JP2002353297A

JP2002353297A - ウエハーチャック

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Publication number: JP2002353297A
Application number: JP2001153471A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Yamada; 俊治山田
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Ltd
Priority date: 2001-05-23
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2002-12-06
Anticipated expiration: 2021-05-23
Also published as: JP3781347B2; US20020174953A1

Abstract

(57)【要約】【課題】ウエハーチャックの部品点数を削減し、剛性
の向上と、製造の手間とコストを低減することを目的と
する。【解決手段】吸着板を冷却板の上伝熱板２３として用
いることにより、吸着板と冷却板とを一体化した吸着冷
却板１１とする。吸着冷却板１１の下面には、ラバーヒ
ーター１２が接着される。吸着冷却板１１を支持するセ
ラミックベース１３の上面に、吸着冷却板１１を支持す
るための突起１３１，１３２を設けることで、吸着冷却
板とセラミックベースとの間に空間を形成し、そこにラ
バーヒーターを位置させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウエハーチャック
に関し、特に、その改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子製造の分野では、通常、同一
構造の複数の半導体素子（例えば、ＩＣなど）が、一つ
の半導体ウエハー（例えば、シリコンウエハー）上にま
とめて形成される。これら一つのシリコンウエハーに形
成された複数の半導体素子は、その後、シリコンウエハ
ーから切り出されるが、その前に、特性測定や良否判定
のための最終的な電気的試験（機能試験）を受ける。こ
の電気的試験は、ウエハーの移動及び温度調節（加熱及
び／又は冷却）を行うためのウエハープローバと呼ばれ
る装置と、電気特性を測定するためのウエハーテスター
と呼ばれる装置とを用いて行われる。

【０００３】ウエハープローバは、その内部に、精密な
平面内移動を可能にするＸ−Ｙテーブルを有している。
そして、このＸ−Ｙテーブルには、半導体素子が形成さ
れたシリコンウエハーを吸着保持するためのウエハーチ
ャックが取り付けられている。このウエハーチャック
は、その上面に載置されたシリコンウエハーを吸着保持
するとともに、そのシリコンウエハーを加熱／冷却する
ことができる。

【０００４】従来のウエハーチャックは、図４及び図５
に示すように、上から順番にシリコンウエハー４１を吸
着保持する吸着板４２、吸着板４２を介してシリコンウ
エハー４１を加熱するためのヒーター４３、ヒーター４
３及び吸着板４２を介してシリコンウエハー４１を冷却
するための冷却板４４、及びこれらを支持するためのセ
ラミックベース４５を有している。そして、吸着板４
２、ヒーター４３、及び冷却板４４は、互いに積層さ
れ、固定ねじ５１を用いて、セラミックベース４５に固
定されている。

【０００５】吸着板４２は、円板状であって、その上面
は、載置されたシリコンウエハー４１を確実に吸着固定
できるように、また、シリコンウエハー４１に対して局
所的な応力を発生させることがないように、ラッピング
仕上げ等により精密に平坦化されている。また、吸着板
４２は、その上面をＸ−Ｙテーブル（図示せず）の駆動
面に対して容易に平行とすることができるように、その
上面と下面が高い精度で平行に形成されている。

【０００６】また、吸着板４２の上面には、複数の同心
円状の吸着用溝４２１が設けられるとともに、その内部
には、外周面から内部中央付近にまで延びる真空排気穴
４２２が設けられている。吸着用溝４２１の各々と真空
排気穴４２２とは、連通孔４２３によって互いに連通し
ている。また、吸着板４２の外周面上には、真空排気穴
４２２に続く真空引き口４２４が設けられている。

【０００７】吸着板４２は、大きな熱伝導率を有する材
料、例えば、アルミ合金や銅合金を用いて作られる。こ
れは、吸着保持したシリコンウエハー４１に対して一様
に熱を伝えるため、その表面温度が一様である必要があ
るからである。

【０００８】ウエハーチャックがウエハープローバに組
み込まれたとき、吸着板４２の真空引き口４２４には、
ウレタンチューブ等の配管（図示せず）を介して真空ポ
ンプ（図示せず）が連結される。真空ポンプをオンする
か或いは真空ポンプがオンしている状態で配管途中に設
けられた電磁弁等をオンして真空排気穴４２２内を排気
すると、連通孔４２３及び吸着用溝４２１の一部を通じ
て外気が吸引される。このとき、吸着板４２の上面にシ
リコンウエハー４１が載置されていると、吸着用溝４２
１の上面が塞がれるので、吸着用溝４２１の内部が排気
される。その結果、吸着板４２の上に載置されたシリコ
ンウエハー４１は、この吸着板４２によって吸着保持さ
れる。吸着板４２によって吸着保持されているシリコン
ウエハー４１は、真空ポンプをオフ、或いは電磁弁をオ
フすることにより、容易に吸着板４２から取り外すこと
ができる。

