JP2005056881A

JP2005056881A - 半導体製造装置用サセプタおよびそれを搭載した半導体製造装置

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Publication number: JP2005056881A
Application number: JP2003205447A
Authority: JP
Inventors: Masuhiro Natsuhara; 益宏夏原; Hirohiko Nakada; 博彦仲田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-08-01
Filing date: 2003-08-01
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2023-08-01
Also published as: JP4258309B2; US20050022744A1; TW200507194A

Abstract

【課題】セラミックスヒータの内部または／及び表面に形成された導電体に給電するための電極の耐久性を高め、更には電極間の短絡の発生を防止した半導体製造装置用サセプタおよびそれを搭載した半導体製造装置を提供する。
【解決手段】セラミックスヒータの内部または／及び表面に形成された導電体に給電するための電極を一体物にすれば、電極の耐久性を向上させることができる。更に、前記電極を取り囲むような筒状体を設置すれば短絡の発生を防止することができる。前記筒状体の内部に不活性ガスを導入すれば、更に電極の信頼性が向上する。このようなサセプタを半導体製造装置に搭載することにより、生産性や歩留りの良い半導体製造装置を提供することができる。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、メタルＣＶＤ、絶縁膜ＣＶＤ、イオン注入、エッチング、Ｌｏｗ−Ｋ成膜、ＤＥＧＡＳ装置などの半導体製造装置に使用されるサセプタおよび該サセプタを搭載した半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体の製造工程では、被処理物である半導体基板に対して成膜処理やエッチング処理など様々な処理が行われる。このような半導体基板に対する処理を行う処理装置では、半導体基板を保持するためのサセプタが用いられている。
【０００３】
このような従来のサセプタは、近年窒化アルミニウム等のセラミックスを用いたものが提案され、一部実用化されている。これらのセラミックス製サセプタでは、セラミックスの内部もしくは表面に、ＲＦ電極や静電チャック用電極や抵抗発熱体回路などの導電体が形成されている。これらの導電体へ給電するために、各種の電極が提案されている。
【０００４】
例えば、特開平４−８７１７９号公報には、抵抗発熱体の端部に抵抗発熱体よりも太い柱状の端子を取り付け、更にその端子に突き合わされた状態で機械的に結合された電極部材を有する構造が提案されている。しかし、この構造では、機械的に結合された部分が、サセプタの冷熱サイクルや容器内で使用される腐食性ガスによって、その結合の信頼性が低下するという問題があった。
【０００５】
また、特開平５−１７５１３９号公報には、セラミックス中に埋設された抵抗発熱体の端部に、電気的に接続された端子と、端子に接続される電力供給部材を備え、少なくとも前記端子と端子と電力供給部材の接続部を覆う中空の被覆材を有し、該被覆材の内側に非酸化性ガスを充填できるようにした構造が提案されている。
【０００６】
しかし、非酸化性ガスを充填すれば、腐食を防止することはできるが、端子と電極部材とが異なる材質の場合、冷熱サイクルによる熱膨張や熱収縮によって、端子と電極部材との接続部の信頼性が低下するという問題があった。
【０００７】
更に、電位の異なる電極が同一の中空の被覆材中に設置された場合、電極間の電位差及び電極間距離、あるいは被覆材中の雰囲気圧力によっては、電極間でスパークが発生する。電極に接合部分が存在すると、その接合部から特に短絡が発生しやすいという問題もあった。
【０００８】
【特許文献１】
特開平０４−０８７１７９号公報
【特許文献２】
特開平０５−１７５１３９号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、セラミックスヒータの内部または／及び表面に形成された導電体に給電するための電極の耐久性を高め、更には電極間の短絡の発生を防止した半導体製造装置用サセプタおよびそれを搭載した半導体製造装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体製造装置用サセプタは、半導体製造装置の容器内に設置されたセラミックスヒータの内部または／及び表面に形成された導電体に給電するための電極が、前記導電体との接続部から前記容器の外まで形成されていることを特徴とする。すなわち、従来、端子と電力供給部材とを容器内で接続していたが、本発明は、そのような接続部のない電極である。
【００１１】
前記電極を取り囲む筒状体を形成し、更には該筒状体の内部に不活性ガスが導入されているようにすることも可能である。また、前記筒状体の内部空間が前記容器内雰囲気と隔絶されており、該該筒状体の内部に不活性ガスが導入されているようにすることもできる。
【００１２】
