CN101911248A - 基板温度控制装置用载置台 - Google Patents

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Abstract

一种基板温度控制装置用载置台，相比以往能够减少对基板进行加热或冷却时产生的过渡性温度分布的扩展。该基板温度控制装置用载置台是在控制基板温度的基板温度控制装置中用于将具有规定直径的基板载置于规定位置的载置台，包括：板片，其在与基板对置的第一面中包括与基板的端缘对应的位置的区域形成有低于中心部的台阶部；调温部，其配置在板片的与第一面相反侧的第二面。

Description

基板温度控制装置用载置台
技术领域
本发明涉及在对半导体晶片或液晶面板等基板进行处理时控制基板温度的基板温度控制装置中用于载置基板的载置台。
背景技术
近年来，在半导体晶片或液晶面板等基板的处理工序中，对基板温度进行精密控制变得越来越重要。例如，在半导体装置的制造工序中，对晶片涂敷抗蚀剂后，为了去除抗蚀剂溶剂而对晶片进行加热，之后再冷却晶片，如此频繁地进行晶片的加热和冷却。此时，为了恰当地控制基板温度，采用基板温度控制装置。
基板温度控制装置包括载置台，该载置台具有用于载置基板的平面板片，在该载置台的内部或下部配置有用于对基板进行加热或冷却的加热器件或冷却器件。一般来说，加热器件采用电热线、红外线灯或工作流体，冷却器件采用珀耳帖元件或工作流体。
在使用基板温度控制装置对基板进行加热时，在从板片的外周部流入基板的热的影响下，或在直到载置到板片上时向上侧凸起挠曲的基板变成与板片平行为止的时间延迟等的影响下，基板上产生朝向外周温度升高的过渡性温度分布。特别是，在载置基板的面为凹状的凹形板片中，温度分布的扩展显著。
作为相关技术，国际公开WO 01/13423 A1中公开了一种目的在于使硅晶片的温度整体均匀的半导体制造装置用陶瓷板。该陶瓷板是在陶瓷基板的表面上载置半导体晶片，或在距陶瓷基板的表面一定距离的位置保持半导体晶片的半导体制造装置用陶瓷板，其特征在于，将该陶瓷基板的载置或保持半导体晶片的一侧的面的平坦度相对于测定范围、外周端间长度-10mm设定为1～50μm。
在日本国专利申请公开JP-P2002-198302A中公开了一种对陶瓷基板的工作面即晶片加热面的温度分布的均匀化有效且升温·降温时的响应性优异的半导体制造·检查装置用加热板。该加热板是在绝缘性陶瓷基板的表面或内部设有电阻发热体而构成的加热板，具有陶瓷基板的外周部的热容量比中央部相对小的形状。
在日本国专利申请公开JP-A-8-124818中公开了一种目的在于简化结构且实现被处理基板的加热温度的均匀化、提高成品率的热处理装置。该热处理装置的特征在于，具备载置被处理基板的载置台、通过该载置台对被处理基板进行加热的加热机构、突出于载置台上而在被处理基板和载置台面之间设置规定间隔的支承机构，上述支承机构由在载置台上以规定间隔排列的多个支承体形成，并且，支承体的高度根据被处理基板的加热温度分布而改变。
在日本国专利申请公开JP-P2002-83858A中公开了一种将由陶瓷构成的均热板的一主面作为晶片的载置面，在另一主面具有发热电阻体而对晶片进行加热的晶片加热装置。若因均热板的翘曲而使载置面成为凹状，则在晶片的中心附近，均热板和晶片之间的间隙变大，所以，在变更均热板的温度设定或更换晶片时的升温过渡时，中心部的加热有点延迟，晶片面内的温度分布的扩展显著。为此，该晶片加热装置的特征在于使载置面为凸状。
然而，在基板的载置面为凸状的凸形板片中，在基板中产生朝向外周温度变高的过渡性温度分布的情况也没有改变，因而希望减少该温度分布的扩展。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于，提供一种能够使对基板进行加热或冷却时产生的过渡性温度分布的扩展相比以往减少的基板温度控制装置用载置台。