【０００９】ヒーター４３は、セラミックなどからなる
円板体の内部にニクロム線などを組み込んだものであ
る。円板体は、吸着板４２との間で高い伝熱効率を実現
するように、即ち、吸着板４２に隙間なく密着するよう
に、高い精度で作られている。また、円板体は、吸着板
４２の上面をＸ−Ｙテーブルの駆動面と容易に平行にす
ることができるように、その上面と下面とが高い精度で
平行に作られている。

【００１０】ヒーター４３は、ニクロム線等に接続され
ている一対の電流リード４３１間に通電を行うことでは
発熱し、吸着板４２を介してシリコンウエハー４１を加
熱する。ヒーター４３は、シリコンウエハー４１を高温
にまで加熱するときのみならず、シリコンウエハー４１
を冷却するときにも使用される。つまり、シリコンウエ
ハー４１を冷却する場合、冷却板４４が使用されるが、
シリコンウエハー４１の温度を微調整するためにヒータ
ー４３が用いられる。なお、冷却板４４は、シリコンウ
エハー４１を高温にまで加熱する際には用いられない。

【００１１】冷却板４４もまた、円板状であって、ヒー
ター４３との間で高い伝熱効率を実現すると共に、吸着
板４２の上面をＸ−Ｙテーブルの駆動面と容易に平行に
することができるように、その上面と下面とが高い精度
で平行に作られている。

【００１２】冷却板４４は、その内部に伝熱流路４４１
を有し、これに連続する冷却液入口４４２及び冷却液出
口４４３を、その外周面上に有している。図５では、伝
熱流路４４１が、冷却板４４の内部を貫く一本の流路と
して描かれているが、実際には、冷却板全体の温度が均
一となるように（伝熱面積が大きくなるように）、複雑
な形状の流路としたり、複数の分岐流路を設けたりして
ある。また、実際には、冷却液入口４４２及び冷却液出
口４４３は、図４に示すように互いに近接して設けられ
るのが普通である。

【００１３】なお、図４及び図５には示していないが、
冷却板４４は、伝熱流路を構成する本体と、この本体を
収容するケースから成る。冷却板４４の本体は、冷却液
と効率良く熱交換を行い、また一様な温度分布を実現す
るため、高い熱伝導率を持つ材料、例えば、アルミ合金
や銅合金等で作られる。一方、ケースは、高い熱伝導率
と高い剛性とを両立させるために薄いステンレス鋼等で
作られる。これら本体及びケースは、それぞれ、複数の
部材をろう付け等により接合して構成されている。

【００１４】ウエハーチャックがウエハープローバに組
み込まれたとき、冷却板４４の冷却液入口４４２及び冷
却液出口４４３は、図示しない低温冷却液循環装置に接
続される。そして、冷却板４４は、低温冷却液循環装置
から低温冷却液の供給を受け、その低温冷却液と熱交換
を行って冷却される。

【００１５】吸着板４２、ヒーター４３及び冷却板４４
は、互いに熱的にしっかりと接触し、かつ機械的に強固
に固定されることが望ましい。これを実現する方法とし
て、接着やろう付けといった方法が考えられるが、吸着
板４２、ヒーター４３及び冷却板４４は互いに材料が異
なり、その熱膨張率が異なるので、これらの方法を用い
ると、温度変化に伴ってウエハーチャックに歪みが生じ
てしまう。そこで、従来のウエハーチャックでは、吸着
板４２、ヒーター４３及び冷却板４４を、固定ねじ５１
を用いて互いに固定している。

【００１６】セラミックベース４５は、冷却板４４が取
り付けられる上面が高い精度で平坦に形成されている。
これは、上述したように、吸着板４２の上面をＸ−Ｙテ
ーブルの駆動面と容易に平行にすることができるように
するためである。セラミックベース４５は、その下側に
固定部（図５において下方に突出した部分）を有し、Ｘ
−Ｙテーブルに高い剛性を持って取り付けられる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のウエハーチャックでは、吸着板、ヒーター、冷却板、
及びセラミックベースのそれぞれを、非常に高い精度で
作製しなければならない。それゆえ、ウエハーチャック
の製造に手間とコストが掛かるという問題点がある。

