JPH023303A - 高純度熱伝導性ポリマー層を製造するための方法及び装置 - Google Patents

高純度熱伝導性ポリマー層を製造するための方法及び装置

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JPH023303A
JPH023303A JP64000186A JP18689A JPH023303A JP H023303 A JPH023303 A JP H023303A JP 64000186 A JP64000186 A JP 64000186A JP 18689 A JP18689 A JP 18689A JP H023303 A JPH023303 A JP H023303A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 １産業上の利用分野］ 本発明は精密で高純度の熱伝導性ポリマーノーを作るｔ
二めの方法及び装置に関し、更には、真空ヂエ〉′ハ内
の２１′導体ウェハーへの熱エネルへｍ−の１只達又ζ
」半導体ウェハーからの熱エネル■−の伝達の効率が高
いポリマー層を作るための方法及び装置に関する。
Ｌ　ｌ；Ｃ来の技術」 集積回路の製造においては、数多くの十分に確立さｈた
プロセスが真空中の半導体ウェハーのためのイオンビー
ム＼の応用を必要とする。、これらのプロセスはイオン
イン′プランデージＥｌン、イオンビームミリンク及び
反応イオンエツチングを禽む。どの例であっても、イオ
ンのビーノ＼は１つのソース（５Ｏ１ｌｒＣｅ）で発と
トシ、様／ｚな加速度でターゲットウェハーに向（Ｊら
れる。イオンインプランテーションは゛ｌ′導体つ１バ
ーに不純物を導入するための・船釣な技術となってきた
。
゛１′導体ウェハーに利用するイオンビーノ＼中の強力
なイオンがウェハー内に熱を発生させる。にの熱はイオ
ンビーｌ＼のエネルギーレベル及び電流レベルに依存し
、重大なものとなり、また、ウェハー内の既定の範囲を
越えて不純物の制御不能の拡散を引き起しうる。加熱に
よる更にきびしい問題はパターン化された）４トレジス
ト層の劣化である。そのフＡトレジスｌ−層はしばしば
処理前の半導体ウェハーに適用され、またそれは比較的
低い融解点をもつ。
他の半導体ウェハー処理、例えば、イオンエッヂング、
スパッタデポジション及びエツチング、イオンビームデ
ポジション、真空蒸着、プラズマエツチング及び化学蒸
気蒸着（ＣＶＤ）などが真空中で実行され、それらはウ
ェハーに不必要な加熱をしがちである。いくつかの例で
は、プロセスがウェハーに伝達される熱を必要としても
よい。
商業上の半導体処理における重要な目的は栄位Ｖ（間に
処理されるＴ゛ノエハー関する高い処理能力を得ること
である。高い処理能力を１１１−るための１つの方法は
、増加した処理速度、人間によるウェハーの取扱いの減
少及びより・様なバーデイ六−ユレイ１−フリーデバイ
ス（ｐａｒｌ、１ｃｕｌａｔｅ　−ｆｒｅｅ　ｄｅｖｉ
ｃｅ）のための処理の自動化による。イオンビームシス
デムの場合に高い処理能力を得るためのもう１つの方法
は、短時間て必要な処理を完了するために、比較的高い
電流ビームを用いる。しかし、大きな覗の熱が処理中の
ウェハーに発生しがちである。（ｉｅ−）で、温度」二
昇による前記の有害な効果を防ぐために、つ１バーの冷
却が必要である。真空中の有効な熱伝達における難点は
、熱エネルキーの伝導が真空により妨げられることであ
る。半導体からの放射による熱（云ｊ字の割合は、はと
んどのプロセスにとって不十分である。それ故、伝導に
よって適当な割合の熱伝達を達成するために、ヒートシ
ンクに連結された熱伝導媒体にウェハーを物理的に接触
さぜることが必要である。このようなジステｌ＼は原理
的には容易であるが、自動１ヒしたイオンインブランデ
ージョン装置のための有効なウェハー冷却は数多くの理
由によって達成が困難であった。
ウェハーの前面はイオンビーム処理のために露出されな
番′）ればならないので、いがなる固定も外縁部でなさ
れるが又は遠心力によらな（”Ｊればならない。ウェハ
ーと平坦面金属ヒートシンクとの間の直接的な固体と固
体との接触はあまり効果がない。それは、ウェハーの背
面には様々なたわみや凹凸があり、それらかある範囲で
はウェハーはヒートシンク表面と接触しないがらである
。更に、接触が見ｌ−２れると５二ろても、ｒンエハー
とピー１ヘ９フ２表面の微視的すきまにより、実際の物
理的接触は両表面の５パーセントはどにすぎない。
その結果、熱伝達はわずがなものとなっている。ウェハ
ーとし一トシンクとの間の伝導による熱伝達を最大にす
るためのゆがめられたヒートシンク表面が１９８５年８
月２０口にｌ１ｏｌｄｅｎに発行された米国特許第４　
、５３５　、８３５号に開示されている。そのヒートシ
ンク表面は負荷を負わＵるようにゆかめられており、そ
の結果、ウェハーをその外縁部て固定するために−様な
接触圧力分散とウェハーの弾性限界に近づく応力をもた
らず。
処理の間のウェハー温度を制限するための別の方法はハ
ツチ処理を含んており、そこれはとの個々のウェハー上
の加熱も制限されるように、入射イオンが多数のウェハ
ー上に時分割される。熱伝導性液がウェハーの背面に接
触する柔軟なダイアフラクノ＼（ｄｉａｐｂｒａｇｍ）
により閉じ込められてもよく、そのようなものか１９８
６年４　）Ｉ　８１ニ１にＡｉｔｋｅｎに発行された米
国特許第４，５８０，６１９号及び１９８７年７月２８
日に同しく八日ｋｅｎに発行された米国特許第１１，６
８２゜５６６号に開示されている。
カス伝導の技術もまた真空内のウェハー冷却に用いられ
