JP6532806B2 - Substrate support device - Google Patents
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Description
本発明は、静電チャック電極が埋設されている基体の吸着面においてウエハ等の基板を吸着保持する静電チャックなど、基体により基板を支持する装置に関する。 The present invention relates to an apparatus for supporting a substrate by a substrate, such as an electrostatic chuck that holds a substrate such as a wafer by suction on the suction surface of the substrate on which the electrostatic chuck electrode is embedded.
一対の同種材または異種材よりなる基板(ウエハ)のそれぞれの表面を活性化処理し、当該一対の基板を常温で接合する際、各基板を吸着保持するために静電チャックが用いられている。静電チャックを構成する略平板状のセラミックス焼結体からなる基体においてウエハが吸着される表面とは反対側の第2裏面に金属製の基台が接着剤によって接着されている。基台の内部には水などの冷却媒体を流通させるための流路が形成されており、この流路に冷却媒体が流されることによって基体およびウエハの冷却が図られている(たとえば特許文献1および特許文献2参照)。 An electrostatic chuck is used to hold each substrate by suction when the surfaces of a pair of similar or dissimilar substrates (wafers) are activated, and the pair of substrates are bonded at normal temperature. . In a substrate made of a substantially flat plate-like ceramic sintered body constituting an electrostatic chuck, a metal base is adhered by an adhesive to a second back surface opposite to the front surface to which a wafer is adsorbed. A flow path for circulating a cooling medium such as water is formed inside the base, and the substrate and the wafer are cooled by flowing the cooling medium through the flow path (for example, Patent Document 1) And Patent Document 2).
金属製の基体のほか、アルミニウムのような金属をマトリックスとし、それにSiCのようなセラミックスを分散させた複合材を接合したものも開示されている(たとえば特許文献3参照)。セラミック焼結体で溝を内部に形成する構成が提案されている(たとえば特許文献4参照)。 In addition to a metal substrate, a metal matrix such as aluminum is used as a matrix, and a composite material in which a ceramic such as SiC is dispersed thereto is also disclosed (see, for example, Patent Document 3). A configuration has been proposed in which the groove is formed inside by a ceramic sintered body (see, for example, Patent Document 4).
しかし、静電チャックと金属製基台とを接合して一体化するとき接着剤の熱伝導率の低さのために基台による基体および基板の冷却効率が不十分なものとなる場合がある。そこで、ボルト締めなどにより基体および基台を機械的に圧着させることが考えられるが、基体および基台の間に局所的に間隙が残存し、基板の均一な温度調節が困難になる場合がある。 However, when the electrostatic chuck and the metal base are joined and integrated, the cooling efficiency of the base and the substrate by the base may be insufficient due to the low thermal conductivity of the adhesive. . Therefore, it is conceivable to mechanically press-bond the base and base by bolting etc., but a gap may remain locally between the base and base, making uniform temperature control of the base difficult. .
また、冷却効率を高めるため冷媒に水を用いることが有効であるが、基台が水に対して腐食しない素材(例えば銅、真鍮)である必要があった。そのためアルミニウム系の素材は水が使用できず、その代わりに熱伝達率の劣る水とエチレングリコールの混合液やシリコーンオイル、パーフルオロ系の冷媒を用いる必要があった。 In addition, although it is effective to use water as the refrigerant in order to enhance the cooling efficiency, it has been necessary for the base to be a material that does not corrode water (for example, copper, brass). Therefore, water can not be used as the aluminum-based material, and instead, it has been necessary to use a mixed liquid of water and ethylene glycol having a poor heat transfer coefficient, a silicone oil, and a perfluoro-based refrigerant.
また、基台に銅や真鍮を用いると弾性率、平均線膨張係数や比重により、静電チャックを構成するセラミック焼結体と一体化した場合に、外部荷重による表面の変形が生じたり、表面形状の経時変化が生じた。 In addition, when copper or brass is used as the base, when it is integrated with the ceramic sintered body constituting the electrostatic chuck due to elastic modulus, average coefficient of linear expansion or specific gravity, surface deformation due to external load occurs, or surface A change in shape occurred over time.
そこで、本発明は、基体の冷却効率の向上および温度均一性の向上を図りうる基板支持装置を提供することを目的とする。冷媒として水を使用可能であり、かつ、剛性が高く表面形状の精度が高くかつ経時変化の少ない基板支持装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a substrate supporting apparatus capable of improving the cooling efficiency of the substrate and the temperature uniformity. An object of the present invention is to provide a substrate supporting device which can use water as a refrigerant, has high rigidity, has high accuracy of surface shape, and is less likely to change with time.
本発明は、導電体が埋設されている平板状のセラミックス焼結体からなる第1基体と、内部に冷却媒体を流通させるための流通経路が形成されているセラミックス焼結体からなる第2基体と、を備え、前記第1基体の一端面である第1端面と、前記第2基体の一端面である第2端面とが全体的に接合されることにより構成されている基板支持装置に関する。 According to the present invention, there is provided a first base body made of a flat plate-like ceramic sintered body in which a conductor is embedded, and a second base body made of a ceramic sintered body in which a flow passage for circulating a cooling medium is formed. And a second end surface, which is an end surface of the first base, and a second end surface, which is an end surface of the second base, as a whole.
本発明の基板支持装置は、前記第1端面および前記第2端面のうち少なくとも一方の端面が、その中心を通り、前記第1基体および前記第2基体の接合方向に平行に延在する垂線を有する基準平面から基準角度以下の角度をなして徐々に離間するような凸曲面状に形成され、前記第1端面および前記第2端面をそれぞれの中心よりも外周縁に近い位置で機械的に圧着する圧着機構をさらに備え、前記第1端面および前記第2端面のそれぞれの表面粗さRaが0.01〜0.5[μm]の範囲に含まれていることを特徴とする。 In the substrate supporting apparatus according to the present invention, at least one of the first end surface and the second end surface passes through the center thereof, and a perpendicular extending parallel to the bonding direction of the first base and the second base is used. The first end face and the second end face are mechanically crimped at a position closer to the outer peripheral edge than their respective centers, with a convex curved surface shape that gradually separates from the reference flat surface at an angle less than the reference angle. The first end face and the second end face each have a surface roughness Ra within a range of 0.01 to 0.5 [.mu.m] .
本発明の基板支持装置によれば、第1基体の一端面である第1端面および第2基体の一端面である第2端面のうち少なくとも一方の端面が凸曲面状に形成されている。ここで「凸曲面」とは、当該端面の中心を通り、第1基体および第2基体の接合方向に平行に延在する垂線を有する基準平面から基準角度以下の角度θをなして徐々に離間するような曲面を意味する。すなわち、当該角度θが正値域を定義域としている場合、基準平面の垂線に対して垂直な方向について当該端面の中心からの距離rによる角度θ(r)の1次微分値dθ/drが0または正値であり、かつ、その2次微分値d2θ/dr2が0または正値であるような曲面を意味する。 According to the substrate supporting device of the present invention, at least one of the first end surface which is one end surface of the first base and the second end surface which is one end surface of the second base is formed in a convex curved shape. Here, "convex curved surface" means the center of the end face and gradually separates from the reference plane having a perpendicular extending parallel to the bonding direction of the first base and the second base at an angle θ equal to or less than the reference angle. It means a curved surface that That is, when the angle θ is defined as a positive value range, the first derivative value dθ / dr of the angle θ (r) by the distance r from the center of the end face in the direction perpendicular to the perpendicular of the reference plane is 0 Or, it means a surface that is a positive value and whose second derivative value d 2 θ / dr 2 is 0 or a positive value.
