JPH0917849A - Semiconductor wafer holding device, its manufacture and its use method - Google Patents

Semiconductor wafer holding device, its manufacture and its use method

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JPH0917849A
JPH0917849A JP16195795A JP16195795A JPH0917849A JP H0917849 A JPH0917849 A JP H0917849A JP 16195795 A JP16195795 A JP 16195795A JP 16195795 A JP16195795 A JP 16195795A JP H0917849 A JPH0917849 A JP H0917849A
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semiconductor wafer
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Inventor
Naohito Yamada
直仁 山田
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Ngk Insulators Ltd
日本碍子株式会社
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Abstract

PURPOSE: To use a susceptor even in a high temperature region, control a temperature thereof and prevent breakdown thereof by controlling a surface temperature of a ceramics susceptor by taking a heat quantity away by a cooling medium. CONSTITUTION: A semiconductor wafer holding device has a semiconductor wafer holding member 2 with a nitride ceramics base 3 for holding a semiconductor wafer and a metallic cooling device 11 and is also provided with an interposed layer 9 which is held between the semiconductor wafer holding member 2 and the cooling device 11. The interposed layer 9 consists of a combination body or a foaming body of fiber formed of a heat resistant material.

Description

【発明の詳細な説明】 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 [0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置用の半導体ウエハー保持装置、その製造方法およびその使用方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor wafer holding apparatus for a semiconductor manufacturing device, a manufacturing method thereof and methods of use thereof.

【0002】 [0002]

【従来の技術】例えば、CVD法、スパッタリング法、 BACKGROUND OF THE INVENTION For example, CVD method, a sputtering method,
エッチング法等の半導体プロセスにおいては、いわゆるサセプターの上に半導体ウエハーを設置し、このサセプターを加熱して半導体ウエハーを加熱している。 In semiconductor processes etching method or the like, a semiconductor wafer was placed on a so-called susceptor, and heating the semiconductor wafer by heating the susceptor. この際、最近は、セラミックス製の静電チャックをサセプターとして使用し、半導体ウエハーをサセプターに対して吸着しながら加熱処理を行うことが開示されている(特開昭59−124140号公報)。 At this time, recently, a ceramic electrostatic chuck is used as a susceptor, performing heat treatment is disclosed with adsorbing a semiconductor wafer against the susceptor (JP 59-124140 JP). また、セラミックスヒーターをサセプターとして使用し、このセラミックスヒーターの上に半導体ウエハーを設置し、これを直接加熱することが知られている。 Further, the ceramic heater is used as a susceptor, the semiconductor wafer on a ceramic heater installed, it is known to heat it directly. しかし、半導体ウエハーの生産量を向上させるためには、サセプター上の半導体ウエハーを、着脱サイクルにおける温度変化を抑制するための加熱と冷却とを応答性良く行うことが必要であり、 However, in order to improve the production of semiconductor wafers, the semiconductor wafer on the susceptor, it is necessary to perform a good response to heating and cooling for suppressing the temperature change in the removable cycle,
このためにはサセプターに対して冷却装置を結合する必要がある。 For this purpose it is necessary to combine the cooling device relative to the susceptor.

【0003】また、本出願人は、セラミックスサセプターの内部に高周波電極を埋設し、この高周波電極に対する対向電極をサセプターに対向する位置に設置し、これらの間にプラズマを発生させて半導体膜を育成することを開示した(特願平6−149273号明細書、本出願時未公開)。 [0003] The present applicant has a high-frequency electrode embedded in the ceramic susceptor, the counter electrode for the high-frequency electrode is placed at a position facing the susceptor, growing a semiconductor film by generating plasma between them It disclosed the (Japanese Patent application 6-149273 specification, unpublished at the present application). この装置においては、プラズマの熱量が半導体ウエハーに対して加わり、その温度が変動するので、プラズマから入射する熱量の冷却機構を設けることによって半導体ウエハーの温度制御を行うことが望まれる。 In this device, heat of plasma is applied to the semiconductor wafer, because the temperature is varied, it is desirable to control the temperature of the semiconductor wafer by providing a cooling mechanism of heat entering from the plasma.

【0004】静電チャックを水冷式の金属冷却板に対して金属ボンディングによって結合する技術が提案されている(特開平3−3249号公報)。 [0004] Techniques for binding the metal bonding has been proposed an electrostatic chuck to the metal cooling plate water-cooled (JP-A-3-3249). また、複数のセラミック層を備えた静電チャックにおいて、これらのうちの中間のセラミック層に冷媒の流通路を形成し、この流通路に冷媒を流すことによって静電チャックの表面温度を低下させる技術が提案されている(特開平3−108 Further, in the electrostatic chuck having a plurality of ceramic layers, forming a flow passage of the refrigerant in the intermediate ceramic layers of these, to lower the surface temperature of the electrostatic chuck by flowing a coolant in the flow path technique There has been proposed (JP-a-3-108
737号公報)。 737 JP).

【0005】 [0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、本発明者は、 The object of the invention is to be Solved However, the present inventors have found that,
これら2種類の公知の技術がいずれも問題を有していることを確認した。 These two types of known techniques it was confirmed that both have a problem. 即ち、特開平3−3249号公報記載の技術においては、具体的には、アルミナ等からなる静電チャックとアルミニウム製の水冷冷却板とをインジウムで結合している。 That is, in the technique of JP-A-3-3249 JP, specifically, the electrostatic chuck and an aluminum water-cooled plate made of alumina or the like is bonded with indium. しかし、インジウムの融点は約16 However, the melting point of indium is from about 16
0℃であり、その使用温度範囲はせいぜい150℃以下と低いために、半導体製造装置では適用範囲がきわめて狭い。 0 is ° C., for the temperature range below the lower most 0.99 ° C., is very narrow scope of application in semiconductor manufacturing device. また、もっと高融点の金属ろうを使用して両者を接合することを試みたが、接合後に、静電チャックを構成するセラミックスと水冷冷却板を構成する金属との間での熱膨張差によって両者の界面に多大な残留応力が発生し、破壊が生ずるために、製造が困難であった。 Further, both the more tried to joining them together using a high melting point of the metal brazing, after bonding, thermal expansion difference between the metal constituting the ceramic and water-cooled plate constituting the electrostatic chuck great residual stress at the interface occurred, in order to destroy occurs, manufacturing is difficult. むろん、インジウムのような低融点の金属を使用すればこの残留応力を減少させることができるが、この場合には前述したように使用温度範囲が狭くなってしまう。 Of course, it is possible to reduce the residual stresses Using low melting point metal such as indium, temperature range is narrowed as described above in this case. また、 Also,
樹脂によって静電チャックと水冷冷却板とを結合する技術もあるが、これも耐熱性が低く、使用温度範囲が非常に狭い。 Although some techniques for coupling the electrostatic chuck and the water cooled cooling plate by the resin, which is low in heat resistance, operating temperature range is very narrow.

【0006】更に、半導体製造装置においては、デポジション用ガス、エッチング用ガス、クリーニング用ガスとして、塩素系ガス、フッ素系ガス等の腐食性ガスが使用されている。 Furthermore, in the semiconductor manufacturing apparatus, a deposition gas, etching gas, a cleaning gas, chlorine gas, corrosive gas such as a fluorine-based gas is used. これらの腐食性ガスにさらされても腐食されにくい金属ボンディング材料を選定することは困難である。 It is difficult to be exposed to these corrosive gases selecting corroded refractory metal bonding material.

【0007】特開平3−108737号公報の技術についても検討した。 [0007] was also examined Hei 3-108737 Patent Publication of technology. しかし、静電チャックの表面側へと、 However, to the surface side of the electrostatic chuck,
プラズマや電子ビームからの熱量が入ってくるので、静電チャックの表面が加熱される。 Since incoming heat from the plasma, electron beam, the surface of the electrostatic chuck it is heated. 基材を熱伝導性の低いセラミックスで形成し、高密度プラズマを使用すると、 When the substrate is formed with a low thermal conductivity ceramic, using a high density plasma,
基材の表面の温度が700〜800℃まで上昇して基材が割れるおそれがある。 The temperature of the surface of the substrate is likely to crack is increased to the substrate to 700 to 800 ° C.. この熱を奪って温度を制御するために、冷媒通路に冷媒を流すわけであるが、この際に静電チャックの表面と冷媒の流通路との間に温度差が発生する。 To control the temperature deprives the heat, but not allowing the refrigerant to flow through the refrigerant passage, a temperature difference is generated between the passage surface and the refrigerant of the electrostatic chuck during this. 特に、静電チャックの表面側でプラズマを発生させる場合にはこの温度差が大きくなる。 In particular, the temperature difference increases in the case of generating a plasma in the surface side of the electrostatic chuck. このために、 For this,
静電チャックの内部での温度勾配が顕著に増大し、多大な熱応力が発生するので、セラミックス基材に破壊が発生するおそれがあることが判明してきた。 Electrostatic temperature gradient inside the chuck is significantly increased, since the great thermal stress is generated, breaking the ceramic substrate has been found that may occur.

