JPH09115835A - ウエハ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハ処理において、ウエハに発生する熱を
放熱させるためのヒートシンクは、ウエハとの密着性が
十分に得られないため、ウエハの放熱効率が低かった。
そのため、ウエハが高温になって、品質の低下を招いて
いた。 【解決手段】 処理室11内に設けたウエハ保持手段21
と、このウエハ保持手段21に保持されるウエハ51の裏面
に接触するヒートシンク41とを備えたウエハ処理装置1
において、ヒートシンク41のウエハ接触面42を凸状曲面
で形成するとともに、ウエハ51の少なくとも外周部の一
部分とウエハ51の少なくとも外周部の一部分とを挟み付
ける固定治具31を備えることによって、ウエハ51とヒー
トシンク41との密着性の向上を図り、ウエハ51の放熱効
率を高めたウエハ処理装置である。このヒートシンク41
のウエハ接触面42には、熱伝導シート61を設けてもよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸着装置、スパッ
タリング装置、ＣＶＤ装置等の成膜装置、エッチング装
置、イオン注入装置等のウエハ処理装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】ウエハの大口径化にともなって、いわゆ
るバッチ式処理装置から枚葉式処理装置へと移行する傾
向が強くなっている。この枚葉式処理装置では、スルー
プットが遅いという問題があり、これを補うために、例
えばプラズマ処理装置の場合には、プラズマ密度を高く
して高速処理を行うことが一般的になっている。すなわ
ち、ウエハにとってはより大きな処理エネルギーを受け
ることになる。そのため、処理中のウエハ温度の上昇が
問題になってくる。

【０００３】例えば、最近のフリップチップ高密度実装
において、はんだバンプを形成するためのはんだ蒸着を
例にして説明する。従来のウエハ処理装置では、図７に
示すように、ウエハ１５１の外周側を環状支持部材１１
１によって支持し、そのウエハ１５１の裏面１５２に接
触するようにヒートシンク１４１の平坦に形成されたウ
エハ接触面１４２を接触させて、このヒートシンク１４
１をウエハ１５１上に載せていた。したがって、ヒート
シンク１４１の自重を利用して、ウエハ１５１にヒート
シンク１４１を押し当てていた。なお、上記環状支持部
材１１１は、ウエハ１５１の外径よりも大きい内径を有
する環状部本体１１２と、ウエハ１５１を載置するため
のもので環状部本体１１２の内周側に設けた内側つば部
１１３と、環状本体１１２の外周に設けた外周つば部１
１４とから構成されていた。この外周つば部１１４によ
って、例えば自公転プラネタリー１３１に環状支持部材
１１１を支持していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のウエハ処理装置
では、ウエハの熱を放熱させるためのヒートシンクをウ
エハに密着させるには、単に、リング状部材で外周側を
支持されているウエハ上にヒートシンクを載せていた。
そのため、ウエハの外周側とヒートシンクとの密着性は
高かったが、ウエハの中央部およびその近傍はヒートシ
ンクの接触圧が低いために接触効率が低くなっていた。
またウエハ自体の反りやヒートシンクのウエハ接触面の
微小な凹凸によっても接触効率の低下を来していた。そ
のため、大きな放熱効果は得られなかった。その結果、
ウエハよりヒートシンクに伝わる熱量が少なくなり、ウ
エハの熱をヒートシンクに十分に逃がすことができなか
ったので、ウエハの温度は上昇することになった。

【０００５】また、ヒートシンク内部に冷却用の冷媒
（例えば冷却水、冷却ガス等）を流そうとしても、ヒー
トシンクが自公転運動をするいわゆるプラネタリー方式
や公転ドーム方式では、冷媒の供給に対応し難かった。
上記のような処理装置を用いて、例えばレジストの厚膜
を用いたリフトオフ法によってはんだバンプを形成した
場合には、レジスト膜が処理中の温度上昇によって変質
したり焼き付いたりして、大きな問題となった。さら
に、処理温度が高くなる程、レジスト膜からの脱ガス量
が多くなるので、リフトオフ法における成膜処理では、
放出されたガスが膜内に取り込まれるため、膜の品質が
低下するという問題の生じていた。例えば金属膜の場合
には、抵抗値の増加や、密着強度の低下を招いていた。

