JP2005072321A - ウェハ支持部材とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハ支持部材において、載置面と内部電極との間の絶縁性が低下しウェハに漏れ電流が流れ、ウェハ上に作製中のした超微細な半導体素子を破損する虞があった。
また、ウェハを繰り返し載置するとパーティクルが発生し半導体素子の歩留まりを低下するとの問題があった。
【解決手段】板状セラミックス体の一方の主面を、ウェハを載せる載置面とするとともに、上記板状セラミックス体中に内部電極を備えたウェハ支持部材において、内部電極の周囲のセラミックス部の体積固有抵抗が内部電極から離れたセラミックス部の体積固有抵抗より大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体や液晶基板などの製造工程において、半導体ウェハや液晶用ガラス基板などのウェハを保持し、かつ高周波を印加してプラズマを発生させる機能を有するセラミック製サセプタ、セラミック製静電チャック、セラミック製ヒータ等の如きウェハ支持部材に関するものである。

従来、半導体装置の製造工程における成膜装置やエッチング装置等の半導体製造装置では、シリコンウェハ等の半導体ウェハを保持するため、静電チャック、セラミックヒータ、プラズマ発生用電極を内蔵したサセプタの如きウェハ支持部材が用いられている。

上記の静電チャックとは、セラミック焼結体からなる板状セラミックス体の一方の主面（最も広い面）をウェハを載せる載置面とするとともに、上記板状セラミックス体中に静電吸着用電極としての内部電極を具備したもので、載置面にウェハを載せ、ウェハと内部電極との間に電圧を印加し、ウェハと内部電極との間に静電吸着力を発現させることにより、ウェハを載置面に強制的に吸着固定するものである。また、半導体製造装置に用いられるセミックヒータとは、セラミック焼結体からなる板状セラミックス体の一方の主面（最も広い面）をウェハを載せる載置面とするとともに、上記板状セラミックス体中に抵抗発熱体電極としての内部電極を具備したもので、載置面にウェハを載せ、内部電極に通電して発熱させることにより、載置面に載せたウェハを加熱するものである。さらに、サセプタとは、セラミック焼結体からなる板状セラミックス体の一方の主面（最も広い面）をウェハを載せる載置面とするとともに、上記板状セラミックス体中にプラズマ発生用の高周波電極を内部電極として具備したもので、載置面にウェハを載せ、内部電極と載置面の上方に設置されたもう一方のプラズマ発生用電極との間に高周波電圧を印加し、プラズマを発生させることにより、成膜やエッチング等の各種処理を促進させるものである。

また、これら静電吸着機能、加熱機能、プラズマ発生機構を内蔵したオール・イン・ワンタイプのウェハ支持部材も提案されている。

一方、成膜工程やエッチング工程では、成膜用ガスやエッチング用ガスあるいはクリーニグ用ガスとして塩素系やフッ素系のハロゲン系腐食性ガスが用いられており、近年では高密度のプラズマを発生させることも行われている。

その為、上述した静電チャック、セラミックヒータ、プラズマ発生用電極を内蔵したサセプタの如きウェハ支持部材を形成する板状セラミックス体を、アルミナ質焼結体や窒化珪素質焼結体あるいはイットリア等の安定化剤を含有した窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体により形成したものが使用されている。

このようなウェハ支持部材として特許文献１や２ではウェハと内部電極の間のセラミック層の炭素濃度や内部電極間の炭素濃度を大きくしたり、小さくして高温での体積固有抵抗を抑制したセラミック基板が提案されている。

また、特許文献３にはウェハ支持部材を形成する材質として、内部電極とウェハ間の窒化アルミニウム材料中に炭素を含ませることでウェハを載せる載置面のビッカース硬度を低下させウェハと載置面の間に生じる磨耗量を減らしパーティクルの発生量を減らした静電チャックが開示されている。

また、特許文献４には板状セラミックス体と内部電極となる高融点金属の間の応力を緩和するために被服膜を形成した高融点金属を埋設したセラミックヒータが開示されている。
特開２００３−１３３１９６号公報 特開２００３−１１５４２７号公報 特開２００２−１１０７７３号公報 特開平７−１３５０６８号公報

特許文献１，２、４に記載のようにホットプレスで窒化アルミニウムに内部電極を埋設した静電チャックにおいて、ウェハと内部電極の間の絶縁膜の体積固有抵抗を１０^８〜１０^１２Ω・ｃｍとして、低温でウェハＷの吸着力を高めた所謂ジョンソンラーベック力を発生させてウェハＷを吸着させる静電チャックが一部採用されている。しかしながら、この静電チャックでは、内部電極と載置面の間の絶縁膜の体積固有抵抗が小さく内部電極とウェハＷの間の微小な漏れ電流が大きくなり、半導体ウェハＷの上に形成される半導体素子のパターン幅が近年実用化されつつある０．０８μｍ以下の極微細な半導体回路素子では、上記の微小な漏れ電流により上記の半導体回路素子が破損する虞がある。

