JPH0464175B2 - - Google Patents
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- JPH0464175B2 JPH0464175B2 JP58090840A JP9084083A JPH0464175B2 JP H0464175 B2 JPH0464175 B2 JP H0464175B2 JP 58090840 A JP58090840 A JP 58090840A JP 9084083 A JP9084083 A JP 9084083A JP H0464175 B2 JPH0464175 B2 JP H0464175B2
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- Japan
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- contact surface
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Classifications
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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Description
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は目的物及び熱貯蔵器を含む熱移送装置
に関するもので、特に、イオン注入、スパツタリ
ング等によつて処理される半導体ウエーハの冷却
に関するものである。
に関するもので、特に、イオン注入、スパツタリ
ング等によつて処理される半導体ウエーハの冷却
に関するものである。
発明の背景
加工品が高放射流束を受ける処理工程におい
て、その加工品内に出る熱はその処理に対して限
界を与える因子となるものであろう。特に、半導
体材料のイオン注入に対して、加工品の温度に上
限があることがいくつかの理由のために認められ
ている。ウエーハがリソグラフ処理の一部として
レジスト層でコートされるところでは、その層
は、100℃をかなり越えて上昇した温度では劣化
又は変質するであろう。前に形成された半導体ウ
エーハ内の、明確に変化した特性を有する領域
は、そのウエーハが長く放射線を受けると不所望
の拡散受けか、又は前に注入などを受けた領域は
焼なましを早く受けることになるであろう。
て、その加工品内に出る熱はその処理に対して限
界を与える因子となるものであろう。特に、半導
体材料のイオン注入に対して、加工品の温度に上
限があることがいくつかの理由のために認められ
ている。ウエーハがリソグラフ処理の一部として
レジスト層でコートされるところでは、その層
は、100℃をかなり越えて上昇した温度では劣化
又は変質するであろう。前に形成された半導体ウ
エーハ内の、明確に変化した特性を有する領域
は、そのウエーハが長く放射線を受けると不所望
の拡散受けか、又は前に注入などを受けた領域は
焼なましを早く受けることになるであろう。
従つて、イオン注入処理等の結果によつて中に
発生する熱を半導体ウエーハから除去することが
重要なことである。
発生する熱を半導体ウエーハから除去することが
重要なことである。
イオン注入の間、半導体ウエーハを凸状に曲が
つたプラテンに締め付けることによつて半導体ウ
エーハを能動的に冷却することは、従来技術にお
いて知られている。そのプラテンは、その表面上
に柔軟な熱伝導性材料のコーテイングを有してい
る。そのプラテンと協働する締付けリングが、凸
状に曲つたプラテンの適合的（compliant）な表
面に対して半導体ウエーハをしつかりと押し付け
るように配置され、その締付けで、ウエーハから
プラテン内に設けられた能動的冷却手段への熱エ
ネルギーの移動が一段とおこなわれる。このよう
な装置は、本発明と共に譲渡された米国特許第
4282924号に記載されている。
つたプラテンに締め付けることによつて半導体ウ
エーハを能動的に冷却することは、従来技術にお
いて知られている。そのプラテンは、その表面上
に柔軟な熱伝導性材料のコーテイングを有してい
る。そのプラテンと協働する締付けリングが、凸
状に曲つたプラテンの適合的（compliant）な表
面に対して半導体ウエーハをしつかりと押し付け
るように配置され、その締付けで、ウエーハから
プラテン内に設けられた能動的冷却手段への熱エ
ネルギーの移動が一段とおこなわれる。このよう
な装置は、本発明と共に譲渡された米国特許第
4282924号に記載されている。
前述の技術は伝導機構に基づいて熱移送をおこ
なうものである。熱エネルギーは、ウエーハに吸
収される入射ビームの運動エネルギーによつてウ
エーハの外表面の近傍で生じる。従つて、熱移送
をウエーハ材料を介しておこなう必要があるの
で、ウエーハ材料の熱伝導特性の中に潜在的に熱
伝導性の第１成分が存在する。（簡単化のために
熱がウエーハの厚さを通して通過すると仮定して
いる。）同様に、ウエーハとウエーハ接触するプ
ラテン表面の間で、次に循環冷却流体用の冷却チ
ヤネルが配置されたプラテンの内部領域を通つて
熱移動をおこなわせるために、プラテンは熱伝導
特性の特徴を有する材料から成る。ウエーハとプ
ラテンとの間の中間接触領域において、熱移動特
性への明確な寄与が存在する。この領域の熱伝導
は、ウエーハとプラテンとの間の実際の接触面積
にほぼ比例し、２つの材料の平均熱伝導率に反比
例する。微視的なスケールでは、それらの表面
は、完全に平らではなく、不規則な方向を有して