【０００６】上記課題は、はんだ蒸着装置のみならず、
スパッタリング装置、ＣＶＤ装置、エッチング装置、イ
オン注入装置等の処理装置にもいえる。

【０００７】本発明は熱伝導効率に優れたウエハ処理装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するためになされたウエハ処理装置である。すなわ
ち、処理室内に設けたウエハ保持手段と、このウエハ保
持手段に支持されるウエハ面に接触するヒートシンクと
を備えたウエハ処理装置において、ヒートシンクのウエ
ハ接触面を凸状曲面で形成するとともに、ウエハの少な
くとも外周部の一部分とヒートシンクの少なくとも外周
部の一部分とを挟みつける固定治具を備えたものであ
る。またヒートシンクのウエハ接触面に、ウエハからの
熱をこのヒートシンクに伝え易くする熱伝導シートを設
けたウエハ処理装置である。

【０００９】上記構成のウエハ処理装置では、ヒートシ
ンクのウエハ接触面を凸状曲面で形成したことから、お
よびウエハの少なくとも外周部の一部分とヒートシンク
の少なくとも外周部の一部分とを挟みつける固定治具を
備えたことから、ヒートシンクのウエハ接触面に向かい
合うウエハの一面は、ヒートシンクの凸状曲面に形成さ
れたウエハ接触面に密着する。そのため、ウエハで発生
する熱は、ヒートシンクに伝わり易くなるので、ウエハ
の放熱効果が向上する。またヒートシンクのウエハ接触
面に、ウエハからの熱をこのヒートシンクに伝え易くす
る熱伝導シートを設けたことから、ウエハとヒートシン
クとの密着性はさらに向上しする。そのため、ウエハで
発生する熱は、ヒートシンクにより一層伝わり易くなる
ので、ウエハの放熱効果はさらに向上する。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施形態の一例を
図１および図２によって説明する。図１には、ウエハ保
持に係わる要部を示し、図２には、一例として、公転ド
ーム型蒸着装置の概略構成を示す。

【００１１】図２に示すように、蒸着装置１には処理室
１１が備えられている。この処理室１１には、真空ポン
プ１２が接続され、処理室１１の内部を真空雰囲気にす
ることができる。また上記処理室１１の内部には、蒸着
源９１を収納するるつぼ１３が設置されている。このる
つぼ１３には、蒸着源９１を加熱するための加熱部１４
が備えられている。またるつぼ１３の上方には、シャッ
ター１５が設置されている。図面では、一つのるつぼ１
３、加熱部１４、シャッター１５しか示していないが、
当然のことながら、るつぼ１３、加熱部１４、シャッタ
ー１５は蒸着源９１の種類に応じて設置される。上記構
成は、一般の蒸着装置とほぼ同様である。

【００１２】さらに処理室１１の内部で上記るつぼ１３
の開口部上方には、上記シャッター１５を介して、ウエ
ハ保持手段２１が設けられている。このウエハ保持手段
２１は、いわゆる、椀型（ドーム型）に形成されてい
る。このウエハ保持手段２１は、駆動軸１６を介して、
処理室１１の外部に設けた駆動部１７に接続されてい
る。すなわち駆動部１７を駆動することによって駆動軸
１６が回転し、それにともなってウエハ保持手段２１が
回転する。

【００１３】図１に示すように、上記ウエハ保持手段２
１には、開口部２２が形成されている。またウエハ５１
の蒸着面とは反対側の面（以下、裏面という）には固定
治具３１によってヒートシンク４１が密着されている。
そしてウエハ５１は、固定治具３１を介して上記ウエハ
保持手段２１に支持されている。なお、開口部２２、固
定治具３１、ヒートシンク４１およびウエハ５１は、上
記図２にも示した。

【００１４】上記ヒートシンク４１は、例えば熱伝導性
に優れたアルミニウムで形成され、そのウエハ接触面４
２は凸状曲面に形成されている。そしてウエハ接触面４
２は、例えば曲率半径Ｒ＝４．６ｍ〜１６．１ｍの範囲
内の曲率半径Ｒを有する曲面で形成されている。この曲
率半径Ｒは、好ましくは、Ｒ＝６．４ｍ〜１０．７ｍの
範囲内に設定する。例えば、ウエハ５１の径が１５０ｍ
ｍの場合にはヒートシンク４１の径は１６０ｍｍに形成
されている。

【００１５】また上記固定治具３１は、ウエハ５１の外
周部の少なくとも一部分を押さえて、そのウエハ５１の
裏面をヒートシンク４１のウエハ接触面に押さえ付けて
密着させるものであり、かつ上記ウエハ保持手段２１に
支持される構成も有している。

