JP4698097B2

JP4698097B2 - Wafer support member

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Publication number: JP4698097B2
Application number: JP2001293034A
Authority: JP
Inventors: 和一口町
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2011-06-08
Anticipated expiration: 2021-09-26
Also published as: JP2003100856A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置や液晶装置の製造工程において、半導体ウェハや液晶用ガラス等のウェハを保持した状態で加熱、冷却するのに使用するウェハ支持部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置や液晶装置等の電子機器を製造する場合、半導体ウェハや液晶用ガラス等のウェハ上に絶縁膜や金属膜等の薄膜を形成する工程やそれらをエッチングしてパターニングする工程が繰り返し行われており、これらの工程中、ウェハを保持するためにウェハ支持部材が用いられている。また、成膜やエッチング等の工程では、加工中のウェハ温度が加工速度や加工精度に大きな影響を及ぼし、また、ウェハの加熱や冷却に要する時間がプロセス時間の大きな割合を占めることから、ウェハ温度を正確に素早く制御し、加熱、冷却時間を短時間で行うことが要求されている。
【０００３】
従来、ウェハを保持するウェハ支持部材としては、図５に示すように、板状セラミック体４３の上面をウェハＷを載せる載置面４４としたウェハステージ４２と、冷却水等を流す通路４６を備えた金属製の導電性プレート４５とからなり、上記ウェハステージ４２の載置面４４と反対側の表面に導電性プレート４５を金属ボンディング等の技術により接合したものが使用されていた。
【０００４】
そして、このウェハ支持部材４１を用いてウェハＷに加工を施すには、ウェハＷを載置面４４に載せた状態で載置面４４の上方に配置されたランプ（不図示）を点灯させることにより、ウェハＷ及びウェハステージ４２を所定の加工温度に間接的に加熱し、ウェハＷに成膜処理やエッチング処理を施した後、ランプ（不図示）の点灯を止めるとともに、導電性プレート４５の通路４６に冷却水を流してウェハＷを室温付近にまで冷却することにより加工したウェハＷを取り出すようになっていた。
【０００５】
また、上述したようなランプ加熱では、ウェハＷを所定の温度に昇温するのに時間を要することから、この昇温時間を短縮するため、ウェハステージ４２を形成する板状セラミック体４２中にヒータ用電極を埋設し、このヒータ用電極に通電してウェハステージ４２を発熱させることにより載置面４４に載せたウェハＷを直接加熱するようにしたものや、ウェハステージ４２を形成する板状セラミック体４３中の載置面４４近傍に静電吸着用電極を埋設し、この静電吸着用電極とウェハＷとの間に電圧を印加して静電吸着力を発現させることによりウェハＷを載置面４４に強制的に吸着させ、ウェハＷの温度分布がより均一になるようにしたものも提案されている。
【０００６】
ところが、ウェハステージ４２と導電性プレート４５とを金属ボンディング等にて接合したウェハ支持部材４１は熱容量が大きいため、ランプ加熱やヒータ用電極による直接加熱に関係なく、ウェハステージ４２を所定の温度に発熱させるのに、ウェハステージ４２のみを発熱させる場合と比較してかなり長い時間を要することから、結果としてウェハＷを所定の温度に加熱するまでの昇温時間が長くなり、スループットを向上させることができないといった課題があった。
【０００７】
そこで、特開平１１−１１１８２９号公報では、図６に示すように、ウェハステージ４２にヒータ用電極４７を備えた構造において、ウェハステージ４２と導電性プレート４５とを接合せずに単に当接させた構造とし、ウェハステージ４２を形成する板状セラミック体４３中の下面側近傍に静電吸着用電極４８を設け、ウェハステージ４２の載置面４４に載せたウェハＷを加熱する時には、ヒータ用電極４７に通電してウェハステージ４２を発熱させ、ウェハＷを所定の温度に加熱し、ウェハステージ４２の載置面４４に載せたウェハＷを冷却する時には、静電吸着用電極４８に通電して導電性プレート４５との間に静電吸着力を発現させ、上記ウェハステージ４２と導電性プレート４５とを強制的に吸着固定させることにより両者の熱伝達効率を高めて急冷するようにしたウェハ支持部材５１が提案されている。
【０００８】
このウェハ支持部材５１によれば、ウェハＷの加熱時にウェハステージ４２が導電性プレート４５と密着していないため、ウェハステージ４２を加熱させた時に導電性プレート４５へ逃げる熱量を抑えて昇温速度を向上させることができることから、一つのウェハＷに加工を施すのに要するトータル時間を短縮することができるといった利点があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図６に示すウェハ支持部材５１においても、冷却速度は高めることができず、５０℃/分以上の冷却速度を得ることはできなかった。
【００１０】
また、ウェハＷの加熱時にはウェハステージ４２と導電性プレート４５との間に静電吸着力を働かせていないものの、ウェハステージ４２を導電性プレート４５上に載せた構造であることから、その接触部をミクロ的に見ると部分的に接触しており、ウェハステージ４２の熱が導電性プレート４５に伝達されるため、ウェハＷを所定の温度に加熱するのに要する昇温時間をさらに短縮することができなかった。
【００１１】
しかも、加熱、冷却を繰り返すと、ウェハステージ４２の下面には電荷が帯電し、ヒータ用電極４７への通電を止めてもウェハステージ４２と導電性プレート４５との間には残留吸着力と呼ばれる静電気力が発生し、ウェハステージ４２と導電性プレート４５との接触面積が増えるため、ウェハＷの加熱時には、ウェハステージ４２の熱が導電性プレート４６へ流れ易くなり、ウェハＷを所定の温度に加熱するまでの昇温時間が長くなるといった不都合もあった。
【００１２】
また、ウェハ一枚当たりの生産性を高めるため、ランプ出力やヒータ用電極４７への出力を高めてウェハ支持部材５１をさらに急速昇温すると、ウェハステージ４２の熱容量が大きいことから、ウェハステージ４２を形成する板状セラミック体４３に作用する熱応力が大きくなり過ぎ、ウェハステージ４２が破損するといった恐れもあった。
【００１３】
【発明の目的】
本発明はこのような課題に鑑み発明されたものであり、その第一の目的は、ランプ加熱及びヒータ用電極による直接加熱において、ウェハを所定の加工温度まで加熱するのに要する昇温時間及び加工温度から室温付近にまで冷却するのに要する冷却時間を効果的に短縮することが可能なウェハ支持部材を提供することにある。
【００１４】
また、第二の目的は、５０℃／分以上の急冷させても破損することのないウェハ支持部材を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明のウェハ支持部材は、板状セラミック体の上面をウェハを載せる載置面とし、上記板状セラミック体中の下面側近傍に静電吸着用電極を埋設したウェハステージと、上記板状セラミック体の下面側に配置される導電性プレートと、上記ウェハステージを導電性プレートより切り離すリフト機構とを有し、上記板状セラミック体の下面及び／又は上記導電性プレートの上面にガス溝を形成するとともに、上記導電性プレートに上記ガス溝と連通するガス導入孔を設け、上記ウェハステージの載置面に載せたウェハを加熱する時には、上記リフト機構によってウェハステージを導電性プレートより切り離し、上記ウェハステージの載置面に載せたウェハを冷却する時には、上記リフト機構によってウェハステージを導電性プレートに当接させ、この状態で上記静電吸着用電極に通電して導電性プレートとの間に静電吸着力を発現させて上記ウェハステージと導電性プレートとを強制的に吸着固定させるとともに、上記ガス導入孔よりガス溝に不活性ガスを供給するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
なお、リフト機構によってウェハステージと導電性プレートとを切り離した時の平均距離は０．１ｍｍ〜２０．０ｍｍとすることが好ましく、また、ウェハステージを形成する板状セラミック体を熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満のセラミック材料により形成する場合、板状セラミック体の板厚は１〜５ｍｍとすること好ましく、また、板状セラミック体を熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満のセラミック材料により形成する場合、板状セラミック体の板厚は１〜１０ｍｍとすることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明のウェハ支持部材は、ウェハステージを形成する板状セラミック体中に直接加熱を行うためのヒータ用電極及び／又はウェハを静電吸着力により載置面に吸着固定するための第二の静電吸着用電極を埋設しても良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１９】
図１（ａ）（ｂ）は本発明のウェハ支持部材の一例を示す断面図である。
【００２０】
このウェハ支持部材１は、板状セラミック体３の上面をウェハＷを載せる載置面４とするとともに、板状セラミック体３中の下面側近傍に静電吸着用電極５を埋設したウェハステージ２と、ウェハステージ２の下面側に配置され、冷却水を流す通路９を備えた導電性プレート８と、上記ウェハステージ２を導電性プレート８から切り離すためのリフト機構１２とからなる。
【００２１】
ウェハステージ２を形成する板状セラミック体３は円盤状をなし、その外径はウェハＷとほぼ同じ大きさとするとともに、板厚は１ｍｍ〜１０ｍｍの間で形成してある。また、板状セラミック体３中に埋設する静電吸着用電極５は円板状をした一枚の導体層からなり、板状セラミック体３の外径より若干小さな外径を有している。さらに、板状セラミック体３の下面６にはガス溝７を形成してあり、Ｈｅ等の不活性ガスを流すようになっている。ガス溝７のパターン形状としては、板状セラミック体３を一様に冷却することができるパターンであれば良く、例えば図２に示すような、同心円状に配置された複数個の環状溝７ａと、これらの環状溝７ａと連通し、かつ中心から外周に向かって延びる複数個の放射状溝７ｂとからなるパターン形状を採用することができる。なお、図２に示すパターン形状に限定されるものではなく、上述したように板状セラミック体３を一様に冷却することができるパターンであれば良い。
【００２２】
板状セラミック体３の材質としては、アルミナ質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化硼素質焼結体、窒化珪素質焼結体、炭化珪素質焼結体等を用いることができるが、ウェハＷを均一に加熱する観点からできるだけ熱伝導率の高いものが良く、また、急速昇温及び急速冷却を繰り返すと大きな熱応力が作用することから耐熱衝撃性ができるだけ高いものが良い。具体的には熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、更に好ましくは１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上を有するとともに、ＪＩＳＲ１６１５による熱衝撃温度差ΔＴが１５０℃以上、好ましくは２００℃以上、更に好ましくは２５０℃以上を有するものが良く、このような材質としては窒化アルミニウム質焼結体、窒化硼素質焼結体、窒化珪素質焼結体、炭化珪素質焼結体を用いることができる。
【００２３】
なお、このようなウェハステージ２を製作するには、複数枚のグリーンシートを積み重ね、その間に静電吸着用電極５となる導体ペースト、金属箔、金網、パンチングメタルのいずれか一つを挟み込んで積層したものを焼成し板状セラミック体３を製作するか、あるいはプレス成形によりセラミック成形体を製作し、その上に静電吸着用電極５となる導体ペースト、金属箔、金網、パンチングメタルのいずれか一つを載せたあと、セラミック粉末で多いホットプレス成形法により板状セラミック体３を製作した後、板状セラミック体３の上面に研磨加工を施して載置面４を形成するとともに、下面６にも研磨加工を施したあと、エッチング加工やブラス加工にてガス溝７を刻設することにより得ることができる。
【００２４】
また、ウェハステージ２の下面６には四つのリフト機構１２の軸１３がそれぞれ等間隔に接合してあり、各リフト機構１２の駆動源１４によって軸１３を上下動させることにより、ウェハステージ２を傾かせることなく平行に上下動させることができるようになっている。
【００２５】
一方、導電性プレート８は、アルミニウム、ステンレス鋼、超鋼合金等の金属材料、導電性セラミックス、サーメット材、あるいは金属とセラミックスの複合材料等よりなり、その上面は平坦に仕上げられ、ウェハステージ２が当接した時にはできるだけ接触面積を増やすことができるようになっている。また、導電性プレート８の周縁部には各リフト機構１２の軸１３がそれぞれ挿通される四つのピン穴１１を有するとともに、導電性プレート８の中心部にはウェハステージ２のガス溝７に不活性ガスを導くためのガス導入孔１０を形成してある。なお、１６はウェハステージ２の静電吸着用電極５に通電するためのリード線１５を取り出すためのリード取出孔である。
【００２６】
次に、このウェハ支持部材１を用いてウェハＷに加工を施す時の動きについて説明する。
【００２７】
