JP2004266104A

JP2004266104A - Wafer holder for semiconductor manufacturing device and semiconductor manufacturing device mounting the same

Info

Publication number: JP2004266104A
Application number: JP2003055060A
Authority: JP
Inventors: Masuhiro Natsuhara; 益宏夏原; Hirohiko Nakada; 博彦仲田; Manabu Hashikura; 学橋倉
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2004-09-24
Anticipated expiration: 2023-03-03
Also published as: JP3991887B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wafer holder for manufacturing a semiconductor with a heat uniformity of a wafer holding surface having the wafer mounting surface of a wafer holder enhanced, and to provide a semiconductor manufacturing device mounting it. <P>SOLUTION: A wafer holder 1 has a wafer mounting surface and a wafer pocket 2 formed on the wafer mounting surface. When a distance (k) from the end of the wafer pocket to the periphery of the wafer holder 1 and a thickness (t) of the wafer holder 1 at the wafer mounting part have a relation of 2k≥t, a temperature distribution on the surface of the mounted wafer can be within ±1.0%. Further, when k≥t, the temperature distribution can be within ±0.5%. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、メタルＣＶＤ、絶縁膜ＣＶＤ、イオン注入、エッチング、Ｌｏｗ−Ｋ成膜、ＤＥＧＡＳ装置などの半導体製造装置に使用されるウェハ保持体、更にはそれを搭載した処理チャンバー、半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体の製造工程では、被処理物である半導体基板に対して成膜処理やエッチング処理など様々な処理が行われる。このような半導体基板に対する処理を行う処理装置では、半導体基板を保持し、半導体基板を加熱するためのセラミックスヒータが用いられている。
【０００３】
このような従来のセラミックスヒータは、例えば特開２００２−２３７３７５号公報に開示されている。特開２００２−２３７３７５号公報に開示されたセラミックスヒータは、その表面または内部に抵抗発熱体が形成され、その外縁部には、半導体ウェハを嵌号させるための突部が形成され、該突部の内側には、該半導体ウェハと接触する多数の凸状体が形成された構造である。なお、この半導体ウェハを嵌号させるさせる部分はウェハポケットと呼ばれる。
【０００４】
また、特開２００２−７６１０２号公報には、抵抗発熱体が形成されたセラミックヒータにおいて、該抵抗発熱体が形成された領域の内側に半導体ウェハを載置する領域を設け、半導体ウェハを載置する領域の外縁から前記抵抗発熱体が形成されている領域の外縁までの距離Ｌと、セラミックヒータの厚みｌの関係が、Ｌ（ｍｍ）＞ｌ（ｍｍ）／２０であることが示されている。このような構成にすることにより、２００℃程度の温度ではウェハを均一に加熱することができるとされている。
【０００５】
前記特許文献２に記載のセラミックヒータでは、セラミックヒータに形成された抵抗発熱体の大きさと、セラミックヒータの外径寸法とがほぼ等しい場合、抵抗発熱体で発生した熱が、セラミックヒータの側面から放散されるため、セラミックヒータの外周部近傍部におけるウェハの均熱性が乱れるという問題があった。
【０００６】
しかも、近年の半導体ウェハは大型化が進められており、また半導体ウェハの処理温度も上昇してきている。例えば、シリコン（Ｓｉ）ウェハでは８インチから１２インチへと移行が進められており、処理温度も５００℃以上になってきている。この半導体ウェハの大口径化と処理温度の高温化に伴って、半導体ウェハ表面の温度分布は、±１．０％以内が必要とされるようになり、更には、±０．５％以内が望まれるようになってきた。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−２３７３７５号公報
【特許文献２】
特開２００２−０７６１０２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、搭載するウェハ表面の均熱性を高めた半導体製造装置用ウェハ保持体およびそれを搭載した半導体製造装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ウェハ搭載面を有し、該ウェハ搭載面上に形成されたウェハポケットを有するウェハ保持体において、該ウェハポケット端部からウェハ保持体の外周部までの距離ｋが、ウェハ搭載部におけるウェハ保持体の厚みｔに対して、２ｋ≧ｔである半導体製造装置用ウェハ保持体である。前記距離ｋが、前記厚みｔ以上であることが望ましい。
【００１０】
更に、上記のようなウェハ保持体を搭載した半導体製造装置は、被処理物であるウェハの温度が従来のものより均一になるので、歩留り良く半導体を製造することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
発明者は、搭載するウェハの温度分布を±１．０％以内にするためには、ウェハ保持体（１）に形成するウェハポケット（２）の端部からウェハ保持体の外周部までの距離ｋが、ウェハ搭載部におけるウェハ保持体の厚みｔに対して、２ｋ≧ｔとすれば良いことを見出した。
【００１２】
ウェハ保持体は、その内部もしくはウェハ搭載面以外の表面に形成した抵抗発熱体によってウェハを加熱し、ウェハに所定の処理を施す。この時、抵抗発熱体に通電することにより発生した熱は、ウェハ保持体内に拡散する。ウェハ保持体の外周部から外部へ熱が放散するので、ウェハ保持面の外周部付近の温度が低下する。ウェハ保持面の面積とウェハの面積が同じ程度であれば、ウェハ外周部付近の温度が低下し、ウェハの表面に温度分布ができる。搭載したウェハ表面に温度分布ができると、例えばウェハに成膜処理を施す場合には形成した膜の厚みや性質がばらつくことになる。また、例えばエッチング処理の場合には、エッチング速度がばらつくことになる。
【００１３】
このため、搭載するウェハ表面の温度分布は少なければ少ないほどよいが、現状では、温度分布は±１．０％以内の均熱性、望むべくは±０．５％以内の均熱性が求めれれている。このような均熱性を得るためには、ウェハ保持体に形成するウェハポケットの端部からウェハ保持体の外周部までの距離ｋが、ウェハ搭載部におけるウェハ保持体の厚みｔに対して、２ｋ≧ｔとすれば良いことを見出した。
【００１４】
発明者らは、ウェハ保持体の外周部から、どの程度内側にウェハを搭載すれば、ウェハ表面の温度が均一になるか実験した。すなわち、ウェハを搭載するウェハポケットの位置と、ウェハ搭載部のウェハ保持体の厚みと、ウェハ表面の温度分布を調べた。その結果、前記距離ｋと前記厚みｔが、２ｋ≧ｔの関係にすれば、ウェハ表面の温度分布を±１．０％以内の均熱性にすることができることを見出した。
【００１５】
これは、ウェハ保持体の厚みが薄いと、抵抗発熱体で発生した熱が、ウェハ保持体の外周部から放散されにくいためであると思われる。前記特許文献２に記載されているように、抵抗発熱体が形成された領域の内側に半導体ウェハを搭載する領域を設け、半導体ウェハを搭載する領域の外縁から抵抗発熱体が形成されている領域の外縁までの距離Ｌと、セラミックスヒータの厚みｌの関係が、Ｌ＞ｌ／２０を満たしていたとしても、均熱性を充分満たすことができない場合があることを見出した。特に、セラミックスヒータの材質として、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のような熱伝導率が高い材料を使用した場合、抵抗発熱体で発生した熱は、セラミックス基板内に充分拡散される。しかし、セラミックスヒータの側面での放熱は、無視できるものではなく、Ｌ＞ｌ／２０の関係を満たしていたとしても外周部の温度が低下してしまう。