【００１６】上記固定治具３１は、例えば以下のような
構成を成している。すなわち、ウエハ５１の径よりもや
や大きい（例えば、１％〜１０％程度大きい）環状本体
部３２を有し、環状本体部３２の内周側にはウエハ５１
の外周部を載せる内周つば部３３が形成され、環状本体
部３２の外周側には外周つば部３４が形成されている。
この外周つば部３４は、固定治具３１の環状本体部３２
の下部を上記ウエハ保持手段２１の開口部２２に挿入し
た際に、ウエハ保持手段２１上に載って固定治具３１を
ウエハ保持手段２１上に支持するものである。さらに、
上記内周つば部３３に、その内周つば部３３上に載置し
たウエハ５１と、そのウエハ５１上に置いたヒートシン
ク４１とを挟みつけるようにして固定するクランプ３５
が設けられている。

【００１７】または、上記クランプ３５によって、直接
ヒートシンク４１とウエハ５１とを挟み付ける構造と
し、クランプ３５の外側にウエハ保持手段２１に支持可
能な外周つば部３４を形成してもよい。

【００１８】そして、上記内周つば部３３のウエハ載置
面は、例えば、フッ素系樹脂のようなウエハ５１への汚
染を防止するような樹脂、またはウエハ５１への汚染を
防止するようなセラミックスによってコーティングされ
ていることが好ましい。

【００１９】上記構成のウエハ処理装置１では、ヒート
シンク４１のウエハ接触面４２を凸状曲面で形成したこ
とから、およびウエハ５１の少なくとも外周部の一部分
とヒートシンク４１の少なくとも外周部の一部分とを挟
みつける固定治具３１を備えたことから、ヒートシンク
４１のウエハ接触面４２に向かい合うウエハ５１の一面
５２は、ヒートシンク４１の凸状曲面に形成されたウエ
ハ接触面４２に密着する。そのため、ウエハ５１で発生
する熱は、ヒートシンク４１に伝わり易くなるので、ウ
エハ５１の放熱効果が向上する。したがって、従来のよ
うに、ヒートシンクの自重によって、ヒートシンクのウ
エハ接触面をウエハの面に押し当てる方式のものより、
ウエハ５１の一面とヒートシンク４１のウエハ接触面と
の密着性は高まる。

【００２０】上記のようにして、ウエハ接触面４２とウ
エハ５１の一面５２との密着性を高めたので、必要最低
限までヒートシンク４１を薄くかつ軽くすることが可能
になる。また、熱によるウエハ５１の反りも吸収するこ
とができる。

【００２１】次に、上記ウエハ処理装置１におけるウエ
ハ５１の放熱効率を調べた。実験では、ウエハ５１に１
５０ｍｍ径のいわゆるベアシリコンウエハを用いた。そ
の結果、上記ヒートシンク４１を用いた場合には、ヒー
トシンク４１を用いない場合に比較して、ウエハ５１の
温度を８０℃程度低くすることができた。なお、上記ヒ
ートシンク４１は、曲率半径Ｒ≒８．００ｍのものであ
る。

【００２２】一方、比較例として、従来のウエハ接触面
が平坦なヒートシンクを用いて、従来のようにヒートシ
ンクをウエハ５１ん裏面上に単に載せただけの場合に
は、ウエハ５１の温度は５０℃程度しか低くならなかっ
た。したがって、本発明のヒートシンク４１を用いたウ
エハ処理装置１では、ウエハ処理時のウエハ５１の温度
を従来よりも３０℃程度低くすることが可能になった。

【００２３】なお、図３に示すように、上記ヒートシン
ク４１は、放熱の効率を良くするために、ウエハ接触面
４２とは反対側の面に放熱フィン４３を設けることも可
能である。

【００２４】また、上記固定治具３１は、一例としてク
ランプ式のものを説明したが、ウエハ５１とヒートシン
ク４１とを密着固定するものであれば、どのような構造
のものであってもよい。

【００２５】例えば、図４に示すように、上記ねじ締め
式の固定治具３１は、以下のような構成を成している。
図では、上記図１で説明したのと同様の構成部品には同
一符号を付す。

【００２６】すなわち、ウエハ５１の径よりもやや大き
い（例えば、１％〜１０％程度大きい）環状本体部３２
を有し、環状本体部３２の内周側にはウエハ５１の外周
部を載せる内周つば部３３が形成され、環状本体部３２
の外周側には外周つば部３４が形成されている。この外
周つば部３４は、固定治具３１の環状本体部３２の下部
を上記ウエハ保持手段２１の開口部２２に挿入した際
に、ウエハ保持手段２１上に載せて固定治具３１をウエ
ハ保持手段２１上に支持するものである。

