JP2006216967A - Wafer holder for semiconductor manufacturing device and semiconductor manufacturing device mounting the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、メタルＣＶＤ、絶縁膜ＣＶＤ、イオン注入、エッチング、Ｌｏｗ−Ｋ成膜、ＤＥＧＡＳ装置などの半導体製造装置に使用されるウェハ保持体、更にはそれを搭載した処理チャンバー、半導体製造装置に関するものである。 The present invention relates to a wafer holder used in a semiconductor manufacturing apparatus such as plasma CVD, low-pressure CVD, metal CVD, insulating film CVD, ion implantation, etching, Low-K film formation, and DEGAS apparatus, and further, a process including the wafer holder. The present invention relates to a chamber and a semiconductor manufacturing apparatus.
従来、半導体の製造工程では、被処理物である半導体基板に対して成膜処理やエッチング処理など様々な処理が行われる。このような半導体基板に対する処理を行う処理装置では、半導体基板を保持し、半導体基板を加熱するためのセラミックスヒータが用いられている。 Conventionally, in a semiconductor manufacturing process, various processes such as a film forming process and an etching process are performed on a semiconductor substrate which is a processing object. In a processing apparatus for processing such a semiconductor substrate, a ceramic heater for holding the semiconductor substrate and heating the semiconductor substrate is used.
このような従来のセラミックスヒータは、例えば特開平４−７８１３８号公報に開示されている。特開平４−７８１３８号公報に開示されたセラミックスヒータは、抵抗発熱体が埋設され、容器内に設置され、ウェハー加熱面が設けられたセラミックス製のヒータ部と、このヒータ部のウェハー加熱面以外の面に設けられ、前記容器との間で気密性シールを形成する凸状支持部と、抵抗発熱体へと接続され、容器の内部空間へと実質的に露出しないように容器外へ取り出された電極とを有する。 Such a conventional ceramic heater is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-78138. A ceramic heater disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-78138 is a ceramic heater portion in which a resistance heating element is embedded, installed in a container, and provided with a wafer heating surface, and the heater portion other than the wafer heating surface. And is connected to a resistance heating element and taken out of the container so as not to be substantially exposed to the internal space of the container. Electrode.
この発明では、それ以前のヒータである金属製のヒータで見られた汚染や、熱効率の悪さの改善が図られているが、半導体基板の温度分布については触れられていない。しかし、半導体基板の温度分布は、前記様々な処理を行う場合に、歩留りに密接な関係が生じるので重要である。そこで、例えば特開２００１−１１８６６４号公報では、セラミック基板の温度を均一化することができるセラミックヒータが開示されている。この発明では、セラミック基板面の最高温度と最低温度の温度差は、数％以内であれば、実用に耐えるとされている。 In the present invention, the contamination and the poor thermal efficiency observed in the metal heater which is the previous heater are improved, but the temperature distribution of the semiconductor substrate is not mentioned. However, the temperature distribution of the semiconductor substrate is important because it has a close relationship with the yield when the various processes are performed. Therefore, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-118664 discloses a ceramic heater that can make the temperature of the ceramic substrate uniform. In the present invention, it is said that the temperature difference between the maximum temperature and the minimum temperature on the ceramic substrate surface is within practical use within a few percent.
しかし、近年の半導体基板は大型化が進められている。例えば、シリコン（Ｓｉ）ウェハでは８インチから１２インチへと移行が進められている。この半導体基板の大口径化に伴って、セラミックスヒータの半導体基板の加熱面（保持面）の温度分布は、±１．０％以内が必要とされるようになり、更には、±０．５％以内が望まれるようになってきた。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、ウェハ保持面の均熱性を高めた半導体製造装置用ウェハ保持体およびそれを搭載した半導体製造装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a wafer holder for a semiconductor manufacturing apparatus in which the thermal uniformity of the wafer holding surface is improved and a semiconductor manufacturing apparatus on which the wafer holder is mounted.
前記特許文献１に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体は、ヒータ回路で発生した熱が、シャフトに伝わり、その結果シャフト直上のウェハ搭載面の温度が相対的に低下するためにウェハ保持体のウェハ搭載面の温度分布が不均一になることを見出し、本発明に至った。 In the wafer holder for a semiconductor manufacturing apparatus described in Patent Document 1, the heat generated in the heater circuit is transmitted to the shaft, and as a result, the temperature of the wafer mounting surface immediately above the shaft relatively decreases. The present inventors have found that the temperature distribution on the wafer mounting surface becomes non-uniform, leading to the present invention.
すなわち、本発明は、ウェハ搭載面を有するウェハ保持体において、前記ウェハ保持体を支持するシャフトのウェハ保持体との接合面以外の面の表面粗さが、Ｒａで５μｍ以下とする。前記Ｒａが、２μｍ以下であればさらに好ましい。前記ウェハ保持体は、少なくとも抵抗発熱体を有するセラミックスヒータであることが望ましい。 That is, according to the present invention, in the wafer holder having a wafer mounting surface, the surface roughness of the surface other than the joint surface of the shaft supporting the wafer holder with the wafer holder is Ra of 5 μm or less. The Ra is more preferably 2 μm or less. The wafer holder is preferably a ceramic heater having at least a resistance heating element.
更に、上記のようなウェハ保持体を搭載した半導体製造装置は、被処理物であるウェハの温度が従来のものより均一になるので、歩留り良く半導体を製造することができる。 Furthermore, the semiconductor manufacturing apparatus equipped with the wafer holder as described above can manufacture a semiconductor with a high yield because the temperature of the wafer that is the object to be processed is more uniform than the conventional one.
本発明によれば、シャフトのウェハ保持体との接合面以外の面の表面粗さを、Ｒａで５μｍ以下とすることにより、均熱性に優れたウェハ保持体及び半導体製造装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a wafer holder and a semiconductor manufacturing apparatus excellent in heat uniformity by setting the surface roughness of the surface other than the joint surface of the shaft to the wafer holder to 5 μm or less in Ra. it can.
発明者は、ウェハ保持面の温度分布を±１．０％以内にするためには、ウェハ保持体（１）を支持するシャフト（２）のウェハ保持体との接合面以外の面の表面粗さをＲａで５μｍ以下にすれば良いことを見出した。 In order to keep the temperature distribution on the wafer holding surface within ± 1.0%, the inventor has to make a rough surface on the surface other than the bonding surface of the shaft (2) supporting the wafer holding body (1) with the wafer holding body. It has been found that the thickness of Ra should be 5 μm or less.
ウェハ保持体は、その内部もしくはウェハ搭載面以外の表面に形成した抵抗発熱体（３）によってウェハを加熱し、ウェハに所定の処理を施す。しかし、ウェハ保持体を支持するシャフトのウェハ保持体との接合面以外の面の表面粗さが、Ｒａで５μｍを超えると、抵抗発熱体で発生した熱が、シャフトを介して逃げ易くなるので、ウェハ保持面の温度分布が不均一となりやすい。ウェハ搭載面の温度が部分的に低下すると、搭載したウェハの温度も部分的に低下するので、例えばウェハに成膜処理を施す場合には形成した膜の厚みや性質がばらつくことになる。また、例えばエッチング処理の場合には、エッチング速度がばらつくことになる。 The wafer holder heats the wafer by a resistance heating element (3) formed inside or on the surface other than the wafer mounting surface, and performs a predetermined process on the wafer. However, if the surface roughness of the surface of the shaft that supports the wafer holder other than the joint surface with the wafer holder exceeds 5 μm in Ra, the heat generated by the resistance heating element can easily escape through the shaft. The temperature distribution on the wafer holding surface tends to be non-uniform. When the temperature of the wafer mounting surface is partially decreased, the temperature of the mounted wafer is also partially decreased. For example, when a film forming process is performed on the wafer, the thickness and properties of the formed film vary. Further, for example, in the case of an etching process, the etching rate varies.
