JP3597936B2 - ウェハ保持装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体や液晶の製造装置において、半導体ウェハや液晶用ガラス等のウェハを保持・搬送するために使用する静電チャックやサセプター等のウェハ保持装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造工程で、半導体ウェハに成膜を施すCVD装置やそのウェハに微細加工処理を施すドライエッチング装置において、半導体ウェハの保持部材としてサセプターが用いられていた。
【0003】
例えば図4に示すように、円板状の保持部材11(サセプター)の表面に、ウェハ20を載置し、その周囲をクランプリング21で押さえつけて保持するようになっていた。また、この保持部材11には裏面側より導入パイプ12を接合して、ウェハ20との接合面にHeガスなどを供給し、熱伝導性を向上させることが行われていた。また、この導入パイプ12より光ファイバを用いた測温素子を挿入し、温度を測定することも行われていた。なお、この保持部材11はステンレス等の金属からなり、金属製の導入パイプ12との間は溶接等で接合されていた。
【0004】
しかし、保持部材11が金属製であると金属元素がウェハ20を汚染することから、近年では保持部材11としてアルミナや窒化アルミニウム等を主成分とするセラミックス製のサセプターが用いられている(特開平6−151332号公報等参照)。また、クランプリング21で保持すると、ウェハ20の周辺部が無駄になったり、保持力が不均一になるために、セラミック製の静電チャックを用いて、ウェエハ20を吸着固定することも行われている(特開昭62−264638号公報等参照)。
【0005】
ところで、上記のように保持部材11をセラミックスで形成する場合の金属製導入パイプ12との接合方法は、図5に示すようにセラミック製保持部材11の導入孔11bの内面にメタライズ層を形成しておいて、幅0.5mm程度のフランジ12aを備えた導入パイプ12を挿入し、両者の間にロウ材14を充填してロウ付けすることにより接合している。
【0006】
このとき、セラミック製の保持部材11と金属製の導入パイプ12との間に熱膨張差があるため、導入パイプ12をモリブデンやコバール等のセラミックスに近い熱膨張率を有する金属で形成し、その厚みを0.5mm程度と薄くしておくことによって、上記熱膨張差に基づく応力の発生を小さくすることが行われている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図5のような接合構造としても、使用時に熱サイクルが加わると、セラミック製保持部材11と金属製導入パイプ12との熱膨張差により、両者の接合部が剥がれてしまうという問題があった。これは、導入パイプ12が、主にその外周面によって保持部材11と接合しているために、冷却時に導入パイプ12側が大きく収縮してロウ材14が剥がれやすくなるためである。
【0008】
そのため、数サイクルの使用で上記接合部が剥がれ、導入するガスがリークしてしまい、使用不能となってしまうという不都合があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、表側のウェハ載置面に開口する導入孔を備えたセラミック製保持部材の裏面側に、上記導入孔に連通する金属製の導入パイプを、環状金属板を介して接合し、ウェハ保持装置を構成した。
【0010】
即ち、環状金属板を介在することによって、導入パイプと環状金属板の間はいずれも金属であるから強固に接合することができ、また環状金属板とセラミック製保持部材との間は平面同士の接合となるため剥がれにくくなり、また環状金属板が変形することによって熱膨張差による応力を緩和するとともに、この接合部の面積を充分に広くしておけばガスリークを防止することができる。
【0011】
また、本発明によれば、上記環状金属板の厚みを1mm以下とし、かつ環状金属板とセラミック製保持部材との接合部の幅を1mm以上とすることによって、両者の熱膨張差による応力を緩和し、リークを防止できる。
【0012】
さらに、本発明によれば、上記環状金属板のセラミック製保持部材と反対側の面に、セラミック製の変形防止リングを接合したことによって、環状金属板の変形や剥がれを防止することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下本発明のウェハ保持装置の実施形態をサセプターを例にとって図によって説明する。
【0014】