为了实现上述目的，本发明观点之一的基板温度控制装置用载置台，是在控制基板温度的基板温度控制装置中用于将具有规定直径的基板载置于规定位置的载置台，具备：板片，其在与基板对置的第一面中包括与基板的端缘对应的位置的区域形成有低于中心部的台阶部；调温部，其配置在板片的与第一面相反侧的第二面。
发明效果
根据本发明的观点之一，通过在板片的与基板对置的第一面中包括与基板的端缘对应的位置的区域形成低于中心部的台阶部，能够使对基板进行加热或冷却时产生的过渡性温度分布比以往减少。
附图说明
图1是表示本发明一实施方式的基板温度控制装置用载置台的俯视图。
图2是图1所示的单点划线II-II的剖视图。
图3是将本发明一实施方式的基板温度控制装置用载置台的板片及加热器与晶片一同示意性表示的剖视图。
图4是表示使用上表面具有凹形形状的板片对晶片进行加热时的实验结果的图。
图5是表示使用各种板片对晶片进行加热时的实验结果的图。
图6是表示改变槽的深度时的实验结果的图。
图7是表示图6中面内温度跨度达到最大的时间下的晶片半径方向的温度分布的图。
图8是表示模拟中采用的要素模型的图。
图9是表示第一模拟结果的图。
图10是表示第二模拟结果的图。
图11是表示本发明一实施方式中的板片的槽形状的变形例的图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的实施方式。此外，对同一结构要素标注同一参照符号，省略说明。
图1是表示本发明一实施方式的基板温度控制装置用载置台的俯视图，图2是图1所示的单点划线II-II的剖视图。基板温度控制装置是在半导体晶片或液晶面板等基板的处理工序中控制基板温度的装置，具有用于载置基板的载置台1。以下，对直径300mm的半导体晶片载置在载置台1上的情况进行说明。
如图1及图2所示，基板温度控制装置的载置台1包括圆盘形状的板片(平面板片)10，在板片10的上表面设有高度100μm左右的多个突起11。在将晶片载置到载置台1上时，上述突起11支承晶片的下表面，在晶片和板片10之间形成100μm左右的间隙，防止晶片与板片10接触。由此，保护晶片免受板片10上附着的污染物的影响。在板片10的周边部设有用于对载置到载置台1上的晶片的端缘(边缘)的位置进行限制的多个晶片引导件12。
参照图2，在板片10的下表面安装有用于加热晶片的圆形片状(面状)的加热器20作为调温部，为了加热器20的布线，设有端子板(タ一ミナル·プレ一ト)30。板片10及加热器20由板片固定螺钉41经由树脂环42及板片支柱43固定在基座板50上。通过使用树脂环42，在板片10和基座板50之间实现绝热，并且，板片10通过在树脂环42上滑动而能够相对于基座板50移动一定程度。在基座板50的周围安装有外周罩60。载置台1收纳在基板温度控制装置的壳体内。此外，作为调温部，除了面状的加热器以外，还可以在整个面上配置热电元件，或者设置流过流体的流路，板片10可用于加热和冷却双方。
图3是将本发明一实施方式的基板温度控制装置用载置台的板片及加热器与晶片一同示意性表示的剖视图。
板片10由薄铝材(A5052)制作，具有厚度6mm、长直径340mm、短直径330mm的圆锥台形状。也可以为了防止热变形，除了粘接加热器20的部分以外，对板片10实施铝阳极化处理而形成15μm～30μm的铝钝化层。
加热器20由聚酰亚胺的绝缘膜21、在绝缘膜21上以图案的方式形成的不锈钢材(SUS304)薄膜的电热线22、覆盖电热线22的聚酰亚胺的绝缘膜23构成。在此，绝缘膜21的厚度为50μm，电热线22的厚度为20μm，绝缘膜23的厚度在薄的部分为25μm。绝缘膜21及23的聚酰亚胺的表面被改性成在被加热到300℃以上时与其它构件粘接(热熔接)，通过对板片10、绝缘膜21和绝缘膜23进行热压，使它们相互粘接。
铝比较软，线膨胀系数比不锈钢及聚酰亚胺大，所以，在通过加热器20对板片10进行加热时，产生板片10的上表面(基板载置面)成为凸形的变形。为此，在本实施方式中，板片10的基板载置面形成为具有在室温下呈凹形形状的倾向(平坦度：0μm～60μm左右)。