更に、上記のようなサセプタを搭載した半導体製造装置は、前記電極に接続部がないため、耐久性及び信頼性が高くなり、従来の装置より長期間メンテナンス無しで、半導体を製造することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
発明者は、セラミックスヒータの内部または／及び表面に形成された導電体に給電するための電極を一体物にすれば、該電極の耐久性を飛躍的に高めることができることを見いだした。
【００１４】
電極の材質は、セラミックスヒータの熱膨張係数に近い熱膨張係数のものであれば、特に制約はない。例えば、セラミックスが窒化アルミニウムや窒化ケイ素あるいは炭化ケイ素など比較的熱膨張係数が小さいものである場合は、電極は、タングステンやモリブデンあるいはタンタルを用いることが好ましい。
【００１５】
特に近年その耐食性等が優れていることから半導体製造装置用サセプタに用いられることが増加している窒化アルミニウムの場合は、タンクステンやモリブデンが特に好ましい。
【００１６】
また、前記セラミックスの熱膨張係数にその熱膨張係数を合致させることが可能な鉄−ニッケル−コバルト合金を電極に用いることも可能である。しかし、鉄−ニッケル−コバルト合金は、温度によって急激に熱膨張係数が変化するので、用途や使用温度によって使い分ける必要がある。
【００１７】
更に、前記セラミックスが酸化アルミニウム（アルミナ）の場合は、前記セラミックスよりも、熱膨張係数が大きいので、前記電極材に加えて、更に多種類の鉄−ニッケル−コバルト合金を用いることが可能である。
【００１８】
また、これらの電極は、必要に応じて表面処理を施し、保護膜を形成することが可能である。すなわち、電極を酸化性雰囲気から保護する場合には、電極の表面に、ニッケルや金あるいは銀をメッキすることが好ましい。またこれらの金属を複数メッキすることも可能である。例えば、最初にニッケルをメッキし、その上に金あるいは銀をメッキすれば耐食性がより向上する。これらメッキの種類や組合せは、その用途すなわち使用温度や使用雰囲気に応じて適宜選択することができる。
【００１９】
また、電極の表面に、溶射膜を形成することも可能である。例えば、アルミナやムライトを電極表面に溶射しておけば、酸素など使用するガスに対する耐食性を向上させることができる。また、窒素中でアルミニウムを溶射すれば、電極の表面に窒化アルミニウム膜を形成することができる。窒化アルミニウムは耐食性に特に優れているので、耐食性の向上に特に有効である。
【００２０】
ただし、上記のようなセラミックスを溶射する場合は、セラミックスヒータの内部または／及び表面に形成された導電体と電気的に接続する電極の部分は、上記セラミックスが溶射されないようにする必要がある。上記セラミックスは絶縁体であるので、電気的に接続する部分まで溶射すれば、電気的接続が取れなくなるからである。更に、上記セラミックス以外に、ニッケルや金あるいは銀等の金属を溶射することも可能である。
【００２１】
更に、上記保護膜を形成する方法としては、メッキや溶射以外に、イオンプレーティング、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着などの各種薄膜形成方法を採ることも可能である。保護膜の種類や形成方法は、各種用途によって適宜使い分けることができる。
【００２２】
次に、セラミックスヒータの内部または／及び表面に形成された導電体と上記電極との電気的接続方法について説明する。図１を参照して、セラミックスヒータ１に形成された導電体２をセラミックスヒータから露出させる。電極３の先端部を雄ねじ５加工し、セラミックスヒータに雌ねじ６加工を施し、電極３をセラミックスヒータ１にねじ込むことにより、電極と導電体とを直接接触させることにより、安定した電気的接続を得ることが可能である。
【００２３】
このとき、露出部をテーパー加工しておいた方が電気的接続がより安定したものになる。更に、テーパー部４にメタライズ処理により、金属膜を形成しておけば、電気的接続部の接触面積を増加させることになり、電気的接続の信頼性が向上する。また、別な方法として、テーパー部４に金属箔を挿入することによっても同様に接触面積を増加させることができる。挿入する金属箔は、電極と同じ材質であってもよいが、接触面積を増加させ接触抵抗を低減する目的からは、金や銀あるいは銅やアルミニウムなどの軟質金属が好ましい。
【００２４】
また、図２のように、電極３を導電体２にロウ材７を用いてロウ付けすることも可能である。ロウ材としては、銀ロウや活性金属ロウを用いることができる。このように電極と導電体とを電気的に接続するが、その接続部分は、耐食性が劣るので、図３に示すように、セラミックス部材１５を用いて、ガラス１６によって前記接続部を封止することが好ましい。このように接続部を封止すれば、酸素や反応ガスが接続部分に侵入することがなくなるので、接続部の信頼性が更に向上する。なお、図２の接続方法の場合は、図９に示すように、導電体２が露出しないようにガラス１６で封止することが好ましい。
【００２５】
また、図４に示すように、電極３を取り囲むように、筒状体２０を取り付けることも可能である。筒状体２０は、複数の電極間の短絡を防止する役割がある。特に電極間の距離が短く、電位差が大きい場合には、筒状体を取付けることが好ましい。筒状体２０は、耐熱性を有する絶縁材料であることが好ましい。更に、筒状体２０の内部に不活性ガスを導入することも可能である。
【００２６】
