DD252707A1

DD252707A1 - TEMPERATURE WORKPIECE BRACKET

Info

Publication number: DD252707A1
Application number: DD29447186A
Authority: DD
Inventors: Udo Berger; Christian Weber
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1986-09-17
Filing date: 1986-09-17
Publication date: 1987-12-23

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine temperierbare Werkstueckhalterung, die versehen mit Mitteln zur Uebertragung eines Unterdruckes an ein Werkstueck, insbesondere einen Halbleiterwafer, als Halterung in Vorrichtungen zur Herstellung elektronischer Schaltkreise und zur Messung deren elektrischer Parameter dient, eine im wesentlichen homogene Temperaturverteilung im zu bearbeitenden Halbleiterwafer bei geringer Masse der Auflageplatte fuer den Halbleiterwafer gestattet und eine grosse Dynamik der Waermeleitung zum Halbleitermaterial aufweist. Die fuer den Waermetransport massgeblichen Stirnflaechen weisen dabei einen entlang dieser Flaechen gleich grossen Anpressdruck auf, welcher durch einen pulverfoermig elektrisch isolierenden Stoff zwischen den Stirnflaechen bei erzeugter definierter Rauhigkeit der ueber den Isolator korrespondierenden Stirnflaechen erzielt wird. Fig. 1The invention relates to a heatable workpiece holder, which is provided with means for transmitting a negative pressure to a workpiece, in particular a semiconductor wafer, as a holder in devices for producing electronic circuits and for measuring their electrical parameters, a substantially homogeneous temperature distribution in the semiconductor wafer to be processed allowed at low mass of the support plate for the semiconductor wafer and has a great dynamics of the heat transfer to the semiconductor material. The relevant for the heat transport Stirnflaechen have a along these surfaces equal contact pressure, which is achieved by a pulverfoermig electrically insulating material between the Stirnflaechen when generated defined roughness of the corresponding over the insulator Stirnflaechen. Fig. 1

Description

Object of the invention

Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer temperierbaren Werkstückhalterung, insbesondere für Halbleiterwafer, der eine im wesentlichen homogene Temperaturverteilung im Halbleiterwafer bei homogener Temperaturverteilung der Auflageplatte und einer geringen Masse vornehmlich der Auflageplatte für den Halbleiterwerfer gestattet und eine große Dynamik der Wärmeleitung zum Halbleitermaterial aufweist.The aim of the invention is to provide a heatable workpiece holder, in particular for semiconductor wafer, which allows a substantially homogeneous temperature distribution in the semiconductor wafer at a homogeneous temperature distribution of the support plate and a low mass primarily the support plate for the semiconductor projector and has a large dynamics of heat conduction to the semiconductor material.

Characteristics of the essence of the invention

Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde, eine temperierbare Werkstückhalterung zu schaffen, bei der der Anpreßdruck der miteinander im Kontakt befindlichen wärmeübertragenden Stirnflächen zwischen Isolator, Auflageplatte und Werkstückhalterungsgrundkörper für die gesamte Kontaktfläche im wesentlichen gleich groß ist. Diese Aufgabe wird bei einer temperierbaren Werkstückhalterung, bestehend aus einer Auflageplatte, versehen mit Mitteln zur Übertragung eines Unterdruckes an ein Werkstück, insbesondere einen Halbleiterwafer und einen mit Mitteln zum Heizen und Kühlen versehenen Werkstückhalterungsgrundkörper, deren zugewandte Stirnflächen thermisch leitend verbunden sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede der zugewandten Stirnflächen eine erzeugte definierte Rauhigkeit aufweist und zwischen diesen beiden zugewandten Stirnflächen ein pulverförmiger elektrisch isolierender Stoff, dessen Korngröße klein gegenüber der Schichtdicke der elektrisch isolierenden Schicht ist, vorgesehen ist, und daß die Rauhigkeit der Stirnflächen im wesentlichen die Rauhigkeit der jeder Stirnfläche zugewandten Oberfläche der pulverförmigen Schicht aufweist. Die Erfindung wird vorteilhaft dadurch ausgestaltet, daß Quarzpulver zwischen den Stirnflächen vorgesehen ist.The invention is based on the object to provide a temperature-controlled workpiece holder, wherein the contact pressure of the heat-transmitting end faces in contact with each other between insulator, support plate and workpiece holder base body for the entire contact surface is substantially equal. This object is achieved according to the invention in a heatable workpiece holder consisting of a support plate provided with means for transmitting a negative pressure to a workpiece, in particular a semiconductor wafer and a workpiece holder base body provided with means for heating and cooling, whose facing end surfaces are thermally conductively connected, that each of the facing end surfaces has a defined defined roughness and between these two facing end faces a powdered electrically insulating material whose grain size is small compared to the layer thickness of the electrically insulating layer is provided, and that the roughness of the end faces substantially the roughness of each end face having facing surface of the powdery layer. The invention is advantageously configured in that quartz powder is provided between the end faces.

