JP2018525812A - 静電チャックのための熱遮蔽 - Google Patents
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Abstract
加熱静電チャックとベースとの間に配置することができる熱遮蔽を開示する。該熱遮蔽は、１ミルと５ミルとの間の厚さを有するポリイミド膜などの熱絶縁体を備える。前記ポリイミド膜は、一面の上に、アルミ二ウムなどの反射材料の層で覆われる。前記反射材料の層は３０ナノメートルと１００ナノメートルとの間である。前記反射材料の層が、前記チャックに、より近くなるように、前記熱遮蔽は配置される。前記反射材料の層が薄いため、前記熱遮蔽は顕著な量の熱を保持しない。さらに、前記熱遮蔽の温度は前記ポリイミド膜のガラス転移温度よりはるかに低いままである。
Description
本発明の実施形態は、静電チャックのための熱遮蔽に関し、もっと具体的には、本発明は、加熱静電チャックをベースから隔離するための熱遮蔽に関する。
半導体デバイスの製造は、複数の個別の複雑なプロセスを含む。半導体基板は、典型的に、製造プロセス中、多くのプロセスを経る。基板が処理される時に、基板は、典型的に、チャックに締め付けられる。この締め付けは、本質的に、機械的又は静電的とすることができる。静電チャックは、従来、複数の層から成る。頂部誘電体層としても呼ばれる頂部層は、頂部層が、ショートを創生せずに、静電界を生じるため、基板に接触し、電気絶縁の又は半導体の材料で作られている。静電力を創生するために、複数の電極を頂部誘電体層の下に配置することができる。複数の電極は、金属などの電気電導材料から作られる。
特定のアプリケーションにおいて、イオン注入は結晶の欠陥及びアモルファス化の結果となり得る。この結晶損傷は、アニーリングとして知られる熱処理により、復元することができることが、よくある。しかしながら、特定の高ドーズ注入及びデバイス構造に対して、典型的な注入後アニーリングは、注入により引き起こされた全ての損傷を復元するには十分でないかも知れない。注入プロセス中の基板の加熱により、基板の損傷を低減することが知られ、アニールプロセス中の再成長を促進するため、もっと結晶構造を保つことが知られている。
基板が静電力により適所に保たれる時など、ワークピースとチャックとの間に捕らえられたガスの使用によるなど、基板は典型的に接触により加熱される。基板は、また、チャックにより、直接、加熱することができる。両方の実施形態において、熱は、チャックにより、基板のより下の表面に加えられる。したがって、チャックは、上昇温度に維持され、基板が加熱されることを引き起こす。
しかしながら、特定の実施形態において、加熱チャックは、ベースにごく接近している。特定の実施形態において、加熱チャックは、約３/８インチの厚さにすることができ、約５００℃以上に加熱することができる。ベースは、また、約３/８インチの厚さにすることができ、水冷却の使用により、室温又は、その近くにすることができる。
チャック及びベースは、良くない熱導体であるセラミックのワッシャの使用によるなどで、約１/８インチ以下だけ分離することができる。加熱チャックとベースとの間の温度差は、何百度にも、することができる。ベースは、熱をチャックから取り出す熱シンクとして機能することができる。特定の実施形態において、金属熱遮蔽を加熱チャックとベースとの間に配置する。しかしながら、従来の金属熱遮蔽は問題になり得る。例えば、金属は優れた熱導体であるため、金属熱遮蔽は、ほとんどチャックの温度まで加熱することができる。これにより、金属熱遮蔽の変形を引き起し得て、金属熱遮蔽とチャックとの間、及び、金属熱遮蔽とベースとの間の接触の可能性を引き起し得る。チャックは、典型的に、セラミックの材料で作られているため、これにより、チャックに熱応力を引き起し得て、これにより、材料の疲労又は亀裂を引き起し得る。
