JP2014179606A - 半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】 本発明は、静電チャックに備わったエッジリングを効果的に冷却できるようになる新しい構造の半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュールに関する。
【解決手段】 本発明による半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュールは、電子冷却素子（３２）を使ってエッジリング（２０）の熱を強制的に上記の大径部（１１）の上面に排出してエッジリング（２０）を冷却するため、エッジリング（２０）の温度分布がチャックボディ（１０）の小径部（１２）上面と似ている分布を持つように効果的に冷却し、半導体製造時に不良発生の可能性を減らし、収率を伸ばせる長所がある。
【選択図】 図３

Description

本発明は、半導体製造用チャックに備えられるエッジリングを効果的に冷却することができるようになる新しい構造の半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュールに関するものである。
一般的に、半導体製造に使用される静電チャック（ＥＳＣ ｃｈｕｃｋ）は図１及び図２に図示したもののように、円盤形の大径部（１１）及び上記の大径部（１１）に比べ径の小さい円盤形を成すように、上記の大径部（１１）の上面中央部から上側に突出した小径部（１２）で構成されるチャックボディ（１０）と、上記の小径部（１２）の外部に結合されたエッジリング（２０）で構成され、上記のチャックボディ（１０）には図示されない静電気発生手段が備わり、上記の静電気発生手段でチャックボディ（１０）に静電気を発生して小径部（１２）の上面に配置されたウエハを固定できるように構成される。
このような静電チャックの構成については、特許文献１を始め多数の先行文件に詳しく示されているため、詳しい説明は略する。
一方、このような静電チャックを使って半導体を制作する際は、静電チャックの上面にウエハを固定し、プラズマを使ってウエハを加工することで、上記の静電チャックの上面が高温で加熱される。
従って、このような静電チャックは、上記のチャックボディ（１０）に冷却水を利用した冷却手段を備え、チャックボディ（１０）の上面が均一の温度分布を持つように冷却できるようにしている。
ところが、このような静電チャックは、上記のチャックボディ（１０）のみに冷却手段が備わり、チャックボディ（１０）を冷却することはできるが、上記のエッジリング（２０）を熱分冷却することは出来なかった。
従って、エッジリング（２０）上面の温度が不均一になり、そのためウエハを加工して半導体を製造する工程において、不良が発生する可能性が高くなる問題点があった。
このような問題点は、前述した静電チャック以外に、上段にエッジリングが備わったすべての種類の半導体製造用チャックにおいて同様に発生した。
従って、このような問題点を解決できる新しい方法が必要になった。
特許公開第２００３−４３０１３号公報
本発明は上記の問題点を解決するためのものとして、静電チャックに備わったエッジリングを効果的に冷却できるようになる新しい構造の半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュールを提供することにその目的がある。
上記の目的を達成するための本発明は、円盤形の大径部（１１）及び上記の大径部（１１）に比べて径の小さい円盤形を成すように上記の大径部（１１）の上面中央部から上側に突出した小径部（１２）で構成されたチャックボディ（１０）と、上記の小径部（１２）の外部に結合したエッジリング（２０）を含める静電チャックにおいて、上記のエッジリング（２０）に対応するリング形で構成された下部熱伝導リング（３１）と、上記の下部熱伝導リング（３１）の上面に密着固定される電子冷却素子（３２）と、上記のエッジリング（２０）に対応するリング形で構成されて上記の電子冷却素子（３２）の上面に密着固定される上部熱伝導リング（３３）を含めるが、上記の下部熱伝導リング（３１）が上記の大径部（１１）の上面に密着固定されるように上記の小径部（１２）の外側に差し込まれ、上記のエッジリング（２０）は上記の上部熱伝導リング（３３）の上面に密着されるように結合されることを特徴とする半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュールが提供される。
また、本発明のほかの特徴によると、上記の下部熱伝導リング（３１）及び上部熱伝導リング（３３）の内径は上記の小径部（１２）の外径より大きく構成され、下部熱伝導リング（３１）と上部熱伝導リング（３３）の内周面が上記の小径部（１２）の外周面から離隔されることをその特徴とする半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュールが提供される。
なお、本発明のほかの特徴によると、上記の下部熱伝導リング（３１）と上部熱伝導リング（３３）との間に上記の電子冷却素子（３２）の外部を包むように配置され、上下面が上記の下部熱伝導リング（３１）の上面及び上部熱伝導リング（３３）の下側面に密着されるリング形のインシュレーター（３４）も含むことをその特徴とする半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュールが提供される。
