JP5381879B2 - Wafer heating heater unit and semiconductor manufacturing apparatus equipped with the same - Google Patents
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Description
本発明は、半導体製造装置に用いられる、ウェハ加熱用ヒータユニットに関する。特に、急速昇温性、均熱性に優れ、信頼性に優れたウェハ加熱用ヒータユニットに関する。 The present invention relates to a wafer heating heater unit used in a semiconductor manufacturing apparatus. In particular, the present invention relates to a heater unit for heating a wafer that is excellent in rapid temperature rise and heat uniformity and excellent in reliability.
半導体の製造工程では、被処理物である半導体ウェハに対して成膜処理やエッチング処理など様々な処理が行われる。ウェハを加熱する必要のある場合には、ウェハ加熱用ヒータユニットにウェハを載置し、所定の熱処理を施している。例えば、ウェハのフォトリソグラフィーに使用されるコータデベロッパや半導体検査用のウェハプローバ、成膜用のCVD装置等が挙げられる。 In a semiconductor manufacturing process, various processes such as a film forming process and an etching process are performed on a semiconductor wafer which is an object to be processed. When it is necessary to heat the wafer, the wafer is placed on the wafer heating heater unit and subjected to a predetermined heat treatment. Examples thereof include a coater developer used for wafer photolithography, a wafer prober for semiconductor inspection, and a CVD apparatus for film formation.
このうち、ウェハにレジスト膜を形成するフォトリソグラフィー工程においては、ウェハを洗浄し、加熱・乾燥し、冷却した後、ウェハ表面にレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィー処理装置内のヒータユニットにウェハを搭載し、乾燥した後、露光、現像などの処理が施される。 Among these, in the photolithography process for forming a resist film on the wafer, the wafer is washed, heated, dried, cooled, and then coated with a resist film on the wafer surface, and the wafer is applied to the heater unit in the photolithography processing apparatus. After mounting and drying, processing such as exposure and development is performed.
これらの半導体製造装置におけるウェハの処理については、スループットを向上させるために、できるだけ短時間で処理を終わらせることが要求される。また、ウェハを加熱する際に、ウェハをヒータユニットに搭載し、熱処理を行い、ウェハをヒータユニットから次の工程に搬送するために離脱させるまでの間、過渡状態を含め厳密な温度管理、均熱性が要求される。加えて、ヒータの温度条件を変化させる、例えば昇温、降温させる場合には、ヒータの温度をすばやく設定した温度にする必要がある。また、使用するヒータには信頼性が要求される。 Regarding the processing of wafers in these semiconductor manufacturing apparatuses, it is required to finish the processing in as short a time as possible in order to improve the throughput. Also, when the wafer is heated, the wafer is mounted on the heater unit, subjected to heat treatment, and then removed from the heater unit for transfer to the next process. Thermal properties are required. In addition, when the temperature condition of the heater is changed, for example, when the temperature is raised or lowered, it is necessary to quickly set the heater temperature. In addition, reliability is required for the heater to be used.
例えば、特許文献1には、ウェハを加熱するための加熱体であって、発熱体を備えたヒータと断熱層を介して均熱板を備えた加熱体が開示されている。特許文献1において発熱体が金属箔である場合には、金属箔を例えば耐熱性の樹脂で挟み込み、金属箔を挟み込んだ樹脂をヒータ基板と均熱板とで断熱層を介して固定することが開示されている。
For example,
特許文献1のように、金属箔の発熱体を耐熱性の樹脂で挟み込み、ヒータ基板と均熱板とで断熱層を介して挟み込む場合、金属箔を挟み込んだ樹脂は、金属箔の存在する部分では、金属箔が存在しない部分に比較して厚みが薄くなる。このため、金属箔の存在しない部分では、ヒータ基板、または均熱板との間に空隙が生じやすくなり、この空隙によって金属箔で発生した熱が、ヒータ基板、均熱板に均一に伝導せず、均熱性を阻害することがある。
As in
また、金属箔が発熱したとき、金属箔、断熱層ともに温度上昇するが、これら金属箔、断熱層が互いに熱膨張係数が異なる場合、金属箔と断熱層の熱膨張量が異なるため、金属箔と断熱層を接着すると、その熱膨張量の差により加熱体が変形し、反り等が発生する。このため、ヒータ基板、発熱体、均熱板の密着性が損なわれ、均熱性が大幅に悪化するとともに、これらを機械的に固定している場合には、固定部分の破損を引き起こすことがあった。 In addition, when the metal foil generates heat, both the metal foil and the heat insulation layer rise in temperature. However, when the metal foil and the heat insulation layer have different thermal expansion coefficients, the metal foil and the heat insulation layer have different amounts of thermal expansion. When the heat insulating layer is bonded, the heating body is deformed due to the difference in thermal expansion amount, and warpage or the like occurs. For this reason, the adhesion of the heater substrate, the heating element, and the soaking plate is impaired, so that the soaking property is greatly deteriorated, and when these are mechanically fixed, the fixing portion may be damaged. It was.