いる。材料の硬度及び各々の接触表面の表面地形
分布における仮定に基づくことにより、接触面積
は微視的測定で計算することができるが、しか
し、実際には巨視的な面積のほんの一部にすぎな
い。真空中における固体間の伝導熱移動理論はク
ーパー、マイキツク及びヤパノピツクによつて展
開されている（Int.J.Heat and Mass
Transfer.12巻、279−300頁（1969））。そこでは、
接触熱伝導が、伝導性及び実際の接触面積に依存
することが示されている。その実際の接触面積
は、接合しあう表面における平らでない部分の表
面密度及びその材料の弾性又可塑性適合性
（compliance）に順に依存するものである。上に
働く押し付けられた力により、不規則性はまず相
互に接触するように、又はほぼ合致するように変
形され、より多くの接触面積が生成されるであろ
う。より多くの接触面積による所望の効果は、ウ
エーハによつて支え得る最大応力によつて限定さ
れる。米国特許第4282924号において、プラテン
は、高熱容量金属体で構成され、特に特定しない
が凸状に曲がつている、ウエーハと接触する熱伝
導適合（compliant）材料外層が接合されてい
る。従つて、ウエーハの小さな不規則性のある部
を収容すべく変形する表面層を備えている。この
例では、その適合（compliant）材料を通過する
熱通路の長さにおいて更に幾何学的な層性が存在
する。その長さは、接触圧力の増加とともに比例
して短くなるものである。この効果は最初に現れ
るが、しかし、通常生ずる僅かな変形では全く小
さなものである。
なうものである。熱エネルギーは、ウエーハに吸
収される入射ビームの運動エネルギーによつてウ
エーハの外表面の近傍で生じる。従つて、熱移送
をウエーハ材料を介しておこなう必要があるの
で、ウエーハ材料の熱伝導特性の中に潜在的に熱
伝導性の第１成分が存在する。（簡単化のために
熱がウエーハの厚さを通して通過すると仮定して
いる。）同様に、ウエーハとウエーハ接触するプ
ラテン表面の間で、次に循環冷却流体用の冷却チ
ヤネルが配置されたプラテンの内部領域を通つて
熱移動をおこなわせるために、プラテンは熱伝導
特性の特徴を有する材料から成る。ウエーハとプ
ラテンとの間の中間接触領域において、熱移動特
性への明確な寄与が存在する。この領域の熱伝導
は、ウエーハとプラテンとの間の実際の接触面積
にほぼ比例し、２つの材料の平均熱伝導率に反比
例する。微視的なスケールでは、それらの表面
は、完全に平らではなく、不規則な方向を有して
いる。材料の硬度及び各々の接触表面の表面地形
分布における仮定に基づくことにより、接触面積
は微視的測定で計算することができるが、しか
し、実際には巨視的な面積のほんの一部にすぎな
い。真空中における固体間の伝導熱移動理論はク
ーパー、マイキツク及びヤパノピツクによつて展
開されている（Int.J.Heat and Mass
Transfer.12巻、279−300頁（1969））。そこでは、
接触熱伝導が、伝導性及び実際の接触面積に依存
することが示されている。その実際の接触面積
は、接合しあう表面における平らでない部分の表
面密度及びその材料の弾性又可塑性適合性
（compliance）に順に依存するものである。上に
働く押し付けられた力により、不規則性はまず相
互に接触するように、又はほぼ合致するように変
形され、より多くの接触面積が生成されるであろ
う。より多くの接触面積による所望の効果は、ウ
エーハによつて支え得る最大応力によつて限定さ
れる。米国特許第4282924号において、プラテン
は、高熱容量金属体で構成され、特に特定しない
が凸状に曲がつている、ウエーハと接触する熱伝
導適合（compliant）材料外層が接合されてい
る。従つて、ウエーハの小さな不規則性のある部
を収容すべく変形する表面層を備えている。この
例では、その適合（compliant）材料を通過する
熱通路の長さにおいて更に幾何学的な層性が存在
する。その長さは、接触圧力の増加とともに比例
して短くなるものである。この効果は最初に現れ
るが、しかし、通常生ずる僅かな変形では全く小
さなものである。
境界面の熱インピーダンスに影響を与えるいろ
いろな効果は、熱シンクに関して所定のウエーハ
温度を保つことが望ましい所で選択的に制御可能
な熱インピーダンスを与えることで認められた。
この属性の例が、これと共に譲渡された出願中の
米国出願第284915号で議論されている。
いろな効果は、熱シンクに関して所定のウエーハ
温度を保つことが望ましい所で選択的に制御可能
な熱インピーダンスを与えることで認められた。
この属性の例が、これと共に譲渡された出願中の
米国出願第284915号で議論されている。
従つて、本発明の目的は、イオン注入の間、半
導体ウエーハを効果的に冷却するための改良され
た装置、特に一様にこのような冷却をおこなう装
置を提供することである。
導体ウエーハを効果的に冷却するための改良され
た装置、特に一様にこのような冷却をおこなう装
置を提供することである。
発明の概要
放射流束を受ける半導体ウエーハ用の改良され
た熱移動装置は、ウエーハをその周囲で好適に締
め付けるプラテンを含んでいる。そのプラテン
は、ウエーハの表面上の場所に依存しないで、熱
をウエーハを通してプラテンに移動させることを
最適にする輪郭を有している。ウエーハとプラテ
ンとの間の接触圧力分布が、ウエーハをプラテン
に締め付ける締付け手段によつて限定された境界
条件に対して、ウエーハの残りの表面全体にわた
つて一様であるところの表面に対応するように、
ウエーハと合致する輪郭が計算れさる。接触圧力
