JPS6331937B2 - - Google Patents

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JPS6331937B2
JPS6331937B2 JP57157439A JP15743982A JPS6331937B2 JP S6331937 B2 JPS6331937 B2 JP S6331937B2 JP 57157439 A JP57157439 A JP 57157439A JP 15743982 A JP15743982 A JP 15743982A JP S6331937 B2 JPS6331937 B2 JP S6331937B2
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JP
Japan
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electrostatic chuck
semiconductor wafer
grid
wafer
electrically conductive
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JP57157439A
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JPS5857736A (ja
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Haare Rebin Ian
Jon Puramaa Mikaeru
Waado Rodonii
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
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Publication date
Application filed by Koninklijke Philips Electronics NV filed Critical Koninklijke Philips Electronics NV
Publication of JPS5857736A publication Critical patent/JPS5857736A/ja
Publication of JPS6331937B2 publication Critical patent/JPS6331937B2/ja
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    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S269/903—Work holder for electrical circuit assemblages or wiring systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体ウエハを保持する固定平面より
誘電材料層によつて分離された電気伝導部材と、
該半導体ウエハに対する電気的接触手段と、前記
半導体ウエハを前記平面内に維持する支持手段と
を具えてなる半導体ウエハを静電チヤツクに対し
ある一定の固定平面内に保持するための静電チヤ
ツクに関するものである。
半導体装置の製造に当たり、半導体ウエハを支
持体に対しほぼ平坦にクランプし、その一方の面
に処理を加え得るようにする必要がある。このよ
うな処理はウエハに向け荷電粒子を指向せしめる
処理を含んでいる。例えばウエハのある特定の選
択した領域をイオンインプランテーシヨンによつ
てその導電型を変化せしめることができる。別な
例としてはウエハの表面に電子感応性のレジスト
を被着し、このレジストを電子ビームに対し選択
的に露出する場合がある。これらの処理工程の間
ウエハを支持体に対し平坦に保持することが極め
て重要である。この目的に対しいわゆる静電チヤ
ツクを使用することが知られている。
英国特許第1443215号には静電チヤツクが述べ
られており、これは誘電材料の層で被覆したほぼ
