JP2005317749A - 半導体製造装置用保持体及びそれを搭載した半導体製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】被処理物保持面の均熱性が高く、保持部や支持体に応力がかかりにくい半導体製造装置用保持体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】半導体製造装置のチャンバー内に設置され、被処理物１１を保持するセラミックス保持部１と、該保持部１を支持する中空の支持体２とを有する半導体製造装置用保持体であって、前記セラミックス保持部１と前記支持体２とは気密に接合されるとともに、前記支持体２と前記チャンバー１０とは前記支持体２よりも熱伝導率の低い材料を介して接触しているか、チャンバー１０の支持体２が接触する部分を支持体２より熱伝導率の低い材料とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エッチング装置、スパッタ装置、プラズマＣＶＤ装置、減圧プラズマＣＶＤ装置、メタルＣＶＤ装置、絶縁膜ＣＶＤ装置、低誘電率膜（Ｌｏｗ−Ｋ）ＣＶＤ装置、ＭＯＣＶＤ装置、デガス装置、イオン注入装置、コータデベロッパなどの半導体製造装置に使用される保持体、更にはそれを搭載した半導体製造装置に関するものである。
従来、半導体の製造工程では、被処理物である半導体基板（ウェハ）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半導体製造装置では、半導体基板を保持し、半導体基板を加熱するためのセラミックスヒータが用いられている。
このような従来のセラミックスヒータは、例えば特開平４−７８１３８号公報に開示されている。特開平４−７８１３８号公報に開示されたセラミックスヒータは、抵抗発熱体が埋設され、容器内に設置され、ウェハー加熱面が設けられたセラミックス製のヒータ部と、このヒータ部のウェハー加熱面以外の面に設けられ、前記容器との間で気密性シールを形成する凸状支持部と、抵抗発熱体へと接続され、容器の内部空間へと実質的に露出しないように容器外へ取り出された電極とを有する。
この発明では、セラミックスヒータと凸状支持部とはガラス接合などによって接合し、凸状支持部と容器とは、Ｏ−リングによって気密にシールしている。このため、電極が容器の内部空間に露出しないので、半導体製造工程で使用される腐食性の高い例えばハロゲンガスなどを用いた場合でも、電極が腐食されることがない。
しかし、半導体製造工程では、半導体基板を例えば５００℃に加熱して、種々の処理を行うが、Ｏ−リングは耐熱温度が、２００℃程度までしかないので、前記凸状支持部のＯ−リング側は、水冷などの手法により、１７０℃程度に冷却して使用する。このため、前記セラミックスヒータと支持部との接合部は、例えば５００℃程度に加熱され、支持部のＯ−リング側は、１７０℃程度に冷却されており、この場合、支持部は、両端間で１７０℃から５００℃までの温度分布を持つことになる。この温度分布が原因で、セラミックスヒータと支持部との接合部には大きな引っ張り応力が働く。ヒータも支持部もセラミックス製である場合、セラミックスは脆性材料であるので、ヒータかあるいは支持部が引っ張り応力により、破損するという問題があった。
そこで、特開２００３−２５７８０９号公報では、セラミックヒータと支持部とを接合しない構造が提案されている。しかし、支持部材内と容器（チャンバー）内の雰囲気を実質的に同じに維持するため、腐食性ガスを使用する場合、支持部材内に腐食性ガスが支持部材内に侵入し、支持部材内に設置された電極などを腐食する問題があった。
また、特許文献１の発明では、それ以前のヒータである金属製のヒータで見られた汚染や、熱効率の悪さの改善が図られているが、半導体基板の温度分布については触れられていない。しかし、半導体基板の温度分布は、前記様々な処理を行う場合に、歩留りに密接な関係が生じるので重要である。そこで、例えば特開２００１−１１８６６４号公報では、セラミック基板の温度を均一化することができるセラミックヒータが開示されている。この発明では、セラミック基板面の最高温度と最低温度の温度差は、数％以内であれば、実用に耐えるとされている。
しかし、近年の半導体基板は大型化が進められている。例えば、シリコン（Ｓｉ）ウェハでは８インチから１２インチへと移行が進められている。この半導体基板の大口径化に伴って、セラミックスヒータの半導体基板の加熱面（保持面）の温度分布は、±１．０％以内が必要とされていたが、最近では、±０．５％以内が望まれるようになってきており、更には±０．３％以内が要求されるようになってきた。
更に近年では、ウエハ上に形成する配線幅が更に微小化し、それに伴って更なるウェハ表面温度の均熱性に対する要求は高まってきている。例えば、ウェハ上にレジスト膜をスピンコートなどの手法で塗布し、これを硬化させる、あるいはレジスト膜を現像した後、硬化させる場合、例えば２００℃のような３００℃以下の低温で熱処理する装置では、ウェハの温度分布として±０．３％以内、更に好ましくは±０．１％以内の温度分布が要求されるようになってきた。
特開平０４−０７８１３８号公報 特開２００３−２５７８０９号公報 特開２００１−１１８６６４号
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、被処理物保持面の均熱性が高く、保持部や支持体に応力がかかりにくく、腐食性ガス雰囲気で使用しても電極などが腐食されにくい半導体製造装置用保持体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。
本発明の半導体製造装置用保持体は、半導体製造装置のチャンバー内に設置され、被処理物を保持するセラミックス保持部と、該保持部を支持する中空の支持体とを有する半導体製造装置用保持体であって、前記セラミックス保持部と前記支持体とは気密に接合されるとともに、前記支持体と前記チャンバーとは前記支持体よりも熱伝導率の低い材料を介して接触していることを特徴とする。
