JP2005101310A - Temperature adjusting apparatus for semiconductor substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板の温度調節装置に関し、更に詳しくは、半導体基板を加熱・冷却するため熱伝導板を備えた温度調節装置に関する。 The present invention relates to a temperature control device for a semiconductor substrate, and more particularly to a temperature control device including a heat conduction plate for heating and cooling a semiconductor substrate.
従来から、半導体基板を所定温度に加熱・冷却するための温度調節装置は広く利用されている。
この種の温度調節装置は、半導体基板を載置する熱伝導性に優れたアルミニウムないしは銅系の材料からなる熱伝導板と、その裏面にペルチェ素子等を組み込んだ熱源部とからなっている(例えば、特許文献1参照)。
Conventionally, a temperature control device for heating and cooling a semiconductor substrate to a predetermined temperature has been widely used.
This type of temperature control device includes a heat conductive plate made of an aluminum or copper-based material having excellent heat conductivity on which a semiconductor substrate is placed, and a heat source portion in which a Peltier element or the like is incorporated on the back surface ( For example, see Patent Document 1).
ところで、近年、半導体を安価に製造するために、半導体チップを切り取る半導体基板を可及的に大径にして、1枚の半導体基板から少しでも多くのチップを切り取ろうとしている。また、近年では、その製造過程において、半導体基板をより高温に加熱し、また、高温度に加熱された半導体基板を高速且つ高精度に冷却する要求が高まっている。その対策としては、高温の半導体基板を所定温度に調温された温度調節装置の熱伝導板上に載置する際のプロキシミティギャップを低くすることも考えられるが、その場合には、冷却速度の高速化により基板の厚み方向の温度変化速度の違いに基づいて、半導体基板の下面と上面との間に大きな温度差が生じ、それに起因して該基板に反りが発生し、この反りのために温度分布の均一性が低下するとともに、半導体基板の冷却が遅くなると云う問題がある。特にこの反りは大径の半導体基板で著しく、半導体基板が大径化する最近の製造工程においては大きな問題となる。 By the way, in recent years, in order to manufacture a semiconductor at a low cost, a semiconductor substrate from which a semiconductor chip is cut is made as large as possible to cut out as many chips as possible from one semiconductor substrate. In recent years, in the manufacturing process, there is an increasing demand for heating the semiconductor substrate to a higher temperature and cooling the semiconductor substrate heated to a higher temperature at high speed and with high accuracy. As a countermeasure, it is conceivable to reduce the proximity gap when placing a high-temperature semiconductor substrate on the heat conduction plate of a temperature control device adjusted to a predetermined temperature. Due to the increase in the speed of the substrate, a large temperature difference occurs between the lower surface and the upper surface of the semiconductor substrate based on the difference in the temperature change rate in the thickness direction of the substrate. In addition, there is a problem that the uniformity of the temperature distribution is lowered and the cooling of the semiconductor substrate is delayed. In particular, this warpage is remarkable in a large-diameter semiconductor substrate, and becomes a serious problem in the recent manufacturing process in which the semiconductor substrate has a large diameter.
また、上述したように半導体基板が大きくなると同時にそれを載置する熱伝導板との間の間隙を小さくすると、該熱伝導板上に半導体基板を載置する際に、該基板と熱伝導板との間の空気の逃げがスムースでなくなり、その結果、熱伝導板上に載置した半導体基板が回転したり横方向に滑るようにずれ動いた入りするという問題が発生し、この問題に対しても対策が必要になる。
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、その基本的な技術的課題は、半導体基板の加熱・冷却時における厚み方向の温度変化速度の違いに基づく反りを可及的に抑制できるようにし、結果的に、プロキシミティギャップを低くして半導体基板の加熱・冷却を迅速化・高精度化できるようにした温度調節装置を提供することにある。
本発明の他の技術的課題は、半導体基板を載置する際に、該基板と熱伝導板との間の空気の逃げをスムースにするという問題を解決し、熱伝導板上に載置した半導体基板が回転したり横方向に滑ってずれ動いた入りすることのない半導体基板の温度調節装置を提供することにある。
The present invention has been made to solve such problems, and its basic technical problem is to allow warping based on the difference in temperature change rate in the thickness direction during heating and cooling of the semiconductor substrate. It is an object of the present invention to provide a temperature control device that can suppress the power consumption and, as a result, reduce the proximity gap so that heating / cooling of the semiconductor substrate can be performed quickly and accurately.
Another technical problem of the present invention is to solve the problem of smooth air escape between the substrate and the heat conducting plate when the semiconductor substrate is placed, and the semiconductor substrate is placed on the heat conducting plate. An object of the present invention is to provide a temperature control device for a semiconductor substrate that does not enter the semiconductor substrate that rotates or slides laterally and moves.
