JP2004119741A - Wafer supporting member - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にウェハを加熱する際に用いるウェハ加熱装置に関するものであり、例えば半導体ウェハや液晶装置あるいは回路基板等のウェハ上に薄膜を形成したり、ウェハを検査したり、前記ウェハ上に塗布されたレジスト液を乾燥焼き付けしてレジスト膜を形成する際に好適なウェハ支持部材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造装置の製造工程における、半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理、レジスト膜の焼き付け処理等においては、半導体ウェハ(以下、ウェハと略す)を加熱するためのウェハ支持部材が用いられている。
【0003】
従来の半導体製造装置は、複数のウェハを一括して加熱するバッチ式と、1枚ずつ加熱する枚様式とがあり、枚葉式には、温度制御性に優れているので、半導体素子の配線の微細化とウェハ熱処理温度の精度向上が要求されるに伴い、ウェハ支持部材が広く使用されている。
【0004】
このようなウェハ支持部材として、例えば特許文献1、特許文献2や特許文献3には、図5に示すようなウェハ支持部材が提案されている。
【0005】
このウェハ支持部材71は、板状セラミック体72、金属ケース79、を主要な構成要素としたもので、アルミニウム等の金属からなる有底状の金属ケース79の開口部に、窒化物セラミックスや炭化物セラミックスからなる板状セラミック体72を樹脂製の断熱性の接続部材74を介してボルト80で固定され、その上面をウェハWを載せる載置面73とするとともに、板状セラミック体72の下面に、例えば図6に示すような同心円状の抵抗発熱体75を備えるようになっていた。
【0006】
さらに、抵抗発熱体75の端子部には、給電端子77がロウ付けされており、この給電端子77が金属ケース79の底部79aに形成されたリード線引出用の孔76に挿通されたリード線78と電気的に接続されるようになっていた。
【0007】
ところで、このようなウェハ支持部材71において、ウェハWの表面全体に均質な膜を形成したり、レジスト膜の加熱反応状態を均質にするためには、板状セラミックス体72の熱伝導率を大きくすることが重要である。そこで、熱伝導率の大きな板状セラミックス体72が採用されている。
【0008】
特に、窒化アルミニウム質セラミックスと炭化珪素質セラミックスは、両者とも熱伝導率が大きいので均熱性を必要とする半導体ウエハ加熱装置用の均熱板32の材料としては好適である。また、窒化アルミニウム質セラミックスの場合、窒化アルミニウムが空気中の水分と反応してアンモニアガスを発生させ、これが腐食性ガスとして半導体ウェハWに悪影響を与える虞がある。しかし、窒化アルミニウム質セラミックスは低温で焼成できることからコストも安く広く採用されている。そこでこの腐食性ガスの発生を防止するには板状セラミックス体の表面にガラスからなる保護層を設け半導体ウェハWへの腐食性ガスの飛散を防止している。
【0009】
【特許文献1】
特開2001−203156号公報
【特許文献2】
特開2001−313249号公報
【特許文献3】
特開2002−76102号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この保護層を設けたウェハ支持部材を使用すると、保護層のない従来の窒化アルミニウム等からなるウェハ支持部材と比べ、温度制御が誤動作したり、あるいは検査装置が誤動作するとの問題があった。また、半導体ウェハ中の配線の欠落が発生するとの問題があった。
【0011】
更に、静電チャックの機能を備えたウェハ支持部材では、吸着力が低下するとの問題があった。
【0012】
特に、ウェハ支持部材に半導体ウェハWを載せ長時間使用すると、上記問題が発生する確率が大きくなるとの課題があった。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題について鋭意検討した結果、板状セラミックス体の主面を半導体ウェハを載せる載置面とし、少なくとも一方の主面に保護層を備え、前記保護層からのα線の放出量が0.3DPH/cm2以下であることを特徴とする。
【0014】
即ち、本発明は、上記問題点は保護層からのα線が原因であり、保護層からのα線の放出量を少なくすれば良いことを見出したのである。
【0015】
また、前記保護層の厚みTが16μm以上の場合、ウラン、トリウム及びラドンの総含有量が130重量ppb以下であり、前記保護層の厚みTが16μm未満の場合、保護層のウラン、トリウム及びラドンの総含有量は(2080/T)重量ppb以下であることを特徴とする。
【0016】
更に、前記保護層がZn、B、Siの少なくとも一種類を含む結晶相を含有することを特徴とする。
【0017】
また、前記保護層がZn、B、Siの少なくとも一種類を含む結晶相を有するガラスからなり、前記保護層の熱膨張係数が上記板状セラミックス体の熱膨張係数に対し−2.0〜3.0×10−6/℃の範囲であることを特徴とする。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【0019】
図1は本発明に係るウェハ支持部材1の1例を示す断面図で、炭化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなる板状セラミックス体2の主面をウェハWを載せる載置面3とするとともに、少なくとも片方の主面に保護層4を備え、前記板状セラミックス体2の一方の他方の主面に抵抗発熱体5を形成し、該抵抗発熱体5に電気的に接続する給電部6を具備し、給電部6に給電端子11が接続している。これらの給電部6を囲む金属ケース19が接続部材17を介して板状セラミックス体2の他方の主面の周辺部に固定されている。
【0020】
また、ウェハリフトピン25は板状セラミック体2を貫通する孔を通してウェハWを上下に移動させウェハWを載置面3に載せたり降ろしたりすることができる。そして、給電部6に給電端子11が接続し外部から電力が供給され、測温素子27で板状セラミックス体2の温度を測定しながらウェハWを加熱することができる。
【0021】
尚、ウェハWは、ウェハ支持ピン8により載置面3から浮かした状態で保持され、ウェハWの片当たり等による温度バラツキを防止するようにしている。また、図3,4に示すように抵抗発熱体5を複数のゾーンに分割する場合(例えば5a〜5g)、それぞれのゾーンの温度を独立に制御することにより、各給電部6の給電端子11に電力を供給し、各測温素子27の温度が各設定値となるように給電端子11に加える電力を調整し、載置面3に載せたウェハWの表面温度が均一となるようにしている。
【0022】
抵抗発熱体5には、金や銀、パラジウム、白金等の材質からなる給電部6が形成され、該給電部6に給電端子11を接触させることにより、導通が確保されている。給電端子11と給電部6とは、導通が確保できる方法で有れば、はんだ付け、ロー付け等の手法を用いてもよい。
【0023】
本発明のウェハ支持部材1は、板状セラミックス体2の少なくとも一方の主面に保護層4を備え、前記の板状セラミックス体2の一方の主面側を半導体ウェハWを載せる載置面3とし、前期保護層4からのα線の放出量が0.3DPH/cm2以下であることを特徴とする。α線の放出量が0.3DPH/cm2を越えるとウェハ支持部材1が誤動作したり、パーティクルの発生が多くなったり、吸着力が突然変化しウェハWの一部が持ち上がっりウェハWの処理膜のバラツキを発生したり、載置面3に載せた半導体ウェハWにα線が照射され、半導体ウェハの回路素子を破損する虞がある。
【0024】
尚、DPHとは、Disintegration/hourの略で、装置の検出効率(本実験で用いた住友分析センター(株)社製の装置LACS4000では80%である)を考慮したα線の放射量である。
【0025】
また、保護層4の厚みTが16μm未満の場合、保護層4に含まれるU、Th及びRaの総含有量(重量ppb)は2080/T(単位は重量ppb)以下であるとウェハ支持部材1に載せたウェハWに与える誤動作やパーティクルの発生を防止できた。また、厚みTが16μmを越えると130重量ppb以下であることがウェハ支持部材1に載せたウェハWに与える誤動作やパーティクルの発生を防止できた。
【0026】
一般に保護層4内部で発生したα粒子の飛程R(cm)は次式で表される。
【0027】
R=1.03×10−4・E3/2・A1/2/P (式1)
ここで、Pは(g/cm3)で示した際のα粒子が照射された物質の密度、Eはα粒子のエネルギ(MeV)、Aはα粒子が照射された物質の平均原子量である。
【0028】
UやThやRaから放射される典型的なα粒子のエネルギは4〜6MeV(平均5MeV)程であることから、保護層4の比重Pは3.8、平均原子量Aは25のガラスからなる場合にはRは6.9〜15.4μm(平均10.3μm)となる。従って、保護層4の厚みがRの値より大きいと放射されるα線の量は略一定となる。
【0029】
しかし、保護層4の厚みがRの値より小さいとα線の放射量が少なくなる(保護層4の最小厚みは0.1μm程と小さい)。
【0030】
