JP4163984B2

JP4163984B2 - Electrostatic chuck

Info

Publication number: JP4163984B2
Application number: JP2003084284A
Authority: JP
Inventors: 清横山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP2004296579A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
半導体の製造に使用するＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、ＳＯＤ、ＳＯＧ、等の成膜装置やエッチング装置において、半導体ウェハを保持する静電チャックに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスを製造する半導体ウェハ（以下、ウェハという）の処理工程であるＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、ＳＯＤ、ＳＯＧ等の成膜工程やエッチング工程では、被処理物であるウェハに均一な厚みで均質な膜を成膜することや、成膜した膜に均一な深さでエッチングを施すことが重要である。このため、ウェハを吸着し、加熱する静電チャックには、強い吸着力や、ウェハを均一に加熱することが要求されてきた。
【０００３】
しかしながら近年、半導体デバイスの内部配線は従来のＡｌ配線からＣｕ配線へと移行が進み、Ｃｕ配線ではウェハを高温に加熱する必要はなくなり、室温付近でウェハを吸着する静電チャックが必要となっている。しかしながら、静電チャックの載置面のＳｉウェハは、ＣｕやＡｒなどのプラズマにさらされているため、温度が上昇する。この温度上昇を抑えるには、静電吸着用の電極を備えた静電吸着部の熱を外部に逃がす必要があり、静電吸着部に熱伝導率が１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上と大きなＡｌとＳｉＣとからなる複合材プレートをロウ材またはハンダなどで接合している。そして、前記の複合材プレートに水冷または空冷を施してＣｕまたはＡｒプラズマに晒されて加熱されたＳｉウェハから熱を取り除き冷却する方法が考案されている。
【０００４】
特許文献１には図３に示すように静電吸着用の電極を埋設した板状セラミックス体８と、セラミックとＡｌとからなる複合材プレート１２とを接合した静電チャック２０が提案されている。前記静電チャック２０には中央に複合材プレート１２と板状セラミックス体８を貫通するガス導入孔１０を備えている。前記の複合材プレート１２に含まれるセラミックス成分として熱伝導率の大きなＳｉＣが提案され、更に該複合材プレート中のセラミックス成分の割合に応じて接合温度を１５０〜６３０℃の範囲で選択して一体に接合する方法が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、図４に示すように複合材プレート１３の上面に絶縁層を形成しその上に静電吸着用の電極１４を形成し更にその上面に絶縁層１５を被覆した静電チャックが開示されている。上記の複合材プレート１３のＡｌとＳｉの重量比（Ａｌ／Ｓｉ）は６．７であった。また、前記の絶縁層１５は、１×１０^８〜５×１０^１３Ω・ｃｍの体積固有抵抗値を有する誘電体からなり、その下層が絶縁体からなるものである。
【０００６】
〔特許文献１〕
特開平１０−３２２３９号公報
〔特許文献２〕
特開２００３−３７１５８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図３のＡｌとＳｉＣからなる複合材プレート１２と板状セラミック体からなる静電吸着部８とを金属接合層１１で接合する場合には、上記のＡｌと金属接合層１１との濡れ性が悪く、複合材プレート１２と静電吸着部８を一体化する事はできても、どうしても金属接合層１１と上記Ａｌの濡れ性の悪さから金属接合層１１に空洞が発生した。この空洞が発生することから特許文献１や特許文献２に提案されるような従来の製造方法で作製された静電チャック２０、３０は、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、ＳＯＤ、ＳＯＧ、等の成膜工程やエッチング工程で使用される半導体ウェハを保持する静電チャックに要求される１．３×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓの真空気密性を確保できなかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の静電チャックは、板状セラミックス体の一方の主面側をウェハの載置面とし、内部に電極を備えた静電吸着部と、該静電吸着部の載置面と反対側の面に金属接合層を介して接合された、鋳込み成型により成型されたＳｉＣセラミック粒子とＡｌ・Ｓｉの共晶材料との複合材プレートとからなり、前記板状セラミックス体の一方の主面から前記複合材プレートの前記金属接合層と反対側の面まで貫通するガス孔を有し、前記金属接合層の厚みが１０〜２００μｍであり、前記金属接合層に接触する前記複合材プレートの表面におけるＡｌの占有面積率が５〜８０％であることを特徴とする。
【０００９】
また、前記複合材プレートのＡｌとＳｉの重量比（Ａｌ／Ｓｉ）が０．１〜６であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の静電チャック１００の断面図の一例を示す。
【００１２】
板状セラミックス体１の一方の主面側をウェハＷを載せる載置面７とし、前記板状セラミックス体１の内部に電極２を備えた静電部吸着部１０１と、該静電吸着部１０１の載置面７と反対側の面に金属接合層３を介して、ＳｉＣセラミック粒子とＡｌ・Ｓｉの共晶材料からなる複合材プレート４が接合されている。前記電極２と導通した給電端子５を備え、載置面７にウェハＷを載せ、給電端子５に直流電圧を印加しウェハＷを載置面７に静電吸着することができる。そして、ガス導入孔６からＨｅ等の熱伝導性ガスを導入しウェハＷからの熱を板状セラミックス体１に伝え、更に板状セラミックス体１から複合材プレート４に熱を伝えることができる。
【００１３】
そして、複合材プレート４に熱媒体を還流させて複合材プレート４の熱を外部に放出することができる。
【００１４】
さて、実際の半導体デバイスの製造工程においては、静電チャック１００はＣＶＤ工程、ＰＶＤ工程、スパッタリング、ＳＯＤ、ＳＯＧ、等の成膜工程やエッチング工程において、半導体ウェハＷを保持する役目を果たす。これらの工程は、全て真空中での処理となるため、静電チャック１００のＳｉウェハの載置面７側は高真空に晒され、ＳｉＣとＡｌとＳｉの複合材プレート４側は大気圧下となる。この際、ガス導入孔６を通って、Ａｒなどの冷却ガスなどが導入されるため、金属接合層３には一般的に１．３×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓ程度の真空気密性が要求される。
【００１５】
図１に示す本発明の静電チャック１００は、特許文献１のＡｌとＳｉＣからなる複合材プレート１２と異なり、ＳｉＣセラミック粒子とＡｌとＳｉの複合材プレート４からなり、複合材プレート４の中のＡｌとＳｉの組み合わせから、複合材プレート４として製造した際にＡｌ・Ｓｉ系の共晶材料を形成していることから、金属接合層３との濡れ性が改善される。Ａｌ・Ｓｉ系の共晶材料がＳｉＣとＡｌとＳｉの複合材中に形成されていなくても、Ｓｉ自体の金属接合層３との濡れ性が好ましい為にＡｌとＳｉＣの複合材プレートと比べて、金属接合層３との濡れ性が改善され、ＳｉＣ・Ａｌ・Ｓｉ複合材プレート４と金属接合層３との間に空洞が発生する事がなく、Ｈｅリークレートで１．３×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓ程度の真空気密性を確保する事ができる。
【００１６】
また、金属接合層３の厚みを１０μｍ〜２００μｍとすることで、板状セラミックス体１とＳｉＣ・Ａｌ・Ｓｉ複合材プレート４との真空気密性を確保することができる。金属接合層３の厚みが１０μｍを下回ると、アンカー効果が充分に得られないためにＨｅリークレートが大きくなる。また、金属接合層３の厚みが２００μｍを越えると、金属接合層３が流れすぎて、ガス導入孔６に進入してきて好ましくない。
【００１７】
更に、前記複合材プレート４の金属接合層３に接触する面においてＡｌの占有する面積率が５〜８０％であることが好ましい。
【００１８】
８０％以下とした理由は、前記複合材プレート４と金属接合層３との濡れ性を飛躍的に向上させることができるからである。前記複合材プレート４の組成が如何なる組成であろうとも、金属接合層３との濡れ性を決めるのは金属接合層３に接触する前記複合材プレート４の面である。該面内においてＡｌの占有する面積が８０％を越えるとＡｌの他の金属材料との濡れ性の低下が顕著に現れて、金属接合層３に空洞、ボイドが発現し、前記の真空気密性を悪化させるからである。