このため、第1端面および第2端面を単に当接させただけでは、中心を含む内側領域では当接する一方、内側領域を取り囲む環状の外側領域においては離間して間隙が存在している状態になる。しかるに、第1端面および第2端面が、それぞれの中心よりも外周縁に近い位置(外側領域に含まれる位置)で機械的に圧着されることで、当該間隙を埋めるように第1基体および第2基体のうち一方または両方が弾性変形した状態になる。この弾性変形の応力によって第1端面および第2端面が内側領域においても確実に圧着される。換言すると、平坦面状の端面同士が機械的に圧着された場合に特に内側領域において両端面の間に間隙が存在するような事態が回避される。このように、接着剤を介さずに第1端面および第2端面を全体的に接合させているので、第2基体(冷却盤)の内部に形成された流通経路を流れる冷却媒体によって、第1基体およびこれに支持されている基板の冷却効率の向上および温度均一性の向上が図られる。 Therefore, when the first end face and the second end face are simply brought into abutment, they abut in the inner area including the center, while they are spaced apart in the annular outer area surrounding the inner area. Become. However, the first end face and the second end face are mechanically crimped at a position closer to the outer peripheral edge (position included in the outer region) than the respective centers, thereby filling the gap between the first base and the second end surface. One or both of the two substrates are in an elastically deformed state. Due to the stress of the elastic deformation, the first end face and the second end face are reliably crimped even in the inner region. In other words, when the flat end faces are mechanically crimped, a situation in which there is a gap between the end faces in the inner region is avoided. As described above, since the first end surface and the second end surface are generally joined without the use of an adhesive, the cooling medium flowing in the flow path formed in the inside of the second base (cooling plate) can be used to The cooling efficiency of the substrate and the substrate supported thereby and the temperature uniformity can be improved.
本発明の一態様の基板支持装置において、前記第1端面が凸曲面状である場合、前記第1端面の前記基準角度が前記第1基体を構成するセラミックス焼結体の弾性率に応じて設定され、前記第2端面が凸曲面状である場合、前記第2端面の前記基準角度が前記第2基体を構成するセラミックス焼結体の弾性率に応じて設定されている。 In the substrate support apparatus according to one aspect of the present invention, when the first end face has a convex curved surface, the reference angle of the first end face is set according to the elastic modulus of the ceramic sintered body that constitutes the first base. When the second end face has a convex curved surface, the reference angle of the second end face is set in accordance with the elastic modulus of the ceramic sintered body forming the second base.
当該構成の基板支持装置によれば、第1基体および第2基体のそれぞれを構成するセラミックス焼結体の弾性率の差異に鑑みて、一方または両方の基体を適度に弾性変形させた状態で前記のように両端面を全体的に圧着させることができる。このため、各基体の耐用期間の延長を図りながら、第1基体およびこれに支持されている基板の冷却効率の向上が図られる。前記基準角度が0.0001〜0.002°の範囲に含まれるように設定されていてもよい。 According to the substrate supporting apparatus having the above configuration, in view of the difference in elastic modulus of the ceramic sintered body constituting each of the first base and the second base, the one or both bases are appropriately elastically deformed. Both end faces can be crimped together as a whole. For this reason, the cooling efficiency of the first substrate and the substrate supported by the first substrate can be improved while extending the life of each substrate. The reference angle may be set to be included in a range of 0.0001 to 0.002 °.
本発明の基板支持装置によれば、前記のように、前記第1端面および前記第2端面のそれぞれの表面粗さRaが0.01〜0.5[μm]の範囲に含まれている。 According to the substrate supporting apparatus of the present invention , as described above, the surface roughness Ra of each of the first end surface and the second end surface is included in the range of 0.01 to 0.5 μm.
当該構成の基板支持装置によれば、各端面の表面粗さRaが適当な範囲に含まれるように調節されることにより、圧着時の両基体のアンカー効果による当接面積の増大、ひいては第1基体および第2基体の間の熱抵抗の低減が図られている。このため、第1基体およびこれに支持されている基板の冷却効率の向上および温度均一性の向上が図られる。 According to the substrate supporting apparatus of the above configuration, the surface roughness Ra of each end surface is adjusted to be included in an appropriate range, thereby increasing the contact area due to the anchor effect of both substrates at the time of pressure bonding, and thus the first The thermal resistance between the substrate and the second substrate is reduced. Therefore, the cooling efficiency of the first substrate and the substrate supported thereby and the temperature uniformity can be improved.
本発明の一態様の基板支持装置において、前記第1端面および前記第2端面の間に20℃での蒸気圧が1E−05Pa以下、望ましくは1E−7Pa以下であり20℃の動粘度が160から1600cSt、望ましくは160〜500cStのグリース、シリコンオイルまたはフッ素系不活性液体が介在している。蒸気圧が十分に低いと真空プロセス中への拡散が抑制され、動粘度が低いほど当接する2面間に介在させることが容易になる。 In the substrate supporting apparatus according to one aspect of the present invention, a vapor pressure at 20 ° C. between the first end face and the second end face is 1E-05 Pa or less, desirably 1E-7 Pa or less, and a kinematic viscosity of 20 ° C. is 160 There are interposed greases, silicone oils or fluorine-based inert liquids of from 1600 cSt, preferably 160-500 cSt. When the vapor pressure is sufficiently low, diffusion into the vacuum process is suppressed, and the lower the kinematic viscosity, the easier it is to intervene between the two abutting surfaces.
当該構成の基板支持装置によれば、両端面の間に存在するわずかな間隙がグリース、シリコンオイルまたはフッ素系不活性液体によって充填され、第1基体および第2基体の間の熱抵抗の低減が図られている。このため、第1基体およびこれに支持されている基板の冷却効率の向上および温度均一性の向上が図られる。 According to the substrate supporting device of the configuration, a slight gap existing between both end faces is filled with grease, silicone oil or a fluorine-based inert liquid, and the reduction of the thermal resistance between the first substrate and the second substrate is achieved. It is designed. Therefore, the cooling efficiency of the first substrate and the substrate supported thereby and the temperature uniformity can be improved.
(構成)
図1に示されている本発明の一実施形態としての基板支持装置は、第1基体1と、第2基体2と、第1基体1に埋設されている導電体3と、第1基体1および第2基体2を機械的に接合するためのボルト4(圧着機構)と、を備えている。本実施形態では、導電体3は静電チャック電極を構成しており、基板支持装置は静電チャックとして構成されている。
(Constitution)
A substrate supporting apparatus according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes a first base 1, a second base 2, a conductor 3 embedded in the first base 1, and a first base 1 And a bolt 4 (crimping mechanism) for mechanically bonding the second base 2. In the present embodiment, the conductor 3 constitutes an electrostatic chuck electrode, and the substrate supporting device is constituted as an electrostatic chuck.