【００１６】
そこで、発明者らは、抵抗発熱体の形成位置ではなく、熱が伝えられる媒体であるセラミックスヒータを構成するセラミックスの寸法が、２ｋ≧ｔの関係を満たしていれば、側面からの熱の放散の影響が無く、均一な温度分布が得られることを見出した。
【００１７】
すなわち、セラミックスヒータの外周部は、その近傍に抵抗発熱体が形成されていたとしても、放熱量が激しく、セラミックスヒータの中心部付近と同一の温度にすることはできない。逆に、セラミックスヒータの抵抗発熱体の位置が、Ｌ＞ｌ／２０を満たしていない場合であっても、セラミックスヒータの材質がＡｌＮのような高熱伝導率材料であれば、充分に熱をセラミックスヒータ内に拡散することができる。従って、熱を伝える媒体であるセラミックスが、２ｋ≧ｔの関係を満たしておれば、セラミックスヒータの外周部での放熱量を補うことができ、ウェハ表面の温度分布を±１．０％以内にすることができる。
【００１８】
更に、前記距離ｋが、厚みｔ以上であれば、ウェハ表面の温度分布は、±０．５％以内にできるので、更に好ましい。すなわち、外周部の温度低下部分をさらに大きく確保することで、ウェハの温度低下を緩和し、均熱性をさらに向上することができる。
【００１９】
本発明のウェハ保持体の材質については、絶縁性のセラミックスであれば特に制約はないが、熱伝導率が高く、耐食性にも優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が好ましい。以下に、本発明のウェハ保持体の製造方法をＡｌＮの場合で詳述する。
【００２０】
ＡｌＮの原料粉末は、比表面積が２．０〜５．０ｍ^２／ｇのものが好ましい。比表面積が２．０ｍ^２／ｇ未満の場合は、窒化アルミニウムの焼結性が低下する。また、５．０ｍ^２／ｇを超えると、粉末の凝集が非常に強くなるので取扱いが困難になる。更に、原料粉末に含まれる酸素量は、２ｗｔ％以下が好ましい。酸素量が２ｗｔ％を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。また、原料粉末に含まれるアルミニウム以外の金属不純物量は、２０００ｐｐｍ以下が好ましい。金属不純物量がこの範囲を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。特に、金属不純物として、ＳｉなどのＩＶ族元素や、Ｆｅなどの鉄族元素は、焼結体の熱伝導率を低下させる作用が高いので、含有量は、それぞれ５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
ＡｌＮは難焼結性材料であるので、ＡｌＮ原料粉末に焼結助剤を添加することが好ましい。添加する焼結助剤は、希土類元素化合物が好ましい。希土類元素化合物は、焼結中に窒化アルミニウム粉末粒子の表面に存在するアルミニウム酸化物あるいはアルミニウム酸窒化物と反応して、窒化アルミニウムの緻密化を促進するとともに、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を低下させる原因となる酸素を除去する働きもあるので、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を向上させることができる。
【００２２】
希土類元素化合物は、特に酸素を除去する働きが顕著であるイットリウム化合物が好ましい。添加量は、０．０１〜５ｗｔ％が好ましい。０．０１ｗｔ％未満であると、緻密な焼結体を得ることが困難であるとともに、焼結体の熱伝導率が低下する。また、５ｗｔ％を超えると、窒化アルミニウム焼結体の粒界に焼結助剤が存在することになるので、腐食性雰囲気で使用する場合、この粒界に存在する焼結助剤がエッチングされ、脱粒やパーティクルの原因となる。更に、好ましくは焼結助剤の添加量は、１ｗｔ％以下である。１ｗｔ％以下であれば、粒界の３重点にも焼結助剤が存在しなくなるので、耐食性が向上する。
【００２３】
また、希土類元素化合物は、酸化物、窒化物、フッ化物、ステアリン酸化合物などが使用できる。この中で、酸化物は安価で入手が容易であり好ましい。また、ステアリン酸化合物は、有機溶剤との親和性が高いので、窒化アルミニウム原料粉末と焼結助剤などを有機溶剤で混合する場合には、混合性が高くなるので特に好適である。
【００２４】
次に、これら窒化アルミニウム原料粉末や焼結助剤粉末に、所定量の溶剤、バインダー、更には必要に応じて分散剤や邂逅剤を添加し、混合する。混合方法は、ボールミル混合や超音波による混合等が可能である。このような混合によって、原料スラリーを得ることができる。
【００２５】
得られたスラリーを成形し、焼結することによって窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。その方法には、コファイアー法とポストメタライズ法の２種類の方法が可能である。
【００２６】
まず、ポストメタライズ法について説明する。前記スラリーをスプレードライアー等の手法によって、顆粒を作成する。この顆粒を所定の金型に挿入し、プレス成形を施す。この時、プレス圧力は、０．１ｔ／ｃｍ^２以上であることが望ましい。０．１ｔ／ｃｍ^２未満の圧力では、成形体の強度が充分に得られないことが多く、ハンドリングなどで破損し易くなる。
【００２７】
成形体の密度は、バインダーの含有量や焼結助剤の添加量によって異なるが、１．５ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。１．５ｇ／ｃｍ^３未満であると、原料粉末粒子間の距離が相対的に大きくなるので、焼結が進行しにくくなる。また、成形体密度は、２．５ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。２．５ｇ／ｃｍ^３を超えると、次工程の脱脂処理で成形体内のバインダーを充分除去することが困難となる。このため、前述のように緻密な焼結体を得ることが困難となる。
【００２８】
次に、前記成形体を非酸化性雰囲気中で加熱し、脱脂処理を行う。大気等の酸化性雰囲気で脱脂処理を行うと、ＡｌＮ粉末の表面が酸化されるので、焼結体の熱伝導率が低下する。非酸化性雰囲気ガスとしては、窒素やアルゴンが好ましい。脱脂処理の加熱温度は、５００℃以上、１０００℃以下が好ましい。５００℃未満の温度では、バインダーを充分除去することができないので、脱脂処理後の積層体中にカーボンが過剰に残存するので、その後の焼結工程での焼結を阻害する。また、１０００℃を超える温度では、残存するカーボンの量が少なくなり過ぎるので、ＡｌＮ粉末表面に存在する酸化被膜の酸素を除去する能力が低下し、焼結体の熱伝導率が低下する。
【００２９】
また、脱脂処理後の成形体中に残存する炭素量は、１．０ｗｔ％以下であることが好ましい。１．０ｗｔ％を超える炭素が残存していると、焼結を阻害するので、緻密な焼結体を得ることができない。
【００３０】
次いで、焼結を行う。焼結は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１７００〜２０００℃の温度で行う。この時、使用する窒素などの雰囲気ガスに含有する水分は、露点で−３０℃以下であることが好ましい。これ以上の水分を含有する場合、焼結時にＡｌＮが雰囲気ガス中の水分と反応して酸窒化物が形成されるので、熱伝導率が低下する可能性がある。また、雰囲気ガス中の酸素量は、０．００１ｖｏｌ％以下であることが好ましい。酸素量が多いと、ＡｌＮの表面が酸化して、熱伝導率が低下する可能性がある。
【００３１】
更に、焼結時に使用する治具は、窒化ホウ素（ＢＮ）成形体が好適である。このＢＮ成形体は、前記焼結温度に対し充分な耐熱性を有するとともに、その表面に固体潤滑性があるので、焼結時に積層体が収縮する際の治具と積層体との間の摩擦を小さくすることができるので、歪みの少ない焼結体を得ることができる。
【００３２】
得られた焼結体は、必要に応じて加工を施す。次工程の導電ペーストをスクリーン印刷する場合、焼結体の表面粗さは、Ｒａで５μｍ以下であることが好ましい。５μｍを超えるとスクリーン印刷により回路形成した際に、パターンのにじみやピンホールなどの欠陥が発生しやすくなる。表面粗さはＲａで１μｍ以下であればさらに好適である。
【００３３】
上記表面粗さを研磨加工する際には、焼結体の両面にスクリーン印刷する場合は当然であるが、片面のみにスクリーン印刷を施す場合でも、スクリーン印刷する面と反対側の面も研磨加工を施す方がよい。スクリーン印刷する面のみを研磨加工した場合、スクリーン印刷時には、研磨加工していない面で焼結体を支持することになる。その時、研磨加工していない面には突起や異物が存在することがあるので、焼結体の固定が不安定になり、スクリーン印刷で回路パターンがうまく描けないことがあるからである。
【００３４】
