JP4647401B2 - 基板保持台、基板温度制御装置及び基板温度制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、基板保持台、基板温度制御装置及び基板温度制御方法に関し、更に詳しくは、基板とその保持台との間に液体を供給し、この液体を熱伝達媒体として用いることにより基板温度を迅速に制御することができる基板保持台、基板温度制御装置及び基板温度制御方法に関するものである。

半導体製造工程は多数の工程からなり、各工程では基板に対して所定の処理を施すために、基板を保持する基板保持台が用いられる。基板の処理内容によっては、基板を冷却または加熱する工程がある。この際、基板保持台上で基板を真空吸着して、基板を基板保持台上に固定することがある。基板及び基板保持台の上面は通常鏡面加工されているため、真空吸着によって基板が基板保持台上に密着し、基板温度を所定の温度に迅速に設定することができる。

しかしながら、処理内容によっては基板において大量の発熱がある。例えば基板の検査工程などで、高密度化した集積回路の電気的特性検査を行う時に、大量に発熱することがある。このような場合には、基板保持台による冷却が追いつかず、基板が十分に冷却されないことがある。この原因は、鏡面加工された基板及び基板保持台であっても、微視的に観ればミクロンオーダーの凹凸があり、この凹凸に起因して形成される微細な空隙が真空吸着によって減圧され、接触熱抵抗を大きくなったことによるものであると考えられている。

そこで、基板と保持台との間の空隙を無くすために、これら両者の界面に液体を充填し、この液体を熱伝達媒体とすることによって、冷却効率を高める技術が特許文献１、２において提案されている。

特許文献１において提案された基板冷却装置は、基板を保持するチャックと、基板とチャックの界面に液体を供給するためのソース容器と、基板とチャックの界面からの液体を収集する収集容器とを備えている。チャックの表面には密なピッチで螺旋状の溝が冷却回路として形成され、この螺旋状の溝の両端に入力手段及び出力手段がそれぞれ形成されている。螺旋状の溝は、基板等の大きさによって使い分けるよう三種類の溝が形成されている。入力手段には大気圧に保持されたソース容器が接続され、出力手段には大気圧未満の圧力に保持された収集容器が接続されている。また、チャック上面には真空シール溝が形成され、この真空シール溝を介して基板の周囲をシールするように構成されている。真空シール溝は基板の種類に即して、基板の外周縁部を真空吸着できるようになっている。

上記基板冷却装置を用いて基板を冷却する場合には、まずチャック上に基板を設置し、真空シール溝を介して基板をチャック上に吸着し、基板の内側を密閉構造にする。次いで、大気圧のソース容器と大気圧未満の収集容器との間の圧力差によって、ソース容器から入力手段を介して液体を供給する一方、出力手段を介して溝から収集容器へ液体を収集する。この際、入力手段と出力手段間の圧力差によってチャック上面の溝の入力手段から出力手段方向への液移動が起こると共に、基板とチャックとの界面での毛管現象による螺旋状溝を横断する液移動が起こる。これら二つの作用によって基板全面が濡れて、液体が熱伝達媒体となってチャックによる基板の冷却効率を高めることができる。特許文献２にも特許文献１と同種の技術が提案されている。

特公平８−１７２００号公報 特許第２５３６９８９号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の技術では、チャック上面に密に形成された螺旋状の溝の一端から液体を供給し、他端から排出するようにしており、溝と溝との間の基板とチャックとの界面への移動は毛管現象を使用しているため、液の移動が遅く、基板温度を迅速に制御することが難しい。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、基板と基板保持台との界面での液体の移動を促進し、基板温度を迅速に制御することができる基板保持台、基板温度制御装置及び基板温度制御方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に記載の基板保持台は、基板を保持する温度制御可能な保持台と、この保持台を介して上記基板の温度を制御する温度制御装置と、を備え、上記保持台は、上記保持台の上面に形成された排気溝と、上記排気溝内で開口する排気口と、を有し、上記排気溝及び上記排気口を介して上記基板と上記保持台との間から排気して上記基板を上記保持台上に吸着する基板保持台であって、上記保持台は、上記保持台の上面の上記排気溝から離間した位置で開口し且つ上記基板と上記保持台との間に液体を熱伝達媒体として供給する液供給口と、上記保持台の上面の上記液供給口から離間した位置に形成され且つ上記基板と上記保持台との間の上記液体を排出する液排出溝と、上記液排出溝で開口し且つ上記液供給口から供給された上記液体を上記基板と上記保持台の細隙に浸透させながら上記液排出溝から排出する液排出口と、を備え、上記液排出溝及び上記液排出口として上記排気溝及び上記排気口がそれぞれ用いられることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項２に記載の基板保持台は、請求項１に記載の発明において、上記保持台は、上記液体が流通する流路を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項３記載の基板保持台は、請求項１または請求項２に記載の発明において、上記保持台は、上記保持台の温度を制御するための熱媒体が流通する流路を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項４に記載の基板温度制御装置は、基板を保持する温度制御可能な保持台と、この保持台を介して上記基板の温度を制御する温度制御装置と、を備え、上記保持台は、上記保持台の上面に形成された排気溝と、上記排気溝内で開口する排気口と、を有し、上記排気溝及び上記排気口を介して上記基板と上記保持台との間から排気して上記保持台上に吸着された上記基板の温度を制御する基板温度制御装置であって、上記保持台は、上記保持台の上面の上記排気溝から離間した位置で開口し且つ上記基板と上記保持台との間に液体を供給する液供給口と、上記保持台の上面の上記液供給口から離間した位置に形成され且つ上記基板と上記保持台との間の上記液体を排出する液排出溝と、上記液排出溝で開口し且つ上記液供給口から供給された上記液体を上記基板と上記保持台の細隙に浸透させながら上記液排出溝から排出する液排出口と、を有してなり、更に、上記液供給口に接続され且つ上記液供給口へ供給する上記液体を溜める液槽と、上記液排出口に接続され且つ上記液排出口から排出される上記液体を回収する液回収槽と、を備え、上記基板と上記保持台の細隙に浸透する上記液体がこれら両者間の熱伝達媒体となって上記基板の温度を制御する際に、上記液排出溝及び上記液排出口として上記排気溝及び上記排気口がそれぞれ用いられることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項５に記載の基板温度制御装置は、請求項４に記載の発明において、上記保持台は、上記液体が流通する流路を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項６に記載の基板温度制御装置は、請求項４または請求項５に記載の発明において、上記保持台は、上記保持台の温度を制御するための熱媒体が流通する流路を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項７に記載の基板温度制御装置は、請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の発明において、上記液回収槽と上記液排出口との間に設けられた開閉弁を備えたことを特徴とすることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項８に記載の基板温度制御装置は、請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載の発明において、上記液槽及び上記液回収槽をそれぞれ個別に加圧する加圧手段を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項９に記載の基板温度制御装置は、請求項８に記載の発明において、上記加圧後の上記液回収槽を減圧する減圧手段を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１０に記載の基板温度制御方法は、温度制御可能な保持台上で保持された基板の温度を制御する基板温度制御方法であって、上記保持台の温度を制御する第１の工程と、上記基板を上記保持台上に設置する第２の工程と、上記保持台の上面に形成された排気溝及びこの排気溝で開口する排気口を介して排気して上記基板を上記保持台上に吸着する第３の工程と、上記保持台の上面で開口する液供給口から上記保持台と上記基板との間に液体を供給する第４の工程と、上記保持台の上面に上記液供給口から離間させて形成された液排出溝を介して上記液排出溝で開口する液排出口から減圧して上記液供給口から供給された上記液体を上記基板と上記保持台の細隙に浸透させながら排出する第５の工程と、を備え、上記第５の工程では、上記液排出溝及び上記液排出口として上記排気溝及び上記排気口がそれぞれ用いられることを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１１に記載の基板温度制御方法は、請求項１０に記載の発明において、液槽から上記液供給口へ上記液体を供給する際に、上記液槽を加圧して上記液槽内の上記液体を上記液供給口へ供給する工程を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１２に記載の基板温度制御方法は、請求項１１に記載の発明において、上記液体を液回収槽で回収する工程と、上記液回収槽内を加圧して上記液回収槽で回収された上記液体を上記液槽へ移動させる工程と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１３に記載の基板温度制御方法は、請求項１２に記載の発明において、上記液体を上記液回収槽から上記液槽へ移動させた後、上記液回収槽を減圧する工程を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１４に記載の基板温度制御方法は、請求項１０〜請求項１３のいずれか１項に記載の発明において、上記基板を上記保持台から除去する際に、上記保持台と上記基板との間の上記液体を除去する工程を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明の請求項１５に記載の基板温度制御方法は、請求項１４に記載の発明において、上記液体を除去する際に、上記基板と上記保持台との間に気体を供給する工程を備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、基板を保持台上に吸着する吸着機構を利用することにより、基板と基板保持台との界面への液体の移動を促進し、基板温度を迅速に制御することができる基板保持台、基板温度制御装置及び基板温度制御方法を提供することができる。