このため、ウェハ搭載面の温度分布は少なければ少ないほどよいが、現状では、温度分布は±１．０％以内の均熱性、望むべくは±０．５％以内の均熱性が求められている。このような均熱性を得るためには、シャフトのウェハ保持体との接合面以外の面の表面粗さをＲａで５μｍ以下にすればよいことを見出した。 For this reason, the smaller the temperature distribution on the wafer mounting surface, the better. However, at present, the temperature distribution is required to have a temperature uniformity within ± 1.0%, preferably within ± 0.5%. . In order to obtain such heat uniformity, it has been found that the surface roughness of the surface other than the joint surface of the shaft with the wafer holder may be set to 5 μm or less in terms of Ra.
抵抗発熱体に通電することにより、ウェハ保持体は加熱される。この時、抵抗発熱体で発生した熱は、ウェハ保持体に広がる。また、ウェハ保持体に接合されたシャフトにも伝わる。シャフトに伝わった熱は、シャフトから輻射、伝熱、対流といったかたちでシャフト外部に放出される。この輻射、伝熱、対流の各放出する熱量は、その温度や雰囲気によって変化する。例えば、シャフトの温度が高い場合には、輻射による熱の放出の比率が高くなり、雰囲気圧力が高い場合には、伝熱や対流の比率が高くなる。そして、シャフトから外部への熱の放出量が多くなることで、シャフト直上のウェハ保持体の温度が低下し、ウェハ保持体に温度分布が発生する。 By energizing the resistance heating element, the wafer holder is heated. At this time, the heat generated by the resistance heating element spreads to the wafer holder. It is also transmitted to the shaft joined to the wafer holder. The heat transferred to the shaft is released from the shaft in the form of radiation, heat transfer or convection. The amount of heat emitted by radiation, heat transfer, and convection varies depending on the temperature and atmosphere. For example, when the shaft temperature is high, the ratio of heat release due to radiation is high, and when the atmospheric pressure is high, the ratio of heat transfer and convection is high. As the amount of heat released from the shaft to the outside increases, the temperature of the wafer holder directly above the shaft decreases, and a temperature distribution occurs in the wafer holder.
この時、シャフトからの熱の放出量は、シャフトの表面積、すなわちシャフトの表面粗さが増加すれば、増加する。これは、例えば雰囲気ガスの対流や伝熱によってシャフトから奪われる熱量は、シャフトの表面積が大きければ大きい程、大きくなるからではないかと推測した。また、輻射による放熱に関してもシャフトの表面積の影響を受けると考えられる。 At this time, the amount of heat released from the shaft increases as the surface area of the shaft, that is, the surface roughness of the shaft increases. This is presumed that the amount of heat taken away from the shaft by, for example, convection of atmospheric gas or heat transfer increases as the surface area of the shaft increases. Further, it is considered that the heat radiation due to radiation is also affected by the surface area of the shaft.
このため、発明者らは、シャフトの表面の表面粗さが小さいほど、ウェハ保持体の均熱性がよくなると考えて、鋭意実験した結果本発明に至ったものである。シャフトの表面粗さを変えて実験した結果、シャフトのウェハ保持体との接合面以外の面の表面粗さが、Ｒａで５μｍ以下であれば、シャフトから奪われる熱量が小さくなり、ウェハ保持体のウェハ搭載面の温度分布が±１．０％以内になることを見出した。シャフトのウェハ保持体との接合面以外の表面粗さは、２μｍ以下がさらに好ましい。 For this reason, the inventors arrived at the present invention as a result of diligent experiments on the assumption that the smaller the surface roughness of the shaft surface, the better the temperature uniformity of the wafer holder. As a result of experimenting by changing the surface roughness of the shaft, if the surface roughness of the surface other than the joint surface of the shaft with the wafer holder is 5 μm or less in Ra, the amount of heat taken away from the shaft becomes small, and the wafer holder The temperature distribution on the wafer mounting surface was found to be within ± 1.0%. The surface roughness of the shaft other than the joint surface with the wafer holder is more preferably 2 μm or less.
また、シャフトを取り囲む雰囲気圧力が、高ければ高いほどシャフトの表面から奪われる熱量、特に伝熱や対流によって奪われる熱量は多くなる。このため、シャフトを取り囲む雰囲気圧力が、１３３Ｐａ以下であると、ウェハ搭載面の温度分布はより均一になる。 Further, the higher the atmospheric pressure surrounding the shaft, the greater the amount of heat taken away from the surface of the shaft, particularly the amount of heat taken away by heat transfer and convection. For this reason, when the atmospheric pressure surrounding the shaft is 133 Pa or less, the temperature distribution on the wafer mounting surface becomes more uniform.
本発明のウェハ保持体の材質については、絶縁性のセラミックスであれば特に制約はないが、熱伝導率が高く、耐食性にも優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が好ましい。以下に、本発明のウェハ保持体の製造方法をＡｌＮの場合で詳述する。 The material of the wafer holder of the present invention is not particularly limited as long as it is an insulating ceramic, but aluminum nitride (AlN) having high thermal conductivity and excellent corrosion resistance is preferable. Below, the manufacturing method of the wafer holder of this invention is explained in full detail in the case of AlN.
ＡｌＮの原料粉末は、比表面積が２．０〜５．０ｍ２／ｇのものが好ましい。比表面積が２．０ｍ２／ｇ未満の場合は、窒化アルミニウムの焼結性が低下する。また、５．０ｍ２／ｇを超えると、粉末の凝集が非常に強くなるので取扱いが困難になる。更に、原料粉末に含まれる酸素量は、２ｗｔ％以下が好ましい。酸素量が２ｗｔ％を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。また、原料粉末に含まれるアルミニウム以外の金属不純物量は、２０００ｐｐｍ以下が好ましい。金属不純物量がこの範囲を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。特に、金属不純物として、ＳｉなどのＩＶ族元素や、Ｆｅなどの鉄族元素は、焼結体の熱伝導率を低下させる作用が高いので、含有量は、それぞれ５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。 The raw material powder of AlN preferably has a specific surface area of 2.0 to 5.0 m 2 / g. When the specific surface area is less than 2.0 m 2 / g, the sinterability of aluminum nitride is lowered. On the other hand, if it exceeds 5.0 m 2 / g, the aggregation of the powder becomes very strong, so that handling becomes difficult. Furthermore, the amount of oxygen contained in the raw material powder is preferably 2 wt% or less. When the amount of oxygen exceeds 2 wt%, the thermal conductivity of the sintered body decreases. The amount of metal impurities other than aluminum contained in the raw material powder is preferably 2000 ppm or less. When the amount of metal impurities exceeds this range, the thermal conductivity of the sintered body decreases. In particular, group IV elements such as Si and iron group elements such as Fe as metal impurities have a high effect of reducing the thermal conductivity of the sintered body, and therefore the content is preferably 500 ppm or less.