第1基体1は、略平板状のセラミックス焼結体からなり、その一端面(図1の上端面)をウエハなどの基板(図示略)が支持される支持面とし、その他端面(図1の下端面)を第2基体2と接合される第1端面P1としている。本実施形態における第1基体1は略円板状であるが、多角形板状または楕円板状などのさまざまな形状であってもよい。 The first substrate 1 is made of a substantially flat ceramic sintered body, and one end surface (upper end surface in FIG. 1) is a support surface on which a substrate (not shown) such as a wafer is supported. The lower end surface is a first end surface P1 to be bonded to the second base 2. The first base 1 in the present embodiment has a substantially disc shape, but may have various shapes such as a polygonal plate shape or an elliptical plate shape.
第1基体1の支持面には、当該支持面から突出する略円柱状、略半球状または略円錐台状の複数のピンが、三角格子状、正方格子状または同心円状など規則的に配置されるように形成されている。第1基体1には導電体3の一部を(受電端子31が存在しない状態で)露出させるように第1端面P1から略円柱状に窪んでいる第1凹部13が形成されている。第1凹部13の個数および位置は、導電体3の個数および位置に応じて変更される。たとえば、静電チャック電極を構成する一対の導電体3が第1基体1に埋設されている場合、一対の第1凹部13が第1基体1に形成されている。第1基体1にはさらに他端面から略円柱状に窪み、側面に雌ネジ(「圧着機構」を構成する。)が形成されている第2凹部14が形成されている。第2凹部14は、第1基体1の中心よりも外周縁に近く、周方向に分散または離間した複数の位置のそれぞれに形成されている。 On the supporting surface of the first base 1, a plurality of substantially cylindrical, substantially hemispherical or substantially truncated conical pins protruding from the supporting surface are regularly arranged in a triangular lattice, square lattice or concentric circle, etc. It is designed to The first base 1 is formed with a first concave portion 13 which is recessed in a substantially cylindrical shape from the first end surface P1 so as to expose a part of the conductor 3 (in the absence of the power receiving terminal 31). The number and the position of the first recess 13 are changed according to the number and the position of the conductor 3. For example, when the pair of conductors 3 constituting the electrostatic chuck electrode is embedded in the first base 1, the pair of first recesses 13 is formed in the first base 1. The first base 1 is further recessed in a substantially cylindrical shape from the other end surface, and a second concave portion 14 in which a female screw (constituting a "crimp mechanism") is formed on the side surface is formed. The second recess 14 is formed closer to the outer peripheral edge than the center of the first base 1 and is formed at each of a plurality of positions dispersed or separated in the circumferential direction.
導電体3は、薄板状または薄膜状の金属からなり、第1基体1の一端面に対して平行な姿勢で埋設されている。導電体3が静電チャック電極を構成する場合、当該導電体3への電圧印加によって第1基体1の支持面に載置されているウエハなどの基板がクーロン力などによって第1基体1に吸着保持される。導電体3が抵抗発熱体を構成する場合、当該導電体3への電圧印加によって基板の温度の調節が図られる。導電体3が高周波電圧印加用電極(または接地用電極)を構成する場合、当該導電体3およびこれと対をなす、第1基体1に埋設されているまたは第1基体1の外側に配置されている接地用電極(また高周波電圧印加用電極)の間に高周波電圧が印加されることによって基板の周囲にハロゲンガス等のプラズマが生成される。 The conductor 3 is made of a thin plate or thin film metal and is embedded in a posture parallel to one end face of the first base 1. When the conductor 3 constitutes an electrostatic chuck electrode, a substrate such as a wafer mounted on the support surface of the first base 1 is attracted to the first base 1 by Coulomb force or the like by applying a voltage to the conductor 3. It is held. When the conductor 3 constitutes a resistance heating element, the voltage application to the conductor 3 regulates the temperature of the substrate. When the conductor 3 constitutes an electrode for applying a high frequency voltage (or an electrode for grounding), the conductor 3 and a pair thereof are embedded in the first base 1 or disposed outside the first base 1 When a high frequency voltage is applied between the ground electrodes (or high frequency voltage application electrodes), plasma such as halogen gas is generated around the substrate.
第1基体1の第1凹部13には、略円柱状の受電端子31が配置されている。受電端子31には、その下端部から軸線方向に延在し、側面に雌ネジが形成されている略円柱状の凹部312が形成されている。基板支持装置の使用時には、電源(図示略)に接続されている略円柱状の給電端子32が受電端子31に接続される。具体的には、給電端子32の先端部322の側面に形成されている雄ネジと、受電端子31の凹部312の側面に形成されている雌ネジとが螺着される。 A substantially cylindrical power receiving terminal 31 is disposed in the first recess 13 of the first base 1. The power receiving terminal 31 is formed with a substantially cylindrical recess 312 extending in the axial direction from the lower end portion thereof and having a female screw formed on the side surface. When the substrate support device is used, a substantially cylindrical power supply terminal 32 connected to a power supply (not shown) is connected to the power reception terminal 31. Specifically, an external thread formed on the side surface of the tip end portion 322 of the power supply terminal 32 and an internal thread formed on the side surface of the concave portion 312 of the power reception terminal 31 are screwed.
第2基体2は、略平板状のセラミックス焼結体からなり、その一端面(図1の上端面)を第1基体1と接合される第2端面P2としている。第1基体1を構成するセラミックス焼結体の主原料と、第2基体2を構成するセラミックス焼結体の主原料とは相違していてもよく同一であってもよい。本実施形態における第2基体2は略円板状であるが、多角形板状または楕円板状などのさまざまな形状であってもよい。 The second base 2 is made of a substantially flat ceramic sintered body, and one end face (upper end face in FIG. 1) of the second base 2 is a second end face P2 to be bonded to the first base 1. The main raw material of the ceramic sintered body constituting the first base 1 and the main raw material of the ceramic sintered body constituting the second base 2 may be different or identical. The second base 2 in the present embodiment has a substantially disc shape, but may have various shapes such as a polygonal plate shape or an elliptical plate shape.
第2基体2の内部には、水などの冷却媒体が流通させるための流通経路22が形成されている。第2基体2には、第1基体1の第1凹部13に対応する位置に、給電端子32を挿通させるための第1貫通孔23が形成されている。第2基体2には、第1基体1の第2凹部14に対応する位置に第2貫通孔24が形成されている。第2貫通孔24には、他端面(図1の下端面)においてザグリ加工が施されている。これにより、第2貫通孔24は、第2基体2の一端側では小径の略円柱状であり、他端側では大径の略円柱状である、略二段円柱状に形成されている。 A flow path 22 for circulating a cooling medium such as water is formed inside the second base 2. In the second base 2, a first through hole 23 for inserting the feed terminal 32 is formed at a position corresponding to the first recess 13 of the first base 1. A second through hole 24 is formed in the second base 2 at a position corresponding to the second recess 14 of the first base 1. The second through hole 24 has a counterbore formed on the other end surface (the lower end surface in FIG. 1). Thus, the second through hole 24 is formed in a substantially two-step cylindrical shape having a substantially cylindrical shape with a small diameter at one end side of the second base 2 and a substantially cylindrical shape with a large diameter at the other end side.