従って、保護層4の中のUやTh、Raの原子からα線が放出されると保護層4内部で吸収され外部に放射されるα線は前記飛程Rが前記の保護層4より小さいとその厚みより深い位置から放射されたα線は保護層4の外部への影響が小さいことが分る。従って、保護層4に含まれる放射源であるUやTh、Raの含有量は保護層が薄いと含有量が大きくても使用できるが、保護層4の厚みが厚いと含有量は小さくても使用できると考えられる。
【0031】
保護層4内のUやTh、Raの元素は保護層4の厚みTに対して非常に希薄に存在することから、保護層4の厚みがR以下では保護層4の外部に放出されるα線の量Fは保護層4の厚みに略比例する。
【0032】
F=kT×D 式2
ここで、Fはα線の放出量である。kは定数である。Tは保護層4の厚みである。DはUやTh、Raの含有量である。ウェハ支持部材1が誤動作しない場合のウェハ支持部材1から放射されるα線量の上限があることから、Fは一定の値を上限とする。そこで、Fを上限で一定とする時の含有量Dは(1/T)に比例することが分る。
【0033】
また、保護層4の厚みがRを超えると保護層4内のUやTh、Raの含有量の上限は略一定となる。
【0034】
保護層4を均一にムラ無く塗布する上で、保護層4の厚みの最小値は0.1μm程が必要であり、式(2080/T)のTに0.1を代入し、20800重量ppbが得られる。従って、この厚みの保護層4のUやTh、Raの総含有量は20800重量ppb以下であることが必要である。この値を超えると半導体ウェハWの回路素子にダメージを与え、半導体ウェハWを検査するウェハ支持部材1として使用すると誤作動する危険性が大きくなる。
【0035】
また、保護層4の厚みTが飛程Rより大きな場合、保護層4のUやTh、Raの含有量は130重量ppb以下であればウェハWの回路素子へのダメージやウェハ支持部材1の誤動作を防止できる。
【0036】
尚、板状セラミックス体2の抵抗発熱体5側にのみ保護層4を備えていても、ウェハリフトピン25は板状セラミック体2を貫通する孔を通してウェハWにα線を照射する虞がある。
【0037】
前記保護層4は主面に形成されたSiO2からなる酸化膜21の上にガラスからなる保護層4を備えるか又は保護層4を介して抵抗発熱体5を形成し、この抵抗発熱体5と電気的に接続する給電部6を備えてウェハ支持部材1を構成してもよい。
【0038】
また、保護層4に用いるガラスの原料は、SiO2として高純度のケイ石やホウ酸が、硼素としてホウ酸やホウ砂、酸化亜鉛として鉛丹が使われるが、これらのガラス原料のUやTh、Raが少なくても、これらを混合し白金製の坩堝に入れ溶融する際に加熱する炉の炉材中のUやTh、Raが炉の雰囲気を介して溶融ガラスに拡散し、作製したガラスのUやTh、Raが増加することが判明した。従って、前もって前記炉を加熱することでガラス原料を溶融する溶融炉の炉壁や発熱体に含まれるUやTh、Raの含有量を減らしたり、UやTh、Raがガラスに拡散しないよう純度の高いアルミナ等の耐熱材でガラス原料を囲みUやTh、Raが拡散混入しないよう防止することが好ましい。
【0039】
特に、炉材からのU、ThやRaの混入を防止するにはガラス原料を白金製坩堝に投入し、純度99.9%以上の高純度アルミナ製からなる10mm以上の厚みのアルミナ基板で上記白金坩堝を囲みガラスを溶融するとU、ThやRaが上記アルミナ基板に吸着され、内部のガラス成分にU,ThやRaが含有する量を低減できることから好ましいことが判明した。
【0040】
尚、アルミナ基板で白金坩堝を囲むとは、アルミナ基板同士の接触面に対し坩堝を囲んだ内側からアルミナ基板の外側に至る長さが10mm以上であり、しかも前記接触面は平坦に加工され密着性良く接触していることが好ましい。アルミナ基板同士の前記接触面の表面粗さはRa1以下が好ましい。
【0041】
また、上記保護層4は、ガラスからなり、その少なくとも一部にZn、B、Siの少なくとも一種類を含んだ結晶相を含有することが好ましい。ガラス中に生成もしくは分散させる前記結晶相の種類としては、例えばZn2SiO4、Zn3B2O6、Zn3(BO3)2、Zn(BO2)2、SiO2等をあげることができる。これらの結晶相は、低熱膨張率であるため、これにより、従来2000サイクル程度の50℃〜350℃の繰り返し耐久試験で保護層4にマイクロクラックや剥離が発生し板状セラミックス体2を保護することが出来なかったが、寿命を20000サイクルまで延ばすことができるのである。また、結晶相を包含するガラス相は、Pb、B、Bi、Sb等を適宜含有させることにより焼き付け温度を低減させることが可能となる。
【0042】
ガラスを結晶化させる方法としては、例えば一旦ガラス層を溶融生成させた後、該ガラス層を結晶核生成温度付近で一旦1時間程度保持させ、結晶核を十分生成させたのち、結晶生成温度まで昇温させてガラスを結晶化させる方法がある。
【0043】
結晶化により生成する結晶量を測定することは難しいが、少なくともガラスの透明感がなくなる程度である方が好ましい。生成してくる結晶層が針状結晶であれば、繊維強化により抵抗発熱体5の強度を向上させ、クラックの発生を抑制することができる。また、もしガラス中に微小クラックが発生したとしても、生成した結晶がクラックの進展を止める効果が期待できる。
【0044】
また、前記保護層4が、Zn、B、Siの少なくとも一種類を含む結晶相を有するガラスからなり、前記保護層4の熱膨張係数が板状セラミックス体2の熱膨張係数に対して−2.0〜3.0×10−6/℃の範囲となる事が好ましい。これは、本発明はセラミックスからなる板状セラミックス体2の一方の主面をウエハ載置面3とし、主面や他方の主面に、ガラスからなる保護層4を備え、必要に応じ該保護層4上に抵抗発熱体5を備えているため、保護層4の熱膨張係数は板状セラミックス体2に近いほど50℃〜350℃の繰り返し耐久試験における寿命を伸ばすことになるからである。
【0045】
そこで、本発明者らは前記保護層4が、Zn、B、Siの少なくとも一種類を含む結晶相を含有し、該抵抗発熱体5の熱膨張係数が1.9〜6.9×10−6/℃であれば、50℃〜350℃の繰り返し耐久試験における寿命を200000サイクルまで伸ばすことができることを見出した。
【0046】
さらに、保護層4は少なくとも一部にZn、B、Siの少なくとも一種類を含んだ結晶相を含有する結晶化ガラスであるが、そのガラス部分の軟化点が酸化層4aを形成するガラスの転移点よりも低くなるようにすることにより、より強固な抵抗発熱体5と保護層4との接合強度が得られ、50℃〜350℃の繰り返し耐久試験における寿命を、220000サイクルまで伸ばすことができる。保護層4は少なくとも一部にZn、B、Siの少なくとも一種類を含んだ結晶相を含有する結晶化ガラスであるが、そのガラス部分の軟化点が保護層4aを形成するガラスの転移点よりも高い場合でも、50℃〜350℃の繰り返し耐久試験における寿命は20000サイクル程度までは耐久試験における寿命を延ばすことができる。
【0047】
保護層4に使用するガラスとしては、700℃程度の低い温度で抵抗発熱体5の焼き付けが可能で、且つ熱膨張率が板状セラミックス体2の熱膨張係数に対し0.5〜1.5×10−6/℃の範囲であることがより好ましい。一般的にガラスの熱膨張率とガラスの焼き付け温度の関係は負の相関があり、熱膨張係数を下げようとすると焼き付け温度が高くなり、焼き付け温度を下げようとすると熱膨張係数が高くなる傾向にある。従って、熱膨張係数と焼き付け温度を同時に目標のレベルにすることは、非常に難しい。
【0048】
そこで本発明では、たとえば、Zn2SiO4、Zn3B2O6、Zn3(BO3)2、Zn(BO2)2、SiO2のような低熱膨張係数の結晶相をガラス中に析出もしくは分散させ、見掛けのガラスの熱膨張係数を下げることを狙ったものである。また、PbO、B2O3、Bi2O3、Sb2O3はどちらかというと結晶化せず、ガラス中に残留してガラスの融点を下げる効果がある。また、これらの成分はガラスの熱膨張係数を増大させることなく焼き付け温度を低減できる機能を持った成分である。また、ガラス中の結晶相については、特にガラス相から析出してくるものに限定するものではなく、上記のような結晶をガラス中に混合し焼き付け処理することによりガラス中に混在させる手法を用いても構わない。
【0049】
低熱膨張係数の結晶相としては、β−ユークリプタイトのように負の熱膨張係数を持つ結晶相もあるが、この結晶相は結晶中に含まれるLiイオンが抵抗発熱体5に印加される電圧により移動し、耐久性に影響する恐れがあるため、β―ユークリプタイト以外の結晶層とすることが望ましい。
【0050】
なお、保護層4に含有されるガラス中の結晶相の同定は、X線回折((株)リガク製)により同定した。また、ガラスの転移点および軟化点の測定は、示差走査熱量分析計を用いて、温度を上昇させながら熱の出入りを測定し、ベースラインの最初の吸熱シフト部分の漸近線の交点をガラス点移転とし、その次に出現する緩やかな発熱ピークの両側の漸近線の交点を軟化点とした。
【0051】
ガラスからなる保護層4は、厚みを0.1〜600μmとする。この厚みが0.1μm以下であると、板状セラミックス体2を均一に成膜することが困難であり、板状セラミックス体2の脱粒を防止する効果が小さくなるからである。また、前記厚みが600μm以上となると、ガラスは熱伝導係数が小さいので、板状セラミックス体2からウエハW載置面3への熱伝達が遅くなってしまい好ましくない。
【0052】
