JP2003080375A - 半導体ウェハー支持部材接合体の製造方法および半導体ウェハー支持部材接合体 - Google Patents
半導体ウェハー支持部材接合体の製造方法および半導体ウェハー支持部材接合体Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】セラミックス製の半導体ウェハー支持部材、金
属部材および接合層を備える接合体において、接合面の
気密性の信頼性を向上させるのと共に、半導体ウェハー
支持部材の支持面の平坦度が接合時に低下するのを抑制
する。 【解決手段】半導体ウェハー支持部材１０の接合面１０
ｂに第一の金属膜１Ａを形成する。金属部材１２の接合
面１２ａに第二の金属膜１Ｂを形成する。第一の金属膜
１０ｂと第二の金属膜１２ａとの間に金属接合材２を介
在させる。支持部材１０、金属部材１２および金属接合
材２を含む積層体１３を等方加圧しながら、金属接合材
２の融点以下の温度で加熱し、半導体ウェハー支持部材
１０と金属部材１２とを拡散接合する。
属部材および接合層を備える接合体において、接合面の
気密性の信頼性を向上させるのと共に、半導体ウェハー
支持部材の支持面の平坦度が接合時に低下するのを抑制
する。 【解決手段】半導体ウェハー支持部材１０の接合面１０
ｂに第一の金属膜１Ａを形成する。金属部材１２の接合
面１２ａに第二の金属膜１Ｂを形成する。第一の金属膜
１０ｂと第二の金属膜１２ａとの間に金属接合材２を介
在させる。支持部材１０、金属部材１２および金属接合
材２を含む積層体１３を等方加圧しながら、金属接合材
２の融点以下の温度で加熱し、半導体ウェハー支持部材
１０と金属部材１２とを拡散接合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハー支
持部材接合体の製造方法および半導体ウェハー支持部材
接合体に関するものである。
持部材接合体の製造方法および半導体ウェハー支持部材
接合体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＣＶＤ法、スパッタリング法、エッチン
グ法等の半導体プロセスにおいては、いわゆるサセプタ
ーの上に半導体ウエハーを設置し、このサセプターを加
熱して半導体ウエハーを加熱している。この際、最近
は、セラミックス製の静電チャックをサセプターとして
使用し、半導体ウエハーをサセプターに対して吸着しな
がら加熱処理を行うことが開示されている（特開昭５９
−１２４１４０号公報）。また、セラミックスヒーター
をサセプターとして使用し、このセラミックスヒーター
の上に半導体ウエハーを設置し、これを直接加熱するこ
とが知られている。しかし、半導体ウエハーの生産量を
向上させるためには、サセプター上の半導体ウエハーの
着脱サイクルにおける温度変化を抑制するために、加熱
と冷却とを応答性良く行うことが必要であり、このため
にはサセプターに対して冷却装置を結合する必要があ
る。
グ法等の半導体プロセスにおいては、いわゆるサセプタ
ーの上に半導体ウエハーを設置し、このサセプターを加
熱して半導体ウエハーを加熱している。この際、最近
は、セラミックス製の静電チャックをサセプターとして
使用し、半導体ウエハーをサセプターに対して吸着しな
がら加熱処理を行うことが開示されている（特開昭５９
−１２４１４０号公報）。また、セラミックスヒーター
をサセプターとして使用し、このセラミックスヒーター
の上に半導体ウエハーを設置し、これを直接加熱するこ
とが知られている。しかし、半導体ウエハーの生産量を
向上させるためには、サセプター上の半導体ウエハーの
着脱サイクルにおける温度変化を抑制するために、加熱
と冷却とを応答性良く行うことが必要であり、このため
にはサセプターに対して冷却装置を結合する必要があ
る。
【０００３】静電チャックを水冷式の金属冷却板に対し
て金属ボンディングによって結合する技術が提案されて
いる（特開平３−３２４９号公報）。この技術において
は、アルミナからなる静電チャックとアルミニウム製の
水冷冷却板とをインジウムで結合している。
て金属ボンディングによって結合する技術が提案されて
いる（特開平３−３２４９号公報）。この技術において
は、アルミナからなる静電チャックとアルミニウム製の
水冷冷却板とをインジウムで結合している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、インジウムを
接合材として用い、セラミックス製静電チャックと金属
製の水冷フランジとを接合する際には、接合時の圧力が
小さいと、接合欠陥が生じ、接合層の気密性の信頼性が
低下する。静電チャックと水冷フランジとの界面の気密
性が損なわれると、接合界面から装置内の腐食性ガスが
外部へと漏洩する懸念がある。また、半導体ウエハーの
裏面側にバックサイドガスを流す場合には、静電チャッ
クと水冷フランジとの接合界面からバックサイドガスが
漏洩することが懸念される。従って、静電チャックと水
冷フランジとの接合界面の気密性については、高い信頼
性を確保する必要がある。また、静電チャックと金属と
の熱膨張差によって、接合後に、静電チャックの半導体
ウエハー吸着面の平坦度が低下することがあった。ウエ
ハー処理時には、ウエハーが吸着面に対して吸着するの
で、吸着面の平坦度が低下すると使用できなくなり、歩
留り低下の原因となる。
接合材として用い、セラミックス製静電チャックと金属
製の水冷フランジとを接合する際には、接合時の圧力が
