JP3545866B2

JP3545866B2 - Wafer holding device

Info

Publication number: JP3545866B2
Application number: JP1491096A
Authority: JP
Inventors: 博範井之上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-01-31
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2016-01-31
Also published as: JPH09213775A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体や液晶の製造装置において、半導体ウェハや液晶用ガラス等のウェハを保持・加工するために使用するウェハ保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程で、半導体ウェハに成膜を施すＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置や、そのウェハに微細加工処理を施すドライエッチング装置において、ウェハはチャンバー内でサセプターや静電チャック等に保持され、このチャンバー内を真空、高温に保持して加工が行われている。
【０００３】
例えば図３に示すウェハ保持装置は、サセプターと呼ばれる板状体１１にウェハ３０を載置する載置面１１ａを形成し、その内部に発熱抵抗体１２を備えている。また、板状体１１の下面側に、気密封止用の筒体１３のフランジ部１３ａをロウ材１４によって気密接合し、この筒体１３の下端に備えたフランジ部１３ｂをＯリング１７を介してチャンバー１８の底面に気密接合している。
【０００４】
また、上記筒体１３内側の板状体１１の下面には、発熱抵抗体１２への通電端子２１や、熱電対等の板状体１１の温度検出素子２２、あるいは測温用光ファイバー等のウェハ３０の温度検出素子２３等を備えており、これらの導線が筒体１３の内側を通って外側へ導出される。
【０００５】
このウェハ保持装置を使用する場合は、板状体１１にウェハ３０を載置しておいて、チャンバー１８の内部を真空にし、発熱抵抗体１２及び温度検出素子２２、２３によって、ウェハ３０が一定温度となるように加熱しながら各種加工を行う。
【０００６】
この時、筒体１３の上下端はそれぞれ気密接合してあるため、この筒体１３の内側は、チャンバー１８の内部と完全に遮断することができる。即ち、チャンバー１８の内部は１０^−９ｔｏｒｒ／ｓｅｃ以下程度の高真空、高温とし、腐食性ガスを導入するが、筒体１３の内側は外部と連通した大気雰囲気とすることができる。
【０００７】
そのため、温度検出素子２２、２３や通電端子２１等の部材がチャンバー１８内部の高温で腐食性の雰囲気に曝されることがなく、耐久性を高くできるとともに、チャンバー１８の内部に不純物やパーティクルが混入することを防止できるのである。
【０００８】
また、上記板状体１１の材質として、近年、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックスが用いられ、一方上記筒体１３は金属で形成されており、熱膨張差を緩和するために、筒体１３の肉厚を０．１〜２ｍｍ程度と薄くすることが行われている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体製造工程では、１００〜３００℃、さらには６００℃程度の高温条件でウェハ３０を加工することが多く、上記ウェハ保持装置のチャンバー１８内部は常温から上記加工温度の間での熱サイクルが加わることになる。
【００１０】
そのため、この熱サイクルによる繰り返し応力が、筒体１３と板状体１１とのロウ材１４による接合部に集中して発生することによって、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように筒体１３のフランジ部１３ａがクリープ変形して接合部に隙間が生じてしまうという不都合があった。その結果、数サイクルから数十サイクルの使用で、ガスリークが発生し、半導体製造装置に要求される高真空状態を維持できなくなるという問題があった。
【００１１】
なお、この問題を解決するために、筒体１３としてセラミック製板状体１１と熱膨張が近似した金属を用いたり、ロウ材１４として熱膨張差を緩和できるような低ヤング率のロウを用いる等の対策が提案されている。
【００１２】
しかし、筒体１３やロウ材１４はチャンバー１８内の雰囲気に曝されることから、
▲１▼処理工程で用いられる腐食性ガスに対する耐食性があること、
▲２▼高温の真空雰囲気で溶融、液化反応を生じないこと
