JP4069875B2

JP4069875B2 - ウェハ保持部材

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Publication number: JP4069875B2
Application number: JP2004025546A
Authority: JP
Inventors: 三郎永野; 哲神谷; 保典川辺; 浩一長崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-02-02
Filing date: 2004-02-02
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: JP2004207748A

Description

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部材に関する。

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る。

例えば、図４に示すように、セラミックス製の板状体１１の表面にウェハ２０の載置面１１ａを形成してサセプターを構成し、この板状体１１の内部にはプラズマ発生用電極１２とその通電端子１３、発熱抵抗体１４とその通電端子１５、１５を埋設した構造となっている。

いま、載置面１１ａにウェハ２０を載置しておいて、プラズマ発生用電極１２とウェハ２０の上部に備えた上部電極（不図示）との間に高周波電圧を印加すれば、プラズマを発生させることができる。また、発熱抵抗体１４に電圧を印加してウェハ２０を所定温度に加熱することもできる。

さらに、図示していないが、板状体１１の内部に静電電極を埋設しておいて、ウェハ２０を静電吸着するようにした静電チャックとすることもできる。

これらのウェハ保持部材を製造する場合は、セラミックグリーンシートにプラズマ発生用電極１２や発熱抵抗体１４を成すＷ，Ｍｏ等の金属ペーストを塗布し、他のセラミックグリーンシートを積層することによって得ることができる。なお、上記セラミックスとしては、さまざまなものを用いることができるが、特に耐プラズマ性に優れた窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスが用いられている（特許文献１参照）。
特開平６−１５１３３２号公報

上記板状体１１を成すセラミックスは常温では極めて絶縁性の高いものであるが、高温では抵抗値が低下する傾向があり、しかも焼成時にＷ，Ｍｏ等の金属成分がセラミックス中に拡散することによって、さらに抵抗値が低下しやすいものであった。そのため、セラミックスの抵抗値が低下することによって、プラズマ発生用電極１２や発熱抵抗体１４に印加した電圧から漏れ電流が生じるという問題があった。

例えば、プラズマ発生用電極１２に印加した高周波電圧の漏れ電流が発熱抵抗体１４に伝わると、発熱抵抗体１４への通電が制御できなくなったり、遮断されてしまうなどの問題があった。また、発熱抵抗体１４からの漏れ電流が板状体１１の下面１１ｂに伝わると、この下面１１ｂが接する金属板等に漏れ電流が流れてしまい、発熱抵抗体１４の温度制御が困難となってしまうという問題があった。

特に窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスは、３００℃の体積固有抵抗が１×１０¹⁰Ω・ｃｍ、４００℃の体積固有抵抗が８．７×１０⁸Ω・ｃｍと他のセラミックスに比べて体積固有抵抗が低いため、上記問題が顕著であった。

また、上記プラズマ発生用電極１２には約２０Ａの大きな電流を流すため、通電端子１３の抵抗を小さくするために、直径１０ｍｍ以上の大きな通電端子１３を用いる必要があった。そのため、金属製の通電端子１３とセラミックス製の板状体１１との熱膨張差による応力が大きくなり、通電端子１３のロウ付け後や使用時の温度変化に伴ってセラミックス製板状体１１側にクラックが入りやすいという問題もあった。

そこで、本発明は、ウェハの載置面を備えたセラミック製板状体の内部に発熱抵抗体を埋設し、該発熱抵抗体と板状体の表面との間に前記セラミック製板状体を成すセラミックスよりも体積固有抵抗の大きい絶縁層から成る漏れ電流防止層を備えてウェハ保持部材を構成したことを特徴とする。

また本発明は、ウェハの載置面を備えたセラミック製板状体の内部に発熱抵抗体とプラズマ発生用電極とを埋設し、両者の間に前記セラミック製板状体を成すセラミックスよりも体積固有抵抗の大きい絶縁層から成る漏れ電流防止層を備えてウェハ保持部材を構成したことを特徴とする。

このように本発明では、発熱抵抗体とプラズマ発生用電極との間や、発熱抵抗体と板状体の表面との間に前記セラミック製板状体を成すセラミックスよりも体積固有抵抗の大きい絶縁層から成る漏れ電流防止層を備えて、上記漏れ電流を防止するようにしたものである。なお、ここで漏れ電流防止層を備えるとは、漏れ電流が流れないような高抵抗層を備えることを意味し、具体的にはそれぞれの間の距離をある一定以上に大きくしたり、あるいは別材質の絶縁層を備えたりすることを言う。