小さいと、接合欠陥が生じ、接合層の気密性の信頼性が
低下する。静電チャックと水冷フランジとの界面の気密
性が損なわれると、接合界面から装置内の腐食性ガスが
外部へと漏洩する懸念がある。また、半導体ウエハーの
裏面側にバックサイドガスを流す場合には、静電チャッ
クと水冷フランジとの接合界面からバックサイドガスが
漏洩することが懸念される。従って、静電チャックと水
冷フランジとの接合界面の気密性については、高い信頼
性を確保する必要がある。また、静電チャックと金属と
の熱膨張差によって、接合後に、静電チャックの半導体
ウエハー吸着面の平坦度が低下することがあった。ウエ
ハー処理時には、ウエハーが吸着面に対して吸着するの
で、吸着面の平坦度が低下すると使用できなくなり、歩
留り低下の原因となる。
【０００５】本発明の課題は、セラミックス製の半導体
ウェハー支持部材、金属部材、および半導体ウェハー支
持部材と金属部材とを接合する接合層を備えている接合
体において、接合面の気密性の信頼性を向上させるのと
共に、半導体ウェハー支持部材の支持面の平坦度が接合
時に低下するのを抑制することである。
ウェハー支持部材、金属部材、および半導体ウェハー支
持部材と金属部材とを接合する接合層を備えている接合
体において、接合面の気密性の信頼性を向上させるのと
共に、半導体ウェハー支持部材の支持面の平坦度が接合
時に低下するのを抑制することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体を支持
するセラミックス製の半導体ウェハー支持部材、金属部
材、および支持部材と金属部材とを接合する接合層を備
えている接合体を製造する方法であって、支持部材の接
合面に第一の金属膜を形成し、金属部材の接合面に第二
の金属膜を形成し、第一の金属膜と第二の金属膜との間
に金属接合材を介在させることによって積層体を得、こ
の積層体を等方加圧しながら金属接合材の融点以下の温
度で加熱することによって、半導体ウェハー支持部材と
金属部材とを拡散接合することを特徴とする。
するセラミックス製の半導体ウェハー支持部材、金属部
材、および支持部材と金属部材とを接合する接合層を備
えている接合体を製造する方法であって、支持部材の接
合面に第一の金属膜を形成し、金属部材の接合面に第二
の金属膜を形成し、第一の金属膜と第二の金属膜との間
に金属接合材を介在させることによって積層体を得、こ
の積層体を等方加圧しながら金属接合材の融点以下の温
度で加熱することによって、半導体ウェハー支持部材と
金属部材とを拡散接合することを特徴とする。
【０００７】また、本発明は、前記の方法によって得ら
れたことを特徴とする、半導体ウェハー支持部材接合体
に係るものである。
れたことを特徴とする、半導体ウェハー支持部材接合体
に係るものである。
【０００８】本発明者は、半導体支持部材、金属部材お
よび金属接合材を含む積層体を等方加圧しながら金属接
合材の融点以下の最高温度で加熱し、金属接合材と第一
の金属膜および金属接合材と第二の金属膜とを拡散接合
することで、接合面の気密性を高く保持でき、かつ半導
体ウェハー支持部材の支持面の平坦度が接合工程後に劣
化しないことを見いだし、本発明に到達した。
よび金属接合材を含む積層体を等方加圧しながら金属接
合材の融点以下の最高温度で加熱し、金属接合材と第一
の金属膜および金属接合材と第二の金属膜とを拡散接合
することで、接合面の気密性を高く保持でき、かつ半導
体ウェハー支持部材の支持面の平坦度が接合工程後に劣
化しないことを見いだし、本発明に到達した。
【０００９】以下、図面を適宜参照しつつ、本発明を更
に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る接合体
を模式的に示す図である。本接合体２５は、静電チャッ
ク１０、冷却フランジ１２および接合層１４からなる。
静電チャック１０内には静電チャック電極１８が埋設さ
れている。電極１８には端子２０が接続されている。静
電チャック１０の吸着面に半導体ウエハー１６を支持
し、吸着する。本例においては、冷却フランジ１２およ
び静電チャック１０を貫通する貫通孔２４が設けられて
おり、貫通孔２４から矢印２２のようにバックサイドガ
ス、例えばアルゴンガスや窒素ガスを供給可能となって
いる。また、冷却フランジ１２および静電チャック１０
には、半導体ウエハーを持ち上げるためのリフトピン用
の貫通孔を形成する（図示せず）。
に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る接合体
を模式的に示す図である。本接合体２５は、静電チャッ
ク１０、冷却フランジ１２および接合層１４からなる。
静電チャック１０内には静電チャック電極１８が埋設さ
れている。電極１８には端子２０が接続されている。静
電チャック１０の吸着面に半導体ウエハー１６を支持
し、吸着する。本例においては、冷却フランジ１２およ
び静電チャック１０を貫通する貫通孔２４が設けられて
おり、貫通孔２４から矢印２２のようにバックサイドガ
ス、例えばアルゴンガスや窒素ガスを供給可能となって
いる。また、冷却フランジ１２および静電チャック１０
には、半導体ウエハーを持ち上げるためのリフトピン用
の貫通孔を形成する（図示せず）。
【００１０】図２、図３を参照しつつ、図１のような接
合体の製法について述べる。ただし、図２、図３におい
ては、本発明の製法を一般的に説明するという目的か
ら、図１に示すような静電チャックや冷却フランジの内
部構造は図示しない。
