JPH09262734A - ウェハ保持装置 - Google Patents

ウェハ保持装置

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JPH09262734A
JPH09262734A JP7290496A JP7290496A JPH09262734A JP H09262734 A JPH09262734 A JP H09262734A JP 7290496 A JP7290496 A JP 7290496A JP 7290496 A JP7290496 A JP 7290496A JP H09262734 A JPH09262734 A JP H09262734A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ウェハ保持装置に熱サイクルが加わってもセラ
ミック製保持部材11と導入パイプ12との接合部が剥
がれることを防止し、長期間にわたって良好に使用す
る。 【解決手段】ウェハの載置面11aに開口する導入孔1
1bを備えたセラミック製保持部材11の裏面11c側
に、上記導入孔11bに連結する金属製の導入パイプ1
2を、環状金属板13を介して接合する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体や液晶の製
造装置において、半導体ウェハや液晶用ガラス等のウェ
ハを保持・搬送するために使用する静電チャックやサセ
プター等のウェハ保持装置に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体製造工程で、半導体ウェハに成膜
を施すCVD装置やそのウェハに微細加工処理を施すド
ライエッチング装置において、半導体ウェハの保持部材
としてサセプターが用いられていた。
【0003】例えば図4に示すように、円板状の保持部
材11(サセプター)の表面に、ウェハ20を載置し、
その周囲をクランプリング21で押さえつけて保持する
ようになっていた。また、この保持部材11には裏面側
より導入パイプ12を接合して、ウェハ20との接合面
にHeガスなどを供給し、熱伝導性を向上させることが
行われていた。また、この導入パイプ12より光ファイ
バを用いた測温素子を挿入し、温度を測定することも行
われていた。なお、この保持部材11はステンレス等の
金属からなり、金属製の導入パイプ12との間は溶接等
で接合されていた。
【0004】しかし、保持部材11が金属製であると金
属元素がウェハ20を汚染することから、近年では保持
部材11としてアルミナや窒化アルミニウム等を主成分
とするセラミックス製のサセプターが用いられている
(特開平6−151332号公報等参照)。また、クラ
ンプリング21で保持すると、ウェハ20の周辺部が無
駄になったり、保持力が不均一になるために、セラミッ
ク製の静電チャックを用いて、ウェエハ20を吸着固定
することも行われている(特開昭62−264638号
公報等参照)。
【0005】ところで、上記のように保持部材11をセ
ラミックスで形成する場合の金属製導入パイプ12との
接合方法は、図5に示すようにセラミック製保持部材1
1の導入孔11bの内面にメタライズ層を形成しておい
て、幅0.5mm程度のフランジ12aを備えた導入パ
イプ12を挿入し、両者の間にロウ材14を充填してロ
ウ付けすることにより接合している。
【0006】このとき、セラミック製の保持部材11と
金属製の導入パイプ12との間に熱膨張差があるため、
導入パイプ12をモリブデンやコバール等のセラミック
スに近い熱膨張率を有する金属で形成し、その厚みを
0.5mm程度と薄くしておくことによって、上記熱膨
張差に基づく応力の発生を小さくすることが行われてい
る。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図5のよう
な接合構造としても、使用時に熱サイクルが加わると、
セラミック製保持部材11と金属製導入パイプ12との
熱膨張差により、両者の接合部が剥がれてしまうという
問題があった。これは、導入パイプ12が、主にその外
周面によって保持部材11と接合しているために、冷却
時に導入パイプ12側が大きく収縮してロウ材14が剥
がれやすくなるためである。
【0008】そのため、数サイクルの使用で上記接合部
が剥がれ、導入するガスがリークしてしまい、使用不能
となってしまうという不都合があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】そこで本発明は、表側の
ウェハ載置面に開口する導入孔を備えたセラミック製保
持部材の裏面側に、上記導入孔に連通する金属製の導入
パイプを、環状金属板を介して接合し、ウェハ保持装置
を構成した。
【0010】即ち、環状金属板を介在することによっ
て、導入パイプと環状金属板の間はいずれも金属である
から強固に接合することができ、また環状金属板とセラ
ミック製保持部材との間は平面同士の接合となるため剥
がれにくくなり、また環状金属板が変形することによっ
て熱膨張差による応力を緩和するとともに、この接合部
