JPH0917849A - Semiconductor wafer holding device, its manufacture and its use method - Google Patents
Semiconductor wafer holding device, its manufacture and its use methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置用の半
導体ウエハー保持装置、その製造方法およびその使用方
法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor wafer holding apparatus for a semiconductor manufacturing apparatus, a method for manufacturing the same, and a method for using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】例えば、ＣＶＤ法、スパッタリング法、
エッチング法等の半導体プロセスにおいては、いわゆる
サセプターの上に半導体ウエハーを設置し、このサセプ
ターを加熱して半導体ウエハーを加熱している。この
際、最近は、セラミックス製の静電チャックをサセプタ
ーとして使用し、半導体ウエハーをサセプターに対して
吸着しながら加熱処理を行うことが開示されている（特
開昭５９−１２４１４０号公報）。また、セラミックス
ヒーターをサセプターとして使用し、このセラミックス
ヒーターの上に半導体ウエハーを設置し、これを直接加
熱することが知られている。しかし、半導体ウエハーの
生産量を向上させるためには、サセプター上の半導体ウ
エハーを、着脱サイクルにおける温度変化を抑制するた
めの加熱と冷却とを応答性良く行うことが必要であり、
このためにはサセプターに対して冷却装置を結合する必
要がある。2. Description of the Related Art For example, a CVD method, a sputtering method,
In a semiconductor process such as an etching method, a semiconductor wafer is placed on a so-called susceptor, and the susceptor is heated to heat the semiconductor wafer. At this time, recently, it has been disclosed that a ceramic electrostatic chuck is used as a susceptor and a heat treatment is performed while a semiconductor wafer is adsorbed to the susceptor (Japanese Patent Laid-Open No. 59-124140). It is also known that a ceramics heater is used as a susceptor, a semiconductor wafer is placed on the ceramics heater, and the semiconductor wafer is directly heated. However, in order to improve the production amount of semiconductor wafers, it is necessary to responsively heat and cool the semiconductor wafers on the susceptor in order to suppress temperature changes in the attachment / detachment cycle,
For this purpose, it is necessary to connect a cooling device to the susceptor.
【０００３】また、本出願人は、セラミックスサセプタ
ーの内部に高周波電極を埋設し、この高周波電極に対す
る対向電極をサセプターに対向する位置に設置し、これ
らの間にプラズマを発生させて半導体膜を育成すること
を開示した（特願平６−１４９２７３号明細書、本出願
時未公開）。この装置においては、プラズマの熱量が半
導体ウエハーに対して加わり、その温度が変動するの
で、プラズマから入射する熱量の冷却機構を設けること
によって半導体ウエハーの温度制御を行うことが望まれ
る。The applicant of the present invention also embeds a high-frequency electrode inside a ceramic susceptor, installs a counter electrode for the high-frequency electrode at a position facing the susceptor, and generates plasma between them to grow a semiconductor film. (Japanese Patent Application No. 6-149273, unpublished at the time of this application). In this apparatus, the amount of heat of plasma is applied to the semiconductor wafer and the temperature thereof fluctuates. Therefore, it is desirable to control the temperature of the semiconductor wafer by providing a cooling mechanism for the amount of heat incident from the plasma.
【０００４】静電チャックを水冷式の金属冷却板に対し
て金属ボンディングによって結合する技術が提案されて
いる（特開平３−３２４９号公報）。また、複数のセラ
ミック層を備えた静電チャックにおいて、これらのうち
の中間のセラミック層に冷媒の流通路を形成し、この流
通路に冷媒を流すことによって静電チャックの表面温度
を低下させる技術が提案されている（特開平３−１０８
７３７号公報）。A technique has been proposed in which an electrostatic chuck is bonded to a water-cooled metal cooling plate by metal bonding (Japanese Patent Laid-Open No. 3-3249). Further, in an electrostatic chuck having a plurality of ceramic layers, a technique for forming a refrigerant flow passage in an intermediate ceramic layer of the ceramic layers and reducing the surface temperature of the electrostatic chuck by causing the refrigerant to flow in the flow passage. Has been proposed (JP-A-3-108).
No. 737).
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者は、
これら２種類の公知の技術がいずれも問題を有している
ことを確認した。即ち、特開平３−３２４９号公報記載
の技術においては、具体的には、アルミナ等からなる静
電チャックとアルミニウム製の水冷冷却板とをインジウ
ムで結合している。しかし、インジウムの融点は約１６
０℃であり、その使用温度範囲はせいぜい１５０℃以下
と低いために、半導体製造装置では適用範囲がきわめて
狭い。また、もっと高融点の金属ろうを使用して両者を
接合することを試みたが、接合後に、静電チャックを構
成するセラミックスと水冷冷却板を構成する金属との間
での熱膨張差によって両者の界面に多大な残留応力が発
生し、破壊が生ずるために、製造が困難であった。むろ
ん、インジウムのような低融点の金属を使用すればこの
残留応力を減少させることができるが、この場合には前
述したように使用温度範囲が狭くなってしまう。また、
樹脂によって静電チャックと水冷冷却板とを結合する技
術もあるが、これも耐熱性が低く、使用温度範囲が非常
に狭い。However, the present inventor has
It was confirmed that both of these two types of known techniques have problems. That is, in the technique described in JP-A-3-3249, specifically, the electrostatic chuck made of alumina or the like and the water cooling plate made of aluminum are connected by indium. However, the melting point of indium is about 16
Since it is 0 ° C. and its operating temperature range is as low as 150 ° C. or lower at most, the application range is extremely narrow in semiconductor manufacturing equipment. We also attempted to join the two by using a metal brazing material with a higher melting point, but after joining, the two due to the difference in thermal expansion between the ceramics that make up the electrostatic chuck and the metal that makes up the water cooling plate. Manufacturing was difficult because a large amount of residual stress was generated at the interface of and the fracture occurred. Of course, if a metal with a low melting point such as indium is used, this residual stress can be reduced, but in this case, the operating temperature range becomes narrow as described above. Also,
There is a technique of connecting an electrostatic chuck and a water-cooled cooling plate with resin, but this also has low heat resistance and the operating temperature range is very narrow.
【０００６】更に、半導体製造装置においては、デポジ
ション用ガス、エッチング用ガス、クリーニング用ガス
として、塩素系ガス、フッ素系ガス等の腐食性ガスが使
用されている。これらの腐食性ガスにさらされても腐食
されにくい金属ボンディング材料を選定することは困難
である。Further, in semiconductor manufacturing equipment, corrosive gases such as chlorine-based gas and fluorine-based gas are used as deposition gas, etching gas, and cleaning gas. It is difficult to select a metal bonding material that is not easily corroded when exposed to these corrosive gases.
【０００７】特開平３−１０８７３７号公報の技術につ
いても検討した。しかし、静電チャックの表面側へと、
プラズマや電子ビームからの熱量が入ってくるので、静
電チャックの表面が加熱される。基材を熱伝導性の低い
セラミックスで形成し、高密度プラズマを使用すると、
基材の表面の温度が７００〜８００℃まで上昇して基材
が割れるおそれがある。この熱を奪って温度を制御する
ために、冷媒通路に冷媒を流すわけであるが、この際に
静電チャックの表面と冷媒の流通路との間に温度差が発
生する。特に、静電チャックの表面側でプラズマを発生
させる場合にはこの温度差が大きくなる。このために、
静電チャックの内部での温度勾配が顕著に増大し、多大
な熱応力が発生するので、セラミックス基材に破壊が発
生するおそれがあることが判明してきた。The technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-108737 was also examined. However, to the surface side of the electrostatic chuck,
The surface of the electrostatic chuck is heated because the amount of heat from the plasma and the electron beam enters. If the base material is made of ceramics with low thermal conductivity and high density plasma is used,
The temperature of the surface of the base material may rise to 700 to 800 ° C. and the base material may crack. In order to remove the heat and control the temperature, the refrigerant is allowed to flow through the refrigerant passage, but at this time, a temperature difference occurs between the surface of the electrostatic chuck and the refrigerant passage. In particular, when plasma is generated on the surface side of the electrostatic chuck, this temperature difference becomes large. For this,
It has been found that the temperature gradient inside the electrostatic chuck is significantly increased and a large amount of thermal stress is generated, so that the ceramic substrate may be broken.
