JP5942380B2 - Wafer holder for semiconductor manufacturing equipment - Google Patents
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Description
本発明は、半導体ウエハを載置してCVD等の成膜やエッチング等の処理を施す半導体製造装置用のウエハ保持体に関する。 The present invention relates to a wafer holder for a semiconductor manufacturing apparatus on which a semiconductor wafer is placed and a film forming process such as CVD or a process such as etching is performed.
半導体ウエハに対してCVDやエッチング等の処理を施す半導体製造装置においては、半導体ウエハを載置して加熱するウエハ保持体が使用されている。ウエハ保持体には、特許文献1に示すように従来から窒化アルミニウムを主成分とした材料が各種提案されており、一部においては既に実用化されている。窒化アルミニウムは高い耐食性を有しているため、ウエハ保持体に窒化アルミニウムを使用することによって、CVD等の処理の際に使用されるハロゲン系の腐食性ガスに対する耐食性を向上させることができる。 2. Description of the Related Art In a semiconductor manufacturing apparatus that performs processing such as CVD and etching on a semiconductor wafer, a wafer holder that mounts and heats the semiconductor wafer is used. Various materials mainly composed of aluminum nitride have been proposed for wafer holders as shown in Patent Document 1, and some of them have already been put into practical use. Since aluminum nitride has high corrosion resistance, the use of aluminum nitride for the wafer holder can improve the corrosion resistance against halogen-based corrosive gas used in the process such as CVD.
上記のように、窒化アルミニウムを主成分とする材料でウエハ保持体を構成することによって耐食性を向上させることができるものの、窒化アルミニウムはセラミックスの一種であるため、引っ張り応力に弱いという問題がどうしても付きまとい、これが信頼性の面で問題となることがあった。 Although the corrosion resistance can be improved by configuring the wafer holder with a material mainly composed of aluminum nitride as described above, since aluminum nitride is a kind of ceramics, the problem of being weak against tensile stress is unavoidable. This sometimes becomes a problem in terms of reliability.
例えば、ウエハ載置面を備えたセラミック基板とこれを支持する筒状支持体とからなるウエハ保持体の場合、該セラミックス基板は一般にウエハを載置するために円盤形状を有している。このような円盤形状のセラミックス基板において、外周部の温度が中心部もしくは内周部の温度に比べて高くなると、外周部の熱膨張量が中心部もしくは内周部よりも相対的に大きくなる。その結果、中心部から外周部に向かって引っ張り応力が働き、セラミックス基板が破損するという問題が生ずることがあった。 For example, in the case of a wafer holder comprising a ceramic substrate having a wafer placement surface and a cylindrical support for supporting the ceramic substrate, the ceramic substrate generally has a disk shape for placing the wafer. In such a disk-shaped ceramic substrate, when the temperature of the outer peripheral portion becomes higher than the temperature of the central portion or the inner peripheral portion, the thermal expansion amount of the outer peripheral portion becomes relatively larger than that of the central portion or the inner peripheral portion. As a result, a tensile stress acts from the central portion toward the outer peripheral portion, which may cause a problem that the ceramic substrate is damaged.
また、近年の配線の微細化に伴って、半導体ウエハを処理する際のウエハの均熱化(即ち、ウエハ表面の温度を均一化すること)の要求もますます厳しくなってきている。ウエハ表面の温度を均一化するには、当然のことながらセラミックス基板の均熱性も要求される。また、セラミックス基板においては、外周部からの放熱量が中心部の放熱量に比較して相対的に大きくなるため、外周部の温度を中心部に比べて高くすることが必要となる。しかし、このように外周部の温度を高くすると、前述したようにセラミックス基板に引っ張り応力が働いて破損するおそれがあった。 In addition, with the recent miniaturization of wiring, the demand for uniform temperature of the wafer (that is, uniform temperature of the wafer surface) when processing a semiconductor wafer has become increasingly severe. In order to make the temperature of the wafer surface uniform, it is a matter of course that the thermal uniformity of the ceramic substrate is also required. Further, in the ceramic substrate, since the heat radiation amount from the outer peripheral portion is relatively larger than the heat radiation amount in the central portion, it is necessary to make the temperature of the outer peripheral portion higher than that in the central portion. However, when the temperature of the outer peripheral portion is increased in this way, there is a possibility that the ceramic substrate may be damaged due to tensile stress as described above.
ところで、一般にセラミックス基板を支持する筒状支持体はセラミックス基板と同材質のセラミックス焼結体からなり、その一端部がセラミックス基板のウエハ載置面とは反対側の面に気密に接合されており、他端部はチャンバーの底部に設置されている。そして、この筒状支持体の内側に、セラミックス基板に埋設されている発熱体や高周波電極回路や静電チャック用電極回路に給電するための電極端子、ウエハ保持体の温度を測定するための熱電対や測温抵抗体、更にはそれらに接続されるリード線などが収められている。これにより、上記した電極端子や熱電対等をチャンバー内の雰囲気から保護している。 By the way, generally, the cylindrical support for supporting the ceramic substrate is made of a ceramic sintered body made of the same material as the ceramic substrate, and one end thereof is airtightly bonded to the surface of the ceramic substrate opposite to the wafer mounting surface. The other end is installed at the bottom of the chamber. Inside the cylindrical support, a heating element embedded in the ceramic substrate, a high-frequency electrode circuit, an electrode terminal for supplying power to the electrode circuit for the electrostatic chuck, and a thermoelectric for measuring the temperature of the wafer holder. A pair, a resistance temperature detector, and lead wires connected to them are housed. Thereby, the above-described electrode terminal, thermocouple, and the like are protected from the atmosphere in the chamber.
しかし、筒状支持体が設置されているチャンバーの底部は、一般にウエハ保持体の加熱時は加熱温度よりも低温になっており、場合によっては水冷によって低温が維持されている。そのため、筒状支持体の一端部がセラミックス基板の例えば中心部に接合されている場合は、当該セラミックス基板の中心部の熱が筒状支持体を経てチャンバーに奪われ、セラミックス基板の中心部の温度が局所的に低下することがあった。 However, the bottom of the chamber in which the cylindrical support is installed is generally at a lower temperature than the heating temperature when the wafer holder is heated, and in some cases, the low temperature is maintained by water cooling. Therefore, when one end of the cylindrical support is bonded to, for example, the center of the ceramic substrate, the heat at the center of the ceramic substrate is taken away by the chamber through the cylindrical support, and the center of the ceramic substrate is The temperature sometimes dropped locally.
更に、筒状支持体の接合は、セラミックス基板が変形しようとするのを妨げる働きがある。即ち、セラミックス基板のウエハ載置面とは反対側の面に筒状支持体を接合することによって、ウエハ載置面に比べて当該反対側の面の温度が相対的に低下し、ウエハ載置面側に凸状となるように反る応力がセラミックス基板に働く。しかし、セラミックス基板には筒状支持体が接合されているため、その反りが妨げられることになり、セラミックス基板において筒状支持体の接合部又はその近傍に大きな引っ張り応力がかかるという問題が生ずることがあった。 Further, the joining of the cylindrical support has a function of preventing the ceramic substrate from being deformed. That is, by bonding the cylindrical support to the surface of the ceramic substrate opposite to the wafer mounting surface, the temperature of the opposite surface relative to the wafer mounting surface is relatively lowered, and the wafer mounting is reduced. The stress which warps so as to be convex on the surface side acts on the ceramic substrate. However, since the cylindrical support is bonded to the ceramic substrate, the warpage is hindered, and there arises a problem that a large tensile stress is applied to the bonded portion of the cylindrical support or its vicinity in the ceramic substrate. was there.
