR 20137018628A KR 20130103604 A KR20130103604 A KR 20130103604A
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토시카즈 나카자와
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캐논 아네르바 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 고온에서도 열 팽창에 기인한 구성 부재들의 파손을 줄이고 높은 속도에서 균일하게 기판을 가열할 수 있는 기판 열처리 기구를 제공한다. 본 발명의 실시예는 기판에 열처리를 수행하기 위한 기판 열처리 기구이며, 기판을 지지할 수 있는 주변부 링(4); 연결 링(6); 주변부 링(4)을 승강 및 하강하는 부양 장치(20); 주변부 링(4)보다 낮은 열전도율를 갖는 볼들(12); 및 주변부 링(4)에 의해 지지되는 기판을 가열하기 위한 램프(11)를 포함한다. 볼들(12)은 주변부 링(4) 및 연결 링(6) 모두로부터 다른 부재들이다. 부양 장치(20)는 램프(11)에 근접한 제1 위치와 램프(11)와 떨어진 제2 위치 사이에서 주변부 링(4)을 승강 및 하강시킨다.

Description

기판 열처리 기구 {SUBSTRATE HEAT TREATMENT APPARATUS}
본 발명은 전자 장치 제조 공정들 및 그 유사 공정에 사용되는 기판 열처리 기구에 관한 것이다.
기판을 가열하는 일반적인 메커니즘에 따르면, 일본공개특허 제 7-254545호(이하, 참고문헌 1)은, 기판이 부양 장치(lifting device)와 일체로 된 지지핀들(supporting pins)에 의해 지지되고 가열 플레이트(plate)에 가까이 위치되어 가열되는 메커니즘을 제안한다. 참고문헌 1에 개시된 기술에서, 가열 플레이트는 진공 유닛의 상부 부분에 위치되고, 지지핀들을 포함하는 부양 장치는 가열 플레이트 아래에 제공된다. 기판을 가열하는 공정에서, 기판은 지지핀들 위에 놓여지고, 그러면 부양 장치는 지지핀들을 들어올리도록 수행되어 기판은 가열 플레이트에 가까이 위치되어 가열된다.
한편, 빠른 가열을 위한 다른 제안으로, 램프 히터(lamp heater)로 웨이퍼(wafer) 온도를 일정하게 얻기 위하여, 웨이퍼의 직경보다 약간 더 큰 직경을 갖는 링 모양의 부품(여기서, 가드 링(guard ring)으로 언급됨)이 웨이퍼의 주변부에 제공된다(일본공개특허 제 2000-58471호, 이하 참고문헌 2). 웨이퍼가 웨이퍼의 반대편에 위치된 램프에 의해 가열되면, 웨이퍼의 표면 온도는 일반적으로 웨이퍼 중심에서 가장 높고, 복사열(radiant heat)은 웨이퍼의 열을 외부(environment)로 나가게 하여, 온도는 외부 가장자리에서 낮다. 만약 주변부의 링이 제공되면, 웨이퍼의 외부 가장자리는 주변부 링과 일체로 결합되어 복사열은 줄어들 수 있다. 이는 웨이퍼 온도의 균일성을 증진시킬 수 있다.
종래 기술에서, 가드 링은 기구에서 미리 결정된 위치에 위치되고, 처리될 각 웨이퍼는 이송 메커니즘에 의해 이송된다. 웨이퍼 및 가드 링은 미리 결정된 위치적 관계를 갖고 위치되며, 그러면 램프 광은 웨이퍼를 가열하기 위해 조사된다. 처리된 웨이퍼는 유사한 방식으로 수행된다. 다양한 목적들에 따른 다중 위치들에서 웨이퍼들을 가열하기 위한 가열 공정의 경우, 예를 들어 주변부 링 및 웨이퍼 사이의 위치적 관계는 상기 구조에 위치들(조사되는 램프와 웨이퍼 사이의 거리가 변하는 위치) 사이에서 변한다. 주변부 링의 위치가 앞서 말한 상황을 피하기 위해 변화되면, 메커니즘은 복잡해질 것이며 신뢰도의 문제가 유발된다.
가열된 웨이퍼의 온도 균일성을 얻기 위해 사용되는 가드 링은 따라서 바람직하게 웨이퍼와 동일한 물질로 만들어진다. 그러나, 가드 링은 웨이퍼들과 달리 반복적으로 사용, 즉 가열된다. 따라서, 웨이퍼와 가까이에 열적 특성(특정 열 및 열전도율)을 가진 또 다른 내구성 물질이 가드 링을 위해 종종 선택된다.
그 이유 중 하나는, 기술적 제약 때문에 가드 링을 위한 강제적인 냉각 장치를 제공하는 것이 어렵기 때문이다. 특히 진공에서 처리하는 기구에 있어서, 냉각 장치의 부재는 가드 링의 원치 않는 온도 증가, 처리 전에 가드 링과 웨이퍼 사이에 온도 차이, 및 공정에 영향을 줄 수 있는 작업 시간의 변화를 유발한다. 가드 링은, 웨이퍼 온도의 균일성을 제공함 뿐 아니라 챔버의 하부 부분을 향해 이동하는 램프 광을 차단하는 것에 의해서 온도 증가 및 부품들의 손상들을 방지 또는 감소시키도록 설계된다.
참고문헌 1에 개시된 부양 장치를 포함하는 가열 기구에서 빠른 가열을 수행하기 위하여, 웨이퍼의 가장자리로부터 빠져나가는 열을 줄이는 것이 요구된다. 그러나, 참고문헌 1에 따른 가열 기구에 웨이퍼 주위로 참고문헌 2에 개시된 가드 링을 제공하는 것은 가드 링을 위아래로 움직이는 다른 메커니즘(부양 장치)을 요구한다. 다시 말해, 가드 링을 부양 장치의 축(shaft)과 연결하는 것이 요구된다.
가드 링이 웨이퍼를 지지하고 구동부(actuator) 또는 기타에 의해 위아래로 움직이는 상기의 메커니즘의 구현은 다음의 문제들을 포함한다.
첫번째 문제는 열 팽창(thermal expansion)의 문제이다. 가드 링은 예를 들어 웨이퍼가 있는 경우의 공정에서 열이 직접적으로 조사되어 500℃ 이상의 고온으로 가열된다. 가드 링은 보통 세라믹과 같이 부러지기 쉬운(brittle) 물질로 만들어지고, 가드 링을 위아래로 움직이는 부양 장치는 스테인리스와 같은 금속 물질로 만들어진다. 가드 링의 세라믹과 부양 장치의 금속 물질은 그들의 조합에 따라 대략 두 배에서 네 배의 열 팽창 계수의 차이를 갖는다. 따라서, 가드 링 및 고온에서 가열되는 부양 장치는 열에 기인한 팽창의 양에서 차이를 가진다. 가드 링이 부양 장치의 축과 견고하게 연결되면, 다른 양의 팽창에 기인한 부품들 간의 과도한 열적 스트레스 또는 방해가 가드 링 및 체결 부품들(스크류(screws))의 파손(breakage) 및 체결 부품들(금속)의 변형을 포함하는 결함들(defects)을 유발한다. 부품들이 파손되지 않더라도, 변형된 부품들은 서로에 대해 마찰되어(rub) 파티클(particles)을 생성한다.
