(57)【要約】  半導体基板のプロセス用の熱チャックであり、層流をもたらす冷却通路を含む。上記熱チャックは、平面支持表面部及び底面部から選択される１つの中に上記冷却通路を形成する工程と、平面支持表面部と底面部との間にクラッド材を挟み、熱チャック組立品を形成する工程と、クラッド材が上記平面支持表面部及び上記底面部と融合する、温度及び条件下で、上記熱チャック組立品を加熱する工程とを含み、上記冷却通路は、これらの中に密閉されている。上記冷却通路は、フライス加工若しくは鋳造により形成することができ、曲がりくねった形状を形成する、隣り合う直線部を接続する放射状湾曲部を有する。
2009530814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱チャックの製造方法であり、
上記方法は、
平面支持表面部及び底面部から選択される１つに冷却通路を形成する工程と、
上記平面支持表面部と上記底面部との間にクラッド材を挟み、上記熱チャックを形成する工程と、
上記クラッド材が上記平面支持表面部及び上記底面部と融合する、温度及び条件下で上記熱チャックを加熱する工程と、
を含み、
上記冷却通路は、上記熱チャックの中に密閉されている方法。
【請求項２】
上記熱チャックの加熱を真空下で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
上記クラッド材が金属の薄片である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
加熱を上記クラッド材の融点より高い温度で行う、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
上記冷却通路の形成は、上記冷却通路を、上記平面支持表面部及び上記底面部から選択される１つに鋳造により形成する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
上記冷却通路の形成は、上記冷却通路を、上記平面支持表面部及び上記底面部から選択される１つにフライス加工（milling）により形成する工程を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
上記冷却通路の形成は、上記平面支持表面部の底面に、曲がりくねった形状のパターンを定める工程を含み、
上記曲がりくねった形状のパターンは、連続した通路を定める、湾曲部により接合した複数個の直線部を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
上記平面支持表面部及び上記底面部は、アルミニウム合金により形成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
上記冷却通路の形成は、上記冷却通路の中を通る流体の層流をもたらすために実施されている、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
熱チャックの製造方法であり、
上記方法は、
平面支持表面部及び底面部から選択される１つに冷却通路を形成する工程と、
上記平面支持表面部と上記底面部との間にクラッド材を挟み、熱チャック組立品を形成する工程と、
上記平面支持表面部、クラッド材、及び上記底面部を真空ろう付けして、統合された構造を形成する工程と、
を含み、
上記冷却通路は上記統合された構造の中に密閉されている方法。
【請求項１１】
上記平面支持表面部及び上記底面部は、アルミニウム合金により形成されている、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
上記冷却通路の形成は、冷却通路を、上記平面支持表面部及び上記底面部から選択される１つに、鋳造により形成する工程を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
上記冷却通路の形成は、上記冷却通路を、上記平面支持表面部及び上記底面部から選択される１つにフライス加工により形成する工程を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
上記冷却通路の形成は、上記平面支持表面部の底面に、曲がりくねった形状のパターンを定める工程を含み、