また、この時、両加工面の平行度は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。平行度が０．５ｍｍを超えるとスクリーン印刷時に導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平行度は０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。さらに、スクリーン印刷する面の平面度は、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。０．５ｍｍを超える平面度の場合にも、導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平面度も０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。
【００３５】
研磨加工を施した焼結体に、スクリーン印刷により導電ペーストを塗布し、電気回路の形成を行う。導体ペーストは、金属粉末と必要に応じて酸化物粉末と、バインダーと溶剤を混合することにより得ることができる。金属粉末は、セラミックスとの熱膨張係数のマッチングから、タングステンやモリブデンあるいはタンタルが好ましい。
【００３６】
また、ＡｌＮとの密着強度を高めるために、酸化物粉末を添加することもできる。酸化物粉末は、ＩＩａ族元素やＩＩＩａ族元素の酸化物やＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などが好ましい。特に、酸化イットリウムはＡｌＮに対する濡れ性が非常に良好であるので、好ましい。これらの酸化物の添加量は、０．１〜３０ｗｔ％が好ましい。０．１ｗｔ％未満の場合、形成した電気回路である金属層とＡｌＮとの密着強度が低下する。また３０ｗｔ％を超えると、電気回路である金属層の電気抵抗値が高くなる。
【００３７】
導電ペーストの厚みは、乾燥後の厚みで、５μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。厚みが５μｍ未満の場合は、電気抵抗値が高くなりすぎるとともに、密着強度も低下する。また、１００μｍを超える場合も、密着強度が低下する。
【００３８】
また、形成する回路パターンが、ヒータ回路（抵抗発熱体回路）の場合は、パターンの間隔は０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。０．１ｍｍ未満の間隔では、抵抗発熱体に電流を流したときに、印加電圧及び温度によっては漏れ電流が発生し、ショートする。特に、５００℃以上の温度で使用する場合には、パターン間隔は１ｍｍ以上とすることが好ましく、３ｍｍ以上であれば更に好ましい。
【００３９】
次に、導電ペーストを脱脂した後、焼成する。脱脂は、窒素やアルゴン等の非酸化性雰囲気中で行う。脱脂温度は５００℃以上が好ましい。５００℃未満では、導電ペースト中のバインダーの除去が不十分で金属層内にカーボンが残留し、焼成したときに金属の炭化物を形成するので、金属層の電気抵抗値が高くなる。
【００４０】
焼成は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１５００℃以上の温度で行うのが好適である。１５００℃未満の温度では、導電ペースト中の金属粉末の粒成長が進行しないので、焼成後の金属層の電気抵抗値が高くなり過ぎる。また、焼成温度はセラミックスの焼結温度を超えない方がよい。セラミックスの焼結温度を超える温度で導電ペーストを焼成すると、セラミックス中の含有する焼結助剤などが揮散しはじめ、更には導電ペースト中の金属粉末の粒成長が促進されてセラミックスと金属層との密着強度が低下する。
【００４１】
次に、形成した金属層の絶縁性を確保するために、金属層の上に絶縁性コートを形成することができる。絶縁性コートの材質は、金属層が形成されているセラミックスと同じ材質であることが好ましい。該セラミックスと絶縁性コートの材質が大幅に異なると、熱膨張係数の差から焼結後に反りが発生するなどの問題が生じる。例えば、ＡｌＮの場合、ＡｌＮ粉末に焼結助剤として所定量のＩＩａ族元素あるいはＩＩＩａ族元素の酸化物や炭酸化物を加え、混合し、これにバインダーや溶剤を加え、ペーストとして、該ペーストをスクリーン印刷により、前記金属層の上に塗布することができる。
【００４２】
この時、添加する焼結助剤量は、０．０１ｗｔ％以上であることが好ましい。０．０１ｗｔ％未満では、絶縁性コートが緻密化せず、金属層の絶縁性を確保することが困難となる。また、焼結助剤量は２０ｗｔ％を超えないことが好ましい。２０ｗｔ％を超えると、過剰の焼結助剤が金属層中に浸透するので、金属層の電気抵抗値が変化してしまうことがある。塗布する厚みに特に制限はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満では、絶縁性を確保することが困難となるからである。
【００４３】
次に、必要に応じて更にセラミックス基板を積層することができる。積層は、接合剤を介して行うのが良い。接合剤は、酸化アルミニウム粉末や窒化アルミニウム粉末に、ＩＩａ族元素化合物やＩＩＩａ族元素化合物とバインダーや溶剤を加え、ペースト化したものを接合面にスクリーン印刷等の手法で塗布する。塗布する接合剤の厚みに特に制約はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満の厚みでは、接合層にピンホールや接合ムラ等の接合欠陥が生じやすくなる。
【００４４】
接合剤を塗布したセラミックス基板を、非酸化性雰囲気中、５００℃以上の温度で脱脂する。その後、積層するセラミックス基板を重ね合わせ、所定の荷重を加え、非酸化性雰囲気中で加熱することにより、セラミックス基板同士を接合する。荷重は、０．０５ｋｇ／ｃｍ^２以上であることが好ましい。０．０５ｋｇ／ｃｍ^２未満の荷重では、充分な接合強度が得られないか、もしくは前記接合欠陥が生じやすい。
【００４５】
接合するための加熱温度は、セラミックス基板同士が接合層を介して十分密着する温度であれば、特に制約はないが、１５００℃以上であることが好ましい。１５００℃未満では、十分な接合強度が得られにくく、接合欠陥を生じやすい。前記脱脂ならびに接合時の非酸化性雰囲気は、窒素やアルゴンなどを用いることが好ましい。
【００４６】
以上のようにして、ウェハ保持体となるセラミックス積層焼結体を得ることができる。なお、電気回路は、導電ペーストを用いずに、例えば、ヒータ回路であれば、モリブデン線（コイル）、静電吸着用電極やＲＦ電極などの場合には、モリブデンやタングステンのメッシュ（網状体）を用いることも可能である。
【００４７】
この場合、ＡｌＮ原料粉末中に上記モリブデンコイルやメッシュを内蔵させ、ホットプレス法により作製することができる。ホットプレスの温度や雰囲気は、前記ＡｌＮの焼結温度、雰囲気に準ずればよいが、ホットプレス圧力は、１０ｋｇ／ｃｍ^２以上加えることが望ましい。１０ｋｇ／ｃｍ^２未満では、モリブデンコイルやメッシュとＡｌＮの間に隙間が生じることがあるので、ウェハ保持体の性能が出なくなることがある。
【００４８】
次に、コファイアー法について説明する。前述した原料スラリーをドクターブレード法によりシート成形する。シート成形に関して特に制約はないが、シートの厚みは、乾燥後で３ｍｍ以下が好ましい。シートの厚みが３ｍｍを超えると、スラリーの乾燥収縮量が大きくなるので、シートに亀裂が発生する確率が高くなる。
【００４９】
上述したシート上に所定形状の電気回路となる金属層を、導体ペーストをスクリーン印刷などの手法により塗布することにより形成する。導電ペーストは、ポストメタライズ法で説明したものと同じものを用いることができる。ただし、コファイアー法では、導電ペーストに酸化物粉末を添加しなくても支障はない。
【００５０】
次に、回路形成を行ったシート及び回路形成をしていないシートを積層する。積層の方法は、各シートを所定の位置にセットし、重ね合わせる。この時、必要に応じて各シート間に溶剤を塗布しておく。重ね合わせた状態で、必要に応じて加熱する。加熱する場合、加熱温度は、１５０℃以下であることが好ましい。これを超える温度に加熱すると、積層したシートが大きく変形する。そして、重ね合わせたシートに圧力を加えて一体化する。加える圧力は、１〜１００ＭＰａの範囲が好ましい。１ＭＰａ未満の圧力では、シートが充分に一体化せず、その後の工程中に剥離することがある。また、１００ＭＰａを超える圧力を加えると、シートの変形量が大きくなりすぎる。
【００５１】
この積層体を、前述のポストメタライズ法と同様に、脱脂処理並びに焼結を行う。脱脂処理や焼結の温度や、炭素量等はポストメタライズ法と同じである。前述した、導電ペーストをシートに印刷する際に、複数のシートにそれぞれヒータ回路や静電吸着用電極等を印刷し、それらを積層することで、複数の電気回路を有するウェハ保持体を容易に作成することも可能である。このようにして、ウェハ保持体となるセラミックス積層焼結体を得ることができる。
【００５２】
得られたセラミックス積層焼結体は、必要に応じて加工を施す。通常、焼結した状態では、半導体製造装置で要求される精度に入らないことが多い。加工精度は、例えば、ウェハ搭載面の平面度は０．５ｍｍ以下が好ましく、さらには０．１ｍｍ以下が特に好ましい。平面度が０．５ｍｍを超えると、ウェハーとウェハ保持体との間に隙間が生じやすくなり、ウェハ保持体の熱がウェハに均一に伝わらなくなり、ウェハの温度ムラが発生しやすくなる。