【００１９】
また、前記のＡｌの占有する面積が５％以上とした理由は、Ａｌの占有面積が５％未満とすると、静電チャック１００と複合材プレート４間の熱伝達率が低下しすぎて、静電チャックとしての機能が成立しなくなるからである。
【００２０】
さて、前記複合材プレート４の金属接合層３に接触する面においてＡｌの占有する面積を５〜８０％とする方法は、ＳｉＣセラミックス粒子に溶融物を含浸させ、含浸中はセラミックス粒子と溶融物に熱だけを加え、圧力はかけない。含浸が終了した時点で、１０〜１００ｒｐｍの回転数の撹拌ブレードにより溶融物が含浸されたＳｉＣセラミックス粒子を加熱しながら１〜１０時間混合する。その後、鋳込み成型により所望の形状に成型し、複合材プレート４とする。
【００２１】
ＳｉＣとＡｌとＳｉの複合材プレート４を製造する場合には、ＡｌとＳｉの重量比（Ａｌ／Ｓｉ）と鋳込み成型の冷却速度により、Ａｌの複合材プレート４の金属接合層３に接触する面においてＡｌの占有する面積が決定される。Ａｌの複合材プレート４の金属接合層３に接触する面においてＡｌの占有する面積を５〜８０％にするためには、ＡｌとＳｉの重量比（Ａｌ／Ｓｉ）を０．１〜６の範囲にしないとＡｌの占有する面積が５〜８０％から逸脱する虞がある。
【００２２】
また、鋳込み成型時の冷却速度が１℃／分よりも遅いと同じＡｌ／Ｓｉ比の複合材プレートであっても、Ａｌの複合材プレート４の金属接合層３に接触する面においてＡｌの占有する面積が大きくなりやすい。これは、ＳｉＣとＡｌとＳｉでは、Ａｌだけが溶融しているが、冷却速度が１℃／分以上と充分に早い場合には、調合した組成が複合材プレートの内部から表面まで反映されやすいが、冷却速度が１℃／分未満になると、Ａｌの表層への析出が起こりやすくなるからである。
【００２３】
また、前記複合材プレート４の中のＡｌとＳｉの重量比（Ａｌ／Ｓｉ）が０．１〜６としたのは、前記複合材プレートの金属接合層に接触する面においてＡｌの占有する面積が５〜８０％となるように調整するためである。ＡｌとＳｉの重量比が０．１未満では、Ｓｉが過多となり、複合材プレート４と金属接合層３との界面が脆くなりすぎるために、接合時にクラックを生じる虞がある。また、ＡｌはＳｉＣ、Ｓｉとも基本的には濡れ性が悪く、偏在しやすいことから、ＡｌはＳｉに比べて表面に析出し易く、ＡｌとＳｉの重量比（Ａｌ／Ｓｉ）が６を越えると、前記複合材プレートの金属接合層に接触する面においてＡｌの占有する面積が８０％を越える虞があり好ましくない。また、前記重量比（Ａｌ／Ｓｉ）が０．１を下回るとＡｌの占有する面積が５％未満となる虞があり好ましくない。
【００２４】
また、前記静電吸着部１０１と複合材プレート４とを前記金属接合層３で接合するには、互いの接合面に垂直な方向に平均圧力が１０〜２００ｋＰａの押圧力を印加することが好ましい。
【００２５】
その理由は、前記静電吸着部１０１と複合材プレート４との金属接合は接合面に所望の荷重をかけるか、あるいはホットプレス法で加圧しながら、所望の温度、所望の圧力下にて接合するが、この際に金属接合層３の厚みのバラツキは中心値±３０％以下が望ましく、金属接合層３の厚みのバラツキを中心値±３０％以下を達成するためには、接合のために印加する荷重は１０〜２００ｋＰａの範囲であることが好ましい。印加荷重が１０ｋＰａ未満では、金属接合材の厚みの均一性が充分に得られない為に直径が２００ｍｍを越える静電チャック１００を接合する場合には、部分的な剥がれが発生し、Ｈｅリークレートが大きくなる。
【００２６】
一方、金属接合層３に垂直な方向に加える圧力が２００ｋＰａを越えると、印可荷重が高すぎて、静電チャック１００の中心部と外周部の金属接合層３の厚みが不均一になりやすく、中心部の金属接合層３が薄くなり過ぎて、充分なアンカー効果が得られず、Ｈｅリークレートが大きくなり好ましくない。
【００２７】
次に、本発明の静電チャック１００の製造方法を説明する。
【００２８】
静電チャック１００を構成する絶縁性セラミックスとしては、ＡｌＮ質焼結体が用いられるが、ＡｌＮ質焼結体の製造に当たっては、ＡｌＮ粉末に重量換算で１０質量％程度の第３ａ族酸化物を添加し、IPAとウレタンボールを用いてボールミルにより４８時間混合し、得られたＡｌＮ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時間乾燥して、均質なＡｌＮ質混合粉末を得る。得られたＡｌＮ質混合粉末に所望の有機バインダーを所望の量だけ添加し、スプレードライ方法などの方法で乾燥させ、ＡｌＮ質混合粉末の造粒された顆粒を得る。得られたＡｌＮ質混合粉末の顆粒を一軸プレス法、ＣＩＰ法などの方法により成形し、必要に応じて生切削を施して、所望の形状のＡｌＮ質成形体を得る。得られたＡｌＮ質成形体を非酸化性ガス気流中にて３００〜５００℃で３〜８時間程度の脱脂を行い、更に非酸化性雰囲気にて１７００〜２０００℃で１〜１０時間程度の焼成を行い、ＡｌＮ質焼結体を得る。
【００２９】
ＡｌＮ質焼結体で静電チャック１００を製造する場合には、前記と同様の方法でＡｌＮ質混合粉末を作成し、得られたＡｌＮ質混合粉末にアクリル系のバインダーと溶媒を混合してＡｌＮ質のスリップを作成し、ドクターブレード法にてテープ成形を行う。得られたＡｌＮのテープを複数枚積層し、その上に静電チャックの電極２としてＷを印刷法で形成し、無地のテープに所望の密着液を塗り、テープを複数枚重ねてプレス成形を行う。得られたＡｌＮとＷ電極の混合成形体を非酸化性ガス気流中にて５００℃で５時間程度の脱脂を行い、更に非酸化性雰囲気にて１９００℃で５時間程度の焼成を行い、誘電体からなるＡｌＮ質焼結体を得る。こうして得られたＡｌＮ質焼結体に所望の形状、所望の誘電体層厚みが得られるように機械加工を施し、静電吸着部１０１とする。
【００３０】
更に、得られた静電吸着部１０１にＳｉＣ・Ａｌ・Ｓｉからなる複合材プレート４を金属接合層３で接合する際には、Ａｌロウ、Ｉｎロウなどの金属接合材を選択すると良い。金属接合層の厚みが１０〜２００μｍになるように調整した後に静電吸着部１０１と複合材プレート４との間に配置し、所望の荷重をかけるか、あるいはホットプレス法で加圧しながら、所望の温度、所望の圧力下にて接合する。
【００３１】
【実施例】
（実施例１）ＡｌＮ粉末に重量換算で１０質量％の第３ａ族酸化物を添加し、ＩＰＡとウレタンボールを用いてボールミルにより４８時間混合し、得られたＡｌＮ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時間乾燥して、均質なＡｌＮ質混合粉末を得る。得られたＡｌＮ質混合粉末にアクリル系のバインダーと溶媒を混合してＡｌＮ質のスリップを作成し、ドクターブレード法にてテープ成形を行った。
【００３２】
得られたＡｌＮのテープを複数枚積層し、その上に静電チャックの電極としてＷを印刷法で形成し、無地のテープに所望の密着液を塗り、テープを複数枚重ねてプレス成形を行った。
【００３３】
得られたＡｌＮとＷ電極の混合成形体を非酸化性ガス気流中にて５００℃で５時間程度の脱脂を行い、更に非酸化性雰囲気にて１９００℃で５時間程度の焼成を行い、誘電体からなるＡｌＮ質焼結体を得た。
【００３４】
こうして得られたＡｌＮ質焼結体に所望の形状、載置面と電極の絶縁膜が所望の厚みが得られるように機械加工を施し、静電吸着部とした。更に所望のガス溝を静電チャックのウエハ載置面にサンドブラストなどの方法で形成した。
【００３５】
更に得られた静電吸着部に様々にＳｉの含有量を変えて、金属接合層に接触する面のＡｌの占有する面積を変化させたＳｉＣ・Ａｌ・Ｓｉからなる複合材プレートをＡｌロウ、Ｉｎロウなどの金属接合層を介して接合した。
【００３６】
金属接合層に接触する複合材プレートの面のＡｌの占有する面積は、複合材の表面のＳＥＭ／ＥＤＳ分析から以下の方法で算出した。複合材プレート表面の中心部の一点と最外周部４点と、更に中心部の一点と最外周部の４点を結ぶ各直線の中間点４点との合計９箇所をＳＥＭ／ＥＤＳ分析器にて１０００倍で観察した。そして、上記の９箇所のＡｌのマッピングを行った。各１０００倍の画像中に占めるＡｌの占める面積を測定し、上記９箇所の平均値を求め複合材プレートの表面のＡｌの占有する面積とした。
【００３７】
接合は、１×１０^−８Ｐａ程度の真空炉中で行い、Ａｌロウの場合は５５０〜６００℃で、Ｉｎロウの場合は１８０〜２００℃程度で５８ｋＰａの荷重をかけて接合した。接合する際には、金属接合層の厚みが１〜２１０μｍになるように変化させた。
【００３８】
完成した静電チャックを図２に示すようにＳｉラバーゴム栓１７をセットし、ガス導入孔６から真空引きを行い、Ｈｅリークディテクターに接続した。周囲からＨｅを吹きかけて、ＨｅリークディテクターでＨｅのリークレートを測定した。表１に結果を示す。
【００３９】
【表１】