本発明の電極は、従来の電極のように露出部に接合部が無いため、電極間の短絡は発生しにくい。すなわち、電極に接合部や継ぎ目が存在すると、その部分を起点として、特に短絡が発生しやすいが、本発明の電極は、そのような接合部や継ぎ目が存在しないので、短絡が発生しにくい。ただし、電極の信頼性を更に向上させるためには、前記のように筒状体を取り付ける方が好ましい。
【００２７】
更に、図５に示すように、筒状体２０をセラミックスヒータ１に接合し、筒状体２０の内部に不活性ガスを導入することも可能である。筒状体２０の内部に不活性ガスを導入すれば、電極が腐食性ガスに曝されることをより確実に防止できるので、電極の耐久性が向上する。ガス導入管３０から不活性ガスを導入する。筒状体の内部に導入されたガスは、筒状体と容器５０との隙間から排出される。不活性ガスは、電極と反応しないガスであればよいが、コスト面からは窒素やアルゴンが好ましい。
【００２８】
更に、筒状体の内部空間を、半導体製造装置の容器内雰囲気から隔絶することも可能である。隔絶すれば、前記電極間の短絡防止がより確実になると共に、電極が腐食性ガスに全く曝されなくなるので、電極の耐久性がより向上する。隔絶する方法は、例えば筒状体をセラミックスヒータにガラスや活性金属ロウ等で接合し、筒状体と容器との間をＯ−リングで気密シールする方法がある。筒状体の材質は、セラミックスヒータと接合するので、セラミックスヒータと同じ材質か、あるいは熱膨張係数の差が５ｘ１０^−６／℃以下の材質であることが好ましい。
【００２９】
更に、筒状体の内部に不活性ガスを流すことによって、電極の耐久性を向上させることができる。例えば、図６に示すように、筒状体２０を接合材２１によってセラミックスヒータ１に接合し、容器５０との間にＯ−リング２２を介して気密シールし、筒状体と電極との間は、樹脂などの封止材３５で封止し、ガス導入管３０からガスを導入し、ガス排出管３１からガスを排出する。不活性ガスは、前記同様電極と反応しないガスであれば良く、コスト面からは窒素やアルゴンが好ましい。
【００３０】
以上のように電極を継ぎ目のない一体物にすれば、半導体製造装置で用いられる腐食性ガスや大気中の酸素による電極の腐食を防止することが可能であり、サセプタの温度の上げ下げによるヒートサイクルに対しても信頼性の高い電極とすることができる。また、電極間の短絡も抑制することができるので、信頼性の高い電極とすることができる。
【００３１】
本発明のセラミックスヒータの材質については、絶縁性のセラミックスであれば特に制約はないが、熱伝導率が高く、耐食性にも優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が好ましい。以下に、本発明のセラミックスヒータの製造方法をＡｌＮの場合で詳述する。
【００３２】
ＡｌＮの原料粉末は、比表面積が２．０〜５．０ｍ^２／ｇのものが好ましい。比表面積が２．０ｍ^２／ｇ未満の場合は、窒化アルミニウムの焼結性が低下する。また、５．０ｍ^２／ｇを超えると、粉末の凝集が非常に強くなるので取扱いが困難になる。更に、原料粉末に含まれる酸素量は、２ｗｔ％以下が好ましい。酸素量が２ｗｔ％を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。また、原料粉末に含まれるアルミニウム以外の金属不純物量は、２０００ｐｐｍ以下が好ましい。金属不純物量がこの範囲を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。特に、金属不純物として、ＳｉなどのＩＶ族元素や、Ｆｅなどの鉄族元素は、焼結体の熱伝導率を低下させる作用が高いので、含有量は、それぞれ５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００３３】
ＡｌＮは難焼結性材料であるので、ＡｌＮ原料粉末に焼結助剤を添加することが好ましい。添加する焼結助剤は、希土類元素化合物が好ましい。希土類元素化合物は、焼結中に窒化アルミニウム粉末粒子の表面に存在するアルミニウム酸化物あるいはアルミニウム酸窒化物と反応して、窒化アルミニウムの緻密化を促進するとともに、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を低下させる原因となる酸素を除去する働きもあるので、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を向上させることができる。
【００３４】
希土類元素化合物は、特に酸素を除去する働きが顕著であるイットリウム化合物が好ましい。添加量は、０．０１〜５ｗｔ％が好ましい。０．０１ｗｔ％未満であると、緻密な焼結体を得ることが困難であるとともに、焼結体の熱伝導率が低下する。また、５ｗｔ％を超えると、窒化アルミニウム焼結体の粒界に焼結助剤が存在することになるので、腐食性雰囲気で使用する場合、この粒界に存在する焼結助剤がエッチングされ、脱粒やパーティクルの原因となる。更に、好ましくは焼結助剤の添加量は、１ｗｔ％以下である。１ｗｔ％以下であれば、粒界の３重点にも焼結助剤が存在しなくなるので、耐食性が向上する。
【００３５】
また、希土類元素化合物は、酸化物、窒化物、フッ化物、ステアリン酸化合物などが使用できる。この中で、酸化物は安価で入手が容易であり好ましい。また、ステアリン酸化合物は、有機溶剤との親和性が高いので、窒化アルミニウム原料粉末と焼結助剤などを有機溶剤で混合する場合には、混合性が高くなるので特に好適である。
【００３６】