以下、図１〜図６に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。尚、図１、図２はそれぞれ本発明の基板保持台の原理を模式的に示す概念図である。

本実施形態の基板保持台を図１、図２に示す原理図に基づいて説明する。本実施形態の基板保持台１０は、図１、図２に示すように、基板（例えば、ウエハ）Ｗを上面で保持する保持台１１と、この保持台１１の温度を制御する温度制御装置１２と、ウエハＷを保持台１１上面に吸着固定する真空吸着機構１３（図２参照）と、を備え、真空吸着機構１３でウエハＷを保持台１１の上面に固定し、温度制御装置１２を介して保持台１１上のウエハ温度を制御するように構成されている。

ところで、ウエハＷの裏面及び保持台１１の上面は、それぞれ鏡面加工されている。しかしながら、これらの鏡面加工された面を微視的に観ると、ウエハＷの裏面及び保持台１１の上面には図２に模式的に示すように凹凸があり、ウエハＷが保持台１１の上面に真空吸着されても同図に示すように微細で不規則な空隙Ｖが残り、しかも真空吸着によって空隙Ｖが減圧され、ウエハＷと保持台１１間の熱伝達効率が格段に低下する。そこで、本実施形態では、温度制御装置１２の冷却効率を高めるために、図１、図２に示すように基板温度制御装置の一環として熱伝達液充填回路１４が設けられ、この熱伝達液充填回路１４から空隙Ｖに熱伝達液を供給し、熱伝達液をウエハＷと保持台１１上面の略全領域に短時間で浸透させ、熱伝達効率を格段に高め、温度制御装置１２を介して迅速な温度制御が行えるようにしてある。

温度制御装置１２は、図１に示すように、保持台１１を冷却するために冷却液を循環させる冷却回路１２１と、保持台１１を加熱するヒータ１２２と、を備え、保持台１１を所定の温度に制御できるようにしてある。

冷却回路１２１は、図１に示すように、冷却液を貯留する液槽１２１Ａと、液槽１２１Ａと保持台１１を連結する循環配管１２１Ｂと、保持台１１内に形成された第１通液路１１１と、を備え、液槽１２１Ａと保持台１１内の第１通液路１１１との間を循環させて保持台１１を冷却するように構成されている。また、熱伝達液充填回路１４は、熱伝達液を貯留する液槽１４Ａと、液槽１４Ａと保持台１１を連結する循環配管１４Ｂと、保持台１１内でその上面近傍形成された第２通液路１１２と、を備え、真空吸着機構１３が作動している間に、第２通液路１１２から保持台１１の上面に開口した複数の開口部１１３を介してウエハＷと保持台１１の間に熱伝達液を充填するように構成されている。第２通液路１１２からウエハＷと保持台１１間に供給された熱伝達液は空隙Ｖを介してウエハＷの略全面領域に浸透し、空隙Ｖを熱伝達液で満たし、ウエハＷと保持台１１間の熱伝達効率を格段に高めることができる。

冷却液は、保持台１１を−数１０℃に冷却することができる冷却液であり、例えばフッ素系の不活性液体（住友スリーエム社製フロリナート（商標名）、ソルベイソレクシス社製ガルテン（商標名）等）を用いることができる。また、熱伝達液は、実質的に冷却液として用いられる不活性液体を用いることができる。本実施形態では冷却液及び熱伝達液としてフロリナートを用いている。同じ液体を使用すると液の保管、管理が容易である。冷却液及び熱伝達液は、これらに制限されるものではなく、従来公知の適宜の冷却液を選択して用いることができる。