【００２７】さらに、上記環状本体部３２には、内周つ
ば部３３上に載置したウエハ５１と、そのウエハ上に置
いたヒートシンク４１とを挟みつける固定用環状部３６
が設けられている。この固定用環状部３６の外周径は、
例えば上記環状本体部３２の外周径とほぼ同等に形成さ
れ、その内周径はヒートシンク４１の外周径よりも小さ
く形成されている。そして環状本体部３２に設けた複数
のねじ孔３７に対応する位置に貫通孔３８が形成されて
いる。さらに貫通孔３８を通してねじ孔３７にねじ３９
をねじ込むことで固定用環状部３６を環状本体部３２に
締め付けて固定する。したがって、ねじ３９を締め付け
ることによってウエハ５１とヒートシンク４１とは内周
つば部３３と固定用環状部３６との間に挟まれて固定さ
れる。

【００２８】次に別の構成の蒸着装置を図５によって説
明する。図５では、一例として、プラネタリー式の蒸着
装置を示す。なお、図５では、上記図２で説明した構成
部品と同様のものには同一符号を付す。

【００２９】図５に示すように、蒸着装置２には処理室
１１が備えられている。この処理室１１には、真空ポン
プ１２が接続され、処理室１１の内部を真空雰囲気にす
ることができる。また上記処理室１１の内部には、蒸着
源９１ａ，９１ｂを収納するるつぼ１３ａ，１３ｂが設
置されている。このるつぼ１３ａ，１３ｂには、蒸着源
９１ａ，９１ｂをそれぞれに加熱するための加熱部１４
ａ，１４ｂが備えられている。またるつぼ１３ａ，１３
ｂの上方には、シャッター１５ａ，１５ｂが設置されて
いる。上記構成は、一般の蒸着装置と同様である。

【００３０】さらに処理室１１の内部で上記るつぼ１３
ａ，１３ｂの各開口部上方には、上記シャッター１５
ａ，１５ｂを介して、ウエハ保持手段となるプラネタリ
ー２５が設けられている。このプラネタリー２５は、公
転アーム２６と複数の自転ドーム２７ａ，２７ｂとから
なり、公転アーム２６は、駆動軸１６を介して、処理室
１１の外部に設けた駆動部１７に接続されている。すな
わち駆動部１７を駆動することによって、駆動軸１６が
回転し、それにともなって公転２６が回転する。一方、
自転ドーム２７ａ，２７ｂは、公転アーム２６に設置さ
れた駆動部１８ａ，１８ｂに駆動軸１９ａ，１９ｂを介
して接続されている。すなわち駆動部１８ａ，１８ｂを
それぞれに駆動することによって、駆動軸１９ａ，１９
ｂが回転し、それにともなって自転ドーム２７ａ，２７
ｂが回転する。

【００３１】上記プラネタリー２５には、ウエハ支持部
（図示省略）が形成されている。このウエハ支持部は、
前記説明したヒートシンク４１とウエハ５１とを密着さ
せるための固定治具３１を保持することにより、間接的
にウエハ５１を保持するものである。

【００３２】次に第２の実施形態の一例を図６によって
説明する。なお、図６では、上記図１によって説明した
構成部品と同様のものには同一の符号を付す。

【００３３】図６に示すように、ヒートシンク４１のウ
エハ接触面４２に、ウエハ５１からの熱をヒートシンク
４１に伝える熱伝導シート６１を設けたものである。上
記熱伝導シート６１は、例えばシリコンゴム、ボロンナ
イトライド、グラスファイバーなどで形成されている。
そして、例えば熱伝導シート６１では０．３ｍｍ〜０．
４５ｍｍの範囲内の所定の厚さのものを用いる。

【００３４】上記のように、ヒートシンク４１とウエハ
５１との間に熱伝導シート６１を設けた構成では、ウエ
ハ５１の裏面の微細な凹凸やヒートシンク４１のウエハ
接触面４２の微細な凹凸が熱伝導シート６１によって吸
収される。そのため、ウエハ５１とヒートシンク４１と
の接触がさらに十分になり、熱伝導効率が高められる。