の面積を充分に広くしておけばガスリークを防止するこ
とができる。
【0011】また、本発明によれば、上記環状金属板の
厚みを1mm以下とし、かつ環状金属板とセラミック製
保持部材との接合部の幅を1mm以上とすることによっ
て、両者の熱膨張差による応力を緩和し、リークを防止
できる。
【0012】さらに、本発明によれば、上記環状金属板
のセラミック製保持部材と反対側の面に、セラミック製
の変形防止リングを接合したことによって、環状金属板
の変形や剥がれを防止することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下本発明のウェハ保持装置の実
施形態をサセプターを例にとって図によって説明する。
【0014】図1に示すように、ウェハ保持部材11は
セラミックスからなる円板状体であり、表側に備えたウ
ェハ(不図示)を載置する平坦な載置面11aと、該載
置面11aと裏面11cとを連通する導入孔11bを有
している。この導入孔11bには裏面11c側より導入
パイプ12を挿入し、環状金属板13を介して接合して
ある。
【0015】上記保持部材11の載置面11aにウェハ
を載置し、導入パイプ12よりHe等のガスを導入すれ
ば、ウェハと載置面11a間にガスを介在させ、熱伝達
性を向上させることができる。なお、図示していない
が、載置面11aに溝を形成して、ガスの供給効率を高
めることもできる。
【0016】さらに、上記環状金属板13には、熱電対
取付端子16をロウ付けや溶接で容易に接合することが
でき、この部分に熱電対を取り付ければ温度を測定する
ことができる。
【0017】また、保持部材11と導入パイプ12との
具体的な接合構造は、セラミック製保持部材11の裏面
11cにメタライズ層を形成しておいて、ロウ材14に
より環状金属板13をロウ付けし、この環状金属板13
と導入パイプ12のフランジ12aとの間をロウ材15
でロウ付けするか又は溶接によって接合してある。
【0018】このとき、導入パイプ12と環状金属板1
3は、共に金属材であるから、ロウ付けや溶接によって
強固に接合することができ、使用時に熱サイクルが加わ
っても剥がれることはない。あるいは、導入パイプ12
と環状金属板13を一体的に形成しておくこともでき
る。
【0019】また、環状金属板13と保持部材11は平
面同士の接続であるから、熱膨張差が生じても接合面と
平行方向に応力が加わるため剥がれにくくなる。しかも
環状金属板13が変形することによって上記熱膨張差に
よる応力を緩和することができ、さらに広い範囲でロウ
材14を充填できるため、使用時に熱サイクルが加わっ
てもガスのリークを防止することができる。
【0020】ここで、環状金属板13は、中央貫通孔を
有する円板状体であるが、ガスのリークを防止するため
には、その厚みtを1mm以下とし、かつ接合部の幅d
を1mm以上とすることが重要である。
【0021】これは、環状金属板13の厚みtが1mm
を超えると、変形しにくくなって熱サイクルが加わった
時の応力を緩和する効果が乏しくなるためであり、また
接合部の幅dが1mm未満であるとガスリークしやすく
なるためである。
【0022】また、環状金属板13を成す金属材は、保
持部材11を成すセラミックスに熱膨張率が近いものを
用いる。具体的には、保持部材11を成すセラミックス
との熱膨張率の差が2×10-6/℃以下のものを用いる
ことが好ましく、例えば窒化アルミニウム製の保持部材
11に対してはコバールやモリブデン等を用いる。
【0023】なお、上記のように環状金属板13を介在
させることによって、導入パイプ12を成す金属材はさ
まざまなものを用いることができ、例えばステンレス、
モリブデン、コバール等を用いる。
【0024】また、保持部材11を成すセラミックスと
しては、Al2 3 、AlN、ZrO2 、SiC、Si
3 4 等の一種以上を主成分とするセラミックスを用い
る。中でも特に耐プラズマ性の点から、99重量%以上
のAl2 3 を主成分とし、SiO2 、MgO、CaO
等の焼結助剤を含有するアルミナセラミックス、単結晶
サファイア、AlNを主成分とし周期律表第2a族元素
酸化物や第3a族元素酸化物を0.5〜20重量%の範
囲で含有する窒化アルミニウム質セラミックス、あるい
は99重量%以上のAlNを主成分とする高純度窒化ア
ルミニウム質セラミックスのいずれかが好適である。
【0025】さらに、ロウ材14、15の材質として
は、高温中で溶融、液化を生じないものを用い、具体的
にはAg−Cu系、Ag系等のロウを用いる。
【0026】次に本発明の他の実施形態を説明する。
【0027】図2に示すウェハ保持装置は、導入パイプ
12と環状金属板13を予め一体的に形成し、かつ環状
金属板13の裏側にセラミック製の変形防止リング17
をロウ材18によって接合したものであり、その他は図
1に示す実施形態と同様である。
【0028】この場合は、導入パイプ12と環状金属板
13を一体的に形成してあることから、両者を接合する
必要がなく、より強固な接合構造とすることができる。
また、変形防止リング17と保持部材11で環状金属板
13を挟み込む構造とすることによって、熱サイクルが
