JP2005236255A - ウェハ温度調整装置及びウェハ温度調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】温度調整の対象となるウェハと、所定の温度に設定された平面との間に隙間を設けつつも、両者間の熱伝導を向上させる。
【解決手段】温調プレート３は、その上側に平面３ｃと、平面３ｃから突出する突起４４，４５を有している。半導体ウェハＷは、平面３ｃの上方で後述する流体Ｆ１０によって支持される。突起４４，４５は、平面３ｃの上方において半導体ウェハＷの端部が平面３ｃに平行な移動を制限する。温調プレート３の中央部には、平面３ｃにおいて設けられて流体を供給する少なくとも一つの吹き出し口３ａが一つ設けられている。吹き出し口３ａは、流体流入口３１０から矢印の方向に向かって冷却部１及び温調プレート３を貫通して導入された流体Ｆ１０を吹き出すことにより、平面３ｃにおいて流体Ｆ１０を供給する。
【選択図】図１

Description

この発明は温度調整技術に関し、特にウェハ（例えば半導体ウェハ）を加熱、冷却する技術に関する。

半導体ウェハの処理の一工程である、リソグラフィー工程において、薬液の塗布、加熱、温度調整が繰り返される。そしてこれら加熱、冷却工程では温度管理が厳しく要求される。また、生産性向上のため、冷却、加熱に要する時間を短縮することも要求されている。

半導体ウェハの温度を調整する際、温度調整された平面を有する温調プレートに接触させると、半導体ウェハの微少な破片が発生したり、温調プレート上のゴミが半導体ウェハに付着したりする。あるいは更に、半導体ウェハのゴミが温調プレートに付着して他の半導体ウェハに付着して汚染が拡大する可能性がある。

また、半導体ウェハは極く僅かながら歪んでいるので、温調プレートと接触する部分と接触しない部分との間で温度むらが発生する。

かかる問題を回避するため、温調プレート上に突起を設け、これで半導体ウェハを支持する技術が、例えば特許文献１〜３に記載されている。このように支持する技術により、温調プレートと半導体ウェハとの間に僅かな、例えば１００μｍ程度の隙間を設け、半導体ウェハの温度調整を行っていた。

なお、温調プレート以外の保持板の上方で、半導体ウェハをガスの噴出によって浮揚させる技術が特許文献４において提案されている。

特開平１１−３１２６３７号公報 特開平１１−３２９９２２号公報 特開平１１−３３０２１２号公報 特開昭５９−２１５７１８号公報

温調プレート上に突起を設け、これで半導体ウェハを支持する場合、半導体ウェハの歪みを考慮すると、突起の高さを顕著に低くすることはできない。温調プレートと半導体ウェハとの接触はできるだけ回避されなければならないからである。しかし突起の高さを高くすると、温調プレートと半導体ウェハとの間のギャップを大きくしてしまい、温調プレートによる半導体ウェハの温度調整を迅速に行うことが困難となる。

本発明はかかる課題を解決しようとするものであり、温調プレートと半導体ウェハとの接触を回避しつつ、両者間のギャップを小さくし、以て温調プレートによる半導体ウェハの温度調整を迅速にすることを目的としている。

この発明にかかるウェハ温度調整装置の第１の態様（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ）は、平面（３ｃ）と、前記平面を所定の温度に設定する温度設定部（１，２）と、前記平面において設けられて流体（Ｆ１０，Ｆ１１，Ｆ１２：Ｆ１）を供給する少なくとも一つの吹き出し口（３ａ）とを備え、前記平面の上方でウェハ（Ｗ）を支持する。

この発明にかかるウェハ温度調整装置の第２の態様（１０Ａ，１０Ｂ）は、第１の態様にかかるウェハ温度調整装置であって、前記流体を送出する元圧よりも前記吹き出し口における前記流体の圧力が小さい。

この発明にかかるウェハ温度調整装置の第３の態様（１０Ａ，１０Ｂ）は、第３の態様にかかるウェハ温度調整装置であって、前記元圧と前記吹き出し口における前記流体の圧力との差圧（ΔＰ）で前記流体の流量（Ｑ）を除した値（１／Ｒ）に前記流体の粘性率（μ）を乗じて得られるパラメタ（μ／Ｒ）が１．０×１０^-12よりも小さい。

この発明にかかるウェハ温度調整装置の第４の態様（１０Ａ）は、第１乃至第３の態様のいずれかにかかるウェハ温度調整装置であって、前記平面（３ｃ）において設けられて、前記ウェハの端部の移動を制限する突起（４４、４５）を更に備える。

この発明にかかるウェハ温度調整装置の第５の態様（１０Ｂ）は、第１乃至第３の態様のいずれかにかかるウェハ温度調整装置であって、前記吹き出し口（３ａ）は複数設けられ、前記吹き出し口の少なくとも二つは、前記平面の中心に向けて前記流体を供給する。

この発明にかかるウェハ温度調整装置の第６の態様（１０Ｅ）は、第１の態様にかかるウェハ温度調整装置であって、前記平面において前記流体を排出する少なくとも一つの吸い込み口（３ｂ）を更に備える。

この発明にかかるウェハ温度調整装置の第７の態様（１０Ｅ）は、第６の態様にかかるウェハ温度調整装置であって、前記吹き出し口（３ａ）と吸い込み口（３ｂ）とは複数設けられ、相互に対となって配置される。

この発明にかかるウェハ温度調整装置の第８の態様は、第１乃至第７の態様のいずれかにかかるウェハ温度調整装置であって、前記流体としてヘリウム、ネオンから少なくとも一つのガスを選択して採用する。

この発明にかかるウェハ温度調整装置の第９の態様は、第１乃至第７の態様のいずれかにかかるウェハ温度調整装置であって、前記流体として、水、フルオロ化合物から少なくとも一つの液体を選択して使用する。

この発明にかかるウェハ温度調整装置の第１０の態様（１０Ｃ，１０Ｄ）は、所定量の液体を確保する平面（３ｃ）と、前記平面を所定の温度に設定する温度設定部（１，２）とを備え、前記液体を介して前記平面にウェハ（Ｗ）を載置する。