【００３５】次に、上記ウエハ処理装置１における熱伝
導シート６１を用いた場合のウエハの放熱効率を調べ
た。実験では、ウエハ５１に１５０ｍｍ径のいわゆるベ
アシリコンウエハを用いた。また熱伝導シート６１に
は、厚さが０．４５ｍｍのボロンナイトライド系シリコ
ンゴムシートを用いた。その結果、上記ヒートシンク４
１と熱伝導シート６１とを用いた場合には、ヒートシン
ク４１と熱伝導シート６１とを用いない場合に比較し
て、ウエハ５１の温度を１００℃程度低くすることがで
きた。

【００３６】一方、比較例として、従来のウエハ接触面
が平坦なヒートシンクを用いて、従来のようにウエハ５
１上に単に載せただけの場合には、ウエハ５１の温度は
５０℃程度しか低くならなかった。したがって、本発明
のヒートシンク４１と熱伝導シート６１とを用いたウエ
ハ処理装置１では、ウエハ処理時のウエハ５１の温度を
従来よりも１００℃程度低くすることが可能になった。
種々のウエハ温度による実験の結果、ヒートシンク４１
と熱伝導シート６１とを用いたウエハ処理では、従来の
ヒートシンクのみを用いたウエハ処理と比較して、２倍
〜３倍程度の放熱効率の向上を図ることができた。

【００３７】次に、上記図１および図２によって説明し
た蒸着装置１を用い、上記図６によって説明した熱伝導
シート６１を設けて、ウエハ５１の表面にはんだを蒸着
した。蒸着時の処理室１１内の圧力を真空蒸着雰囲気と
し、鉛およびスズを加熱してそれぞれを蒸発させてはん
だの蒸着膜を形成した。

【００３８】その結果、ヒートシンク４１と熱伝導シー
ト６１とを用いたことによって、ウエハ５１の温度上昇
が抑えられたため、リフトオフ法のために用いているレ
ジストのパターニングの変形が抑えられ、またレジスト
膜は熱変質（例えば、レジスト膜が剥がれ易くなる現
象）を起こさなかった。さらに脱ガスが抑えられたこと
により、膜厚の制御性は向上し、ガスの取り込みによる
はんだの抵抗上昇も抑えることができた。このようにウ
エハ処理の品質の向上が図れた。

【００３９】上記実施形態の説明では、ウエハ処理装置
として蒸着装置を例にして説明したが、本発明の構成
は、例えばスパッタリング装置、ＣＶＤ装置、エッチン
グ装置、イオン注入装置等のウエハ処理装置にも適用す
ることが可能である。

【００４０】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
ヒートシンクのウエハ接触面を凸状曲面で形成し、固定
治具によってウエハの少なくとも外周部の一部分とヒー
トシンクの少なくとも外周部の一部分とを挟み付けたの
で、ヒートシンクのウエハ接触面にウエハの一面は密着
する。そのため、ウエハで発生する熱は、ヒートシンク
に伝わり易くなるので、ウエハの放熱効果の向上が図れ
る。よって、ウエハの低温処理が可能となるため、ウエ
ハの品質の向上が図れる。またヒートシンクのウエハ接
触面に熱伝導シートを設けた発明によれば、ウエハとヒ
ートシンクとの密着性をさらに向上させることができ
る。そのため、ウエハの放熱効果のさらなる向上を図る
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態に係わる要部概略断面図であ
る。

【図２】第１の実施形態に係わる装置例の概略構成図で
ある。

【図３】ヒートシンクの改良例の説明図である。

【図４】別の固定治具の概略構成断面図である。

【図５】別の蒸着装置の概略構成図である。

【図６】第２の実施形態に係わる要部概略断面図であ
る。

【図７】従来のヒートシンクに係わる概略断面図であ
る。

【符号の説明】

１ ウエハ処理装置 １１ 処理室 ２１ ウエハ保持手段 ３１ 固定治具 ４１ ヒートシンク ４２ ウエハ接触
面 ５１ ウエハ ５２ ウエハの一
面 ６１ 熱伝導シート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｅ 21/68 21/302 Ｂ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 処理室内に設けたウエハ保持手段に支持
   されるウエハの一面に接触するヒートシンクを備えたウ
   エハ処理装置において、 前記ヒートシンクのウエハ接触面は凸状曲面で形成され
   るとともに、 前記ウエハの少なくとも外周部の一部分と前記ヒートシ
   ンクの少なくとも外周部の一部分とを挟みつける固定治
   具を備えたことを特徴とするウエハ処理装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のウエハ処理装置におい
   て、 前記ヒートシンクのウエハ接触面に、前記ウエハからの
   熱を前記ヒートシンクに伝える熱伝導シートを設けたこ
   とを特徴とするウエハ処理装置。