加わっても環状金属板13とセラミック製保持部材11
の剥がれを防止し、寿命をより長くすることができる。
【0029】上記変形防止リング17は、環状金属板1
3と同様の円板状体で、保持部材11を成すセラミック
スと熱膨張率が近似したものを用いる必要があり、具体
的には保持部材11との熱膨張率差が2×10-6/℃以
下のセラミックスを用いる。特に、保持部材11と同じ
主成分のセラミックスを用いれば最適である。
【0030】なお、この変形防止リング17を図1に示
す構造のウェハ保持装置に適用することもできる。
【0031】さらに、本発明の他の実施形態を図3に示
す。このウェハ保持装置は、導入パイプ12に環状金属
板13をロウ材15で接合するか又は一体的に形成し、
この環状金属板13は曲面状の応力緩和部13aを備
え、周辺部をロウ材14によって保持部材11にロウ付
けしたものである。そのため、セラミックス製の保持部
材11と環状金属板13との熱膨張差が生じた場合に
は、この応力緩和部13aが変形することによって、熱
膨張差による応力を緩和することができる。
【0032】また、以上の図1〜3に示す例では、サセ
プター型のウェハ保持装置について説明したが、上記保
持部材11に静電電極を埋設して静電チャック型のウェ
ハ保持装置とすることもできる。
【0033】さらに、これらのウェハ保持装置におい
て、保持部材11内に発熱抵抗体やプラズマ発生用電極
等を埋設しておくこともできる。
【0034】また、上記導入パイプ12はガスを導入す
るだけでなく、光ファイバを用いた測温素子を下方から
挿入してウェハ載置面11aの温度を測定するために用
いることもできる。
【0035】なお、本発明のウェハ保持部材は、半導体
の製造工程において半導体ウェハを保持する際に好適に
使用することができるが、この他に液晶の製造工程にお
ける液晶用ガラスの保持など、さまざまな用途に使用す
ることができる。
【0036】
【実施例】本発明実施例として、図1に示すウェハ保持
装置を試作し、環状金属板13の厚みt、接合部の幅d
を種々に変化させた時のガスリーク量を測定する実験を
行った。
【0037】保持部材11は窒化アルミニウム質セラミ
ックスで形成し、環状金属板13はコバールで形成して
その厚みtを変化させたものを用意し、いずれも接合部
の幅dを1mmとして接合した。このウェハ保持装置を
用いて実際のPVD装置中で常温から600℃の熱サイ
クルを加えた後、ガス導入パイプ12内にHeガスを導
入し、外部のリーク量をHeリークディテクターにて測
定して、リーク量が1×10-9Torr・リットル/秒
以下のものを○、そうでないものを×として評価した。
【0038】結果は表1に示すように、環状金属板13
の厚みtが1mmを超えるものではガスリークが生じた
のに対し、厚みtを1mm以下としたものではほとんど
ガスリークがなかった。
【0039】
【表1】
【0040】次に、環状金属板13の厚みtを1mmに
し、接合部の幅dを変化させて同様の実験を行った。
【0041】結果は表2に示すように、接合部の幅dが
1mm未満ではガスリークが生じたのに対し、接合部の
幅dを1mm以上としたものではほとんどガスリークが
なかった。
【0042】
【表2】
【0043】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、表側のウ
ェハ載置面に開口する導入孔を備えたセラミック製保持
部材の裏面側に、上記ガス導入孔に連通する金属製の導
入パイプを、環状金属板を介して接合したことによっ
て、使用時に熱サイクルが加わってもセラミック製保持
部材と導入パイプとの接合部の剥がれを防止してリーク
の発生を抑えることができるため、長期間にわたって良
好に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のウェハ保持装置を示す部分断面図であ
る。
【図2】本発明のウェハ保持装置の他の実施形態を示す
部分断面図である。
【図3】本発明のウェハ保持装置の他の実施形態を示す
部分断面図である。
【図4】従来のウェハ保持装置を示す概略断面図であ
る。
【図5】従来のウェハ保持装置を示す部分断面図であ
る。
【符号の説明】
11:保持部材 11a:載置面 11b:導入孔 11c:裏面 12:導入パイプ 12a:フランジ 13:環状金属板 13a:応力緩和部 14:ロウ材 15:ロウ材 16:熱電対取付端子 17:変形防止リング 18:ロウ材 20:ウェハ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表側のウェハ載置面に開口する導入孔を備
    えたセラミック製保持部材の裏面側に、上記導入孔に連
    通する金属製の導入パイプを、環状金属板を介して接合
    したことを特徴とするウェハ保持装置。
  2. 【請求項2】上記環状金属板のセラミック製保持部材と
    反対側の面に、セラミック製の変形防止リングを接合し
    たことを特徴とする請求項1記載のウェハ保持装置。
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