また、本発明の半導体製造装置用保持体は、半導体製造装置のチャンバー内に設置され、被処理物を保持するセラミックス保持部と、該保持部を支持する中空の支持体とを有する半導体製造装置用保持体において、前記セラミックス保持部と前記支持体とは気密に接合されるとともに、前記支持体と前記チャンバーとは接触しており、該チャンバーの前記支持体が接触している部分が前記支持体よりも熱伝導率の低い材料で構成されていることを特徴とする。
前記支持体よりも熱伝導率の低い材料の熱伝導率は、３０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましく、具体的には、ムライト、ムライト／アルミナ、アルミナ、ステンレスから選ばれる１種以上の材料からなることは好ましい。更に、前記支持体よりも熱伝導率の低い材料の表面に、耐食性のコーティングを施すことが好ましく、前記耐食性のコーティングの材質は、アルミナあるいは窒化アルミニウムであることが好ましい。
前記セラミックス保持部の主成分は、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウムから選ばれた１種類以上の材料であることは好ましい。また、前記セラミックス保持部には、発熱体が形成されており、該発熱体の主成分が、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）から選ばれる１種以上の材質であることが好ましい。
以上のような半導体製造装置用保持体を搭載した半導体製造装置は、保持部や支持体の破損などのトラブルが少なく、品質の優れた半導体や液晶を製造することができる。
本発明によれば、セラミックス保持部と支持体とが気密に接合されており、支持体とチャンバーが支持体より熱伝導率の低い材料を介して接触している、あるいは支持体と接触するチャンバー部分が支持体より熱伝導率の低い材料で構成されているので、支持体の温度勾配を大きく変化させ、セラミックス保持部と支持体との接合部にかかる温度勾配を低減し、加熱時に、セラミックス保持部と支持体との接合部に過度の応力がかかることがないので、セラミックス保持部や支持体の破損の可能性を少なくすることができる。また、熱伝導率の低い材料を介しているので、発熱体で発生した熱がチャンバー側に逃げにくいので、セラミックス保持部の被処理物保持面の均熱性が向上する。このような保持体を搭載した半導体製造装置は、従来の装置よりもセラミックス保持部や支持体の破損のトラブルが少なく、半導体や液晶の特性や歩留り、信頼性あるいは集積度の向上が図れる。
本発明の半導体製造装置用保持体を、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態の一例である。半導体製造装置のチャンバー１０内に設置され、被処理物１１を保持するセラミックス保持部１と、該保持部を支持する中空の支持体２とを有する半導体製造装置用保持体において、前記セラミックス保持部と前記支持体とは気密に接合されるとともに、前記支持体と前記チャンバーとは熱伝導率の低い材料８を介して接触する。
本発明の半導体製造装置用保持体の他の実施の形態を、図２を参照して説明する。図２は、本発明の他の実施形態を示す。半導体製造装置のチャンバー１０内に設置され、被処理物１１を保持するセラミックス保持部１と、該保持部を支持する中空の支持体２とを有する半導体製造装置用保持体において、前記セラミックス保持部と前記支持体とは気密に接合されるとともに、前記チャンバーの支持体が接触する部分は、熱伝導率の低い材料８で構成される。
本発明において、前記支持体は、該支持体よりも熱伝導率の低い材料を介してチャンバーと接触している。あるいは、チャンバーの支持体が接触する部分が支持体より熱伝導率の低い材料で構成される。セラミックス保持部を加熱する場合、セラミックス保持部はできるだけ均熱であることが望まれる。セラミックス保持部の熱は、支持体を介して逃げていくので、支持体の熱伝導率は低い方がよい。しかし、支持体全体を熱伝導率の低い材料で形成しても、例えば、セラミックス保持部を７００℃に加熱し、チャンバーが熱劣化しないように、チャンバーの無用な加熱を避けるために、チャンバーを例えば１７０℃に強制冷却した場合、熱伝達量は減少するが、支持体の温度分布は１７０℃から７００℃まで、なだらかに変化するので、セラミックス保持部と支持体との接合部にかかる応力に変化はない。
発明者等は、支持体が、該支持体よりも熱伝導率の低い材料を介してチャンバーと接触する、あるいはチャンバーの支持体が接触する部分を支持体より熱伝導率の低い材料としていれば、支持体本体と低熱伝導率材料とで、温度分布が大きく変化し、セラミックス保持部と支持体との接合部にかかる応力を大幅に低減できることを見出した。
例えば、セラミックス保持部を７００℃に加熱し、チャンバーを１７０℃に強制冷却する場合、支持体の長さを２８０ｍｍとすると、支持体の温度分布は、チャンバー側から１７０℃から７００℃までなだらかに変化し、例えばチャンバーから２０ｍｍの距離の支持体の温度は、１８５℃となる。従って、支持体にかかる温度勾配は、Δ５１５℃／２８０ｍｍとなる。しかし、支持体の長さを２６０ｍｍとして、例えば熱伝導率が１Ｗ／ｍＫと低熱伝導率の材料を２０ｍｍの厚さで、チャンバーと支持体との間に入れると、チャンバーから２０ｍｍの距離の支持体の温度は、４６５℃となる。従って、支持体の温度勾配は、Δ２３５℃／２６０ｍｍと、低熱伝導率の材料を介さない場合（Δ５１５℃／２８０ｍｍ）に比べて、大幅に少なくすることができることを見出した。支持体の温度分布を小さくすることにより、セラミックス保持部と支持体との接合部にかかる熱応力を大幅に低減することができので、セラミックス保持部あるいは支持体の破損を防止することができるのである。
また、上記構造にすると、支持体のチャンバー側端部は、樹脂製のＯ−リングの耐熱温度以上の温度に上昇するので、支持体２とチャンバー１０とは、Ｏ−リング等を用いて気密封止せず、例えば治具７によって、保持体が傾かないように押さえる。このため、腐食性ガス雰囲気で使用すると、支持体内部に腐食性ガスが侵入して、電極４等が腐食するので、支持体内部の圧力を制御することが好ましい。圧力の制御は、好ましくは、チャンバーと支持体との接触部近傍に開口５を設け、開口５より真空引きする、あるいは不活性ガスを導入しながら真空引きする、あるいは不活性ガスを導入することがよい。
