JP3917328B2 - ヒーターアセンブリ用ウェーハクランプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造機具に関するものであり、より詳しくは、アルミニウムリフロー工程で使用されるヒーターアセンブリクランプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
半導体装置を製造することにおいて、アルミニウムリフロー工程は、金属に高いアスペクト比（ｈｉｇｈ ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）のコンタクトオープニングを充填するための優れたステップカバレージ（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）を提供する。半導体基板上にアルミニウムリフロー工程を行うによって、温度均一性と熱伝導率（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）を向上させるためのウェーハの背面にアルゴンＡｒガスを注入することができる。しかし、前記アルゴンガスは、高真空チャンバと前記ウェーハの背面との間に圧力差が生じるためアルミニウムリフローのため前記ウェーハが位置したヒーターテーブルから前記ウェーハが外れることができる。従って、前記ウェーハの外れを防止するためクランプが使用される。
【０００３】
図６は、アルミニウムリフローの間に半導体ウェーハをホールディングする従来のクランプ１００を示す。前記クランプ１００は、ステンレススチールで形成されたギャップ１０２、パッド１０４、そしてマウンティングプレート１０６で構成されている。前記キャップ１０２とパッド１０４は、スクリュー１１０によって前記マウンティングプレート１０６に固定されている。例えば、前記パッドと接触するウェーハエッジ部分（ｗａｆｅｒ ｅｄｇｅ ｓｅｃｔｉｏｎ）は、前記クランプ１００とウェーハが熱によって膨張されたとき、クラック（ｃｒａｃｋ）が発生されることができる。前記ウェーハに接触して損傷を加える前記パッド１０４の膨張を防止するため前記クランプ１００内にスロット１０８を形成されたが、実際工程のとき、前記ウェーハは、前記膨張によって損傷を受ける。又、複合高温工程（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓ）の間に、前記パッド１０４が変形されて、前記パッド１０４の表面が粗くなるこのため、前記パッド１０４の粗い表面は、前記ウェーハの表面を損傷させることができる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴によると、ヒーターアセンブリクランプは、セラミック材質（ｃｅｒａｍｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）で製造されたパッド、ギャップ、そしてマウンティングプレートを含む。前記パッドは、半導体ウェーハのエッジに接触し、前記キャップは、前記ウェーハの上部表面を覆う。前記マウンティングプレートは、前記ウェーハの側面を覆う。前記キャップ、パッド、そしてマウンティングプレートは、一体、又は１つの構造で形成されることができる。
【０００５】
前記クランプは、性能を向上させる幾つかの追加的な特徴を含む。前記キャップとパッドの内部表面に研摩されて熱反射率（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を高めることができる。前記ウェーハと接触する前記パッドの表面は、水平面に対して０．５度以上傾斜させてウェーハとの接触損傷が最小化でき、前記パッドは、前記ウェーハの外周囲にスロットを有することによって、前記ウェーハから前記クランプを通した熱の消失（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）を減少させることができる。
【０００６】
前記クランプは、ステンレススチールより熱変形（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が少ないセラミック材質で形成されるため、クランプの変形によるウェーハに加える損傷が減少される。又は前記セラミック材質は、前記ステンレススチールより熱伝導率が低くなるため、前記ウェーハから前記クランプを通した熱の消失が減少する。熱の消失が減少されることによって、アルミニウムリフロー工程の間に前記ウェーハ全般にかけて温度差が最小化できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付された図面に基づいて詳細に説明する。又図面において、同一の機能を行う構成要素に対しては、同一の参照番号を併記する。
【０００８】