この発明にかかるウェハ温度調整方法の第１の態様（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ）は、ウェハ（Ｗ）を、その下方側の主面に対向して所定の温度に設定された平面（３ｃ）によって温度調整する方法であって、前記平面は、少なくとも一つの吹き出し口（３ａ）を有し、前記主面の上方に前記ウェハを配置し、前記吹き出し口から前記主面へ流体（Ｆ１０，Ｆ１１，Ｆ１２：Ｆ１）を供給する。

この発明にかかるウェハ温度調整方法の第２の態様（１０Ａ，１０Ｂ）は、第１の態様にかかるウェハ温度調整方法であって、前記流体を送出する元圧よりも前記吹き出し口における前記流体の圧力が小さい。

この発明にかかるウェハ温度調整方法の第３の態様（１０Ａ，１０Ｂ）は、第２の態様にかかるウェハ温度調整方法であって、前記元圧と前記吹き出し口における前記流体の圧力との差圧（ΔＰ）で前記流体の流量（Ｑ）を除した値（１／Ｒ）に前記流体の粘性率（μ）を乗じて得られるパラメタ（μ／Ｒ）が１．０×１０^-12よりも小さい。

この発明にかかるウェハ温度調整方法の第４の態様（１０Ａ）は、第１乃至第３の態様にかかるウェハ温度調整方法であって、前記ウェハの端部は、平面（３ｃ）に設けられた突起（４４、４５）によって移動が制限される。

この発明にかかるウェハ温度調整方法の第５の態様（１０Ｂ）は、第１乃至第３の態様にかかるウェハ温度調整方法であって、前記吹き出し口（３ａ）は複数設けられ、前記吹き出し口の少なくとも二つは、前記平面の中心に向けて前記流体を供給する。

この発明にかかるウェハ温度調整方法の第６の態様（１０Ｅ）は、第１の態様にかかるウェハ温度調整方法であって、前記平面は、少なくとも一つの吸い込み口（３ｂ）を更に有し、前記吹き出し口から前記主面へ流体（Ｆ１）を供給しつつ、前記吸い込み口から前記流体（Ｆ２）を排出する。

この発明にかかるウェハ温度調整方法の第７の態様（１０Ｅ）は、第６の態様にかかるウェハ温度調整方法であって、前記吹き出し口（３ａ）と吸い込み口（３ｂ）とは複数設けられ、相互に対となって配置される。

この発明にかかるウェハ温度調整方法の第８の態様は、第１乃至第７の態様のいずれかにかかるウェハ温度調整方法であって、前記流体としてヘリウム、ネオンから少なくとも一つのガスを選択して採用する。

この発明にかかるウェハ温度調整方法の第９の態様は、第１乃至第７の態様のいずれかにかかるウェハ温度調整方法であって、前記流体として、水、フルオロ化合物から少なくとも一つの液体を選択して使用する。

この発明にかかるウェハ温度調整方法の第１０の態様（１０Ｃ，１０Ｄ）は、所定量の液体を確保する平面（３ｃ）と、前記平面を所定の温度に設定する温度設定部（１，２）とを用い、前記液体を介して前記平面にウェハ（Ｗ）を載置する。

この発明にかかるウェハ温度調整装置及びウェハ温度調整方法の第１の態様によれば、流体がウェハと平面との間に介在するので、平面とウェハとの接触を回避しつつ、両者の間の距離を小さくすることができる。よってウェハの温度調整効率を高め、温度調整に必要な時間を短縮できる。しかも、平面とウェハの下方側主面との間で流体が移動するのでその効果は高められる。

この発明にかかるウェハ温度調整装置及びウェハ温度調整方法の第２の態様によれば、吹き出し口に流体の抵抗を持たせることにより、ウェハを流体で支持する際の剛性を高めることができる。

この発明にかかるウェハ温度調整装置及びウェハ温度調整方法の第３の態様によれば、ウェハを流体で支持する際の剛性を高めることにより、平面とウェハとの接触を回避できる。

この発明にかかるウェハ温度調整装置及びウェハ温度調整方法の第４の態様によれば、ウェハを安定して保持することができる。

この発明にかかるウェハ温度調整装置及びウェハ温度調整方法の第５の態様によれば、ウェハに対して非接触でウェハを安定して保持することができる。

この発明にかかるウェハ温度調整装置及びウェハ温度調整方法の第６の態様によれば、吸い込み口から流体を排出することによって、平面と反対側のウェハの表面に触れることなく、吹き出し口から供給された流体によってウェハが過剰に浮上することを防止できる。また吹き出し口での差圧を高めることができるので、流体による支持の剛性を高めることができる。

この発明にかかるウェハ温度調整装置及びウェハ温度調整方法の第７の態様によれば、ウェハの温度分布を均一にしやすい。

この発明にかかるウェハ温度調整装置及びウェハ温度調整方法の第８の態様によれば、熱伝導率が高いガスを流体として採用するので、更にウェハの温度調整効率を高め、温度調整に必要な時間をより短縮できる。

この発明にかかるウェハ温度調整装置及びウェハ温度調整方法の第９の態様によれば、熱伝導率が高い液体を流体として採用するので、更にウェハの温度調整効率を高め、温度調整に必要な時間をより短縮できる。

この発明にかかるウェハ温度調整装置及びウェハ温度調整方法の第１０の態様によれば、平面及びこれと対向する側のウェハ主面との間に液体を介在させることができる。従って、平面とウェハとの間の熱伝導を液体によって改善することができ、ウェハの温度調整効率を高め、温度調整に必要な時間を短縮できる。

第１の実施の形態．
図１は本発明の第１の実施の形態にかかるウェハ温度調整装置１０Ａの構成を、温度調整の対象となる半導体ウェハＷと共に例示する、概念的な断面図である。ウェハ温度調整装置１０Ａは、冷却部１、熱電素子群２、温調プレート３を備えており、この順に積層されている。