が求められており、そのため、一般的な低熱膨張金属が使用できなかった。例えばＷ，Ｍｏ等は耐酸化性が悪く、ロウ材との反応性が高い。また、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｒｅ等は腐食性ガスに対する耐食性が悪くチャンバー１８内の環境を悪化させるため使用できなかった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、ウェハの載置面を有するセラミックス製板状体の下面に、真空気密用筒体のフランジ部を接合するとともに、該フランジ部の下面に応力緩和リングを接合してウェハ保持装置を構成したことを特徴とする。
【００１４】
即ち、セラミックス製の板状体と金属製の筒体を接合し、温度変化があった場合、熱膨張差に伴ってヤング率の低い筒体のフランジ部に変形が生じやすいが、本発明ではフランジ部の下方に応力緩和リングを接合して、フランジを両側から拘束し、変形を防止するようにしたものである。
【００１５】
また本発明は、ウェハの載置面を有するセラミックス製板状体の下面に、該板状体と同程度の熱膨張率を有するセラミックス製の真空気密用筒体を気密接合してウェハ保持装置を構成したことを特徴とする。
【００１６】
即ち、筒体を板状体と同程度の熱膨張率を有するセラミックスとすることによって、熱膨張差をなくすとともに、筒体自体の変形を防止するようにしたものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明のウェハ保持装置の実施形態を図によって説明する（従来例と同一部分は同一符号で表す）。
【００１８】
図１に示すウェハ保持装置は、サセプターと呼ばれるセラミックス製の板状体１１にウェハ３０を載置する載置面１１ａを形成し、その内部に発熱抵抗体１２を備えている。また、板状体１１の下面側に、気密封止用の金属製筒体１３のフランジ部１３ａをロウ材１４によって気密接合し、このフランジ部１３ａの下面にロウ材１５によって応力緩和リング１６を接合してある。さらに、筒体１３の下端に備えたフランジ部１３ｂはＯリング１７を介してチャンバー１８の底面に気密接合している。
【００１９】
また、上記筒体１３内側の板状体１１の下面には、発熱抵抗体１２への通電端子２１や、熱電対等の板状体１１の温度検出素子２２等を備えており、これらの導線が筒体１３の内側を通って外側へ導出される。
【００２０】
このウェハ保持装置を使用する場合は、板状体１１にウェハ３０を載置しておいて、チャンバー１８の内部を真空にし、発熱抵抗体１２及び温度検出素子２２、２３によって、ウェハ３０が一定温度となるように加熱しながら各種加工を行う。
【００２１】
この時、筒体１３の上下端はそれぞれ気密接合してあるため、この筒体１３の内側は、チャンバー１８の内部と完全に遮断することができる。即ち、チャンバー１８の内部は１０^−９ｔｏｒｒ／ｓｅｃ以下程度の高真空、高温とし、腐食性ガスを導入するが、筒体１３の内側は外部と連通した大気雰囲気とすることができる。
【００２２】
そのため、温度検出素子２２、２３や通電端子２１等の部材がチャンバー１８内部の高温で腐食性の雰囲気に曝されることがなく、耐久性を高くできるとともに、チャンバー１８の内部に不純物やパーティクルが混入することを防止できるのである。
【００２３】
また本発明では、筒体１３のフランジ部１３ａの下面に応力緩和リング１６を接合したことによって、熱サイクルが加わってもこの接合部に隙間が生じにくくすることができる。
【００２４】
即ち、上記接合部を図２（Ａ）に拡大して示すように、セラミックス製の板状体１１の下面にメタライズ層を形成しておいて、ロウ材１４によって金属製の筒体１３のフランジ部１３ａを接合する。また該フランジ部の反対側の下面には、ロウ材１５を介して断面が四角形状の応力緩和リング１６を接合してある。
【００２５】
そのため、熱サイクルが加わったときに、熱膨張差が生じても筒体１３のフランジ部１３ａが板状体１１と応力緩和リング１６で挟まれて拘束されているために、変形することを防止できる。その結果、ロウ材１４部分に隙間が生じにくく、ガスリークの発生を防止できるのである。
【００２６】
なお応力緩和リング１６の材質としては、金属やセラミックス等を用いることができるが、上記のような効果を奏するためには、板状体１１と熱膨張率が近似したものを用いる必要があり、具体的には板状体１１との熱膨張率差が２×１０^−６／℃以下のものが好ましい。特に、板状体１１と同じ主成分のセラミックスを用いれば最適である。
【００２７】
また、応力緩和リング１６の厚みｔは１ｍｍ以上とすることが好ましい。これは、厚みｔが１ｍｍ未満では、フランジ部１３ａの変形を防止する効果が乏しいためである。
【００２８】
さらに、他の実施形態として、図２（Ｂ）に示すように、筒体１３のフランジ部１３ａを外側と内側の両方に延びる形状として、ロウ材１４による接合部の幅を大きくすることもできる。この場合は、応力緩和リング１６は、筒体１３の外側（真空側）又は内側（大気側）のいずれか一方又は両方に備えれば良い。
【００２９】