【００５３】
また、ウェハ搭載面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下が好ましい。Ｒａで５μｍを超えると、ウェハ保持体とウェハとの摩擦によって、ＡｌＮの脱粒が多くなることがある。この時、脱粒した粒子はパーティクルとなり、ウェハ上への成膜やエッチングなどの処理に対して悪影響を与えることになる。さらに、表面粗さは、Ｒａで１μｍ以下であれば、好適である。
【００５４】
以上のようにして、ウェハ保持体本体を作製することができる。さらに、このウェハ保持体にシャフトを取り付ける。シャフトの材質は、ウェハ保持体のセラミックスの熱膨張係数と大きく違わない熱膨張係数のものであれば特に制約はないが、ウェハ保持体との熱膨張係数の差が５ｘ１０^−６／Ｋ以下であることが好ましい。
【００５５】
熱膨張係数の差が、５ｘ１０^−６／Ｋを超えると、取付時にウェハ保持体とシャフトの接合部付近にクラックなどが発生したり、接合時にクラックが発生しなくても、繰り返し使用しているうちに接合部に熱サイクルが加わり、割れやクラックが発生することがある。例えば、ウェハ保持体がＡｌＮの場合、シャフトの材質は、ＡｌＮが最も好適であるが、窒化珪素や炭化珪素あるいはムライト等が使用できる。
【００５６】
取付は、接合層を介して接合する。接合層の成分は、ＡｌＮ及びＡｌ_２Ｏ_３並びに希土類酸化物からなることが好ましい。これらの成分は、ウェハ保持体やシャフトの材質であるＡｌＮなどのセラミックスと濡れ性が良好であるので、接合強度が比較的高くなり、また接合面の気密性も得られやすいので好ましい。
【００５７】
また、接合層の成分として、ＺｎＯ系の結晶化ガラスを用いることもできる。この場合、ガラスの結晶化温度が、７００〜８００℃であるので、比較的低温で接合することができるので好ましい。しかし、該ガラス成分が半導体製造装置のチャンバー内の雰囲気ガスに侵される場合もあるので、半導体製造の条件によっては、結晶化ガラスを使用できない場合もある。
【００５８】
接合するシャフト並びにウェハ保持体それぞれの接合面の平面度は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。これを超えると接合面に隙間が生じやすくなり、十分な気密性を持つ接合を得ることが困難となる。平面度は０．１ｍｍ以下がさらに好適である。なお、ウェハ保持体の接合面の平面度は０．０２ｍｍ以下であればさらに好適である。また、それぞれの接合面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下であることが好ましい。これを超える面粗さの場合、やはり接合面に隙間が生じやすくなる。面粗さは、Ｒａで１μｍ以下がさらに好適である。
【００５９】
次に、ウェハ保持体に電極を取り付ける。取付は、公知の手法で行うことができる。例えば、ウェハ保持体のウェハ保持面と反対側から電気回路までザグリ加工を施し、電気回路にメタライズを施すかあるいはメタライズなしで直接活性金属ろうを用いて、モリブデンやタングステン等の電極を接続すればよい。その後必要に応じて電極にメッキを施し、耐酸化性を向上させることができる。このようにして半導体製造装置用ウェハ保持体を作製することができる。
【００６０】
また、本発明のウェハ保持体を半導体装置に組み込んで、半導体ウェハを処理することができる。本発明のウェハ保持体は、ウェハ保持面の温度が均一であるので、ウェハの温度分布も従来より均一になるので、形成される膜や熱処理等に対して、安定した特性を得ることができる。
【００６１】
【実施例】
実施例１
９９重量部の窒化アルミニウム粉末と１重量部のＹ_２Ｏ_３粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、ドクターブレード法にて直径４３０ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのグリーンシートを成形した。なお、窒化アルミニウム粉末は、平均粒径０．６μｍ、比表面積３．４ｍ^２／ｇのものを使用した。また、平均粒径が２．０μｍのＷ粉末を１００重量部として、Ｙ_２Ｏ_３を１重量部と、５重量部のバインダーであるエチルセルロースと、溶剤としてブチルカルビトールを用いてＷペーストを作製した。混合にはポットミルと三本ロールを用いた。このＷペーストをスクリーン印刷で、前記グリーンシート上に、ヒータ回路パターンを形成した。
【００６２】
ヒータ回路を印刷したグリーンシートに、別の１．０ｍｍ厚のグリーンシートを複数積層し、３種類の積層体を作製した。積層はモールドにシートを重ねてセットし、プレス機にて５０℃に熱しつつ、１０ＭＰａの圧力で２分間熱圧着することで行った。その後、窒素雰囲気中で６００℃にて脱脂を行い、窒素雰囲気中で１８００℃、３時間の条件で焼結を行いウェハ保持体を作製した。
【００６３】
次に、焼結体を加工し、表１に示すような位置に深さ０．５ｍｍのウェハポケットを有したウェハ保持体を作製した。最後に、ウェハポケット底面と外径の仕上加工を行った。加工後のウェハ保持体の寸法は、外径３４０ｍｍで、ウェハポケット部の厚みは１０、１５、２０ｍｍの３種類である。なお、ウェハー保持面はＲａで１μｍ以下になるよう研磨加工を施した。
【００６４】
ウェハ保持面の反対側の面から、前記ヒータ回路まで２ヶ所ザグリ加工を行い、ヒータ回路を一部露出させた。露出したヒータ回路部にＷ製の電極を活性金属ろうを用いて直接接合した。この電極に通電することによりウェハ保持体を加熱し、均熱性を測定した。均熱性の測定は、１２インチウェハ温度計をウェハ保持面に搭載し、その温度分布を測定した。なお、ウェハ温度計の中心部の温度が５５０℃になるように、供給電力を調整した。均熱性の結果を、表１に示す。
【００６５】
【表１】

【００６６】
表１から判るように、ウェハポケット端部からウェハ保持体の外周部までの距離ｋが、ウェハ搭載部におけるウェハ保持体の厚みｔに対して、２ｋ≧ｔとすることにより、ウェハ表面の温度分布を±１％以内にすることができる。更に、前記距離ｋを前記厚みｔ以上とすれば、ウェハ表面の温度分布を±０．５％以内にすることができる。
【００６７】
実施例２
表１の各ウェハ保持体を半導体製造装置に組み込み、直径１２インチのＳｉウェハの上に、ＴｉＮ膜を形成した。その結果、Ｎｏ．１、６、７、１１、１２のウェハ保持体を用いた場合は、ＴｉＮの膜厚のバラツキが１５％以上と大きかったが、それ以外の各ウェハ保持体を用いた場合は、１０％以下と膜厚のバラツキが小さく、良好なＴｉＮ膜を形成することができ、ウェハ脱着時に全く問題がなかった。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ウェハポケット端部からウェハ保持体の外周部までの距離ｋが、ウェハ搭載部におけるウェハ保持体の厚みｔに対して、２ｋ≧ｔとすれば、ウェハ表面の温度分布を±１％以内にすることができる。更に、前記距離ｋを前記厚みｔ以上とすれば、ウェハ表面の温度分布を±０．５％以内にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウェハ保持体の断面模式図の一例を示す。
【図２】本発明のウェハ保持体の平面模式図の一例を示す。
【符号の説明】
１ウェハ保持体
２ウェハポケット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wafer holder used in a semiconductor manufacturing apparatus such as a plasma CVD, a low pressure CVD, a metal CVD, an insulating film CVD, an ion implantation, an etching, a low-K film formation, a degass apparatus, and a process mounting the wafer holder. The present invention relates to a chamber and a semiconductor manufacturing apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor manufacturing process, various processes such as a film formation process and an etching process are performed on a semiconductor substrate to be processed. In a processing apparatus for performing processing on such a semiconductor substrate, a ceramic heater for holding the semiconductor substrate and heating the semiconductor substrate is used.