【００１８】また、従来のウエハーチャックは、吸着
板、ヒーター、冷却板及びセラミックベースを積層する
ものであるため、多数の接合面を持ち、高い精度と剛性
を得ることが困難であるという問題点もある。

【００１９】そこで本発明は、部品点数を削減するとと
もに精度と剛性を高めることができるウエハーチャック
の構造を提供し、もって、ウエハーチャックの製造工程
における手間を省き、コストを削減することを目的とす
る。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
ウエハーを吸着保持する吸着板と、内部に形成された伝
熱流路を流れる冷却液と熱交換して前記半導体ウエハー
を冷却する冷却板とを備えるウエハーチャックにおい
て、前記吸着板と前記冷却板とを互いに重ね合わせ、前
記吸着板の少なくとも一部を前記冷却板と共用すること
によって前記吸着板と前記冷却板とを一体化して吸着冷
却板としたことを特徴とするウエハーチャックが得られ
る。

【００２１】より具体的には、前記冷却板が、前記伝熱
流路を形成する下伝熱板と上伝熱板、及びこれらの間に
位置する中間板を有する場合に、前記吸着板は、前記上
伝熱板として利用される。

【００２２】また、前記下伝熱板、前記上伝熱板、及び
中間板は、熱伝導率の高いアルミ合金又は銅合金により
作製される。そしてこれらは、ステンレス鋼製のケース
に収められる。

【００２３】さらに、上記ウエハーチャックは、前記吸
着冷却板の下面に接着されたラバーヒーターと、前記吸
着冷却板を支持するベースを備え、該ベースの上面に前
記吸着冷却板を支持するための突起を形成することによ
って前記吸着冷却板と当該ベースとの間に空間を形成
し、当該空間内に前記ラバーヒーターを位置させるよう
にしている。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００２５】図１に、本発明の一実施の形態に係るウエ
ハーチャックの分解斜視図を示す。図１のウエハーチャ
ックは、吸着冷却板１１と、ヒーター１２と、セラミッ
クベース１３とを有している。

【００２６】吸着冷却板１１は、従来の吸着板及び冷却
板の機能を兼ね備えている。これは、従来の吸着板と冷
却板とを重ね合わせ、その一部を共用するように一体化
したものとみなすこともできる。吸着冷却板１１の上面
には、複数の吸着用溝１１１が同心円状に形成されてい
る。また、吸着冷却板１１の外周面上には、吸着用溝１
１１に連通する真空排気穴（図２参照）に続く真空排気
口１１２と、内部に形成された伝熱流路に続く冷却液入
口１１３及び冷却液出口１１４が突設されている。

【００２７】吸着冷却板１１は、その上面がラッピング
処理などによって高い精度で平坦化されている。また、
吸着冷却板１１の上面と下面とは、高い精度で平行にし
てある。

【００２８】ヒーター１２は、従来のヒーターとは異な
り、シリコンゴム製の環状体にニクロム箔を埋め込んだ
ものである。ヒーター１２の外周縁からは、ニクロム箔
に接続されたリード線１２１が引き出されている。この
ヒーター１２に関しては、従来のように、その上面と下
面とを高い精度で平行にする必要はない。

【００２９】セラミックベース１３は、ヒーター１２の
形状に合わせて、その上面に外周縁突起１３１と中央突
起１３２とが形成されている。外周縁突起１３１と中央
突起１３２とは、高い精度でその高さを等しくしてあ
る。これら外周縁突起１３１と中央突起１３２の高さ
は、ヒーター１２の厚さより高くしておくことが好まし
い。

【００３０】図２に、図１のウエハーチャックの縦断面
図を示す。

【００３１】図２に示すように、吸着冷却板１１は、下
伝熱板２１、中間板２２、従来の吸着板と同じ構造を有
する（即ち、吸着板として機能する）上伝熱板２３、下
伝熱板２１と中間板２２との間及び中間板２２と上伝熱
板２３との間にそれぞれ配置されて放射状の伝熱流路を
形成する多数の扇状部材２４、円柱部材２５、及び阻止
部材２６を有している。これらの部材は、アルミ合金あ
るいは銅合金で作られ、ろう付け、接着等により互いに
固定され、さらに、ステンレス鋼製のケース２７に収容
されて、ろう付けあるいは接着により固定されている。
上伝熱板２３が取り外された状態の吸着冷却板１１の平
面図を図３に示しておく。

