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JP2003282685A - Cooling plate - Google Patents

Cooling plate

Info

Publication number
JP2003282685A
JP2003282685A JP2002088451A JP2002088451A JP2003282685A JP 2003282685 A JP2003282685 A JP 2003282685A JP 2002088451 A JP2002088451 A JP 2002088451A JP 2002088451 A JP2002088451 A JP 2002088451A JP 2003282685 A JP2003282685 A JP 2003282685A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling plate
ceramic base
base material
vacuum chuck
wafer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2002088451A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yasuki Yoshitomi
靖樹 吉富
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP2002088451A priority Critical patent/JP2003282685A/en
Publication of JP2003282685A publication Critical patent/JP2003282685A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 露光処理時などにおいて、ウェハの温度を一
定にして熱歪みを防ぐための排熱性と、高い処理精度を
実現するための高剛性および低熱膨張性をいずれも兼ね
備えるセラミックス製冷却プレートを提供する。 【解決手段】 本発明の冷却プレートは、ウェハを固定
する真空チャックを保持するための冷却プレートであっ
て、熱伝導率が10W/K・m以上、0℃〜50℃間の
熱膨張係数が7×10-6/℃以下、ヤング率が200G
Pa以上のセラミックス基材からなり、内部に真空吸引
経路および冷却媒体経路が配設されていることを特徴と
する。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To provide both heat dissipation for keeping the temperature of a wafer constant to prevent thermal distortion and high rigidity and low thermal expansion for realizing high processing accuracy during exposure processing or the like. To provide a ceramic cooling plate. SOLUTION: The cooling plate of the present invention is a cooling plate for holding a vacuum chuck for fixing a wafer, and has a thermal conductivity of 10 W / K · m or more and a thermal expansion coefficient between 0 ° C. and 50 ° C. 7 × 10 -6 / ℃ or less, Young's modulus is 200G
It is characterized by comprising a ceramic base material of Pa or more, and having a vacuum suction path and a cooling medium path disposed therein.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
使用される冷却プレートであって、ウェハを固定する真
空チャックを保持するための冷却プレートに関する。特
に、高熱伝導性、低熱膨張性および高剛性をいずれも兼
ね備えるセラミックス製冷却プレートに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cooling plate used in a semiconductor manufacturing apparatus for holding a vacuum chuck for fixing a wafer. In particular, the present invention relates to a ceramic cooling plate having all of high thermal conductivity, low thermal expansion and high rigidity.

【0002】[0002]

【従来の技術】LSIなどの高集積化に伴い、回路の超
微細化が進められ、その線幅は半導体においては0.1
ミクロンを切るレベルにまで到達しようとしている。半
導体を製造する場合、たとえば、半導体リソグラフィ工
程においては、露光装置によりマスクを介してウェハ上
にパターンを転写形成しているが、回路の超微細化に対
応して高精度なパターンを形成するために、たとえば、
ウェハ載置用真空チャックにおいては、特開平11−2
09171号公報や特開平11−343168号公報に
開示されるように0〜40℃における熱膨張係数が1×
10-6/℃以下である低熱膨張セラミックス基材を使用
することにより、処理中の真空チャックの熱膨張を極力
排除することができ、高精度な微細加工を実現すること
ができる。
2. Description of the Related Art With the high integration of LSIs and the like, the miniaturization of circuits has been promoted, and the line width of semiconductors is 0.1.
Attempting to reach a level below micron. In the case of manufacturing a semiconductor, for example, in a semiconductor lithography process, a pattern is transferred and formed on a wafer through a mask by an exposure device, but in order to form a highly accurate pattern in response to ultra-miniaturization of a circuit. For example,
A vacuum chuck for mounting a wafer is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 11-2.
As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 09171 and Japanese Patent Laid-Open No. 11-343168, the coefficient of thermal expansion at 0 to 40 ° C. is 1 ×.
By using a low thermal expansion ceramics base material having a temperature of 10 −6 / ° C. or less, thermal expansion of the vacuum chuck during processing can be eliminated as much as possible, and highly precise fine processing can be realized.

【0003】また、この真空チャックに高剛性の高熱伝
導性材料である炭化ケイ素を使用することにより、処理
中に発生するウェハの熱を真空チャックに速やかに逃が
すことができ、ウェハの熱膨張を低減することができ、
高精度な微細加工が実現可能である。
Further, by using silicon carbide, which is a highly rigid and highly heat-conductive material, for the vacuum chuck, the heat of the wafer generated during processing can be quickly released to the vacuum chuck, and the thermal expansion of the wafer can be achieved. Can be reduced,
Highly precise microfabrication is possible.