上記課題を解決するための本発明の半導体基板の温度調節装置は、半導体基板を載置して加熱または冷却するための温度調節装置の熱伝導板におけるプロキシミティギャップまたはその近辺に、真空源に接続されて上記半導体基板を吸着する吸着孔を備えたことを特徴とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, a semiconductor substrate temperature control device according to the present invention provides a vacuum source at or near a proximity gap in a heat conduction plate of a temperature control device for mounting and heating or cooling a semiconductor substrate. It has a suction hole that is connected and sucks the semiconductor substrate.
上記本発明の温度調節装置は、上記吸着孔をプロキシミティギャップ自体にその中心を貫通させて設け、熱伝導板内の流路を通して真空源に接続したものとして構成し、あるいは、上記吸着孔をプロキシミティギャップの周囲の熱伝導板に設け、該熱伝導板内の流路を通して真空源に接続したものとして構成することができる。後者の場合、上記吸着孔を、上記プロキシミティギャップを中心にして対称に設けるのが望ましい。
また、本発明の好ましい実施形態においては、上記吸着孔の多数が熱伝導板の中心の周りに同心円状に設けられる。
The temperature control device of the present invention is configured such that the adsorption hole is provided in the proximity gap itself with its center penetrating and connected to a vacuum source through a flow path in the heat conduction plate, or the adsorption hole is provided. It can be configured such that it is provided on a heat conductive plate around the proximity gap and connected to a vacuum source through a flow path in the heat conductive plate. In the latter case, it is desirable to provide the suction holes symmetrically with respect to the proximity gap.
Moreover, in preferable embodiment of this invention, many of the said adsorption | suction holes are provided concentrically around the center of a heat conductive board.
更に、本発明の半導体基板の温度調節装置においては、上記吸着孔に加えて、熱伝導板におけるプロキシミティギャップの列設方向に沿う吸着用溝を設け、それを真空源に接続することができ、その場合に、該吸着用溝を熱伝導板の中心の周りに同心円状に設けるのが望ましい。 Furthermore, in the temperature control device for a semiconductor substrate according to the present invention, in addition to the suction holes, suction grooves along the arrangement direction of the proximity gaps in the heat conductive plate can be provided and connected to a vacuum source. In this case, it is desirable to provide the adsorption grooves concentrically around the center of the heat conducting plate.
上記構成を有する温度調節装置においては、熱伝導板に離散的に設けられたプロキシミティギャップ自体に、あるいはその近辺に吸着孔を設け、それを熱伝導板内の流路を通して真空源に接続しているので、上記吸着孔を通じた真空吸引により半導体基板が多数のプロキシミティギャップ上に保持され、該半導体基板の加熱・冷却時における厚み方向の温度変化速度の違いに基づく反りが抑制される。
また、上記吸着孔を通じて半導体基板と熱伝導板との間の空気を吸引するので、熱伝導板上に半導体基板を載置する際に、それらの間の空気の逃げをスムースにして、熱伝導板上に載置した半導体基板が回転したり横方向に滑ってずれ動いた入りするのを抑制することができる。
上記吸着孔に加えて、熱伝導板におけるプロキシミティギャップの列設方向に沿う吸着用溝を設けると、上記反りの抑制及び半導体基板の回転や横ずれの抑制がより効果的に行われる。
In the temperature control apparatus having the above-described configuration, an adsorption hole is provided in or near the proximity gap discretely provided in the heat conduction plate and connected to a vacuum source through a flow path in the heat conduction plate. Therefore, the semiconductor substrate is held on a large number of proximity gaps by vacuum suction through the suction holes, and warpage based on the difference in temperature change rate in the thickness direction during heating / cooling of the semiconductor substrate is suppressed.
In addition, since air between the semiconductor substrate and the heat conducting plate is sucked through the suction holes, when the semiconductor substrate is placed on the heat conducting plate, the air escape between them is smoothed to conduct heat. It is possible to prevent the semiconductor substrate placed on the plate from rotating or slipping in the lateral direction and entering.
In addition to the suction holes, if the suction grooves along the arrangement direction of the proximity gaps in the heat conduction plate are provided, the warpage and the semiconductor substrate can be more effectively prevented from rotating and laterally shifting.