真空吸着機構１３は、図２に示すように、保持台１１の上面に同心円状に複数形成された真空吸着溝（図示せず）と、保持台１１内でその上面近傍に形成された排気通路１１５と、排気通路１１５に配管１３１を介して接続された真空排気装置（図示せず）と、を備え、排気通路１１５から複数の真空吸着溝に開口する複数の開口部１１６を介してウエハＷを保持台１１の上面に真空吸着するように構成されている。そして、複数の真空吸着溝の間に熱伝達液充填回路１４の通液路１１２の開口部１１３が開口している。排気通路１１５は、同図に示すように第２通液路１１２の上方で保持台１１の上面近傍に形成されている。排気通路１１５及び第１、第２通液路１１１、１１２は、いずれも保持台１１の基材（トッププレート）に形成されている。

従って、真空吸着機構１３が作動している間に熱伝達液充填回路１４からウエハＷと保持台１１間の空隙Ｖに熱伝達液を充填すると、熱伝達液は真空吸着溝からの吸引作用によって空隙Ｖの略全領域に迅速に浸透し、図２に示すように真空吸着溝内の複数の開口部１１６から保持台１１の外部へ配管１３１を介して排出される。配管１３１は真空排気装置に至る途中に配置された分離槽１４Ｃで熱伝達液を分離し、最終的に循環配管１４Ｂを介して液槽１４Ａへ戻り、保持台１１内の通液路１１２を循環するようになっている。つまり、真空吸着溝及びその開口部１１６は熱伝達液の排出溝及び排出口を兼ねている。

上述のように本実施形態では温度制御装置１２の熱伝達液充填回路１４からウエハＷと保持台１１の間に熱伝達液を充填すると、真空空着機構１３の吸引作用で熱伝達液はウエハＷと保持台１１間の空隙Ｖに迅速に浸透し、短時間で液膜を形成して冷却回路１２１による冷却効率を格段に高め、ウエハＷを所定の温度に正確且つ迅速に制御することができる。更に、空隙Ｖ内に浸透した熱伝達液は、真空吸着溝を介して効率良く熱伝達液充填回路１４の液槽１４Ａに回収し、保持台１１内へ循環させることができる

次に、上記原理を具体的に適用した基板保持台を図３〜図６に示す実施形態に基づいて説明する。この基板保持台はプローブ装置のウエハチャックとして適用されたものである。尚、図３は本発明の基板保持台の一実施形態における保持台の上面を示す平面図、図４は図３に示す保持台の内部の冷却液及び熱伝達液の通液路を示す平面図、図５は本発明の基板温度制御装置の一実施形態を示すブロック図、図６は基板保持台からウエハをアンロードする状態を説明するために模式的に示す断面図である。

本実施形態の基板保持台１０は、図３〜図５に示すように、保持台１１、温度制御装置１２、真空吸着機構１３及び熱伝達液充填回路１４を備え、２００ｍｍウエハＷ及び３００ｍｍウエハＷに対応できるように構成されている。

また、本実施形態の基板温度制御装置は、図３〜図５に示すように、冷却回路１２１及び熱伝達液充填回路１４を備え、上述した原理に基づいて構成されている。冷却回路１２１は、図４に示すように保持台１１に形成された第１通液路１１１と、保持台１１に接続された循環配管１２１Ｂと、を備え、循環配管１２１Ｂを介して液槽（図示せず）と第１通液路１１１の間を循環する冷却液で保持台１１を冷却するように構成されている。熱伝達液充填回路１４は、図１、図３、図５に示すように、液槽１４Ａと、液槽１４Ａと保持台１１とを接続する循環配管１４Ｂと、保持台１１に形成された第２通液路１１２と、を備え、循環配管１４Ｂを介して液槽１４ＡからウエハＷと保持台１１の間に熱伝達液を充填し、これら両者間の熱伝達性を高めるように構成されている。また、真空吸着機構１３は、図３に示すように、保持台１１の表面に形成された真空吸着溝１１４と、排気通路１１５と、を備え、真空排気装置（図示せず）を介して真空吸着溝１１４を減圧し、ウエハＷを吸着保持するように構成されている。そこで、まず保持台１１に形成された第１、第２通液路１１１、１１２、真空吸着溝１１４及び排気通路１１５についてそれぞれ説明する。

第１通液路１１１は、図３に示す保持台１１を構成するトッププレートの裏面に形成されている。即ち、第１通液路１１１は、図４に示すように、同心円状に形成された複数の隔壁１１１Ａによって囲まれて形成されている。また、第１通液路１１１の中心部の隔壁１１１Ａには冷却液を供給する給液路１２１Ｂの内端が接続されている。この給液路１２１Ｂは、保持台１１の外周面から最も内側とその一つ外側の隔壁１１１Ａまで途中の隔壁１１１Ａを径方向に貫通して形成された一対の第２の隔壁１１１Ｃの間に形成されている。この給液路１２１Ｂの供給口には冷却液の液槽（図示せず）に連結された循環配管１２１Ｂが接続されている。尚、トップレートの裏面は、所定の円板（図示せず）で閉止されて、断面矩形状の第１通液路１１１が形成される。

第２の隔壁１１１Ｃは同心円状の複数の隔壁１１１Ａを貫通し、複数の隔壁１１１Ａの貫通孔との間には所定の隙間がそれぞれ形成されている。これらの隙間が第１通液路１１１の時計方向と反時計方向への折り返し点になっており、冷却液はこれらの折り返し点を介して交互に流路を変えながら保持台１１の外部へ排出されるようになっている。そして、最も外側の第１通液路１１１の隔壁１１１Ａには冷却液の循環配管１２１Ｂが接続された排出口が形成されている。

また、隣り合う隔壁１１１Ａ、１１１Ａ及び一対の第２の隔壁１１１Ｃの中間位置にはバッフルプレート１１１Ｄが等間隔を空けて形成され、これらのバッフルプレート１１１Ｄで冷却液の乱流を作り、冷却液の温度を均一にしている。