ボルト4が第2基体2の第2貫通孔24に挿通され、第1基体1の第2凹部14の側面に形成された雌ネジに螺着されることにより、第1基体1および第2基体2が機械的に接合されている。すなわち、第1端面P1および第2端面P2がその中心よりも外周縁に近い位置で機械的に圧着されている。これにより、第1基体1および第2基体2のそれぞれの接合面が、中心寄りの内側領域のみならず外周縁よりの環状の外側領域においても全面的に圧着した状態になる。 The bolt 4 is inserted through the second through hole 24 of the second base 2 and screwed to the female screw formed on the side surface of the second recess 14 of the first base 1, thereby the first base 1 and the second base 2 is mechanically joined. That is, the first end face P1 and the second end face P2 are mechanically crimped at a position closer to the outer peripheral edge than the center thereof. As a result, the bonding surfaces of the first base 1 and the second base 2 are entirely crimped not only in the inner area near the center but also in the annular outer area from the outer peripheral edge.
なお、第2凹部14が貫通孔であり、当該貫通孔および第2基体2の第2貫通孔に挿通されたボルトがナットと螺着されることで、第1基体1および第2基体2が機械的に接合されてもよい。この場合、第1基体1によりその支持面において支持される基板の平坦性を確保するため、ボルトヘッドまたはナットが収容されるようなザグリが第1基体1の支持面の側に形成されていてもよい。そのほか、クランプまたはその他の押圧手段により第1基体1および第2基体2のそれぞれの外周縁付近が複数個所にわたって挟持されることにより第1基体1および第2基体2が機械的に接合されてもよい。この場合、第1基体1における第2凹部14およびその側面の雌ネジならびに第2基体2における第2貫通孔24の形成が省略されうる。 The first base 1 and the second base 2 are formed by screwing the second recess 14 through the through hole and the bolt inserted through the through hole and the second through hole of the second base 2 to the nut. It may be mechanically joined. In this case, in order to ensure the flatness of the substrate supported on the support surface by the first base 1, a counterbore for accommodating a bolt head or a nut is formed on the side of the support surface of the first base 1. It is also good. In addition, even if the vicinity of the outer peripheral edge of each of the first base 1 and the second base 2 is held over a plurality of places by a clamp or other pressing means, the first base 1 and the second base 2 are mechanically joined. Good. In this case, the formation of the second recess 14 in the first base 1 and the female screw on the side surface thereof and the second through hole 24 in the second base 2 may be omitted.
本実施形態では第1端面P1および第2端面P2が凸曲面状に形成されている。第1端面P1および第2端面P2のそれぞれの形状は、それぞれの中心(図2/r−z座標系の中心o)を通り、第1基体1および第2基体2の接合方向に平行に延在する垂線(図2/z軸線)を有する基準平面Pにより定義される。 In the present embodiment, the first end face P1 and the second end face P2 are formed in a convex curved shape. The respective shapes of the first end face P1 and the second end face P2 extend parallel to the bonding direction of the first base 1 and the second base 2 through the respective centers (center o in FIG. 2 / r-z coordinate system) It is defined by a reference plane P having an existing vertical line (FIG. 2 / z axis).
たとえば、第1端面P1は、当該垂線に対して垂直な方向(図2/r軸方向)について、基準平面に対する角度θ1(r)が、0≦r≦r1では0に設計され、r1<r≦R(Rは中心から外周縁までの距離を意味する。)では第1基準角度φ1以下の範囲になるように設計されることで基準平面Pから徐々に離間するような凸曲面状に形成されている。r1<r≦Rにおいて(dθ1/dr)は正値域を値域とする連続関数であり、(d2θ1/dr2)は0および正値域を値域とする連続関数である。たとえば、第1基体1がAlN焼結体(弾性率320[GPa])から形成されている場合、第1基準角度φ1は0.0001〜0.001°の範囲に設定されている。第1基準角度φ1が極めて小さいため、基準平面Pおよび第1端面P1の間隙d1(r)と、角度θ1(r)との関係は、近似式(10)で表現される。間隙d1(r)は、たとえば干渉計を用いて測定される。 For example, in the first end face P1, the angle θ 1 (r) with respect to the reference plane is designed to be 0 for 0 ≦ r ≦ r 1 in the direction perpendicular to the perpendicular (FIG. 2 / r-axis direction) In the case of 1 <r ≦ R (R means the distance from the center to the outer peripheral edge), it is designed to be within the range of the first reference angle φ 1 or less, so that the convex is gradually separated from the reference plane P. It is formed in the shape of a curved surface. When r 1 <r ≦ R, (dθ 1 / dr) is a continuous function with a positive range as a range, and (d 2 θ 1 / dr 2 ) is a continuous function with 0 and a positive range as a range. For example, first substrate 1 may have been formed of AlN sintered body (modulus 320 [GPa]), the first reference angle phi 1 is set in a range of 0.0001 to 0.001 °. Since the first reference angle φ 1 is extremely small, the relationship between the gap d 1 (r) between the reference plane P and the first end face P 1 and the angle θ 1 (r) is expressed by the approximate expression (10). The gap d 1 (r) is measured, for example, using an interferometer.
θ1(r)≒arctan(d1(r)/(r−r1)) ‥(10)。 θ 1 (r) ≒ arctan (d 1 (r) / (r−r 1 )) .. (10).
第1基準角度φ1と、基準平面Pおよび第1端面P1の外周縁の間隙D1=d1(R)との関係は、近似式(12)で表現される。 A first reference angle phi 1, the relationship between the outer periphery of the gap D 1 = d 1 of the reference plane P and the first end face P1 (R) is represented by the approximation formula (12).
φ1≒arctan(D1/(R−r1))‥(12)。 φ 1 ≒ arctan (D 1 / (R-r 1)) ‥ (12).
たとえば、R=170[mm]、r=0[mm]の場合、当該間隙D1は0.3〜3[μm]である。 For example, R = 170 [mm], the case of r = 0 [mm], the gap D 1 is 0.3 to 3 [[mu] m].
第2端面P2は、当該垂線に対して垂直な方向について、基準平面に対する角度θ2(r)が、0≦r≦r2(r2はr1と同一であっても異なっていてもよい。)は0であり、r2<r≦Rでは第2基準角度φ2以下の範囲になるように設計されることで基準平面Pから徐々に離間するような凸曲面状に形成されている。r2<r≦Rにおいて(dθ2/dr)は正値域を値域とする連続関数であり、(d2θ2/dr2)は0および正値域を値域とする連続関数である。たとえば、第2基体2がSiC焼結体(弾性率420[GPa])から形成されている場合、第2基準角度φ2は0.00007〜0.001°の範囲に設定されている。第2基準角度φ1が極めて小さいため、基準平面Pおよび第2端面P2の間隙d2(r)と、角度θ2(r)との関係は、近似式(20)で表現される。間隙d2(r)は、たとえば干渉計を用いて測定される。 The second end face P2 may have an angle θ 2 (r) with respect to the reference plane in a direction perpendicular to the perpendicular, where 0 ≦ r ≦ r 2 (r 2 may be the same as or different from r 1 ) Is 0, and is designed to be within the range of the second reference angle φ 2 or less when r 2 <r ≦ R, thereby forming a convex curved surface gradually separating from the reference plane P. . When r 2 <r ≦ R, (dθ 2 / dr) is a continuous function with a positive range as a range, and (d 2 θ 2 / dr 2 ) is a continuous function with 0 and a positive range as a range. For example, the second substrate 2 may have been formed from SiC sintered body (modulus 420 [GPa]), the second reference angle phi 2 is set in a range of 0.00007 to 0.001 °. Since the second reference angle phi 1 is extremely small, and the gap d 2 between the reference plane P and a second end face P2 (r), the relationship between the angle theta 2 (r) is expressed by the approximation formula (20). The gap d 2 (r) is measured, for example, using an interferometer.
