(57)【要約】【課題】吸着エアーの流路のレイアウトを工夫することによって、ウェハの冷却効果が低下するという不都合の発生を回避する。【解決手段】熱処理対象の吸着面を有するプレート１１０と、プレート１１０を吸着する第１面１１２の裏面となる第２面１１４に対して対向配置されていてプレート１１０に吸着される熱処理対象の温度を均一化するベイパーチャンバー１２０と、を備えるウェハチャック１０００の吸着ユニット１００であって、プレート１１０における第１面１１２に形成された溝部１３２ａ〜１３２ｉと、各溝部１３２ａ〜１３２ｉに連通されていてベイパーチャンバー１２０の作動液の封入空間１２４に設けられている支柱等１２６ａ〜１２６ｉ内に形成された貫通孔１３４ａ〜１３４ｉと、によって熱処理対象の吸着エアーの流路が構成されている【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理対象の吸着面を有するプレートと、前記プレートの吸着面の裏面に対して対向配置されていて前記プレートに吸着される熱処理対象の温度を均一化するベイパーチャンバーと、を備えるウェハチャックの吸着ユニットであって、
前記プレートにおける吸着面に形成された溝部と、前記溝部に連通されていて前記ベイパーチャンバーの作動液の封入空間に設けられている支柱内に形成された貫通孔と、によって、前記熱処理対象の吸着エアーの流路が構成されている、吸着ユニット。
【請求項２】
前記溝部は、複数の周状溝部である、請求項１記載の吸着ユニット。
【請求項３】
前記溝部は、複数の同心円状の溝部である、請求項１記載の吸着ユニット。
【請求項４】
前記熱処理対象は、半導体ウェハである、請求項１記載の吸着ユニット。
【請求項５】
請求項１記載の吸着ユニットと、
前記吸着ユニットのベイパーチャンバーを加熱する加熱装置と、
を備える、ウェハチャック。
【請求項６】
さらに、前記ベイパーチャンバーを冷却する冷却装置を備える、請求項５記載のウェハチャック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着ユニット及びウェハチャックに関し、特に、半導体ウェハに関する吸着ユニット及びウェハチャックに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ウェハチャックがヒートパイプ構造を有する中空体からなり、ウェハチャックとステージとの間に冷却媒体が循環可能な内部構造を有する冷却板が介在されている露光装置用ウェハ冷却装置が開示されている。この露光装置用ウェハ冷却装置は、中空体の側面から上面にかけて、真空吸着用配管が位置している。
【特許文献１】特開平４−１６８７１６号公報の請求項１及び第１図
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１に開示された露光装置用ウェハ冷却装置は、中空体の側面から上面にかけて、真空吸着用配管が位置している結果、ウェハと中空体との間は相対的に離れることになる。そうすると、その分だけ、ウェハの冷却効果が低下することになる。
【０００４】
そこで、本発明は、吸着エアーの流路のレイアウトを工夫することによって、このような不都合の発生を回避することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、
熱処理対象の吸着面を有するプレート（例えば、図２のプレート１１０）と、前記プレートの吸着面（例えば、図２の第１面１１２）の裏面（例えば、図２の第２面１１４）に対して対向配置されていて前記プレートに吸着される熱処理対象の温度を均一化するベイパーチャンバー（例えば、図２のベイパーチャンバー１２０）と、を備えるウェハチャック（例えば、図１のウェハチャック１０００）の吸着ユニットであって、