[0003]
Such a conventional ceramic heater is disclosed in, for example, JP-A-2002-237375. In the ceramic heater disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-237375, a resistance heating element is formed on the surface or inside thereof, and a projection for fitting a semiconductor wafer is formed on the outer edge thereof. Has a structure in which a number of convex bodies that come into contact with the semiconductor wafer are formed. The portion where the semiconductor wafer is fitted is called a wafer pocket.
[0004]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-76102 discloses a ceramic heater in which a resistance heating element is formed, in which a region for mounting a semiconductor wafer is provided inside a region in which the resistance heating element is formed, and the semiconductor wafer is mounted. It is shown that the relationship between the distance L from the outer edge of the region where the resistance heating element is formed to the outer edge of the region where the resistance heating element is formed and the thickness l of the ceramic heater is L (mm)> 1 (mm) / 20. I have. With such a configuration, it is said that the wafer can be uniformly heated at a temperature of about 200 ° C.
[0005]
In the ceramic heater described in Patent Document 2, when the size of the resistance heating element formed on the ceramic heater is substantially equal to the outer diameter of the ceramic heater, the heat generated by the resistance heating element is transmitted from the side of the ceramic heater. Since the heat is dissipated, there is a problem that the uniformity of the wafer in the vicinity of the outer peripheral portion of the ceramic heater is disturbed.
[0006]
In addition, the size of semiconductor wafers has been increasing in recent years, and the processing temperature of semiconductor wafers has been increasing. For example, the shift from 8 inches to 12 inches for silicon (Si) wafers has been promoted, and the processing temperature has also increased to 500 ° C. or higher. As the diameter of the semiconductor wafer increases and the processing temperature increases, the temperature distribution on the surface of the semiconductor wafer needs to be within ± 1.0%, and furthermore, within ± 0.5%. It has come to be desired.
[0007]
[Patent Document 1]
JP 2002-237375 A [Patent Document 2]
JP-A-2002-076102
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve the above problems. That is, an object of the present invention is to provide a wafer holder for a semiconductor manufacturing apparatus in which the uniformity of the surface of a wafer to be mounted is enhanced, and a semiconductor manufacturing apparatus having the same.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to a wafer holder having a wafer mounting surface and having a wafer pocket formed on the wafer mounting surface, wherein a distance k from an end of the wafer pocket to an outer peripheral portion of the wafer holder is equal to a wafer mounting portion. Is a wafer holding member for a semiconductor manufacturing apparatus, where 2k ≧ t with respect to the thickness t of the wafer holding member. It is desirable that the distance k is equal to or greater than the thickness t.
[0010]
Further, in the semiconductor manufacturing apparatus equipped with the above-described wafer holder, since the temperature of the wafer to be processed is more uniform than that of the conventional one, semiconductors can be manufactured with high yield.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In order to keep the temperature distribution of the mounted wafer within ± 1.0%, the inventor has set a distance from the edge of the wafer pocket (2) formed in the wafer holder (1) to the outer periphery of the wafer holder. It has been found that k should satisfy 2k ≧ t with respect to the thickness t of the wafer holder in the wafer mounting portion.
[0012]
The wafer holder heats the wafer by a resistance heating element formed inside or on a surface other than the wafer mounting surface, and performs a predetermined process on the wafer. At this time, heat generated by energizing the resistance heating element diffuses into the wafer holder. Since heat is radiated from the outer peripheral portion of the wafer holder to the outside, the temperature near the outer peripheral portion of the wafer holding surface decreases. If the area of the wafer holding surface is approximately the same as the area of the wafer, the temperature near the outer peripheral portion of the wafer decreases, and a temperature distribution is formed on the surface of the wafer. If a temperature distribution is formed on the surface of the mounted wafer, for example, when a film is formed on the wafer, the thickness and properties of the formed film vary. In addition, for example, in the case of an etching process, the etching rate varies.
[0013]
For this reason, the smaller the temperature distribution on the surface of the wafer to be mounted, the better. However, at present, the temperature distribution is required to have a uniform temperature within ± 1.0%, and preferably within ± 0.5%. I have. In order to obtain such heat uniformity, the distance k from the edge of the wafer pocket formed on the wafer holder to the outer peripheral portion of the wafer holder is 2 k with respect to the thickness t of the wafer holder in the wafer mounting portion. It has been found that it is sufficient to satisfy ≧ t.
[0014]
The inventors conducted an experiment on how much the inside of the wafer holder should be mounted from the outer peripheral portion to make the temperature of the wafer surface uniform. That is, the position of the wafer pocket for mounting the wafer, the thickness of the wafer holder in the wafer mounting portion, and the temperature distribution on the wafer surface were examined. As a result, they found that if the distance k and the thickness t had a relationship of 2k ≧ t, the temperature distribution on the wafer surface could be made uniform within ± 1.0%.
[0015]
This is presumably because, when the thickness of the wafer holder is small, the heat generated by the resistance heating element is less likely to be radiated from the outer peripheral portion of the wafer holder. As described in Patent Document 2, a region for mounting a semiconductor wafer is provided inside a region where a resistance heating element is formed, and a region where the resistance heating element is formed from the outer edge of the region where the semiconductor wafer is mounted. It has been found that even if the relation between the distance L to the outer edge of the ceramic heater and the thickness l of the ceramic heater satisfies L> l / 20, the heat uniformity may not be sufficiently satisfied. In particular, when a material having a high thermal conductivity such as aluminum nitride (AlN) is used as the material of the ceramic heater, the heat generated by the resistance heating element is sufficiently diffused into the ceramic substrate. However, the heat radiation on the side surface of the ceramic heater is not negligible, and the temperature of the outer peripheral portion is reduced even if the relationship of L> l / 20 is satisfied.
[0016]
Therefore, the inventors dissipate the heat from the side if the dimension of the ceramics constituting the ceramics heater, which is the medium to which the heat is transmitted, satisfies the relationship of 2k ≧ t, not the position where the resistance heating element is formed. And a uniform temperature distribution can be obtained.
[0017]
That is, even if a resistance heating element is formed in the vicinity of the outer periphery of the ceramic heater, the amount of heat radiation is large, and the temperature cannot be set to the same temperature as the vicinity of the center of the ceramic heater. Conversely, even if the position of the resistance heating element of the ceramics heater does not satisfy L> l / 20, if the ceramics heater is made of a material having a high thermal conductivity such as AlN, sufficient heat can be applied to the ceramics. It can diffuse into the heater. Therefore, if the ceramic which is a medium for transmitting heat satisfies the relationship of 2k ≧ t, the amount of heat radiation at the outer peripheral portion of the ceramic heater can be compensated, and the temperature distribution on the wafer surface can be reduced to within ± 1.0%. can do.