【0004】さて、これらの真空チャックを固定保持す
る部材(冷却プレート)は、熱伝導性の良さとコストメリ
ットの点から、鋳鉄などの金属材料を使用し、真空チャ
ックから冷却プレートに熱を逃すことで真空チャックお
よびウェハの温度の均一化が図られている。
For the member (cooling plate) for fixing and holding these vacuum chucks, a metal material such as cast iron is used to release heat from the vacuum chuck to the cooling plate in view of good heat conductivity and cost merit. As a result, the temperatures of the vacuum chuck and the wafer are made uniform.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、金属製冷却プ
レートでは、熱膨張係数が極めて高いため、数℃程度の
温度差が生じても、発生する冷却プレートの歪みが無視
できず、冷却プレート上の真空チャックおよびSiウェ
ハの精度が低下する。
However, since the metal cooling plate has a very high coefficient of thermal expansion, even if a temperature difference of several degrees Celsius occurs, the generated distortion of the cooling plate cannot be ignored, and the cooling plate on the cooling plate cannot be ignored. The accuracy of the vacuum chuck and the Si wafer deteriorates.

【0006】また、真空チャックと冷却プレートとをボ
ルトにより固定をすると、固定部のみが接触し、非固定
部には浮きが生じるため、冷却プレート上の真空チャッ
クおよびSiウェハの精度が低下する。
Further, when the vacuum chuck and the cooling plate are fixed by bolts, only the fixed portion comes into contact with each other and floating occurs in the non-fixed portion, so that the precision of the vacuum chuck and the Si wafer on the cooling plate is lowered.

【0007】また、冷却プレートより真空チャックの方
が高硬度であるため、冷却プレート上の真空チャックの
着脱により、冷却プレートが摩耗し精度が低下し、真空
チャックおよびSiウェハの精度も低下する。
Further, since the vacuum chuck has a higher hardness than the cooling plate, when the vacuum chuck on the cooling plate is attached / detached, the cooling plate is worn and the accuracy is lowered, and the accuracy of the vacuum chuck and the Si wafer is also lowered.

【0008】本発明の課題は、処理中のウェハの温度を
一定にして熱歪みを防ぐための排熱性と、高い処理精度
を実現するための高剛性および低熱膨張性をいずれも兼
ね備えるセラミックス製冷却プレートを提供することに
ある。
An object of the present invention is to provide a ceramic cooling which has both a heat exhausting property for keeping a temperature of a wafer during processing constant to prevent thermal distortion and a high rigidity and a low thermal expansion property for realizing a high processing accuracy. To provide the plate.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明の冷却プレート
は、ウェハを固定する真空チャックを保持するための冷
却プレートであって、熱伝導率が10W/K・m以上、
0℃〜50℃間の熱膨張係数が7×10-6/℃以下、ヤ
ング率が200GPa以上のセラミックス基材からな
り、内部に真空吸引経路および冷却媒体経路が配設され
ていることを特徴とする。
A cooling plate according to the present invention is a cooling plate for holding a vacuum chuck for fixing a wafer, having a thermal conductivity of 10 W / Km or more,
Characterized by a ceramic base material having a coefficient of thermal expansion of 7 × 10 −6 / ° C. or less between 0 ° C. and 50 ° C. and a Young's modulus of 200 GPa or more, and a vacuum suction path and a cooling medium path are provided therein. And

【0010】冷却プレートは、溝加工を施したセラミッ
クス基材を含む複数のセラミックス基材を積層した状態
で、各基材同士が金属系接合材層または無機系接合材層
を介して接合されることにより、溝加工を施したセラミ
ックス基材との接合面に真空吸引経路または冷却媒体経
路が配設されているものが好ましい。また、セラミック
ス基材は、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素および窒
化アルミニウムのうちのいずれか1つを主成分とし、主
成分の含有量が80質量%以上であることが好ましい。
The cooling plate is formed by laminating a plurality of ceramic base materials including a groove-processed ceramic base material, and the base materials are bonded to each other through a metal-based bonding material layer or an inorganic-based bonding material layer. Therefore, it is preferable that the vacuum suction path or the cooling medium path is provided on the joint surface with the grooved ceramic substrate. Further, the ceramic base material contains any one of alumina, silicon carbide, silicon nitride and aluminum nitride as a main component, and the content of the main component is preferably 80% by mass or more.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】(冷却プレート)本発明の冷却プ
レートは、熱伝導率が10W/K・m以上、0℃〜50
℃間の熱膨張係数が7×10-6/℃以下、ヤング率が2
00GPa以上のセラミックス基材からなり、内部に真
空吸引経路および冷却媒体経路が配設されていることを
特徴とする。冷却プレートの材料の特性と構造を特定す
ることにより、半導体製造装置における処理時の温度上
昇に対しても冷却プレートの熱膨張を抑え、ウェハの温
度を一定に保ち、回路の微細化への対応が可能となる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (Cooling Plate) The cooling plate of the present invention has a thermal conductivity of 10 W / K · m or more and 0 ° C. to 50 ° C.
Coefficient of thermal expansion between ℃ is less than 7 × 10 -6 / ℃, Young's modulus is 2
It is characterized by being made of a ceramic base material of 00 GPa or more and having a vacuum suction path and a cooling medium path provided therein. By specifying the characteristics and structure of the cooling plate material, the thermal expansion of the cooling plate is suppressed even if the temperature rises during processing in semiconductor manufacturing equipment, the wafer temperature is kept constant, and circuit miniaturization is addressed. Is possible.