ＡｌＮは難焼結性材料であるので、ＡｌＮ原料粉末に焼結助剤を添加することが好ましい。添加する焼結助剤は、希土類元素化合物が好ましい。希土類元素化合物は、焼結中に窒化アルミニウム粉末粒子の表面に存在するアルミニウム酸化物あるいはアルミニウム酸窒化物と反応して、窒化アルミニウムの緻密化を促進するとともに、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を低下させる原因となる酸素を除去する働きもあるので、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を向上させることができる。 Since AlN is a hardly sinterable material, it is preferable to add a sintering aid to the AlN raw material powder. The sintering aid to be added is preferably a rare earth element compound. The rare earth element compound reacts with the aluminum oxide or aluminum oxynitride existing on the surface of the aluminum nitride powder particles during the sintering to promote the densification of the aluminum nitride and the thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body. Therefore, the thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body can be improved.
希土類元素化合物は、特に酸素を除去する働きが顕著であるイットリウム化合物が好ましい。添加量は、０．０１〜５ｗｔ％が好ましい。０．０１ｗｔ％未満であると、緻密な焼結体を得ることが困難であるとともに、焼結体の熱伝導率が低下する。また、５ｗｔ％を超えると、窒化アルミニウム焼結体の粒界に焼結助剤が存在することになるので、腐食性雰囲気で使用する場合、この粒界に存在する焼結助剤がエッチングされ、脱粒やパーティクルの原因となる。更に、好ましくは焼結助剤の添加量は、１ｗｔ％以下である。１ｗｔ％以下であれば、粒界の３重点にも焼結助剤が存在しなくなるので、耐食性が向上する。 The rare earth element compound is preferably an yttrium compound that is particularly effective in removing oxygen. The addition amount is preferably 0.01 to 5 wt%. If it is less than 0.01 wt%, it is difficult to obtain a dense sintered body, and the thermal conductivity of the sintered body decreases. If it exceeds 5 wt%, a sintering aid exists at the grain boundaries of the aluminum nitride sintered body. Therefore, when used in a corrosive atmosphere, the sintering aid present at the grain boundaries is etched. , Cause degranulation and particles. Furthermore, the amount of the sintering aid added is preferably 1 wt% or less. If it is 1 wt% or less, the sintering aid is not present at the triple point of the grain boundary, so that the corrosion resistance is improved.
また、希土類元素化合物は、酸化物、窒化物、フッ化物、ステアリン酸化合物などが使用できる。この中で、酸化物は安価で入手が容易であり好ましい。また、ステアリン酸化合物は、有機溶剤との親和性が高いので、窒化アルミニウム原料粉末と焼結助剤などを有機溶剤で混合する場合には、混合性が高くなるので特に好適である。 As the rare earth element compound, an oxide, nitride, fluoride, stearic acid compound, or the like can be used. Of these, oxides are preferable because they are inexpensive and readily available. In addition, since the stearic acid compound has a high affinity with an organic solvent, when the aluminum nitride raw material powder and the sintering aid are mixed with the organic solvent, the mixing property is particularly preferable.
次に、これら窒化アルミニウム原料粉末や焼結助剤粉末に、所定量の溶剤、バインダー、更には必要に応じて分散剤や邂逅剤を添加し、混合する。混合方法は、ボールミル混合や超音波による混合等が可能である。このような混合によって、原料スラリーを得ることができる。 Next, a predetermined amount of a solvent, a binder and, if necessary, a dispersant and a glaze are added to and mixed with the aluminum nitride raw material powder and the sintering aid powder. As the mixing method, ball mill mixing, ultrasonic mixing, or the like is possible. A raw material slurry can be obtained by such mixing.
得られたスラリーを成形し、焼結することによって窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。その方法には、コファイアー法とポストメタライズ法の２種類の方法が可能である。 An aluminum nitride sintered body can be obtained by molding and sintering the obtained slurry. There are two types of methods, a cofire method and a post metallization method.
まず、ポストメタライズ法について説明する。前記スラリーをスプレードライアー等の手法によって、顆粒を作成する。この顆粒を所定の金型に挿入し、プレス成形を施す。この時、プレス圧力は、９．８ＭＰａ以上であることが望ましい。９．８ＭＰａ未満の圧力では、成形体の強度が充分に得られないことが多く、ハンドリングなどで破損し易くなる。 First, the post metallization method will be described. Granules are prepared from the slurry by a technique such as spray drying. The granules are inserted into a predetermined mold and press-molded. At this time, the press pressure is desirably 9.8 MPa or more. When the pressure is less than 9.8 MPa, the strength of the molded body is often not sufficiently obtained, and is easily damaged by handling.
成形体の密度は、バインダーの含有量や焼結助剤の添加量によって異なるが、１．５ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。１．５ｇ／ｃｍ３未満であると、原料粉末粒子間の距離が相対的に大きくなるので、焼結が進行しにくくなる。また、成形体密度は、２．５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。２．５ｇ／ｃｍ３を超えると、次工程の脱脂処理で成形体内のバインダーを充分除去することが困難となる。このため、前述のように緻密な焼結体を得ることが困難となる。 Although the density of a molded object changes with content of a binder, and the addition amount of a sintering auxiliary agent, it is preferable that it is 1.5 g / cm < 3 > or more. If it is less than 1.5 g / cm 3 , the distance between the raw material powder particles becomes relatively large, so that sintering does not proceed easily. Moreover, it is preferable that a molded object density is 2.5 g / cm < 3 > or less. If it exceeds 2.5 g / cm 3 , it will be difficult to sufficiently remove the binder in the molded body by the degreasing process in the next step. For this reason, it becomes difficult to obtain a dense sintered body as described above.
次に、前記成形体を非酸化性雰囲気中で加熱し、脱脂処理を行う。大気等の酸化性雰囲気で脱脂処理を行うと、ＡｌＮ粉末の表面が酸化されるので、焼結体の熱伝導率が低下する。非酸化性雰囲気ガスとしては、窒素やアルゴンが好ましい。脱脂処理の加熱温度は、５００℃以上、１０００℃以下が好ましい。５００℃未満の温度では、バインダーを充分除去することができないので、脱脂処理後の積層体中にカーボンが過剰に残存するので、その後の焼結工程での焼結を阻害する。また、１０００℃を超える温度では、残存するカーボンの量が少なくなり過ぎるので、ＡｌＮ粉末表面に存在する酸化被膜の酸素を除去する能力が低下し、焼結体の熱伝導率が低下する。 Next, the molded body is heated in a non-oxidizing atmosphere to perform a degreasing treatment. When the degreasing treatment is performed in an oxidizing atmosphere such as the air, the surface of the AlN powder is oxidized, so that the thermal conductivity of the sintered body is lowered. As the non-oxidizing atmosphere gas, nitrogen or argon is preferable. The heating temperature for the degreasing treatment is preferably 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. When the temperature is less than 500 ° C., the binder cannot be sufficiently removed, and therefore excessive carbon remains in the laminated body after the degreasing treatment, which inhibits sintering in the subsequent sintering step. Further, at a temperature exceeding 1000 ° C., the amount of remaining carbon becomes too small, so that the ability of the oxide film present on the surface of the AlN powder to remove oxygen is lowered, and the thermal conductivity of the sintered body is lowered.