加熱チャックをベースから効果的に熱的に隔離する熱遮蔽があれば、有益であろう。さらに、この熱遮蔽が、チャック及びベースを、変形することなく、ごく接近させることができれば、有益であろう。
加熱静電チャックとベースとの間に配置することができる熱遮蔽を開示する。該熱遮蔽は、１ミルと５ミルとの間の厚さを有するポリイミド膜などの熱絶縁体を備える。前記ポリイミド膜は、一面の上に、アルミ二ウムなどの反射材料の層で覆われる。前記反射材料の層は３０ナノメートルと１００ナノメートルとの間である。前記反射材料の層が、前記静電チャックに、より近くなるように、前記熱遮蔽は配置される。前記反射材料の層が薄いため、前記熱遮蔽は顕著な量の熱を保持しない。さらに、前記熱遮蔽の温度は前記ポリイミド膜のガラス転移温度よりはるかに低いままである。
一実施態様により装置が開示される。該装置は、静電チャックと、該静電チャックより低い温度のベースと、前記静電チャックと前記ベースとの間に配置される熱遮蔽と、を備え、該熱遮蔽は、一面の上に、反射材料の層で覆われるポリイミド膜を備える。特定の実施態様において、前記反射材料の層はアルミ二ウムを備える。特定の実施態様において、前記反射材料の層は、化学気相蒸着、物理気相蒸着、プラズマ化学気相蒸着、又は、電子ビーム蒸着を用いて、前記ポリイミド膜の上に堆積される。特定の実施態様において、前記反射材料の層は３０ナノメートルと１００ナノメートルとの間である。特定の実施態様において、前記ポリイミド膜の厚さは１ミルと５ミルとの間である。特定の実施態様において、前記熱遮蔽を前記静電チャック及び前記ベースの内の少なくとも１つから分離するために、ワッシャが用いられる。特定の実施態様において、前記チャックは、２００℃より高い温度に加熱される。
別の実施態様により装置が開示される。該装置は、静電チャックと、該静電チャックより低い温度のベースであって、前記静電チャックから相隔たるベースと、前記静電チャックと前記ベースとの間に配置される熱遮蔽であって、前記静電チャックに面する一面の上に、反射材料の層で覆われるポリイミド膜を備える熱遮蔽と、前記熱遮蔽を前記静電チャック及び前記ベースから分離するワッシャと、を備える。特定の実施態様において、前記チャックは、２００℃より高い温度に加熱される。
別の実施態様により装置が開示される。該装置は、静電チャックと、該静電チャックより低い温度のベースと、前記静電チャックと前記ベースとの間に配置される熱遮蔽であって、前記静電チャックに、より近い一面の上に、反射材料の層で覆われる熱絶縁体を備える熱遮蔽と、を備える。特定の実施態様において、前記熱絶縁体の厚さは１ミルと５ミルとの間である。
本発明をより良く理解するために、本明細書に参照により組み込まれる添付図面を参照する。
上記のように、多くのアプリケーションにおいて、基板が静電チャックに締め付けられる間に、基板を加熱することは、有益であり得る。従来、この加熱は、伝導を用いて実施され、静電チャックに含まれる熱は、しばしば、背面ガスの使用により、基板へ伝えられる。
上記のように、基板が配置される静電チャックと、静電チャックに電気接続及び流体接続を提供するベースとの間に、大きい温度差があり得る。いくつかの実施形態において、この問題は、加熱チャックをベースから大きい距離で分離することにより対処され、それ故に、その２つのコンポーネント間に温度勾配がある。しかしながら、いくつかの実施形態において、十分な分離を与えるためには、間隔が利用できないかも知れない。例えば、特定の実施形態において、チャックとベースとの間の間隔は１/８インチ以下にすることができる。これらの実施形態において、結果として生じる温度勾配は、チャックの耐用期間に悪影響を与える。
本発明は、加熱チャックとベースとの間に熱遮蔽を配置することにより、これらの問題に対処する。しかしながら、上記のように、従来の金属熱遮蔽は問題になり得る。このために、本発明は新規な熱遮蔽の使用を開示する。