第２通液路１１２は、図３に示すように、例えば２００ｍｍウエハＷに熱伝達液を供給する７本の複数の通液路１１２Ａと、３００ｍｍウエハＷに熱伝達液を供給する８本の通液路１１２Ｂの二系統から構成されている。第２通液路１１２は、保持台１１の上面と第１通液路１１１との間に形成されている。尚、後述するように図３において、●印はウエハＷを真空吸着する時の吸引用の開口部、○印は熱伝達液を供給する液供給口となる開口部である。また、●印で示す開口部は、○印の液供給口から供給された熱伝達液を排出する液排出口の機能をも有している。

一系統の通液路１１２Ａは、図３に示すように、保持台１１の上方の側面から保持台１１の中心を通って保持台１１を直線状に貫通し、その両端がプラグＰによってそれぞれ封止された通液路１１２Ａ１と、この通液路１１２Ａの両側に略左右対称に略４５°ずつ周方向に離間して保持台１１の中央部近傍からその周面に向けて放射状に形成され、それぞれの周面側端がプラグＰでそれぞれ封止された６本、三種類の通液路１１２Ａ２、１１２Ａ３、１１２Ａ４とから構成されている。これらの通液路１１２Ａ１、１１２Ａ２、１１２Ａ３、１１２Ａ４は、それぞれの裏側に冷却液の第１通路１１１に並設されたリング状の給液路１１７Ａ（図４参照）と複数の連通孔（図示せず）を介して連通し、給液路１１７Ａから熱伝達液が供給されるようになっている。これらの通液路１１２Ａ１、１１２Ａ２、１１２Ａ３、１１２Ａ４には後述する２００ｍｍ用の複数の真空吸着溝の間の中間位置で保持台１１の上面に開口する開口部１１３Ａがそれぞれ複数個ずつ形成され、２００ｍｍウエハＷの略全面に熱伝達液を供給するようにしてある。また、給液路１１７Ａには熱伝達液を供給する供給用の循環配管１４Ｂ１が接続されている。

他方の系統の通液路１１２Ｂは、図３に示すように８本の通液路１１２Ｂから構成され、上記通液路１１２Ａ_１、１１２Ａ_２、１１２Ａ_３からそれぞれ時計方向へ僅かに偏倚して並設されて、略左右対称に形成されている。これらの通液路１１２Ｂは、それぞれの裏側に冷却液の第１通路１１１の外側に並設されたリング状の給液路１１７Ｂ（図４参照）と複数の連通孔（図示せず）を介して連通し、給液路１１７Ｂから熱伝達液が供給されるようになっている。これらの通液路１１２Ｂは、保持台１１の外周面から後述する２００ｍｍウエハＷ用の真空吸着溝の手前まで直線状に形成されている。そして、各通液路１１２Ｂは、３００ｍｍ用の複数の真空吸着溝の間の中間位置で保持台１１の上面に開口する複数の開口部１１３Ａがそれぞれ形成され、３００ｍｍウエハＷの略全面に熱伝達液を供給するようにしてある。また、給液路１１７Ｂには熱伝達液を供給する供給用の循環配管１４Ｂ_２が接続されている。

保持台１１の上面には、図３に示すように真空吸着機構１３を構成する真空吸着溝１１４が同心円状に複数形成されている。これらの真空吸着溝１１４は、同図に示すように、保持台１１上面の中央部に形成され且つ２００ｍｍウエハＷに対応する複数の第１真空吸着溝１１４Ａと、第１真空吸着溝１１４Ａの外側に形成され且つ３００ｍｍウエハＷに対応する複数の第２真空吸着溝１１４Ｂとから構成さている。保持台１１の上面近傍には第１、第２真空吸着溝１１４Ａ、１１４Ｂに対応する第１、第２排気通路１１５Ａ、１１５Ｂが形成されている。第１、第２排気通路１１５Ａ、１１５Ｂにはそれぞれ真空排気用の第１、第２配管１３１Ａ、１３１Ｂ（図５参照）に接続され、これらの配管はそれぞれ真空排気装置（図示せず）に接続されている。第１、第２配管１３１Ａ、１３１Ｂについては温度制御装置１２と共に後述する。

第１排気通路１１５Ａは、図３に示すように二系列の排気通路１１５Ａ_１、１１５Ａ_２から構成されている。一方の排気通路１１５Ａ_１は、同図に示すように保持台１１の側面（同図の上方の側面）から通液路１１２Ａ_１の僅か右側で保持台１１を直線状に貫通し、その一端が真空排気用の配管１３１に接続され、他端がプラグＰによって封止されている。そして、この排気通路１１５Ａ_１には第１真空吸着溝１１４Ａのうち内側に配置された複数の第１真空吸着溝１１４Ａと交差する位置で開口部１１６Ａ_１が複数形成されている。これらの開口部１１６Ａ_１は熱伝達液の排出口を兼ね、これらの開口部１１６Ａ_１が開口する真空吸着溝１１４Ａは熱伝達液の排出溝を兼ねている。他方の排気通路１１５Ａ_２は一方の排気通路１１５Ａ_１の右側方に保持台１１の中心側に傾斜して形成されている。この排気通路１１５Ａ_２は保持台１１の側面から第１真空吸着溝１１４Ａの内側から２番目の第１真空吸着溝１１４Ａまで形成され、第１真空吸着溝１１４Ａと交差する位置で開口部１１６Ａ_２が複数形成されている。これらの開口部１１６Ａ_２も開口部１１６Ａ_１と同様に、熱伝達液の排出口を兼ね、これらの開口部１１６Ａ_２が開口する真空吸着溝１１４Ａは熱伝達液の排出溝を兼ねている。

