JP2011049425A

JP2011049425A - 半導体製造装置用部品

Info

Publication number: JP2011049425A
Application number: JP2009197910A
Authority: JP
Inventors: Jun Kurano; 淳倉野
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2011-03-10

Abstract

【課題】この発明は、従来より低い消費電力で温度を上昇させることができ、かつ均一な温度分布を有する半導体製造装置用部品、特にその表面の温度差が１０℃以下である半導体製造装置用部品を提供することを課題とする。
【解決手段】この半導体製造装置用部品は、加熱手段を有するセラミック体と冷却手段を有するベースとの間に少なくとも３００μｍの厚みを有する接着部を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置用部品に関し、より詳細には、半導体の製造に使用される静電チャック及び真空チャック等の吸着装置であって、温度調節のできる吸着装置に関する。

従来より、例えば半導体製造装置においては、半導体ウェハ（例えばシリコンウェハ）を固定してエッチング等の加工を行ったり、半導体ウェハを吸着固定して反りを矯正したり、半導体ウェハを吸着して搬送するなどの目的で、静電チャック及び真空チャック等の吸着装置が使用されている。

半導体製造装置において、エッチング処理をする場合には、例えば静電チャックにおける半導体ウェハを載置する表面の温度分布にばらつきがあると、半導体ウェハの加工精度が悪くなってしまう。したがって、半導体ウェハを加熱する表面における温度分布を均一にすることが要求される。そのため、吸着装置の内部に発熱体を埋設して、半導体ウェハ全面に渡って均一に加熱することが行なわれている。

特許文献１には、半導体を製造する際などに使用される複合ヒータが記載されている。この複合ヒータは、セラミック体の内部に発熱体を有するセラミックヒータと金属ベースとを接合して一体化することにより、面内の温度分布（即ちセラミックヒータのワーク側の表面の温度分布）を小さくすることができる、と記載されている（段落番号0007参照。）。また、この複合ヒータが、金属ベースに冷媒及び／又は温媒を通す通路を有する場合には、その通路に冷媒を流すことにより、複合ヒータ（ひいてはワーク）を速やかに冷却することができる、と記載されている（段落番号0024参照。）。

特開２００４−７１６４７号公報

この発明は、従来より低い消費電力で温度を上昇させることができ、かつ均一な温度分布を有する半導体製造装置用部品、特にその表面の温度差が１０℃以下である半導体製造装置用部品を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための手段は、
（１）加熱手段を有するセラミック体と冷却手段を有するベースとの間に少なくとも３００μｍの厚みを有する接着部を備えることを特徴とする半導体製造装置用部品である。
前記（１）の好ましい態様は、
（２）前記接着部が、主成分としてシリコーン樹脂又はアクリル樹脂を有することを特徴とする半導体製造装置用部品である。

この発明に係る半導体製造装置用部品は、加熱手段を有するセラミック体と冷却手段を有するベースとの間に少なくとも３００μｍの厚みを有する接着部を備える。したがって、従来より低い消費電力で温度を上昇させることができ、かつセラミック体表面の温度分布の均一な、特に温度差が１０℃以下という温度差の小さい半導体製造装置用部品を提供することができる。したがって、この発明によれば、セラミック体の上に半導体ウエハを固定して、例えばＣＶＤ及びエッチング等の加工処理を行う場合に、セラミック体表面の温度分布が均一であるので、精度の良い加工処理をすることができる。

図１は、この発明に係る半導体製造装置用部品の一実施例である静電チャックを一部破断して示す概略斜視図である。図２は、図１における静電チャックのＡ−Ａ断面（縦方向の断面）を示す説明図である。図３は、図１における静電チャックの発熱体のパターンを示す説明図である。図４は、静電チャックのセラミック体の表面温度を測定する部分を示す上面説明図である。図５は、比較例１の静電チャック表面の線分ＢＢ’上の温度変化を示すグラフである。図６は、実施例１の静電チャック表面の線分ＢＢ’上の温度変化を示すグラフである。図７は、実施例２の静電チャック表面の線分ＢＢ’上の温度変化を示すグラフである。

この発明に係る半導体装置用部品の一実施例である半導体製造装置用部品を、図面を参照しつつ説明する。図１は、この発明に係る半導体製造装置用部品の一実施例である静電チャックを一部破断して示す概略斜視図である。この静電チャック１は、半導体装置に配設され、被吸着体８である半導体ウェハ等を静電引力により吸着固定する。この静電チャック１に固定された半導体ウェハ等は、エッチング、ＣＶＤ、ＰＶＤ、及びスパッタリング等の処理が行なわれる。この静電チャック１は、図１に示されるように、加熱手段２を有するセラミック体３と冷却手段４を有するベース５との間に少なくとも３００μｍの厚みを有する接着部６を備える。