図１を参照すると、本発明の実施形態のヒーターアセンブリ１０は、アルミニウムリフローに適合である。前記アルミニウムは、高アスペクト比のコンタクトオープニング上に蒸着されたアルミニウム膜を有する半導体装置内に前記高アスペクト比のコンタクトオープニングを充填する熱工程（ｈｅａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）である。前記ヒーターアセンブリ１０は、ヒーターブロック１２、クランプ２０、そしてリフター１４等を含む。前記リフタ１４は、前記ヒーターブロック１２上に半導体ウェーハをローディング（ｌｏａｄｉｎｇ）させ、前記ヒーターブロック１２から前記半導体ウェーハをアンローディング（ｕｎｌｏａｄｉｎｇ）させる。前記ヒーターブロック１２は、所定温度で前記ウェーハを加熱させる加熱要素（ｈｅａｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）（図面に未図示）を含む。マルチホール（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｈｏｌｅｓ）（図面に未図示）は、アルゴンＡｒガスのような不活性ガスを前記ウェーハの背面に流れるように前記ヒーターブロック１２内に形成されている。前記ヒーターアセンブリ１０も前記クランプ２０を上下に動くようにするシャフト１６を含む。前記ウェーハが前記ヒーターブロック１２上にローディングされた後に、前記クランプ２０は、下に降りて前記ウェーハをホールディングする。そして前記ヒーターブロック１２が前記蒸着されたアルミニウム膜をリフローさせるための所定の温度で加熱されると、前記アルミニウムがリフローされる間にアルゴンガスは、前記ウェーハの背面に流れる。
【０００９】
図２乃至図６は、前記クランプ２０の実施形態を示す。図２の破線で示された円（ｄｏｔｔｅｄ ｃｉｒｃｌｅ）は、図１に図示されたギャップ２６の周囲を示す。図２乃至図３を参照すると、前記クランプ２０は、アルミナ（ａｌｕｍｉｎａ）のようなセラミック材質で形成されたマウンティングプレート２２、パッド２４、そしてギャップ２６を含む。前記クランプ２０を形成するセラミック材質は、幾つかの長所を有している。特に、セラミックは、周期的に加熱を反復しても変形されないため、金属クランプから発生されるクランプ表面が粗くなる現象は、セラミッククランプでは発生されない。又、セラミックは、熱伝導率が低くなるため、半導体ウェーハ４０から前記クランプ２０を通して外部に熱が消失されることを減少させることができる。図２乃至図３に図示されたように、前記マウンティングプレート２２、パッド２４、そしてキャップ２６が一体構成されることができるが、各々分離されて構成されることができる。
【００１０】
図４乃至図５に図示されたように、前記クランプ２０のパッド２４は、半導体ウェーハ４０に接触される。前記パッド２４の接触面２８は、前記ウェーハ４０のエッジに接触されて前記ウェーハ４０をホールディングさせる。従って、前記ウェーハ４０は、アルゴンＡｒガスが前記ウェーハ４０の背面に噴射されても、図１に図示されたヒーターブロック１２上に残る。図４を参照すると、前記接触面２８は、前記パッド２４とウェーハ４０ｎ水平面に対して０．５度以上の傾斜を有する。本実施形態の望ましい傾斜は、２度である。前記に傾斜させた接触面２８は、前記ウェーハ４０と接触面２８との間の接触面積を最小化することによって、前記ウェーハ４０上の損傷を減少させることができる。
【００１１】
前記パッド２４は、前記接触面２８の外部に沿って形成されたスロット３０を有している。前記スロット３０は、多様な形態と大きさを有することができる。又、前記にスロット３０は、熱が通過する前記パッド２４の横断面を減少させることによって、前記ウェーハ４０から、前記パッド２４を通して外部に消失される熱を減少させることができる。前記スロット３０は、前記キャップ２６の周囲に沿って前記キャップ２６の接触面外部に形成される。外部への熱伝導及び放出は、前記パッド２４の厚さによって調節される。前記パッド２４は、熱が流れることを減少させるためには、薄くなければならないが、前記パッド２４の厚さは、上述のセラミック材質の強度によって設定されなければならない。現在使用可能なセラミックで形成された前記パッド２４の厚さは、一般に５ｍｍ以下であり、望ましくは、約１．６ｍｍ以下である。
【００１２】
図５を参照すると、前記キャップ２６の内部面は前記ウェーハ４０の上部表面と対面する。前記ウェーハから放出された熱は、前記キャップ２６を通して消失されることができる。即ち、前記ウェーハ４０からの熱放出を減少させるため、前記キャップ２６の内部面を研摩して前記ウェーハ４０から前記内部面まで放出された熱を反射させることができる。図５の矢印は、前記キャップ２６による熱反射を示す。前記マウンティングプレート２２は、前記ウェーハ４０の側面を覆い、上述のように、図１に図示されたヒーターアセンブリ１０のシャフト１６に接触される。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によると、前記クランプは、セラミック材質で形成されているため、半導体ウェーハ上に損傷を受けるクランプ表面が粗くなる現象を防止する。又、クランプの変形による前記ウェーハ上の他に損傷が加える減少も防止される。前記クランプパッドの傾斜面は、前記クランプパッドとウェーハとの間の接触面積を減少させることによって、前記ウェーハ上の損傷を減らすことができる。
