TWI533401B - 晶座 - Google Patents

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TWI533401B TW103129888A TW103129888A TWI533401B TW I533401 B TWI533401 B TW I533401B TW 103129888 A TW103129888 A TW 103129888A TW 103129888 A TW103129888 A TW 103129888A TW I533401 B TWI533401 B TW I533401B
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Fumiya Kobayashi
Sho Kumagai
Kazuhiro Ushita
Tadashi Onishi
Tomonori Ishigaki
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Description

晶座
本發明係關於一種具備有基材(具有凹部)之晶座、以及上面側具有載置晶圓之晶圓坑的晶座。
以往，對晶圓表面進行生成GaN等膜之處理之際，係使用保持晶圓之晶圓保持具(以下稱為晶座)。晶座被要求高耐熱、高耐久、高強度等特性。從而，晶座係使用由高純度碳化矽所構成之碳化矽構件、碳素材之基材上塗佈有SiC被膜等者(例如專利文獻1、2)。
此外，於製造半導體之際所使用之半導體熱處理爐之半導體裝置用治具(晶圓舟、晶座、保持具)等各種構件方面，基於要求高耐熱、高耐久、高強度等特性，係廣泛使用採高純度碳化矽(SiC)之碳化矽基材、於碳基材塗佈有SiC被膜等者。以往之晶座多為在石墨基材上實施CVD-SiC塗佈(利用化學蒸鍍法之SiC塗佈)而提高了耐腐蝕性之晶座。
先前技術文獻
專利文獻1 日本特開2000-332096號公報
專利文獻2 日本特開2010-239020號公報
另一方面，近年來伴隨晶圓之大口徑化等，晶座之晶圓載置面尺寸也放大，於晶座要求高均熱性。另一方面，基於晶座之升溫速度以及熱利用效率之觀點，以熱傳導率高之構件來構成晶座為佳，而使用由高純度碳化矽所構成之晶座為佳。
另一方面，若使用以高純度碳化矽所構成之晶座，因著熱傳導率之高度，加熱器之圖案可能直接轉印到晶圓，反而可能發生熱不均。
是以，本發明係為了解決此第1課題所得者，其目的在於提供一種晶座，可一面抑制晶座之升溫速度以及熱利用效率之降低、一面提高均熱性。
此外，若使用某程度期間(數個月)之晶座，會因為CVD-SiC膜剝落而從基材之石墨產生雜質。是以，必須短期間進行交換。如此般晶座之壽命變短會造成交換成本增加。
此外，伴隨晶圓之大口徑化等，晶座之晶圓載置面尺寸也放大，晶座愈來愈需要高均熱性。
因此，雖晶座全體以高純度SiC所構成之晶座的要求變高，但由於SiC之加工性差故晶座之製造上花費時間，並且，由於SiC之素材價格高故成為成本高之晶座。
是以，本發明係用以解決此第2課題所得者，其目的在於提供一種晶座，即便晶座全體非以高純度SiC構成之情況，相較於以往也可延長壽命。
此外，近年，伴隨晶圓之大口徑化等，晶座之晶圓載置面尺寸也放大，晶座愈來愈要求高均熱性。從而，基於晶座之升溫速度以及熱利用效率之觀點，以熱傳導率高之構件來構成晶座為佳，使用由碳化矽(SiC)所構成之晶座為佳。但是，由於碳化矽之比重大，故希望輕量化。
對策上，有人想到將晶座之內面側設為凹狀來降低晶座之重量。
此處，使得晶座旋轉之心軸(spindle)中心處，為了防止從心軸之脫熱所致均熱性惡化等不佳情況必須維持一定的壁厚。因此，於晶座之內面側，在心軸中心處必須增厚壁厚。
但是，晶座之內面側會因為心軸中心之壁厚部與使得晶座內面側成為凹狀而產生之壁薄部而出現段差。一般認為此段差會使得均熱性惡化，發生加熱時之熱應力集中、因晶座之本身重量而產生破損之不佳情況。
是以，本發明係用以解決此第3課題所得者，其目的在於提供一種晶座，即便以碳化矽所構成並且輕量化，也可成為防止破損之構造。
第1特徴之晶座，具備有：板狀之第1構件，具有載置晶圓之晶圓載置面；以及第2構件，相對於晶圓載置面在正交方向上和第1構件做積層，用以支撐第1構件。第1構件之熱傳導率高於第2構件之熱傳導率。
第1特徴中，第1構件係以相對於第2構件可裝卸的方式所構成。
第1特徴中，第1構件係由具有6N以上純度之碳化矽所構成。
第1特徴中，第2構件係由具有2N~3N之純度的碳化矽所構成。
第1特徴中，第2構件係由石墨所構成。
第1特徴中，第2構件之熱傳導率為140~170W/(m．K)之範圍。
第1特徴中，第2構件之厚度為5~15mm之範圍。
第1特徴中，第2構件之熱阻值為5.8×10-3~7.1×10-3m．K/W之範圍。
第1特徴中，第2構件具有板狀形狀或是環形狀。