θ2(r)≒arctan(d2(r)/(r−r2)) ‥(20)。 θ 2 (r) ≒ arc tan (d 2 (r) / (r−r 2 )) .. (20).
第2基準角度φ2と、基準平面Pおよび第2端面P2の外周縁の間隙D2=d2(R)との関係は、近似式(22)で表現される。 A second reference angle phi 2, the relationship between the reference plane P and the outer edge of the gap D 2 = d 2 of the second end face P2 (R) is expressed by the approximate equation (22).
φ2≒arctan(D2/(R−r2))‥(22)。 φ 2 ≒ arctan (D 2 / (R-r 2)) ‥ (22).
たとえば、R=170[mm]、r=0[mm]の場合、当該間隙D2は0.2〜3[μm]である。 For example, R = 170 [mm], if r = 0 in [mm], the gap D 2 is 0.2 to 3 [[mu] m].
角度θ1(r)およびθ2(r)のそれぞれの下限値は、凸面形状の測定精度という観点から、0.00007°以上であることが好ましい。第1端面P1および第2端面P2のうち一方が凸曲面状に形成され、他方が平坦面状に形成されてもよい。第1端面P1および第2端面P2のそれぞれの表面粗さRaが0.01〜0.5[μm]の範囲に含まれている。第1基体1および第2基体2のそれぞれの接合面の間にグリース類が介在していてもよい。また蒸気圧が低いシリコンオイル、商品名フロリナート、ノベック(3M製)、または商品名フォンブリン(SOLVAY製)のようなフッ素系不活性液体も使用できる。 The lower limit value of each of the angles θ 1 (r) and θ 2 (r) is preferably 0.00007 ° or more from the viewpoint of the measurement accuracy of the convex surface shape. One of the first end face P1 and the second end face P2 may be formed in a convex curved shape, and the other may be formed in a flat surface. The surface roughness Ra of each of the first end face P1 and the second end face P2 is included in the range of 0.01 to 0.5 [μm]. Greases may be interposed between the respective bonding surfaces of the first base 1 and the second base 2. In addition, a fluorine-based inert liquid such as silicone oil having a low vapor pressure, trade name Fluorinert, Novec (manufactured by 3M) or trade name von Brin (manufactured by SOLVAY) may be used.
(作製方法)
導電体3が埋設されている第1原料粉末の略平板状の成形体が焼成されることで焼結体が作製される。その上で、当該焼結体にピン、第1凹部13および第2凹部14等がブラスト加工または機械加工などの適当な加工法にしたがって形成されることにより第1基体1が製造される。第1凹部13に受電端子31が配置され、受電端子31の上端部を導電体3に対してロウ付けなどにより電気的に接続させる。
(Production method)
A sintered body is produced by firing a substantially flat compact of the first raw material powder in which the conductor 3 is embedded. Then, the first base 1 is manufactured by forming the pins, the first concave portions 13 and the second concave portions 14 and the like in the sintered body according to an appropriate processing method such as blasting or machining. The power receiving terminal 31 is disposed in the first recess 13, and the upper end portion of the power receiving terminal 31 is electrically connected to the conductor 3 by brazing or the like.
第2原料粉末の略平板状の一対の成形体が焼成されることで一対の焼結体が作製される。当該一対の焼結体の一方または両方の端面に溝が形成された上で、当該一対の焼結体が溝を挟むように接合されることにより、溝に対応する流通経路22が内部に形成された接合体が作製される。(特許文献4による接合方法が適用できる)。 A pair of sintered bodies are produced by firing a pair of substantially flat compacts of the second raw material powder. A groove is formed on the end face of one or both of the pair of sintered bodies, and the pair of sintered bodies are joined so as to sandwich the groove, whereby the flow path 22 corresponding to the groove is formed inside The resulting conjugate is prepared. (The bonding method according to Patent Document 4 can be applied).
焼結体の接合材として第2原料粉末と主原料が共通するセラミックス粉末を含む接合材が用いられてもよい。そのほか。接合材としては、石英、ソーダ石灰ガラス、硼珪酸ガラスなどのガラス系接合材が用いられてもよい。当該接合体に、第1貫通孔23および第2貫通孔24等がブラスト加工または機械加工などの適当な加工法にしたがって形成されることにより第2基体2が製造される。 A bonding material containing a ceramic powder in which the main raw material and the second raw material powder are common may be used as a bonding material of the sintered body. others. As a bonding material, glass-based bonding materials such as quartz, soda lime glass, borosilicate glass and the like may be used. The second base 2 is manufactured by forming the first through holes 23 and the second through holes 24 and the like in the joined body according to a suitable processing method such as blasting or machining.
第1原料粉末としては、たとえば高純度(例えば純度99.9%以上)の窒化アルミニウム粉末、必要に応じてこれに適量の酸化イットリウム粉末などの焼結助剤が添加された混合原料粉末が用いられる。第2原料粉末としては、たとえば高純度(例えば純度99.9%以上)の炭化ケイ素粉末が用いられる。そのほか、アルミナ粉末等、他のセラミックス粉末が原料粉末として用いられてもよい。導電体3としては、たとえばMo箔またはMoメッシュが用いられる。 As the first raw material powder, for example, an aluminum nitride powder of high purity (for example, a purity of 99.9% or more), and a mixed raw material powder to which a sintering aid such as yttrium oxide powder is added as appropriate Be As a 2nd raw material powder, the silicon carbide powder of high purity (for example, purity 99.9% or more) is used, for example. Besides, other ceramic powder such as alumina powder may be used as a raw material powder. As conductor 3, for example, Mo foil or Mo mesh is used.
(実施例)
(実施例1)
主原料である窒化アルミニウム(AlN)に3%酸化イットリウム(Y2O3)が添加された原料粉末から成形体が作製され、この成形体が焼成されることによりAlN焼結体が作製された。AlN焼結体の熱伝導率は165[W/mK]、弾性率は320[GPa]、平均線膨張係数は4.5[ppm]、比重は3.3であった。AlN焼結体に適当な加工が施されることにより、直径340[mm]、厚さ12[mm]の第1基体1が作製された。第1基体1の第1端面P1およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが0.05[μm]に調節された。第1端面P1は、r1=0[mm]、φ1=0.00051°(D1=1.5[μm])であるような凸曲面状に形成された。周方向に等間隔に配置されている12個の第2凹部14が形成された。
(Example)
Example 1
A molded body was produced from raw material powder in which 3% yttrium oxide (Y 2 O 3 ) was added to aluminum nitride (AlN), which is the main raw material, and this molded body was fired to produce an AlN sintered body . The thermal conductivity of the AlN sintered body was 165 [W / mK], the elastic modulus was 320 [GPa], the average linear expansion coefficient was 4.5 [ppm], and the specific gravity was 3.3. By subjecting the AlN sintered body to appropriate processing, a first substrate 1 with a diameter of 340 [mm] and a thickness of 12 [mm] was produced. The surface roughness Ra of each of the first end face P1 of the first substrate 1 and the opposite end face was adjusted to 0.05 μm. The first end face P1 is formed in a convex curved surface shape such that r 1 = 0 [mm] and φ 1 = 0.00051 ° (D 1 = 1.5 [μm]). Twelve second recesses 14 arranged at equal intervals in the circumferential direction were formed.