従来の金属遮蔽に対比して、本熱遮蔽は、ポリイミド材料などの熱絶縁体から作られる。ポリイミド材料は、優れた熱絶縁体であり、それ故に、従来の金属遮蔽により認められる変形を起こしやすくない。さらに、ポリイミド材料は、高い動作温度を有する。例えば、多くのポリイミド材料のガラス転移温度（Tg）は、３５０℃より高い。特定の実施形態において、熱遮蔽のために用いるポリイミド材料は、１ミルと５ミルとの間の厚さを有する膜として形成することができる。ポリイミド材料は、KAPTON（登録商標）及び他の材料を含む。
熱遮蔽の動作をさらに向上するために、ポリイミド膜は、一面の上に、高反射材料で覆う。例えば、特定の実施形態において、アルミ二ウムの層は、ポリイミド膜の一面の上に、堆積される。このアルミ二ウムの層は、化学気相蒸着（CVD）プロセス、プラズマ化学気相蒸着（PECVD）プロセス、物理気相蒸着（PVD）プロセス、又は、電子ビーム蒸着を用いて堆積することができる。他の厚さは本発明の範囲内であるけれども、アルミ二ウムの層の厚さは、３０〜１００ｎｍとすることができる。
高反射材料は、鏡面加工仕上げを有することができ、非常に高レベルの反射性を有することができる。この高反射材料は、チャックからの熱をチャックへ反射し返しやすい。
その上、反射材料の層は薄いため、その反射材料の層は、０．０３０インチなどのもっと厚くなり得る従来の金属遮蔽ほど、熱エネルギーを伝達しない。結果として、その反射材料の層は、顕著な量の熱を吸収しない。したがって、その熱遮蔽の温度は従来の金属遮蔽の温度よりもっと低いままである。特定のテストにおいて、本熱遮蔽の動作温度はチャックの温度の関数として測定された。結果を表１に示す。
［表１］
［表１］
いくつかの実施形態において、表１に示すように、チャックは１００℃より高い温度へ加熱される。特定の実施形態において、チャックは２００℃より高い温度へ加熱される。特定の実施形態において、チャックは３００℃より高い温度へ加熱される。特定の実施形態において、チャックは３５０℃より高い温度へ加熱される。特定の実施形態において、チャックは４００℃より高い温度へ加熱される。特定の実施形態において、チャックは４５０℃より高い温度へ加熱される。特定の実施形態において、チャックは５００℃より高い温度へ加熱される。これらのテストの全てにおいて、チャックが５００℃へ加熱された時でさえ、熱遮蔽は２００℃より低いままであった。さらに、ポリイミド材料のTgは、３００℃より高いため、高い安全範囲がある。
さらに、ポリイミド材料は上記のようであるが、他の熱絶縁材料を用いることができる。例えば、ポリエステルもまた、用いることができる。
図１は一実施形態を示す。本図において、チャック１００は、ベース１１０の上に、かつ、ベース１１０から分離して、配置される。上記のように、チャック１００は、５００℃を超える温度に加熱することができ、一方、ベース１１０は、室温に近い温度に維持するように、水冷することができる。チャック１００及びベース１１０は、約１/１６インチと１/８インチとの間の距離だけ分離することができる。熱遮蔽１５０はチャック１００とベース１１０との間に配置される。本実施形態において、熱遮蔽１５０は、ワッシャ１２０ａの第１の組によりチャック１００から分離される。熱遮蔽１５０は、ワッシャ１２０ｂの第２の組によりベース１１０から分離される。特定の実施形態において、ワッシャ１２０ａ、１２０ｂは、また、良くない熱導体であるセラミックとすることができる。いくつかの実施形態において、熱遮蔽１５０は、チャック１００とベース１１０との間の中間に配置され、ワッシャ１２０ａの第１の組がワッシャ１２０ｂの第２の組と同じ高さであるようにする。もちろん、ワッシャ１２０ａの第１の組より高いワッシャ１２０ｂの第２の組を配置することにより、熱遮蔽１５０をチャック１００にもっと近くに動かすことができる。あるいは、ワッシャ１２０ｂの第２の組より高いワッシャ１２０ａの第１の組を配置することにより、熱遮蔽１５０をベース１１０にもっと近くに配置することができる。
