(57)【要約】  本発明の層状アセンブリは、２つの部材、すなわち導電層および熱伝導層により構成される。熱伝導層を、金属を使用せず、複合材料により形成する。この複合材料は、金属とＣＴＥ調整剤の両方を有する。この複合材料の熱膨張係数を、非導電層の熱膨張係数とほぼ同一、または同一とすることにより従来技術の多くの欠点を解消する。一実施形態において、この複合材料は、アルミニウムと炭素繊維（またはグラファイト繊維）を混合することにより生成する。他の実施形態においては、１本またはそれ以上の流体導管を型の中に設置してから、層を成型する。これらの導管は、静電チャック内の流体通路として機能する。別の実施形態では、ケイ素等の半導体材料およびアルミニウムを混合することにより、複合材料を生成し、この場合、導管を機械加工および接合により形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
層状アセンブリにおいて、
（ａ）非導電性の第１層であって、第１熱膨張係数を持つ第１層、および
（ｂ）熱伝導性の第２層であって、前記第１層に接合され、金属およびＣＴＥ調整剤を含み、第２熱膨張係数を持つ第２層、
を備えた、層状アセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載の層状アセンブリであって、
前記第１熱膨張係数および前記第２熱膨張係数は互いに１００％の範囲内である、層状アセンブリ。
【請求項３】
請求項１に記載の層状アセンブリであって、
前記第１熱膨張係数および前記第２熱膨張係数は、＋／−１００°Ｃの動作範囲が得られるように選択される、層状アセンブリ。
【請求項４】
請求項１に記載の層状アセンブリであって、
前記第１層はアルミナを含む、層状アセンブリ。
【請求項５】
請求項１に記載の層状アセンブリであって、
前記第２層を構成する前記金属はアルミニウムを含む、層状アセンブリ。
【請求項６】
請求項１に記載の層状アセンブリであって、
前記ＣＴＥ調整剤は炭素繊維またはグラファイト繊維を含む、層状アセンブリ。
【請求項７】
請求項１に記載の層状アセンブリであって、
前記ＣＴＥ調整剤はケイ素を含む、層状アセンブリ。
【請求項８】
請求項１に記載の層状アセンブリであって、
該層状アセンブリは静電チャックを含む、層状アセンブリ。
【請求項９】
請求項１に記載の層状アセンブリであって、
前記第２層内に流体導管をさらに備える、層状アセンブリ。
【請求項１０】
請求項９に記載の層状アセンブリであって、
前記第１層はアルミナを含む、層状アセンブリ。
【請求項１１】
請求項９に記載の層状アセンブリであって、
前記流体導管は前記第２層よりも融点が高いチューブである、層状アセンブリ。
【請求項１２】
請求項１１に記載の層状アセンブリであって、
前記チューブは、インバー、モリブデン、およびステンレス鋼からなる群から選択される材料を含む、層状アセンブリ。
【請求項１３】
請求項９に記載の層状アセンブリであって、
前記第２層は、アルミニウム、およびグラファイト繊維または炭素繊維を含む、層状アセンブリ。
【請求項１４】
請求項９に記載の層状アセンブリであって、
該層状アセンブリは静電チャックを備える、層状アセンブリ。
【請求項１５】
ウエハへのイオン注入方法であって、
（ａ）イオン源を備えたイオン注入システムを提供するステップと、
（ｂ）静電チャックを提供するステップであって、該静電チャックは
（ｉ）非導電性であり、第１熱膨張係数を有する第１層と、
（ｉｉ）熱伝導性の第２層であって、前記第１層に接合され、第２熱膨張係数を有する第２層と、
（ｉｉｉ）前記第２層内に設けた流体導管と、を備えることを特徴とする、静電チャックを提供するステップと、
（ｃ）前記静電チャックを所定の温度に維持するために、前記導管に流体を通過させるステップと、
（ｄ）前記ウエハを前記静電チャックで支持するステップと、  （ｅ）前記イオン源から前記ウエハにイオンを注入するステップと、
を含む、ウエハへのイオン注入方法ウエハへのイオン注入方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、前記第１層はアルミナを含む、ウエハへのイオン注入方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、