前記プレートにおける吸着面に形成された溝部（例えば、図２の溝部１３２ａ〜１３２ｉ）と、前記溝部に連通されていて前記ベイパーチャンバーの作動液の封入空間に設けられている支柱内（例えば、図３の支柱等１２６ａ〜１２６ｉ）に形成された貫通孔（例えば、図３の貫通孔１３４ｇ〜１３４ｉ）と、によって、前記熱処理対象の吸着エアーの流路（例えば、図３の細管１３６ａ及び１３６ｂ）が構成されている。
【０００６】
本発明によれば、ベイパーチャンバー内に吸着エアーの流路を設けているため、熱処理対象の冷却効果が低下することを回避し、かつ吸着ユニットの温度分布を平準化することが可能になるという効果を奏する。
【０００７】
前記溝部は、複数の周状溝部とすることができるし、さらには、複数の同心円状の溝部とすることもできる。
【０００８】
前記熱処理対象は、例えば、半導体ウェハとすることができる。
【０００９】
また、本発明のウェハチャックは、
上記吸着ユニットと、
前記吸着ユニットのベイパーチャンバーを加熱する加熱装置と、
を備える。
【００１０】
さらに、前記ベイパーチャンバーを冷却する冷却装置を備えてもよい。この冷却装置は、吸着ユニットと一体化してもよいし、別体としてもよい。
【発明の実施の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態のウェハチャック１０００の模式的な構成を示すブロック図である。図１には、以下説明する、吸着ユニット１００と、冷却装置２００と、加熱装置３００と、減圧装置４００と、を示している。はじめに、これらのうち、特徴的な吸着ユニット１００について説明する。
【００１３】
図２は、図１に示す吸着ユニット１００の斜視図である。図２に示すように、吸着ユニット１００は、半導体ウェハなどの熱処理対象を吸着する円盤状のプレート１１０と、プレート１１０に吸着される熱処理対象の温度を均一化する円盤状のベイパーチャンバー１２０とを備えている。
【００１４】
図２には、プレート１１０とベイパーチャンバー１２０との境界面Ａを付記している。プレート１１０とベイパーチャンバー１２０とは、機能的又は物理的に見ると、境界面Ａにおいて、区別されるものである。
【００１５】
ここでいう機能的という意味は、１つの素材を加工することによって、プレート１１０とベイパーチャンバー１２０とを作りこむことで、これらが当初から一体のものをいう。したがって、この場合、プレート１１０とベイパーチャンバー１２０とは、同一素材から構成される。
【００１６】
これに対して物理的という意味は、プレート１１０を１つの素材を加工することによって作り、また、ベイパーチャンバー１２０についても１つの素材を加工することによって作り、これらを金属接着剤、ロウ付け、超音波接合、拡散接合、摩擦接合のいずれかなどを採用して、相互に貼り付けて一体とするものをいう。
【００１７】
なお、プレート１１０とベイパーチャンバー１２０とが物理的に一体である場合には、プレート１１０とベイパーチャンバー１２０との熱膨張係数が、相互に同等の材料を選択するとよい。
【００１８】
プレート１１０とベイパーチャンバー１２０との直径は、同じでもよいし異なっていてもよい。これらの直径は、熱処理対象よりも一回り大きい直径（＋３ｍｍ〜＋１０ｍｍ程度（例えば、＋５ｍｍ））とすればよい。ただし、図２に示すものは、後述するように、サイズの異なる半導体ウェハを熱処理対象とできる直径を採択している。
【００１９】
また、プレート１１０の厚みは、０．５ｍｍ〜１５ｍｍ程度（例えば３．０ｍｍ）とすることができる。ベイパーチャンバー１２０の厚みは、これに限定されるものではないが、５ｍｍ〜３０ｍｍ程度（例えば１０．０ｍｍ）とすることができる。
【００２０】
プレート１１０とベイパーチャンバー１２０とは、伝熱効率を考慮して、銅、ステンレス、チタンなどのように熱伝導が高い材料で製造されることが望ましい。
【００２１】
プレート１１０は、詳細は後述するが、複数の同心円状の溝部１３２ａ〜１３２ｉが形成された第１面１１２を備えている。第１面１１２の裏面は、ベイパーチャンバー１２０と対向する第２面１１４を備えている。また、ベイパーチャンバー１２０には、後述する冷却体が流れる冷却路２２０が設けられている。ただし、冷却路２２０は、ベイパーチャンバー１２０内に設けることが必須ではなく、ベイパーチャンバー１２０の図面下方などに設けることも可能である。