第2特徴之晶座，具有載置晶圓之晶圓坑；具備有：由高純度碳化矽所構成之上側構件，上面側具有晶圓坑，且下面側具有從相對於外周部在內周側之位置起往下方突出之嵌合凸部；以及下側構件，上面側具有和嵌合凸部之下面做面接觸之嵌合凹部，用以支撐上側構件；當藉由將嵌合凸部置入嵌合凹部而將上側構件安置於下側構件的情況，俯視上來看下側構件係由上側構件做全面性被覆，且外周部和下側構件成為非接觸。
第3特徴之晶座，具有載置晶圓之晶圓坑；具備有：由高純度碳化矽所構成之上側構件，上面側具有晶圓坑，且下面側具有從相對於外周部在內周側之位置起往上方凹陷之嵌合凹部；以及下側構件，上面側具有和嵌合凹部之底面做面接觸之嵌合凸部，用以支撐上側構件；當藉由將嵌合凸部置入嵌合凹部而將上側構件安置於下側構件的情況，俯視上來看下側構件係由上側構件做全面性被覆，且外周部和下側構件成為非接觸。
第4特徴之晶座，具備有：由碳化矽所構成之板狀之上側構件，具有載置晶圓之晶圓載置面；以及由碳化矽所構成之下側構件，係積層上側構件，於旋轉中心位置具有支撐上側構件且往下方突出之軸承部；下側構件具有：軸承下面，係形成軸承部之下面側；以及延展面，係從軸承下面之外周緣往斜上方緩斜地延展，而連續於軸承部周圍之下側構件本體的下面；軸承下面之假想延長面與延展面所呈角度在15~80°之範圍，且延展面具有與下側構件本體之下面相連之曲率半徑0.1~10mm之範圍的彎曲面。
依據本發明之第1特徴，可提供一種晶座，可一面抑制晶座之升溫速度以及熱利用效率之降低、一面提高均熱性。
此外，依據本發明之第2特徴以及第3特徴，可提供一種晶座，即便晶座全體非以高純度SiC所構成之情況，相較於以往可延長壽命。
此外，依據本發明之第4特徴，可提供一種晶座，即便以碳化矽所構成並且輕量化，也可成為防止破損之構造。
10‧‧‧第1構件
11‧‧‧凹部
20‧‧‧第2構件
100,110,140,210‧‧‧晶座
112,142,212‧‧‧上側構件
114,144,214‧‧‧下側構件
116‧‧‧晶圓坑
122,156‧‧‧嵌合凸部
122b‧‧‧下面
154b‧‧‧底面
132,154‧‧‧嵌合凹部
214m‧‧‧下側構件本體
214ms‧‧‧下側構件本體下面(下側構件本體之下面)
218‧‧‧軸承部
218e‧‧‧外周緣
218p‧‧‧開口壁下端部
218s‧‧‧軸承下面
219s‧‧‧延展面
221s‧‧‧彎曲面
249s‧‧‧直線部
251s‧‧‧彎曲線
E‧‧‧外周緣
G‧‧‧間隙
J‧‧‧假想延長面
P‧‧‧內周端
T‧‧‧厚度
θ‧‧‧角度
圖1係顯示第1實施形態之晶座之圖。
圖2係第1實施形態之晶座之截面圖。
圖3係變更例2之晶座之截面圖。
圖4係變更例3之晶座之截面圖。
圖5係變更例4之晶座之截面圖。
圖6係變更例5之晶座之截面圖。
圖7係顯示變更例6之晶座示圖。
圖8係變更例6之晶座之截面圖。
圖9(a)係顯示第2實施形態之晶座之俯視圖，圖9(b)係圖9(a)之M-M線之側面截面圖。
圖10係圖9(b)之部分放大圖。
圖11係圖10之部分放大圖。
圖12係顯示第3實施形態之晶座之主要部之側面截面圖。
圖13(a)係顯示第4實施形態之晶座之俯視圖，圖13(b)係圖13(a)之N-N線之側面截面圖。
圖14係圖13(b)之部分放大圖。
圖15係顯示第4實施形態之變形例之示意部分放大截面圖。
圖16係顯示實驗例1中晶座條件以及評價結果之說明圖。
圖17係顯示實驗例2中晶座條件以及評價結果之說明圖。
以下，針對本發明之實施形態之晶座，參見圖式做說明。此外，於以下之圖式記載中，同一或是類似部分係賦予同一或是類似符號。
〔第1實施形態之概要〕
首先說明第1實施形態。此外，應留意本實施形態中圖式係示意圖，各尺寸比率等和現實者不同。從而，具體尺寸等應參酌以下之說明來判斷。此外，圖式相互間當然也包括彼此尺寸關係或比率不同的部分。
本實施形態之晶座，具備有：板狀之第1構件，具有載置晶圓之晶圓載置面；以及第2構件，相對於晶圓載置面在正交方向上和第1構件做積層，用以支撐第1構件。第1構件之熱傳導率高於第2構件之熱傳導率。
本實施形態中，具有晶圓載置面之板狀第1構件之熱傳導率高於第2構件之熱傳導率。從而，可抑制晶座之升溫速度以及熱利用效率之降低。另一方面，相對於第1構件配置於加熱器側之第2構件之熱傳導率低於第1構件之熱傳導率。從而，可抑制加熱器之圖案直接轉印於晶圓，可提高晶圓載置面之均熱性。
〔第1實施形態〕
(晶座之構成)
以下，針對第1實施形態之晶座，參見圖式來說明。圖1以及圖2係顯示第1實施形態之晶座100之圖。圖1係顯示晶座100之主面(晶圓載置面)之圖。圖2係示意顯示晶座100之截面(圖1所示A-A截面)之圖。
如圖1以及圖2所示般，晶座100具有第1構件10以及第2構件20。
第1構件10具有配置晶圓之晶圓配置面。第1構件10具有凹部11，於凹部11保持晶圓。