前記流体導管は、前記第２層よりも融点が高いチューブである、ウエハへのイオン注入方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、
前記チューブは、インバー、モリブデン、およびステンレス鋼からなる群から選択される材料を含む、ウエハへのイオン注入方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の方法であって、
前記第２層は、アルミニウム、およびグラファイト繊維または炭素繊維を含む、ウエハへのイオン注入方法。
【請求項２０】
請求項１５に記載の方法であって、
前記流体は窒素を含む、ウエハへのイオン注入方法。
【請求項２１】
請求項１５に記載の方法であって、
前記ウエハの温度を−１００°Ｃ〜＋１００°Ｃに維持するステップ、をさらに含む、ウエハへのイオン注入方法。
【請求項２２】
イオン注入するウエハを支持する静電チャックの製造方法であって、
（ａ）前記ウエハにイオン注入する際の動作温度範囲を決定するステップと、
（ｂ）前記静電チャックに、ウエハに接触して静電的に支持し、非導電性の第１層を形成するステップと、
（ｃ）前記第１層の熱膨張係数を決定するステップと、
（ｄ）熱伝導性の、前記静電チャックの第２層を形成するステップと、
（ｅ）前記第２層の熱膨張係数を決定するステップと、
（ｆ）前記第２層にＣＴＥ調整剤を添加することによる該第２層の熱膨張係数を変更するステップであって、前記ＣＴＥ調整剤の添加量は、複合材料により形成する前記第２層の熱膨張係数が、所望の前記動作温度範囲にわたり前記静電チャックの動作を可能とするような熱膨張係数を得ることができる量であることを特徴とする、前記第２層の熱膨張係数を変更するステップと、
（ｇ）前記複合材料により形成した第２層を前記第１層に接合するステップと、を含む、静電チャックの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
半導体ウエハの製造においては、一般に、イオン注入器を使用する。イオン源を用いてイオンビームを生成し、ウエハにそのイオンビームを照射する。イオンがウエハに衝突することにより、そのウエハの特定の領域がドープされる。ドープ領域の構成により、そのウエハの機能性が決定し、導電性相互接続を用いて、これらのウエハを複合回路として構成することができる。
【背景技術】
【０００２】
図１は、代表的なイオン注入器１００のブロック図である。イオン源１１０が、所望の種類のイオンを生成する。いくつかの実施形態においては、原子イオンを生成する。原子イオンは、高エネルギーイオン注入に最適であるといえる。他の実施形態においては、分子イオンを生成する。分子イオンは、低エネルギーイオン注入に好適であるといえる。これらのイオンによりイオンビームを形成し、ソースフィルタ１２０を通過させる。好ましくは、ソースフィルタをイオン源に近接して配置する。イオンビーム内のイオンをカラム１３０により加速／減速して所望のエネルギーレベルとする。開口１４５を有する質量分析マグネット１４０を用いて、イオンビームから不要な成分を除去することにより、所望のエネルギーおよび質量特性を有するイオンビーム１５０が得られ、このイオンビームは分解開口１４５を通過する。
【０００３】
いくつかの実施形態においては、イオンビーム１５０をスポットビームとする。この場合、このイオンビーム１５０はスキャナ１６０を通過して偏向され、走査ビーム１５５−１５７となる。このスキャナ１６０は静電スキャナまたは磁気スキャナにより構成することができる。いくつかの実施形態においては、このスキャナ１６０に個別の走査プレートを備え、走査プレートをスキャンジェネレータに連結する。スキャンジェネレータは走査電圧波形を生成する。この走査電圧波形は、例えば、振幅成分および周波数成分を含むサイン波形、鋸歯状波形、または三角波形であり、走査プレートを走査する。好ましい実施形態において、この走査波形は、一般的に、（一定勾配の）三角波形に非常に近く、そのため走査ビームは各位置においてほぼ同じ時間だけ照射される。この三角波形からの偏差を利用して、そのイオンビームを均一にする。三角波電圧により生じる電界により、イオンビームは図１に示すように発散する。