두번째 문제는 가드 링의 결합 부분(joint part) 및 부양 장치의 축(shaft)을 통한 열 배출(escape)의 문제이다. 웨이퍼는 공정에서 고온으로 가열된다. 앞서 설명한 바와 같이, 가드 링은 챔버의 하부 부분을 향해 이동하는 램프 광을 차단하고, 부품들의 온도 증가를 방지하거나 감소시킨다. 이는 가드 링의 상부 부분과 하부 부분 사이의 큰 온도 차이를 유발한다. 이 온도 차이는 가드 링 및 축 사이의 열 전달을 증진시킨다. 이는 열이 축을 통해 가드 링으로부터 빠져나오는 것을 의미한다. 이러한 열의 배출은 웨이퍼 가열 공정에서의 손실이다. 게다가, 가드 링은 웨이퍼의 온도를 균일하게 만드는 역할을 가진다. 만약 가드 링의 결합 부분과 축으로부터 열이 빠져나가면, 가드 링의 평면 내(in-plane) 온도는 고르지 못하고, 그에 따라 웨이퍼는 고르지 못한 온도 분포를 가진다.
본 발명은 앞서 설명한 종래의 문제점들을 감안하여 만들어진 것으로, 그 목적은, 고온에서도 열 팽창에 기인한 구성 부재들의 손상이 감소된 고온에서 균일하게 기판을 가열할 수 있는 기판 열처리 기구를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 양태는 기판에 열처리를 수행하기 위한 기판 열처리 기구로서, 이는: 기판을 지지할 수 있는 기판 지지 플레이트; 기판 지지 플레이트를 고정하고 기판 지지 플레이트를 올리고 내리도록 구성된 부양 장치; 기판 지지 플레이트의 열전도율보다 낮은 열전도율를 갖고 기판 지지 플레이트 및 부양 장치을 연결하는 연결 부재; 및 중력 방향으로 기판 지지 플레이트 위에서부터 기판 지지 플레이트에 의해 지지되는 기판을 가열하는 가열 수단; 을 포함하며, 연결 부재는 기판 지지 플레이트 및 부양 장치 모두와 다른 부재이고, 부양 장치는 가열 수단과 가가운 제1 위치 및 가열 수단으로부터 떨어진 제2 위치 사이에서 기판 지지 플레이트를 승강 및 하강하기 위한 승강 및 하강 수단을 포함한다.
본 발명에 따르면, 기판 지지 플레이트와 부양 장치가 서로 다른 열 팽창 계수를 가지더라도, 그들의 영향을 완화하고 구성 부재들의 파손을 줄이는 것이 가능하다. 게다가, 기판 지지 플레이트 및 부양 장치 사이에 열이 빠져나가는 것이 줄어들어, 기판들은 높은 속도에서 균일하게 가열될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 기구의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 주변부 링의 개략적인 도면(분해도)이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 주변부 링의 구조도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 주변부 링을 보여주는 도 3의 화살표 A가 가리키는 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위치 결정 메커니즘에 사용되는 볼, 주변부 링의 V-그루브, 연결 링의 그루브를 설명하는 도 4의 화살표 B가 가리키는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 가열 기구의 냉각 스테이지 주변의 구조도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 기구의 개략적인 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 기판 열처리 기구의 개략적인 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 분리 메커니즘을 보여주는 도면이다.
여기서, 상세한 설명은 참조된 도면에 따라 본 발명의 실시예들을 설명한다. 아래에 도시된 도면에서, 동일한 기능을 하는 부분은 동일한 참조 번호를 사용하였으며, 불필요한 설명은 생략하였다.
(제1 실시예)
도 1은 기판에 열처리를 수행하는 일 실시예에 따른 기판 열처리 기구의 개략적인 도면이다. 도 1에서, 참조번호 1은 챔버를 나타내고, 참조번호 2는 배기 포트(exhaust port), 참조번호 3은 웨이퍼(wafer)(W)을 위한 웨이퍼 주입 포트(wafer inlet port)를 나타낸다. 챔버(1)는 배기 포트(2)를 통해 배기 시스템에 연결된다. 배기 시스템은 적절히 선택된 진공 펌프, 밸브, 게이지, 및 그 유사의 요소들로 형성되고 요구되는 압력으로 챔버(1) 내부를 배기할 수 있다. 처리 전 웨이퍼(W)는 웨이퍼 주입 포트(3)를 통해 웨이퍼 이송 시스템 안으로 이송되고, 처리 후 웨이퍼(W)는 기판 이송 시스템 밖으로 이송된다. 챔버(1)의 꼭대기 벽에서, 광 이송 물질로 형성된 광 주입 윈도우(light inlet window)(10)가 제공된다. 광 주입 윈도우(10) 위로(즉, 중력 방향으로 후술할 주변부 링(4)에 위치된 웨이퍼(W) 위로), 가열 유닛으로서 램프(11)가 제공된다. 램프(11)의 광은 웨이퍼(W)를 가열하기 위해 광 주입 윈도우를 통해 조사된다. 가열 유닛은 램프에 한정되지 않으며, 가열 플레이트와 같이 열을 방사할 수 있고 기판으로부터 떨어져서 배치된 기판을 가열할 수 있는 어떠한 구조일 수 있다.
환형(annular) 부재로서 주변부 링(peripheral ring)(4)은 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 기판 지지 플레이트이며 램프(11)로부터의 램프 광이 주변부 링에 조사되도록, 즉 기판 지지 플레이트가 램프(11)와 마주보도록 배치된다. 주변부 링(4)은 웨이퍼 지지핀들(5)을 구비한다. 이 실시예에서, 웨이퍼 지지핀들(5)의 수는 세 개이다. 주변부 링(4)은 주변부 링과 부양 장치(20) 사이에 삽입된 연결 부재로서 볼들(balls)(12)에 의해 부양 장치(20) 상에 안착된다. 연결 부재로서 볼들(12)은 적어도 주변부 링(4)에 슬라이드(slide)되도록 구성되어, 주변부 링(4)은 부양 장치(20)에 견고하게 연결되지 않는다.
부양 장치(20)는 연결 링(connection ring)(6), 축들(shafts)(7), 및 엑추에이터(actuator)(15)를 포함한다. 연결 링(6)은 주변부 링(4)(기판 지지 플레이트 고정 부분)을 고정하기 위한 부재이다. 연결 링(6)은 축들(7)과 결속되고 엑추에이터(15)의 동력에 의해 위아래로 움직인다. 특히, 부양 장치(20)는 볼들(12)을 통해(즉, 주변부 링 상에 위치되는 웨이퍼(W)) 연결 링(6)에 의해 고정된 주변부 링을 승강 및 하강(위아래로 움직임)하기 위해 엑추에이터(15)에 의해 작동된다. 상기 웨이퍼(W)는 램프(11)에 가까운 제1 위치(예를 들어, 가열 위치) 및 제1 위치보다 램프(11)로부터 먼 제2 위치(예를 들어, 이송 위치)를 포함하는 미리 결정된 위치들에 멈출 수 있다.