以上の実施例において、板状体１１を成すセラミックスとしては、Ａｌ_２Ｏ_３，ＡｌＮ，ＺｒＯ_２，ＳｉＣ，Ｓｉ_３Ｎ_４等の一種以上を主成分とするセラミックスを用いる。これらの中でも特に耐プラズマ性の点から、９９重量％以上のＡｌ_２Ｏ_３を主成分としＳｉＯ_２，ＭｇＯ，ＣａＯ等の焼結助剤を含有するアルミナセラミックスや、ＡｌＮを主成分とし周期律表２ａ族元素酸化物や３ａ族元素酸化物を０．５〜２０重量％の範囲で含有する窒化アルミニウム質セラミックス、あるいは９９重量％以上のＡｌＮを主成分とする高純度窒化アルミニウム質セラミックスのいずれかが好適である。
【００３０】
したがって、応力緩和リング１６の材質としても、上記板状体１１と同様のセラミックスを用いることが好ましい。
【００３１】
また、筒体１３の材質としては耐食性が高く、上記板状体１１との熱膨張率差が６×１０^−６／℃以下の金属を用いる。これは、熱膨張率差が６×１０^−６／℃を超えると、ロウ付け直後にセラミックスの接合界面にクラックが生じやすくなるためである。具体的には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等を用いれば良い。
【００３２】
さらに、ロウ材１４、１５の材質としては、高温中で溶融、液化を生じないものを用い、具体的にはＡｇ−Ｃｕ系、Ｔｉ−Ｃｕ−Ａｇ系等のロウを用いる。
【００３３】
次に本発明の他の実施形態を説明する。
【００３４】
以上の例では筒体１３を金属で形成したが、筒体１３をセラミックスで形成することもできる。即ち、図３に示すような構造のウェハ保持装置において、筒体１３をセラミックスで形成し、そのフランジ部１３ａとセラミックス製板状体１１の下面とをロウ材１４によって接合することもできる。
【００３５】
このようにすれば、熱サイクルが加わっても筒体１３が変形することがなく、接合部に隙間が生じることを防止できる。なお、このような効果を奏するためには、筒体１３を成すセラミックスとして、板状体１１との熱膨張率差が２×１０^−６／℃以下のものを用いることが好ましく、特に板状体１１と同じ主成分のセラミックスを用いれば最適である。
【００３６】
【実施例】
実施例１
本発明実施例として、図１に示すウェハ保持装置を試作した。
【００３７】
板状体１１は直径８インチ（約２００ｍｍ）の円板状で、ＡｌＮ含有量９９．９重量％以上の高純度窒化アルミニウム質セラミックスで形成した。上記ＡｌＮの一次原料をメタノールに混合し一次粉砕調合して平均粒径１μｍとした後、１０％の有機バインダーを添加し二次調合スラリーとした。このスラリーをスプレードライヤーにて造粒し、所定の造粒粉体を作製した。この造粒粉体を０．８ｔｏｎでＣＩＰ成形した後、さらに切削加工により所定の寸法に加工した。この後、５００℃の酸化雰囲気にて脱脂を行い、Ｎ_２雰囲気にて２０００℃、５時間の焼成を行った。得られた焼結体は比重が３．２６ｇ／ｃｍ^３と理論密度に対して充分な焼結密度を有しており、その熱膨張率は５×１０^−６／℃であった。
【００３８】
また、筒体１３は、筒部の直径が１５０ｍｍで、肉厚０．５ｍｍとし、その材質は、
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金熱膨張率８×１０^−６／℃
Ｆｅ−Ｎｉ合金熱膨張率１１×１０^−６／℃
ステンレス（ＳＵＳ３０４）熱膨張率１３．５×１０^−６／℃
タングステン（Ｗ）熱膨張率５．２×１０^−６／℃
の４種類の金属を用いた。
【００３９】
さらに、応力緩和リング１６は、上記板状体１１と同じ窒化アルミニウム質セラミックスで形成し、幅は５ｍｍ、厚みｔは０．５、１、５、１０ｍｍの４種類のものを用意した。
【００４０】
上記板状体１１、筒体１３、応力緩和リング１６をロウ付けで接合する際は、予め板状体１１と応力緩和リング１６の所定箇所にＣｕ−Ａｇ−Ｔｉ系のロウ材を用いて８００℃で表面にメタライズ層を形成し、この表面にＮｉメッキを施した。一方筒体１３のフランジ部１３ａにもＮｉメッキを施した。これらに対し、ロウ材１４、１５としてＡｇ−Ｃｕ系のロウを用いて８５０℃の真空中でロウ付けを行った。
【００４１】
また比較例として、応力緩和リング１６を接合しないものも用意した。
【００４２】
これらのウェハ保持装置を用いて、実際のＰＶＤ装置中で、常温から５５０℃の熱サイクルを加えた後の接合部のリークの有無を調べる実験を行った。
【００４３】
まず、応力緩和リング１６の厚みｔを５ｍｍとし、筒体１３の材質を変化させ、５０サイクルの熱サイクルを加えた場合の結果を表１に示す。この結果より、応力緩和リング１６を備えないものは、接合部に隙間が発生して、リークが生じたのに対し、本発明実施例である応力緩和リング１６を備えたものでは、リークが生じなかった。
【００４４】
ただし、筒体１３としてステンレスを用いたものでは、板状体１１との熱膨張率差が６×１０^−６／℃を超えるため、ロウ付け後にクラックが発生してしまった。また、筒体１３としてタングステンを用いたものでは、耐食性が悪く実用上使用不可能であった。
【００４５】
【表１】