また、脱脂処理後の成形体中に残存する炭素量は、１．０ｗｔ％以下であることが好ましい。１．０ｗｔ％を超える炭素が残存していると、焼結を阻害するので、緻密な焼結体を得ることができない。 Moreover, it is preferable that the carbon amount which remains in the molded object after a degreasing process is 1.0 wt% or less. If carbon exceeding 1.0 wt% remains, sintering is inhibited, and a dense sintered body cannot be obtained.
次いで、焼結を行う。焼結は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１７００〜２０００℃の温度で行う。この時、使用する窒素などの雰囲気ガスに含有する水分は、露点で−３０℃以下であることが好ましい。これ以上の水分を含有する場合、焼結時にＡｌＮが雰囲気ガス中の水分と反応して酸窒化物が形成されるので、熱伝導率が低下する可能性がある。また、雰囲気ガス中の酸素量は、０．００１ｖｏｌ％以下であることが好ましい。酸素量が多いと、ＡｌＮの表面が酸化して、熱伝導率が低下する可能性がある。 Next, sintering is performed. Sintering is performed at a temperature of 1700 to 2000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon. At this time, it is preferable that the moisture contained in the atmosphere gas such as nitrogen used is −30 ° C. or less in terms of dew point. In the case of containing more moisture than this, AlN reacts with moisture in the atmospheric gas during sintering to form oxynitrides, which may reduce the thermal conductivity. Moreover, it is preferable that the oxygen amount in atmospheric gas is 0.001 vol% or less. If the amount of oxygen is large, the surface of AlN may be oxidized and the thermal conductivity may be reduced.
更に、焼結時に使用する治具は、窒化ホウ素（ＢＮ）成形体が好適である。このＢＮ成形体は、前記焼結温度に対し充分な耐熱性を有するとともに、その表面に固体潤滑性があるので、焼結時に積層体が収縮する際の治具と積層体との間の摩擦を小さくすることができるので、歪みの少ない焼結体を得ることができる。 Furthermore, a boron nitride (BN) compact is suitable for the jig used during sintering. Since this BN compact has sufficient heat resistance to the sintering temperature and has a solid lubricating property on its surface, the friction between the jig and the laminate when the laminate shrinks during sintering. Therefore, a sintered body with less distortion can be obtained.
得られた焼結体は、必要に応じて加工を施す。次工程の導電ペーストをスクリーン印刷する場合、焼結体の表面粗さは、Ｒａで５μｍ以下であることが好ましい。５μｍを超えるとスクリーン印刷により回路形成した際に、パターンのにじみやピンホールなどの欠陥が発生しやすくなる。表面粗さはＲａで１μｍ以下であればさらに好適である。 The obtained sintered body is processed as necessary. When screen-printing the conductive paste in the next step, the surface roughness of the sintered body is preferably 5 μm or less in terms of Ra. If the thickness exceeds 5 μm, defects such as pattern bleeding and pinholes are likely to occur when a circuit is formed by screen printing. The surface roughness Ra is more preferably 1 μm or less.
上記表面粗さを研磨加工する際には、焼結体の両面にスクリーン印刷する場合は当然であるが、片面のみにスクリーン印刷を施す場合でも、スクリーン印刷する面と反対側の面も研磨加工を施す方がよい。スクリーン印刷する面のみを研磨加工した場合、スクリーン印刷時には、研磨加工していない面で焼結体を支持することになる。その時、研磨加工していない面には突起や異物が存在することがあるので、焼結体の固定が不安定になり、スクリーン印刷で回路パターンがうまく描けないことがあるからである。 When polishing the above surface roughness, it is natural to screen print on both sides of the sintered body, but even when screen printing is performed only on one side, the surface opposite to the screen printed side is also polished. It is better to apply. When only the surface to be screen printed is polished, the sintered body is supported by the surface that is not polished during screen printing. At this time, there may be protrusions and foreign matters on the surface that has not been polished, so that the fixing of the sintered body becomes unstable, and the circuit pattern may not be drawn well by screen printing.
また、この時、両加工面の平行度は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。平行度が０．５ｍｍを超えるとスクリーン印刷時に導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平行度は０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。さらに、スクリーン印刷する面の平面度は、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。０．５ｍｍを超える平面度の場合にも、導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平面度も０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。 At this time, the parallelism of both processed surfaces is preferably 0.5 mm or less. When the parallelism exceeds 0.5 mm, the thickness of the conductive paste may vary greatly during screen printing. The parallelism is particularly preferably 0.1 mm or less. Furthermore, the flatness of the screen printing surface is preferably 0.5 mm or less. Even in the case of flatness exceeding 0.5 mm, the variation in the thickness of the conductive paste may increase. A flatness of 0.1 mm or less is particularly suitable.
研磨加工を施した焼結体に、スクリーン印刷により導電ペーストを塗布し、電気回路の形成を行う。導体ペーストは、金属粉末と必要に応じて酸化物粉末と、バインダーと溶剤を混合することにより得ることができる。金属粉末は、セラミックスとの熱膨張係数のマッチングから、タングステンやモリブデンあるいはタンタルが好ましい。 A conductive paste is applied by screen printing to the polished sintered body to form an electric circuit. The conductive paste can be obtained by mixing metal powder, oxide powder as necessary, binder and solvent. The metal powder is preferably tungsten, molybdenum or tantalum from the viewpoint of matching the thermal expansion coefficient with ceramics.
また、ＡｌＮとの密着強度を高めるために、酸化物粉末を添加することもできる。酸化物粉末は、ＩＩａ族元素やＩＩＩａ族元素の酸化物やＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２などが好ましい。特に、酸化イットリウムはＡｌＮに対する濡れ性が非常に良好であるので、好ましい。これらの酸化物の添加量は、０．１〜３０ｗｔ％が好ましい。０．１ｗｔ％未満の場合、形成した電気回路である金属層とＡｌＮとの密着強度が低下する。また３０ｗｔ％を超えると、電気回路である金属層の電気抵抗値が高くなる。 In order to increase the adhesion strength with AlN, an oxide powder can also be added. The oxide powder is preferably a Group IIa element or Group IIIa element oxide, Al 2 O 3 , SiO 2 or the like. In particular, yttrium oxide is preferable because it has very good wettability to AlN. The addition amount of these oxides is preferably 0.1 to 30 wt%. When the content is less than 0.1 wt%, the adhesion strength between the metal layer, which is the formed electric circuit, and AlN is lowered. Moreover, when it exceeds 30 wt%, the electrical resistance value of the metal layer which is an electric circuit will become high.
導電ペーストの厚みは、乾燥後の厚みで、５μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。厚みが５μｍ未満の場合は、電気抵抗値が高くなりすぎるとともに、密着強度も低下する。また、１００μｍを超える場合も、密着強度が低下する。 The thickness of the conductive paste is preferably 5 μm or more and 100 μm or less after drying. When the thickness is less than 5 μm, the electrical resistance value becomes too high and the adhesion strength also decreases. Moreover, also when exceeding 100 micrometers, adhesive strength falls.