在此，根据本发明的第一观点，在具有规定直径的基板(晶片)以基板的中心轴与板片10的中心轴重叠的方式载置到载置台上时，在板片10的基板载置面上的包括与基板的边缘对应的位置的区域形成低于中心部的台阶部。该台阶部的典型结构如图1～图3所示具有槽10a的形状。
从板片10的基板载置面中与基板的边缘对应的位置开始测量，槽10a优选向板片10的中心方向延伸4mm～30mm的距离。因而，在基板的直径为300mm时，槽10a的内周的直径D1为240mm～292mm。
在基板的中心轴偏离板片10的中心轴2mm左右时，为了减小槽10a在基板的边缘产生的面积差(传热面积差)，优选槽10a的外周的直径D2大于基板的边缘不超过1mm。因而，在基板的直径为300mm时，槽10a的外周的直径D2为300mm以上且302mm以下。另一方面，在基板的偏离小(0.5mm左右以下)时，对于槽10a的外周的直径D2没有必要特别限定上限，所以槽10a可以延伸到板片10的边缘。将上述情况也包含在内，本申请中采用了“台阶部”这一用语。
另外，根据本发明的第二观点，在板片10的基板载置面中多个突起11的外周侧且多个引导构件(晶片引导件)12的内周侧形成槽10a。由此，在以基板的中心轴与板片10的中心轴重叠的方式载置到载置台上时，使槽10a位于基板的边缘。此时，槽10a的内周的直径D1和外周的直径D2也优选满足上述条件。
再有，根据本发明的第三观点，在板片10的基板载置面中多个引导构件(晶片引导件)12的内周侧形成槽10a，以至少1个突起位于形成有槽10a的范围内的方式配置有多个突起11。即，可以在形成有槽10a的范围内存在至少1个突起整体，也可以在形成有槽10a的范围内存在突起的一部分。由此，在以基板的中心轴与板片10的中心轴重叠的方式载置到载置台上时，使槽10a位于基板的边缘。此时，槽10a的内周的直径D1和外周的直径D2也优选满足上述条件。
在使用基板温度控制装置对晶片70进行加热时，在从板片10的外周部流入晶片70的热的影响下，或在直到载置到板片10上时向上侧凸起挠曲的晶片70变成与板片10平行为止的时间延迟等的影响下，晶片70上产生朝向外周温度升高的过渡性温度分布。
为此，如图3所示，通过在位于晶片70的边缘部分的下方的板片10的表面区域形成槽10a，抑制从板片10的该区域向晶片70传热，使晶片70的外周部的升温速度下降，并且，促进从晶片70的中心部向外周部传热，实现温度的均匀化。
另外，由于侧面的空气绝热使得晶片70的外周部与中央部相比温度容易变得不均匀，但通过在板片10上形成槽10a，使板片10和晶片70之间的间隙变大，所以，取决于板片10和晶片70的平面度的温度不均匀性得以缓和。
再有，如果将槽10a的深度(x)、大小(D1、D2)及形状最佳化，则还可以实现接近平稳的过渡温度分布。在使用上表面具有凹形形状的板片10时，与使用上表面具有平坦或凸形形状的板片的情况相比，发现有晶片的温度分布的扩展变大的倾向。本发明在这种情况下特别有效。
图4是表示使用上表面具有凹形形状的板片对晶片进行加热时的实验结果的图。在该实验所用的板片中，室温下的上表面的平坦度为58μm。为了作比较，使用了没有形成槽的板片(比较例)和形成有槽的板片(实施例)。在实施例中，槽的内周的直径为292mm，槽的外周的直径为306mm，所以槽的宽度为(306-292)/2＝7mm。另外，槽的深度在圆周上以54μm～189μm分布，其平均值为130μm。
图4中示出对晶片进行加热时在晶片面内的多个测定点测定出的多个晶片温度以及上述温度中最大值和最小值之差即温度跨度。温度跨度越小，晶片的温度分布越均匀。如图4所示，当晶片温度从室温附近上升到140℃时，在使用没有形成槽的板片的情况下，温度跨度最大扩大到约6.8℃。而在使用形成有槽的板片的情况下，温度跨度最大也只有约4.4℃，是比较小的，可以说晶片的温度分布得到均匀化。