まず、図１（ａ）に示すように、ウェハステージ２の載置面４にウェハＷを載せた後、リフト機構１２の軸１３を上昇させてウェハステージ２を持ち上げて導電性プレート８より切り離す。この状態で載置面４の上方に配置する不図示のランプを点灯させ、ウェハＷ及びウェハステージ２を所定の温度にまで間接的に加熱する。この時、ウェハステージ２は導電性プレート８から完全に切り離され接触していないため、ウェハステージ２やウェハＷに与えられた熱が導電性プレート８に逃げることがないため、ウェハＷ及びウェハステージ２を所定の加工温度にまで加熱するのに要する昇温時間を大幅に短縮することができる。
【００２８】
次に、ウェハＷの温度を所定の加工温度に維持した状態で、成膜用ガスやエッチング用ガスを供給してウェハＷに成膜加工やエッチング加工を施した後、ウェハＷを取り出すために冷却するのであるが、この時、ランプの点灯を止めるとともに、図１（ｂ）に示すように、各リフト機構１２の軸１３を降下させてウェハステージ２を導電性プレート８に当接させ、次いで、ウェハステージ２の静電吸着用電極５と導電性プレート８との間に電圧を印加して両者間に静電吸着力を発現させて両者を密着させるとともに、導電性プレート８のガス導入孔１０を介してウェハステージ２の下面に形成されたガス溝７と、導電性プレート８の上面とで形成される空間にＨｅ等の不活性ガスを供給することによりウェハＷの温度を室温付近にまで冷却する。
【００２９】
即ち、ウェハステージ２を導電性プレート８に当接させただけでは、その接触部をミクロ的に見ると部分的に接触しているだけであり、ウェハステージ２の熱を導電性プレート８へ効率良く伝達することができないのであるが、両者間に静電吸着力を発現させ、強制的に吸着させることにより、接触部の接触面積を増大させることができるため、ウェハステージ２と導電性プレート８との間に熱伝達効率を向上させることができる。
【００３０】
ただし、静電吸着力によりウェハステージ２を導電性プレート８に吸着させたとしても接触部全体を完全に接触させることはできない。
【００３１】
その為、導電性プレート８のガス導入孔１０を介してウェハステージ２の下面に形成されたガス溝７と、導電性プレート８の上面とで形成される空間に不活性ガスを供給することで、ウェハステージ２と導電性プレート８との間の熱伝達効率を大幅に向上させることができ、ウェハＷを今日要求されている５０℃／分以上の冷却速度でも急冷することができる。
【００３２】
なお、ウェハステージ２の下面に形成されたガス溝７と、導電性プレート８の上面とで形成される空間に不活性ガスを供給することによりウェハＷ及びウェハステージ２を急冷することができるが、不活性ガスを供給した直後はウェハステージ２の温度が急激に低下することにより大きな熱衝撃が作用してウェハステージ２が破損する恐れがあるため、ウェハＷへの加工終了後数秒間は自然放冷し、その後、不活性ガスを供給することが好ましい。
【００３３】
このように、本発明のウェハ支持部材１を用いれば、図５や図６に示す従来のウェハ支持部材４１，５１と比較してウェハステージ２の昇温時間及び冷却時間を大幅に短縮することができるため、一つのウェハＷを加工するのに要するトータル時間を極めて短くすることができ、その結果、生産性を向上させることができる。
【００３４】
ただし、ウェハステージ２を加熱するため、リフト機構１２によってウェハステージ２を導電性プレート８より切り離すにあたり、ウェハステージ２の下面６から導電性プレート８の上面までの平均距離Ｌが０．１ｍｍ未満であると、機械的精度の問題によりウェハステージ２と導電性プレート８とを完全に切り離すことができず、さらにはウェハステージ２の下面６に帯電する電荷によって残留吸着力が発生し、ウェハステージ２と導電性プレート８との接触領域がさらに増大する恐れがあり、ウェハステージ２と導電性プレート８とを完全に断熱することができず、ウェハＷ及びウェハステージ２の昇温時間を短縮することができない。一方、ウェハステージ２の下面６から導電性プレート８の上面までの平均距離Ｌが２０ｍｍを超えると、導電性プレート８からウェハステージ２を所定の高さまで切り離すのに要する時間が長くなり、加工以外での動作が長くなってスループットを十分に小さくすることができない。
【００３５】
その為、リフト機構１２によりウェハステージ２を導電性プレート８より持ち上げるにあたり、ウェハステージ２の下面６から導電性プレート８の上面までの平均距離Ｌは０．１ｍｍ〜２０．０ｍｍとすることが好ましく、さらには０．３ｍｍ〜５ｍｍとすることが望ましい。
【００３６】
なお、ウェハステージ２の下面６から導電性プレート８の上面までの平均距離Ｌとは、ウェハステージ２の下面６から導電性プレート８の上面までの距離を任意に数カ所測定し、それらの平均値のことを言う。
【００３７】
また、ウェハステージ２を５０℃／分以上の冷却速度で急冷する場合、ウェハステージ２を形成する板状セラミック体３が窒化珪素質焼結体や窒化アルミニウム質焼結体等の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満の範囲にあるセラミック材料からなる場合、その板厚Ｔは１ｍｍ〜１０ｍｍとすることが好ましく、また、板状セラミック体３がアルミナ質焼結体等の熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるセラミック材料からなる場合、その板厚Ｔは１ｍｍ〜５ｍｍとすることが好ましい。
【００３８】
即ち、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満の範囲にあるセラミック材料では板厚Ｔが１０ｍｍを超えると、熱容量が大きくなるために、昇温及び冷却に要する時間が長くなるからであり、また、熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるセラミック材料では板厚Ｔが５ｍｍを超えると、ウェハステージ２を５０℃／分以上の速度で急冷した時、板状セラミック体３内に作用する熱応力が大きいために破損し易くなるからであり、逆に板状セラミック体３の板厚Ｔが１ｍｍ未満になると、強度が小さいため各リフト機構１２により上下動させる際に作用する力によって破損する恐れがあるからである。
【００３９】
なお、図１（ａ）（ｂ）では、ウェハステージ２に備える静電吸着用電極５のパターン形状として円板状をしたものを用いたが、一対の半円状を円を構成するように配置したものや、一対の櫛歯状をしたものをかみ合わせて構成するように配置し、双方の電極間に通電して静電吸着力を発現させる双極型として良い。
【００４０】
また、図１（ａ）（ｂ）では、ウェハステージ２を形成する板状セラミック体３の下面６にガス溝７を形成した例を示したが、板状セラミック体３の下面６は平坦面とし、導電性プレート８の上面にガス溝を形成したも良く、さらには板状セラミック体３の下面６及び導電性プレート８の上面にそれぞれガス溝を形成し、両者を当接させた際には双方のガス溝によって不活性ガスが通る通路が形成されるようにしたものでも構わない。
【００４１】
次に、本発明のウェハ支持部材の他の例について説明する。
【００４２】
図３に示すウェハ支持部材２１は、ウェハステージ２を形成する板状セラミック体３中の中央付近にヒータ用電極２２を埋設する以外は図１（ａ）（ｂ）と同様の構造をしたもので、導電性プレート８にはウェハステージ２のヒータ用電極２２におけるリード線１７を取り出すためのリード取出孔１８を形成してある。
【００４３】
このウェハ支持部材２１は、図１（ａ）（ｂ）に示すウェハ支持部材１と同様の動作をするのであるが、ウェハステージ２内にヒータ用電極２２を有することから、ウェハステージ２及びウェハＷを加熱する際、ヒータ用電極２２に通電してウェハステージ２を発熱させ、ウェハＷを直接加熱することができるため、図１（ａ）（ｂ）に示すウェハ支持部材１と比較してウェハＷ及びウェハステージ２の昇温速度をさらに高めることができるため、生産性をさらに向上させることができる。
【００４４】
図４に示すウェハ支持部材３１は、ウェハステージ２を形成する板状セラミック体３中の載置面４近傍に第二の静電吸着用電極３２を埋設する以外は実質的に図３と同様の構造をしたもので、導電性プレート８には、第二の静電吸着用電極３２のリード線１９を取り出すためのリード取出孔２０を形成してある。
【００４５】
このウェハ支持部材３１は図３に示すウェハ支持部材２１と同様の動作をするのであるが、ウェハステージ２の載置面４にウェハＷを載せた後、ウェハＷと第二の静電吸着用電極３２との間に電圧を印加して両者間に静電吸着力を発現させることにより、ウェハＷを載置面４に強制的に吸着固定することができるため、ウェハＷと載置面４との接着面積を増やし、熱伝達効率を向上させることができる。その為、ヒータ用電極２２に通電してウェハステージ２を発熱させれば、ウェハステージ２の熱を直ちにウェハＷへ伝えることができるため、ウェハＷの昇温時間を短くすることができるとともに、ウェハ表面における温度分布をより均一にすることができ、成膜やエッチング等の加工精度を向上させることができる。また、冷却時には、ウェハＷの熱をウェハステージ２に逃がし易いため、ウェハＷの冷却速度を向上させることもでき、生産性をさらに向上させることができる。
【００４６】
また、図６に示す従来のウェハ支持部材５１の場合、昇温時にはウェハステージ４２と導電性プレート４５とは接触しているだけであるが、この状態で第二の静電吸着用電極４８に通電すると、ウェハＷとの間に静電吸着力が発生するだけでなく、導電性プレート４５との間にも静電吸着力が発生し、ウェハステージ４２が導電性プレート４５に吸着されるため、ウェハステージ４２の熱が導電性プレート４５に逃げ、昇温時間が長くなってしまう恐れがあるが、図４に示す本発明のウェハ支持部材３１であれば、リフト機構１２によってウェハステージ２を導電性プレート８と完全に切り離すことができるため、ウェハステージ２の熱が導電性プレート８に逃げるようなことがなく、ウェハステージ２の昇温速度を高めることができる。
【００４７】
なお、図３及び図４に示すウェハ支持部材２１，３１のように、ウェハステージ２を形成する板状セラミック体３に静電吸着用電極５以外にヒータ用電極２２や第二の静電吸着用電極３２を埋設する場合、板状セラミック体３の強度と各電極間の絶縁性を保つため、板厚Ｔは薄くとも３ｍｍ以上とすることが良い。
【００４８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態だけに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良や変更した構造にも適用できることは言う迄もない。
【００４９】
【実施例】
（実施例１）
図３に示す本発明のウェハ支持部材２１と図６に示す従来のウェハ支持部材５１を用意してシリコンウェハの加熱速度と冷却速度を比較する実験を行った。
【００５０】
ウェハステージ２を形成する板状セラミック体３は、外径２００ｍｍ、板厚７ｍｍの円盤状体とし、また、導電性プレート８は、外径２００ｍｍ、厚み３０ｍｍの円盤状体とした。
【００５１】
また、板状セラミック体３は熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋの窒化アルミニウム質焼結体により形成し、板状セラミック体３中の下面側近傍には下面より若干小さな外形を有する円板状の静電吸着用電極５を埋設するとともに、板状セラミック体３中の中央付近には帯状の抵抗発熱体からなるヒータ用電極２２を埋設した。
【００５２】
一方、導電性プレート８，４５中には水冷用の通路７，４６を形成し、８リットル／分の冷却水を流すようにした。
【００５３】
また、本発明のウェハ支持部材２１に用いるウェハステージ２の下面６にはガス溝７をブラスト加工によって形成するとともに、導電性プレート８にはガス導入孔１０とリフト機構１２の軸１３が挿通されるピン穴１１を穿孔し、ピン穴１１にはリフト機構１２の軸１３を挿通させてウェハステージ２の下面に接合するようにした。
【００５４】
そして、本発明のウェハ支持部材２１を用いてウェハＷを加熱する場合、ウェハステージ２の載置面４にφ２００ｍｍのシリコンウェハを載せた後、リフト機構１２の軸１３を上昇させてウェハステージ２を導電性プレート８から切り離し、シリコンウェハの表面温度が２０℃となるようにした。
【００５５】
この時、ウェハステージ２の下面から導電性プレート８の上面までの平均距離Ｌは３ｍｍとなるようにした。
【００５６】
次いで、ウェハステージ２に備えるヒータ用電極２２に１．０ｋＷの電力を印加して発熱させ、シリコンウェハが３００℃になるまでの昇温時間を測定した。
【００５７】
その後、３００℃の温度で１分間保持した後、ヒータ用電極２２への通電を止め、通電を止めてから５秒後にリフト機構１２の軸１３を降下させてウェハステージ２を導電性プレート８に接触させ、接触と同時にウェハステージ２に備える静電吸着用電極５と導電性プレート８との間に５００Ｖの電圧を印加して静電吸着力を発現させることにより、ウェハステージ２を導電性プレート８に吸着させるとともに、導電性プレート８のガス導入孔１０から１３００Ｐａの背圧でＨｅガスを流し、シリコンウェハの表面温度が１００℃になるまでの冷却時間を測定した。また、このような熱サイクルを繰り返し、１００回の昇温時間及び冷却時間を測定した。
【００５８】
一方、従来のウェハ支持部材５１を用いてシリコンウェハＷを加熱する場合、ウェハステージ４２の載置面４４にφ２００ｍｍのシリコンウェハＷを載せてシリコンウェハの表面温度が２０℃となるようにした。
【００５９】
次いで、ウェハステージ４２に備えるヒータ用電極４７に１．０ｋＷの電力を印加して発熱させ、シリコンウェハＷが３００℃になるまでの昇温時間を測定した。
【００６０】
その後、３００℃の温度で１分間保持した後、ヒータ用電極４７への通電を止め、通電を止めてから５秒後にウェハステージ４２に備える静電吸着用電極４８と導電性プレート４５との間に５００Ｖの電圧を印加して静電吸着力を発現させることにより、ウェハステージ４２を導電性プレート４５に吸着させ、シリコンウェハＷの表面温度が１００℃になるまでの冷却時間を測定した。また、このような熱サイクルを繰り返し、１００回の昇温時間及び冷却時間を測定した。
【００６１】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００６２】
【表１】