【００２２】
図３は、図２に示す境界面Ａでの断面の斜視図である。ベイパーチャンバー１２０は、内壁に対して、図示しない既知のウィックが形成される。さらに、本実施形態では、ウィックを、ベイパーチャンバー１２０内に配置される冷却路２２０の外壁、プレート１１０とベイパーチャンバー１２０との間のスペーサの役割を担うポスト１２８にも形成するようにしている。
【００２３】
プレート１１０及びベイパーチャンバー１２０には、減圧装置４００に連結される熱処理対象の吸着エアーの流路が形成される。具体的には、この流路は、既述の各溝部１３２ａ〜１３２ｉと、各溝部１３２ａ〜１３２ｉの各底面に連通されていてベイパーチャンバー１２０の作動液の封入空間１２４に設けられている支柱等１２６ａ〜１２６ｉ内にそれらの軸方向に沿って形成された貫通孔１３４ａ〜１３４ｉと、各貫通孔１３４ａ〜１３４ｉのうち貫通孔１３４ａ〜１３４ｆ及び貫通孔１３４ｇ〜１３４ｉにそれぞれ連通されていてベイパーチャンバー１２０の周方向に向けて放射状に延びる細管１３６ａ及び１３６ｂとによって構成される。
【００２４】
各溝部１３２ａ〜１３２ｉは、それぞれ、幅が０．４ｍｍ〜１．２ｍｍ程度（例えば０．８ｍｍ）、各深さが０．１ｍｍ〜０．２ｍｍ程度（例えば０．３ｍｍ）、ピッチが１０．０ｍｍ〜１５．０ｍｍ程度（例えば１３．５ｍｍ）とすることができる。
【００２５】
これらの条件は、各溝部１３２ａ〜１３２ｉの全てで同じとしてもよいし、異ならせてもよい。なお、各溝部１３２ａ〜１３２ｉのピッチをこの条件とすると、熱処理対象として半導体ウェハを用いる場合に好適である。
【００２６】
すなわち、半導体ウェハは６インチ、８インチ、１０インチ、１２インチといった直径のものが汎用的であることが知られているが、これらの全てに対応できるという点で好適である。
【００２７】
なお、減圧装置４００は、６インチ、８インチの半導体ウェハを熱処理対象とする場合には、細管１３６ａに係る経路のみ吸着処理をすればよい。一方、１０インチ、１２インチの半導体ウェハを熱処理対象とする場合には、細管１３６ａ，１３６ｂに係る経路の双方の吸着処理をすればよい。
【００２８】
貫通孔１３４ａ〜１３４ｉは、例えば円筒状とすることができるが、角筒状とすることもできるし、他の形状とすることもできる。貫通孔１３４ａ〜１３４ｉの直径は、溝部１３２ａ〜１３２ｉの幅に対して７０％〜８０％程度とすることができる。したがって、例えば、溝部１３２ａ〜１３２ｉの幅が０．８ｍｍであれば、０．５６ｍｍ〜０．６４ｍｍ程度（例えば０．６ｍｍ）とすることができる。
【００２９】
冷却路２２０は、図１に示す冷却装置２００及び図示しない冷却体循環装置に接続される。冷却路２２０は、円筒状でも角筒状でもよく、前者の場合には直径が１．５ｍｍ〜５ｍｍ程度（例えば３ｍｍ）とすることができ、後者の場合には１．５ｍｍ角〜５ｍｍ角程度（例えば３ｍｍ角）とすることができる。冷却体としては、冷却液、冷却ガスを用いることができ、簡易には蒸留水、空気を用いることができる。
【００３０】
なお、図３に示す冷却路２２０のレイアウトは、相対的に小さなサイズの熱処理対象に対して効率の良い冷却効果が得られるように、上流側がベイパーチャンバー１２０の中心付近となるようにし、下流側に進むにつれてベイパーチャンバー１２０の周辺付近に向かうようにしている。
【００３１】
ただし、このような冷却路２２０のレイアウトは例示であり、例えば、連続するコ字状のレイアウトとすることもできる。また、冷却路２２０をメッシュ状に張り巡らせるように形成することもできる。さらに、熱処理対象は冷却されるだけでなく加熱される場合もある。このため、一般化すると、冷却路２２０は加熱路としても機能しうる流路ということができ、また、この流路には冷却体のみならず加熱体も流れることになる。