の大きさは、ウエーハが後で割れることなく許容
し得る大きさまで最大化される。
た熱移動装置は、ウエーハをその周囲で好適に締
め付けるプラテンを含んでいる。そのプラテン
は、ウエーハの表面上の場所に依存しないで、熱
をウエーハを通してプラテンに移動させることを
最適にする輪郭を有している。ウエーハとプラテ
ンとの間の接触圧力分布が、ウエーハをプラテン
に締め付ける締付け手段によつて限定された境界
条件に対して、ウエーハの残りの表面全体にわた
つて一様であるところの表面に対応するように、
ウエーハと合致する輪郭が計算れさる。接触圧力
の大きさは、ウエーハが後で割れることなく許容
し得る大きさまで最大化される。
１つの実施例において、プラテンは剛直な金属
部材及びその上に接合される適合（compliant）
層から成る。その適合層の特性及び接合表面での
その部材の内側輪郭によつて、上述した必要条件
を満す外側輪郭は制御される。
部材及びその上に接合される適合（compliant）
層から成る。その適合層の特性及び接合表面での
その部材の内側輪郭によつて、上述した必要条件
を満す外側輪郭は制御される。
どちらのアプローチにおいても、プラテンは、
そこから熱を効果的に除去するための能動的な冷
却手段を好適に含んでいる。
そこから熱を効果的に除去するための能動的な冷
却手段を好適に含んでいる。
好適実施例
本発明の概要は、典型的なイオン注入装置を図
示している第１図に良く示されている。高電圧タ
ーミナル２が、アースに関して典型的に＋10kev
から＋200kevまでの選択可能な電圧に保たれて
いる。ターミナル２内に、イオン源８及びそれと
組み合う電源１０が配置され、本発明の目的に関
して詳説する必要のない抽出、プローブ及び集束
電圧が備えられている。典型的に、イオン源はガ
ス状原料を必要とするガス取扱装置で作動し、そ
の装置はいくつかのガスシリンダの間で選択する
ため及び選択されたガスを制御して漏出すること
によりイオン源に供給するために使用されてもよ
いものである。イオン源８から発散する高流束イ
オンビーム１８が分析磁石２０で運動量分析さ
れ、その磁石から流出し、穴２２によつて成形さ
れ、更に可変なスリツトシステム２４によつて限
定される。そのビームは次に、加速管２６内のア
ース電位へ加速される。四重極子二重レンズのよ
うな光学的要素２８は、空間集束をターゲツト面
５６又は５８に生じさせるためにビームに作用す
る。第１図の典型的な装置は静電偏向装置を利用
している。その静電偏向装置は、選択されたター
ゲツト面全体にビーム１８を向けるためのｙ偏向
板４０及びｘ偏向板４２を含んでいる。所望の走
査パターンを形成するために板４０及び４２に印
加される波形が走査装置で形成される。二重チヤ
ネルターゲツトチエンバ４６は、処理される製品
を覆うために備えられている。各々の処理チヤネ
ルに対してビーム形成スリツト４８及び４９が、
そして電荷収集及び集成に対してフアラデイケー
ジ５０及び５１が、そのターゲツトチエンバの中
に含まれている。供給チヤネル５２及び５４を含
む自動ウエーハ取扱装置が作動すると、２つの処
理チヤネルには、時間をずらしてターゲツトチエ
ンバ内に導入するための２つの真空ロツクの各々
を通つて１度に１つ半導体ウエーハが導入され
る。そのウエーハ取扱装置は、処理の間にウエー
ハを適切に位置付けし、揃え、冷却し、処理終了
後にチエンバから処理されたウエーハを取り除
く。そのウエーハ取扱装置は、これと一緒におこ
なつた一連の出願（1982年５月24日の出願の米国
特許出願第381085号）の中に記載されている。
示している第１図に良く示されている。高電圧タ
ーミナル２が、アースに関して典型的に＋10kev
から＋200kevまでの選択可能な電圧に保たれて
いる。ターミナル２内に、イオン源８及びそれと
組み合う電源１０が配置され、本発明の目的に関
して詳説する必要のない抽出、プローブ及び集束
電圧が備えられている。典型的に、イオン源はガ
ス状原料を必要とするガス取扱装置で作動し、そ
の装置はいくつかのガスシリンダの間で選択する
ため及び選択されたガスを制御して漏出すること
によりイオン源に供給するために使用されてもよ
いものである。イオン源８から発散する高流束イ
オンビーム１８が分析磁石２０で運動量分析さ
れ、その磁石から流出し、穴２２によつて成形さ
れ、更に可変なスリツトシステム２４によつて限
定される。そのビームは次に、加速管２６内のア
ース電位へ加速される。四重極子二重レンズのよ
うな光学的要素２８は、空間集束をターゲツト面
５６又は５８に生じさせるためにビームに作用す
る。第１図の典型的な装置は静電偏向装置を利用
している。その静電偏向装置は、選択されたター
ゲツト面全体にビーム１８を向けるためのｙ偏向
板４０及びｘ偏向板４２を含んでいる。所望の走
査パターンを形成するために板４０及び４２に印
加される波形が走査装置で形成される。二重チヤ
ネルターゲツトチエンバ４６は、処理される製品
を覆うために備えられている。各々の処理チヤネ
ルに対してビーム形成スリツト４８及び４９が、
そして電荷収集及び集成に対してフアラデイケー
ジ５０及び５１が、そのターゲツトチエンバの中
に含まれている。供給チヤネル５２及び５４を含
む自動ウエーハ取扱装置が作動すると、２つの処
理チヤネルには、時間をずらしてターゲツトチエ
ンバ内に導入するための２つの真空ロツクの各々
を通つて１度に１つ半導体ウエーハが導入され
る。そのウエーハ取扱装置は、処理の間にウエー
ハを適切に位置付けし、揃え、冷却し、処理終了
後にチエンバから処理されたウエーハを取り除
く。そのウエーハ取扱装置は、これと一緒におこ