【0012】図1に示すように、本発明の冷却プレート
1は、ウェハ3を固定する真空チャック2に接合し、真
空チャック2を保持する。冷却プレート1の内部には、
真空吸引経路12および冷却媒体経路11が配設されて
いる。冷却媒体は、図1における矢印に示すように、冷
却媒体経路11の中を流れる。図1に示す例では、冷却
プレート1の上面には多数の凸部13があり、真空チャ
ック2を保持し、真空吸引経路12を介して真空吸引す
ることにより真空チャック2を固定する。
As shown in FIG. 1, the cooling plate 1 of the present invention is bonded to a vacuum chuck 2 for fixing a wafer 3 and holds the vacuum chuck 2. Inside the cooling plate 1,
A vacuum suction path 12 and a cooling medium path 11 are provided. The cooling medium flows in the cooling medium path 11 as shown by the arrow in FIG. In the example shown in FIG. 1, a large number of protrusions 13 are provided on the upper surface of the cooling plate 1, hold the vacuum chuck 2, and vacuum-suck through the vacuum suction path 12 to fix the vacuum chuck 2.

【0013】図2(a)に、冷却プレートの平面図を示
す。この例では、冷却プレートの上面には多数の凸部2
3が配設されているが、図2(b)に示すように、真空
吸引経路22がおよそ同心円状である態様とすることも
できる。本発明の冷却プレートはこれらの態様に限定さ
れるものではない。本発明の冷却プレートは内部に真空
吸引経路22を有し、真空吸引口26を介して、冷却プ
レートの上に載せる真空チャックを吸引し固定する。従
来から行なわれているようにボルトにより締結すると、
締結部のみの接触となるため、非締結部に浮きが生じ、
露光精度が低下する。本発明では、真空チャックを真空
吸引により固定するため、接合面に浮きが生じにくく、
冷却プレートの取付け精度が向上し、これに伴い露光精
度が向上する。図1および図2においては、冷却プレー
トの中央部で真空チャックを吸引保持する態様を例示す
るが、本発明はかかる態様に限定されるものではない。
FIG. 2A shows a plan view of the cooling plate. In this example, a large number of protrusions 2 are provided on the upper surface of the cooling plate.
3 is provided, the vacuum suction path 22 may have a substantially concentric shape, as shown in FIG. 2B. The cooling plate of the present invention is not limited to these aspects. The cooling plate of the present invention has a vacuum suction path 22 inside, and a vacuum chuck mounted on the cooling plate is sucked and fixed via a vacuum suction port 26. When tightened with bolts as is done conventionally,
Since only the fastening part comes into contact, floating occurs in the non-fastening part,
Exposure accuracy decreases. In the present invention, since the vacuum chuck is fixed by vacuum suction, floating does not easily occur on the bonding surface,
The mounting accuracy of the cooling plate is improved, and the exposure accuracy is improved accordingly. 1 and 2, the mode in which the vacuum chuck is suction-held at the central portion of the cooling plate is illustrated, but the present invention is not limited to this mode.

【0014】また、図1においては、冷却プレートと真
空チャックの外径はほぼ同一径となっているが、真空チ
ャックの固定精度を上げるために冷却プレートの外径を
大きくし、段を付与し、真空チャックをこの段の中に据
え付ける形状としてもよく、また、その逆のはめ込みの
形状としてもよい。
In FIG. 1, the cooling plate and the vacuum chuck have substantially the same outer diameter. However, in order to improve the fixing accuracy of the vacuum chuck, the outer diameter of the cooling plate is increased and steps are provided. The shape of the vacuum chuck may be set in this step, or the opposite shape may be used.

【0015】2枚のセラミックス基材を積層してなる冷
却プレートを製造する場合に、下側に積層するセラミッ
クス基材(ベース側)の平面図を図3に示す。冷却媒体
は、冷却媒体入口37から入り、冷却媒体経路31を通
過して、冷却媒体出口38から排出される。本発明の冷
却プレートは、内部に冷却媒体経路31を有するため、
露光処理中に効率的に排熱し、ウェハの温度を一定に
し、熱歪みを抑制することができる。したがって、回路
の微細化に対応することができる。図3の例では、冷却
媒体経路31はおよそ同心円状をなしているが、他の態
様とすることもできる。また、図1および図3には、冷
却媒体が冷却プレートの中央部から注入され、冷却プレ
ートの周縁部から排出する態様が例示されているが、本
発明の冷却プレートはこれらの態様に限定されるもので
はない。
FIG. 3 shows a plan view of the ceramic base material (base side) to be laminated on the lower side in the case of manufacturing a cooling plate in which two ceramic base materials are laminated. The cooling medium enters through the cooling medium inlet 37, passes through the cooling medium passage 31 and is discharged through the cooling medium outlet 38. Since the cooling plate of the present invention has the cooling medium path 31 inside,
Heat can be efficiently exhausted during the exposure process, the temperature of the wafer can be kept constant, and thermal distortion can be suppressed. Therefore, miniaturization of the circuit can be dealt with. In the example of FIG. 3, the cooling medium path 31 has a substantially concentric shape, but other modes are also possible. 1 and 3 illustrate a mode in which the cooling medium is injected from the central part of the cooling plate and discharged from the peripheral part of the cooling plate, but the cooling plate of the present invention is not limited to these modes. Not something.