【００４０】
本発明の範囲内である金属接合層の厚みが１０〜２００μｍで、複合材プレートの金属接合層に接触する面のＡｌの占有する面積が５〜８０％である試料Ｎｏ．１〜１３は、Ｈｅリークレートで１．３×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下の値が得られ優れていることが分った。
【００４１】
また、金属接合層の厚みが１０μｍを下回る試料Ｎｏ．１４、１５は、Ｈｅリークレートが１．０×１０^−９、１．０×１０^−８Ｐａ・ｍ^３／ｓと大きく静電チャックとして使用できなかった。更に、金属接合層の厚みが２００μｍを超えた試料Ｎｏ．１６、１７はガス導入孔にロウ材のはみ出しがあり静電チャックとして使用できなかった。
【００４２】
また、複合材プレートの金属接合層に接触する面においてＡｌの占有する面積が５％を下回る試料Ｎｏ.２０はＨｅリークレートが１．０×１０^−９Ｐａ・ｍ^３／ｓと大きく、一方、Ａｌの占有する面積が８０％を越える試料Ｎｏ．１８，１９は、Ｈｅリークレートが１．０×１０^−９Ｐａ・ｍ^３／ｓ、１．０×１０^−８Ｐａ・ｍ^３／ｓと大きく１．０×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓを越えていることから静電チャックとして使用できなかった。
【００４３】
（実施例２）
実施例１と同様に静電チャックを作製した。複合材プレートの金属接合層に接触する面においてＡｌの占有する面積が３〜８１％の試料についてその組成を定量分析した結果を表２に示す。そして実施例と同様に評価した。その結果を表２に示す。
【００４４】
【表２】