また、形成する回路パターンが、ヒータ回路（抵抗発熱体回路）の場合は、パターンの間隔は０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。０．１ｍｍ未満の間隔では、抵抗発熱体に電流を流したときに、印加電圧及び温度によっては漏れ電流が発生し、ショートする。特に、５００℃以上の温度で使用する場合には、パターン間隔は１ｍｍ以上とすることが好ましく、３ｍｍ以上であれば更に好ましい。 Moreover, when the circuit pattern to be formed is a heater circuit (resistance heating element circuit), the pattern interval is preferably 0.1 mm or more. If the interval is less than 0.1 mm, when a current is passed through the resistance heating element, a leakage current is generated depending on the applied voltage and temperature, resulting in a short circuit. In particular, when used at a temperature of 500 ° C. or higher, the pattern interval is preferably 1 mm or more, more preferably 3 mm or more.
次に、導電ペーストを脱脂した後、焼成する。脱脂は、窒素やアルゴン等の非酸化性雰囲気中で行う。脱脂温度は５００℃以上が好ましい。５００℃未満では、導電ペースト中のバインダーの除去が不十分で金属層内にカーボンが残留し、焼成したときに金属の炭化物を形成するので、金属層の電気抵抗値が高くなる。 Next, the conductive paste is degreased and fired. Degreasing is performed in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon. The degreasing temperature is preferably 500 ° C. or higher. If the temperature is less than 500 ° C., the binder in the conductive paste is not sufficiently removed, and carbon remains in the metal layer, and metal carbide is formed when baked, so that the electrical resistance value of the metal layer becomes high.
焼成は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１５００℃以上の温度で行うのが好適である。１５００℃未満の温度では、導電ペースト中の金属粉末の粒成長が進行しないので、焼成後の金属層の電気抵抗値が高くなり過ぎる。また、焼成温度はセラミックスの焼結温度を超えない方がよい。セラミックスの焼結温度を超える温度で導電ペーストを焼成すると、セラミックス中の含有する焼結助剤などが揮散しはじめ、更には導電ペースト中の金属粉末の粒成長が促進されてセラミックスと金属層との密着強度が低下する。 Firing is preferably performed at a temperature of 1500 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon. When the temperature is less than 1500 ° C., the particle growth of the metal powder in the conductive paste does not proceed, so that the electric resistance value of the fired metal layer becomes too high. The firing temperature should not exceed the sintering temperature of the ceramic. When the conductive paste is fired at a temperature exceeding the sintering temperature of the ceramic, the sintering aid contained in the ceramic begins to evaporate, and further, the grain growth of the metal powder in the conductive paste is promoted, and the ceramic and the metal layer. The adhesion strength of the is reduced.
次に、形成した金属層の絶縁性を確保するために、金属層の上に絶縁性コートを形成することができる。絶縁性コートの材質は、金属層が形成されているセラミックスと同じ材質であることが好ましい。該セラミックスと絶縁性コートの材質が大幅に異なると、熱膨張係数の差から焼結後に反りが発生するなどの問題が生じる。例えば、ＡｌＮの場合、ＡｌＮ粉末に焼結助剤として所定量のＩＩａ族元素あるいはＩＩＩａ族元素の酸化物や炭酸化物を加え、混合し、これにバインダーや溶剤を加え、ペーストとして、該ペーストをスクリーン印刷により、前記金属層の上に塗布することができる。 Next, in order to ensure the insulation of the formed metal layer, an insulating coat can be formed on the metal layer. The material of the insulating coat is preferably the same material as the ceramic on which the metal layer is formed. If the materials of the ceramic and the insulating coat are significantly different, problems such as warping after sintering occur due to the difference in thermal expansion coefficient. For example, in the case of AlN, a predetermined amount of Group IIa element or Group IIIa element oxide or carbonate is added to the AlN powder as a sintering aid, mixed, and a binder or solvent is added thereto, and the paste is used as a paste. It can apply | coat on the said metal layer by screen printing.
この時、添加する焼結助剤量は、０．０１ｗｔ％以上であることが好ましい。０．０１ｗｔ％未満では、絶縁性コートが緻密化せず、金属層の絶縁性を確保することが困難となる。また、焼結助剤量は２０ｗｔ％を超えないことが好ましい。２０ｗｔ％を超えると、過剰の焼結助剤が金属層中に浸透するので、金属層の電気抵抗値が変化してしまうことがある。塗布する厚みに特に制限はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満では、絶縁性を確保することが困難となるからである。 At this time, the amount of the sintering aid to be added is preferably 0.01 wt% or more. If it is less than 0.01 wt%, the insulating coating will not be densified, and it will be difficult to ensure the insulating properties of the metal layer. Moreover, it is preferable that the amount of sintering aid does not exceed 20 wt%. If it exceeds 20 wt%, an excessive sintering aid penetrates into the metal layer, and the electrical resistance value of the metal layer may change. Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness to apply | coat, It is preferable that it is 5 micrometers or more. This is because if it is less than 5 μm, it is difficult to ensure insulation.
次に、必要に応じて更にセラミックス基板を積層することができる。積層は、接合剤を介して行うのが良い。接合剤は、酸化アルミニウム粉末や窒化アルミニウム粉末に、ＩＩａ族元素化合物やＩＩＩａ族元素化合物とバインダーや溶剤を加え、ペースト化したものを接合面にスクリーン印刷等の手法で塗布する。塗布する接合剤の厚みに特に制約はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満の厚みでは、接合層にピンホールや接合ムラ等の接合欠陥が生じやすくなる。 Next, a ceramic substrate can be further laminated as required. Lamination is preferably performed via a bonding agent. The bonding agent is obtained by adding a IIa group element compound or a group IIIa element compound and a binder or a solvent to aluminum oxide powder or aluminum nitride powder, and applying the paste to the bonding surface by a method such as screen printing. Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of the bonding agent to apply | coat, it is preferable that it is 5 micrometers or more. When the thickness is less than 5 μm, bonding defects such as pinholes and bonding unevenness easily occur in the bonding layer.
接合剤を塗布したセラミックス基板を、非酸化性雰囲気中、５００℃以上の温度で脱脂する。その後、積層するセラミックス基板を重ね合わせ、所定の荷重を加え、非酸化性雰囲気中で加熱することにより、セラミックス基板同士を接合する。荷重は、５ｋＰａ以上であることが好ましい。５ｋＰａ未満の荷重では、充分な接合強度が得られないか、もしくは前記接合欠陥が生じやすい。 The ceramic substrate coated with the bonding agent is degreased at a temperature of 500 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere. Thereafter, the ceramic substrates to be stacked are superposed, a predetermined load is applied, and the ceramic substrates are bonded together by heating in a non-oxidizing atmosphere. The load is preferably 5 kPa or more. When the load is less than 5 kPa, sufficient bonding strength cannot be obtained, or the above-described bonding defect is likely to occur.