セラミック体３は、図１における紙面上方の面が半導体ウェハ等の被吸着体８を吸着及び加熱する吸着面７であり、この吸着面７とは反対側の面が接着面９であり、ベース５における紙面上方の接着面11と接着部６を介して接着される。

セラミック体３は、アルミナ、窒化アルミニウム、イットリア、炭化珪素等を主成分とするセラミックス焼結体で形成されるのが好ましく、これらの中でも安価であることからアルミナを主成分とするセラミックス焼結体で形成されるのが特に好ましい。セラミック体３の熱伝導率は、２〜２００Ｗ／ｍ・Ｋであるのが好ましい。また、セラミック体３は、例えば、厚さが１〜７ｍｍ、直径が５０〜３５０ｍｍである円盤状体とすることができる。

セラミック体３は、その内部に静電力によって被吸着体８を吸着するための静電電極10ａ,10ｂが吸着面７側に埋設されている。この実施の形態においては、セラミック体３の内部に静電電極10a,10bが２対設けられており、その静電電極10a,10b間に電圧を印加することで静電力を発生させる双極方式のものを例示しているが、静電電極が１つである単極方式のものであっても良い。また、静電電極はセラミック体３の内部ではなく、その表面に設けられても良い。

セラミック体３は、その内部に吸着面７の温度を調整するための加熱手段２が接着面９側に埋設されている。この実施の形態における加熱手段２は、主としてタングステンにより形成される線状の発熱体である。加熱手段２は、セラミック体３の平面全体にほぼ均一に配置されるように、渦巻き状に埋設されている。

ベース５は、セラミック体３全体が載置できるように、セラミック体３より大径の円盤状体とされており、例えば、厚さが５〜７０ｍｍ、直径が５０〜４００ｍｍである。

ベース５は、剛性に優れ、熱伝導率の高いセラミックス又は金属等により形成され、冷却効率の観点から金属により形成されるのが好ましい。前記金属としては、アルミニウム、ニッケル、銅、鉄、チタン、これらの金属を主成分とする合金及びステンレス鋼を挙げることができ、これらの中でもアルマイト形成、軽量、カケにくさの観点から、アルミニウム及び銅により形成されるのが好ましい。ベース５の熱伝導率は、１５〜４００Ｗ／ｍ・Ｋであるのが好ましい。

ベース５は、その内部にベース５を冷却するための冷却手段４が設けられている。この実施の形態における冷却手段４は、冷媒を流通させるための流路であり、円盤状のベース５全体が冷却されるように、同心円状の流路が４つ設けられている。冷媒としては、水、純水、ガルデン、フロリナート、シリコンオイル等の液体、空気、Ｈｅガス等の不活性ガス等の気体を挙げることができる。流路の配置及び数は、特に限定されず、適宜設定することができる。

接着部６は、セラミック体３の接着面９とベース５の接着面11との間に設けられている。接着部６の厚みは、少なくとも３００μｍであり、３００μｍ以上８００μｍ以下であるのが好ましく、５００μｍ以上７００μｍ以下であるのが特に好ましい。接着部６の厚みが前記範囲内であると、従来より低い消費電力で温度を上昇させることができ、かつセラミック体３表面の温度分布の均一な静電チャック１を提供することができる。

その理由は、次のとおりである。この実施形態の静電チャック１は、セラミック体３の表面温度を所定値に設定するために、加熱手段２によりセラミック体３を加熱しつつ、冷却手段によりベース５を冷却している。ベース５は熱伝導率の高い金属等の材料により形成されているので、セラミック体３における熱がベース５へと速やかに放熱される。セラミック体３とベース５とは、接着部６を介して接合されているので、接着部６の厚みが大きいほど、セラミック体３における熱はベース５へと伝わり難くなる。すなわち、接着部６の厚みが大きいほど、セラミック体３から熱が逃げない。したがって、表面温度を所定値まで上昇させるのに必要な消費電力が小さくなる。

ところで、加熱手段２である発熱体の消費電力Ｗは、電流をＩ、抵抗値をＲとすると、以下の式（１）の関係を満たす。一方、発熱体が１本の線により形成されている場合、何れの箇所においても電流Ｉの値は同じである。したがって、消費電力Ｗは抵抗値Ｒの値により変動することになる。
Ｗ＝Ｉ^２Ｒ・・・・・・（１）
消費電力Ｗが大きいほどセラミック体３の表面温度は高くなるので、発熱体の何れの箇所においても同一の抵抗値Ｒを有していれば、セラミック体３の表面温度は均一になる。

抵抗値Ｒは、温度ｔ℃における抵抗値をＲｔ、初期温度２５℃における抵抗値をＲ_２５、温度係数をαとすると、以下の式（２）の関係を満たす。
Ｒｔ＝Ｒ_２５｛１＋α（ｔ−２５）｝・・・・・・（２）
式（２）は、温度ｔが大きいほど抵抗値Ｒｔが大きくなることを示す。また、式（２）は、発熱体において部分的に抵抗値に差があった場合には、温度ｔが大きくなるほどその抵抗値Ｒｔの差が大きくなることを示している。