炭化珪素(SiC)を主原料とする原料粉末から成形体が作製され、この成形体が焼成されることによりSiC焼結体が作製された。SiC焼結体の熱伝導率は150[W/mK]、弾性率は420[GPa]、平均線膨張係数は5.0[ppm]、比重は3.2であった。SiC焼結体に適当な加工が施されることにより、直径340[mm]、厚さ20[mm]の第2基体2が作製された。第2基体2の第2端面P2およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが0.05[μm]に調節された。第2端面P2は、r2=0[mm]、φ2=0.00051°(D2=1.5[μm])であるような凸曲面状に形成された。周方向に等間隔に配置されている12個の第2貫通孔24が形成された。 A green body was produced from raw material powder containing silicon carbide (SiC) as a main raw material, and the green body was fired to produce a SiC sintered body. The thermal conductivity of the SiC sintered body was 150 [W / mK], the elastic modulus was 420 [GPa], the average linear expansion coefficient was 5.0 [ppm], and the specific gravity was 3.2. By subjecting the SiC sintered body to appropriate processing, a second substrate 2 having a diameter of 340 mm and a thickness of 20 mm was produced. The surface roughness Ra of each of the second end face P2 of the second substrate 2 and the opposite end face was adjusted to 0.05 μm. The second end face P2 is formed in a convex curved surface shape such that r 2 = 0 [mm], φ 2 = 0.00051 ° (D 2 = 1.5 [μm]). Twelve second through holes 24 arranged at equal intervals in the circumferential direction were formed.
第1基体1および第2基体2が、12本のボルト4(M6、PCD.320[mm])により、周方向に等間隔に配置された箇所で機械的に圧着されることにより実施例1の基板支持装置が構成された。 The first base 1 and the second base 2 are mechanically crimped by means of twelve bolts 4 (M6, PCD. 320 [mm]) at locations equally spaced in the circumferential direction. The substrate support device of
(実施例2)
第1基体1の第1端面P1およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが0.04[μm]に調節された。第1端面P1は、r1=30[mm]、φ1=0.0008°(D1=2.0[μm])であるような凸曲面状に形成された。第2基体2の第2端面P2およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが0.04[μm]に調節された。第2端面P2は、r2=30[mm]、φ2=0.0006°(D2=1.5[μm])であるような凸曲面状に形成された。これらの他は、実施例1と同一の条件下で実施例2の基板支持装置が構成された。
(Example 2)
The surface roughness Ra of each of the first end face P1 of the first substrate 1 and the opposite end face was adjusted to 0.04 μm. The first end face P1 is formed in a convex curved surface shape such that r 1 = 30 [mm] and φ 1 = 0.0008 ° (D 1 = 2.0 [μm]). The surface roughness Ra of each of the second end face P2 of the second substrate 2 and the opposite end face was adjusted to 0.04 [μm]. The second end face P2 is formed in a convex curved surface shape such that r 2 = 30 [mm] and φ 2 = 0.0006 ° (D 2 = 1.5 [μm]). The substrate supporting device of Example 2 was configured under the same conditions as Example 1 except for these.
(実施例3)
第1基体1の第1端面P1およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが1.0[μm]に調節された。第1端面P1は、r1=85[mm]、φ1=0.001°(D1=1.5[μm])であるような凸曲面状に形成された。第2基体2の第2端面P2およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが1.0[μm]に調節された。第2端面P2は、r2=85[mm]、φ2=0.0007°(D2=1.0[μm])であるような凸曲面状に形成された。これらの他は、実施例1と同一の条件下で実施例3の基板支持装置が構成された。
(Example 3)
The surface roughness Ra of each of the first end face P1 of the first base 1 and the end face opposite to the first end face was adjusted to 1.0 μm. The first end face P1 is formed in a convex curved surface shape such that r 1 = 85 [mm], φ 1 = 0.001 ° (D 1 = 1.5 [μm]). The surface roughness Ra of each of the second end face P2 of the second base 2 and the opposite end face was adjusted to 1.0 μm. The second end face P2 is formed in a convex curved surface shape such that r 2 = 85 [mm], φ 2 = 0.0007 ° (D 2 = 1.0 [μm]). The substrate supporting device of Example 3 was configured under the same conditions as Example 1 except for these.
(実施例4)
第1基体1の第1端面P1およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが0.05[μm]に調節された。第1端面P1は、r1=0[mm]、φ1=0.0001°(D1=0.3[μm])であるような凸曲面状に形成された。第2基体2の第2端面P2およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが0.05[μm]に調節された。第2端面P2は、r2=0[mm]、φ2=0.0001°(D2=0.3[μm])であるような凸曲面状に形成された。これらの他は、実施例1と同一の条件下で実施例4の基板支持装置が構成された。
(Example 4)
The surface roughness Ra of each of the first end face P1 of the first substrate 1 and the opposite end face was adjusted to 0.05 μm. The first end face P1 is formed in a convex curved surface shape such that r 1 = 0 [mm] and φ 1 = 0.0001 ° (D 1 = 0.3 [μm]). The surface roughness Ra of each of the second end face P2 of the second substrate 2 and the opposite end face was adjusted to 0.05 μm. The second end face P2 is formed in a convex curved surface shape such that r 2 = 0 [mm], φ 2 = 0.0001 ° (D 2 = 0.3 [μm]). The substrate supporting apparatus of Example 4 was configured under the same conditions as Example 1 except for these.
(実施例5)
第1基体1の第1端面P1およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが0.05[μm]に調節された。第1端面P1は、r1=0[mm]、φ1=0.002°(D1=6.0[μm])であるような凸曲面状に形成された。第2基体2の第2端面P2およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが0.05[μm]に調節された。第2端面P2は、r2=0[mm]、φ2=0.002°(D2=6.0[μm])であるような凸曲面状に形成された。これらの他は、実施例1と同一の条件下で実施例5の基板支持装置が構成された。
(Example 5)
The surface roughness Ra of each of the first end face P1 of the first substrate 1 and the opposite end face was adjusted to 0.05 μm. The first end face P1 is formed in a convex curved surface shape such that r 1 = 0 [mm] and φ 1 = 0.002 ° (D 1 = 6.0 [μm]). The surface roughness Ra of each of the second end face P2 of the second substrate 2 and the opposite end face was adjusted to 0.05 μm. The second end face P2 is formed in a convex curved surface shape such that r 2 = 0 [mm] and φ 2 = 0.002 ° (D 2 = 6.0 [μm]). The substrate supporting device of Example 5 was configured under the same conditions as Example 1 except for these.