엑추에이터(15)는 서보 모터(servo motor)이지만, 에어 실린더(air cylinder)와 같은 다른 수단들일 수 있다. 게다가, 축들(7)을 정교하게 움직이기 위해서, 선형 모션 가이드(linear motion guide)가 요구된다. 이 실시예는 진공에서 램프 열처리를 수행하기 위한 기구이며, 선형 모션 가이드 및 엑추에이터(15)는 챔버 외부의 공기 중에 설치된다. 따라서 축들(7)은 벨로즈(bellows)(미도시)를 사용하여 진공-밀봉된다. 이 실시예에서, 연결 링(6)은 두 개의 축들(7)에 의해 지지되나, 축들(7)의 개수는 두 개로 제한되지 않으며 한 개 또는 세 개 또는 그 이상일 수 있다. 축들 모두가 엑추에이터와 연결되어 엑추에이터에 의해 작동될 필요는 없으며, 몇몇의 축들 만이 선형 모션 가이드로써 사용될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 이 실시예에 따른 램프 가열 기구는 주변부 링(4)을 포함한다. 주변부 링(4)은 웨이퍼 온도의 균일도를 증가시키고 웨이퍼(W)를 지지하는 동안 챔버의 하부 부분에의 램프 광을 차단한다. 웨이퍼(W)는 주변부 링(4)에 세워진 웨이퍼 지지핀들(5)에 의해 지지된다. 주변부 링(4)은 가열 및 이송을 위해 웨이퍼(W)의 위치를 변화하기 위하여 엑추에이터(15)에 의해 위아래로 움직인다.
다시 말해, 이 실시예는 주변부 링(4) 아래에 위치된 구조이고 주변부 링(4)을 승강 및 하강하도록 구성된 부양 장치(20)로부터 그리고 부양 장치(20)로까지, 주변부 링(4)을 분리 및 연결하는 메커니즘을 제시한다. 도 2는 본 실시예에 따른 주변부 링(4) 및 그 아래 부분의 구조도(분해도)이다. 도 3은 분해도 도 2의 조립도이다.
도 2 및 3에서, 주변부 링(4)은 SiC 링(열전도율: 270 W/m·K)이며 세 개의 삽입 구멍들(5a)을 포함한다. 삽입 구멍들(5a) 내에, SiC(열전도율: 270 W/m·K)로 형성된 각각의 웨이퍼 지지핀들(5)이 삽입된다. 웨이퍼(W)는 세 개의 웨이퍼 지지핀들(5)에 의해 지지된다. 웨이퍼 지지핀들(5)에 위치된 웨이퍼(W)가 램프(11)로부터 램프 광(가열 광)에 의해 복사되면, 주변부 링(4)은 또한 램프 광에 의해 가열된다. 주변부 링(4)이 높은 열전도율을 가짐에 따라, 이 공정에서 주변부 링(4)은 램프 광의 복사에 의해 뜨거워지고 열을 방출한다. 웨이퍼(W)의 외부 가장자리가 적어도 주변부 링(4)의 반대편에 위치됨에 따라 주변부 링(4)으로부터 방출된 열은 웨이퍼(W)의 외부 가장자리에 가해질 수 있다. 다시 말해, 램프 광에 의해 가열된 주변부 링(4)은 웨이퍼(W)의 외부 가장자리를 가열하기 위해 열을 방출한다. 이는 웨이퍼(W)의 중앙 부분 및 가장자리 부분의 온도를 감소시킬 수 있다.
이 실시예에서, 주변부 링(4)의 형상은 링(환형) 형상이나 이에 제한되지는 않는다. 주변부 링(4)의 형상은 주변부 링(4)의 형상이 적어도 기판의 가장자리의 반대편에 위치되는 한, 디스크(disk) 또는 직사각형과 같은 다각형일 수 있다.
또한 이 실시예에서, 웨이퍼 지지핀들(5)은 웨이퍼(W)를 지지하기 위한 주변부 링(4)을 구비한다. 웨이퍼(W)가 기판 지지 플레이트에 의해 지지되면, 웨이퍼(W) 및 기판 지지 플레이트는 따라서 서로 점 접촉될 수 있다. 종래의 기구에서, 가드 링의 내부 원주방향 가장자리는 원주 방향을 따라 점점 가늘어진다. 웨이퍼는, 원주 방향으로 형성된 가늘어지는 부분이 기판의 가장자리와 선 접촉하는 것과 같은 방식으로 가드 링에 위치된다. 이 실시예에서 웨이퍼(W)가 점 접촉을 통해 기판 지지 플레이트에 위치됨에 따라, 웨이퍼(W) 및 기판 지지 플레이트 사이에 열 전도에 기인한 열의 전달을 더 감소시키는 것이 가능하다.
이에 더하여 본 실시예에서는 앞서 설명한 바와 같이, 기판 지지 플레이트로서 주변부 링(4)은 종래의 가드 링의 기능뿐 아니라 기판을 지지하는 기능을 갖는다. 그에 따라, 기판 및 가드 링 모두를 승강 및 하강하는 구성에서, 기판 및 가드 링 사이의 상대적인 위치적 관계는 변하지 않는다.
본 실시예에서, 웨이퍼 지지핀들(5)은 세 위치들에 제공된다. 그러나, 웨이퍼 지지핀들(5)은 웨이퍼(W)가 안정적으로 지지될 수 있는 한, 네 개 또는 다섯 개의 위치들과 같이 다른 수의 위치들에 제공될 수도 있다. 특히, 웨이퍼(W)는 기판 지지핀들의 세 개의 지지점들에 의해 안정적으로 지지될 수 있다. 그에 따라, 웨이퍼 지지핀들(5)은 적어도 세 위치들에 존재해야 한다.
주변부 링(4) 아래에 위치된 연결 링(6)의 외부 직경은 주변부 링(4)의 외부 직경보다 약간 작다. 연결 링(6)의 직경을 주변부 링(4)의 직경보다 작게 설정함에 따라 램프 광은 주변부 링(4)에 의해 차단되어, 연결 링(6)은 뜨거워지는 것으로부터 보호되거나 연결 링(6)은 덜 뜨거워진다. 연결 링(6)은 축들(7)에 결속되어 서보 모터와 같은 엑추에이터에 의해 위아래로 작동된다. 그러나, 연결 링(6)은 주변부 링(4)과 직접적으로 접촉하지는 않는다. 본 실시예에서, 주변부 링(4)은 평면에 의하지 않되, 양 부품들에 의해 겹쳐진(sandwitched) 세 개의 볼들(12)(연결 부재들)을 갖고 연결 링(6)에 의해 지지된다. 제1 실시예에서, 연결 링(6)은 SUS(열전도율: 16.7 W/m·K)로 만들어진다. 이 실시예에서, 연결 부재들로서 볼들(12)은 주변부 링을 지지하고 부양 장치(20)의 일부로서 연결 링(6)으로부터 주변부 링(4)을 열적으로 고립(isolating)하는 목적으로 제공된다. 그에 따라, 연결 부재들로서의 볼들(12)은 기판 지지 플레이트로서의 주변부 링(4)보다 더 작은 열전도율를 갖는다.