上記曲がりくねった形状のパターンは、連続した通路を定める、湾曲部により接合した複数個の直線部を含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
半導体基板のプロセッシング用の熱チャックであり、
基板を支持する、平面である上面と、
複数個の直線部と、隣り合う、複数個の直線部、第一の端、及び第二の端の中の複数を接続する、少なくとも１つの放射状湾曲部とを含む、平面である上記上面の下に広がる冷却通路と、
流体が流れるように上記第一の端に接続された入口開口部、及び流体が流れるように上記第二の端に接続された出口開口部を備えた底面と、
を含み、
上記冷却通路は、平面である上記上面と上記底面との間に挟まれている熱チャック。
【請求項１６】
上記冷却通路は、上記入口開口部から上記出口開口部へと１つの連続する通路であり、且つ行き止まりが無い、請求項１５に記載の熱チャック。
【請求項１７】
上記冷却通路は曲がりくねった形状を形成している、請求項１５に記載の熱チャック。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔背景〕
本開示は、通常、半導体プロセッシングに採用される熱チャックの製造に関し、より具体的には、その中に冷却通路を有する熱チャック、及び冷却通路を有する熱チャックの製造方法に関する。
【０００２】
熱チャックは通常、規定された高さ、幅、及び厚さを有する統一された部材から製造される。半導体基材の処理のために、上記熱チャックは円形であり、平面支持表面を有している。これらチャックに形成される冷却通路は、通常、使用の間、均一な温度調整及び温度制御のために、曲がりくねった形状をしている。上記冷却通路の曲がりくねった形状を作製するために、従来技術のチャックは、チャックにおいて放射状に配置される端の位置において穴を開けられる。線状に伸びる、穴をあけられたそれぞれの通路は、曲がりくねった形状を形成するために、他の穴を開けられた通路と互いに交わる。入口及び出口の開口部は、曲がりくねった形状の冷却通路の終端において形成され、製造の間に、チャックの底面を通じて穴を開けられる。上記チャックの放射状の端におけるドリル穴の開口部は、プラグ（例えば、２ピースの摩擦ロックプラグ）とフィットするようにプレスされる。
【０００３】
図１では、曲がりくねった形状の冷却通路を含む、典型的な熱チャック１０が説明される。上記説明される熱チャック１０は、処理の間、基材を支持するための平面支持表面１２を有し、円形である。同心円状の凹部１４が、平面支持表面１２に形成されており、真空押し下げ（vacuum hold down）する性能をもたらす。この典型的なチャックでは、１１個の通路１６に、チャックの放射状の端部を介して穴が開けられ、共に曲がりくねった形状の冷却通路を形成する。入口及び出口の開口部２０・２２は、曲がりくねった形状の冷却通路における終端の位置において、チャックの底面を介して穴が開けられる。放射状の端部１８における開口部２４は、その後、２ピースプラグ（図示せず）とフィットするようにプレスされる。
【０００４】
この方法で冷却通路を製造する問題の１つは、プラグにフィットするプレスが、運転中に機能せず、使用中に流体をプロセスチャンバーの中へリークさせ得ることである。上記プレスでフィットしたプラグは、通常、熱チャックが晒される動作温度よりかなり低い温度に対して評価される。しかしながら、実際には、上記チャックは、通常、これら温度を超えた温度で使用される。これにより、熱的疲労や上記プラグの不具合が生じ得る。その上、上記プラグを開口部にフィッティングするプレスのプロセスは、平面支持表面１２の歪を生じ、上記チャックの機械的な完全性（mechanical integrity）に影響を及ぼす。上記歪は、通常、上記歪んだ表面からの過剰の材料を圧延することにより解決され、所望の平坦性に設計することができるが、温度サイクリングと相まった残りの応力集中により上記チャックを破砕し得る。
【０００５】