更に、均熱板に冷却モジュールを当接した場合にも、冷却モジュールと均熱板との間に空隙があれば、空隙部分の冷却が遅くなり、温度ムラも発生しやすくなるという問題も存在する。 Furthermore, even when the cooling module is in contact with the soaking plate, there is a problem that if there is a gap between the cooling module and the soaking plate, the cooling of the gap becomes slow and temperature unevenness is likely to occur. To do.
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、均熱性、信頼性に優れたウェハ加熱用ヒータユニットおよびそれを搭載した半導体製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a wafer heating heater unit excellent in heat uniformity and reliability and a semiconductor manufacturing apparatus equipped with the same.
本発明のウェハ加熱用ヒータユニットは、ウェハ載置面を有する載置台と、該ウェハ載置面の反対側の面に抵抗発熱ユニットを有し、前記載置台と抵抗発熱ユニットを支持する支持板とから構成され、前記抵抗発熱ユニットは発熱体と該発熱体を挟み込む複数の絶縁層とからなり、前記絶縁層の少なくとも1層に溝が形成されており、前記発熱体は前記溝に収納されて他の絶縁層によって挟み込まれており、前記絶縁層同士は互いに接着されていない部分を有し、前記発熱体の厚みが前記溝の深さより厚いことを特徴とする。 The heater unit for heating a wafer according to the present invention has a mounting table having a wafer mounting surface, a resistance heating unit on a surface opposite to the wafer mounting surface, and a support plate for supporting the mounting table and the resistance heating unit. The resistance heating unit includes a heating element and a plurality of insulating layers sandwiching the heating element. A groove is formed in at least one layer of the insulating layer, and the heating element is accommodated in the groove. are sandwiched by another insulating layer Te, the insulating layer each other have a part that is not adhered to each other, the thickness of the heating element is equal to or greater than the depth of the groove.
前記絶縁層同士は、互いに接着されていないことが好ましい。また、載置台と抵抗発熱ユニットと支持板は、機械的に結合されていることが好ましい。また、前記絶縁層の溝は、エッチング処理によって形成されていることが好ましい。 It is preferable that the insulating layers are not bonded to each other. Moreover, it is preferable that the mounting table, the resistance heating unit, and the support plate are mechanically coupled. The groove of the insulating layer is preferably formed by an etching process.
このようなウェハ加熱用ヒータユニットを搭載した半導体製造装置は、均熱性、信頼性、スループットに優れたものとすることができる。 A semiconductor manufacturing apparatus equipped with such a wafer heating heater unit can be excellent in heat uniformity, reliability, and throughput.
本発明によれば、均熱性や信頼性に優れたウェハ加熱用ヒータユニットを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heater unit for wafer heating excellent in soaking | uniform-heating property and reliability can be provided.
図1を参照して、本発明のウェハ加熱用ヒータユニットは、ウェハ載置面10を有する載置台1と、該載置台のウェハ載置面とは反対側の面に抵抗発熱ユニット2を有し、前記載置台と抵抗発熱ユニットを支持する支持板3とから構成され、抵抗発熱ユニット2は、発熱体21と、該発熱体を挟み込む複数の絶縁層22とからなり、該絶縁層のすくなくとも1層に溝が形成されており、前記絶縁層同士は、互いに接着されていない部分を有している。
Referring to FIG. 1, a wafer heating heater unit of the present invention has a mounting table 1 having a
発熱体21と絶縁層22とは接着をしない。発熱体に通電して所定の温度に上昇させた時、絶縁層も温度が上昇する。発熱体と絶縁層は、異なる材料であるので、熱膨張係数が異なる。このため、温度上昇に伴う熱膨張量が、発熱体と絶縁層で異なる。発熱体と絶縁層を接着した場合、前記熱膨張量の差から抵抗発熱ユニットが変形し、反り等が発生することによって、載置台と抵抗発熱ユニットと支持板との密着性が損なわれ、均熱性が大幅に悪化する。このため、発熱体と絶縁層は接着をしない。
The
また、絶縁層同士も接着しない部分を有することが必要である。絶縁層同士は、全く接着しない方が好ましいが、部分的に接着していてもかまわない。絶縁層の接着は、例えば、接着剤を用いて接着することができる。 Further, it is necessary to have a portion where the insulating layers do not adhere to each other. The insulating layers are preferably not bonded at all, but may be partially bonded. The insulating layer can be bonded using, for example, an adhesive.