式（１）及び式（２）に示されるように、セラミック体３に備えられている発熱体の温度を上昇させる程、抵抗値が大きくなり、発熱体において部分的に抵抗値に差があった場合には、消費電力の差も大きくなるので、温度分布にばらつきが生じやすくなる。しかし、この発明によれば、セラミック体３の熱がベース５に放熱され難いので、従来よりも低い消費電力で温度を上昇させることができる。したがって、部分的に抵抗値に差があったとしても、その差を抑えることができるので、セラミック体表面の温度分布を均一にすることができる。

接着部６は、熱硬化性樹脂を主成分とする接着剤により形成されてなり、主成分である樹脂として、例えばシリコーン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、及びフェノール系樹脂等を挙げることができる。これらの中でも、伸びの観点からシリコーン樹脂及びアクリル樹脂が好ましい。

シリコーン樹脂は、シロキサン結合を主骨格とする珪素化合物重合体であって、架橋、未架橋、部分架橋の重合体を含む。

アクリル樹脂は、アクリル酸およびアクリル酸の誘導体の重合体の総称であり、ホモポリマーとコポリマーとの両者を含み、架橋、未架橋、部分架橋の重合体を含む。アクリル酸の誘導体は、アクリル酸エステル、アクリルアミド、アクリロニトリル、メタクリル酸、メタクリル酸エステルを含む。

接着部６を形成する樹脂は、熱伝導率が０．２〜２．５Ｗ／ｍ・Ｋ、伸びが５０〜２５０％であるのが好ましい。

熱伝導率は、熱伝導率測定装置により測定することができる。伸びは、オートグラフにより測定することができる。

静電チャック１は、セラミック体３の吸着面７からベース５の裏面12に貫通するガス流路13が設けられている。このガス流路13は、Ｈｅ、Ａｒ等の不活性ガスを流通させることにより、熱を拡散してセラミック体３の温度の均一性を図っている。この実施の形態においては、円盤状の静電チャック１と同心円上に等間隔で６箇所にガス流路13が、設けられている。

図２は、図１における静電チャックのＡ−Ａ断面（縦方向の断面）を示す説明図である。図２に示されるように、セラミック体３における接着面９には、ベース５側に開口する複数の凹部14,15,16が設けられており、この凹部14,15,16は、それぞれベース５を厚み方向に貫く複数の貫通孔17,18,19に連通している。また、円柱状の凹部14,15,16と円柱状の貫通孔17,18,19は、その中心軸が共通であり、凹部14,15,16の内径より貫通孔17,18,19の内径の方が大きく設定されている。

前記凹部14には、内部接続端子20がメタライズ層21に接合されており、このメタライズ層21は、導電パターン22及びビア23を介して、加熱手段２としての発熱体の一端に電気的に接続されている。尚、加熱手段２の他端に接続される他方の凹部30も同様に形成されている（図３参照。）。

また、前記凹部15,16には、内部接続端子24,25がメタライズ層26,27に接合されており、このメタライズ層26,27は、ビア28,29を介して、静電電極10a,10bに電気的に接続されている。

次に、この実施形態の静電チャック１の製造方法の一例を、説明する。
まず、前述した構成を有するセラミック体３及びベース５を公知の製造工程にて製造し、準備する。

次いで、セラミック体３とベース５とを、接続部６を形成する材料として前述した樹脂を用いて接合して一体化する。

セラミック体３とベース５とを接合する方法は、接着部６の厚みを前記範囲内で調整することができ、厚みを均一にすることができる限り特に限定されず、前述した樹脂を主成分とする流動性接着剤を利用して接着部６を形成する方法、前述した樹脂を主成分とする接着シートを利用して接着部６を形成する方法等を挙げることができる。

前記流動性接着剤を利用する方法は、公知の塗布方法及び印刷方法が利用でき、例えばスクリーン印刷法、はけ塗り法、及び霧吹き法等を挙げることができる。流動性接着剤は、セラミック体３の接着面９及びベース５の接着面11のいずれか少なくとも一方に塗布すれば良い。また、必要に応じて、流動性接着剤を介してセラミック体３とベース５とを貼り合わせた後に圧力をかけて密着させても良い。その後、適宜乾燥又は加熱することにより流動性接着樹脂を硬化させる。