【０００４】
代案としての実施形態においては、イオンビーム１５０をリボン状ビームとする。このような実施形態においては、リボン状ビームはすでに適切に成形されており、スキャナを設ける必要はない。
【０００５】
角度補正器１７０により、発散したイオンビームレット１５５−１５７を偏向して略平行な軌跡を描く１組のビームレットとする。好ましくは、電磁コイルおよび複数の磁極片からなる角度補正器１７０を構成する。磁極片は互いに離間して配置され、その間の間隙をイオンビームレットが通過する。コイルを励磁して、間隙内に磁界を生成することにより、印加された磁界の強度と方向に応じてイオンビームレットを偏向する。電磁コイルを流れる電流を変化させることにより、この磁界を調整する。代案として、その他の構成、例えば並列化レンズなどを用いることによっても、上記の機能を果たすことができる。
【０００６】
角度補正器１７０を通過した後、走査ビームは加工対象物（ワークピース）１７５に向けられる。ワークピースはワークピース支持体に取り付けられる。ワークピース支持体は様々な動きをすることができる。
【０００７】
ワークピース支持体を用いることにより、ウエハを適所に保持すること、およびそのウエハを所定の方向に向けることができ、それによりイオンビームを適切に注入することができる。ウエハを所定の位置に効果的に保持するため、ワークピース支持体は一般に静電力を利用することが多い。支持体は静電チャックとしても知られ、その上面に強力な静電力を生じさせることにより、機械的締結装置を使用せずにウエハを所定の位置に保持することができる。そうすれば、注入終了後にウエハを取り外す必要がないため、汚染を最小限に抑えること、およびサイクルタイムを短縮することができる。これらのチャックは、クーロン力およびジョンソン・ラーベック力の２種類のうち一方の力を利用してウエハを保持する。
【０００８】
図２に示すように、従来、このチャック２００は２層で構成する。ウエハと接触する第１層すなわち上層２１０は、アルミナ等の電気絶縁体または半導体材料で形成する。なぜなら、短絡せずに静電界を生成する必要があるからである。この静電界を生成する方法は、当業者には公知であり、ここでは説明を省略する。クーロン力を利用する実施形態においては、一般に結晶質および非結晶質の誘電材料にて上層を形成し、その上層の抵抗率は通常１０１４オームセンチメートル（Ω・ｃｍ）より大きい。ジョンソン・ラーベック力を利用する実施形態においては、半導体材料にて上層を形成し、その上層の体積抵抗率は一般に１０１０〜１０１２オームセンチメートル（Ω・ｃｍ）の範囲内である。用語「非導電性」材料とは、その抵抗率が上記の範囲内にあるもののことであり、上述した２種類の力のいずれか生成するのに適したもののことである。クーロン力は、交流（ＡＣ）電圧または定電圧（ＤＣ）電圧を供給することにより生成することができる。
【０００９】
第２層すなわち下層２２０は、好ましくは、熱伝導率の高い金属または金属合金で形成し、チャック全体の温度を許容範囲内に維持する。応用例においては、多くの場合、アルミニウムを用いて下層を形成する。いくつかの実施形態においては、この下層は２つのアルミニウム部分に分かれている。その下部は厚く形成され、流体通路を備える。一般に、アルミニウムブロックの表面を機械加工してチャネル２３０を形成し、そのチャネル２３０に冷却剤を流す。冷却剤としては、水および脱イオン水等の任意の適切な流体を用いることができる。そのアルミニウムブロックより大幅に薄い第２アルミニウム板を形成して、この厚いアルミニウムブロックの蓋として機能するようにし、機械加工にて形成したこれらの流体通路を覆うようにする。これら２つのアルミニウム部分を相互に接合し、静電チャックの熱伝導性の下層を形成する。そして、この層と、先に述べた非導電層を、エポキシ樹脂、蝋材、またはその他の接着法２４０により、機械的に相互に接着する。
