JPH0513294A - 半導体ウエハ冷却方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエハ裏面に付着する異物を低減させつつ、
ウエハを充分に冷却する。 【構成】 保持ピン５群によりウエハ７を点接触にて保
持した状態で、冷却プレート１５に近接させるととも
に、近接状態でウエハ７に冷却風１４を吹き付けて、ウ
エハを冷却させる。 【効果】 ウエハ７は点接触にて保持されるので、ウエ
ハ裏面に付着する異物は少ない。ウエハ７は冷却プレー
ト１５と冷却風１４とにより冷却されるので、効果的に
冷却される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハ冷却方法
および装置に関し、例えば、半導体装置の製造工程にお
いて、半導体ウエハ（以下、単に、ウエハという。）に
パターンを形成するホトリソグラフィ工程に利用して有
効なものに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、ウエハ
上にパターンを作る場合にホトリソグラフィー技術が用
いられる。このホトリソグラフィー技術は、ウエハ上に
レジストを塗布し、露光装置により回路パターン等を露
光した後、現像装置を用いてレジストを現像し、ウエハ
上にレジストパターンを形成する方法である。そして、
その後のエッチング工程において、このレジストパター
ンがエッチングマスクとして用いられる。

【０００３】したがって、ホトリソグラフィ工程で作ら
れるレジストパターンの寸法のバラツキは、ウエハ上に
転写されるパターン寸法のバラツキとなり、半導体装置
の特性バラツキの原因となる。

【０００４】そして、レジストパターン寸法についての
バラツキの要因の一つに、レジスト塗布膜厚のバラツキ
がある。この膜厚のバラツキを少なくするために、塗布
直前のウエハを冷却プレート上に保持して一定温度に安
定させた後に、レジストの塗布処理を実施する技術が用
いられている。

【０００５】なお、ホトリソグラフィ工程において、冷
却プレート上でウエハを冷却する技術を述べてある例と
しては、特開昭５９−１９５８２８号公報および特開昭
５９−１９５８２９号公報、がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来技術
においては、ウエハを冷却プレート上に面接触させ、ウ
エハと冷却プレート間の熱伝導によりウエハを所望の温
度に安定させているため、接触時にウエハ裏面に異物が
付着するという問題点がある。

【０００７】ウエハ裏面に付着した異物は、例えば、ス
テッパ等の露光装置における露光処理時に露光用チャッ
キングステージとウエハとの間に存在するため、局部的
なウエハの反りを生じさせる。このウエハの反りは、デ
フォーカスを生じさせ、寸法精度が低下する原因とな
る。また、ウエハ裏面に付着した異物の成分によって
は、後工程における熱処理の際にウエハ内部へ拡散し、
半導体装置の特性不良を発生させる原因になる。

【０００８】本発明の目的は、ウエハ裏面に付着する異
物を低減させつつ、ウエハを充分に冷却することができ
る半導体ウエハ冷却技術を提供することにある。

【０００９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。

【００１１】すなわち、半導体ウエハを点接触にて保持
した状態で、冷却プレートに近接させるとともに、この
近接状態で、半導体ウエハに冷却風を吹き付けて冷却す
ることを特徴とする。

【００１２】

【作用】前記した手段によれば、半導体ウエハが点接触
にて保持された状態で冷風により強制冷却されるととも
に、冷却プレートに近接されて輻射および対流冷却され
るため、半導体ウエハ裏面への異物の付着を低減させつ
つ、半導体ウエハをきわめて効果的に冷却することがで
きる。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の一実施例である半導体ウエハ
冷却装置を示す縦断面図、図２はその作用を説明するた
めの斜視図、図３および図４は冷却効果を示す各グラフ
である。

【００１４】本実施例において、本発明に係る半導体ウ
エハ冷却装置は、互いに開閉自在なフード１およびステ
ージ２を備えており、フード１とステージ２とが合わせ
られた状態で、冷却室３が形成されるようになってい
る。フード１とステージ２とが合わせられた面間にはシ
ールリング４が挟設されるようになっており、このシー
ルリング４により冷却室３の気密が維持されるように構
成されている。フード１は上下動装置（図示せず）によ
り上下動されるように構成されており、このフード１の
上下動によりフード１とステージ２とが開閉されるよう
になっている。

【００１５】ステージ２の中央部にはウエハ７を保持す
る保持手段としての保持ピン５が複数本（例えば、３本
または４本）、後記する冷却プレートの下方から冷却室
３に挿入されるように挿通され、冷却室３内においてウ
エハ７を水平に支持し得るように構成されている。各保
持ピン５の上端部には、石英ガラスまたは弗素系樹脂等
のようなウエハを重金属汚染させない材料から構成され
ている受け部６が被着されており、保持ピン５群はこの
受け部６がウエハ７下面に点接触することにより、ウエ
ハ７を点接触にて水平に支持するように構成されてい
る。また、保持ピン５群はステージ２の下方に設備され
た上下動装置（図示せず）により上下動されるように構
成されており、保持したウエハ７を冷却プレートにきわ
めて接近させることができるようになっている。