上記課題を解決するため、本発明が提供する半導体製造装置用ウエハ保持体は、埋設された発熱体を有し、窒化アルミニウムを主成分とする材料で構成される基板と、前記基板に機械的に結合してこれを支持する筒状の支持体とからなり、前記支持体の内側には前記基板の温度測定用の測温素子を収納する筒状体が設けられており、前記筒状体の内側は大気雰囲気であり且つ前記支持体の内側の雰囲気から隔離されていることを特徴としている。 In order to solve the above-described problems, a wafer holder for a semiconductor manufacturing apparatus provided by the present invention includes a substrate having a heat generating element embedded therein and made of a material mainly composed of aluminum nitride, and mechanically attached to the substrate. A cylindrical support body that is coupled to and supports the cylindrical body, and a cylindrical body that houses a temperature measuring element for measuring the temperature of the substrate is provided inside the support body. The inside is an air atmosphere and is isolated from the atmosphere inside the support.
本発明が提供する別の半導体製造装置用ウエハ保持体は、埋設された複数の発熱体を有し、窒化アルミニウムを主成分とする材料で構成される基板と、前記基板に機械的に結合してこれを支持する筒状の支持体とからなり、前記複数の発熱体は、少なくとも一つが前記基板の内周部を主に加熱すると共に、これとは別の少なくとも一つが前記基板の外周部を主に加熱するものであり、これら内周部及び外周部をそれぞれ加熱する発熱体に対応して複数の測温素子が前記基板にそれぞれ設置されており、前記複数の測温素子のうち少なくとも一つは前記支持体の内側に設けられた筒状体に収納されており、前記筒状体の内側は大気雰囲気であり且つ前記支持体の内側の雰囲気から隔離されていることを特徴としている。 Another wafer holder for a semiconductor manufacturing apparatus provided by the present invention has a plurality of embedded heating elements, a substrate made of a material mainly composed of aluminum nitride, and mechanically coupled to the substrate. And at least one of the plurality of heating elements mainly heats the inner peripheral portion of the substrate, and at least one other one of the outer peripheral portions of the substrate. A plurality of temperature measuring elements are respectively installed on the substrate corresponding to the heating elements for heating the inner peripheral portion and the outer peripheral portion, respectively, and at least of the plurality of temperature measuring elements. One is housed in a cylindrical body provided inside the support, and the inside of the cylindrical body is an air atmosphere and is isolated from the atmosphere inside the support. .
本発明によれば、熱応力によるウエハ保持体の破損が生じにくく、且つ均熱性に優れたウエハ保持体を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a wafer holder that is less likely to break the wafer holder due to thermal stress and is excellent in heat uniformity.
本発明の半導体製造装置用ウエハ保持体の一具体例を、図1を参照しながら説明する。この図1に示すウエハ保持体は、ウエハ載置面1aを備えた略円盤形状のセラミックス基板1を有している。セラミックス基板1は窒化アルミニウムを主成分とする材料により構成されている。その理由は、CVD装置やエッチング装置などの半導体製造装置においては、エッチングやクリーニング等の処理の際に、フッ化物系の腐食性ガスなどに代表されるハロゲン系腐食性ガスを使用しており、窒化アルミニウムはかかる腐食性ガスに対する耐食性に優れているからである。
A specific example of the wafer holder for a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The wafer holder shown in FIG. 1 has a substantially disk-shaped ceramic substrate 1 having a
また、窒化アルミニウムは比較的熱伝導率の高いセラミックスであるため、ウエハを載置して成膜処理等を行う際に高い均熱性を確保することができるからである。これにより、均一な膜厚を形成することが可能となる。なお、窒化アルミニウムを主成分とする材料としては、不可避不純物を除いて窒化アルミニウムのみからなるAlN焼結体のほか、イットリウムを含む希土類元素や、アルカリ土類金属等の焼結助剤を含有したAlN焼結体を使用することができる。 Moreover, since aluminum nitride is a ceramic having a relatively high thermal conductivity, it is possible to ensure high thermal uniformity when a wafer is placed and film formation is performed. Thereby, a uniform film thickness can be formed. In addition, as a material mainly composed of aluminum nitride, in addition to an AlN sintered body made of only aluminum nitride excluding inevitable impurities, a sintering aid such as a rare earth element containing yttrium or an alkaline earth metal was contained. An AlN sintered body can be used.
セラミックス基板1には発熱体2が埋設されており、これにより、成膜などの所定の処理の際に、ウエハ載置面1aに載置されているウエハを加熱することができる。発熱体2の材質としては、特に制約はないが、セラミックス基板1の材料の主成分である窒化アルミニウムとの熱膨張係数差を考慮して、タングステンやモリブデン、及びこれらの合金などが好適である。発熱体2は、例えば上記金属を含むペーストをスクリーン印刷などの方法によって塗布した後、焼結することによって形成することができる。
A
セラミックス基板1には更に高周波電極回路3が埋設されており、これにより、ウエハ保持体が設置されるチャンバー内においてプラスマを発生させることができる。なお、セラミックス基板1には、静電気力によってウエハをウエハ載置面にチャックする静電チャック用電極回路が埋設されていてもよい。これら高周波電極回路3や静電チャック用電極回路も、上記発熱体2と同様に、タングステンやモリブデン、及びこれらの合金等が好適な材料であり、当該金属を含むペーストをスクリーン印刷により塗布した後、焼結することによって形成することができる。
A high-frequency electrode circuit 3 is further embedded in the ceramic substrate 1, whereby plasma can be generated in a chamber in which the wafer holder is installed. The ceramic substrate 1 may be embedded with an electrostatic chuck electrode circuit that chucks the wafer on the wafer mounting surface by electrostatic force. Similarly to the
この一具体例のウエハ保持体は、発熱体2及び高周波電極回路3が埋設されたセラミックス基板1をそのウエハ載置面1aとは反対側の面から支持する筒状支持体4を有している。この筒状支持体4は、セラミックス基板1に機械的に結合されている。これにより、筒状支持体4とセラミックス基板1とをロウ材、ガラス、又は無機接着剤等の接合剤等を用いて化学的に接合する場合とは異なり、信頼性の高い結合を実現することができる。
The wafer holder of this specific example has a
即ち、従来の化学的な接合では、前述したように、セラミックス基板のウエハ載置面に載置したウエハの表面の温度分布を均一にしようとすれば、筒状支持体とセラミックス基板との接合部で大きな応力が働き、場合によってはセラミックス基板そのものが破損してしまうおそれがあった。これに対してこの一具体例のウエハ保持体は、セラミックス基板と筒状支持体とが機械的に結合されているので、上記応力を緩和することができる。 That is, in the conventional chemical bonding, as described above, if the temperature distribution on the surface of the wafer mounted on the wafer mounting surface of the ceramic substrate is made uniform, the bonding between the cylindrical support and the ceramic substrate is performed. A large stress was applied to the part, and in some cases, the ceramic substrate itself could be damaged. On the other hand, since the ceramic substrate and the cylindrical support are mechanically coupled to each other in this specific example, the stress can be relieved.