接合するための加熱温度は、セラミックス基板同士が接合層を介して十分密着する温度であれば、特に制約はないが、１５００℃以上であることが好ましい。１５００℃未満では、十分な接合強度が得られにくく、接合欠陥を生じやすい。前記脱脂ならびに接合時の非酸化性雰囲気は、窒素やアルゴンなどを用いることが好ましい。 The heating temperature for bonding is not particularly limited as long as the ceramic substrates are sufficiently adhered to each other through the bonding layer, but is preferably 1500 ° C. or higher. If it is less than 1500 degreeC, sufficient joint strength is hard to be obtained and it will be easy to produce a joint defect. Nitrogen or argon is preferably used for the non-oxidizing atmosphere during the degreasing and bonding.
以上のようにして、ウェハ保持体となるセラミックス積層焼結体を得ることができる。なお、電気回路は、導電ペーストを用いずに、例えば、ヒータ回路であれば、モリブデン線（コイル）、静電吸着用電極やＲＦ電極などの場合には、モリブデンやタングステンのメッシュ（網状体）を用いることも可能である。 As described above, a ceramic laminated sintered body serving as a wafer holder can be obtained. For example, if the electric circuit is a heater circuit without using a conductive paste, for example, a molybdenum wire (coil), an electrostatic adsorption electrode or an RF electrode, a mesh of molybdenum or tungsten (network) It is also possible to use.
この場合、ＡｌＮ原料粉末中に上記モリブデンコイルやメッシュを内蔵させ、ホットプレス法により作製することができる。ホットプレスの温度や雰囲気は、前記ＡｌＮの焼結温度、雰囲気に準ずればよいが、ホットプレス圧力は、１ＭＰａ以上加えることが望ましい。１ＭＰａ未満では、モリブデンコイルやメッシュとＡｌＮの間に隙間が生じることがあるので、ウェハ保持体の性能が出なくなることがある。 In this case, the molybdenum coil and mesh are incorporated in the AlN raw material powder, and can be manufactured by a hot press method. The hot press temperature and atmosphere may be the same as the AlN sintering temperature and atmosphere, but the hot press pressure is preferably 1 MPa or more. If the pressure is less than 1 MPa, a gap may be generated between the molybdenum coil or mesh and AlN, and the performance of the wafer holder may not be achieved.
次に、コファイアー法について説明する。前述した原料スラリーをドクターブレード法によりシート成形する。シート成形に関して特に制約はないが、シートの厚みは、乾燥後で３ｍｍ以下が好ましい。シートの厚みが３ｍｍを超えると、スラリーの乾燥収縮量が大きくなるので、シートに亀裂が発生する確率が高くなる。 Next, the cofire method will be described. The raw material slurry described above is formed into a sheet by a doctor blade method. Although there is no restriction | limiting in particular regarding sheet shaping | molding, As for the thickness of a sheet | seat, 3 mm or less is preferable after drying. If the thickness of the sheet exceeds 3 mm, the amount of drying shrinkage of the slurry increases, so that the probability of cracking in the sheet increases.
上述したシート上に所定形状の電気回路となる金属層を、導体ペーストをスクリーン印刷などの手法により塗布することにより形成する。導電ペーストは、ポストメタライズ法で説明したものと同じものを用いることができる。ただし、コファイアー法では、導電ペーストに酸化物粉末を添加しなくても支障はない。 A metal layer to be an electric circuit having a predetermined shape is formed on the above-described sheet by applying a conductive paste by a technique such as screen printing. The same conductive paste as that described in the post metallization method can be used. However, in the cofire method, there is no problem even if the oxide powder is not added to the conductive paste.
次に、回路形成を行ったシート及び回路形成をしていないシートを積層する。積層の方法は、各シートを所定の位置にセットし、重ね合わせる。この時、必要に応じて各シート間に溶剤を塗布しておく。重ね合わせた状態で、必要に応じて加熱する。加熱する場合、加熱温度は、１５０℃以下であることが好ましい。これを超える温度に加熱すると、積層したシートが大きく変形する。そして、重ね合わせたシートに圧力を加えて一体化する。加える圧力は、１〜１００ＭＰａの範囲が好ましい。１ＭＰａ未満の圧力では、シートが充分に一体化せず、その後の工程中に剥離することがある。また、１００ＭＰａを超える圧力を加えると、シートの変形量が大きくなりすぎる。 Next, the sheet on which the circuit is formed and the sheet on which the circuit is not formed are stacked. In the laminating method, each sheet is set at a predetermined position and overlapped. At this time, a solvent is applied between the sheets as necessary. In the state of being overlaid, heat as necessary. When heating, it is preferable that heating temperature is 150 degrees C or less. When heated to a temperature exceeding this, the laminated sheets are greatly deformed. Then, the stacked sheets are integrated by applying pressure. The applied pressure is preferably in the range of 1 to 100 MPa. If the pressure is less than 1 MPa, the sheets may not be sufficiently integrated and may peel during the subsequent steps. Further, when a pressure exceeding 100 MPa is applied, the deformation amount of the sheet becomes too large.
この積層体を、前述のポストメタライズ法と同様に、脱脂処理並びに焼結を行う。脱脂処理や焼結の温度や、炭素量等はポストメタライズ法と同じである。前述した、導電ペーストをシートに印刷する際に、複数のシートにそれぞれヒータ回路や静電吸着用電極回路等を印刷し、それらを積層することで、複数の電気回路を有するウェハ保持体を容易に作成することも可能である。このようにして、ウェハ保持体となるセラミックス積層焼結体を得ることができる。 This laminated body is degreased and sintered in the same manner as the above-described post metallization method. The degreasing treatment and sintering temperature, the amount of carbon, etc. are the same as in the post metallization method. When printing the conductive paste on a sheet as described above, a wafer holder having a plurality of electric circuits can be easily obtained by printing a heater circuit, an electrostatic adsorption electrode circuit, etc. on a plurality of sheets, respectively, and laminating them. It is also possible to create it. In this way, a ceramic laminated sintered body serving as a wafer holder can be obtained.
得られたセラミックス積層焼結体は、必要に応じて加工を施す。通常、焼結した状態では、半導体製造装置で要求される精度に入らないことが多い。加工精度は、例えば、ウェハ搭載面の平面度は０．５ｍｍ以下が好ましく、さらには０．１ｍｍ以下が特に好ましい。平面度が０．５ｍｍを超えると、ウェハーとウェハ保持体との間に隙間が生じやすくなり、ウェハ保持体の熱がウェハに均一に伝わらなくなり、ウェハの温度ムラが発生しやすくなる。 The obtained ceramic laminated sintered body is processed as necessary. Usually, in the sintered state, the accuracy required for a semiconductor manufacturing apparatus is often not reached. As for the processing accuracy, for example, the flatness of the wafer mounting surface is preferably 0.5 mm or less, more preferably 0.1 mm or less. When the flatness exceeds 0.5 mm, a gap is likely to be formed between the wafer and the wafer holder, so that the heat of the wafer holder is not uniformly transferred to the wafer, and the wafer temperature is likely to be uneven.
また、ウェハ搭載面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下が好ましい。Ｒａで５μｍを超えると、ウェハ保持体とウェハとの摩擦によって、ＡｌＮの脱粒が多くなることがある。この時、脱粒した粒子はパーティクルとなり、ウェハ上への成膜やエッチングなどの処理に対して悪影響を与えることになる。さらに、表面粗さは、Ｒａで１μｍ以下であれば、好適である。 Further, the surface roughness of the wafer mounting surface is preferably 5 μm or less in terms of Ra. When Ra exceeds 5 μm, AlN degranulation may increase due to friction between the wafer holder and the wafer. At this time, the shed particles become particles, which adversely affects processing such as film formation and etching on the wafer. Further, the surface roughness is preferably 1 μm or less in terms of Ra.