なつた一連の出願（1982年５月24日の出願の米国
特許出願第381085号）の中に記載されている。
イオンビームが横切る全領域が高真空に、例え
ば、典型的には10-6mm．ｈｇのオーダの圧力に保
たれることは理解されよう。
ば、典型的には10-6mm．ｈｇのオーダの圧力に保
たれることは理解されよう。
第２Ａ図に示されているように、ウエーハ６２
の周囲に加えられる締付け力Ｌがウエーハ表面全
体にわたつて不一様な分布の接続力となることが
わかるであろう。このことはウエーハに不一様な
荷重を生じさせる。そこにおける不一様な荷重
は、任意の凸面外形６５を有するプラテン６４に
よつて形成される。局部の応力は、ベクトル成分
６６により記号にして示されている。ウエーハ６
２とプラテン６４との境界の熱伝導性は、プラテ
ンに向けてウエーハ上に加えられる接触力、並び
にその材料の熱的及び機械的特性の関数である。
上述したように、このことは一部にはウエーハと
プラテンの両方の微視的な材料の特徴である微視
的な表面の荒さ及び圧縮率並びに印加力に比例し
て変化し得る各々の材料における接触面積のため
である。第２Ａ図のような、典型的に周囲で締め
付けられたウエーハを冷却する凸状の球面形のプ
ラテンにおいて、比較的温度上昇した領域が、局
部的な接触圧力の減少のために、処理の間ウエー
ハの中心領域において広く進んでいくことがわか
つている。
の周囲に加えられる締付け力Ｌがウエーハ表面全
体にわたつて不一様な分布の接続力となることが
わかるであろう。このことはウエーハに不一様な
荷重を生じさせる。そこにおける不一様な荷重
は、任意の凸面外形６５を有するプラテン６４に
よつて形成される。局部の応力は、ベクトル成分
６６により記号にして示されている。ウエーハ６
２とプラテン６４との境界の熱伝導性は、プラテ
ンに向けてウエーハ上に加えられる接触力、並び
にその材料の熱的及び機械的特性の関数である。
上述したように、このことは一部にはウエーハと
プラテンの両方の微視的な材料の特徴である微視
的な表面の荒さ及び圧縮率並びに印加力に比例し
て変化し得る各々の材料における接触面積のため
である。第２Ａ図のような、典型的に周囲で締め
付けられたウエーハを冷却する凸状の球面形のプ
ラテンにおいて、比較的温度上昇した領域が、局
部的な接触圧力の減少のために、処理の間ウエー
ハの中心領域において広く進んでいくことがわか
つている。
最適なプラテンの輪郭は、周囲にそつて支持さ
れている一様に荷重された薄いデイスクを記述す
る微分方程式によつて描ける。この問題は、マル
ガリーとウオールソン（MarguerreとWoernle）
によつて議論されている（“弾性板”第11章、プ
ライスデル出版社、ウオルサム．マサチユーセツ
ツ州．1969）。これを参照すると、一様に荷重さ
れた周囲で支持されている薄い柔軟なデイスクに
対する偏差（deflection）ｙ（ｒ）は ｙ（ｒ）＝（ｐ／Et3）３（１−ν2）／16 （r4−D2（３＋ν）／２（１＋ν）r2） (1) である。ここで ｒ＝動径位置 Ｄ＝2r0（ウエーハ直径） ｔ＝ウエーハの厚さ ｐ＝ウエーハに印加される力 Ｅ＝弾性係数 ν＝ポアソン比 上記式(1)によつて記述される偏差は、処理中に
感知される最適な接触冷却に対する規準、例え
ば、ウエーハに印加される一様な接触圧力分布を
満す。ウエーハからプラテンへの熱移動を最大に
するために、ウエーハとプラテンの間の接触力を
最大にすることが更に望ましい。最大の接触力に
は、そのウエーハ材料の特性によつて制限を受け
る。ウエーハが凸状面のために変形されるので、
応力の接線方向成分（法線方向の接触力に関して
接線方向成分）は、曲げが強制され、それにより
ウエーハの内側面近傍を圧縮し、その外側（凸
状）面近傍を緊張させる。各々の表面における応
力の接線方向成分は、設計上のパラメータに範囲
を与える大きさ（特に、外側面における緊張応
力）を表している。
れている一様に荷重された薄いデイスクを記述す
る微分方程式によつて描ける。この問題は、マル
ガリーとウオールソン（MarguerreとWoernle）
によつて議論されている（“弾性板”第11章、プ
ライスデル出版社、ウオルサム．マサチユーセツ
ツ州．1969）。これを参照すると、一様に荷重さ
れた周囲で支持されている薄い柔軟なデイスクに
対する偏差（deflection）ｙ（ｒ）は ｙ（ｒ）＝（ｐ／Et3）３（１−ν2）／16 （r4−D2（３＋ν）／２（１＋ν）r2） (1) である。ここで ｒ＝動径位置 Ｄ＝2r0（ウエーハ直径） ｔ＝ウエーハの厚さ ｐ＝ウエーハに印加される力 Ｅ＝弾性係数 ν＝ポアソン比 上記式(1)によつて記述される偏差は、処理中に
感知される最適な接触冷却に対する規準、例え
ば、ウエーハに印加される一様な接触圧力分布を
満す。ウエーハからプラテンへの熱移動を最大に
するために、ウエーハとプラテンの間の接触力を
最大にすることが更に望ましい。最大の接触力に
は、そのウエーハ材料の特性によつて制限を受け
る。ウエーハが凸状面のために変形されるので、
応力の接線方向成分（法線方向の接触力に関して
接線方向成分）は、曲げが強制され、それにより
ウエーハの内側面近傍を圧縮し、その外側（凸
状）面近傍を緊張させる。各々の表面における応
力の接線方向成分は、設計上のパラメータに範囲
を与える大きさ（特に、外側面における緊張応
力）を表している。
一様に荷重された薄い柔軟なデイスクに対し
て、このように形成された偏差から生ずる最大の
表面圧力は、 σ＝ｐ（r0／ｔ）2〔３／８（３＋ν）〕(2) で与えられ、その最大圧力は、以下の式のように