【００６３】
表１より判るように、従来のウェハ支持部材５１では、シリコンウェハＷの昇温時にウェハステージ４２が導電性プレート４５と当接していることから、ウェハステージ４２の熱が導電性プレート４５に逃げ易く、シリコンウェハＷを所定の温度に加熱するのに３．５分要した。また、１００回目の昇温時には、ウェハステージ４２の下面に帯電する電荷によって導電性プレート４５との間に静電吸着力が発生し、ウェハステージ４２と導電性プレート４５との接触面積が増えたため、ウェハステージ４２から導電性プレート４５への熱の逃げ量が多くなり、ウェハＷを所定の温度に加熱するのに４．５分を要した。
【００６４】
これに対し、本発明のウェハ支持部材２１は、ウェハＷの昇温時にリフト機構１２によってウェハステージ２を導電性プレート８より完全に切り離して加熱するようにしたことから、ウェハステージ２の熱が導電性プレート８に逃げることを防止することができるため、昇温時間を２分と従来例と比較して昇温時間を短縮することができた。しかも、ウェハステージ２の下面６に電荷が帯電したとしてもウェハステージ２は導電性プレート８と完全に切り離してあることから、１００回目の昇温時間も２分と短く、また昇温時間が長くなるようなこともなく、優れていた。
【００６５】
一方、冷却時間については、従来のウェハ支持部材５１では、ウェハステージ４２を静電吸着力によって導電性プレート４５に吸着させるものの、両者の当接面を完全に密着させることができないため、ウェハステージ４２と導電性プレート４５との間の熱伝達効率がそれほど高くなく、その結果、ウェハＷを１００℃にまで冷却するのに５分を要した。
【００６６】
これに対し、本発明のウェハ支持部材２１は、ウェハステージ２を静電吸着力によって導電性プレート８に吸着させるとともに、ウェハステージ２の下面６に形成したガス溝７と導電性プレート８の上面とで形成される空間にＨｅガスを流すようにしたことから、ウェハステージ２と導電性プレート８との間の熱伝達効率を大幅に向上させることができ、その結果、３．５分と短い時間でウェハＷを１００℃にまで冷却することができ、優れていた。
【００６７】
（実施例２）
次に、実施例１で用いた本発明のウェハ支持部材２１において、板状セラミック体の材質、昇温時における板状セラミック体３の下面から導体プレート８の上面までの平均距離Ｌ、及び板状セラミック体１の板厚Ｔを表２に示すように異ならせ、実施例１と同様の条件にて昇温、冷却させた時の昇温時間と冷却時間を測定するとともに、板状セラミック体３の破損の有無について調べる実験を行った。
【００６８】
結果は表２に示す通りである。
【００６９】
【表２】