【００３２】ヒーター１２は、吸着冷却板１１の下面
に、熱的にしっかりと固定される。この固定には、例え
ば、シリコンゴム等を用いた接着が利用される。

【００３３】ヒータ１２が取り付けられた吸着冷却板１
１は、セラミックベース１３に固定ねじ２８を用いて固
定されている。

【００３４】セラミックベース１３は、その外周縁突起
１３１及び中央突起１３２により吸着冷却板１１を支持
する。外周縁突起１３１及び中央突起１３２の高さをヒ
ーター１２の厚みよりも高くすると、ヒーター１２とセ
ラミックベース１３との間に空間ができ、セラミックベ
ース１３への熱伝達を抑制することができる。

【００３５】セラミックベース１３は、その下面に設け
られている固定部を用いて、ウエハープローバのＸ−Ｙ
テーブルに対して、高い剛性及び高い精度で取り付けら
れる。

【００３６】次に、図１乃至図３を参照して、このウエ
ハーチャックの動作について説明する。

【００３７】まず、吸着冷却板１１の上面に半導体ウエ
ハー（例えば、シリコンウエハー、図示せず）が載置さ
れると、吸着用溝１１１の上面が塞がれる。この状態
で、図示しない真空ポンプを用いて真空排気穴２９の内
部を排気すると、吸着用溝１１１の内部も排気され、そ
の結果、シリコンウエハーが吸着冷却板１１に吸着保持
される。

【００３８】シリコンウエハーを冷却する場合、図示し
ない低温冷却液循環装置から吸着冷却板１１の冷却液入
口１１３に冷却液が供給される。この冷却液は、吸着冷
却板１１の周囲温度を考慮した上で、吸着冷却板１１の
温度が目的温度よりも低くなるように、目的温度よりも
数度程低い温度にまで冷却されている。

【００３９】冷却液入口１１３に供給された冷却液は、
図２及び図３に矢印で示すように外周流路３１を流れ、
その後、中間板２２と上伝熱板２３のと間で、かつ扇状
部材２４同士の間、即ち放射状流路（伝熱流路）３２を
外周側から中央に向かって流れる。なお、阻止部材２６
は、冷却液入口１１３の近傍において、冷却液が中間板
２２と下伝熱板２１との間に進入することがないよう
に、中間板２２に代わって冷却液の流れを阻止する。

【００４０】中間板２２と上伝熱板２３との間を外周側
から中央に向かって流れた冷却液は、円柱部材２５の周
囲に形成されている上下流通路３３を通って、中間板２
２と下伝熱板２３との間に進入し、今度は、これらの間
で放射状流路（伝熱流路）３４を中央から外周に向かっ
て放射状に流れる。そして、外周流路３５を冷却液出口
１１４へと向かって流れ、冷却液出口１１４より低温冷
却液循環装置へと戻る。なお、阻止部材３６は、冷却液
出口１１４の近傍において、冷却液が中間板２２と上伝
熱板２３との間に進入することがないように、中間板２
２に代わって冷却液の流れを阻止する。

【００４１】以上のようにして、冷却液は、吸着冷却板
１１の内部を流れ、その間に吸着冷却板１１と熱交換を
行う。その結果、吸着冷却板１１は、冷却液によって目
的温度よりも低い温度に冷却される。なお、吸着冷却板
１１は、高い熱伝導率を持つ材料で作られているので、
一様な温度分布となる。

【００４２】目的温度よりも低い温度にまで冷却された
吸着冷却板１１の温度を目的温度に保つため、ヒーター
１２への通電が行われる。そして、ヒーター１２の発熱
量を周囲の温度に応じて調整することにより、吸着冷却
板１１の温度（ウエハーチャックの温度、ひいてはシリ
コンウエハーの温度）を目的温度に保つ。