熱電素子群２は少なくとも一つの熱電素子を有しており、ここでは４個の熱電素子２１，２２，２３，２４で構成されている場合が例示されている。熱電素子２１〜２４は図示されない電源に接続されており、その冷却部１側の面を放熱面とし、温調プレート３側の面を吸熱面として機能する。

冷却部１は熱電素子群２の放熱面を冷却する機能を果たす。冷却部１は冷媒の供給口１ａと、排出口１ｂとを有している。冷媒としては例えば水が採用され、供給口１ａには矢印Ｍ１で示されるように入水し、排出口１ｂからは矢印Ｍ２で示されるように出水する。

温調プレート３は、その上側に平面３ｃと、平面３ｃから突出する突起４４，４５を有している。半導体ウェハＷは、平面３ｃの上方で後述する流体Ｆ１０によって支持される。突起４４，４５は、平面３ｃの上方において半導体ウェハＷの端部が平面３ｃに平行な移動を制限する。

温調プレート３はまた、平面３ｃにおいて設けられて流体を供給する少なくとも一つの吹き出し口３ａを有する。図１では吹き出し口３ａが温調プレート３の中央部に一つ設けられる場合が例示されている。吹き出し口３ａは、流体流入口３１０から矢印の方向に向かって冷却部１及び温調プレート３を貫通して導入された流体Ｆ１０を吹き出すことにより、平面３ｃにおいて流体Ｆ１０を供給する。

上記の説明では半導体ウェハＷを水冷する場合を例示した。しかし半導体ウェハＷを加熱する場合にも、上記流体の供給を適用することができる。半導体ウェハＷを加熱するには、例えば、熱電素子群２の放熱面を温調プレート３側に、吸熱面を反対側に設け、当該吸熱面を加熱する機構を冷却部１の代わりに設ける。

図２は平面３ｃにおいて供給された流体Ｆ１０により、半導体ウェハＷが平面３ｃから浮上する距離をシミュレーションした結果を示すグラフである。横軸に採用された差圧とは、平面３ｃにおける流体Ｆ１０の圧力と、吹き出し口３ａとは反対側で流体Ｆ１０に印加された流体流入口３１０側の圧力（ここでは「元圧」と称す）との圧力差を示す。縦軸に採用されたギャップとは、半導体ウェハＷと平面３ｃとの間の距離、即ち半導体ウェハＷの平面３ｃからの浮上量を示す。但しシミュレーションにおいては、半導体ウェハＷとしてシリコン基板を用い、その直径及び厚さをそれぞれ２００ｍｍ及び０．８ｍｍとした。また流体として空気を採用した。

図２から理解されるように、半導体ウェハＷの平面３ｃからの距離が１００μｍ以下であっても、差圧によって、従って元圧によって制御可能である。しかも、半導体ウェハＷは流体によって支持されるので、これに歪みが生じていても、その最も平面３ｃに近い位置までもが浮上し、両者が接触することを回避できる。

温調プレート３ｃは熱伝導性の良好な材料、例えば金属で形成されており、平面３ｃと反対側から熱電素子群２によって吸熱される。上述のように熱電素子群２の放熱面は冷却部１によって冷却される。従って、冷却部１と熱電素子群２とを温度設定部として把握して、当該温度設定部によって温調プレート３の平面３が所定の温度に設定されると把握することができる。

温度センサ７は温度調整プレート３の温度を測定する。温度センサ７によって測定された温度に基づき、図示されない制御装置によって熱電素子群２に与えられる電圧が制御される。これにより温度調整プレート３の、特に平面３ｃの温度を所定の温度に設定することができる。

上述のように、流体Ｆ１０が半導体ウェハＷに与える力で半導体ウェハＷが支持される。これにより、平面３ｃと半導体ウェハＷとの間に流体Ｆ１０が介在し、両者間の接触を回避しつつ両者の間の距離を小さくすることができる。よって半導体ウェハＷの温度調整効率を高め、温度調整に必要な時間を短縮できる。しかも、平面３ｃと半導体ウェハＷの下方側主面との間では流体が移動するので、温度調整に必要な時間を短縮できる効果が高められる。

図３は本実施の形態の効果を示すグラフであり、半導体ウェハＷの初期温度を１５０℃とした場合の半導体ウェハＷの温度低下をシミュレーションした結果を示す。縦軸は半導体ウェハＷの温度を、横軸は半導体ウェハＷを平面３ｃの上方に載置した時点を０とする時間の経過を示す。

但しシミュレーションにおいては、半導体ウェハＷとしてシリコン基板を用い、その直径及び厚さをそれぞれ２００ｍｍ及び０．８ｍｍとした。シミュレーション結果としては、半導体ウェハＷの温度の平均値を示している。また吹き出し口３ａの直径は０．２ｍｍとして平面３ｃの中央に露出しており、空気を吹き出している。平面３ｃの設定温度は２３℃である。平面３ｃと半導体ウェハＷとの間のギャップを５０μｍに設定した（グラフＬ１０１）。

なお、比較のために、半導体ウェハＷを、平面３ｃから突出する突起によって支持した場合についても併記した（グラフＬ１０２）。但し、突起によって支持した場合、上述のように半導体ウェハＷの歪みによる平面３ｃとの接触を回避するために、両者の間のギャップは１２０μｍに設定した。

流体によって半導体ウェハＷを支持する場合（グラフＬ１０１）の方が、突起によって半導体ウェハＷを支持する場合（グラフＬ１０２）と比較して、冷却時間が顕著に短縮されていることが示されている。例えば２３．２℃まで冷却されるのに必要な時間は、約１２秒短縮されている。これは半導体ウェハＷと平面３ｃとの間のギャップが小さいこと、あるいは更に流体が両者の間を流れることによる冷却の効果であると考えられる。

図３では流体として気体たる空気を採用した場合を説明したが、流体として液体を採用してもよい。その場合の特有の効果については第４の実施の形態で後述する。

第２の実施の形態．
半導体ウェハＷを平面３ｃの上方で安定して支持するためには、半導体ウェハＷに対して働く力に対するギャップの変化を小さくすることが望ましい。換言すれば、流体によるガスバネの剛性を高めることが望ましい。

