JPH0618702B2 - 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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JPH0618702B2
JPH0618702B2 JP64000186A JP18689A JPH0618702B2 JP H0618702 B2 JPH0618702 B2 JP H0618702B2 JP 64000186 A JP64000186 A JP 64000186A JP 18689 A JP18689 A JP 18689A JP H0618702 B2 JPH0618702 B2 JP H0618702B2
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Description

【発明の詳細な説明】 ［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層を作るため
の方法及び装置に関し、更には、真空チェンバ内の半導
体ウエハーへの熱エネルギーの伝達又は半導体ウエハー
からの熱エネルギーの伝達の効果が高いポリマー層を作
るための方法及び装置に関する。
［従来の技術］ 集積回路の製造においては、数多くの十分に確立された
プロセスが真空中の半導体ウエ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
プランテーション、イオンビームミリング及び反応イオ
ンエッチングを含む。どの例であっても、イオンのビー
ムは１つのソース(source)で発生し、様々な加速度でタ
ーゲットウエハーに向けられる。イオンインプランテー
ションは半導体ウエハーに不純物を導入するための一般
的な技術となってきた。
半導体ウエハーに利用するイオンビーム中の強力なイオ
ンがウエハー内に熱を発生させる。この熱はイオンビー
ム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、ウエハー内の限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フォトレジスト層の劣
化である。そのフォトレジスト層はしばしば処理前の半
導体ウエハーに適用され、またそれは比較的低い融解点
をもつ。
他の半導体ウエハー処理、例えば、イオンエッチング、
スパツタデポジション及びエッチング、イオンビームデ
ポジション、真空蒸着、プラズマエッチング及び化学蒸
気蒸着(CVD)などが真空中で実行され、それらはウエハ
ーに不必要な加熱をしがちである。いくつかの例では、
プロセスがウエ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、単位時間に
処理されるウエハーに関する高い処理能力を得ることで
ある。高い処理能力を得るための１つの方法は、増加し
た処理速度、人間によるウエハーの取扱いの減少及びよ
り一様なパーティキュレイトフリーデバイス(particula
te-free device)のための処理の自動化による。イオン
ビームシステ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、短時間で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、大きな量の熱
が処理中のウエハーに発生しがちである。従って、温度
上昇による前記の有害な効果を防ぐために、ウエハーの
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、熱エネルギ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伝達の割合は、ほとん
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エハーを物理的に接触さ
せることが必要である。このようなシステムは原理的に
は容易であるが、自動化したイオンインプランテーショ
ン装置のための有効なウエハー冷却は数多くの理由によ
って達成が困難であった。
ウエハーの前面はイオンビーム処理のために露出されな
ければならないので、いかなる固定も外縁部でなされる
か又は遠心力によらなければならない。ウエハーと平坦
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、ウエハーの背面には様
々なたわみや凹凸があり、それらがある範囲ではウエハ
ーはヒートシンク表面と接触しないからである。更に、
接触が見られるところでも、ウエハーとヒートシンク表
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パーセントほどにすぎない。その結果、熱伝達はわず
かなものとなっている。ウエハーとヒートシンクとの間
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日にHolden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せるようにゆがめられており、
その結果、ウエハーをその外縁部で固定するために一様
な接触圧力分散とウエハーの弾性限界に近づく応力をも
たらす。
処理の間のウエハー温度を制限するための別の方法はバ
ッチ処理を含んでおり、そこれはどの個々のウエハー上
の加熱も制限されるように、入射イオンが多数のウエハ
ー上に時分割される。熱伝導性液がウエハーの背面に接
触する柔軟なダイアフラム(diaphragm)により閉じ込め
られてもよく、そのようなものが1986年４月８日にAitk
enに発行された米国特許第4,580,619号及び1987年７月2
8日に同じくAitkenに発行された米国特許第4,682,566号
に開示されている。
ガス伝導の技術もまた真空内のウエハー冷却に用いられ
ていた。ガスが半導体ウエハーの後ろの空胴に導入さ
れ、ウエハーとヒートシンクとの間の熱カップリングを
もたらす。ガスの補助による半導体ウエハーの固体と固
体との間の熱伝達が1984年７月３日にHoldenに発行され
た米国特許第4,457,359号に開示されている。一枚の半
導体ウエ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エ
ハーとの間の微視的な間隙に導入される。ガス圧力はウ
エ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。ガス伝導冷却が用いられるとき
は、ガスをウエハーの後ろの領域に制限し、また、ガス
が真空チェンバに流出することを防ぐ必要がある。それ
は、真空チェンバへ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は半導体ウ
エハーとヒートシンクとの間に熱伝導性ポリマーを用い
ている。1979年２月13日にJonesその他に発行された米
国特許第4,139,051号には、ウエハーとヒートシンクと
の間に熱接触をもたらすための粘着性のある不活性フィ
ルムが開示されている。Jonesその他によって開示され
たポリマーフィルムは粘着性のある表面を有し、それ
は、処理中ウエ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、このような粘着性のある表面は自動
化された工程では好ましくない。イオンビーム処理の
後、ウエハーが容易に取り除かれなければならないから
である。自動化された装置での粘着性表面の利用は、し
ばしばウエハー除去の間にウエハーを破損するか、又
は、粘着性表面からウエハーを取り除くことができない
ようなことになる。更に、粒子、ほこり及びその他の好
ましくない物質が粘着性ポリマー表面に付着し易く、次