ていた。カスが半導体ウェハー】２ の後ろの空胴に導入され、ウェハーとヒートシンクとの
間の熱カップリングをもたらず。
ガスの補助による半導体ウェハーの固体と固体との間の
熱伝達が１９８４年７月３日に１ｌｏｌｄｅｎに発行さ
れた米国特許第４，４５７ｊ１５９号に開示されている
。−枚の半導体ウェハーがその外縁部を一枚の成型され
たプラテン上に固定さ、れている。低い圧力のガスがプ
ラテンとウェハーとの間の微視的な間隙に導入される。
ガス圧力はウェハーとプラテンとの間の空間の容易に認
められる如何なる圧力増加もなく、予荷重固定圧力に近
づき、それによって熱抵抗を減じる。カス伝導冷却が用
いられるときは、カスをウェハーの後ろの領域に制限し
、また、ガスが真空ヂエンバに流出することを防ぐ必要
がある。それは、真空チェンノ曾＼のガスの流出が実行
中の処理に有害な影響をもたらすからである。
真空での熱伝達のためのもう一つの従来技術１．：ｌ　
’ｌ’導体ウェハーとヒートシンクとの間に久（シ１云
導性ポリマーを用いている。１９７９年２月１３１１に
、１　ｏ　ｎ　ｃ　ｓその曲に発行された米国特許節４
．ｂ＋９．０５］りには、ウェハーとヒートシンクとの
間に熱接触をもならずための粘着性のある不活性フィル
ムが開示されている。Ｊ　ＯＩＩ　ｅ　ｓその池によ−
）で開示されたポリマーフィルノ、は粘着性のある表面
を有し、それは、処理中ウェハーの位置を保つことに役
立つように用いられる。しかし、にのような粘着何三の
ある表面は自動化された工程では好ましくない。
イオンビーム処理の後、ウェハーが容易に取り除かれな
りれはならないからである。自動化された装置での粘着
性表面の利用は、しはしはつ上バー除去の間にウェハー
を破損するか、又は、粘着性表面がらウェハーを収り除
くことかてきないようなことになる。更に、粒子、はこ
り及びその池の好ましくない物質か粘着性ポリマー表面
に１寸着し易く、次のウェハーを汚し易い。加えて、異
物を粘着性表面からクリーニングすることは難しい。
半導１桁ウニバーとヒートシンクとの間に柔軟な熱１云
導層を用いる自動ウェハー固定機構か、１９８１年８月
１１Ｆ１にＦａｒｅｔｒａに発行された米国特許節４，
２８２，９２４号に開示されている。
ウェハーはその外縁部を凸状のプラテンに固定されてお
り、該プラテンの表面上には熱伝導性シリコンゴｌ＼の
層がある。　Ｆ　ｏ　ｒ　Ｔ！　Ｌ　ｒ　ａの装置＋ｊ
様１７な条件下で十分な熱伝達をもたらしな。しかし、
ウェハーのシリコンゴム表面との粘着が時々問題となっ
た。このような粘着を制限するために比較的硬いシリコ
ンゴムが用いられた。しかし、比較的硬いシリコンゴム
は熱伝達に関しては効果が少なく、ウェハーと凸状シリ
コンゴム面との木質的な接触は常に得られるわりではな
い。
選ばれたイオンのイオンインプランテーションを用い、
高分子材料の表面を改良するための一つの技術が１９８
１年９月２３日に公告された英１ｍｌ特許出卯第２，０
７１．６７３八号に開示されている。しかし、その英国
の公告にはポリマー表面上の粘着を防ぐための技術は何
も開示されていない。
シリコ１ンゴム又は池の高分子層の欠点及びカスバフル
（８ａｓ　ｂｕｂｂｌｃｒ、　）は著しく熱伝達性能を
下りる。モールデイングの間に存在するカスバブルがシ
リコンゴム層の表面に間隙を残すと、その間隙のある領
域て熱伝達が減少する。カスバブルがシリコンゴｌ＼層
の大部分にあると、それらは真空処理に除々にガス放出
し、それに、１つて、真空中での実質的漏れを引き起こ
す。−様てカスバブルのないシリコンゴ１１層を得るこ
とは難しい。
特ｙｒｌ第４　、５３５　、８３５号及び第４，２８２
，９２４号に開示された湾曲したプラテンは、ウェハー
と熱伝導面との間の接触領域を増加させるが、入射イオ
ンビームとウェハー面との間の角度に空間的変化をもた
らず。いくつかのプロセス、例えばイオンインブランチ
−シミ１ンでは、入射角の変化は重大な問題になりうる
。入射イオンの浸透の深さは、よく知られたチャネリン
グ効果（’Ｅ’７Ｓａ　ｎ　ｎ　ｅ　ｌ目＋）７　Ｃ［
ｅｃＬ）のために入射角の関数となる。それ故、イオン
インプランテーションでは、半導体ウェハーの表面領域
−・面にイオンビームとウェハー表面との間の一定の入
射角をり、えることが望ましい。
［１１的］ 本発明の目的はポリマー層を作るための改良された方法
及び装置を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、実質的にカスバブルと表面
空胴がないポリマー層をモールディングするための方法
及び装置を提供することである。
更に本発明の目的は、非常に滑らかな表面を有するポリ
マー層をモールディングするための方法及び装置を提供
することである。
更に本発明の目的は高純度のポリマー層をモールディン
グするための方法及び装置を提ｒ！（することである。
更に本発明の目的は、精密に制御された大きさの薄いポ
リマー層をモールディングするｌ：めの方法及び装置を
提供することである。
更に本発明の目的は、真空中で半導体ウェハーど熱伝達
り−るための装置を作るための方法を提供することであ
る。
更に本発明の目的は、操作が簡ｔｂで費用のかからない
ポリマー層をモールディングするための方法及び装置を
提供することである。
［発明の概要］ 本発明に従って、二りらの及びその他の目的と利点がポ
リマー層を１するための方法によって得られる。その方
法は、ポリマー層の所望の形状と大きさを有する型穴を
形成する型をフ４−ミングする工程、型穴を排気する工
程、型穴が排気されている間、型穴にポリマー肘用の樹
脂を注入する工程及びポリマー肘用の樹脂を型穴内で硬
化させる］二程とから成る。