次に、これら窒化アルミニウム原料粉末や焼結助剤粉末に、所定量の溶剤、バインダー、更には必要に応じて分散剤や邂逅剤を添加し、混合する。混合方法は、ボールミル混合や超音波による混合等が可能である。このような混合によって、原料スラリーを得ることができる。
【００３７】
得られたスラリーを成形し、焼結することによって窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。その方法には、コファイアー法とポストメタライズ法の２種類の方法が可能である。
【００３８】
まず、ポストメタライズ法について説明する。前記スラリーをスプレードライアー等の手法によって、顆粒を作成する。この顆粒を所定の金型に挿入し、プレス成形を施す。この時、プレス圧力は、１０ＭＰａ（０．１ｔ／ｃｍ^２）以上であることが望ましい。１０ＭＰａ（０．１ｔ／ｃｍ^２）未満の圧力では、成形体の強度が充分に得られないことが多く、ハンドリングなどで破損し易くなる。
【００３９】
成形体の密度は、バインダーの含有量や焼結助剤の添加量によって異なるが、１．５ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。１．５ｇ／ｃｍ^３未満であると、原料粉末粒子間の距離が相対的に大きくなるので、焼結が進行しにくくなる。また、成形体密度は、２．５ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。２．５ｇ／ｃｍ^３を超えると、次工程の脱脂処理で成形体内のバインダーを充分除去することが困難となる。このため、前述のように緻密な焼結体を得ることが困難となる。
【００４０】
次に、前記成形体を非酸化性雰囲気中で加熱し、脱脂処理を行う。大気等の酸化性雰囲気で脱脂処理を行うと、ＡｌＮ粉末の表面が酸化されるので、焼結体の熱伝導率が低下する。非酸化性雰囲気ガスとしては、窒素やアルゴンが好ましい。脱脂処理の加熱温度は、５００℃以上、１０００℃以下が好ましい。５００℃未満の温度では、バインダーを充分除去することができないので、脱脂処理後の成形体中にカーボンが過剰に残存するので、その後の焼結工程での焼結を阻害する。また、１０００℃を超える温度では、残存するカーボンの量が少なくなり過ぎるので、ＡｌＮ粉末表面に存在する酸化被膜の酸素を除去する能力が低下し、焼結体の熱伝導率が低下する。
【００４１】
また、脱脂処理後の成形体中に残存する炭素量は、１．０ｗｔ％以下であることが好ましい。１．０ｗｔ％を超える炭素が残存していると、焼結を阻害するので、緻密な焼結体を得ることができない。
【００４２】
次いで、焼結を行う。焼結は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１７００〜２０００℃の温度で行う。この時、使用する窒素などの雰囲気ガスに含有する水分は、露点で−３０℃以下であることが好ましい。これ以上の水分を含有する場合、焼結時にＡｌＮが雰囲気ガス中の水分と反応して酸窒化物が形成されるので、熱伝導率が低下する可能性がある。また、雰囲気ガス中の酸素量は、０．００１ｖｏｌ％以下であることが好ましい。酸素量が多いと、ＡｌＮの表面が酸化して、熱伝導率が低下する可能性がある。
【００４３】
更に、焼結時に使用する治具は、窒化ホウ素（ＢＮ）成形体が好適である。このＢＮ成形体は、前記焼結温度に対し充分な耐熱性を有するとともに、その表面に固体潤滑性があるので、焼結時に成形体が収縮する際の治具と成形体との間の摩擦を小さくすることができるので、歪みの少ない焼結体を得ることができる。
【００４４】
得られた焼結体は、必要に応じて加工を施す。次工程の導電ペーストをスクリーン印刷する場合、焼結体の表面粗さは、Ｒａで５μｍ以下であることが好ましい。５μｍを超えるとスクリーン印刷により回路形成した際に、パターンのにじみやピンホールなどの欠陥が発生しやすくなる。表面粗さはＲａで１μｍ以下であればさらに好適である。
【００４５】
上記表面粗さを研磨加工する際には、焼結体の両面にスクリーン印刷する場合は当然であるが、片面のみにスクリーン印刷を施す場合でも、スクリーン印刷する面と反対側の面も研磨加工を施す方がよい。スクリーン印刷する面のみを研磨加工した場合、スクリーン印刷時には、研磨加工していない面で焼結体を支持することになる。その時、研磨加工していない面には突起や異物が存在することがあるので、焼結体の固定が不安定になり、スクリーン印刷で回路パターンがうまく描けないことがあるからである。
【００４６】
また、この時、両加工面の平行度は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。平行度が０．５ｍｍを超えるとスクリーン印刷時に導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平行度は０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。さらに、スクリーン印刷する面の平面度は、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。０．５ｍｍを超える平面度の場合にも、導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平面度も０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。
【００４７】
