JP2006128203A

JP2006128203A - ウェハ支持部材とそれを用いた半導体製造装置

Info

Publication number: JP2006128203A
Application number: JP2004311243A
Authority: JP
Inventors: Hironori Inoue; 博範井之上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2004-10-26
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2006-05-18
Anticipated expiration: 2024-10-26
Also published as: TW200625507A; CN100359663C; TWI299539B; US20060102595A1; CN1779940A; KR20060049383A; US7326886B2; JP4365766B2; KR100779551B1

Abstract

【課題】半導体ウェハを支持する板状セラミックス体において、ウェハ支持部材の大気側からウェハ支持部材の真空側に、真空保全性を損なうことなく電流が通過できるような、板状セラミックス体を貫通した、導電性且つ真空密封性の接続を提供する、簡便且つ実用的な解決法が存在しなかった。
【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、該載置面に導電層を備え、該導電層は、上記載置面とは異なる面に形成した通電層、及び上記板状セラミックス体に埋設した埋設導電層を介して、上記板状セラミックス体の他方の主面に備えた通電端子に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置、イオンプレーティング装置、蒸着装置等の成膜装置やエッチング装置において、例えば半導体ウェハ等の被加工物を保持するのに用いる静電チャック等のウェハ支持部材、及びそれを用いた半導体製造装置に関し、特に、大気
圧を含む外気からセラミックス体を貫通して処理容器内に延在する貫通給電構造に関する。

半導体ウェハ処理システムは一般に、内部にウェハ支持部材、即ちサセプタを取り付ける処理容器を含む。ウェハ支持部材は、処理容器内にウェハを支持するために用いられる。ウェハ支持部材は、ウェハ支持部材のウェハを載せる載置面上の定位置にウェハを保持するためにウェハをクランプし、ウェハを加熱及び／又は冷却する様々な構成部品からなっている。そのようなクランプは、機械的クランプ又は静電チャックによって提供される。処理容器内でウェハが処理されるウェハ支持部材より上の空間は、一般に高真空に維持される。しかし、ウェハ支持部材より下又はウェハ支持部材の内側の空間は、大気圧に維持される。

高温反応用の、例えば高温ＰＶＤ用のウェハ支持部材は、板状セラミックス体から製作される。今までは、ウェハ支持部材の大気側からウェハ支持部材の真空側に、真空保全性を損なうことなく電流が通過できるような、板状セラミックス体を貫通した、導電性且つ真空密封性の接続を提供する、簡便且つ実用的な解決法が存在しなかった。

特許文献１には、図８の貫通給電構造が開示されている。このウェハ支持部材１００は、複数の取付孔１０６を有する周囲取付フランジ１０２を備えている。ウェハ支持部材１００の載置面１０４は、図示のように中央に固定された電極１０８を備えている。貫通給電構造体１１０は、ウェハ支持部材の真空側、例えば、ウェハを支持する側７０を、ウェハ支持部材の大気側７２に接続している。

図８（ｂ）は、図８（ａ）の２００−２００線に沿った、ウェハ支持部材１００の部分断面図を示す。ウェハ支持部材１００の真空側７０を、ウェハ支持部材１００の大気側７２に電気的に接続している単一の垂直な貫通給電構造体１１０である。この貫通給電構造体１１０は、ウェハ支持部材１００の真空側７０に配置された導電性電極、即ち、載置面１０４に固定された電極１０８に電力を供給している。ウェハ支持部材１００の大気側７２は、ウェハ支持部材１００の表面２０２より下に配置されている。

この貫通給電構造体１１０は、板状セラミックス体内で垂直方向に配置された複数のビヤ２０８（例えば、２０８１、２０８２、２０８３、２０８４）によって相互接続された複数の導体層２０６（例えば、２０６1、２０６２、２０６３、２０６４、及び２０６５）と給電端子２１４とからなる。大気側７２は、給電端子２１４によって電極２０６に接続されており、給電端子２１４が一つ以上の電極層２０６に電気的に接続するようになっている。