好適にはその方法は更に閉じた容器にポリマ層のための
（りｊ脂を置く工程と、型穴内にポリマー層のための樹
脂を注入する工程の前に容器を排気する工程を有する。
容器が排気される間に！−型穴を排気し、型穴に樹脂を
注入することによって閉じ込められたガスバブルのない
ポリマー層が形成される。樹脂容器を排気することによ
って、樹脂中に閉し込められ／：ニカスバフルか膨張し
て樹脂から脱ガスし、それによって、閉じ込められたカ
スバブルのない極めて純度の高い樹脂が製造される。
本発明の別の見地に従って、薄いポリマー層のための型
が提供されている。その型は第１の型表面を有する第１
部材、第１の型表面に相対した第２の滑らかで硬い型開
放面を有する第２部材及び第１部材と第２部材との間の
ガスゲラｌ−から成る。第１及び第２部材とカスケラト
が共に型穴を形成する。ガスケラ１〜は型穴の所望の厚
さに等しい厚さを有し、型穴の外縁部を形成する開口を
有する。型は更に型穴を排気するための手段とポリマー
肘用の樹脂を型穴に注入するための手段とを備えている
。第１の型表面は樹脂の硬化によって形成されたポリマ
ー層に付着するのに適しまた、型開放面龜ポリマー層が
それにイ・１着することを防ぐのに適している。好適に
は、ガスケラ１−は型を密閉し、型部材間で樹脂の漏れ
を防ぐように弾力性を有することである。
第ン部材」−の硬い型開放面は滑ｊ゛、かな表面が形成
されるようにポリマー層表面上に樹脂中の粒子が突出す
ることを防ぐ。
本発明の更に別の見地に従って、ポリマー層をモールデ
ィングするための装置が提供されている。診装置はポリ
マー層の所望の大きさと形状を存する型穴を形成するた
めの型手段、４（２穴を排気するための手段及びポリマ
ー肘用の樹脂を排気された型穴に注入するための′「段
とから成る。好適実施例では、装置は！１′！穴を形成
するための型手段、ポリマー層相σ）１り１脂の容２：
）を収納する密閉されたエンクロージャ、密閉されたエ
ンクロージャを型穴に連結する＝１ンジット手段、密閉
されたエンクロージャと型穴を排気するために密閉され
たエンクロージャにｊ１！択可能に連結された真空ソー
ス手段及び：ポリマー層用の樹脂がコンジット゛「段を
介して型穴中に注入されるように型穴の排気の後に密閉
されたエンクロージャに圧力をかりるために、密閉され
たエンクロージャに選択可能に連結された圧力ソースと
から成る。
更に本発明の別の見地に従って、半導体ウェハーとの熱
１云達のための装置を作る方法が提供されている。該方
法は熱伝達表面を有する熱伝導プラテンを与える工程、
熱伝達表面上に型を形成する工程であって、前記型は熱
１云導ポリマー層のための型穴を形成し、該型穴が熱伝
達表面の一部のそばにいくぶん形成されるところの工程
、前記型穴を排気する工程、型穴の排気の後、その中に
ポリマー肘用の樹脂を注入する工程及び熱伝達表面の部
分にポリマー層を形成するために、型穴内でボッマー層
用の樹脂を硬化させる工程とから成る。
１実施例１ 第１ＡＩ７１に熱伝達装置を用いる真空処理装置のフ１
コック線図か示されている。半導体ウェハー１０が熱１
云達装置１２の上に置かれている。
ウェハー１０と熱伝達装置１２はチェンバ１４内に配設
されており、該ヂエンハは真空ボンピンク装置１６によ
って指定された圧力範囲に排気される。不純物ドーバン
■・（ｄｏｐａ＋＋Ｌｓ）、エツブーンク又は池のいく
つかの機能のためにイオンビー１〜ソース１８がイオン
ビーム２０をウェハ１０に向り、そして、そのために好
ましくない熱を発生させる。第１Δ図に示された装置は
イオン・ｆングランテーション装置、反応イオンエンチ
ンク装置又は半導体ウェハー１０の処理にイオンビーム
を用いる他の様ノ？な処理装置と置き換えることができ
る。
装置がイオンインブランデージョン装置であるとき、所
望のイオン種の十分に限定されたし一ノ、を作るために
ソース１８からのイオンビー１．２０は質量分析され、
収束させられる。
ビーノ、２０のτ界偏向又は磁界偏向による又はウェハ
ー１０の機械的動きによる、或いはそれらの組合わぜに
よるイオンビーｌ＼２０とウェハー１０の相対運動がウ
ェハー表面上に−様なイオンドーズ（ｉｏｎ　ｄｏｓｅ
）分布をもならず。大部分のイオンインプランテーショ
ン装置は二つの一般的なカデゴリーに当てはまる。すな
わち、（１）電界ビーム偏向を利用し、同時に一枚又は
二枚のウェハーを処理する遂次装置及び（２）　２５枚
以上のウェハーが回転ディスク上に載せられ、ビームの
磁界偏向又は回転ディスクのｌｆｉ械的移動によってビ
ームが回転ディスク上にスキャンされるバッチ装置であ
る。いずれのタイプの装置でも、イオンビーム２０によ
ってウェハーに伝えられた熱エネルへｍ−は重大であり
、入念に設計されたウェハー冷却装置によって除去され
なければならない。
自動化された装置では、単一のウェハー又は複数のウェ
ハーがターゲットチェンバ内に配置される。そのヂエン
バは急速真空ボンピンクを容易にするために主ヒームラ
インがら分離てきる。自動ウェハー移送装置を有するエ
ンドステーション（（−ｎｄ　ｓｌ、ａｔ、ｉｏｎ　）
は半導１本ウェハーをターゲラ１−ヂエンバ内のターゲ
ット位置に導入し、前記ウェハーをターゲラ■・平面に
ついて並へ、インプランテーションの間ウェハーの冷却
をし、インプランテーションの完了の後、ターゲラ１−
チニンバからウェハーを取り除く。各ターゲット位置で
インブランチ−シコンの間ウェハーを維持、し、また、
冷却するための手段が与えられな（）ればならない。遂
次装置は一つ又は二つのターゲット位置を有するが、バ
ッチ装置は慢数のターゲット位置を有する。
各クータフ１〜位置の熱伝達装置１２はプラテン；（４