第1構件10具有板狀形狀。第1構件10在和晶圓配置面為平行之投影面上具有圓形形狀。例如，第1構件10係由，具有6N以上純度之碳化矽所構成。詳細而言，第1構件10係以2000~2400℃之溫度條件以及300~700kg/cm2之壓力條件對含有碳化矽之混合物進行熱壓而加工得到。將構成第1構件10之碳化矽純度設定為6N以上，可抑制晶座100之升溫速度以及熱利用效率之降低。此處，N表示純度。3N意指純度99.9%，6N意指純度99.9999%。純度意指主金屬材料之純度，乃100減去金屬雜質之值，以「100%-金屬雜質(%)=純度(%)」表示。
第2構件20乃相對於晶圓配置面在正交方向上和第1構件10做積層，用以支撐第1構件10。亦即，第2構件20相對於第1構件10配置於加熱源(加熱器)側。
第2構件20具有板狀形狀。第2構件20在和晶圓配置面為平行之投影面上具有圓形形狀。例如，第2構件20由具有99~99.9%純度之碳化矽所構成。詳細而言，第2構件20係使用氧化釔(Y2O3)等燒結助劑在2000~2200℃之溫度條件將含有碳化矽之混合物加以燒結而得到。如此般，當第2構件20為碳化矽所構成之情況，構成第2構件20之碳化矽純度較構成第1構件10之碳化矽純度來得低，在2N~3N之範圍。若構成第2構件20之碳化矽純度在3N以下，可抑制加熱器之圖案直接轉印於晶圓。另一方面，若構成第2構件20之碳化矽純度在2N以上，則可抑制晶座100之升溫速度以及熱利用效率之降低。
於第1實施形態，第1構件10之熱傳導率高於第2構件20之熱傳導率。第1構件10之熱傳導率為200W/(m．K)以上(熱傳導率以及熱阻值等物性值之測定條件以下為室溫條件下)，第2構件20之熱傳導率為140~170W/(m．K)之範圍。第1構件10之熱傳導率為200W/(m．K)以上之理由和構成第1構件10之碳化矽純度為6N以上之理由同樣。第2構件20之熱傳導率為140~170W/(m．K)之範圍的理由和構成第2構件20之碳化矽純度為2N~3N之範圍的理由同樣。
於第1實施形態，假想相對於晶圓配置面在正交方向上，晶座100之厚度T為一定之例子的情況，第1構件10之厚度T1以及第2構件20之厚度T2為以下所述為佳。具體而言，第1構件10之厚度T1以1mm以上為佳。若厚度T1為1mm以上，可抑制晶座100之升溫速度以及熱利用效率之降低。另一方面，第2構件20之厚度T2以5~15mm為佳。若厚度T2為5mm以上，可抑制加熱器之圖案直接轉印於晶圓。另一方面，若厚度T2為15mm以下，由於晶座100全體之熱傳導率上升，而可抑制晶座100之升溫速度以及熱利用效率之降低。
第1實施形態中，第1構件10之熱阻值低於第2構件20之熱阻值。第1構件10之熱阻值為5.0×10-3m．K/W以下，第2構件20之熱阻值為 5.8×10-3~7.1×10-3m．K/W之範圍。若第1構件10之熱阻值為5.0×10-3m．K/W以下，可抑制晶座100之升溫速度以及熱利用效率之降低。若第2構件20之熱阻值為5.8×10-3m．K/W以上，可抑制加熱器之圖案直接轉印於晶圓。另一方面，若第2構件20之熱阻值為7.1×10-3m．K/W以下，可抑制晶座100之升溫速度以及熱利用效率之降低。
(作用以及效果)
第1實施形態中，具有晶圓配置面之板狀第1構件10之熱傳導率高於第2構件20之熱傳導率。從而，可抑制晶座100之升溫速度以及熱利用效率之降低。另一方面，相對於第1構件10配置在加熱器側之第2構件20之熱傳導率低於第1構件10之熱傳導率。從而，可抑制加熱器之圖案直接轉印於晶圓，可提高晶圓配置面之均熱性。
此外，若相對於第1構件10在加熱器側配置第2構件20，則晶座100之熱難以經由支撐晶座100之支撐體而逃離。
〔變更例1〕
以下，針對第1實施形態之變更例1做說明。以下，主要說明相對於第1實施形態之差異之處。
第1實施形態中，第2構件20係由具有較構成第1構件10之碳化矽純度來得低純度之碳化矽所構成。對此，第2構件20係由石墨所構成。即便是第2構件20係以石墨所構成之情況，第2構件20之熱傳導率、厚度T2或是熱阻值仍以上述範圍為佳。
〔變更例2~5〕
以下，針對第1實施形態之變更例2~5做說明。以下主要說明相對於第1實施形態之差異之處。
第1實施形態中雖未提及第1構件10以及第2構件20之積層形態，但第1構件10以及第2構件20之積層形態可考慮以下所示形態。
例如，做為變更例2如圖3所示般，第1構件10亦可具有沿著第1構件10之外周連續而往下側(加熱器側)突出之壁體。第1構件10之壁體係以包覆第2構件20之側面至少一部分的方式來設置。藉此，僅是將第1構件10載置於第2構件20之上，即可抑制因晶座100之旋轉所致第1構件10 與第2構件20之位偏產生。
或是，做為變更例3亦可如圖4所示般，第1構件10相對於第2構件20係以螺絲22來固定。藉此，可抑制因晶座100之旋轉所致第1構件10與第2構件20之位偏。
或是，做為變更例4亦可如圖5所示般，第1構件10相對於第2構件20係經由接著層24來固定。藉此，可抑制因晶座100之旋轉所致第1構件10與第2構件20之位偏。
或是，做為變更例5亦可如圖6所示般，第2構件20具有沿著第2構件20之外周連續、往上側(晶圓配置面側)突出之壁體。第2構件20之壁體係以包覆第1構件10之側面至少一部分的方式來設置。藉此，僅是將第1構件10載置於第2構件20之上，即可抑制因晶座100之旋轉所致第1構件10與第2構件20之位偏。