第２排気通路１１５Ｂも、第１排気通路１１５Ａと同様に、二系列の排気通路１１５Ｂ_１、１１５Ｂ_２から構成されている。一方の排気通路１１５Ｂ_１は、図３に示すように保持台１１の側面（同図の上方の側面）から通液路１１２Ａ_１の僅か左側方を通って保持台１１を直線状に貫通し、その一端が真空排気用の配管１３１に接続され、他端がプラグＰによって封止されている。そして、この排気通路１１５Ｂ_１には第２真空吸着溝１１４Ｂでも内側に配置された複数の第２真空吸着溝１１４Ｂを交差する位置で開口部１１６Ｂ_１が複数形成されている。これらの開口部１１６Ｂ_１及び真空吸着溝１１４Ｂは、それぞれ熱伝達液の排出口及び排出溝を兼ねている。他方の排気通路１１５Ｂ_２は一方の排気通路１１５Ｂ_１の左側方に保持台１１の中心側に傾斜して形成されている。この排気通路１１５Ｂ_２は保持台１１の側面から第２真空吸着溝１１４Ｂの最も内側から２番目の第２真空吸着溝１１４Ｂまで形成され、ここまで通過する第２真空吸着溝１１４Ｂと交差する位置で開口部１１６Ｂ_２が複数形成されている。これらの開口部１１６Ｂ_２も開口部１１６Ａ_１と同様に、熱伝達液の排出口を兼ね、これらの開口部１１６Ｂ_２が開口する真空吸着溝１１４Ｂは熱伝達液の排出溝を兼ねている。

そして、第１、第２排気通路１１５Ａ、１１５Ｂは、第１、第２配管１３１Ａ、１３１Ｂを介して真空排気装置（図示せず）に接続されている。第１排気通路１１５Ａは、排気通路１１５Ａ_１及び排気通路１１５Ａ_２からなるため、これらを真空排気装置に接続する第１配管１３１Ａも保持台１１の近傍では分岐管１３１Ａ_１、１３１Ａ_２として分岐している。第２配管１３１Ｂも保持台近傍では分岐管１３１Ｂ_１、１３１Ｂ_２として分岐している。

次いで、図５を参照しながら基板温度制御装置の真空吸着機構１３及び熱伝達液充填回路１４について回路構成について説明する。本実施形態の基板温度制御装置は、熱伝達液充填回路１４の他に空気回路１５を備えている。この空気回路１５は、熱伝達液充填回路１４の熱伝達液の充填を促進すると共に、ウエハＷの処理後に熱伝達液の排出を促進することができる。熱伝達液充填回路１４は、真空吸着機構１３の下で機能する。そこで、まず真空吸着機構１３について説明する。尚、図５において、概ね、破線は吸引用の配管、実線は熱伝達液用の配管、二点鎖線は空気用の配管を示している。また、各配管に取り付けられた複数のバルブＶ１〜Ｖ１４のうち、Ｖ５〜Ｖ８は常時開（ＮＯ）型バルブであり、その他は常時閉（ＮＣ）型バルブである。

真空吸着機構１３の第１、第２配管１３１Ａ、１３１Ｂにはそれぞれ保持台１１から排出された熱伝達液を分離する分離槽１４Ｃ_１、１４Ｃ_２が取り付けられ、これらの下流側で第１、第２配管１３１Ａ、１３１Ｂが配管１３１として合流する。この時点は配管１３１から熱伝達液は分離されている。この配管１３１にバルブＶ１が取り付けられ、真空吸着をオン、オフする。バルブＶ１の上流側には圧力センサ１３２が取り付けられ、その下流側には真空制御回路１３３が取り付けられ、真空制御回路１３３は圧力センサ１３２の検出値に基づいて配管１３１内の真空圧力を管理する。また、第２配管１３１ＢにはバルブＶ２が取り付けられ、このバルブＶ２は３００ｍｍウエハＷを処理する時に用いられる。また、第１、第２配管１３１Ａ、１３１Ｂは、連結管１３４Ａ、１３４Ｂを介して熱伝達液用の循環配管１４Ｂ_１、１４Ｂ_２に接続され、これらの連結管１３４Ａ、１３４ＢにはそれぞれバルブＶ３、Ｖ４が設けられている。そして、これらのバルブＶ３、Ｖ４はウエハＷをアンロードする時に開いて、第１、第２配管１３１Ａ、１３１Ｂと循環配管１４Ｂ_１、１４Ｂ_２とをそれぞれ連通させて熱伝達液を排出するようにしてある。また、第１、第２配管１３１Ａ、１３１Ｂの分岐管のうち、熱伝達液を排出する分岐管１３１Ａ_２、１３１Ｂ_１にはバルブＶ５、Ｖ６が取り付けられ、ウエハＷをアンロードする時にバルブＶ５、Ｖ６が閉じて空気配管を連結して保持台１１内に空気を供給して保持台１１内の熱伝達液を排出する。

熱伝達液充填回路１４を構成する分離槽１４Ｃ_１、１４Ｃ_２は、循環配管を介して液回収槽１４Ｄに接続され、分離槽１４Ｃ_１、１４Ｃ_２で分離した熱伝達液を液回収層１４Ｄで回収する。分離槽１４Ｃ_１、１４Ｃ_２と液回収槽１４Ｄとの間及び配管１３１と液回収槽１４Ｄとの間にはそれぞれバルブＶ７、Ｖ８が設けられ、液回収槽１４Ｄから液槽１４Ａへ熱伝達液を移動させる際に、これのバルブＶ７、Ｖ８を閉じて、第１、第２配管１３１Ａ、１３１Ｂを液回収槽１４Ｄから遮断し、真空を破らないようにしている。従って、液循環時にはバルブＶ７、Ｖ８は開いていて、分離槽１４Ｃ_１、１４Ｃ_２から液回収槽１４Ｄへ熱伝達液が自重で落下するようにしてある。液回収槽１４Ｄには液面計Ｌが取り付けられ、液面計Ｌで回収量を管理し、所定の液面に達したら、液面計Ｌが作動し、バルブＶ７、Ｖ８を閉じた状態で、バルブＶ１２を開けて所定の空気圧力で加圧して液回収槽１４Ｄから液槽１４へ熱伝達液を戻す。液槽１４Ａと保持台１１は循環配管１４Ｂ_１、１４Ｂ_２を介して接続され、これらの循環配管１４Ｂ_１、１４Ｂ_２にはバルブＶ９、Ｖ１０が設けられている。また、それぞれのバルブＶ９、Ｖ１０の前後には圧力センサ１４Ｅ、１４Ｆがそれぞれ設けられ、バルブＶ９、Ｖ１０の前後に配置されたフィルタの目詰まりを圧力センサ１４Ｅ、１４Ｆで監視する。