絶縁層同士を全面にわたって接着すると、例えば、ウェハ加熱用ヒータユニットを所定の温度に加熱した状態で、載置面に室温のウェハを載置すると、載置面の温度が一旦下がるので、載置台側の絶縁層が支持板側の絶縁層よりも収縮する。収縮すると、抵抗発熱ユニットの中央部が載置台から離れる方向に変形(反りが発生)し、載置台と抵抗発熱ユニットの密着性が悪くなり、一時的ではあるが均熱性が悪くなる。 When the insulating layers are bonded over the entire surface, for example, when a wafer at room temperature is placed on the placement surface while the heater unit for heating the wafer is heated to a predetermined temperature, the temperature of the placement surface is once lowered. The insulating layer on the side shrinks more than the insulating layer on the support plate side. When contracted, the central portion of the resistance heating unit is deformed (warped) in a direction away from the mounting table, the adhesion between the mounting table and the resistance heating unit is deteriorated, and the thermal uniformity is deteriorated temporarily but.
また、支持板に後述する冷却モジュールを当接した場合、支持板側の絶縁層がより収縮するので、上記とは逆の方向に変形し、やはり載置台と抵抗発熱ユニットの密着性が悪くなり、均熱性が悪くなる。 In addition, when a cooling module (to be described later) is brought into contact with the support plate, the insulating layer on the support plate side is further contracted, so that it deforms in the opposite direction to the above, and the adhesion between the mounting table and the resistance heating unit also deteriorates. , Soaking becomes worse.
本願発明のように、絶縁層同士が接着されていない部分を有しておれば、上記のような均熱性の悪化を防止することができる。 If there is a portion where the insulating layers are not bonded to each other as in the present invention, it is possible to prevent the above-described deterioration in heat uniformity.
すなわち、絶縁層の熱収縮量あるいは熱膨張量の、載置台側と支持板側の差を接着しない部分で吸収して、抵抗発熱ユニットの変形を防止するとともに、載置台、支持板の変形を防止することができる。 In other words, the heat shrinkage amount or thermal expansion amount of the insulating layer is absorbed by the portion where the mounting table side and the support plate side are not bonded to prevent the resistance heating unit from being deformed, and the mounting table and the support plate are not deformed. Can be prevented.
絶縁層は、載置台側と支持板側で同じ材質であるので、温度差による熱膨張量あるいは熱収縮量の差のみであるので、発熱体と絶縁層との熱膨張量あるいは熱収縮量の差よりも小さいため、部分的に接着していない部分が存在すれば、熱膨張量の差あるいは熱収縮量の差を吸収することができる。 Since the insulating layer is made of the same material on the mounting table side and the support plate side, there is only a difference in thermal expansion amount or thermal contraction amount due to a temperature difference. Since it is smaller than the difference, if there is a part that is not partially bonded, the difference in thermal expansion or the difference in thermal shrinkage can be absorbed.
このため、絶縁層同士は、部分的に接着していてもよい。例えば、発熱体を2枚の絶縁層で挟み込み、絶縁層の中心部付近と外周部4ヶ所を接着剤で固定することも可能である。部分的に絶縁層を接着することによって、組み立て時の発熱体と絶縁層のズレを防止することができる。 For this reason, the insulating layers may be partially bonded. For example, the heating element can be sandwiched between two insulating layers, and the vicinity of the central portion of the insulating layer and the four outer peripheral portions can be fixed with an adhesive. By partially adhering the insulating layer, it is possible to prevent the heating element and the insulating layer from being displaced during assembly.
絶縁層同士は、図2に示すように全く接着しない方が好ましい。全く接着しない方が、抵抗発熱ユニットの変形がより少なくなるので、昇温や降温時の過渡的な均熱性が向上する。また、冷却速度も速くすることができる。 It is preferable that the insulating layers do not adhere at all as shown in FIG. If the adhesive heating unit is not bonded at all, the deformation of the resistance heating unit is reduced, so that the transient thermal uniformity during temperature rise and fall is improved. Also, the cooling rate can be increased.