機械的な結合の具体的構造としては、例えば図1に示すように、筒状支持体4においてセラミックス基板1との結合側端部にフランジ部4aを形成し、このフランジ部4aに周方向に均等な間隔をあけて複数のボルト孔を設けると共に、セラミックス基板1において該ボルト孔に対応する位置に、タングステンやモリブデン等のボルト6を植設する。
As a specific structure of the mechanical coupling, for example, as shown in FIG. 1, a
そして、該ボルト6をフランジ部4aのボルト孔に挿通させた後、ナット7で締め付けることによって、筒状支持体4をセラミックス基板1に機械的に結合することができる。なお、筒状支持体4とチャンバー底部50との間はO−リング等の封止部材で封止するのが好ましい。
The
機械的な結合の他の具体的構造としては、セラミックス基板1の内部に、セラミックス基板1の材料の主成分である窒化アルミニウムに対して比較的熱膨張係数差の少ないタングステンやモリブデン等の金属バルク材を埋設し、該金属バルク材において上記フランジ部4aのボルト孔に対応する位置に雌ネジを形成する。そして、筒状支持体4のフランジ部4aのボルト孔に雄ネジを挿通し、これを上記金属バルク材の雌ネジに螺合することによって、筒状支持体4をセラミックス基板1に結合してもよい。
As another specific structure of the mechanical coupling, a metal bulk such as tungsten or molybdenum having a relatively small difference in thermal expansion coefficient with respect to aluminum nitride which is a main component of the material of the ceramic substrate 1 is provided in the ceramic substrate 1. A material is embedded, and a female screw is formed at a position corresponding to the bolt hole of the
このようにセラミックス基板1と筒状支持体4とを化学的な接合ではなく機械的に結合することによって、例えば上記したボルト孔とボルトとの間や、雄ネジと雌ネジとの間などに若干の空隙(遊び)を生じさせることが可能となり、これにより両者の熱膨張係数差に起因して発生する応力を緩和することができる。
In this way, the ceramic substrate 1 and the
筒状支持体4の材質には特に制約がなく、例えばステンレス、アルミニウム、ニッケル、又はこれらの合金等の金属や、窒化アルミニウム、アルミナ、ムライト等のセラミックスを使用することができる。これらの材質の内では窒化アルミニウムが好ましく、当然のことながらセラミックス基板1と同じ材料にするのが最も好ましい。
There is no restriction | limiting in particular in the material of the
なぜなら、窒化アルミニウムは耐食性に優れるとともに、セラミックス基板1と同等の熱膨張係数となるので、結合部又はその近傍においてセラミックス基板1や筒状支持体4に加わる応力を最も抑えることができるからである。窒化アルミニウム以外では、窒化アルミニウムと比較的熱膨張係数の近いムライト、及びムライトを主成分とする複合体でも好適に使用することができる。
This is because aluminum nitride is excellent in corrosion resistance and has a thermal expansion coefficient equivalent to that of the ceramic substrate 1, so that the stress applied to the ceramic substrate 1 and the
筒状支持体4の内側には、前述したセラミックス基板1内に埋設された発熱体2や高周波電極回路3に対して給電又は接地するためのリード線などの導電体8が収められている。このように筒状支持体4の内側に導電体(電極端子又は単に電極と称することもある)8を収納することによって、当該導電体8をチャンバー内の腐食性雰囲気から保護することができる。この導電体8は更に両端部が気密に封止された絶縁パイプ9で被覆されている。これにより、導電体8をチャンバー内の腐食性雰囲気からより確実に保護することができる。なお、絶縁パイプ9に代えて、あるいは絶縁パイプ9に加えて導電体8の表面に耐食性を有するニッケルメッキを施してもよい。
Inside the
導電体8及びその絶縁パイプ9の構造について具体的に説明すると、図1に示すように、導電体8はその一端部が発熱体2や高周波電極回路3に電気的に接続しており、他端部はチャンバーの底部50を貫通してチャンバーの外部に至っている。また、導電体8を囲む絶縁パイプ9は、その一端部がセラミックス基板1の下面にロウ材などにより密着しており、他端部はチャンバーの底部50の上記導電体8の貫通孔を貫通してチャンバー外部に至っている。
The structure of the
そして、この底部50に設けられた貫通孔の内壁と絶縁パイプ9の外周面との間が、Oリング等の封止部材10によって気密に封止されている。かかる構造により、絶縁パイプ9の内側をその外側の空間から隔離することが可能となる。なお、高周波電極回路3の端子を接地する場合は、端子をチャンバー外部に取りだすことなく接地することもできる。また、静電チャック用電極回路に電気的に接続する導電体においても、上記と同様の絶縁パイプやニッケルメッキを用いて腐食性雰囲気から保護することができる。
The space between the inner wall of the through hole provided in the bottom 50 and the outer peripheral surface of the insulating pipe 9 is hermetically sealed by a sealing
この一具体例のウエハ保持体は、更に筒状支持体4の内側に、セラミックス基板1の温度を測定する熱電対や測温抵抗体等の測温素子11が設けられている。該測温素子11は、前述した絶縁パイプ9と同様に両端部が気密に封止された筒状体12の内部に納められており、これにより測温素子11をチャンバー内の腐食性雰囲気から保護することと、正確な温度測定を行うことが可能となる。
In this specific example, the wafer holder is further provided with a
具体的に説明すると、セラミックス基板1のウエハ載置面1aとは反対側の面には有底孔が設けられており、ここに測温素子11が取り付けられている。測温素子11もしくはそれに電気的に接続するリード線は、筒状支持体4の内側を延在し、更にチャンバーの底部50に設けられた貫通孔を経てチャンバーの外部に至っている。
More specifically, a bottomed hole is provided on the surface of the ceramic substrate 1 opposite to the
一方、当該測温素子11もしくはリード線を囲む筒状体12は、その一端部がロウ材などを用いてセラミックス基板1に対して気密に接合されており、他端部はチャンバー底部50の上記貫通孔を貫通してチャンバー外部に至り、大気雰囲気に開放している。そして、この貫通孔の内壁と筒状体12の外周面との間がOリング等の封止部材10によって気密に封止されている。これにより、筒状体12の内側を大気雰囲気にすると共に、筒状体12の内側をその外側の雰囲気から、即ち筒状支持体4の内側の雰囲気から隔離することが可能となる。
On the other hand, the
このように、筒状体12の内側を外側から隔離して該内側を大気雰囲気にすることによって、この内側に収納した熱電対や測温抵抗体などの測温素子11による温度測定が極めて正確になる。その理由は、熱電対等の測温素子11は、被測定物に接触してその温度を測定するものであるため、被測定物と測温素子11との間にはどうしても微小な空隙が存在している。したがって、測温素子11の周りの雰囲気が変動すると、被測定物の温度が実質的に変化しない場合であっても、測温素子11と被測定物の間に存在する気体分子の種類や数が変化して伝熱係数が変化し、これにより温度測定が不安定になる。
Thus, by isolating the inside of the
即ち、測温素子11でモニターしている温度は、測温素子11の周りに存在する気体分子の影響を受けることになるが、上記したように、筒状体12の内側を外側から隔離すると共に、筒状体12の内側を大気雰囲気にしているので、この筒状体12の内側に収納される熱電対や測温抵抗体などの測温素子11の周りの雰囲気が安定化し、極めて正確な温度測定が可能となる。
That is, the temperature monitored by the
以上説明したように、本発明の一実施形態の半導体製造装置用ウエハ保持体においては、筒状支持体をセラミックス基板に機械的に結合することによって、筒状支持体とセラミックス基板の間に働く応力を緩和することができる。更に、筒状支持体の内側に気密封止された筒状体を設け、その内側にセラミックス基板の温度を測定する測温素子を収納することによって、当該セラミックス基板の温度を正確に測定することができる。これにより、セラミックス基板の温度分布がいわゆるセンタークールになったとしてもウエハ保持体が破損しにくくなる上、均熱性に優れたウエハ保持体を提供することができる。 As described above, in the wafer holder for a semiconductor manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention, the cylindrical support is mechanically coupled to the ceramic substrate, thereby acting between the cylindrical support and the ceramic substrate. Stress can be relaxed. Furthermore, by providing a cylindrical body hermetically sealed inside the cylindrical support and storing a temperature measuring element for measuring the temperature of the ceramic substrate inside thereof, the temperature of the ceramic substrate can be accurately measured. Can do. Thereby, even if the temperature distribution of the ceramic substrate becomes a so-called center cool, the wafer holder is not easily damaged, and a wafer holder excellent in heat uniformity can be provided.