合体の製法について述べる。ただし、図２、図３におい
ては、本発明の製法を一般的に説明するという目的か
ら、図１に示すような静電チャックや冷却フランジの内
部構造は図示しない。
【００１１】半導体ウェハー支持部材１０は、半導体ウ
エハーを設置するサセプターであればよく、種々の機能
を有していてよい。例えば、基材の内部に静電チャック
電極を設けた場合には、この半導体ウェハー支持部材は
静電チャックとして使用できる。また、基材の内部に抵
抗発熱体を設けた場合には、この保持部材をセラミック
スヒーターとして使用できる。更に、基材中にプラズマ
発生用の電極を設けた場合には、この保持部材をプラズ
マ発生用電極として使用できる。好適な実施形態では半
導体ウェハー支持部材が静電チャックである。
エハーを設置するサセプターであればよく、種々の機能
を有していてよい。例えば、基材の内部に静電チャック
電極を設けた場合には、この半導体ウェハー支持部材は
静電チャックとして使用できる。また、基材の内部に抵
抗発熱体を設けた場合には、この保持部材をセラミック
スヒーターとして使用できる。更に、基材中にプラズマ
発生用の電極を設けた場合には、この保持部材をプラズ
マ発生用電極として使用できる。好適な実施形態では半
導体ウェハー支持部材が静電チャックである。
【００１２】半導体ウェハー支持部材１０の基材を構成
するセラミックスとしては、アルミナのような酸化物系
セラミックス、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウ
ム、窒化物セラミックスを例示できる。窒化物セラミッ
クスとしては、窒化珪素およびサイアロンが、耐熱衝撃
性の点で好ましい。また、窒化アルミニウムは、フッ素
系腐食性ガスに対する耐蝕性、および熱伝導性の点で好
ましい。
するセラミックスとしては、アルミナのような酸化物系
セラミックス、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウ
ム、窒化物セラミックスを例示できる。窒化物セラミッ
クスとしては、窒化珪素およびサイアロンが、耐熱衝撃
性の点で好ましい。また、窒化アルミニウムは、フッ素
系腐食性ガスに対する耐蝕性、および熱伝導性の点で好
ましい。
【００１３】金属部材１２の種類は特に限定されない。
好適な実施形態においては、金属部材が、冷却機構を備
えた金属部材である。金属部材の材質は特に制限はない
が、ハロゲン系腐食性ガスに対して冷却装置がさらされ
る場合には、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケ
ルまたはこれらの金属の合金を使用することが好まし
い。
好適な実施形態においては、金属部材が、冷却機構を備
えた金属部材である。金属部材の材質は特に制限はない
が、ハロゲン系腐食性ガスに対して冷却装置がさらされ
る場合には、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケ
ルまたはこれらの金属の合金を使用することが好まし
い。
【００１４】冷却装置において使用できる冷媒として
は、水、シリコンオイル等の液体であってよく、また空
気、不活性ガス等の気体であってもよい。
は、水、シリコンオイル等の液体であってよく、また空
気、不活性ガス等の気体であってもよい。
【００１５】図２（ａ）に示すように、半導体ウェハー
支持部材１０の接合面１０ｂに第一の金属膜１Ａを設
け、金属部材１２の接合面１２ａに第二の金属膜１Ｂを
設ける。これらの金属膜の形成方法は特に限定されず、
イオンプレーティング法、化学的気相成長法、物理的気
相成長法、有機金属化学的気相成長法、蒸着法、スパッ
タリング法、メッキ法を例示できる。
支持部材１０の接合面１０ｂに第一の金属膜１Ａを設
け、金属部材１２の接合面１２ａに第二の金属膜１Ｂを
設ける。これらの金属膜の形成方法は特に限定されず、
イオンプレーティング法、化学的気相成長法、物理的気
相成長法、有機金属化学的気相成長法、蒸着法、スパッ
タリング法、メッキ法を例示できる。
【００１６】金属膜１Ａ、１Ｂの厚さは、接合層の気密
性の向上という観点からは、０．５μｍ以上であること
が好ましく、１．０μｍ以上であることが更に好まし
い。また、生産性の観点からは、金属膜１Ａ、１Ｂの厚
さは３．０μｍ以下であることが好ましい。
性の向上という観点からは、０．５μｍ以上であること
が好ましく、１．０μｍ以上であることが更に好まし
い。また、生産性の観点からは、金属膜１Ａ、１Ｂの厚
さは３．０μｍ以下であることが好ましい。
【００１７】金属膜１Ａ、１Ｂの材質は、金属接合材と
相互拡散可能である限りは特に限定されない。しかし、
半導体の汚染を抑制するという観点からは、インジウ
ム、金、ニッケル、銅およびチタンからなる群より選ば
れた少なくとも一種の金属を含むことが好ましい。ここ
で、少なくとも一種の金属を含むとは、実質的にこの金
属のみからなる純金属の場合と、選択された金属の合金
との両者を含む。ただし、これらの金属、合金は、不純
物金属を許容する。合金の場合には、合金を構成する実
質的にすべての金属を、インジウム、金、ニッケル、
銅、チタンの中から選択することが特に好ましい。
相互拡散可能である限りは特に限定されない。しかし、
半導体の汚染を抑制するという観点からは、インジウ
ム、金、ニッケル、銅およびチタンからなる群より選ば
れた少なくとも一種の金属を含むことが好ましい。ここ
で、少なくとも一種の金属を含むとは、実質的にこの金