embodiment

Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung Fig. 1 näher erläutert. Die temperierbare Werkstückhalterung besteht aus einer zylinderförmigen Auflageplatte 1, die über einen zentralsymmetrisch angeordneten hohlzylinderförmigen Mittelzapfen 2 verfügt, der den Werkstückhalterungsgrundkörper 3 durchragt und mit auf der Zeichnung nicht dargestellten Mitteln zur Erzeugung eines Vakuums verbunden ist. Die in der Auflageplatte 1 dargestellte, das Vakuum an die Halbleitersubstratscheibe 4 vermittelnde Bohrung 5, ist über einen Sammelkanal 6 mit hohlzylindrischen Mittelzapfen 2 verbunden. Der hohlzylinderförmige Werkstückhalterungsgrundkörper 3 weist neben seiner zentralsymmetrischen Durchbohrung 7 für den Mittelzapfen 2 eine weitere ringförmige Ausnehmung 8 auf. In dieser ringförmigen Ausnehmung 8, sind Mittel zur Beheizung 9, der temperierbaren Werkstückhalterung an der Stirnfläche 3', des Werkstückhalterungsgrundkörpers 3 zugewandten Oberfläche 10 der ringförmigen Ausnehmung 8, angeordnet. Weiterhin weist die ringförmige Ausnehmung 8 eine Zuführung 11 zur Einleitung kühlender Medien auf. An den Werkstückhalterungsgrundkörper 3 ist eine Kühlbaugruppe 18 angeordnet, die in ihrem Inneren über eine Ausnehmung 12 verfügt, die mit einer Zuführung 13 zur Einleitung kühlender Medien versehen ist. Diese Kühlbaugruppe 18 wirkt in Richtung der Aufnahme der temperierbaren Werkstückhalterung in einen Substratscheibenbearbeitungs-, bzw. Testgerät. Zwischen den sich durch die zugewandten Stirnflächen 1'und 3'der Auflageplatte 1 und des Werkstückhalterungsgrundkörpers 3 ausbildenden Spalt 14, ist eine Schicht Quarzpulver 15, vorgesehen. Zur Lagestabilisierung des Quarzpulvers ist die Auflageplatte 1 in Richtung ihrer Stirnfläche 1' mit einer Verjüngung versehen, die unter Beibehaltung der Spaltstärke entlang eines Teils der Mantelfläche der Auflageplatte 1 mit einer Ausnehmung im Werkstückhalterungsgrundkörper 3 korrespondiert. Die Aufnahmeplatte 1 ist dadurch elektrisch leitend gegenüber dem Werkstückhalterungsgrundkörper isoliert. Aufnahmeplatte 1 und Werkstückhalterungsgrundkörper 3 sind durch Verbindungselemente 16 unter Gewährleistung der elektrischen Isolation der Auflageplatte 1 miteinander verbunden. Zur Feststellung und Steuerung der jeweiligen Temperatur der Auflagenplatte 1 befindet sich in dieser ein Temperaturfühler 17. Vom Temperaturfühler 17 führt eine auf der Zeichnung nicht dargestellte Signalleitung zu einerTemperaturanzeigeundzu einem Heizungssteuerungssystem. Die durch das Heizungssteuerungssystem betriebene Heizung 9, erwärmt den Werkstückhalterungsgrundkörper 3. Dabei erwärmt sich durch die auftretende Wärmeleitung über die Quarzpulverschicht 15 hinaus auch die Auflageplatte 1 der temperierbaren Werkstückhalterung. Da die über die Quarzpulverschicht korrespondierenden Stirnflächen 1' und 3'der Auflageplatte 1 und des Werkstückhalterungsgrundkörpers 3 über eine erzeugte definierte Rauhigkeit verfügen, und diese Rauhigkeit durch die Quarzpulverschicht im wesentlichen vollständig ausgefüllt ist, wird eine schnelle Wärmeleitung und homogene Temperaturverteilung zu der der Oberfläche der Halbleitersubstratscheibe 4 zugewandten Oberfläche der Auflageplatte 1 erreicht, die sich bei entsprechender Auflage der Halbleitersubstratscheibe 4 auf der Oberfläche der Auflageplatte 1 in der Halbleitersubstratscheibe reproduziert.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment with reference to the drawing FIG. The heatable workpiece holder consists of a cylindrical support plate 1, which has a centrally symmetrical hollow cylindrical center pin 2, which projects through the workpiece holder base body 3 and is connected to means not shown in the drawing for generating a vacuum. The illustrated in the support plate 1, the vacuum to the semiconductor substrate wafer 4 mediating hole 5 is connected via a collecting channel 6 with hollow cylindrical center pin 2. The hollow cylindrical workpiece holder base body 3 has, in addition to its centrally symmetrical through hole 7 for the center pin 2, a further annular recess 8. In this annular recess 8, means for heating 9, the temperature-controlled workpiece holder on the end face 3 ', the workpiece holder base body 3 facing surface 10 of the annular recess 8 are arranged. Furthermore, the annular recess 8 has a feed 11 for introducing cooling media. To the workpiece holder base body 3, a cooling assembly 18 is arranged, which has in its interior a recess 12 which is provided with a feed 13 for introducing cooling media. This cooling assembly 18 acts in the direction of receiving the temperature-controlled workpiece holder in a Substratscheibenbearbeitungs-, or test device. Between the facing through the facing end faces 1 'and 3'der the support plate 1 and the workpiece holder base body 3 gap 14, a layer of quartz powder 15, is provided. To stabilize the position of the quartz powder, the support plate 1 is provided in the direction of its end face 1 'with a taper which, while maintaining the gap thickness along a part of the lateral surface of the support plate 1 with a recess in the workpiece holder base body 3 corresponds. The receiving plate 1 is characterized electrically isolated from the workpiece holder base body. Receiving plate 1 and workpiece holder base body 3 are connected to each other by connecting elements 16 while ensuring the electrical insulation of the support plate 1. For detecting and controlling the respective temperature of the platen 1, a temperature sensor 17 is provided therein. From the temperature sensor 17, a signal line not shown in the drawing leads to a temperature display and a heating control system. The heater 9, which is operated by the heating control system, heats the workpiece holder base body 3. In this case, the support plate 1 of the temperature-controllable workpiece holder also heats up as a result of the occurring heat conduction beyond the quartz powder layer 15. Since the front surfaces 1 'and 3' of the support plate 1 and the workpiece support base body 3 corresponding to the quartz powder layer have a defined roughness, and this roughness is substantially completely filled by the quartz powder layer, rapid heat conduction and homogeneous temperature distribution to that of the surface of the Semiconductor substrate disc 4 facing surface of the support plate 1 is achieved, which reproduces with appropriate support of the semiconductor substrate wafer 4 on the surface of the support plate 1 in the semiconductor substrate wafer.