このような本発明の温度調節装置によれば、半導体基板の加熱・冷却時における厚み方向の温度変化速度の違いに基づく反りを可及的に抑制できると共に、半導体基板の回転や横ずれを抑制でき、結果的に、プロキシミティギャップを低くして半導体基板の加熱・冷却を迅速化・高精度化することができる。 According to such a temperature control device of the present invention, it is possible to suppress as much as possible warping based on the difference in temperature change rate in the thickness direction during heating / cooling of the semiconductor substrate, and it is possible to suppress rotation and lateral deviation of the semiconductor substrate. As a result, the proximity gap can be lowered, and the heating / cooling of the semiconductor substrate can be speeded up and made highly accurate.
以下に、図面を参照して本発明の温度調節装置の実施例について詳細に説明する。
図1乃至図3は、本発明をシリコンウエハの温調に用いる温度調節装置に適用した第1実施例を模式的に示すものである。この温度調節装置における熱伝導板1は、図2及び図3に示すように、その上にシリコンウエハ2を載置し、所定温度に加熱・冷却するためのもので、熱の良導体であるアルミニウムないしは銅系の材料からなる表面板の裏面側にペルチェ素子等を組み込んだ温調部を備えることにより構成されている。
Hereinafter, embodiments of the temperature control device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1 to 3 schematically show a first embodiment in which the present invention is applied to a temperature control device used for temperature control of a silicon wafer. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, the
上記熱伝導板1の表面には、上記シリコンウエハ2にパーティクルが付着するのを防止するため、頂部が半球状をなす小ブロック状のセラミックスからなる多数のプロキシミティギャップ3を離散的に設けている。このプロキシミティギャップ3は、熱伝導板1の表面に設けた小孔7に嵌着することにより、その頂面が熱伝導板1の表面から若干突出し、その上にシリコンウエハ2が熱伝導板1の表面から所定の間隙tを介して載置されるようにして取付けたもので、図1の実施例では、このプロキシミティギャップ3を、熱伝導板1の中心部と、その周囲に同心円状に多数配置し、その一部は中心から放射方向に向く直線上に配置している。
そして、この熱伝導板1における一部のプロキシミティギャップ3の近辺における熱伝導板1に、真空源に接続されてその上に載置したシリコンウエハ2を吸着する吸着孔5を備えている。全部のプロキシミティギャップ3の近辺に吸着孔5を設けることもできる。
In order to prevent particles from adhering to the
The
図2は、図1のA‐A断面図を、図3は同B‐B断面図を示し、この場合には、上記吸着孔5をプロキシミティギャップ3の周囲の近接位置における熱伝導板1に、具体的には、プロキシミティギャップ3における放射方向の両側に設け、該熱伝導板1内に放射方向に向けて形成した真空圧の流路11、及び熱伝導板1の周辺において該流路11に接続された真空用可撓チューブ15を通して真空源に接続している。
上記吸着孔5は、上記プロキシミティギャップ3を中心にして、その周囲の対称位置に設けるのが望ましいが、上記図1及び図2に示すような対称の2位置に限るものではなく、例えば図4に示すようなプロキシミティギャップ3の周囲の対称の4位置に設けることもできる。この場合にも、それぞれの吸着孔5を熱伝導板1内において真空源につながる流路に連通させる必要があるのは勿論である。
2 shows a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. 3 shows a cross-sectional view taken along the line BB. In this case, the
The
また、上記熱伝導板1には、上記吸着孔5に加えて、熱伝導板におけるプロキシミティギャップ3の列設方向である同心円状に沿う吸着用溝8を設けている。この吸着用溝8も、上記流路11及び熱伝導板1の周辺において該流路11に接続された真空用可撓チューブ15を通して、真空源に接続している。上記吸着用溝8による吸引力は、その溝幅の調整により、適切に設定することができる。
この吸着用溝8は、熱伝導板1の中心の周りに同心円状に設けるのが望ましいが、必ずしもその必要がなく、部分的に円弧状に設けたり、また任意の方向に任意長に設けることもできる。
In addition to the
The
上記熱伝導板1内の流路11は、図1に示すように、前記チューブ15により、外部に設けられた真空エジェクタ20に圧力計(または流量計)21を介して接続されており、該真空エジェクタ20で発生した真空圧により吸着孔5及び吸着用溝8を通して熱伝導板上の空気が吸引される。
また、上記真空エジェクタ20には、減圧弁23を介して真空発生用の圧力流体が供給され、その圧力によって真空圧を調整できるようにしている。図中、24は圧力計である。
なお、真空源は、上記構成に限るものではない。
As shown in FIG. 1, the
The
The vacuum source is not limited to the above configuration.