研磨加工を施した焼結体に、スクリーン印刷により導電ペーストを塗布し、導電体（電気回路）の形成を行う。導体ペーストは、金属粉末と必要に応じて酸化物粉末と、バインダーと溶剤を混合することにより得ることができる。金属粉末は、セラミックスとの熱膨張係数のマッチングから、タングステンやモリブデンあるいはタンタルが好ましい。
【００４８】
また、ＡｌＮとの密着強度を高めるために、酸化物粉末を添加することもできる。酸化物粉末は、ＩＩａ族元素やＩＩＩａ族元素の酸化物やＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などが好ましい。特に、酸化イットリウムはＡｌＮに対する濡れ性が非常に良好であるので、好ましい。これらの酸化物の添加量は、０．１〜３０ｗｔ％が好ましい。０．１ｗｔ％未満の場合、形成した電気回路である金属層とＡｌＮとの密着強度が低下する。また３０ｗｔ％を超えると、電気回路である金属層の電気抵抗値が高くなる。
【００４９】
導電ペーストの厚みは、乾燥後の厚みで、５μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。厚みが５μｍ未満の場合は、電気抵抗値が高くなりすぎるとともに、密着強度も低下する。また、１００μｍを超える場合も、密着強度が低下する。
【００５０】
また、形成する回路パターンが、ヒータ回路（抵抗発熱体回路）の場合は、パターンの間隔は０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。０．１ｍｍ未満の間隔では、抵抗発熱体に電流を流したときに、印加電圧及び温度によっては漏れ電流が発生し、ショートする。特に、５００℃以上の温度で使用する場合には、パターン間隔は１ｍｍ以上とすることが好ましく、３ｍｍ以上であれば更に好ましい。
【００５１】
次に、導電ペーストを脱脂した後、焼成する。脱脂は、窒素やアルゴン等の非酸化性雰囲気中で行う。脱脂温度は５００℃以上が好ましい。５００℃未満では、導電ペースト中のバインダーの除去が不十分で金属層内にカーボンが残留し、焼成したときに金属の炭化物を形成するので、金属層の電気抵抗値が高くなる。
【００５２】
焼成は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１５００℃以上の温度で行うのが好適である。１５００℃未満の温度では、導電ペースト中の金属粉末の粒成長が進行しないので、焼成後の金属層の電気抵抗値が高くなり過ぎる。また、焼成温度はセラミックスの焼結温度を超えない方がよい。セラミックスの焼結温度を超える温度で導電ペーストを焼成すると、セラミックス中の含有する焼結助剤などが揮散しはじめ、更には導電ペースト中の金属粉末の粒成長が促進されてセラミックスと金属層との密着強度が低下する。
【００５３】
次に、形成した金属層の絶縁性を確保するために、金属層の上に絶縁性コートを形成することができる。絶縁性コートの材質は、金属層が形成されているセラミックスと同じ材質であることが好ましい。該セラミックスと絶縁性コートの材質が大幅に異なると、熱膨張係数の差から焼結後に反りが発生するなどの問題が生じる。例えば、ＡｌＮの場合、ＡｌＮ粉末に焼結助剤として所定量のＩＩａ族元素あるいはＩＩＩａ族元素の酸化物や炭酸化物を加え、混合し、これにバインダーや溶剤を加え、ペーストとして、該ペーストをスクリーン印刷により、前記金属層の上に塗布することができる。
【００５４】
この時、添加する焼結助剤量は、０．０１ｗｔ％以上であることが好ましい。０．０１ｗｔ％未満では、絶縁性コートが緻密化せず、金属層の絶縁性を確保することが困難となる。また、焼結助剤量は２０ｗｔ％を超えないことが好ましい。２０ｗｔ％を超えると、過剰の焼結助剤が金属層中に浸透するので、金属層の電気抵抗値が変化してしまうことがある。塗布する厚みに特に制限はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満では、絶縁性を確保することが困難となるからである。
【００５５】
次に、必要に応じて更にセラミックス基板を積層することができる。積層は、接合剤を介して行うのが良い。接合剤は、酸化アルミニウム粉末や窒化アルミニウム粉末に、ＩＩａ族元素化合物やＩＩＩａ族元素化合物とバインダーや溶剤を加え、ペースト化したものを接合面にスクリーン印刷等の手法で塗布する。塗布する接合剤の厚みに特に制約はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満の厚みでは、接合層にピンホールや接合ムラ等の接合欠陥が生じやすくなる。
【００５６】
接合剤を塗布したセラミックス基板を、非酸化性雰囲気中、５００℃以上の温度で脱脂する。その後、積層するセラミックス基板を重ね合わせ、所定の荷重を加え、非酸化性雰囲気中で加熱することにより、セラミックス基板同士を接合する。荷重は、５ｋＰａ（０．０５ｋｇ／ｃｍ^２）以上であることが好ましい。５ｋＰａ（０．０５ｋｇ／ｃｍ^２）未満の荷重では、充分な接合強度が得られないか、もしくは前記接合欠陥が生じやすい。
【００５７】
接合するための加熱温度は、セラミックス基板同士が接合層を介して十分密着する温度であれば、特に制約はないが、１５００℃以上であることが好ましい。１５００℃未満では、十分な接合強度が得られにくく、接合欠陥を生じやすい。前記脱脂ならびに接合時の非酸化性雰囲気は、窒素やアルゴンなどを用いることが好ましい。
【００５８】