以上のようにして、ウェハ保持体本体を作製することができる。さらに、このウェハ保持体にシャフトを取り付ける。シャフトの材質は、ウェハ保持体のセラミックスの熱膨張係数と大きく違わない熱膨張係数のものであれば特に制約はないが、ウェハ保持体との熱膨張係数の差が５ｘ１０−６／Ｋ以下であることが好ましい。 As described above, the wafer holder body can be manufactured. Further, a shaft is attached to the wafer holder. The material of the shaft is not particularly limited as long as it is large no different thermal expansion coefficient as the thermal expansion coefficient of the ceramic wafer holder, the difference in thermal expansion coefficient between the wafer holder is less than or equal to 5x10 -6 / K Preferably there is.
熱膨張係数の差が、５ｘ１０−６／Ｋを超えると、取付時にウェハ保持体とシャフトの接合部付近にクラックなどが発生したり、接合時にクラックが発生しなくても、繰り返し使用しているうちに接合部に熱サイクルが加わり、割れやクラックが発生することがある。例えば、ウェハ保持体がＡｌＮの場合、シャフトの材質は、ＡｌＮが最も好適であるが、窒化珪素や炭化珪素あるいはムライト等が使用できる。 If the difference in thermal expansion coefficient exceeds 5 × 10 −6 / K, it is repeatedly used even if cracks occur near the joint between the wafer holder and the shaft at the time of attachment or no crack occurs at the time of joining. In the meantime, a thermal cycle is applied to the joint, and cracks and cracks may occur. For example, when the wafer holder is AlN, the shaft material is most preferably AlN, but silicon nitride, silicon carbide, mullite, or the like can be used.
取付は、接合層を介して接合する。接合層の成分は、ＡｌＮ及びＡｌ２Ｏ３並びに希土類酸化物からなることが好ましい。これらの成分は、ウェハ保持体やシャフトの材質であるＡｌＮなどのセラミックスと濡れ性が良好であるので、接合強度が比較的高くなり、また接合面の気密性も得られやすいので好ましい。 The attachment is performed via a bonding layer. The component of the bonding layer is preferably composed of AlN, Al 2 O 3 and a rare earth oxide. These components are preferable because they have good wettability with ceramics such as AlN which is the material of the wafer holder and the shaft, so that the bonding strength is relatively high and the airtightness of the bonding surface is easily obtained.
また、接合層の成分として、ＺｎＯ系の結晶化ガラスを用いることもできる。この場合、ガラスの結晶化温度が、７００〜８００℃であるので、比較的低温で接合することができるので好ましい。しかし、該ガラス成分が半導体製造装置のチャンバー内の雰囲気ガスに侵される場合もあるので、半導体製造の条件によっては、結晶化ガラスを使用できない場合もある。 Further, ZnO-based crystallized glass can also be used as a component of the bonding layer. In this case, since the crystallization temperature of glass is 700-800 degreeC, since it can join at comparatively low temperature, it is preferable. However, since the glass component may be attacked by the atmospheric gas in the chamber of the semiconductor manufacturing apparatus, crystallized glass may not be used depending on the semiconductor manufacturing conditions.
接合するシャフト並びにウェハ保持体それぞれの接合面の平面度は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。これを超えると接合面に隙間が生じやすくなり、十分な気密性を持つ接合を得ることが困難となる。平面度は０．１ｍｍ以下がさらに好適である。なお、ウェハ保持体の接合面の平面度は０．０２ｍｍ以下であればさらに好適である。また、それぞれの接合面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下であることが好ましい。これを超える面粗さの場合、やはり接合面に隙間が生じやすくなる。面粗さは、Ｒａで１μｍ以下がさらに好適である。 The flatness of the joining surfaces of the shaft to be joined and the wafer holder is preferably 0.5 mm or less. Beyond this, a gap is likely to occur on the joint surface, making it difficult to obtain a joint with sufficient airtightness. The flatness is more preferably 0.1 mm or less. The flatness of the bonding surface of the wafer holder is more preferably 0.02 mm or less. Further, the surface roughness of each joint surface is preferably 5 μm or less in terms of Ra. In the case of surface roughness exceeding this, a gap is easily generated on the joint surface. The surface roughness is more preferably 1 μm or less in terms of Ra.
次に、ウェハ保持体に電極を取り付ける。取付は、公知の手法で行うことができる。例えば、ウェハ保持体のウェハ保持面と反対側から電気回路までザグリ加工を施し、電気回路にメタライズを施すかあるいはメタライズなしで直接活性金属ろうを用いて、モリブデンやタングステン等の電極を接続すればよい。その後必要に応じて電極にメッキを施し、耐酸化性を向上させることができる。このようにして半導体製造装置用ウェハ保持体を作製することができる。 Next, an electrode is attached to the wafer holder. Attachment can be performed by a known method. For example, if you apply counterbore processing from the opposite side of the wafer holding surface of the wafer holder to the electrical circuit, and metallize the electrical circuit or use an active metal brazing directly without metallization, connect electrodes such as molybdenum and tungsten Good. Thereafter, the electrode can be plated as necessary to improve oxidation resistance. In this way, a wafer holder for a semiconductor manufacturing apparatus can be manufactured.
また、本発明のウェハ保持体を半導体装置に組み込んで、半導体ウェハを処理することができる。本発明のウェハ保持体は、ウェハ保持面の温度が均一であるので、ウェハの温度分布も従来より均一になるので、形成される膜や熱処理等に対して、安定した特性を得ることができる。 In addition, a semiconductor wafer can be processed by incorporating the wafer holder of the present invention into a semiconductor device. In the wafer holder of the present invention, since the temperature of the wafer holding surface is uniform, the temperature distribution of the wafer is also more uniform than before, so that stable characteristics can be obtained for the formed film, heat treatment, and the like. .
９９重量部の窒化アルミニウム粉末と１重量部のＹ２Ｏ３粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、ドクターブレード法にて直径４３０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのグリーンシートを成形した。なお、窒化アルミニウム粉末は、平均粒径０．６μｍ、比表面積３．４ｍ２／ｇのものを使用した。また、平均粒径が２．０μｍのＷ粉末を１００重量部として、Ｙ２Ｏ３を１重量部と、５重量部のバインダーであるエチルセルロースと、溶剤としてブチルカルビトールを用いてＷペーストを作製した。混合にはポットミルと三本ロールを用いた。このＷペーストをスクリーン印刷で、前記グリーンシート上に、ヒータ回路パターンを形成した。 99 parts by weight of aluminum nitride powder and 1 part by weight of Y 2 O 3 powder are mixed, and polyvinyl butyral is used as a binder and dibutyl phthalate is used as a solvent. A green sheet having a thickness of 430 mm and a thickness of 1.0 mm was formed. The aluminum nitride powder used had an average particle size of 0.6 μm and a specific surface area of 3.4 m 2 / g. In addition, W paste having an average particle size of 2.0 μm was prepared using 100 parts by weight of W powder, 1 part by weight of Y 2 O 3 , 5 parts by weight of ethyl cellulose as a binder, and butyl carbitol as a solvent to prepare a W paste. did. A pot mill and three rolls were used for mixing. The W paste was screen printed to form a heater circuit pattern on the green sheet.