볼들(12)은 석영(quartz) 또는 세라믹으로 만들어지는 연결 링(6)보다 더 작은 열 전달 계수(heat transfer coefficient)를 가지며, 연결 링(6) 내에 제공된 그루브들(13) 내에 장착된다. 이 실시예에서, 볼들(12)은 석영(열전도율: 1.38 W/m·K)으로 만들어진다. 도 4에 도시된 바와 같이, 그루브들(13)은 연결 링(6)의 원주 방향으로 세 개의 동일한 간격들에 제공되고, 볼들(12)은 각각의 그루브들(13)에 하나씩 장착된다. 각 그루브(13)의 깊이는 각 볼(12)의 직경보다 작다. 볼들(12)이 그루브들(13) 내에 장착되면, 각 볼(12)의 대략 절반의 상부는 그루브(13) 밖으로 나와 있다. 각 그루브(13)의 모양은 길쭉하며, 장축 방향(길이 방향, 즉 그루브(13)가 연장하는 방향)은 반경 방향(링의 외부 가장자리로부터 중앙으로 향하는 방향)과 동일하다.
한편, 주변부 링(4)의 하부 표면(램프(11)와 마주하는 표면, 즉 부양 장치(20)의 측면)에서, 그루브들(14)이 형성된다(도 5 참조). 각 그루브(14)의 단면은 반전된 V자 모양(V자형 횡단면)을 가진다(여기에서 V-그루브들(14)로 언급함). V-그루브들(14)의 개수, 위치들, 및 길이 방향들은 V-그루브들(14)이 연결 링(6)의 그루브들(13) 각각에 대하여 반대편에 위치되도록 설정된다. 그에 따라, 각 V-그루브(14)가 연장하는 방향(길이 방향)은 주변부 링(4)의 반경 방향과 동일하다. V-그루브들(14)의 깊이가 적절하게 설정되면, 연결 링(6) 내에 장착된 볼들(12)은 V-그루브들(14)의 경사진 표면에 접촉하여 안정화된다. 게다가, 볼들(12)의 직경은 리세스(recess) 부분(그루브 깊이)의 높이보다 길다. 이 메커니즘에서, 주변부 링(4) 및 부양 장치(20)는 주변부 링(4) 및 부양 장치(20)(연결부재로서 볼들(12))의 연결부에 의해 서로 분리(isolated)될 수 있다.
본 실시예는 앞서 설명한 첫번째 문제를 해결할 수 있다.
이 실시예에서, 주변부 링(4) 및 주변부 링(4)을 위아래로 움직이는 부양 장치(20)는 견고하게 연결되지 않고 따라서 열적으로 팽창되더라도 구조적으로 제한되지 않는다. 특히, 주변부 링(4) 및 부양 장치에 포함된 연결 링(6)은 주변부 링(4) 및 연결 링(6) 모두와 다른 부재들인 볼들(12)을 통해 서로 연결된다. 앞서 설명한 바와 같이, 주변부 링(4) 및 연결 링(6)은 각각 반경 방향으로 연장하는 그루브들을 포함하고, 이들 사이에 겹쳐진 볼들(12)은 반경 방향으로 자유롭게 움직일 수 있다. 링 모양 부품은 고온으로 가열될 때 직경이 팽창한다. 주변부 링(4) 및 연결 링(6)이 고온으로 가열되고 반경 방향으로 열적 팽창되더라도, 또한 주변부 링(4) 및 연결 링(6)이 열 팽창 속도가 다르더라도, 볼들(12)은 특정 정도로 그 팽창 모션을 따라갈 수 있고 구조적으로 제한되지 않는다. 다시 말해 앞서 설명한 것처럼, 그루브들(13) 및 V-그루브들(14)의 길이 방향들은 주변부 링(4) 및 연결 링(6)이 팽창하는 반경 방향으로 설정된다. 그에 따라, 주변부 링(4) 및 연결 링(6)이 다른 열 팽창 계수로 열적 팽창하더라도, 볼들(12)은 그루브들(13) 및 V-그루브들(14) 모두에서 움직일 수 있다. 이는 반경 방향으로의 열 팽창에 기인한 스트레스(각 볼(12)과 주변부 링(4) 사이의 연결에 스트레스 및 각 볼(12)과 연결 링(6)사이의 연결에 스트레스)를 완화할 수 있다. 제1 실시예에서 이러한 방식으로, 반경 방향으로 설정된 길이 방향을 가진 그루브들(13) 및 반경 방향으로 설정된 길이 방향을 가진 V-그루브들(14)은 스트레스의 완화를 위한 가이드로서 기능한다.
볼들(12)이 주변부 링(4) 및 연결 링(6)의 모션을 완벽하게 따르지 못하고 접촉점들에서 그루브들(13) 및/또는 V-그루브들(14)에 슬라이드 되지 못하더라도, 과도한 마찰은 방지될 수 있다. 상기의 이유들에 따라, 어떠한 과도한 열적 스트레스는 주변부 링(4) 및 부양 장치(20)의 일부로서의 연결 링(6)에 생성되지 않아, 파손의 위험은 줄어들 수 있다.
제1 실시예에서, 볼들(12)은 주변부 링(4)을 부양 장치(20)에 포함되는 연결 링(6)에 연결하는 연결 부재들로서 사용되나, 볼들의 모양은 구형으로 제한되지 않는다. 이 실시예에서, 주변부 링(4) 및 부양 장치(20)를 연결하는 연결 부재는 주변부 링(4) 및 부양 장치(20) 모두로부터 분리된 부재로 제공되어, 주변부 링(4) 및 부양 장치(20)는 다른 견고한 연결보다 잘 연결될 수 있다. 다시 말해, 주변부 링(4) 및 연결 링(6)이 다른 열 팽창 계수를 갖더라도, 주변부 링(4) 및 부양 장치(20) 모두로부터 분리된 부재로 제공되는 연결 부재는 그 차이를 완화할 수 있다.
열 팽창 계수의 차이 완화의 관점에서, 연결 부재는, 연결 부재의 연결 목표인 기판 지지 플레이트(예를 들어, 주변부 링(4))에 형성된 각 그루브(예를 들어, V-그루브(14))의 벽 표면 및 부양 장치가 갖는 기판 지지 플레이트 홀딩 부분(예를 들어, 연결 링(6))에 형성된 각 그루브(예를 들어, 그루브들(13))의 벽 표면 적어도 모두에 슬라이드 가능한 모양을 갖는 것이 바람직하다. 연결 부재는 연결 부재가 기판 지지 플레이트 및 연결 부재와 연결되는 부양 장치 모두에 슬라이드될 수 있는 한, 별 모양의 구, 럭비공 모양, 원통형, 직사각 원통형, 또는 직육면체와 같이 어떤 형태를 가질 수 있다. 연결 부재가 기판 지지 플레이트 및 연결 부재와 연결되는 부양 장치 적어도 모두에 슬라이드될 수 있도록 구성됨에 따라, 기판 지지 플레이트 및 기판 지지 플레이트를 승강 및 하강하기 위한 부양 장치가 서로 다른 열 팽창 계수로 열적 팽창하더라도, 열 팽창의 차이는 기판 지지 플레이트가 부양 장치에 지지되는 동안 완화될 수 있다.