【００４６】
次に、筒体１３としてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を用い、応力緩和リング１６の厚みｔを変化させたものについて、リークが発生するまでの熱サイクル数を求める実験を行った。
【００４７】
結果は表２に示す通り、厚みｔが１ｍｍ以上あれば５０サイクル以上の耐久性がり、５ｍｍ以上あれば２００サイクル以上の耐久性があることが判った。
【００４８】
【表２】

【００４９】
実施例２
次に、板状体１１と応力緩和リング１６をアルミナセラミックスで形成し、その他は実施例１と同様にしてウェハ保持装置を試作した。
【００５０】
板状体１１及び応力緩和リング１６は、Ａｌ_２Ｏ_３９９．９重量％以上のアルミナ原料を用いて、一次原料を水に混合して一次粉砕調合し、平均粒径０．５μｍ以下とした後、１０％の有機バインダーを添加し二次調合スラリーとした。このスラリーをスプレードライヤーで造粒し、所定の造粒粉体を作製した。この造粒粉体を０．８ｔｏｎでＣＩＰ成形した後、切削加工により所定の寸法に加工した。この成形体を酸化雰囲気中約１８００℃、５時間の条件で焼成した。得られた焼結体の比重は３．９ｇ／ｃｍ^３とその理論密度に対して充分な焼結密度を有しており、熱膨張率は７．１×１０^−６／℃であった。
【００５１】
また、筒体１３の材質は、
Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金熱膨張率８×１０^−６／℃
Ｆｅ−Ｎｉ合金熱膨張率１１×１０^−６／℃
ステンレス（ＳＵＳ３０４）熱膨張率１３．５×１０^−６／℃
モリブデン（Ｍｏ）熱膨張率５．８×１０^−６／℃
の４種類の金属を用いた。
【００５２】
板状体１１、筒体１３、応力緩和リング１６をロウ付けで接合する際は、予め板状体１１と応力緩和リング１６の所定箇所にＭｏ−Ｍｎ系のロウ材を用いて１１００℃で表面にメタライズ層を形成し、この表面にＮｉメッキを施した。一方筒体１３のフランジ部１３ａにもＮｉメッキを施した。これらに対し、ロウ材１４、１５としてＡｇ−Ｃｕ系のロウを用いて８５０℃の真空中でロウ付けを行った。
【００５３】
また比較例として、応力緩和リング１６を接合しないものも用意した。
【００５４】
これらのウェハ保持装置を用いて、実際のＰＶＤ装置中で、常温から５５０℃の熱サイクルを加えた後の接合部のリークの有無を調べる実験を行った。
【００５５】
まず、応力緩和リング１６の厚みｔを５ｍｍとし、筒体１３の材質を変化させ、５０サイクルの熱サイクルを加えた場合の結果を表３に示す。この結果より、応力緩和リング１６を備えないものは、接合部に隙間が発生して、リークが生じたのに対し、本発明実施例である応力緩和リング１６を備えたものでは、リークが生じなかった。
【００５６】
ただし、筒体１３としてステンレスを用いたものでは、板状体１１との熱膨張率差が６×１０^−６／℃を超えるため、ロウ付け後にクラックが発生してしまった。また、筒体１３としてモリブデンを用いたものでは、耐食性が悪く実用上使用不可能であった。
【００５７】
【表３】

【００５８】
次に、筒体１３としてＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金を用い、応力緩和リング１６の厚みｔを変化させたものについて、リークが発生するまでの熱サイクル数を求める実験を行った。
【００５９】
結果は表４に示す通り、厚みｔが１ｍｍ以上あれば５０サイクル以上の耐久性がり、５ｍｍ以上あれば２００サイクル以上の耐久性があることが判った。
【００６０】
【表４】

【００６１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ウェハの載置面を有するセラミックス製板状体の下面に、真空気密用筒体のフランジ部を接合するとともに、該フランジ部の下面に応力緩和リングを接合してウェハ保持装置を構成したことによって、熱サイクルが加わっても筒体のフランジ部が変形しにくいことから、板状体との接合部がガスリークを起こさず、長期間良好に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウェハ保持装置を示す断面図である。
【図２】本発明のウェハ保持装置における板状体と筒体との接合部を示す拡大断面図である。
【図３】従来のウェハ保持装置を示す断面図である。
【図４】従来のウェハ保持装置における板状体と筒体との接合部を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１１：板状体
１１ａ：載置面
１２：発熱抵抗体
１３：筒体
１３ａ：フランジ部
１４：ロウ材
１５：ロウ材
１６：応力緩和リング
１７：Ｏリング
１８：チャンバー
２１：通電端子
２２：温度検出素子
３０：ウェハ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a wafer holding device used for holding and processing semiconductor wafers and wafers such as liquid crystal glass in a semiconductor or liquid crystal manufacturing apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing process, in a PVD apparatus, a CVD apparatus for forming a film on a semiconductor wafer, and a dry etching apparatus for performing a fine processing on the wafer, the wafer is held in a chamber by a susceptor or an electrostatic chuck. Is maintained at a high vacuum and high temperature.
[0003]
For example, the wafer holding device shown in FIG. 3 has a mounting surface 11 a on which a wafer 30 is mounted on a plate-like body 11 called a susceptor, and includes a heating resistor 12 inside thereof. Further, a flange portion 13a of a cylinder 13 for hermetic sealing is hermetically joined to a lower surface side of the plate-like body 11 by a brazing material 14, and a flange portion 13b provided at a lower end of the cylinder 13 is connected via an O-ring 17. And is hermetically bonded to the bottom surface of the chamber 18.
[0004]
Further, on the lower surface of the plate-shaped body 11 inside the cylindrical body 13, a current-carrying terminal 21 to the heating resistor 12, a temperature detecting element 22 of the plate-shaped body 11 such as a thermocouple, or a wafer 30 such as an optical fiber for temperature measurement. , And these conducting wires pass through the inside of the cylindrical body 13 and are led out.
[0005]
When this wafer holding device is used, the wafer 30 is placed on the plate-like body 11, the inside of the chamber 18 is evacuated, and the heating resistor 12 and the