【０００８】本発明の課題は、セラミックス製のサセプ
ターの表面温度、更には半導体ウエハーの温度を、冷却
媒体で熱量を奪うことによって制御できるようにするこ
とである。更には、セラミックス製のサセプターを高
温、特に２００℃以上の高温領域でも使用し、その温度
制御をできるようにすることであり、またその破壊を防
止できるようにすることである。An object of the present invention is to make it possible to control the surface temperature of a susceptor made of ceramics and further the temperature of a semiconductor wafer by taking away the amount of heat with a cooling medium. Further, it is to use a ceramic susceptor in a high temperature range, particularly in a high temperature range of 200 ° C. or higher so that the temperature can be controlled and the destruction thereof can be prevented.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体ウエハ
ーを保持するための、窒化物セラミックス基材を備えた
半導体ウエハー保持部材と、金属製の冷却装置と、半導
体ウエハー保持部材と冷却装置との間に挟まれている、
耐熱材料製の繊維の結合体または発泡体からなる介在層
とを備えていることを特徴とする、半導体ウエハー保持
装置に係るものである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a semiconductor wafer holding member having a nitride ceramics base material for holding a semiconductor wafer, a metal cooling device, a semiconductor wafer holding member and a cooling device. Sandwiched between
The present invention relates to a semiconductor wafer holding device, characterized in that it is provided with an intervening layer made of a combination of fibers made of a heat-resistant material or a foam.
【００１０】また、本発明では、上記の半導体ウエハー
保持部材を製造するのに際して、半導体ウエハー保持部
材と冷却装置との間に介在層を挟んで固定し、次いで半
導体保持部材と冷却装置と介在層を機械的に固定して一
体化する。Further, according to the present invention, when the above-mentioned semiconductor wafer holding member is manufactured, an intervening layer is sandwiched and fixed between the semiconductor wafer holding member and the cooling device, and then the semiconductor holding member, the cooling device and the interposing layer. Are mechanically fixed and integrated.
【００１１】また、本発明では、上記の半導体ウエハー
保持部材を使用するのに際して、介在層に圧力を加え、
この圧力を調整することによって半導体ウエハー保持部
材と前記冷却装置との間の熱伝達量を調整する。Further, in the present invention, when the above semiconductor wafer holding member is used, pressure is applied to the intervening layer,
By adjusting this pressure, the amount of heat transfer between the semiconductor wafer holding member and the cooling device is adjusted.
【００１２】本発明者は、半導体ウエハー保持部材と金
属製の冷却装置との間に、耐熱材料製の繊維の結合体ま
たは発泡体からなる介在層を挟んでみた。ここで、繊維
の結合体とは、繊維を編んで製造した結合体を含んでお
り、具体的には繊維の網や織布である。また、繊維を編
むことなく、多数の繊維を互いにからみ合わせたり、熱
や接着剤によって結合して製造した結合体を含んでお
り、具体的にはフェルト、ウエブ、不織布等がある。ま
た、発泡体とは、内部に多数の気孔を有している材料を
言い、この気孔は閉気孔または開気孔であってよい。こ
こで、耐熱材料とは、少なくとも２００℃で溶融しない
材料を言い、具体的にはこうした金属やセラミックスが
好ましい。The present inventor tried to sandwich an intervening layer made of a fiber-bonded body or foam made of a heat-resistant material between the semiconductor wafer holding member and the cooling device made of metal. Here, the term "fiber-bonded body" includes a bonded body produced by knitting fibers, and specifically, a fiber net or a woven fabric. Further, it includes a joined body produced by intertwining a large number of fibers with each other without knitting the fibers, or by joining them by heat or an adhesive, and specifically, felt, web, nonwoven fabric and the like are included. Further, the foam refers to a material having a large number of pores inside, and the pores may be closed pores or open pores. Here, the heat-resistant material means a material that does not melt at least at 200 ° C., and specifically, such metals and ceramics are preferable.
【００１３】これらの材料は、通常は断熱材や電池の電
極材料として使用されているものである。しかし、本発
明者は、こうした繊維の結合体ないし発泡体を半導体ウ
エハー保持部材と冷却装置との間に介在させて両者の間
で熱伝達を行えるということを見いだした。即ち、半導
体ウエハー保持部材の表面には、プラズマ等から多量の
熱量が短時間に入ってくるが、この熱によって半導体ウ
エハー保持部材の基材の温度は全体に上昇する。即ち、
セラミックス基材中に冷媒流通路を設けていないので、
この基材における温度勾配は小さく、内部での熱応力が
小さいので、基材中で破壊やクラックが発生するおそれ
はない。These materials are usually used as heat insulating materials and electrode materials for batteries. However, the present inventor has found that such a fiber-bonded body or a foamed body can be interposed between the semiconductor wafer holding member and the cooling device to perform heat transfer between them. That is, a large amount of heat enters the surface of the semiconductor wafer holding member from the plasma or the like for a short time, but this heat causes the temperature of the base material of the semiconductor wafer holding member to rise overall. That is,
Since there is no coolant flow passage in the ceramic substrate,
Since the temperature gradient in this base material is small and the internal thermal stress is small, there is no risk of breakage or cracks occurring in the base material.
【００１４】これと同時に、金属製の冷却装置の方も、
セラミックス基材に対して直接に金属結合されていない
ために、冷却装置の方が特に加熱されることがないので
その熱変形は小さく、また冷却装置とセラミックス基材
との界面に大きな残留応力が残ることはない。これと共
に、繊維の結合体または発泡体からなる介在層によって
熱を伝達するが、このとき介在層が過度の熱伝達を行わ
ないために、介在層が接触する基材の背面側の温度は高
くして表面側の温度との差を小さくすることができ、即
ち、基材内部での温度勾配を小さくし、かつ冷却装置へ
と所定の熱を伝達することができる。従って、本発明に
よって、セラミックス基材の破壊やクラックのおそれを
完全に防止し、かつ高温領域でも安定して半導体ウエハ
ー保持部材の表面温度を制御することができた。At the same time, the metal cooling device also
Since it is not directly metal-bonded to the ceramic base material, the cooling device is not particularly heated, so its thermal deformation is small, and large residual stress is generated at the interface between the cooling device and the ceramic base material. It does not remain. At the same time, the heat is transferred by the intervening layer made of a bonded body of fibers or a foam, but at this time, the temperature on the back side of the base material with which the intervening layer is in contact is high because the intervening layer does not perform excessive heat transfer. As a result, the difference from the temperature on the surface side can be reduced, that is, the temperature gradient inside the base material can be reduced, and a predetermined amount of heat can be transferred to the cooling device. Therefore, according to the present invention, the risk of the ceramic base material being broken or cracked can be completely prevented, and the surface temperature of the semiconductor wafer holding member can be stably controlled even in a high temperature region.
【００１５】この半導体ウエハー保持装置を製造する際
には、半導体保持部材と冷却装置と介在層を機械的に固
定して一体化することができる。When manufacturing this semiconductor wafer holding device, the semiconductor holding member, the cooling device and the intervening layer can be mechanically fixed and integrated.
【００１６】また、上記の半導体ウエハー保持装置によ
れば、介在層に圧力を加え、この圧力を調整することに
よって、半導体ウエハー保持部材と冷却装置との間の熱
伝達量を調整できることを確認した。即ち、この圧力を
大きくすると、半導体ウエハー保持部材から冷媒への熱
伝達量を増大させうるようになった。これに対して、前
記の圧力を小さくすると、半導体ウエハー保持部材と冷
媒との間で熱が伝達しにくいようになり、また介在層に
おける温度勾配を一層大きくすることができる。このよ
うに、介在層へと加える圧力を制御することによって、
半導体ウエハー保持部材の表面温度、更には半導体ウエ
ハーの温度を自由に制御できることを発見した。Further, according to the above semiconductor wafer holding device, it was confirmed that the heat transfer amount between the semiconductor wafer holding member and the cooling device can be adjusted by applying pressure to the intervening layer and adjusting this pressure. . That is, when the pressure is increased, the amount of heat transferred from the semiconductor wafer holding member to the coolant can be increased. On the other hand, when the pressure is reduced, it becomes difficult for heat to be transferred between the semiconductor wafer holding member and the coolant, and the temperature gradient in the intervening layer can be further increased. In this way, by controlling the pressure applied to the intervening layer,
It has been discovered that the surface temperature of the semiconductor wafer holding member and further the temperature of the semiconductor wafer can be freely controlled.