また、炭化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスや窒化珪素質セラミックス焼結体の表面には、ガラスは濡れ難くハジケが発生しやすいので、1000から1600℃の酸化雰囲気中で1〜5時間処理し、板状セラミックス体2の表面に酸化皮膜21を形成すると、保護層4や抵抗発熱体を表面に形成しやすくなる。特に、炭化珪素質セラミックスを用いる場合は、セラミックス自体が半導性を示すので、電流のリークによる破損を防止するために、保護層4形成の前に上記のような熱処理が必須である。
【0053】
また、ガラスからなる保護層4の表面の平坦度は、300μm以下とすることが好ましい。該平坦度が300μmを越えると、保護層4の表面に抵抗発熱体5を形成した場合の厚みバラツキが大きくなり、抵抗発熱体5の抵抗値バラツキが大きくなるため好ましくない。
【0054】
ガラスからなる保護層4の平坦度を300μm以下とするためには、板状セラミックス体2の保護層4を塗布する側の平坦度を300μm以下とすると同時に、板状セラミックス体2を構成するセラミックスの熱膨張率に対し、ガラスの熱膨張係数を1.0〜1.5×10−6/℃とすることが好ましい。これは、ガラスが焼結する際の収縮による応力が焼き付けの際の熱処理では十分緩和されず、保護層4に応力が残留しやすいからである。このように、ガラスの熱膨張率を板状セラミックス体2をなすセラミックスの熱膨張係数に合致することにより板状セラミックス体2の反りを低減することが、平坦度を向上させるのに有効である。
【0055】
また、ガラスからなる保護層4は、プリントもしくは転写により一定厚みの膜を形成し、そのガラスの作業点以上の温度で熱処理することにより形成する。ガラスの熱膨張率は、均熱板2のセラミックス基材の熱膨張率より若干小さな熱膨張率とすることが好ましい。これは、ガラスが焼結し溶融する際に、その収縮による応力を十分緩和し切っておらず、収縮による応力が反りの形で残留しているので、この分を吸収するためである。そしてこの結果、ガラスに残留する応力が圧縮応力となるので、熱応力に対しクラックが発生し難くなるからである。
【0056】
図2を用いて、さらに本発明のウェハ支持部材1を有する板状セラミックス体2の構造を、窒化アルミニウム質セラミックスの例を使って詳細に説明する。板状セラミックス体2の表面には、酸化雰囲気中で熱処理することにより生成したAl2O3からなる酸化膜4aが形成されている。そして、この酸化膜4aの上にガラス層が形成され保護層4が形成される。そして、必要に応じ板状セラミックス体2の下面の保護層4の上に、Au、Ag、Pd、Pt、Rh、Irのうち一種以上と結晶化ガラスからなる抵抗発熱体5が形成され、この抵抗発熱体5には給電部6が形成されている。この給電部6に給電端子11を押圧して接続することによりウエハ加熱装置を構成している。また、ウエハWは、支持ピン8により載置面3から離間して保持される。これにより、ウエハWが板状セラミックス体2の保護層4に片当たりして温度分布が悪くなるといった問題を防止している。
【0057】
また、Al2O3やSiO2からなる膜を直接成膜しても良い。この場合、窒化アルミニウムは絶縁性であることから保護層4を介さず直接抵抗発熱体5を形成しても良い。
【0058】
上記抵抗発熱体5は、Au、Ag、Pd、Pt、Rh、Pdの少なくとも一種の金属と結晶化ガラスからなり、その少なくとも一部にZn、B、Siの少なくとも一種類を含んだ結晶相を含有している。ガラス中に生成もしくは分散させる前記結晶相の種類としては、例えばZn2SiO4、Zn3B2O6、Zn3(BO3)2、Zn(BO2)2、SiO2等をあげることができる。これらの結晶相は、低熱膨張率であるため、これにより、従来2000サイクル程度の50℃〜350℃の繰り返し耐久試験で断線していた抵抗発熱体5の寿命を20000サイクルまで延ばすことができるのである。また、結晶相を包含するガラス相は、Pb、B、Bi、Sb等を適宜含有させることにより焼き付け温度を低減させることが可能となる。
【0059】
ガラスと金属の混合比率は、重量比で40:60〜80:20のものを用いることができる。該比率が40:60より小さいと、ガラス量が少な過ぎて抵抗発熱体5の剥離強度が4kg/mm2以下になってしまうので好ましくない。また、該比率が80:20より大きくなると、焼成後に均熱板となる板状セラミックス体2の面内の抵抗発熱体5の抵抗値がブロック毎にばらついたり断線が発生しやすくなるので好ましくない。
【0060】
さらに、前記抵抗発熱体5は金属成分として、特にPt族金属、Au、もしくはこれらの合金を主成分とすることが好ましい。抵抗発熱体5の少なくとも一部にZn、B、Siの少なくとも一種類を含んだ結晶相を含有し、更に導電材としては耐酸化性の強いPt族金属、Au、もしくはこれらの合金を主成分とすることにより、50℃〜350℃の繰り返し耐久試験における寿命を250000サイクルまで伸ばすことができる。Pt族金属、Au、もしくはこれらの合金を主成分とする以外の金属が前記抵抗発熱体5に含まれている場合でも請求項1に示した発明のように50℃〜350℃の繰り返し耐久試験における寿命は20000サイクル程度までは耐久試験における寿命を延ばすことができる。
【0061】
保護層4の上に抵抗発熱体5を形成する場合、抵抗発熱体5に含まれるガラスの軟化点が、保護層4に含まれるガラスの転移点より低いことが抵抗発熱体5の加工精度を向上させる上で好ましい。ガラスは転移点以上の温度では高粘度の粘性流体であると考えられる。このため、保護層4に含まれるガラスの転移点より抵抗発熱体5に含まれるガラスの軟化点を低くし、抵抗発熱体5の焼き付け時に、基材となる保護層4に影響がでないようにする。
【0062】
さらに、ケース19に固定したあとの板状セラミックス体2の平坦度が80μm以下、さらに好ましくは、40μm以下とすることが好ましい。板状セラミックス体2の平坦度を80μm以下にする理由は、ウエハWと板状セラミックス体2との間隔を管理することにより、ウエハWを急昇温させた場合に、ウエハW面内の温度を精密に管理することができるようにするためである。
【0063】
また、板状セラミックス体2を形成するセラミックスとしては、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウムのいずれか1種以上を主成分とするものを使用することができる。
【0064】
上記のような板状セラミックス体2に保護層4を設けると次のような効果が期待できる。一つは、板状セラミックス体2との間の絶縁性が保たれることであり。他方、板状セラミックス体2の結晶粒子の脱落を防止できパーティクルの発生を防止できる。また、特に、窒化アルミニウムからなる板状セラミックス体においては、窒化アルミニウムと空気中の水分やウェハWへ塗布する塗布液との反応を防止することができることから保護層4を備えることが有効である。
【0065】
炭化珪素質焼結体としては、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤として硼素(B)と炭素(C)を含有した焼結体や、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤としてアルミナ(Al2O3)とイットリア(Y2O3)を含有し1900〜2200℃で焼成した焼結体を用いることができ、また、炭化珪素はα型を主体とするもの、あるいはβ型を主体とするもののいずれであっても構わない。
【0066】
また、炭化硼素質焼結体としては、主成分の炭化硼素に対し、焼結助剤として炭素を3〜10重量%混合し、2000〜2200℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。
【0067】
そして、窒化硼素質焼結体としては、主成分の窒化硼素に対し、焼結助剤として30〜45重量%の窒化アルミニウムと5〜10重量%の希土類元素酸化物を混合し、1900〜2100℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。窒化硼素の焼結体を得る方法としては、他に硼珪酸ガラスを混合して焼結させる方法があるが、この場合熱伝導率が著しく低下するので好ましくない。
【0068】
また、窒化珪素質焼結体としては、主成分の窒化珪素に対し、焼結助剤として3〜12重量%の希土類元素酸化物と0.5〜3重量%のAl2O3、さらに焼結体に含まれるSiO2量として1.5〜5重量%となるようにSiO2を混合し、1650〜1750℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。ここで示すSiO2量とは、窒化珪素原料中に含まれる不純物酸素から生成するSiO2と、他の添加物に含まれる不純物としてのSiO2と、意図的に添加したSiO2の総和である。
【0069】
また、窒化アルミニウム質焼結体としては、主成分の窒化アルミニウムに対し、焼結助剤としてY2O3やYb2O3等の希土類元素酸化物と必要に応じてCaO等のアルカリ土類金属酸化物を添加して十分混合し、平板状に加工した後、窒素ガス中1900〜2100℃で焼成することにより得られる。
【0070】
さらに板状セラミックス体2は、板状セラミックス体2とケース19の外周にボルト16を貫通させ、板状セラミックス体2側より弾性体18を介在させてナット20を螺着することにより弾性的に固定している。これにより、板状セラミックス体2の温度を変更したり載置面3にウエハを載せ板状セラミックス体2の温度が変動した場合にケース19の変形が発生しても、上記弾性体8によってこれを吸収し、これにより板状セラミックス体2の反りを防止し、ウエハW加熱におけるウエハW表面に温度分布が発生することを防止できる。