【0016】本発明の冷却プレートは、熱伝導率が10
W/K・m以上、0℃〜50℃間の熱膨張係数が7×1
-6/℃以下、ヤング率が200GPa以上のセラミッ
クス基材からなる。かかる特性を有するセラミックス基
材からなる冷却プレートは、露光処理に際してウェハの
温度を一定にして熱歪みを防ぐための排熱性と、高い処
理精度を実現するための高剛性と、低熱膨張性と、をい
ずれも兼ね備え、総合的に優れている。
The cooling plate of the present invention has a thermal conductivity of 10%.
W / K · m or more, thermal expansion coefficient between 0 ° C and 50 ° C is 7 × 1
It is made of a ceramic base material having a Young's modulus of not less than 0 -6 / ° C and 200 GPa or more. The cooling plate made of a ceramic base material having such characteristics has a heat exhausting property for keeping the temperature of the wafer constant during the exposure process to prevent thermal distortion, a high rigidity for realizing high processing accuracy, and a low thermal expansion property. Combined with all, it is excellent overall.

【0017】熱伝導率は10W/K・m以上であり、1
5W/K・m以上が好ましく、20W/K・m以上がよ
り好ましい。熱伝導度が10W/K・m未満であると、
露光処理時の排熱性が不十分になり、ウェハの温度を一
定に保つことができず、熱歪みを抑えることが難しくな
る。
The thermal conductivity is 10 W / K · m or more, and 1
It is preferably 5 W / K · m or more, more preferably 20 W / K · m or more. When the thermal conductivity is less than 10 W / K · m,
Exhaust heat during exposure processing becomes insufficient, the temperature of the wafer cannot be kept constant, and it becomes difficult to suppress thermal distortion.

【0018】0℃〜50℃間の熱膨張係数は7×10-6
/℃以下であり、6.5×10-6/℃以下が好ましく、
6×10-6/℃以下がより好ましい。0℃〜50℃間の
熱膨張係数が7×10-6/℃より大きいと、露光処理時
に高い精度を必要とする微細回路の製造に十分に対応す
ることができない。
The coefficient of thermal expansion between 0 ° C. and 50 ° C. is 7 × 10 -6
/ ° C or less, preferably 6.5 × 10 -6 / ° C or less,
It is more preferably 6 × 10 −6 / ° C. or less. When the coefficient of thermal expansion between 0 ° C. and 50 ° C. is larger than 7 × 10 −6 / ° C., it is not possible to sufficiently deal with the production of a fine circuit that requires high precision during the exposure process.

【0019】ヤング率は200GPa以上であり、25
0GPa以上が好ましく、300GPa以上がより好ま
しい。たとえば露光装置に使用される真空チャックは、
XY方向にステッピング可能なステージ上に載置され、
XY方向に移動しながら露光処理がなされる。そのた
め、冷却プレートを構成するセラミックス基材のヤング
率が200GPa未満であると、移動時の振動が減衰せ
ず、露光不良が発生しやすい。また、本発明における冷
却プレートは内部に冷却媒体を通過させる構造であるた
め、セラミックス基材のヤング率が200GPa未満で
あると、媒体通過により発生する振動を抑えることがで
きずに、露光不良が発生しやすくなる。
Young's modulus is not less than 200 GPa and is 25
0 GPa or more is preferable, and 300 GPa or more is more preferable. For example, a vacuum chuck used in an exposure apparatus
Placed on a stage that can be stepped in the XY directions,
The exposure process is performed while moving in the XY directions. Therefore, when the Young's modulus of the ceramic base material forming the cooling plate is less than 200 GPa, vibration during movement is not attenuated, and exposure failure is likely to occur. Further, since the cooling plate in the present invention has a structure in which the cooling medium is passed inside, if the Young's modulus of the ceramic base material is less than 200 GPa, it is not possible to suppress the vibration generated by the passage of the medium and exposure failure occurs. It tends to occur.

【0020】セラミックス基材の気孔率は、冷却媒体の
洩れなどに支障がない範囲であればよく、たとえば1%
以下が好ましい。
The porosity of the ceramic base material may be in the range that does not hinder the leakage of the cooling medium, for example, 1%.
The following are preferred.

【0021】このような特性を有するセラミックス基材
としては、アルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素および窒
化アルミニウムのうちのいずれか1つを主成分とし、主
成分の含有量が80質量%以上であることが好ましい。
これらの含有量を80質量%以上とすることにより、熱
伝導率、ヤング率および熱膨張係数に対して、適切な特
性を有する冷却プレートを容易に得ることができる。
As the ceramic substrate having such characteristics, any one of alumina, silicon carbide, silicon nitride and aluminum nitride is a main component, and the content of the main component is 80% by mass or more. Is preferred.
By setting the content of these components to 80% by mass or more, it is possible to easily obtain a cooling plate having appropriate characteristics with respect to thermal conductivity, Young's modulus, and thermal expansion coefficient.