【００１７】[0017]
【発明の実施の形態】半導体ウエハー保持部材の基材を
構成するセラミックスとしては、熱伝導率の高い窒化物
セラミックスが適している。例えば、アルミナのような
酸化物セラミックスは、熱伝導率が低く、プラズマから
の熱を蓄積してしまい、温度が過度に上昇し易いが、窒
化アルミニウムは少なくとも９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝
導率を有している。こうした窒化物セラミックスとして
は、窒化珪素およびサイアロンが、耐熱衝撃性の点で好
ましい。また、窒化アルミニウムは、ＮＦ3 等のフッ素
系腐食性ガスに対してさらされると、その表面にＡｌＦ
3 からなるパッシベーション膜が生成し、このパッシベ
ーション膜がハロゲン系腐食性ガスに対して高い耐食性
を有している。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Nitride ceramics having high thermal conductivity are suitable as ceramics constituting a base material of a semiconductor wafer holding member. For example, oxide ceramics such as alumina have a low thermal conductivity and accumulate heat from plasma, and the temperature easily rises excessively, but aluminum nitride has a thermal conductivity of at least 90 W / m · K or more. have. As such nitride ceramics, silicon nitride and sialon are preferable in terms of thermal shock resistance. Also, when aluminum nitride is exposed to a fluorine-based corrosive gas such as NF 3 , AlF is exposed on its surface.
A passivation film made of 3 is formed, and this passivation film has high corrosion resistance against halogen-based corrosive gas.
【００１８】半導体ウエハー保持部材は、半導体ウエハ
ーを設置するサセプターであれば、他の機能を有してい
てよい。例えば、基材の内部に静電チャック用電極を設
けた場合には、この半導体ウエハー保持部材は静電チャ
ックとして使用できる。また、基材の内部に抵抗発熱体
を設けた場合には、この保持部材をセラミックスヒータ
ーとして使用することができる。更に、基材中にプラズ
マ発生用の電極を設けた場合には、この保持部材をプラ
ズマ発生用電極として使用することができるが、この態
様については更に後述する。The semiconductor wafer holding member may have other functions as long as it is a susceptor for mounting the semiconductor wafer. For example, when an electrostatic chuck electrode is provided inside the substrate, this semiconductor wafer holding member can be used as an electrostatic chuck. When a resistance heating element is provided inside the base material, this holding member can be used as a ceramic heater. Further, when a plasma generating electrode is provided in the base material, this holding member can be used as a plasma generating electrode, and this aspect will be described later.
【００１９】このように、基材の内部に電極や発熱体の
ような導電性材料を設け、この導電性材料に対して電力
を供給する場合には、基材に端子を設置し、この端子を
導電性材料に対して接続することが好ましい。こうした
端子および導電性材料の材質としては、タングステン、
モリブデン、白金、ニッケル等の高融点金属が好まし
く、これらの高融点金属の合金も好ましい。基材の形状
は特に制限はないが、好ましくは盤状であり、盤状基材
の平面的形状は、円形、円環形状、正方形、長方形、六
角形等の形状にすることができる。As described above, when a conductive material such as an electrode or a heating element is provided inside the base material and electric power is supplied to the conductive material, a terminal is installed on the base material and the terminal is installed. Is preferably connected to a conductive material. The material of such terminals and conductive material is tungsten,
Refractory metals such as molybdenum, platinum and nickel are preferable, and alloys of these refractory metals are also preferable. The shape of the base material is not particularly limited, but is preferably a disk shape, and the planar shape of the disk-shaped base material can be a circular shape, an annular shape, a square shape, a rectangular shape, a hexagonal shape or the like.
【００２０】この導電性材料として抵抗発熱体を使用す
る場合には、この抵抗発熱体の形態は、線状、板状、箔
状であってよく、線状の抵抗発熱体をコイルスプリング
状に巻回することが好ましい。この巻回体を使用した場
合には、この巻回体をその中心軸方向に見たときの形状
は、円形、三角形、四辺形等であってよい。When a resistance heating element is used as the conductive material, the resistance heating element may have a linear shape, a plate shape, or a foil shape. The linear resistance heating element may be formed into a coil spring shape. It is preferable to wind. When this winding body is used, the shape of the winding body when viewed in the direction of the central axis thereof may be a circle, a triangle, a quadrangle, or the like.
【００２１】前記の導電性材料として静電チャック電極
を使用する場合には、この形態は、平板状、網状とする
ことができる。また、単極式であってよく、双極式であ
ってよい。When an electrostatic chuck electrode is used as the above-mentioned conductive material, this form can be a flat plate shape or a net shape. Further, it may be a monopolar type or a bipolar type.
【００２２】プラズマ発生電極装置の場合について説明
する。この電磁波透過層の厚さの最小値は０．１ｍｍ以
上とすることが必要であり、これによって、プラズマシ
ース領域が拡大し、均一で安定なプラズマを生成させる
ことができた。しかも、このように電磁波透過層を厚く
しても、この電磁波透過層がセラミックスからなってお
り、電磁波透過層の誘電率εは、真空の誘電率に比べて
数倍以上大きい。この結果、電極間の電界強度の低下も
なく、プラズマ中のイオンをプラズマシースにおいて十
分に加速することができ、プラズマ放電が安定すること
を確認した。The case of the plasma generating electrode device will be described. The minimum value of the thickness of the electromagnetic wave transmission layer is required to be 0.1 mm or more, whereby the plasma sheath region is expanded and uniform and stable plasma can be generated. Moreover, even if the electromagnetic wave transmitting layer is made thicker, the electromagnetic wave transmitting layer is made of ceramics, and the dielectric constant ε of the electromagnetic wave transmitting layer is several times larger than the vacuum dielectric constant. As a result, it was confirmed that the ions in the plasma could be sufficiently accelerated in the plasma sheath without a decrease in the electric field strength between the electrodes, and the plasma discharge was stabilized.
【００２３】電磁波透過層の誘電率は一般に大きいが、
電磁波透過層の厚さの平均値が大きくなりすぎると、電
磁波透過層の誘電体損失による自己発熱量が大きくな
り、プラズマパワーの効率が低下してくる傾向があっ
た。この観点から、電磁波透過層の厚さの平均値は、特
に５．０ｍｍ以下とすることが好ましい。Although the dielectric constant of the electromagnetic wave transmitting layer is generally large,
If the average value of the thickness of the electromagnetic wave transmitting layer is too large, the self-heating amount due to the dielectric loss of the electromagnetic wave transmitting layer increases, and the efficiency of plasma power tends to decrease. From this viewpoint, the average value of the thickness of the electromagnetic wave transmission layer is particularly preferably 5.0 mm or less.
【００２４】好ましくは、基材内に埋設する電極がバル
ク状の面状電極であり、この面状電極を包囲する基材
が、接合面のない一体焼結品である。面状の金属バルク
体とは、例えば、線体あるいは板体をらせん状、蛇行状
に配置することなく、一体の面状として形成したものを
いう。Preferably, the electrode embedded in the base material is a bulky planar electrode, and the base material surrounding the planar electrode is an integrally sintered product having no bonding surface. The planar metal bulk body refers to, for example, a linear body or a plate body formed as an integral planar shape without being arranged in a spiral shape or a meandering shape.
【００２５】面状の電極を金属バルク体によって構成す
ることにより、電極の抵抗値を小さくすることが容易で
ある。例えば、スクリーン印刷電極は、厚さが高々数十
μｍ程度なので、抵抗値が必然的に大きくなる。例えば
電極がタングステンであり、周波数が１３．５６ＭＨｚ
の場合、電極の厚さは２０μｍ以上が望ましい。この厚
さの電極を、スクリーン印刷法で形成することは困難で
ある。It is easy to reduce the resistance value of the electrode by forming the planar electrode with a metal bulk body. For example, since a screen-printed electrode has a thickness of at most several tens of μm, the resistance value inevitably increases. For example, the electrode is tungsten and the frequency is 13.56MHz
In this case, the electrode thickness is preferably 20 μm or more. It is difficult to form the electrode having this thickness by the screen printing method.
【００２６】電極の形態は、金属平板であって良いが、
金属線材の結合体からなる板状体、または多数の小孔が
形成された板状体とすることが特に好ましい。これによ
って、基材を焼結させる段階で、セラミックス粉末が流
動して、結合体の孔の中に回り込み、充填されるので、
板状体の両側におけるセラミックスの接合力が大きくな
り、基材の強度が向上する。The form of the electrode may be a flat metal plate,
It is particularly preferable to use a plate-shaped body made of a combination of metal wires or a plate-shaped body having a large number of small holes. As a result, at the stage of sintering the base material, the ceramic powder flows, flows into the pores of the combined body, and is filled,
The bonding force of the ceramics on both sides of the plate-shaped body is increased, and the strength of the base material is improved.