【0071】
また、板状セラミックス体2の温度調整用の熱電対27は、板状セラミックス体2の中央部のウエハ載置面3の直近に設置され、熱電対27の温度を基に板状セラミックス体2の温度を調整する。抵抗発熱体5が複数のブロックに別れており、個別に温度制御する場合は、それぞれの抵抗発熱体5のブロックに測温用の熱電対27を設置する。熱電対27としては、その応答性と保持の作業性の観点から、外径1.0mm以下のシース型の熱電対27を使用することが好ましい。また、この熱電対27の先端部は、板状セラミックス体2に孔が形成され、この中に設置された円筒状の金属体の内壁面にバネ材により押圧固定することが測温の信頼性を向上させるために好ましい。
【0072】
また、抵抗発熱体5を複数のブロックに分割する場合は、そのブロック毎にその中央部に温度制御用の熱電対27を設置し、各々独立に温度制御することが好ましい。
【0073】
熱電対27の保持構造は、板状セラミックス体2の抵抗発熱体5を形成した側の主面に凹部を形成し、この凹部の中に、熱電対27による測温の信頼性を高めるために熱伝導率が65W/(m・K)以上の金属箔を介して熱電対27を設置し、さらに上から熱伝導係数が板状セラミックス体2のそれに対し40〜170%である金属製チップ、および熱伝導係数が50W/(m・K)以下の押さえ治具、支持棒を弾性体により押圧固定した構造とすることが好ましい。また、前記凹部の径は、3〜5mmφとすることが好ましい。
【0074】
また、ケース19は底面21と側壁部からなり、前記の底面21には抵抗発熱体5に電力を供給するための給電端子11が絶縁材9を介して設置され、不図示の空気噴射口や熱電対保持部が形成されている。そして、前記給電端子11は、給電部6に弾性体(不図示)により押圧される構造となっている。また、前記ケース19の底面21は、複数の層から構成されていても良い。
【0075】
また、板状セラミックス体2に形成された給電部6と給電端子11間の接続を、押圧による接触とすることにより、板状セラミックス体2とケース19の温度差による両者の膨張の差を接触部分の滑りで緩和できるので、使用中の熱サイクルに対し、耐久性良好なウエハ加熱装置を提供することができる。この押圧手段で弾性体は、コイル状のバネや、他に板バネ等を用いて押圧するようにしても構わない。
【0076】
また、給電端子11の給電部6との当接面側の径は、1.5〜4mmとすることが好ましい。さらに、給電端子11を保持する絶縁材9は、その使用温度に応じて、200℃以下の温度では、ガラス繊維を分散させたPEEK(ポリエトキシエトキシケトン樹脂)材のものを用いることが可能であり、また、それ以上の温度で使用する場合は、アルミナ、ムライト等からなるセラミック製の絶縁材9を用いることが可能である。
【0077】
このとき、給電端子11の少なくとも給電部6との当接部を、Ni、Cr、Ag、Au、ステンレスおよび白金族の金属のうち少なくとも1種以上からなる金属により形成することが好ましい。具体的には、給電端子11自体を上記金属で形成するか、または給電端子11の表面に該金属からなる被覆層を設けることもできる。
【0078】
あるいは、給電端子11と給電部6の間に上記金属からなる金属箔を挿入することにより、給電端子11表面の酸化による接触不良を防止し、板状セラミックス体2の耐久性を向上させることが可能となる。
【0079】
また、給電端子11の表面にサンドブラスト加工を施したりして、表面を荒らすことにより接点が点接触となることを防止すると、さらに接触の信頼性を向上させることができる。ウエハ加熱装置1は、板状セラミックス体2面内の温度は均一になるように調整するが、加熱時、ウエハの入れ替え時等は、構造的に板状セラミックス体2と支持体9の温度の関係は一定ではない。この温度差により、給電部6と導電端子7は、捻れた位置関係で接触する場合が多いので、これらの接点を平坦に加工すると、片当たりして接触不良を起こしやすい。
【0080】
そして、このウエハ加熱装置1によりウエハWを加熱するには、不図示の搬送アームにて載置面3の上方まで運ばれたウエハWを不図示のリフトピンにて支持したあと、リフトピン25を降下させてウエハWを載置面3上に載せる。
【0081】
次に、給電部6に通電して抵抗発熱体5を発熱させ、保護層4及び板状セラミックス体2を介して載置面3上のウエハWを加熱する。板状セラミックス体2を窒化アルミニウム焼結体により形成すると、熱を加えても変形が小さく、板厚を薄くできるため、所定の処理温度に加熱するまでの昇温時間及び所定の処理温度から室温付近に冷却するまでの冷却時間を短くすることができ、生産性を高めることができるとともに、80W/(m・K)以上の熱伝導率を有することから、薄い板厚でも抵抗発熱体5のジュール熱を素早く伝達し、載置面3の温度ばらつきを極めて小さくすることができる。
【0082】
【実施例】
(実施例1)
まず、窒化アルミニウム粉末に対し、重量換算で1.0質量%の酸化イットリウムを添加し、さらにイソプロピルアルコールとウレタンボールを用いてボールミルにより48時間混練することにより窒化アルミニウムのスラリーを製作した。
【0083】
次に、窒化アルミニウムのスラリーを200メッシュに通し、ウレタンボールやボールミル壁の屑を取り除いた後、防爆乾燥機にて120℃で24時間乾燥した。
【0084】
次いで、得られた窒化アルミニウム粉末にアクリル系のバインダーと溶媒を混合して窒化アルミニウムのスリップを作製し、ドクターブレード法にて窒化アルミニウムのグリーンシートを複数枚製作した。
【0085】
そして、得られた窒化アルミニウムのグリーンシートを複数枚積層熱圧着にて積層体を形成した。
【0086】
しかる後、積層体を非酸化性ガス気流中にて500℃の温度で5時間脱脂を施した後、非酸化性雰囲気にて1900℃の温度で5時間の焼成を行い各種の熱伝導率を有する板状セラミックス体を製作した。
【0087】
そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚3mm、直径315mm〜330mmの円盤状をした板状セラミックス体2を複数枚製作し、更に中心から60mmの同心円上に均等に3箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、4mmとした。
【0088】
一方、高純度ケイ石とホウ砂、鉛丹及び微量成分を所定の量計量し、混合後、白金製坩堝に投入しシャモット質耐火レンガを内壁とする電気炉で1400℃で溶融した。尚、UやThがガラスに拡散することを防止するため、白金製坩堝を高純度アルミナ、ジルコニア、ムライトからなる10mm厚のセラミックス基板で囲みガラス原料を溶融し各種のガラスを作製した。
【0089】
そして、前記板状セラミックス体2にスクリーン印刷した後、150℃に加熱して有機溶剤を乾燥させ、さらに550℃で30分間脱脂処理を施したあと、700〜900℃の温度で加熱し保護層を作製した。
【0090】
次いで板状セラミックス体2の上に抵抗発熱体5を被着するため、導電材としてAu粉末とPd粉末と、前記同様の組成からなるバインダーを添加したガラスペーストを混練し作製した導電体ペーストをスクリーン印刷法にて所定のパターン形状に印刷したあと、150℃に加熱して有機溶剤を乾燥させ、さらに550℃で30分間脱脂処理を施したあと、700〜900℃の温度で焼き付けを行うことにより、厚みが50μmの抵抗発熱体5を形成した。
【0091】
抵抗発熱体ゾーン4の配置は、中心部に直径110mmの円形の1つに抵抗発熱体ゾーンを形成し、その外側の円環を同等の2つの抵抗発熱体ゾーンに分割し、その外側に外径220mmの円環を4つの抵抗発熱体ゾーンに分割した計7個の抵抗発熱体ゾーン構成とした。しかるのち抵抗発熱体5に給電部6をロウ付けし固着させ、給電部6を除く板状セラミックス体2の表面に保護層として別途作製した所定のガラスをスクリーン印刷し700℃〜900℃で焼き付けした。
【0092】
尚、作製した各ガラスのUやTh、Raの含有量は、Maicromass社製のICP−MSにより測定した。
【0093】
また、ガラス面からのα線の放出量は住友分析センター社製のα線測定装置LACSで測定した。
【0094】
そして、有底の金属ケースの底面の厚みは2.0mmのアルミニウムと側壁部を構成する厚み1.0mmのアルミニウムからなり、底面に、ガス噴射口、熱電対、導通端子を所定の位置に取り付けた。また、底面から板状セラミックス体までの距離は20mmとした。
【0095】
その後、前記有底の金属ケースの開口部に、板状セラミックス体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状セラミックス体と有底の金属ケースが直接当たらないように、リング状の接触部材を介在させ、接触部材側より弾性体を介在させてナットを螺着し弾性的に固定することによりウェハ支持部材とした。
【0096】
作製したウェハ支持部材の評価は、測温抵抗体が29箇所に埋設された直径300mmの測温用ウェハを用いて行った。夫々のウェハ支持部材に電源を取り付け30℃から200℃に5分で昇温し5分間保持した後、30分間冷却する温度サイクルを1000サイクル行い、保護層のガラス面のクラックの有無を確認した。そして、同様に1000サイクル単位で10000サイクル繰り返した。