例えば半導体ウェハＷを平面３ｃの上方から降下させて流体によって支持させる場合、当該剛性が不足していれば、降下する半導体ウェハＷの慣性力を流体による浮上力が支持しきれない。このような剛性の不足は、半導体ウェハＷが平面３ｃに接触することを許してしまうことになる。つまり半導体ウェハＷと平面３ｃとの間のギャップをΔとして支持したい場合、両者の間の接触を回避するためには半導体ウェハＷの位置のアンダーシュートはΔよりも小さく抑える必要がある。

そこで本実施の形態では当該剛性を高めるため、第１の実施の形態において、吹き出し口３ａの流体Ｆ１０に対する抵抗を高めることを提案する。但し図１においても、当該剛性を高めるために吹き出し口３ａの近傍においてその径が流体流入口３１０の径よりも細くなることが図示されている。

剛性は流体の粘性率μを吹き出し口３ａの抵抗Ｒで除した値μ／Ｒをパラメータとして変化する。また剛性はもちろん、半導体ウェハＷと平面３ｃとの間のギャップの大きさにも依存する。ここで吹き出し口３ａの抵抗Ｒの逆数（１／Ｒ）は、元圧と吹き出し口３ａにおける流体Ｆ１０の圧力との差圧ΔＰで流体Ｆ１０の流量Ｑを除した値である。

第１の実施の形態において元圧を、流体流入口３１０側の圧力を例に採って説明していたが、吹き出し口３ａよりも流体Ｆ１０の上流側の圧力であればよい。そしてパラメータμ／Ｒの値が小さいほど、吹き出し口３ａの抵抗は大きいことになる。これにより、流体Ｆ１０を送出する元圧よりも吹き出し口３ａにおける流体Ｆ１０の圧力はより小さくなる。

図４は半導体ウェハＷとして直径２００ｍｍ、厚さ０．８μｍのシリコンからなる半導体ウェハＷを流体Ｆ１０で支持する場合の、ギャップと剛性との関係を示すグラフである。グラフＬ２０１，Ｌ２０２，Ｌ２０３，Ｌ２０４，Ｌ２０５，Ｌ２０６はそれぞれ、パラメータμ／Ｒが５．０×１０^-14，１．０×１０^-13，２．０×１０^-13，５．０×１０^-13，１．０×１０^-12，２．０×１０^-12の場合を示している。

半導体ウェハＷを１０ｍｍ／ｓで平面３ｃへ向けて下降させた場合、半導体ウェハＷの位置のアンダーシュートを５０μｍ未満とするために要求される剛性は２．３×１０³Ｎ／ｍ以上となる。従来の技術に対して顕著に有利なギャップは１００μｍ程度と考えられるので、ギャップが１００μｍ以下において２．３×１０³Ｎ／ｍ以上の剛性を得るためには、パラメータμ／Ｒが１．０×１０^-12よりも小さいことが必要となる。

図５は半導体ウェハＷとして直径３００ｍｍ、厚さ０．８μｍのシリコンからなる半導体ウェハＷを流体Ｆ１０で支持する場合の、ギャップと剛性との関係を示すグラフである。グラフＬ３０１，Ｌ３０２，Ｌ３０３，Ｌ３０４，Ｌ３０５，Ｌ３０６はそれぞれ、パラメータμ／Ｒが５．０×１０^-14，１．０×１０^-13，２．０×１０^-13，５．０×１０^-13，１．０×１０^-12，２．０×１０^-12の場合を示している。

半導体ウェハＷを１０ｍｍ／ｓで平面３ｃへ向けて下降させた場合、半導体ウェハＷの位置のアンダーシュートを５０μｍ未満とするために要求される剛性は５．０×１０³Ｎ／ｍ以上となる。よってギャップが１００μｍ程度以下においてかかる剛性を得るためには、パラメータμ／Ｒがやはり１．０×１０^-12よりも小さくなければならない。

以上のように、流体Ｆ１０を送出する元圧よりも吹き出し口３ａにおける流体Ｆ１０の圧力を小さくし、流体Ｆ１０によるガスバネの剛性を高めることができる。特に、パラメータμ／Ｒを１．０×１０^-12よりも小さくすることにより、半導体ウェハＷを１０ｍｍ／ｓで平面３ｃへ向けて下降させる際でも、半導体ウェハＷの位置のアンダーシュートを５０μｍ以下に抑えることができる。これは半導体ウェハＷと平面３ｃとの間のギャップを１００μｍ程度以下にして、半導体ウェハＷの温度調節を迅速に行う場合に好適である。

第３の実施の形態．
本実施の形態では平面３ｃに平行な方向での半導体ウェハＷの安定性を、突起４４，４５を設けずに改善する技術を提案する。

図６は本発明の第３の実施の形態にかかるウェハ温度調整装置１０Ｂの構成を、温度調整の対象となる半導体ウェハＷと共に例示する、概念的な断面図である。ウェハ温度調整装置１０Ａに対し、吹き出し口３ａを複数設けた点で異なっている。

ここでは吹き出し口３ａの二つが平面３ｃの中心に向けて流体Ｆ１１，Ｆ１２を供給しており、これらの流体はそれぞれ流体流入口３１１，３１２から矢印の方向に向かって温調プレート３を貫通して導入されている。またウェハ温度調整装置１０Ａと同様に、平面３ｃの中央で流体Ｆ１０を供給する吹き出し口３ａも図示されているが、これは省略しても構わない。

流体Ｆ１１，Ｆ１２は半導体ウェハＷの位置が中央から外へと移動することを妨げる。従って、平面３ｃに平行な方向での半導体ウェハＷの安定性を、非接触で改善することができる。

このような複数の流体による半導体ウェハの浮揚自体は、特許文献４等により公知であるので、詳細は割愛する。但し、本実施の形態では温調プレート３において吹き出し口３ａを設けているので、流体が支持する半導体ウェハＷの温度調節を行うべく、平面３ｃと半導体ウェハＷとの間のギャップを小さくする場合に特に好適となる。