如以上說明，第1構件10以相對於第2構件20可裝卸的方式構成為佳。若第1構件10相對於第2構件20可裝卸，則相較於第2構件20在磨損上嚴重之第1構件10之交換成為可能，可再利用第2構件20。
〔變更例6〕
以下，針對第1實施形態之變更例6做說明。以下，主要說明相對於第1實施形態之差異之處。
第1實施形態中，第2構件20具有板狀形狀。相對於此，變更例6中，第2構件20在和晶圓配置面成為平行之投影面具有環形狀。
具體而言，如圖7以及圖8所示般，第2構件20具有沿著第1構件10之外周連續、朝下側(加熱器側)突出之形狀。此外，圖7係顯示晶座100之主面(晶圓載置面)之圖。圖8係示意顯示晶座100之截面(圖7所示B-B截面)之圖。
即便是變更例6所示晶座100，由於藉由第2構件20在第1構件10與加熱器之間形成空間，故和第1實施形態同樣地，可抑制加熱器之圖案直接轉印於晶圓，可提高晶圓配置面之均熱性。
〔第2實施形態〕
其次，說明第2實施形態。圖9(a)係顯示本實施形態之晶座110之俯視 圖。圖9(b)係圖9(a)之M-M線之側面截面圖。圖10係圖9(b)之部分放大圖。圖11係圖10之部分放大圖。
如圖9(a)、圖9(b)、圖10、圖11所示般，本實施形態之晶座110具有上側構件112與下側構件114。上側構件112以及下側構件114從和晶圓配置面成為平行之投影面觀看(亦即俯視上)均為圓板狀。上側構件112係由高純度碳化矽所構成。下側構件114係由相對於上側構件112純度較低之碳化矽所構成。
上側構件112在上面側具有載置晶圓之晶圓坑(wafer pocket)116。此外，本實施形態中，做為上側構件112之外周部形成有上側外簷部120。此外，上側構件112於下面側具有從相對於上側外簷部120在內周側位置起往下方突出之嵌合凸部122。下側構件114於上面側具有和嵌合凸部122之下面22b做面接觸之嵌合凹部132，成為支撐上側構件112之構成。
此外，若嵌合凸部122置入嵌合凹部132而將上側構件112安置於下側構件114，則俯視上下側構件114被上側構件112做全面覆蓋，且上側構件112之外周部與下側構件114成為非接觸。
此外，於下側構件114形成有下側外周部130(下側外簷部)，當上側構件112安置於下側構件114時，下側外周部130會和上側外簷部120成為對向。從而，當上側構件112安置於下側構件114之時，會於上側外簷部120與下側外周部130之間形成間隙G。
此外，於本實施形態中，係以當上側構件112安置於下側構件114之時，晶圓坑116之水平方向位置全部相較於形成此間隙G之空間的內周端P更位於內周側的方式來事先決定晶圓坑116之形成位置。
此外，本實施形態中，下側外周部130從構成下側構件114之下側構件本體114m往外周側伸張出去。此外，晶圓坑116之外周側端116e之水平方向位置相較於下側構件本體114m之外周壁114e位於內周側。
此外，上側構件112係由高純度碳化矽、例如具有6N以上純度之碳化矽所構成。此處所說的純度意指主金屬材料之純度，乃100減去金屬雜質之值，以「100%-金屬雜質(%)=純度(%)」表示。此外表示純度之單位N，當以重量百分比表示金屬雜質比例之際，對應於數字9排列個數。例如， 3N意指純度99.9%6N意指純度99.9999%。
在具體詳細例方面，上側構件112係以2000~2400℃之溫度條件以及300~700kg/cm2之壓力條件對含有碳化矽之混合物進行熱壓而加工得到。若上側構件112之碳化矽純度為6N以上，可抑制晶座110之升溫速度以及熱利用效率之降低。
下側構件114相對於晶圓配置面在正交方向上積層於上側構件112，用以支撐上側構件112。亦即，下側構件114相對於上側構件112配置於加熱源(加熱器)側。
此外，下側構件114係由例如具有99~99.9%之純度的碳化矽所構成。具體詳細例，下側構件114係使用氧化釔(Y2O3)等燒結助劑，以2000~2200℃之溫度條件對含有碳化矽之混合物進行燒結所得。如此般，當下側構件114係由碳化矽所構成之情況，構成下側構件114之碳化矽純度較構成上側構件112之碳化矽純度來得低，以2N~3N之範圍為佳。若構成下側構件114之碳化矽純度為3N以下，可抑制加熱器之圖案直接轉印於晶圓。另一方面，若構成下側構件114之碳化矽純度為2N以上，可抑制晶座110之升溫速度以及熱利用效率之降低。
本實施形態中，上側構件112之熱傳導率高於下側構件114之熱傳導率。例如，上側構件112之熱傳導率為200W/(m．K)以上，下側構件114之熱傳導率為140~170W/(m．K)之範圍。於此情況，上側構件112之熱傳導率為200W/(m．K)以上之理由和構成上側構件112之碳化矽純度為6N以上之理由同樣。下側構件114之熱傳導率為140~170W/(m．K)之範圍的理由和構成下側構件114之碳化矽純度在2N~3N之範圍的理由同樣。