[0018]
Further, when the distance k is equal to or more than the thickness t, the temperature distribution on the wafer surface can be made within ± 0.5%, which is more preferable. That is, by securing a larger temperature-reduced portion in the outer peripheral portion, the temperature drop of the wafer can be reduced, and the heat uniformity can be further improved.
[0019]
The material of the wafer holder of the present invention is not particularly limited as long as it is an insulating ceramic, but aluminum nitride (AlN) having high thermal conductivity and excellent corrosion resistance is preferable. Hereinafter, the method for manufacturing a wafer holder according to the present invention will be described in detail in the case of AlN.
[0020]
The raw material powder of AlN preferably has a specific surface area of 2.0 to 5.0 m ² / g. When the specific surface area is less than 2.0 m ² / g, the sinterability of the aluminum nitride decreases. On the other hand, if it exceeds 5.0 m ² / g, handling of the powder becomes difficult because the agglomeration of the powder becomes extremely strong. Further, the amount of oxygen contained in the raw material powder is preferably 2% by weight or less. When the amount of oxygen exceeds 2 wt%, the thermal conductivity of the sintered body decreases. Further, the amount of metal impurities other than aluminum contained in the raw material powder is preferably 2000 ppm or less. If the amount of metal impurities exceeds this range, the thermal conductivity of the sintered body will decrease. In particular, as a metal impurity, a group IV element such as Si and an iron group element such as Fe have a high effect of lowering the thermal conductivity of the sintered body, so that the content of each is preferably 500 ppm or less.
[0021]
Since AlN is a hardly sinterable material, it is preferable to add a sintering aid to the AlN raw material powder. The sintering aid to be added is preferably a rare earth element compound. The rare earth element compound reacts with aluminum oxide or aluminum oxynitride present on the surface of the aluminum nitride powder particles during sintering to promote the densification of aluminum nitride and to reduce the thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body. It also has the function of removing oxygen which causes the reduction of the thermal conductivity, so that the thermal conductivity of the aluminum nitride sintered body can be improved.
[0022]
The rare earth element compound is particularly preferably an yttrium compound which has a remarkable function of removing oxygen. The addition amount is preferably 0.01 to 5 wt%. If the content is less than 0.01 wt%, it is difficult to obtain a dense sintered body, and the thermal conductivity of the sintered body decreases. If the content exceeds 5 wt%, the sintering aid will be present at the grain boundaries of the aluminum nitride sintered body. Therefore, when used in a corrosive atmosphere, the sintering aid present at the grain boundaries is etched. , Causing grain shedding and particles. Further, the addition amount of the sintering aid is preferably 1% by weight or less. If the content is 1 wt% or less, the sintering aid does not exist at the triple point of the grain boundary, so that the corrosion resistance is improved.
[0023]
As the rare earth element compound, an oxide, a nitride, a fluoride, a stearic acid compound, or the like can be used. Of these, oxides are preferred because they are inexpensive and easily available. In addition, since the stearic acid compound has a high affinity for an organic solvent, it is particularly preferable to mix the aluminum nitride raw material powder and a sintering aid with an organic solvent because the mixing property becomes high.
[0024]
Next, a predetermined amount of a solvent, a binder, and, if necessary, a dispersing agent and a mating agent are added to the aluminum nitride raw material powder and the sintering aid powder and mixed. As a mixing method, ball mill mixing, mixing by ultrasonic waves, or the like is possible. By such mixing, a raw material slurry can be obtained.
[0025]
An aluminum nitride sintered body can be obtained by shaping and sintering the obtained slurry. As the method, two types of methods, a cofire method and a post-metallizing method, are possible.
[0026]
First, the post-metallizing method will be described. The slurry is formed into granules by a technique such as spray dryer. The granules are inserted into a predetermined mold and subjected to press molding. At this time, the pressing pressure is desirably 0.1 t / cm ² or more. When the pressure is less than 0.1 t / cm ² , the strength of the molded body is often not sufficiently obtained, and the molded body is easily damaged by handling or the like.
[0027]
The density of the molded body varies depending on the content of the binder and the amount of the sintering aid added, but is preferably 1.5 g / cm ³ or more. If it is less than 1.5 g / cm ³ , the distance between the raw material powder particles becomes relatively large, so that sintering does not easily proceed. Further, the compact density is preferably 2.5 g / cm ³ or less. If it exceeds 2.5 g / cm ³ , it will be difficult to sufficiently remove the binder in the molded body in the next step of degreasing. For this reason, it is difficult to obtain a dense sintered body as described above.
[0028]
Next, the compact is heated in a non-oxidizing atmosphere to perform a degreasing treatment. When the degreasing treatment is performed in an oxidizing atmosphere such as the air, the surface of the AlN powder is oxidized, so that the thermal conductivity of the sintered body decreases. As the non-oxidizing atmosphere gas, nitrogen or argon is preferable. The heating temperature of the degreasing treatment is preferably 500 ° C. or more and 1000 ° C. or less. If the temperature is lower than 500 ° C., the binder cannot be sufficiently removed, so that excessive carbon remains in the laminated body after the degreasing treatment, which hinders sintering in the subsequent sintering step. At a temperature exceeding 1000 ° C., the amount of remaining carbon is too small, so that the ability of the oxide film present on the surface of the AlN powder to remove oxygen is reduced, and the thermal conductivity of the sintered body is reduced.
[0029]
Further, the amount of carbon remaining in the molded body after the degreasing treatment is preferably 1.0% by weight or less. If carbon exceeding 1.0 wt% remains, sintering is hindered, so that a dense sintered body cannot be obtained.
[0030]
Next, sintering is performed. The sintering is performed at a temperature of 1700 to 2000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon. At this time, it is preferable that the moisture contained in the atmosphere gas such as nitrogen used has a dew point of −30 ° C. or less. If the water content is higher than this, the AlN reacts with the water in the atmospheric gas during sintering to form oxynitrides, which may lower the thermal conductivity. Further, the amount of oxygen in the atmosphere gas is preferably 0.001 vol% or less. If the amount of oxygen is large, the surface of AlN may be oxidized and the thermal conductivity may be reduced.
[0031]
Further, the jig used at the time of sintering is preferably a boron nitride (BN) molded body. This BN compact has sufficient heat resistance to the sintering temperature and has solid lubricity on its surface, so that the friction between the jig and the laminate when the laminate shrinks during sintering. Can be reduced, so that a sintered body with less distortion can be obtained.
[0032]
The obtained sintered body is processed as required. When the conductive paste of the next step is screen-printed, the surface roughness of the sintered body is preferably 5 μm or less in Ra. If it exceeds 5 μm, defects such as blurring of a pattern and pinholes are likely to occur when a circuit is formed by screen printing. The surface roughness is more preferably 1 μm or less in Ra.
[0033]
When polishing the above surface roughness, it is natural that screen printing is performed on both sides of the sintered body. However, even when screen printing is performed on only one side, the surface opposite to the screen printing surface is also ground. It is better to apply. When only the surface to be screen-printed is polished, the sintered body is supported on the non-polished surface during screen printing. At that time, projections and foreign matter may be present on the surface that has not been polished, so that the fixing of the sintered body becomes unstable, and the circuit pattern may not be drawn well by screen printing.
[0034]
At this time, it is preferable that the parallelism between both processing surfaces is 0.5 mm or less. If the parallelism exceeds 0.5 mm, the thickness of the conductive paste may vary widely during screen printing. It is particularly preferable that the parallelism is 0.1 mm or less. Further, the flatness of the surface to be screen printed is preferably 0.5 mm or less. Even when the flatness exceeds 0.5 mm, the thickness of the conductive paste may vary widely. It is particularly preferable that the flatness is 0.1 mm or less.