また、高抵抗の板状セラミックス体にヒータ電極や高周波電極を埋設したウェハ支持部材では４００℃以上の高温に晒されることから、ウェハ支持部材の温度上昇とともに板状セラミックス体の体積固有抵抗が低下し載置面と内部電極との間の絶縁性が低下しウェハに微小な漏れ電流が流れ、前記ウェハ上に作製中の極微細な回路素子からなる半導体素子を破損する虞があった。

更に、ウェハ支持部材にウェハを繰り返し載置するとパーティクルが発生し半導体素子の歩留まりを低下させるとの問題があった。

板状セラミックス体の一方の主面を、ウェハを載せる載置面とするとともに、上記板状セラミックス体中に内部電極を備えたウェハ支持部材において、前記内部電極の周囲のセラミックス部の体積固有抵抗が内部電極から離れたセラミックス部の体積固有抵抗より大きいことを特長とする。

また、上記内部電極の周囲のセラミックス部の体積固有抵抗が前記内部電極から離れたセラミックス部の体積固有抵抗の３〜１００倍であることを特徴とする。

また、板状セラミックス体の一方の主面を、ウェハを載せる載置面とするとともに、上記板状セラミックス体中に内部電極を備えたウェハ支持部材において、前記内部電極の周囲のセラミックス部のビッカース硬度（Ｈｖ０．１）が前記内部電極から離れたセラミックス部のビッカース硬度（Ｈｖ０．１）より大きいことを特長とする。

また、内部電極の周囲のセラミックス部のビッカース硬度（Ｈｖ０．１）が前記内部電極から離れたセラミックス部のビッカース硬度（Ｈｖ０．１）の１．０２〜１．３倍であることを特徴とする。

また、上記板状セラミックス体が窒化物であることを特徴とする。

また、上記内部電極が静電吸着電極であることを特徴とする。

また、上記内部電極が抵抗発熱体であることを特徴とする。

また、上記内部電極が高周波電極であることを特徴とする。

板状セラミックス体の一方の主面を、ウェハを載せる載置面とするとともに、上記板状セラミックス体中に内部電極を備えたウェハ支持部材において、内部電極の周囲のセラミックス部の体積固有抵抗が内部電極から離れたセラミックス部の体積固有抵抗より大きくすると、内部電極から載置面への漏れ電流が減少して、ウェハ上の半導体素子の破損を防止することができる。

また、板状セラミックス体の内部電極の周囲の体積固有抵抗が大きくなることから、ジョンソンラーベック力の発現を妨げることなく、内部電極の絶縁を保つことができるようになり、大きな吸着力で次世代の超微細半導体素子を形成するウェハＷを保持することができる。

また、内部電極の周囲のセラミックス部のビッカース硬度（Ｈｖ０．１）が内部電極から離れたセラミックス部のビッカース硬度（Ｈｖ０．１）より大きくすることにより、載置面とウェハＷによる載置面の磨耗量が減少しウェハ支持部材の耐久性が増大する。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１（ａ）は本発明のウェハ支持部材の一例である静電チャック１を示す斜視図であり、図１（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ線断面図で、この静電チャック１は、絶縁材料からなる板状セラミックス体２中に、静電吸着電極３として、例えば平面形状が半円状をした２枚の内部電極３の外形が略円を成すように埋設するとともに、上記板状セラミックス体２の一方の主面（最も広い面）をウェハＷを載せる載置面４としたもので、上記板状セラミックス体２の他方の主面には上記２枚の内部電極３に通電するための給電端子５を接合してある。

そして、この静電チャック１を用いてウェハＷを吸着固定するには、載置面４にウェハＷを載せ、２枚の内部電極３間に電圧を印加してウェハＷと内部電極３との間に静電吸着力を発現させることにより、ウェハＷを載置面４の面精度に倣って強制的に吸着固定することができる。

図２（ａ）は本発明のウェハ支持部材の他の例であるセラミックヒータ１１を示す斜視図、図２（ｂ）は同図（ａ）のＹ−Ｙ線断面図で、このセラミックヒータ１１は、絶縁材料からなる板状セラミックス体１２中に、抵抗発熱体電極１３として、例えば平面形状が渦巻き状をした内部電極１３を埋設するとともに、上記板状セラミックス体１２の一方の主面（最も広い面）をウェハＷを載せる載置面１４としたもので、上記板状セラミックス体１２の他方の主面には上記内部電極１３間に通電するための給電端子１５を接合してある。

そして、このセラミックヒータ１１を用いてウェハＷを加熱するには、載置面１４にウェハＷを載せ、給電端子１５間に通電して内部電極１３を発熱させることにより、載置面１４上に載せたウェハＷを直接加熱することができるようになっている。

図３（ａ）は本発明のウェハ支持部材のさらに他の例であり、内部電極としてプラズマ発生用の高周波電極２３を内蔵したサセプタを示す斜視図である。図３（ｂ）は同図（ａ）のＺ−Ｚ線断面図である。このサセプタ２１は、絶縁材料からなる板状セラミックス体２２中に、プラズマ発生用の高周波電極２３として、例えば平面形状が円である内部電極２３を埋設するとともに、上記板状セラミックス体２２の一方の主面（最も広い面）をウェハＷを載せる載置面２４としたもので、上記板状セラミックス体２２の他方の主面には上記内部電極２３に通電するための給電端子２５を接合してある。