두번째 문제인 열 배출 문제는 주변부 링(4) 및 연결 링(6) 사이의 접촉 면적을 최소화함에 의해 해결될 수 있다. 앞서 설명한 것처럼, 주변부 링(4)은 주변부 링(4) 및 연결 링(6) 사이에 평면에 의함이 아닌 샌드위치된 세 개의 볼들(12)로 연결 링(6)에 지지된다. 다시 말해, 볼들(12)은 각각 주변부 링(4) 및 연결 링들(6)과 두 개의 점들에서, 총 6개의 점들에서 접촉한다. 접촉 면적이 더 작을수록 열 전달은 더 적어진다. 또한, 제1 실시예에서, 주변부 링(4) 및 연결 링(6)의 연결 부재들인 볼들(12)의 열전도율는 주변부 링(4)의 열전도율보다 낮게 설정되어, 볼들(12)은 주변부 링(4)에서 연결 링(6)으로 열의 흐름에 대한 차단막(screen)으로 제공된다. 그에 따라, 주변부 링(4)에서 연결 링(6)으로 빠져나오는 열은 감소될 수 있다.
본 실시예에서, 램프(11), 주변부 링(4), 연결 링(6), 및 축들(7)은 중력 방향으로 꼭대기에서 바닥으로 순차적으로 배열된다. 그에 따라, 주변부 링(4)은 램프(11)로부터의 램프 광이 축들(7)에 조사되는 것을 방지할 수 있다. 더욱이 앞서 설명한 대로, 가열된 주변부 링(4)으로부터 연결 링(6)으로의 열의 전달은 감소될 수 있다. 그에 따라, 가열 공정에 따른 열은 부양 장치(20)의 축들(7)에 더 적게 전달될 수 있다. 따라서 이는 부양 장치(20) 주변 공간의 온도 증가를 줄이는 것이 가능하다.
제1 실시예는 서로 견고하게 연결되지 않은 주변부 링(4) 아래의 구조(즉, 부양 장치(20))로서, 주변부 링(4) 및 연결 링(6)을 분리 및 연결하는 메커니즘을 제안한다. 연결 부재들로써 볼들(12), 연결 링(6)에 형성된 그루브들(13) 및 주변부 링(4)에 형성된 V-그루브들(14)을 사용함에 따라, 주변부 링(4) 및 연결 링(6) 사이의 위치적 관계에서의 오정렬(misalignment)은 감소될 수 있다.
가열 공정에서, 주변부 링(4) 및 웨이퍼(W)과 주변부 링(4)을 위아래로 움직이는 이동부로써 부양 장치는 웨이퍼(W)과 함께 온도가 증가한다. 이 부품들은 보통 다른 물질들로 만들어지고 다른 방식으로 램프 광에 의해 복사된다. 따라서, 이 부품들이 반복적으로 가열에 의한 팽창 및 온도 강하에 의한 수축의 대상이 됨에 따라, 주변부 링(4) 및 주변부 링(4) 아래에 구조로써 부양 장치(본 실시예에서는 연결 링(6)) 사이의 위치 관계는 주변부 링(4) 및 부양 장치(20) 사이의 연결을 변화하려는 경향이 있다. 위치 관계의 변화는 최소화되어야 한다. 그 첫번째 이유는 본 발명에 따른 주변부 링(4)은 웨이퍼(W)를 지지하는 역할을 수행하기 때문이다. 주변부 링(4)의 위치 변화는 웨이퍼(W)의 오정렬 또는 웨이퍼 지지핀들(5)로부터 기판(4)의 탈선(falling)을 유발하고, 그에 따라 전달에 영향을 준다. 두번째 이유는 웨이퍼(W) 및 주변부 링(4) 사이의 위치 관계의 변화는 웨이퍼(W)에 온도 분포를 변화시킨다.
그러나 본 실시예에서는, 주변부 링(4) 및 부양 장치(20)을 연결하는 메커니즘에 따라, 볼들(12), 연결 링(4)에 형성된 그루브들(13), 및 주변부 링(4)에 형성된 V-그루브들(14)이 제공된다. 구체적으로 제공된 메커니즘에서, V-그루브들(14)은 길쭉한 그루브들(13)이 연결 링(6)의 상부 표면(중력 방향으로 위쪽 표면)에 형성되는 동안, 주변부 링(4)의 하부 표면(중력 방향으로 아래 표면)에 형성되고, 볼들(12)은 V-그루브들(14) 및 그루브들(13) 사이에 겹쳐진다. 주변부 링(4)은, 볼들(12)이 세 지점들에 위치된 V-그루브들(14)의 경사면 및 볼들(12)과 그루브들(13) 및 볼들(12)과 V-그루브들(14)의 조합들과 접촉될 때, 가해진 웨지 효과(wedge effect)(웨지 작용(wedge action))의 상호 작용에 의해 재생될 수 있도록 위치될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이 볼들이 V-그루브들의 경사 내에 접촉할 때 가해진 웨지 작용에 의한 위치 효과를 얻는 점에서, 주변부 링(4) 및 연결 링(6) 중 적어도 하나에 형성되는 그루브들(연결 주배들이 삽입되는 그루브들)은 V-그루브들인 것이 바람직하다.
본 실시예에 따르면, 주변부 링(4) 및 연결 링(6)(즉, 부양 장치(20))은 분리되도록 구성되며 구조적으로 견고하게 연결되지 않는다. 그에 따라, 주변부 링(4)이 가열 공정에서 웨이퍼(W)과 함께 가열되더라도, 열 팽창에 의한 과도한 열적 스트레스 및 부품들 사이의 간섭(interference)에 기인한 파손(breakage)의 위험을 감소될 수 있다. 또한, 주변부 링 및 연결 링이 견고하게 연결되지 않음에 따라, 주변부 링(4)이 냉각될 때 수축되더라도, 파손의 위험은 또한 감소될 수 있다.
이에 더하여, 주변부 링(4) 및 연결 링(6)의 연결에서, 연결 부재들 및 주변부 링(4) 사이의 접촉 면적은 극히 작다(단지 볼들(12) 및 V-그루브들(14) 사이의 점 접촉). 이는 주변부 링(4)으로부터열이 빠져나오는 것을 감소시킬 수 있다. 또한, 주변부 링(4) 및 연결 링(6) 사이의 연결은 주변부 링(4)을 위치 결정하는 메커니즘을 포함한다. 이는 연속적인 처리에서 웨이퍼(W) 및 주변부 링(4)의 오정렬을 감소시킬 수 있다. 위치 결정 메커니즘은 센서 또는 엑추에이터를 포함할 필요가 없으며 적은 비용의 간단한 구조이다.
(제2 실시예)
동일한 챔버에서(특히, 진공 챔버에서) 웨이퍼(W)를 가열 및 냉각하는 경우, 가열된 웨이퍼(W) 및 주변부 링(4)을 얼마나 신속하게 냉각되는지 여부가 중요하다. 이는 특히 진공에서 웨이퍼(W)를 처리하는 기구의 경우에 매우 어려운 문제이다. 전자 장치들을 제조하는 기구에서, 단위시간 당 처리되는 웨이퍼들의 수(처리량(throughput))은 중요하다. 진공에서 웨이퍼(W)를 가열하는 기구의 경우에 제1 실시예에서 설명한 것처럼, 진공 챔버(1)의 외부에 설치된 램프(11)의 광이 진공 챔버(1)의 일 측에 제공된 광 주입 윈도우(10)를 통해 조사되면, 램프(11)를 마주보게 배치된 웨이퍼(W)는 복사에 의해 효율적으로 가열될 수 있다.