【００２７】こうした板状体としては、パンチングメタ
ル、金網、フェルトを例示できる。ただし、電極が高融
点金属からなり、かつパンチングメタルである場合に
は、金属の硬度が高いので、高融点金属からなる板に多
数の小孔をパンチによって開けることは困難であり、加
工コストも非常に高くなる。Examples of such a plate-like body include punching metal, wire mesh, and felt. However, when the electrode is made of a high melting point metal and is a punching metal, the hardness of the metal is high, so it is difficult to punch a large number of small holes on a plate made of the high melting point metal, and the processing cost is also low. Very high.
【００２８】この点、電極が網状電極である場合には、
高融点金属からなる線材が容易に入手できるので、この
線材を編組すれば網状電極を製造できる。従って、電極
の製造が容易である。In this respect, when the electrode is a mesh electrode,
Since a wire made of a high melting point metal can be easily obtained, a braided wire can produce a mesh electrode. Therefore, manufacture of the electrode is easy.
【００２９】プラズマ発生電極装置においては、基材の
中に、高融点金属からなる抵抗発熱体を埋設し、この抵
抗発熱体に電力を供給することによって、基体のプラズ
マ発生側の表面を発熱させうるように構成することがで
きる。これによって、ウエハーをプラズマ発生電極装置
上に直接載置し、保持した状態で、直接にウエハーを加
熱できるので、均熱性および加熱時のレスポンスを向上
させることができる。特に、プラズマを発生させる直前
までウエハーを予熱しておき、プラズマ発生と同時に抵
抗発熱体へと供給する電力を減少させれば、プラズマの
発生の有無に関係なく、ウエハーの温度を一定に維持す
ることができる。In the plasma generating electrode device, a resistance heating element made of a refractory metal is embedded in a base material, and electric power is supplied to the resistance heating element to heat the surface of the base on the plasma generation side. Can be configured as desired. Accordingly, the wafer can be directly heated while the wafer is directly placed on the plasma generating electrode device and held, so that the uniformity and the response at the time of heating can be improved. In particular, if the wafer is preheated just before the plasma is generated and the electric power supplied to the resistance heating element is reduced at the same time as the plasma is generated, the temperature of the wafer is kept constant regardless of the generation of the plasma. be able to.
【００３０】介在層を構成する繊維の結合体としては、
網、不織布、フェルト等を例示できるが、これらに限定
されない。この具体例としては次のようなものがある。
この繊維の材質としては、ニッケル、アルミニウム、
銅、真鍮、ステンレス鋼、これらの合金、カーボン、ア
ルミナ等とすることが好ましく、特に半導体製造装置中
で腐食性ガスに対してさらされる場合には、これらの材
質が好適である。As the bonded body of fibers constituting the intervening layer,
Examples include, but are not limited to, nets, non-woven fabrics, felts, and the like. Specific examples of this are as follows.
The material of this fiber is nickel, aluminum,
Copper, brass, stainless steel, alloys thereof, carbon, alumina and the like are preferable, and these materials are preferable especially when exposed to corrosive gas in a semiconductor manufacturing apparatus.
【００３１】介在層を構成する発泡体は、粉末焼結法の
通常法に従って、金属粉末またはセラミックス粉末と発
泡材の粉末とを混合し、この混合物を焼成することによ
って、製造できる。この金属粉末またはセラミックス粉
末としては、ニッケル、アルミニウム、銅、真鍮、ステ
ンレス鋼、これらの合金、カーボン、アルミナ等とする
ことが好ましく、特に半導体製造装置中で腐食性ガスに
対してさらされる場合には、これらの材質が好適であ
る。また発泡材としては、通常のものを使用できる。The foam constituting the intervening layer can be manufactured by mixing the metal powder or the ceramic powder with the powder of the foaming material and firing the mixture according to the usual method of powder sintering. The metal powder or ceramic powder is preferably nickel, aluminum, copper, brass, stainless steel, alloys thereof, carbon, alumina, etc., especially when exposed to corrosive gas in semiconductor manufacturing equipment. Are preferably made of these materials. As the foam material, a usual foam material can be used.
【００３２】金属冷却装置を構成する金属としては、特
に制限はないが、ハロゲン系腐食性ガスに対して冷却装
置がさらされる場合には、アルミニウム、銅、ステンレ
ス鋼、ニッケルを使用することが好ましい。The metal constituting the metal cooling device is not particularly limited, but when the cooling device is exposed to a halogen-based corrosive gas, it is preferable to use aluminum, copper, stainless steel or nickel. .
【００３３】冷却装置において使用できる冷媒として
は、水、シリコンオイル等の液体であってよく、また空
気、不活性ガス等の気体であってもよい。また、この流
量は、当業者が適宜選択することができる。The refrigerant that can be used in the cooling device may be a liquid such as water or silicone oil, or may be a gas such as air or an inert gas. Further, this flow rate can be appropriately selected by those skilled in the art.
【００３４】冷却装置と半導体ウエハー保持部材とを互
いに機械的に固定する方法は通常法でよい。また、介在
層を冷却装置に対して接合することができ、また半導体
ウエハー保持部材に対して接合することができるが、こ
の接合は必ずしも必要ない。The method for mechanically fixing the cooling device and the semiconductor wafer holding member to each other may be a conventional method. Further, the intervening layer can be bonded to the cooling device and can be bonded to the semiconductor wafer holding member, but this bonding is not always necessary.
【００３５】図１は、静電チャックを半導体ウエハー保
持部材として使用した半導体ウエハー保持装置の一例を
示す断面図である。静電チャック２の基材３の中に静電
チャック電極４が埋設されており、基材３の表面２ａ側
に半導体ウエハー１が設置されている。表面２ａの反対
側の背面２ｂ側には、円形のフランジ部２ｃが基材３の
側面に延設されている。端子５が基材３中に埋設されて
おり、端子５の一端が静電チャック４に対して接続され
ており、端子５の他端が背面２ｂに露出している。FIG. 1 is a sectional view showing an example of a semiconductor wafer holding device using an electrostatic chuck as a semiconductor wafer holding member. The electrostatic chuck electrode 4 is embedded in the base material 3 of the electrostatic chuck 2, and the semiconductor wafer 1 is installed on the front surface 2 a side of the base material 3. On the side of the back surface 2b opposite to the surface 2a, a circular flange portion 2c extends on the side surface of the base material 3. The terminal 5 is embedded in the base material 3, one end of the terminal 5 is connected to the electrostatic chuck 4, and the other end of the terminal 5 is exposed on the back surface 2b.
【００３６】静電チャック２の背面２ｂ側に冷却装置１
１が設置されている。この冷却装置１１の表面１１ｂと
背面１１ｃとの間の内部に冷媒の流通路１２が設けられ
ており、背面１１ｃ側に冷媒供給孔１３と冷媒排出孔１
４とが設けられている。冷媒流通路１２は、平面的に見
て盤状の冷却装置の面内をほぼ均等の流速で冷媒が流れ
るように、隔壁等を設けて蛇行させることが好ましい。
好ましくは金属製の固定具６が冷却装置１１の表面１１
ｂ上に設置されており、この固定具６の突出部６ａがフ
ランジ部２ｃに対して対向している。固定具６の貫通孔
６ｂと冷却装置１１の貫通孔１１ａとが位置合わせされ
ており、この各貫通孔の中に共通のボルト７が挿入され
ており、このボルト７の両端がナット８によって締結さ
れている。A cooling device 1 is provided on the back surface 2b side of the electrostatic chuck 2.
1 is installed. A cooling medium passage 12 is provided inside the cooling device 11 between a front surface 11b and a rear surface 11c, and a cooling medium supply hole 13 and a cooling medium discharge hole 1 are provided on the rear surface 11c side.
4 are provided. It is preferable that the coolant flow passage 12 is provided with a partition wall or the like so as to meander so that the coolant flows at a substantially uniform flow velocity within the surface of the cooling device having a plate-like shape in plan view.
The fixture 6, which is preferably made of metal, is the surface 11 of the cooling device 11.
The protrusion 6a of the fixture 6 faces the flange portion 2c. The through hole 6b of the fixture 6 and the through hole 11a of the cooling device 11 are aligned with each other, a common bolt 7 is inserted into each through hole, and both ends of the bolt 7 are fastened by nuts 8. Has been done.