【0097】
更に、1000回の温度サイクル後にウェハWを取り外しパーティクルカウンタでウェハ上の1μm以上のパーティクル数を測定した。
【0098】
それぞれの結果は表1に示す通りである。
【0099】
【表1】
【0100】
本願発明のウェハ支持部材1である試料No.1〜7は、保護層からのα線の放出量が0.3DPH/cm2以下であり、誤動作することなくウェハ支持部材を運転することができた。
【0101】
これに対し、試料No.8〜9は保護層からのα線の放射量が0.3DPH/cm2を越え、ウェハ支持部材は誤動作することが分った。
【0102】
また、試料No.1〜7に示すように保護層の厚みが小さいほどUやTh、Raの総含有量が多くても誤動作し難いことが分る。そして、保護層の厚みが16μm以下では、総含有量が2080を保護層の厚み(μm)で除した値より小さいとウェハ支持部材の誤動作が無く、好ましいことが分る。
【0103】
また、試料No.8は保護層を備えていないことからパーティクル数が多く好ましくないことが分った。
(実施例2)
実施例1と同様の工程で窒化アルミニウム製のグリーンシートを作製し、該グリーンシートを積層する際に櫛歯型形状で双極の静電吸着用電極を埋設した板状セラミックス体を作製し、以下実施例1と同様の工程で静電チャック用のウェハ支持部材として試料No.21、22、25を作製した。
【0104】
また、一部のウェハ支持部材には上記と同様の静電吸着用電極を埋設し、更にチャックチャックトップ導体層を設けプローバ用のウェハ支持部材として試料No.23、24、26を作製した。
【0105】
そして、静電吸着電極に500Vの電圧を加えウェハWを吸着しながら、実施例1と同様に抵抗発熱体に通電し最高温度125℃に加熱した。そして、実施例1と同様に評価するとともに、静電吸着状況を確認するため、静電チャック用のウェハ支持部材に載せたウェハWの上面の全面を光学式反射表面変位計で測定し、ウェハWの表面の部分的な変位を常時測定した。
【0106】
また、プローバ用のウェハ支持部材は同時にウェハWの電気特性を評価した。その結果を表2に示す。
【0107】
【表2】
【0108】
表2から分るように、本発明のウェハ支持部材である試料No.21〜24は静電チャックとして誤動作することなく作動することが分った。これに対し、試料No.25、26はウェハW表面の部分的な変位(浮き上がり)が突然発生することがありウェハ支持部材として適切ではなかった。
(実施例3)
実施例1と同様の工程でウェハ支持部材を作製し、保護層の主結晶相を替えた試料を作製し、実施例と同様に1000サイクル単位でウェハ支持部材の昇降温を繰り返した。
【0109】
尚、各結晶相の同定は、保護層の焼き付け後にX線回折法(理学電気社製)にて行った。この時点で保護層の外観の観察を行った。
【0110】
また、温度サイクルを1000サイクル施して、保護層の外観を観察した。クラックの発生がなければ、次の1000サイクルを行い、再度観察を行い、繰り返し観察した。外観確認は20倍の双眼顕微鏡にて行い、クラックの発生の有無を確認した。クラックが発生するまでの温度サイクル数を耐久熱サイクル数とした。
【0111】
前記保護層がZn、B、Biの少なくとも一種類を含んだ結晶相を含有し、該保護層の熱膨張係数が2.1〜6.9×10−6/℃となるようにガラスの組成を変えて調整した。ガラスは亜鉛、硼酸系ガラスとし、熱膨張係数の調整にはSiO2、CaO、PbOを数%程度添加することにより行った。
【0112】
結果を、表3に示した。
【0113】
【表3】
【0114】
表3から判るように、抵抗発熱体5の熱膨張係数と板状セラミックス体2の熱膨張係数の差が−2.0×10−6/℃より小さいNo.39および3.0×10−6/℃より大きいNo.38は、耐久テストにより夫々5000サイクル、6000サイクルでクラックが発生した。
【0115】
これに対し、抵抗発熱体5の熱膨張係数を板状セラミックス体2の熱膨張率に対し−2.0〜+3.0×10−6/℃の範囲となるように調整した試料No.31することにより、50℃〜350℃の繰り返し耐久試験におけるクラックの発生を10000サイクル以上とすることができた。
【0116】
【発明の効果】
以上のように、板状セラミックス体の主面をウェハの載置面とし、少なくとも一方の主面に保護層を備え、該保護層からのα線放射量を0.3DPH/cm2以下としてウェハ支持部材を構成することにより、ウェハ支持部材の誤動作を防止することができる。また、前記の保護層のUやTh、Raの含有量を小さくすることによりウェハ支持部材の誤動作を防止できる。
【0117】
また、前記保護層の少なくとも一部にZn、B、Siの少なくとも一種類を含む結晶相を含有させることにより、50℃〜350℃の繰り返し耐久試験におけるクラックの発生を10000サイクル以上とすることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のウエハ支持部材を示す断面図である。
【図2】本発明のウエハ支持部材の一部拡大断面図である。
【図3】本発明のウェハ支持部材に備えた抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図4】本発明のウェハ支持部材に備えた抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図5】従来のウェハ支持部材を示す断面図である。
【図6】従来のウェハ支持部材に備えた抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【符号の説明】
1、71:ウェハ支持部材
2、72:板状セラミックス体
3、73:載置面
5、75:抵抗発熱体
6:給電部
8:支持ピン
11、77:給電端子
12:ガイド部材
16:ボルト
17:接触部材
18:弾性体
19、79:ケース
20:ナット
21:底面
23:孔
24:ガス噴射口
25:ウェハリフトピン
26:貫通孔
27:熱電対
28:ガイド部材
29:絶縁体
W:半導体ウェハ
1:ウエハ加熱装置
2:板状セラミックス体
3:載置面
4:保護層
5:抵抗発熱体
6:給電部
7:導通端子
8:弾性体
10:熱電対
11:支持体
21:酸化膜
W:半導体ウエハ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wafer heating apparatus mainly used for heating a wafer, for example, forming a thin film on a wafer such as a semiconductor wafer, a liquid crystal device, or a circuit board, inspecting the wafer, and inspecting the wafer. The present invention relates to a wafer support member suitable for forming a resist film by drying and baking a resist solution applied to a wafer.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a process of manufacturing a semiconductor manufacturing apparatus, a wafer support member for heating a semiconductor wafer (hereinafter, abbreviated as a wafer) is used in a process of forming a semiconductor thin film, an etching process, a baking process of a resist film, and the like.
[0003]
Conventional semiconductor manufacturing apparatuses are classified into a batch type in which a plurality of wafers are heated at a time and a sheet type in which a plurality of wafers are heated one by one. With the demand for miniaturization of wafers and improvement in accuracy of wafer heat treatment temperature, wafer support members are widely used.
[0004]
As such a wafer support member, for example, Patent Literature 1,
[0005]
The
[0006]
Further, a
[0007]
By the way, in such a
[0008]