한편, 효율적인 냉각 수단은 매우 드물다. 이는 열 전달이 진공에서 일어나기 어렵기 때문이다. 냉각을 위한 주된 메커니즘은 오직 복사(radiation)에 의한 열 전달(heat transfer)이다. 따라서 몇몇 경우에, 가스의 적절한 형태는 냉각 처리에서 챔버로 안내되고, 챔버 내의 압력은 증가되어, 열 전이는 따라서 중간으로 가스를 사용하여 증진된다. 그러나, 가스는 충분한 열 전달 계수를 가지지 않고, 이는 효율적인 냉각을 수행하기 어렵다. 게다가 어떤 종류의 처리에서는, 웨이퍼들은 냉각 처리 동안 진공에서 고정되는 것이 적절하다.
본 실시예는 기판을 냉각하기 위한 기판 냉각 장치 및 기판 지지 플레이트를 냉각하기 위한 기판 지지 플레이트 냉각 장치를 포함한다. 특히, 웨이퍼(W)를 지지하는 주변부 링(4)은 램프(11)로부터의 램프 광에 의해 조사되고(irradiated), 공정 챔버로서 진공 챔버(1)의 상부 부분(중력 방향으로 위쪽 부분)에서 가열된다. 한편, 진공 챔버(1)의 하부 부분(중력 방향으로 아래 부분)에서, 기판이 위치될 수 있는 기판 냉각 장치로서 냉각 스테이지(stage)가 제공되고, 가열된 웨이퍼(W)를 강제로 냉각할 수 있다. 또한, 냉각 스테이지 아래에, 기판 지지 플레이트 냉각 장치로 냉각 플레이트가 제공된다. 냉각 플레이트 위에, 웨이퍼(W)의 외부 가장자리 반대편에 주변부 링(4)의 적어도 일 영역(4a)이 위치될 수 있다. 냉각 플레이트는 웨이퍼(W)의 외부 가장자리 반대편에 가열된 주변부 링(4)의 적어도 일 영역(4a)을 냉각할 수 있다. 냉각 스테이지 및 냉각 플레이트 각각에서, 냉각수 흐름 수단과 같은 열 제거 수단이 내부에 제공된다.
제2 실시예에서 도 7을 참조하면, 도 1에 도시된 기판 열 처리 기구에서, 웨이퍼(W)가 놓여질 수 있는 냉각 스테이지(8)이 중력 방향으로 주변부 링(4) 아래에 제공된다. 냉각 스테이지(8)는 냉각 스테이지 위에 놓여진 웨이퍼(W)를 냉각하도록 구성된다. 또한, 중력 방향으로 냉각 스테이지(8) 아래에, 냉각 플레이트(9)가 위치된다. 냉각 플레이트(9) 위에, 웨이퍼(W)의 외부 가장자리에 반대편에 주변부 링(4)의 적어도 일 영역(4a)이 위치된다. 냉각 플레이트(9)는 그 위에 위치된 영역(4a)을 냉각하도록 구성된다. 냉각 스테이지(8) 및 냉각 플레이트(9) 각각은 그 안에 냉각수가 흐를 수 있도록 내부에 형성된 통로를 포함한다.
여기에서는, 냉각 스테이지에 주변부 링(4)에 의해 지지된 웨이퍼(W)를 위치시키는 동작이 설명된다. 도 6은 웨이퍼(W), 주변부 링(4), 및 냉각 스테이지(8)의 모양들 및 배열을 도시한다. 도면에 도시된 바에 따라, 주변부 링(4)의 내부 직경(d2)은 웨이퍼(W)의 외부 직경(d1)보다 약간 작다. 웨이퍼 지지핀들(5)은 주변부 링(4)의 내부 가장자리에서 원주 방향으로 동일한 간격들로 배열되고, 배열된 복수의 웨이퍼 지지핀들(5)의 팁들로 수평적으로 웨이퍼(W)를 지지한다. 웨이퍼(W) 및 주변부 링(4)은 동심으로(concentrically) 위치된다. 냉각 스테이지(8)는 웨이퍼(W) 및 주변부 링(4)과 동심으로 진공 챔버(1)의 하부 부분에(예를 들어 바닥에) 위치된다. 냉각 스테이지(8)의 직경(d3)은 주변부 링(4)의 내부 직경보다 더 작다(d1>d2>d3). 냉각 플레이트(9)의 직경은 냉각 스테이지(8)의 직경(d3)보다 크다. 냉각 플레이트(9)는 냉각 스테이지(8)의 하부 표면이 생각 플레이트(9)의 상부 표면과 접촉하도록 위치되고 냉각 플레이트(9)의 상부 표면의 외부 가장자리는 노출된다. 제2 실시예에서, 냉각 플레이트(9)의 노출된 외부 가장자리(9a)에, 웨이퍼(W)의 외부 가장자리 반대편에 주변부 링(4)의 영역(4a)이 위치된다.
가열된 웨이퍼(W)를 지지하는 주변부 링(4)은 엑추에이터(15)에 의해 이동되고 낮아진다. 앞서 설명한 구조가 냉각 스테이지(8) 외부의 하부로 이동되는 주변부 링(4)의 영역(4a)을 수용하기에 충분한 공간(마진; 냉각 플레이트(9)의 노출된 외부 가장자리(9a))을 가지면, 영역(4a)은 웨이퍼(W)의 외부 가장자리 반대편에 있고, 웨이퍼 지지핀들(5)의 팁들이 주변부 링(4)의 하강 공정 동안 냉각 스테이지(8)의 표면과 동일한 레벨에 도달하면, 웨이퍼(W)는 냉각 스테이지(8)로 이동된다.
또한, 주변부 링(4)을 냉각하는 냉각 스테이지(8)의 설명이 주어진다. 앞서 설명한 대로, 하강 공정 동안 웨이퍼(W)가 제거된 채로 주변부 링(4)은 부양 장치(20)에 의해 더 하강한다. 여기서, 냉각 플레이트(9)는 냉각 스테이지(8) 아래에 냉각 스테이지(8)의 주변부에 제공되고 주변부 링(4)은 그 위에 위치된다. 따라서 주변부 링(4)은 효율적으로 냉각될 수 있다. 냉각 플레이트(9)는 냉각수 흐름의 수단과 같은 열 제거 수단을 구비하고, 주변주 링(4)이 놓일 수 있는(노출된 외부 가장자리(9a)) 평탄부를 포함하는 부재이다. 냉각 플레이트(9)는 진공 챔버(1) 또는 진공 챔버(1)의 일부(그 안의 바닥 또는 유사한 곳) 내에 제공되는 부품이다.
가열된 웨이퍼(W) 및 주변부 링(4)을 효율적으로 냉각하기 위한 앞서 설명한 구성에서, 제1 실시예에 설명된 본 발명에 따른 구성의 특징은, 효율적으로 동작하고 장치의 신뢰도를 증가시킬 수 있다. 주변부 링(4)은 중력 방향으로 주변부 링(4) 아래에 구조 부분(부양 장치(20))과 견고하게 연결되지 않고, 그들 사이에 배치된 볼들(12)로 연결 링(4)에 위치된다. 만약 주변부 링(4)이 나사 체결 또는 그 유사한 것에 의해 주변부 링(4) 아래에 구조 부분과 견고하게 연결된다면, 주변부 링(4)은 냉각 플레이트(9)에 위치될 때 냉각 플레이트(9)에 대하여 과도하게 가압될 수 있다. 주변부 링(4)이 과도하게 가압되면, 주변부 링(4) 자체 또는 그에 연결된 위아래 이동 부분(부양 장치(20))은 파손 또는 변형의 대상 부품이 될 수 있다. 게다가, 주변부 링(4)이 주변부 링(4) 및 냉각 플레이트(9) 사이의 조그마한 갭을 갖고 냉각 플레이트(9) 앞에서 멈추면, 접촉에 의한 열 전달은 적절하게 유발되지 않고 효율적인 냉각은 수행될 수 없다.