図4に示すように、絶縁層22の片面側に溝加工を施し、発熱体を溝に挿入し、その後溝加工を施していない絶縁層で覆うことができる。また、覆う側の絶縁層にも溝加工を施すことも可能である。しかし、両方の絶縁層に溝加工を施す場合には、発熱体を一方の絶縁層の溝に挿入した後、他方の絶縁層の溝の位置合わせをする必要があるので、工程が煩雑になるので、片側の絶縁層にのみ溝加工を施す方が好ましい。
As shown in FIG. 4, groove processing can be performed on one side of the insulating
絶縁層に溝を形成する方法については、特に制約はない。例えば、化学的なエッチングやサンドブラスト、あるいはプレス成形などの方法がある。しかし、サンドブラストでは、溝の深さを制御することが難しく、図5に示すように、溝の中の表面粗さが比較的粗くなるので、絶縁層と発熱体との間の熱伝導を阻害する要因となるので、好ましくない。 There is no particular limitation on the method for forming the groove in the insulating layer. For example, there are methods such as chemical etching, sand blasting, or press molding. However, in sandblasting, it is difficult to control the depth of the groove, and as shown in FIG. 5, the surface roughness in the groove becomes relatively rough, which hinders heat conduction between the insulating layer and the heating element. This is not preferable.
また、溝をプレス成形する場合は、図6に示すように、絶縁層のプレス面とは反対側の面が凸形状となるので、絶縁層と載置台あるいは支持板との接触が全面均一にならないので、熱伝達が減り、均熱性を悪化させるので、好ましくない。 When the groove is press-molded, as shown in FIG. 6, the surface opposite to the press surface of the insulating layer has a convex shape, so that the contact between the insulating layer and the mounting table or the support plate is uniform over the entire surface. This is not preferable because heat transfer is reduced and heat uniformity is deteriorated.
エッチングは、フォトリソグラフィー技術により、自由にパターン形成できるだけでなく、溝の深さもエッチング時間の制御などにより比較的簡単に制御できるので、最も好ましい。 Etching is most preferable because not only can pattern formation be performed freely by photolithography, but also the depth of the groove can be controlled relatively easily by controlling the etching time.
絶縁層に形成する溝の深さは、挿入する発熱体の厚みよりも薄い(浅い)方が好ましい。抵抗発熱ユニットは、載置台と支持板に挟まれるが、発熱体の厚みの方が溝の深さよりも薄い場合、発熱体と絶縁層の間に隙間ができるので、熱伝導を阻害するため、均熱性、昇温速度、冷却速度、過渡状態の均熱性などに対して悪影響を及ぼすため、好ましくない。 The depth of the groove formed in the insulating layer is preferably thinner (shallow) than the thickness of the heating element to be inserted. The resistance heating unit is sandwiched between the mounting table and the support plate, but when the thickness of the heating element is thinner than the depth of the groove, a gap is formed between the heating element and the insulating layer, so that heat conduction is inhibited. This is not preferable because it adversely affects heat uniformity, temperature rise rate, cooling rate, transient heat uniformity, and the like.
発熱体の厚みが、溝の深さよりも厚ければ、発熱体と絶縁層が密着するので、良好な熱伝導を実現することができる。この場合、絶縁層同士の間に隙間が生じることもあるが、絶縁層は発熱体に比べて熱伝導率が低いので、上記均熱性などに与える影響は比較的少ない。 If the thickness of the heating element is greater than the depth of the groove, the heating element and the insulating layer are in close contact with each other, so that good heat conduction can be realized. In this case, a gap may be formed between the insulating layers, but since the insulating layer has a lower thermal conductivity than the heating element, the influence on the heat uniformity is relatively small.
発熱体の厚みと溝の深さは、同じかあるいは発熱体の厚みが20μm程度厚くすることが好ましい。発熱体の厚みを溝の深さより50μmを超えるまで厚くすると、上記均熱性などに悪影響が出やすくなるので好ましくない。最も好ましい範囲は、同等から10μm程度までである。 The thickness of the heating element and the depth of the groove are preferably the same, or the heating element is preferably about 20 μm thick. If the thickness of the heating element is increased to more than 50 μm from the depth of the groove, it is not preferable because the above-described heat uniformity is likely to be adversely affected. The most preferred range is from equivalent to about 10 μm.
本発明においては、発熱体を2層以上積層することができる。例えば、1枚の絶縁層の片面に溝加工を施し、発熱体を挿入し、その後、片面に溝加工を施した絶縁層の溝加工を施していない面を上記発熱体を挿入した絶縁層に重ね合わせ、重ね合わせた絶縁層の溝に発熱体を挿入し、溝加工を施していない絶縁層を重ね合わせることにより、複数層の発熱体からなる抵抗発熱ユニットを形成することができる。1枚の絶縁層の両面に溝加工を施して、抵抗発熱ユニットを形成することも可能であり、発熱体を3層以上積層することも可能である。 In the present invention, two or more heating elements can be laminated. For example, one surface of a single insulating layer is grooved, a heating element is inserted, and then the non-grooved surface of the insulating layer that is grooved on one side is the insulating layer with the heating element inserted. A resistance heating unit composed of a plurality of layers of heating elements can be formed by inserting heating elements into the grooves of the stacked insulating layers and overlapping the insulating layers that have not been grooved. It is also possible to form a resistance heating unit by performing groove processing on both surfaces of one insulating layer, and it is possible to stack three or more heating elements.