熱遮蔽１５０は、一面の上が反射材料１５２の層で覆われているポリイミド膜１５１などの熱絶縁体から作られる。反射材料１５２の層は、チャック１００により近いポリイミド膜１５１の面の上に配置され、チャック１００による放射熱をチャック１００へ反射し返すようにする。上記のように、特定の実施形態において、反射材料１５２の層はアルミ二ウムの層とすることができ、このアルミ二ウムの層は、化学気相蒸着（CVD）プロセス、プラズマ化学気相蒸着（PECVD）プロセス、物理気相蒸着（PVD）プロセス、又は、電子ビーム蒸着を用いて堆積することができる。他の厚さは本発明の範囲内であるけれども、反射材料１５２の層の厚さは、３０〜１００ｎｍの間とすることができる。さらに、限定されないが、銀及び銅を含む他の金属などの他の反射材料もまた、用いることができる。熱遮蔽１５０の全体の厚さは、１ミルと５ミルとの間とすることができる。
図２は第２の実施形態を示す。本実施形態において、チャック１００及びベース１１０は、約１/１６インチと１/８インチとの間の距離だけ分離することができる。さらに、本実施形態において、熱遮蔽１５０は、直接、ベース１１０の上に配置される。ポリイミド膜１５１は、直接、ベース１１０の上に配置され、一方、反射材料１５２の層は、チャック１００により近いポリイミド膜１５１の面の上に配置される。本実施形態において、各ワッシャ１２１の高さは、ワッシャ１２０ａ及びワッシャ１２０ｂの組み合わせた高さにほぼ等しくすることができる。
図３は第３の実施形態を示す。本実施形態において、チャック１００及びベース１１０は、約１/１６インチと１/８インチとの間の距離だけ分離することができる。さらに、本実施形態において、熱遮蔽１５０は、直接、チャック１００の上に配置される。反射材料１５２の層は、直接、チャック１００の上に配置され、一方、ポリイミド膜１５１は、ベース１１０により近く配置される。本実施形態において、各ワッシャ１２１の高さは、ワッシャ１２０ａ及びワッシャ１２０ｂの組み合わせた高さにほぼ等しくすることができる。
したがって、全ての実施形態において、熱遮蔽１５０は、加熱することができるチャック１００と、チャック１００より低い温度で維持されるベース１１０との間に配置される。さらに、特定の実施形態において、熱遮蔽１５０は、一面の上が反射材料１５２の層で覆われているポリイミド膜１５１を備える。各実施形態において、反射材料１５２の層は、チャック１００により近い配置のポリイミド膜１５１の面の上に配置される。さらに、熱遮蔽１５０を適所に保つために、ワッシャが用いられる。特定の実施形態において、図１に示すなどのように、ワッシャ１２０ａ及びワッシャ１２０ｂは熱遮蔽１５０の両面に配置され、熱遮蔽１５０がチャック１００及びベース１１０の両方から分離されるようにする。他の実施形態において、図２及び３に示すなどのように、ワッシャ１２１は熱遮蔽１５０の一面に配置されるのみで、熱遮蔽１５０がチャック１００及びベース１１０の内の１つの上に直接、配置されるようにする。上記のように、ポリイミド膜１５１以外の材料を用いることができる。したがって、全ての実施形態において、熱遮蔽１５０は、一面の上が反射材料の層で覆われている熱絶縁体とすることができる。