【００７０】
この結果、試料Ｎｏ．１のように、板状セラミック体３と導体プレート８との間の平均距離Ｌが０．１ｍｍ未満では、リフト機構１２の精度的な問題により部分的に接触している箇所があり、この接触箇所からウェハステージ２の熱が導体プレート８へ逃げているため、昇温時間が３分と長くなっているものと思われる。
【００７１】
これに対し、試料Ｎｏ．２〜４，７のように、板状セラミック体３と導体プレート８との間の平均距離Ｌを０．１ｍｍ以上としたものでは、リフト機構１２の精度に関係なくウェハステージ２と導電性プレート８とを完全に切り離すことができるため、昇温時間を１．５分と短くすることができた。
【００７２】
ただし、試料Ｎｏ．４のように、板状セラミック体３と導体プレート８との間の平均距離Ｌが２０ｍｍを超えると、リフト機構１２によってウェハステージ２を所定の距離まで切り離すのに要する時間が長くなり、結果としてスループットも長くなる。
【００７３】
この結果、昇温時における板状セラミック体３と導体プレート８との間の平均距離Ｌは０．１ｍｍ〜２０ｍｍとすることが良いことが判る。
【００７４】
また、試料Ｎｏ．５〜１０に見られるように、板状セラミック体３に熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるセラミック材料を用いた場合、試料Ｎｏ．５のように、板状セラミック体３の板厚Ｔが１ｍｍ未満であると、強度が小さいため冷却時に絶縁破壊が発生し、逆に、試料Ｎｏ．９，１０のように、板状セラミック体３の板厚Ｔが１０ｍｍを超えると、ウェハステージ２の熱容量が大きくなり、昇温時間及び冷却時間が長くなるため、結果としてスループットも長くなる。
【００７５】
この結果、板状セラミック体３に熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるセラミック材料を用いる場合、板状セラミック体３の板厚Ｔは１〜１０ｍｍとすることが良いことが判る。
【００７６】
さらに、試料Ｎｏ．１１〜１３に見られるように、板状セラミック体３に熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるセラミック材料を用いた場合、試料Ｎｏ．１３のように、板状セラミック体３の板厚Ｔが５ｍｍを超えると、冷却時の急激な熱応力に耐えきれず、ウェハステージ２が破損した。
【００７７】
この結果、板状セラミック体３に熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であるセラミック材料を用いる場合、板状セラミック体３の板厚Ｔは１〜５ｍｍとすることが良いことが判る。
【００７８】
【発明の効果】
以上のように、本発明のウェハ支持部材によれば、板状セラミック体の上面をウェハを載せる載置面とし、上記板状セラミック体中の下面側近傍に静電吸着用電極を埋設したウェハステージと、上記板状セラミック体の下面側に配置される導電性プレートと、上記ウェハステージを導電性プレートより切り離すリフト機構とを有し、上記板状セラミック体の下面及び／又は上記導電性プレートの上面にガス溝を形成するとともに、上記導電性プレートに上記ガス溝と連通するガス導入孔を設け、上記ウェハステージの載置面に載せたウェハを加熱する時には、上記リフト機構によってウェハステージを導電性プレートより切り離し、上記ウェハステージの載置面に載せたウェハを冷却する時には、上記リフト機構によってウェハステージを導電性プレートに当接させ、この状態で上記静電吸着用電極に通電して導電性プレートとの間に静電吸着力を発現させて上記ウェハステージと導電性プレートとを強制的に吸着固定させるとともに、上記ガス導入孔よりガス溝に不活性ガスを供給するようにしたことによって、プロセス時間の大きな割合を占めていたウェハ及びウェハステージの昇温時間及び冷却時間を大幅に短縮することができるため、生産性をさらに向上させることができる。
【００７９】
特に、リフト機構によってウェハステージと導電性プレートとを切り離した時の距離を０．１ｍｍ〜２０．０ｍｍとすることでウェハ及びウェハステージの昇温時間及び冷却時間の短縮を効果的に発揮することができる。
【００８０】
また、ウェハステージを形成する板状セラミック体が熱伝導率３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満のセラミック材料からなる場合、その板厚を１〜５ｍｍとすることにより、急冷したとしても破損することのないものとすることができ、また、板状セラミック体が熱伝導率３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上で、かつ３００Ｗ／ｍ・Ｋ未満のセラミック材料からなる場合、その板厚を１〜１０ｍｍとすることにより、５０℃／分以上の速度で急冷することが可能なウェハ支持部材を提供することができる。
【００８１】
さらに、ウェハステージを形成する板状セラミック体中に直接加熱を行うためのヒータ用電極及び／又はウェハを静電吸着力により載置面に吸着固定するための第二の静電吸着用電極を埋設することにより、ウェハ及びウェハステージの昇温時間を短縮することができるとともに、加熱時におけるウェハ表面の温度分布をより均一にすることができ、加工精度を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）（ｂ）は本発明のウェハ支持部材の一例を示す断面図である。
【図２】本発明のウェハ支持部材に備えるガス溝のパターン形状を示す平面図である。
【図３】本発明のウェハ支持部材の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明のウェハ支持部材のさらに他の例を示す断面図である。
【図５】従来のウェハ支持部材の一例を示す断面図である。
【図６】従来のウェハ支持部材の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：ウェハ支持部材２：ウェハステージ３：板状セラミック体
４：載置面５：静電吸着用電極６：板状セラミック体の下面
７：ガス溝８：導電性プレート９：通路１０：ガス導入孔
１１：ピン穴１２：リフト機構１３：軸１４：駆動源１５：リード線
２１：ウェハ支持部材２２：ヒータ用電極３１：ウェハ支持部材
３２：第二の静電吸着用電極４１：ウェハ支持部材４２：ウェハステージ
４３：板状セラミック体４４：載置面４５：導電性プレート４６：通路
４７：ヒータ用電極４８：静電吸着用電極５１：ウエハ支持部材
Ｗ：ウェハ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a wafer support member used for heating and cooling a semiconductor wafer or a glass for liquid crystal while holding the wafer in a manufacturing process of a semiconductor device or a liquid crystal device.
[0002]
[Prior art]
When manufacturing electronic devices such as semiconductor devices and liquid crystal devices, a process of forming a thin film such as an insulating film or a metal film on a wafer such as a semiconductor wafer or glass for liquid crystal, or a process of etching and patterning them is repeatedly performed. During these steps, a wafer support member is used to hold the wafer. Also, in processes such as film formation and etching, the wafer temperature during processing greatly affects the processing speed and processing accuracy, and the time required for heating and cooling the wafer accounts for a large proportion of the process time. It is required to control the temperature accurately and quickly and to perform heating and cooling in a short time.
[0003]
Conventionally, as a wafer support member for holding a wafer, as shown in FIG. 5, a wafer stage 42 having an upper surface of a plate-like ceramic body 43 as a mounting surface 44 on which a wafer W is placed, and a passage 46 through which cooling water or the like flows. It is composed of a conductive plate 45 made of metal, and has a conductive plate 45 bonded to the surface opposite to the mounting surface 44 of the wafer stage 42 by a technique such as metal bonding.
[0004]
In order to process the wafer W using the wafer support member 41, a lamp (not shown) disposed above the mounting surface 44 is turned on while the wafer W is mounted on the mounting surface 44. Thus, the wafer W and the wafer stage 42 are indirectly heated to a predetermined processing temperature, and after the film W and the etching process are performed on the wafer W, the lamp (not shown) is turned off and the conductive plate 45 is turned on. The processed wafer W is taken out by flowing cooling water through the passage 46 to cool the wafer W to near room temperature.
[0005]
Further, in the lamp heating as described above, it takes time to raise the temperature of the wafer W to a predetermined temperature. Therefore, in order to shorten the temperature raising time, the plate-like ceramic body 42 forming the wafer stage 42 is included. A heater electrode is embedded, and the heater stage electrode is energized to heat the wafer stage 42 to directly heat the wafer W placed on the mounting surface 44, or a plate shape for forming the wafer stage 42 An electrostatic chucking electrode is embedded in the ceramic body 43 in the vicinity of the mounting surface 44, and a voltage is applied between the electrostatic chucking electrode and the wafer W to develop an electrostatic chucking force. There has also been proposed a structure in which the wafer W is forcibly attracted to the mounting surface 44 so that the temperature distribution of the wafer W becomes more uniform.
[0006]
However, since the wafer support member 41 obtained by joining the wafer stage 42 and the conductive plate 45 by metal bonding or the like has a large heat capacity, the wafer stage 42 is kept at a predetermined temperature regardless of lamp heating or direct heating by the heater electrode. Compared with the case where only the wafer stage 42 generates heat, it takes a considerably long time to generate heat. As a result, the temperature rise time until the wafer W is heated to a predetermined temperature is increased, and the throughput is improved. There was a problem that could not be.
[0007]
Therefore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-1111829, as shown in FIG. 6, in the structure in which the wafer stage 42 is provided with the heater electrode 47, the wafer stage 42 and the conductive plate 45 are simply brought into contact with each other without being joined. When the wafer W placed on the mounting surface 44 of the wafer stage 42 is heated by providing an electrostatic chucking electrode 48 in the vicinity of the lower surface side of the plate-like ceramic body 43 forming the wafer stage 42, the heater is used. When the electrode 47 is energized to cause the wafer stage 42 to generate heat, the wafer W is heated to a predetermined temperature, and the wafer W placed on the mounting surface 44 of the wafer stage 42 is cooled, the electrostatic adsorption electrode 48 is energized. Then, an electrostatic attraction force is developed between the conductive plate 45 and the wafer stage 42 and the conductive plate 45 are forcibly fixed by suction, thereby transferring the heat between them. Wafer support member 51 which is adapted to quench enhance the rate has been proposed.
[0008]
According to this wafer support member 51, since the wafer stage 42 is not in close contact with the conductive plate 45 when the wafer W is heated, the amount of heat that escapes to the conductive plate 45 when the wafer stage 42 is heated is suppressed to increase the rate of temperature increase. Therefore, there is an advantage that the total time required for processing one wafer W can be shortened.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, even in the wafer support member 51 shown in FIG. 6, the cooling rate could not be increased, and a cooling rate of 50 ° C./min or more could not be obtained.
[0010]
Further, when the wafer W is heated, an electrostatic adsorption force is not exerted between the wafer stage 42 and the conductive plate 45, but the wafer stage 42 is mounted on the conductive plate 45. Since the heat of the wafer stage 42 is transmitted to the conductive plate 45, the time required for heating the wafer W to a predetermined temperature can be further shortened. I could not.
[0011]
In addition, when heating and cooling are repeated, electric charges are charged on the lower surface of the wafer stage 42, and a residual adsorption force is called between the wafer stage 42 and the conductive plate 45 even if the energization to the heater electrode 47 is stopped. Since electrostatic force is generated and the contact area between the wafer stage 42 and the conductive plate 45 increases, the heat of the wafer stage 42 easily flows to the conductive plate 46 when the wafer W is heated, and the wafer W is brought to a predetermined temperature. There was also a disadvantage that the temperature raising time until heating was long.
[0012]
Further, in order to increase the productivity per wafer, when the temperature of the wafer support member 51 is further rapidly increased by increasing the lamp output or the output to the heater electrode 47, the heat capacity of the wafer stage 42 increases. There is also a possibility that the thermal stress acting on the plate-like ceramic body 43 forming the surface becomes too large and the wafer stage 42 is damaged.
[0013]
OBJECT OF THE INVENTION
The present invention has been invented in view of such problems, and a first object thereof is to increase the time required for heating the wafer to a predetermined processing temperature in lamp heating and direct heating by a heater electrode, and An object of the present invention is to provide a wafer support member capable of effectively reducing the cooling time required for cooling from the processing temperature to near room temperature.
[0014]
A second object is to provide a wafer support member that does not break even when quenched at 50 ° C./min or higher.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