temperature detecting elements

22 and 23 keep the wafer 30 constant. Various processes are performed while heating to the temperature.
[0006]
At this time, since the upper and lower ends of the cylindrical body 13 are air-tightly joined, the inside of the cylindrical body 13 can be completely shut off from the inside of the chamber 18. That is, the inside of the chamber 18 is set to a high vacuum and high temperature of about 10 ⁻⁹ torr / sec or less and a corrosive gas is introduced, but the inside of the cylindrical body 13 can be set to an atmospheric atmosphere communicating with the outside.
[0007]
Therefore, members such as the

temperature detecting elements

22 and 23 and the energizing terminals 21 are not exposed to the high-temperature and corrosive atmosphere inside the chamber 18, so that the durability can be increased. It is possible to prevent mixing.
[0008]
In recent years, ceramics such as alumina and aluminum nitride have been used as the material of the plate-like body 11, while the cylinder 13 is formed of metal. The thickness is reduced to about 0.1 to 2 mm.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the semiconductor manufacturing process, the wafer 30 is often processed under a high temperature condition of about 100 to 300 ° C., and further about 600 ° C., and the inside of the chamber 18 of the wafer holding device is subjected to a thermal cycle between normal temperature and the above processing temperature. Will be added.
[0010]
Therefore, the repetitive stress due to the thermal cycle is concentrated at the joint portion between the cylindrical body 13 and the plate-shaped body 11 by the brazing material 14, and as shown in FIGS. There is an inconvenience that the flange portion 13a is creep-deformed and a gap is formed in the joint portion. As a result, there is a problem that gas leakage occurs after several cycles to several tens of cycles, and the high vacuum state required for the semiconductor manufacturing apparatus cannot be maintained.
[0011]
In order to solve this problem, a metal whose thermal expansion is similar to that of the ceramic plate 11 is used as the cylindrical body 13, or a low Young's modulus brazing that can reduce the thermal expansion difference is used as the brazing material 14. And other measures have been proposed.
[0012]
However, since the cylindrical body 13 and the brazing material 14 are exposed to the atmosphere in the chamber 18,
(1) Corrosion resistance to corrosive gas used in the treatment process,
{Circle around (2)} It is required that melting and liquefaction do not occur in a high-temperature vacuum atmosphere, so that general low thermal expansion metals cannot be used. For example, W, Mo and the like have poor oxidation resistance and high reactivity with the brazing material. Ti, Cr, Re and the like cannot be used because they have poor corrosion resistance to corrosive gas and deteriorate the environment in the chamber 18.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
Accordingly, the present invention provides a wafer holding device in which a flange portion of a vacuum-tight cylinder is joined to the lower surface of a ceramic plate having a wafer mounting surface, and a stress relaxation ring is joined to the lower surface of the flange portion. Is constituted.
[0014]
That is, when a ceramic plate and a metal cylinder are joined, and there is a temperature change, deformation is likely to occur in the flange portion of the cylinder having a low Young's modulus due to a difference in thermal expansion. A stress relaxation ring is joined below the flange portion to restrain the flange from both sides to prevent deformation.
[0015]
Also, the present invention provides a wafer holding apparatus in which a ceramic vacuum-tight cylinder having a thermal expansion coefficient similar to that of the plate-shaped body is air-tightly joined to a lower surface of the ceramic plate-shaped body having a wafer mounting surface. Is constituted.
[0016]
In other words, the cylindrical body is made of ceramics having the same coefficient of thermal expansion as the plate-shaped body, so that the difference in thermal expansion is eliminated and the cylindrical body itself is prevented from being deformed.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a wafer holding device of the present invention will be described with reference to the drawings (the same parts as those in the conventional example are denoted by the same reference numerals).
[0018]
The wafer holding device shown in FIG. 1 has a mounting surface 11a on which a wafer 30 is mounted on a ceramic plate 11 called a susceptor, and includes a heating resistor 12 therein. A flange 13a of a metal cylinder 13 for hermetic sealing is hermetically bonded to the lower surface of the plate-like body 11 by a brazing material 14, and a stress relaxation ring 16 is braced to the lower surface of the flange 13a by a brazing material 15. They are joined. Further, a flange portion 13 b provided at a lower end of the cylindrical body 13 is air-tightly joined to a bottom surface of the chamber 18 via an O-ring 17.
[0019]
Further, on the lower surface of the plate-shaped body 11 inside the cylindrical body 13, there are provided a current-carrying terminal 21 to the heating resistor 12, a temperature detecting element 22 of the plate-shaped body 11 such as a thermocouple, and the like. It is led out through the inside of the cylinder 13.
[0020]
When this wafer holding device is used, the wafer 30 is placed on the plate-like body 11, the inside of the chamber 18 is evacuated, and the heating resistor 12 and the