また、特許文献２に開示された図９（ａ）は、静電チャック６００の上面図を示し、ウェハスペーシングマスク６０２が静電チャック６００の表面６２６に配置されている。図９（ｂ）は、図９（ａ）の８００−８００線に沿った断面図を示す。特に、静電チャック６００は、中央のウェハ支持領域６０１と、領域６０１から半径方向に延びる周辺フランジ６０３とを備える。通常の静電チャック６００は、１つ又はそれ以上の同一平面の電極（例えば、２つの電極６２８と６３０）が静電チャック６００の表面６２６の下に埋め込まれている。例えば、この電極は単極でも双曲でも良く、円形、Ｄ形、櫛歯型等色々な形に、任意の数作製することが出来る。

静電チャック６００の載置面６２６の上に、スペーシングマスク６０２と複数のパッド６１０がある。これらのパッド６１０は、ウェハ２０２を静電チャック６００の表面６２６と一定の間隔をおいて保持することができる。この静電チャックは、内側表面電極604と、外側表面電極６２４とがある。これらの電極は、ウェハ検出システムの電極として、またチャックの表面の上方にウェハを支持するパッドとして機能する。即ち、電極６２４と６０４の高さは、パッド６１０の高さに等しい。

より詳しくは、内側表面電極６０４は、ほぼ環状であるが、ギャップ６３２があり完全な環状ではない、即ち、内側表面電極はＣ形である。内側表面電極６０４は環状であるのが理想的であるが、成膜の制約によりＣ形電極となる。内側表面電極６０４は、表面導体６２２経由で導電ガス供給貫通孔６０６に接続される。一般に、ガス供給貫通孔６０６を使用して、ウェハ２０２とチャック表面６２６の間の空間へ熱伝達媒体（例えば、アルゴン又はヘリウムガス）を供給する。内側表面電極６０４の半径は、約０．７５インチ（１．９ｃｍ）であり、ライン幅は約０．１５インチ（０．３８ｃｍ）である。
特開１９９８―３２６８２３号公報特表２００２−５０５０３６号公報

しかしながら、ウェハ支持部材の大気側からウェハ支持部材の真空側に、真空保全性を損なうことなく電流が通過できるような、板状セラミックス体を貫通した、導電性且つ真空密封性の接続を提供する、簡便且つ実用的な解決法が存在しなかった。

例えば、複数のビアと複数の導体層で載置面の上の電極に給電する構造は、電極と接続する複数のビアの上端が凹み電極とビアが充分に接続できない虞があった。

また、載置面上の電極にガス供給口に電線を蝋付けして給電するこれまでの構造は、ガス供給口内の接続部が剥離し易く電極に確実に給電できない虞があった。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、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、該載置面に導電層を備え、該導電層は、上記載置面とは異なる面に形成した通電層、及び上記板状セラミックス体に埋設した埋設導電層を介して、上記板状セラミックス体の他方の主面に備えた通電端子に接続していることを特徴とする。

また、上記通電層が上記板状セラミックス体を貫通する貫通孔の内面に形成されたことを特徴とする。

また、上記通電端子が上記貫通孔に接合した金属製のパイプであることを特徴とする。

また、上記埋設導電層の直径が５ｍｍ〜１００ｍｍ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を貫通する貫通孔と、該貫通孔に連通する金属パイプを備えてなり、上記載置面に導電層を備え、該導電層は上記貫通孔の内面に備えた通電層を介して、上記板状セラミックス体の他方の主面に備えた通電端子として金属パイプに接続していることを特徴とする。

また、上記通電層が金属層と銀と銅を主成分とすることを特徴とする。

また、上記導電層と同じ導電性組成物が、上記導電層と連続して上記貫通孔の内面に形成され通電層の一部を形成していることを特徴とする。
また、上記載置面上の中央にウェハと接触する導電層と、上記載置面の周辺に周辺導電層を備えたことを特徴とする。