なお、上記の説明においては、セラミックス基板に埋設されている発熱体及び高周波電極回路が金属を含むペーストを焼結して形成したものであったが、これに限定されるものでなく、発熱体に金属の箔やコイルを使用してもよいし、高周波電極回路に金属の箔やメッシュを使用してもよい。 In the above description, the heating element and the high-frequency electrode circuit embedded in the ceramic substrate were formed by sintering a paste containing metal, but the present invention is not limited to this. A metal foil or coil may be used, and a metal foil or mesh may be used for the high-frequency electrode circuit.
例えば図2には、金属のコイルからなる発熱体22と、金属のメッシュからなる高周波電極回路23とが埋設されたセラミック基板21を有するウエハ保持体が示されている。これら発熱体22及び高周波電極回路23には、それぞれモリブデン製の端子24、25が取り付けられており、この端子24、25を介して導電体8が電気的に接続している。なお、図2及び以降の図面において、図1に示す部材と同一の部材には同一の符号を付している。
For example, FIG. 2 shows a wafer holder having a
次に、本発明の半導体製造装置用ウエハ保持体の他の具体例を図3を参照しながら説明する。この図3に示すウエハ保持体は、窒化アルミニウムを主成分とする材料からなるセラミックス基板101と、このセラミックス基板101に機械的に結合してこれを支持する筒状の支持体4とを有している。セラミックス基板101には複数の発熱体102が埋設されており、その内の少なくとも一つがセラミックス基板101の内周部を主に加熱すると共に、これとは別の少なくとも一つはセラミックス基板101の外周部を主に加熱する。
Next, another specific example of the wafer holder for a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The wafer holder shown in FIG. 3 includes a
このように、図3に示すウエハ保持体は、セラミックス基板101に筒状支持体4が機械的に結合していることに加えて、該セラミックス基板101の加熱を、内周部と外周部で別々に行っている。これにより、セラミックス基板101と筒状支持体4との結合部での破壊が生じにくくなることに加えて、優れた温度制御性及び均熱性が得られ、極めて信頼性の高いウエハ保持体を提供することができる。
As described above, in the wafer holder shown in FIG. 3, in addition to the
具体的に説明すると、セラミックス基板101に埋設されている複数の発熱体102は、主に内周部の温度を制御するものと、主に外周部の温度を制御するものを有している。このように複数の発熱体102をセラミックス基板101の別々の領域(ゾーン)にそれぞれ埋設することによって、セラミックス基板101の温度を当該領域ごとに別々にコントロールすることが可能となり、より均熱性に優れたウエハ保持体を実現することができる。
More specifically, the plurality of
これにより、複数の温度条件で成膜を行う場合や、ウエハ径が12インチや18インチ等に大型化した場合であっても、比較的容易に均熱性を向上することが可能となる。なお、複数の発熱体102は、セラミックス基板101を平面視したときに、互いに離間して埋設されていてもよいし、部分的に重なるように埋設されていてもよい。
Thus, even when film formation is performed under a plurality of temperature conditions or when the wafer diameter is increased to 12 inches or 18 inches, the heat uniformity can be improved relatively easily. Note that the plurality of
ところで、セラミックス基板が12インチウエハ用や18インチウエハ用に大型化した場合、セラミックス基板に筒状支持体が化学的に接合されていると、その接合部に加わる応力は、8インチウエハを処理する大きさのウエハ保持体に比較して大幅に大きくなる。従って、セラミックス基板のウエハ載置面に載置されたウエハを均熱に加熱しようとして、セラミックス基板の中心部付近の温度を外周部に比較して相対的に低温にすると、比較的容易にウエハ保持体が破損してしまう。 By the way, when the ceramic substrate is enlarged for a 12-inch wafer or an 18-inch wafer, if the cylindrical support is chemically bonded to the ceramic substrate, the stress applied to the bonded portion is processed on the 8-inch wafer. This is significantly larger than a wafer holder of a size to be used. Therefore, if the temperature of the vicinity of the center of the ceramic substrate is relatively low compared to the outer periphery in order to heat the wafer mounted on the wafer mounting surface of the ceramic substrate to a uniform temperature, the wafer is relatively easy. The holder will be damaged.