平坦な導電性の支持部材を主要部分として有して
いるものである。半導体ウエハを誘電層上に支持
し、これによりウエハと支持体の対向表面間に機
械的並びに電気的接触が形成されることを防止す
る。このチヤツクはウエハを電気的に接触させる
手段を有しており、これによりウエハと支持体の
間に電位差を加えることができる。このような電
位差は誘電層の間に静電的クランプ力を生ぜし
め、これによりウエハは導電層に対しほぼ平坦に
支持される。ウエハをこのようにクランプしてお
き、その支持体より遠い側の表面に対し適当な処
理工程を加えることができる。
しかし不都合なことには、上述のような荷電粒
子のビームを使用する処理工程はウエハ内に熱エ
ネルギーを発生せしめる。このような熱エネルギ
ーは、発生した熱が容易に発散しない場合ウエハ
の局部的膨張および変形を招来せしめる。英国特
許第1443215号に記載されたチヤツクは、極めて
堅固にかつウエハをクランプし、ウエハと支持体
の間に良好な熱交換を生ぜしめる。しかしウエハ
はこれを支持体と分離する誘電層に対しクランプ
しているのが実際である。一般に誘電材料の熱伝
導度はとくに高くないのが普通である。即ち静電
吸引力を生ぜしめるために必要な誘電層はウエハ
より支持体に対する有効な熱の流れに対し支障と
なり、熱伝導度を良好にするためには高い熱伝導
性を有する誘電体の薄い層を使用する必要があ
る。このためウエハと支持体の間に適当なクラン
プを行い、良好な熱伝達を達成するためには、英
国特許第1443215号に記載のチヤツクは高い誘電
常数と高い誘電強度（絶縁強度）を有する高い熱
伝導性の誘電材料の薄膜を用いる必要がある。従
つてこのチヤツクでは材料の選択および設計のフ
レキシビリテイがこれらの要求により極めて苛酷
に限定される。
本発明による上述の如き静電チヤツクは、半導
体ウエハの前記支持手段となる熱伝導部分を備
え、該熱伝導部分は電気的にも導電性であり、半
導体ウエハに対する前記電気的接触手段を形成
し、かつ前記電気伝導部材は前記熱伝導部分の間
において横方向に延長される部分を有し、前記熱
伝導部分は誘電材料層によつて前記電気伝導部材
より電気的に絶縁される如くしたことを特徴とす
る。
このため本発明による静電チヤツクの上にウエ
ハを配置せしめたとき、このウエハは熱伝導部分
に接触する。ウエハと電気伝導部材間に電位差を
加えると、ウエハは静電吸引力によつて熱伝導部
分に向かつて吸引され、ウエハより熱が自在に流
れるようになる。
ウエハは熱伝導部分に接触するので誘電層に対
する要求が緩和される。第１に誘電層は極めて高
い伝導特性を持つを要せず、第２には今までのよ
うに極めて薄い誘電層を用いるを必要としない。
このことは上述の従来のチヤツクで可能であつた
ものに比べ、誘電材料を遥かに広い範囲で選択す
ることができる。さらに誘電層の厚さに関し加え
られる要求の厳格さが少なくなるので、チヤツク
の設計に対し自由度が増加する。
熱伝導部分は充分な硬度を持つたものとし、こ
れによつて半導体ウエハを固定面に支持できるも
のとすると好都合である。これによればウエハを
支持する別個の部材を用いることを必要としなく
なるので、チヤツクの設計および製造が簡単とな
る。
周辺部分が前記熱伝導部分と接触するようにな
つている熱伝導性支持体により構成できるヒート
シンクを用いることにより、半導体ウエハよりの
熱の流れをより良好にすることができる。熱伝導
部分自体を導電性とすることもできる。この場合
には熱伝導部分を電気伝導部材より電気的に絶縁
する必要がある。熱伝導部分は半導体ウエハを支
持するので、この部分はウエハと電気的に接触
し、このため前記熱伝導部分自体がウエハに対す
る電気接触を形成する。即ちウエハはその背面に
何等付加的な接点部材を用いる必要なく、電気的
に接触を形成する（この背面とは何らかの加工処
理を行う面と反対の面である）。これに反し従来
既知のチヤツクはＶ形の溝を有する金属ブロツク
形状の特殊の接点装置を使用していた。半導体ウ
エハはこの溝の縁部に衝接するように位置させ、
ウエハの縁に対し電気的接触を形成させていた。
本発明によるチヤツクの１つの形態において
は、熱伝導部分が誘電層より突出するようにし、