また、上記導電層がウェハ検知用であることを特徴とする。

また、上記ウェハ支持部材に静電吸着電極を備えたことを特徴とする。

また、上記ウェハ支持部材にヒータ電極を備えたことを特徴とする。

また、上記ウェハ支持部材を備えた半導体製造装置であることを特徴とする。

以上のように、本発明による給電構造とすることで、載置面上に形成した導電層と大気側の給電端子との間で信頼性の高い電気的な接続が可能性となる。

特に、ウェハ支持部材において、繰り返し加熱や冷却が行われても給電部の通電抵抗が極端に増大したり、断線することがなく確実に通電することができる。

更に、本発明の通電構造をウェハの有無や破損検知システムの給電部として使用すると載置面のウェハの有無、或いは破損の有無を精度良く検知することができ、板状セラミックス体の載置面に、誤って、エッチングや、成膜処理がなされることを防ぐ事ができることから半導体製造工程におけるトラブル改善に極めて有効な手段を提供することができる。

以下、半導体製造装置の製造工程でウェハ支持部材として用いられる静電チャックの給電構造を例に説明する。

図１は本発明の静電チャック１の一例を示す斜視図であり、図２は図１のＸ−Ｘ線断面図である。

静電チャック１は、ウェハＷと略同等の大きさを有する板状セラミックス体２の一方の主面をウェハを載せる載置面８とするとともに、その内部には一対の静電吸着電極４が埋設されており、この静電吸着電極４に通電する給電端子５が板状セラミックス体２の他方の主面に接合されている。さらに板状セラミックス体２の他方の主面側には、ウェハＷの裏面にガスを流す為の金属製のパイプ６が、接合されている。このパイプ６は、板状セラミックス体２を貫通する貫通孔７と連通する位置に接合されている。

そして、載置面８上にウェハＷを載せ、上記一対の静電吸着電極４の間に直流電圧を印加することにより静電吸着力を発現させて、載置面８の上にウェハＷを吸着固定させることができる。

本発明のウェハ支持部材１は、板状セラミックス体２の一方の主面をウェハを載せる載置面８とするとともに、該載置面８に導電層９を備え、該導電層９は、上記載置面８とは異なる面に形成した通電層１０、及び上記板状セラミックス体２に埋設した埋設導電層１１を介して、上記板状セラミックス体２の他方の主面に備えた通電端子１２に接続していることを特徴とする。載置面８の表面に数μｍの薄い導電層９と、該導電層９と接続し載置面８と異なる面に形成した通電層１０を備え、該通電層１０と上記板状セラミックス体２に埋設された埋設導電層１１の露出部とが接続し、上記埋設導電層１１は上記板状セラミックス体２の他方の主面に設けられた通電端子１２と接続している。このような構造とすると、通電端子１２から導電層９に確実に給電することができる。

導電層９はタングステンやチタン等の金属を化学気相法等で成膜し、作製することができる。

導電層９は、外側の導電層９ｂと組み合わせてウエハの部分的なカケ等を検知することから、中心部の導電層９の外径は、できるだけ小さい事が好ましい。しかし小さすぎるとウェハＷと導通が困難となる虞があるので、載置面８のウェハＷを確実に検知する必要があることから最大直径が５〜５０ｍｍ程度が好ましい。更に好ましくは１０〜３０ｍｍである。また、導電層９の厚みは、成膜による応力で膜が剥がれたりすることを防ぐ為、極力薄い事が好ましいが、繰り返しウェハを吸着させた際に摩耗により通電不良を無くすためには、導電層９の厚みは、０．２μｍ〜１０μｍ、好ましく０．５μｍ〜５μｍの範囲が良い。

そして、通電層１０は貫通孔７の内面に銀・銅・チタン等の金属を塗布して真空中で加熱処理することで、セラミックス表面をメタライズ処理した後、メタライズ面に銀銅蝋や金ニッケル蝋等の蝋材を流し作製することができる。また、埋設導電層１１はタングステンやモリブデンを主成分とする導体層からなる。通電端子１２は板状セラミックス体２が窒化物または炭化物等の低熱膨張材料からなる場合には、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系の合金で作製することが好ましい。