In particular, aluminum nitride-based ceramics and silicon carbide-based ceramics both have high thermal conductivity, and are therefore suitable as materials for the heat equalizing plate 32 for a semiconductor wafer heating device that requires uniform heat. In the case of aluminum nitride ceramics, the aluminum nitride reacts with moisture in the air to generate ammonia gas, which may adversely affect the semiconductor wafer W as a corrosive gas. However, since aluminum nitride ceramics can be fired at a low temperature, they are widely used at low cost. Therefore, in order to prevent the generation of the corrosive gas, a protective layer made of glass is provided on the surface of the plate-shaped ceramic body to prevent the corrosive gas from scattering to the semiconductor wafer W.
[0009]
[Patent Document 1]
JP 2001-203156 A
[Patent Document 2]
JP 2001-313249 A
[Patent Document 3]
JP-A-2002-76102
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the wafer support member provided with the protective layer is used, there is a problem that the temperature control malfunctions or the inspection device malfunctions compared to the conventional wafer support member made of aluminum nitride or the like without the protective layer. . In addition, there is a problem that a loss of wiring in a semiconductor wafer occurs.
[0011]
Further, in the wafer support member having the function of the electrostatic chuck, there is a problem that the suction force is reduced.
[0012]
In particular, there has been a problem that when the semiconductor wafer W is placed on the wafer support member and used for a long time, the probability of occurrence of the above problem increases.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies on the above problems, and as a result, the main surface of the plate-shaped ceramic body was set as a mounting surface on which a semiconductor wafer was mounted, and at least one of the main surfaces was provided with a protective layer. Release amount of 0.3 DPH / cm 2 It is characterized by the following.
[0014]
That is, the present invention has found that the above problem is caused by α-rays from the protective layer, and that the emission amount of α-rays from the protective layer should be reduced.
[0015]
When the thickness T of the protective layer is 16 μm or more, the total content of uranium, thorium and radon is 130 wt ppb or less, and when the thickness T of the protective layer is less than 16 μm, the uranium, thorium and The total content of radon is not more than (2080 / T) weight ppb.
[0016]
Further, the protective layer contains a crystal phase containing at least one of Zn, B, and Si.
[0017]
The protective layer is made of glass having a crystal phase containing at least one of Zn, B and Si, and the thermal expansion coefficient of the protective layer is -2.0 to 3 with respect to the thermal expansion coefficient of the plate-shaped ceramic body. 0.0 × 10 -6 / ° C.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0019]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a wafer support member 1 according to the present invention, in which a main surface of a plate-shaped
[0020]
In addition, the wafer lift pins 25 can move the wafer W up and down through holes that penetrate the plate-shaped
[0021]
Note that the wafer W is held in a state of being floated from the mounting surface 3 by the wafer support pins 8 so as to prevent a temperature variation due to a partial contact of the wafer W or the like. When the
[0022]
A
[0023]
The wafer support member 1 of the present invention includes a
[0024]
The DPH is an abbreviation of Disintegration / hour, and is the amount of α-ray radiation in consideration of the detection efficiency of the apparatus (80% in the case of the LACS4000 manufactured by Sumitomo Analysis Center Co., Ltd. used in this experiment). .
[0025]
When the thickness T of the
[0026]
Generally, the range R (cm) of α particles generated inside the
[0027]
R = 1.03 × 10 -4 ・ E 3/2 ・ A 1/2 / P (Equation 1)
Here, P is (g / cm 3 ), The density of the substance irradiated with α particles, E is the energy (MeV) of α particles, and A is the average atomic weight of the substance irradiated with α particles.