此外，上側構件112之熱阻值低於下側構件114之熱阻值。上側構件112之熱阻值為5.0×10-3m．K/W以下，下側構件114之熱阻值為5.8×10-3~7.1×10-3m．K/W之範圍。若上側構件112之熱阻值為5.0×10-3m．K/W以下，可抑制晶座110之升溫速度以及熱利用效率之降低。若下側構件114之熱阻值為5.8×10-3m．K/W以上，可抑制加熱器之圖案直接轉印於晶圓。另一方面，若下側構件114之熱阻值為7.1×10-3m．K/W以下，可抑制晶座110之升溫速度以及熱利用效率之降低。
(作用、效果)
以下，說明本實施形態之作用、效果。
本實施形態，若將嵌合凸部122置入嵌合凹部132而將上側構件112安置於下側構件114，則俯視上來看，下側構件114會被上側構件112做全面覆蓋。從而，可防止下側構件114之熱從下側外周部130往上方逃離造成部分性溫度下降。
此外，若將嵌合凸部122置入嵌合凹部132而將上側構件112安置於下側構件114，則上側構件112之外周部的上側外簷部120會和下側構件114之外周部的下側外周部130成為非接觸。從而，由於上側外簷部120往下方之移動不會受下側外周部130所妨礙，可使得嵌合凸部122之底面確實面接觸於嵌合凹部132之底面132s。從而，由於可使得上側構件112之溫度均一化，而可讓載置於晶圓坑116之晶圓的溫度均一化，可提高良率。晶圓置入晶圓坑116之作業時，由於收容晶座110之空間設定為真空狀態，故其效果尤其大。
此外，由於上側外簷部120相對於下側外周部130成為非接觸，故相較於面接觸於嵌合凹部132之嵌合凸部122，上側外簷部120之溫度容易變得不同，但於本實施形態，上側構件112處之晶圓坑116全部相對於上側外簷部120形成於內周側。從而，由於可使得晶圓坑116之溫度更為均一，而可將被載置之晶圓溫度更為維持均一。
此外，具有晶圓配置面之板狀的上側構件112之熱傳導率高於下側構件114之熱傳導率。從而，可抑制晶座110之升溫速度以及熱利用效率之降低。另一方面，相對於上側構件112配置於加熱器側之下側構件114之熱傳導率低於上側構件112之熱傳導率。從而，可抑制加熱器之圖案直接轉印於晶圓，可提高晶圓配置面之均熱性。
此外，若相對於上側構件112將下側構件114配置於加熱器側，則晶座110之熱變得不易經由支撐晶座110之支撐體而逃逸。
此外，於本實施形態，當上側構件112安置於下側構件114之時，於上側外簷部120與下側外周部130之間所形成之間隙G以0.1mm以下為佳。藉此，可充分容易防止在晶座110之使用中上側構件112從下側構件 114脫離飛出，此外，亦可藉由下側外周部130來補強上側外簷部120。此外，從確實進行脫氣之觀點來看，間隙G以1μm以上為佳。
此外，間隙G從上側構件112之外周緣E、亦即上側外簷部120之外周緣E往內周側橫跨W=1mm以上來形成為佳。藉此，可確實容易進行嵌合凸部122與嵌合凹部132之間之脫氣。此外，從晶座之均熱性觀點來看，W以50mm以下為佳。
此外，上側外簷部120之厚度T以1mm以上為佳。藉此，可得到上側外簷部120之強度補強效果。此外，從晶座之均熱性觀點來看，厚度T以5mm以下為佳。
此外，從晶圓坑116之均熱性、亦即載置於晶圓坑116之晶圓的均熱性觀點來看，晶圓坑116之外周側端116e與下側構件本體114m之外周壁114e在水平方向距離D以2mm以上為佳。
此外，下側構件114亦可藉由在碳(C)基材塗佈SiC被膜等所得者來構成。藉此，晶座110可更為輕量化。
〔第3實施形態〕
其次，說明第3實施形態。圖12係顯示本實施形態之晶座之主要部之側面截面圖。
本實施形態之晶座140相較於第2實施形態，嵌合凸部與嵌合凹部係上下顛倒形成。亦即，本實施形態之晶座140具有上側構件142與下側構件144。上側構件142相較於第2實施形態係取代上側外簷部120而成為具有上側外周部150。構成下側構件144之下側外周部160係以在其與上側外周部150之間形成既定間隙G的方式來決定尺寸。
藉由此構造，上側構件142於下面側具有相對於上側外周部150從內周側位置往上方凹陷之嵌合凹部154。下側構件144於上面側具有和嵌合凹部154之底面(上面)154b做面接觸之嵌合凸部156而成為支撐上側構件142之構成。
此外，當嵌合凸部156置入嵌合凹部154而將上側構件142安置於下側構件144，則俯視上來看，下側構件144係被上側構件142做全面性被覆，且上側外周部150和下側外周部160成為非接觸。亦即，當上側構件142 安置於下側構件144之時，會於上側外周部150與下側外周部160之間形成間隙G。
此外，於本實施形態，係以當上側構件142安置於下側構件144之時，晶圓坑116之水平方向位置全部相較於上側外周部150成為內周側位置的方式來事先決定晶圓坑116之形成位置。
上側構件係由高純度碳化矽所構成。下側構件144係由相較於上側構件142在純度上較低之碳化矽所構成。藉由本實施形態可發揮和第2實施形態同樣的效果。
〔第4實施形態〕