前記接着シートを利用する方法は、公知の接着工法が利用でき、例えば熱再活性接着法、溶剤再活性接着法等を挙げることができる。

熱再活性接着法は、接着シートをセラミック体３とベース５との間に載置して、両者に接着剤の軟化点以下の温度と圧力とを加えることにより接合することができる。加熱活性の方法としては、赤外線ランプ及び遠赤外線ランプによる熱線加熱、電熱器及びバーナーによる熱風加熱、高周波加熱、及び熱プレス等をあげることできる。温度、加圧力及びこれらの時間に関しては、適宜調整すれば良い。

溶剤再活性接着法は、接着シートの表面を接着シートに用いている溶剤で湿して粘着性をもたせた後に、セラミック体３とベース５との間に載置して、必要により圧力を加えることにより接合することができる。接着シートに溶剤を適用する方法としては、スプレーで吹き付ける方法、ウェスに溶剤を染み込ませて表面をぬぐう方法、刷毛による方法等を挙げることができる。
このようにして、静電チャック１を製造することができる。

この発明に係る半導体製造装置用部品は、上記実施形態に限定されることなく、この発明の課題を達成することができる範囲において、種々の変更をすることができる。例えば、前記実施形態においては、半導体製造装置用部品として静電チャックについて説明したが、真空チャック、電磁チャックについても同様に適用することができる。

（実施例１）
半導体製造装置用部品として静電チャックを次のように製造した。まず、アルミナを主成分とするセラッミック体、アルミニウム合金で形成されるベース、及びアクリル樹脂を主成分とする接着部としての接着シートを準備した。セラミック体は、直径３００ｍｍ、厚み２．５ｍｍの円盤状であり、熱伝導率は、１８Ｗ／ｍ・Ｋであった。
ベースは、直径３５０ｍｍ、厚み３０ｍｍの円盤状であり、熱伝導率は、２００Ｗ／ｍ・Ｋであった。接着シートは、直径３００ｍｍ、厚み０．３ｍｍの円盤状であり、熱伝導率は、０．６Ｗ／ｍ・Ｋ、伸びは、９５％を超えていた。

これらの測定は、前述した方法と同様の方法により行なった。なお、伸びの測定は、セラミック片とアルミ片を接着シートで接着した試験片を別途製造して、用いた。

次いで、ベース上に接着シートを載置して、この接着シートの上にセラミック体を載置した。ベースと接着シートとセラミック体とを積層してなる積層体を８ｋｇ・ｆ／ｃｍ^２で加圧しながら５０℃で８時間、熱線加熱法により加熱した。その後、さらに室温で８ｋｇ・ｆ／ｃｍ^２で４時間加圧した。

（実施例２）
接着シートの厚みを７００μｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして静電チャックを製造した。

（実施例３）
実施例１において、アクリル樹脂を主成分とする接着シートの代わりにシリコーン樹脂を主成分とする流動性接着剤を使用した。ベースの表面にこの流動性接着剤を塗布し、この塗布面にセラミック体を載置した。ベースと接着シートとセラミック体とを積層してなる積層体の上にラバーを介して３０ｋｇのウエイトを置いて１２時間静置した。接着剤が硬化した後の接着部の厚みは、３００μｍであった。なお、ベースとセラミック体とは、実施例１と同様のものを用いた。また、接着部の熱伝導率は、１．０Ｗ／ｍ・Ｋ、伸びは、９５％であった。これらの測定は、実施例１と同様の方法により行なった。

（実施例４）
接着部の厚みを７００μｍとしたこと以外は、実施例３と同様にして静電チャックを製造した。

（比較例１）
接着部の厚みを２５０μｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして静電チャックを製造した。

（評価方法）
作製した静電チャックに電圧を印加して、セラミック体の表面の平均温度が８０℃になるように調整した。このときの消費電力を算出した。
また、赤外線カメラを用いて、セラミック体の表面を撮影し、セラミック体の表面温度のバラツキを観察すると共に、セラミック体の中心Ｏを通る線分ＢＢ’上の温度を測定し（図４参照。）、最高温度と最低温度との温度差を算出した。結果を図５〜７、表１に示す。

表１に示された結果から明らかなように、接着部の厚みが大きいほど消費電力が小さくなり、セラミック体の表面の温度差も小さくなった。接着部の厚みが３００μｍ以上の場合には、温度差は１０℃以下であった。また、比較例１のセラミック体表面の赤外線カメラ写真に比べて、実施例１及び２のセラミック体表面の赤外線カメラ写真の方が、セラミック体の表面温度のバラツキが小さかった。

１静電チャック
２加熱手段
３セラミック体
４冷却手段
５ベース
６接着部
７吸着面
８半導体ウェハ
９、１１接着面
１０ａ、１０ｂ静電電極
１２裏面

Claims

加熱手段を有するセラミック体と冷却手段を有するベースとの間に少なくとも３００μｍの厚みを有する接着部を備えることを特徴とする半導体製造装置用部品。
前記接着部が、主成分としてシリコーン樹脂又はアクリル樹脂を有することを特徴とする半導体製造装置用部品。