誘電体が固定面より隔離されるようにする。半導
体ウエハをこのようなチヤツク上に位置せしめる
ときは、ウエハと誘電体の間に機械的な接触が存
しない。このようにする利点はこれによつてウエ
ハと熱伝導部分間の接触圧が最大となり、好適な
熱伝達が行われることにある。さらにこれによる
利点は、チヤツクのウエハをクランプすべき位置
に存する塵埃等の微粒子は誘電体の方に吸引され
ることである。ウエハを包囲する熱伝導部分には
これにより誘電層を設けてあるので、ウエハはこ
れらの塵埃より離隔され、ウエハの平坦性は何等
影響を受けない。上述の既知のチヤツクにおいて
は、誘電層の表面の半導体ウエハを静電的に吸引
せしめる面はほぼ平坦であるため、塵埃等の微粒
子が存する場合にはウエハを局部的に彎曲させ、
これは最も好ましくない欠陥を生ずる。
熱伝導部分はチヤツクに相対的に固定する面内
に半導体ウエハを支持する平坦な端面を有する柱
状部材（ピラー）とすることができる。この場合
電気伝導部材は格子状（グリツド）とし、熱伝導
性柱状部材はその格子の目（メツシユ）を通つて
延長せしめる。
代案として、熱伝導部分を、熱伝導性格子によ
り構成することもできる。この場合電気伝導部分
にはこの格子の目の間に延びる部分を設ける。電
気伝導部分に格子の目の中に延びる部分と一体の
板を設けることにより、静電チヤツクの構成部品
数を最少にすることができる。このような部品数
を最少にすることにより、静電チヤツクの製造は
より簡単となる。
これらの格子構造は何れも既知のＸ線整合技術
と互換性があり、これにおいてはチヤツクの全体
に孔を設ける必要がある。電気伝導部材を格子形
とする場合には、熱伝導性柱状部材の格子内にほ
ぼ位置する目（メツシユ）より熱伝導性柱状部材
を除去することにより簡単にこれを構成できる。
代案として熱伝達部分を格子形とする場合には、
穿孔を設け、これらの穿孔を電気的伝導部分の適
当位置の孔内に適当に位置させ、これらの各孔を
格子の目と整合せしめる。
以下図面により本発明を説明する。
以下の各図面において各図の寸法は説明を容易
にするため実際の縮尺とは異なり一部を誇張して
示してある。
第１図および第２図は、静電チヤツク２上に位
置する半導体ウエハ１を示す。この静電チヤツク
２は例えばアルミニウムで作つた熱伝導性支持体
３，５を有する。半導体ウエハ１をその静電チヤ
ツク上に位置させるため、位置固定用ピン１３
ａ，１３ｂを設け、ウエハ１の平らな縁部１ａが
ピン１３ａ（２個）に衝接し、またウエハ１の丸
い縁部１ｂがピン１３ｂに衝接し、これによつて
ウエハ１の位置が常に一定に定められるようにす
る。この支持体は例えば６mmの厚さとする周縁部
分３と、これより薄く、例えば約3.5mmの厚さを
有する孔のあいた中央部分５を有する。この中央
部分は孔（パーフオレーシヨン）６を有し、これ
らの孔は直径３mmで断面を円形とする。静電チヤ
ツクはさらにこの孔６内に固定した銅の柱状部分
７の形態とした熱伝導部分を有する。この柱状部
分７は例えば長さ６mm直径３mmとし、支持体の中
央部分５並びに周縁部分３に対し熱的に接触し、
その寸法がかなり大であるためヒートシンクとし
て作用する。
柱状部分７は平坦な面８を有し、この面は同じ
固定面内に位置しており、このため半導体ウエハ
１はこれらの上に保持され、かつ支持体の周縁部
分３の外表面９によつても支持される。このよう
にして半導体ウエハ１は静電チヤツク２に対しあ
る一定の固定平面内に支持される。この場合柱状
部分７は電気的（熱的にも）伝導性金属でできて
いるので、半導体ウエハ１の背面は（静電チヤツ
ク２に面する表面）柱状部分７に対し電気的に接
触する。
チヤツク２は例えばアルミニウムで作る電極の
形態として電気伝導部材の格子（グリツド）１０
を有する。この格子１０の全体は直径90mmのほぼ
円形とし、その厚さは1.3mmである。格子１０の
メツシユは直径５mmの円形開口１１により形成さ
れる。格子１０は各柱状部分７の間に延びる部分
を有する。これはその位置よりして柱状部分７は
開口１１をつき抜けるようにして延びているが、
柱状部分７と格子１０とは誘電材料の層１２によ
つて相互に絶縁されているからである。この誘電
材料の層１２は例えばエポキシ樹脂とし、格子１