【００１０】
従来、上記の構成を使用してきたが、この構成には多くの欠点がある。第一に、下層に含まれるアルミニウムは、その中を流れる冷却剤との相互作用により腐食しやすいことである。次に、チャックの上層および下層の熱膨張係数（ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ  ｏｆ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ：ＣＴＥ）が異なることである。アルミナすなわちＡｌ２Ｏ３の、温度２５°ＣにおけるＣＴＥは約５．５である。一方、アルミニウムのＣＴＥは約２３である。さらに、＋／−２００°Ｃの温度範囲内では、アルミナのＣＴＥは０．６から０．８まで変化する。このことは、チャックの温度が、その層を製造した際の温度から逸脱した際に問題となる。
【００１１】
例えば、そのチャックのアルミニウムとアルミナを、エポキシ樹脂等の接着剤を用いて、室温で相互に接着したとする。この温度下では、この２層は所定の体積と表面積を有する。しかしながら、チャックの温度が室温から逸脱するにつれ、それぞれの層が異なる速度で膨張または収縮する。この時、アルミニウム層は、アルミナ層よりもかなり速い速度で膨張または収縮する。そうすると、この２層の間の接合部分に大きな応力がかかる。
【００１２】
温度の上昇に伴い、アルミニウムすなわち金属材料は、アルミナおよびその他の非導電性材料に比べ、およそ３倍の速さで膨張する。その結果、アルミニウム層２２０はアルミナ層２１０よりも膨張し、チャックが内側に曲がるため、図３に示すように作用面２５０が凹面になってしまう。逆に、温度が下降すると、アルミニウム層２２０はアルミナ層２１０よりもかなり速い速度で収縮する。その結果、チャックは外側に曲がり、図４に示すように作用面２５０が凸面になってしまう。
【００１３】
このように、２層の間に張力が生じると、接着剤すなわちエポキシ樹脂が徐々に破損し、チャックが使えなくなってしまうのが通例である。言い換えれば、接合層で生成された熱応力が、その接合剤の最大強度よりも大きくなる。他の場合には、屈曲により、上層を形成する脆弱な非導電材料が割れてしまい、やはりチャックが破損してしまう。
【００１４】
その結果、多くの静電チャックの動作温度範囲は非常に狭くなる。このことは、これらのチャックの有用性を明らかに制限する。さらにこの問題を複雑化させるものとして、周囲の温度と大幅に異なる温度を利用するイオン注入の新しい技術が有望なものとして研究されていることがある。この新たなイオン注入技術に関連する極端な温度変化の範囲により、上述したような、ＣＴＥが層により異なることにより生じる問題をさらに悪化させることになる。
【００１５】
したがって、広い温度範囲への耐用性が高く、悪影響を受けることのない層状集合体（アセンブリ）は有利である。さらに、静電チャックにおいて、腐食を生じることなく様々な冷却剤を使用可能とすることも望まれている。
【発明の概要】
【００１６】
従来技術のこれらの問題点は、本明細書に記載する層状アセンブリにより解決される。このアセンブリは、導電層および熱伝導層を含む複数部材構造である。熱伝導層を、金属を使用せず、複合材料により形成する。この複合材料は、金属とＣＴＥ改質剤の両方からなる。この複合材料の熱膨張係数を、非導電層の熱膨張係数とほぼ同一、または同一とすることにより、従来技術の多くの欠点を解消する。
【００１７】
一実施形態において、複合材料はアルミニウムと炭素繊維（またはグラファイト繊維）を混合することにより生成する。この複合材料は、多くの金属的特性を有し、現在製造されるアルミニウム層とほぼ同様の方法で成型することができる。別の実施形態においては、１本またはそれ以上の流体導管を型の中に設置してから、層を成型する。これらの導管は、静電チャック内の流体通路として機能する。
【００１８】