【００４５】
本発明の複合材プレートのＡｌとＳｉの比（Ａｌ／Ｓｉ）が０．１〜６である試料Ｎｏ．５１〜６１はＨｅガスリークレートが３×１０^−１２Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下と更に小さく好ましい事が分った。
【００４６】
しかし、試料Ｎｏ．６２はＡｌ／Ｓｉが６．１４と大きくＨｅガスリークレートが３×１０^−１１Ｐａ・ｍ^３／ｓとやや大きかった。また、試料Ｎｏ．６３はＡｌ／Ｓｉの比が０．０９と小さすぎることからＨｅガスリークレートが３×１０^−１１Ｐａ・ｍ^３／ｓとやや大きかった。
【００４７】
従って、Ａｌ／Ｓｉの比は０．１〜６はＨｅガスリークレートが極めて小さく優れた特性を示す事が分った。
【００４８】
（実施例３）
表１のＮｏ．２の複合材プレートを用いて、金属接合層の厚みは１０μｍに保持したまま、接合時の金属接合層に垂直な方向に加える平均圧力を２〜２１０ｋＰａまで変えて静電チャックを作製し、図２に示す方法でＨｅリーク試験を行った。表３に結果を示す。
【００４９】
【表３】

【００５０】
本発明の製造方法で作製した試料Ｎｏ．７１〜７４はＨｅリークレートで１．３×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下のＨｅリークレートとなり、本発明の範囲外である試料Ｎｏ．７５〜７８は、Ｈｅリークレートで１．３×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓ以下を達成できなかった。
【００５１】
【発明の効果】
本発明によれば、板状セラミックス体の一方の主面側をウェハの載置面とし、内部に電極を備えた静電吸着部と、該静電吸着部の載置面と反対側の面に金属接合層を介して接合した、鋳込み成型により成型されたＳｉＣとＡｌとＳｉの複合材プレートからなり、前記板状セラミックス体の一方の主面から前記複合材プレートの前記金属接合層と反対側の面まで貫通するガス孔を有し、前記金属接合層の厚みが１０〜２００μｍであり、前記金属接合層に接触する前記複合材プレートの表面におけるＡｌの占有面積率を５〜８０％として静電チャックを構成したことによって、ＳｉＣ・Ａｌ・Ｓｉ複合材プレートと金属接合層との間に空洞が発生する事がなく、Ｈｅリークレートで１．３×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓの真空気密性を確保できる静電チャックを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の静電チャックの断面図である。
【図２】静電チャックのＨｅリーク試験方法の断面図である。
【図３】従来の静電チャックの断面図である。
【図４】従来の静電チャックの断面図である。
【符号の説明】
１００：静電チャック
１０１：静電吸着部
１：板状セラミックス体
２：静電チャック電極
３：金属接合層
４：複合材プレート
５：静電チャック電極端子
６：ガス導入孔
７：載置面
８：セラミックスプレート
９：電極
１０：スルーホール
１１：接合材
１２：複合材プレート
１３：複合材プレート
１４：電極
１５：絶縁層
１６：金属接合層
１７：ゴム栓
２０、３０：静電チャック[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
CVD used in semiconductor manufacturing, PVD, sputtering, SOD, SOG, in the film deposition apparatus or an etching apparatus and the like, to an electrostatic chuck for holding a semiconductor c E c.
[0002]
[Prior art]
Semiconductor c E c (hereinafter, U as E c) for manufacturing the semiconductor device CVD is a process of, PVD, sputtering, SOD, the film-forming process and an etching process such as SOG, the c E c which is an object to be treated It is important to form a uniform film with a uniform thickness and to etch the formed film with a uniform depth. Therefore, to adsorb c E c, the electrostatic chuck for heating or strong adsorption force, to uniformly heat the c E c have been required.
[0003]
Recently however, the internal wiring of the semiconductor device is progressed transitions to Cu wiring from a conventional Al wiring, it is not necessary to heat the c E c to high temperatures in the Cu wiring, an electrostatic chuck for attracting a c E c at around room temperature It is necessary. However, Si c E c of the mounting surface of the electrostatic chuck, because it is exposed to plasma such as Cu and Ar, the temperature is increased. In order to suppress this temperature rise, it is necessary to release the heat of the electrostatic adsorption part provided with the electrode for electrostatic adsorption to the outside, and the thermal conductivity of the electrostatic adsorption part is as large as 150 W / (m · K) or more. A composite material plate made of Al and SiC is joined by brazing material or solder. The method of cooling removes heat from the composite plate is subjected to water cooling or air cooling the heated exposed to Cu or Ar plasma was Si c E c have been devised.
[0004]
Patent Document 1 proposes an electrostatic chuck 20 in which a plate-like ceramic body 8 in which an electrode for electrostatic attraction is embedded and a composite material plate 12 made of ceramic and Al are joined as shown in FIG. . The electrostatic chuck 20 is provided with a gas introduction hole 10 penetrating the composite material plate 12 and the plate-like ceramic body 8 at the center. SiC having a high thermal conductivity is proposed as the ceramic component contained in the composite material plate 12, and the bonding temperature is selected in the range of 150 to 630 ° C. in accordance with the ratio of the ceramic component in the composite material plate. There has been proposed a method of joining to the substrate.
[0005]
Further, in Patent Document 2, as shown in FIG. 4, an insulating layer is formed on the upper surface of the composite material plate 13, an electrode 14 for electrostatic attraction is formed thereon, and an insulating layer 15 is further coated on the upper surface. An electric chuck is disclosed. The composite material plate 13 had a weight ratio (Al / Si) of Al to Si of 6.7. The insulating layer 15 is made of a dielectric having a volume resistivity of 1 × 10 ^{8 to} 5 × 10 ¹³ Ω · cm, and the lower layer is made of an insulator.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-32239 [Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 2003-37158
[Problems to be solved by the invention]
However, in the case where the composite material plate 12 made of Al and SiC and the electrostatic attraction portion 8 made of a plate-like ceramic body of FIG. Even though the composite material plate 12 and the electrostatic attraction portion 8 could be integrated, cavities were generated in the