０を包囲し、格子１０を柱状部分７に対し絶縁す
ると共に、支持体の中央部５に対しても絶縁する
ようにする。格子１０の柱状部分７並びに支持体
２の中央部分５よりの間隔は、例えば１mmとし、
誘電材料層１０はこれらの各部材の間の間隔を全
て充填するものとする。さらにこれに加えて誘電
層は格子１０の上側面上にも存するが、この部分
の誘電材料層１２の厚さは約200μｍ（ミクロン）
とする。以下にさらに詳述する如く、柱状部分７
の周囲は誘電材料層１２で包囲されており、柱状
部分７はこれより突出しているため、半導体ウエ
ハ１はこの層１２より約10μｍの間隔をおいて配
置される。
誘電層１２に対し透明なエポキシ樹脂を使用す
るととくに有利である。これは誘電層１２内の主
な欠点等は、このチヤツクを実際に使用する前に
目による点検によつて発見できるからである。誘
電層内の傷等の欠陥部分は、例えばドリルによる
孔あけによりこれを除去し、続いてこれに新しい
材料を充填して修復することができる。
半導体ウエハ１を静電チヤツク２に対し保持す
るには、ウエハ１と電極を構成している格子１０
との間に電位差を加える。この電位差は例えば
4KVとする。ウエハ１の背面に対し支持体２よ
り柱状部分７を通じて電位を加え、支持体の中央
部分５を通じて延びている電気接続線４を通じ、
格子１０に対し約4KVの電位を加え、この電位
が誘電層１２に加わるようにする。これによつて
誘電層１２の間には静電クランプ力が形成され、
ウエハ１はチヤツク２の柱状部分７に対し押圧さ
れ固定位置を保持される。このクランプ力の大き
さはウエハ１と格子１０の電極の間に加えられる
電位差の２乗に比例し、誘電層１２の誘電常数に
正比例し、ウエハ１と格子１０の間の距離の２乗
に逆比例する。約４の誘電常数を有するエポキシ
樹脂を用い誘電層１２の厚さを約200μｍ（ミク
ロン）とした場合には、単位面積当たりのクラン
プ力は５×104Nn -2となる。この静電チヤツクは
約50cm2の面積に対し全体で55個の柱状部分７を設
けることができる（第２図は説明を判り易くする
ためこれらの柱状部分の全部を示してはいない）。
第２図に示す静電チヤツク２は柱状部分７を対
称的に配置している。ウエハ１をチヤツクに対し
平均的かつ均等に保持するためには、チヤツク２
の相互間を比較的に近接させて配置し、ウエハが
局部的に彎曲するのを防ぐことが好ましい。これ
はまたウエハ１内の温度分布の不均一を防止する
ためにも適当である。柱状部分７の数が多いほ
ど、またその間隔を近づけるほどウエハより支持
体の肉厚周縁部３のヒートシンクを構成する部分
に対する熱の伝達が良好となる。しかしながら柱
状部分の数については、柱状部分７の数が増加す
ると静電吸引力が減少することによる接触圧の減
少があるので、適当な値を見出さなければならな
い。しかしながら柱状部分７に対しては誘電層１
２を設けてあるためウエハ１は柱状部分７の端部
のみにおいてチヤツク２と接触し、また外表面９
の端縁部のみにおいてこれと接触する。このよう
に接触面積を制限することによつて接触圧力（単
位面積当たりの接触力）は最大となる。これはウ
エハ１と柱状部分７間の熱伝達はその間の接触圧
力に応じて定まるため有利である。
上述の如く柱状部分７の周囲にはその殆ど大部
分に誘電層を設けてあり、柱状部分７はこれより
突出していることによりさらに追加の利点が得ら
れる。即ちウエハをクランプすべき静電チヤツク
２の面積上に存する塵埃の小粒子等があつたとき
は、これは誘電層１２の上に吸引・吸着される。
ウエハ１は誘電層１２より離隔しているためこの
ウエハ１はこれら塵埃粒子がその面に接触しない
ようになり、ウエハの平坦性には影響を受けな
い。
上述の如くしてウエハ１と格子１０との間に電
位差を与えたのちには、半導体ウエハ１の表側の
面（チヤツク２と反対側の表面）には適当な処理
工程を加えることができる。例えば電子感応性レ
ジストをウエハ１の正面側に設けておき（図示せ
ず）、これを付勢された電子ビームにより露出し、
これによつてレジスト内にパターンを画成するこ
ともできる。この場合にレジストを衝撃する電子
は半導体ウエハ内に熱を発生する。この熱は柱状
部分７を通じ支持体の厚肉の周縁部５に容易に流