【0022】一方、たとえばジルコニア、石英は、熱伝
導率が10W/K・m未満であり、熱の排出が低いため
好ましくはない。また、たとえばセラミックスではジル
コニア、フォルステライトなど、金属では鋳鉄、アルミ
ニウム、SUSなどは、0℃〜50℃間の熱膨張係数が
7×10-6/℃より大きく、温度差により発生する熱歪
みにより精度悪化が生じるため好ましくはない。さら
に、たとえばセラミックスでは石英、金属ではアルミニ
ウムなどは、ヤング率が200GPa未満であり、剛性
不足による露光精度の悪化が生じるため、好ましくな
い。
On the other hand, for example, zirconia and quartz are not preferable because they have a thermal conductivity of less than 10 W / K · m and emit a small amount of heat. Further, for example, ceramics such as zirconia and forsterite, and metals such as cast iron, aluminum, and SUS have a coefficient of thermal expansion between 0 ° C and 50 ° C of more than 7 × 10 -6 / ° C. This is not preferable because the accuracy deteriorates. Further, for example, quartz is used for ceramics and aluminum is used for metals because the Young's modulus is less than 200 GPa and exposure accuracy is deteriorated due to insufficient rigidity, which is not preferable.

【0023】本発明の冷却プレートは、複数のセラミッ
クス基材を積層することにより形成することができる
が、積層するセラミックス基材は同一種類であっても、
また、異なる種類であってもよい。たとえば、真空チャ
ックを吸引する面となるべき面の材質は熱伝導率が高い
材質とし、真空吸引と関係のない面の材質はヤング率が
高い材質としてもよい。また、熱膨張係数を変えた材質
としてもよい。さらには、体積抵抗率などを変えた材質
としてもよい。
The cooling plate of the present invention can be formed by laminating a plurality of ceramic base materials, but even if the ceramic base materials to be laminated are of the same type,
Also, different types may be used. For example, the material of the surface that should be the surface for sucking the vacuum chuck may have a high thermal conductivity, and the material of the surface that is not related to vacuum suction may have a high Young's modulus. Further, a material having a different thermal expansion coefficient may be used. Further, a material having a different volume resistivity or the like may be used.

【0024】(冷却プレートの製造方法)たとえば、ア
ルミナを主成分とする場合には、純度99〜99.99
%、粒径0.1〜2μmのアルミナ粉末に、焼結助剤と
して粒径1μm以下のたとえばMgO粉末やSiO2
末などを0〜20質量%配合する。配合した原料に、有
機バインダを添加し、水を加えた後、ボ−ルミルでスラ
リー化し、スプレードライヤーで造粒(顆粒化)する。
得られた顆粒は、金型またはCIP(冷間等方圧プレス
成形)により成形し、必要に応じて切削加工を施し、大
気雰囲気中で1300〜1700℃の温度で焼結し、焼
結体を得る。
(Manufacturing Method of Cooling Plate) For example, when alumina is the main component, the purity is 99 to 99.99.
%, Alumina powder having a particle size of 0.1 to 2 μm is mixed with 0 to 20% by mass of a sintering aid, for example, MgO powder or SiO 2 powder having a particle size of 1 μm or less. An organic binder is added to the blended raw materials, water is added, and then slurried by a ball mill and granulated (granulated) by a spray dryer.
The obtained granules are molded by a metal mold or CIP (cold isotropic pressure press molding), cut if necessary, and sintered at a temperature of 1300 to 1700 ° C. in an air atmosphere to obtain a sintered body. To get

【0025】また、たとえば、窒化アルミニウムを主成
分とする場合には、純度99〜99.9%、平均粒径
0.4〜2μmの窒化アルミニウム粉末に、Y23粉末
とCaO粉末とを、それぞれ0〜4%、0〜3%配合す
る。配合した原料に、有機バインダを添加し、エタノー
ルを加えてボールミルでスラリー化し、スプレードライ
ヤーで造粒(顆粒化)する。得られた顆粒は、金型また
はCIP(冷間等方圧プレス成形)により成形し、必要に
応じて切削加工を施し、大気雰囲気中で400〜700
℃の温度で脱バインダの熱処理をしてから、1700〜
1900℃の温度で焼結し、焼結体を得る。
Further, for example, when aluminum nitride is the main component, Y 2 O 3 powder and CaO powder are added to aluminum nitride powder having a purity of 99 to 99.9% and an average particle size of 0.4 to 2 μm. , 0 to 4% and 0 to 3%, respectively. An organic binder is added to the blended raw materials, ethanol is added, a slurry is formed by a ball mill, and granulated (granulated) by a spray dryer. The obtained granules are molded by a metal mold or CIP (cold isotropic pressure press molding), and if necessary, subjected to cutting processing, and 400 to 700 in an air atmosphere.
After heat treatment of the binder removal at a temperature of ℃,
Sintering is performed at a temperature of 1900 ° C. to obtain a sintered body.