【0008】本発明の課題は、セラミックス製のサセプターの表面温度、更には半導体ウエハーの温度を、冷却媒体で熱量を奪うことによって制御できるようにすることである。 An object of the present invention, the surface temperature of the ceramic susceptor, the more temperature of the semiconductor wafer is to be controlled by taking away heat in the cooling medium. 更には、セラミックス製のサセプターを高温、特に200℃以上の高温領域でも使用し、その温度制御をできるようにすることであり、またその破壊を防止できるようにすることである。 Furthermore, the ceramic susceptor hot, also used in particular 200 ° C. or higher high temperature region is that to allow the temperature control, also it is to be able to prevent its destruction.

【0009】 [0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、半導体ウエハーを保持するための、窒化物セラミックス基材を備えた半導体ウエハー保持部材と、金属製の冷却装置と、半導体ウエハー保持部材と冷却装置との間に挟まれている、 The present invention SUMMARY OF THE INVENTION are, for holding a semiconductor wafer, a semiconductor wafer-holding member having a nitride ceramic substrate, a metal cooling system, a semiconductor wafer-holding member and the cooling device It is sandwiched between,
耐熱材料製の繊維の結合体または発泡体からなる介在層とを備えていることを特徴とする、半導体ウエハー保持装置に係るものである。 Characterized in that it comprises a intermediate layer consisting of conjugates or foam of heat-resistant material made of fibers, but according to the semiconductor wafer holding apparatus.

【0010】また、本発明では、上記の半導体ウエハー保持部材を製造するのに際して、半導体ウエハー保持部材と冷却装置との間に介在層を挟んで固定し、次いで半導体保持部材と冷却装置と介在層を機械的に固定して一体化する。 [0010] In the present invention, when for manufacturing the semiconductor wafer holding member, the intervening layer is sandwiched therebetween secured between the semiconductor wafer-holding member and the cooling device, then the semiconductor holding member and the cooling device and the intervening layer the integrated and mechanically fixed.

【0011】また、本発明では、上記の半導体ウエハー保持部材を使用するのに際して、介在層に圧力を加え、 [0011] In the present invention, when to use the semiconductor wafer holding member, the pressure to the intermediate layer,
この圧力を調整することによって半導体ウエハー保持部材と前記冷却装置との間の熱伝達量を調整する。 By adjusting the pressure adjusting heat transfer between the semiconductor wafer-holding member and the cooling device.

【0012】本発明者は、半導体ウエハー保持部材と金属製の冷却装置との間に、耐熱材料製の繊維の結合体または発泡体からなる介在層を挟んでみた。 [0012] The present inventors have, between the semiconductor wafer-holding member and the metallic cooling device, tried to sandwich the intermediate layer consisting of conjugates or foam fibers made of refractory material. ここで、繊維の結合体とは、繊維を編んで製造した結合体を含んでおり、具体的には繊維の網や織布である。 Here, the conjugate fiber includes a conjugate prepared by knitting fiber is specifically a fiber with a net or woven fibers. また、繊維を編むことなく、多数の繊維を互いにからみ合わせたり、熱や接着剤によって結合して製造した結合体を含んでおり、具体的にはフェルト、ウエブ、不織布等がある。 Further, without knitting the fibers, or entangled multiple fibers together includes a conjugate prepared bound to by heat or adhesive, in particular a felt, the web, there is a non-woven fabric or the like. また、発泡体とは、内部に多数の気孔を有している材料を言い、この気孔は閉気孔または開気孔であってよい。 Further, the foam means a material having a plurality of pores therein, the pores may be closed pores or open pores. ここで、耐熱材料とは、少なくとも200℃で溶融しない材料を言い、具体的にはこうした金属やセラミックスが好ましい。 Here, the heat-resistant material refers to a material that does not melt at least 200 ° C., in particular those metals and ceramics are preferable.

【0013】これらの材料は、通常は断熱材や電池の電極材料として使用されているものである。 [0013] These materials are usually those that have been used as electrode materials for insulation and batteries. しかし、本発明者は、こうした繊維の結合体ないし発泡体を半導体ウエハー保持部材と冷却装置との間に介在させて両者の間で熱伝達を行えるということを見いだした。 However, the present inventors have found that can perform by interposing the heat transfer between the two during a coupling body or the foam of such fibers and semiconductor wafer-holding member and the cooling device. 即ち、半導体ウエハー保持部材の表面には、プラズマ等から多量の熱量が短時間に入ってくるが、この熱によって半導体ウエハー保持部材の基材の温度は全体に上昇する。 That is, the surface of the semiconductor wafer holding member, but large amounts of heat from the plasma or the like enters a short time, the temperature of the substrate of the semiconductor wafer holding member by the heat rises throughout. 即ち、 In other words,
セラミックス基材中に冷媒流通路を設けていないので、 Since not provided a coolant flow passage in the ceramic substrate,
この基材における温度勾配は小さく、内部での熱応力が小さいので、基材中で破壊やクラックが発生するおそれはない。 The temperature gradient is small in this substrate, the thermal stress in the inside is small, breaking or cracking may no be generated in the substrate.

【0014】これと同時に、金属製の冷却装置の方も、 [0014] At the same time, even those of the metal of the cooling device,
セラミックス基材に対して直接に金属結合されていないために、冷却装置の方が特に加熱されることがないのでその熱変形は小さく、また冷却装置とセラミックス基材との界面に大きな残留応力が残ることはない。 Because it is not directly on the metal bonded to the ceramic substrate, since the direction of the cooling device it is not particularly heated its thermal deformation is small, also large residual stresses at the interface between the cooling device and the ceramic substrate there is no possibility that remain. これと共に、繊維の結合体または発泡体からなる介在層によって熱を伝達するが、このとき介在層が過度の熱伝達を行わないために、介在層が接触する基材の背面側の温度は高くして表面側の温度との差を小さくすることができ、即ち、基材内部での温度勾配を小さくし、かつ冷却装置へと所定の熱を伝達することができる。 At the same time, but transfers heat by an intervening layer comprising a conjugate or a foam fiber, because at this time the intervening layer is not undue heat transfer, the temperature of the back side of the substrate to the intervening layer is in contact is high and it is possible to reduce the difference between the temperature of the surface side, i.e., it is possible to reduce the temperature gradient within the base material, and is transmitted to the cooling device a predetermined heat. 従って、本発明によって、セラミックス基材の破壊やクラックのおそれを完全に防止し、かつ高温領域でも安定して半導体ウエハー保持部材の表面温度を制御することができた。 Accordingly, the present invention, the risk of breakdown or cracking of the ceramic substrate was completely prevented, and it was possible to control the surface temperature of the semiconductor wafer holding member stable even in the high temperature region.

【0015】この半導体ウエハー保持装置を製造する際には、半導体保持部材と冷却装置と介在層を機械的に固定して一体化することができる。 [0015] When manufacturing the semiconductor wafer holding apparatus can be integrated with mechanically fix the intervening layer semiconductor holding member and the cooling device.

【0016】また、上記の半導体ウエハー保持装置によれば、介在層に圧力を加え、この圧力を調整することによって、半導体ウエハー保持部材と冷却装置との間の熱伝達量を調整できることを確認した。 [0016] According to the semiconductor wafer holding device, the pressure to the intermediate layer, by adjusting the pressure, it was confirmed that can adjust the amount of heat transfer between the semiconductor wafer-holding member and the cooling device . 即ち、この圧力を大きくすると、半導体ウエハー保持部材から冷媒への熱伝達量を増大させうるようになった。 That is, when the pressure is increased, consisted semiconductor wafer holding member so may increase heat transfer to the coolant. これに対して、前記の圧力を小さくすると、半導体ウエハー保持部材と冷媒との間で熱が伝達しにくいようになり、また介在層における温度勾配を一層大きくすることができる。 In contrast, reducing the pressure of the heat is so difficult to transfer between the semiconductor wafer-holding member and the refrigerant, and may be further increased temperature gradient in the intermediate layer. このように、介在層へと加える圧力を制御することによって、 Thus, by controlling the pressure applied to the intermediate layer,
半導体ウエハー保持部材の表面温度、更には半導体ウエハーの温度を自由に制御できることを発見した。 The surface temperature of the semiconductor wafer holding member, and further found that freely control the temperature of the semiconductor wafer.