本発明の載置台と支持板は、均熱性の観点から熱伝導率の高い材料が好ましい。熱伝導率の高い材料としては、銅、アルミニウム、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、及びこれらを含む複合材料を挙げることができる。複合材料とは、例えばシリコンと炭化ケイ素の複合体(Si−SiC)やアルミニウムと炭化ケイ素の複合体(Al−SiC)等がある。 The mounting table and the support plate of the present invention are preferably made of a material having high thermal conductivity from the viewpoint of heat uniformity. Examples of the material having high thermal conductivity include copper, aluminum, silicon carbide, aluminum nitride, and composite materials containing these. Examples of the composite material include a composite of silicon and silicon carbide (Si—SiC) and a composite of aluminum and silicon carbide (Al—SiC).
載置台と支持板の組合せでは、少なくともどちらかが剛性の高い材料にすることが好ましい。剛性の高い材料は、窒化アルミニウムや、炭化ケイ素、およびこれらのセラミックスを含む複合体である。 In the combination of the mounting table and the support plate, at least one of them is preferably made of a highly rigid material. The material having high rigidity is a composite containing aluminum nitride, silicon carbide, and ceramics thereof.
もし載置台と支持板の両方が、例えばアルミニウムなどの比較的剛性の低い材料とした場合は、抵抗発熱ユニットなどの熱サイクルにより変形が生じ易くなり、冷却モジュールと支持板、あるいは抵抗発熱ユニットと載置台との密着性が変化し、載置面の形状が変化することにより、均熱性などの特性が悪化するため好ましくない。また、載置するウェハの均熱性を良好にするためには、載置台の熱伝導率を比較的高くし、支持板の剛性(ヤング率)を比較的高くすることが好ましい。 If both the mounting table and the support plate are made of a material with relatively low rigidity, such as aluminum, deformation is likely to occur due to the heat cycle of the resistance heating unit or the like, and the cooling module and the support plate or resistance heating unit Since the adhesiveness with the mounting table changes and the shape of the mounting surface changes, characteristics such as heat uniformity deteriorate, which is not preferable. Further, in order to improve the thermal uniformity of the wafer to be mounted, it is preferable that the thermal conductivity of the mounting table is relatively high and the rigidity (Young's modulus) of the support plate is relatively high.
発熱体は、ステンレス、ニッケルクロム合金、インコネル、モリブデン、タングステンなどの金属箔であることが好ましい。この中では、ステンレスが、汎用的且つ安価であり、エッチング加工など回路形成手段が比較的簡単なので、最も好ましい。 The heating element is preferably a metal foil such as stainless steel, nickel chromium alloy, inconel, molybdenum, tungsten. Among these, stainless steel is most preferable because it is general-purpose and inexpensive and circuit forming means such as etching is relatively simple.
絶縁層は、ポリイミド、マイカ、テフロン(登録商標)などであることが好ましい。この中では、高耐熱性を有し、エッチング加工など溝形成手段が比較的簡単なので、ポリイミドが最も好ましい。 The insulating layer is preferably made of polyimide, mica, Teflon (registered trademark), or the like. Of these, polyimide is most preferred because of its high heat resistance and relatively simple groove forming means such as etching.
載置台と支持板とは、抵抗発熱ユニットを挟み込んで、機械的に結合することが好ましい。載置台と支持坂の材質が異なる場合や、冷却モジュールを支持板側に設置した場合、常温のウェハを載置台に搭載したときに、温度差や熱膨張差が生じるので、これらの影響を受けにくくするためである。機械的な結合方法は、ネジ止めやバネによる固定が挙げられるが、安定性の観点から、図3に示すようにネジ止めが最も好ましい。 The mounting table and the support plate are preferably mechanically coupled with the resistance heating unit interposed therebetween. When the material of the mounting table and the support hill are different, or when the cooling module is installed on the support plate side, when a normal temperature wafer is mounted on the mounting table, a temperature difference or a thermal expansion difference occurs, which is affected by these effects. This is to make it difficult. Examples of the mechanical coupling method include screwing and fixing by a spring. From the viewpoint of stability, screwing is most preferable as shown in FIG.
