JP2007067137A - ウェハ温度調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温調プレートの平面と、その上方で支持される半導体ウェハとの距離（ギャップ）を均一かつ小さくする。
【解決手段】支持体４１は温調プレート３の平面３ｃにおいて設けられて突出し、メッキ層３１で形成される。メッキ層３１は平面３ｃの全面に設けられてもよい。その場合であっても、平面３ｃの全面に一旦メッキ層３１を形成し、その後にマスキングにより部分的にメッキを行えば、突出した形状を有する支持体４１を形成することができる。一般にメッキ層は１μｍ程度の精度で厚さを制御できるので、ギャップを従来の技術よりも精度よく縮めることができる。
【選択図】図２

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。

他方、温調プレートの平面と、その上方で支持される半導体ウェハとの距離（以下「ギャップ」と称す）を長くすると、温度調整を効率よく行いにくい。

かかる問題を回避するため、温調プレート上に小さな突起を設け、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。

特許文献１や特許文献２に記載された技術では、温調プレートに凹部を設け、これに球体状のスペーサを挿入し、接着剤や脱落防止部材でスペーサを固定する。このスペーサは凹部から出ているので、半導体ウェハが温調プレートの上方で支持される。

また特許文献３に記載された技術では、半導体ウェハを支持する突起部材として段差を有する部材を採用し、厚い部分で固定し、薄い部分で半導体ウェハを支持している。

実開昭６３−１９３８３３号公報 特開平１０−１３５２２８号公報 特開平５−４７６５２号公報

しかし特許文献１や特許文献２に記載された技術では、スペーサの高さの調整精度が加工精度と組立精度に依存するため、ギャップを８０μｍ以下にすることは困難であった。

特許文献３に記載された技術では、半導体ウェハを載置する薄い部分よりも外周側でしか厚い部分を設けることができない。よって外周付近以外を支持することが非常に困難であった。

その他、温調プレートの平面上に複数の突起を接着することも考えられるが、ギャップを均一にして半導体ウェハを支持するためには接着剤の厚さと突起の高さの合計を相互に揃える必要がある。しかしかかる調整は容易ではない。

接着剤の代わりに、厚さの管理が容易であるテープを採用して突起を粘着してもよいが、突起に載置される半導体ウェハは２００℃を超える場合もあり、そのときは当該テープが剥離してしまう。

この発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、均一かつ小さなギャップを容易に実現できる技術を提供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（１０）の第１の態様は、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突出し、前記平面の上方でウェハを支持する支持体（４１，４２，４３）とを備える。そして前記支持体はメッキ層または気相成長層であることを特徴とする。

この発明にかかるウェハ温度調整装置の第２の態様は、その第１の態様であって、複数の前記支持体として、厚さが異なる複数の薄膜（４１ａ，４１ｂ）が設けられる。

この発明にかかるウェハ温度調整装置の第３の態様は、その第１の態様であって、前記支持体はメッキ層であり、前記メッキ層が設けられていない位置で前記平面は絶縁性保護膜（３２）を有する。

この発明にかかるウェハ温度調整装置の第４の態様は、その第１の態様であって、前記平面（３ｃ）は絶縁性保護膜（３２）を有し、前記支持体は、前記絶縁性保護膜上に積層された無電解メッキ層（３３）と、前記無電解メッキ層上に積層された電解メッキ層（３４）とを有する。

この発明にかかるウェハ温度制御装置の第１の態様によれば、メッキ層または気相成長層によって支持体が形成されるので、１μｍ程度の精度で薄膜の厚さを制御し、支持されるウェハと平面との距離を精度よく縮めることができる。

この発明にかかるウェハ温度制御装置の第２の態様によれば、ウェハと平面との距離を異ならせた保持を容易に実現できる。

この発明にかかるウェハ温度制御装置の第３の態様によれば、メッキ層の形成を阻むことなく、平面が絶縁性保護膜で保護される。

この発明にかかるウェハ温度制御装置の第４の態様によれば、絶縁性保護膜で保護された平面上にも、支持体をメッキ層で形成することができる。

図１は本発明にかかるウェハ温度調整装置１０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１０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３ｃ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。

温調プレート３は、その上側に平面３ｃと、平面３ｃから突出する支持体４１，４２，４３を有している。半導体ウェハＷは支持体４１，４２，４３によって下方から支持され、平面３ｃとの間にギャップｄが保持される。よって半導体ウェハＷと温度調整プレート３の平面３ｃとが接触することなく、半導体ウェハＷの温度を制御することができる。