【００３７】静電チャック２の背面２ｂと冷却装置１１
の表面１１ｂとの間に介在層９が挟まれており、フラン
ジ部２ｃと固定具６との間に介在層１０が挟まれてお
り、フランジ部２ｃと固定具６の突出部６ａとの間に介
在層２０が挟まれている。端子５に対しては電線１６が
接続されており、この電線１６が直流電源１５に対して
接続されている。半導体ウエハー１に対しては、電源１
５の他極またはアースが電線１７を介して接続されてい
る。The back surface 2b of the electrostatic chuck 2 and the cooling device 11
The intervening layer 9 is sandwiched between the flange portion 2c and the fixture 6 and the intervening layer 9 is sandwiched between the flange portion 2c and the protrusion 6a of the fixture 6. The intervening layer 20 is sandwiched between. An electric wire 16 is connected to the terminal 5, and the electric wire 16 is connected to the DC power supply 15. For semiconductor wafer 1, power supply 1
The other pole of 5 and the ground are connected through an electric wire 17.
【００３８】半導体ウエハーを処理する際には、半導体
ウエハー１を表面２ａに設置し、静電チャック電極４に
対して電力を供給し、ウエハー１をチャックする。この
状態で、プラズマを発生させてＣＶＤなどの成膜やエッ
チング処理などを行う。冷却装置１１の冷媒供給孔１３
から矢印Ａのように冷媒を流通孔１２内へと供給する
と、冷媒はこの中を大略矢印Ｂのように流れ、排出孔１
４から矢印Ｃのように排出される。ボルト７に対する締
結力を調整することによって、介在層９に対して加わる
圧力を調整することができる。When processing a semiconductor wafer, the semiconductor wafer 1 is placed on the surface 2a, and electric power is supplied to the electrostatic chuck electrode 4 to chuck the wafer 1. In this state, plasma is generated to perform film formation such as CVD or etching. Refrigerant supply hole 13 of the cooling device 11
When the refrigerant is supplied from the inside to the inside of the flow hole 12 as indicated by the arrow A, the refrigerant flows through the inside as indicated by the arrow B, and the discharge hole 1
It is discharged from 4 as shown by arrow C. By adjusting the fastening force for the bolt 7, the pressure applied to the intervening layer 9 can be adjusted.
【００３９】図２は、静電チャックの内部に更に抵抗発
熱体を埋設することによって、半導体ウエハーをチャッ
クしつつ同時に加熱するできるように半導体保持装置を
構成した例を示す断面図である。図１に示したものと同
じ部材には同じ符号を付け、その説明は省略することが
ある。このヒーター付き静電チャック１８においては、
基材３の表面１８ａ側の内部に静電チャック電極４が埋
設されており、電極４よりも背面１８ｂ側に抵抗発熱体
１９が埋設されている。この抵抗発熱体１９から背面側
に例えば一対の端子３０が埋設されており、各端子３０
の端面が背面１８ｂに露出している。抵抗発熱体１９の
両端部が各端子３０に対して結合されており、各端子３
０が電線２１に対して電気的に接続されている。各電線
２１は、それぞれサイリスタレギュレーター付きの電力
供給装置２２に対して接続されている。１８ｃは基材の
フランジ部である。FIG. 2 is a sectional view showing an example in which a semiconductor holding device is constructed so that a resistance heating element is further embedded inside the electrostatic chuck so that the semiconductor wafer can be simultaneously heated while being chucked. The same members as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted. In this electrostatic chuck 18 with a heater,
The electrostatic chuck electrode 4 is embedded inside the front surface 18 a of the base material 3, and the resistance heating element 19 is embedded closer to the back surface 18 b than the electrode 4. For example, a pair of terminals 30 are embedded on the back side of the resistance heating element 19 and each terminal 30 is embedded.
Is exposed at the back surface 18b. Both ends of the resistance heating element 19 are coupled to each terminal 30, and each terminal 3
0 is electrically connected to the electric wire 21. Each electric wire 21 is connected to a power supply device 22 with a thyristor regulator. 18c is a flange portion of the base material.
【００４０】半導体ウエハーを処理する際には、半導体
ウエハー１を表面１８ａに設置し、静電チャック電極４
に対して電力を供給し、ウエハー１をチャックする。そ
して、抵抗発熱体１９に対して電力を供給して発熱さ
せ、ウエハー１を吸着しつつ加熱する。この状態で、半
導体ウエハー１を加熱し、またエッチング処理などを行
う。あるいは、プラズマを発生させる場合には、プラズ
マからの熱がウエハーに入射されるのと同時に、抵抗発
熱体の発熱量を減少させて、ウエハーの温度を一定に保
つように制御する。冷却装置１１の冷媒供給孔１３から
矢印Ａのように冷媒を流通孔１２内へと供給すると、冷
媒はこの中を矢印Ｂのように流れ、排出孔１４から矢印
Ｃのように排出される。When processing a semiconductor wafer, the semiconductor wafer 1 is placed on the surface 18a and the electrostatic chuck electrode 4
Power is supplied to chuck the wafer 1. Then, electric power is supplied to the resistance heating element 19 to generate heat, and the wafer 1 is heated while being adsorbed. In this state, the semiconductor wafer 1 is heated and an etching process is performed. Alternatively, when plasma is generated, heat generated from the plasma is incident on the wafer, and at the same time, the amount of heat generated by the resistance heating element is reduced so that the temperature of the wafer is controlled to be constant. When the cooling medium is supplied from the cooling medium supply hole 13 of the cooling device 11 into the circulation hole 12 as indicated by the arrow A, the cooling medium flows therein as indicated by the arrow B and is discharged from the discharge hole 14 as indicated by the arrow C.
【００４１】図３は、プラズマ発生電極装置２５、介在
層および冷却装置１１をチャンバー３２内に設置した状
態を模式的に示す部分断面図である。図４は、図３のプ
ラズマ発生電極装置２５のうち一部を切り欠いて示す斜
視図である。図１に示したものと同じ部材には同じ符号
を付け、その説明は省略することがある。FIG. 3 is a partial sectional view schematically showing a state in which the plasma generating electrode device 25, the intervening layer and the cooling device 11 are installed in the chamber 32. FIG. 4 is a perspective view showing a part of the plasma generating electrode device 25 of FIG. 3 by cutting out. The same members as those shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof may be omitted.
【００４２】本実施例の装置２５においては、図４に示
すような網状電極２６を使用している。網状電極２６
は、全体として円形をなしており、繊維ないし線体２６
ａを編組したものである。図４において、２６ｂは編み
目である。The apparatus 25 of this embodiment uses a mesh electrode 26 as shown in FIG. Reticulated electrode 26
Has a circular shape as a whole, and the fiber or wire 26
It is a braid of a. In FIG. 4, 26b is a stitch.
【００４３】図４においては、略円盤形状の基材２１の
背面側の側周面にリング状のフランジ部２５ｃが設けら
れており、基材２１の内部に、網状電極２６からなる高
周波電極が埋設されている。表面２５ａ側には、電磁波
透過層３６が形成されている。基材２１の内部の背面２
５ｂ側には端子２７が埋設されており、端子２７が高周
波電極２６に接続されている。端子２７の端面が、基材
２１の背面２５ｂに露出している。In FIG. 4, a ring-shaped flange portion 25c is provided on the side peripheral surface on the back side of the substantially disk-shaped base material 21, and a high-frequency electrode composed of a mesh electrode 26 is provided inside the base material 21. It is buried. An electromagnetic wave transmission layer 36 is formed on the surface 25a side. Back surface 2 inside substrate 21
A terminal 27 is embedded on the 5b side, and the terminal 27 is connected to the high frequency electrode 26. The end surface of the terminal 27 is exposed on the back surface 25b of the base material 21.
【００４４】プラズマ発生電極装置２５は、本実施例で
は、高周波電極２６が上面側となるように設置されてお
り、この表面２５ａにウエハー１が載置されている。電
力供給用のケーブル３８の一端が端子２７に接続されて
おり、ケーブル３８の他端がチャンバー３２外に引き出
されており、高周波電源２９に接続されている。電極２
６と対向する位置に、所定間隔を置いて平行に、対向電
極２４が設置されている。電力供給用のケーブル３７の
一端が対向電極２４に接続されており、ケーブル３７の
他端がチャンバー３２の外へと引き出されており、高周
波電源２９およびアース３１へと接続されている。な
お、プラズマ発生電極装置２５においては、高周波電源
２９に直流電源を組み合わせて接続し、この直流電源に
よって電極を静電チャック電極として機能させることが
できる。この場合には、ウエハーはプラズマを通じてア
ース３１へと接続される。In this embodiment, the plasma generating electrode device 25 is installed so that the high frequency electrode 26 is on the upper surface side, and the wafer 1 is placed on the surface 25a. One end of a power supply cable 38 is connected to the terminal 27, and the other end of the cable 38 is pulled out of the chamber 32 and connected to a high frequency power supply 29. Electrode 2
A counter electrode 24 is installed at a position facing 6 in parallel with a predetermined interval. One end of a cable 37 for power supply is connected to the counter electrode 24, and the other end of the cable 37 is drawn out of the chamber 32 and connected to a high frequency power supply 29 and a ground 31. In the plasma generating electrode device 25, a high frequency power source 29 can be connected to a direct current power source in combination, and the direct current power source can cause the electrode to function as an electrostatic chuck electrode. In this case, the wafer is connected to earth 31 through plasma.