セラミックス保持部と支持体とは気密に接合されているので、腐食性ガスは、気密封止されていない支持体とチャンバーとの接触部からのみ支持体内に侵入するが、このような構成にすることによって、侵入した腐食性ガスはすぐに真空引きあるいは支持体から押し出されて、支持体内部に拡散しないので、支持体内に設置された電極等を腐食することがなくなる。
本発明において、気密に接合とか気密封止といった気密とは、Ｈｅリークレートで、１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ以下を意味する。例えば、支持体とチャンバーとを高温に耐えるＡｌやＮｉ等の金属製ガスケットを用いて固定しても、Ｈｅリークレートが１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ以上であれば、気密に封止されていないことを意味する。
支持体と低熱伝導率の材料とは、接合して固定することが好ましい。接合すれば、チャンバーへの取付が安定し、ハンドリングが容易となる。前記支持体よりも熱伝導率の低い材料の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍＫ以下であると、支持部の低熱伝導率材料との接触部の温度を高くすることができるので、前記熱応力をより低減することができるので、好ましい。このような低熱伝導率材料は、ムライト、ムライト／アルミナ、アルミナ、ステンレスから選ばれる１種以上の材料からなることにより、熱伝導率が低いだけではなく、耐熱性、耐腐食性にも優れるので、好ましい。
更に、前記支持体よりも熱伝導率の低い材料の表面に、耐腐食性のコーティングを施せば、耐腐食性の低い材料を用いた場合でも容易に耐腐食性を高めることができるので好ましい。前記耐腐食性のコーティングの材質は、アルミナあるいは窒化アルミニウムであることが好ましい。アルミナあるいは窒化アルミニウムは、特にフッ素や塩素等のハロゲン系の腐食ガスに対する耐腐食性に優れ、耐熱性にも優れるからである。耐腐食性コーティングの形成方法は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、溶射、スパッタ、印刷焼付けなど既存の方法で行うことができる。
本発明のセラミックス保持部の主成分は、セラミックスが好ましい。セラミックスとしては、温度分布の均一性を重視するならば、熱伝導率の高い窒化アルミニウムや炭化珪素が好ましい。信頼性を重視するならば、窒化珪素が高強度で熱衝撃にも強いので好ましい。コストを重視するのであれば、酸化アルミニウムが好ましい。
これらのセラミックスの中でも、性能とコストのバランスを考慮すれば、熱伝導率が高く、耐食性にも優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が好適である。以下に、本発明のウェハ保持体の製造方法をＡｌＮの場合で詳述する。
ＡｌＮの原料粉末は、比表面積が２．０〜５．０ｍ２／ｇのものが好ましい。比表面積が２．０ｍ２／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、５．０ｍ２／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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、９．８ＭＰａ以上であることが望ましい。９．８ＭＰａ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。
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／ｃｍ３以上であることが好ましい。１．５ｇ／ｃｍ３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／ｃｍ３以下であることが好ましい。２．５ｇ／ｃｍ３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。
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、脱脂処理後の積層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。
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。
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。
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、焼結時に積層体が収縮する際の治具と積層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。
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。
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。
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。
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、電気回路の形成を行う。導電ペーストは、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が好ましい。
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Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２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。
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。