图5是表示使用各种板片对晶片进行加热时的实验结果的图。在此，对上表面具有凸形形状(平坦度：40μm)且没有形成槽的板片(比较例1)、上表面具有凹形形状(平坦度：40μm)且没有形成槽的板片(比较例2)和上表面具有凹形形状(平坦度：60μm)且形成有槽的板片(实施例)进行比较。在实施例中，槽的内周的直径为292mm，槽的外周的直径为306mm，所以槽的宽度为7mm。另外，槽的深度的平均值为130μm。此外，在板片的上表面具有凸形形状的情况和板片的上表面具有凹形形状的情况下，平坦度的测定值具有不同的符号(正和负)。
图5中示出对晶片进行加热时在晶片面内的多个测定点测定出的多个温度的平均值即面内平均温度以及上述温度中最大值和最小值之差即面内温度跨度。如图5所示，在上表面具有凹形形状的板片(比较例2)中，面内温度跨度最大约7.5℃，与此相对，在上表面具有凸形形状的板片(比较例1)中，面内温度跨度最大约5.3℃，在晶片的温度分布这一点上有利。另一方面，根据本发明，在上表面具有凹形形状的板片中，也能够将面内温度跨度限制到最大约4.4℃。图5中的面内平均温度的上升速度之差取决于板片的形状(凹凸)及平坦度。
图6是表示改变槽的深度时的实验结果的图。在此，使用上表面具有凹形形状(平坦度：40μm)且槽的深度的平均值为750μm的板片。槽的内周的直径为292mm，槽的外周的直径为306mm，所以槽的宽度为7mm。
如图6所示，面内温度跨度最大约7.5℃。图7表示图6中面内温度跨度达到最大的时间下的晶片半径方向的温度分布，从图7中可知产生了与晶片的内周部相比外周部的温度降低的逆转现象。为此，为了获得适当的槽的深度而进行了模拟。
图8是表示模拟中所用的要素模型的图。在该模拟中，板片10及晶片70为2维轴对象，板片10被分割成部分区域p1～p13，晶片70被分割成部分区域w1～w11。板片10的上表面具有凹形形状(平坦度：ΔH)，晶片70具有向上侧呈凸形的形状(平坦度：80μm)。作为晶片70的平坦度，80μm这一值是假定了条件差的情况时的大量级的值。
最初，晶片70位于板片10的上方(S1)，通过使晶片70以速度25mm/s下降，使晶片70的外周部接触板片10的突起(S2)。然后，晶片70以中心部的速度v挠曲，由此板片10和晶片70之间的间隙被均匀化(S3)。此时，停留在板片10和晶片70之间的空气从晶片70的外周部被逐渐排出，所以，会产生时间延迟直到间隙被均匀化。在该模拟中，将该时间延迟用时间常数1.3s表示。
另外，板片10和晶片70之间的等效热传递系数λEQ(i)由下式表示。
λEQ(i)＝λAIR/Gap(i)  (i＝1、2、……、11)
在此，λAIR是空气的热传导率，Gap(i)是板片10和晶片70之间的对置的部分区域的间隙长度，随时间变化。此外，设置于板片10的下表面的加热器是无反馈控制的恒定输出。
图9是表示第一模拟结果的图。在此，板片的平坦度ΔH为40μm，槽的内周的直径为292mm，槽的外周的直径为306mm，槽的深度为750μm。与图6所示的实验结果作比较，面内温度跨度变化的状态多少有些不同，但面内温度跨度的最大值约8.3℃，获得了与实验结果的约7.6℃接近的值。
根据该模拟，进行了对形成于板片上的槽的深度及尺寸的研究。作为条件，在板片和晶片之间的间隙长度为100μm(间隙被均匀化后的值)、目标温度为140℃时，目标如下。
(1)关于晶片的平均温度到达120℃为止的时间，与板片上没有形成槽时的时间作比较，其时间差小于0.5秒。
(2)晶片的位置偏离为±2mm时，面内温度跨度的最大值的增加小于1℃。
(3)在满足上述条件(1)及(2)的范围内，相对于相同形状及相同平坦度但没有形成槽的板片，使面内温度跨度的最大值的降低效果达到2℃以上。