【0026】基材の焼結の方法については、たとえば、
所定の配合をした原料を所定温度でホットプレス焼成す
る方法、焼成後にHIP(高温等方加圧焼結)を実施し
てさらに緻密化をはかる方法などがあるが、本発明はこ
れらの方法に限定されるものではない。
Regarding the method of sintering the base material, for example,
There are a method of hot pressing a raw material having a predetermined composition at a predetermined temperature, a method of performing HIP (high temperature isotropic pressure sintering) to further densify after firing, and the present invention is not limited to these methods. It is not limited.

【0027】助剤量は、20質量%未満とすることが好
ましい。助剤の量が20質量%以上であると、たとえ
ば、ヤング率、熱伝導率などの特性が不十分になるおそ
れがあるためである。
The amount of auxiliary agent is preferably less than 20% by mass. If the amount of the auxiliary agent is 20% by mass or more, properties such as Young's modulus and thermal conductivity may be insufficient.

【0028】焼結後、接合前に所望の形状に機械加工す
る。機械加工においては、冷却媒体通過部をたとえば溝
形状にして掘り下げたり、真空チャック吸引側の面に吸
引用の溝などを掘り下げるなどの加工を施工する。
After sintering, it is machined to the desired shape before joining. In the mechanical processing, the cooling medium passage portion is formed into a groove shape, for example, or a suction groove is formed on the suction side of the vacuum chuck.

【0029】本発明の冷却プレートは、溝加工を施した
セラミックス基材を含む複数のセラミックス基材を積層
し、各基材同士を金属系接合材層または無機系接合材層
を介して接合することにより、溝加工を施したセラミッ
クス基材との接合面に真空吸引経路または冷却媒体経路
を設ける態様が好ましい。
In the cooling plate of the present invention, a plurality of ceramic base materials including a groove-processed ceramic base material are laminated and the base materials are bonded to each other through a metal-based bonding material layer or an inorganic-based bonding material layer. Therefore, it is preferable that the vacuum suction path or the cooling medium path is provided on the joint surface with the grooved ceramic base material.

【0030】真空吸引経路または冷却媒体経路の形成方
法としては、接合による方法を取ることなく、真空チャ
ックの外周から2本以上の孔を内部で交差するように形
成する方法や、あらかじめ溝加工した基材と溝加工して
いない基材とを積層し、接合することにより形成する方
法がある。形成する経路の形状や大きさを容易に設計す
ることができる点では、後者の接合方法が好ましい。
As a method for forming the vacuum suction path or the cooling medium path, a method of forming two or more holes from the outer circumference of the vacuum chuck so as to intersect inside without performing a method of joining, or a groove is preliminarily processed. There is a method in which a base material and a non-grooved base material are laminated and bonded. The latter joining method is preferable in that the shape and size of the path to be formed can be easily designed.

【0031】接合することにより真空吸引経路または冷
却媒体経路を形成する方法としては、エポキシ樹脂など
の樹脂接合材により接合する方法と、ガラスなどの無機
系接合材により接合する方法、金属接合材により接合す
る方法の3種類があるが、樹脂接合材による方法は、樹
脂分の経時劣化による接合強度の低下、接合部の剛性低
下、熱抵抗の増大などが生じやすいため、無機系接合材
による方法や金属接合材による方法が好ましい。
As a method of forming a vacuum suction path or a cooling medium path by bonding, a method of bonding with a resin bonding material such as epoxy resin, a method of bonding with an inorganic bonding material such as glass, or a metal bonding material Although there are three types of joining methods, the method using a resin joining material is liable to cause a decrease in joining strength, a decrease in rigidity of a joining portion, an increase in thermal resistance, etc. due to deterioration of a resin component over time. The method using a metal bonding material is preferable.

【0032】無機系接合材により接合する方法では、典
型的には、無機系接合材としてガラスが使用される。本
発明による基材は多岐にわたるが、接合用のガラスと基
材の熱膨張差により界面のクラックや剥離を回避するた
め、それぞれの基材の熱膨張係数に応じたガラスを選択
する必要がある。たとえば、セラミックス基材の主成分
がアルミナであれば、ホウケイ酸鉛ガラスなどによる接
合が望ましい。施工温度は600℃〜900℃が好まし
い。かかる温度によりガラスの溶融を進行させ、気泡が
排除され、接合後の冷却溶媒のモレを避けることができ
る。また、接合後のガラスの厚さは、接合界面に発生す
る応力緩和の必要性から、5μm〜100μmが好まし
く、5μm〜50μmがより好ましい。
In the method of bonding with an inorganic bonding material, glass is typically used as the inorganic bonding material. Although the base material according to the present invention is diverse, it is necessary to select a glass according to the thermal expansion coefficient of each base material in order to avoid cracks and peeling at the interface due to the difference in thermal expansion between the glass for bonding and the base material. . For example, if the main component of the ceramic base material is alumina, it is desirable to use lead borosilicate glass or the like for bonding. The construction temperature is preferably 600 ° C to 900 ° C. With such a temperature, melting of the glass proceeds, bubbles are eliminated, and leakage of the cooling solvent after joining can be avoided. In addition, the thickness of the glass after bonding is preferably 5 μm to 100 μm, more preferably 5 μm to 50 μm, in order to relax the stress generated at the bonding interface.