曲がりくねった冷却通路の製造方法に特有の他の問題は、冷却経路を形成する上記方法に特有のクーラントの遷移流／乱流である。曲がりくねった冷却通路では、それぞれの通路部を放射状の端部の位置から直線的に穴を開けることが要求されるため、交差する通路部は、互いにある角度をなしている（例えば、示すように垂直に）。この中で生じる流体の遷移流／乱流は、温度の均一性に影響を及ぼし、上記チャックに機械的応力を与え得る。その上、摩擦でフィットした上記プラグ（friction fitted plug）は、有限の長さを有し、交差する点において常に終了せず、これにより、曲がりくねった冷却通路の内部に行き止まりを生じる。加えて、加圧した空気により冷却通路をパージするとき、液体が上記行き止まり部でトラップされる。この液体は、上記熱チャックが再加熱されるときに気化し、冷却通路内に過剰の圧力を生じさせる。
【０００６】
従って、上記技術において言及した問題を克服する、改善された製造方法及び熱チャックに対する要求は残る。
【０００７】
〔概要〕
ここでは、その中に機械加工される冷却通路を有する熱チャック、並びに当該熱チャックの製造方法が開示される。１つの実施形態では、平面支持表面部及び底面部から選択される１つに冷却通路を形成する工程と、上記平面支持表面部と上記底面部との間にクラッド材を挟み、上記熱チャックを形成する工程と、上記クラッド材が上記平面支持表面部と上記底面部とを融合させる温度及び条件下で、上記熱チャックを加熱する工程とを含む熱チャックの製造方法であり、上記冷却通路はその中に密閉されている。
【０００８】
他の実施形態では、上記方法は、平面支持表面部及び底面部から選択される１つに冷却通路を形成する工程と、上記平面支持表面部と上記底面部との間にクラッド材を挟み、熱チャック組立品を形成する工程と、上記平面支持表面部、上記クラッド材、及び上記底面部を真空ろう付けして、統合された構造を形成する工程とを含み、上記冷却通路は上記統合された構造の中に密閉されている。
【０００９】
半導体基材を加工するための熱チャックは、基材を支持する、平面である上面と、；複数個の直線部と、隣り合う、複数個の直線部、第一の端、及び第二の端の中の複数（ones）を接続する、少なくとも１つの放射状湾曲部とを含む、平面である上記上面の下に広がる冷却通路と、；流体が流れるように（fluidly）上記第一の端に接続された入口開口部、及び流体が流れるように上記第二の端に接続された出口開口部を備えた底面と、；を含み、上記冷却通路は、平面である上記上面と上記底面との間に挟まれている。
【００１０】
上述の記載並びに他の特徴は、以下の図及び詳細な説明により例示される。
【００１１】
〔図面の簡単な説明〕
ここで参照する図は、典型的な実施形態であり、同様の要素は、同様に番号が付けられている。
【００１２】
図１は、従来技術の熱チャックの斜視図である。
【００１３】
図２は、上記開示における１つの実施形態に従った熱チャックの分解斜視図である。
【００１４】
図３は、基材を支持するための平面である支持表面を詳しく示す、図２の熱チャックの斜視図である。
【００１５】
図４は、１つの実施形態に従った、曲がりくねった形状の冷却通路の平面図である。
【００１６】
〔詳細な説明〕
ここでは、従来技術において言及した上記問題を克服する、冷却通路を含む熱チャック、並びに当該熱チャックの製造方法が開示される。上記製造方法は、通常、平面支持表面部を底面部に真空ろう付けして熱チャックを形成する工程を含み、上記冷却通路は、真空ろう付け前の上記平面支持表面部及び上記底面部の中から選択される１つにフライス加工（mill）される。結果として、真空ろう付けにより、上記２つの構成要素は互いに繋ぎ合わされ、加工された冷却通路が密閉される。このような方法により、プラグの使用は排除され、加工されたパターンは、行き止まりがない冷却通路の中を通る層流をもたらすように作ることができる。
【００１７】
図２及び図３は、１つの実施形態に従った熱チャック１００の分解図を説明する。上記熱チャック１００は、通常、平面支持表面部１０２及び底面部１０４を含み、選択された構成要素（１０２若しくは１０４）の１つは、フライス加工された冷却通路パターン１０６を含む。上記平面支持表面部１０２及び底面部１０４は、上記熱チャックを使用する環境による腐食に対して耐久性のある金属から作られることが好ましく、例えば、熱処理できるアルミニウム合金、陽極酸化した酸化アルミニウムをコーティングしたアルミニウム若しくはアルミニウム合金等が挙げられる。
【００１８】