熱伝達液を液槽１４Ａから保持台１１へ供給する時やウエハＷをアンロードする時に空気回路１５が用いられる。空気回路１５は、空気配管１５Ａ、空気制御回路１５Ｂ、圧力センサ１５Ｃ及びエジェクタ１５Ｄを備え、空気配管１５Ａが液槽１４Ａ、液回収槽１４Ｄ及び真空吸着機構１３の第１、第２配管１３１Ａ、１３１Ｂの分岐管１３１Ａ_２、１３１Ｂ_１にそれぞれ接続され、それぞれの空気配管１５ＡにバルブＶ１１、Ｖ１２、Ｖ１３、Ｖ１４が設けられている。バルブＶ１３、Ｖ１４は、ウエハＷのアンロード時に、熱伝達液の排出管となる分岐管１３１Ａ_２、１３１Ｂ_１に設けられたバルブＶ５、Ｖ６と連動し、熱伝達液の保持台１１からの排出を促進する。即ち、バルブＶ５、Ｖ６を閉じた状態で、バルブＶ１３、Ｖ１４を開けて、所定圧力の空気を保持台１１内に送り込んで保持台１１内の熱伝達液を排出させる。排出された熱伝達液は、第１、第２配管１３１Ａ、１３１Ｂそれぞれの分岐管１３１Ａ_１、１３１Ｂ_２を経由して排出される。また、エジェクタ１５Ｄは、液回収槽１４Ｄから液槽１４Ａへ熱伝達液が移動させた後、減圧雰囲気に戻す際に用いられる。尚、図５において、ＶＣは、バルブＶ１〜Ｖ１４をシーケンス制御する制御装置である。

次に、基板保持台１０上に３００ｍｍウエハＷを載置した場合の動作について説明する。まず、常温から高温領域でプローブ検査を実施する際の基板保持台１０について説明する。予め、温度制御装置１２の冷却回路１２１を用いて保持台１１を冷却しておく。この状態で保持台１１上にウエハＷを載置すると、真空排気機構１３が作動し、バルブＶ１、Ｖ２が開き、保持台１１内の第１、第２排気通路１１５Ａ、１１５Ｂそれぞれの排気通路１１５Ａ_１、１１５Ａ_２及び排気通路１１５Ｂ_１、１１５Ｂ_２からウエハＷと保持台１１間を減圧してウエハＷを吸着固定する。

次いで、バルブＶ９、Ｖ１０が開き、液槽１４Ａが循環配管１４Ｂ_１、１４Ｂ_２を介して保持台１１を連通する。この状態でバルブＶ１１を開き、空気制御回路１５Ｂで所定の圧力に調整された空気を液槽１４Ａに供給して加圧すると、真空吸着機構１３による吸引作用と相俟って、熱伝達液が速やかに保持台１１内に供給される。即ち、熱伝達液が加圧されて液槽１４Ａから流出し、循環配管１４Ｂ_１、１４Ｂ_２を経由して保持台１１の給液路１１７Ａ、１１７Ｂ内に流入する。熱伝達液は、給液路１１７Ａ、１１７Ｂそれぞれの連通孔から第２通液路１１２内に流入した後、複数系列の通液路１１２Ａ、１１２Ｂに分散し、これらの通液路１１２Ａ、１１２Ｂの複数の開口部１１３ＡからウエハＷと保持台１１の細隙に浸透する。この際、真空吸着機構１３の真空吸着溝１１４から吸引しており、しかも開口部１１３Ａは同心円状の複数の真空吸着溝１１４間の中間にあるため、開口部１１３Ａから供給された熱伝達液は、ウエハＷと保持台１１の細隙を略全領域に渡って迅速に浸透し、拡散する。

ウエハＷと保持台１１の細隙に浸透した熱伝達液は、その後複数の真空吸着溝１１４に流れ込み、各真空吸着溝１１４内に形成された開口部１１６Ａ、１１６Ｂから第１、第２排気通路１１５Ａ、１１５Ｂを経由して保持台１１外へ流出する。更に、熱伝達液は、第１、第２配管１３１Ａ、１３１Ｂを流れ、分離槽１４Ｃ_１、１４Ｃ_２に到達する。熱伝達液は分離槽１４Ｃ_１、１４Ｃ_２において自重で分離される。そして、空気のみが第１、第２配管１３１Ａ、１３１Ｂから配管１３１に合流し、排出される。

熱伝達液がウエハＷと保持台１１の細隙の略全領域に浸透した後、空気制御回路１５Ｂにより加圧状態の空気圧を下げると共に真空制御回路１３３により真空度を下げて熱伝達液を循環させる。熱伝達液が循環する間に保持台１１ではウエハＷのアライメントを行う。熱伝達液としてフロリナートを使用すると、フロリナートは蒸発し易いため、真空度を下げて熱伝達液を供給することによって、熱伝達液の消費量を格段に削減することができる。空気圧力を下げることで循環流量が減り、熱伝達液の蒸発量を低減することもできる。この状態で熱伝達液を循環させて、ウエハＷの検査を行う。

熱伝達液がウエハＷと保持台１１の全領域に速やかに浸透することによって、ウエハＷと保持台１１間の微細な空隙を埋め、ウエハＷと保持台１１間の熱伝達効率を格段に高めることができる。従って、冷却回路１２１による冷却効率が極めて良好になり、ウエハＷを効率良く冷却することができる。そのため、検査時にウエハＷから大量の発熱があっても、ウエハＷを効率良く冷却できるため、ウエハＷを所定の温度に制御して信頼性の高い検査を行うことができる。