のウエハーを汚し易い。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。
半導体ウエハーとヒートシンクとの間に柔軟な熱伝導層
を用いる自動ウエハー固定機構が、1981年８月11日にFa
retraに発行された米国特許第4,282,924号に開示されて
いる。ウエ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
ムの層がある。Faretraの装置は様々な条件下で十分な
熱伝達をもたらした。しかし、ウエ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、ウエハーと凸状シリコンゴム面との本質的な
接触は常に得られるわけではない。
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1981年
９月23日に公告された英国特許出願第2,071,673A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。
シリコンゴム又は他の高分子層の欠点及びガスバブル(g
as bubbles)は著しく熱伝達性能を下げる。モールディ
ングの間に存在するガ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で熱伝達が減少す
る。ガスバブルがシリコンゴム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、それによって、真
空中での実質的漏れを引き起こす。一様でガスバブルの
ないシリコンゴム層を得ることは難しい。
特許第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、ウエ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エハー面との間
の角度に空間的変化をもたらす。いくつかのプロセス、
例えばイオンインプランテーションでは、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(channeling effect)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、半導体ウエハーの表面領域一面にイオ
ンビームとウエハー表面との間の一定の入射角を与える
ことが望ましい。
［目 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、実質的にガスバブルと表面
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供することである。
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、真空中で半導体ウエハーと熱伝達
す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、操作が簡単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、これらの及びその他の目的と利点がポ
リマー層を作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
成する型をフォーミングする工程、型穴を排気する工
程、型穴が排気されている間、型穴にポリマー層用の樹
脂を注入する工程及びポリマー層用の樹脂を型穴内で硬
化させる工程とから成る。好適にはその方法は更に閉じ
た容器にポリマー層のための樹脂を置く工程と、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、樹脂中に閉じ込められたガ
スバブルが膨張して樹脂から脱ガスし、それによって、
閉じ込められたガ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
ガスケットから成る。第１及び第２部材とガスケットが
共に型穴を形成する。ガスケット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層用
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、型開放面はポリマー層がそ
れに付着することを防ぐのに適している。好適には、ガ
スケットは型を密閉し、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２部材上の硬い型開
放面は滑ら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。該装置はポリ
マー層の所望の大きさと形状を有する型穴を形成するた
めの型手段、型穴を排気するための手段及びポリマー層
用の樹脂を排気された型穴に注入するための手段とから
成る。好適実施例では、装置は型穴を形成するための型
手段、ポリマー層用の樹脂の容器を収納する密閉された
封入器、密閉された封入器を型穴に連結する導管手段、
密閉された封入器と型穴を排気するために密閉された封
入器に選択可能に連結された真空ソース手段及びポリマ
ー層用の樹脂が導管手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封入器に圧力をかける
ために、密閉された封入器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、半導体ウエハーとの熱
伝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、前記型は熱伝
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
マー層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、型穴内でポリマー層用の
樹脂を硬化させる工程とから成る。
［実施例］ 第１Ａ図に熱伝達装置を用いる真空処理装置のブロック
線図が示されている。半導体ウエハー10が熱伝達装置12
の上に置かれている。ウエハー10と熱伝達装置12はチェ
ンバ14内に配設されており、該チェンバは真空ポンピン
グ装置16によって指定された圧力範囲に排気される。不
純物ドーパント(dopants)、エッチング又は他のいくつ
かの機能のためにイオンビームソース18がイオンビーム
20をウエハー10に向け、そして、そのために好ましくな
い熱を発生させる。第１Ａ図に示された装置はイオンイ
ンプランテーション装置、反応イオンエッチング装置又
は半導体ウエハー10の処理にイオンビームを用いる他の
様々な処理装置と置き換えることができる。
装置がイオンインプランテーシ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ビームを作るためにソ
ース18からのイオンビーム20は質量分析され、収束させ
られる。ビーム20の電界偏向又は磁界偏向による又はウ
エハー10の機械的動きによる、或いはそれらの組合わせ
によるイオンビーム20とウエハー10の相対運動がウエハ
ー表面上に一様なイオン線量(ion dose)分布をもたら
す。大部分のイオンインプランテーション装置は二つの
一般的なカテ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エハー
を処理する遂次装置及び（２）25枚以上のウエハーが回
転ディスク上に載せられ、ビームの磁界偏向又は回転デ
ィスクの機械的移動によってビームが回転ディスク上の
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によってウエハーに伝えられた
熱エネルギーは重大であり、入念に設計されたウエハー