別の実施形態では、ケイ素等の半導体材料と、アルミニウムとを混合することにより、複合材料を生成する。ケイ素のＣＴＥは約２．３であり、アルミナよりもかなり低い。アルミニウムの濃度上昇により、複合材料の熱伝導率が上昇し、そのＣＴＥも上昇する。しかしながら、この複合材料はそのほとんどがケイ素で形成されるため、金属のように機械加工することができない。むしろ、その製造工程は、セラミックスを加工するのに用いる方法と類似のものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来のイオン注入器を示す図である。
【図２】従来技術による静電チャックを示す図である。
【図３】図２に示すチャックであり、高温における状態を示す図である。
【図４】図２に示すチャックであり、低温における状態を示す図である。
【図５】本開示における第１実施形態によるチャックを示す図である。
【図６】図５に示すチャックの拡大図である。
【図７】図６に示すチャックにおいて使用する導管の端子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
上述したように、静電チャック（ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ｃｈｕｃｋｓ：ＥＳＣｓ）は２つの部分、すなわち、非導電性の上層および熱伝導性の下層を含む。このような層状アセンブリを製造する際は、一般に、アルミナ（酸化アルミニウム、Ａｌ２Ｏ３）等の絶縁体または半導体を用いて上層を形成する。熱伝導層は、好ましくは、アルミニウム等の金属により形成する。上述したように、これら２つの層の熱膨張係数（ＣＴＥ）は非常に異なり、このＥＳＣの周辺温度が、その狭い動作範囲を超えた場合に重大な問題を引き起こす。従来のＥＳＣでは、各層の熱膨張係数が異なるため、異なる層間の接合部分に応力がかかってしまう。そのため、その動作温度範囲は限られている。例えば、従来のＥＳＣで、アルミニウム製の基板をアルミナの絶縁体にエポキシ樹脂を介して接合したものの動作温度範囲は−２０°Ｃ〜＋６０°Ｃの間である。接合層に応力がかかると、温度がこの動作温度範囲を超えた際に上層と下層が分離してしまう。より強力なエポキシ樹脂またはより強固な接合法を用いても、この欠点を改善することはできない。より強力な接合剤を用いて、同様のＥＳＣを作成しても、製造温度を大幅に下回る温度、例えば−８０°Ｃにおいては、アルミナ層にかかる応力がその最大強度を超えるため、アルミナ層が破砕する。
【００２１】
これらの問題点を軽減するため、下層を複合材料で形成する。アルミニウム等の金属に炭素、ケイ素、または炭化ケイ素等のＣＴＥ調整剤を混合することにより、結果として得られる複合材料の熱膨張係数を操作して、上層の熱膨張係数と、例えば５０％またはそれ以下の範囲内で一致させるようにする。これら２層のＣＴＥを一致させることにより、より広い温度範囲、例えば＋／−１００°Ｃ以上の広範囲にわたり、熱膨張により発生する応力を抑えて接合剤の最大強度を超えないようにすることができる。さらに、複合材料を形成するのに金属を使用しているため、下層の熱伝導性と熱キャパシタンスはほぼ維持される。このように、十分な熱特性および上層と一致するＣＴＥを持つ複合材料であれば、任意のものを使用することができる。
【００２２】
下層のＣＴＥを上層にどの程度一致させるかは、ＣＴＥ調整剤の量により、制御される。ＣＴＥの使用量、すなわち下層の複合層の最終的なＣＴＥを決定する要素の一つとして、その層状アセンブリを使用する際の所望の動作温度範囲がある。いくつかの実施形態においては、上層と下層のＣＴＥを約５０％の範囲内で一致させ、動作範囲を＋／−２００°Ｃとする。他の実施形態においては、約２５％の範囲内で一致させ、動作範囲を＋／−２５０°Ｃとする。別の実施形態においては、約１０％の範囲内で一致させ、動作範囲を＋／−２７０°Ｃとする。最終的に、それぞれのＣＴＥを２倍（すなわち＋／−１００％）の範囲内で一致させる実施形態が可能であり、その際に得られる動作温度範囲は＋／−１５０°Ｃである。上記より明らかなように、本明細書中で、ＣＴＥを「一致させる」「一致」または「一致させた」との記述は、ＣＴＥが完全に一致することのみを限定的に言及するものではない。
【００２３】