この問題を避けるため、この図3に示すウエハ保持体においても、セラミックス基板101を支持する筒状支持体4は、セラミックス基板101に機械的に結合されている。これにより、前述した図1に示すウエハ保持体と同様に、結合部又はその付近に働く応力を大幅に低減させることができる。
In order to avoid this problem, also in the wafer holder shown in FIG. 3, the
また、この図3に示すウエハ保持体は、セラミックス基板101の内周部の温度を測定する測温素子111に加え、外周部の温度を測定する測温素子113を有している。これらの測温素子111、113によって、より高精度の温度コントロールが可能となり、セラミックス基板101の内周部と外周部の温度バランスをとりやすくなる。その結果、より均熱性に優れたウエハ保持体を提供することができる。この場合、内周部及び外周部に設置される測温素子111、113は、当然のことながら、それぞれセラミックス基板101の内周部を加熱する発熱体が埋設されている領域及び外周部を加熱する発熱体が埋設されている領域に設置されている。
The wafer holder shown in FIG. 3 has a
内周部に設置される測温素子111は、前述した図1に示すウエハ保持体と同様に、筒状支持体4の内側に設けた筒状体112によって保護されている。一方、外周部に設置される測温素子113についても、正確な温度測定を行うためには、上記内周部に設置される測温素子111と同様に筒状体で保護して大気雰囲気中で測温することが好ましい。
The
しかし、外周部に設置される測温素子113を内周部に設置される測温素子111と同様に保護するには、セラミックス基板101において筒状支持体4が結合している領域の外側に、測温素子113を保護するための筒状体を気密に取り付ける必要が生ずる。更に、ウエハ保持体が設置されるチャンバーにおいて、筒状支持体4が設置されているチャンバー底部以外の領域に別途貫通孔を穿孔し、この貫通孔と筒状体との間を気密シールする必要がある。このように、装置構造が複雑になる上、ウエハ保持体自体の交換などの際にメンテナンス作業が煩雑になり、誤ってセラミックス基板101や筒状体を破損させる恐れも増大する。
However, in order to protect the
上記問題を避けるため、図3に示すウエハ保持体では、筒状支持体4の内側に設置した測温素子111は両端が封止された筒状体で保護しているものの、筒状支持体4の外側に設置した外周部測定用の測温素子113には筒状体を設けていない。これにより、ウエハ保持体のハンドリングが容易になる上、セラミックス基板に所定のザグリ穴を形成し、そこに熱電対等の測温素子を押し当てるだけで極めて簡単にセラミックス基板101の外周部の温度測定を行うことが可能となる。
In order to avoid the above problem, in the wafer holder shown in FIG. 3, the
外周部に設けた測温素子113を筒状体に収納しないことによって、測温素子113による温度測定にはある程度バラツキが生ずるものの、内周部の温度と外周部の温度を別々に制御することができるので、セラミックス基板101の内周部と外周部の温度バランスを良好にとることができる。よって、セラミックス基板101が著しいセンタークールとなって破損に至る問題を回避することができる。また、極めて高い均熱性を実現することも可能となる。
By not storing the
なお、前述した図1に示すウエハ保持体のような1つの発熱体を用いてセラミックス基板全体を加熱するいわゆる1ゾーンヒータにおいても、筒状支持体の外側に熱電対などの測温素子を筒状体で保護することなく設置してもよい。これにより、セラミックス基板の外周部の温度を測定することができる。設置する場合は、前述した測温素子113と同様に、セラミックス基板のウエハ載置面とは反対側の面において、筒状支持体の外側にザグリ穴を形成し、このザグリ穴に測温素子を挿入すればよい。
In the so-called one-zone heater that heats the entire ceramic substrate using one heating element such as the wafer holder shown in FIG. 1 described above, a temperature measuring element such as a thermocouple is provided outside the cylindrical support. You may install without protecting with a shape. Thereby, the temperature of the outer peripheral part of a ceramic substrate can be measured. When installing, similarly to the
ところで、定常状態におけるセラミックス基板の温度分布は、通常はウエハ保持体周辺の環境や、ウエハ保持体自身の材質等によって決まり、特に1ゾーンヒータの場合は、環境が同一であれば埋設された発熱体の回路パターンによってほぼ一義的に決まる。このため、セラミックス基板の外周部に熱電対等の測温素子を設置するメリットはほとんどないように思える。 By the way, the temperature distribution of the ceramic substrate in a steady state is usually determined by the environment around the wafer holder, the material of the wafer holder itself, and the like. It is determined almost uniquely by the circuit pattern of the body. For this reason, it seems that there is almost no merit which installs temperature measuring elements, such as a thermocouple, in the outer peripheral part of a ceramic substrate.
しかし、昇温過程においては、その昇温速度等によってセラミックス基板の中央部と外縁部との間に温度差が生じる。よって、セラミックス基板の面内温度差を一定に保ったまま昇温する場合や、内周部と外周部の極端な温度差に起因するウエハ保持体の破損を防止する場合には外周部に測温素子を設置して温度をモニターすることにメリットがある。 However, in the temperature rising process, a temperature difference is generated between the central portion and the outer edge portion of the ceramic substrate due to the temperature rising rate or the like. Therefore, when the temperature is increased while keeping the in-plane temperature difference of the ceramic substrate constant, or when the wafer holder is prevented from being damaged due to an extreme temperature difference between the inner and outer peripheral parts, the outer peripheral part is measured. There is merit in installing temperature element and monitoring temperature.
上記説明した本発明の半導体製造装置用ウエハ保持体の他の具体例においては、セラミックス基板101に埋設されている発熱体102及び高周波電極回路103が金属を含むペーストを焼結して形成したものであったが、これに限定されるものでなく、発熱体に金属の箔やコイルを使用してもよいし、高周波電極回路に金属の箔やメッシュを使用してもよい。
In another specific example of the wafer holder for a semiconductor manufacturing apparatus of the present invention described above, the
例えば図4には、金属のコイルからなる発熱体122と、金属のメッシュからなる高周波電極回路123とが埋設されたセラミック基板121を有するウエハ保持体が示されている。これら発熱体122及び高周波電極回路123には、それぞれモリブデン製の端子124、125が取り付けられており、この端子124、125を介して導電体108が電気的に接続している。なお、図4及び以降の図面において、図3に示す部材と同一の部材には同一の符号を付している。
For example, FIG. 4 shows a wafer holder having a
以上、本発明の半導体製造装置用ウエハ保持体について様々な具体例を挙げて説明したが、本発明はこれら具体例に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲内で種々の代替例や変形例を考えることができる。即ち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲及びその均等物に及ぶものである。 As described above, various specific examples of the wafer holder for a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention have been described. However, the present invention is not limited to these specific examples, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. Alternatives and variations can be considered. That is, the technical scope of the present invention covers the claims and their equivalents.
(実施例1)
直径320mm、厚み8mmの窒化アルミニウム(AlN)製の基板を用意し、その一方の面にスクリーン印刷法によりタングステンペーストを塗布し、1ゾーンからなる発熱体のパターンを形成した。もう一方の面にも上記と同様にスクリーン印刷法により高周波電極回路としての円形のパターンを形成した。次にこれを700℃の窒素雰囲気中で脱脂した後、1800℃の窒素雰囲気中で焼成した。
Example 1
A substrate made of aluminum nitride (AlN) having a diameter of 320 mm and a thickness of 8 mm was prepared, and a tungsten paste was applied to one surface thereof by screen printing to form a heating element pattern consisting of one zone. A circular pattern as a high-frequency electrode circuit was formed on the other surface by the screen printing method in the same manner as described above. Next, this was degreased in a nitrogen atmosphere at 700 ° C. and then fired in a nitrogen atmosphere at 1800 ° C.
このようにしてタングステン層からなる発熱体及び高周波電極回路が形成されたAlN基板に、AlN−Al2O3−Y2O3を主成分とするペーストを両面に塗布し、700℃の窒素雰囲気中で脱脂した。脱脂後、発熱体が形成された面に、別に用意した直径320mm、厚み8mmのAlN基板を重ね合わせると共に、高周波電極回路を形成した面に、更に別に用意した直径320mm、厚み3mmのAlN基板を重ね合わせた。これをホットプレス炉で1750℃、50tの圧力で接合した。 A paste mainly composed of AlN—Al 2 O 3 —Y 2 O 3 is applied to both sides of the AlN substrate on which the heating element and the high-frequency electrode circuit formed of the tungsten layer are formed in this manner, and a nitrogen atmosphere at 700 ° C. Degreased in. After degreasing, a separately prepared AlN substrate having a diameter of 320 mm and a thickness of 8 mm is superimposed on the surface on which the heating element is formed, and a separately prepared AlN substrate having a diameter of 320 mm and a thickness of 3 mm is further formed on the surface on which the high-frequency electrode circuit is formed. Superimposed. This was joined in a hot press furnace at 1750 ° C. and a pressure of 50 t.