【0017】 [0017]

【発明の実施の形態】半導体ウエハー保持部材の基材を構成するセラミックスとしては、熱伝導率の高い窒化物セラミックスが適している。 The DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The ceramic constituting the substrate of the semiconductor wafer holding member, a high nitride ceramic thermal conductivity is suitable. 例えば、アルミナのような酸化物セラミックスは、熱伝導率が低く、プラズマからの熱を蓄積してしまい、温度が過度に上昇し易いが、窒化アルミニウムは少なくとも90W/m・K以上の熱伝導率を有している。 For example, oxide ceramics such as alumina, low thermal conductivity, will accumulate the heat from the plasma, but likely temperature rise excessively, aluminum nitride least 90W / m · K thermal conductivity of at least have. こうした窒化物セラミックスとしては、窒化珪素およびサイアロンが、耐熱衝撃性の点で好ましい。 As such nitride ceramics, silicon nitride and sialon are preferred in view of thermal shock resistance. また、窒化アルミニウムは、NF 3等のフッ素系腐食性ガスに対してさらされると、その表面にAlF Further, the aluminum nitride when exposed to fluorine-based corrosive gas such as NF 3, AlF on its surface
3からなるパッシベーション膜が生成し、このパッシベーション膜がハロゲン系腐食性ガスに対して高い耐食性を有している。 Passivation film made of 3 is generated, the passivation film has a high corrosion resistance against the halogen-based corrosive gas.

【0018】半導体ウエハー保持部材は、半導体ウエハーを設置するサセプターであれば、他の機能を有していてよい。 The semiconductor wafer-holding member, if susceptor installing the semiconductor wafer, may have other functions. 例えば、基材の内部に静電チャック用電極を設けた場合には、この半導体ウエハー保持部材は静電チャックとして使用できる。 For example, the case in which the electrode for electrostatic chuck in the interior of the substrate, the semiconductor wafer-holding member can be used as an electrostatic chuck. また、基材の内部に抵抗発熱体を設けた場合には、この保持部材をセラミックスヒーターとして使用することができる。 Also, the case in which the resistance heating element inside the substrate can use this holding member as the ceramic heater. 更に、基材中にプラズマ発生用の電極を設けた場合には、この保持部材をプラズマ発生用電極として使用することができるが、この態様については更に後述する。 Furthermore, the case in which the electrodes for generating plasma in the substrate, which can use this holding member as a plasma generating electrode, will be further described later this embodiment.

【0019】このように、基材の内部に電極や発熱体のような導電性材料を設け、この導電性材料に対して電力を供給する場合には、基材に端子を設置し、この端子を導電性材料に対して接続することが好ましい。 [0019] In this manner, a conductive material, such as inside the electrode or heating element substrate provided, in the case of supplying power for the conductive material, placed the terminal to the substrate, the terminal it is preferable to connect to the conductive material. こうした端子および導電性材料の材質としては、タングステン、 As the material of such terminals and the conductive material, tungsten,
モリブデン、白金、ニッケル等の高融点金属が好ましく、これらの高融点金属の合金も好ましい。 Molybdenum, platinum, refractory metals are preferred, such as nickel, it is also preferred alloy of these refractory metals. 基材の形状は特に制限はないが、好ましくは盤状であり、盤状基材の平面的形状は、円形、円環形状、正方形、長方形、六角形等の形状にすることができる。 The shape of the substrate is not particularly limited, preferably disk-shaped, planar shape of the plate-like substrate may be circular, annular shape, square, rectangular, in the shape of a hexagon or the like.

【0020】この導電性材料として抵抗発熱体を使用する場合には、この抵抗発熱体の形態は、線状、板状、箔状であってよく、線状の抵抗発熱体をコイルスプリング状に巻回することが好ましい。 [0020] When using a resistance heating element as the conductive material, the form of the resistance heating element, a line shape, a plate shape may be a foil, a linear resistive heating element is a coil spring shape it is preferable that the wound. この巻回体を使用した場合には、この巻回体をその中心軸方向に見たときの形状は、円形、三角形、四辺形等であってよい。 When using this wound body, the shape when viewed this wound body in its axial direction is circular, triangular, or a quadrilateral, or the like.

【0021】前記の導電性材料として静電チャック電極を使用する場合には、この形態は、平板状、網状とすることができる。 [0021] When using an electrostatic chuck electrode as the conductive material, the forms can be flat, reticulated be. また、単極式であってよく、双極式であってよい。 Also, it is a monopolar may be bipolar.

【0022】プラズマ発生電極装置の場合について説明する。 [0022] will be described for the case of the plasma generating electrode device. この電磁波透過層の厚さの最小値は0.1mm以上とすることが必要であり、これによって、プラズマシース領域が拡大し、均一で安定なプラズマを生成させることができた。 The thickness of the minimum value of the electromagnetic wave transmission layer is required to be more than 0.1 mm, whereby, the plasma sheath region is expanded, it was possible to generate uniform and stable plasma. しかも、このように電磁波透過層を厚くしても、この電磁波透過層がセラミックスからなっており、電磁波透過層の誘電率εは、真空の誘電率に比べて数倍以上大きい。 Moreover, even thus thickening the electromagnetic wave transmission layer has become the electromagnetic wave transmission layer of ceramic, the dielectric constant of the electromagnetic wave transmission layer epsilon, several times greater than the dielectric constant of a vacuum. この結果、電極間の電界強度の低下もなく、プラズマ中のイオンをプラズマシースにおいて十分に加速することができ、プラズマ放電が安定することを確認した。 As a result, no decrease in the electric field strength between the electrodes, it is possible to sufficiently accelerate the ions in the plasma in the plasma sheath, plasma discharge was confirmed that stable.

【0023】電磁波透過層の誘電率は一般に大きいが、 [0023] While the dielectric constant of the electromagnetic wave transmission layer is generally large,
電磁波透過層の厚さの平均値が大きくなりすぎると、電磁波透過層の誘電体損失による自己発熱量が大きくなり、プラズマパワーの効率が低下してくる傾向があった。 If the average value of the thickness of the electromagnetic wave transmission layer is too large, self-heating value is increased by the dielectric loss of the electromagnetic wave transmission layer, the efficiency of the plasma power tended to come reduced. この観点から、電磁波透過層の厚さの平均値は、特に5.0mm以下とすることが好ましい。 In this respect, the average value of the thickness of the electromagnetic wave transmission layer is preferably in a particular 5.0mm or less.

【0024】好ましくは、基材内に埋設する電極がバルク状の面状電極であり、この面状電極を包囲する基材が、接合面のない一体焼結品である。 [0024] Preferably, a planar electrode of the electrode bulk of embedded in the base material, a base material surrounding the planar electrode is no bonding surface integrally sinter. 面状の金属バルク体とは、例えば、線体あるいは板体をらせん状、蛇行状に配置することなく、一体の面状として形成したものをいう。 The planar metal bulk body, for example, without placing the Sentai or plate member helically, meanders, refers to one formed as an integral surface.

【0025】面状の電極を金属バルク体によって構成することにより、電極の抵抗値を小さくすることが容易である。 [0025] By the planar electrodes constituting the metal bulk member, it is easy to reduce the resistance of the electrode. 例えば、スクリーン印刷電極は、厚さが高々数十μm程度なので、抵抗値が必然的に大きくなる。 For example, screen printing electrodes, the thickness is at most several tens of μm order, the resistance value becomes inevitably large. 例えば電極がタングステンであり、周波数が13.56MHz For example the electrode is tungsten, the frequency is 13.56MHz
の場合、電極の厚さは20μm以上が望ましい。 For, the thickness of the electrode is more desirably 20 [mu] m. この厚さの電極を、スクリーン印刷法で形成することは困難である。 The electrode of this thickness, it is difficult to form a screen printing method.

【0026】電極の形態は、金属平板であって良いが、 The electrodes form, may be a flat metal plate,
金属線材の結合体からなる板状体、または多数の小孔が形成された板状体とすることが特に好ましい。 Plate-like body made of a conjugate of metal wire, or be a number of small holes are formed plate-like body particularly preferred. これによって、基材を焼結させる段階で、セラミックス粉末が流動して、結合体の孔の中に回り込み、充填されるので、 Thus, at the stage of sintering the base material, ceramic powder to flow, wrap in a conjugate hole, since it is filled,
板状体の両側におけるセラミックスの接合力が大きくなり、基材の強度が向上する。 Bonding strength of the ceramic is increased on both sides of the plate, improved strength of the substrate.