【００４３】シリコンウエハーを高温に加熱する場合
は、吸着冷却板１１への冷却液の供給を行わず、ヒータ
ー１２への通電のみを行う。

【００４４】以上のように、本願実施の形態によるウエ
ハーチャックは、従来同様、シリコンウエハーを吸着保
持し、冷却し、加熱することが可能であるが、高い精度
で作製しなければならない部品は、吸着冷却板１１とセ
ラミックベース１３の２点に減少している。その結果、
機械的に高い精度が必要となる組み合わせ面は１つのみ
となり、各部品の仕上がり精度が大幅に緩和され、製作
コストの低減が実現される。また、ヒーターは、吸着冷
却板に対して熱的にしっかりと取り付けられていれば良
く、機械的精度を必要としないので、安価なラバーヒー
ターなどを使用することができる。また、従来に比べ高
精度を要する組立て接合面が減少する（３ヶ所が１ヶ所
になる）ため、精度並びに剛性が向上する。

【００４５】なお、上記実施の形態では、ウエハーチャ
ックがウエハープローバに用いられる例について説明し
たが、本発明のウエハーチャックは、ウエハーエッチン
グ装置やウエハーアッシャー装置など、他の半導体製造
装置にも利用できる。また、本発明のウエハーチャック
は、半導体ウエハーに拘わらず、他の薄板状物の冷却及
び加熱にも利用できる。

【００４６】また、上記実施の形態では、吸着板全体を
冷却板の上伝熱板として利用する例について説明した
が、吸着板が複数の部材からなる場合には、その一部
（下面に位置する部材）を冷却板の上伝熱板として利用
することができる。

【００４７】

【発明の効果】本発明によれば、吸着板の少なくとも一
部を冷却板と共用するようこれらを一体化したことで、
機械的に高い精度で製造しなければならない部品の数を
減少させることができ、それによって、製造の手間とコ
ストを低減することができる。

【００４８】また、吸着板と冷却板を一体化した吸着冷
却板を支持するベースに突起又は凹所を設けることによ
り、吸着冷却板とベースとの間に空間を形成し、その空
間に吸着冷却板に接着されたラバーヒーターを位置させ
るようにしたことで、高い精度で製造しなければならな
い部品を更に減少させ、製造の手間とコストを一層低減
することができる。

【００４９】また、本発明によれば、高い精度を要する
組立て接合面とが減少し、精度及び剛性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るウエハーチャック
の分解斜視図である。

【図２】図１のウエハーチャックの縦断面図である。

【図３】図１及び図２のウエハーチャックの上伝熱板を
取り除いた状態の平面図である。

【図４】従来のウエハーチャックの分解斜視図である。

【図５】図４のウエハーチャックの縦断面図である。

【符号の説明】

１１吸着冷却板１１１吸着用溝１１２真空排気口１１３冷却液入口１１４冷却液出口１２ヒーター１２１リード線１３セラミックベース１３１外周縁突起１３２中央突起２１下伝熱板２２中間板２３上伝熱板２４扇状部材２５円柱部材２６阻止部材２７ケース２８固定ねじ３１外周流路３２放射状流路３３上下流通路３４放射状流路３５外周流路３６阻止部材４１シリコンウエハー４２吸着板４２１吸着用溝４２２真空排気穴４２３連通孔４２４真空引き口４３ヒーター４３１リード線４４冷却板４４１伝熱流路４４２冷却液入口４４３冷却液出口４５セラミックベース５１固定ねじ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウエハーを吸着保持する吸着板
と、内部に形成された伝熱流路を流れる冷却液と熱交換
して前記半導体ウエハーを冷却する冷却板とを備えるウ
エハーチャックにおいて、前記吸着板と前記冷却板とを互いに重ね合わせ、前記吸
着板の少なくとも一部を前記冷却板と共用することによ
って前記吸着板と前記冷却板とを一体化して吸着冷却板
としたことを特徴とするウエハーチャック。
【請求項２】前記冷却板が、前記伝熱流路を形成する
下伝熱板と上伝熱板、及びこれらの間に位置する中間板
を有しており、前記吸着板が、前記上伝熱板として用い
られていることを特徴とする請求項1のウエハーチャッ
ク。
【請求項３】前記下伝熱板、前記上伝熱板、及び中間
板が、アルミ合金製又は銅合金製であって、これらがス
テンレス鋼製のケースに収められていることを特徴とす
る請求項２のウエハーチャック。
【請求項４】前記吸着冷却板の下面に接着されたラバ
ーヒーターと、前記吸着冷却板を支持するベースとを有
し、該ベースの上面に前記吸着冷却板を支持するための
突起を形成することによって前記吸着冷却板と当該ベー
スとの間に空間を形成し、当該空間内に前記ラバーヒー
ターを位置させるようにしたことを特徴とする請求項
１，２又は３のウエハーチャック。