そして、このサセプタ２１を用いてウェハＷにプラズマを発生させるには、載置面２４にウェハＷを載せ、内部電極２３と載置面２４の上方に設けられた別のプラズマ発生用電極（不図示）との間に高周波電圧を印加してプラズマを発生させることにより、載置面２４上に載せたウェハＷ上にプラズマを発生させることができるようになっている。

本発明のウェハ支持部材１、１１、２１は、板状セラミックス体２、１２、２２の一方の主面を、ウェハを載せる載置面４，１４，２４とするとともに、上記板状セラミックス体２，１２、２２中に内部電極３、１３、２３を備えたウェハ支持部材１、１１、２１において、内部電極３、１３、２３の周囲のセラミックス部の体積固有抵抗が内部電極３、１３、２３から離れたセラミックス部の体積固有抵抗より大きいことを特徴とするものである。

このような構成とすることで、例えば静電チャック１であれば内部電極３同士の間の絶縁抵抗が大きくなり、電極間に大きな電圧を印加しても絶縁破壊する虞がなくなるとともに内部電極３と載置面４との間の抵抗が大きいことからウェハＷに流れる漏れ電流が小さくなりウェハＷ上の半導体素子を破壊する虞が無くなり好ましい。

特に、静電チャック１は双曲型であれば内部電極３間に単極型であれば内部電極とウェハＷ間に５００Ｖ以上の大きな電圧が印可されることから内部電極３、１３、２３の周囲のセラミックス部の体積固有抵抗が大きいと内部電極３間の絶縁破壊する虞が小さくなり好ましい。更に、内部電極と載置面の間の絶縁層の体積固有抵抗が１０^８〜１０^１２Ω・ｃｍである場合にはジョンソンラーベック力が発現して大きな吸着力でウェハＷを吸着することができるが、絶縁層の体積固有抵抗が小さいことから内部電極３と載置面の間の漏れ電流が大きくウェハＷに形成した超微細な回路素子を破損する虞があるが、本発明のように内部電極の周囲のセラミックス部の体積固有抵抗が大きいと載置面４と内部電極３との間の絶縁抵抗が大きくなり、しかも吸着力を大きく低下されることなくウェハＷを吸着できることからより優れた静電チャックを提供できることが判明した。

更に、ジョンソンラーベック力を発現して、且つ内部電極３の周囲の抵抗を高めるには内部電極と載置面４の間は０．５ｍｍ以上離れていることが好ましい。また、上記板状セラミックス体の体積固有抵抗でジョンソンラーベック力を発現するのは５ｍｍ以下であることが好ましい。

また、内部電極１３をヒータ電極１３としたウェハ支持部材においては、板状セラミックス体１２として室温で体積固有抵抗が１０^１３Ω・ｃｍ以上の大きな窒化物等のセラミックスが使われているが、４００℃以上の高温に加熱されると上記体積固有抵抗が低下し、載置面１４に載せられたウェハＷに電流が流れ、超微細な回路素子を破損する虞があった。しかし、本発明のように内部電極１３の周囲のセラミックス部の抵抗を大きくすると高温に加熱されてもウェハＷへ流れる漏れ電流が小さく、最近開発されつつあるウェハＷ上の超微細回路素子を破損する虞が小さいことが判明した。

また、同様に内部電極３、１３、２３を高周波電極２３とする場合、内部電極２３の周囲のセラミックス部の体積固有抵抗を大きくすることができることから、高温で載置面２４と内部電極２３の間で漏れ電流を小さく抑えることができ、ウェハＷの超微細素子を破損する虞が無くなることが判明した。

そして、上記内部電極３、１３、２３の周囲のセラミックス部の体積固有抵抗Ｒｓが内部電極３、１３、２３から離れたセラミックス部の体積固有抵抗Ｒｆの２倍から１００倍であると更に好ましい。ＲｓがＲｆの２倍を下回ると、内部電極３、１３、２３の周囲の抵抗が小さくなり内部電極３、１３、２３の周囲のセラミックス部から電流が流れ出し内部電極３、１３、２３と載置面との間の絶縁が低下し載置面に載せたウェハＷの超微細回路素子を破損する虞がなくなる。また、静電チャックであれば大きな吸着力を得ようと大きな電圧を印加すると絶縁破壊したり内部電極間で漏電することがなく、十分大きな吸着力が得られる。

また、ＲｓがＲｆの１００倍を越えると内部電極３、１３、２３の周囲の組織と内部電極と離れた部位のセラミックス部の組織の違いが大きくなり内部電極３、１３、２３から板状セラミックス体２、１２、２２に向かってクラックが発生する虞がある。好ましくはＲｓがＲｆの３倍〜２０倍である。更に好ましくは５〜１０倍である。

また、本発明の内部電極３、１３、２３の周辺のビッカース硬度が内部電極３、１３、２３から離れたセラミックス部より大きいことが好ましい。このように硬度を大きくすると例えば静電チャックでは内部電極１３と載置面の距離が５．０ｍｍ以下と小さいことから載置面のビッカース高度も大きくなり、酸化膜を表面に形成したシリコン等からなる半導体ウェハＷとの摩擦による載置面４の磨耗が減少しパーティクルの発生を防止することができる。