属のみからなる純金属の場合と、選択された金属の合金
との両者を含む。ただし、これらの金属、合金は、不純
物金属を許容する。合金の場合には、合金を構成する実
質的にすべての金属を、インジウム、金、ニッケル、
銅、チタンの中から選択することが特に好ましい。
【００１８】次いで、図２（ａ）に示すように、接合面
１０ｂと１２ａとの間に、金属接合材からなるシート２
を挟む。金属接合材２の材質は、金属膜１Ａ、１Ｂと相
互拡散可能な材質である。具体的には、インジウム、
金、銅が好ましい。
１０ｂと１２ａとの間に、金属接合材からなるシート２
を挟む。金属接合材２の材質は、金属膜１Ａ、１Ｂと相
互拡散可能な材質である。具体的には、インジウム、
金、銅が好ましい。
【００１９】金属接合材２の材質は、インジウムの純金
属またはインジウムの合金であることが好ましい。イン
ジウムの純金属には、不可避的不純物が含有されていて
よい。インジウムと合金化される金属としては、金、
銀、スズを例示できる。また、インジウムと合金化され
る金属の割合は、１０重量％以下とすることが好まし
い。
属またはインジウムの合金であることが好ましい。イン
ジウムの純金属には、不可避的不純物が含有されていて
よい。インジウムと合金化される金属としては、金、
銀、スズを例示できる。また、インジウムと合金化され
る金属の割合は、１０重量％以下とすることが好まし
い。
【００２０】金属接合材からなるシート２の厚さは限定
されない。接合界面の気密性を向上させるという観点か
らは、シート２の厚さを１０μｍ以上とすることが好ま
しい。また、厚さ寸法公差の管理という観点からは、シ
ート２の厚さを１ｍｍ以下とすることが好ましい。
されない。接合界面の気密性を向上させるという観点か
らは、シート２の厚さを１０μｍ以上とすることが好ま
しい。また、厚さ寸法公差の管理という観点からは、シ
ート２の厚さを１ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００２１】次いで、積層体１３を等方加圧しながら加
熱する。ここで、積層体１３の等方加圧方法や加熱方法
は特に限定されない。典型的には、図２（ｂ）に示すよ
うに、積層体１３を被膜３内に真空パックし、不活性雰
囲気の充填された密閉容器内に収容し、この密閉容器内
で不活性雰囲気によって積層体を等方加圧する。しか
し、液体によって積層体を等方加圧することも可能であ
る。
熱する。ここで、積層体１３の等方加圧方法や加熱方法
は特に限定されない。典型的には、図２（ｂ）に示すよ
うに、積層体１３を被膜３内に真空パックし、不活性雰
囲気の充填された密閉容器内に収容し、この密閉容器内
で不活性雰囲気によって積層体を等方加圧する。しか
し、液体によって積層体を等方加圧することも可能であ
る。
【００２２】被膜３の材質は、弾性および加熱温度での
耐熱性を有する限り、特に限定されない。不活性気体と
しては、窒素、アルゴン、窒素とアルゴンとの混合気体
を例示できる。また、不活性気体の圧力は、接合体にお
いて充分な気密性が得られる程度の圧力であれば良い。
一般的に、接合体の気密性を向上させるという観点から
は、気体圧力を５ａｔｍ以上とすることが好ましい。気
体圧力の上限は特にないが、実用的には１０ａｔｍ以下
が好ましく、２０ａｔｍ以下が更に好ましい。
耐熱性を有する限り、特に限定されない。不活性気体と
しては、窒素、アルゴン、窒素とアルゴンとの混合気体
を例示できる。また、不活性気体の圧力は、接合体にお
いて充分な気密性が得られる程度の圧力であれば良い。
一般的に、接合体の気密性を向上させるという観点から
は、気体圧力を５ａｔｍ以上とすることが好ましい。気
体圧力の上限は特にないが、実用的には１０ａｔｍ以下
が好ましく、２０ａｔｍ以下が更に好ましい。
【００２３】積層体の加熱時の最高温度は、金属膜１
Ａ、１Ｂと金属接合材２との間での相互拡散が生ずるよ
うな温度領域であれば、特に限定されない。好適な実施
形態においては、金属接合材２の融点をＴ（℃）とした
とき、拡散は金属接合材の融点の絶対温度と相関があ
り、（Ｔ＋２７３×０．９）℃以上、Ｔ℃未満である。
Ａ、１Ｂと金属接合材２との間での相互拡散が生ずるよ
うな温度領域であれば、特に限定されない。好適な実施
形態においては、金属接合材２の融点をＴ（℃）とした
とき、拡散は金属接合材の融点の絶対温度と相関があ
り、（Ｔ＋２７３×０．９）℃以上、Ｔ℃未満である。
【００２４】金属接合材２が純インジウムである場合に
は、加熱時の最高温度は、１１３−１５５℃とすること
が好ましく、１４０−１５５℃がさらに好ましい。
は、加熱時の最高温度は、１１３−１５５℃とすること
が好ましく、１４０−１５５℃がさらに好ましい。
【００２５】密閉容器は特に限定されないが、好適な実
施形態においてはオートクレーブである。
施形態においてはオートクレーブである。
【００２６】好適な実施形態においては、図３に示すよ
うに、オートクレーブ４内に、真空パックされた積層体
１３を収容し、加熱および加圧する。ここで、オートク
レーブ４内にはガス流路５を介してガス供給源６が接続
されている。また、オートクレーブ４内にはヒーター７
が収容されており、ヒーター７の発熱量を電源コントロ
ーラー８によって制御する。またヒーター７の前面には
ファン９があり、炉内を均熱化している。
うに、オートクレーブ４内に、真空パックされた積層体
１３を収容し、加熱および加圧する。ここで、オートク
レーブ４内にはガス流路５を介してガス供給源６が接続