That is, the wafer support member of the present invention has a wafer stage in which the upper surface of the plate-like ceramic body is a mounting surface on which the wafer is placed, and an electrostatic adsorption electrode is embedded in the vicinity of the lower surface side in the plate-like ceramic body, and the plate And a lift mechanism for separating the wafer stage from the conductive plate, and a gas groove on the lower surface of the plate-shaped ceramic body and / or the upper surface of the conductive plate. When the wafer placed on the mounting surface of the wafer stage is heated, the wafer stage is separated from the conductive plate by the lift mechanism when the conductive plate is provided with a gas introduction hole communicating with the gas groove. When the wafer placed on the mounting surface of the wafer stage is cooled, the wafer stage is converted into a conductive plate by the lift mechanism. In this state, the electrostatic adsorption electrode is energized to develop an electrostatic adsorption force between the conductive plate and the wafer stage and the conductive plate are forcibly adsorbed and fixed. An inert gas is supplied to the gas groove from the introduction hole.
[0016]
The average distance when the wafer stage and the conductive plate are separated by the lift mechanism is preferably 0.1 mm to 20.0 mm, and the plate ceramic body forming the wafer stage has a thermal conductivity of 30 W. When the ceramic material is less than / m · K, the thickness of the plate-like ceramic body is preferably 1 to 5 mm, and the plate-like ceramic body has a thermal conductivity of 30 W / m · K or more and 300 W. When formed from a ceramic material of less than / m · K, the plate thickness of the plate-like ceramic body is preferably 1 to 10 mm.
[0017]
Further, the wafer support member of the present invention is a first electrode for adsorbing and fixing a heater electrode and / or wafer for direct heating in a plate-like ceramic body forming a wafer stage to a mounting surface by electrostatic adsorption force. Two electrostatic adsorption electrodes may be embedded.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0019]
1A and 1B are cross-sectional views showing an example of a wafer support member of the present invention.
[0020]
In this wafer support member 1, the upper surface of the plate-shaped ceramic body 3 is used as a mounting surface 4 on which the wafer W is placed, and a wafer stage 2 in which an electrostatic adsorption electrode 5 is embedded in the vicinity of the lower surface of the plate-shaped ceramic body 3. And a conductive plate 8 disposed on the lower surface side of the wafer stage 2 and provided with a passage 9 through which cooling water flows, and a lift mechanism 12 for separating the wafer stage 2 from the conductive plate 8.
[0021]
The plate-like ceramic body 3 forming the wafer stage 2 has a disk shape, the outer diameter thereof is substantially the same as that of the wafer W, and the plate thickness is formed between 1 mm and 10 mm. The electrostatic attraction electrode 5 embedded in the plate-shaped ceramic body 3 is composed of a single conductor layer having a disk shape, and has an outer diameter slightly smaller than the outer diameter of the plate-shaped ceramic body 3. Further, a gas groove 7 is formed on the lower surface 6 of the plate-like ceramic body 3 so that an inert gas such as He flows. The pattern shape of the gas groove 7 may be any pattern that can cool the plate-like ceramic body 3 uniformly. For example, as shown in FIG. 2, a plurality of annular grooves 7a arranged concentrically and A pattern shape comprising a plurality of radial grooves 7b communicating with these annular grooves 7a and extending from the center toward the outer periphery can be employed. Note that the pattern shape is not limited to the pattern shown in FIG. 2, and any pattern can be used as long as the plate-shaped ceramic body 3 can be uniformly cooled as described above.
[0022]
As the material of the plate-like ceramic body 3, an alumina sintered body, an aluminum nitride sintered body, a boron nitride sintered body, a silicon nitride sintered body, a silicon carbide sintered body, or the like can be used. From the viewpoint of uniformly heating the wafer W, one having as high a thermal conductivity as possible is good, and since a large thermal stress acts when rapid temperature rise and rapid cooling are repeated, one having as high a thermal shock resistance as possible is good. Specifically, the thermal conductivity is 30 W / m · K or more, preferably 70 W / m · K or more, more preferably 120 W / m · K or more, and the thermal shock temperature difference ΔT according to JIS R 1615 is 150 ° C. or more. Preferably, the material has a temperature of 200 ° C. or higher, more preferably 250 ° C. or higher. Examples of such a material include an aluminum nitride sintered body, a boron nitride sintered body, a silicon nitride sintered body, and a silicon carbide sintered body. A ligation can be used.
[0023]
In order to manufacture such a wafer stage 2, a plurality of green sheets are stacked, and any one of conductive paste, metal foil, wire mesh, and punching metal to be used as the electrostatic adsorption electrode 5 is sandwiched therebetween. The laminated one is fired to produce a plate-like ceramic body 3, or a ceramic molded body is produced by press molding, and any of conductor paste, metal foil, wire mesh, and punching metal to be an electrostatic adsorption electrode 5 thereon After mounting one of these, a plate-shaped ceramic body 3 is manufactured by a hot press molding method that is often made of ceramic powder, and then the upper surface of the plate-shaped ceramic body 3 is polished to form a mounting surface 4 and a lower surface. 6 can also be obtained by engraving the gas groove 7 by etching or brassing after polishing.
[0024]
Further, the shafts 13 of the four lift mechanisms 12 are joined to the lower surface 6 of the wafer stage 2 at equal intervals, and the wafer stage 2 is moved by moving the shaft 13 up and down by the drive source 14 of each lift mechanism 12. It can be moved up and down in parallel without tilting.
[0025]
On the other hand, the conductive plate 8 is made of a metal material such as aluminum, stainless steel, or a super steel alloy, conductive ceramics, cermet material, or a composite material of metal and ceramics, and the upper surface thereof is finished flat, and the wafer stage 2 When the abuts, the contact area can be increased as much as possible. Further, the periphery of the conductive plate 8 has four pin holes 11 through which the shafts 13 of the respective lift mechanisms 12 are inserted, and the central portion of the conductive plate 8 is not formed in the gas groove 7 of the wafer stage 2. A gas introduction hole 10 for introducing the active gas is formed. Reference numeral 16 denotes a lead extraction hole for taking out a lead wire 15 for energizing the electrostatic chucking electrode 5 of the wafer stage 2.
[0026]
Next, the movement when processing the wafer W using the wafer support member 1 will be described.
[0027]
First, as shown in FIG. 1A, after placing the wafer W on the mounting surface 4 of the wafer stage 2, the shaft 13 of the lift mechanism 12 is raised to lift the wafer stage 2 and separate from the conductive plate 8. . In this state, a lamp (not shown) disposed above the mounting surface 4 is turned on to indirectly heat the wafer W and the wafer stage 2 to a predetermined temperature. At this time, since the wafer stage 2 is completely separated from the conductive plate 8 and is not in contact therewith, heat applied to the wafer stage 2 and the wafer W does not escape to the conductive plate 8. The heating time required for heating 2 to a predetermined processing temperature can be greatly shortened.
[0028]
Next, in order to take out the wafer W after supplying the film forming gas and the etching gas and performing the film forming process and the etching process on the wafer W while maintaining the temperature of the wafer W at a predetermined processing temperature. At this time, the lamp is turned off and, as shown in FIG. 1B, the shaft 13 of each lift mechanism 12 is lowered to bring the wafer stage 2 into contact with the conductive plate 8, Next, a voltage is applied between the electrostatic chucking electrode 5 of the wafer stage 2 and the conductive plate 8 to develop an electrostatic chucking force therebetween to bring them into close contact with each other and introduce gas into the conductive plate 8. By supplying an inert gas such as He to the space formed by the gas groove 7 formed on the lower surface of the wafer stage 2 and the upper surface of the conductive plate 8 through the hole 10, the temperature of the wafer W is set to near room temperature. Cool down to .
[0029]
That is, if the wafer stage 2 is merely brought into contact with the conductive plate 8, the contact portion is only in partial contact when viewed microscopically, and the heat of the wafer stage 2 is efficiently transferred to the conductive plate 8. Although it cannot be transmitted well, the wafer stage 2 and the conductive plate 8 can be increased because the contact area of the contact portion can be increased by developing an electrostatic adsorption force between them and forcibly adsorbing them. The heat transfer efficiency can be improved.
[0030]
However, even if the wafer stage 2 is attracted to the conductive plate 8 by electrostatic attraction force, the entire contact portion cannot be brought into complete contact.
[0031]
Therefore, an inert gas is supplied to the space formed by the gas groove 7 formed on the lower surface of the wafer stage 2 and the upper surface of the conductive plate 8 through the gas introduction hole 10 of the conductive plate 8. The heat transfer efficiency between the wafer stage 2 and the conductive plate 8 can be greatly improved, and the wafer W can be rapidly cooled even at a cooling rate of 50 ° C./min or more which is required today.
[0032]
The wafer W and the wafer stage 2 can be rapidly cooled by supplying an inert gas to a space formed by the gas groove 7 formed on the lower surface of the wafer stage 2 and the upper surface of the conductive plate 8. Immediately after the inert gas is supplied, the temperature of the wafer stage 2 is suddenly lowered, so that a large thermal shock acts and the wafer stage 2 may be damaged. It is preferable to cool and then supply an inert gas.
[0033]
As described above, when the wafer support member 1 of the present invention is used, the heating time and cooling time of the wafer stage 2 can be greatly shortened as compared with the conventional