(実施例6)
第1基体1の第1端面P1およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが1.0[μm]に調節された。第1端面P1は、r1=85[mm]、φ1=0.002°(D1=3.0[μm])であるような凸曲面状に形成された。第2基体2の第2端面P2およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが1.0[μm]に調節された。第2端面P2は、r2=85[mm]、φ2=0.0015°(D2=2.2[μm])であるような凸曲面状に形成された。これらの他は、実施例1と同一の条件下で実施例6の基板支持装置が構成された。
(Example 6)
The surface roughness Ra of each of the first end face P1 of the first base 1 and the end face opposite to the first end face was adjusted to 1.0 μm. The first end face P1 is formed in a convex curved surface shape such that r 1 = 85 [mm] and φ 1 = 0.002 ° (D 1 = 3.0 [μm]). The surface roughness Ra of each of the second end face P2 of the second base 2 and the opposite end face was adjusted to 1.0 μm. The second end face P2 is formed in a convex curved surface shape such that r 2 = 85 [mm], φ 2 = 0.0015 ° (D 2 = 2.2 [μm]). The substrate supporting device of Example 6 was configured under the same conditions as Example 1 except for these.
(実施例7)
第1基体1の第1端面P1およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが0.05[μm]に調節された。第1端面P1は、r1=0[mm]、φ1=0.00009°(D1=0.26[μm])であるような凸曲面状に形成された。第2基体2の第2端面P2およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが0.05[μm]に調節された。第2端面P2は、r2=85[mm]、φ2=0.00009°(D2=0.26[μm])であるような凸曲面状に形成された。これらの他は、実施例1と同一の条件下で実施例7の基板支持装置が構成された。
(Example 7)
The surface roughness Ra of each of the first end face P1 of the first substrate 1 and the opposite end face was adjusted to 0.05 μm. The first end face P1 is formed in a convex curved surface shape such that r 1 = 0 [mm] and φ 1 = 0.00009 ° (D 1 = 0.26 [μm]). The surface roughness Ra of each of the second end face P2 of the second substrate 2 and the opposite end face was adjusted to 0.05 μm. The second end face P2 is formed in a convex curved surface shape such that r 2 = 85 [mm], φ 2 = 0.00009 ° (D 2 = 0.26 [μm]). The substrate supporting device of Example 7 was configured under the same conditions as Example 1 except for these.
(実施例8)
第1基体1の第1端面P1およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが0.05[μm]に調節された。第1端面P1は、r1=0[mm]、φ1=0.0025°(D1=7.5[μm])であるような凸曲面状に形成された。第2基体2の第2端面P2およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが0.05[μm]に調節された。第2端面P2は、r2=85[mm]、φ2=0.0025°(D2=7.5[μm])であるような凸曲面状に形成された。これらの他は、実施例1と同一の条件下で実施例8の基板支持装置が構成された。
(Example 8)
The surface roughness Ra of each of the first end face P1 of the first substrate 1 and the opposite end face was adjusted to 0.05 μm. The first end face P1 is formed in a convex curved surface shape such that r 1 = 0 [mm] and φ 1 = 0.0025 ° (D 1 = 7.5 [μm]). The surface roughness Ra of each of the second end face P2 of the second substrate 2 and the opposite end face was adjusted to 0.05 μm. The second end face P2 is formed in a convex curved surface shape such that r 2 = 85 mm and φ 2 = 0.0025 ° (D 2 = 7.5 μm). The substrate supporting device of Example 8 was configured under the same conditions as Example 1 except for these.
(参考例)
第1基体1の第1端面P1およびその反対側の端面のそれぞれの表面粗さRaが0.2[μm]に調節された。第1端面P1は平面状に形成された。第2基体2に代えて、銅(熱伝導率400W/mK、弾性率120GPa、平均線膨張係数16.8ppm、比重8.9)からなり、内部に流通経路が形成されている冷却盤が、第1基体1と機械的圧着ではなく、有機接着剤により接着された。接着剤層の厚さは100[μm]であった。これらの他は、実施例1と同一の条件下で参考例1の基板支持装置が構成された。
(Reference example)
The surface roughness Ra of each of the first end face P1 of the first base 1 and the opposite end face was adjusted to 0.2 μm. The first end face P1 is formed in a planar shape. In place of the second substrate 2, a cooling disk made of copper (thermal conductivity 400 W / mK, elastic modulus 120 GPa, average linear expansion coefficient 16.8 ppm, specific gravity 8.9), in which a flow path is formed, is The first substrate 1 was bonded not by mechanical pressure bonding but by an organic adhesive. The thickness of the adhesive layer was 100 μm. The substrate supporting device of Reference Example 1 was configured under the same conditions as Example 1 except for these.
(評価方法)
冷媒としての水を第2基体2の流通経路22(または冷却盤の流通経路)に流量5[L/min]で流した際の、第1基体1により支持されているシリコンウエハ(基板)と冷媒との間の総括熱伝達率h1[W/m2K]と、第1基体1と冷媒との間の総括熱伝達率h2[W/m2K]とが測定された。
(Evaluation method)
The silicon wafer (substrate) supported by the first base 1 when water as a refrigerant is flowed through the flow path 22 of the second base 2 (or the flow path of the cooling plate) at a flow rate of 5 [L / min] The overall heat transfer coefficient h 1 [W / m 2 K] with the refrigerant and the overall heat transfer coefficient h 2 [W / m 2 K] between the first base 1 and the refrigerant were measured.
総括熱伝達率の評価は、基板上面より抵抗加熱またはランプ加熱によりに一定の熱量を投入し、基板の温度T1、第1基体1の表面温度T2および第1端面P1の温度T3、第2端面P2の温度T4、第2基体2の温度T5(側面の中間高さまたは第2基体2の中実部であって内在する冷媒溝近傍の位置)、流通経路22の入口における冷媒の温度T6、流通経路22の出口における冷媒の温度T7および冷媒の流量Lを測定する。温度測定には接触式の熱電対で直接測定するかまたは非接触手段として赤外線カメラを用いて測定物の放射率から温度を換算することによって行う。 In the evaluation of the overall heat transfer rate, a constant amount of heat is supplied from the upper surface of the substrate by resistance heating or lamp heating, the temperature T 1 of the substrate, the surface temperature T 2 of the first substrate 1 and the temperature T 3 of the first end face P 1, The temperature T 4 of the second end face P 2, the temperature T 5 of the second base 2 (intermediate height of the side surface or a solid portion of the second base 2 and a position near the underlying refrigerant groove), at the inlet of the flow path 22 The temperature T 6 of the refrigerant, the temperature T 7 of the refrigerant at the outlet of the flow path 22, and the flow rate L of the refrigerant are measured. The temperature is measured by a contact type thermocouple directly or by converting the temperature from the emissivity of the object using an infrared camera as a non-contact means.
基板から冷却盤(第2基体2)に貫通する熱量Q(W)は、流通経路22の入口および出口における冷媒の温度差(T6−T5)、冷媒の流量および冷媒の比熱より推定する。
このとき基板と冷媒間の総括熱伝達率h1は、以下の式(31)で推定する。ここでSは基板の面積とする。
The amount of heat Q (W) penetrating from the substrate to the cooling plate (second base 2) is estimated from the temperature difference (T 6 -T 5 ) of the refrigerant at the inlet and outlet of the flow path 22, the flow rate of the refrigerant and the specific heat of the refrigerant .