されている。また、オートクレーブ４内にはヒーター７
が収容されており、ヒーター７の発熱量を電源コントロ
ーラー８によって制御する。またヒーター７の前面には
ファン９があり、炉内を均熱化している。
【００２７】本発明においては、少なくとも、加熱時の
最高温度時に等方加圧を行っている必要がある。即ち、
図４に示すように、加熱時の最高温度（Ｔ１）時（時間
ｔ２からｔ３の間）には、圧力が所定圧力Ｐ１に達して
いる必要がある。
最高温度時に等方加圧を行っている必要がある。即ち、
図４に示すように、加熱時の最高温度（Ｔ１）時（時間
ｔ２からｔ３の間）には、圧力が所定圧力Ｐ１に達して
いる必要がある。
【００２８】好適な実施形態においては、最高温度Ｔ１
からの降温時（ｔ３以降）にも等方加圧を継続する。特
に好適な実施形態においては、室温ＴＲへの温度降下時
（ｔ４）まで等方加圧を継続する。これによって、接合
後の半導体支持部材の支持面の平坦度が一層向上するこ
とを見いだした。
からの降温時（ｔ３以降）にも等方加圧を継続する。特
に好適な実施形態においては、室温ＴＲへの温度降下時
（ｔ４）まで等方加圧を継続する。これによって、接合
後の半導体支持部材の支持面の平坦度が一層向上するこ
とを見いだした。
【００２９】本発明の接合体において、半導体ウェハー
支持部材の支持面の平坦度は、好ましくは ３０μｍ以
下であり、更に好ましくは１０μｍ以下である。
支持部材の支持面の平坦度は、好ましくは ３０μｍ以
下であり、更に好ましくは１０μｍ以下である。
【００３０】
【実施例】（実験Ａ）図１に示すような接合体を製造し
た。具体的には、図２（ａ）に示すように、静電チャッ
ク１０と水冷フランジ１２とを準備した。静電チャック
１０の基材は、直径φ３００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円板
形状をしている。静電チャックの基材は窒化アルミニウ
ムであり、基材の内部にモリブデン製の金網からなる電
極が埋設されている。水冷フランジ１２はアルミニウム
合金製であり、寸法φ３００ｍｍ、厚さ３０ｍｍの円板
形状をしている。水冷フランジ１２の内部には水冷溝が
形成されており、かつ端子用の孔、リフトピン用の貫通
孔、バックサイドガス用の貫通孔が設けられている。静
電チャック１０の吸着面１０ａの平坦度は１０μｍであ
る。接合面１０ｂ、１２ａの平坦度は３０μｍ以下であ
る。
た。具体的には、図２（ａ）に示すように、静電チャッ
ク１０と水冷フランジ１２とを準備した。静電チャック
１０の基材は、直径φ３００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円板
形状をしている。静電チャックの基材は窒化アルミニウ
ムであり、基材の内部にモリブデン製の金網からなる電
極が埋設されている。水冷フランジ１２はアルミニウム
合金製であり、寸法φ３００ｍｍ、厚さ３０ｍｍの円板
形状をしている。水冷フランジ１２の内部には水冷溝が
形成されており、かつ端子用の孔、リフトピン用の貫通
孔、バックサイドガス用の貫通孔が設けられている。静
電チャック１０の吸着面１０ａの平坦度は１０μｍであ
る。接合面１０ｂ、１２ａの平坦度は３０μｍ以下であ
る。
【００３１】各接合面１０ｂ、１２ａに、それぞれイン
ジウムをイオンプレーティングによって成膜した（厚さ
３μｍ）。接合面１０ｂと１２ａとの間にインジウム箔
を挟んだ。インジウム箔の材質は、純度９９．９％の純
インジウムであり、箔の形状は円板状であり、寸法は直
径φ３００ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ（厚さの公差±１０
％）であった。次いで、積層体１３を真空パックし、真
空状態に保持されたオートクレーブ４内に収容した。
ジウムをイオンプレーティングによって成膜した（厚さ
３μｍ）。接合面１０ｂと１２ａとの間にインジウム箔
を挟んだ。インジウム箔の材質は、純度９９．９％の純
インジウムであり、箔の形状は円板状であり、寸法は直
径φ３００ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ（厚さの公差±１０
％）であった。次いで、積層体１３を真空パックし、真
空状態に保持されたオートクレーブ４内に収容した。
【００３２】次いで、図４に示すスケジュールに従って
加熱および等方加圧を行った。即ち、圧力を１４ａｔｍ
まで上昇させ（ｔ１）、次いで温度を室温から１５４℃
まで上昇させた。そして、５時間にわたって、１５４℃
および１４ａｔｍを維持し、次いで圧力を１４ａｔｍに
維持しつつ、温度を室温にまで降下させた。最後に圧力
を１ａｔｍに下げ、オートクレーブから接合体を取り出
した。
加熱および等方加圧を行った。即ち、圧力を１４ａｔｍ
まで上昇させ（ｔ１）、次いで温度を室温から１５４℃
まで上昇させた。そして、５時間にわたって、１５４℃
および１４ａｔｍを維持し、次いで圧力を１４ａｔｍに
維持しつつ、温度を室温にまで降下させた。最後に圧力
を１ａｔｍに下げ、オートクレーブから接合体を取り出
した。
【００３３】次いで、ヘリウムリーク検知装置を使用
し、端子用の孔、リフトピン用の貫通孔、バックサイド
ガス用の貫通孔について、それぞれヘリウムリーク試験
を行った。この結果、いずれの孔についても、リーク量
は１×１０−１０Ｐａｍ３／ｓ台であった。
し、端子用の孔、リフトピン用の貫通孔、バックサイド
ガス用の貫通孔について、それぞれヘリウムリーク試験