ヒータ回路を印刷したグリーンシートに、別の１．０ｍｍ厚のグリーンシートを複数積層し、積層体を作製した。積層はモールドにシートを重ねてセットし、プレス機にて５０℃に熱しつつ、１０ＭＰａの圧力で２分間熱圧着することで行った。その後、窒素雰囲気中で６００℃にて脱脂を行い、窒素雰囲気中で１８００℃、３時間の条件で焼結を行いウェハ保持体を作製した。なお、焼結後、ウェハー保持面はＲａで１μｍ以下に、シャフト接合面はＲａで５μｍ以下になるよう研磨加工を施した。また外径も仕上加工を行った。加工後のウェハ保持体の寸法は、外径３４０ｍｍで、厚みは２０ｍｍである。 A plurality of other green sheets with a thickness of 1.0 mm were laminated on the green sheet on which the heater circuit was printed, to produce a laminate. Lamination was performed by stacking sheets on a mold, and thermocompression bonding at a pressure of 10 MPa for 2 minutes while heating to 50 ° C. with a press. Then, degreasing was performed at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere, and sintering was performed in a nitrogen atmosphere at 1800 ° C. for 3 hours to produce a wafer holder. After sintering, polishing was performed so that the wafer holding surface had Ra of 1 μm or less, and the shaft joint surface had Ra of 5 μm or less. The outer diameter was also finished. The processed wafer holder has an outer diameter of 340 mm and a thickness of 20 mm.
次に、ウェハ保持面とは反対側の面に、表１に示す材質で、外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、長さ３００ｍｍの円筒状のシャフトを取り付けた。接合層は、ＡｌＮ−Ａｌ２Ｏ３−Ｙ２Ｏ３系のペーストを用いた。なお、各材質において、シャフトの接合面以外の面の表面粗さ（Ｒａ）を表１に示すように変えた。 Next, a cylindrical shaft made of the material shown in Table 1 and having an outer diameter of 80 mm, an inner diameter of 70 mm, and a length of 300 mm was attached to the surface opposite to the wafer holding surface. As the bonding layer, an AlN—Al 2 O 3 —Y 2 O 3 paste was used. In each material, the surface roughness (Ra) of the surface other than the joint surface of the shaft was changed as shown in Table 1.
ウェハ保持面の反対側の面から、前記ヒータ回路まで２ヶ所ザグリ加工を行い、ヒータ回路を一部露出させた。露出したヒータ回路部にＷ製の電極を活性金属ろうを用いて直接接合した。この電極に通電することによりウェハ保持体を加熱し、均熱性を測定した。均熱性の測定は、１２インチウェハ温度計をウェハ保持面に搭載し、その温度分布を測定した。なお、ウェハ温度計の中心部の温度が５５０℃になるように、供給電力を調整した。この時、シャフトの材質によらず、シャフトの最高温度は、１８０℃であった。均熱性の結果を、表１に示す。なお、表１において、雰囲気圧力が真空とは、圧力が、１．３３Ｐａ以下であることを示す。 Two counterbores were made from the surface opposite to the wafer holding surface to the heater circuit to partially expose the heater circuit. An electrode made of W was directly joined to the exposed heater circuit portion using an active metal brazing. By energizing this electrode, the wafer holder was heated and the thermal uniformity was measured. For the measurement of thermal uniformity, a 12-inch wafer thermometer was mounted on the wafer holding surface, and the temperature distribution was measured. The supplied power was adjusted so that the temperature at the center of the wafer thermometer was 550 ° C. At this time, the maximum temperature of the shaft was 180 ° C. regardless of the material of the shaft. The soaking results are shown in Table 1. In Table 1, an atmospheric pressure of vacuum means that the pressure is 1.33 Pa or less.
表１から判るように、シャフトの接合面以外の表面粗さをＲａで５μｍ以下にすることにより、ウェハ保持面の温度分布を±１％以内にすることができる。更に、前記Ｒａを２μｍ以下とすれば、ウェハ保持面の温度分布を±０．５％以内にすることができる。 As can be seen from Table 1, the temperature distribution on the wafer holding surface can be within ± 1% by setting the surface roughness other than the joint surface of the shaft to 5 μm or less in Ra. Further, if the Ra is 2 μm or less, the temperature distribution on the wafer holding surface can be within ± 0.5%.
実施例１と同じＡｌＮ製のウェハ保持体とシャフトを用いて、ウェハ温度計の中心部の温度を７００℃にして、実施例１と同様に均熱性を測定した。この時、シャフトの最高温度は、２１０℃であった。均熱性の測定結果を表２に示す。 Using the same AlN wafer holder and shaft as in Example 1, the temperature at the center of the wafer thermometer was set to 700 ° C., and the thermal uniformity was measured in the same manner as in Example 1. At this time, the maximum temperature of the shaft was 210 ° C. Table 2 shows the measurement results of heat uniformity.
表２から判るように、ウェハ保持体の温度を７００℃にした場合でも、シャフトの接合面以外の表面粗さをＲａで５μｍ以下にすることにより、ウェハ保持面の温度分布を±１％以内にすることができる。更に、前記Ｒａを２μｍ以下とすれば、ウェハ保持面の温度分布を±０．５％以内にすることができる。 As can be seen from Table 2, even when the temperature of the wafer holder is 700 ° C., the temperature distribution of the wafer holding surface is within ± 1% by setting the surface roughness other than the joint surface of the shaft to 5 μm or less. Can be. Further, if the Ra is 2 μm or less, the temperature distribution on the wafer holding surface can be within ± 0.5%.
表１の各ウェハ保持体を半導体製造装置に組み込み、直径１２インチのＳｉウェハの上に、ＴｉＮ膜を形成した。Ｎｏ．５、１０、１５、２０のウェハ保持体を用いた場合は、ＴｉＮの膜厚のバラツキが１５％以上と大きかったが、それ以外のウェハ保持体を用いた場合は、１０％以下と膜厚のバラツキが小さく、良好なＴｉＮ膜を形成することができた。 Each wafer holder in Table 1 was incorporated into a semiconductor manufacturing apparatus, and a TiN film was formed on a Si wafer having a diameter of 12 inches. No. When the wafer holders 5, 10, 15, and 20 were used, the variation in the film thickness of TiN was as large as 15% or more. When other wafer holders were used, the film thickness was 10% or less. Thus, a good TiN film could be formed.
本発明によれば、シャフトのウェハ保持体との接合面以外の面の表面粗さを、Ｒａで５μｍ以下とすることにより、均熱性に優れたウェハ保持体及び半導体製造装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a wafer holder and a semiconductor manufacturing apparatus excellent in heat uniformity by setting the surface roughness of the surface other than the joint surface of the shaft to the wafer holder to 5 μm or less in Ra. it can.
１ ウェハ保持体
２ シャフト
３ 抵抗発熱体
４ 電極
1
Claims (3)
A semiconductor manufacturing apparatus on which the wafer holder according to claim 1 is mounted.
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2006
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