【0027】こうした板状体としては、パンチングメタル、金網、フェルトを例示できる。 [0027] As such a plate-like member, a punching metal, metal mesh, a felt can be exemplified. ただし、電極が高融点金属からなり、かつパンチングメタルである場合には、金属の硬度が高いので、高融点金属からなる板に多数の小孔をパンチによって開けることは困難であり、加工コストも非常に高くなる。 However, the electrode is made of a refractory metal, and in the case of punching metal, since the hardness of the metal is high, it is difficult to open by the punch many small holes in a plate made of a refractory metal, also processing cost it becomes very high.

【0028】この点、電極が網状電極である場合には、 [0028] In this regard, when the electrode is a mesh electrode,
高融点金属からなる線材が容易に入手できるので、この線材を編組すれば網状電極を製造できる。 Since the wire made of a refractory metal is readily available, it can be prepared reticulated electrode if braiding the wire. 従って、電極の製造が容易である。 Therefore, production of the electrode is easy.

【0029】プラズマ発生電極装置においては、基材の中に、高融点金属からなる抵抗発熱体を埋設し、この抵抗発熱体に電力を供給することによって、基体のプラズマ発生側の表面を発熱させうるように構成することができる。 [0029] In the plasma generating electrode device, in the substrate, buried resistive heating element made of a refractory metal, by supplying electric power to the resistance heating element, to generate heat to the surface of the plasma generation side of the substrate it can be configured to sell. これによって、ウエハーをプラズマ発生電極装置上に直接載置し、保持した状態で、直接にウエハーを加熱できるので、均熱性および加熱時のレスポンスを向上させることができる。 Thus, the wafer is placed directly into the plasma generating electrode device on, the holding state, since directly can be heated wafer, it is possible to improve the response time of uniform heating and heating. 特に、プラズマを発生させる直前までウエハーを予熱しておき、プラズマ発生と同時に抵抗発熱体へと供給する電力を減少させれば、プラズマの発生の有無に関係なく、ウエハーの温度を一定に維持することができる。 In particular, it leaves preheating the wafer immediately before to generate a plasma, if reducing the power supplied to the plasma generation at the same time as the resistance heating element, with or without the generation of plasma, to maintain the temperature of the wafer at a constant be able to.

【0030】介在層を構成する繊維の結合体としては、 [0030] As conjugate fibers forming the intervening layer,
網、不織布、フェルト等を例示できるが、これらに限定されない。 Nets, nonwoven, can be exemplified a felt, and the like. この具体例としては次のようなものがある。 As a specific example are as follows.
この繊維の材質としては、ニッケル、アルミニウム、 The material of the fiber, nickel, aluminum,
銅、真鍮、ステンレス鋼、これらの合金、カーボン、アルミナ等とすることが好ましく、特に半導体製造装置中で腐食性ガスに対してさらされる場合には、これらの材質が好適である。 Copper, brass, when the stainless steel, alloys, carbon, be alumina, etc. Preferably, exposed to corrosive gases, especially in the semiconductor manufacturing apparatus, these materials are preferred.

【0031】介在層を構成する発泡体は、粉末焼結法の通常法に従って、金属粉末またはセラミックス粉末と発泡材の粉末とを混合し、この混合物を焼成することによって、製造できる。 The foam constituting the intervening layer, according to the usual method of powder sintering method, by mixing a powder of a metal powder or ceramic powder and foam, by firing the mixture can be prepared. この金属粉末またはセラミックス粉末としては、ニッケル、アルミニウム、銅、真鍮、ステンレス鋼、これらの合金、カーボン、アルミナ等とすることが好ましく、特に半導体製造装置中で腐食性ガスに対してさらされる場合には、これらの材質が好適である。 As the metal powder or ceramic powder, nickel, aluminum, copper, brass, stainless steel, alloys, carbon, if it is preferable to alumina, etc., it is exposed to corrosive gases, especially in the semiconductor manufacturing device , these materials are preferred. また発泡材としては、通常のものを使用できる。 As the foam material, it may be used conventional.

【0032】金属冷却装置を構成する金属としては、特に制限はないが、ハロゲン系腐食性ガスに対して冷却装置がさらされる場合には、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、ニッケルを使用することが好ましい。 [0032] As the metal constituting the metal cooling device is not particularly limited, if the cooling device is exposed to halogen-based corrosive gases, aluminum, copper, stainless steel, the use of nickel preferred .

【0033】冷却装置において使用できる冷媒としては、水、シリコンオイル等の液体であってよく、また空気、不活性ガス等の気体であってもよい。 [0033] The refrigerant which can be used in the cooling system, the water may be a liquid such as silicone oil, also air may be a gas such as an inert gas. また、この流量は、当業者が適宜選択することができる。 Further, the flow rate may be appropriately selected by those skilled in the art.

【0034】冷却装置と半導体ウエハー保持部材とを互いに機械的に固定する方法は通常法でよい。 The method of mechanically fixing the cooling device and the semiconductor wafer-holding member to each other may be a normal method. また、介在層を冷却装置に対して接合することができ、また半導体ウエハー保持部材に対して接合することができるが、この接合は必ずしも必要ない。 Further, it is possible to bond the intermediate layer with respect to the cooling device, also can be bonded to the semiconductor wafer holding member, the bonding is not necessarily required.

【0035】図1は、静電チャックを半導体ウエハー保持部材として使用した半導体ウエハー保持装置の一例を示す断面図である。 [0035] Figure 1 is a sectional view showing an example of a semiconductor wafer holding apparatus using an electrostatic chuck as a semiconductor wafer holding member. 静電チャック2の基材3の中に静電チャック電極4が埋設されており、基材3の表面2a側に半導体ウエハー1が設置されている。 Some base 3 of the electrostatic chuck 2 is embedded electrostatic chuck electrode 4, the semiconductor wafer 1 is placed on the surface 2a side of the substrate 3. 表面2aの反対側の背面2b側には、円形のフランジ部2cが基材3の側面に延設されている。 The back side 2b opposite to the surface 2a, a circular flange portion 2c is extended to the side surface of the substrate 3. 端子5が基材3中に埋設されており、端子5の一端が静電チャック4に対して接続されており、端子5の他端が背面2bに露出している。 Terminal 5 is embedded in the substrate 3, one end of the terminal 5 are connected to the electrostatic chuck 4, the other end of the terminal 5 is exposed on the back 2b.

【0036】静電チャック2の背面2b側に冷却装置1 The cooling device on the back 2b of the electrostatic chuck 2 1
1が設置されている。 1 is installed. この冷却装置11の表面11bと背面11cとの間の内部に冷媒の流通路12が設けられており、背面11c側に冷媒供給孔13と冷媒排出孔1 The internal flow passage 12 of the refrigerant is provided in between the surface 11b of the cooling device 11 and the back 11c, the refrigerant supply hole 13 on the back 11c side and a refrigerant discharge hole 1
4とが設けられている。 4 and are provided. 冷媒流通路12は、平面的に見て盤状の冷却装置の面内をほぼ均等の流速で冷媒が流れるように、隔壁等を設けて蛇行させることが好ましい。 Refrigerant flow passage 12, as the refrigerant flows substantially evenly flow rate in the plane of the board-like cooling device in plan view, it is preferred to meander provided a partition or the like.
好ましくは金属製の固定具6が冷却装置11の表面11 Preferably the surface 11 of the metal fixture 6 a cooling device 11
b上に設置されており、この固定具6の突出部6aがフランジ部2cに対して対向している。 b is installed on the projecting portion 6a of the fastener 6 is opposed to the flange portion 2c. 固定具6の貫通孔6bと冷却装置11の貫通孔11aとが位置合わせされており、この各貫通孔の中に共通のボルト7が挿入されており、このボルト7の両端がナット8によって締結されている。 Through hole 6b of the fastener 6 and the through hole 11a of the cooling device 11 are aligned, a common bolt 7 is inserted into the through holes, fastening both ends of the bolt 7 by a nut 8 It is.