次に、上記で得られた接合体において、発熱体の電極取り出し部分、及び高周波電極回路の外部電極設置付近に座繰り加工を施して、埋設された上記タングステン層をそれぞれ露出させた。これら露出部分にタングステンペーストを塗布し、1700℃の窒素雰囲気中で焼成してメタライズ層を形成した。次に、ニッケルメッキを施したタングステン製電極を上記メタライズ層に活性金属ロウを用いて接合した。更に、ニッケルメッキを施したモリブデン電極をタングステン製電極に接続し、更にニッケル電極をモリブデン電極に接続し、電極を完成させた。そして、これら電極の外側をムライト−アルミナの複合体からなる絶縁パイプ9で覆うと共に、チャンバー底部に設けた貫通孔からチャンバーの外部に延出させた。なお、絶縁パイプ9の一端部はセラミックス基板1に対してガラスを用いて気密に接合し、他端部はチャンバーに対してO−リングを用いて気密に封止した。 Next, in the joined body obtained above, countersink processing was performed in the vicinity of the electrode lead-out portion of the heating element and the external electrode placement of the high-frequency electrode circuit to expose the buried tungsten layer. A tungsten paste was applied to these exposed portions and baked in a nitrogen atmosphere at 1700 ° C. to form a metallized layer. Next, a nickel-plated tungsten electrode was joined to the metallized layer using an active metal braze. Further, the nickel electrode plated molybdenum electrode was connected to the tungsten electrode, and the nickel electrode was further connected to the molybdenum electrode to complete the electrode. The outside of these electrodes was covered with an insulating pipe 9 made of a mullite-alumina composite, and extended outside the chamber from a through hole provided at the bottom of the chamber. One end of the insulating pipe 9 was hermetically bonded to the ceramic substrate 1 using glass, and the other end was hermetically sealed to the chamber using an O-ring.
次に、上記接合体のほぼ中央部分にザグリ加工を施して直径3mm、深さ8mmの有底孔を設け、そこに熱電対の先端部を挿入した。更に、筒状支持体を結合するため、上記接合体の所定の5箇所にザグリ加工を行って、そこに直径4mmのタングステン製のボルトを挿入し、ガラスを用いた接着により固定した。一方、両端にフランジ部を備えた筒状支持体を用意し、その片方のフランジ部の上記ボルトに対応する位置に貫通孔を設けた。そして、上記ボルトを対応する貫通孔に挿通させた後、タングステン製のナットで該ボルトを締め付けて図1に示すように筒状支持体を固定した。なお、接合体には外周加工と、12インチウエハを装着するためのウエハポケットの形成を行った。 Next, a counterbore process was performed on the substantially central portion of the joined body to provide a bottomed hole having a diameter of 3 mm and a depth of 8 mm, and the tip of the thermocouple was inserted therein. Furthermore, in order to join the cylindrical support, a counterbore process was performed at five predetermined positions of the joined body, and a tungsten bolt having a diameter of 4 mm was inserted therein and fixed by adhesion using glass. On the other hand, the cylindrical support body which provided the flange part at both ends was prepared, and the through-hole was provided in the position corresponding to the said volt | bolt of the one flange part. And after inserting the said volt | bolt through a corresponding through-hole, this bolt was fastened with the nut made from tungsten, and the cylindrical support body was fixed as shown in FIG. The bonded body was subjected to peripheral processing and formation of a wafer pocket for mounting a 12-inch wafer.
次に、熱電対を収納すべく、窒化アルミニウム製のパイプの一端部を上記熱電対が挿入されたザグリ部にガラスで接合し、他端部をチャンバー底部に設けた貫通孔から延出させた。そして、このパイプの外周面と貫通孔との間をO−リングにて気密シールした。出来上がったウエハ保持体をチャンバー内に装着した。そして、ウエハポケットにウエハ温度計を装着し、発熱体に通電して400℃に加熱した。このとき、チャンバー雰囲気内の圧力を真空、1Torr、10Torr、及び100Torrに段階的に変化させながら、熱電対で測定した温度に基づいてウエハ保持体の温度を制御した。 Next, in order to accommodate the thermocouple, one end of an aluminum nitride pipe was joined to the counterbore part into which the thermocouple was inserted with glass, and the other end was extended from a through hole provided in the bottom of the chamber. . And between the outer peripheral surface of this pipe and the through-hole was airtightly sealed with an O-ring. The completed wafer holder was mounted in the chamber. A wafer thermometer was attached to the wafer pocket, and the heating element was energized and heated to 400 ° C. At this time, the temperature of the wafer holder was controlled based on the temperature measured by the thermocouple while the pressure in the chamber atmosphere was changed stepwise to vacuum, 1 Torr, 10 Torr, and 100 Torr.
その結果、チャンバー内の圧力の変化に対して、温度の制御性は良好であり、チャンバー内の圧力変化にほとんど左右されることなく(即ち、圧力の影響を受けることなく)、安定した温度制御ができることがわかった。また、いずれの圧力条件下においてもウエハ面内での温度分布は±2℃以内に収まっており、良好な均熱性が得られることがわかった。 As a result, the temperature controllability is good with respect to the pressure change in the chamber, and the temperature control is stable regardless of the pressure change in the chamber (that is, not affected by the pressure). I found out that In addition, the temperature distribution in the wafer plane was within ± 2 ° C. under any pressure condition, and it was found that good thermal uniformity was obtained.
(比較例1)
実施例1との比較のため、実施例1で使用したウエハ保持体に対して、図5に示すように、熱電対の保護に使用した窒化アルミニウム製のパイプに貫通孔Aを穿孔し、更に当該パイプの端部に樹脂Bを詰めて内側を封止した。このウエハ保持体に対して実施例1と同様の実験を行った。その結果、チャンバー内の圧力変動に対して、熱電対の表示温度が安定するまでに5分以上かかり、それにともない、ウエハの温度も390〜410℃程度の間で変化し安定しなかった。
(Comparative Example 1)
For comparison with Example 1, the wafer holder used in Example 1 was drilled with a through hole A in a pipe made of aluminum nitride used for thermocouple protection, as shown in FIG. The end of the pipe was filled with resin B and sealed inside. The same experiment as in Example 1 was performed on this wafer holder. As a result, it took more than 5 minutes for the display temperature of the thermocouple to stabilize with respect to the pressure fluctuation in the chamber, and accordingly, the wafer temperature varied between about 390 to 410 ° C. and was not stable.