図1に示すように、ウェハ保持部材11はセラミックスからなる円板状体であり、表側に備えたウェハ(不図示)を載置する平坦な載置面11aと、該載置面11aと裏面11cとを連通する導入孔11bを有している。この導入孔11bには裏面11c側より導入パイプ12を挿入し、環状金属板13を介して接合してある。
【0015】
上記保持部材11の載置面11aにウェハを載置し、導入パイプ12よりHe等のガスを導入すれば、ウェハと載置面11a間にガスを介在させ、熱伝達性を向上させることができる。なお、図示していないが、載置面11aに溝を形成して、ガスの供給効率を高めることもできる。
【0016】
さらに、上記環状金属板13には、熱電対取付端子16をロウ付けや溶接で容易に接合することができ、この部分に熱電対を取り付ければ温度を測定することができる。
【0017】
また、保持部材11と導入パイプ12との具体的な接合構造は、セラミック製保持部材11の裏面11cにメタライズ層を形成しておいて、ロウ材14により環状金属板13をロウ付けし、この環状金属板13と導入パイプ12のフランジ12aとの間をロウ材15でロウ付けするか又は溶接によって接合してある。
【0018】
このとき、導入パイプ12と環状金属板13は、共に金属材であるから、ロウ付けや溶接によって強固に接合することができ、使用時に熱サイクルが加わっても剥がれることはない。あるいは、導入パイプ12と環状金属板13を一体的に形成しておくこともできる。
【0019】
また、環状金属板13と保持部材11は平面同士の接続であるから、熱膨張差が生じても接合面と平行方向に応力が加わるため剥がれにくくなる。しかも環状金属板13が変形することによって上記熱膨張差による応力を緩和することができ、さらに広い範囲でロウ材14を充填できるため、使用時に熱サイクルが加わってもガスのリークを防止することができる。
【0020】
ここで、環状金属板13は、中央貫通孔を有する円板状体であるが、ガスのリークを防止するためには、その厚みtを1mm以下とし、かつ接合部の幅dを1mm以上とすることが重要である。
【0021】
これは、環状金属板13の厚みtが1mmを超えると、変形しにくくなって熱サイクルが加わった時の応力を緩和する効果が乏しくなるためであり、また接合部の幅dが1mm未満であるとガスリークしやすくなるためである。
【0022】
また、環状金属板13を成す金属材は、保持部材11を成すセラミックスに熱膨張率が近いものを用いる。具体的には、保持部材11を成すセラミックスとの熱膨張率の差が2×10−6/℃以下のものを用いることが好ましく、例えば窒化アルミニウム製の保持部材11に対してはコバールやモリブデン等を用いる。
【0023】
なお、上記のように環状金属板13を介在させることによって、導入パイプ12を成す金属材はさまざまなものを用いることができ、例えばステンレス、モリブデン、コバール等を用いる。
【0024】
また、保持部材11を成すセラミックスとしては、Al2 O3 、AlN、ZrO2 、SiC、Si3 N4 等の一種以上を主成分とするセラミックスを用いる。中でも特に耐プラズマ性の点から、99重量%以上のAl2 O3 を主成分とし、SiO2 、MgO、CaO等の焼結助剤を含有するアルミナセラミックス、単結晶サファイア、AlNを主成分とし周期律表第2a族元素酸化物や第3a族元素酸化物を0.5〜20重量%の範囲で含有する窒化アルミニウム質セラミックス、あるいは99重量%以上のAlNを主成分とする高純度窒化アルミニウム質セラミックスのいずれかが好適である。
【0025】
さらに、ロウ材14、15の材質としては、高温中で溶融、液化を生じないものを用い、具体的にはAg−Cu系、Ag系等のロウを用いる。
【0026】
次に本発明の他の実施形態を説明する。
【0027】
図2に示すウェハ保持装置は、導入パイプ12と環状金属板13を予め一体的に形成し、かつ環状金属板13の裏側にセラミック製の変形防止リング17をロウ材18によって接合したものであり、その他は図1に示す実施形態と同様である。
【0028】
この場合は、導入パイプ12と環状金属板13を一体的に形成してあることから、両者を接合する必要がなく、より強固な接合構造とすることができる。また、変形防止リング17と保持部材11で環状金属板13を挟み込む構造とすることによって、熱サイクルが加わっても環状金属板13とセラミック製保持部材11の剥がれを防止し、寿命をより長くすることができる。
【0029】
上記変形防止リング17は、環状金属板13と同様の円板状体で、保持部材11を成すセラミックスと熱膨張率が近似したものを用いる必要があり、具体的には保持部材11との熱膨張率差が2×10−6/℃以下のセラミックスを用いる。特に、保持部材11と同じ主成分のセラミックスを用いれば最適である。