又、前記クランプは、アルミニウムがリフローされる間に前記ウェーハから外部に消失される熱を減少させることができる。前記パッド上に形成されたスロットは、前記クランプを通して伝導される熱の量を減少させる。前記キャップの研摩された内部面は、ウェーハからその背面まで放出された熱を反射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態によるヒーターアセンブリのブロック図である。
【図２】 本発明の実施形態によるクランプの低図面である。
【図３】 図２の３−３線に沿って切断した断面図である。
【図４】 図３の領域“４”の拡大図である。
【図５】 本発明の実施形態による熱保存能力を示すクランプの断面図である。
【符号の説明】
１００ クランプ
１０２ キャップ
１０４ パッド
１０６ マウンティングプレート
１０８ スロット
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造機具に関するものであり、より詳しくは、アルミニウムリフロー工程で使用されるヒーターアセンブリクランプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
半導体装置を製造することにおいて、アルミニウムリフロー工程は、金属に高いアスペクト比（ｈｉｇｈ ａｓｐｅｃｔ ｒａｔｉｏ）のコンタクトオープニングを充填するための優れたステップカバレージ（ｓｔｅｐ ｃｏｖｅｒａｇｅ）を提供する。半導体基板上にアルミニウムリフロー工程を行うによって、温度均一性と熱伝導率（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）を向上させるためのウェーハの背面にアルゴンＡｒガスを注入することができる。しかし、前記アルゴンガスは、高真空チャンバと前記ウェーハの背面との間に圧力差が生じるためアルミニウムリフローのため前記ウェーハが位置したヒーターテーブルから前記ウェーハが外れることができる。従って、前記ウェーハの外れを防止するためクランプが使用される。
【０００３】
図６は、アルミニウムリフローの間に半導体ウェーハをホールディングする従来のクランプ１００を示す。前記クランプ１００は、ステンレススチールで形成されたギャップ１０２、パッド１０４、そしてマウンティングプレート１０６で構成されている。前記キャップ１０２とパッド１０４は、スクリュー１１０によって前記マウンティングプレート１０６に固定されている。例えば、前記パッドと接触するウェーハエッジ部分（ｗａｆｅｒ ｅｄｇｅ ｓｅｃｔｉｏｎ）は、前記クランプ１００とウェーハが熱によって膨張されたとき、クラック（ｃｒａｃｋ）が発生されることができる。前記ウェーハに接触して損傷を加える前記パッド１０４の膨張を防止するため前記クランプ１００内にスロット１０８を形成されたが、実際工程のとき、前記ウェーハは、前記膨張によって損傷を受ける。又、複合高温工程（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｐｒｏｃｅｓｓ）の間に、前記パッド１０４が変形されて、前記パッド１０４の表面が粗くなるこのため、前記パッド１０４の粗い表面は、前記ウェーハの表面を損傷させることができる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴によると、ヒーターアセンブリクランプは、セラミック材質（ｃｅｒａｍｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌ）で製造されたパッド、ギャップ、そしてマウンティングプレートを含む。前記パッドは、半導体ウェーハのエッジに接触し、前記キャップは、前記ウェーハの上部表面を覆う。前記マウンティングプレートは、前記ウェーハの側面を覆う。前記キャップ、パッド、そしてマウンティングプレートは、一体、又は１つの構造で形成されることができる。
【０００５】
前記クランプは、性能を向上させる幾つかの追加的な特徴を含む。前記キャップとパッドの内部表面に研摩されて熱反射率（ｔｈｅｒｍａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｉｔｙ）を高めることができる。前記ウェーハと接触する前記パッドの表面は、水平面に対して０．５度以上傾斜させてウェーハとの接触損傷が最小化でき、前記パッドは、前記ウェーハの外周囲にスロットを有することによって、前記ウェーハから前記クランプを通した熱の消失（ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ）を減少させることができる。
【０００６】
前記クランプは、ステンレススチールより熱変形（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ）が少ないセラミック材質で形成されるため、クランプの変形によるウェーハに加える損傷が減少される。又は前記セラミック材質は、前記ステンレススチールより熱伝導率が低くなるため、前記ウェーハから前記クランプを通した熱の消失が減少する。熱の消失が減少されることによって、アルミニウムリフロー工程の間に前記ウェーハ全般にかけて温度差が最小化できる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付された図面に基づいて詳細に説明する。又図面において、同一の機能を行う構成要素に対しては、同一の参照番号を併記する。