其次，說明第4實施形態。圖13(a)係顯示本實施形態之晶座之俯視圖。圖13(b)係圖13(a)之N-N線之側面截面圖。圖14係圖13(b)之部分放大圖。
如圖13(a)、圖13(b)、圖14所示般，本實施形態之晶座210具有上側構件212與下側構件214。上側構件212以及下側構件214從和晶圓配置面成為平行之投影面觀看(亦即俯視上)均成為圓板狀。上側構件212以及下側構件214均由碳化矽所構成。
上側構件212為由碳化矽所構成之板狀構件，上面側具有載置晶圓之晶圓載置面。上面側形成有載置晶圓之晶圓坑216。
下側構件214係由碳化矽所構成，用以支撐被積層之上側構件212。此外，下側構件214於旋轉中心位置具有用以承接從下方進入之心軸之軸的軸承部218。此軸承部218往下方突出。此外，下側構件214具有：軸承下面218s，係形成軸承部218之下面側；以及延展面219s，係從軸承下面218s之外周緣218e往斜上方緩斜延展，而連續於軸承部218周圍之下側構件本體下面214ms(下側構件本體214m之下面)。此延展面219s係藉由連續於下側構件本體214m將其與軸承部218之角落部加以掩埋之壁厚部219所形成。
此外，軸承下面218s之假想延長面J與延展面219s所呈角度θ在15~80°之範圍。並且，延展面219s具有相連於下側構件本體下面214ms、曲率半徑R為0.1~10mm之範圍之彎曲面221s。此外，本實施形態中，軸承下面218s為平面。
此外，本實施形態中，於上側構件212之外周部形成有上側外簷部220。此外，上側構件212在下面側具有從相對於上側外簷部220在內周側位置起往下方突出之嵌合凸部222。下側構件214於上面側具有和嵌合凸部222之下面22b做面接觸之嵌合凹部232，成為支撐上側構件212之構成。
此外，若嵌合凸部222置入嵌合凹部232而將上側構件212安置於下側構件214，則俯視觀看上，下側構件214會由上側構件212做全面性覆蓋，且上側構件212之外周部(上側外簷部220)會和下側構件214成為非接觸。此外，於下側構件214處，係以當上側構件212安置於下側構件214時會和上側外簷部220成為對向的方式形成有下側外周部230(下側外簷部)。
此外，本實施形態中，係以當上側構件212安置於下側構件214之時，晶圓坑216之水平方向位置全部相對於上側外簷部220成為內周側位置的方式來事先決定晶圓坑216之形成位置。
此外，本實施形態中，下側外周部230係從構成下側構件214之下側構件本體214m往外周側伸張而出。此外，晶圓坑216之外周側端216e之水平方向位置相對於下側構件本體214m之外周壁214e係位於內周側。
此外，上側構件212係由高純度碳化矽、例如具有6N以上純度之碳化矽所構成。此處，N表示純度。3N意指純度99.9%，6N意指純度99.9999%。純度意指主金屬材料之純度，為100減去金屬雜質之值，以「100%-金屬雜質(%)=純度(%)」表示。
具體詳細例，上側構件212係以2000~2400℃之溫度條件以及300~700kg/cm2之壓力條件對含有碳化矽之混合物進行熱壓而加工得到。藉由使得上側構件212之碳化矽純度成為6N以上，可抑制晶座210之升溫速度以及熱利用效率之降低。
下側構件214相對於晶圓配置面在正交方向上積層於上側構件212，用以支撐上側構件212。亦即，下側構件214相對於上側構件212配置於加熱源(加熱器)側。
此外，下側構件214係由例如具有99~99.9%之純度的碳化矽所構成。具體詳細例而言，下側構件214係使用氧化釔(Y2O3)等燒結助劑，以2000~2200℃之溫度條件對含有碳化矽之混合物進行燒結而得到。如此般， 當下側構件214為碳化矽所構成之情況，構成下側構件214之碳化矽純度較構成上側構件212之碳化矽純度來得低，以2N~3N之範圍為佳。若構成下側構件214之碳化矽純度在3N以下，可抑制加熱器之圖案直接轉印於晶圓。另一方面，若構成下側構件214之碳化矽純度在2N以上，可抑制晶座210之升溫速度以及熱利用效率之降低。
本實施形態中，上側構件212之熱傳導率高於下側構件214之熱傳導率。例如，上側構件212之熱傳導率為200W/(m．K)以上，下側構件214之熱傳導率為140~170W/(m．K)之範圍。於此情況，上側構件212之熱傳導率為200W/(m．K)以上之理由和構成上側構件212之碳化矽純度在6N以上之理由同樣。下側構件214之熱傳導率為140~170W/(m．K)之範圍之理由和構成下側構件214之碳化矽純度在2N~3N之範圍之理由同樣。
此外，上側構件212之熱阻值低於下側構件214之熱阻值。上側構件212之熱阻值為5.0×10-3m．K/W以下，下側構件214之熱阻值為5.8×10-3~7.1×10-3m．K/W之範圍。若上側構件212之熱阻值為5.0×10-3m．K/W以下，可抑制晶座210之升溫速度以及熱利用效率之降低。若下側構件214之熱阻值為5.8×10-3m．K/W以上，可抑制加熱器之圖案直接轉印於晶圓。另一方面，若下側構件214之熱阻值為7.1×10-3m．K/W以下，可抑制晶座210之升溫速度以及熱利用效率之降低。