図5乃至図7は、本発明に係る熱伝導板1の第2実施例を示すもので、この第2実施例では、吸着孔6をプロキシミティギャップ4自体に、その中心を貫通させて頂部に開口するように設けている。この吸着孔6は、熱伝導板1に設けたプロキシミティギャップ4を収容する小孔7の内部に開口する通孔12を通して、該熱伝導板1内の流路11に連通させ、第1実施例の場合と同様に真空源に接続される。流路11の開設方向については明確に図示していないが、熱伝導板1に放射方向に設けるとか、その他の適宜方向に向けて設けることができる。
FIGS. 5 to 7 show a second embodiment of the
この吸着孔6も、必要数あるいは全部のプロキシミティギャップ4に、シリコンウエハ2を吸着するように設けるものである。また、図5では単に一つの円上に配置した多数のプロキシミティギャップ4に吸着孔6設けた状態を示しているが、第1実施例と同様に、同心円状にプロキシミティギャップ4を配置することができる。
また、この第2実施例の場合にも、前記第1実施例と同様に吸着用溝8を設けることができる(図5参照)。この吸着用溝8も流路11を介して真空源に接続されるのは勿論である。
The suction holes 6 are also provided so as to suck the
Also in the case of the second embodiment, an
上記構成を有する第1及び第2実施例の温度調節装置においては、熱伝導板1に離散的に設けられたプロキシミティギャップの近辺あるいはそのギャップ自体に吸着孔5,6を設け、それを熱伝導板1内の流路11を通して真空源に接続しているので、上記吸着孔5,6を通じた真空吸引によりシリコンウエハ2が多数のプロキシミティギャップ3,4上に保持され、該シリコンウエハ2の加熱・冷却時における厚み方向の温度変化速度の違いに基づく反りが抑制される。そのため、シリコンウエハ2は全面的に熱伝導板1との間の隙間が均一になり、それにより均一に冷却される。しかも、シリコンウエハ2と熱伝導板1との間の空気が絶えず吸着孔5,6や吸着用溝8を通じた吸引により外部に排出されるので、シリコンウエハ2はより効率良く冷却される。
In the temperature control apparatus of the first and second embodiments having the above-described configuration, the suction holes 5 and 6 are provided in the vicinity of the proximity gap discretely provided in the
また、上記吸着孔5,6や吸着用溝8を通じてシリコンウエハ2と熱伝導板1との間の空気を吸引するので、熱伝導板1上にシリコンウエハ2を載置する際に、それらの間の空気の逃げをスムースにして、熱伝導板1上に載置したシリコンウエハ2が回転したり横方向に滑ってずれ動いた入りするのが効果的に抑制される。
更に、上記吸着孔5,6に加えて、熱伝導板1におけるプロキシミティギャップ2の列設方向に沿う吸着用溝8を設けると、上記反りの抑制及びシリコンウエハの回転や横ずれの抑制がより効果的に行われる。
なお、シリコンウエハ2を冷却する場合には、それが表裏面側の温度差に起因して上方に凸となるように反るので、反り量の大きい中心部近傍における吸着孔5,6と吸引用溝8とで周辺部より強い吸引力が作用するようにするのが、より適切である。
Further, since the air between the
Furthermore, in addition to the suction holes 5 and 6, if the
When the
なお、以上の説明及び以下に示す実験例では、熱伝導板によりシリコンウエハを冷却する場合を主体として説明しているが、該熱伝導板によりシリコンウエハを加熱する場合についても、加熱と冷却に起因する一部作用が逆になるが、上記冷却の場合とほぼ同様に、本発明の課題を達成し、効果を期待することができる。 In the above explanation and the experimental example shown below, the case where the silicon wafer is cooled by the heat conduction plate is mainly described, but the case where the silicon wafer is heated by the heat conduction plate is also used for heating and cooling. Although the resulting partial action is reversed, the object of the present invention can be achieved and the effect can be expected in substantially the same manner as in the case of the cooling described above.
ついで、上記第1実施例の熱伝導板を用いた試験結果について説明する。
図8は、第1実施例の吸着孔5を有する熱伝導板1を用いてシリコンウエハの冷却を行った場合の多点の温度変化データを示し、図9は、上記吸着孔5を備えない場合のシリコンウエハの冷却時の温度変化データを示している。
両図において、縦軸はシリコンウエハの温度、横軸は経過時間で、それぞれシリコンウエハの対応する多点で温度センサにより計測した温度変化データを併記している。
Next, test results using the heat conducting plate of the first embodiment will be described.
FIG. 8 shows multipoint temperature change data when the silicon wafer is cooled using the heat
In both figures, the vertical axis indicates the temperature of the silicon wafer, and the horizontal axis indicates the elapsed time. The temperature change data measured by the temperature sensor at the corresponding multiple points of the silicon wafer are also shown.