图10是表示第二模拟结果的图。在此，板片的平坦度ΔH为40μm，槽的内周的直径为292mm，槽的外周的直径为306mm，槽的深度为100μm。与无槽的情况(虚线)作比较，面内温度跨度的最大值降到约7.3℃，面内温度跨度的最大值的降低效果超过目标达到3℃以上。在槽的深度为150μm及200μm的情况下也进行了同样的模拟，发现槽的深度为200μm成为满足条件(2)的界限。
另外，在槽的内周的直径为240mm、槽的外周的直径为306mm、槽的宽度为(306-240)/2＝33mm时也进行了模拟，此时，槽的深度为20μm时得到了良好的结果。一般来说，基板(晶片)的下部存在的槽的宽度与深度相乘的积只要在0.4～0.8(单位：mm2)的范围，就可预见使晶片的温度分布均匀化的效果。
图11是表示本发明一实施方式的板片的槽形状的变形例的图。图11的(a)表示形成有之前说明的那样的具有矩形截面形状的槽10a的板片10。图11的(b)表示形成有槽的内周及外周的壁倾斜的槽10b的板片10。为了抑制因槽而引起的晶片污染，优选使槽浅且实施锥形加工。图11的(c)表示形成有槽壁的至少一部分为曲面的槽10c的板片10。图11的(b)及(c)中，在定义槽的内周或外周的直径时，使用其平均值。
图11的(d)表示形成有延伸到板片10的边缘的槽(台阶部)10d的板片10。图11的(e)表示为了能够减小晶片的偏离所造成的温度跨度变动而形成有整体带锥形的槽10e的板片10。图11的(f)表示在因槽而使通常状态下的温度跨度变大时，为了增加传热面积以能够减小通常状态下的温度跨度而形成有多个细槽10f的板片10。
产业上的可利用性
本发明能够在处理半导体晶片或液晶面板等基板时控制基板温度的基板温度控制装置中使用。

Claims (7)

1.一种基板温度控制装置用载置台，是在控制基板温度的基板温度控制装置中用于将具有规定直径的基板载置于规定位置的载置台，其特征在于，具备：
板片，其在与所述基板对置的第一面中包括与所述基板的端缘对应的位置的区域形成有低于中心部的台阶部；
调温部，其配置在所述板片的与第一面相反侧的第二面。
2.根据权利要求1所述的基板温度控制装置用载置台，其特征在于，
从所述板片的第一面中与所述基板的端缘对应的位置开始测量，所述台阶部向所述板片的中心方向延伸4mm～30mm的距离。
3.一种基板温度控制装置用载置台，是在控制基板温度的基板温度控制装置中用于将具有规定直径的基板载置于规定位置的载置台，其特征在于，具备：
板片，其在与所述基板对置的第一面设有支承所述基板的下表面的多个突起和限制所述基板的端缘位置的多个引导构件，在所述多个突起的外周侧且所述多个引导构件的内周侧形成有台阶部；
调温部，其配置在所述板片的与第一面相反侧的第二面。
4.一种基板温度控制装置用载置台，是在控制基板温度的基板温度控制装置中用于将具有规定直径的基板载置于规定位置的载置台，其特征在于，具备：
板片，其在与所述基板对置的第一面设有支承所述基板的下表面的多个突起和限制所述基板的端缘位置的多个引导构件，在所述多个引导构件的内周侧形成有台阶部，以至少1个突起位于形成有所述台阶部的范围内的方式配置有所述多个突起；
调温部，其配置在所述板片的与第一面相反侧的第二面。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的基板温度控制装置用载置台，其特征在于，
所述台阶部在所述板片的第一面中包括与所述基板的端缘对应的位置的区域，形成的深度为20μm～200μm。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的基板温度控制装置用载置台，其特征在于，
所述板片的第一面具有在室温下呈凹形的形状。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的基板温度控制装置用载置台，其特征在于，
所述调温部包括面状加热器。
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