また、形成する回路パターンが、ヒータ回路（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、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。
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。
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。
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、電気回路との反応性が小さく、ＡｌＮとの熱膨張係数差が、５．０×１０−６／Ｋ以下であれば特に制約はない。例えば、結晶化ガラスやＡｌＮ等が使用できる。これらの材料を例えばペースト状にして、所定の厚みのスクリーン印刷を行い、必要に応じて脱脂を行った後、所定の温度で焼成することにより形成することができる。
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。
また、導電ペーストとして、銀やパラジウム、白金などの混合物や合金を使用することも可能である。これらの金属は、銀の含有量に対してパラジウムや白金を添加することによって、導体の体積抵抗率が増加するため、回路パターンに応じてその添加量を調整すればよい。またこれらの添加物は回路パターン間のマイグレーションを防止する効果があるため、銀１００重量部に対して、０.１重量部以上添加することが好ましい。
また、導電ペーストとして、ＮｉとＣｒの混合物や合金を使用することも可能である。特に、ＮｉにＣｒを２０重量％程度添加することにより、電気抵抗が高く、耐熱性や耐食性に優れた発熱体を形成することができる。コストを下げるために、Ｆｅを２５重量％まで添加したり、加工性を増すために、Ｍｎを１重量％添加してもよい。
これらの金属粉末に、ＡｌＮとの密着性を確保するために、金属酸化物を添加することが好ましい。例えば酸化アルミニウムや酸化ケイ素、酸化銅、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化鉛、希土類酸化物、遷移金属元素酸化物、アルカリ土類金属酸化物などを添加することができる。添加量としては、０.１ｗｔ％以上５０ｗｔ％以下が好ましい。含有量がこれより少ないと、窒化アルミニウムとの密着性が低下するため好ましくない。また、含有量がこれより多いと、銀等の金属成分の焼結が阻害されるため好ましくない。
これら金属粉末と無機物の粉末を混合し、更に有機溶剤やバインダーを添加し、ペースト状にし、上記同様スクリーン印刷により回路形成することができる。この場合、形成した回路パターンに対して、窒素などの不活性ガス雰囲気中もしくは大気中にて７００℃から１０００℃の温度範囲にて焼成する。
更にこの場合、回路間の絶縁を確保するために、結晶化ガラスやグレーズガラス、有機樹脂などを塗布し、焼成、もしくは硬化させることで絶縁層を形成することができる。ガラスの種類としては硼珪酸ガラス、酸化鉛、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、などが使用できる。これら粉末に有機溶剤やバインダーを添加し、ペースト状にし、スクリーン印刷により塗布する。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。また焼成温度としては、上記回路形成時の温度より低温であることが好ましい。上記回路焼成時より高い温度で焼成すると、回路パターンの抵抗値が大きく変化するため好ましくない。
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。
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以上であることが好ましい。５ｋＰａ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。
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。
以上のようにして、ウェハ保持体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。
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、０．９８ＭＰａ以上加えることが望ましい。０．９８ＭＰａ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、ヒータの性能が出なくなることがある。
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。
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。
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。
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通電発熱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、セラミックス保持部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、発熱体回路などの電気回路が、セラミックス積層体の最外層に形成されている場合は、電気回路の保護と絶縁性の確保のために、前述のポストメタライズ法と同様に、電気回路の上に絶縁性コートを形成することができる。
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、被処理物搭載面の平面度は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、被処理物とセラミックス保持部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被処理物に均一に伝わらなくなり、被処理物の温度ムラが発生しやすくなる。