【００３２】
さらに、図３に示す冷却路２２０のレイアウトは、ベイパーチャンバー１２０に対して、入出力が一系統であり、かつ、ベイパーチャンバー１２０内で二系統に分岐するというものであるが、入出力の系統数、分岐数などもこれに限定されるものではない。また、冷却路２２０の外壁表面を金属層で覆い、当該金属層にウィックを形成してもよいし、冷却路２２０の表面に凹凸を設け、そこにウィックを形成してもよい。
【００３３】
図４は、図３に示すプレート１１０の端部の断面の拡大図である。図４には、吸着エアーが通る細管１３６ｂ付近の拡大図を示している。細管１３６ｂは、例えば円筒状とすることができるが、角筒状とすることもできるし、他の形状とすることもできる。細管１３６ｂの直径は、２．０ｍｍ〜５．０ｍｍ程度とすることができるが、一般的には、可能な限り大径とするとよい。細管１３６ａについても同様である。
【００３４】
細管１３６ｂを含む流路の形成手法としては、例えば、プレート１１０とベイパーチャンバー１２０とが一体型である場合には、穴あけ処理を採用すると好適である。一方、プレート１１０とベイパーチャンバー１２０とが別パーツから構成される場合には、エッチング加工切削処理を採用すると好適である。
【００３５】
図１に戻る。加熱装置３００は、直接的には、吸着ユニット１００のベイパーチャンバー１２０を加熱するものである。したがって、吸着ユニット１００のプレート１１０に熱処理対象が吸着されている場合には、当該熱処理対象が加熱されることになる。
【００３６】
加熱装置３００は、これに限定されるものではないが、例えば、セラミックにニクロム線を埋め込んだものとすることができる。この場合、ニクロム線に接続される電流リード間を通電すれば、加熱装置３００を発熱させることができる。
【００３７】
加熱装置３００は、熱処理対象を加熱する際に用いることは当然のこと、熱処理対象を冷却する際にも用いることがある。具体的には、熱処理対象を冷却する場合、冷却装置２００を用いるが、熱処理対象の温度を微調整するために、加熱装置３００も用いられる。
【００３８】
減圧装置４００は、図３に示す細管１３６ａ〜１３６ｂに接続される図示しない排気ポンプを用いて、プレート１１０に載置された熱処理対象がプレート１１０に吸着されるように、細管１３６ａ〜１３６ｂを含む経路内の空気を減圧するものである。
【００３９】
以上説明したように、本発明の実施形態のウェハチャック１０００によれば、ベイパーチャンバー内に吸着エアーの流路を設けているため、熱処理対象の冷却効果が低下することを回避し、かつ吸着ユニットの温度分布を平準化することが可能になる。
【００４０】
なお、冷却装置２００及び加熱装置３００に代えて、加熱と冷却との双方が可能な単一の装置に置き替えることができる。このような装置の例としては、既知のペルチェ素子を使用した過冷却モジュールが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態のウェハチャック１０００の模式的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す吸着ユニット１００の斜視図である。
【図３】図２に示す境界面Ａでの断面の斜視図である。
【図４】図３に示すプレート１１０の端部の断面の拡大図である。
【符号の説明】
【００４２】
１００  吸着ユニット
１１０  プレート
１１２  第１面
１１４  第２面
１２０  ベイパーチャンバー
１２４  封入空間
１２６ａ〜１２６ｉ  支柱等
１３２ａ〜１３２ｉ  溝部
１３４ａ〜１３４ｉ  貫通孔
１３６ａ〜１３６ｂ  細管
２００  冷却装置
２２０  冷却路
３００  加熱装置
４００  減圧装置
１０００  ウェハチャック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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