[0028]
Since the energy of typical α particles emitted from U, Th, and Ra is about 4 to 6 MeV (average 5 MeV), the
[0029]
However, when the thickness of the
[0030]
Therefore, when α-rays are emitted from U, Th, and Ra atoms in the
[0031]
Since the elements U, Th, and Ra in the
[0032]
F = kT ×
Here, F is the amount of emitted α-rays. k is a constant. T is the thickness of the
[0033]
When the thickness of the
[0034]
In order to apply the
[0035]
Further, when the thickness T of the
[0036]
Even if the
[0037]
The
[0038]
The raw material of the glass used for the
[0039]
In particular, in order to prevent U, Th and Ra from being mixed in from the furnace material, a glass raw material is put into a platinum crucible, and an alumina substrate having a thickness of 10 mm or more made of high-purity alumina having a purity of 99.9% or more is used. When the platinum crucible is surrounded and the glass is melted, U, Th, and Ra are adsorbed on the alumina substrate, and the amount of U, Th, and Ra contained in the internal glass component can be reduced.
[0040]
The phrase “surrounding the platinum crucible with the alumina substrate” means that the length from the inner side surrounding the crucible to the outer side of the alumina substrate with respect to the contact surface between the alumina substrates is 10 mm or more, and the above-mentioned contact surface is flattened and adhered. It is preferable that they are in good contact. The surface roughness of the contact surface between the alumina substrates is preferably Ra1 or less.
[0041]
Preferably, the
[0042]
As a method of crystallizing glass, for example, once a glass layer is melted and formed, the glass layer is once held at about a crystal nucleus generation temperature for about one hour, and after sufficient crystal nuclei are generated, the temperature is reduced to the crystal generation temperature. There is a method of increasing the temperature to crystallize the glass.
[0043]
It is difficult to measure the amount of crystals formed by crystallization, but it is preferable that the glass at least has no transparency. If the generated crystal layer is a needle-like crystal, the strength of the
[0044]
The
[0045]
Therefore, the present inventors have found that the
[0046]
Further, the
[0047]
As the glass used for the
[0048]
Therefore, in the present invention, for example, Zn 2 SiO 4 , Zn 3 B 2 O 6 , Zn 3 (BO 3 ) 2 , Zn (BO 2 ) 2 , SiO 2 The purpose is to precipitate or disperse a crystal phase having a low coefficient of thermal expansion in the glass to lower the apparent coefficient of thermal expansion of the glass. PbO, B 2 O 3 , Bi 2 O 3 , Sb 2 O 3 Rather, they do not crystallize but remain in the glass to reduce the melting point of the glass. These components are components having a function of reducing the baking temperature without increasing the thermal expansion coefficient of the glass. In addition, the crystal phase in the glass is not particularly limited to those that are precipitated from the glass phase, using a method of mixing the crystals in the glass by mixing and baking as described above in the glass. It does not matter.
[0049]
As a crystal phase having a low coefficient of thermal expansion, there is also a crystal phase having a negative coefficient of thermal expansion such as β-eucryptite. In this crystal phase, Li ions contained in the crystal are applied to the
[0050]
The crystal phase in the glass contained in the
[0051]
The
[0052]
In addition, since the surface of a silicon carbide ceramic, an aluminum nitride ceramic, or a silicon nitride ceramic sintered body is hardly wetted and bleeding is likely to occur, the glass is treated in an oxidizing atmosphere at 1000 to 1600 ° C. for 1 to 5 hours. When the
[0053]
The flatness of the surface of the
[0054]
In order to set the flatness of the
[0055]
The
[0056]
With reference to FIG. 2, the structure of the plate-shaped
[0057]
Also, Al 2 O 3 And SiO 2 May be directly formed. In this case, since the aluminum nitride is insulative, the
[0058]
The
[0059]
The mixing ratio of glass to metal can be 40:60 to 80:20 by weight. If the ratio is less than 40:60, the amount of glass is too small and the peel strength of the
[0060]
Further, it is preferable that the
[0061]
When the
[0062]
Further, the flatness of the plate-shaped
[0063]
Further, as the ceramic forming the plate-shaped
[0064]
When the
[0065]
Examples of the silicon carbide sintered body include a sintered body containing boron (B) and carbon (C) as a sintering aid for silicon carbide as a main component, and a sintering aid for silicon carbide as a main component. Alumina (Al 2 O 3 ) And Yttria (Y 2 O 3 ), And sintered at 1900-2200 ° C., and the silicon carbide may be any of those mainly composed of α-type and those mainly composed of β-type.
[0066]
Further, as the boron carbide sintered body, a sintered body is obtained by mixing 3 to 10% by weight of carbon as a sintering aid with boron carbide as a main component and performing hot press firing at 2000 to 2200 ° C. be able to.
[0067]
As the boron nitride-based sintered body, 30 to 45% by weight of aluminum nitride and 5 to 10% by weight of a rare earth element oxide are mixed as a sintering aid with respect to boron nitride as a main component. The sintered body can be obtained by performing hot press firing at a temperature of ° C. As another method for obtaining a sintered body of boron nitride, there is a method in which borosilicate glass is mixed and sintered, but this method is not preferable because the thermal conductivity is significantly reduced.
[0068]
As the silicon nitride sintered body, 3 to 12% by weight of a rare earth element oxide and 0.5 to 3% by weight of Al 2 O 3 , And SiO contained in the sintered body 2 SiO 2 so that the amount is 1.5 to 5% by weight. 2 Are mixed and hot-pressed at 1650 to 1750 ° C. to obtain a sintered body. SiO shown here 2 The amount refers to the amount of SiO generated from impurity oxygen contained in the silicon nitride raw material. 2 And SiO as impurities contained in other additives 2 And intentionally added SiO 2 Is the sum of
[0069]
As the aluminum nitride sintered body, Y is used as a sintering aid with respect to aluminum nitride as a main component. 2 O 3 And Yb 2 O 3 Or the like, and an alkaline earth metal oxide such as CaO if necessary, mixed well, processed into a plate shape, and fired at 1900 to 2100 ° C. in nitrogen gas.
[0070]
Further, the plate-shaped
[0071]
Further, a
[0072]
When the
[0073]
The holding structure of the
[0074]
The
[0075]
The connection between the
[0076]
The diameter of the
[0077]
At this time, it is preferable that at least a contact portion of the
[0078]
Alternatively, by inserting a metal foil made of the above-described metal between the
[0079]
In addition, if the surface of the
[0080]
In order to heat the wafer W by the wafer heating device 1, the wafer W carried above the mounting surface 3 by the transfer arm (not shown) is supported by lift pins (not shown), and then the lift pins 25 are lowered. Then, the wafer W is mounted on the mounting surface 3.
[0081]
Next, power is supplied to the
[0082]
【Example】
(Example 1)
First, 1.0 mass% of yttrium oxide in terms of weight was added to aluminum nitride powder, and the mixture was further kneaded with a ball mill using isopropyl alcohol and urethane balls for 48 hours to produce an aluminum nitride slurry.
[0083]
Next, the aluminum nitride slurry was passed through a 200 mesh to remove urethane balls and debris from the ball mill wall, and then dried at 120 ° C. for 24 hours using an explosion-proof dryer.
[0084]
Next, an acrylic binder and a solvent were mixed with the obtained aluminum nitride powder to produce aluminum nitride slips, and a plurality of aluminum nitride green sheets were produced by a doctor blade method.
[0085]
Then, a laminate was formed by laminating a plurality of the obtained aluminum nitride green sheets by thermocompression bonding.
[0086]
Thereafter, the laminate was degreased in a non-oxidizing gas stream at a temperature of 500 ° C. for 5 hours, and then baked in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 1900 ° C. for 5 hours to obtain various thermal conductivities. A plate-shaped ceramic body having the same was manufactured.