本出願の上記の実施形態は多くの優位性を有することができる。第１に、上記のように、本熱遮蔽は、従来の金属熱遮蔽より、はるかに少ない熱を吸収する。このために、本熱遮蔽は、従来の金属熱遮蔽より、チャックとベースとの間のより良い熱絶縁体として役立つ。さらに、従来の金属熱遮蔽は、チャックにより加熱され、変形しやすい。この変形により、従来の金属熱遮蔽がベース又はチャックと物理的に接触することを引き起こし得て、これにより、その有効性に影響を及ぼし得る。本熱遮蔽は、顕著により低い温度で動作し、この温度は、ポリイミド膜のガラス転移温度よりはるかに低く、大きい安全範囲を保証する。さらに、熱遮蔽とチャックとの間に物理的接触があるとしても、低い熱伝達のため、悪い影響はない。その上、本熱遮蔽の使用により、加熱されるチャックと、室温であり得るベースとの間の非常に小さい分離を可能にする。
本発明は、本明細書に記載された特定の実施形態によって範囲を限定されるものではない。実際に、本明細書に記載された実施形態に加えて、本発明の他の様々な実施形態および変更は、前述の記載および添付図面から当業者には明らかであろう。したがって、このような他の実施形態および変更は、本発明の範囲内に含まれるものと意図している。さらに、本発明は、特定の環境における特定の目的のための特定の実装の文脈にて本明細書中で説明したけれども、当業者は、その有用性はそれらに限定されるものでなく、本発明は任意の数の環境における任意の数の目的のために有益に実装し得ることを認識するであろう。従って、以下に記載する特許請求の範囲は本明細書に記載された本発明の全範囲及び精神に鑑みて解釈しなければならない。
Claims (15)
- 静電チャックと、
該静電チャックより低い温度のベースと、
前記静電チャックと前記ベースとの間に配置される熱遮蔽と、を備え、
該熱遮蔽は、一面の上に、反射材料の層で覆われるポリイミド膜を備える、装置。 - 前記反射材料の層はアルミ二ウムを備える、請求項１に記載の装置。
- 前記反射材料の層は、化学気相蒸着、物理気相蒸着、プラズマ化学気相蒸着、又は、電子ビーム蒸着を用いて、前記ポリイミド膜の上に堆積される、請求項１に記載の装置。
- 前記反射材料の層は３０ナノメートルと１００ナノメートルとの間であり、前記ポリイミド膜の厚さは１ミルと５ミルとの間である、請求項１に記載の装置。
- 前記反射材料の層は、前記静電チャックにより近い前記ポリイミド膜の一面の上に配置される、請求項１に記載の装置。
- 前記熱遮蔽を前記ベースから分離するために、ワッシャが用いられる、請求項１に記載の装置。
- 前記熱遮蔽を前記静電チャックから分離するために、ワッシャが用いられる、請求項６に記載の装置。
- 前記熱遮蔽を前記静電チャックから分離するために、ワッシャが用いられる、請求項１に記載の装置。
- 前記静電チャック及び前記ベースは、１/１６インチと１/８インチとの間の距離だけ分離される、請求項１に記載の装置。
- 静電チャックと、
該静電チャックより低い温度のベースであって、前記静電チャックから相隔たるベースと、
前記静電チャックと前記ベースとの間に配置される熱遮蔽であって、前記静電チャックに面する一面の上に、反射材料の層で覆われるポリイミド膜を備える熱遮蔽と、
前記熱遮蔽を前記静電チャック及び前記ベースから分離するワッシャと、を備える、装置。 - 前記反射材料の層はアルミ二ウムを備える、請求項１０に記載の装置。
- 前記反射材料の層は、化学気相蒸着、物理気相蒸着、プラズマ化学気相蒸着、又は、電子ビーム蒸着を用いて、前記ポリイミド膜の上に堆積される、請求項１０に記載の装置。
- 前記反射材料の層は３０ナノメートルと１００ナノメートルとの間であり、前記ポリイミド膜の厚さは１ミルと５ミルとの間である、請求項１０に記載の装置。
- 静電チャックと、
該静電チャックより低い温度のベースと、
前記静電チャックと前記ベースとの間に配置される熱遮蔽であって、前記静電チャックに、より近い一面の上に、反射材料の層で覆われる熱絶縁体を備える熱遮蔽と、を備える、装置。 - 前記熱絶縁体の厚さは１ミルと５ミルとの間である、請求項１４に記載の装置。
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