【0037】静電チャック2の背面2bと冷却装置11 [0037] and the back 2b of the electrostatic chuck 2 cooler 11
の表面11bとの間に介在層9が挟まれており、フランジ部2cと固定具6との間に介在層10が挟まれており、フランジ部2cと固定具6の突出部6aとの間に介在層20が挟まれている。 During the intervening layer 9 is sandwiched, the flange portion 2c intervening layer 10 is sandwiched between the fastener 6, the flange portion 2c and the projecting portion 6a of the fixture 6 between the surface 11b of the intervening layer 20 is sandwiched. 端子5に対しては電線16が接続されており、この電線16が直流電源15に対して接続されている。 Is connected wires 16 against the terminal 5, the electric wire 16 is connected to the DC power supply 15. 半導体ウエハー1に対しては、電源1 For the semiconductor wafer 1, Power 1
5の他極またはアースが電線17を介して接続されている。 Other electrode or ground 5 is connected through an electric wire 17.

【0038】半導体ウエハーを処理する際には、半導体ウエハー1を表面2aに設置し、静電チャック電極4に対して電力を供給し、ウエハー1をチャックする。 [0038] In processing the semiconductor wafer, the semiconductor wafer 1 placed on the surface 2a, and supplying power to the electrostatic chuck electrode 4, to chuck the wafer 1. この状態で、プラズマを発生させてCVDなどの成膜やエッチング処理などを行う。 In this state, like film deposition or etching process such as CVD by generating plasma. 冷却装置11の冷媒供給孔13 Coolant supply hole 13 of the cooling device 11
から矢印Aのように冷媒を流通孔12内へと供給すると、冷媒はこの中を大略矢印Bのように流れ、排出孔1 Supplying the refrigerant to the circulation holes 12 as shown by the arrow A from the refrigerant flows through this as approximately the arrow B, the discharge hole 1
4から矢印Cのように排出される。 4 is discharged as indicated by an arrow C from. ボルト7に対する締結力を調整することによって、介在層9に対して加わる圧力を調整することができる。 By adjusting the fastening force against the bolt 7, it is possible to adjust the pressure exerted against the intervening layer 9.

【0039】図2は、静電チャックの内部に更に抵抗発熱体を埋設することによって、半導体ウエハーをチャックしつつ同時に加熱するできるように半導体保持装置を構成した例を示す断面図である。 [0039] Figure 2, by embedding the further resistance heating element in the interior of the electrostatic chuck is a sectional view showing an example in which the semiconductor holding device so as to be simultaneously heated while chucking the semiconductor wafer. 図1に示したものと同じ部材には同じ符号を付け、その説明は省略することがある。 The same reference numerals are the same members as those shown in FIG. 1, the description thereof may be omitted. このヒーター付き静電チャック18においては、 In this Heated electrostatic chuck 18,
基材3の表面18a側の内部に静電チャック電極4が埋設されており、電極4よりも背面18b側に抵抗発熱体19が埋設されている。 The inner surface 18a side of the base material 3 is embedded electrostatic chuck electrode 4, the resistance heating element 19 is embedded in the back 18b side than the electrode 4. この抵抗発熱体19から背面側に例えば一対の端子30が埋設されており、各端子30 It is embedded a pair of terminals 30 for example on the rear side from the resistance heating element 19, the terminals 30
の端面が背面18bに露出している。 The end surface of the are exposed on the back 18b. 抵抗発熱体19の両端部が各端子30に対して結合されており、各端子3 Both end portions of the resistance heating element 19 are coupled to the terminals 30, the terminals 3
0が電線21に対して電気的に接続されている。 0 is electrically connected to the wire 21. 各電線21は、それぞれサイリスタレギュレーター付きの電力供給装置22に対して接続されている。 Each wire 21 are respectively connected to the power supply device 22 with the thyristor regulator. 18cは基材のフランジ部である。 18c is a flange portion of the substrate.

【0040】半導体ウエハーを処理する際には、半導体ウエハー1を表面18aに設置し、静電チャック電極4 [0040] When processing semiconductor wafers, established the semiconductor wafer 1 on the surface 18a, the electrostatic chuck electrode 4
に対して電力を供給し、ウエハー1をチャックする。 And supplying power to, for chucking the wafer 1. そして、抵抗発熱体19に対して電力を供給して発熱させ、ウエハー1を吸着しつつ加熱する。 Then, heat is generated by supplying electric power to the resistance heating element 19 is heated while adsorbing the wafer 1. この状態で、半導体ウエハー1を加熱し、またエッチング処理などを行う。 In this state, by heating the semiconductor wafer 1 and performs an etching process. あるいは、プラズマを発生させる場合には、プラズマからの熱がウエハーに入射されるのと同時に、抵抗発熱体の発熱量を減少させて、ウエハーの温度を一定に保つように制御する。 Alternatively, when generating a plasma, at the same time as the heat from the plasma is incident on the wafer and reduces the heating value of the resistance heating element is controlled to keep the temperature of the wafer constant. 冷却装置11の冷媒供給孔13から矢印Aのように冷媒を流通孔12内へと供給すると、冷媒はこの中を矢印Bのように流れ、排出孔14から矢印Cのように排出される。 When the refrigerant as the coolant supply hole 13 of the cooling device 11 arrow A to supply to the flow hole 12, the refrigerant flows through this as an arrow B, and is discharged from the discharge holes 14 as indicated by an arrow C.

【0041】図3は、プラズマ発生電極装置25、介在層および冷却装置11をチャンバー32内に設置した状態を模式的に示す部分断面図である。 [0041] FIG 3 is a plasma generating electrode device 25 is a partial cross-sectional view schematically showing an installation state to an intervening layer and the cooling device 11 in the chamber 32. 図4は、図3のプラズマ発生電極装置25のうち一部を切り欠いて示す斜視図である。 Figure 4 is a perspective view showing a partially cutaway of the plasma generating electrode device 25 in FIG. 3. 図1に示したものと同じ部材には同じ符号を付け、その説明は省略することがある。 The same reference numerals are the same members as those shown in FIG. 1, the description thereof may be omitted.

【0042】本実施例の装置25においては、図4に示すような網状電極26を使用している。 [0042] In the apparatus 25 of this embodiment uses a net-like electrode 26 as shown in FIG. 網状電極26 Mesh electrode 26
は、全体として円形をなしており、繊維ないし線体26 Has a circular shape as a whole, fibers or Sentai 26
aを編組したものである。 It is obtained by braiding a. 図4において、26bは編み目である。 In FIG. 4, 26b are stitches.

【0043】図4においては、略円盤形状の基材21の背面側の側周面にリング状のフランジ部25cが設けられており、基材21の内部に、網状電極26からなる高周波電極が埋設されている。 [0043] In Figure 4 a ring-shaped flange portion 25c is provided on the side peripheral surface of the back side of the substantially disk shape of the substrate 21, the interior of the base 21, the high-frequency electrode made of mesh electrode 26 It is buried. 表面25a側には、電磁波透過層36が形成されている。 On the surface 25a side, the electromagnetic wave permeation layer 36 is formed. 基材21の内部の背面2 Back of the interior of the base member 21 2
5b側には端子27が埋設されており、端子27が高周波電極26に接続されている。 The 5b side is embedded the terminal 27, terminal 27 is connected to the high frequency electrode 26. 端子27の端面が、基材21の背面25bに露出している。 The end face of the terminal 27 is exposed at the back surface 25b of the substrate 21.

【0044】プラズマ発生電極装置25は、本実施例では、高周波電極26が上面側となるように設置されており、この表面25aにウエハー1が載置されている。 The plasma generating electrode device 25, in this embodiment, the high-frequency electrode 26 is installed such that the upper surface side, the wafer 1 is placed on the surface 25a. 電力供給用のケーブル38の一端が端子27に接続されており、ケーブル38の他端がチャンバー32外に引き出されており、高周波電源29に接続されている。 One end of a cable 38 for power supply is connected to the terminal 27, the other end of the cable 38 is drawn out the chamber 32, is connected to a high frequency power supply 29. 電極2 Electrode 2
6と対向する位置に、所定間隔を置いて平行に、対向電極24が設置されている。 6 position opposed to, in parallel with a predetermined interval, the counter electrode 24 is disposed. 電力供給用のケーブル37の一端が対向電極24に接続されており、ケーブル37の他端がチャンバー32の外へと引き出されており、高周波電源29およびアース31へと接続されている。 One end of the cable 37 for power supply is connected to the counter electrode 24, the other end of the cable 37 is led to the outside of the chamber 32, and is connected to a high frequency power supply 29 and ground 31. なお、プラズマ発生電極装置25においては、高周波電源29に直流電源を組み合わせて接続し、この直流電源によって電極を静電チャック電極として機能させることができる。 Note that in the plasma generating electrode device 25 combines the DC power supply is connected to a high frequency power supply 29, the electrode by the DC power source can be made to function as an electrostatic chuck electrode. この場合には、ウエハーはプラズマを通じてアース31へと接続される。 In this case, the wafer is connected to ground 31 through the plasma.