の熱伝達表面３２に接着された熱伝導性層：（０を有す
る。該Ｍｇ３０は適切な様々な熱伝導性１勿質で作る。
二とができるが、一般にはポリマー層である。ポリマー
層３０は例えばエラストマーのような弾魔ｌ物質で形成
される。その物質はウェハー１０の表面不規則状態に順
応し、ウェハー１０が取り除かれるとその元の形状に戻
る。ポリマー層３０は独立して作られるが、概して、熱
伝達面３２上の適所にモールドされる。ポリマー層３０
は熱伝達を高めるために柔軟であり、薄く平板状の表面
層又はフィルム５０を有し、それは、以下に詳しく述べ
るようにウェハー１０との粘着を防ぐためにポリマー層
３０よりも硬いものである。半導体ウェハー１０は好ま
しくは最大にされた力４０によって表面フィルム５０の
前面３８と密着するように押し込められる。以下に記載
するように遠心：カフランピングのために、力４０は一
般的には約０．０２４！ｂｓ／ａｍ２（９，０７Ｘ　１
０−’Ｈ／ｃｍ”　）である。イオンビームＺＯによっ
てウェハー１０に伝達された熱エネルギーは表面フィル
ム５０とポリマー層３０を介して伝導によってプラテン
３４に伝達され、適切な冷却手段によって除去される。
好適にはウェハー１０を表面フィルム５０に押しＩ＝ｔ
　ｉする力４０は既定の軸線についての熱伝達装置１２
の回転から生じる遠心力である。第１１３１：Ｒ１に示
されているように熱伝達装置１２がモータイ４によって
回転させられるディスク４２上に置かれている。ウェハ
ー配置位置４６がディスク４２の周辺部に沿って配置さ
れ、熱伝達装置ｉ１２が各位置４６に設けられている。
熱伝達量；ΔＩＺを有する各ウェハー位置４６はウェハ
ー１０を表面フィルノ、５０に押しイ・１りる遠心力を
与えるために、回転軸４８に対して傾Ｇ′フられている
。
第１Δ図の装置はイオンビーム２０による処理のために
ウェハーの全表面が露出し、外縁部固定リンクのために
むだになるウェハ一部分がないという利点を有する。加
えて、ウェハが平坦−であるので、ウェハー表面上のイ
オンビーム、２０の入射角が一定である。
代わりに、従来技術で知られているようにウェハー１０
の外縁部固定が用いられてもよい。
外縁部固定が用いられると、特許番号第４．２ＥＨ，９
２４号及び第４，４５７，３５９号に記載されているよ
うにウェハーの表面領域全体にわたってウェハーと表面
フィルム５０との接触を保証するために、輪郭のつけら
れた表面が１１．えられる。
プラテン３４は概してアルミニウム又は他の熱伝導性物
質であり、好適には熱伝達量を増加するなめに液体冷却
される。液体冷却はプラテン３４の本体中の冷却通路（
図示せず）によって、又は、冷却液の循環のためにプラ
テン３４の背面に収り付←ノられなチューブ（図示し“
ず）によって、或いは従来の他の如何なる冷却手段によ
ってもよい。
熱伝達装置１２の拡大された部分断面図が第２図に示さ
れている。ポリマー層３０の背面３６は以下に記載する
モールデインクプロセスの間、プラテン３４の熱伝達面
３２に付着するようになる。ポリマー層３０は表面フィ
ルム５０とポリマー層３０の双方がウェハー１０の背面
の不規則性及びウェハー１０と表面フィルム５０との間
の異物に順応するように非常に柔軟にできている。一つ
ｄ會適実施例では、ポリマーＮ３０が熱ｆ云導性拉子を
含むシリコンコムてあり、前記粒子は酸１ヒアルミニウ
ム、タラファイトすなわち炭素又は適当な曲の如何なる
熱伝導性物て１であってもよい。その熱伝導性粒子は好
ましくは断面の大きさが４０マイクロメートル又↓」そ
れ以Ｆ−である。」１記のように、シリコンゴムは極め
て柔軟であり、好ましくは、デュロメータ値２０５ｂｏ
ｒｅ八又はそれ以下の硬度を有する。
柔軟なシリコンゴ１１層は硬いゴムよりも粘着性がある
ので、従来技術の熱伝導性シリコンゴム層はウェハーが
シリコンゴム層に粘着するのを制限するために、概して
デュロメータ値が５０乃至７０　Ｓ　ｂ　ｏ　ｒ　ｅΔ
の範囲の硬さに作られている。本発明に従うと、粘着性
のあるジノコンゴム面の問題は薄い表面フィルム５０を
提供することによって克服される。そのフィルム５０は
ポリマー層３０の前面上にあり、そのポリマー層よりも
相対的に硬い６表面フィル１１５０は極めて滑らかな表
面であり、ウェハー１０の背面に粘着せずに非常に一様
で緊密な接触をする。好適実施例では、表面フィルム５
０は以下に記載するようにシリコンゴムの酸素プラズマ
処理によって形成された酸化物である。その酸化物フィ
ルムはＳｉ　Ｏ□すなわち水晶の有望な組成を有し、そ
の成分はシリコンゴム層の大部分に近接している。表面
フィルム５０は単一の近接フィルムでよいが、通常は複
数の平板の形をとる。例えば平板５０ａ、５０ｂ、５０
ｃ、５０ｄで、熱伝達装置の製造中又は製造後に表面フ
ィルム５０に加わる機械的応力又は熱応力に依存して約
５乃至１，０００マイクロメートルの直径の大きさを有
する。各平板５０ａ、５０１）、５０ｃ、５０ｄは滑ら
かな上面を有する。この実施例では表面フィルム５０は
０．１乃至５マイクロス−ドル範囲でｊｌ！択された層
の厚さを有し、一方、ポリマー層３０は０．００１乃至
０．０２０インチ（２，５４ｘ　ｔｏ−’乃至５．０８
ｘ　１０−’センチメートル）の範囲で選択された層の
厚さを有する。
好適には表１■フィルム５０はポリマーＭ３０よりも少
なくとも１０倍硬いファクターであり、ポリマー層３０
は表面フィルム５０よりも少なくとも５０１）〜Ｊ７い
層である。
表面フィルム５０目ウエハー１０の背面に接触し、ウェ
ハーに順応する。なぜならば、各平板５０Ｌ１．５０１
）、５０ｃ等はその下にある柔軟なポリマー層３０−１
−で自由に浮遊するからである。