下記では支持体４１〜４３のうち、支持体４１を例にとってその構造を説明するが、支持体４２，４３についても同様の構造を取ることができる。また支持体の個数は３個に限られることはない。但し一般に平面は、三角形を構成する３点でその位置が決定されることから、支持体は少なくとも、三角形を構成する３点において設けられることが望ましい。

図２は支持体４１の第１の構成を例示する断面図である。支持体４１は温調プレート３の平面３ｃにおいて設けられて突出し、メッキ層３１で形成される。

メッキ層３１は平面３ｃの全面に設けられてもよい。その場合であっても、平面３ｃの全面に一旦メッキ層３１を形成し、その後にマスキングにより部分的にメッキを行えば、突出した形状を有する支持体４１を形成することができる。

一般にメッキ層は１μｍ程度の精度で厚さを制御できるので、均一かつ小さなギャップｄ（図１参照）を容易に実現できる。

なお、メッキ層３１の代わりに気相成長層で支持体４１を形成してもよい。気相成長層は、化学的気相成長法によって形成される層であってもよいし、物理的気相成長法によって形成される層であってもよい。気相成長層も１μｍ程度以下の精度で厚さを制御できるので、均一かつ小さなギャップｄを容易に実現できる。

図３は支持体４１の第２の構成を例示する断面図である。支持体４１は温調プレート３の平面３ｃにおいて設けられて突出し、メッキ層３１で形成された複数の薄膜４１ａ，４１ｂを有している。薄膜４１ａ，４１ｂは互いにその厚さが異なる。これらの薄膜４１ａ，４１ｂも図２の支持体４１と同様に、メッキ層３１で形成することができるし、気相成長層で形成してもよい。

このように厚さが異なる複数の薄膜４１ａ，４１ｂを支持体４１として採用することにより、ギャップｄを異ならせた半導体ウェハＷの保持を容易に実現できる。

図４は支持体４１の第３の構成を例示する断面図である。支持体４１は温調プレート３の平面３ｃにおいて設けられて突出し、メッキ層３１で形成される。但し、メッキ層３１が設けられていない位置で平面３ｃは絶縁性保護膜、例えばアルマイト被膜３２を有する。かかる構造によれば、メッキ層３１の形成を阻むことなく、平面３ｃをアルマイト被膜３２で保護できる。

具体的には例えば、温調プレート３の少なくとも平面３ｃ側をアルミニウムあるいはその合金で構成する。そして所定位置を除いて平面３ｃをアルマイト処理してアルマイト被膜３２を形成する。その後、当該所定位置において電解メッキを施してメッキ層３１を形成する。

図５は支持体４１の第４の構成を例示する断面図である。平面３ｃはアルマイト被膜３２を有し、支持体４１はアルマイト被膜３２上に積層された無電解メッキ層３３と、無電解メッキ層３３上に積層された電解メッキ層３４とを有する。

無電解メッキ層３３はアルマイト被膜３２上にも形成できる。そして無電解メッキ層３３に通電して、電解メッキ層３４が形成できる。よって、アルマイト被膜３２で保護された平面３ｃにおいても支持体４１をメッキ層で形成できる。

本発明にかかるウェハ温度調整装置１０の構成を例示する概念的な断面図である。 支持体の第１の構成を例示する断面図である。 支持体の第２の構成を例示する断面図である。 支持体の第３の構成を例示する断面図である。 支持体の第４の構成を例示する断面図である。

符号の説明

１ 冷却部
２ 熱電素子群
３ 温調プレート
３１ メッキ層
３２ アルマイト被膜
３３ 無電解メッキ層
３４ 電解メッキ層
３ｃ 平面
４１，４２，４３ 支持体
４１ａ，４１ｂ 薄膜

Claims (4)

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突出し、前記平面の上方でウェハを支持する支持体（４１，４２，４３）と
   を備え、
   前記支持体はメッキ層または気相成長層であることを特徴とするウェハ温度調整装置（１０）。
2. 複数の前記支持体として、厚さが異なる複数の薄膜（４１ａ，４１ｂ）が設けられる、請求項１記載のウェハ温度調整装置。
3. 前記支持体はメッキ層であり、前記メッキ層が設けられていない位置で前記平面は絶縁性保護膜（３２）を有する、請求項１記載のウェハ温度調整装置。
4. 前記平面（３ｃ）は絶縁性保護膜（３２）を有し、
   前記支持体は、前記絶縁性保護膜上に積層された無電解メッキ層（３３）と、前記無電解メッキ層上に積層された電解メッキ層（３４）とを有する、請求項１記載のウェハ温度調整装置。

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