[0035]
A conductive paste is applied by screen printing to the polished sintered body to form an electric circuit. The conductor paste can be obtained by mixing a metal powder, an oxide powder as required, a binder and a solvent. The metal powder is preferably tungsten, molybdenum or tantalum from the viewpoint of matching of the coefficient of thermal expansion with ceramics.
[0036]
In addition, an oxide powder can be added in order to increase the adhesion strength with AlN. The oxide powder is preferably an oxide of a Group IIa element or a Group IIIa element, Al ₂ O ₃ , SiO _2, or the like. In particular, yttrium oxide is preferable because it has very good wettability to AlN. The addition amount of these oxides is preferably 0.1 to 30 wt%. If the content is less than 0.1 wt%, the adhesion strength between the metal layer, which is the formed electric circuit, and AlN decreases. On the other hand, when the content exceeds 30 wt%, the electric resistance value of the metal layer which is an electric circuit increases.
[0037]
The thickness of the conductive paste is preferably 5 μm or more and 100 μm or less as a thickness after drying. When the thickness is less than 5 μm, the electric resistance value becomes too high and the adhesion strength decreases. Also, when the thickness exceeds 100 μm, the adhesion strength decreases.
[0038]
When the circuit pattern to be formed is a heater circuit (resistance heating element circuit), the pattern interval is preferably 0.1 mm or more. At an interval of less than 0.1 mm, when a current flows through the resistance heating element, a leakage current is generated depending on the applied voltage and the temperature, resulting in a short circuit. In particular, when used at a temperature of 500 ° C. or more, the pattern interval is preferably 1 mm or more, more preferably 3 mm or more.
[0039]
Next, the conductive paste is degreased and then fired. Degreasing is performed in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon. The degreasing temperature is preferably 500 ° C. or higher. If the temperature is lower than 500 ° C., the binder in the conductive paste is not sufficiently removed, so that carbon remains in the metal layer and forms a metal carbide when fired, so that the electric resistance of the metal layer increases.
[0040]
The firing is preferably performed at a temperature of 1500 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon. At a temperature lower than 1500 ° C., the grain growth of the metal powder in the conductive paste does not progress, so that the electrical resistance value of the fired metal layer becomes too high. The firing temperature should not exceed the sintering temperature of the ceramic. When the conductive paste is fired at a temperature exceeding the sintering temperature of the ceramics, the sintering aid contained in the ceramics starts to volatilize, and further, the grain growth of the metal powder in the conductive paste is promoted, and the ceramics and the metal layer are separated. Adhesion strength is reduced.
[0041]
Next, an insulating coat can be formed on the metal layer in order to secure the insulating property of the formed metal layer. The material of the insulating coat is preferably the same material as the ceramic on which the metal layer is formed. If the material of the ceramics and the material of the insulating coat are significantly different, there arises a problem that warpage occurs after sintering due to a difference in thermal expansion coefficient. For example, in the case of AlN, a predetermined amount of an oxide or a carbonate of a group IIa element or a group IIIa element is added to AlN powder as a sintering aid, mixed, and a binder or a solvent is added thereto. It can be applied on the metal layer by screen printing.
[0042]
At this time, the amount of the sintering aid to be added is preferably 0.01 wt% or more. If the content is less than 0.01 wt%, the insulating coat is not densified, and it is difficult to secure the insulating property of the metal layer. Further, it is preferable that the amount of the sintering aid does not exceed 20 wt%. If it exceeds 20% by weight, an excessive amount of the sintering agent permeates into the metal layer, so that the electric resistance of the metal layer may change. The thickness to be applied is not particularly limited, but is preferably 5 μm or more. If the thickness is less than 5 μm, it is difficult to secure insulation.
[0043]
Next, a ceramic substrate can be further laminated as needed. Lamination is preferably performed via a bonding agent. The bonding agent is obtained by adding a group IIa element compound or a group IIIa element compound, a binder or a solvent to an aluminum oxide powder or an aluminum nitride powder, and applying a paste to the bonding surface by a method such as screen printing. The thickness of the bonding agent to be applied is not particularly limited, but is preferably 5 μm or more. If the thickness is less than 5 μm, bonding defects such as pinholes and uneven bonding are likely to occur in the bonding layer.
[0044]
The ceramic substrate coated with the bonding agent is degreased in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 500 ° C. or higher. Thereafter, the ceramic substrates to be laminated are overlapped, a predetermined load is applied, and the ceramic substrates are joined by heating in a non-oxidizing atmosphere. The load is preferably 0.05 kg / cm ² or more. At a load of less than 0.05 kg / cm ² , sufficient bonding strength cannot be obtained, or the above-mentioned bonding defect tends to occur.
[0045]
The heating temperature for bonding is not particularly limited as long as the temperature is such that the ceramic substrates are in close contact with each other via the bonding layer, but is preferably 1500 ° C. or higher. If the temperature is lower than 1500 ° C., it is difficult to obtain a sufficient bonding strength, and a bonding defect is easily generated. As the non-oxidizing atmosphere at the time of degreasing and joining, it is preferable to use nitrogen, argon, or the like.
[0046]
As described above, a ceramic laminated sintered body to be a wafer holder can be obtained. The electric circuit does not use a conductive paste. For example, a molybdenum wire (coil) for a heater circuit, a molybdenum or tungsten mesh (net-like body) for an electrostatic attraction electrode or an RF electrode, for example. Can also be used.
[0047]
In this case, the above-mentioned molybdenum coil or mesh is incorporated in the AlN raw material powder, and can be manufactured by a hot press method. The temperature and atmosphere of the hot press may be in accordance with the sintering temperature and atmosphere of AlN, but it is desirable to apply a hot press pressure of 10 kg / cm ² or more. If it is less than 10 kg / cm ² , a gap may be formed between the molybdenum coil or mesh and the AlN, so that the performance of the wafer holder may not be obtained.
[0048]
Next, the cofire method will be described. The aforementioned raw material slurry is formed into a sheet by a doctor blade method. Although there is no particular limitation on the sheet forming, the thickness of the sheet is preferably 3 mm or less after drying. If the thickness of the sheet exceeds 3 mm, the amount of drying shrinkage of the slurry increases, so that the probability of cracking of the sheet increases.
[0049]
A metal layer to be an electric circuit having a predetermined shape is formed on the above-described sheet by applying a conductive paste by a method such as screen printing. The same conductive paste as that described in the post-metallizing method can be used. However, in the cofire method, there is no problem even if the oxide powder is not added to the conductive paste.
[0050]
Next, a sheet on which a circuit is formed and a sheet on which a circuit is not formed are stacked. In the lamination method, each sheet is set at a predetermined position and superposed. At this time, a solvent is applied between the sheets as necessary. In the state of being overlapped, it is heated as needed. When heating, the heating temperature is preferably 150 ° C. or lower. When heated to a temperature higher than this, the laminated sheets are greatly deformed. Then, pressure is applied to the stacked sheets to integrate them. The applied pressure is preferably in the range of 1 to 100 MPa. If the pressure is less than 1 MPa, the sheet may not be sufficiently integrated and may be peeled off during the subsequent steps. When a pressure exceeding 100 MPa is applied, the amount of deformation of the sheet becomes too large.
[0051]
This laminate is subjected to degreasing and sintering in the same manner as in the above-described post-metallizing method. The temperature of degreasing and sintering, the amount of carbon, and the like are the same as in the post-metallizing method. As described above, when printing the conductive paste on the sheet, the heater circuit, the electrode for electrostatic attraction, etc. are printed on the plurality of sheets, respectively, and by stacking them, the wafer holder having the plurality of electric circuits can be easily formed. It can also be created. In this way, a ceramic laminated sintered body to be a wafer holder can be obtained.