以上のようにして、セラミックスヒータとなるセラミックス積層焼結体を得ることができる。なお、電気回路は、導電ペーストを用いずに、例えば、ヒータ回路であれば、モリブデン線（コイル）、静電吸着用電極やＲＦ電極などの場合には、モリブデンやタングステンのメッシュ（網状体）を用いることも可能である。
【００５９】
この場合、ＡｌＮ原料粉末中に上記モリブデンコイルやメッシュを内蔵させ、ホットプレス法により作製することができる。ホットプレスの温度や雰囲気は、前記ＡｌＮの焼結温度、雰囲気に準ずればよいが、ホットプレス圧力は、１ＭＰａ（１０ｋｇ／ｃｍ^２）以上加えることが望ましい。１ＭＰａ（１０ｋｇ／ｃｍ^２）未満では、モリブデンコイルやメッシュとＡｌＮの間に隙間が生じることがあるので、セラミックスヒータの性能が出なくなることがある。
【００６０】
次に、コファイアー法について説明する。前述した原料スラリーをドクターブレード法によりシート成形する。シート成形に関して特に制約はないが、シートの厚みは、乾燥後で３ｍｍ以下が好ましい。シートの厚みが３ｍｍを超えると、スラリーの乾燥収縮量が大きくなるので、シートに亀裂が発生する確率が高くなる。
【００６１】
上述したシート上に所定形状の電気回路となる金属層を、導体ペーストをスクリーン印刷などの手法により塗布することにより形成する。導電ペーストは、ポストメタライズ法で説明したものと同じものを用いることができる。ただし、コファイアー法では、導電ペーストに酸化物粉末を添加しなくても支障はない。
【００６２】
次に、回路形成を行ったシート及び回路形成をしていないシートを積層する。積層の方法は、各シートを所定の位置にセットし、重ね合わせる。この時、必要に応じて各シート間に溶剤を塗布しておく。重ね合わせた状態で、必要に応じて加熱する。加熱する場合、加熱温度は、１５０℃以下であることが好ましい。これを超える温度に加熱すると、積層したシートが大きく変形する。そして、重ね合わせたシートに圧力を加えて一体化する。加える圧力は、１〜１００ＭＰａの範囲が好ましい。１ＭＰａ未満の圧力では、シートが充分に一体化せず、その後の工程中に剥離することがある。また、１００ＭＰａを超える圧力を加えると、シートの変形量が大きくなりすぎる。
【００６３】
この積層体を、前述のポストメタライズ法と同様に、脱脂処理並びに焼結を行う。脱脂処理や焼結の温度や、炭素量等はポストメタライズ法と同じである。前述した、導電ペーストをシートに印刷する際に、複数のシートにそれぞれヒータ回路や静電吸着用電極等を印刷し、それらを積層することで、複数の電気回路を有するセラミックスヒータを容易に作成することも可能である。このようにして、セラミックスヒータとなるセラミックス積層焼結体を得ることができる。
【００６４】
得られたセラミックス積層焼結体は、必要に応じて加工を施す。通常、焼結した状態では、半導体製造装置で要求される精度に入らないことが多い。加工精度は、例えば、ウェハ搭載面の平面度は０．５ｍｍ以下が好ましく、さらには０．１ｍｍ以下が特に好ましい。平面度が０．５ｍｍを超えると、ウェハーとセラミックスヒータとの間に隙間が生じやすくなり、セラミックスヒータの熱がウェハに均一に伝わらなくなり、ウェハの温度ムラが発生しやすくなる。
【００６５】
また、ウェハ搭載面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下が好ましい。Ｒａで５μｍを超えると、セラミックスヒータとウェハとの摩擦によって、ＡｌＮの脱粒が多くなることがある。この時、脱粒した粒子はパーティクルとなり、ウェハ上への成膜やエッチングなどの処理に対して悪影響を与えることになる。さらに、表面粗さは、Ｒａで１μｍ以下であれば、好適である。
【００６６】
以上のようにして、セラミックスヒータ本体を作製することができる。このセラミックスヒータに前述したように電極を取り付け、半導体製造装置に設置することにより、半導体製造装置用サセプタとすることができる。この半導体製造装置用サセプタの電極には、継ぎ目がないので、電極の耐久性が飛躍的に向上し、信頼性の高い半導体製造装置とすることができる。
【００６７】
以下に実施例を示すが、あくまで一例であり、これら実施例に限定されるものではない。
【００６８】
【実施例】
実施例１
９９重量部の窒化アルミニウム粉末と１重量部のＹ_２Ｏ_３粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合した。混合は、ボールミルにて２４時間行い、スラリーを作製した。このスラリーをスプレードライを用いて、顆粒にした。この顆粒を所定の金型に充填し、プレス成形して成形体を作製した。この成形体を、窒素雰囲気中８００℃で脱脂した後、窒素雰囲気中１８５０℃で６時間焼結し、ＡｌＮ焼結体を得た。なお、窒化アルミニウム粉末は、平均粒径０．６μｍ、比表面積３．４ｍ^２／ｇのものを使用した。
【００６９】
また、平均粒径が２．０μｍのＷ粉末を１００重量部として、Ｙ_２Ｏ_３を１重量部と、５重量部のバインダーであるエチルセルロースと、溶剤としてブチルカルビトールを混合してＷペーストを作製した。混合にはポットミルと三本ロールを用いた。このＷペーストをスクリーン印刷で、前記前記ＡｌＮ焼結体上に、ヒータ回路パターンを形成した。これを窒素雰囲気中８００℃で脱脂した後、窒素雰囲気中１８００℃で６時間焼成し、ＡｌＮ焼結体上にＷ導電体回路を作製した。
【００７０】