また、被処理物保持面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下が好ましい。Ｒａで５μｍを超えると、セラミックス保持部と被処理物との摩擦によって、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、被処理物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。
以上のようにして、セラミックス保持部を作製することができる。さらに、このセラミックス保持部に支持体を取り付ける。支持体の材質は、セラミックス保持部のセラミックスの熱膨張係数と大きく違わない熱膨張係数のものであれば特に制約はないが、セラミックス保持部との熱膨張係数の差が５×１０−６／Ｋ以下であることが好ましい。
熱膨張係数の差が、５×１０−６／Ｋを超えると、取付時にセラミックス保持部と支持体の接合部付近にクラックなどが発生したり、接合時にクラックが発生しなくても、繰り返し使用しているうちに接合部に熱サイクルが加わり、割れやクラックが発生することがある。例えば、セラミックス保持部がＡｌＮの場合、支持体の材質は、ＡｌＮが最も好適であるが、窒化珪素や炭化珪素あるいはムライト等が使用できる。
取付は、接合層を介して接合する。接合層の成分は、ＡｌＮ及びＡｌ２Ｏ３並びに希土類酸化物からなることが好ましい。これらの成分は、セラミックス保持部や支持体の材質であるＡｌＮなどのセラミックスと濡れ性が良好であるので、接合強度が比較的高くなり、また接合面の気密性も得られやすいので好ましい。
接合する支持体並びにセラミックス保持部それぞれの接合面の平面度は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。これを超えると接合面に隙間が生じやすくなり、十分な気密性を持つ接合を得ることが困難となる。平面度は０．１ｍｍ以下がさらに好適である。なお、セラミックス保持部の接合面の平面度は０．０２ｍｍ以下であればさらに好適である。また、それぞれの接合面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下であることが好ましい。これを超える面粗さの場合、やはり接合面に隙間が生じやすくなる。面粗さは、Ｒａで１μｍ以下がさらに好適である。
次に、セラミックス保持部に電極を取り付ける。取付は、公知の手法で行うことができる。例えば、セラミックス保持部の被処理物保持面と反対側から電気回路までザグリ加工を施し、電気回路にメタライズを施すかあるいはメタライズなしで直接活性金属ろうを用いて、モリブデンやタングステン等の電極を接続すればよい。その後必要に応じて電極にメッキを施し、耐酸化性を向上させることができる。このようにして半導体製造装置用保持体を作製することができる。
また、本発明の半導体製造装置用保持体を半導体装置に組み込んで、半導体ウェハを処理することができる。本発明の半導体製造装置用保持体は、セラミックス保持部や支持体の割損トラブルが少なく、品質の優れた半導体や液晶を製造することができる。
９９．５重量部の窒化アルミニウム粉末と０．５重量部のＹ２Ｏ３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重量部混合して、スプレードライにより造粒し、顆粒を作成した。この顆粒を、一軸プレスにより、焼結、加工後に直径３５０ｍｍ、厚み５ｍｍとなるように、２枚成形した。
９９．５重量部の窒化アルミニウム粉末と０．５重量部のＹ２Ｏ３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、さらに可塑剤と分散剤を混合し、スプレードライにより造粒し、顆粒を作成した。この顆粒を、焼結、加工後に外径６０ｍｍ、内径５４ｍｍ、長さ２８０ｍｍのＡｌＮ支持体となるように、パイプ形状に押出し成形した。また、なお、窒化アルミニウム粉末は、平均粒径０．６μｍ、比表面積３．４ｍ２／ｇのものを使用した。
いずれの成形体も、窒素雰囲気中で９００℃にて脱脂を行い、窒素雰囲気中で１９００℃、５時間の条件で焼結を行った。得られた焼結体の熱伝導率は、１８０Ｗ／ｍＫであった。なお、焼結後、被処理物保持面はＲａで１μｍ以下に、支持体接合面はＲａで５μｍ以下になるよう研磨加工を施した。また外径も仕上加工を行った。
平均粒径が２．０μｍのＷ粉末を１００重量部として、Ｙ２Ｏ３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用いてＷペーストを作製した。混合には雷かい機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、前記直径３５０ｍｍのＡｌＮ焼結体上に、ヒータ回路パターンを印刷した。これを窒素雰囲気中で９００℃にて脱脂し、窒素雰囲気中１８５０℃で１時間加熱して焼き付けた。
ヒータ回路を印刷していないもう１枚の直径３５０ｍｍのＡｌＮ焼結体に、エチレンセルロース系のバインダーを添加、混錬した接合用のガラスを塗布し、窒素雰囲気中９００℃で脱脂した。前記ヒータ回路を形成した面と、ガラスを塗布した面とをあわせて、ずれ防止のために、０．５ＭＰａの荷重をかけて、１８００℃で２時間加熱して、接合した。
被処理物保持面の反対側の面から、前記ヒータ回路までザグリ加工を行い、ヒータ回路を一部露出させた。ＡｌＮ支持体の片端面に、接合用のＹ２Ｏ３系ガラスを塗布し、前記電極と引出線が内部に入るようにセットし、ずれ防止のために５ｋＰａの荷重をかけて、１７７０℃で１時間加熱して接合した。前記露出したヒータ回路部にＷ製の電極を活性金属ろうを用いて８５０℃で直接接合し、系外に電気的に接続される引出線を接合し、セラミックス保持部と支持体とからなる半導体製造装置用保持体を作成した。
このような半導体製造装置用保持体を１０台作成した。図１に示すように、表１に示す材質の、外径６０ｍｍ、内径５４ｍｍ、厚み２０ｍｍのリング８を介してチャンバーにクランプ固定した。なお、ＡｌＮは、Ｓｉの添加量を調整して、表１に示す熱伝導率のものとした。