【0033】金属接合方法によるときは、接合材はセラ
ミックス基材の特性に合わせて、たとえば銀を主成分と
するロウ材やチタンを主成分とするロウ材、あるいはア
ルミニウム材などを使用することができる。ロウ材は、
たとえば接合強度や使用する冷却溶媒による耐食性など
を基準として選択することが好ましい。また、接合後の
冷却溶媒のモレは確実に避ける必要があるため、ロウ材
は粒状よりも均一な厚みの箔状で使用することが好まし
い。ロウ材の厚さは10〜50μmが好ましく、10〜
30μmとするのがより好ましい。
When using the metal joining method, the joining material may be a brazing material containing silver as a main component, a brazing material containing titanium as a main component, or an aluminum material, depending on the characteristics of the ceramic base material. it can. The brazing material is
For example, it is preferable to select the bonding strength and the corrosion resistance depending on the cooling solvent used as a reference. Further, since it is necessary to surely prevent leakage of the cooling solvent after joining, it is preferable to use the brazing material in a foil shape having a uniform thickness rather than a granular shape. The thickness of the brazing material is preferably 10 to 50 μm,
It is more preferably 30 μm.

【0034】金属接合における熱処理は、たとえば処理
中の炉内の真空度が10-1Paよりも高真空の環境で実
施するのが好ましい。また、処理温度は、たとえばチタ
ンを含有するロウ材であれば700〜950℃が好まし
い。10-1Paよりも真空度が低いと、接合部の気泡の
排除が不十分になったり、接合材の酸化により溶融しな
くなるおそれがある。また、処理温度が700℃よりも
低いと接合材が溶融せず、一方、950℃よりも高い
と、接合材の揮発が盛んになり、接合が不十分になる可
能性がある。
The heat treatment for metal joining is preferably carried out, for example, in an environment where the degree of vacuum in the furnace during the treatment is higher than 10 -1 Pa. Further, the treatment temperature is preferably 700 to 950 ° C. for a brazing material containing titanium, for example. When the degree of vacuum is lower than 10 -1 Pa, bubbles may not be sufficiently removed at the joint portion, or the joint material may not be melted due to oxidation. Further, if the treatment temperature is lower than 700 ° C., the bonding material does not melt, while if it is higher than 950 ° C., the bonding material may volatilize and bonding may be insufficient.

【0035】セラミックス基材の接合後、必要に応じて
仕上げ加工をし、製品化する。特に、真空チャックとの
締結部は真空チャックの精度を確保するため、高精度に
仕上げ加工することが好ましい。また、本発明の冷却プ
レートは、さらに公知の手法により追加改良を加えても
よい。
After joining the ceramic base materials, finishing processing is carried out if necessary, and commercialized. In particular, it is preferable to finish the fastening portion with the vacuum chuck with high precision in order to ensure the precision of the vacuum chuck. Further, the cooling plate of the present invention may be further improved by a known method.

【0036】[0036]

【実施例】焼結後、表1に示す割合となるように、主材
および、必要に応じて助剤を配合した後、エタノールを
溶媒として使用し、ボールミルで24時間混合した。得
られた混合物を乾燥した後、表1に示す温度および雰囲
気下で焼結し、セラミックス基材を得た。得られたセラ
ミックス基材の物性を表1に示す。
[Examples] After sintering, the main material and, if necessary, the auxiliary agents were mixed in the proportions shown in Table 1, and ethanol was used as a solvent, followed by mixing in a ball mill for 24 hours. The obtained mixture was dried and then sintered under the temperature and atmosphere shown in Table 1 to obtain a ceramic substrate. Table 1 shows the physical properties of the obtained ceramic substrate.

【0037】[0037]

【表1】 [Table 1]

【0038】表1の結果から明らかなとおり、本発明の
セラミックス基材は、熱伝導率が10W/K・m以上、
0℃〜50℃間の熱膨張係数が7×10-6/℃以下、ヤ
ング率が200GPa以上であった。したがって、この
ようなセラミックス基材からなる冷却プレートを使用す
ることにより、露光処理時などの温度上昇に対しても十
分な排熱性を示し、熱膨張を低く抑えて、高精度のウェ
ハの加工を可能とし、回路の微細化にも十分に対応でき
ることがわかった。
As is clear from the results shown in Table 1, the ceramic substrate of the present invention has a thermal conductivity of 10 W / K · m or more,
The coefficient of thermal expansion between 0 ° C. and 50 ° C. was 7 × 10 −6 / ° C. or less, and the Young's modulus was 200 GPa or more. Therefore, by using a cooling plate made of such a ceramic base material, sufficient heat exhaustion is exhibited even when the temperature rises during exposure processing, thermal expansion is kept low, and high-precision wafer processing is possible. It was made possible and it was found that the circuit could be miniaturized sufficiently.