(比較例2)
実施例1との比較のため、図6に示すようなウエハ保持体を作製した。このウエハ保持体は、セラミック基板と筒状支持体との間にAlN−Y2Oを主成分とするペーストを塗布し、1700℃、2時間、圧力10kg/cm2のホットプレスにて接合したことと、筒状支持体の内側は大気雰囲気としたこと以外は実施例1のウエハ保持体と同様にして作製した。このウエハ保持体に対して実施例1と同様の実験を行った。
(Comparative Example 2)
For comparison with Example 1, a wafer holder as shown in FIG. In this wafer holder, a paste mainly composed of AlN—Y 2 O is applied between a ceramic substrate and a cylindrical support, and bonded by hot pressing at 1700 ° C. for 2 hours and a pressure of 10 kg / cm 2 . This was made in the same manner as the wafer holder of Example 1 except that the inside of the cylindrical support was an air atmosphere. The same experiment as in Example 1 was performed on this wafer holder.
その結果、300℃近傍までは、実施例1と同様に昇温することができたものの、筒状支持体の内側が大気雰囲気に維持されていたため、熱電対の温度が300℃の時、ウエハ温度計の温度は中心部が外周部に比較して約10℃程度低かった。更に、熱電対の温度が380℃付近の時、セラミック基板と筒状支持体との接合部近傍を起点としてウエハ保持体が破損した。 As a result, although it was possible to raise the temperature up to about 300 ° C. in the same manner as in Example 1, the inside of the cylindrical support was maintained in the air atmosphere, so when the temperature of the thermocouple was 300 ° C., the wafer The temperature of the thermometer was about 10 ° C. lower at the center than at the outer periphery. Furthermore, when the temperature of the thermocouple was around 380 ° C., the wafer holder was damaged starting from the vicinity of the joint between the ceramic substrate and the cylindrical support.
(実施例2)
実施例1に示すタングステンペーストの塗布及び焼成により形成された発熱体及び高周波電極回路を有するセラミック基板に代えて、それぞれモリブデン製のコイル及びメッシュからなる発熱体及び高周波電極回路を有するセラミックス基板を作製した。具体的には、窒化アルミニウムの顆粒をスプレードライにより作製し、これをプレス成形することによって先ず直径320mm、厚み10mmのプレス体を作製した。このプレス体にザグリ加工を施し、発熱体となるモリブデンコイルを装着した。なお、モリブデンコイルの両端には、電極と接続するためのモリブデンの端子を接続した。
(Example 2)
In place of the ceramic substrate having the heating element and the high-frequency electrode circuit formed by applying and firing the tungsten paste shown in Example 1, a heating element and a ceramic substrate having a high-frequency electrode circuit each made of a coil and mesh made of molybdenum are produced. did. Specifically, aluminum nitride granules were prepared by spray drying, and a press body having a diameter of 320 mm and a thickness of 10 mm was first prepared by press molding. The press body was counterbored and a molybdenum coil serving as a heating element was attached. In addition, the molybdenum terminal for connecting with an electrode was connected to the both ends of the molybdenum coil.
次に、このプレス体を金型に装着すると共に窒化アルミニウムの顆粒を挿入し、プレス成形した。引き続き、得られたプレス体にモリブデン端子を装着したモリブデンメッシュを設置すると共に窒化アルミニウムの顆粒を挿入し、プレス成形し、成形体を作製した。出来上がった成形体を700℃の窒素雰囲気中で脱脂した後、窒素雰囲気中のホットプレスにて圧力200kg/cm2、1800℃、2時間で加熱してAlN製のセラミック基板を作製した。 Next, the press body was mounted on a mold, and aluminum nitride granules were inserted and press-molded. Subsequently, a molybdenum mesh equipped with a molybdenum terminal was placed on the obtained pressed body, and aluminum nitride granules were inserted and press-molded to produce a molded body. The formed body was degreased in a nitrogen atmosphere at 700 ° C., and then heated at a pressure of 200 kg / cm 2 and 1800 ° C. for 2 hours with a hot press in a nitrogen atmosphere to produce an AlN ceramic substrate.
以降は実施例1と同様にして図2に示すようなウエハ保持体を作製した。このウエハ保持体に対して実施例1と同様の実験を行った。その結果、実施例1と同じ良好な結果が得られた。 Thereafter, a wafer holder as shown in FIG. 2 was produced in the same manner as in Example 1. The same experiment as in Example 1 was performed on this wafer holder. As a result, the same good results as in Example 1 were obtained.
(比較例3)
実施例2との比較のため、実施例2で使用したウエハ保持体に対して、図7に示すように、熱電対の保護に使用した窒化アルミニウム製のパイプに貫通孔Aを穿孔し、更に当該パイプの端部に樹脂Bを詰めて内側を封止した。このウエハ保持体に対して実施例2と同様の実験を行った。その結果、チャンバー内の圧力変動に対して、熱電対の表示温度が安定するまでに5分以上かかり、それにともない、ウエハの温度も390〜410℃程度の間で変化し安定しなかった。つまり、比較例1とほぼ同様の結果となった。
(Comparative Example 3)
For comparison with Example 2, the wafer holder used in Example 2 was drilled with a through hole A in an aluminum nitride pipe used to protect the thermocouple, as shown in FIG. The end of the pipe was filled with resin B and sealed inside. The same experiment as in Example 2 was performed on this wafer holder. As a result, it took more than 5 minutes for the display temperature of the thermocouple to stabilize with respect to the pressure fluctuation in the chamber, and accordingly, the wafer temperature varied between about 390 to 410 ° C. and was not stable. That is, almost the same result as in Comparative Example 1 was obtained.
(比較例4)
実施例2との比較のため、図8に示すようなウエハ保持体を作製した。このウエハ保持体は、比較例2と同様にしてセラミック基板と筒状支持体とを化学的に接合することと、筒状支持体の内側を大気雰囲気としたこと以外は実施例2のウエハ保持体と同様にして作製した。このウエハ保持体に対して実施例2と同様の実験を行った。
(Comparative Example 4)
For comparison with Example 2, a wafer holder as shown in FIG. 8 was produced. This wafer holder is the same as in Comparative Example 2, except that the ceramic substrate and the cylindrical support are chemically bonded, and that the inside of the cylindrical support is in an atmospheric atmosphere. It was produced in the same manner as the body. The same experiment as in Example 2 was performed on this wafer holder.
その結果、300℃近傍までは、実施例1と同様に昇温することができた。しかし、筒状支持体の内側が大気雰囲気に維持されていたため、熱電対の温度で300℃の時、ウエハ温度計の温度は中心部が外周部に比較して約10℃程度低かった。更に、熱電対の温度が380℃付近の時、セラミック基板と筒状支持体との接合部近傍を起点としてウエハ保持体が破損した。 As a result, it was possible to raise the temperature up to around 300 ° C. as in Example 1. However, since the inside of the cylindrical support was maintained in an air atmosphere, when the thermocouple temperature was 300 ° C., the temperature of the wafer thermometer was about 10 ° C. lower than the outer periphery. Furthermore, when the temperature of the thermocouple was around 380 ° C., the wafer holder was damaged starting from the vicinity of the joint between the ceramic substrate and the cylindrical support.