(作用、效果)
以下，說明本實施形態之作用、效果。
本實施形態中，上側構件212與下側構件214均以碳化矽所形成。此外，對於下側構件214而言，軸承下面218s之假想延長面J與延展面219s所呈角度θ在15~80°之範圍，亦即，軸承下面218s與延展面219s所呈角度(鈍角)在100~165°之範圍。並且，延展面219s具有相連於下側構件本體下面214ms、且曲率半徑R為0.1~10mm之範圍的彎曲面221s。
從而，由於具有延展面219s之壁厚部219成為連續於軸承部218之周圍的構造，故相較於未設置此壁厚部219之情況、或是削除與脫熱無關之部位而形成相對於下側構件本體214m有大段差之壁厚部的情況，可抑制軸承部218及其周圍之均熱性的惡化，並可補強強度。從而，即便晶座210 係以碳化矽所構成且輕量化，仍可成為具有防止破損之構造的晶座210。
若角度θ小於15°，則下側構件本體214m之重量變得過重。若角度θ大於80°，則受到均熱性惡化之影響容易在下側構件214產生應力集中所致破損。從此點來看，角度θ之較佳範圍為30°以上、55°以下。
此外，若彎曲面221s之曲率半徑R小於0.1mm，將會小於以研磨加工之研磨石所能形成之最小曲率半徑，加工所需時間會大幅增加。若彎曲面221s之曲率半徑R大於10mm，將難以充分進行下側構件本體214m之重量輕減。
此外，本實施形態中，當嵌合凸部222置入嵌合凹部232而將上側構件212安置於下側構件214，則俯視上來看，下側構件214會被上側構件212做全面性被覆。從而，可防止下側構件214之熱從下側外周部230往上方逃逸而造成部分性溫度下降。
此外，具有晶圓配置面之板狀的上側構件212之熱傳導率較下側構件214之熱傳導率來得高。從而，可抑制晶座210之升溫速度以及熱利用效率之降低。另一方面，相對於上側構件212配置於加熱器側之下側構件214之熱傳導率低於上側構件212之熱傳導率。從而，可抑制加熱器之圖案直接轉印於晶圓，可提高晶圓配置面之均熱性。
此外，相對於上側構件212將下側構件214配置於加熱器側，則晶座210之熱變得難以經由支撐晶座210之支撐體而逃逸。
此外，從軸承部218之開口壁下端部218p到外周緣218e之長度L以1mm以上為佳。藉此，可充分確保軸承部218之均熱性並可充分提高軸承部218之強度。
此外，亦可取代延展面219s以及彎曲面221s，在面內包含軸承部218之中心線C(參見圖14)之截面(參見圖15)，改為構成上形成有直線部249s(連續於軸承下面218s)與彎曲線251s(和直線部249s相連於下側構件本體下面214ms，曲率半徑R為0.1~10mm之範圍)。藉由讓如此之直線部249s(亦即圓錐台斜面250s)相連於軸承下面218s，則相較於上述截面上彎曲線相連於軸承下面218s之情況，成為應力集中更為緩和之構造。
亦即，若彎曲面221s之曲率半徑R大於10mm，則直線部249s變少， 會因為曲面與曲面之相連造成於該銜接處出現段差，可能導致應力集中所致破損。從此點來看，曲率半徑R以1mm以上、8mm以下為更佳，又以2mm以上、6mm以下為特佳。
此外，基於減低產生銜接處之段差的可能性之觀點，直線部249s之長度以1mm~3mm為佳。
此外，以上說明，係針對在軸承部218之周圍形成了延展面219s之情況做說明，但即便是於軸承部218以外藉由朝下側構件214之下方突出的部位所形成之段差(例如圖14所示般，於下側構件214之外周部附近藉由往下方突出之環狀突出部240所形成之段差)，若以掩埋此段差的方式形成壁厚部39而形成和延展面219s同樣的延展面239s，也可發揮同樣的效果。
此外，本實施形態中，當上側構件212安置於下側構件214之時，於上側外簷部220與下側外周部230之間所形成之間隙以0.1mm以下為佳。藉此，可充分輕易防止於晶座210之使用中，上側構件212從下側構件214脫離飛出。
此外，下側構件214亦可藉由石墨來構成。藉此，晶座210可更為輕量化。
〔實驗例1〕
本發明者關於直徑450φ之晶座(亦即直徑450mm之晶座)，係使用實施例1~7做為上述實施形態之晶座，而使用比較例1、2做為比較用晶座，針對耐破壞性、均熱性、以及重量進行了評價。各晶座之條件以及評價結果如圖16所示。圖16中，關於耐破壞性以及均熱性之評價上，「○」表示優良、「△」表示良或是略為不良、「×」表示不良，在重量之評價上，「○」表示優良，「增」表示略為過增或是過增，「減」表示過減或是略為過減。此外圖16中，記載於角度θ列的數字為角度法所作表記，單位為「°」。
本實驗例中，角度θ為10°(比較例1)時均熱性不良，但15°(實施例2)時均熱性良好。此外，角度θ為85°(比較例2)時耐破壞性會惡化，但80°(實施例3)時耐破壞性優良。
〔實驗例2〕