以上のように、本発明は、ウェハの載置面を備えたセラミック製板状体の内部に発熱抵抗体を埋設し、該発熱抵抗体と板状体の表面との間に前記セラミック製板状体を成すセラミックスよりも体積固有抵抗の大きい絶縁層から成る漏れ電流防止層を備えてウェハ保持部材を構成したことによって、発熱抵抗体への印加電圧が板状体の表面を通じて外部に漏れることを防止し、発熱抵抗体の制御に悪影響を及ぼすことを防止できる。

また本発明によれば、ウェハの載置面を備えたセラミック製板状体の内部に発熱抵抗体とプラズマ発生用電極を埋設し、両者の間に前記セラミック製板状体を成すセラミックスよりも体積固有抵抗の大きい絶縁層から成る漏れ電流防止層を備えてウェハ保持部材を構成したことによって、プラズマ発生用電極への印加電圧による漏れ電流が発熱抵抗体に伝わることを防止し、発熱抵抗体の制御に悪影響を及ぼすことを防止できる。

以下本発明のウェハ保持部材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。

図１に示す保持部材は、セラミックスからなる円板状の板状体１１の表面をウェハの載置面１１ａとし、内部にプラズマ発生用電極１２とその通電端子１３、発熱抵抗体１４とその通電端子１５、１５を埋設してある。

いま、載置面１１ａに半導体ウェハ等のウェハ２０を載置しておいて、プラズマ発生用電極１２とウェハ２０の上側に配置した上部電極（不図示）との間に高周波電圧を印加すればプラズマを発生させることができる。また、発熱抵抗体１４に電圧を印加し発熱させることによって、ウェハ２０を所定温度に加熱することができる。

そして、本発明のウェハ保持部材では、上記プラズマ発生用電極１２と発熱抵抗体１４との間にセラミック製板状体１１を成すセラミックスよりも体積固有抵抗の大きい絶縁層から成る漏れ電流防止層を備えたことを特徴とする。ここで、漏れ電流防止層とは、プラズマ発生用電極１２と発熱抵抗体１４との間の漏れ電流を防止するような高抵抗層のことであり、具体的には両者の間に板状体１１を成すセラミックスよりも抵抗値の大きい絶縁層１６を介在させることをいう。

まず、プラズマ発生用電極１２と発熱抵抗体１４間の距離ｄ₁（ｃｍ）を大きくする場合は、プラズマ発生用電極１２に印加する電力Ｑ（Ｗ）と板状体１１を成すセラミックスの使用温度での体積固有抵抗ρ（Ω・ｃｍ）に対して、ｄ₁≧３×１０⁶×Ｑ／ρを満足するように設定すれば良い。このように距離ｄ₁を大きくしておけば、絶縁層１６を備えなくても良い。

また、抵抗値の大きい絶縁層１６を介在させる場合は、板状体１１を成すセラミックスよりも抵抗値の大きいセラミックスを介在させておけば良い。例えば板状体１１自体は窒化アルミニウム質セラミックスで形成し、プラズマ発生用電極１２と発熱抵抗体１４の間に、窒化アルミニウムよりも抵抗値の大きい窒化珪素質セラミックスからなる絶縁層１６を介在させておけば良い。

このように、プラズマ発生用電極１２と発熱抵抗体１４の間に漏れ電流防止層を備えることによって、プラズマ発生用電極１２に印加した高周波電圧の漏れ電流が発熱抵抗体１４に伝わることを防止することができる。

また、本発明では、発熱抵抗体１４と板状体１１の下面１１ｂとの間にセラミック製板状体１１を成すセラミックスよりも体積固有抵抗の大きい絶縁層から成る漏れ電流防止層を備えたことを特徴とする。この漏れ電流防止層とは、発熱抵抗体１４と下面１１ｂとの間の漏れ電流を防止するような高抵抗層のことであり、具体的には両者の間に板状体１１を成すセラミックスよりも抵抗値の大きい絶縁層１６を介在させることをいう。