導電層９と通電端子１２の間で通電するには、通電層１０が板状セラミックス体２を貫通する貫通孔７の内面に形成されていることが好ましい。貫通孔７の内面に通電層１０を設け導通させることで、特許文献１にあるようなビアと導電層との間の接触不良を防止することができる。また、埋設導電層１１を貫通孔７の内側に露出させ、この露出部と通電層１０を蝋材層でロー付けすることで通電がより確実なものとなる。

また、本発明のウェハ支持部材１は、上記通電端子１２が上記貫通孔７に接合した金属製のパイプ３６であることが好ましい。このウェハ支持部材１は、図３に示すように埋設導電層１１に接続した通電部材３２と貫通孔７に接合した金属製のフランジ付きパイプ３６を接続している。この通電部材３２のロー付け部３２ａが、大気雰囲気３８に露出しない為、蝋材の酸化等により電気抵抗値が変化することがなく、長期間、安定して使用することができる。半導体製造装置においては、静電チャック等のウェハ支持部材１の載置面８は処理容器内に面するが、パイプ３６や通電端子１２等の部材がロー付けされた裏面部分は、大気雰囲気であることが多く、高温の条件で使用される場合は、蝋材が酸化する可能性が高いが、パイプ３６で通電部材３２のロー付け部３２ａが保護されており、その酸化を防止できることから好ましい。

また、埋設導電層１１の直径は、５ｍｍ〜１００ｍｍとする事が好ましい。その理由について説明する。

中央の貫通孔７の径は、板状セラミックス体の加工性と微量のガスを安定して供給するという点を考えると、直径１ｍｍ以上とすることが好ましい。また、図２のように通電端子１２は、板状セラミックス体２の中央に設けられた貫通孔７に隣合う位置にロー付けされる。ここで、通電端子１２は、製作上、通電端子１２の穴部との電気的な導通をとる為には、通電端子１２の直径を１ｍｍ以上とする必要がある。また、この通電端子１２の穴と板状セラミックス体２の中央に貫通するように加工された貫通孔７を機械加工した際に加工ダメージを与えず、さらには、ロー付け時の応力の影響がないようにするには、数ｍｍの距離を設ける必要がある。これらの事から、中央の貫通孔７と通電端子１２の穴が導通するような構造とした場合の埋設導電層１１の大きさは、貫通孔７の中心からの距離が、２．５ｍｍ以上。つまり、埋設導電層１１の直径は、５ｍｍ以上とする事が好ましい。なお、埋設導電層１１は、円形としたが、埋設導電層１１は、Ｗ等の高融点金属材料であり板状セラミックス体との熱膨張差による応力が発生する為、板状セラミックス体２に中心対称に応力を均一にすることが好ましく、円形であることが好ましい。

一方、半導体製造装置は、プラズマ雰囲気にて使用されることが多く、静電吸着電極をプラズマの電極として兼用したり、板状セラミックス体２の載置面８の反対面に設けられた金属ベース（不図示）をプラズマの電極とする場合が多い。埋設導電層１１の直径が大きくなるとプラズマ電極として作用する虞があり好ましくない。この点から、埋設導電層１１は、シリコンウェハの直径２００ｍｍよりも小さい直径１００ｍｍ以下とする事が好ましい。

また、埋設導電層１１の埋設位置は、載置面８に近いとプラズマ電極として作用する虞があり好ましくない。よって、載置面８より、極力、離れた位置に埋設する事が好ましい。一方、載置面８と反対の面の表面に埋設導電層１１が近いと給電端子５、通電端子１２や、ガスパイプ６、３６、４６がロー付けされており、ロー付けによる応力が数ｍｍの深さまでは、作用し、埋設導電層１１にクラックが発生する虞がある。この為、載置面８、４８の反対の面からも離れた位置に埋設する事が好ましい。この事から、埋設導電層１１の埋設位置は、板状セラミックス体２の厚みに対して、載置面４８から１ｍｍ以上離れた位置で、かつ、載置面８と反対の面から２ｍｍ以上離れた位置に埋設される事が好ましい。さらに好ましくは、埋設導電層１１の埋設位置は、載置面４８から５ｍｍ以上離れ、板状セラミックス体２の他方の主面から５ｍｍ以上離れた位置に埋設される事が好ましい。