ウエーハが安全である最大緊張応力によつて制限
を受ける。
て、このように形成された偏差から生ずる最大の
表面圧力は、 σ＝ｐ（r0／ｔ）2〔３／８（３＋ν）〕(2) で与えられ、その最大圧力は、以下の式のように
ウエーハが安全である最大緊張応力によつて制限
を受ける。
ｐ＝（ｔ／r0）2（８／３）（１／３＋ν）σnax
ここで、
ｐ＝接触力
ν＝ポアソン比
σ＝外側面における緊張応力
σnax＝r0，ｔを与えたときに耐え得る最大緊張
圧力 式(2)に従う一様に荷重された薄い柔軟なデイスク
に対して、最大偏差が以下のように与えられる。
圧力 式(2)に従う一様に荷重された薄い柔軟なデイスク
に対して、最大偏差が以下のように与えられる。
ynax＝ｐ3D4／256Et3 （５＋ν）（１−ν2）／（１
＋ν）(3) σnaxを使うと、 ynax ＝D4／32Et3 （５＋ν）（１−ν）／（３＋ν）
σnax となる。
＋ν）(3) σnaxを使うと、 ynax ＝D4／32Et3 （５＋ν）（１−ν）／（３＋ν）
σnax となる。
デイメンジヨンをなくした式が、プラテンに対
する所望の外形を記述する式(3)で式(1)を割ること
によつて与えられる。
する所望の外形を記述する式(3)で式(1)を割ること
によつて与えられる。
ｙ（ｒ）／ynax＝（１＋ν）／（５＋ν）
〔（ｒ／r0）4−２（３＋ν）／（１＋ν）（ｒ／r
0）2〕(4) 従つて、式(4)は、ウエーハの表面全体にわたつて
一様な熱移動をおこない且つウエーハからの最大
熱移動をおこなう共同条件を表している。式(4)が
ヤング率に依存しないこと、ポアソン比がいろい
ろな材料にほとんど変化しないことに注意すべき
である。式(4)は提唱した目的に対して一律に応用
可能な輪郭を表わしている。実際の使用におい
て、ynaxの値は曲線の大きさ（amplitude）又は
スケールに拘束を与えるが、しかし、いろいろ異
なつたウエーハ材が熱移動特性に実質的な犠牲を
強いることなく収納し得ることも注意すべきであ
る。
0）2〕(4) 従つて、式(4)は、ウエーハの表面全体にわたつて
一様な熱移動をおこない且つウエーハからの最大
熱移動をおこなう共同条件を表している。式(4)が
ヤング率に依存しないこと、ポアソン比がいろい
ろな材料にほとんど変化しないことに注意すべき
である。式(4)は提唱した目的に対して一律に応用
可能な輪郭を表わしている。実際の使用におい
て、ynaxの値は曲線の大きさ（amplitude）又は
スケールに拘束を与えるが、しかし、いろいろ異
なつたウエーハ材が熱移動特性に実質的な犠牲を
強いることなく収納し得ることも注意すべきであ
る。
第２Ｂ図は、式(4)によつて記述される表面の輪
郭を有するプラテン７０を示す。ウエーハ７２
は、周囲の締付けリング７４によつて締付け力Ｌ
をもつてプラテン７０に押し付けられている。冷
却チヤネル７６は、熱を一層除去するためにプラ
テンに備えられている。ベクトル成分７８によつ
て象徴的に表わされた応力分布は、周囲の締付け
の境界条件及びウエーハ７２と輪郭７１とを合致
させることによつて課せられる一様な一定力の荷
重のために、ウエーハ全体にわたつて一様である
ことがわかる。全ウエーハ表面全体にわたつて接
触をおこなうための一定力L0の大きさに対して、
接触圧力は、Ｌの更なる増加に対して変化しない
値と仮定している。接触力の更なる増加ΔLは、
荷重分布に影響を与えることなくウエーハを通過
して基板に単に移される。
郭を有するプラテン７０を示す。ウエーハ７２
は、周囲の締付けリング７４によつて締付け力Ｌ
をもつてプラテン７０に押し付けられている。冷
却チヤネル７６は、熱を一層除去するためにプラ
テンに備えられている。ベクトル成分７８によつ
て象徴的に表わされた応力分布は、周囲の締付け
の境界条件及びウエーハ７２と輪郭７１とを合致
させることによつて課せられる一様な一定力の荷
重のために、ウエーハ全体にわたつて一様である
ことがわかる。全ウエーハ表面全体にわたつて接
触をおこなうための一定力L0の大きさに対して、
接触圧力は、Ｌの更なる増加に対して変化しない
値と仮定している。接触力の更なる増加ΔLは、
荷重分布に影響を与えることなくウエーハを通過
して基板に単に移される。
関連した他の例（第２Ｃ図）として、プラテン
組立体は、剛直な部材であるプラテン８０と適切
な熱伝導コーテイング８２とから形成されてもよ
い。プラテン８０の中間の輪郭９０は、ウエーハ
８６が受ける荷重及び適合材料８２の特性を考慮
に入れて決定される。その荷重は、設計荷重条件
の下でのウエーハ８６とプラテン８０との間の境
界の輪郭８４を、ウエーハをプラテンに締付ける
ことによつて決定される境界条件に対してプラテ
ン−ウエーハ境界の面全体にわたつて一様な接触
圧力分布を形成する所望の輪郭と合致させるため
に課せられるものである。最も簡単なアプローチ
としては、一様な厚さの適合材料の層を、境界の
輪郭８４と中間の輪郭９０が実質的に同一となる
ようにその中間の輪郭９０に接合させることであ
る。一般的な場合において、圧縮された適合材料
が、増加する周囲の荷重のために径方向の厚さの
分布を示すことになるであろうし、複雑な設計上
の手順を必要となるであろう。そのような設計は
コンピユータモデルで繰返し手順により容易に成
し遂げられる。そのコンピユータモデルにおいて
は、裸プラテンの中間輪郭９０を表す関数y1（ｒ，
θ）は、適合材層８２の偏差を考慮に入れて、所
望の外面輪郭を形成するために変化される。連続
した周囲の締付けによつて定められた境界条件に
対して、θ依存性はなくなり、これらの関数は放
射相称となる。