上記平面支持表面部１０２は、プロセッシング中にその上に基材が置かれる、平面である上面１０８を含む。上記説明した実施形態では、平面支持表面部１０２の上記底面１１０は、所望の冷却通路パターン１０６にフライス加工される。曲がりくねった冷却通路パターンが示されるが、任意のパターンをフライス加工できることは当業者にとって明白である。そのようなものとして、本開示では、上記示される特定のパターンに限定されることは意図されない。更には、１より多い通路（例えば、１より多い数の入口と出口）を設けることができることも明らかである。加えて、参考資料によっても加工され、上記冷却通路を規定する他の方法を採用することができる（例えば、鋳造）。
【００１９】
上記平面支持表面部１０２は、半導体ウエハの加工で採用される熱チャックにおいて一般的に見出されるこれらの特徴をも含み得る。例えば、示されるように、上記平面の上面１０６は、複数個の、中心軸１１４に関して同心環状の凹部１１２を含み得る。加えて、上記平面支持表面部１０２は、周辺ピン（perimeter pins）、電熱線（heating elements）、ガス供給穴、熱電対等を任意で含み得る。所望の用途により、上記開口部１１６、同心環状の凹部１１２との組合せ（the opening 116 I combination with the concentric annular recesses 112）は、上記基材の弾性変形等により、上記基材の底面と上記平面の上面１０６との間の接触点の数を増加させる基材の背面へ真空をもたらすためにも適用され得る。真空押え付けが利用される場合では、真空により生じる、上記基材と上記平面の上面１０６との間の接触点の数の増加により、上記基材がプロセス温度になる速度は増加され得る。この場合、上記真空で押え付けられる開口部及び／又は真空通路は、プロセスチャンバー遮断弁、又は流量調節弁等（示さず）の下流に順に接続される真空ラインに接続されていることが好ましい。
【００２０】
上記底面部１０４は、上面１２０及び底面１２２を含む。上記上面は、上記平面支持表面部１０２の底面１２２と同一平面状にあり、且つ当該底面１２２と結合される。上記冷却通路１０６のための入口１２４及び出口１２６は、上記底面部１０４を介して穴を開けられ得る。上記底面部１０４は、平面支持表面部１０２における開口部若しくは凹部１３２と同軸上に調整された１以上のプラグ開口部１２８を更に含む。真空ろう付けの前に、プラグ１３２は、開口部１２８・１３０の中へしっかり付けられ、底面部１０４を有する平面支持表面部１０２の適切な配置をもたらす。上記底面部１０４は、平面支持表面部１０２における開口部と同軸で且つ補完的な開口部１３４を更に含み得る。この方法により、上記熱チャック１００は、上記熱チャックのために意図される利用に対して望まれ得るように、熱電対、周辺ピン等と適合し得る。抵抗電熱線（resistance heating element）は、バルクフォトレジストストリップ（bulk pohotoresist strip）やエッティングプロセスを実行するとき等に、工具の処理量の増加のために利用し得る、高いプロセッシング温度を可能とするため、底面部１０４の中に入れられ得る。環状フランジ１３６は上記底面１２２を制限し、上記熱チャックをプロセスチャンバーへ固定する手段をもたらす。上記開口部は、上記真空ろう付けプロセスが完了する前若しくは後に穴を開けられる。
【００２１】
好ましい実施形態において、熱チャックの運転温度は、好ましくは、加熱及び冷却能力を有するＰＩＤ（proportional integral derivative）コントローラーを使用する、フィードバック若しくは閉ループの制御システムを経て変化し得る。上記コントローラーは、随時、電熱線への電流又は、通路１０６への冷却流体（空気若しくは水）を交互に供給し得る。上記ＰＩＤコントローラーへのフィードバックは、平面支持表面部１０２の中に取り付けられるスプリング活性化熱電対（spring activated themocouple）のような温度測定装置を使用して、上記プロセスの間、基材の上記温度を測定することによりもたらされ得る。例えば、スプリングは、熱電対が基材の背面との接触を維持するように、上記熱電対との実施可能なやりとりをする。代わりに、上記熱チャック１００の上記温度は、上記プロセスの適切な点で、電熱線への電流の供給を調整すること、並びに通路１０６を通じて流体の流れ（空気若しくは水）を可能にすることにより、開ループプロセスにより制御することができる。上記支持材２２は、プロセスガスによる腐食に対して耐久性のある金属から作られることが好ましく、例えば、陽極酸化した酸化アルミニウムでコーティングしたアルミニウムが挙げられる。