【0039】その後、図1〜図3に示すように、溝加工
などの機械加工をし、表2に示す条件で接合した。接合
後、仕上げ加工をし、冷却プレートを得た。得られた冷
却プレートに3気圧の水を注入したが、水漏れは起こら
なかった。
After that, as shown in FIGS. 1 to 3, mechanical processing such as grooving was performed, and joining was performed under the conditions shown in Table 2. After joining, finishing processing was performed to obtain a cooling plate. Water of 3 atm was injected into the obtained cooling plate, but no water leakage occurred.

【0040】[0040]

【表2】 [Table 2]

【0041】今回開示された実施の形態および実施例は
すべての点で例示であって制限的なものではないと考え
られるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではな
くて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ
とが意図される。
The embodiments and examples disclosed this time must be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description but by the claims, and is intended to include meanings equivalent to the claims and all modifications within the scope.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明によれば、露光処理時などにおい
て、ウェハの温度を一定にして熱歪みを防ぐための排熱
性と、高い処理精度を実現するための高剛性および低熱
膨張性をいずれも兼ね備えるセラミックス製冷却プレー
トを提供することができる。この冷却プレートは、特
に、露光装置用真空チャック、ウェハ研磨装置用真空チ
ャックなどの真空チャックを保持する冷却プレートとし
て有用であり、半導体製造装置や液晶製造装置に利用す
ることができる。
According to the present invention, at the time of exposure processing and the like, both of heat exhaustion for keeping the temperature of the wafer constant to prevent thermal distortion and high rigidity and low thermal expansion for realizing high processing accuracy are provided. It is possible to provide a ceramic cooling plate that also has the above-mentioned features. This cooling plate is particularly useful as a cooling plate that holds a vacuum chuck such as a vacuum chuck for an exposure apparatus and a vacuum chuck for a wafer polishing apparatus, and can be used for a semiconductor manufacturing apparatus or a liquid crystal manufacturing apparatus.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の冷却プレートと、真空チャックと、
ウェハと、を積層する前の状態を示す断面図である。
FIG. 1 shows a cooling plate of the present invention, a vacuum chuck,
It is sectional drawing which shows the state before stacking | stacking a wafer.

【図2】 冷却プレートの平面図を示し、(a)は、冷
却プレートの上面に多数の凸部が配設されている例を示
し、(b)は、真空吸引経路がおよそ同心円状である例
を示す。
2A and 2B are plan views of a cooling plate, FIG. 2A shows an example in which a large number of convex portions are arranged on the upper surface of the cooling plate, and FIG. 2B shows a vacuum suction path which is approximately concentric. Here is an example:

【図3】 2枚のセラミックス基材を積層してなる冷却
プレートを製造する場合に、下側に積層するセラミック
ス基材の平面図を示す。
FIG. 3 is a plan view of a ceramic base material to be laminated on the lower side when manufacturing a cooling plate formed by laminating two ceramic base materials.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 冷却プレート、2 真空チャック、3 ウェハ、1
1,31 冷却媒体経路、12,22 真空吸引経路、
13,23 凸部、26 真空吸引口、37冷却媒体入
口、38 冷却媒体出口。
1 cooling plate, 2 vacuum chuck, 3 wafer, 1
1,31 Cooling medium path, 12,22 Vacuum suction path,
13, 23 Convex part, 26 Vacuum suction port, 37 Cooling medium inlet, 38 Cooling medium outlet.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ウェハを固定する真空チャックを保持す
るための冷却プレートであって、熱伝導率が10W/K
・m以上、0℃〜50℃間の熱膨張係数が7×10-6
℃以下、ヤング率が200GPa以上のセラミックス基
材からなり、内部に真空吸引経路および冷却媒体経路が
配設されている冷却プレート。
1. A cooling plate for holding a vacuum chuck for fixing a wafer, which has a thermal conductivity of 10 W / K.
・ The coefficient of thermal expansion between m and 0 ° C to 50 ° C is 7 × 10 -6 /
A cooling plate made of a ceramic base material having a Young's modulus of 200 GPa or more at a temperature of ℃ or less, and a vacuum suction path and a cooling medium path are provided inside.
【請求項2】 溝加工を施したセラミックス基材を含む
複数のセラミックス基材を積層した状態で、各基材同士
が金属系接合材層または無機系接合材層を介して接合さ
れることにより、前記溝加工を施したセラミックス基材
との接合面に真空吸引経路または冷却媒体経路が配設さ
れている請求項1に記載の冷却プレート。
2. A plurality of ceramic base materials including a grooved ceramic base material are laminated, and the base materials are bonded to each other via a metal-based bonding material layer or an inorganic-based bonding material layer. The cooling plate according to claim 1, wherein a vacuum suction path or a cooling medium path is disposed on a joint surface with the grooved ceramic base material.
【請求項3】 前記セラミックス基材は、アルミナ、炭
化ケイ素、窒化ケイ素および窒化アルミニウムのうちの
いずれか1つを主成分とし、該主成分の含有量が80質
量%以上であることを特徴とする請求項1に記載の冷却
プレート。
3. The ceramic base material contains, as a main component, any one of alumina, silicon carbide, silicon nitride and aluminum nitride, and the content of the main component is 80% by mass or more. The cooling plate according to claim 1.
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