硬い表面フィルム５０は本来的に有する硬さと石英の強
度のために機械的摩滅とダメージに耐える。石英表面が
ウェハー１０から粘着性のあるシリコンゴムを離すのて
、ウェハーに対する粘着の問題も解消する。柔軟なポリ
マー層は木質的に弱い抗張力を示し、それ故、極めて容
易に小片になりがちである。硬い表面フィルｌ、５０は
柔軟なポリマー層を保護し、小片になる傾向を減じる。
小片及び他の汚染物が表面に粘着し、柔軟なポリマー物
質内に突きささる傾向があるために、柔軟なポリマー層
のクリーニングは一般に困難である。この問題も硬い表
面−ラ′イルム５０があることにより克服される。加え
て、表面フィルム５０は装置にウェハーがないときにイ
オンビームによる損傷から柔軟なポリマー層を保護する
。このように、本発明は柔軟なエラス■−マー冷却の利
益とより硬い基板の容易な解除、清潔さ及び耐久性を合
わせ持つ。
ここまで熱伝達装置１２はウェハー冷却、すなわちイオ
ンビーム２０又は別のエネルギー源によって半導体ウェ
ハー１０に伝達された熱エネルギーの除去に関して記載
された。
熱伝達装置１２はウェハーの冷却とともにウェハーの加
熱に利用されることが理解されよう。スパッタコーディ
ングは処理中、半導体ウェハーを加熱することが望まし
いときのある真空処理の一例である。加熱を望むときは
、プラテン３４の温度が上げられ、熱エネルギーがポリ
マー層３０と表面フィルム５０を介して半導体ウェハー
１０に伝達される。
前記のように、半導体ウェハーから従来技（４・ｒのポ
リマユ潅Ｉ＼の熱伝達の星は制限されている。この制限
は一部はウェハーと従来技術のポリマー表面との間の接
触の不足によるものて、その様子は理解を助けるために
拡大して第３図に示されている。従来技術のポリマー層
５４が熱伝導１７１１粒子５６を有している。少なくと
もい＜−）かの粒子５６がポリマー層５４の前面５４ａ
から突き出ている。その結果、ウェハー５８がポリマー
層５４上に置かれると、突き出した１′台子５６が表面
５４ａとの良好な接触を妨げ、伝導による熱１云３１！
量が制限される。
従来技術のポリマー層５４はまた、空間すなわち閉じ込
められたガスバブル５７を有し、それは、熱伝達量を減
少し、真空処理の間にカス放出することもあり、表面空
胴５９はウェハー５日と前面５４ａとの間の接触の範囲
を減少し、それによっても熱伝達量を減じる。
熱伝導性粒子のポリマー層の表面からの突起は型内でポ
リマー層を作ることによってな・くずことができる。そ
の型は、ポリマー層３０の上部面すなわち−ウエハー接
触面を形成する型の表面に注意深い配慮がされている。
この型の面には型解放物質が与えられており、該物質は
非常に滑らかで、好ましくは光学的に平坦で、モールデ
ィングの間ポリマー層３０のウェハー接触表面上に熱伝
達成粒子が突出するのを防ぐために十分硬い。従来技術
のモールディング技術はグリース、オイル又はワックス
のような比較的柔かい型解放物質を使用した。容易な理
解のために大きく拡大して第４図に示したように、ポリ
マー層６０が熱伝導性粒子６２を有する。モールディン
グ工程中、硬化が完了するまで表面６０ａ近くのずべて
の粒子６２がポリマー層６０の大部分に押し入れられ、
それによって突出粒子６２のない滑らかな表面が提供さ
れる。その結果、ポリマー層６０上に配置されたウェハ
ー６４はその背面部のほとんどが表面６０ａと接触し、
伝導による熱伝達の星は従来技術のものと比較して非常
に増加する。第４図では、粒子６２がポリマー層６０の
上面に突出していないことを図示するために、ポリマー
層６０上にわずかに離して図示されている。以下に記載
１−るように、型解放表面はガラス、焼き入れステンレ
ス鋼、ポリエステルフィルム又は滑らかな表面が形成さ
れ、モールディングの間ポリマーに粘着せず、モールデ
ィングの間、熱伝導粒子の突出を防ぐのに十分硬い他の
如何なる物質でもよい。
シリ：１ンゴム層３０の製造において、熱伝導性粒子又
は池の粒子の突起がなく、モールデインクプロセス中存
在するガスバブルによって作られる表面空胴５９のない
極めて滑らかな表面を１１′ることが必要である。これ
らの粒子又は空胴のずｌ＼てがウェハーとシリコンゴム
層との間の熱沃達量を減じる傾向がある。加えて、シリ
コンゴム層の大部分に閉じ込められたガスバブル５７が
ないことかぁ・要である。このような閉し込められたガ
スバブルは前記層の熱伝達能力を減じるた（）でなく、
シリコンゴム層が真空中に置かれるときカス放出をし、
それによって、処理チェンバ内の実質的漏れを引き起こ
す。それ故、ポリマー層３０は非常に純粋てなくｊれば
ならなす、ガスバブルや他の不Ｒ，ｌＩｉ！Ｉ勿があっ
てはならない。
ポリマー層３０をモールディングするための装置が第５
Ａ及び５Ｂ図にブロック線図で図示されている。好まし
い型ｔＩ４造が第６図に図示されている。第５Ａ及び５
Ｂ図の装置は１つ又はそれ以上のウェハー位置のための
ポリマー層３０を製造するために利用できる。型７０は
アルミニウムのプラテン３４上にポリマー層３０を形成
するために利用される。モールド７２及び７４は単一モ
ールディングプロセスにおいて、追加のプラテン（図示
せず）上に追加のポリマー層を形成するなめに用いられ
る。容器７６はカバー７８と０〜リンク８０を用いて密
閉されている。チューブ８２がカバー７８の開口８４を
通って、各型７０．７２．７４の型空胴（第５Δ図には
示さず）に接触されている。チューブは０リンク８６に
よってカバー７８に密閉されている。好ましく（よ、チ
ューブ８２はフレキシブルで各モールティング処理の後
、使い捨てにできるものである。
容器７６内には槽８７があり、それはポリマー１［０を
作るのに用いられる液体樹脂８日を収容する。典型的に