【0045】装置25の背面25bと冷却装置11の表面11bとの間に介在層9が挟まれており、フランジ部25cと固定具6との間に介在層10が挟まれており、 The intervening layer 9 is sandwiched between the surface 11b of the back 25b of the device 25 the cooling device 11, intermediate layer 10 is sandwiched between the flange portion 25c and the fixing device 6,
フランジ部25cと固定具6の突出部6aとの間に介在層20が挟まれている。 Intervening layer 20 is sandwiched between the flange portion 25c and the projecting portion 6a of the fixture 6.

【0046】チャンバー内に所定のガスを導入し、一対のケーブル37、38を介して高周波電力を供給することにより、ウエハー1の上のプラズマ発生領域35に、 [0046] introducing a predetermined gas into the chamber, by supplying the high-frequency power through a pair of cables 37 and 38, the plasma generating region 35 on the wafer 1,
プラズマを発生させることができる。 It is possible to generate plasma. この際、プラズマ発生領域35と表面25aとの間に、プラズマシースが発生する。 At this time, between the plasma generation region 35 and the surface 25a, the plasma sheath is generated. このプラズマからの熱量が半導体ウエハーおよび基材21に向かって放射されるが、このとき冷却装置11内へと所定の冷媒を供給することによって、半導体ウエハーの温度を安定して制御することができる。 Although heat from the plasma is emitted toward the semiconductor wafer and the substrate 21, by supplying a predetermined refrigerant to the time the cooling device 11, it is possible to stably control the temperature of the semiconductor wafer .

【0047】 [0047]

【実施例】(実施例1) 図1に示すような半導体保持装置を実際に製造し、その特性を試験した。 EXAMPLES (Example 1) actually manufactures semiconductor holding device as shown in FIG. 1, were tested for their properties. ただし、150W/mKの熱伝導率を有する窒化アルミニウムによって基材3を製造した。 However, to produce a base material 3 of aluminum nitride having a thermal conductivity of 150 W / mK. この半導体ウエハー保持部材2の直径を200mmとし、 The diameter of the semiconductor wafer holding member 2 and 200 mm,
厚さを10mmとした。 The thickness was set to 10mm. 介在層として厚さ1mmのシート状の不織布を使用した。 Using 1mm thick sheet-like nonwoven fabric as intermediate layer. この不織布は、線径数十μm This non-woven fabric, line diameter of several tens of μm
のニッケル繊維を編むことによって製造しており、その空隙率は60%とした。 Has been prepared by weaving nickel fiber, its porosity was 60%. 静電チャック電極4はモリブデン製の金網の平板によって形成し、端子5はモリブデン製の直径5mmの円柱状端子を使用した。 The electrostatic chuck electrode 4 is formed by a flat plate made of molybdenum wire mesh, the terminal 5 using a cylindrical pin having a diameter of 5mm of molybdenum. 冷却装置11 Cooling device 11
はアルミニウムによって形成した。 It was formed by aluminum.

【0048】真空中において、この基材の表面2a側から、図示しない加熱ヒーターによって2kWの熱を入射した。 [0048] In a vacuum, from the surface 2a side of the substrate, the incident heat 2kW by heater (not shown). これは、実際の半導体製造装置において、表面上で発生するプラズマの熱量を模擬するためのものである。 This, in actual semiconductor manufacturing apparatus, is used to simulate the heat of a plasma generated on the surface. 冷却装置中には冷媒として20℃の水を流した。 During cooling system was flushed with 20 ° C. water as a coolant. この状態で、基材の表面2a、背面2b、冷却装置の表面11bの温度をそれぞれ測定したところ、それぞれ42 In this state, it was measured surface 2a of the base material, the back 2b, and temperature of the surface 11b of the cooling device, respectively, each of 42
0℃、415℃、35℃であった。 0 ℃, 415 ℃, was 35 ℃. 即ち、基材2中ではわずか5℃の温度差しか発生しておらず、この温度差による応力はほとんど存在しない。 That is, the temperature difference of only 5 ° C. is in base 2 only not occurred, the stress due to this temperature difference is hardly present. このために長時間駆動させても、まったくクラック等は発生しなかった。 Even prolonged operation driven to this, at all cracks did not occur. 一方、厚さ1mmの介在層の中で415℃から35℃への温度勾配が生じていることになる。 On the other hand, so that the temperature gradient occurs to 35 ° C. from 415 ° C. in the intervening layer having a thickness of 1 mm.

【0049】また、冷却装置の表面の温度も35℃であって、高温には加熱されていないので、金属製の冷却装置の熱膨張もほとんど生じておらず、変位がきわめて少ない。 [0049] Further, a temperature 35 ° C. of the surface of the cooling device, because it is not heated to a high temperature, thermal expansion of the metal of the cooling device is also hardly occurs, the displacement is very small. 一方、セラミックスの線熱膨張係数は金属に比較して一般的に小さい。 On the other hand, the coefficient of linear thermal expansion of the ceramic is generally small compared to metal. 例えば、窒化アルミニウムの線熱膨張係数は5×10 -6 /℃であり、アルミニウムの線熱膨張係数は24×10 -6 /℃であって、5倍程度の相違がある。 For example, the linear thermal expansion coefficient of aluminum nitride is 5 × 10 -6 / ° C., the linear thermal expansion coefficient of aluminum is a 24 × 10 -6 / ℃, there is a difference of about 5 times. 従って、ウエハー保持装置の全体の熱膨張による変形も少なかった。 Therefore, deformation due to the heat expansion of the whole of the wafer holding device was small. また、たとえセラミックス基材の熱膨張量と冷却装置の熱膨張量とが異なっていても、不織布が柔らかいために、両者の変位の差を吸収することができる。 Moreover, even though different from the thermal expansion of the thermal expansion and cooling of the ceramic substrate, since the nonwoven fabric is soft, it is possible to absorb the difference between the displacement. このように、不織布は温度勾配と変位による歪みを吸収し、装置を機械的に安全な状態に保持する役割を果たす。 Thus, the nonwoven fabric absorbs distortion due to the displacement between the temperature gradient, serves to hold the device to mechanically secure. 本実施例では、ニッケルからなる不織布は、1平方センチメートル当たり6Wの熱量を伝達することができた。 In this embodiment, nonwoven fabric made of nickel, was able to transmit the heat of 6W per square centimeter.

【0050】(実施例2)実施例1において、セラミックス基材と冷却装置との間を機械的にクランプする圧力を増大させ、ニッケルからなる不織布を圧縮変形させた。 [0050] (Example 2) Example 1, between the ceramic base and the cooling device mechanically increasing the pressure clamps, were compressed deforming the nonwoven fabric made of nickel. この状態で実施例1と同様に、基材の表面2a、背面2b、冷却装置の表面11bの温度をそれぞれ測定したところ、それぞれ340℃、335℃、40℃であった。 As in Example 1 in this state, when the surface 2a of the base material, the back 2b, and temperature of the surface 11b of the cooling device were measured, 340 ° C., respectively, 335 ° C., was 40 ° C.. 即ち、基材2中ではわずか5℃の温度差しか発生しておらず、この温度差による応力はほとんど存在しない。 That is, the temperature difference of only 5 ° C. is in base 2 only not occurred, the stress due to this temperature difference is hardly present. 一方、介在層の中で340℃から40℃への大きな温度勾配が生じていた。 On the other hand, large temperature gradient from 340 ° C. to 40 ° C. in the intervening layer had occurred. また、実施例1と比較すると、 In comparison with Example 1,
不織布の気孔率が減少し、不織布中での温度勾配が少なくなっており、保持部材の表面における温度が低下した。 Porosity of the nonwoven fabric is reduced, the temperature gradient in a non-woven fabric has become less, the temperature at the surface of the holding member is lowered. このように、不織布への圧力を変更してその気孔率を制御することによって、保持部材の表面の温度を制御することができた。 Thus, by controlling its porosity by changing the pressure to the nonwoven fabric, it was possible to control the temperature of the surface of the holding member.