【００２２】
図４は、曲がりくねった冷却通路パターン１１０の平面図を説明するものである。説明されるパターンにおいて、実質的に直線である上記通路部と接続する、上記放射状の湾曲に注目すべきである。このようにして、上記冷却通路１１０を通る層流が得られ得る。
【００２３】
上記真空ろう付けプロセスは、特性が明らかである接合プロセスであり、これにより、非鉄フィラー金属及び合金は、真空下で融点（４５０℃より高く）に加熱され、毛管作用により、２以上のぴったり適合した部材の間に分布する。その液体の温度において、上記溶解したフィラー金属は、ベース金属の薄層と相互作用し、並外れて強い、密閉した接合部を、粒状組織相互作用により形成するように冷却される。上記ろう付けされた接合部は、互いが治金学的に（metallurgically）連結した、サンドイッチ状の複数の層となる。適切に機能させる目的で、上記構成要素１０２、１０４は、しっかりと適合しているにちがいなく、上記ベース金属は、ろう付けした接合部のための最も高い強度を実現するため、非常にきれいであり、酸化物を含まない。毛管作用を効果的にするため、０．００２インチ以上０．００６インチ以下（５０μｍ以上１５０μｍ以下）の接合隙間が典型的には推奨される。上記真空ろう付けプロセスは、通常、前加熱工程と、一連のろう付け加熱工程と、冷却工程とを含む。上記真空チャンバーは、通常、１×１０−３パスカル（Ｐａ）以下の真空レベルに保たれる。
【００２４】
上記平面支持表面部１０２及び上記底面部１０４のようなアルミニウムベースの原料を接合させるときには、クラッディング層は、通常、主要な構成要素としてアルミニウムを含む。他の原料は、上記クラッド材に加えられ、その融点を、接合する構成要素の融点より低くする。よって、上記真空ろう付けプロセスの間、上記クラッド材は溶融し、上記構成要素間を流れ、冷却時に固体の接合部を形成する。上記融点を低下させるために、例えば、ケイ素を上記クラッド材に含ませることができる。加えて、上記クラッド材は、通常、追加されたマグネシウムを含む。上記マグネシウムは、上記ろう付けプロセスの間に拡散し、これにより、表面潤滑剤として作用して、外側の酸化アルミニウム層を破壊する。マグネシウムの上記拡散又はガス抜け（out-gassing）は、上記クラッド材を上記アルミニウムの構成要素間に流し、ろう付け接合を形成させることを可能にする。よって、この機能のため、マグネシウムは、通常、上記クラッド材に加えられる。上記クラッド材は、多くの場合、他の構成要素を含み、これらの選択は、当業者が十分に対応できる。
【００２５】
上記開示は、典型的な実施形態を参照して記載されているが、当業者によって、各種変更を行うことができ、同等物では、上記開示の範囲から逸脱しない範囲で、要素の置換を行い得ることが理解できるであろう。加えて、多くの変更は、上記教示の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況若しくは原料を、上記開示の教示に適合させるように成され得る。それゆえ、上記開示は、この開示を達成するために塾考された最良の形態として開示された特定の実施形態には限定されず、上記開示は、添えられた請求項の範囲内に収まる全ての実施形態を含むであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、従来技術の熱チャックの斜視図である。
【図２】図２は、上記開示における１つの実施形態に従った熱チャックの分解斜視図である。
【図３】図３は、基材を支持するための平面である支持表面を詳しく示す、図２の熱チャックの斜視図である。
【図４】図４は、１つの実施形態に従った、曲がりくねった形状の冷却通路の平面図である。
【図１】
2009530814.tif 000003
【図２】
2009530814.tif 000004
【図３】
2009530814.tif 000005
【図４】
2009530814.tif 000006
【国際調査報告】
2009530814.tif 000007
2009530814.tif 000008