[0087]
Then, the aluminum nitride sintered body is subjected to a grinding process to produce a plurality of disk-shaped plate-shaped
[0088]
On the other hand, predetermined amounts of high-purity silica stone, borax, lead red and trace components were weighed and mixed, and then put into a platinum crucible and melted at 1400 ° C. in an electric furnace having a chamotte-type refractory brick as an inner wall. In order to prevent U and Th from diffusing into the glass, a platinum crucible was surrounded by a ceramic substrate having a thickness of 10 mm made of high-purity alumina, zirconia, and mullite, and the glass raw materials were melted to produce various glasses.
[0089]
Then, after screen printing on the plate-shaped
[0090]
Next, in order to apply the
[0091]
The arrangement of the resistance
[0092]
In addition, the content of U, Th, and Ra of each produced glass was measured by ICP-MS manufactured by Micromass.
[0093]
The amount of α-ray emission from the glass surface was measured with an α-ray measuring device LACS manufactured by Sumitomo Analysis Center.
[0094]
The bottom of the bottomed metal case is made of aluminum having a thickness of 2.0 mm and aluminum having a thickness of 1.0 mm forming side walls, and a gas injection port, a thermocouple, and a conduction terminal are mounted at predetermined positions on the bottom surface. Was. The distance from the bottom surface to the plate-shaped ceramic body was 20 mm.
[0095]
Thereafter, a plate-shaped ceramic body is placed on the opening of the bottomed metal case, and a bolt is penetrated into the outer periphery thereof. A wafer support member was obtained by screwing a nut and elastically fixing the member with an intervening member and an elastic body from the contact member side.
[0096]
Evaluation of the manufactured wafer supporting member was performed using a 300 mm diameter wafer for temperature measurement in which a temperature measuring resistor was embedded in 29 places. A power supply was attached to each wafer support member, the temperature was raised from 30 ° C. to 200 ° C. in 5 minutes, and the temperature was held for 5 minutes. Then, a temperature cycle of cooling for 30 minutes was performed 1000 times, and the presence or absence of cracks on the glass surface of the protective layer was confirmed. . Then, 10,000 cycles were repeated in units of 1000 cycles.
[0097]
Further, after 1000 temperature cycles, the wafer W was removed, and the number of particles of 1 μm or more on the wafer was measured with a particle counter.
[0098]
Each result is as shown in Table 1.
[0099]
[Table 1]
[0100]
The sample No., which is the wafer support member 1 of the present invention. 1 to 7, the emission amount of α-rays from the protective layer is 0.3 DPH / cm 2 As described below, the wafer support member could be operated without malfunction.
[0101]
On the other hand, sample No. 8 to 9 show that the radiation amount of α ray from the protective layer is 0.3 DPH / cm. 2 It was found that the wafer support member malfunctioned.
[0102]
Further, the sample No. As shown in FIGS. 1 to 7, it can be seen that the smaller the thickness of the protective layer, the more difficult it is to malfunction even if the total content of U, Th, and Ra is large. When the thickness of the protective layer is 16 μm or less, it is preferable that the total content is smaller than the value obtained by dividing 2080 by the thickness (μm) of the protective layer without malfunction of the wafer support member.
[0103]
Further, the sample No. No. 8 was not provided with a protective layer, so that the number of particles was large, which was not preferable.
(Example 2)
A green sheet made of aluminum nitride was manufactured in the same process as in Example 1, and a plate-shaped ceramic body in which bipolar electrostatic adsorption electrodes were embedded in a comb shape when stacking the green sheets was manufactured. In the same process as in Example 1, the sample No. was used as a wafer support member for an electrostatic chuck. 21, 22, and 25 were produced.
[0104]
Electrodes for electrostatic attraction similar to those described above are buried in some of the wafer support members, and a chuck chuck top conductor layer is further provided to provide a sample No. as a wafer support member for a prober. 23, 24 and 26 were produced.
[0105]
Then, while applying a voltage of 500 V to the electrostatic attraction electrode and attracting the wafer W, the resistance heating element was energized and heated to a maximum temperature of 125 ° C. as in Example 1. Then, in order to evaluate in the same manner as in Example 1 and to confirm the state of electrostatic attraction, the entire surface of the upper surface of the wafer W placed on the wafer support member for the electrostatic chuck was measured with an optical reflection surface displacement meter, and the wafer was measured. The partial displacement of the surface of W was constantly measured.
[0106]
The electrical characteristics of the wafer W were simultaneously evaluated for the wafer support member for the prober. Table 2 shows the results.
[0107]
[Table 2]
[0108]
As can be seen from Table 2, Sample No. which is the wafer support member of the present invention. It was found that 21 to 24 operate without malfunction as electrostatic chucks. On the other hand, sample No. In Nos. 25 and 26, partial displacement (lifting) of the surface of the wafer W occurred suddenly, and was not suitable as a wafer support member.
(Example 3)
A wafer support member was manufactured in the same process as in Example 1, a sample in which the main crystal phase of the protective layer was changed was manufactured, and the temperature of the wafer support member was repeatedly increased and decreased in units of 1000 cycles as in the example.
[0109]
The identification of each crystal phase was performed by X-ray diffraction (manufactured by Rigaku Corporation) after baking of the protective layer. At this point, the appearance of the protective layer was observed.
[0110]
Further, 1000 cycles of a temperature cycle were performed, and the appearance of the protective layer was observed. If no cracks were generated, the next 1000 cycles were performed, the observation was performed again, and the observation was repeated. The appearance was confirmed with a 20 × binocular microscope, and the presence or absence of cracks was confirmed. The number of temperature cycles until cracks occurred was defined as the number of endurance heat cycles.
[0111]
The protective layer contains a crystal phase containing at least one of Zn, B, and Bi, and has a coefficient of thermal expansion of 2.1 to 6.9 × 10. -6 / ° C by adjusting the composition of the glass. The glass is made of zinc or boric acid glass. 2 , CaO and PbO were added by about several percent.
[0112]
The results are shown in Table 3.
[0113]
[Table 3]
[0114]
As can be seen from Table 3, the difference between the coefficient of thermal expansion of the
[0115]
On the other hand, the coefficient of thermal expansion of the
[0116]
【The invention's effect】
As described above, the main surface of the plate-shaped ceramic body is used as the mounting surface of the wafer, at least one of the main surfaces is provided with the protective layer, and the amount of α-ray radiation from the protective layer is 0.3 DPH / cm. 2 By configuring the wafer support member as described below, malfunction of the wafer support member can be prevented. Further, by reducing the content of U, Th, and Ra in the protective layer, malfunction of the wafer support member can be prevented.
[0117]
Further, by causing at least a part of the protective layer to contain a crystal phase containing at least one of Zn, B, and Si, the number of cracks in a repeated durability test at 50 ° C. to 350 ° C. can be 10,000 cycles or more. Now you can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a wafer support member of the present invention.
FIG. 2 is a partially enlarged sectional view of a wafer support member of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a shape of a resistance heating element provided on a wafer support member of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view showing the shape of a resistance heating element provided on the wafer support member of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a conventional wafer support member.
FIG. 6 is a schematic view showing the shape of a resistance heating element provided on a conventional wafer support member.
[Explanation of symbols]
1, 71: wafer support member
2, 72: plate-shaped ceramic body
3, 73: mounting surface
5, 75: resistance heating element
6: Power supply unit
8: Support pin
11, 77: Power supply terminal
12: Guide member
16: bolt
17: Contact member
18: Elastic body
19, 79: Case
20: Nut
21: Bottom
23: Hole
24: Gas injection port
25: Wafer lift pin
26: Through hole
27: Thermocouple
28: Guide member
29: Insulator
W: Semiconductor wafer
1: Wafer heating device
2: Plate-shaped ceramic body
3: Mounting surface
4: Protective layer
5: Resistance heating element
6: Power supply unit
7: conduction terminal
8: Elastic body
10: Thermocouple
11: Support
21: Oxide film
W: Semiconductor wafer
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-
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- 2002-09-26 JP JP2002281918A patent/JP2004119741A/en active Pending
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