載置面には、ウェハを支持する支持体(図示せず)を設置することが好ましい。支持体は、ウェハと載置面との間に微小な空間を形成し、ウェハ裏面へのパーティクルの付着を防止するとともに、微小な空間を形成することによりウェハの温度分布(均熱性)を向上させることができる。支持体は、ウェハと載置面の間隔を、10〜300μm程度になるように設置することが好ましい。 It is preferable to install a support (not shown) for supporting the wafer on the mounting surface. The support forms a minute space between the wafer and the mounting surface to prevent particles from adhering to the backside of the wafer, and improves the temperature distribution (thermal uniformity) of the wafer by forming a minute space. Can be made. The support is preferably installed so that the distance between the wafer and the mounting surface is about 10 to 300 μm.
本発明のウェハ加熱用ヒータユニットには、支持板の下部に可動式冷却モジュールを備えることが好ましい。例えば、加熱時には冷却モジュールを支持板から離しておき、冷却時に支持板に当接することにより、冷却速度を向上させることができる。冷却モジュールは、例えば銅あるいはアルミニウム等の板状体に溝を形成し、その溝に金属パイプを取り付け、このパイプに水や有機系の冷媒を流す方法がある。 The heater unit for heating a wafer according to the present invention preferably includes a movable cooling module below the support plate. For example, the cooling rate can be improved by keeping the cooling module away from the support plate during heating and contacting the support plate during cooling. The cooling module includes a method in which a groove is formed in a plate-like body such as copper or aluminum, a metal pipe is attached to the groove, and water or an organic refrigerant is allowed to flow through the pipe.
また、2枚の金属板の片方あるいは両方に流路を形成し、ロウ付けや溶接で接合して冷却モジュールとすることができる。また、冷却モジュールには冷媒を流す流路を形成しないで、冷却モジュールが支持板から離間したときにチャンバーなどの容器に接触するようにして、容器に冷媒を流して冷却モジュールを冷却するような構造であってもよい。 Moreover, a flow path can be formed in one or both of two metal plates, and it can join by brazing or welding to make a cooling module. In addition, the cooling module is not formed with a flow path for flowing the refrigerant, but is brought into contact with a container such as a chamber when the cooling module is separated from the support plate, so that the cooling module is cooled by flowing the refrigerant through the container. It may be a structure.
上記の中では、冷却モジュールそのものに冷媒の流路を形成しない方が、冷却モジュールの温度分布を、ウェハ加熱用ヒータユニットに影響を与え難いので好ましい。冷却モジュールに冷媒の流路を形成すると、冷媒の導入部分出は冷却モジュールの温度が低いが、冷媒の出口付近では冷媒の温度が上昇しているので、冷却モジュールの温度が高くなるという温度分布が生じる。この冷却モジュールの温度分布が、ウェハ加熱用ヒータユニットのウェハ載置面の温度分布に影響を与えることがあるからである。 Among the above, it is preferable not to form a refrigerant flow path in the cooling module itself because the temperature distribution of the cooling module is less likely to affect the wafer heating heater unit. When the refrigerant flow path is formed in the cooling module, the temperature of the refrigerant introduction portion out is low, but the temperature of the cooling module increases because the temperature of the refrigerant rises near the refrigerant outlet. Occurs. This is because the temperature distribution of the cooling module may affect the temperature distribution of the wafer mounting surface of the wafer heating heater unit.
窒化アルミニウム(AlN)粉末99.5重量部に、酸化イットリウム(Y2O3)を、0.5重量部添加し、アクリルバインダー、有機溶剤を加え、ボールミルにて24時間混合して、AlNスラリーを作製した。このスラリーを、スプレードライにて顆粒を作製し、プレス成形した後、700℃、窒素雰囲気中で脱脂し、1850℃、窒素雰囲気中で焼結し、窒化アルミニウム(AlN)焼結体を複数作製した。このAlN焼結体を機械加工して、直径320mm、厚さ3mmとした。このAlN焼結体の上下面の表面粗さはRa0.8μm、平面度は50μmであった。このAlN焼結体を支持板とした。 0.5 part by weight of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is added to 99.5 parts by weight of aluminum nitride (AlN) powder, an acrylic binder and an organic solvent are added, and they are mixed for 24 hours in a ball mill to obtain an AlN slurry. Was made. The slurry is spray-dried to produce granules, press-molded, degreased in a nitrogen atmosphere at 700 ° C., and sintered in a nitrogen atmosphere at 1850 ° C. to produce a plurality of aluminum nitride (AlN) sintered bodies. did. This AlN sintered body was machined to have a diameter of 320 mm and a thickness of 3 mm. The surface roughness of the upper and lower surfaces of this AlN sintered body was Ra 0.8 μm, and the flatness was 50 μm. This AlN sintered body was used as a support plate.