第４の実施の形態．
半導体ウェハＷを支持する流体として、気体のみならず液体を採用することができる。時に液体は、その熱伝導率が気体よりも高いため、温調プレート３による半導体ウェハＷの温度調整をより迅速にできる。あるいは両者間のギャップを広げても温度調整を迅速にできる。

図７は流体として水を採用した場合の、差圧とギャップとの関係をシミュレーションした結果を示すグラフである。但しシミュレーションにおいては、半導体ウェハＷとしてシリコン基板を用い、その直径及び厚さをそれぞれ２００ｍｍ及び０．８ｍｍとした。また吹き出し口３ａの直径は０．４ｍｍとして平面３ｃに４個設けた場合についてシミュレーションした。

第１の実施の形態において示したシミュレーションの条件と比較して、吹き出し口３ａの直径を二倍にし、また個数を４倍にしたので、差圧に対するギャップも大きくなっている。しかしながら水の熱伝導率（０．６１Ｗ／ｍＫ）は空気のそれ（０．０２６Ｗ／ｍＫ）と比較して約２３倍程度大きい。従って、流体として空気を採用した場合と比較して、ギャップを大きくしても、半導体ウェハＷの温度調整を迅速に行うことができる。

図８は本実施の形態の効果を示すグラフであり、半導体ウェハＷの初期温度を１５０℃とした場合の半導体ウェハＷの温度低下をシミュレーションした結果を示す。縦軸及び横軸は図３と同様に採用した。

シミュレーションの条件は図７について示したとおりであり、平面３ｃの設定温度は２３℃に設定した。また平面３ｃと半導体ウェハＷとの間のギャップを４００μｍに設定した（グラフＬ４０１）。

なお、比較のために、半導体ウェハＷを、平面３ｃから突出する突起によって支持した場合についても併記した（グラフＬ４０２）。但し、この場合の条件は、図３に示されたグラフＬ１０２と同一であり、従って半導体ウェハＷと平面３ｃとの間のギャップは１２０μｍに設定し、かつ両者の間は空気が存在している。

水によって半導体ウェハＷを支持する場合（グラフＬ４０１）の方が、突起によって半導体ウェハＷを支持する場合（グラフＬ４０２）と比較して、冷却時間が顕著に短縮されていることが示されている。例えば２３．２℃まで冷却されるのに必要な時間は、約１４秒短縮されている。これは半導体ウェハＷと平面３ｃとの間のギャップが３倍以上大きくても、熱伝導率が高い液体を流体として採用することで温度調整効率を高められたためと考えられる。

流体としては水の他、半導体ウェハＷに対して悪影響を与えない液体が望ましい。例えば半導体ウェハＷを腐食させず、また半導体の導電性に影響を与えないことが望まれる。具体例としては、パーフルオロトリペンティラミン、パーフルオロポリエーテル、パーフルオロポリエステル等のフルオロ化合物から少なくとも一つを選択して採用することが望ましい。

第５の実施の形態．
図９は本発明の第５の実施の形態にかかるウェハ温度調整装置１０Ｃの構成を、温度調整の対象となる半導体ウェハＷと共に例示する、概念的な断面図である。ウェハ温度調整装置１０Ａと比較して吹き出し口３ａが複数設けられている。また平面３ｃ上に突起４１，４２，４３が追加して設けられている。更にリフトピン５３が追加して設けられている。

液体は流体流入口３１０から吹き出し口３ａによって平面３ｃへと導入され、半導体ウェハＷと平面３ｃとの間に介在する。突起４１，４２，４３は半導体ウェハＷを平面３ｃの上方で支持する。

液体は流体流入口３１０から吹き出し口３ａによって平面３ｃへと導入され、半導体ウェハＷと平面３ｃとの間に介在する。換言すれば、吹き出し口３ａによって平面３ｃは所定量の液体を、流出入はあるものの、確保されることになる。半導体ウェハＷと平面３ｃとの間は液体で充満されることが望ましい。

リフトピン５３は冷却部１及び温調プレート３を貫通して上下可能である。リフトピン５３が上方に移動することによって半導体ウェハＷを突起４１，４２，４３から離して上方に挙げる。リフトピン５３が下方に移動することによって半導体ウェハＷを下降させ、突起４１，４２，４３に載せる。

第６の実施の形態．
第４の実施の形態で説明したように、液体が介在することにより、半導体ウェハＷと平面３ｃとの間のギャップが大きくても両者間の熱伝導は良好となる。よって必ずしも、液体が半導体ウェハＷに与える力で半導体ウェハＷを支持せず、本実施の形態のように突起４１，４２，４３で支持しても、半導体ウェハＷの温度調整効率を高めることができる。

図１０は本発明の第６の実施の形態にかかるウェハ温度調整装置１０Ｄの構成を、温度調整の対象となる半導体ウェハＷと共に例示する、概念的な断面図である。ウェハ温度調整装置１０Ｃと比較して吹き出し口３ａが削除されている一方、平面３ｃの周辺には環状の突起４６が設けられている。

突起４６は環状であるので平面３ｃにおいて所定量の液体を確保することができる。しかも突起４１，４２，４３によって半導体ウェハＷを支持できるので、液体を平面３ｃへと吹き出す必要もない。このように単に平面３ｃにおいて所定量の液体を溜めるだけでも、その上の半導体ウェハＷの温度調整効率を高めることができる。

特に突起４６は環状であるので、半導体ウェハＷが平面３ｃに平行な方向に移動することの防止もできる。

第４乃至第６の実施の形態に記載された技術は、液体を介して平面３ｃに半導体ウェハＷを載置する、と把握することもできる。

また第５の実施の形態及び第６の実施の形態において、液体として表面張力の大きいもの、例えば水を採用した場合、突起４１，４２，４３を省略することもできる。半導体ウェハＷが当該液面の表面張力により、その上に浮かぶからである。