【0051】(比較例1)実施例1において、介在層を取り除き、セラミックス基材と冷却装置との間の間隔を1mmあけた状態で両者を固定装置6によって機械的に固定した。 [0051] (Comparative Example 1) Example 1, the intermediate layer was removed and mechanically fixed by the spacing fixing device 6 both in a state spaced 1mm to between the ceramic substrate and the cooling device. そして実施例1と同様にして真空中で試験を行った。 And tested in a vacuum in the same manner as in Example 1. この際入射熱量を400Wとしたときには、セラミックス基材の表面の温度が400℃を越えてしまった。 The time incident heat when a 400W, the temperature of the surface of the ceramic substrate had exceed 400 ° C.. また、入射熱量を2kWとした場合には、この温度が700℃を越えてしまった。 Further, when the incident heat was 2kW, this temperature is exceeded the 700 ° C.. また、基材と冷却装置との間の空間における熱伝達は熱輻射のみによって行われている。 Further, the heat transfer in the space between the substrate and the cooling device is performed only by heat radiation.

【0052】(実施例3)図2に示す半導体ウエハー保持装置を製造した。 [0052] was prepared semiconductor wafer holding apparatus shown in (Example 3) FIG. 基材3の形状は円板状とし、150 The shape of the substrate 3 is a disk-shaped, 150
W/mKの熱伝導率を有する窒化アルミニウムによって製造した。 It was prepared by W / mK of aluminum nitride having a thermal conductivity. 抵抗発熱体19は、コイルスプリング状に巻回された巻回体を使用した。 Resistance heating element 19 employed a winding body wound in a coil spring shape. また、円板状の基材を平面的に見ると、抵抗発熱体が渦巻き状をなすように埋設されている。 Looking at the disc-shaped base member in plan view, the resistance heating element is embedded so as to form a spiral. この半導体ウエハー保持部材18の直径を2 The diameter of the semiconductor wafer holding member 18 2
00mmとし、厚さを20mmとした。 And 00mm, and a thickness of 20mm. 介在層として、 As an intervening layer,
ステンレス製の網状シートを使用した。 Stainless steel net-like sheets were used. この網状シートは、線径0.2mmのステンレス細線を縦横に編んで作成した。 The net-like sheets were prepared by weaving a stainless steel thin wires having a wire diameter of 0.2mm vertically and horizontally. 目開きは1インチ当たり50本相当のものを使用した。 Mesh used was of considerable 50 lines per inch. 冷却装置をアルミニウムによって製造した。 The cooling apparatus was prepared by aluminum.

【0053】この保持装置について、実施例1と同様の試験を行った。 [0053] This holding device, was subjected to the same tests as in Example 1. 即ち、基材の表面側から、別体の加熱ヒーターによって2kWの熱量を入射した。 That is, from the surface side of the substrate, the incident amount of heat of 2kW by separate heating heater. 冷却装置の流通路には冷媒として20℃の水を流した。 The flow path of the cooling device shed 20 ° C. water as a coolant. 基材の表面1 The surface of the substrate 1
8a、背面18b、冷却装置の表面11bの温度をそれぞれ測定したところ、それぞれ350℃、345℃、2 8a, rear 18b, where the temperature of the surface 11b of the cooling device were measured, 350 ° C., respectively, 345 ° C., 2
5℃であった。 It was 5 ℃. このウエハー保持装置は、基材中にまったく破壊が発生せず、不具合は認められなかった。 The wafer-holding device, all destruction is not generated in the substrate, failure was not observed.

【0054】(実施例4)実施例3において、基材の表面側から、別体の加熱ヒーターによって2kWの熱量を入射し、同時に、抵抗発熱体に対して電力を供給することによって発熱させ、かつ、冷却装置の流通路に冷媒として20℃の水を流した。 [0054] (Example 4) Example 3, from the surface side of the substrate, incident heat of 2kW by heater separate, simultaneously, to generate heat by supplying electric power to the resistance heating element, and it was flushed with 20 ° C. water as a coolant in the flow path of the cooling device. 電力供給装置の出力を制御し、表面18aの温度を測定しつつこの温度を電源にフィードバックすることによって、表面18aの温度を4 Controlling the output of the power supply device, while measuring the temperature of the surface 18a by feeding back the temperature to a power source, the temperature of the surface 18a 4
00℃に制御することができた。 I was able to control to 00 ℃. 即ち、表面ないしウエハー設置面18aに対して入射している熱量と、基材内の抵抗発熱体からの熱量の総和と、冷却装置内を流れる冷媒による熱量の奪い取りとによって、基材の表面18 That is, the amount of heat that is incident on the surface to the wafer mounting surface 18a, and heat summation of the resistance heating element in the substrate, by the robbing of heat by the refrigerant flowing through the cooling device, the surface of the substrate 18
aの温度を安定して制御することができた。 It was possible to stably control the temperature of a.

【0055】(比較例2)実施例3において、セラミックス製の基材と冷却装置とをアルミニウムろうによって接合した。 [0055] (Comparative Example 2) Example 3, and a cooling device and ceramic substrate were joined by an aluminum brazing. ろう付けを行って接合体を製造し、この接合体の温度を室温にまで降下させると、基材と冷却装置との熱膨張差によって基材に破壊が見られた。 Brazing to produce a conjugate performing, when lowering the temperature of the assembly to room temperature, the fracture to the substrate was observed by differential thermal expansion between the substrate and the cooling device.

【0056】(比較例3)実施例3において、セラミックス製の基材と冷却装置とをアルミニウムろうによって接合した。 [0056] (Comparative Example 3) Example 3, and a cooling device and ceramic substrate were joined by an aluminum brazing. ただし、冷却装置と基材との熱膨張差による破壊を防止するために、冷却装置を熱膨張係数が低いモリブデンによって形成した。 However, in order to prevent damage due to the difference in thermal expansion between the cooling device and the substrate, and the cooling device formed by molybdenum low thermal expansion coefficient. そして、実施例1と同様にして、2kWの熱量を表面18a側に入射し、冷却装置の流通路に冷媒として20℃の水を流した。 Then, in the same manner as in Example 1, incident heat of 2kW the surface 18a side and flushed with 20 ° C. water as a coolant in the flow path of the cooling device. この結果、 As a result,
セラミックス製静電チャック18の表面18aの温度は45℃まで低下した。 Temperature of the surface 18a of the ceramic electrostatic chuck 18 was lowered to 45 ° C..

【0057】しかし、半導体プロセスに必要な温度は、 [0057] However, the temperature required for the semiconductor process,
低温を必要とするプロセスを除き、通常は一層高温である。 Except processes that require low temperature, usually a more elevated temperature. このため、プロセスに必要な温度が例えば400℃ Therefore, the temperature required for the process, for example 400 ° C.
であると考え、表面18aの温度を400℃に制御するために、基材18中の抵抗発熱体に対して電力を供給し、発熱させた。 Considered that, in order to control the temperature of the surface 18a to 400 ° C., to supply power to the resistance heating element in the base material 18 was allowed to exotherm. しかし、このためには供給する電力を著しく増大させる必要があったので、冷却水の流量を減少させて温度を制御することを試みた。 However, since it is necessary to significantly increase the power supplied does this tried to reduce the flow rate of the cooling water to control the temperature. しかし、このような制御を行って保持部材の表面の温度を上昇させようとすると、基材中に温度勾配が生じ、クラックが発生してしまった。 However, if an attempt to increase the temperature of the surface of the holding member by performing such control, the temperature gradient in the substrate occurs, cracks had occurred. このとき、ウエハー保持部材と冷却装置とを接合しているアルミニウムろうの接合層によって、1 At this time, the aluminum brazing of the bonding layer is bonded to the wafer-holding member and the cooling device, 1
平方センチメートル当たり100W以上の熱を伝達したことになる。 So that the transferring more heat 100W per square centimeter.

【0058】(実施例5)実施例1において不織布の材質と厚さとを変更することによって、この介在層における熱量の伝達量を種々変更した結果、400W〜4kW [0058] (Example 5) by changing the the thickness the material of the nonwoven fabric in Example 1 was variously changed transmission amount of heat in the intermediate layer results, 400W~4kW
の入射熱量の範囲内で、ウエハー保持部材の表面の温度を400℃に安定して制御できることを確認した。 Within the scope of the incident amount of heat, the temperature of the surface of the wafer-holding member to confirm that can be stably controlled at 400 ° C.. この範囲内であれば、特に、半導体製造プロセスにおいて使用される通常のプラズマ及び高密度プラズマによる入射熱量に対しては好適であることがわかった。 Within this range, particular, it was found that it is preferable for the incident heat in the normal plasma and the high density plasma used in the semiconductor manufacturing process.