【００４５】装置２５の背面２５ｂと冷却装置１１の表
面１１ｂとの間に介在層９が挟まれており、フランジ部
２５ｃと固定具６との間に介在層１０が挟まれており、
フランジ部２５ｃと固定具６の突出部６ａとの間に介在
層２０が挟まれている。The intervening layer 9 is sandwiched between the back surface 25b of the device 25 and the surface 11b of the cooling device 11, and the intervening layer 10 is sandwiched between the flange portion 25c and the fixture 6.
The interposition layer 20 is sandwiched between the flange portion 25c and the protruding portion 6a of the fixture 6.
【００４６】チャンバー内に所定のガスを導入し、一対
のケーブル３７、３８を介して高周波電力を供給するこ
とにより、ウエハー１の上のプラズマ発生領域３５に、
プラズマを発生させることができる。この際、プラズマ
発生領域３５と表面２５ａとの間に、プラズマシースが
発生する。このプラズマからの熱量が半導体ウエハーお
よび基材２１に向かって放射されるが、このとき冷却装
置１１内へと所定の冷媒を供給することによって、半導
体ウエハーの温度を安定して制御することができる。By introducing a predetermined gas into the chamber and supplying high frequency power through a pair of cables 37 and 38, the plasma generation region 35 on the wafer 1 is
Plasma can be generated. At this time, a plasma sheath is generated between the plasma generation region 35 and the surface 25a. The amount of heat from this plasma is radiated toward the semiconductor wafer and the base material 21. At this time, the temperature of the semiconductor wafer can be stably controlled by supplying a predetermined coolant into the cooling device 11. .
【００４７】[0047]
【実施例】（実施例１） 図１に示すような半導体保持装置を実際に製造し、その
特性を試験した。ただし、１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を
有する窒化アルミニウムによって基材３を製造した。こ
の半導体ウエハー保持部材２の直径を２００ｍｍとし、
厚さを１０ｍｍとした。介在層として厚さ１ｍｍのシー
ト状の不織布を使用した。この不織布は、線径数十μｍ
のニッケル繊維を編むことによって製造しており、その
空隙率は６０％とした。静電チャック電極４はモリブデ
ン製の金網の平板によって形成し、端子５はモリブデン
製の直径５ｍｍの円柱状端子を使用した。冷却装置１１
はアルミニウムによって形成した。EXAMPLES Example 1 A semiconductor holding device as shown in FIG. 1 was actually manufactured and its characteristics were tested. However, the base material 3 was manufactured from aluminum nitride having a thermal conductivity of 150 W / mK. The diameter of the semiconductor wafer holding member 2 is 200 mm,
The thickness was 10 mm. A sheet-shaped nonwoven fabric having a thickness of 1 mm was used as the intervening layer. This non-woven fabric has a wire diameter of several tens of μm.
It is manufactured by knitting the nickel fiber of, and its porosity is set to 60%. The electrostatic chuck electrode 4 was formed of a molybdenum wire mesh flat plate, and the terminal 5 was a columnar terminal made of molybdenum and having a diameter of 5 mm. Cooling device 11
Was made of aluminum.
【００４８】真空中において、この基材の表面２ａ側か
ら、図示しない加熱ヒーターによって２ｋＷの熱を入射
した。これは、実際の半導体製造装置において、表面上
で発生するプラズマの熱量を模擬するためのものであ
る。冷却装置中には冷媒として２０℃の水を流した。こ
の状態で、基材の表面２ａ、背面２ｂ、冷却装置の表面
１１ｂの温度をそれぞれ測定したところ、それぞれ４２
０℃、４１５℃、３５℃であった。即ち、基材２中では
わずか５℃の温度差しか発生しておらず、この温度差に
よる応力はほとんど存在しない。このために長時間駆動
させても、まったくクラック等は発生しなかった。一
方、厚さ１ｍｍの介在層の中で４１５℃から３５℃への
温度勾配が生じていることになる。In a vacuum, heat of 2 kW was applied from the surface 2a side of the base material by a heater (not shown). This is for simulating the amount of heat of plasma generated on the surface in an actual semiconductor manufacturing apparatus. Water at 20 ° C. was passed as a refrigerant in the cooling device. In this state, the temperatures of the front surface 2a, the back surface 2b of the base material and the surface 11b of the cooling device were measured.
It was 0 degreeC, 415 degreeC, and 35 degreeC. That is, the temperature difference of only 5 ° C. is generated in the base material 2, and the stress due to this temperature difference hardly exists. For this reason, no cracks or the like were generated even after driving for a long time. On the other hand, there is a temperature gradient from 415 ° C. to 35 ° C. in the intervening layer having a thickness of 1 mm.
【００４９】また、冷却装置の表面の温度も３５℃であ
って、高温には加熱されていないので、金属製の冷却装
置の熱膨張もほとんど生じておらず、変位がきわめて少
ない。一方、セラミックスの線熱膨張係数は金属に比較
して一般的に小さい。例えば、窒化アルミニウムの線熱
膨張係数は５×１０-6／℃であり、アルミニウムの線熱
膨張係数は２４×１０-6／℃であって、５倍程度の相違
がある。従って、ウエハー保持装置の全体の熱膨張によ
る変形も少なかった。また、たとえセラミックス基材の
熱膨張量と冷却装置の熱膨張量とが異なっていても、不
織布が柔らかいために、両者の変位の差を吸収すること
ができる。このように、不織布は温度勾配と変位による
歪みを吸収し、装置を機械的に安全な状態に保持する役
割を果たす。本実施例では、ニッケルからなる不織布
は、１平方センチメートル当たり６Ｗの熱量を伝達する
ことができた。Further, since the surface temperature of the cooling device is 35 ° C. and is not heated to a high temperature, the thermal expansion of the cooling device made of metal hardly occurs, and the displacement is extremely small. On the other hand, the coefficient of linear thermal expansion of ceramics is generally smaller than that of metal. For example, the coefficient of linear thermal expansion of aluminum nitride is 5 × 10 −6 / ° C., and the coefficient of linear thermal expansion of aluminum is 24 × 10 −6 / ° C., which is a difference of about 5 times. Therefore, deformation of the entire wafer holding device due to thermal expansion was small. Further, even if the amount of thermal expansion of the ceramic base material and the amount of thermal expansion of the cooling device are different, since the nonwoven fabric is soft, it is possible to absorb the difference in displacement between the two. In this way, the non-woven fabric absorbs strain due to temperature gradients and displacements, and serves to keep the device mechanically safe. In this example, the non-woven fabric made of nickel could transfer 6 W of heat per square centimeter.
【００５０】（実施例２）実施例１において、セラミッ
クス基材と冷却装置との間を機械的にクランプする圧力
を増大させ、ニッケルからなる不織布を圧縮変形させ
た。この状態で実施例１と同様に、基材の表面２ａ、背
面２ｂ、冷却装置の表面１１ｂの温度をそれぞれ測定し
たところ、それぞれ３４０℃、３３５℃、４０℃であっ
た。即ち、基材２中ではわずか５℃の温度差しか発生し
ておらず、この温度差による応力はほとんど存在しな
い。一方、介在層の中で３４０℃から４０℃への大きな
温度勾配が生じていた。また、実施例１と比較すると、
不織布の気孔率が減少し、不織布中での温度勾配が少な
くなっており、保持部材の表面における温度が低下し
た。このように、不織布への圧力を変更してその気孔率
を制御することによって、保持部材の表面の温度を制御
することができた。Example 2 In Example 1, the pressure for mechanically clamping the space between the ceramic substrate and the cooling device was increased, and the nonwoven fabric made of nickel was compressed and deformed. In this state, the temperatures of the surface 2a of the substrate, the back surface 2b, and the surface 11b of the cooling device were measured in the same manner as in Example 1, and were 340 ° C, 335 ° C, and 40 ° C, respectively. That is, the temperature difference of only 5 ° C. is generated in the base material 2, and the stress due to this temperature difference hardly exists. On the other hand, a large temperature gradient from 340 ° C. to 40 ° C. occurred in the intervening layer. Further, as compared with Example 1,
The porosity of the non-woven fabric decreased, the temperature gradient in the non-woven fabric decreased, and the temperature on the surface of the holding member decreased. Thus, the temperature of the surface of the holding member could be controlled by changing the pressure on the non-woven fabric to control its porosity.