[0052]
The obtained ceramic laminated sintered body is processed as needed. Normally, in the sintered state, the accuracy required for a semiconductor manufacturing apparatus often does not fall. Regarding the processing accuracy, for example, the flatness of the wafer mounting surface is preferably 0.5 mm or less, more preferably 0.1 mm or less. If the flatness exceeds 0.5 mm, a gap is likely to be formed between the wafer and the wafer holder, and the heat of the wafer holder will not be uniformly transmitted to the wafer, and the temperature of the wafer will tend to be uneven.
[0053]
The surface roughness of the wafer mounting surface is preferably 5 μm or less in Ra. If Ra exceeds 5 μm, the AlN shedding may increase due to friction between the wafer holder and the wafer. At this time, the degranulated particles become particles, which adversely affect processes such as film formation on a wafer and etching. Further, the surface roughness is preferably 1 μm or less in Ra.
[0054]
As described above, the wafer holder main body can be manufactured. Further, a shaft is attached to the wafer holder. The material of the shaft is not particularly limited as long as it is large no different thermal expansion coefficient as the thermal expansion coefficient of the ceramic wafer holder, the difference in thermal expansion coefficient between the wafer holder is less than or equal to 5x10 -6 / ^K Preferably, there is.
[0055]
If the difference in the coefficient of thermal expansion exceeds 5 × 10 ⁻⁶ / K, it is repeatedly used even if cracks or the like occur near the joint between the wafer holder and the shaft at the time of attachment or cracks do not occur at the time of joining. During this time, a thermal cycle is applied to the joint, which may cause cracks and cracks. For example, when the wafer holder is made of AlN, the material of the shaft is most preferably AlN, but silicon nitride, silicon carbide, mullite, or the like can be used.
[0056]
The attachment joins through the joining layer. The component of the bonding layer is preferably made of AlN and Al ₂ O _{3 and a} rare earth oxide. These components are preferable because they have good wettability with ceramics such as AlN, which is a material of the wafer holder and the shaft, so that the bonding strength is relatively high and the airtightness of the bonding surface is easily obtained.
[0057]
Further, as a component of the bonding layer, a ZnO-based crystallized glass can be used. In this case, since the crystallization temperature of the glass is 700 to 800 ° C., bonding can be performed at a relatively low temperature, which is preferable. However, since the glass component may be affected by the atmospheric gas in the chamber of the semiconductor manufacturing apparatus, crystallized glass may not be used depending on the semiconductor manufacturing conditions.
[0058]
The flatness of the joint surfaces of the shaft and the wafer holder to be joined is preferably 0.5 mm or less. If it exceeds this, a gap is likely to be formed on the joint surface, and it is difficult to obtain a joint having sufficient airtightness. The flatness is more preferably 0.1 mm or less. It is more preferable that the flatness of the bonding surface of the wafer holder is 0.02 mm or less. The surface roughness of each joint surface is preferably 5 μm or less in Ra. In the case of a surface roughness exceeding this, gaps are likely to be formed in the bonding surface. The surface roughness is more preferably 1 μm or less in Ra.
[0059]
Next, electrodes are attached to the wafer holder. The attachment can be performed by a known method. For example, if counterbore processing is performed from the side opposite to the wafer holding surface of the wafer holder to the electric circuit, metallization is applied to the electric circuit, or an electrode such as molybdenum or tungsten is connected using an active metal brazing directly without metallization. Good. Thereafter, if necessary, the electrodes can be plated to improve the oxidation resistance. Thus, a wafer holder for a semiconductor manufacturing apparatus can be manufactured.
[0060]
Further, the semiconductor wafer can be processed by incorporating the wafer holder of the present invention into a semiconductor device. In the wafer holder of the present invention, since the temperature of the wafer holding surface is uniform, the temperature distribution of the wafer is also more uniform than before, so that stable characteristics can be obtained with respect to a film to be formed and heat treatment. .
[0061]
【Example】
Example 1
99 parts by weight of aluminum nitride powder and 1 part by weight of Y ₂ O ₃ powder were mixed, and 10 parts by weight and 5 parts by weight of polyvinyl butyral were used as a binder and dibutyl phthalate as a solvent, respectively. A green sheet having a thickness of 430 mm and a thickness of 1.0 mm was formed. The aluminum nitride powder used had an average particle diameter of 0.6 μm and a specific surface area of 3.4 m ² / g. A W paste was prepared using 1 part by weight of Y ₂ O ₃ , 5 parts by weight of ethyl cellulose as a binder, and butyl carbitol as a solvent, with 100 parts by weight of W powder having an average particle size of 2.0 μm. did. A pot mill and three rolls were used for mixing. This W paste was screen-printed to form a heater circuit pattern on the green sheet.
[0062]
A plurality of other green sheets having a thickness of 1.0 mm were laminated on the green sheet on which the heater circuit was printed, to produce three types of laminates. The lamination was performed by stacking sheets on a mold and performing thermocompression bonding at a pressure of 10 MPa for 2 minutes while heating to 50 ° C. with a press machine. Thereafter, degreasing was performed at 600 ° C. in a nitrogen atmosphere, and sintering was performed at 1800 ° C. for 3 hours in a nitrogen atmosphere to produce a wafer holder.
[0063]
Next, the sintered body was processed to produce a wafer holder having a 0.5 mm deep wafer pocket at a position shown in Table 1. Finally, a finishing process for the bottom surface and the outer diameter of the wafer pocket was performed. The dimensions of the processed wafer holder are 340 mm in outer diameter, and the thickness of the wafer pocket portion is three types: 10, 15, and 20 mm. The wafer holding surface was polished so that Ra was 1 μm or less.
[0064]
Counterboring was performed at two locations from the surface opposite to the wafer holding surface up to the heater circuit to partially expose the heater circuit. An electrode made of W was directly joined to the exposed heater circuit portion using an active metal braze. By energizing the electrodes, the wafer holder was heated, and the heat uniformity was measured. For the measurement of thermal uniformity, a 12-inch wafer thermometer was mounted on the wafer holding surface, and the temperature distribution was measured. The power supply was adjusted so that the temperature at the center of the wafer thermometer was 550 ° C. Table 1 shows the results of the thermal uniformity.
[0065]
[Table 1]

[0066]
As can be seen from Table 1, the distance k from the edge of the wafer pocket to the outer peripheral portion of the wafer holder is set to 2k ≧ t with respect to the thickness t of the wafer holder at the wafer mounting portion. The distribution can be within ± 1%. Further, if the distance k is equal to or greater than the thickness t, the temperature distribution on the wafer surface can be kept within ± 0.5%.
[0067]
Example 2
Each of the wafer holders shown in Table 1 was incorporated into a semiconductor manufacturing apparatus, and a TiN film was formed on a 12-inch diameter Si wafer. As a result, no. When the wafer holders 1, 6, 7, 11, and 12 were used, the variation in the thickness of the TiN film was as large as 15% or more, but when using other wafer holders, it was 10% or less. Thus, a good TiN film could be formed with a small variation in film thickness, and there was no problem at the time of wafer detachment.
[0068]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, if the distance k from the edge of the wafer pocket to the outer periphery of the wafer holder is 2k ≧ t with respect to the thickness t of the wafer holder in the wafer mounting portion, The temperature distribution on the surface can be kept within ± 1%. Further, if the distance k is equal to or greater than the thickness t, the temperature distribution on the wafer surface can be kept within ± 0.5%.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of a schematic cross-sectional view of a wafer holder of the present invention.
FIG. 2 shows an example of a schematic plan view of a wafer holder of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 wafer holder 2 wafer pocket

Claims

In a wafer holder having a wafer mounting surface and having a wafer pocket formed on the wafer mounting surface, a distance k from an edge of the wafer pocket to an outer peripheral portion of the wafer holder is determined by a wafer holder in the wafer mounting portion. 2k ≧ t with respect to the thickness t of the wafer holder.

2. The wafer holder according to claim 1, wherein the distance k is equal to or greater than the thickness t.

A semiconductor manufacturing apparatus comprising the wafer holder according to claim 1 mounted thereon.