また、同様に内部電極２３が高周波電極２３である場合には、載置面２４との距離が多くは５ｍｍ以下と小さいことから内部電極２３の周辺のビッカース硬度の大きな部分が載置面２４を形成することから載置面２３の磨耗が減少し、ウェハ支持部材２１の寿命を高めることができる。

そして、内部電極３、１３、２３の周辺のビッカース硬度Ｈｖｓが内部電極３、１３、２３から離れたセラミックス部のビッカース硬度Ｈｖｆの１．０２〜１．３倍であると更に好ましい。

ＨｖｓがＨｖｆの１．０２倍を下回ると載置面４、１４、２４の硬度が小さくウェハＷとの摩擦により載置面４、１４、２４が磨耗しパーティクルを発生する虞がある。

また、ＨｖｓがＨｖｆの１．３倍を越えると内部電極３、１３、２３の周囲の組織が大きく変わり内部電極３、１３、２３の周辺から板状セラミックス体２、１２，２２にクラックを発生させる虞がある。

従って、ＨｖｓはＨｖｆの１．０２〜１．３倍であることが好ましい。更に好ましくは１．０３〜１．１倍である。

尚、内部電極の周囲とは内部電極３、１３、２３から３．５ｍｍまでの距離にあるセラミックス部を示し、これに対して内部電極３、１３、２３から離れたセラミックス部とは内部電極から３．５ｍｍを越えて離れたセラミックス部である。このような領域で上記板状セラミックス体２、１２、２２から直径３０ｍｍ厚み３ｍｍの円板形状のサンプルを切り出し、超絶縁抵抗計（東亜電波工業製のＤＭＳ−８１０３）で印加電圧２００Ｖ、２５０Ｖ、１０００Ｖを加え体積固有抵抗を測定した。

また、内部電極の周辺とは内部電極３、１３、２３から５．０ｍｍまでの距離にあるセラミックス部を示し、これに対して内部電極３、１３、２３から離れたセラミックス部とは内部電極から５．０ｍｍを越えて離れたセラミックス部である。このような領域で上記板状セラミックス体２、１２、２２から直径３０ｍｍ厚み３ｍｍの円板形状のサンプルを切り出し、該サンプルの電極に近い面を鏡面加工しビッカース硬度計（明石製作所製硬度計ＭＶＫ−Ｈ３）を使い圧子押し込み荷重０．９８Ｎで圧子押し込み時間１５秒で測定し評価した。

本発明のウェハ支持部材１、１１、２１は内部電極３、１３、２３の周辺のセラミックス部の体積固有抵抗を大きくするすることが特徴であり、内部電極３、１３、２３の周辺のセラミックス部の体積固有抵抗を大きくするには、板状セラミックス体として、アルミナや窒化物からなる組成物が好ましく、特に窒化物が好ましい。窒化物からなる板状セラミックス体２、１２，２２は窒素雰囲気中で焼結することからバインダ等の有機化合物を焼結過程で完全に取り除くことが難しく、前記有機化合物は炭素として焼結体中に微量残存する。また、窒化物として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いた場合には、ＡｌＮの熱伝導係数を高めるためＡｌＮ結晶粒内のフォノン散乱を防止する意味からもＡｌＮ結晶粒子内に含まれる酸素を取り除くことが有効であり、この酸素を粒外に取り除く方法の一つとして粒外の炭素と反応させ粒内の酸素を取り除く方法が多く採用されている。しかし、ＡｌＮ中の炭素は酸素と反応し焼結体の外部に放出されるものがある一方で、粒界や粒内に残存し焼結体の体積固有抵抗を低下させる作用をもたらすことがあった。特に、２００℃以上の高温では体積固有抵抗の低下が著しく、内部電極の絶縁性を低下する原因となっていた。

しかし、本発明のウェハ支持部材１、１１，２１は、内部電極３、１３、２３の周囲のセラミックス部の体積固有抵抗のみを大きくすることで、ＡｌＮの持つ耐食性や熱伝導率を低下させることなく内部電極３、１３、２３の絶縁性を保つことができることから、ウェハ支持部材１、１１、２１として優れた特性を示すことができる。

このように内部電極３、１３、２３の周囲のセラミックス部の体積固有抵抗を高めるには、内部電極としてタングステンやモリブデン等の高融点金属を用いることが好ましい。特にタングステンやモリブデンの金属ワイヤや箔を用いることが好ましく、更に、これらの金属中の酸素含有量が２００〜８０００質量ｐｐｍであると良く、更に好ましくは５００〜６０００質量ｐｐｍである。このような範囲の酸素量を含ませることで、内部電極３、１３、２３を埋設し高温で焼結する際に内部電極３、１３、２３の周囲のカーボンと反応させることが可能となり内部電極３、１３、２３周囲のカーボン量を低下させる効果が生じ内部電極３、１３、２３周囲のセラミックス部の体積固有抵抗を大きくすることができると考えられる。また、上記の高融点金属中に含まれる炭素量は１００質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。