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、単一のウエハー又は複数のウエ
ハーがターゲットチェンバ内に配置される。そのチェン
バは急速真空ポンピングを容易にするために主ビームラ
インから分離できる。自動ウエハー移送装置を有するエ
ンドステーション(end station)は半導体ウエハーをタ
ーゲットチェンバ内のターゲット位置に導入し、前記ウ
エハーをターゲット平面について並べ、インプランテー
ションの間ウエハーの冷却をし、インプランテーション
の完了の後、ターゲットチェンバからウエハーを取り除
く。各ターゲット位置でインプランテーションの間ウエ
ハーを維持し、また、冷却するための手段が与えられな
ければならない。遂次装置は一つ又は二つのターゲット
位置を有するが、バッチ装置は複数のターゲット位置を
有する。
各ターゲット位置の熱伝達装置12はプラテン34の熱伝達
表面32に接着された熱伝導性層30を有する。該層30は適
切な様々な熱伝導性物質で作ることができるが、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
ーのような弾力性物質で形成される。その物質はウエハ
ー10の表面不規則状態に順応し、ウエハー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、熱伝達表面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エハー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
エハー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力クランピングのために、力40
は一般的には約0.02lbs/cm2(9.07×10-3g/cm2)である。
イオンビーム20によってウエハー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。
好適にはウエハー10を表面フィルム50に押し付ける力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１Ｂ図に示されているように熱伝達装
置12がモータ44によって回転させられるディスク42上に
置かれている。ウエハー配置位置46がディスク42の周辺
部に沿って配置され、熱伝達装置12が各位置46に設けら
れている。熱伝達装置12を有する各ウエハー位置46はウ
エハー10を表面フィルム50に押し付ける遠心力を与える
ために、回転軸48に対して傾けられている。第１Ａ図の
装置はイオンビーム20による処理のためにウエハーの全
表面が露出し、外縁部固定リングのためにむだになるウ
エハー部分がないという利点を有する。加えて、ウエハ
ーが平坦であるので、ウエ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エハー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4,282,924号及び第4,457,359号に記載
されているようにウエハーの表面領域全体にわたってウ
エ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与えられる。
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ために液体冷却さ
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の背面に取り付けられたチューブ（図示せず）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
ディングプロセスの間、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の双方がウエハー10の背面の不規則性及びウエ
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。一つの好適実施例では、ポリ
マー層30が熱伝導性粒子を含むシリコンゴムであり、前
記粒子は酸化アルミニウム、グラファイトすなわち炭素
又は適当な他の如何なる熱伝導性物質であってもよい。
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
ロメートル又はそれ以下である。上記のように、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20 Shore A又はそれ以下の硬度を有する。
柔軟なシリコンゴム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エハーがシ
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 Shore Aの範囲の硬さに作られ
ている。本発明に従うと、粘着性のあるシリコンゴム面
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。表面フィルム
50は極めて滑らかな表面であり、ウエハー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50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 O2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、
50c、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、50b、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マイクロメートル
範囲で選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(2.54×10-3乃至5.08×10-2セ
ンチメートル)の範囲で選択された層の厚さを有する。
好適には表面フィルム50はポリマー層30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50倍厚い層である。
表面フィルム50はウエハー10の背面に接触し、ウエハー
に順応する。なぜならば、各平板50a、50b、50c等はその
下にある柔軟なポリマー層30上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
面がウエハー10から粘着性のあるシリコンゴムを離すの
で、ウエハーに対する粘着の問題も解消する。柔軟なポ
リマー層は本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。硬い表面フィルム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
フィルム50があることにより克服される。加えて、表面
フィルム50は装置にウエ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ト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はウエハー冷却、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エハー
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はウエハーの冷却とともにウエハーの加熱
に利用されることが理解されよう。スパッタコーティン
グは処理中、半導体ウエ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を介して半導体ウエハー10に伝達