wafer support members

41 and 51 shown in FIGS. Therefore, the total time required for processing one wafer W can be extremely shortened, and as a result, productivity can be improved.
[0034]
However, when the wafer stage 2 is separated from the conductive plate 8 by the lift mechanism 12 in order to heat the wafer stage 2, the average distance L from the lower surface 6 of the wafer stage 2 to the upper surface of the conductive plate 8 is less than 0.1 mm. If so, the wafer stage 2 and the conductive plate 8 cannot be completely separated due to a problem of mechanical accuracy, and further, a residual adsorption force is generated by the electric charge charged on the lower surface 6 of the wafer stage 2. The contact area between the conductive plate 8 and the conductive plate 8 may be further increased, and the wafer stage 2 and the conductive plate 8 cannot be completely insulated, and the heating time of the wafer W and the wafer stage 2 is shortened. I can't. On the other hand, if the average distance L from the lower surface 6 of the wafer stage 2 to the upper surface of the conductive plate 8 exceeds 20 mm, the time required to separate the wafer stage 2 from the conductive plate 8 to a predetermined height becomes longer. As a result, the throughput cannot be reduced sufficiently.
[0035]
Therefore, when the wafer stage 2 is lifted from the conductive plate 8 by the lift mechanism 12, the average distance L from the lower surface 6 of the wafer stage 2 to the upper surface of the conductive plate 8 is preferably 0.1 mm to 20.0 mm. Furthermore, it is desirable to set it as 0.3 mm-5 mm.
[0036]
The average distance L from the lower surface 6 of the wafer stage 2 to the upper surface of the conductive plate 8 is an arbitrary value obtained by measuring the distance from the lower surface 6 of the wafer stage 2 to the upper surface of the conductive plate 8 arbitrarily. Say that.
[0037]
When the wafer stage 2 is rapidly cooled at a cooling rate of 50 ° C./min or more, the plate ceramic body 3 forming the wafer stage 2 has a thermal conductivity such as a silicon nitride sintered body or an aluminum nitride sintered body. When the ceramic material is 30 W / m · K or more and less than 300 W / m · K, the plate thickness T is preferably 1 mm to 10 mm. In the case of a ceramic material having a thermal conductivity of less than 30 W / m · K, such as a bonded body, the plate thickness T is preferably 1 mm to 5 mm.
[0038]
That is, in the case of a ceramic material having a thermal conductivity of 30 W / m · K or more and less than 300 W / m · K, if the plate thickness T exceeds 10 mm, the heat capacity becomes large, so that it is necessary for heating and cooling. This is because the time becomes longer, and when the thickness T exceeds 5 mm in the ceramic material having a thermal conductivity of less than 30 W / m · K, when the wafer stage 2 is rapidly cooled at a rate of 50 ° C./min or more, This is because the thermal stress acting on the plate-like ceramic body 3 is large, so that it easily breaks. Conversely, if the plate thickness T of the plate-like ceramic body 3 is less than 1 mm, the strength is so small that This is because there is a risk of breakage due to the force acting when moving.
[0039]
In FIGS. 1A and 1B, the pattern shape of the electrostatic chucking electrode 5 provided in the wafer stage 2 is a disk shape, but a pair of semicircular shapes constitute a circle. It may be a bipolar type in which an arrangement or a pair of comb-teeth shapes are engaged and configured to energize both electrodes to develop an electrostatic adsorption force.
[0040]
1A and 1B show an example in which the gas groove 7 is formed on the lower surface 6 of the plate-like ceramic body 3 forming the wafer stage 2, the lower surface 6 of the plate-like ceramic body 3 is a flat surface. Gas grooves may be formed on the upper surface of the conductive plate 8, and further, gas grooves are formed on the lower surface 6 of the plate-like ceramic body 3 and the upper surface of the conductive plate 8, respectively. May be one in which a passage through which an inert gas passes is formed by both gas grooves.
[0041]
Next, another example of the wafer support member of the present invention will be described.
[0042]
The wafer support member 21 shown in FIG. 3 has the same structure as that shown in FIGS. 1A and 1B except that the heater electrode 22 is embedded near the center of the plate-like ceramic body 3 forming the wafer stage 2. The conductive plate 8 is provided with a lead extraction hole 18 for taking out the lead wire 17 in the heater electrode 22 of the wafer stage 2.
[0043]
The wafer support member 21 operates in the same manner as the wafer support member 1 shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). However, since the wafer stage 2 includes the heater electrode 22, the wafer stage 2 and the wafer When heating W, it is possible to heat the wafer stage 2 by energizing the heater electrode 22 and directly heat the wafer W. Therefore, compared with the wafer support member 1 shown in FIGS. Since the heating rate of the wafer W and the wafer stage 2 can be further increased, the productivity can be further improved.
[0044]
The wafer support member 31 shown in FIG. 4 is substantially the same as FIG. 3 except that the second electrostatic adsorption electrode 32 is embedded in the vicinity of the mounting surface 4 in the plate-like ceramic body 3 forming the wafer stage 2. The lead extraction hole 20 for taking out the lead wire 19 of the second electrostatic chucking electrode 32 is formed in the conductive plate 8.
[0045]
The wafer support member 31 operates in the same manner as the wafer support member 21 shown in FIG. 3, but after the wafer W is placed on the mounting surface 4 of the wafer stage 2, the wafer W and the second electrostatic attraction are used. Since the wafer W can be forcibly attracted and fixed to the mounting surface 4 by applying a voltage between the electrode 32 and developing an electrostatic attraction force between them, the wafer W and the mounting surface 4 can be forcedly fixed. It is possible to increase the bonding area and improve the heat transfer efficiency. Therefore, if the heater electrode 22 is energized to heat the wafer stage 2, the heat of the wafer stage 2 can be immediately transmitted to the wafer W, so that the temperature rise time of the wafer W can be shortened, The temperature distribution on the wafer surface can be made more uniform, and the processing accuracy such as film formation and etching can be improved. Further, since the heat of the wafer W is easily released to the wafer stage 2 during cooling, the cooling rate of the wafer W can be improved, and the productivity can be further improved.
[0046]
In the case of the conventional wafer support member 51 shown in FIG. 6, the wafer stage 42 and the conductive plate 45 are only in contact with each other when the temperature is raised. When energized, not only an electrostatic attraction force is generated between the wafer W but also an electrostatic attraction force is generated between the conductive plate 45 and the wafer stage 42 is attracted to the conductive plate 45. Although the heat of the wafer stage 42 may escape to the conductive plate 45 and the temperature rise time may become longer, the wafer support member 31 of the present invention shown in FIG. Since it can be completely separated from the conductive plate 8, the heat of the wafer stage 2 does not escape to the conductive plate 8, and the heating rate of the wafer stage 2 can be increased.
[0047]
In addition to the electrostatic chucking electrode 5, the heater electrode 22 and the second electrostatic chucking are applied to the plate-like ceramic body 3 forming the wafer stage 2 as in the