【００５１】（比較例１）実施例１において、介在層を
取り除き、セラミックス基材と冷却装置との間の間隔を
１ｍｍあけた状態で両者を固定装置６によって機械的に
固定した。そして実施例１と同様にして真空中で試験を
行った。この際入射熱量を４００Ｗとしたときには、セ
ラミックス基材の表面の温度が４００℃を越えてしまっ
た。また、入射熱量を２ｋＷとした場合には、この温度
が７００℃を越えてしまった。また、基材と冷却装置と
の間の空間における熱伝達は熱輻射のみによって行われ
ている。Comparative Example 1 In Example 1, the intervening layer was removed, and the ceramic base material and the cooling device were mechanically fixed by the fixing device 6 with a gap of 1 mm. Then, in the same manner as in Example 1, the test was performed in vacuum. At this time, when the incident heat amount was 400 W, the temperature of the surface of the ceramic substrate exceeded 400 ° C. Further, when the incident heat quantity was set to 2 kW, this temperature exceeded 700 ° C. Further, heat transfer in the space between the base material and the cooling device is performed only by heat radiation.
【００５２】（実施例３）図２に示す半導体ウエハー保
持装置を製造した。基材３の形状は円板状とし、１５０
Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する窒化アルミニウムによって
製造した。抵抗発熱体１９は、コイルスプリング状に巻
回された巻回体を使用した。また、円板状の基材を平面
的に見ると、抵抗発熱体が渦巻き状をなすように埋設さ
れている。この半導体ウエハー保持部材１８の直径を２
００ｍｍとし、厚さを２０ｍｍとした。介在層として、
ステンレス製の網状シートを使用した。この網状シート
は、線径０．２ｍｍのステンレス細線を縦横に編んで作
成した。目開きは１インチ当たり５０本相当のものを使
用した。冷却装置をアルミニウムによって製造した。Example 3 A semiconductor wafer holding device shown in FIG. 2 was manufactured. The base material 3 has a disk shape, and is 150
Made of aluminum nitride with a thermal conductivity of W / mK. As the resistance heating element 19, a winding body wound in a coil spring shape was used. Further, when the disc-shaped substrate is viewed in plan, the resistance heating element is embedded so as to form a spiral shape. The diameter of the semiconductor wafer holding member 18 is 2
The thickness was set to 00 mm and the thickness was set to 20 mm. As an intervening layer,
A stainless mesh sheet was used. This reticulated sheet was created by knitting stainless steel wires having a wire diameter of 0.2 mm in the length and width. The openings were equivalent to 50 per inch. The chiller was made of aluminum.
【００５３】この保持装置について、実施例１と同様の
試験を行った。即ち、基材の表面側から、別体の加熱ヒ
ーターによって２ｋＷの熱量を入射した。冷却装置の流
通路には冷媒として２０℃の水を流した。基材の表面１
８ａ、背面１８ｂ、冷却装置の表面１１ｂの温度をそれ
ぞれ測定したところ、それぞれ３５０℃、３４５℃、２
５℃であった。このウエハー保持装置は、基材中にまっ
たく破壊が発生せず、不具合は認められなかった。The same test as in Example 1 was conducted on this holding device. That is, a heat amount of 2 kW was incident from the front side of the base material by a separate heater. Water having a temperature of 20 ° C. was made to flow through the flow passage of the cooling device. Substrate surface 1
The temperatures of 8a, the back surface 18b, and the surface 11b of the cooling device were measured.
5 ° C. This wafer holding device did not cause any breakage in the substrate, and no defect was recognized.
【００５４】（実施例４）実施例３において、基材の表
面側から、別体の加熱ヒーターによって２ｋＷの熱量を
入射し、同時に、抵抗発熱体に対して電力を供給するこ
とによって発熱させ、かつ、冷却装置の流通路に冷媒と
して２０℃の水を流した。電力供給装置の出力を制御
し、表面１８ａの温度を測定しつつこの温度を電源にフ
ィードバックすることによって、表面１８ａの温度を４
００℃に制御することができた。即ち、表面ないしウエ
ハー設置面１８ａに対して入射している熱量と、基材内
の抵抗発熱体からの熱量の総和と、冷却装置内を流れる
冷媒による熱量の奪い取りとによって、基材の表面１８
ａの温度を安定して制御することができた。(Example 4) In Example 3, heat of 2 kW was made incident from the front surface side of the base material by a separate heater, and at the same time, electric power was supplied to the resistance heating element to generate heat. At the same time, water at 20 ° C. was made to flow in the flow passage of the cooling device as a refrigerant. By controlling the output of the power supply device and measuring the temperature of the surface 18a and feeding back this temperature to the power source, the temperature of the surface 18a can be controlled to 4 degrees.
It was possible to control the temperature to 00 ° C. That is, the surface 18 of the base material is obtained by the sum of the amount of heat incident on the surface or the wafer mounting surface 18a, the total amount of heat from the resistance heating element in the base material, and the removal of the heat amount by the refrigerant flowing in the cooling device.
The temperature of a could be controlled stably.
【００５５】（比較例２）実施例３において、セラミッ
クス製の基材と冷却装置とをアルミニウムろうによって
接合した。ろう付けを行って接合体を製造し、この接合
体の温度を室温にまで降下させると、基材と冷却装置と
の熱膨張差によって基材に破壊が見られた。(Comparative Example 2) In Example 3, a ceramic base material and a cooling device were joined by aluminum brazing. When a joined body was manufactured by brazing and the temperature of the joined body was lowered to room temperature, the base material was broken due to the difference in thermal expansion between the base material and the cooling device.
【００５６】（比較例３）実施例３において、セラミッ
クス製の基材と冷却装置とをアルミニウムろうによって
接合した。ただし、冷却装置と基材との熱膨張差による
破壊を防止するために、冷却装置を熱膨張係数が低いモ
リブデンによって形成した。そして、実施例１と同様に
して、２ｋＷの熱量を表面１８ａ側に入射し、冷却装置
の流通路に冷媒として２０℃の水を流した。この結果、
セラミックス製静電チャック１８の表面１８ａの温度は
４５℃まで低下した。(Comparative Example 3) In Example 3, the ceramic base material and the cooling device were joined by aluminum brazing. However, in order to prevent the destruction due to the difference in thermal expansion between the cooling device and the substrate, the cooling device was formed of molybdenum having a low coefficient of thermal expansion. Then, in the same manner as in Example 1, a heat amount of 2 kW was incident on the surface 18a side, and water at 20 ° C. was made to flow in the flow passage of the cooling device as a refrigerant. As a result,
The temperature of the surface 18a of the ceramic electrostatic chuck 18 dropped to 45 ° C.
【００５７】しかし、半導体プロセスに必要な温度は、
低温を必要とするプロセスを除き、通常は一層高温であ
る。このため、プロセスに必要な温度が例えば４００℃
であると考え、表面１８ａの温度を４００℃に制御する
ために、基材１８中の抵抗発熱体に対して電力を供給
し、発熱させた。しかし、このためには供給する電力を
著しく増大させる必要があったので、冷却水の流量を減
少させて温度を制御することを試みた。しかし、このよ
うな制御を行って保持部材の表面の温度を上昇させよう
とすると、基材中に温度勾配が生じ、クラックが発生し
てしまった。このとき、ウエハー保持部材と冷却装置と
を接合しているアルミニウムろうの接合層によって、１
平方センチメートル当たり１００Ｗ以上の熱を伝達した
ことになる。However, the temperature required for the semiconductor process is
Usually higher, except for processes that require lower temperatures. Therefore, the temperature required for the process is, for example, 400 ° C.
Then, in order to control the temperature of the surface 18a to 400 ° C., electric power was supplied to the resistance heating element in the base material 18 to generate heat. However, for this purpose, it was necessary to remarkably increase the supplied electric power, so an attempt was made to control the temperature by reducing the flow rate of the cooling water. However, when an attempt was made to raise the temperature of the surface of the holding member by performing such control, a temperature gradient was generated in the base material and cracks were generated. At this time, the bonding layer of the aluminum brazing bonding the wafer holding member and the cooling device together
This means that more than 100 W of heat was transferred per square centimeter.