検査中に液回収槽１４Ｄ内の液が上限値に達すると、液面計Ｌが上限値を検出する。液面計Ｌからの信号を受けて、液回収槽１４Ｄの熱伝達液を液槽１４Ａへ移動させる動作に入る。即ち、液移動のためにバルブＶ７、Ｖ８を閉じると共にバルブＶ１２を開き、液回収槽１４Ｄを昇圧し、液槽１４Ａへ熱伝達液を移動させる。液面計Ｌが下限値を検出し、液移動が終了すると、バルブＶ１２を閉じる。引き続き、エジェクタ１５Ｄで液回収槽１４Ｄを真空引きして第１、第２配管１３１Ａ、１３１Ｂの真空度に調整した後バルブＶ７、Ｖ８を開く。その後、エジェクタ１５Ｄを止め、液循環を続行する。

検査の終了後、ウエハＷをアンロードする。この際、熱伝達液を供給する循環配管１４Ｂ_１、１４Ｂ_２のバルブＶ９、Ｖ１０を閉じ、排気用の第１、第２配管１３１Ａ、１３１ＢのバルブＶ２、Ｖ３、Ｖ４を開くと共にバルブＶ５、Ｖ６を閉じ、空気配管１５ＡのバルブＶ１３、Ｖ１４を開く。これによって、図６に示すように保持台１１の排気通路１１５Ａ_２、１１５Ｂ_２からウエハＷと保持台１１間の空隙から空気を吸引してウエハＷの周縁部を真空吸着する共に、排気通路１１５Ａ_１、１１５Ｂ_１からウエハＷの中央部へ空気を供給し、保持台１１内の第２通液路１１２側を真空ラインである配管１３１Ａ_１、１３１Ｂ_２に切り替えるため、ウエハＷの中央部を浮かせた状態で第２通液路１１２を介してウエハＷと保持台１１の熱伝達液を円滑に除去することができる。

以上説明したように本実施形態によれば、保持台１１上で保持されたウエハＷの温度を制御する際に、温度制御装置１２を用いて保持台１１の温度を制御する工程と、ウエハＷを保持台１１上に設置する工程と、熱伝達液充填回路１４を用いて保持台１１とウエハＷとの間に熱伝達液を保持台１１の上面で開口する開口部１１３Ａから供給する工程と、真空吸着機構１４を用いて開口部１１３Ａの近傍に形成された真空吸着溝１１４を介して真空吸着溝１１４で開口する開口部１１６Ａ、１１６Ｂから熱伝達液を排出する工程と、を備えているため、ウエハＷと保持台１１との間の微細な空隙に熱伝達液を速やかに浸透させ、熱伝達液を介してウエハＷと保持台１１との間の熱伝達効率を格段に高めることができ、しかも熱伝達液が空隙を円滑に循環するため、冷却回路１２１によるウエハＷの冷却効率を格段に高めることができる。

また、本実施形態によれば、液槽１４Ａから開口部１１３Ａへ熱伝達液を供給する際に、液槽１４Ａを加圧するため、熱伝達液の液循環を円滑に行うことができ、更に冷却効率を高めることができる。また、熱伝達液を液回収槽１４Ｄで回収した後、液回収槽１４Ｄで回収された熱伝達液を液槽１４Ａへ移動させるため、保持台１１から回収した熱伝達液を保持台１１へ連続的且つ確実に循環させることができる。また、熱伝達液を液回収槽１４Ｄから液槽１４Ａへ移動させた後、液回収槽１４Ｄを減圧するため、液回収槽１４Ｄを円滑に真空側の第１、第２配管１３１Ａ、１３１Ｂへ接続することができる。ウエハＷを保持台１１から除去する際に、保持台１１とウエハＷとの間の熱伝達液を除去して両者間に空隙を作るため、ウエハＷを円滑にアンロードでき、ウエハＷを損傷することがない。更に、熱伝達液を除去する際にウエハＷを保持台１１との間に空気を供給するため、熱伝達液を迅速に除去することができる。

上記実施形態ではウエハＷを常温及び高温領域で取り扱う場合について説明したが、ウエハＷを低温領域で取り扱う場合について説明する。例えば−６５℃でウエハＷの検査を行う場合について説明する。この温度になると、熱伝達液の粘度が高くなり、上記実施形態の手法では熱伝達液をウエハＷと保持台１１との間に円滑に供給できない。そこで、本実施形態ではウエハＷの中心部に空気と熱伝達液を強制的に充填することによって、ウエハＷの中心部を浮かせることによって熱伝達液の液浸透を促進する手法である。本実施形態では２００ｍｍウエハＷを用いる。

ウエハＷを保持台１１上に載置し、バルブＶ１を開いてウエハＷを真空吸着する。次いで、バルブＶ９、Ｖ１１を開いて液槽１４Ａから保持台１１へ熱伝達液を供給する。この状態で数１０秒間様子を観る。そして、空気圧を低下させて少し時間を置いた後、新たにバルブＶ５を閉じ、Ｖ１３を開き、ウエハＷと保持台１１の間に強制的に空気を流して真空状態を破壊する。次いで、バルブＶ５を開くと共にＶ１３、Ｖ９を閉じ、更にバルブＶ３を開き、循環配管１４Ｂ_１側を減圧する。その後、バルブＶ３を閉じ、再びバルブＶ５を閉じ、Ｖ１３を開き、ウエハＷと保持台１１の間に強制的に空気を流して真空状態を破壊する。この状態を保った後、この状態で空気圧を下げる。しばらくしてから、バルブＶ１、Ｖ５、Ｖ１１以外のバルブを全て閉じ、液槽１４Ａの空気圧力を上げると共にウエハＷと保持台１１間を真空にする。この状態を１０秒程度続けた後、バルブＶ９を開いて液槽１４Ａから保持体１１へ熱伝達液を供給する。

上述の一連の操作で熱伝達液が略全面に浸透する。その後、通常の運転条件まで空気圧を下げて熱伝達液を循環させる。そして、ウエハＷをアライメントした後、検査を実行する。

以上説明したように本実施形態によれば、低温下では熱伝達液の粘度が高いため、ウエハＷの中心部に空気と熱伝達液を同時に流し、強制的に熱伝達液を充填すれば、比較的短時間で熱伝達液を浸透させることができ、スループットを向上させることができる。