これら２層間のＣＴＥの関係により、その層状アセンブリの動作温度範囲が決まる。ＣＴＥ間の差が拡大すると、動作温度範囲が狭くなる。逆に、ＣＴＥの差が縮小すると、動作温度範囲が広くなる。コンピュータのシミュレーションおよびその他の手段により、当該技術分野において通常の知識を持つ者（当業者）であれば、上層および下層のそれぞれのＣＴＥの関係を決定し、所望の動作範囲を確保することができる。さらに、上述した値をとることにより、接合剤に起因する故障モードは想定されなくなる。上述したように、高強度接合剤および方法を用いることにより、層間の接合が破綻しないように構成することができる。このような場合、動作温度範囲は上層の張力強度により動作温度範囲が決まる。なぜなら、上層および下層の膨張又収縮の速度が異なるからである。
【００２４】
一実施形態において、下層をケイ素およびアルミニウムからなる複合材料により形成し、その複合材料の最終的なケイ素含有率を７０％とする。そのような材料のひとつとして、サンドビック・オスプレー（Ｓａｎｄｖｉｋ  Ｏｓｐｒｅｙ  Ｌｔｄ．）社製のものを用い、プラズマスプレー法により複合材料を生成する。この実施形態では、従来技術と同様に、下層を２つの部分に分けて形成する。下部の上面を機械加工し、流体冷却剤を流すのに必要な流路を形成する。上部は、主に蓋として機能し、下部の上面に上部を接合することにより、下層を形成する。このように構成した下層を、その後、例えばエポキシ樹脂等を介して上層に接着する。本明細書中では、複合材料として、特にサンドビック・オプスレー社のものを例として挙げたが、本開示によるＥＳＣはこのメーカの製品に限定されるものではない。所要の熱伝導性およびＣＴＥ特性を呈するものであれば、任意の複合材料が使用可能である。例えば、ＣＰＳ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  Ｃｏｒｐ．社製の複合材料および３Ｍ社製のアルミニウム基複合材料も本開示の範囲に含まれる。
【００２５】
別の実施形態では、金属基複合材料を用いて下層を形成する。この実施形態においては、グラファイト繊維または炭素繊維を鋳型の中に入れてから、融解アルミニウムを型に流し込み、この繊維の体積分を除いた容積を満たす。これらの繊維の向きは、主軸線（すなわち、上層に接着する面に平行な軸線）に沿ったアルミニウム層の膨張を抑制する方向へ向ける。このように、このアルミニウム複合材料に共通の熱膨張係数は、アルミナの熱部長係数とほぼ同様である。上述した金属基複合材料は、Ｍｅｔａｌ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃａｓｔ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，  ＬＬＣ社（マサチューセッツ州、ウォーザン（Ｗａｌｔｈａｍ））製のものを用いることができる。
【００２６】
本実施形態のさらなる改良例を図５に示す。この場合、鋳造工程において、流体導管５１０を下層５００内に成形する。運用では、導管５１０として、鋳造温度よりも高い融点を有する材料、例えば、ステンレス鋼、インバー、またはモリブデンにより形成したものを用いる。一般に、鋳造温度は約７５０°Ｃである。その他の材料で、この鋳造温度よりも融点が高いものは全て本開示の範囲に含まれる。導管は、炭素繊維またはグラファイト繊維と共に型の中に入れる。そして、融解アルミニウムを高圧力にて型に注入し、下層５００を成型する。その後、下層５００を上層５２０に接着する。
【００２７】
図６は、図５に示すプラテンの拡大図である。この例では、導管５１０は注入口５４０および排出口５５０をそれぞれ１つずつ有し、向流パターンに構成する。しかしながら、本開示はその他の構成をも意図するものである。同様に、鋳型の中に導管を１本以上設置して、温度の均一性と調節性を向上することもできる。また、複数の導管を設置することにより、異なる加熱流体および／または冷却流体を同時に使用することもできる。
【００２８】