これらの保持体のセラミックス保持部が７００℃になるように加熱し、均熱性を測定した。均熱性の測定は、直径３００ｍｍのウェハ温度計を被処理物保持面に搭載し、その温度分布を測定した。その結果を表１に示す。表１には、リング材質の熱伝導率もあわせて示す。なお、リング材質が同じであれば、１０台の半導体製造装置用保持体で均熱性に差はなかった。
Figure 2005317749
表１から判るように、支持体の熱伝導率（１８０Ｗ／ｍＫ）よりも熱伝導率の低い材料を介して支持体とチャンバーを接触させるようにすると、均熱性が良くなる。熱伝導率が３０Ｗ／ｍＫよりも低い熱伝導率の低い材料にすれば、均熱性は特に優れることが判る。
更に、セラミックス保持部が７００℃になるように加熱し、その後、加熱を止め、室温（２５℃）まで冷却した。再度、７００℃まで加熱し、室温まで冷却するというサイクルを５００回繰り返す加熱サイクル試験を行った。加熱サイクル試験後、１０台の保持体のセラミックス保持部と支持体との接合部を実体顕微鏡で観察したが、全ての保持体にクラックなどの異常は全くなかった。
比較のために、１０台の保持体を、図３に示すように、支持体をＯ−リング９を介してチャンバーに気密にシールした。支持体内部は、チャンバー外と同じ雰囲気の大気雰囲気とした。同様に、７００℃に加熱して均熱性を測定したところ、いずれの保持体も、７００℃±０．９％であった。また、同様に５００回の繰り返しテストを行ったところ、１０台中３台は、保持部と支持体の接合部で、完全に破壊した。残る７台の保持体の保持部と支持体との接合部を、実体顕微鏡で観察したところ、４台に微小クラックが観察された。
支持体の長さを２０ｍｍ長い３００ｍｍとしたこと以外は実施例１と同様の保持体を作成した。図２に示すように、チャンバーの支持体が接触する部分を、熱伝導率が８Ｗ／ｍＫであるマンガン（Ｍｎ）製の板にし、実施例１と同様にクランプ固定した。実施例１と同様にして、７００℃での均熱性を測定したところ、±０．２１％であった。
また、実施例１と同様に室温から７００℃までの加熱サイクル試験を５００回行ったところ、いずれの保持体でも保持部と支持体の接合部にクラックなどの異常は発生しなかった。
実施例１のＮｏ．１において、ムライト／アルミナと支持体との間に、Ｂ−Ｓｉ系のガラスプリフォームを挟み込み、ずれ防止のために５ｋＰａの荷重をかけて、７５０℃で１時間加熱して、ムライト／アルミナと支持体とを接合した。これ以外は、実施例１と同様にして、７００℃での均熱性とサイクル試験を実施した。その結果、均熱性は、±０．１７％であり、５００回のサイクル試験後に、保持部と支持体の接合部にクラックなどの異常は発生しなかった。
実施例１のＮｏ．１において、ムライト／アルミナのリングの表面に、Ａｌ２Ｏ３は溶射で、ＡｌＮはＣＶＤでコーティングした。コーティングの厚みは、いずれも２０μｍである。これ以外は、実施例２と同様にして、７００℃での均熱性とサイクル試験を実施した。その結果、いずれのコーティングを施した保持体の均熱性は、±０．１５％で実施例１のＮｏ．１と同じであり、５００回のサイクル試験後に、保持部と支持体の接合部にクラックなどの異常は発生しなかった。
また、コーティングを施したリングを、ＣＦ４とＯ２のガスを１５０Ｗのマイクロ波で励起したプラズマ中に曝して、耐腐食性の試験を行った。その結果、腐食量は、コーティングを施さないムライト／アルミナでは、１０μｍ／ｈであったが、Ａｌ２Ｏ３をコーティングすると、０．２μｍ／ｈとなり、ＡｌＮをコーティングすると、０．１μｍ／ｈと、耐腐食性が大幅に向上することが確認できた。
１００重量部のＳｉＣ粉末と、１．０重量部の炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）と１．０重量部の炭素（Ｃ）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重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成した。この顆粒を、一軸プレスにより、焼結、加工後に直径３５０ｍｍ、厚み５ｍｍとなるように、２枚成形した。
１００重量部のＳｉＣ粉末と、１．０重量部の炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）と１．０重量部の炭素（Ｃ）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、さらに可塑剤と分散剤を混合し、スプレードライにより造粒し、顆粒を作成した。この顆粒を、焼結、加工後に外径６０ｍｍ、内径５４ｍｍ、長さ３００ｍｍのＳｉＣ支持体となるように、パイプ形状に押出し成形した。
いずれの成形体も、アルゴン雰囲気中で８００℃にて脱脂を行い、アルゴン雰囲気中で２０００℃、６時間の条件で焼結を行った。得られた焼結体の熱伝導率は、１５０Ｗ／ｍＫであった。なお、焼結後、被処理物保持面はＲａで１μｍ以下に、支持体接合面はＲａで５μｍ以下になるよう研磨加工を施した。また外径も仕上加工を行った。
Ａｇ−Ｐｄ粉末を１００重量部として、Ｙ２Ｏ３粉末を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用いてＡｇ−Ｐｄ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Ａｇ−Ｐｄペーストをスクリーン印刷で、前記直径３５０ｍｍのＳｉＣ焼結体上に、ヒータ回路パターンを印刷した。これを大気中で５００℃にて脱脂し、大気中８５０℃で１時間加熱して焼き付けた。
ヒータ回路を印刷していないもう１枚の直径３５０ｍｍのＳｉＣ焼結体に、エチレンセルロース系のバインダーを添加、混錬した接合用のＢ−Ｓｉ系ガラスを塗布し、大気中５００℃で脱脂した。前記ヒータ回路を形成した面と、ガラスを塗布した面とをあわせて、ずれ防止のために、０．５ＭＰａの荷重をかけて、７５０℃で１時間加熱して、接合した。
被処理物保持面の反対側の面から、前記ヒータ回路までザグリ加工を行い、ヒータ回路を一部露出させた。露出したヒータ回路部にＷ製の電極を活性金属ろうを用いて直接接合し、系外に電気的に接続される引出線を接合し、セラミックス保持部を作成した。