metal

bonding layer 11 due to the poor wettability of the metal bonding layer 11 and the Al. Since the cavities are generated, the

electrostatic chucks

20 and 30 manufactured by the conventional manufacturing method proposed in Patent Document 1 and Patent Document 2 are formed by CVD, PVD, sputtering, SOD, SOG, or the like. could not be ensured vacuum airtightness of ^{1.3 × 10 -10 Pa · m 3} / s of the semiconductor c E c used are required to the electrostatic chuck for holding in the process or an etching process.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The electrostatic chuck of the present invention, the one main surface side of the plate-shaped ceramic body as a mounting surface of the wafer, an electrostatic adsorption unit equipped with electrodes in an inner portion, opposite to the mounting surface of the electrostatic adsorption unit One main surface of the plate-shaped ceramic body comprising a composite plate of SiC ceramic particles molded by casting and an eutectic material of Al / Si bonded to the side surface via a metal bonding layer The surface of the composite plate that has a gas hole penetrating from the composite material plate to the surface opposite to the metal joint layer, the thickness of the metal joint layer is 10 to 200 μm, and is in contact with the metal joint layer The occupied area ratio of Al is 5 to 80%.
[0009]
The composite material plate is characterized in that the weight ratio of Al to Si (Al / Si) is 0.1 to 6.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described. FIG. 1 shows an example of a cross-sectional view of an electrostatic chuck 100 of the present invention.
[0012]
The one principal surface side of the plate-shaped ceramic body 1 and the mounting surface 7 put the wafer W, a pre-Symbol electrostatic suction portions 1 0 1 with internal to the electrodes 2 of the plate-shaped ceramic member 1, the electrostatic A composite material plate 4 made of a eutectic material of SiC ceramic particles and Al · Si is bonded to the surface of the suction portion 101 opposite to the mounting surface 7 via the metal bonding layer 3. Comprising a feeding terminal 5 which is conducted to the