wafer support members

21 and 31 shown in FIGS. 3 and 4. When embedding the electrode 32 for use, in order to maintain the strength of the plate-like ceramic body 3 and the insulation between the electrodes, the plate thickness T is preferably 3 mm or more even if it is thin.
[0048]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited only to these embodiment, It cannot be overemphasized that it can apply also to the structure improved or changed in the range which does not deviate from the summary of this invention. Absent.
[0049]
【Example】
Example 1
An experiment was conducted in which the wafer support member 21 of the present invention shown in FIG. 3 and the conventional wafer support member 51 shown in FIG. 6 were prepared and the heating rate and cooling rate of the silicon wafer were compared.
[0050]
The plate-like ceramic body 3 forming the wafer stage 2 was a disc-like body having an outer diameter of 200 mm and a plate thickness of 7 mm, and the conductive plate 8 was a disc-like body having an outer diameter of 200 mm and a thickness of 30 mm.
[0051]
The plate-like ceramic body 3 is formed of an aluminum nitride sintered body having a thermal conductivity of 40 W / m · K, and a disk-like shape having an outer shape slightly smaller than the lower surface in the vicinity of the lower surface of the plate-like ceramic body 3 The electrode 5 for electrostatic adsorption was embedded, and a heater electrode 22 made of a strip-like resistance heating element was embedded near the center of the plate-like ceramic body 3.
[0052]
On the other hand,

passages

7 and 46 for water cooling are formed in the

conductive plates

8 and 45 so that cooling water of 8 liters / minute flows.
[0053]
A gas groove 7 is formed by blasting on the lower surface 6 of the wafer stage 2 used for the wafer support member 21 of the present invention, and the gas introduction hole 10 and the shaft 13 of the lift mechanism 12 are inserted into the conductive plate 8. A pin hole 11 is drilled, and a shaft 13 of a lift mechanism 12 is inserted into the pin hole 11 so as to be joined to the lower surface of the wafer stage 2.
[0054]
When the wafer W is heated using the wafer support member 21 of the present invention, a silicon wafer having a diameter of 200 mm is placed on the mounting surface 4 of the wafer stage 2 and then the shaft 13 of the lift mechanism 12 is raised to raise the wafer stage 2. Was separated from the conductive plate 8 so that the surface temperature of the silicon wafer was 20 ° C.
[0055]
At this time, the average distance L from the lower surface of the wafer stage 2 to the upper surface of the conductive plate 8 was set to 3 mm.
[0056]
Next, 1.0 kW of electric power was applied to the heater electrode 22 provided in the wafer stage 2 to generate heat, and the temperature rising time until the silicon wafer reached 300 ° C. was measured.
[0057]
Thereafter, after holding for 1 minute at a temperature of 300 ° C., the energization of the heater electrode 22 is stopped, and 5 seconds after the energization is stopped, the shaft 13 of the lift mechanism 12 is lowered to place the wafer stage 2 on the conductive plate 8. The wafer stage 2 is brought into contact with the conductive plate by applying a voltage of 500 V between the electrostatic chucking electrode 5 provided on the wafer stage 2 and the conductive plate 8 at the same time as the contact to develop an electrostatic chucking force. 8, He gas was flowed from the gas introduction hole 10 of the conductive plate 8 at a back pressure of 1300 Pa, and the cooling time until the surface temperature of the silicon wafer reached 100 ° C. was measured. Moreover, such a heat cycle was repeated and the temperature raising time and cooling time of 100 times were measured.
[0058]
On the other hand, when the silicon wafer W is heated using the conventional wafer support member 51, the silicon wafer W having a diameter of 200 mm is placed on the mounting surface 44 of the wafer stage 42 so that the surface temperature of the silicon wafer becomes 20 ° C.
[0059]
Next, 1.0 kW of electric power was applied to the heater electrode 47 provided on the wafer stage 42 to generate heat, and the temperature rising time until the silicon wafer W reached 300 ° C. was measured.
[0060]
Thereafter, after holding at a temperature of 300 ° C. for 1 minute, the energization of the heater electrode 47 is stopped, and after the energization is stopped, the electrostatic adsorption electrode 48 provided on the wafer stage 42 and the conductive plate 45 are removed 5 seconds after By applying a voltage of 500 V to the surface to develop an electrostatic attraction force, the wafer stage 42 was attracted to the conductive plate 45, and the cooling time until the surface temperature of the silicon wafer W reached 100 ° C. was measured. Moreover, such a heat cycle was repeated and the temperature raising time and cooling time of 100 times were measured.
[0061]
Each result is as shown in Table 1.
[0062]
[Table 1]

[0063]
As can be seen from Table 1, in the conventional wafer support member 51, since the wafer stage 42 is in contact with the conductive plate 45 when the temperature of the silicon wafer W is raised, the heat of the wafer stage 42 escapes to the conductive plate 45. It was easy and it took 3.5 minutes to heat the silicon wafer W to a predetermined temperature. Further, when the temperature is raised for the 100th time, an electrostatic adsorption force is generated between the conductive plate 45 due to the electric charge charged on the lower surface of the wafer stage 42, and the contact area between the wafer stage 42 and the conductive plate 45 is increased. The amount of heat escape from the wafer stage 42 to the conductive plate 45 increased, and it took 4.5 minutes to heat the wafer W to a predetermined temperature.
[0064]
On the other hand, the wafer support member 21 of the present invention is configured such that the wafer stage 2 is completely separated from the conductive plate 8 and heated by the lift mechanism 12 when the temperature of the wafer W is raised. Since escape to the conductive plate 8 can be prevented, the temperature rising time can be shortened to 2 minutes compared with the conventional example. In addition, even if the lower surface 6 of the wafer stage 2 is charged, the wafer stage 2 is completely separated from the conductive plate 8, so that the 100th heating time is short as 2 minutes and the heating time is long. It was excellent without being.
[0065]
On the other hand, with respect to the cooling time, the conventional wafer support member 51 allows the wafer stage 42 to be attracted to the conductive plate 45 by electrostatic attraction force, but the contact surfaces of the two cannot be completely brought into close contact with each other. The heat transfer efficiency between 42 and the conductive plate 45 was not so high, and as a result, it took 5 minutes to cool the wafer W to 100 ° C.
[0066]
On the other hand, the wafer support member 21 of the present invention causes the wafer stage 2 to be attracted to the conductive plate 8 by electrostatic attraction, and the gas groove 7 formed on the lower surface 6 of the wafer stage 2 and the upper surface of the conductive plate 8. Since the He gas is allowed to flow in the space formed by the above, the heat transfer efficiency between the wafer stage 2 and the conductive plate 8 can be greatly improved, and as a result, it is as short as 3.5 minutes. The wafer W could be cooled to 100 ° C. over time, which was excellent.
[0067]
(Example 2)
Next, in the wafer support member 21 of the present invention used in Example 1, the material of the plate-shaped ceramic body, the average distance L from the lower surface of the plate-shaped ceramic body 3 to the upper surface of the conductor plate 8 at the time of temperature rise, and the plate The plate thickness T of the plate-like ceramic body 1 is varied as shown in Table 2, and the temperature rise time and the cooling time when the temperature is raised and cooled under the same conditions as in Example 1 are measured. An experiment was conducted to examine the presence or absence of damage 3.
[0068]
The results are as shown in Table 2.
[0069]
[Table 2]