Claims

1. Temperierbar workpiece holder, consisting of a support plate, provided with means for transmitting a negative pressure to a workpiece, in particular a semiconductor wafer and provided with means for heating and cooling workpiece holder base body, the facing end faces are thermally conductively connected, characterized in that each of the facing End faces has a generated defined roughness and between these two facing end faces a powdered electrically insulating material whose grain size is small compared to the layer thickness of the electrically insulating layer is provided, and that the roughness of the end faces substantially the roughness of each end face facing surface of the powdery Layer has.

2. Temperable workpiece holder according to item 1, characterized in that quartz powder is provided between the end faces.

For this 1 page drawing

Field of application of the invention

The invention relates to a temperature-controlled workpiece holder, which is provided with means for transmitting a negative pressure to a workpiece, in particular a semiconductor wafer ^, as a holder in devices for producing electronic circuits and for measuring their electrical parameters.

Characteristic of the known technical solutions

In various processing operations of the production of electronic circuits, also in the measurement of the electrical parameters of semiconductor substrate discs, it is unavoidable to hang the semiconductor substrate disc on one side, to fix it in this position and to temper the substrate disc by means of a heating element arranged in the main body of the workpiece holder. For example, in known devices for measuring the electrical parameters of semiconductor substrate discs a temperature-controlled workpiece holder is used, which has a metallic support plate for the semiconductor substrate wafer and this in turn is connected via a good insulating solid body with the workpiece holder base body. In the workpiece holder base body heating elements and means for supplying cooling media are arranged. The electrically insulating solid body must have a good thermal conductivity in addition to a sufficient electrical insulation. In most cases, therefore, this body consists of a mica or sapphire disc, abut each one of the end faces of the metallic support plate and the workpiece holder base body and this can be positively or positively connected to one another via the insulator disk. To ensure sufficient heat conduction from the heater in the workpiece holder base body via the workpiece holder base body and the insulator disk to the metallic support plate for the semiconductor wafer, the end faces of the insulator disk and the end surfaces of the workpiece holder base body and the platen adjacent thereto and contacting them are planar and in close contact with each other. In order to achieve the most homogeneous possible distribution of the temperature in the support plate for the semiconductor wafer, a uniform contact pressure, along the end faces of the metallic support plate and the workpiece holder Grurgdkörpers containing the heater on the end faces of the insulator disk, is necessary. A mechanical connection of the platen and the workpiece support base body via the insulator disc does not ensure a uniform contact pressure for larger surface units of the end surfaces due to the real flatness of the surfaces which correspond to one another. Since each of the corresponding surfaces is not ideal flat, it comes between the surfaces essentially to form a three-point support. A direct heat conduction is thus only at these support points. Another disadvantage of the direct heat conduction is given by the existing undefined surface roughness in the corresponding surfaces, whereby the effective surface for the direct heat conduction surface is further reduced. The temperature gradients occurring as a result of the heating of the platen and the workpiece holder body lead to stresses in these bodies, up to bending and distortions of these bodies, whereby the effective area for the direct heat conduction can again reduce, whereby the reproducibility of the temperature control of the semiconductor wafer difficult. The resulting inhomogeneities of the distribution of the temperature in the support plate for the semiconductor wafer can be minimized only by a larger material thickness of the support plate for the semiconductor wafer. The associated necessary increase in weight and enlargement of the dimensions of the workpiece holder has a negative effect on the ability to move the entire workpiece holder within a positioning device.