SL electrode 2, the mounting place the wafer W on the surface 7, can be electrostatically attracted to the surface 7 mounting the wafer W by applying a DC voltage to the power supply terminal 5. Then, a heat conductive gas such as He can be introduced from the gas introduction hole 6 to transmit heat from the wafer W to the plate-like ceramic body 1, and further, heat can be transferred from the plate-like ceramic body 1 to the composite material plate 4 .
[0013]
And a heat medium can be recirculated to the composite material plate 4, and the heat | fever of the composite material plate 4 can be discharge | released outside.
[0014]
Now, in the actual manufacturing process of a semiconductor device, the electrostatic chuck 100 is CVD process, PVD process, sputtering, SOD, SOG, the film forming process or an etching process and the like, serves to hold the semiconductor U E wafer W . These steps, since all the processing in a vacuum, the mounting surface 7 side of the Si c E c of the electrostatic chuck 10 0 is exposed to a high vacuum, the composite material plate 4 side of the SiC and Al and Si Under atmospheric pressure. At this time, since a cooling gas such as Ar is introduced through the gas introduction hole 6, the metal bonding layer 3 generally has a vacuum tightness of about 1.3 × 10 ⁻¹⁰ Pa · m ³ / s. Is required.
[0015]
The electrostatic chuck 100 of the present invention shown in FIG. 1 is different from the composite material plate 12 made of Al and SiC in Patent Document 1 and is made of a composite material plate 4 of SiC ceramic particles and Al and Si. Since the Al · Si eutectic material is formed when the composite plate 4 is manufactured from the combination of Al and Si, the wettability with the metal bonding layer 3 is improved. Be Al · Si-based eutectic material not formed in the composite material of SiC and Al and Si, and the composite plates of Al and SiC for wettability is preferred to the metal bonding layer 3 of Si itself In comparison, the wettability with the metal bonding layer 3 is improved, no cavities are generated between the SiC / Al / Si composite plate 4 and the metal bonding layer 3, and the He leak rate is 1.3 × 10 6. A vacuum tightness of about ⁻¹⁰ Pa · m ³ / s can be secured.
[0016]
Moreover, the vacuum-tightness of the plate-shaped ceramic body 1 and the SiC / Al / Si composite material plate 4 can be ensured by setting the thickness of the metal bonding layer 3 to 10 μm to 200 μm. If the thickness of the metal bonding layer 3 is less than 10 μm, the anchor effect cannot be obtained sufficiently, and the He leak rate increases. On the other hand, when the thickness of the metal bonding layer 3 exceeds 200 μm, the metal bonding layer 3 flows too much and enters the gas introduction hole 6, which is not preferable.
[0017]
Furthermore, the area ratio occupied by Al on the surface of the composite material plate 4 in contact with the metal bonding layer 3 is preferably 5 to 80%.
[0018]
The reason why it is 80% or less is that the wettability between the composite material plate 4 and the metal bonding layer 3 can be remarkably improved. Whatever the composition of the composite material plate 4 is , it is the surface of the composite material plate 4 that contacts the metal joint layer 3 that determines the wettability with the metal joint layer 3. If the area occupied by Al in the plane exceeds 80%, the decrease in wettability with other metal materials of Al appears remarkably, and cavities and voids appear in the metal bonding layer 3, and the above-mentioned vacuum tightness It is because it worsens.
[0019]
The reason why the area occupied by the said of Al was 5% or more, the occupancy area of Al is less than 5%, the electrostatic chuck 100 and the heat transfer coefficient between the composite plate 4 is too lowered, This is because the function as an electrostatic chuck is not established.
[0020]
Now, a method for the 5% to 80% of the area occupied by the Al to the surface in contact with the metal bonding layer 3 of the composite plate 4 is impregnated with the melt SiC ceramic particles, melt impregnation the ceramic particles Only heat is applied, and no pressure is applied. When the impregnation is completed, the SiC ceramic particles impregnated with the melt are mixed for 1 to 10 hours while being heated with a stirring blade having a rotational speed of 10 to 100 rpm. Thereafter, the composite plate 4 is formed by casting into a desired shape.
[0021]
When manufacturing the composite plate 4 of the SiC and Al and Si, the cooling rate of the weight ratio of Al and Si (Al / Si) and cast molding, in contact with the metal bonding layer 3 of the double cause material plate 4 of Al The area occupied by Al on the surface to be determined is determined. In order to reduce the area occupied by Al on the surface of the Al composite plate 4 in contact with the metal bonding layer 3 to 5 to 80%, the weight ratio of Al to Si (Al / Si) is set to 0.1-6. Otherwise, the area occupied by Al may deviate from 5 to 80%.
[0022]
Further, when the cooling rate during casting is slower than 1 ° C./min, even if the composite plate has the same Al / Si ratio, the Al is occupied on the surface in contact with the metal bonding layer 3 of the Al composite plate 4. The area to be done tends to be large. This is because in SiC, Al and Si, only Al is melted, but when the cooling rate is sufficiently high at 1 ° C./min or more, the prepared composition is easily reflected from the inside of the composite material plate to the surface. However, when the cooling rate is less than 1 ° C./min, precipitation of Al on the surface layer is likely to occur.
[0023]
The weight ratio of Al to Si (Al / Si) in the composite material plate 4 is 0.1 to 6 because the area occupied by Al on the surface of the composite material plate that contacts the metal bonding layer It is for adjusting so that it may become 5 to 80%. If the weight ratio of Al to Si is less than 0.1, Si becomes excessive, and the interface between the composite material plate 4 and the metal bonding layer 3 becomes too brittle, which may cause cracks during bonding. Al is basically poor in wettability with SiC and Si, and tends to be unevenly distributed. Therefore, Al is more likely to precipitate on the surface than Si, and the weight ratio of Al to Si (Al / Si) exceeds 6. Then, the area occupied by Al on the surface of the composite material plate contacting the metal bonding layer may exceed 80%, which is not preferable. Further, if the weight ratio (Al / Si) is less than 0.1, the area occupied by Al may be less than 5%, which is not preferable.
[0024]
Further, in bonding the electrostatic attraction portion 101 and