[0070]
As a result, sample no. 1, when the average distance L between the plate-like ceramic body 3 and the conductor plate 8 is less than 0.1 mm, there is a portion that is partially in contact due to an accuracy problem of the lift mechanism 12. Since the heat of the wafer stage 2 escapes from the location to the conductor plate 8, it seems that the temperature rise time is as long as 3 minutes.
[0071]
In contrast, sample no. In the case where the average distance L between the plate-like ceramic body 3 and the conductor plate 8 is 0.1 mm or more as in 2 to 4 and 7, the wafer stage 2 and the conductive plate regardless of the precision of the lift mechanism 12. 8 could be completely separated, and the temperature raising time could be shortened to 1.5 minutes.
[0072]
However, Sample No. 4, if the average distance L between the plate-like ceramic body 3 and the conductor plate 8 exceeds 20 mm, the time required for separating the wafer stage 2 to a predetermined distance by the lift mechanism 12 becomes long, and as a result Throughput is also increased.
[0073]
As a result, it can be seen that the average distance L between the plate-shaped ceramic body 3 and the conductor plate 8 at the time of temperature rise is preferably 0.1 mm to 20 mm.
[0074]
Sample No. 5-10, when a ceramic material having a thermal conductivity of 30 W / m · K or more and less than 300 W / m · K is used for the plate-like ceramic body 3, Sample No. As shown in FIG. 5, when the plate thickness T of the plate-like ceramic body 3 is less than 1 mm, the strength is small, so that dielectric breakdown occurs during cooling. If the plate thickness T of the plate-like ceramic body 3 exceeds 10 mm as in 9, 10, the heat capacity of the wafer stage 2 increases, and the temperature raising time and the cooling time become longer, resulting in longer throughput.
[0075]
As a result, when a ceramic material having a thermal conductivity of 30 W / m · K or more and less than 300 W / m · K is used for the plate-like ceramic body 3, the plate thickness T of the plate-like ceramic body 3 is 1 to 10 mm. It turns out that it is good to do.
[0076]
Furthermore, sample no. 11 to 13, when a ceramic material having a thermal conductivity of less than 30 W / m · K is used for the plate-like ceramic body 3, Sample No. As shown in FIG. 13, when the plate thickness T of the plate-shaped ceramic body 3 exceeded 5 mm, the wafer stage 2 was damaged because it could not withstand the rapid thermal stress during cooling.
[0077]
As a result, it is found that when the ceramic material having a thermal conductivity of less than 30 W / m · K is used for the plate-like ceramic body 3, the plate thickness T of the plate-like ceramic body 3 is preferably 1 to 5 mm.
[0078]
【The invention's effect】
As described above, according to the wafer support member of the present invention, a wafer in which the upper surface of the plate-like ceramic body is a mounting surface on which the wafer is placed, and the electrostatic chucking electrode is embedded in the vicinity of the lower surface side in the plate-like ceramic body. A conductive plate disposed on a lower surface side of the plate-shaped ceramic body, and a lift mechanism for separating the wafer stage from the conductive plate, the lower surface of the plate-shaped ceramic body and / or the conductive plate A gas groove is formed on the upper surface of the substrate, and a gas introduction hole communicating with the gas groove is provided in the conductive plate. When the wafer placed on the mounting surface of the wafer stage is heated, the wafer stage is moved by the lift mechanism. When cooling the wafer separated from the conductive plate and placed on the mounting surface of the wafer stage, the wafer stage is guided by the lift mechanism. In this state, the electrostatic chucking electrode is energized to generate an electrostatic chucking force between the conductive plate and forcibly fix the wafer stage and the conductive plate. At the same time, by supplying the inert gas from the gas introduction hole to the gas groove, the heating time and cooling time of the wafer and the wafer stage, which have occupied a large proportion of the process time, can be greatly shortened. Therefore, productivity can be further improved.
[0079]
In particular, shortening the heating time and cooling time of the wafer and the wafer stage effectively by setting the distance when the wafer stage and the conductive plate are separated by the lift mechanism to 0.1 mm to 20.0 mm. Can do.
[0080]
In addition, when the plate-like ceramic body forming the wafer stage is made of a ceramic material having a thermal conductivity of less than 30 W / m · K, by setting the plate thickness to 1 to 5 mm, it will not be damaged even if it is rapidly cooled. When the plate-like ceramic body is made of a ceramic material having a thermal conductivity of 30 W / m · K or more and less than 300 W / m · K, by setting the plate thickness to 1 to 10 mm, A wafer support member that can be rapidly cooled at a rate of 50 ° C./min or more can be provided.
[0081]
Further, a heater electrode for directly heating the plate-like ceramic body forming the wafer stage and / or a second electrode for electrostatic adsorption for adsorbing and fixing the wafer to the mounting surface by electrostatic adsorption force. By embedding, the temperature raising time of the wafer and the wafer stage can be shortened, the temperature distribution on the wafer surface during heating can be made more uniform, and the processing accuracy can be improved.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are cross-sectional views showing an example of a wafer support member of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing a pattern shape of gas grooves provided in the wafer support member of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another example of the wafer support member of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing still another example of the wafer support member of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a conventional wafer support member.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of a conventional wafer support member.
[Explanation of symbols]
1: Wafer support member 2: Wafer stage 3: Plate-shaped ceramic body
4: Mounting surface 5: Electrode for electrostatic attraction 6: Bottom surface of plate-shaped ceramic body
7: Gas groove 8: Conductive plate 9: Passage 10: Gas introduction hole
11: Pin hole 12: Lift mechanism 13: Shaft 14: Drive source 15: Lead wire
21: Wafer support member 22: Heater electrode 31: Wafer support member
32: Second electrostatic chucking electrode 41: Wafer support member 42: Wafer stage
43: Plate-like ceramic body 44: Placement surface 45: Conductive plate 46: Passage
47: Electrode for heater 48: Electrode for electrostatic attraction 51: Wafer support member
W: Wafer

Claims

The upper surface of the plate-like ceramic body is used as a mounting surface on which a wafer is placed, and a wafer stage in which an electrostatic chucking electrode is embedded in the vicinity of the lower surface side in the plate-like ceramic body, and the lower surface side of the plate-like ceramic body are arranged. A conductive plate; and a lift mechanism for separating the wafer stage from the conductive plate. The lower surface of the plate-like ceramic body and / or the upper surface of the conductive plate are provided with gas grooves, and the conductive plate Has a gas introduction hole communicating with the gas groove, and when heating the wafer placed on the mounting surface of the wafer stage, the wafer stage is separated from the conductive plate by the lift mechanism, and the mounting surface of the wafer stage When the wafer placed on the substrate is cooled, the electrostatic absorption is performed while the wafer stage is in contact with the conductive plate by the lift mechanism. The wafer stage and the conductive plate are forcibly adsorbed and fixed, and the inert gas is introduced into the gas groove from the gas introduction hole. A wafer support member characterized in that a wafer support member is provided.

2. The wafer support member according to claim 1, wherein an average distance when the plate-like ceramic body and the conductive plate are separated by the lift mechanism is 0.1 mm to 20.0 mm.

The plate ceramic body is made of a ceramic material having a thermal conductivity of less than 30 W / m · K, and the plate ceramic body has a plate thickness of 1 to 5 mm. Wafer support member.

The plate-like ceramic body is made of a ceramic material having a thermal conductivity of 30 W / m · K or more and less than 300 W / m · K, and the plate-like ceramic body has a thickness of 1 to 10 mm. The wafer support member according to claim 1 or 2.

The wafer support member according to any one of claims 1 to 4, wherein a heater electrode is embedded in the plate-like ceramic body.

The second electrostatic adsorption electrode for adsorbing and fixing the wafer to the placement surface by electrostatic adsorption force is provided in the vicinity of the placement surface in the plate-like ceramic body. 6. The wafer support member according to any one of items 5.