【００５８】（実施例５）実施例１において不織布の材
質と厚さとを変更することによって、この介在層におけ
る熱量の伝達量を種々変更した結果、４００Ｗ〜４ｋＷ
の入射熱量の範囲内で、ウエハー保持部材の表面の温度
を４００℃に安定して制御できることを確認した。この
範囲内であれば、特に、半導体製造プロセスにおいて使
用される通常のプラズマ及び高密度プラズマによる入射
熱量に対しては好適であることがわかった。(Example 5) As a result of variously changing the amount of heat transfer in the intervening layer by changing the material and thickness of the non-woven fabric in Example 1, 400 W to 4 kW
It was confirmed that the temperature of the surface of the wafer holding member could be stably controlled to 400 ° C. within the range of the incident heat amount of (1). It has been found that the content within this range is particularly suitable for the amount of incident heat from the normal plasma and the high-density plasma used in the semiconductor manufacturing process.
【００５９】（実施例６）実施例１において、介在層と
して、ニッケルの発泡体を使用した。この発泡体は、粉
末冶金分野の通常の方法に従って製造した。この結果、
ウエハー保持部材の表面の温度を４００℃に安定して制
御できることを確認した。Example 6 In Example 1, nickel foam was used as the intervening layer. This foam was produced according to the usual methods in the field of powder metallurgy. As a result,
It was confirmed that the surface temperature of the wafer holding member could be stably controlled at 400 ° C.
【００６０】[0060]
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、例
えばプラズマや電子ビームからの熱量が半導体ウエハー
保持部材に対して入射し、これが著しく加熱されても、
冷却装置によって適切に冷却しつつ、ウエハー保持部材
中の温度勾配による熱応力による破壊や、保持部材と冷
却装置との熱膨張差に起因する変位やこれに基づく破壊
等の不具合を回避することができる。また、介在層に対
する圧力を調節することによって、ウエハー保持部材の
表面の温度を適切に制御することができる。As described above, according to the present invention, for example, even if heat quantity from plasma or electron beam enters the semiconductor wafer holding member and is heated significantly,
While properly cooling with a cooling device, it is possible to avoid failures such as destruction due to thermal stress due to a temperature gradient in the wafer holding member, displacement caused by a difference in thermal expansion between the holding member and the cooling device, and destruction due to this. it can. Further, the temperature of the surface of the wafer holding member can be appropriately controlled by adjusting the pressure applied to the intervening layer.
【図１】本発明の実施例において、セラミックス静電チ
ャックと冷却装置との間に介在層９を設けた半導体ウエ
ハー保持装置を概略的に示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view schematically showing a semiconductor wafer holding device in which an intervening layer 9 is provided between a ceramic electrostatic chuck and a cooling device in an embodiment of the present invention.
【図２】本発明の実施例において、ヒーター付きのセラ
ミックス静電チャックと冷却装置との間に介在層９を設
けた半導体ウエハー保持装置を概略的に示す断面図であ
る。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor wafer holding device in which an intervening layer 9 is provided between a ceramics electrostatic chuck with a heater and a cooling device in an embodiment of the present invention.
【図３】本発明の実施例において、プラズマ発生電極装
置と冷却装置との間に介在層９を設けた半導体ウエハー
保持装置を概略的に示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view schematically showing a semiconductor wafer holding device in which an intervening layer 9 is provided between a plasma generating electrode device and a cooling device in an embodiment of the present invention.
【図４】図３のプラズマ発生電極装置を切り欠いたとき
の破断面を示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a fracture surface when the plasma generating electrode device of FIG. 3 is cut out.
１ 半導体ウエハー、２ セラミックス静電チャック、
２ａ, １８ａ 基材の表面、２ｂ, １８ｂ 背面、３,
２１ 基材、４ 静電チャック電極、５ 静電チャック
の端子、６ 固定装置、９, １０, ２０ 介在層、１１
冷却装置、１２ 冷媒の流通路、１３ 冷媒の供給孔、
１４ 冷媒の排出孔、１５ 静電チャックの電源、１８
ヒーター付きの静電チャック、１９ 抵抗発熱体、２
５ プラズマ発生電極装置、２６ 高周波電極、３６
電磁波透過層1 semiconductor wafer, 2 ceramics electrostatic chuck,
2a, 18a Base surface, 2b, 18b Back surface, 3,
21 substrate, 4 electrostatic chuck electrode, 5 electrostatic chuck terminal, 6 fixing device, 9, 10, 20 intervening layer, 11
Cooling device, 12 refrigerant flow passage, 13 refrigerant supply hole,
14 Refrigerant discharge hole, 15 Electrostatic chuck power supply, 18
Electrostatic chuck with heater, 19 resistance heating element, 2
5 Plasma generating electrode device, 26 High frequency electrode, 36
Electromagnetic wave transmission layer
Claims (8)
セラミックス基材を備えた半導体ウエハー保持部材と、
金属製の冷却装置と、前記半導体ウエハー保持部材と前
記冷却装置との間に挟まれている、耐熱材料製の繊維の
結合体または発泡体からなる介在層とを備えていること
を特徴とする、半導体ウエハー保持装置。1. A semiconductor wafer holding member provided with a nitride ceramics base material for holding a semiconductor wafer,
A cooling device made of metal; and an intervening layer made of a fiber-bonded body or foam made of a heat-resistant material, sandwiched between the semiconductor wafer holding member and the cooling device. , Semiconductor wafer holding device.
ラミックス基材と、この基材の内部の静電チャック用電
極とを備えた静電チャックであることを特徴とする、請
求項１記載の半導体ウエハー保持装置。2. The semiconductor wafer holding member is an electrostatic chuck provided with a nitride ceramics base material and an electrostatic chuck electrode inside the base material. Semiconductor wafer holding device.
ラミックス基材と、この基材の内部の高周波電極とを備
えたプラズマ発生用電極装置であることを特徴とする、
請求項１記載の半導体ウエハー保持装置。3. A semiconductor wafer holding member is a plasma generating electrode device comprising a nitride ceramics base material and a high frequency electrode inside the base material.
The semiconductor wafer holding device according to claim 1.
ラミックス基材と、この基材の内部の抵抗発熱体とを備
えていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一
つの請求項に記載の半導体ウエハー保持装置。4. The semiconductor wafer holding member comprises a nitride ceramics base material and a resistance heating element inside the base material. Item 5. A semiconductor wafer holding device according to item.
トであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一
つの請求項に記載の半導体ウエハー保持装置。5. The semiconductor wafer holding device according to claim 1, wherein the bonded body of fibers is a non-woven fabric or a mesh sheet.
ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求
項に記載の半導体ウエハー保持装置。6. The semiconductor wafer holding device according to claim 1, wherein a pressure is applied to the intervening layer.
セラミックス基材を備えた半導体ウエハー保持部材と、
金属製の冷却装置との間に、耐熱材料製の繊維の結合体
または発泡体からなる介在層を挟んで固定し、次いで前
記半導体保持部材と前記冷却装置と前記介在層を機械的
に固定して一体化することを特徴とする、半導体ウエハ
ー保持装置の製造方法。7. A semiconductor wafer holding member provided with a nitride ceramics base material for holding a semiconductor wafer,
An intervening layer made of a fiber-bonded body or a foam made of a heat-resistant material is sandwiched between a metal cooling device and fixed, and then the semiconductor holding member, the cooling device, and the intervening layer are mechanically fixed. A method of manufacturing a semiconductor wafer holding device, characterized by comprising:
セラミックス基材を備えた半導体ウエハー保持部材と、
金属製の冷却装置と、前記半導体ウエハー保持部材と前
記冷却装置との間に挟まれている、耐熱材料製の繊維の
結合体または発泡体からなる介在層とを備えている半導
体ウエハー保持装置を使用するのに際して、前記介在層
に圧力を加え、この圧力を調整することによって前記半
導体ウエハー保持部材と前記冷却装置との間の熱伝達量
を調整することを特徴とする、半導体ウエハー保持装置
の使用方法。8. A semiconductor wafer holding member provided with a nitride ceramics base material for holding a semiconductor wafer,
A semiconductor wafer holding device comprising: a metal cooling device; and an intervening layer made of a fiber-bonded body or foam made of a heat-resistant material, sandwiched between the semiconductor wafer holding member and the cooling device. In use, a pressure is applied to the intervening layer, and the heat transfer amount between the semiconductor wafer holding member and the cooling device is adjusted by adjusting this pressure. how to use.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP16195795A JP2987085B2 (en) | 1995-06-28 | 1995-06-28 | Semiconductor wafer holding device, method of manufacturing the same, and method of using the same |
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| JPH0917849A true JPH0917849A (en) | 1997-01-17 |
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