(実施例3)
図3に示すようなウエハ保持体を作製した。このウエハ保持体は、直径250mm以内の内周部に埋設された第1の発熱体と、直径250〜320mmの外周部に埋設され、中心部近傍まで引き回された第2の発熱体とからなる2ゾーンの発熱体が埋設されたセラミックス基板を使用したことと、該セラミックス基板において筒状支持体の外側に形成したザグリ部に上記第2の発熱体で加熱されている領域の温度をモニターする熱電対を設置した以外は実施例1と同様にして作製した。なお、図3においては、簡単のため発熱体102用の電極(導電体8)は2つしか示されていないが、実際には同形状のものが4つ存在する。
(Example 3)
A wafer holder as shown in FIG. 3 was produced. The wafer holder includes a first heating element embedded in an inner peripheral portion having a diameter of 250 mm or less and a second heating element embedded in an outer peripheral portion having a diameter of 250 to 320 mm and routed to the vicinity of the center portion. And the temperature of the region heated by the second heating element on the counterbore formed on the outside of the cylindrical support on the ceramic substrate. This was produced in the same manner as in Example 1 except that a thermocouple was installed. In FIG. 3, only two electrodes (conductors 8) for the
このウエハ保持体にウエハ温度計を搭載し、内周部と外周部の温度が均一になるように、内周部と外周部にそれぞれ設置した熱電対の温度をモニターしながら昇温させた。その結果、400℃の時点で、ウエハ温度計の温度で±0.5℃に制御することができた。また、実施例1と同様にチャンバー内の圧力を変化させたところ、筒状支持体の内側の熱電対のみで温度制御をすると、実施例1と同様に安定した温度をウエハ温度計で確認することができた。その際、2つの発熱体の出力に関しては、400℃で得られたデータを基に、これら出力の比率を固定することで安定化することができた。 A wafer thermometer was mounted on the wafer holder, and the temperature was raised while monitoring the temperature of the thermocouples installed on the inner and outer peripheral parts so that the inner peripheral and outer peripheral parts would have a uniform temperature. As a result, at the time of 400 ° C., the temperature of the wafer thermometer could be controlled to ± 0.5 ° C. Further, when the pressure in the chamber was changed in the same manner as in Example 1, when the temperature was controlled only with the thermocouple inside the cylindrical support, a stable temperature was confirmed with a wafer thermometer as in Example 1. I was able to. At that time, the outputs of the two heating elements could be stabilized by fixing the ratio of these outputs based on the data obtained at 400 ° C.
(実施例4)
図4に示すようなウエハ保持体を作製した。このウエハ保持体は、直径250mm以内の内周部に埋設された第1の発熱体と、直径250〜320mmの外周部に埋設され、中心部近傍まで引き回された第2の発熱体とからなる2ゾーンの発熱体が埋設されたセラミックス基板を使用したことと、該セラミックス基板において筒状支持体の外側に形成したザグリ部に上記第2の発熱体で加熱されている領域の温度をモニターする熱電対を設置した以外は実施例3と同様にして作製した。なお、図4においては、簡単のため発熱体122用の電極(導電体8)は2つしか示されていないが、実際には同形状のものが4つ存在する。
Example 4
A wafer holder as shown in FIG. 4 was produced. The wafer holder includes a first heating element embedded in an inner peripheral portion having a diameter of 250 mm or less and a second heating element embedded in an outer peripheral portion having a diameter of 250 to 320 mm and routed to the vicinity of the center portion. And the temperature of the region heated by the second heating element on the counterbore formed on the outside of the cylindrical support on the ceramic substrate. This was produced in the same manner as in Example 3 except that a thermocouple was installed. In FIG. 4, for simplicity, only two electrodes (conductor 8) for the
このウエハ保持体にウエハ温度計を搭載し、内周部と外周部の温度が均一になるように、内周部と外周部にそれぞれ設置した熱電対の温度をモニターしながら昇温させた。その結果、400℃の時点で、ウエハ温度計の温度で±0.5℃に制御することができた。また、実施例1と同様にチャンバー内の圧力を変化させたところ、筒状支持体の内側の熱電対のみで温度制御をすると、実施例2と同様に安定した温度をウエハ温度計で確認することができた。その際、2つの発熱体の出力に関しては、400℃で得られたデータを基に、これら出力の比率を固定することで安定化することができた。 A wafer thermometer was mounted on the wafer holder, and the temperature was raised while monitoring the temperature of the thermocouples installed on the inner and outer peripheral parts so that the inner peripheral and outer peripheral parts would have a uniform temperature. As a result, at the time of 400 ° C., the temperature of the wafer thermometer could be controlled to ± 0.5 ° C. Further, when the pressure in the chamber was changed in the same manner as in Example 1, when the temperature was controlled only with the thermocouple inside the cylindrical support, a stable temperature was confirmed with a wafer thermometer as in Example 2. I was able to. At that time, the outputs of the two heating elements could be stabilized by fixing the ratio of these outputs based on the data obtained at 400 ° C.
(比較例5)
実施例3との比較のため、比較例2と同様にセラミック基板と筒状支持体とを接合すること以外は実施例3と同様にしてウエハ保持体を作製した。そして2つの熱電対の温度を確認しながら、内周部が外周部に比較して20℃高い状態を保ちながら、ウエハ温度計の平均温度が400℃になるまで昇温した。そして、外周部の発熱体の出力を徐々に上げながら、内周部の発熱体の出力を絞り、ウエハ温度が均一になるように出力調整を行った。その結果、ウエハの温度で中心部が406℃、外周部が393℃までは均熱調整できたが、そこから更に外周部の出力を上昇し、内側の出力を絞ったところで、筒状支持体との接合部近傍を起点にウエハ保持体が破損した。
(Comparative Example 5)
For comparison with Example 3, a wafer holder was produced in the same manner as in Example 3 except that the ceramic substrate and the cylindrical support were joined as in Comparative Example 2. And while confirming the temperature of two thermocouples, it heated up until the average temperature of the wafer thermometer became 400 degreeC, maintaining an inner peripheral part 20 degreeC higher than an outer peripheral part. Then, while gradually increasing the output of the outer peripheral heating element, the output of the inner peripheral heating element was reduced to adjust the output so that the wafer temperature was uniform. As a result, it was possible to adjust soaking up to 406 ° C. at the central part and 393 ° C. at the outer peripheral part of the wafer temperature. The wafer holder was damaged starting from the vicinity of the joint.
1 セラミックス基板
2 発熱体
3 高周波電極回路
4 筒状支持体
6 ボルト
7 ナット
8 導電体
9 絶縁パイプ
10 封止部材
11 測温素子
12 筒状体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (3)
複数の測温素子が前記基板に設置されており、
前記複数の測温素子のうち少なくとも一つは前記支持体の内側に設けられた筒状体に収納されて前記支持体の内側の雰囲気から隔離されており、これとは別の少なくとも一つの他の測温素子は前記支持体の外側であって且つ他の筒状体に収納されることなく前記支持体の外側の雰囲気に設けられている半導体製造装置用ウエハ保持体。 A wafer for a semiconductor manufacturing apparatus, comprising a substrate having an embedded heating element and made of a material mainly composed of aluminum nitride, and a cylindrical support that is mechanically coupled to and supports the substrate. A holding body,
A plurality of temperature measuring elements are installed on the substrate,
At least one of the plurality of temperature measuring elements is housed in a cylindrical body provided inside the support body and is isolated from the atmosphere inside the support body. The temperature measuring element is a wafer holder for a semiconductor manufacturing apparatus provided outside the support and in an atmosphere outside the support without being housed in another cylindrical body.
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