これらの図に示す計測は、前工程において350℃に加熱されたシリコンウエハを、23℃に温調された熱伝導板上に載置して冷却したときの温度変化を測定したものであり、上記350℃に加熱されたシリコンウエハを約8秒に熱伝導板上に載置したとき、シリコンウエハの温度は約310〜320℃に低下している。図はこの時点を計測開始時点(0秒)にとっている。 The measurement shown in these figures is a measurement of a temperature change when the silicon wafer heated to 350 ° C. in the previous step is placed on a heat conduction plate adjusted to 23 ° C. and cooled. When the silicon wafer heated to 350 ° C. is placed on the heat conductive plate in about 8 seconds, the temperature of the silicon wafer is reduced to about 310 to 320 ° C. In the figure, this time is taken as the measurement start time (0 seconds).
両図の温度測定結果を比較すると、図9の吸着孔を持たない熱伝導板に載置されたシリコンウエハは、載置後間もなく上に凸の反りが発生して、約250℃からシリコンウエハの多点間に反りに起因した温度変化が顕著に現われ、中央近傍において熱伝導板とシリコンウエハとの離間距離が大きくなって冷却速度が低下し、その他の個所でも反りの程度によって冷却速度に差が生じ、全体が23℃に冷却されるのに約80秒かかっている。 Comparing the temperature measurement results of both figures, the silicon wafer placed on the heat conductive plate having no suction hole in FIG. 9 has a convex warpage immediately after placing, and the silicon wafer starts from about 250 ° C. The temperature change due to warpage appears remarkably between multiple points, the separation distance between the heat conduction plate and the silicon wafer increases near the center, and the cooling rate decreases. There is a difference and it takes about 80 seconds for the whole to cool to 23 ° C.
これに対し、上記第1実施例の熱伝導板に載置されたシリコンウエハは、熱伝導板との間の間隔が均一に保持されるので、各個所で急速にほぼ均一に冷却され、約30〜40秒後には全体が23℃に冷却されている。
これは、上記第1実施例の熱伝導板では、シリコンウエハと熱伝導板との間に付与される真空圧により、上に凸に反ろうとするシリコンウエハの反りが防止され、平面性が確保されている結果であり、また、シリコンウエハと熱伝導板との間の吸引によりその間の熱が排出されるためである。
On the other hand, the silicon wafer placed on the heat conduction plate of the first embodiment is maintained at a uniform distance from the heat conduction plate, so that the silicon wafer is rapidly and substantially uniformly cooled at each location. The whole is cooled to 23 ° C. after 30 to 40 seconds.
This is because, in the heat conduction plate of the first embodiment, the vacuum pressure applied between the silicon wafer and the heat conduction plate prevents the silicon wafer from warping upward, and ensures flatness. This is because the heat between the silicon wafer and the heat conducting plate is discharged by suction between the silicon wafer and the heat conducting plate.
1 熱伝導板
2 シリコンウエハ(半導体基板)
3,4 プロキシミティギャップ
5,6 吸着孔
8 吸引用溝
11 流路
1 Thermal
3,4
Claims (7)
ことを特徴とする半導体基板の温度調節装置。 The proximity gap in the heat conduction plate of the temperature control device for mounting and heating or cooling the semiconductor substrate, or the vicinity thereof, is provided with a suction hole that is connected to a vacuum source and sucks the semiconductor substrate.
A temperature control device for a semiconductor substrate.
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体基板の温度調節装置。 The adsorbing hole is provided in the proximity gap itself through its center, and connected to a vacuum source through a flow path in the heat conduction plate.
The temperature control device for a semiconductor substrate according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体基板の温度調節装置。 The adsorption hole is provided in a heat conduction plate around the proximity gap, and connected to a vacuum source through a flow path in the heat conduction plate.
The temperature control device for a semiconductor substrate according to claim 1.
ことを特徴とする請求項3に記載の半導体基板の温度調節装置。 The adsorption holes are provided symmetrically around the proximity gap.
The temperature control device for a semiconductor substrate according to claim 3.
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体基板の温度調節装置。 A large number of the suction holes are provided concentrically around the center of the heat conduction plate.
4. The temperature adjusting device for a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the temperature adjusting device is a semiconductor substrate.
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体基板の温度調節装置。 In addition to the suction hole, a suction groove is provided along the row direction of the proximity gap in the heat conduction plate, and it is connected to a vacuum source.
4. The temperature adjusting device for a semiconductor substrate according to claim 1, wherein the temperature adjusting device is a semiconductor substrate.
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体基板の温度調節装置。
The adsorption groove is provided concentrically around the center of the heat conducting plate.
The temperature control device for a semiconductor substrate according to claim 6.
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