【0059】(実施例6)実施例1において、介在層として、ニッケルの発泡体を使用した。 [0059] (Example 6) Example 1, as an intervening layer, using foam nickel. この発泡体は、粉末冶金分野の通常の方法に従って製造した。 The foam was prepared according to the usual methods of powder metallurgy art. この結果、 As a result,
ウエハー保持部材の表面の温度を400℃に安定して制御できることを確認した。 The temperature of the surface of the wafer-holding member was confirmed to be able to stably control the 400 ° C..

【0060】 [0060]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、例えばプラズマや電子ビームからの熱量が半導体ウエハー保持部材に対して入射し、これが著しく加熱されても、 As described above, according to the present invention, according to the present invention, for example, heat from the plasma and the electron beam is incident on the semiconductor wafer holding member, even if it is considerably heated,
冷却装置によって適切に冷却しつつ、ウエハー保持部材中の温度勾配による熱応力による破壊や、保持部材と冷却装置との熱膨張差に起因する変位やこれに基づく破壊等の不具合を回避することができる。 While appropriately cooled by the cooling device, destruction or due to thermal stresses due to temperature gradient in the wafer-holding member, is possible to avoid the trouble of destruction displacement or based on this due to the difference in thermal expansion between the holding member and the cooling device it can. また、介在層に対する圧力を調節することによって、ウエハー保持部材の表面の温度を適切に制御することができる。 Further, by adjusting the pressure on the intermediate layer, it is possible to appropriately control the temperature of the surface of the wafer-holding member.

【図面の簡単な説明】 BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

【図1】本発明の実施例において、セラミックス静電チャックと冷却装置との間に介在層9を設けた半導体ウエハー保持装置を概略的に示す断面図である。 In the embodiment of the invention, FIG, is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor wafer holding apparatus in which a intermediate layer 9 between the ceramic electrostatic chuck and the cooling device.

【図2】本発明の実施例において、ヒーター付きのセラミックス静電チャックと冷却装置との間に介在層9を設けた半導体ウエハー保持装置を概略的に示す断面図である。 In the embodiment of Figure 2 the present invention, and is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor wafer holding apparatus in which a intermediate layer 9 between the ceramic electrostatic chuck with a heater and the cooling device.

【図3】本発明の実施例において、プラズマ発生電極装置と冷却装置との間に介在層9を設けた半導体ウエハー保持装置を概略的に示す断面図である。 In the embodiment of Figure 3 the present invention and is a cross-sectional view schematically showing a semiconductor wafer holding apparatus in which a intermediate layer 9 between the plasma generating electrode device and a cooling device.

【図4】図3のプラズマ発生電極装置を切り欠いたときの破断面を示す斜視図である。 It is a perspective view showing a fracture surface when the [4] was cut out of the plasma generating electrode device of FIG.

【符号の説明】 DESCRIPTION OF SYMBOLS

1 半導体ウエハー、2 セラミックス静電チャック、 1 semiconductor wafer, 2 ceramic electrostatic chuck,
2a, 18a 基材の表面、2b, 18b 背面、3, 2a, the surface of 18a substrates, 2b, 18b rear, 3,
21 基材、4 静電チャック電極、5 静電チャックの端子、6 固定装置、9, 10, 20 介在層、11 21 substrate, 4 an electrostatic chuck electrode, 5 an electrostatic chuck pin 6 fixed device, 9, 10, 20 intervening layer, 11
冷却装置、12 冷媒の流通路、13 冷媒の供給孔、 Cooling device, 12 a flow passage, 13 a refrigerant supply hole,
14 冷媒の排出孔、15 静電チャックの電源、18 14 the coolant discharge hole of the 15 electrostatic chuck power supply, 18
ヒーター付きの静電チャック、19 抵抗発熱体、2 Heated electrostatic chuck, 19 resistance heating element 2
5 プラズマ発生電極装置、26 高周波電極、36 5 plasma generating electrode device, 26 high-frequency electrode, 36
電磁波透過層 Electromagnetic wave transmission layer

Claims (8)

    【特許請求の範囲】 [The claims]
  1. 【請求項1】半導体ウエハーを保持するための、窒化物セラミックス基材を備えた半導体ウエハー保持部材と、 1. A for holding a semiconductor wafer, a semiconductor wafer-holding member having a nitride ceramic substrate,
    金属製の冷却装置と、前記半導体ウエハー保持部材と前記冷却装置との間に挟まれている、耐熱材料製の繊維の結合体または発泡体からなる介在層とを備えていることを特徴とする、半導体ウエハー保持装置。 A metal cooling system, said sandwiched between the semiconductor wafer-holding member and the cooling device, characterized in that it comprises a intermediate layer consisting of conjugates or foam fibers made of heat-resistant material , semiconductor wafer holding device.
  2. 【請求項2】前記半導体ウエハー保持部材が、窒化物セラミックス基材と、この基材の内部の静電チャック用電極とを備えた静電チャックであることを特徴とする、請求項1記載の半導体ウエハー保持装置。 Wherein said semiconductor wafer holding member, and a nitride ceramic substrate, characterized in that an electrostatic chuck having an internal electrostatic chuck electrode in the substrate, according to claim 1, wherein semiconductor wafer holding device.
  3. 【請求項3】前記半導体ウエハー保持部材が、窒化物セラミックス基材と、この基材の内部の高周波電極とを備えたプラズマ発生用電極装置であることを特徴とする、 Wherein the semiconductor wafer holding member, characterized in that the nitride ceramic substrate, a plasma generating electrode device comprising an internal high-frequency electrode of the substrate,
    請求項1記載の半導体ウエハー保持装置。 A semiconductor wafer holding apparatus according to claim 1.
  4. 【請求項4】前記半導体ウエハー保持部材が、窒化物セラミックス基材と、この基材の内部の抵抗発熱体とを備えていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の半導体ウエハー保持装置。 Wherein said semiconductor wafer holding member, and a nitride ceramic substrate, characterized in that it comprises a resistive heating element inside the substrate, any one of claims of claims 1 to 3 a semiconductor wafer holding apparatus according to claim.
  5. 【請求項5】前記繊維の結合体が不織布または網状シートであることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記載の半導体ウエハー保持装置。 Characterized in that wherein the conjugate of the fibers is a nonwoven or net-like sheets, the semiconductor wafer holding apparatus according to any one of claims 1 to 4.
  6. 【請求項6】前記介在層に対して圧力が加えられていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記載の半導体ウエハー保持装置。 Characterized in that wherein the pressure to the intermediate layer is applied, the semiconductor wafer holding apparatus according to any one of claims 1 to 4.
  7. 【請求項7】半導体ウエハーを保持するための、窒化物セラミックス基材を備えた半導体ウエハー保持部材と、 7. A for holding the semiconductor wafer, the semiconductor wafer-holding member having a nitride ceramic substrate,
    金属製の冷却装置との間に、耐熱材料製の繊維の結合体または発泡体からなる介在層を挟んで固定し、次いで前記半導体保持部材と前記冷却装置と前記介在層を機械的に固定して一体化することを特徴とする、半導体ウエハー保持装置の製造方法。 Between the metal of the cooling device, it is fixed across the interstitial layer consisting of conjugates or foam of heat-resistant material made of fibers and then mechanically fixed to the intermediate layer and the semiconductor holding member and the cooling device characterized by integrating Te, a method of manufacturing a semiconductor wafer holding apparatus.
  8. 【請求項8】半導体ウエハーを保持するための、窒化物セラミックス基材を備えた半導体ウエハー保持部材と、 8. for holding a semiconductor wafer, a semiconductor wafer-holding member having a nitride ceramic substrate,
    金属製の冷却装置と、前記半導体ウエハー保持部材と前記冷却装置との間に挟まれている、耐熱材料製の繊維の結合体または発泡体からなる介在層とを備えている半導体ウエハー保持装置を使用するのに際して、前記介在層に圧力を加え、この圧力を調整することによって前記半導体ウエハー保持部材と前記冷却装置との間の熱伝達量を調整することを特徴とする、半導体ウエハー保持装置の使用方法。 A metal cooling system, said sandwiched between the semiconductor wafer-holding member and the cooling device, the semiconductor wafer holding apparatus and a intermediate layer comprising a conjugate or foam fibers made of heat-resistant material in use, the pressure applied to the intermediate layer, and adjusting the amount of heat transfer between the semiconductor wafer holding member by adjusting the pressure and the cooling device, the semiconductor wafer holding device how to use.
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