temperature detecting elements

22 and 23 keep the wafer 30 constant. Various processes are performed while heating to the temperature.
[0021]
At this time, since the upper and lower ends of the cylindrical body 13 are air-tightly joined, the inside of the cylindrical body 13 can be completely shut off from the inside of the chamber 18. That is, the inside of the chamber 18 is set to a high vacuum and high temperature of about 10 ⁻⁹ torr / sec or less and a corrosive gas is introduced, but the inside of the cylindrical body 13 can be set to an atmospheric atmosphere communicating with the outside.
[0022]
Therefore, members such as the

temperature detecting elements

22 and 23 and the energizing terminals 21 are not exposed to the high-temperature and corrosive atmosphere inside the chamber 18, so that the durability can be increased. It is possible to prevent mixing.
[0023]
Further, in the present invention, since the stress relaxation ring 16 is joined to the lower surface of the flange portion 13a of the cylindrical body 13, it is possible to make it difficult for a gap to be generated at this joint portion even when a heat cycle is applied.
[0024]
That is, as shown in an enlarged manner in FIG. 2A, a metallized layer is formed on the lower surface of the ceramic plate 11, and the brazing material 14 is used to form a flange of the metal cylinder 13. The part 13a is joined. A stress relaxation ring 16 having a square cross section is joined to the lower surface on the opposite side of the flange portion via a brazing material 15.
[0025]
Therefore, even when a difference in thermal expansion occurs when a thermal cycle is applied, the flange portion 13a of the cylindrical body 13 is restrained by being sandwiched between the plate-like body 11 and the stress relaxation ring 16, thereby preventing deformation. it can. As a result, a gap is less likely to be formed in the brazing material 14, and gas leakage can be prevented.
[0026]
In addition, as the material of the stress relaxation ring 16, a metal, a ceramic, or the like can be used. However, in order to achieve the above-described effects, it is necessary to use a material having a coefficient of thermal expansion similar to that of the plate-like body 11. Specifically, it is preferable that the difference in thermal expansion coefficient from the plate-like body 11 is 2 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less. In particular, it is optimal to use ceramics having the same main component as the plate-like body 11.
[0027]
Further, it is preferable that the thickness t of the stress relaxation ring 16 be 1 mm or more. This is because when the thickness t is less than 1 mm, the effect of preventing the deformation of the flange portion 13a is poor.
[0028]
Further, as another embodiment, as shown in FIG. 2 (B), the flange 13a of the cylindrical body 13 may be formed so as to extend to both the outside and the inside, so that the width of the joint portion by the brazing material 14 can be increased. . In this case, the stress relaxation ring 16 may be provided on one or both of the outside (vacuum side) and the inside (atmosphere side) of the cylinder 13.
[0029]
In an embodiment of the foregoing, the ceramic forming the plate-like body _{_{_{11, Al 2 O 3, AlN}}} , ZrO 2, SiC, use ceramics as a main component one or more of such _Si 3 _{N 4.} Among them, particularly from the viewpoint of plasma resistance, alumina ceramics containing 99% by weight or more of Al ₂ O ₃ as a main component and a sintering aid such as SiO ₂ , MgO, CaO, or a periodic rule containing AlN as a main component. Either aluminum nitride ceramics containing Group 2a element oxides or Group 3a element oxides in the range of 0.5 to 20% by weight, or high-purity aluminum nitride ceramics containing 99% by weight or more of AlN as a main component. Is preferred.
[0030]
Therefore, it is preferable to use the same ceramic as that of the plate-like body 11 as the material of the stress relaxation ring 16.
[0031]
Further, as the material of the cylindrical body 13, a metal having high corrosion resistance and having a difference in thermal expansion coefficient from the plate-like body 11 of 6 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less is used. This is because if the difference in thermal expansion coefficient exceeds 6 × 10 ⁻⁶ / ° C., cracks are likely to occur at the bonding interface of ceramics immediately after brazing. Specifically, an Fe—Ni—Co alloy, an Fe—Ni alloy, or the like may be used.
[0032]
Further, as the material of the