を行った。この結果、いずれの孔についても、リーク量
は１×１０−１０Ｐａｍ３／ｓ台であった。
【００３４】また、静電チャックの吸着面の平坦度を測
定した。この測定方法を説明する。定盤の上に静電チャ
ック１０あるいは接合体を設置する。この際、吸着面が
上向きになるようにする。そして、吸着面の各測定点の
高さをハイトゲージによって測定する。静電チャックの
吸着面の中心点を測定するのと共に、中心点からＸ軸方
向に沿って８点選択して測定し、中心点からＹ軸方向に
沿って８点選択して測定する。合計１７点についての高
さの測定値を得た後、最高高さと最低高さとの差を算出
し、平坦度とする。
定した。この測定方法を説明する。定盤の上に静電チャ
ック１０あるいは接合体を設置する。この際、吸着面が
上向きになるようにする。そして、吸着面の各測定点の
高さをハイトゲージによって測定する。静電チャックの
吸着面の中心点を測定するのと共に、中心点からＸ軸方
向に沿って８点選択して測定し、中心点からＹ軸方向に
沿って８点選択して測定する。合計１７点についての高
さの測定値を得た後、最高高さと最低高さとの差を算出
し、平坦度とする。
【００３５】この結果、接合後における静電チャックの
吸着面の平坦度は１０μｍであり、接合前に比べて変化
しなかった。
吸着面の平坦度は１０μｍであり、接合前に比べて変化
しなかった。
【００３６】（実験Ｂ）実験Ａと同様にして各試料を製
造し、支持面の平坦度とヘリウムガスリーク量とを測定
した。ただし、静電チャックの代わりに、窒化アルミニ
ウムのホットプレス焼結体からなる角形板１０を使用
し、板１０の内部には電極は埋設していない。この板１
０の寸法は、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ５ｍｍとし
た。板１０の中央部分に直径φ５ｍｍの貫通孔を設け
た。板１０の支持面１０ａの平坦度は１０μｍである。
造し、支持面の平坦度とヘリウムガスリーク量とを測定
した。ただし、静電チャックの代わりに、窒化アルミニ
ウムのホットプレス焼結体からなる角形板１０を使用
し、板１０の内部には電極は埋設していない。この板１
０の寸法は、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ５ｍｍとし
た。板１０の中央部分に直径φ５ｍｍの貫通孔を設け
た。板１０の支持面１０ａの平坦度は１０μｍである。
【００３７】また、水冷フランジ１２の代わりに、アル
ミニウム Ａ６０６１合金製の角板を準備した。ただ
し、この板１２の寸法は、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚
さ５ｍｍであり、中央部に直径φ５ｍｍの貫通孔を形成
した。接合面１０ｂ、１２ａの平坦度は３０μｍ以下で
ある。
ミニウム Ａ６０６１合金製の角板を準備した。ただ
し、この板１２の寸法は、縦５０ｍｍ×横５０ｍｍ×厚
さ５ｍｍであり、中央部に直径φ５ｍｍの貫通孔を形成
した。接合面１０ｂ、１２ａの平坦度は３０μｍ以下で
ある。
【００３８】インジウム箔の材質は、純度９９．９％の
純インジウムであり、箔の形状は角板状であり、寸法
は、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ（厚さの
公差±１０％）であった。
純インジウムであり、箔の形状は角板状であり、寸法
は、縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ（厚さの
公差±１０％）であった。
【００３９】金属膜１Ａ、１Ｂをイオンプレーティング
によって形成した。金属膜１Ａ、１Ｂの材質および厚さ
は、表１に示すように変更した。また、接合工程におけ
る最高温度Ｔ１および圧力Ｐ１を、表１に示すように変
更した。得られた各試料について、ヘリウムリーク量と
支持面１０ａの平坦度とを測定し、結果を表１に示し
た。なお、表１において、ヘリウムリーク量の数値は略
記法で示した。例えば、「２．５０Ｅ−１０」は、
「２．５０×１０−１０」を意味する。
によって形成した。金属膜１Ａ、１Ｂの材質および厚さ
は、表１に示すように変更した。また、接合工程におけ
る最高温度Ｔ１および圧力Ｐ１を、表１に示すように変
更した。得られた各試料について、ヘリウムリーク量と
支持面１０ａの平坦度とを測定し、結果を表１に示し
た。なお、表１において、ヘリウムリーク量の数値は略
記法で示した。例えば、「２．５０Ｅ−１０」は、
「２．５０×１０−１０」を意味する。
【００４０】
【表１】
【００４１】本発明例に係る番号１−６においては、い
ずれもヘリウムリーク量が小さかった。特に、金属膜の
材質をインジウム、金、ニッケルとすることが好まし
く、金属膜の材質をインジウムとすることが最も好まし
いことが分かる。本発明外の番号７においては、金属膜
を形成していないため、ヘリウムリーク量が大きい。本
発明外の番号８においては、加熱時の最高温度が１００
℃と低く、金属膜と金属接合材との間で相互拡散が生じ
ず、接合プロセスが進行していない。本発明例の番号９
においては、接合は形成されているが、下地膜の厚さが
０．３μｍと薄いために、気密性が若干劣っていた。本
発明例の番号１０においては、窒素圧力が３ａｔｍと低
いために、気密性が若干劣っていた。
ずれもヘリウムリーク量が小さかった。特に、金属膜の
材質をインジウム、金、ニッケルとすることが好まし
く、金属膜の材質をインジウムとすることが最も好まし