は樹脂８８は２つ又はそれ以上の反応成分の混合物とし
て作られ、それらは製造手順が開始されるまで分離して
保たれている。ここで用いられるように、用語「樹脂Ｊ
は硬化する前のポリマー層の液体状態を呼ぶのに使われ
、その状態てポンプされ、モールド中に注入される。樹
脂８８は槽８７を用いることなく容器７６に入れ得るこ
とが理解できるだろう。しかし、独立した相８７は容器
７６をきれいにし、・ｇ−要なときは容易に樹脂８８を
交換することがてきる。
密閉された容器７６はバルブ９Ｚを介してコンジット９
０によって圧力ソース９４に連結されている。圧力ソー
ス９４は約５　Ｎｂｓ／１ｎ２（０，３５Ｋｇｗ／ｃｍ
”Ｉの所望の圧力レベルに容器７６を加圧す：（６ るエアーポンプ又は他の手段でよい。容器７６もまたバ
ルブ９６を介してコンジット９０によって真空ポンプ９
８に連結されており、そのポンプは密閉された容器７６
を約１トルめ圧力レベルに排気する能力をイｊする。
チューブ８２は真空に１つ又はそれ以上のモールド７０
．７２．７４に連結され、容器７６内にあるチ１−−ブ
８２の端部は液体樹脂８８の外側に配置されている。第
５Δ図に示ずようにバルブ９２が閉められ、バルブ９６
が開かれると、真空ポンプ９８は密閉された容器７６と
型７０．７２．７４内の型穴の双方を排気する。密閉さ
れた容器７６内の圧力の減少が液体樹脂８８のガスバブ
ルのガス放出を促進し、それによって、−様でガスのな
い物質を提供する６ 次に、容器７６内にあるチューブ８Ｚの端部が○リング
８６を通ってチューブ８２をスライドさせることによっ
て液体樹脂８８の表面下に下げられ、バルブ９６が閉め
られ、バルブ９２が開かれる。圧力ソース９４は既定の
圧力を容器７６内にもたらし、肩５Ｂ図のように液体樹
脂８８をヂューフ８２を介して型７０．７２．７４内の
排気された型穴に押し込む。型穴は排気され、液体樹脂
８８はカス放出されたので、型穴には実質的に閉じ込め
られたカスバブルのない液体樹脂８８が満たされる。型
穴内の樹脂はポリマー層を提供するために室温又はそれ
より高い温度で硬化される。この工程によって作られた
ポリマー層は高い一様性をもち、表面空胴と閉し込めら
れたカスバフルのないものである。
２−）の実施例の型７０．７２．７４の訂細が第６図に
示されている。アルミニウムのプラテン３４にはその上
にシリコンゴム層が形成され、熱伝達面３２と相対する
面との間にホール１０２ｈ・ｌｊ、えられる。柔軟で弾
力のあるガスゲット１０４には開［１１０６があり、該
開口は熱伝達面３２上に位置している。ガスケット１０
４はポリマー層の所望の厚さに等しい厚さを有し、開口
１０６は概して円形であって、ポリマー層の所望の直径
と等しい直径を有する。好ましくは、カスゲラｌ−１０
４はポリウレタンで作られる。
次に型開放面１１．２を有する上部型部材１１０が密閉
された型穴１１４を形成するようにカスケラ１−１０４
Ｊ二に配設されている。前記ガスケット１　Ｆ＋　／Ｉ
　ｉＪ上モールドれるポリマー層の大きさと形状を定め
る。
」１記のように、型開放面１１２にはガラス、焼き入れ
ステンレス鋼、ポリエステルフィルム又は、その他の物
質で樹脂８８内の熱伝導粒子がポリマー層の表面上に突
出するのを防ぎ、−・方、ポリマー層の硬化の間、ポリ
マー層と粘着しないような物質を用いることができる。
型開放面１１２は光学的に平坦に作られることが好まし
い。必要ならば、エアゾルスプレー（ａｅｒｏｓｏ　ｌ
　５ｐｒａｙ　）状の型開放物質を型開放面１１２に加
えてもよい。好適なエアゾルスプレーは１乃至５マイク
ロメートルの範囲の大きさのテフロン粒子である。１つ
の好適実施例では、型開放面１１２はポリエステルフィ
ルムて作ることができ、該フィルムはモールデイングの
間にポリマー層３０に移り、モールディングの後、残り
の装置組立て及び試験の間、ＩＹ護のためにポリマーＷ
ｉ３０上に保持される。
ポリニスデルフィルムはその後、ポリマー層３０からは
がずようにして離される。弾力のあるカスケラｌ−１０
４の使用が型穴１１４を密閉し、ポリマー層：）０の厚
さと大きさを定め、一方で、フラッシング（型要素間の
漏れ）及びポリマ層の周辺端部ての池の凹凸を防ぐ。
密閉された容器７６からのチューブ８２は上記のように
型穴を排気し、それに続いて充填をリーるために在来の
構造の適切な耐真空フィッティング（図示せず）によっ
て、ホール１０２を介して型穴１１４に連結されている
。型穴１１４内の樹脂は、概して室温で硬化される。
硬化に続いて、熱伝達面３２に粘着した柔軟なポリマー
層：（０を残してプラテン３４から型部材＋１０とガス
ケラ１〜１０４が除かれる。
次に、プラテン３４とポリマー層３０は通常、ウェハー
から）］１ヘレジストを除くために用いられるＤｒｙＬ
ｅｋエツチャー（ｃｔ、ｃｂｅｒ）のようなプラズマエ
ツチャー内に置かれる。前記エツチャーのチェンバーは
排気され、酸素が約４００ミクロンの圧力レベルて導入
される。ヂエンバー内に酸素プラズマを形成するように
エツチャーによって約１キロワツトのレベルのラジオ周
波数エネルギーが酸素に与えられる。
プラテン３４とポリマー層３０は計画的に加熱されるわ
幻ではないが、供給されたラジオ周波数エネルギーがそ
れらを約１００℃に加熱する。
プラテン３４とポリマー層３０は約３０分間酸素プラズ
マ中に置かれ、ポリマー層３０の上に薄く、比較的硬い
表面フィルム５０が形成される。ポリマー層３０の酸素
プラズマ処理は極めてきれいな表面を作る。加えて、酸
素がシリコンゴム中のシリコンと反応し、好ましくは０
．１乃至５．０マイクロメートルの範囲の厚さを有する
シリコン酸化物すなわち石英の層を形成する。石英層の