される。
前記のように、半導体ウエハーから従来技術のポリマー
層への熱伝達の量は制限されている。この制限は一部は
ウエハーと従来技術のポリマー表面との間の接触の不足
によるもので、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
導性粒子56を有している。少なくともいくつかの粒子56
がポリマー層54の前面54aから突き出ている。その結
果、ウエハー58がポリマー層54上に置かれると、突き出
した粒子56が表面54aとの良好な接触を妨げ、伝導によ
る熱伝達量が制限される。
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、真空処理の間にガス放出することもあり、表面空胴
59はウエハー58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すことができる。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のウエ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近くのすべての粒子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上に配置されたウエハー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量は従来
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。以下に記載するように、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。
シリコンゴム層30の製造において、熱伝導性粒子又は他
の粒子の突起がなく、モールディングプロセス中存在す
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
滑らかな表面を作ることが必要である。これらの粒子又
は空胴のすべてがウエハーとシリコンゴム層との間の熱
伝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がないことが必要
である。このような閉じ込められたガスバブルは前記層
の熱伝達能力を減じるだけでなく、シリコンゴム層が真
空中に置かれるときガス放出をし、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は非常に純粋でなければならなず、ガスバブルや
他の不純物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５Ａ
及び５Ｂ図にブロック線図で図示されている。好ましい
型構造が第６図に図示されている。第５Ａ及び５Ｂ図の
装置は１つ又はそれ以上のウエ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。型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
層を形成するために用いられる。容器76はカバー78とＯ
−リング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５Ａ
図には示されず）に接触されている。チューブはＯリン
グ86によってカバー78に密閉されている。好ましくは、
チューブ82はフレキシブルで各モールディング処理の
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、それはポリマー層30を作るの
に用いられる液体樹脂88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」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
でポンプされ、型中に注入される。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、独立した槽87は容器76をきれいにし、必要なと
きは容易に樹脂88を交換することができる。
密閉された容器76はバルブ92を介して導管90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５lds/
in2(0.35Kgw/cm2)の所望の圧力レベルに容器76を加圧す
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を介して導管90によって真空ポンプ98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トルの圧力
レベルに排気する能力を有する。
チューブ82は真空に１つ又はそれ以上の型70、72、74に連
結され、容器76内にあるチューブ82の端部は液体樹脂88
の外側に配置されている。第５Ａ図に示すようにバルブ
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、一様でガ
スのない物質を提供する。
次に、容器76内にあるチューブ82の端部がＯ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、第５Ｂ図のように液体樹脂88をチューブ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はガス放出されたので、型穴に
は実質的に閉じ込められたガ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
空胴と閉じ込められたガスバブルのないものである。
２つの実施例の型70、72、74の詳細が第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、熱伝達表面32と相対する面との間にホ
ール102が与えられる。柔軟で弾力のあるガスケット104
には開口106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104はポリマー層の所望の厚さの等し
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、
ガスケット104はポリウレタンで作られる。次に型開放
面112を有する上部型部材110が密閉された型穴114を形
成するようにガスケット104上に配設されている。前記
ガスケット104はモールドされるポリマー層の大きさと
形状を定める。
上記のように、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、一方、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(aerosol spray)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（登録商標）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で作ることがで
き、該フィルムはモールディ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、保護のためにポリマー層30上に保持される。ポリ
エステルフィルムはその後、ポリマー層30からはがすよ
うにして離される。弾力のあるガスケット104の使用が
型穴114を密閉し、ポリマー層30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
マー層の周辺端部での他の凹凸を防ぐ。
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するために存来の構造の