brazing materials

14 and 15, a material that does not melt and liquefy at a high temperature is used, and specifically, a brazing material such as an Ag-Cu-based or Ti-Cu-Ag-based brazing material is used.
[0033]
Next, another embodiment of the present invention will be described.
[0034]
In the above example, the cylinder 13 is formed of metal, but the cylinder 13 may be formed of ceramic. That is, in the wafer holding device having the structure shown in FIG. 3, the cylindrical body 13 may be formed of ceramics, and the flange portion 13a and the lower surface of the ceramic plate-like body 11 may be joined by the brazing material 14.
[0035]
In this manner, even when a heat cycle is applied, the cylindrical body 13 is not deformed, and it is possible to prevent the formation of a gap at the joint. In order to achieve such an effect, it is preferable to use a ceramic having a coefficient of thermal expansion difference of 2 × 10 ⁻⁶ / ° C. or less with respect to the plate-like body 11 as the ceramic constituting the cylindrical body 13, and particularly, a plate-like body. It is optimal to use ceramics of the same main component as the body 11.
[0036]
【Example】
Example 1
As an example of the present invention, a wafer holding device shown in FIG. 1 was prototyped.
[0037]
The plate-like body 11 was a disk having a diameter of 8 inches (about 200 mm) and was formed of a high-purity aluminum nitride ceramic having an AlN content of 99.9% by weight or more. The primary raw material of the above-mentioned AlN was mixed with methanol and firstly pulverized and mixed to obtain an average particle diameter of 1 μm, and then 10% of an organic binder was added to obtain a secondly prepared slurry. This slurry was granulated with a spray dryer to produce a predetermined granulated powder. After the granulated powder was subjected to CIP molding at 0.8 ton, it was further processed to a predetermined size by cutting. Thereafter, degreasing was performed in an oxidizing atmosphere at 500 ° C., and firing was performed at 2000 ° C. for 5 hours in an N ₂ atmosphere. The obtained sintered body had a specific gravity of 3.26 g / cm ³ and a sufficient sintered density with respect to the theoretical density, and its coefficient of thermal expansion was 5 × 10 ⁻⁶ / ° C.
[0038]
The cylindrical body 13 has a cylindrical portion with a diameter of 150 mm and a wall thickness of 0.5 mm.
Fe-Ni-Co alloy Thermal expansion coefficient 8 × 10 ⁻⁶ / ° C
Fe-Ni alloy Thermal expansion coefficient 11 × 10 ⁻⁶ / ° C
Stainless steel (SUS304) coefficient of thermal expansion 13.5 × 10 ⁻⁶ / ° C
Tungsten (W) Thermal expansion coefficient 5.2 × 10 ⁻⁶ / ° C
Were used.
[0039]
Further, the stress relaxation ring 16 was formed of the same aluminum nitride ceramics as the plate-like body 11, and four types having a width of 5 mm and a thickness t of 0.5, 1, 5, and 10 mm were prepared.
[0040]
When the plate-like body 11, the cylindrical body 13, and the stress relaxation ring 16 are joined by brazing, a predetermined portion of the plate-like body 11 and the stress relaxation ring 16 is previously coated with a Cu-Ag-Ti-based brazing material. A metallized layer was formed on the surface at ℃, and this surface was plated with Ni. On the other hand, the flange portion 13a of the cylindrical body 13 was also plated with Ni. Ag-Cu-based brazing materials were used as the

brazing materials

14 and 15, and brazing was performed in a vacuum at 850 ° C.
[0041]
Further, as a comparative example, one in which the stress relaxation ring 16 was not joined was prepared.
[0042]
Using these wafer holding devices, an experiment was conducted in an actual PVD device to determine whether or not there was a leak at the joint after a heat cycle from room temperature to 550 ° C. was applied.
[0043]
First, Table 1 shows the results when the thickness t of the stress relaxation ring 16 was 5 mm, the material of the cylindrical body 13 was changed, and 50 thermal cycles were applied. From these results, it was found that, without the stress relaxation ring 16, a gap was generated at the joint portion and a leak occurred, whereas with the stress relaxation ring 16 according to the embodiment of the present invention, a leak occurred. Did not.
[0044]
However, in the case where stainless steel was used as the cylindrical body 13, cracks occurred after brazing because the difference in thermal expansion coefficient from the plate-like body 11 exceeded 6 × 10 ⁻⁶ / ° C. In addition, when tungsten was used for the cylinder 13, the corrosion resistance was poor and it was not practically usable.
[0045]
[Table 1]

[0046]
Next, an experiment was performed to determine the number of thermal cycles until a leak occurred for the case where the Fe-Ni-Co alloy was used as the cylindrical body 13 and the thickness t of the stress relaxation ring 16 was changed.
[0047]
As shown in Table 2, when the thickness t was 1 mm or more, the durability was 50 cycles or more, and when the thickness t was 5 mm or more, the durability was 200 cycles or more.
[0048]
[Table 2]