composite

plate 4 in front Symbol metal bonding layer 3, that the average pressure in a direction perpendicular to the bonding surface of each other to apply a pressing force of 10~200kPa preferable.
[0025]
The reason is that metal bonding between the electrostatic chuck 101 and the composite material plate 4 is performed at a desired temperature and at a desired pressure while applying a desired load to the bonding surface or applying pressure by a hot press method. Suruga, this time variation in the thickness of the metal bonding layer 3 is desirably center value ± 30% or less, in order to achieve the following central value ± 30% variation in thickness of the metal bonding layer 3, for joining it is preferred load indicia pressure is in the range of 10～200KPa. If it is less than mark applied load is 10 kPa, when the diameter for the uniformity of the thickness of the metal bonding material can not be obtained sufficiently to bond the electrostatic chuck 100 that exceeds 200mm, the partial peeling occurs, He leak The rate increases.
[0026]
On the other hand, if the pressure applied in the direction perpendicular to the metal bonding layer 3 exceeds 200 kPa, the applied load is too high, and the thickness of the metal bonding layer 3 at the center portion and the outer peripheral portion of the electrostatic chuck 100 tends to be uneven. The metal bonding layer 3 in the central portion becomes too thin, so that a sufficient anchor effect cannot be obtained, and the He leak rate increases, which is not preferable.
[0027]
Next, a method for manufacturing the electrostatic chuck 100 of the present invention will be described.
[0028]
As the insulating ceramic constituting the electrostatic chuck 100, an AlN sintered body is used. In manufacturing the AlN sintered body, a Group 3a oxide of about 10% by mass in terms of weight is added to the AlN powder. Add and mix with IPA and urethane ball for 48 hours by ball mill. Pass the resulting AlN slurry through 200 mesh to remove the urethane ball and ball mill wall debris, then use explosion-proof dryer at 120 ° C for 24 hours. Dry for a while to obtain a homogeneous AlN mixed powder. A desired amount of a desired organic binder is added to the obtained AlN mixed powder and dried by a method such as a spray drying method to obtain granulated granules of the AlN mixed powder. The granules of the obtained AlN-type mixed powder are formed by a method such as a uniaxial press method or a CIP method, and subjected to raw cutting as necessary to obtain an AlN-type molded body having a desired shape. The obtained AlN molded product is degreased at 300 to 500 ° C. for about 3 to 8 hours in a non-oxidizing gas stream, and further fired at 1700 to 2000 ° C. for about 1 to 10 hours in a non-oxidizing atmosphere. To obtain an AlN sintered body.
[0029]
When manufacturing the electrostatic chuck 100 with an AlN sintered body, an AlN mixed powder is prepared by the same method as described above, and an acrylic binder and a solvent are mixed with the obtained AlN mixed powder to obtain an AlN mixed powder. Create a quality slip and perform tape molding by the doctor blade method. A plurality of the obtained AlN tapes are laminated, W is formed thereon as an electrostatic chuck electrode 2 by a printing method, a desired adhesive liquid is applied to a plain tape, and a plurality of the tapes are stacked to perform press molding. Do. The obtained AlN and W electrode mixed molded body was degreased at 500 ° C. for about 5 hours in a non-oxidizing gas stream, and further baked at 1900 ° C. for about 5 hours in a non-oxidizing atmosphere. An AlN-based sintered body is obtained. The AlN sintered body obtained in this way is machined so as to obtain a desired shape and a desired dielectric layer thickness, thereby forming an electrostatic chuck 101.
[0030]
Furthermore, when the composite material plate 4 made of SiC, Al, and Si is bonded to the obtained electrostatic adsorption portion 101 with the metal bonding layer 3, it is preferable to select a metal bonding material such as Al solder or In solder. After adjusting the thickness of the metal bonding layer to be 10 to 200 μm, it is arranged between the electrostatic adsorption part 101 and the composite material plate 4, and a desired load is applied while applying a desired load or applying pressure by a hot press method. Bonding is performed at a desired temperature and a desired pressure.
[0031]
【Example】
(Example 1) 10% by mass of Group 3a oxide in terms of weight was added to AlN powder, mixed for 48 hours with a ball mill using IPA and urethane balls, and the resulting slurry of AlN was passed through 200 mesh, After removing the urethane ball and ball mill wall debris, it is dried in an explosion-proof dryer at 120 ° C. for 24 hours to obtain a homogeneous AlN mixed powder. The obtained AlN mixed powder was mixed with an acrylic binder and a solvent to prepare an AlN slip, and tape-molded by a doctor blade method.
[0032]
Laminate multiple sheets of the obtained AlN tape and form W on it as an electrostatic chuck electrode by the printing method, apply the desired adhesive liquid to the plain tape, and perform press molding by stacking multiple tapes It was.
[0033]
The obtained AlN and W electrode mixed molded body was degreased at 500 ° C. for about 5 hours in a non-oxidizing gas stream, and further baked at 1900 ° C. for about 5 hours in a non-oxidizing atmosphere. An AlN sintered body comprising the body was obtained.
[0034]
The AlN sintered body thus obtained was machined so as to obtain a desired shape and a desired thickness of the mounting surface and the electrode insulating film, thereby forming an electrostatic adsorption portion. Furthermore, a desired gas groove was formed on the wafer mounting surface of the electrostatic chuck by a method such as sandblasting.
[0035]
Furthermore, a composite material plate made of SiC, Al, and Si, in which the area occupied by Al on the surface contacting the metal bonding layer was changed by changing the Si content in the obtained electrostatic adsorption portion in various ways, is Al solder, Bonding was performed through a metal bonding layer such as In solder.
[0036]
The area occupied by Al on the surface of the composite plate in contact with the metal bonding layer was calculated from the SEM / EDS analysis of the surface of the composite by the following method. The SEM / EDS analyzer uses a total of nine points, one point at the center of the composite plate surface, four points at the outermost periphery, and four intermediate points of each straight line connecting the point at the center and the four points at the outermost periphery. And observed at 1000 times. Then, the above nine locations of Al were mapped. The area occupied by Al in each 1000-fold image was measured, and the average value of the above nine locations was determined as the area occupied by Al on the surface of the composite material plate.
[0037]
The joining was performed in a vacuum furnace of about 1 × 10 ⁻⁸ Pa, and the joining was performed at a load of 58 kPa at a temperature of 550 to 600 ° C. in the case of Al brazing and at a temperature of about 180 to 200 ° C. in the case of In brazing. When joining, it changed so that the thickness of a metal joining layer might be set to 1-210 micrometers.
[0038]
The completed electrostatic chuck was set with a Si rubber rubber plug 17 as shown in FIG. 2, evacuated from the gas introduction hole 6, and connected to a He leak detector. He was blown from the periphery, and the leak rate of He was measured with a He leak detector. Table 1 shows the results.
[0039]
[Table 1]