組立体は、剛直な部材であるプラテン８０と適切
な熱伝導コーテイング８２とから形成されてもよ
い。プラテン８０の中間の輪郭９０は、ウエーハ
８６が受ける荷重及び適合材料８２の特性を考慮
に入れて決定される。その荷重は、設計荷重条件
の下でのウエーハ８６とプラテン８０との間の境
界の輪郭８４を、ウエーハをプラテンに締付ける
ことによつて決定される境界条件に対してプラテ
ン−ウエーハ境界の面全体にわたつて一様な接触
圧力分布を形成する所望の輪郭と合致させるため
に課せられるものである。最も簡単なアプローチ
としては、一様な厚さの適合材料の層を、境界の
輪郭８４と中間の輪郭９０が実質的に同一となる
ようにその中間の輪郭９０に接合させることであ
る。一般的な場合において、圧縮された適合材料
が、増加する周囲の荷重のために径方向の厚さの
分布を示すことになるであろうし、複雑な設計上
の手順を必要となるであろう。そのような設計は
コンピユータモデルで繰返し手順により容易に成
し遂げられる。そのコンピユータモデルにおいて
は、裸プラテンの中間輪郭９０を表す関数y1（ｒ，
θ）は、適合材層８２の偏差を考慮に入れて、所
望の外面輪郭を形成するために変化される。連続
した周囲の締付けによつて定められた境界条件に
対して、θ依存性はなくなり、これらの関数は放
射相称となる。
加工品の大きさを有する典型的なシリコンウエ
ーハ（直径100mm、厚さ525ミクロン）に対して、
562.46Kg／cm2（8000psi）の緊張ボンデイング応
力が許容できる。式(4)によつて与えられる輪郭の
大きさとして、最大偏差0.134cm（0.0529inch）が
取られる。0.471Kg／cm2（0.67psi）の一定圧力が
そのように輪郭付けされたアルミニウム（6061−
T6）製の熱シンクに向けて保たれている。その
熱接触抵抗は真空中で約65℃／watt／cm2である
とわかつている。１つの具体例において、アルミ
ニウム製プラテン体、適合基板及び典型的なウエ
ーハは、それぞれ0.31，211，0.33−0.074℃／
watt／cm2となる。全熱インピーダンスへの主要
な寄与は接触インピーダンスと予想されるが、し
かし、熱接触抵抗の実際の値は、熱シンク及びウ
エーハの両表面特性に完全に依存する。軟質なア
ルミニウム又はインジウムは、この目的に対して
優れた特性を有するものと信じられている。柔軟
な材料は、表面微粒子を許容する可能な利点を有
するという良い特性を与える。
ーハ（直径100mm、厚さ525ミクロン）に対して、
562.46Kg／cm2（8000psi）の緊張ボンデイング応
力が許容できる。式(4)によつて与えられる輪郭の
大きさとして、最大偏差0.134cm（0.0529inch）が
取られる。0.471Kg／cm2（0.67psi）の一定圧力が
そのように輪郭付けされたアルミニウム（6061−
T6）製の熱シンクに向けて保たれている。その
熱接触抵抗は真空中で約65℃／watt／cm2である
とわかつている。１つの具体例において、アルミ
ニウム製プラテン体、適合基板及び典型的なウエ
ーハは、それぞれ0.31，211，0.33−0.074℃／
watt／cm2となる。全熱インピーダンスへの主要
な寄与は接触インピーダンスと予想されるが、し
かし、熱接触抵抗の実際の値は、熱シンク及びウ
エーハの両表面特性に完全に依存する。軟質なア
ルミニウム又はインジウムは、この目的に対して
優れた特性を有するものと信じられている。柔軟
な材料は、表面微粒子を許容する可能な利点を有
するという良い特性を与える。
本発明の関連した態様としては、ガスがウエー
ハプラテン境界領域内に導入され、熱移動を強め
るための接触圧力とほぼ等しい圧力にすることで
ある。この問題の材料はこれと一連の出願（1982
年５月25日の出願の米国特許出願第381669号）に
記載されている。
ハプラテン境界領域内に導入され、熱移動を強め
るための接触圧力とほぼ等しい圧力にすることで
ある。この問題の材料はこれと一連の出願（1982
年５月25日の出願の米国特許出願第381669号）に
記載されている。
本願の典型的な締付け装置は、対称的に離散し
た点で、すなわち第３図の例に示されているよう
に、ウエーハの周囲にそつて等しく間隔おいた３
点で等しい締付け力Ｌをウエーハに加えておこな
うものである。このような場合、複雑なサドル形
の輪郭が結果的に生じる。すなわち、そのウエー
ハは、θがその周囲のまわりの方位角であるとこ
ろの表面ｙ（ｒ，θ）に変形されるだろう。この
ような表面は、前記したマルガリーとウオールン
ルを参照すれば計算できる。プラテン１０８は、
最大偏差の条件によつて更に強要されるこのよう
なサドル形輪郭に与えられる。必要で複雑な輪郭
を形成することは、多重軸機械削り技術を用いる
ことにより即座に得ることが可能である。他の例
としては、プラテン１０８を前述した実施例のよ
うな適合材層を有するものに形成してもよく、必
要とするより複雑な計算で輪郭を望ましいものに
してもよい。この離散した締付け実施例において
得られる利点は、付加的なウエーハ領域がウエー
ハ上におけるデバイスの製造に対して接近可能と
なることである。幅ωの連続した周囲の締付け部
と全表面との分数をとると、 2πr0ω／2πr2／0＝ω／r0 となり、これは典型的なω（２mm）及びr0の値の
数パーセントのオーダーである。この実施例は、
これと一連になされた出願の目的とするところで
ある。
た点で、すなわち第３図の例に示されているよう
に、ウエーハの周囲にそつて等しく間隔おいた３
点で等しい締付け力Ｌをウエーハに加えておこな
うものである。このような場合、複雑なサドル形