제2 실시예에 따른 메커니즘에서, 주변부 링(4)이 냉각 플레이트(9) 상에 위치되고 그 후 연결 링(6)이 하강되면, 주변부 링(4)은 연결 링(6)으로부터 분리되고 냉각 플레이트(9)에 완전하게 위치될 수 있다. 그에 따라, 주변부 링(4)은 냉각 플레이트(9)로부터 가압되지 않으며, 주변부 링(4) 및 냉각 플레이트(9) 사이에 갭이 형성되지 않는다. 또한, 주변부 링(4)은 냉각되면 수축된다. 주변부 링(4) 및 연결 링(6)이 냉각 처리 동안 서로로부터 분리되는 제2 실시예에 따른 메커니즘은 기계적으로 제한되지 않는다. 이는 파손의 위험을 줄일 수 있다.
하나의 웨이퍼(W)의 처리가 완료되고 주변부 링(4)이 냉각된 후에, 주변부 링(4)은 부양 장치(20)에 의해 위쪽으로 다시 이동하도록 유도된다. 다음 웨이퍼(W)는 주변부 링에 놓여지고, 공정은 계속된다. 이러한 움직임에서, 이전의 웨이퍼(W)가 처리된 위치로부터 주변부 링의 위치의 차이를 제거 또는 감소시키는 것이 필요하다. 그 이유는 앞서 설명한 경우와 동일하다. 주변부 링(4) 및 연결 링(6) 사이에 연결 부분으로 제공되는 위치 결정 메커니즘은 상기 요구에 효율적으로 동작한다.
여기에서는, 제2 실시예에 처리의 절차가 설명된다.
(1) 웨이퍼(W)가 웨이퍼 이송 시스템으로부터 웨이퍼 주입 포트(3)를 통해 진공 챔버(1) 내로 이송된다. 주변부 링(4)은 웨이퍼(W)를 기다리기 위해 적절한 위치에 위치된다. 웨이퍼 이송 로봇의 암(arm)과 협력하여, 주변부 링(4)은 주변부 링(4) 위에 서 있는 세 개의 웨이퍼 지지핀들(5)의 팁들 위에 웨이퍼(W)를 받는다.
(2) 부양 장치(20)가 주변부 링(4) 및 그 위에 웨이퍼(W)를 램프 광의 조사를 위한 위치(가열 위치)로 들어올리고 이를 멈춘다. 이 위치에서, 웨이퍼(W)는 가열되기 위하여 램프(11)로부터 램프 광에 의해 조사된다(도 7 참조). 여기에서, 주변부 링(4)의 이동 가능한 범위 내에서 조사를 위한 복수의 위치들을 설정하는 것이 가능하다.
(3) 가열 후, 부양 장치(20)는 그 위에 가열된 웨이퍼(W)과 함께 주변부 링(4)을 진공 챔버(1) 내에 아래 방향으로 이동시킨다. 하강의 공정에서, 웨이퍼(W) 만이 스테이지(8)에 전달된다. 그러면 스테이지(8)에 위치된 웨이퍼(W)는 냉각된다. 여기에서 웨이퍼(W)가 가열된 직후 높은 온도를 갖기 위하여, 웨이퍼(W)는 냉각 스테이지(8)에 위치되기 전에 몇몇 경우에 웨이퍼(W)의 온도가 열 충격에 기인한 웨이퍼(W)의 파손을 방지하기 위하여 적절한 온도로 떨어질 때까지 대기한다.
(4) 부양 장치(20)는 웨이퍼(W)를 냉각 스테이지(8)로 이동시킨 채로 주변부 링(4)을 더 하강하여, 주변부 링(4)을 냉각시키기 위하여 웨이퍼(W)의 외부 가장자리 반대편에 있는 주변부 링(4)의 영역(4a)을 냉각 플레이트(9)의 노출된 외부 가장자리(9a)에 위치시킨다. 주변부 링(4)은 이 위치에서 연결 링(6)으로부터 분리된다.
(5) 부양 장치는 냉각 플레이트(9)에 주변부 링(4)을 남긴 채 연결 링(6)을 더 하강시키고 결정된 최하부 위치에 멈춘다.
(6) 그 후, 절차는 냉각이 완료된 웨이퍼(W)를 챔버(1) 외부로 이송하는 단계를 진행한다.
부양 장치(20)는 냉각 플레이트(9)에 위치된 주변부 링(4)에 연결 링(6)을 연결하기 위하여 연결 링(6)을 들어올린다. 주변부 링(4)은 볼들(12), 그루브들(13), V-그루브들(14)에 의해 위치된다. 구체적으로, 기다란 그루브들(13)은 연결 링(6)을 에두르게 형성되고, 볼들(12)은 각각의 그루브들(13) 내에 장착된다. 볼들(12)은 앞서 설명한 대로 연결 링(6)을 에두르는 세 개의 위치들에 제공된다. 주변부 링(4)은 그들 사이에 배치된 볼들(12)로 연결 링(6) 상에 위치된다.
(7) 부양 장치(20)에 의해 이동됨에 따라, 주변부 링(4) 및 연결 링(6)은 합쳐져 위로 이동을 계속한다. 주변부 링(4) 상에 고정된 웨이퍼 지지핀들(5)의 팁들이 스테이지(8)의 표면 레벨에 도달하면, 웨이퍼(W)는 스테이지(8)로부터 들어올려진다.
(8) 부양 장치(20)는 주변부 링(4) 및 연결 링(6)과 함께 세 개의 웨이퍼 지지핀들(5)에 의해 지지된 웨이퍼(W)를 위로 이동시키고 적절한 위치(이송 위치)에 멈춘다. 웨이퍼(W)는 웨이퍼 이송 로봇의 암과 협력하여 웨이퍼 주입 포트(3)를 통해 이동된다.
제2 실시예에 따르면, 앞서 설명한 바와 같이 램프 열 기구에서, 웨이퍼(W)에 균일한 온도를 제공하기 위해 각 웨이퍼의 주변부 주위에 위치된 (주변부) 링은 각 웨이퍼가 처리된 후 효율적으로 냉각될 수 있다. 이는 처리 능력 향상뿐 아니라 기구의 안정적인 동작에 기여한다.
주변부 링(4)은 엑추에이터(15)에 의해 위아래로 움직이며 냉각 플레이트(9) 상에 위치된다. 이 때에, 주변부 링(4)은 엑추에이터를 포함하는 구동부(부양 장치(20))로부터 분리된다. 그에 따라, 이는 주변부 링(4)이 냉각 플레이트(9)에 대하여 가압되는 것 및 냉각 처리에서의 파손을 방지한다. 주변부 링(4)은 냉각 플레이트(9) 위에 자연스럽게 위치된다. 그에 따라, 주변부 링(4)은 그들 사이의 갭 없이 냉각 플레이트(9)와 접촉할 수 있고, 따라서 효율적인 냉각을 구현한다.