厚さは酸素プラズマ処理時間に依存する。シリコンゴム
は水素、炭素及びジリ：１ンから構成されるので、酸素
プラズマがシリコンゴム層の」二部から水素と酸素を侵
食して１１２０と００２を作り、はとんど純粋なシリコ
ンの上部層が残ると信しられている。このシリコンは次
にプラズマ内で酸素と反応し、酸化物層を形成する。更
に、酸素プラズマ処理中にゴ１１中のオイルが沸騰し、
酸素と反応してシリコン酸１ヒ物を作るものと信じられ
る。
酸化物（石英）表面フィル１＼５０は差し渡しで約５乃
至１，０００マイクロメートルの大きさの複数のさド板
に割れ易いことがわかった。その平板は機械的応力、熱
応力又はそれらを組きわけたものをフィル１１５０にカ
ロえるにとによって作ることができる。石英板はシリコ
ンゴム面表面からはがれることはない。なぜならば、そ
れらはシリコンゴム面と連続した部分として形成される
からである。複数の平板の個々が独立して動くので、そ
れらはウェハーの背面上の凹凸面に順応し、ウェハーと
ポリマー層との間に不注意に閉じ込められた粒子に順応
する。その結果、冷却能力が実質的に」二がる。
ポリマー層３０を製造する方法が第７図に要約されてい
る。初めにステップ１２０に示されているように、ガス
ケット１０４と型部材１１０がプラテン３４に取り付（
）られて型穴１１４を作り、槽に入った樹脂が容器７６
内に置かれ、カバー７８で容器７６が密閉される。次に
ステップ１２２てバルブ９６が開かれ、型穴１１４と容
器７６が排気される。次にステップ１２４に示すように
、チＪ、−ブ８２が樹脂８８中に沈められ、圧力ソース
９４が樹脂を型穴１１４中に注入するようにバルブ９６
が閉められ、バルブ９２が開けられる。
ステップ１２６で樹脂が硬化され、ステップ１２８でガ
スケラ）−１０４と型部材１１０が除かれる。最陵にス
テップ１３０でプラテン３４とそれに付けられたポリマ
ー層３０が酸素プラズマ処理を受けて表面フィルｌ、５
０を形成する。
本発明の範囲内に表面フィルム５０を形成するための別
の技術が含まれることが理解されよう。例えは、酸化物
層を形成するためにシリコンゴム上にシランガスと酸素
のデポジションを利用することができる。加えて、表面
フィルムは例えばタラファイトのような別の滑らかて平
板状の物質て形成されてもよい。シリコンゴノ、層の表
面に粘着するように機械的にデポジットされ摩擦された
グラフアイＩ・は増加した熱伝達をもたらし、ウェハー
には粘着しない。主要な要件は比較的柔軟て、熱伝導性
のあるポリマー層上に薄く、滑らかで、比較的硬い表面
フィルムを提供することである。
その表面フィルムは半導体ウェハーとの粘着を防ぎ、密
着した接触を可能にする。柔軟なポリマー層とその表面
フィルムはどちらでもウェハーの背面に順応し、また、
どちらも高い熱伝導性を有し、全体に熱伝達性能が著し
く改善される。ここで開示した熱伝達装置に関して熱接
触抵抗が測定され、約１０℃／ｕｌＩａ　１．　ｔ　／
　ｃ　＋ｎ　’てあった。対照的にガス冷却は約４０℃
／＋ｕａｔｔ／ｃ＋ｎ’で良好な性能で、従来技術のボ
リマー膚に関する典型的な性能は約５０°〜６０℃／ｗ
ａｔｔ／ｃ＋ｎ２である。
ここまで、本発明の好適な実施例について示し、記載し
てきたが、添付した特許請求の範囲による本発明の範囲
からはずれることなく様々な変更が可能であるかとが当
業者には明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
第１Ａ図は本発明の熱伝達装置を用いる真空処理装置の
略示ブロック線図である。 第１Ｂ図はイオンインプランテーションの間、ウェハー
の遠心カクランビングのための回転するディスクを示し
たブロック線図である。 第２図は第１Ａ図の斗導体ウェハーと熱伝達装置の拡大
された部分断面図である。 第３図は従来技術によって作られたポリマー層とウェハ
ーの拡大された部分断面図である。 第４図は本発明によって作られたポリマー層とウェハー
の拡大された部分断面図である。 第５Ａ図は本発明に従ったモールディング装置のフロッ
ク線図であり、その装置の排気中のものを示している。 第５Ｂ図は本発明に従ったモールディング装置σ）フロ
ック線図てあり、ポリマー樹脂を型穴に注入しているも
のを示してしる。 第６図はポリマー層を製造するための型の断面ＩＰＩで
ある。 第７図はポリマー層製造工程を示すブロック線図である
。 ［主要符号の説明］

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、半導体ウェハーの熱伝達のための装置を製造するた
    めの方法であって、 ａ）熱伝達面を有する熱伝導性プラテンを用意する工程
    、 ｂ）前記熱伝達面に型を形成する工程であって、前記型
    が熱伝導性ポリマー層のための 型穴を定め、該型穴が前記熱伝達面の一部 によって一部分定められるところの工程、 ｃ）前記型穴を排気する工程、 ｄ）型穴の排気の後に、型穴に前記ポリマー層のための
    樹脂を注入する工程、 ｅ）前記熱伝達面の前記部分の上に前記ポリマー層を形
    成するために、前記型穴内で前 記ポリマー層用の樹脂を硬化させる工程、 とから成る方法。 ２、更に、ａ）前記ポリマー層用の樹脂を囲まれた容器
    内に配置する工程、 ｂ）前記型穴に前記ポリマー層用の樹脂を注入する工程
    の前に、前記容器を排気する工 程、 を有するところの請求項１記載の方法。 ３、更に、前記容器と前記型穴をチューブでいっしょに
    連結する工程で、前記型穴を排 気する工程と前記容器を排気する工程が同 時に実行されるところの請求項２記載の方 法。 ４、前記型穴中に前記ポリマー層用の樹脂を注入する工