まず、発熱抵抗体１４と下面１１ｂ間の距離ｄ₂を大きくする場合は、この距離ｄ₂を０．１ｍｍ以上、好ましくは０．５ｍｍ以上、さらに好ましくは１ｍｍ以上とすれば良い。

また、より抵抗値の大きい絶縁層を介在させる場合は、板状体１１を成すセラミックスよりも抵抗値の大きいセラミックスを備えておけば良い。例えば板状体１１を窒化アルミニウム質セラミックスで形成しておいて、その下面１１ｂ側にアルミナセラミックスや窒化珪素質セラミックス等の体積固有抵抗の大きい絶縁層１６を備えれば良い。この絶縁層１６は、グリーンシートの段階で積層し同時焼成したり、あるいは別体で作製したりしておいて接合すれば良い。

また、板状体１１を成す窒化アルミニウム質セラミックスは焼成時に発熱抵抗体１４の金属成分が拡散して抵抗値が低下することから、このような金属拡散の生じない窒化アルミニウム質セラミックスを別体で作製しておいて絶縁層１６として接合することもできる。

なお絶縁層１６を成すセラミックスとしては、室温で５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、５００℃で３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する高熱伝導率の窒化珪素質セラミックスが好適である。

このように、発熱抵抗体１４と下面１１ｂの間に漏れ電流防止層を備えることによって、発熱抵抗体１４に印加した電圧の漏れ電流が下面１１ｂを通じて保持部材を支持する金属板に伝わることを防止することができる。

なお、図２では、板状体１１の内部にプラズマ発生用電極を備えず、発熱抵抗体１４を下面１１ｂ側に備えたため、下面１１ｂ側に漏れ電流防止層を備えたが、要するに発熱抵抗体１４とこれに最も近い板状体１１の表面との間に漏れ電流防止層を備えれば良い。

また、上記板状体１１を成すセラミックスとしては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＡｌＮ、ＺｒＯ₂、ＳｉＣ、Ｓｉ₃Ｎ₄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Ａｌ₂Ｏ₃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や、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。

さらに、上記プラズマ発生用電極１２や発熱抵抗体１４は、Ｗ，Ｍｏ等の高融点金属からなるものであり、例えば上記セラミックスのグリーンシート上にこれらの高融点金属ペーストを塗布して、他のセラミックスグリーンシートを積層し一体焼成することによって、本発明のウェハ保持部材を製造することができる。

また、上記通電端子１３、１５は金属からなる柱状体であり、板状体１１の下面１１ｂ側に形成した挿入孔に挿入してプラズマ発生用電極１２や発熱抵抗体１４に導通させ、ロウ材等で接合したものである。

このうち、特にプラズマ発生用電極１２への通電端子１３は、例えば１３．５６ＭＨｚの高周波で約２０Ａの大電流を流すが、この電流は主に通電端子１３の表面を流れることになる。そのため、通電端子１３での抵抗を小さくするためにできるだけ表面積を大きくし、しかもセラミックス製の板状体１１との熱膨張差による悪影響を防止できるように応力緩和部を形成してある。

具体的には、図２（ａ）に示すように通電端子１３に貫通孔１３ａを形成したり、図２（ｂ）に示すように通電端子１３の一方端側にスリット１３ｂを形成したりしてある。そのため、この保持部材を使用する際に温度変化が生じて、セラミック製板状体１１との熱膨張差に基づく応力が生じても、金属製通電端子１３の貫通孔１３ａやスリット１３ｂが応力緩和部として作用するため、セラミック製板状体１１にクラック等が生じることを防止できる。

また、これらの貫通孔１３ａやスリット１３ｂを備えることによって、高周波電流の流れる表面積を増大できるため、通電端子１３自体を小型化しても抵抗値を小さくできる。例えば、中実の円柱状体の通電端子１３の場合、１３．５６ＭＨｚで２０Ａの電流を流すためには直径１０ｍｍ以上とする必要があるが、図２（ａ）に示す通電端子１３の場合は、外径６ｍｍ、内径４ｍｍ程度で良く、小型化することができる。

なお、発熱抵抗体１４への通電端子１５についても、同様に応力緩和部を形成しておけば好適である。また、これらの通電端子１３、１５には、給電端子を接続できるようにネジ孔を形成することもできる。

次に、上記通電端子１３の接合構造を説明する。図３（ａ）に示すように、板状体１１の下面１１ｂ側において、通電端子１３の挿入孔１１ｄの周囲に座ぐり１１ｃを形成してある。そして、挿入孔１１ｄに通電端子１３を挿入し、通電端子１３と挿入孔１１ｄの間及び座ぐり１１ｃにロウ材１７を介在させてロウ付けにより接合してある。なお、図３（ｂ）に示すように、座ぐり１１ｃをテーパ状として、この座ぐり１１ｃにロウ材１７を介在させることもできる。