また、ＡｌＮ２０重量部、Ｙ_２Ｏ_３３０重量部、Ａｌ_２Ｏ_３残部からなる粉末に、バインダーと有機溶剤を加え、セラミックスペーストを作製した。このセラミックスペーストを、前記ＡｌＮ焼結体のＷ導電体回路が形成された面全面に、スクリーン印刷にて塗布し、乾燥後窒素雰囲気中８００℃で脱脂した。
【００７１】
脱脂後、セラミックスペーストを塗布した面に、別に作製したＡｌＮ焼結体を重ね合わせ、２ＭＰａ（２０ｋｇ／ｃｍ^２）の圧力で、窒素雰囲気中１８００℃、２時間ホットプレスを行い、セラミックスヒータを作製した。これをセラミックスヒータＡと呼ぶ。
【００７２】
このセラミックスヒータＡを図１に示すように、導電体が露出するように、座グリ加工を行い、更に、Ｍ３のネジ加工６を施した。加工部に、図１に示す形状のニッケルを２μｍメッキしたＷ電極３をねじ込んだ。次いで、図３に示すように、ＡｌＮ製のリング１５をガラス１６でセラミックスヒータに接合し、Ｗ電極とセラミックスヒータの導電体との接合部を封止した。用いたガラスは、ＺｎＯ_２−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系の結晶化ガラスで、封止温度は７５０℃である。
【００７３】
このサセプタを半導体製造装置に設置し、大気中で、６００℃までの昇降温試験を１０回行った。また、雰囲気を腐食性ガスであるＣＦ_４にして、６００℃までの昇降温試験を１０回行った。その結果、いずれの試験後でも、Ｗ電極は、若干の変色が観察されたが、導電体への電気的導通に異常はなかった。
【００７４】
実施例２
実施例１と同じ形状のＡｌＮ製サセプタに、図４に示すように、外径５０ｍｍ、内径４０ｍｍ、長さ２００ｍｍのＡｌＮ製の筒状体２０をＷ電極の周りに設置し、ガス導入管３０から窒素ガスを導入しながら実施例１と同様の昇降温試験を行った。その結果、電気的導通に全く問題はなく、Ｗ電極の変色は実施例１よりも少なくなった。
【００７５】
実施例３
実施例２で用いたサセプタとＡｌＮ製筒状体を、図５に示すように接合した。接合材２１は、実施例１で用いたセラミックスペーストとし、８００℃で脱脂後、１７８０℃で１時間、窒素雰囲気中でホットプレスすることにより、筒状体を接合した。
【００７６】
実施例２と同様に、ガス導入管３０から窒素ガスを導入しながら実施例１と同様の昇降温試験を行った結果、電気的導通に問題はなく、Ｗ電極の変色もなかった。
【００７７】
実施例４
実施例３で用いたサセプタと筒状体を用いて、図６に示すように、筒状体の端部を樹脂３５で封止した。ガス導入管３０から窒素ガスを導入し、ガス排出管３１から排気することにより、筒状体２０の内部を窒素雰囲気にした後、実施例１と同様の昇降温試験を行った。その結果、電気的導通に全く問題がなく、Ｗ電極の変色も全くなかった。
【００７８】
比較例１
実施例１で用いた座グリとネジ加工を施したセラミックスヒータＡに、図７に示すような電極を取り付けた。すなわち、電極を一体物ではなく、Ｗ電極３の長さを実施例１より短くし、Ｎｉ電極８をＷ電極３にＡｇロウ９でロウ付けした電極とした。ロウ付けは、水素中８４０℃で行った。実施例１と同様に、ＡｌＮ製リング１５をガラス１６で接合し、Ｗ電極と導電体の接合部を封止した。
【００７９】
このサセプタを用いて、実施例１と同様に昇降温試験を行ったところ、大気中の昇降温試験の３回目に電極のロウ付け部が破断した。また、ＣＦ_４雰囲気での試験では、破断はなかったが、Ａｇロウ部が大きくエッチングされていた。
【００８０】
比較例２
実施例１で用いた座グリとネジ加工を施したセラミックスヒータＡに、図８に示すような電極を取り付けた。すなわち、電極を一体物ではなく、Ｗ電極３の長さを実施例１より短くし、Ｎｉ電極８をＷ電極３にネジ部１０で取り付けた電極とした。実施例１と同様に、ＡｌＮ製リング１５をガラス１６で接合し、Ｗ電極と導電体の接合部を封止した。
【００８１】
このサセプタを用いて、実施例１と同様に昇降温試験を行ったところ、大気中およびＣＦ_４雰囲気のいずれの試験後において、ネジ部にスパーク痕が存在しており、ネジ山が一部溶けていた。またＷ電極に多少の変色がみられた。
【００８２】
実施例５
前記セラミックスヒータＡを、図２の形状に座グリ加工して、導電体２を露出させた。露出した導電体に、両端部以外をアルミナを溶射したＭｏ電極３を、活性金属ロウ５を用いて、真空中８５０℃で、図２のようにロウ付けした。実施例１と同様に、ＡｌＮ製リングを用いて図９に示すように、導電体２とＭｏ電極３とのロウ付け部をガラス封止した。このサセプタを用いて、実施例１と同様に、６００℃までの昇降温試験を行った。その結果、大気中でもＣＦ_４中でも、Ｍｏ電極表面のアルミナが多少変色していたが、電気的導通に関しては、全く問題がなかった。
【００８３】
実施例６
実施例５と同様に、アルミナ溶射Ｍｏ電極をロウ付けしたセラミックスヒータを用いたこと以外は、実施例２と同様に図１０に示すようにＡｌＮ製筒状体を設置して、サセプタの昇降温試験を行った。その結果、電気的導通に関しては全く問題がなく、変色は、実施例５より少なかった。
【００８４】
実施例７
実施例５と同様に、アルミナ溶射Ｍｏ電極をロウ付けしたセラミックスヒータを用いたこと以外は、実施例３と同様図１１の構成にして、サセプタの昇降温試験を行った。その結果、電気的導通に関しては全く問題がなく、変色もなかった。
【００８５】
実施例８
実施例５と同様に、アルミナ溶射Ｍｏ電極をロウ付けしたセラミックスヒータを用いたこと以外は、実施例４と同様に図１２の構成にして、サセプタの昇降温試験を行った。その結果、電気的導通に関しては全く問題がなく、変色もなかった。