[0040]
Sample No. 1 in which the thickness of the metal bonding layer within the scope of the present invention is 10 to 200 μm and the area occupied by Al on the surface contacting the metal bonding layer of the composite material plate is 5 to 80%. Nos. 1 to 13 were found to be excellent in that a He leak rate of 1.3 × 10 ⁻¹⁰ Pa · m ³ / s or less was obtained.
[0041]
In addition, Sample No. in which the thickness of the metal bonding layer is less than 10 μm. 14 and 15 had a He leak rate of 1.0 × 10 ⁻⁹ and 1.0 × 10 ⁻⁸ Pa · m ³ / s, and could not be used as electrostatic chucks. Furthermore, the sample No. 2 in which the thickness of the metal bonding layer exceeded 200 μm. Nos. 16 and 17 could not be used as electrostatic chucks because the brazing material protruded from the gas introduction hole.
[0042]
Sample No. 20, in which the area occupied by Al on the surface in contact with the metal bonding layer of the composite plate is less than 5%, has a large He leak rate of 1.0 × 10 ⁻⁹ Pa · m ³ / s. Sample No. in which the area occupied by Al exceeds 80%. 18 and 19, He leak rate is ^{^{1.0 × 10 -9 Pa · m 3}} /s,1.0×10 -8 Pa · m 3 / s and increased ^{^{1.0 × 10 -10 Pa · m 3}} / Since it exceeded s, it could not be used as an electrostatic chuck.
[0043]
(Example 2)
An electrostatic chuck was produced in the same manner as in Example 1. Table 2 shows the result of quantitative analysis of the composition of a sample in which the area occupied by Al is 3 to 81% on the surface of the composite material plate in contact with the metal bonding layer. And it evaluated similarly to the Example. The results are shown in Table 2.
[0044]
[Table 2]

[0045]
Sample No. 1 in which the ratio of Al to Si (Al / Si) of the composite material plate of the present invention is 0.1-6. Nos. 51 to 61 were found to be preferable because the He gas leak rate was 3 × 10 ⁻¹² Pa · m ³ / s or less.
[0046]
However, sample no. No. 62 had a large Al / Si of 6.14 and a slightly high He gas leak rate of 3 × 10 ⁻¹¹ Pa · m ³ / s . Sample No. No. 63 had a slightly high He gas leak rate of 3 × 10 ⁻¹¹ Pa · m ³ / s because the Al / Si ratio was too small at 0.09.
[0047]
Therefore, it was found that an Al / Si ratio of 0.1 to 6 has a very small He gas leak rate and exhibits excellent characteristics.
[0048]
(Example 3)
No. in Table 1 With 2 of the composite plate, while the thickness of the metal bonding layer was kept at 10 [mu] m, an average pressure applied in a direction perpendicular to the metal bonding layer at the time of bonding to create manufactured an electrostatic chuck changed to 2～210KPa, A He leak test was performed by the method shown in FIG. Table 3 shows the results.
[0049]
[Table 3]

[0050]
Sample No. produced by the production method of the present invention. Samples Nos. 71 to 74 have He leak rates of 1.3 × 10 ⁻¹⁰ Pa · m ³ / s or less, which are out of the scope of the present invention. 75 to 78 could not achieve 1.3 × 10 ⁻¹⁰ Pa · m ³ / s or less in He leak rate.
[0051]
【The invention's effect】
According to the present invention, the one main surface side of the plate-shaped ceramic body as a mounting surface of the wafer, an electrostatic adsorption unit equipped with electrodes in an inner portion opposite to the mounting surface of the electrostatic adsorption unit It consists of a composite plate of SiC, Al, and Si molded by casting and bonded to the surface via a metal bonding layer, and from one main surface of the plate-like ceramic body to the metal bonding layer of the composite plate It has a gas hole penetrating to the opposite surface, the thickness of the metal bonding layer is 10 to 200 μm, and the Al occupied area ratio on the surface of the composite material plate in contact with the metal bonding layer is 5 to 80% As a result, the cavity is not generated between the SiC / Al / Si composite plate and the metal bonding layer, and the He leak rate is 1.3 × 10 ⁻¹⁰ Pa · m ³ / s vacuum tightness can be secured It is possible to provide an electrostatic chuck.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an electrostatic chuck of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a He leak test method for an electrostatic chuck.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a conventional electrostatic chuck.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a conventional electrostatic chuck.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100: Electrostatic chuck 101: Electrostatic adsorption part 1: Plate-shaped ceramic body 2: Electrostatic chuck electrode 3: Metal bonding layer 4: Composite material plate 5: Electrostatic chuck electrode terminal 6: Gas introduction hole 7: Mounting surface 8: Ceramic plate 9: Electrode 10: Through hole 11: Bonding material 12: Composite material plate 13: Composite material plate 14: Electrode 15: Insulating layer 16: Metal bonding layer 17: Rubber plug 20, 30: Electrostatic chuck

Claims

板状セラミックス体の一方の主面側をウェハの載置面とし、内部に電極を備えた静電吸着部と、該静電吸着部の載置面と反対側の面に金属接合層を介して接合された、鋳込み成型により成型されたＳｉＣセラミック粒子とＡｌ・Ｓｉの共晶材料との複合材プレートとからなり、前記板状セラミックス体の一方の主面から前記複合材プレートの前記金属接合層と反対側の面まで貫通するガス孔を有し、前記金属接合層の厚みが１０〜２００μｍであり、前記金属接合層に接触する前記複合材プレートの表面におけるＡｌの占有面積率が５〜８０％であることを特徴とする静電チャック。The one principal surface side of the plate-shaped ceramic body as a mounting surface of the wafer, an electrostatic adsorption unit equipped with electrodes in an inner portion, a metal bonding layer on the surface opposite to the mounting surface of the electrostatic adsorption unit A composite plate of SiC ceramic particles molded by casting and an eutectic material of Al / Si, and the metal of the composite plate from one main surface of the plate-like ceramic body It has a gas hole penetrating to the surface opposite to the bonding layer, the metal bonding layer has a thickness of 10 to 200 μm, and the Al occupied area ratio on the surface of the composite material plate in contact with the metal bonding layer is 5 Electrostatic chuck characterized in that it is ˜80%.

前記複合材プレートは、ＡｌとＳｉの重量比（Ａｌ／Ｓｉ）が０．１〜６であることを特徴とする請求項１に記載の静電チャック。 The electrostatic chuck according to claim 1, wherein the composite material plate has a weight ratio of Al to Si (Al / Si) of 0.1 to 6. 6.