第７の実施の形態．
図１１は本発明の第７の実施の形態にかかるウェハ温度調整装置１０Ｅの構成を、温度調整の対象となる半導体ウェハＷと共に例示する、概念的な断面図である。ウェハ温度調整装置１０Ｅは、ウェハ温度調整装置１０Ａと同様に冷却部１、熱電素子群２、温調プレート３を備えている。

熱電素子群２はここでは３個の熱電素子２１，２２，２３で構成されている場合が例示されている。熱電素子２１は配線対２４によって図示されない電源に接続されており、その冷却部１側の面を放熱面とし、温調プレート３側の面を吸熱面として機能する。熱電素子２２，２３についても同様に、配線対（図示を省略）を介して電源が接続され、それらの冷却部１側の面を放熱面とし、温調プレート３側の面を吸熱面として機能する。

温調プレート３の平面３ｃには、ここから突出する少なくとも一つの突起、ここでは３個の突起４１，４２，４３を有している。これらの突起４１，４２，４３は、平面３ｃから僅かに隙間を設けて半導体ウェハＷを下方から支持する。

温調プレート３は吹き出し口３ａに加え、平面３ｃにおいて上記流体を排出する少なくとも一つの吸い込み口３ｂを有する。ここでは吹き出し口３ａ、吸い込み口３ｂのいずれもが複数設けられる場合が例示されている。吹き出し口３ａは流体流入口３１から導入された流体を平面３ｃにおいて供給する。吸い込み口３ｂは当該流体を平面３ｃにおいて排出し、これを流体流出口３２から排出する。

但し、本実施の形態では突起４１，４２，４３が半導体ウェハＷを下方から支持するため、吹き出し口３ａの近傍で、その径を細める必要はない。

図１２はウェハ温度調整装置１０Ｅの構成を、ウェハリフト機構５と共に例示する概念的な斜視図である。ウェハリフト機構５はリフトピン５１，５２，５３とこれらを支持する台座５０とを有しており、ウェハ温度調整装置１０に対してほぼ垂直な方向、即ちほぼ鉛直方向に沿って上下する。ウェハ温度調整装置１０には熱電素子２１，２２，２３を避けて貫通孔６１，６２，６３が設けられており、それぞれリフトピン５１，５２，５３がその中を移動する。

図１３は貫通孔６３の近傍を概念的に例示する断面図である。貫通孔６３は冷却部１に設けられた貫通孔６３１及び温調プレート３に設けられた貫通孔６３２を有している。リフトピン５３は、その先端が平面３ｃよりも下方に下がることが可能であり、この場合には突起４１，４２，４３によって半導体ウェハＷが支持される。リフトピン５３は、その先端が突起４１，４２，４３よりも上方に上がることが可能であり、この場合にはリフトピン５１，５２，５３によって半導体ウェハＷが持ち上げられる（鎖線参照）。

まずリフトピン５１，５２，５３を、それらの先端が突起４１，４２，４３よりも上方に上げられた状態において半導体ウェハＷをウェハ温度調整装置１０の上方、即ち平面３ｃの上方に、より詳細には突起４１，４２，４３上に載置する。

突起４１，４２，４３で半導体ウェハＷを支持しつつ、吹き出し口３ａから流体を吹き出し、吸い込み口３ｂから流体を吸い込む。これにより平面３ｃと半導体ウェハＷの下方側主面との間で流体が移動する。従って平面３ｃと半導体ウェハＷとの隙間において流体の温度が上昇する等の、冷却効率を下げる事態を回避できる。つまり半導体ウェハＷの冷却効率を高め、冷却に必要な時間を短縮できる。

しかも吸い込み口３ｂから流体を排出することによって、ウェハＷの上面に触れることもなく、吹き出し口３ａから供給された流体によってウェハが過剰に浮上することを防止できる。特に半導体処理工程において、半導体ウェハＷの上面、即ち平面３ｃと反対側の半導体ウェハＷの表面にはリソグラフィー処理が為されていることに鑑みれば、当該上面に触れないことは好適である。

上記の説明では半導体ウェハＷを冷却する場合を例示した。しかし半導体ウェハＷを加熱する場合にも、突起４１，４２，４３で半導体ウェハＷを支持しつつ、吹き出し口３ａから流体を吹き出し、吸い込み口３ｂから流体を吸い込むことにより、加熱効率を下げる事態を回避できる。つまり半導体ウェハＷの加熱効率を高め、加熱に必要な時間を短縮できる。

以上のように、本実施の形態においても、温度調整の対象となるウェハと、所定の温度に設定された平面との間に隙間を設けつつも、両者間の熱伝導を向上させる冷却や加熱などの温度調整効率を高め、温度調整に必要な時間を短縮することができる。

図１４は平面３ｃにおける吹き出し口３ａ、吸い込み口３ｂの配置を例示する平面図である。貫通孔６１，６２，６３と突起４１，４２，４３はほぼ等角度に配置されているが、かかる配置は例示であって、限定的ではない。

温調プレート３内には連通管３３及びこれを介して相互に連通する連通管３３１〜３３６が設けられており、連通管３３１〜３３６は部分的に平面３ｃにおいて開口して吹き出し口３ａを形成している。温調プレート３内には連通管３４及びこれを介して相互に連通する連通管３４１〜３４６が設けられており、連通管３４１〜３４６は部分的に平面３ｃにおいて開口して吸い込み口３ｂを形成している。

連通管３３１〜３３６と連通管３４１〜３４６とは連通しておらず、相互にほぼ噛み合ったインターデジタルな配置を呈している。

流体流入口３１は流入口３１ａ，３１ｂ，１ｃを有しており、これらのそれぞれから連通管３３へ流体が流入する。流体流入口３１は流入口３１ａ，３１ｂ，３１ｃを有しており、これらのそれぞれから連通管３３へ流体が流入する。流体流出口３２は流出口３２ａ，３２ｂ，３２ｃを有しており、これらのそれぞれへと連通管３４から流体が流出する。