[0049]
Example 2
Next, the plate-like body 11 and the stress relaxation ring 16 were formed of alumina ceramics, and the rest was made in the same manner as in the first embodiment to prototype a wafer holding device.
[0050]
The plate-like body 11 and the stress relaxation ring 16 were prepared by mixing primary raw materials with water using an alumina raw material of 99.9% by weight or more of Al ₂ O ₃ and then performing primary pulverization to make the average particle diameter 0.5 μm or less. Thereafter, 10% of an organic binder was added to obtain a second prepared slurry. This slurry was granulated with a spray dryer to produce a predetermined granulated powder. This granulated powder was subjected to CIP molding at 0.8 ton, and then processed to a predetermined size by cutting. This compact was fired in an oxidizing atmosphere at about 1800 ° C. for 5 hours. The specific gravity of the obtained sintered body was 3.9 g / cm ³ , which was sufficient for its theoretical density, and the coefficient of thermal expansion was 7.1 × 10 ⁻⁶ / ° C.
[0051]
The material of the cylindrical body 13 is
Fe-Ni-Co alloy Thermal expansion coefficient 8 × 10 ⁻⁶ / ° C
Fe-Ni alloy Thermal expansion coefficient 11 × 10 ⁻⁶ / ° C
Stainless steel (SUS304) coefficient of thermal expansion 13.5 × 10 ⁻⁶ / ° C
Molybdenum (Mo) Thermal expansion coefficient 5.8 × 10 ⁻⁶ / ° C
Were used.
[0052]
When joining the plate-like body 11, the cylindrical body 13, and the stress relaxation ring 16 by brazing, the surface of the plate-like body 11 and the stress relaxation ring 16 should be surfaced at 1100 ° C. in advance using a Mo—Mn-based brazing material at a predetermined position. , A metallized layer was formed, and the surface thereof was plated with Ni. On the other hand, the flange portion 13a of the cylindrical body 13 was also plated with Ni. Ag-Cu-based brazing materials were used as the

brazing materials

14 and 15, and brazing was performed in a vacuum at 850 ° C.
[0053]
Further, as a comparative example, one in which the stress relaxation ring 16 was not joined was prepared.
[0054]
Using these wafer holding devices, an experiment was conducted in an actual PVD device to determine whether or not there was a leak at the joint after a heat cycle from room temperature to 550 ° C. was applied.
[0055]
First, Table 3 shows the results when the thickness t of the stress relaxation ring 16 was 5 mm, the material of the cylindrical body 13 was changed, and 50 thermal cycles were applied. From these results, it was found that, without the stress relaxation ring 16, a gap was generated at the joint portion and a leak occurred, whereas with the stress relaxation ring 16 according to the embodiment of the present invention, a leak occurred. Did not.
[0056]
However, in the case where stainless steel was used as the cylindrical body 13, cracks occurred after brazing because the difference in thermal expansion coefficient from the plate-like body 11 exceeded 6 × 10 ⁻⁶ / ° C. In addition, when molybdenum was used for the cylinder 13, the corrosion resistance was poor and it was not practically usable.
[0057]
[Table 3]

[0058]
Next, an experiment was performed to determine the number of thermal cycles until a leak occurred for the case where the Fe-Ni-Co alloy was used as the cylindrical body 13 and the thickness t of the stress relaxation ring 16 was changed.
[0059]
As shown in Table 4, it was found that when the thickness t was 1 mm or more, the durability was 50 cycles or more, and when the thickness t was 5 mm or more, the durability was 200 cycles or more.
[0060]
[Table 4]

[0061]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a flange portion of a vacuum-tight cylinder is joined to the lower surface of a ceramic plate having a wafer mounting surface, and a stress relaxation ring is joined to the lower surface of the flange portion. As a result, the flange portion of the cylindrical body is unlikely to be deformed even when a heat cycle is applied, so that the joint portion with the plate-shaped body does not cause gas leakage and can be used well for a long time. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing a wafer holding device of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a joint between a plate-like body and a cylindrical body in the wafer holding device of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing a conventional wafer holding device.
FIG. 4 is an enlarged sectional view showing a joint between a plate-shaped body and a cylindrical body in a conventional wafer holding device.
[Explanation of symbols]
11: Plate 11a: Mounting surface 12: Heating resistor 13: Cylindrical body 13a: Flange 14: Brazing material 15: Brazing material 16: Stress relaxation ring 17: O-ring 18: Chamber 21: Power supply terminal 22: Temperature Detection element 30: wafer

Claims

A flange portion of a vacuum-tight cylinder made of metal is joined to the lower surface of a ceramic plate having a wafer mounting surface, and the difference in thermal expansion coefficient between the plate and the plate is 2 mm on the lower surface of the flange. A wafer holding device, wherein a stress relaxation ring made of a material having a temperature of × 10 ⁻⁶ / ° C. or less is joined, and the flange portion is sandwiched between the stress relaxation ring and the plate-like body .

Wafer holding apparatus according to claim 1, wherein a thickness of the stress relaxation-ring is 1mm or more.

The cylindrical body has a thermal expansion coefficient difference of 6 × 10 from the plate-like body. ^−６-6 3. The wafer holding apparatus according to claim 1, wherein the wafer holding apparatus is made of a metal having a temperature of / ° C. or lower.