出することができ、かくして支持体の厚肉周縁部
はヒートシンクとして作用する。
上述の静電チヤツクは、以下に説明する如く比
較的簡単な方法で製造することができる。まず支
持体を６mm厚さの円形アルミニウムブロツクより
作るが、これは機械加工により支持体の中央部の
薄肉部分を形成する。100mmの半導体ウエハに対
し用いるには中央部の直径を95mm、支持体全体の
直径を150mmとする。この支持体の中央のひつこ
んだ部分にエポキシ樹脂を充填し、次いで約１mm
の厚さになるまで機械加工で切削する。次いで支
持体の中央部５をエポキシ樹脂と共にドリル加工
で孔をあけ、孔６を形成する。この段階で電気接
続線４を収容する孔も同時に形成する。次いで柱
状部分７を孔６内に圧入し、しかる後格子１０を
配置する。これによつて上述の如く柱状部分７は
メツシユ１１の間をつき抜けて位置する。次いで
エポキシ樹脂を格子１０の周りおよびその上側に
導入し、誘電層１２を形成し、次いでこの層を切
削し、柱状部分がこれより突出するようにする。
代案として従来既知の方法で柱状部分７に金プレ
ートを設けても良い。この金プレート（金鍍金）
の厚さは約10μｍとする。支持体層の周縁部３の
適当な位置に取付け用ねじ孔を設け、また支持体
の中央部分５より絶縁された電気導線５を配置し
て静電チヤツクは完成する。
第３図により本発明の静電チヤツクの異なる実
施例を説明する。上述したと同じようにこの静電
チヤツク２２は例えばアルミニウムで作つた熱伝
導体の支持体を有する。さらにまた同様にしてこ
の支持体は、例えば６mm厚さの厚肉部分２３と例
えば厚さ３mmの穿孔を設けた中央の薄肉部分２５
とを有する。この中央部分には直径10mmの断面の
孔２６を設ける。このように構成すると、この中
央部分２５は格子形をしていて、かつ半導体ウエ
ハ１を支持し、また熱伝達部分を構成する。この
部分格子２５は支持体の周縁部分２３と一体であ
るため半導体ウエハ１よりの熱は周縁部分２３に
容易に伝達され、この部分はヒートシンクとして
の作用を行う。
この静電チヤツク２２は複数個の電気的伝導部
分２７を有し、これは目（メツシユ）内に即ち孔
２６内に延びるが、誘電材料層３０により絶縁さ
れている。この誘電材料層３０は前と同じくエポ
キシ樹脂である。この部分２７は導電性の板３１
と一体であり、この板３１は部材２７と同じくア
ルミニウムで構成できる。この板３１も誘電材料
層３０によつて支持体より絶縁する。上述の例と
同じくウエハを支持する熱伝導部分即ち格子２５
は誘電材料層３０で囲まれ、これより突出してい
る。ウエハ１はウエハ１と板２７および板３１に
より構成される電気的伝導部材２７の間に電位差
を加えることにより静電的に固定面内にクランプ
される。前と同じく熱伝達部分、即ち格子２５
は、半導体ウエハ１の背面に対し電気接点として
働くので、この電位差は支持体に供給するのみで
簡単にウエハ１に加えることができる。すなわち
板３１に電位を加え所要の電位差を形成せしめる
ことができる。
この静電チヤツク２２を製造するには、出発材
料は前と同じ寸法の、例えばアルミニウムの円形
スラブとする。機械加工により中央の薄肉部分２
５を形成し、この後ドリル加工等によつて孔２６
を形成する。これによつて支持体の中央部分が格
子形状２５となる。この支持体を平坦な表面上に
置き、格子２５をこの表面に接触せしめる。これ
を言い換えると、支持体は第３図に示す位置とは
反対の向きで平面上に配置する。例えばエポキシ
樹脂等の誘電材料層３０を支持体の上側の全露出
表面に充填し、また支持体を保持している平坦表
面の露出部分上にもこれを充填する。このチヤツ
クをのせている平坦な表面から取除いた板３１と
一体となつている電気的伝達部材２７を絶縁層３
０内に押し込む。これによつてこの層３０は電気
伝導部材２７と平坦表面間において約200μｍの
厚さとなる。次いで絶縁層を平らになるように加
工し、支持体の表面より突出しないようにする。
然る後この表面に従来既知の方法で金メツキを設
け、この金属面が誘電層より約10μｍ突出するよ
うにする。この表面２９にメツキを設ける代わり
に誘電材料層３０を切削しても同じ効果が得られ