ＳｉＣ支持体の片端面に、接合用のＢ−Ｓｉ系ガラスを塗布し、前記電極と引出線が内部に入るようにセットし、ずれ防止のために５ｋＰａの荷重をかけて、７５０℃で１時間加熱して接合し、半導体製造装置用保持体を作成した。
図１に示すように、半導体製造装置用保持体を半導体製造装置のチャンバー１０内に、ムライト／アルミナ製のリングを介してクランプ固定し、チャンバーの底部に載置した。クランプ固定しているだけなので、チャンバーに対し、支持体の端部は、径方向に自由に熱膨張や熱収縮することができる。
このような半導体製造装置用保持体を１０台作成した。実施例１と同様に、７００℃の均熱性を測定した。その結果、いずれの保持体でも、７００℃±０．５０％であった。また、実施例１と同様に、サイクル試験をしたところ、全ての保持体にクラックなどの異常は全くなかった。
１００重量部のＡｌ２Ｏ３粉末と、１．０重量部の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）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重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成した。この顆粒を、一軸プレスにより、焼結、加工後に直径３５０ｍｍ、厚み５ｍｍとなるように、２枚成形した。
１００重量部のＡｌ２Ｏ３粉末と、１．０重量部の酸化マグネシウム（ＭｇＯ）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、さらに可塑剤と分散剤を混合し、スプレードライにより造粒し、顆粒を作成した。この顆粒を、焼結、加工後に外径６０ｍｍ、内径５４ｍｍ、長さ３００ｍｍのＡｌ２Ｏ３支持体となるように、パイプ形状に押出し成形した。
いずれの成形体も、大気中で５００℃にて脱脂を行い、大気中で１５５０℃、６時間の条件で焼結を行った。得られた焼結体の熱伝導率は、２８Ｗ／ｍＫであった。なお、焼結後、被処理物保持面はＲａで１μｍ以下に、支持体接合面はＲａで５μｍ以下になるよう研磨加工を施した。また外径も仕上加工を行った。
Ａｇ−Ｐｄ粉末を１００重量部として、Ｙ２Ｏ３粉末を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用いてＡｇ−Ｐｄ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Ａｇ−Ｐｄペーストをスクリーン印刷で、前記直径３５０ｍｍのＡｌ２Ｏ３焼結体上に、ヒータ回路パターンを印刷した。これを大気中で５００℃にて脱脂し、大気中８５０℃で１時間加熱して焼き付けた。
ヒータ回路を印刷していないもう１枚の直径３５０ｍｍのＡｌ２Ｏ３焼結体に、エチレンセルロース系のバインダーを添加、混錬した接合用のＢ−Ｓｉ系ガラスを塗布し、大気中５００℃で脱脂した。前記ヒータ回路を形成した面と、ガラスを塗布した面とをあわせて、ずれ防止のために、０．５ＭＰａの荷重をかけて、７５０℃で１時間加熱して、接合した。
被処理物保持面の反対側の面から、前記ヒータ回路までザグリ加工を行い、ヒータ回路を一部露出させた。露出したヒータ回路部にＷ製の電極を活性金属ろうを用いて直接接合し、系外に電気的に接続される引出線を接合し、セラミックス保持部を作成した。
Ａｌ２Ｏ３支持体の片端面に、接合用のＢ−Ｓｉ系ガラスを塗布し、前記電極と引出線が内部に入るようにセットし、ずれ防止のために５ｋＰａの荷重をかけて、７５０℃で１時間加熱して接合し、半導体製造装置用保持体を作成した。
図１に示すように、半導体製造装置用保持体を半導体製造装置のチャンバー１０内に、ムライト／アルミナ製のリングを介してクランプ固定し、チャンバーの底部に載置した。クランプ固定しているだけなので、チャンバーに対し、支持体の端部は、径方向に自由に熱膨張や熱収縮することができる。
このような半導体製造装置用保持体を１０台作成した。実施例１と同様に、７００℃の均熱性を測定した。その結果、いずれの保持体でも、７００℃±０．９０％であった。また、実施例１と同様に、サイクル試験をしたところ、全ての保持体にクラックなどの異常は全くなかった。
１００重量部のＳｉ３Ｎ４粉末と、１．０重量部のＹ２Ｏ３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重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成した。この顆粒を、一軸プレスにより、焼結、加工後に直径３５０ｍｍ、厚み５ｍｍとなるように、２枚成形した。
１００重量部のＳｉ３Ｎ４粉末と、１．０重量部のＹ２Ｏ３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、さらに可塑剤と分散剤を混合し、スプレードライにより造粒し、顆粒を作成した。この顆粒を、焼結、加工後に外径６０ｍｍ、内径５４ｍｍ、長さ３００ｍｍのＳｉ３Ｎ４支持体となるように、パイプ形状に押出し成形した。
いずれの成形体も、窒素雰囲気中で８００℃にて脱脂を行い、窒素雰囲気中で１６５０℃、４時間の条件で焼結を行った。得られた焼結体の熱伝導率は、４０Ｗ／ｍＫであった。なお、焼結後、被処理物保持面はＲａで１μｍ以下に、支持体接合面はＲａで５μｍ以下になるよう研磨加工を施した。また外径も仕上加工を行った。
Ａｇ−Ｐｄ粉末を１００重量部として、Ｙ２Ｏ３粉末を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用いてＡｇ−Ｐｄ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Ａｇ−Ｐｄペーストをスクリーン印刷で、前記直径３５０ｍｍのＳｉ３Ｎ４焼結体上に、ヒータ回路パターンを印刷した。これを大気中で５００℃にて脱脂し、大気中８５０℃で１時間加熱して焼き付けた。
ヒータ回路を印刷していないもう１枚の直径３５０ｍｍのＳｉ３Ｎ４焼結体に、エチレンセルロース系のバインダーを添加、混錬した接合用のＢ−Ｓｉ系ガラスを塗布し、大気中５００℃で脱脂した。前記ヒータ回路を形成した面と、ガラスを塗布した面とをあわせて、ずれ防止のために、０．５ＭＰａの荷重をかけて、７５０℃で１時間加熱して、接合した。