【0030】
なお、この変形防止リング17を図1に示す構造のウェハ保持装置に適用することもできる。
【0031】
さらに、本発明の他の実施形態を図3に示す。このウェハ保持装置は、導入パイプ12に環状金属板13をロウ材15で接合するか又は一体的に形成し、この環状金属板13は曲面状の応力緩和部13aを備え、周辺部をロウ材14によって保持部材11にロウ付けしたものである。そのため、セラミックス製の保持部材11と環状金属板13との熱膨張差が生じた場合には、この応力緩和部13aが変形することによって、熱膨張差による応力を緩和することができる。
【0032】
また、以上の図1〜3に示す例では、サセプター型のウェハ保持装置について説明したが、上記保持部材11に静電電極を埋設して静電チャック型のウェハ保持装置とすることもできる。
【0033】
さらに、これらのウェハ保持装置において、保持部材11内に発熱抵抗体やプラズマ発生用電極等を埋設しておくこともできる。
【0034】
また、上記導入パイプ12はガスを導入するだけでなく、光ファイバを用いた測温素子を下方から挿入してウェハ載置面11aの温度を測定するために用いることもできる。
【0035】
なお、本発明のウェハ保持部材は、半導体の製造工程において半導体ウェハを保持する際に好適に使用することができるが、この他に液晶の製造工程における液晶用ガラスの保持など、さまざまな用途に使用することができる。
【0036】
【実施例】
本発明実施例として、図1に示すウェハ保持装置を試作し、環状金属板13の厚みt、接合部の幅dを種々に変化させた時のガスリーク量を測定する実験を行った。
【0037】
保持部材11は窒化アルミニウム質セラミックスで形成し、環状金属板13はコバールで形成してその厚みtを変化させたものを用意し、いずれも接合部の幅dを1mmとして接合した。このウェハ保持装置を用いて実際のPVD装置中で常温から600℃の熱サイクルを加えた後、ガス導入パイプ12内にHeガスを導入し、外部のリーク量をHeリークディテクターにて測定して、リーク量が1×10−9Torr・リットル/秒以下のものを○、そうでないものを×として評価した。
【0038】
結果は表1に示すように、環状金属板13の厚みtが1mmを超えるものではガスリークが生じたのに対し、厚みtを1mm以下としたものではほとんどガスリークがなかった。
【0039】
【表1】
【0040】
次に、環状金属板13の厚みtを1mmにし、接合部の幅dを変化させて同様の実験を行った。
【0041】
結果は表2に示すように、接合部の幅dが1mm未満ではガスリークが生じたのに対し、接合部の幅dを1mm以上としたものではほとんどガスリークがなかった。
【0042】
【表2】
【0043】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、表側のウェハ載置面に開口する導入孔を備えたセラミック製保持部材の裏面側に、上記ガス導入孔に連通する金属製の導入パイプを、環状金属板を介して接合したことによって、使用時に熱サイクルが加わってもセラミック製保持部材と導入パイプとの接合部の剥がれを防止してリークの発生を抑えることができるため、長期間にわたって良好に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のウェハ保持装置を示す部分断面図である。
【図2】本発明のウェハ保持装置の他の実施形態を示す部分断面図である。
【図3】本発明のウェハ保持装置の他の実施形態を示す部分断面図である。
【図4】従来のウェハ保持装置を示す概略断面図である。
【図5】従来のウェハ保持装置を示す部分断面図である。
【符号の説明】
11:保持部材
11a:載置面
11b:導入孔
11c:裏面
12:導入パイプ
12a:フランジ
13:環状金属板
13a:応力緩和部
14:ロウ材
15:ロウ材
16:熱電対取付端子
17:変形防止リング
18:ロウ材
20:ウェハ
Claims (1)
- 表側のウェハ載置面に開口する導入孔を備えたセラミック製保持部材の裏面側に、上記導入孔に連通する金属製の導入パイプを、厚み1mm以下であり接合部の幅1mm以上の環状金属板を介して、該環状金属板と上記セラミック製保持板の裏面との間をロウ付けして接合するとともに、上記環状金属板のセラミック製保持部材と反対側の面に、セラミック製の変形防止リングを接合したことを特徴とするウェハ保持装置。
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