【０００８】
図１を参照すると、本発明の実施形態のヒーターアセンブリ１０は、アルミニウムリフローに適合である。前記アルミニウムは、高アスペクト比のコンタクトオープニング上に蒸着されたアルミニウム膜を有する半導体装置内に前記高アスペクト比のコンタクトオープニングを充填する熱工程（ｈｅａｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）である。前記ヒーターアセンブリ１０は、ヒーターブロック１２、クランプ２０、そしてリフター１４等を含む。前記リフタ１４は、前記ヒーターブロック１２上に半導体ウェーハをローディング（ｌｏａｄｉｎｇ）させ、前記ヒーターブロック１２から前記半導体ウェーハをアンローディング（ｕｎｌｏａｄｉｎｇ）させる。前記ヒーターブロック１２は、所定温度で前記ウェーハを加熱させる加熱要素（ｈｅａｔｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔｓ）（図面に未図示）を含む。マルチホール（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｈｏｌｅｓ）（図面に未図示）は、アルゴンＡｒガスのような不活性ガスを前記ウェーハの背面に流れるように前記ヒーターブロック１２内に形成されている。前記ヒーターアセンブリ１０も前記クランプ２０を上下に動くようにするシャフト１６を含む。前記ウェーハが前記ヒーターブロック１２上にローディングされた後に、前記クランプ２０は、下に降りて前記ウェーハをホールディングする。そして前記ヒーターブロック１２が前記蒸着されたアルミニウム膜をリフローさせるための所定の温度で加熱されると、前記アルミニウムがリフローされる間にアルゴンガスは、前記ウェーハの背面に流れる。
【０００９】
図２乃至図６は、前記クランプ２０の実施形態を示す。図２の破線で示された円（ｄｏｔｔｅｄ ｃｉｒｃｌｅ）は、図１に図示されたギャップ２６の周囲を示す。図２乃至図３を参照すると、前記クランプ２０は、アルミナ（ａｌｕｍｉｎａ）のようなセラミック材質で形成されたマウンティングプレート２２、パッド２４、そしてギャップ２６を含む。前記クランプ２０を形成するセラミック材質は、幾つかの長所を有している。特に、セラミックは、周期的に加熱を反復しても変形されないため、金属クランプから発生されるクランプ表面が粗くなる現象は、セラミッククランプでは発生されない。又、セラミックは、熱伝導率が低くなるため、半導体ウェーハ４０から前記クランプ２０を通して外部に熱が消失されることを減少させることができる。図２乃至図３に図示されたように、前記マウンティングプレート２２、パッド２４、そしてキャップ２６が一体構成されることができるが、各々分離されて構成されることができる。
【００１０】
図４乃至図５に図示されたように、前記クランプ２０のパッド２４は、半導体ウェーハ４０に接触される。前記パッド２４の接触面２８は、前記ウェーハ４０のエッジに接触されて前記ウェーハ４０をホールディングさせる。従って、前記ウェーハ４０は、アルゴンＡｒガスが前記ウェーハ４０の背面に噴射されても、図１に図示されたヒーターブロック１２上に残る。図４を参照すると、前記接触面２８は、前記パッド２４とウェーハ４０ｎ水平面に対して０．５度以上の傾斜を有する。本実施形態の望ましい傾斜は、２度である。前記に傾斜させた接触面２８は、前記ウェーハ４０と接触面２８との間の接触面積を最小化することによって、前記ウェーハ４０上の損傷を減少させることができる。
【００１１】
前記パッド２４は、前記接触面２８の外部に沿って形成されたスロット３０を有している。前記スロット３０は、多様な形態と大きさを有することができる。又、前記にスロット３０は、熱が通過する前記パッド２４の横断面を減少させることによって、前記ウェーハ４０から、前記パッド２４を通して外部に消失される熱を減少させることができる。前記スロット３０は、前記キャップ２６の周囲に沿って前記キャップ２６の接触面外部に形成される。外部への熱伝導及び放出は、前記パッド２４の厚さによって調節される。前記パッド２４は、熱が流れることを減少させるためには、薄くなければならないが、前記パッド２４の厚さは、上述のセラミック材質の強度によって設定されなければならない。現在使用可能なセラミックで形成された前記パッド２４の厚さは、一般に５ｍｍ以下であり、望ましくは、約１．６ｍｍ以下である。
【００１２】
図５を参照すると、前記キャップ２６の内部面は前記ウェーハ４０の上部表面と対面する。前記ウェーハから放出された熱は、前記キャップ２６を通して消失されることができる。即ち、前記ウェーハ４０からの熱放出を減少させるため、前記キャップ２６の内部面を研摩して前記ウェーハ４０から前記内部面まで放出された熱を反射させることができる。図５の矢印は、前記キャップ２６による熱反射を示す。前記マウンティングプレート２２は、前記ウェーハ４０の側面を覆い、上述のように、図１に図示されたヒーターアセンブリ１０のシャフト１６に接触される。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によると、前記クランプは、セラミック材質で形成されているため、半導体ウェーハ上に損傷を受けるクランプ表面が粗くなる現象を防止する。又、クランプの変形による前記ウェーハ上の他に損傷が加える減少も防止される。前記クランプパッドの傾斜面は、前記クランプパッドとウェーハとの間の接触面積を減少させることによって、前記ウェーハ上の損傷を減らすことができる。