    程が、 ａ）前記チューブの一端を前記ポリマー層用の樹脂中に
    沈める工程、 ｂ）樹脂を前記チューブを通して前記の排気された型穴
    中に押し込むように、前記容器 内の空間で前記ポリマー層用の樹脂の上に ある部分を加圧する工程、 とを有するところの請求項３記載の方法。 ５、型を形成する工程が前記熱伝達面に相対する滑らか
    で、硬い型開放面を提供する工 程からなり、前記型開放面の接触によって 形成される前記ポリマー層の表面が滑らか であるところの請求項１記載の方法。 ６、型を形成する工程が更に、前記熱伝達面と前記硬い
    型開放面との間に弾力性のある ガスケットを提供する工程とから成り、前 記ガスケットが前記ポリマー層の所望の厚 さに等しい厚さを有し、前記型穴の外周を 定める開口を有するところの請求項５記載 の方法。 ７、硬い型開放面を提供する工程が、熱伝導性粒子が前
    記ポリマー層の表面上に突出す るのを防ぐのに十分な硬さを有する型開放 面を提供する工程を有するところの請求項 ５記載の方法。 ８、ポリマー層を製造するための方法であって、 ａ）前記ポリマー層の所望の形状と大きさを有する型穴
    を定める型を形成する工程、 ｂ）前記型穴を排気する工程、 ｃ）前記型穴が排気される間、前記型穴に前記ポリマー
    層用の樹脂を注入する工程、 ｄ）前記ポリマー層用の樹脂を前記型穴内で硬化させる
    工程、 とから成る方法。 ９、更に、ａ）前記ポリマー層用の樹脂を囲まれた容器
    内に配置する工程、 ｂ）前記型穴に前記ポリマー層用の樹脂を注入する工程
    の前に、前記容器を排気する工 程、 を有するところの請求項８記載の方法。 １０、更に、前記容器と前記型穴をチューブでいっしよ
    に連結する工程で、前記型穴を排 気する工程と前記容器を排気する工程が同 時に実行されるところの請求項９記載の方 法。 １１、前記型穴中に前記ポリマー層用の樹脂を注入する
    工程が、 ａ）前記チューブの一端を前記ポリマー層用の樹脂中に
    沈める工程、 ｂ）樹脂を前記チューブを通して前記の排気された型穴
    中に押し込むように、前記容器 内の空間て前記ポリマー層用の樹脂の上に ある部分を加圧する工程、 とを有するところの請求項１０記載の方法。 １２、薄いポリマー層のための型であって、ａ）第１型
    面を有する第１部材、 ｂ）前記第１型面に相対する第２の滑らかで硬い解放面
    を有する第２部材、 ｃ）前記第１部材と第２部材との間のガスケットであっ
    て、前記第１及び第２部材とと もに型穴を形成し、前記型穴の所望の厚さ に等しい厚さを有し、前記型穴の外縁部を 定める開口を有するところのガスケット、 ｄ）前記型穴を排気し、ポリマー層用の樹脂を前記型穴
    に注入するための手段、 とから成り、前記第１面が前記樹脂の硬化 によって形成されたポリマー層への粘着に 適し、前記第２面は前記ポリマー層との粘 着を防ぐのに適しているところの型。 １３、前記ガスケットが比較的弾力性があるところの請
    求項１２記載の型。 １４、前記ガスケットがポリウレタンから成るところの
    請求項１３記載の型。 １５、前記第２部材がポリエステルフィルム型開放面を
    有するところの請求項１２記載の型。 １６、前記第２部材が焼き入れステンレス鋼型開放面を
    有するところの請求項１２記載の型。 １７、前記第２部材がガラス型開放面を有するところの
    請求項１２記載の型。 １８、ポリマー層をモールディングするための装置であ
    って、 ａ）前記ポリマー層の所望の大きさと形状を有する型穴
    を定めるための型手段、 ｂ）前記型穴を排気するための手段、 ｃ）前記ポリマー層用の樹脂を排気された型穴中に注入
    するための手段、 とから成る装置。 １９、ポリマー層をモールディングするための装置であ
    って、 ａ）前記ポリマー層の所望の大きさと形状を有する型穴
    を定めるための型手段、 ｂ）前記ポリマー層用の樹脂のための容器を収納する密
    閉エンクロージャ、 ｃ）前記密閉エンクロージャを前記型穴に連結するコン
    ジット手段、 ｄ）前記密閉エンクロージャの排気のために前記密閉エ
    ンクロージャに連結され、また、前記型穴に連結される
    といった選択的連結 がなされる真空ソース手段、 ｃ）前記ポリマー層用樹脂が前記コンジット手段を通し
    て前記型穴に注入されるように、前記型穴の排気後に前
    記密閉エンクロージャを加圧するための選択的に前記密
    閉エンク ロージャに連結された圧力ソース手段、 とから成る装置。 ２０、前記コンジット手段が一端が前記密閉エンクロー
    ジャ内にあるチューブから成り、 該チューブの前記一端が前記密閉エンクロ ージャと前記型穴の排気の間は樹脂の容器 の外側の第１位置にあり、前記密閉エンク ロージャの加圧の間は樹脂の前記容器内に 沈んだ第２位置にあるように移動可能であ るところの請求項１９記載の装置。 ２１、前記型手段が、ａ）前記ポリマー層が形成される
    面を有する第１部材、 ｂ）前記ポリマー層が形成される表面と相対する滑らか
    で硬い型開放面を有する第２部 材、 ｃ）前記第１部材と第２部材との間にあって、前記ポリ
    マー層の所望の厚さに等しい厚さ を有し、前記ポリマー層の外縁部を定める 開口を有する弾力性ガスケット、 とから成り、前記第１及び第２部材と前記 ガスケットが前記型穴を定めるところの請 求項２０記載の装置。
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