適切な耐真空継手管（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30を残してプラテン34か
ら型部材110とガスケット104が除かれる。
次に、プラテン34とポリマー層30は通常、ウエハーから
フォトレジストを除くために用いられるDrytekエッチャ
ー(etcher)のようなプラズマエッチャー内に置かれる。
前記エッ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で導入される。チェンバー内に酸
素プラズマを形成するようにエッチャーによって約１キ
ロワッ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
れるわけではないが、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、炭素及びシリコンから構成さ
れるので、酸素プラズマがシリコンゴム層の上部から水
素と酸素を侵食してH2OとCO2を作り、ほとんど純粋なシ
リコンの上部層が残ると信じられている。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ム中のオイルが沸騰
し、酸素と反応してシリコン酸化物を作るものと信じら
れる。酸化物（石英）表面フィルム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平板に割
れ易いことがわかった。その平板は機械的応力、熱応力
又はそれらを組合わせたものをフィルム50に加えること
によって作ることができる。石英板はシリコンゴム表面
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、それらはウエハ
ーの背面上の凹凸面に順応し、ウエ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上がる。
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に取り付けられて型穴
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でバルブ9
6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、チューブ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でガスケット104と
型部材110が除かれる。最後にステップ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
受けて表面フィルム50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。例えば、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
ィルムは例えばグラファイトのような別の滑らかで平板
状の物質で形成されてもよい。シリコンゴム層の表面に
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
ファイトは増加した熱伝達をもたらし、ウエハーには粘
着しない。主要な要件は比較的柔軟で、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
エ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エハ
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℃
／watt/cm2であった。対照的にガス冷却は約40℃/watt/
cm2で良好な性能で、従来技術のポリマー層に関する典
型的な性能は約50゜〜60℃/watt/cm2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、ウエハー
の遠心力クランピ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図の半導体ウエ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エハ
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エハー
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ブロッ
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のブロッ
ク線図であり、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図であ
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］ 10,58,64……半導体ウエハー 12……熱伝達装置 30……熱伝導性層 34……プラテン 50……表面フィルム 60……ポリマー層 70,72,74……型 76……容器 82……チューブ 87……槽 88……液体樹脂 90……導管 92,96……バルブ 94……圧力ソース 112……型開放面 114……型穴
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｌ 31:00 4Ｆ

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】半導体ウエ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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項１０】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９記載の方法。
  11. 【請求項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10記載の方法。
  12. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項１５】前記第２部材の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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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
    密閉封入器、 ｃ） 前記密閉封入器を前記型穴に連結する導管手段、 ｄ） 前記密閉封入器の排気のために前記密閉封入器に
    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、 ｅ） 前記ポリマー層用樹脂が前記導管手段を通じて前
    記型穴に注入されるように、前記型穴の排気後に前記密
    閉封入器を加圧するための選択的に前記密閉封入器に連
    結された圧力ソース手段、 とから成る装置。
  20. 【請求項２０】前記導管手段が一端が前記密閉封入器内
    にあるチューブから成り、該チューブの前記一端が前記
    密閉封入器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、前記密閉封入器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. 【請求項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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