At this time, the overall heat transfer coefficient h 1 between the substrate and the refrigerant is estimated by the following equation (31). Here, S is the area of the substrate.
h1=Q/{S(T1−T6)} ‥(31)。 h 1 = Q / {S ( T 1 -T 6)} ‥ (31).
同様に、第1基体1の表面と冷媒との間の総括熱伝達率h2は、以下の式(32)で推定する。 Similarly, the overall heat transfer coefficient h 2 between the surface of the first substrate 1 and the refrigerant is estimated by the following equation (32).
h2=Q/{S(T2−T6)} ‥(32)。 h 2 = Q / {S ( T 2 -T 6)} ‥ (32).
当該評価結果が、表1にまとめて示されている。
前記構成の基板支持装置(静電チャック)によれば、第1端面P1および第2端面P2のそれぞれが凸曲面状に形成されている。このため、第1端面P1および第2端面P2のそれぞれを単に当接させただけでは、中心を含む内側領域では当接する一方、内側領域を取り囲む環状の外側領域においては離間して間隙が存在している状態になる(図2参照)。しかるに、第1端面P1および第2端面P2が、それぞれの中心よりも外周縁に近い位置(外側領域に含まれる位置)でボルト4および第1基体1の第2凹部14に形成された雌ネジの螺着によって機械的に圧着される。 According to the substrate support device (electrostatic chuck) having the above-described configuration, each of the first end surface P1 and the second end surface P2 is formed in a convex curved surface. Therefore, when the first end face P1 and the second end face P2 are simply brought into abutment, they abut in the inner area including the center, while there is a gap in the annular outer area surrounding the inner area. (See Figure 2). However, the female screw formed in the bolt 4 and the second recess 14 of the first base 1 at a position where the first end surface P1 and the second end surface P2 are closer to the outer peripheral edge than the respective centers (a position included in the outer region). Mechanically crimped by screwing
これにより、当該間隙を埋めるように第1基体1および第2基体2の両方が弾性変形し、この弾性変形の応力によって第1端面P1および第2端面P2が内側領域においても確実に圧着される。このように、接着剤を介さずに第1端面P1および第2端面P2を全体的に接合させているので、第2基体2(冷却盤)の内部に形成された流通経路22を流れる冷却媒体によって、第1基体1およびこれに支持されている基板の冷却効率の向上および温度均一性の向上が図られる。 Thereby, both of the first base 1 and the second base 2 are elastically deformed so as to fill the gap, and the stress of the elastic deformation ensures that the first end face P1 and the second end face P2 are crimped also in the inner region . As described above, since the first end face P1 and the second end face P2 are entirely joined without an adhesive, the cooling medium flowing through the flow path 22 formed inside the second base 2 (cooling board) Thus, the cooling efficiency of the first substrate 1 and the substrate supported thereby and the temperature uniformity can be improved.
また、第1基体1および第2基体2の熱抵抗を小さくできるため、第1基体1により支持されている基板の温度を、第2基体2の流通経路22を流れる冷媒としての水の温度に近づけることができる。第2基体2にSiCのような高剛性素材が使用できるため外部荷重による表面の変形を小さくすることができる。第1基体1と第2基体2との線膨張差が緩和されることによって残留応力が抑制され、経年変化の小さい形状安定性の優れた構造となった。また、高比剛性から軽量構造とすることができた。 Further, since the thermal resistances of the first base 1 and the second base 2 can be reduced, the temperature of the substrate supported by the first base 1 is set to the temperature of water as the refrigerant flowing through the flow path 22 of the second base 2. It can be approached. Since a high rigidity material such as SiC can be used for the second base 2, it is possible to reduce the deformation of the surface due to the external load. By reducing the difference in linear expansion between the first substrate 1 and the second substrate 2, residual stress is suppressed, and a structure having excellent shape stability with a small secular change is obtained. Moreover, it was possible to make it a lightweight structure from high specific rigidity.
1‥第1基体、2‥第2基体、3‥導電体、4‥ボルト(圧着機構)、31‥受電端子、32‥給電端子、P‥基準平面、P1‥第1端面、P2‥第2端面。
1 .. first substrate, 2 .. second substrate, 3 .. conductor, 4 .. bolt (crimp mechanism), 31 .. power receiving terminal, 32 .. feeding terminal, P .. reference plane, P1 .. first end face, P2 .. second End face.
Claims (4)
内部に冷却媒体を流通させるための流通経路が形成されているセラミックス焼結体からなる第2基体と、を備え、
前記第1基体の一端面である第1端面と、前記第2基体の一端面である第2端面とが全体的に接合されることにより構成されている基板支持装置であって、
前記第1端面および前記第2端面のうち少なくとも一方の端面が、その中心を通り、前記第1基体および前記第2基体の接合方向に平行に延在する垂線を有する基準平面から基準角度以下の角度をなして徐々に離間するような凸曲面状に形成され、
前記第1端面および前記第2端面をそれぞれの中心よりも外周縁に近い位置で機械的に圧着する圧着機構をさらに備え、
前記第1端面および前記第2端面のそれぞれの表面粗さRaが0.01〜0.5[μm]の範囲に含まれていることを特徴とする基板支持装置。 A first substrate made of a flat ceramic sintered body in which a conductor is embedded;
And a second base body made of a ceramic sintered body in which a flow passage for circulating a cooling medium is formed.
It is a substrate supporting device constituted by joining the 1st end face which is one end face of said 1st base, and the 2nd end face which is 1 end of said 2nd base in general.
At least one of the first end surface and the second end surface has a perpendicular line extending parallel to the bonding direction of the first base and the second base through the center thereof and having a reference angle or less It is formed in the shape of a convex curved surface that gradually separates at an angle,
It further comprises a crimping mechanism for mechanically crimping the first end face and the second end face at positions closer to the outer peripheral edge than their respective centers ,
The substrate supporting device characterized in that the surface roughness Ra of each of the first end surface and the second end surface is included in the range of 0.01 to 0.5 [μm] .
前記第1端面が凸曲面状である場合、前記第1端面の前記基準角度が前記第1基体を構成するセラミックス焼結体の弾性率に応じて設定され、前記第2端面が凸曲面状である場合、前記第2端面の前記基準角度が前記第2基体を構成するセラミックス焼結体の弾性率に応じて設定されていることを特徴とする基板支持装置。 In the substrate support apparatus according to claim 1,
When the first end face has a convex curved surface, the reference angle of the first end face is set according to the elastic modulus of the ceramic sintered body that constitutes the first base, and the second end face has a convex curved surface. In this case, the reference angle of the second end face is set in accordance with the elastic modulus of the ceramic sintered body forming the second base.
前記基準角度が0.0001〜0.002°の範囲に含まれるように設定されていることを特徴とする基板支持装置。 The substrate support apparatus according to claim 1 or 2
A substrate support apparatus, wherein the reference angle is set to be included in a range of 0.0001 to 0.002 °.
前記第1端面および前記第2端面の間にグリース、シリコンオイルまたはフッ素系不活性液体が介在していることを特徴とする基板支持装置。 The substrate support apparatus according to any one of claims 1 to 3 .
A substrate supporting device characterized in that grease, silicone oil or a fluorine-based inert liquid is interposed between the first end face and the second end face.
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