尚、本発明は上記実施形態に何等制限されるものではなく、本発明の範囲内において各構成要素を適宜設計変更することができる。

本発明は、プローブ装置等に好適に利用することができる。

本発明の基板保持台を示す概念図である。 本発明の基板保持台の原理を拡大して示す断面図である。 本発明の基板保持台の一実施形態における保持台の上面を示す平面図である。 図３に示す保持台の内部の冷却液及び熱伝達液の通液路を示す平面図である。 本発明の基板温度制御装置の一実施形態を示すブロック図である。 基板保持台からウエハをアンロードする状態を説明するために模式的に示す断面図である。

符号の説明

１０ 基板保持台
１１ 保持台
１２ 温度制御装置
１４ 熱伝達液充填回路
１４Ａ 液槽
１４Ｄ 液回収槽
１５Ｄ エジェクタ（減圧手段）
１１１ 第１通液路（熱媒体の流路）
１１２ 第２通液路（液体の流路）
１１３ 開口部（液供給口）
１１４ 真空吸着溝（液排出溝）
１１６ 開口部（液排出口）

Claims (15)

1. 基板を保持する温度制御可能な保持台と、この保持台を介して上記基板の温度を制御する温度制御装置と、を備え、上記保持台は、上記保持台の上面に形成された排気溝と、上記排気溝内で開口する排気口と、を有し、上記排気溝及び上記排気口を介して上記基板と上記保持台との間から排気して上記基板を上記保持台上に吸着する基板保持台であって、
   上記保持台は、
   上記保持台の上面の上記排気溝から離間した位置で開口し且つ上記基板と上記保持台との間に液体を熱伝達媒体として供給する液供給口と、
   上記保持台の上面の上記液供給口から離間した位置に形成され且つ上記基板と上記保持台との間の上記液体を排出する液排出溝と、
   上記液排出溝で開口し且つ上記液供給口から供給された上記液体を上記基板と上記保持台の細隙に浸透させながら上記液排出溝から排出する液排出口と、を備え、
   上記液排出溝及び上記液排出口として上記排気溝及び上記排気口がそれぞれ用いられる
   ことを特徴とする基板保持台。
2. 上記保持台は、上記液体が流通する流路を備えたことを特徴とする請求項１に記載の基板保持台。
3. 上記保持台は、上記保持台の温度を制御するための熱媒体が流通する流路を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の基板保持台。
4. 基板を保持する温度制御可能な保持台と、この保持台を介して上記基板の温度を制御する温度制御装置と、を備え、上記保持台は、上記保持台の上面に形成された排気溝と、上記排気溝内で開口する排気口と、を有し、上記排気溝及び上記排気口を介して上記基板と上記保持台との間から排気して上記保持台上に吸着された上記基板の温度を制御する基板温度制御装置であって、
   上記保持台は、
   上記保持台の上面の上記排気溝から離間した位置で開口し且つ上記基板と上記保持台との間に液体を供給する液供給口と、
   上記保持台の上面の上記液供給口から離間した位置に形成され且つ上記基板と上記保持台との間の上記液体を排出する液排出溝と、
   上記液排出溝で開口し且つ上記液供給口から供給された上記液体を上記基板と上記保持台の細隙に浸透させながら上記液排出溝から排出する液排出口と、を有してなり、更に、
   上記液供給口に接続され且つ上記液供給口へ供給する上記液体を溜める液槽と、
   上記液排出口に接続され且つ上記液排出口から排出される上記液体を回収する液回収槽と、を備え、
   上記基板と上記保持台の間に浸透する上記液体がこれら両者間の熱伝達媒体となって上記基板の温度を制御する際に、上記液排出溝及び上記液排出口として上記排気溝及び上記排気口がそれぞれ用いられる
   ことを特徴とする基板温度制御装置。
5. 上記保持台は、上記液体が流通する流路を備えたことを特徴とする請求項４に記載の基板温度制御装置。
6. 上記保持台は、上記保持台の温度を制御するための熱媒体が流通する流路を備えたことを特徴とする請求項４または請求項５に記載の基板温度制御装置。
7. 上記液回収槽と上記液排出口との間に設けられた開閉弁を備えたことを特徴とすることを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか１項に記載の基板温度制御装置。
8. 上記液槽及び上記液回収槽をそれぞれ個別に加圧する加圧手段を備えたことを特徴とする請求項４〜請求項７のいずれか１項に記載の基板温度制御装置。
9. 上記加圧後の上記液回収槽を減圧する減圧手段を備えたことを特徴とする請求項８に記載の基板温度制御装置。
10. 温度制御可能な保持台上で保持された基板の温度を制御する基板温度制御方法であって、
    上記保持台の温度を制御する第１の工程と、
    上記基板を上記保持台上に設置する第２の工程と、
    上記保持台の上面に形成された排気溝及びこの排気溝で開口する排気口を介して排気して上記基板を上記保持台上に吸着する第３の工程と、
    上記保持台の上面の上記排気溝から離間した位置で開口する液供給口から上記保持台と上記基板との間に液体を供給する第４の工程と、
    上記保持台の上面の上記液供給口から離間した位置に形成された液排出溝を介して上記液排出溝で開口する液排出口から減圧して上記液供給口から供給された上記液体を上記基板と上記保持台の細隙に浸透させながら排出する第５の工程と、を備え、
    上記第５の工程では、上記液排出溝及び上記液排出口として上記排気溝及び上記排気口がそれぞれ用いられる
    ことを特徴とする基板温度制御方法。
11. 液槽から上記液供給口へ上記液体を供給する際に、上記液槽を加圧して上記液槽内の上記液体を上記液供給口へ供給する工程を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の基板温度制御方法。
12. 上記液体を液回収槽で回収する工程と、上記液回収槽内を加圧して上記液回収槽で回収された上記液体を上記液槽へ移動させる工程と、を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の基板温度制御方法。
13. 上記液体を上記液回収槽から上記液槽へ移動させた後、上記液回収槽を減圧する工程を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の基板温度制御方法。
14. 上記基板を上記保持台から除去する際に、上記保持体と上記基板との間の上記液体を除去する工程を備えたことを特徴とする請求項１０〜請求項１３のいずれか１項に記載の基板温度制御方法。
15. 上記液体を除去する際に、上記基板と上記保持台との間に気体を供給する工程を備えたことを特徴とする請求項１４に記載の基板温度制御方法。

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