なお、本発明のほかの特徴によると、上記の下部熱伝導リング（３１）及び上部熱伝導リング（３３）はセラミックやジルコニウムあるいは石英材質から成り、半導体製造時に使用されるプラズマにより上記の電子冷却素子（３２）が影響を受けることを防げるようになったことをその特徴とする半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュールが提供される。
本発明による半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュールは、電子冷却素子（３２）を使ってエッジリング（２０）の熱を強制に上記の大径部（１１）の上面に排出しエッジリング（２０）を冷却するため、エッジリング（２０）の温度分布がチャックボディ（１０）の小径部（１２）上面と似ている分布を持つように効果的に冷却し、半条体製造時に不良の発生可能性を減らし、収率を伸ばせる長所がある。
従来の静電チャックを図示した側断面図である。 従来の静電チャックの分解状態を図示した側断面図である。 本発明によるエッジリング冷却モジュールが備わった静電チャックを図示した側断面図である。 本発明による半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュールの分解斜視図である。 本発明によるエッジリング冷却モジュールが備わった静電チャックの分解状態の側断面図である。
以下、本発明について添付の例示図面に基づいて詳しく説明する。
図３ないし図５は、本発明による半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュールを図示したものであり、静電気を使ってウエハを据え付ける静電チャックに適用されたことを例示したものである。
これによると、上記の静電チャックは円盤形の大径部（１１）及び上記の大径部（１１）に比べ径が小さな円盤形を成すように上記の大径部（１１）の上面中央部から上側に突出した小径部（１２）で構成されたチャックボディ（１０）と、上記の小径部（１２）の外部に結合されたエッジリング（２０）で構成されたことは従来と同様である。
その際、上記のチャックボディ（１０）には図示されない静電気発生手段並びに冷却手段が備わり、チャックボディ（１０）が静電気を持つようにして、チャックボディ（１０）の上面にウエハを据え付けると同時に、静電チャックにウエハを固定した状態でプラズマを使って半導体を製造する時にプラズマによって加熱されたチャックボディ（１０）を適切な温度まで冷却できるように構成される。
それから、本発明による半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュール（３０）は、上記のエッジリング（２０）の下側面に密着され、エッジリング（２０）の熱を上記の大径部（１１）の上面に放出できるように構成される。
これを詳しく説明すると、上記のエッジリング冷却モジュール（３０）は、上記のエッジリング（２０）に対応するリング形で構成された下部熱伝導リング（３１）と、上記の下部熱伝導リング（３１）の上面に密着固定された電子冷却素子（３２）と、上記のエッジリング（２０）に対応するリング形で構成されて上記の電子冷却素子（３２）の上面に密着固定される上部熱伝導リング（３３）と、上記の電子冷却素子（３２）の外部を包むように配置されるインシュレーター（３４）を含めるが、上記の下部熱伝導リング（３１）が上記の大径部（１１）の上面に密着固定されるように上記の小径部（１２）の外側に差し込まれ、上記のエッジリング（２０）は上記の上部熱伝導リング（３３）の上面に密着されるように結合される。
上記の下部熱伝導リング（３１）は、熱伝導率が高いながらプラズマを遮る機能のある材質で構成される。
望ましくは、上記の下部熱伝導リング（３１）は、石英材質で構成される。
上記の電子冷却素子（３２）は、電源を認可すれば上面の熱を吸収して下側面に排出するように構成されたものであり、多数個で構成されて上記の下部熱伝導リング（３１）の上面に一定間隔で備われる。
上記の上部熱伝導リング（３３）は、熱伝導率が高いながらプラズマを遮る機能のある材質で構成される。
望ましくは、上記の上部熱伝導リング（３３）は、セラミックあるいはジルコニウムで構成される。
上記のインシュレーター（３４）は、前述の下部熱伝導リング（３１）及び上部熱伝導リング（３３）のように、プラズマを遮る機能のあるセラミックやジルコニウムあるいは石英材質で構成されたものであり、図３に図示したように、内径が上記の電子冷却素子（３２）の成す円より大きいリング形で構成され、上下面が上記の下部熱伝導リング（３１）の上面並びに上部熱伝導リング（３３）の下側面に密着するように上記の下部熱伝導リング（３１）と上部熱伝導リング（３３）との間に配置される。
その時、上記の下部熱伝導リング（３１）及び上部熱伝導リング（３３）は、外径が上記の大径部（１１）の外径と対応するように構成され、内径は上記の小径部（１２）の外径より大きく構成され、図３に図示したように、下部熱伝導リング（３１）及び上部熱伝導リング（３３）を設けた際、上記の下部熱伝導リング（３１）及び上部熱伝導リング（３３）の内周面が上記の小径部（１２）の外周面から離隔するように構成される。
従って、上記の下部熱伝導リング（３１）の下側面が上記の大径部（１１）の上面に密着するようにエッジリング冷却モジュール（３０）を固定してから、エッジリング冷却モジュール（３０）の上面に上記のエッジリング（２０）を密着固定して静電チャックの組立が完了できる。
それから、上記の電子冷却素子（３２）に電源を認可すれば、上記の電子冷却素子（３２）が上記の上部熱伝導リング（３３）の熱を吸収し、上記の下部熱伝導リング（３１）を通じて大径部（１１）の上面に熱を排出する。