【００８６】
比較例３
実施例５と同様に、セラミックスヒータＡを座グリ加工して、アルミナ溶射Ｍｏ電極を用いたこと以外は、比較例１と同様に図１３に示すようにニッケル電極８をロウ付けして、サセプタの昇降温試験を行った。その結果、大気中での昇降温試験の４回目に電極のロウ付け部が破断した。また、ＣＦ_４雰囲気中では、破断はなかったが、ロウ付け部が大幅にエッチングされていた。
【００８７】
比較例４
実施例５と同様に、セラミックスヒータＡを座グリ加工して、アルミナ溶射Ｍｏ電極を用いたこと以外は、比較例２と同様に図１４に示すようにニッケル電極８をネジ止めして、サセプタの昇降温試験を行った。その結果、大気中でもＣＦ_４雰囲気中でも、スパーク痕が存在し、ネジ山の一部が溶けていた。また、Ｍｏ電極の変色が発生していた。
【００８８】
実施例９
実施例１と同様に、ＡｌＮ焼結体上にＷ導電体回路（抵抗発熱体回路）を形成し、その反対側の面に高周波発生用のＷ導電体回路を形成した。実施例１と同様に、セラミックスペーストを塗布し、脱脂後、２枚の別のＡｌＮ焼結体で導電体回路を形成したＡｌＮ焼結体を挟み込み、ホットプレスにて接合した。更に、実施例１と同様に、前記Ｗ導電体回路（抵抗発熱体回路）と高周波発生用のＷ導電体回路にＷ電極を取り付け、ＡｌＮ製リングとガラスで接合部を封止した。これらのＷ電極間の距離は５ｍｍであった。
【００８９】
このサセプタを半導体製造装置に設置し、１０Ｐａまで真空引き後、抵抗発熱体回路に１５０Ｖの電圧を印加して、５００℃に加熱した後、高周波発生用Ｗ導電体回路に、１３．５６ＭＨｚの周波数の電圧を徐々に印加し、短絡する電圧を測定した。その結果、３５００Ｖで短絡が発生した。
【００９０】
次に、図１５に示すように、高周波発生用導電体に接続したＷ電極を取り囲むように、ムライト−アルミナ複合体の筒状体を設置した。なお、図１５では、１つのＷ電極のみを図示し、他のＷ電極は省略した。このサセプタを用いて、上記のように短絡する電圧を測定したが、５０００Ｖまで短絡しなかった。
【００９１】
比較例５
実施例９と同様の、抵抗発熱体回路と高周波発生用回路を形成したサセプタを用い、実施例９のように一体物のＷ電極ではなく、図７に示すようなＷ電極にＮｉ電極をロウ付けした電極を取り付けた。筒状体を設置せずに、実施例９と同様に、短絡する電圧を測定したところ、１７００Ｖで短絡が発生した。短絡後の電極を観察したところ、ロウ付け部９で短絡が発生していた。
【００９２】
実施例１０
実施例１〜８の構造のサセプタを半導体製造装置に設置して、Ｓｉウェハの上にＷ膜を形成した。その後、ＣＦ_４ガスを用いて半導体装置内をクリーニングし、各サセプタの電極の状態を観察した。その結果は、各実施例の結果と同様であった。
【００９３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、容器内には電極の継ぎ目や接合部のない一体物にすることにより、腐食性ガスや酸素などや、セラミックスヒータの昇降温によるヒートサイクルに対して信頼性の高い電極を得ることができる。このような電極を有するサセプタ及び該サセプタを搭載した半導体製造装置は、信頼性が高く長寿命とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のサセプタの断面構造の一例を示す。
【図２】本発明のサセプタの断面構造の一例を示す。
【図３】本発明のサセプタの断面構造の一例を示す。
【図４】本発明のサセプタの断面構造の一例を示す。
【図５】本発明のサセプタの断面構造の一例を示す。
【図６】本発明のサセプタの断面構造の一例を示す。
【図７】従来のサセプタの断面構造の一例を示す。
【図８】従来のサセプタの断面構造の一例を示す。
【図９】本発明のサセプタの断面構造の一例を示す。
【図１０】本発明のサセプタの断面構造の一例を示す。
【図１１】本発明のサセプタの断面構造の一例を示す。
【図１２】本発明のサセプタの断面構造の一例を示す。
【図１３】従来のサセプタの断面構造の一例を示す。
【図１４】従来のサセプタの断面構造の一例を示す。
【図１５】本発明のサセプタの断面構造の一例を示す。
【符号の説明】
１セラミックスヒータ
２導電体
３電極
４テーパー部
５雄ネジ部
６雌ネジ部
７ロウ付け部
８ニッケル電極
９ロウ付け部
１０ネジ部
１１高周波発生用回路
１５セラミックス部材
１６ガラス
２０筒状体
２１封止部
２２Ｏ−リング
３０ガス導入管
３１ガス排出管
５０容器

Claims

半導体製造装置の容器内に設置されたセラミックスヒータの内部または／及び表面に形成された導電体に給電するための電極が、前記導電体との接続部から前記容器の外まで形成されていることを特徴とする半導体製造装置用サセプタ。
前記電極を取り囲む筒状体が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置用サセプタ。
前記電極を取り囲む筒状体が形成され、該筒状体の内部に不活性ガスが導入されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置用サセプタ。
前記筒状体の内部空間が前記容器内雰囲気と隔絶されており、該該筒状体の内部に不活性ガスが導入されていることを特徴とする請求項２に記載の半導体製造装置用サセプタ。
請求項１乃至４記載のサセプタが搭載されていることを特徴とする半導体製造装置。