また、内部電極３、１３、２３としてワイヤや箔を用いた例を示したが、内部電極として上記高融点金属粉末とセラミック粉末を混合したペーストをセラミックシートに印刷し形成した内部電極３、１３、２３であっても、ペースト中の有機化合物として高温の非酸化雰囲気中における反応性が優れたパラフィンワックス系のバインダを用いることで実現することも可能である。この場合には６００℃以下のデワックス工程で、バインダを略完全に除去することが可能であり、内部電極３、１３、２３となる高融点金属に含まれる酸素によりその周辺のセラミックス部のカーボンを消耗しながら、焼結することが可能となると考えられ、内部電極３、１３、２３の周辺のセラミックス部の体積固有抵抗を高めることができると推察される。

高融点金属に含まれる酸素量は高融点金属を精製する工程である還元工程において、還元量を調整して酸素量を調整できる。また、作製した高融点金属からなる内部電極がタングステン金属やモリブデン金属であれば３００〜３５０℃程の酸化雰囲気で所定の時間加熱することにより金属表面に酸化物層を形成し酸素量を調整することができる。

また、内部電極３、１３、２３の周辺のセラミックス部のビッカース硬度が大きくなる理由は、不明な部分も多々あるが以下のように考えられる。窒化物からなる板状セラミックス体２、１２、２２は炭素を含んでいることからその影響で結晶構造に欠陥が生じ窒化物そのものの硬度を低下させていると考えられる。しかし、内部電極３、１３、２３として微量の酸素を含み含有湯炭素量の少ない高融点金属を埋設することで板状セラミックス体２、１２，２２を焼結する際に周辺の欠陥を除去できることから硬度が大きくなると考えられる。

尚、内部電極３、１３、２３の周囲の体積固有抵抗の大きなセラミックス部と内部電極３、１３、２３の周辺のビッカース硬度が大きなセラミックス部は同じ領域ではなく、内部電極３、１３、２３の周囲の体積固有抵抗の大きな領域の方が狭い領域であった。

次に、その他の構成について説明する。図１〜図３に示す本発明のウェハ支持部材１、１１、２１の板状セラミックス体２，１２，２２を形成する絶縁材料として、９９％以上の窒化珪素や、希土類酸化物を添加した窒化アルミニウムが好ましく、更に好ましくは、焼結体中に含有するＡｌ、Ｏ、Ｎの合計が９９．５重量％以上であるとともに主結晶相がＡｌＮからなり、他の結晶相として、Ａｌ、Ｎ、Ｏの３成分を含む特定の化合物を含む窒化アルミニウム質焼結体である。

この窒化アルミニウム質焼結体は、焼結体の殆どがＡｌ、Ｏ、Ｎの元素からなり、アルカリ金属、重金属、希土類金属等の如き不純物金属が殆ど含まれていないため、板状セラミックス体２，１２，２２として用いたとしても半導体ウェハＷを汚染することがなく、また、主結晶相がハロゲン系腐食性ガスに対する耐食性やそのプラズマに対する耐プラズマ性に優れたＡｌＮからなり、ハロゲン系腐食性ガスによる腐食やプラズマによる腐食摩耗を促進させる不純物金属が殆ど含まれていないため、窒化アルミニウム質焼結体の耐食性や耐プラズマ性を向上させることができる。

また、上記窒化アルミニウム質焼結体は、主結晶相をなすＡｌＮ以外に、他の結晶相として、Ａｌ、Ｎ、Ｏの３成分を含む特定の化合物を含有しても良い。

また、本発明のウェハ支持部材に用いる窒化アルミニウム質焼結体中には、酸素を０．３〜５重量％含有するとともに、炭素を０．００１〜０．１重量％の範囲で含有することが好ましい。なぜなら、炭素含有量が０．００１重量％未満となると、窒化アルミニウム質焼結体の相対密度が低下し、炭素含有量が０．１重量％を超えると、ＡｌＮ粒内のフォノンの散乱を増大させ熱伝導率が低下する虞があるからである。より好ましくは０．００５〜０．０５重量％である。

なお、本発明において、窒化アルミニウム質焼結体中におけるＡｌＮの含有量は９７重量％以上、好ましくは９８重量％以上であることが良く、このような窒化アルミニウム質焼結体はその熱伝導率を５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上とすることができる。

そして、本発明のウェハ支持部材１、１１、２１を構成する板状セラミックス体２，１２，２２は、いずれもハロゲン系腐食性ガスやそのプラズマに曝されたとしても腐食摩耗し難いため、ウェハ支持部材の寿命を向上させることができるとともに、長期間にわたりクリーニング作業の必要性がないため、半導体製造装置の歩留りを向上させることができる。

また、本発明のウェハ支持部材１、１１、２１は、板状セラミックス体２，１２，２２が優れた熱伝達特性を有する窒化アルミニウム質焼結体からなるため、ウェハＷに溜まった熱を直ちに逃がすことができるとともに、加熱の際にはウェハＷを短時間で所定の温度に加熱することもできる。

さらに、内部電極３が吸着電極３である本発明のウェハ支持部材１を形成する窒化アルミニウム質焼結体は、希土類酸化物を含む窒化アルミニウムで体積固有抵抗を１０^８〜１０^１２Ω・ｃｍとした材料や、微量の炭素を含む窒化アルミニウムで体積固有抵抗を１０^８〜１０^１２Ω・ｃｍとしたものが好ましい。