上記流体としては気体、例えば空気を採用してもよいし、第４の実施の形態で紹介されたように液体を採用してもよい。

図１５は本実施の形態の効果を示すグラフであり、半導体ウェハＷの初期温度を種々変えた場合の半導体ウェハＷの温度低下をシミュレーションした結果を示す。縦軸は半導体ウェハＷの温度を、横軸は半導体ウェハＷを平面３ｃの上方に載置した時点を０とする時間の経過を示す。

但しシミュレーションにおいては、半導体ウェハＷの直径を２００ｍｍとし、その初期温度が１３０℃、１５０℃、１７０℃の三つの場合について行った。吹き出し口３ａ、吸い込み口３ｂは相互に対となるように、平面３ｃにそれぞれ１対１の割合で設け、それらが１ｃｍの等間隔でほぼ市松模様状に配置された場合を想定している。このように吹き出し口３ａ、吸い込み口３ｂを相互に対とすることで、温度分布を均一にしやすくなる。シミュレーション結果としては、半導体ウェハＷの温度の平均値を示している。平面３ｃの設定温度は２３℃である。流体として空気を採用し、吹き出し口３ａから空気を０．０１ＭＰａの差圧で吹き出し、吸い込み口３ｂから空気を０．０３ＭＰａの差圧（平面３ｃにおける流体Ｆ２の圧力と、吸い込み口３ｂとは反対側で流体Ｆ２に印加された流体流出口３２側の圧力との圧力差）で吸い込んだ場合が例示されている。半導体ウェハＷとして厚さ８００μｍのシリコンを想定し、これと平面３ｃとの間の隙間を８０μｍに設定した。

なお、比較のために、空気の流入を行わない場合も併記した。グラフＬ１，Ｌ２，Ｌ３は空気の流出入がある場合を、グラフＬ４，Ｌ５，Ｌ６は空気の流出入がない場合を、それぞれ示している。またグラフＬ１，Ｌ４は半導体ウェハＷの初期温度が１３０℃の場合を、グラフＬ２，Ｌ５は半導体ウェハＷの初期温度が１５０℃の場合を、グラフＬ３，Ｌ６は半導体ウェハＷの初期温度が１７０℃の場合を、それぞれ示している。いずれの場合も空気の流入を行うことの効果が、冷却時間の短縮として顕著に現れている。

例えば２３．２℃まで冷却されるのに必要な時間は、初期温度が１３０℃の場合には約６秒短縮され、初期温度が１５０℃の場合には約４秒短縮され、初期温度が１７０℃の場合には約３．５秒短縮されている。

図１６も本実施の形態の効果を示すグラフであり、半導体ウェハＷの初期温度を１５０℃とした場合の半導体ウェハＷの温度低下をシミュレーションした結果を示す。吹き出し口３ａから空気を０．０３ＭＰａで吹き出し、吸い込み口３ｂから０．０３ＭＰａで吸い込んだ場合であり、それ以外の条件は図５のシミュレーションと同一である。２３．２℃に達するのに要する時間は１５秒となっており、図１５のグラフＬ２に示した場合よりも更に０．５秒程度、冷却に必要な時間が短縮されていることがわかる。

第８の実施の形態．
第７の実施の形態に示されたように、吹き出し口３ａのみならず、吸い込み口３ｂをも設けた場合には、突起４１，４２，４３を設けることなく、半導体ウェハＷを平面３ｃの上方に支持することも可能である。

図１７は本発明の第８の実施の形態にかかるウェハ温度調整装置１０Ｂの構成を、温度調整の対象となる半導体ウェハＷと共に例示する、概念的な断面図である。ウェハ温度調整装置１０Ａに対し、その先端に吸い込み口３ｂを有する流体流出口３２を設け、その周囲に吹き出し口３ａを複数設けた点で異なっている。

但し、第７の実施の形態とは異なり、第１乃至第６の実施の形態と同様に、吹き出し口３ａの径は、流体流入口３１０の径よりも細くなる事が望ましい。

吸い込み口３ｂを設けることにより、吹き出し口３ａでの差圧を大きくしても、半導体ウェハＷの浮上量を抑えることができる。よって浮上量を小さくしつつも半導体ウェハＷを流体で支持する際の剛性を高めることができる。

図１８は、図４と同様に半導体ウェハＷとして直径２００ｍｍ、厚さ０．８μｍのシリコンからなる半導体ウェハＷを流体たる空気で支持する場合の、ギャップと剛性との関係を示すグラフである。但しグラフＬ４０１，Ｌ４０２はそれぞれ吸い込み口３ｂが無い場合と一つ設けた場合を示しており、いずれも直径０．２ｍｍの吹き出し口３ａを３個設けた場合を示している。吸い込み口３ｂの直径を０．５ｍｍとした。

同じ浮上量を得る場合、吸い込み口３ｂから流体を吸い込むことにより、吹き出し口３ａからの吹き出す流体の差圧を大きくすることができるので、これらのグラフから判るように、剛性が高められる。

例えば半導体ウェハＷを６０μｍで平面３ｃから浮上させる場合、グラフＬ４０１で示される場合には、吹き出し口３ａでの差圧を１５０Ｐａとする必要があった。一方、グラフＬ４０２で示される場合には、吸い込み口３ｂでの差圧を２００Ｐａとして流体Ｆ２を吸い込むことにより、吹き出し口３ａでの差圧を３００Ｐａまで高めることができた。この場合、図１８から、剛性はほぼ１．３×１０⁴Ｎ／ｍから２．５×１０⁴Ｎ／ｍへと、ほぼ倍増することができる。

なお、上記各実施の形態において、流体として気体を採用する場合、更に冷却に必要な時間を短縮するには、ヘリウム、ネオンから少なくとも一つのガスを選択して採用することが望ましい。これらの気体は空気と比較して、その熱伝導性が良好だからである。