【００１６】また、ステージ２の周辺部には吸込口８が
複数個、同一半径上に配されて冷却室３において上下方
向に開口するようにそれぞれ開設されており、この吸込
口８はステージ２の側面に開設された排気口９に連通さ
れている。

【００１７】他方、フード１の中心線上には冷却風供給
手段としての冷風吹出口１０が上下方向に開設されてお
り、この吹出口１０の下側には送風ガイド１１が同心的
に配されて垂直方向下向きに垂設されている。フード１
の側面には冷風取入口１２が開設されており、この取入
口１２は吹出口１０に連通されている。フード１内の取
入口１２の真下には送風整流板１３が配設されている。

【００１８】取入口１２には冷却風供給手段としての冷
風発生器（図示せず）が流体的に接続されている。冷風
発生器は、例えば室温よりも若干低めの温度（２０℃）
に温度制御された清浄なドライエアを発生して、所望の
風量、風速および風圧をもって送気し得るように構成さ
れている。冷風発生器は冷却室３内に取り付けられて当
該室内温度を監視する温度センサ（図示せず）のデータ
に基づいてフィードバック制御されるように構成されて
おり、冷却室３内の温度を、例えば室温（２３℃）程度
に維持管理するようになっている。

【００１９】ステージ２の中央部には冷却プレート１５
が同心的に配設されており、冷却プレート１５は円盤形
状の中空体に形成されている。この冷却プレート１５の
中空室１６には給水口１７および排水口１８がそれぞれ
開設されており、給水口１７および排水口１８には温調
水循環装置（図示せず）が接続されている。したがっ
て、冷却プレート１５の中空室１６には温度調節された
温調水１９が循環されるようになっており、この温調水
１９の循環により冷却プレート１５の温度は室温よりも
若干低い温度に調整されるようになっている。また、冷
却プレート１５の中央部には前記保持ピン５群が上下方
向に貫通されている。

【００２０】次に、前記構成に係る半導体ウエハ冷却装
置の作用を説明することにより、本発明の一実施例であ
る半導体ウエハの冷却方法を説明する。

【００２１】ホトリソグラフィ工程において、レジスト
が塗布される直前のウエハ７が送られて来ると、図２に
示されているように、フード１が上昇作動されてフード
１とステージ２との間が開放される。

【００２２】続いて、保持ピン５群がステージ２よりも
上方のウエハ受け取り位置まで上昇されるとともに、垂
直および水平運動されるアーム機構から構成されたハン
ドラ等（図示せず）により、ウエハ７が保持ピン５群の
受け部６上に載置される。

【００２３】この保持状態において、ウエハ７は保持ピ
ン５群に点接触にて保持されているため、当該保持によ
って、ウエハ７の裏面に異物が付着することはない。ま
た、ウエハ７は非金属材料から成る受け部６に接触して
いるため、保持ピン５がたとえステンレス鋼等のような
金属材料により製作されていたとしても、金属汚染され
ることはない。

【００２４】ウエハ７が保持ピン５群により保持される
と、保持ピン５が冷却プレート１５の近傍位置まで下降
されるとともに、フード１が下降されて、図１に示され
ているように、フード１とステージ２とが合わせられ、
もって、シールリング４により気密を維持された冷却室
３が形成される。

【００２５】ウエハ７は冷却プレート１５に近接される
と、冷却プレート１５により輻射および対流冷却され
る。このとき、冷却プレート１５は温調水１９により一
定温度に保たれるように制御されているため、その冷却
効果は良好である。

【００２６】一方、冷風発生器からは温度制御された冷
風１４が常時送風されている。そして、冷却室３が形成
されると、冷風発生器からの冷風１４は吹出口１０から
下向きに吹き出され、ウエハ７に緩やかに吹き付けられ
る。ウエハ７に吹き付けられた冷風１４は吸込口８から
吸い込まれ、排気口９から外部へ排気される。このと
き、ウエハ７に吹き付けられる冷風１４が乱流を起こし
たり、停滞流（澱み）を発生せずに、層流を維持し得る
ように、送風ガイド１１および整流板１３による、並び
に、冷風発生器や排気口９に接続された排気装置（図示
せず）による流れ制御が適宜実施される。

【００２７】ウエハ７に冷風１４が接触すると、ウエハ
７はこの冷風１４により熱を奪われるため、冷却され
る。ウエハ７の冷却温度の制御は冷風１４および冷却プ
レート１５についての温度制御および冷却室３内にウエ
ハ７が存置される時間により適宜調整されて実行され
る。

【００２８】ウエハ７が所定の温度、例えば、室温（２
３℃程度）に冷却されると、フード１が上昇作動される
ことにより、フード１とステージ２との間が開放される
とともに、保持ピン５群が上昇され、ウエハ７がハンド
ラにより保持ピン５群上から下ろされて、冷却室３から
搬出される。