厚さ30μmのステンレス箔を所定の回路パターンにエッチングして、発熱体とした。厚み50μmのポリイミドを用意し、ステンレス箔の発熱体が挿入される溝を深さ25μmになるようにエッチングにて形成した。そして、ステンレス箔の発熱体をこの溝に挿入し、その上に厚さ50μmのポリイミドを載せ、抵抗発熱ユニットとした。 A stainless foil having a thickness of 30 μm was etched into a predetermined circuit pattern to obtain a heating element. A polyimide having a thickness of 50 μm was prepared, and a groove into which a stainless steel foil heating element was inserted was formed by etching so as to have a depth of 25 μm. A stainless steel heating element was inserted into the groove, and a polyimide having a thickness of 50 μm was placed thereon to form a resistance heating unit.
直径320mmで厚み3mmの銅板(Cu)とアルミニウム板(Al)を載置台として用意した。載置台と前記抵抗発熱ユニットと前記AlN焼結体の支持板をネジ止めにより固定し、ステンレス箔の発熱体に給電用の電極を取り付け、温度制御用の測温抵抗素子を載置台のウェハ載置面の反対側に取り付け、ウェハ加熱用ヒータユニットとした。 A copper plate (Cu) having a diameter of 320 mm and a thickness of 3 mm and an aluminum plate (Al) were prepared as mounting tables. The mounting table, the resistance heating unit and the support plate of the AlN sintered body are fixed with screws, a power supply electrode is attached to the stainless steel foil heating element, and a temperature measuring resistance element for temperature control is mounted on the wafer of the mounting table. A heater unit for heating the wafer was installed on the opposite side of the mounting surface.
抵抗発熱ユニットとして、ステンレス箔をポリイミドの溝に耐熱性樹脂で接着し、固定したものも用意した。また、絶縁層であるポリイミド同士を溝部以外の10ヶ所、ほぼ等間隔で直径1mm程度のドット状に耐熱性樹脂を用いて接着したもの、および溝部を除いてポリイミド同士を全面耐熱性樹脂を用いて接着したものも用意した。これらの抵抗発熱ユニットと前記AlN焼結体と載置台とをネジ固定し、電極と測温抵抗素子を同様に取り付け、ウェハ加熱用ヒータユニットを作製した。 As a resistance heating unit, a unit in which stainless steel foil was bonded to a polyimide groove with a heat resistant resin and fixed was also prepared. Also, polyimides that are insulating layers are bonded to each other at 10 locations other than the groove, using a heat-resistant resin in the form of dots having a diameter of about 1 mm at almost equal intervals, and the polyimide is used on the entire surface except for the groove. We prepared a glued one. These resistance heating units, the AlN sintered body, and the mounting table were fixed with screws, and the electrodes and the resistance temperature detectors were similarly attached to produce a heater unit for heating the wafer.
これらのウェハ加熱用ヒータユニットの、230℃における均熱性を測定した。測定は、17点測定可能な、直径300mmのウェハ温度計を用いて、17点の最高温度と最低温度の差を均熱性とした。 The thermal uniformity at 230 ° C. of these heater units for heating the wafer was measured. Measurement was performed using a wafer thermometer with a diameter of 300 mm capable of measuring 17 points, and the difference between the maximum temperature and the minimum temperature at 17 points was made uniform.
更に、230℃に加熱後、100℃まで冷却し、再度230℃に加熱して10分間保持してから、100℃に冷却するという熱サイクルを1000回行い、1000回後の230℃における均熱性も測定した。 Further, after heating to 230 ° C., cooling to 100 ° C., heating again to 230 ° C., holding for 10 minutes, and then cooling to 100 ° C. is performed 1000 times, soaking at 230 ° C. after 1000 times Was also measured.
冷却は、冷却速度を上げるために、チャンバー底部に冷却管を埋め込み、チラーにより冷却した冷却水を流し、可動式冷却モジュールとして厚み5mmで直径320mmのアルミニウム板を使用し、冷却時のみ支持板に密着させた。 In order to increase the cooling speed, a cooling pipe is embedded in the bottom of the chamber, cooling water cooled by a chiller is poured, and an aluminum plate having a thickness of 5 mm and a diameter of 320 mm is used as a movable cooling module. Adhered.
また、熱サイクル試験の前後で、ウェハ載置面の平面度を3次元測定器により、測定した。これらの結果を表1に示す。 Further, the flatness of the wafer mounting surface was measured with a three-dimensional measuring instrument before and after the thermal cycle test. These results are shown in Table 1.