本発明の第１の実施の形態にかかる構成を例示する概念的な断面図である。 本発明の第１の実施の形態の効果を示すグラフである。 本発明の第１の実施の形態の効果を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態の効果を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態の効果を示すグラフである。 本発明の第３の実施の形態にかかる構成を例示する概念的な断面図である。 本発明の第４の実施の形態の効果を示すグラフである。 本発明の第４の実施の形態の効果を示すグラフである。 本発明の第５の実施の形態にかかる構成を例示する概念的な断面図である。 本発明の第６の実施の形態にかかる構成を例示する概念的な断面図である。 本発明の第７の実施の形態にかかる構成を例示する概念的な断面図である。 本発明の第７の実施の形態にかかる構成を例示する概念的な斜視図である。 貫通孔の近傍を概念的に例示する断面図である。 吹き出し口、吸い込み口の配置を例示する平面図である。 本発明の第７の実施の形態の効果を示すグラフである。 本発明の第７の実施の形態の効果を示すグラフである。 本発明の第８の実施の形態にかかる構成を例示する概念的な断面図である。 本発明の第８の実施の形態の効果を示すグラフである。

符号の説明

１ 冷却部
２ 熱電素子群
３ａ 吹き出し口
３ｂ 吸い込み口
３ｃ 平面
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ ウェハ温度調整装置
２１，２２，２３，２４ 熱電素子
４１，４２，４３ 突起
Ｗ 半導体ウェハ

Claims (20)

1. 平面（３ｃ）と、
   前記平面を所定の温度に設定する温度設定部（１，２）と、
   前記平面において設けられて流体（Ｆ１０，Ｆ１１，Ｆ１２：Ｆ１）を供給する少なくとも一つの吹き出し口（３ａ）と
   を備え、前記平面の上方でウェハ（Ｗ）を支持するウェハ温度調整装置（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ）。
2. 前記流体を送出する元圧よりも前記吹き出し口における前記流体の圧力が小さい、請求項１記載のウェハ温度調整装置（１０Ａ，１０Ｂ）。
3. 前記元圧と前記吹き出し口における前記流体の圧力との差圧（ΔＰ）で前記流体の流量（Ｑ）を除した値（１／Ｒ）に前記流体の粘性率（μ）を乗じて得られるパラメタ（μ／Ｒ）が１．０×１０^-12よりも小さい、請求項２記載のウェハ温度調整装置（１０Ａ，１０Ｂ）。
4. 前記平面（３ｃ）において設けられて、前記ウェハの端部の移動を制限する突起（４４、４５）を更に備える、請求項１乃至３のいずれか一つに記載のウェハ温度調整装置（１０Ａ）。
5. 前記吹き出し口（３ａ）は複数設けられ、
   前記吹き出し口の少なくとも二つは、前記平面の中心に向けて前記流体を供給する、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載のウェハ温度調整装置（１０Ｂ）。
6. 前記平面において前記流体を排出する少なくとも一つの吸い込み口（３ｂ）を更に備える、請求項１記載のウェハ温度調整装置（１０Ｅ）。
7. 前記吹き出し口（３ａ）と吸い込み口（３ｂ）とは複数設けられ、相互に対となって配置される、請求項６記載のウェハ温度調整装置（１０Ｅ）。
8. 前記流体としてヘリウム、ネオンから少なくとも一つのガスを選択して採用する、請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載のウェハ温度調整装置。
9. 前記流体として、水、フルオロ化合物から少なくとも一つの液体を選択して使用する、請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載のウェハ温度調整装置。
10. 所定量の液体を確保する平面（３ｃ）と、
    前記平面を所定の温度に設定する温度設定部（１，２）と
    を備え、
    前記液体を介して前記平面にウェハ（Ｗ）を載置するウェハ温度調整装置（１０Ｃ，１０Ｄ）。
11. ウェハ（Ｗ）を、その下方側の主面に対向して所定の温度に設定された平面（３ｃ）によって温度調整する方法であって、
    前記平面は、少なくとも一つの吹き出し口（３ａ）を有し、
    前記主面の上方に前記ウェハを配置し、前記吹き出し口から前記主面へ流体（Ｆ１０，Ｆ１１，Ｆ１２：Ｆ１）を供給する、ウェハ温度調整方法（１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ）。
12. 前記流体を送出する元圧よりも前記吹き出し口における前記流体の圧力が小さい、請求項１１記載のウェハ温度調整方法（１０Ａ，１０Ｂ）。
13. 前記元圧と前記吹き出し口における前記流体の圧力との差圧（ΔＰ）で前記流体の流量（Ｑ）を除した値（１／Ｒ）に前記流体の粘性率（μ）を乗じて得られるパラメタ（μ／Ｒ）が１．０×１０^-12よりも小さい、請求項１２記載のウェハ温度調整方法（１０Ａ，１０Ｂ）。
14. 前記ウェハの端部は、平面（３ｃ）に設けられた突起（４４、４５）によって移動が制限される、請求項１１乃至１３のいずれか一つに記載のウェハ温度調整方法（１０Ａ）。
15. 前記吹き出し口（３ａ）は複数設けられ、
    前記吹き出し口の少なくとも二つは、前記平面の中心に向けて前記流体を供給する、請求項１１乃至請求項１３のいずれか一つに記載のウェハ温度調整方法（１０Ｂ）。
16. 前記平面は、少なくとも一つの吸い込み口（３ｂ）を更に有し、
    前記吹き出し口から前記主面へ流体（Ｆ１）を供給しつつ、前記吸い込み口から前記流体（Ｆ２）を排出する、請求項１１記載のウェハ温度調整方法。
17. 前記吹き出し口（３ａ）と吸い込み口（３ｂ）とは複数設けられ、相互に対となって配置される、請求項１６記載のウェハ温度調整方法。
18. 前記流体としてヘリウム、ネオンから少なくとも一つのガスを選択して採用する、請求項１１乃至請求項１７のいずれか一つに記載のウェハ温度調整方法。
19. 前記流体として、水、フルオロ化合物から少なくとも一つの液体を選択して使用する、請求項１１乃至請求項１７のいずれか一つに記載のウェハ温度調整方法。
20. 所定量の液体を確保する平面（３ｃ）と、
    前記平面を所定の温度に設定する温度設定部（１，２）と
    を用い、前記液体を介して前記平面にウェハ（Ｗ）を載置するウェハ温度調整方法（１０Ｃ，１０Ｄ）。

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