【００２９】なお、冷却処理作業の制御はシーケンス制
御により実行され、タイマに予め設定された時間により
前記各ステップが順次進行される。

【００３０】図３はウエハの温度と冷却所要時間との関
係を示すグラフである。

【００３１】図３において、実線曲線はウエハが冷却プ
レートに密着されて冷却された場合を、破線はウエハが
冷却プレートに近接されて冷却された場合を、鎖線は本
実施例により冷却された場合をそれぞれ示している。ウ
エハの近接距離はいずれも、約０．５ｍｍ、冷却プレー
トの温度はいずれも、約２３℃、冷却風の風量は、約１
ｍ／ｓ、である。また、いずれの場合も、ウエハの温度
が１５０℃から２３℃に下がるまでの関係を示してい
る。

【００３２】図３から明らかなように、本実施例によれ
ば、ウエハが冷却プレートに密着されて冷却された場合
に比べて冷却速度が遅いが、ウエハが冷却プレートに近
接されて冷却された場合よりは、冷却速度が約２倍早く
なっている。

【００３３】図４は近接冷却効果を模擬実験した結果を
示すグラフであり、ウエハ温度と、冷却時間との関係
を、近接距離をパラメータとして示したグラフである。

【００３４】図４によれば、ウエハ７と冷却プレート１
５との近接距離が小さければ小さい程、冷却速度が早く
なることが考察された。そして、処理時間を密着冷却と
同等にするには、ウエハ７と冷却プレート１５との距離
を、０．３ｍｍ以下に設定する必要があることが究明さ
れた。

【００３５】前記実施例によれば次の効果が得られる。
ウエハが点接触にて保持された状態で冷風により、
かつ、冷却プレートに近接させて冷却プレートにより強
制冷却されるため、ウエハ裏面への異物の付着を低減さ
せつつ、ウエハをきわめて効果的に冷却することができ
る。

【００３６】 ウエハを冷却プレートとの距離が０．
３ｍｍ以下になるように近接させることにより、冷却処
理時間を密着冷却と同等に抑制することができる。

【００３７】 ウエハを保持する保持ピンにおけるウ
エハとの接触部を非金属材料を用いて構成することによ
り、ウエハの金属による汚染を防止することができるた
め、金属汚染による半導体装置の特性低下を未然に回避
することができる。

【００３８】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００３９】例えば、冷却室はウエハを枚葉処理するよ
うに構成するに限らず、複数枚のウエハを同時に収容し
てバッチ処理するように構成してもよい。

【００４０】また、ウエハ保持手段は水平に保持するよ
うに構成するに限らず、立てた状態で保持するように構
成してもよい。

【００４１】冷却プレートは温調水により冷却するよう
に構成するに限らず、冷却風やペルチェ効果等により冷
却するように構成してもよい。

【００４２】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるレジス
ト塗布直前の冷却技術について適用した場合について説
明したが、それに限定されるものではなく、レジスト塗
布後の冷却技術、レジストベーク後の冷却技術、さらに
は、ホトリソグラフィ工程以外の工程における半導体ウ
エハの冷却技術全般に適用することができる。

【００４３】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００４４】半導体ウエハを点接触にて保持された状態
で冷風により、かつ、冷却プレートに近接させて冷却プ
レートにより強制冷却させることにより、半導体ウエハ
裏面への異物の付着を低減させつつ、半導体ウエハをき
わめて効果的に冷却することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である半導体ウエハ冷却装置
を示す縦断面図である。

【図２】その作用を説明するための斜視図である。

【図３】冷却効果を示すグラフである。

【図４】ウエハおよび冷却プレートの距離と冷却効果と
の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１…フード、２…ステージ、３…冷却室、４…シールリ
ング、５…保持ピン、６…受け部、７…半導体ウエハ、
８…吸込口、９…排気口、１０…吹出口、１１…ガイ
ド、１２…取入口、１３…整流板、１４…冷風、１５…
冷却プレート、１６…中空室、１７…給水口、１８…排
水口、１９…温調水。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハを点接触にて保持した状態
   で、冷却プレートに近接させるとともに、半導体ウエハ
   に冷却風を吹き付けて冷却することを特徴とする半導体
   ウエハ冷却方法。
2. 【請求項２】 前記冷却中における半導体ウエハと冷却
   プレートの近接距離が、０．３ｍｍ以下に形成されてい
   ることを特徴とする請求項１記載の半導体ウエハ冷却方
   法。
3. 【請求項３】 開閉自在な冷却室と、冷却室内に配設さ
   れている冷却プレートと、半導体ウエハを点接触にて保
   持し、冷却プレートに近接させる保持ピン群と、前記冷
   却室に冷却風を供給する冷却風供給手段とを備えている
   ことを特徴とする半導体ウエハ冷却装置。