いことが分かる。本発明外の番号７においては、金属膜
を形成していないため、ヘリウムリーク量が大きい。本
発明外の番号８においては、加熱時の最高温度が１００
℃と低く、金属膜と金属接合材との間で相互拡散が生じ
ず、接合プロセスが進行していない。本発明例の番号９
においては、接合は形成されているが、下地膜の厚さが
０．３μｍと薄いために、気密性が若干劣っていた。本
発明例の番号１０においては、窒素圧力が３ａｔｍと低
いために、気密性が若干劣っていた。
【００４２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、セ
ラミックス製の半導体ウェハー支持部材、金属部材、お
よび半導体ウェハー支持部材と金属部材とを接合する接
合層を備えている接合体において、接合面の気密性の信
頼性を向上させるのと共に、半導体ウェハー支持部材の
支持面の平坦度が接合時に低下するのを抑制することが
できる。
ラミックス製の半導体ウェハー支持部材、金属部材、お
よび半導体ウェハー支持部材と金属部材とを接合する接
合層を備えている接合体において、接合面の気密性の信
頼性を向上させるのと共に、半導体ウェハー支持部材の
支持面の平坦度が接合時に低下するのを抑制することが
できる。
【図１】本発明の一実施形態に係る接合体２５を模式的
に示す図である。
に示す図である。
【図２】（ａ）は、半導体ウェハー支持部材１０と金属
部材１２との間に金属接合材からなるシート２を介在さ
せた状態を示し、（ｂ）は、積層体１３を被膜３によっ
て真空パックした状態を示す。
部材１２との間に金属接合材からなるシート２を介在さ
せた状態を示し、（ｂ）は、積層体１３を被膜３によっ
て真空パックした状態を示す。
【図３】真空パックされた積層体１３をオートクレーブ
４内に収容している状態を模式的に示す図である。
４内に収容している状態を模式的に示す図である。
【図４】加熱および等方加圧時の温度および圧力のスケ
ジュール例を示す。
ジュール例を示す。
１Ａ 第一の金属膜 １Ｂ 第二の金属膜
２ 金属接合材からなるシート ６ ガス供給
源 ７ ヒーター １０ 半導体ウェハー支持部材 １０ａ 半導体
ウェハー支持部材１０の支持面 １０ｂ 半導体
ウェハー支持部材１０の接合面 １２ 金属部材
１２ａ 金属部材１２の接合面 １３
積層体
２ 金属接合材からなるシート ６ ガス供給
源 ７ ヒーター １０ 半導体ウェハー支持部材 １０ａ 半導体
ウェハー支持部材１０の支持面 １０ｂ 半導体
ウェハー支持部材１０の接合面 １２ 金属部材
１２ａ 金属部材１２の接合面 １３
積層体
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｂ２３Ｋ 20/24 Ｂ２３Ｋ 20/24
Ｃ０４Ｂ 37/02 Ｃ０４Ｂ 37/02 Ｂ
Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｈ０１Ｌ 21/68 Ｒ
Ｆターム(参考） 4E067 AA02 AA18 AA26 AD03 AD07
BA05 BB02 DB01 DB03 DC02
DC04
4G026 BA02 BA03 BA16 BA17 BA19
BB22 BB26 BB27 BB28 BC01
BC02 BD03 BD04 BD06 BF11
BF12 BF31 BF35 BF42 BG03
BG22 BG26 BH06
5F031 CA02 HA02 HA03 HA16 HA38
PA14
Claims (7)
- 【請求項１】半導体ウェハーを支持するセラミックス製
の半導体ウェハー支持部材、金属部材、および前記半導
体ウェハー支持部材と前記金属部材とを接合する接合層
を備えている接合体を製造する方法であって、 前記半導体ウェハー支持部材の接合面に第一の金属膜を
形成し、前記金属部材の接合面に第二の金属膜を形成
し、前記第一の金属膜と前記第二の金属膜との間に金属
接合材を介在させて積層体を得、この積層体を等方加圧
しながら前記金属接合材の融点以下の温度で加熱するこ
とによって、前記半導体ウェハー支持部材と前記金属部
材とを拡散接合することを特徴とする、半導体ウェハー
支持部材接合体の製造方法。 - 【請求項２】前記積層体を真空パックし、不活性雰囲気
の充填された密閉容器内に収容し、この密閉容器内で前
記不活性雰囲気によって前記積層体を等方加圧すること
を特徴とする、請求項１記載の方法。 - 【請求項３】前記金属接合材が、少なくともインジウム
を含む金属からなることを特徴とする、請求項１または
２記載の方法。 - 【請求項４】前記第一の金属膜と前記第二の金属膜との
少なくとも一方が、インジウム、金、ニッケル、銅およ
びチタンからなる群より選ばれた金属を含むことを特徴
とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の
方法。 - 【請求項５】前記加熱後に前記積層体の温度を室温へと
降下させる間、前記積層体の等方加圧を継続することを
特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記
載の方法。 - 【請求項６】前記半導体ウェハー支持部材が静電チャッ
クであり、前記金属部材が冷却用フランジであることを
特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記
載の方法。 - 【請求項７】請求項１〜６のいずれか一つの請求項に記