従って、上記の半導体製造時プラズマによって加熱されたエッジリング（２０）の熱は上記の上部熱伝導リング（３３）並びに電子冷却素子（３２）及び下部熱伝導リング（３１）を通じてチャックボディ（１０）の大径部（１１）上面に放出され、上記のチャックボディ（１０）に備わった冷却手段によって冷却される。
このように構成された半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュールは、電子冷却素子（３２）を使ってエッジリング（２０）の熱を強制的に上記の大径部（１１）の上面に排出してエッジリング（２０）を冷却するため、エッジリング（２０）の温度分布がチャックボディ（１０）の小径部（１２）上面と似ている分布を持つように効果的に冷却し、半条体製造時に不良の発生可能性を減らし、収率を伸ばすことができる長所がある。
それから、上記の下部熱伝導リング（３１）及び上部熱伝導リング（３３）の内径は、上記の小径部（１２）の外径より大きく構成され、下部熱伝導リング（３１）及び上部熱伝導リング（３３）の内周面が小径部（１２）の外周面から離隔するため、小径部（１２）の熱が上記の下部熱伝導リング（３１）及び上部熱伝導リング（３３）に伝達され、エッジリング冷却モジュール（３０）の冷却性能の低下を防ぐことができる長所がある。
また、上記の下部熱伝導リング（３１）と上部熱伝導リング（３３）との間に電子冷却素子（３２）の外部を包むリング形のインシュレーター（３４）が備わり、半導体製造時に使用されるプラズマが上記の下部熱伝導リング（３１）及び上部熱伝導リング（３３）の囲 部に形成されたすき間を通じて上記の電子冷却素子（３２）に作用し電子冷却素子（３２）に作動誤謬が生じたり、電子冷却素子（３２）がプラズマによって傷つくことを防ぐことができる長所がある。
また、上記の下部熱伝導リング（３１）及び上部熱伝導リング（３３）は、熱伝導率が高いながらプラズマを遮る機能のあるセラミックやジルコニウムあるいは石英で構成するため、プラズマが下部熱伝導リング（３１）及び上部熱伝導リング（３３）を通じて電子冷却素子（３２）に影響することを防げるという長所がある。
本実施例の場合、上記のエッジリング冷却モジュールは静電チャックに適用することを例示したが、本発明によるエッジリング冷却モジュールは静電チャックのほかに上段にエッジリングを備わったすべての種類の半導体製造用チャックにすべて適用できる。
なお、上記の電子冷却素子（３２）は多数個で構成され、上記の下部熱伝導リング（３１）の上面に一定間隔で備わったことを例示したが、上記の電子冷却素子（３２）を上記の下部熱伝導リング（３１）の上面に対応するリング形で構成することも可能である。
１０． チャックボディ
１１． 大径部
１２． 小径部
２０． エッジリング
３０． エッジリング冷却モジュール
３１． 下部熱伝導リング
３２． 電子冷却素子
３３． 上部熱伝導リング
３４． インシュレーター

Claims (4)

  1. 円盤形の大径部（１１）及び上記の大径部（１１）に比べ径の小さい円盤形を成すように上記の大径部（１１）の上面中央部から上側に突出した小径部（１２）で構成されたチャックボディ（１０）と、
    上記の小径部（１２）の外部に結合されたエッジリング（２０）を含める静電チャックにおいて、
    上記のエッジリング（２０）に対応するリング形で構成された下部熱伝導リング（３１）と、
    上記の下部熱伝導リング（３１）の上面に密着固定された電子冷却素子（３２）と、
    上記のエッジリング（２０）に対応するリング形で構成され、上記の電子冷却素子（３２）の上面に密着固定される上部熱伝導リング（３３）を含めるが、
    上記の下部熱伝導リング（３１）が上記の大径部（１１）の上面に密着固定されるように上記の小径部（１２）の外側に差し込まれ、
    上記のエッジリング（２０）は上記の上部熱伝導リング（３３）の上面に密着されるように結合することを特徴とする半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュール。
  2. 請求項１において、
    上記の下部熱伝導リング（３１）及び上部熱伝導リング（３３）の内径は、上記の小径部（１２）の外径に比べ大きく構成され、
    上記の下部熱伝導リング（３１）及び上部熱伝導リング（３３）の内周面が上記の小径部（１２）の外周面から離隔されることを特徴とする半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュール。
  3. 請求項１において、
    上記の下部熱伝導リング（３１）と上部熱伝導リング（３３）との間に上記の電子冷却素子（３２）の外部を包むように配置され、上下面が上記の下部熱伝導リング（３１）の上面及び上部熱伝導リング（３３）の下側面に密着するリング形のインシュレーター（３４）をも含めることを特徴とする半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュール。
  4. 請求項１において、
    上記の下部熱伝導リング（３１）及び上部熱伝導リング（３３）は、セラミックやジルコニウムあるいは石英材質で構成され、
    半導体製造時に使用されるプラズマによって上記の電子冷却素子（３２）が影響を受けることを防げるようになったことを特徴とする半導体製造用チャックのエッジリング冷却モジュール。
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