なお、いずれのウェハ加熱用ヒータユニットにおいても、ウェハ載置面には、支持体(プロキシミティ)をウェハ載置面の中心部近傍に1個、ウェハ載置面の外周部に8個、その中間領域に4個をほぼ均等に配置し、ウェハ載置面とウェハ裏面の距離が0.1mmになるようにした。 In any of the wafer heating heater units, on the wafer placement surface, one support (proximity) is provided near the center of the wafer placement surface, and eight on the outer periphery of the wafer placement surface. Four pieces were arranged almost evenly in the middle region so that the distance between the wafer mounting surface and the wafer back surface was 0.1 mm.
本発明のNo.1〜4では、熱サイクル後の均熱性および平面度にほとんど変化がなかったが、絶縁層を全面接着したNo.5と発熱体と絶縁層を接着したNo.6では、熱サイクル後の均熱性も平面度も悪化していることが判る。
[比較例1]
No. of the present invention. In Nos. 1 to 4, there was almost no change in the thermal uniformity and flatness after the thermal cycle. No. 5, heating element and insulating layer No. 6 shows that both the thermal uniformity and the flatness after the heat cycle are deteriorated.
[Comparative Example 1]
絶縁層であるポリイミドの溝の形成方法をサンドブラストとプレス成形によって行ったこと以外は、実施例1のNo.2と同様のウェハ加熱用ヒータユニットを作製し、初期の均熱性と平面度を測定した。また、同様に実施例1のNo.4と同様のウェハ加熱用ヒータユニットを作製し、初期の均熱性と平面度を測定した。それらの結果を表2に示す。 No. 1 in Example 1 except that the method for forming the polyimide groove as the insulating layer was performed by sandblasting and press molding. A wafer heating heater unit similar to 2 was prepared, and the initial thermal uniformity and flatness were measured. Similarly, No. 1 in Example 1 was used. The same heater unit for heating the wafer as in No. 4 was produced, and the initial thermal uniformity and flatness were measured. The results are shown in Table 2.
No.7〜10について測定した均熱性の結果は、部分的に高温の部分(ヒートスポット)と、低温の部分(クールスポット)が存在していた。それぞれの部分におけるポリイミドの溝の深さをハイトゲージを用いて調査した。その結果、ヒートスポットの部分の溝の深さは浅く、発熱体であるステンレス箔が強く押さえられており、高温になっていると考えられた。また、クールスポット付近のポリイミドの溝の深さは深く、発熱体であるステンレス箔からポリイミドを介して載置台へうまく熱が伝わらなかったと推定された。 No. As a result of the soaking property measured for 7 to 10, a high temperature portion (heat spot) and a low temperature portion (cool spot) were partially present. The depth of the polyimide groove in each part was investigated using a height gauge. As a result, the depth of the groove in the heat spot portion was shallow, and the stainless steel foil as the heating element was strongly pressed, and it was considered that the temperature was high. In addition, the depth of the polyimide groove near the cool spot was deep, and it was estimated that heat was not transferred well from the stainless steel foil as a heating element to the mounting table via the polyimide.
実施例1のNo.2の抵抗発熱ユニットを用い、載置台の材質と支持板の材質を表3に示すものにして、実施例1と同様に、均熱性と平面度を測定した。その結果を表3に示す。
No. of Example 1 Using the
表3から判るように、載置台と支持板の組合せは、少なくともどちらかが剛性の高い材料にした方が、熱サイクル後の平面度および均熱性が、初期状態とほとんど変化がないことが判る。載置台と支持坂の両方が金属の場合は、熱サイクル後の平面度が悪くなり、均熱性も若干悪くなるが、ウェハの処理については、大きな問題はない。 As can be seen from Table 3, the combination of the mounting table and the support plate shows that there is almost no change in the flatness and thermal uniformity after the thermal cycle from the initial state when at least one of them is made of a rigid material. . When both the mounting table and the supporting hill are made of metal, the flatness after the heat cycle is deteriorated and the thermal uniformity is slightly deteriorated, but there is no big problem in the processing of the wafer.
実施例1のNo.1、No.2および実施例2のNo.11〜19を用いて、レジスト膜硬化用の半導体製造装置に搭載し、ウェハを1000枚処理したが、いずれのウェハ加熱用ヒータユニットも特性が変化することなく、ウェハを処理することができた。 No. of Example 1 1, no. 2 and No. 2 in Example 2. 11 to 19 were mounted on a semiconductor manufacturing apparatus for resist film curing, and 1000 wafers were processed, but the wafer heating units could process the wafers without any change in characteristics. .
本発明によれば、信頼性が高く、均熱性に優れるウェハ加熱用ヒータユニットおよびそれを搭載した半導体製造装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a wafer heating heater unit having high reliability and excellent heat uniformity, and a semiconductor manufacturing apparatus equipped with the same.
1 載置台
2 抵抗発熱ユニット
3 支持板
4 ネジ
10 ウェハ載置面
21 発熱体
22 絶縁層
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