載の方法によって得られたことを特徴とする、半導体ウ
ェハー支持部材接合体。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001268899A JP4252231B2 (ja) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | 半導体ウェハー支持部材接合体の製造方法および半導体ウェハー支持部材接合体 |
| US10/233,463 US6820795B2 (en) | 2001-09-05 | 2002-09-03 | Joined article of a supporting member for a semiconductor wafer and a method of producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001268899A JP4252231B2 (ja) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | 半導体ウェハー支持部材接合体の製造方法および半導体ウェハー支持部材接合体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003080375A true JP2003080375A (ja) | 2003-03-18 |
| JP4252231B2 JP4252231B2 (ja) | 2009-04-08 |
Family
ID=19094813
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001268899A Expired - Lifetime JP4252231B2 (ja) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | 半導体ウェハー支持部材接合体の製造方法および半導体ウェハー支持部材接合体 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6820795B2 (ja) |
| JP (1) | JP4252231B2 (ja) |
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| DE102006041054A1 (de) * | 2006-09-01 | 2008-04-03 | Epcos Ag | Heizelement |
| US8142074B2 (en) * | 2007-11-26 | 2012-03-27 | Schmulenson Harold K | Radiation sensing device and holder |
| US8333507B2 (en) * | 2008-12-29 | 2012-12-18 | Schmulenson Harold K | Holder for radiation sensing device |
| US20150004400A1 (en) * | 2013-06-28 | 2015-01-01 | Watlow Electric Manufacturing Company | Support assembly for use in semiconductor manufacturing tools with a fusible bond |
| WO2016062359A1 (en) * | 2014-10-24 | 2016-04-28 | Hewlett-Packard Indigo B.V. | Electrophotographic varnish |
| JP6741548B2 (ja) * | 2016-10-14 | 2020-08-19 | 日本碍子株式会社 | 半導体製造装置用部材及びその製法 |
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| JPS60131874A (ja) * | 1983-12-19 | 1985-07-13 | 三菱重工業株式会社 | セラミツクと金属との接合方法 |
| US4629662A (en) * | 1984-11-19 | 1986-12-16 | International Business Machines Corporation | Bonding metal to ceramic like materials |
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-
2001
- 2001-09-05 JP JP2001268899A patent/JP4252231B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-09-03 US US10/233,463 patent/US6820795B2/en not_active Expired - Lifetime
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| US6820795B2 (en) | 2004-11-23 |
| JP4252231B2 (ja) | 2009-04-08 |
| US20030047589A1 (en) | 2003-03-13 |
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