また、内部電極１３、２３がヒータ電極や高周波電極である本発明のウェハ支持部材１１、２１を形成する窒化アルミニウム質焼結体は、Ａｌ，Ｎ、Ｏの３成分からなる化合物を含まない高純度の窒化アルミニウム質焼結体や、前記３成分からなる化合物例えば微量のＡＬＯＮを含む組成物で、それらの平均結晶粒径を５μｍ以上と大きくすることで緻密化することができ、例えば、窒化アルミニウムの平均結晶粒径が７μｍの焼結体では、平均曲げ強度を２５０ＭＰａ以上と大きくすることができるとともに、熱応力により生じるクラック伸展を、Ａｌ，Ｎ、Ｏの３成分を含む化合物により効果的に防止することができるため、熱サイクルよる熱応力に対する耐久性に優れたウェハ支持部材を提供でき、特に温度サイクルの激しい抵抗発熱体電極やプラズマ電極を備えたウェハ支持部材に有効である。

ところで、本発明に係るウェハ支持部材１１，２１を製造するには、まず、アルカリ金属、重金属、希土類金属等の如き不純物金属が１０００重量ｐｐｍ以下である高純度ＡｌＮ粉末を用意する。そして、焼成後における窒化アルミニウム質焼結体中に、Ａｌ、Ｎ、Ｏの３成分を含む特定の化合物を生成させるとともに、後述する脱バインダー処理後の成形体強度を高め、かつ焼結体中の酸素量を調節するために平均粒径１μｍ以下のＡｌ_２Ｏ_３粉末を少量添加しても良い、さらに焼結体中の酸素量を調節するとともに、焼結体の緻密化を促進させるために焼成時に炭素を生成する物質として有機系バインダーを添加する。なお、調合にあたっては、窒化アルミニウム質焼結体中における酸素量が０．８〜４重量％となるようにＡｌ_２Ｏ_３の添加量と炭素の添加量を調整する。

また、本発明に係るウェハ支持部材１を製造するには、上記高純度ＡｌＮ粉末を用意し、希土類酸化物を１〜１５重量％添加し、焼結体の緻密化を促進させるために焼成時に炭素を生成する物質として有機系バインダーを添加する。

そして、これらの混合原料に対してバインダーを添加し、溶剤を用いて均一に混合してスラリーを製作し、ドクターブレード法等のテープ成形法や鋳込成形法にてグリーンシートを製作するか、あるいは上記スラリーを乾燥させて造粒粉を製作し、この造粒粉を型内に充填して一軸加圧成形法や等加圧成形法にて成形体を製作する。

次に、上記グリーンシートや成形体上に、ＷやＭｏ等の金属又はこの炭化物等を印刷にて所定のパターン形状に敷設して内部電極３，１３，２３を形成するか、あるいは上記グリーンシートや成形体上に、所定のパターン形状を有するＷやＭｏ等の金属からなる線材、金属箔、金属板等を載せて内部電極３，１３，２３を形成した後、これら内部電極３，１３，２３を覆うように、別のグリーンシートや成形体を載せて積層一体化する。この時、必要に応じて切削加工を施しても良い。

尚、ＷやＭｏ金属は金属精製工程における水素還元工程における還元度合いを調整することによりＷやＭｏ金属中の酸素量を２００〜８０００質量ｐｐｍ、好ましくは５００〜６０００質量ｐｐｍ、更に好ましくは１０００〜５０００質量ｐｐｍの範囲に調整することが好ましい。

次いで、得られた積層体を窒素気流中、５０℃／時間の速度で３００〜４００℃に加熱して脱脂し、次いで酸素雰囲気中、２００〜５００℃の温度に加熱し、成形体中の炭素量が０．３〜１重量％となるように調整する。しかる後、窒素ガス雰囲気中１８００℃以上の温度にてカーボン発熱体とカーボン断熱材からなる雰囲気焼成炉を用いて焼結する。この時、ガス圧は０．５ＭＰａ以上とする。ここで、焼成温度を１８００℃以上とするのは、１８００℃未満であると緻密化が充分に促進させず、相対密度が９７％より低くなって焼結体中に気孔が多数存在することになるため、耐食性や耐プラズマ性が低下してパーティクルの発生を十分に抑えることができないからである。また、ガス圧を０．５ＭＰａ以上とするのは、０．５ＭＰａより低くなると、焼結体中に、Ａｌ、Ｎ、Ｏの３成分からなる特定の化合物が十分生成せず耐食性や耐プラズマ性を十分に高める効果が得られ難いからである。

また、内部電極３，１３，２３として金属線や金属箔を用いる場合にはホットプレス工程を用いて焼結させることができる。この場合には内部電極を３００℃程の酸化雰囲気で所望の時間酸化処理することで、内部電極の周辺の体積固有抵抗や硬度を調整することができる。

そして、得られた板状セラミックス体の一方の主面に研磨加工を施してウェハＷを載せる載置面４，１４，２４を形成した後、板状セラミックス体の他方の主面に穴を穿孔し、この穴に給電端子５，１５，２５を挿入し、内部電極３，１３，２３と電気的に接続した後、ロウ付け、ガラス接着、導電性接着、溶着等の手段によって接合することにより本発明のウェハ支持部材を得ることができる。