被処理物保持面の反対側の面から、前記ヒータ回路までザグリ加工を行い、ヒータ回路を一部露出させた。露出したヒータ回路部にＷ製の電極を活性金属ろうを用いて直接接合し、系外に電気的に接続される引出線を接合し、セラミックス保持部を作成した。
Ｓｉ３Ｎ４支持体の片端面に、接合用のＢ−Ｓｉ系ガラスを塗布し、前記電極と引出線が内部に入るようにセットし、ずれ防止のために５ｋＰａの荷重をかけて、７５０℃で１時間加熱して接合し、半導体製造装置用保持体を作成した。
図１に示すように、半導体製造装置用保持体を半導体製造装置のチャンバー１０内に、ムライト／アルミナ製のリングを介してクランプ固定し、チャンバーの底部に載置した。クランプ固定しているだけなので、チャンバーに対し、支持体の端部は、径方向に自由に熱膨張や熱収縮することができる。
このような半導体製造装置用保持体を１０台作成した。実施例１と同様に、７００℃の均熱性を測定した。その結果、いずれの保持体でも、７００℃±０．７０％であった。また、実施例１と同様に、サイクル試験をしたところ、全ての保持体にクラックなどの異常は全くなかった。
実施例５の、Ａｇ−ＰｄをＰｔ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｍｏに代えたこと以外は、実施例５と同様に、半導体製造装置用保持体を各々１０台作成した。ただし、Ｍｏの場合は、脱脂を窒素中８００℃、焼き付けを窒素中１７５０℃にした。実施例５と同様に、７００℃での均熱性を測定したところ、実施例５と同様±０．５０％であった。また、実施例５と同様に、サイクル試験をしたところ、全ての保持体にクラックなどの異常は全くなかった。
本発明によれば、セラミックス保持部と支持体とが気密に接合されており、支持体とチャンバーが支持体より熱伝導率の低い材料を介して接触している、あるいは支持体と接触するチャンバー部分が支持体より熱伝導率の低い材料で構成されているので、支持体の温度勾配を大きく変化させ、セラミックス保持部と支持体との接合部にかかる温度勾配を低減し、加熱時に、セラミックス保持部と支持体との接合部に過度の応力がかかることがないので、セラミックス保持部や支持体の破損の可能性を少なくすることができる。また、熱伝導率の低い材料を介しているので、発熱体で発生した熱がチャンバー側に逃げにくいので、セラミックス保持部の被処理物保持面の均熱性が向上する。このような保持体を搭載した半導体製造装置は、従来の装置よりもセラミックス保持部や支持体の破損のトラブルが少なく、半導体や液晶の特性や歩留り、信頼性あるいは集積度の向上が図れる。
本発明の半導体製造装置用保持体の断面構造の一例を示す。 本発明の半導体製造装置用保持体の断面構造の他の一例を示す。 従来の半導体製造装置用保持体の断面構造を示す。
符号の説明
１ セラミックス保持部
２ 支持体
３ 発熱体
４ 電極
５ 貫通孔
６ 接合部
７ クランプ
８ 低熱伝導部材
９ Ｏ−リング
１０ チャンバー
１１ 被処理物

Claims (10)

  1. 半導体製造装置のチャンバー内に設置され、被処理物を保持するセラミックス保持部と、該保持部を支持する中空の支持体とを有する半導体製造装置用保持体において、前記セラミックス保持部と前記支持体とは気密に接合されるとともに、前記支持体と前記チャンバーとは前記支持体よりも熱伝導率の低い材料を介して接触していることを特徴とする半導体製造装置用保持体。
  2. 半導体製造装置のチャンバー内に設置され、被処理物を保持するセラミックス保持部と、該保持部を支持する中空の支持体とを有する半導体製造装置用保持体において、前記セラミックス保持部と前記支持体とは気密に接合されるとともに、前記支持体と前記チャンバーとは接触しており、該チャンバーの前記支持体が接触している部分が前記支持体よりも熱伝導率の低い材料で構成されていることを特徴とする半導体製造装置用保持体。
  3. 前記支持体と、支持体よりも熱伝導率の低い材料とが、接合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保持体。
  4. 前記支持体よりも熱伝導率の低い材料の熱伝導率が、３０Ｗ／ｍＫ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体製造装置用保持体。
  5. 前記支持体よりも熱伝導率の低い材料が、ムライト、ムライト／アルミナ、アルミナ、ステンレスから選ばれる１種以上の材料からなることを特徴とする請求項４に記載の半導体製造装置用保持体。
  6. 前記支持体よりも熱伝導率の低い材料の表面に、耐腐食性のコーティングを施したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体製造装置用保持体。
  7. 前記耐腐食性のコーティングの材質が、アルミナあるいは窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項６に記載の半導体製造装置用保持体。
  8. 前記セラミックス保持部の主成分が、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウムから選ばれた１種類以上の材料であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の半導体製造装置用保持体。
  9. 前記セラミックス保持部には、発熱体が形成されており、該発熱体の主成分が、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）から選ばれる１種以上の材質であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の半導体製造装置用保持体。
  10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の半導体製造装置用保持体を搭載した半導体製造装置。





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