導管５１０の両端部を封止し、好ましくは、その終点を図７に示すような小さな接続箱７００に収める。この接続箱は、鋳造後にその複合材料を貫通して接合箱に抜ける孔を空けることのできる大きさであり、それにより下層の外側から導管にアクセスできるようにする。その後、ドリル等の手段を用いて、下層の下面に孔を形成し、この接続箱をこじ開ける。そうすることにより、流体が外部環境と連通する。この工程を、下層に成形した各導管の注入口と流出口の両方において繰り返し行う。下層の下面に開口を複数形成する。これらの流体導管を下層内部に設けることにより、冷却剤がアルミニウムから隔離され、現行システムによく見られる、アルミニウムが腐食する虞がなくなる。
【００２９】
別の実施形態では、接続箱を鋳型の表面に露出させる。その後、露出した接続箱を機械加工して、流体接続のための合わせ面とする。
【００３０】
そして、ステンレス製のチューブ等の外部導管をこれら開口に取り付けることにより、下層を通る密閉流体導管を形成する。前述したように、流体としては、水、脱イオン水、窒素ガス、ヘリウムガス、または工業用冷却剤および冷媒等が一般的に用いられる。
【００３１】
イオン注入システムは、室温または室温に近い温度で動作するものが多いが、現在、極低温注入に関する研究が進められている。極低温注入では、ウエハの温度を−４０°Ｃと−２００°Ｃとの間に維持する。この場合、本開示の層状アセンブリを有利に使用することができる。上述したように、アルミナで形成した上層のＣＴＥおよびアルミニウム複合材料で形成した下層のＣＴＥが一致しているため、熱収縮による破損の危険性がほとんどない。さらに、流体導管を使用して、液体窒素、気体窒素、またはその他の適切な流体を流すことにより、ウエハを所望の温度に維持することができる。
【００３２】
他の極低温注入の実施形態においては、プラテンを十分に冷却した基板に定期的に接触させることにより、プラテンを所望の温度に維持する。すなわち、同じプラテンを使用して、１回またはそれ以上の注入を行う。このように注入を複数回行うと、プラテンの温度が上昇する。この温度上昇を抑制するため、冷却したアルミニウム等の冷却材を、一時的にプラテンの熱伝導層に物理的に接触させる。プラテンに内在する熱が冷却した基板に移動し、プラテンが使用可能になる。一実施形態においては、冷却した２枚のアルミニウム製パッドで冷却材を構成し、その冷却材をプラテンの露出した下面に接触させる。
【００３３】
そのパッドを液体窒素または気体窒素等で冷却して、温度を約−１８０°Ｃまで低下させる。パッドの表面に流れ出た少量の気体により、導通が向上する。
【００３４】
プラテンの温度が動作温度になるまでプラテンをパッドの上に放置した後、パッドを取り除く。
【００３５】
冷温にてウエハに注入を行い、注入の際の熱負荷の程度により、この冷却工程を適宜繰り返す。
【００３６】
以上、極低温注入への使用について説明したが、本明細書中に開示したシステムおよび方法は、室温または高温で行われる注入にも使用することができる。
【００３７】
動作温度領域が拡大することの利点に加え、本開示のＥＳＣによれば、作用面２５０全体にわたる注入角のばらつきを最小限に抑えることができる。図３を参照すると、ウエハの中心からビームが遠ざかるにつれて注入角が変化することがわかる。イオンビーム２８０が作用面２５０の中心２７０に垂直に入射すると仮定すると、作用面の端部における注入角は垂直ではなくなることは明らかである。そのようなビームの偏向は、形状が収縮し続けると、ますます顕著になる。本開示に記載したＥＳＣにおいては、層間で熱膨張係数が異なることによるチャックの撓みがほとんどまたは全く生じないため、所望の注入角をより確実に維持することができる。
【００３８】
本開示は、層状アセンブリをイオン注入実施の際の静電チャックとして主に使用する場合を説明するが、本開示はそのような用途のみに限定されるものではない。半導体プロセスにおいて、ウエハを適所に保持する必要のある装置であれば、いかなるものにも本アセンブリを適用することができる。さらに、ＣＴＥの異なる２層からなるアセンブリを用いる用途であれば、全てに、本明細書に開示された層状アセンブリを組み込むことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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