又、前記クランプは、アルミニウムがリフローされる間に前記ウェーハから外部に消失される熱を減少させることができる。前記パッド上に形成されたスロットは、前記クランプを通して伝導される熱の量を減少させる。前記キャップの研摩された内部面は、ウェーハからその背面まで放出された熱を反射させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態によるヒーターアセンブリのブロック図である。
【図２】 本発明の実施形態によるクランプの低図面である。
【図３】 図２の３−３線に沿って切断した断面図である。
【図４】 図３の領域“４”の拡大図である。
【図５】 本発明の実施形態による熱保存能力を示すクランプの断面図である。
【符号の説明】
１００ クランプ
１０２ キャップ
１０４ パッド
１０６ マウンティングプレート
１０８ スロット
Claims (16)
- 半導体ウェーハをホールディングするためのクランプにおいて、
前記半導体ウェーハの上部表面を全体的に覆いかつ取り囲むキャップと、
前記キャップに取り付けられかつ前記キャップ周囲に位置して前記半導体ウェーハのエッジに接触するパッドと、
前記パッドを支持するマウンティングプレートを含み、
前記パッドは、前記パッド上に、そして前記キャップ周囲に形成された複数のスロットを含むことを特徴とする半導体ウェーハをホールディングするためのクランプ。 - 前記パッド、キャップ、そしてマウンティングプレートは、全部セラミック材質で形成されることを特徴とする請求項１に記載のクランプ。
- 前記パッド、キャップ、そしてマウンティングプレートは、一体からなることを特徴とする請求項１に記載のクランプ。
- 前記半導体ウェーハと対面する前記キャップの内部面が研摩されて前記半導体ウェーハから前記内部面まで放出された熱を反射できることを特徴とする請求項１に記載のクランプ。
- 前記パッド表面は、前記パッドと接触する前記半導体ウェーハに対して傾斜を有することを特徴とする請求項１に記載のクランプ。
- 前記傾斜は、０．５度以上であることを特徴とする請求項５に記載のクランプ。
- 前記クランプは上に移動して前記半導体ウェーハをヒーターブロック上にローディングし、かつ下に降りて前記ウェーハを前記ヒーターブロックにホールディングすることを特徴とする請求項１に記載のクランプ。
- 前記クランプ針フロー工程のために前記半導体ウェーハを前記ヒーターブロック上にホールディングすることを特徴とする請求項７に記載のクランプ。
- 半導体ウェーハをホールディングするためのクランプは、前記半導体ウェーハの上部表面を全体的に覆いかつ取り囲むキャップを含み、前記半導体ウェーハの前記上部表面と対面する前記キャップの内部面が研摩されて前記半導体ウェーハから前記内部面まで放出された熱を反射することができることを特徴とする半導体ウェーハをホールディングするためのクランプ。
- 前記クランプは、前記半導体ウェーハの背面をヒーターブロックとの接触を維持するために前記半導体ウェーハに圧力を作用させることを特徴とする請求項９に記載のクランプ。
- ヒーターブロックと；
半導体ウェーハをヒーターブロック上にホールディングするクランプとを備え、該クランプが、
前記半導体ウェーハの上部表面を全体的に覆いかつ取り囲むキャップと、
前記キャップに取り付けられかつ前期キャップ周囲に位置して前記半導体ウェーハのエッジに接触するパッドと、
前記パッドを支持するマウンティングプレートを含み、
前記パッドは、前記パッド上に、そして前記キャップ周囲に形成された複数のスロットを含んでなり、
前記クランプは上に移動して前記半導体ウェーハをヒーターブロック上にローディングし、かつ下に降りて前記ウェーハを前記ヒーターブロックにホールディングすることを特徴とするヒーターアセンブリ。 - パッド、キャップ、及びマウンティングプレートは、セラミック材質で形成されたことを特徴とする請求項１１に記載のヒーターアセンブリ。
- キャップ、パッド、及びマウンティングプレートは、一体構成されたことを特徴とする請求項１１に記載のヒーターアセンブリ。
- 前記半導体ウェーハと対面する前記キャップの内部面が研磨されて前記半導体ウェーハから放出された熱を反射できることを特徴とする請求項１１に記載のヒーターアセンブリ。
- 前記パッド表面は、前記パッドと接触する前記半導体ウェーハに対して傾斜を有することを特徴とする請求項１１に記載のヒーターアセンブリ。
- 前記傾斜は、０．５度以上であることを特徴とする請求項１５に記載のヒーターアセンブリ。
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