る。何れの場合にも静電チヤツク２２上に半導体
ウエハ１を位置させた場合、そのウエハは格子２
５と支持体の周辺部分２３で支持され、ウエハ１
は誘電材料層３０よりは離隔されるようにする。
ウエハをチヤツク２２上に正しく位置させるた
め、前に述べた例と同じように３個の位置決めピ
ンを設ける。
本発明は上述の例のみに限定されない。この他
多くの変形例が可能である。例えば静電チヤツク
の各部分の材料には各種異なる材料を使用するこ
とができる。これについて第１実施例の柱状部分
７および第２実施例の格子２５は、熱的に良好な
伝導性を有するものとすることに注意すべきであ
る。しかしこれらは電気的に良好な伝導性を持つ
たものとする必要はない。このような方法を取つ
た場合、例えば静電チヤツクの正面側表面９，２
９上の孔あき金属ブロツク等の如き他の電気的接
触手段を設け、これを半導体ウエハに接触せしめ
るを要する。
熱伝導部は誘電材料層より突出せしめる必要は
ない。この代わり誘電材料層を熱伝導部材の表面
と同一表面とすることもできる。さらに誘電材料
は、電気的伝達部材とチヤツクの他の部分の間の
スペースを完全に充填する必要はない。即ち、例
えば誘電材料層を電気的伝導部材と熱伝達部材を
離隔している間隔のごく一部にのみ充填すること
もできる。また代案として、この空間に誘電材料
層と異なる電気絶縁材料を充填することもでき
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による静電チヤツクの上に半導
体ウエハを配置し、第２図の−′の線に沿つ
て見た断面図、第２図は第１図の静電チヤツクと
半導体ウエハを上側から見た平面図であり、半導
体ウエハの１部を切除して示した図、第３図は本
発明による静電チヤツクの他の実施例の上に半導
体ウエハを載置した例の縦断側面図である。 ２，２２……静電チヤツク、３，５，２３……
支持体、７，２５……熱伝達部材、１０，２７…
…格子（電気伝導部材）。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 半導体ウエハを保持する固定平面より誘電材
    料層によつて分離された電気伝導部材と、 該半導体ウエハに対する電気的接触手段と、 前記半導体ウエハを前記平面内に維持する支持
    手段とを具えてなる半導体ウエハを静電チヤツク
    に対しある一定の固定平面内に保持するための静
    電チヤツクにおいて、 該チヤツクは、半導体ウエハの前記支持手段と
    なる熱伝導部分を備え、該熱伝導部分は電気的に
    も導電性であり、半導体ウエハに対する前記電気
    的接触手段を形成し、かつ前記電気伝導部材は前
    記熱伝導部分の間において横方向に延長される部
    分を有し、前記熱伝導部分は誘電材料層によつて
    前記電気伝導部材より電気的に絶縁される如くし
    たことを特徴とする静電チヤツク。 ２ 前記熱伝導部分は前記誘導材料層より突出
    し、誘導材料層が前記固定平面より離隔されてい
    る如くした特許請求の範囲第１項記載の静電チヤ
    ツク。 ３ 熱伝導部分を固定平面内に位置する平坦な端
    面を有する柱状部分とし、電気伝導部材を格子状
    とし、柱状の熱伝導部分が格子の目を通じて延び
    る如くした特許請求の範囲第１項または第２項記
    載の静電チヤツク。 ４ 半導体ウエハの支持手段は、周縁部より薄く
    穿孔を設けた中央部を有し、柱状の熱伝導部分を
    前記穿孔内に固定した特許請求の範囲第３項記載
    の静電チヤツク。 ５ 熱伝導性格子により熱伝導部分を構成し、電
    気伝導部材はこの格子の目の間に延在する部分を
    有する特許請求の範囲第１項または第２項記載の
    静電チヤツク。 ６ 電気伝導部材は格子の目間に延びる部分と一
    体にしたプレート状部分を有し、格子状熱伝導部
    分が支持体の中央部分を構成し、かつこの部分は
    支持体の周縁部分と一体となつているようにした
    特許請求の範囲第５項記載の静電チヤツク。
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