の輪郭が結果的に生じる。すなわち、そのウエー
ハは、θがその周囲のまわりの方位角であるとこ
ろの表面ｙ（ｒ，θ）に変形されるだろう。この
ような表面は、前記したマルガリーとウオールン
ルを参照すれば計算できる。プラテン１０８は、
最大偏差の条件によつて更に強要されるこのよう
なサドル形輪郭に与えられる。必要で複雑な輪郭
を形成することは、多重軸機械削り技術を用いる
ことにより即座に得ることが可能である。他の例
としては、プラテン１０８を前述した実施例のよ
うな適合材層を有するものに形成してもよく、必
要とするより複雑な計算で輪郭を望ましいものに
してもよい。この離散した締付け実施例において
得られる利点は、付加的なウエーハ領域がウエー
ハ上におけるデバイスの製造に対して接近可能と
なることである。幅ωの連続した周囲の締付け部
と全表面との分数をとると、 2πr0ω／2πr2／0＝ω／r0 となり、これは典型的なω（２mm）及びr0の値の
数パーセントのオーダーである。この実施例は、
これと一連になされた出願の目的とするところで
ある。
説明がウエーハと熱シンク部材との間の一様な
接触圧力を得ることに向けられているけれども、
他の所望の分布が同様にして得ることができるこ
とも明瞭に理解されよう。例えば、温度勾配が、
議論された例よりも他の特別の処理工程に対して
必要となるであろうし、対応した接触力分布は接
触輪郭を適当に設計することによつて得られよ
う。
接触圧力を得ることに向けられているけれども、
他の所望の分布が同様にして得ることができるこ
とも明瞭に理解されよう。例えば、温度勾配が、
議論された例よりも他の特別の処理工程に対して
必要となるであろうし、対応した接触力分布は接
触輪郭を適当に設計することによつて得られよ
う。
説明は、イオン注入の間に、半導体ウエーハか
ら熱を除去することを内容として構成されてき
た。イオン注入が、本発明が適する放射処理の単
なる一例であることはすぐにわかるであろう。更
に、薄い柔軟なデイスクからの熱伝導移動は、こ
のような材料への熱伝導移動に密接に関連してい
る。従つて、薄い柔軟な加工品を加熱するような
処理もまた、本発明による同様の利点を受けるで
あろう。説明してきた例は薄い柔軟なデイスクを
用いているけれども、本発明は、円形に対称でな
く、又は一様な厚さでなく若しくは平でない表面
輪郭の加工品にも適用することができる。当業者
であれば、特定の形状及び材料の薄い柔軟な加工
品とその特定の境界条件が本発明と矛盾しない加
工品の所望の荷重条件に対して輪郭を得るために
必要なことのすべてであることがわかるであろ
う。いろいろな変形、変更が、特許請求の範囲に
記載された発明事項においておこなえることもわ
かるであろう。
ら熱を除去することを内容として構成されてき
た。イオン注入が、本発明が適する放射処理の単
なる一例であることはすぐにわかるであろう。更
に、薄い柔軟なデイスクからの熱伝導移動は、こ
のような材料への熱伝導移動に密接に関連してい
る。従つて、薄い柔軟な加工品を加熱するような
処理もまた、本発明による同様の利点を受けるで
あろう。説明してきた例は薄い柔軟なデイスクを
用いているけれども、本発明は、円形に対称でな
く、又は一様な厚さでなく若しくは平でない表面
輪郭の加工品にも適用することができる。当業者
であれば、特定の形状及び材料の薄い柔軟な加工
品とその特定の境界条件が本発明と矛盾しない加
工品の所望の荷重条件に対して輪郭を得るために
必要なことのすべてであることがわかるであろ
う。いろいろな変形、変更が、特許請求の範囲に
記載された発明事項においておこなえることもわ
かるであろう。
第１図は、本発明を含む典型的なイオン注入装
置の略図である。第２Ａ図は、最適でない輪郭の
プラテン及びその上におけるウエーハ締付けの略
図である。第２Ｂ図は、本発明に関連した一例
（参考例）のウエーハ締付けの略図である。第２
Ｃ図は、本発明に関連した一例（参考例）の説明
図である。第３図は、本発明の実施例の説明図で
ある。 主要符号の説明、６２……ウエーハ、６４……
プラテン、６５……輪郭、６６……ベクトル成
分、７０……プラテン、７１……輪郭、７２……
ウエーハ、７４……締付けリング、７６……冷却
チヤネル、８０……プラテン、８２……適合材
層、８４……輪、８６……ウエーハ、８８……締
付リング、９０……輪郭、１０８……プラテン。
置の略図である。第２Ａ図は、最適でない輪郭の
プラテン及びその上におけるウエーハ締付けの略
図である。第２Ｂ図は、本発明に関連した一例
（参考例）のウエーハ締付けの略図である。第２
Ｃ図は、本発明に関連した一例（参考例）の説明
図である。第３図は、本発明の実施例の説明図で
ある。 主要符号の説明、６２……ウエーハ、６４……
プラテン、６５……輪郭、６６……ベクトル成
分、７０……プラテン、７１……輪郭、７２……
ウエーハ、７４……締付けリング、７６……冷却
チヤネル、８０……プラテン、８２……適合材
層、８４……輪、８６……ウエーハ、８８……締
付リング、９０……輪郭、１０８……プラテン。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 放射源により照射される薄く柔軟なデイスク
から熱を除去する装置であつて、 ａ 平坦でない接触表面をもつ、前記デイスクか
ら移動熱を除去する熱シンク手段と、 ｂ 前記デイスクを前記接触表面と一致させるた
め、前記接触表面の周囲にそつて間隔をあけて
分布した位置で前記デイスクを前記接触表面に
締め付ける手段と、 から成り、 前記接触表面が前記デイスクの表面全体にわた
つて一様な接触圧を与える面を有する、ところの