ここで、座ぐり１１ｃのロウ材１７は、周辺部にむかって厚みが小さくなるような滑らかな円弧状のメニスカスとなっている。そのため、セラミックス製板状体１１と金属製通電端子１３との熱膨張差により生じた応力を徐々に緩和することができるのである。なお、このような応力緩和作用を成すためには、上記メニスカスを成すロウ材１７の周辺部の角度αを６０°以下と小さくしておくことが好ましい。

また、発熱抵抗体１４側の通電端子１５についても、上記と同様の接合構造とすることができる。

なお、上記図１〜４に示した例では、サセプター型のウェハ保持部材について説明したが、上記板状体１１に静電電極を埋設して静電チャック型のウェハ保持部材とすることもできる。

また、本発明のウェハ保持部材は、半導体の製造工程におけるプラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、ＰＶＤ、プラズマエッチング等の高周波プラズマを用いる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。

本発明実施例として、図１に示すウェハ保持部材を用いて説明する。

高純度の窒化アルミニウム粉末に溶媒とバインダーを添加してスラリーを作製し、ドクターブレード法等のテープ成形法によりグリーンシートを複数枚成形した。このうち一枚のグリーンシートにスクリーン印刷法によって、窒化アルミニウム粉末を添加したタングステンペーストを印刷してプラズマ発生用電極１２や発熱抵抗体１４を形成し、これを覆うように他のグリーンシートを積層して５０℃、３０ｋｇ／ｃｍ²程度の圧力で熱圧着することにより積層体を形成した。これを切削加工して円板状とした後、真空脱脂し、続いて２０００℃程度の温度で還元焼成し、研削加工を施すことにより、内部にプラズマ発生用電極１２と発熱抵抗体１４を備えた板状体１１からなるウェハ保持部材を得た。

ここで、プラズマ発生用電極１２と発熱抵抗体１４間の距離ｄ₁の異なる試料を作製し、それぞれ異なる温度で、プラズマ発生用電極１２には２ｋＷの電力を印加したときに、プラズマ発生用電極１２からの漏れ電流によって発熱抵抗体１４側の制御が不可能になるかどうかを調べた。

その結果は表１に示す通りである。この結果より、温度が高くなるほど板状体１１を成す窒化アルミニウム質セラミックスの体積固有抵抗が低下するため、距離ｄ₁を大きくしなければ発熱抵抗体１４の制御が不可能となることが判った。そして、発熱抵抗体１４の制御を可能とするためには、プラズマ発生用電極１２に印加する電力Ｑ（Ｗ）と板状体１１を成すセラミックスの使用温度での体積固有抵抗ρ（Ω・ｃｍ）に対して、ｄ₁≧３×１０⁶×Ｑ／ρとすれば良いことがわかった。

本発明のウェハ保持部材を示す断面図である。（ａ）（ｂ）は本発明のウェハ保持部材に用いる通電端子を示す斜視図である。（ａ）（ｂ）は本発明のウェハ保持部材における通電端子の接合構造を示す部分断面図である。従来のウェハ保持部材を示す断面図である。

符号の説明

１１：板状体
１１ａ：載置面
１１ｂ：下面
１１ｃ：座ぐり
１１ｄ：挿入孔
１２：プラズマ発生用電極
１３：通電端子
１３ａ：貫通孔
１３ｂ：スリット
１４：発熱抵抗体
１５：通電端子
１６：絶縁層
１７：ロウ材
２０：ウェハ

Claims

ウェハの載置面を備えたセラミック製板状体の内部に発熱抵抗体を埋設し、該発熱抵抗体と板状体の表面との間に前記セラミック製板状体を成すセラミックスよりも体積固有抵抗の大きい絶縁層から成る漏れ電流防止層を備えたことを特徴とするウェハ保持部材。
ウェハの載置面を備えたセラミック製板状体の内部に発熱抵抗体とプラズマ発生用電極とを埋設し、両者の間に前記セラミック製板状体を成すセラミックスよりも体積固有抵抗の大きい絶縁層から成る漏れ電流防止層を備えたことを特徴とするウェハ保持部材。