尚、特許文献１や２に記載の静電チャックやヒータは内部電極の上面とその下面でのカーボン量の違いから内部電極の絶縁性を高めているが、内部電極の周り全体の体積固有抵抗が大きくなっていないことから内部電極の周囲の体積固有抵抗の小さな領域を通して漏れ電流が発生し載置面と内部電極の間の絶縁が劣ったり、内部電極間の絶縁が劣るとの不具合が発生するとの問題が解消されないが、本発明の様に内部電極３、１３、２３の周り全てのセラミックス部の体積固有抵抗が大きくすることで内部電極と載置面の間の絶縁を容易に保つことができるとともに内部電極間の絶縁性も優れウェハ支持部材１、１１、２１の特性が飛躍的に向上することが大きな特徴である。

特に本発明のウェハ支持部材１のひとつである静電チャック１においては、板状セラミックス体２の体積固有抵抗が１０^８〜１０^１２Ω・ｃｍである材料からなるジョンソンラーベック型静電チャックにおいて、内部電極３と載置面４の間の絶縁抵抗が大きくなり、内部電極間３に大きな電圧を印加しても絶縁破壊することがなく、大きな力でウェハＷを保持することができることから、載置面４を平精密に平坦度１０μｍ以下で平坦化することで、ウェハＷを載置面４に倣わせることでウェハＷを平坦に矯正することができることからウェハＷの上面に精度良く半導体素子を形成することができる。

以上、本発明の実施形態について示したが、本発明はこれらの実施形態だけに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば改良や変更したものでも良いことは言うまでもない。

窒化アルミニウム質焼結体は、出発原料として、アルミナ還元窒化法により製造した、平均粒径１．３μｍ、酸素含有量０．８重量％、炭素含有量３００重量ｐｐｍのＡｌＮ粉末を用いた。なお、不純物金属量について調べたところ、Ｃａが１００〜３００重量ｐｐｍで、その他にＳｉ，Ｆｅ，Ｎａ，Ｔｉ等の各金属含有量がそれぞれ１００重量ｐｐｍ以下であった。

そして、このＡｌＮ粉末に対し、1〜１５重量％の酸化セリウムを加えアクリル系バインダー及び溶剤とを混ぜて混練することによりスラリーを製作し、ドクターブレード法を用いて０．３ｍｍ厚のＡｌＮグリーンシートを成形した。尚、窒化アルミニウム質焼結体の体積固有抵抗は上記酸化セリウムの添加量を調整して変化させることができる。

次に、このＡｌＮグリーンシートにタングステン粉末とワックスエマルジョンを溶剤で混合しペーストとした。そして、スクリーン印刷法で内部電極となる静電吸着電極、抵抗発熱体電極や高周波電極の形状に印刷した。尚、ペーストに用いたタングステン粉末の酸素量は５０質量ｐｐｍから９０００質量ｐｐｍの粉末を選定し使用した。そして、３００℃の窒素気流中で加熱処理し、さらに酸化雰囲気中で熱処理してバインダーを除去した後、カーボン発熱体とカーボン断熱材からなる雰囲気焼成炉にＡｌＮグリーンシートをセットし、窒素ガス雰囲気中、１９００℃以上の温度で加圧しながら焼成することにより内部電極を埋設した窒化アルミニウム質焼結体からなる直径２００ｍｍで厚みが８ｍｍのウェハ支持部材を作製した。

尚、静電吸着用電極の上面は載置面から１ｍｍの位置に埋設し、抵抗発熱体電極の上面は載置面から４ｍｍの位置に埋設した。また、高周波電極は静電電極と同様に載置面から１ｍｍの位置に埋設した。

そして、得られたウェハ支持部材である静電チャック試料Ｎｏ．１〜９は載置面にウェハＷを載せランプ加熱方式で８０℃に加熱した後、内部電極とウェハ間に１０００Ｖの電圧を印加し内部電極とウェハＷ間に流れる電流を漏れ電流として測定した。

また、抵抗発熱体電極を埋設したウェハ支持部材資料Ｎｏ．１０〜１３は別途、抵抗発熱体に通電してウェハＷを平均温度４００℃に加熱しウェハＷの面内温度差を測定した。

また、高周波電極を埋設したウェハ支持部材試料Ｎｏ．１４、１５は載置面にウェハＷを載せランプ加熱方式で４００℃に加熱した後、内部電極とウェハ間に１０００Ｖの電圧を印加し内部電極とウェハＷ間に流れる電流を漏れ電流として測定した。

そして、その後試料を切断加工し内部電極直下で、厚み３ｍｍ直径６０ｍｍの円板を切り出し、内部電極の周囲の体積固有抵抗を測定する試料とした。また、上記板状セラミックス体の載置面と反対側の面から厚み３ｍｍで直径６０ｍｍの円板を切り出し、ＪＩＳ Ｃ ２１４１に準拠して体積固有抵抗を測定した。