(제3 실시예)
제3 실시예에서, 제2 실시예의 냉각 스테이지(8)는 정전 척(electrostatic chuck; ESC)을 구비할 수 있다.
웨이퍼(W)가 놓이는 냉각 스테이지(8)에 정전 척을 사용하는 경우에서, 적절한 디척킹(dechucking) 수단이 제공될 필요가 있다. 정전 흡착(electrostatic absorption)을 위해, 전압이 웨이퍼(W) 및 유전층(dielectric layer)을 구비한 냉각 스테이지(8)에 대하여 인가되고, 웨이퍼(W)는 그들 사이에 생성된 힘에 의해 흡착되어 고정된다. 웨이퍼(W)를 디척킹하는 경우에서, 전압의 인가는 흡착을 풀기 위하여 정지된다. 그러나, 몇몇 전하(electric charge)가 유전층에 남고(잔류 전하들), 냉각 스테이지(8)는 여전히 흡착 힘을 갖는다. 만약 지지핀들이 이 상태에서 들어올려져 웨이퍼를 고정하도록 의도되면, 남아있는 흡착 힘이 반발력으로 작용하여, 의도하지 않은 방향으로 점프, 시프트(shift), 및 파손의 문제들을 유발한다.
상기의 문제를 해결하기 위하여 본 실시예에서는, 정전 척에 의해 흡착되는 냉각 스테이지(8)로부터 웨이퍼(W)가 디척킹되기 전에, 웨이퍼(W)는 잔류 전하들을 제거하기 위해 접지된다. 그에 따라, 웨이퍼 지지핀들(5), 주변부 링(4), 볼들(12), 및 연결 링(6)을 전기 전도성 물질들로 형성하고, 필요에 따라 연결 링(6)을 접지할 수 있는 접지 회로를 형성하는 것이 효율적이다. 또한, 그들의 구조는 웨이퍼(W)의 전하들을 안정적으로 빠져나가게(release) 하도록 구성되는 것이 요구된다. 따라서, 접지 회로는 어떠한 절연체에 의해서 차단되지 않는 것이 요구된다.
도 9에서, 웨이퍼 지지핀들(5) 및 주변부 링(4)은 기판 지지 플레이트에 전기 전도성을 제공하기 위하여 전기적으로 도전성 물질들로 만들어진다. 연결 부재들로서 볼들(12)은 전기 전도성을 갖는 물질로 형성된다. 또한, 기판 지지 플레이트가 위치되는 부양 장치(20)의 부분으로서의 연결 링(6)은 전기 도전성 물질로 형성되며, 연결 링(6)과 연결되는 축(7)의 영역은 비-전도성 물질로 구성된 비-전도성 부분이다. 이러한 구성에서, 접지 회로는 스위치(기계적 접점)(17)를 제공함에 의해 형성될 수 있다. 스위치(17)는 연결 링(6)을 그라운드(G)에 연결할 필요가 있을 때 스위치된다. 웨이퍼(W) 내에 잔류 전하들은 접지 회로를 통해 빠져나갈 수 있다.
웨이퍼 지지핀들(5) 및 볼들(12)은 빠져나가는 열의 감소의 관점에서 낮은 열 전달 계수들을 갖는 물질들로 만들어지는 것이 요구된다. 그에 따라, 웨이퍼 지지핀들(5) 및 볼들(12)은 예를 들어 전기 전도성이 없는 석영 또는 세라믹으로 만들어진다. 이 경우, 기계적 접점(스위치(17))은 접지 회로가 연속적이지 않은 위치에(예를 들어 주변부 링(4)에) 제공되며, 동일한 효과를 제공하기 위해 적절한 시간에 작동된다.
제3 실시예에 따르면, 냉각 스테이지(8)가 정전 척에 의해 정전기적으로 흡착되면, 웨이퍼 분리 실수(detachment error)를 방지하기 위하여 웨이퍼(W) 내에 잔류 전하들이 안정적으로 접지된다.
설명한 실시예들 및 처리 절차는 본 발명의 각 실시예가 진공 상태에서 웨이퍼들을 가열하기 위한 기구에 적용되는 경우를 보여준다. 램프 가열은 또한 상압 또는 몇몇 경우에서는 질소-치환된 공간에서 수행된다. 본 발명의 각 실시예에서 제안된 메커니즘의 활용은 진공 기구들에 제한되지 않는다.

Claims (6)

  1. 기판에 열처리를 수행하기 위한 기판 열처리 기구에 있어서,
    기판을 지지할 수 있는 기판 지지 플레이트;
    기판 지지 플레이트를 고정하고 기판 지지 플레이트를 승강 및 하강하도록 구성된 부양 장치;
    기판 지지 플레이트보다 낮은 열전도율를 갖고 기판 지지 플레이트 및 부양 장치를 연결하는 연결 부재; 및
    중력 방향으로 기판 지지 플레이트 위로부터 기판 지지 플레이트에 의해 지지되는 기판을 가열하기 위한 가열 수단; 을 포함하며,
    연결 부재는 기판 지지 플레이트 및 부양 장치 모두와 다른 부재이고,
    부양 장치는 가열 수단과 근접한 제1 위치 및 가열 수단으로부터 떨어진 제2 위치 사이에서 기판 지지 플레이트를 승강 및 하강하기 위한 승강 및 하강 수단을 포함하는, 기판 열처리 기구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    연결 부재는 볼이고,
    기판 지지 플레이트는 중력 방향으로 기판 지지 플레이트의 하부 표면에 제공된 제1 그루브를 포함하고,
    부양 장치는: 기판 지지 플레이트를 고정할 수 있는 기판 지지 플레이트 고정부; 및 중력 방향으로 기판 지지 플레이트 고정부의 상부 표면에 제공된 제2 그루브를 포함하고,
    부양 장치는 제1 및 제2 그루브들 사이에 겹쳐진 볼과 함께 기판 지지 플레이트를 고정하는, 기판 열처리 기구.
  3. 제 2 항에 있어서,
    제1 및 제2 그루브들 중 적어도 하나는 V자형 횡단면을 갖는 V-그루브이고,
    제1 그루브, 제2 그루브, 및 볼은 볼이 V-그루브의 경사면과 접촉할 때 가해지는 웨지 동작에 의한 위치 결정 메커니즘을 형성하는, 기판 열처리 기구.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제1 그루브는 V-그루브이고,
    볼은 제2 그루브의 리세스의 높이보다 더 긴 직경을 갖는, 기판 열처리 기구.
  5. 제 1 항에 있어서,
    기판 지지 플레이트는 환형 부재인, 기판 열처리 기구.
  6. 제 1 항에 있어서,
    기판 지지 플레이트는 중력 방향으로 기판 지지 플레이트의 하부 표면에 제공된 제1 그루브를 포함하고,
    부양 장치는: 기판 지지 플레이트를 고정할 수 있는 기판 지지 플레이트 고정부; 및 중력 방향으로 기판 지지 플레이트 고정부의 상부 표면에 제공된 제2 그루브를 포함하고,
    연결 부재는 제1 및 제2 그루브들 적어도 모두의 벽 표면들에 슬라이드 가능하도록 구성된 부재이고,
    부양 장치는 제1 및 제2 그루브들 사이에 겹쳐진 연결 부재와 함께 기판 지지 플레이트를 고정하는, 기판 열처리 기구.
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