此外，本發明者關於直徑117φ之晶座(亦即直徑117mm之晶座)，使用實施例8~14做為上述實施形態之晶座，使用比較例3、4做為比較用晶座，針對耐破壞性、均熱性、以及重量進行評價。各晶座之條件以及評價結果如圖17所示。本實驗例也和實驗例1成為同樣的評價結果。此外圖17中，角度θ列係以角度法所作表記，單位為「°」。
以上，針對本發明之實施形態做了說明，但此等實施形態充其量不過是為了便於理解本發明而記載之例示，本發明不限定於該實施形態。本發明之技術範圍不限於上述實施形態所揭示之具體技術事項，也包含容易從其推導之各種變形、變更、替代技術等。
本專利申請係基於2013年8月29日提出申請之日本專利申請第2013-177869號主張優先權、基於2014年8月26日提出申請之日本專利申請第2014-171502號主張優先權、以及基於2014年8月26日提出申請之日本專利申請第2014-171504號主張優先權，援引此等申請之全內容而納入本說明書中。
本發明之晶座，可一面抑制晶座之升溫速度以及熱利用效率之降低、一面提高均熱性，此外，即便全部非以高純度碳化矽所構成，相較於以往可延長壽命。此外，即便晶座以碳化矽所構成並且輕量化之情況，也可防止晶座之破損。
10‧‧‧第1構件
11‧‧‧凹部
20‧‧‧第2構件
100‧‧‧晶座

Claims (17)

  1. 一種晶座，具備有：板狀之第1構件，具有載置晶圓之晶圓載置面；以及第2構件，相對於該晶圓載置面在正交方向上和該第1構件做積層，用以支撐該第1構件；該第1構件之熱傳導率高於該第2構件之熱傳導率；該第1構件之厚度為1mm以上；該第2構件之厚度為5~15mm。
  2. 如申請專利範圍第1項之晶座，其中該第1構件係以相對於該第2構件可裝卸的方式所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項之晶座，其中該第1構件係由具有6N以上純度之碳化矽所構成。
  4. 如申請專利範圍第1項之晶座，其中該第2構件係由具有2N~3N之純度的碳化矽所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項之晶座，其中該第2構件係由石墨所構成。
  6. 如申請專利範圍第1項之晶座，其中該第2構件之熱傳導率為140~170W/(m‧K)之範圍。
  7. 如申請專利範圍第1項之晶座，其中該第2構件之熱阻值為5.8×10-3~7.1×10-3m‧K/W之範圍。
  8. 如申請專利範圍第1項之晶座，其中該第2構件具有板狀形狀或是環形狀。
  9. 一種晶座，具有載置晶圓之晶圓坑；具備有：由高純度碳化矽所構成之上側構件，上面側具有該晶圓坑，且下面側具有從相對於外周部在內周側之位置起往下方突出之嵌合凸部；以及下側構件，上面側具有和該嵌合凸部之下面做面接觸之嵌合凹部，用以支撐該上側構件；當藉由將該嵌合凸部置入該嵌合凹部而將該上側構件安置於該下側構件的情況，俯視上來看該下側構件係由該上側構件做全面性被覆，且該外周部和該下側構件成為非接觸。
  10. 一種晶座，具有載置晶圓之晶圓坑；具備有：由高純度碳化矽所構成之上側構件，上面側具有該晶圓坑，且下面側具有從相對於外周部在內周側之位置起往上方凹陷之嵌合凹部；以及下側構件，上面側具有和該嵌合凹部之底面做面接觸之嵌合凸部，用以支撐該上側構件；當藉由將該嵌合凸部置入該嵌合凹部而將該上側構件安置於該下側構件的情況，俯視上來看該下側構件係由該上側構件做全面性被覆，且該外周部和該下側構件成為非接觸。
  11. 如申請專利範圍第9或10項之晶座，其中當該上側構件安置於該下側構件之時，於該外周部與該下側構件之間所形成之間隙為0.1mm以下。
  12. 如申請專利範圍第11項之晶座，其中該間隙從該上側構件之外周緣往內周側橫跨1mm以上來形成。
  13. 如申請專利範圍第12項之晶座，其中該外周部之厚度為1mm以上。
  14. 如申請專利範圍第12項之晶座，係以當該上側構件安置於該下側構件之時，該晶圓坑之水平方向位置全部相對於該間隙之內周端成為內周側之位置的方式來事先決定該晶圓坑之形成位置。
  15. 一種晶座，具備有：由碳化矽所構成之板狀之上側構件，具有載置晶圓之晶圓載置面；以及由碳化矽所構成之下側構件，係積層該上側構件，於旋轉中心位置具有支撐該上側構件且往下方突出之軸承部；該下側構件具有：軸承下面，係形成該軸承部之下面側；以及延展面，係從該軸承下面之外周緣往斜上方緩斜地延展，而連續於軸承部周圍之下側構件本體的下面；該軸承下面之假想延長面與該延展面所呈角度在15~80°之範圍，且該延展面具有與該下側構件本體之下面相連之曲率半徑0.1~10mm之範圍的彎曲面。
  16. 如申請專利範圍第15項之晶座，其中從該軸承部之開口壁下端部至該外周緣之長度為1mm以上。
  17. 如申請專利範圍第15或16項之晶座，其中在面內包含該軸承部之中心線的截面上，該延展面係由連續於該軸承下面之直線部、以及與該直線部和該下側構件本體之下面相連之曲率半徑0.1~10mm之範圍的彎曲線所構成。
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