その結果を表１に示す。

内部電極の周囲のセラミックス部の体積固有抵抗Ｒｓが内部電極から離れたセラミックス部の体積固有抵抗Ｒｆより小さな試料Ｎｏ．２〜９、１１〜１５の試料は漏れ電流が７４５μＡ以下と小さく、ウェハＷを強固に保持できた。

それに対し試料Ｎｏ．１、１０はＲｓ／Ｒｆの値が１．０と等しいことから漏れ電流が１５６０、１７８４μＡと大きく、ウェハＷ上の超微細な半導体素子を破損する虞があった。

また、試料Ｎｏ．３〜８、Ｎｏ．１１〜１５はＲｓ／Ｒｆが３〜１００の範囲であり、漏れ電流が４５８μＡ以下と小さく更に優れた特性を示すことが分かった。

また、試料Ｎｏ．１１〜１３のセラミックヒータは漏れ電流が２１μＡ以下でありウェハＷ面内の温度差が３．２℃以下と優れた特性を示した。

実施例１と同様にウェハ支持部材として、静電チャックを作製した。そしてこの静電チャックを真空容器に設置し、載置面をランプ加熱で１００℃に加熱した。そして、載置面に表面を酸化処理したウェハＷを載せて、内部電極に電圧を印加してウェハＷを吸着した。その後、印加電圧を０Ｖに低下させ、ウェハＷを載置面から離脱させた。このウェハＷの載置から離脱工程を１サイクルとして、１０００サイクル繰り返した後、載置面の０．２μｍ以上のパーティクル数を測定した。

パーティクル数の測定後に、内部電極の直下で板状セラミックス体を切断し内部電極の下面から１００μｍの位置で鏡面加工を施し、鏡面の硬度を測定し内部電極の周辺のビッカース硬度とした。

また、上記板状セラミックス体の載置面と反対側の面を鏡面加工し同様にビッカース硬度を測定した。

その結果を表２に示す。

内部電極の周辺のセラミックス部のビッカース硬度Ｈｖｓが内部電極から離れたセラミックス部のビッカース硬度Ｈｖｆより大きな試料Ｎｏ．２２〜２７はパーティクル数が１０００個以下と少なく優れた特性を示した。

しかし、ＨｖｓとＨｖｆの値が同じ試料Ｎｏ．２１はパーティクル数が１２５４個と多く、静電チャックとして使用する場合半導体素子の歩留まりを低下させる虞があった。

また、内部電極の周辺のビッカース硬度ＨｖｓがＨｖｆより１．３倍を越えて大きくなると内部電極に電圧を繰り返し印加すると内部電極の周辺に微小なクラックが発生していることが判明した。従って、ＨｖｓとＨｖｆの比であるＨｖｓ／Ｈｖｆの値は１．０２〜１．３０であることがより好ましいことが分かった。

（ａ）は本発明のウェハ支持部材の一例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図である。 （ａ）は本発明のウェハ支持部材の一例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ線断面図である。 （ａ）は本発明のウェハ支持部材の一例を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＺ−Ｚ線断面図である。

符号の説明

Ｗ：ウェハ
１、１１、２１：ウェハ支持部材
２、１２、２２：板状セラミックス体
３、１３、２３：内部電極
４、１４、２４：載置面
５、１５、２５：給電端子

Claims (10)

1. 板状セラミックス体の一方の主面を、ウェハを載せる載置面とするとともに、上記板状セラミックス体中に内部電極を備えたウェハ支持部材において、前記内部電極の周囲のセラミックス部の体積固有抵抗が前記内部電極から離れたセラミックス部の体積固有抵抗より大きいことを特徴とするウェハ支持部材。
2. 上記内部電極の周囲のセラミックス部の体積固有抵抗が前記内部電極から離れたセラミックス部の体積固有抵抗の３〜１００倍であることを特徴とする請求項１に記載のウェハ支持部材。
3. 板状セラミックス体の一方の主面を、ウェハを載せる載置面とするとともに、上記板状セラミックス体中に内部電極を備えたウェハ支持部材において、前記内部電極の周辺のセラミックス部のビッカース硬度（Ｈｖ０．１）が前記内部電極から離れたセラミックス部のビッカース硬度（Ｈｖ０．１）より大きいことを特徴とするウェハ支持部材。
4. 上記内部電極の周辺のセラミックス部のビッカース硬度（Ｈｖ０．１）が前記内部電極から離れたセラミックス部のビッカース硬度（Ｈｖ０．１）の１．０２〜１．３倍であることを特徴とする請求項３に記載のウェハ支持部材。
5. 上記板状セラミックス体が窒化物であることを特徴とする請求項1〜４のいずれかに記載のウェハ支持部材。
6. 上記内部電極が静電吸着電極であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のウェハ支持部材。
7. 上記静電吸着電極と上記載置面との間隔が０．５から５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のウェハ支持部材。
8. 上記内部電極が抵抗発熱体であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のウェハ支持部材。
9. 上記内部電極が高周波電極であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のウェハ支持部材。
10. 酸素含有量が２００〜８０００ｐｐｍの高融点金属を前記板状セラミックス体の未焼成成形体に埋設した後、焼結して内部電極とすることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のウェハ支持部材の製造方法。

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