装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載された装置であ
つて、 前記締付け手段が、前記接触表面と協働する締
付け力で前記デイスクを前記接触表面に締め付
け、緊張応力成分を前記デイスクの外表面で生じ
させ、その緊張応力成分を弾性限界に近付ける、
ところの装置。 ３ 特許請求の範囲第１項に記載された装置であ
つて、 前記柔軟なデイスクと前記接触表面との間に配
置される従属層をさらに含む、ところの装置。 ４ 特許請求の範囲第１項に記載された装置であ
つて、 前記柔軟なデイスクが半導体ウエーハである、
ところの装置。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載された装置であ
つて、 前記ウエーハが、前記接触表面の周囲にそつて
等しく間隔があけられた３箇所の位置で前記接触
表面に締め付けられる、ところの装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/381,670 US4458746A (en) | 1982-05-25 | 1982-05-25 | Optimum surface contour for conductive heat transfer with a thin flexible workpiece |
| US381670 | 1982-05-25 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58213441A JPS58213441A (ja) | 1983-12-12 |
| JPH0464175B2 true JPH0464175B2 (ja) | 1992-10-14 |
Family
ID=23505926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58090840A Granted JPS58213441A (ja) | 1982-05-25 | 1983-05-25 | 薄く柔軟な加工品から伝導熱移動をおこなう最適な表面輪郭体 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4458746A (ja) |
| JP (1) | JPS58213441A (ja) |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4537244A (en) * | 1982-05-25 | 1985-08-27 | Varian Associates, Inc. | Method for optimum conductive heat transfer with a thin flexible workpiece |
| US4567938A (en) * | 1984-05-02 | 1986-02-04 | Varian Associates, Inc. | Method and apparatus for controlling thermal transfer in a cyclic vacuum processing system |
| US4535834A (en) * | 1984-05-02 | 1985-08-20 | Varian Associates, Inc. | Method and apparatus for controlling thermal transfer in a cyclic vacuum processing system |
| US4527620A (en) * | 1984-05-02 | 1985-07-09 | Varian Associates, Inc. | Apparatus for controlling thermal transfer in a cyclic vacuum processing system |
| US5198034A (en) * | 1987-03-31 | 1993-03-30 | Epsilon Technology, Inc. | Rotatable substrate supporting mechanism with temperature sensing device for use in chemical vapor deposition equipment |
| US4831270A (en) * | 1987-05-21 | 1989-05-16 | Ion Implant Services | Ion implantation apparatus |
| JP2595113B2 (ja) * | 1989-12-21 | 1997-03-26 | 株式会社日立製作所 | 半導体製造装置 |
| US5509464A (en) * | 1993-07-30 | 1996-04-23 | Applied Materials, Inc. | Method and apparatus for cooling rectangular substrates |
| GB9317170D0 (en) * | 1993-08-18 | 1993-10-06 | Applied Vision Ltd | Improvements in physical vapour deposition apparatus |
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1983
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