また、本発明のウェハ支持部材１は、図４に示すように板状セラミックス体４２の一方の主面をウェハを載せる載置面４８とするとともに、上記板状セラミックス体４２を貫通する貫通孔４７と、該貫通孔４７に連通する金属パイプ４６を備えてなり、上記載置面４８に導電層４９ｂを備え、該導電層４９ｂは上記貫通孔４７の内面に備えた通電層６０を介して、上記板状セラミックス体４２の他方の主面に備えた通電端子４６として金属パイプ４６に接続していることを特徴とする。上記導電層４９ｂと通電層６０が直接接続し、該通電層６０と上記パイプ４６が直接接続する給電構造は構造がシンプルで製法が容易となり好ましい。

図４のウェハ支持部材１は、通電層６０としてメタライズ層に蝋材を流した構造とすると蝋材が貫通孔４７の端面やパイプ４６の端面に溜まり所謂蝋材溜まりが発生し易く図５に示すように蝋材溜まり５１にクラック５２が発生する虞があるが、蝋材の量を適量に調整したり、蝋材溜まり５１が発生した場合に蝋材溜まり５１を研削加工し除去することでクラックの発生を防止することができ、通電層６０とパイプ４６の間の通電を確実なものとすることができる。

また、通電層１０、６０は銀と銅を主成分とすることが好ましい。より具体的には銀と銅を主成分とした蝋材は、ロー付け温度が、８００℃程以下であり、耐熱性は高くないものの、ウェハ支持部材１が半導体製造工程で使用される６００℃程より高く、耐熱性を満足するからである。また、この蝋材は、柔らかいことから板状セラミックス体２と通電層１０、６０の熱膨張差から生じる熱応力を緩和することができるからである。また、ウェハ支持部材１は、高温かつ真空雰囲気という環境で使用される場合があるが、Ｐｂ等を含んだロー材のように、蝋材成分がガス化してウェハに付着して汚染の原因となる虞が小さいからである。さらに、銀、銅を主成分とする蝋材は、電気抵抗が小さいことから通電材料として特に好ましい電気特性を示す。

また、これまでの導電層９、４９ｂは載置面８、４８の上に形成した場合について説明したが、導電層９、４９ｂと同じ導電性組成物が上記貫通孔７、４７の内面の一部に形成され、上記導電層９、４９と上記導電性組成物が、上記導電層と連続して接続していることが好ましい。このように構成することで、貫通孔７の上部に銀・銅等の蝋材層が配設されることがないことから、蝋材成分がウェハに付着する虞がなくウェハの汚染を防止することができて好ましい。

また、上記給電構造は載置面８、４８の中央にウェハＷと接触する導電層９、４９ｂと、上記載置面８、４８の周辺に周辺導電層９ｂ、４９ａを設けることが好ましい。このような周辺導電層９ｂ、４９ａを設けることで、載置面８、４８にウェハＷを載せ静電吸着電極４、４４に電圧を印加してウェハＷを吸着し、導電層９、４９ｂと導電層９ｂ、４９ａの間のキャパシタンスＣを測定してウェハＷの有無や破損状況を知る事ができる。

また、本発明のウェハ支持部材１は内部に静電吸着電極４、４４を埋設した例で説明したが、板状セラミックス体２にヒータ電極を埋設しウェハＷの温度を制御したウェハ支持部材において、より信頼性の高い給電構造を提供できることはいうまでもない。

次に、本発明の給電構造のその他の構成について説明する。

埋設導電層１１は、ＷやＭｏ等の低熱膨張材とすることで窒化アルミセラミックス等の低熱膨張材との熱膨張差による応力を小さくできる。また埋設導電層１１の厚みは、数μｍ程度とすれば、発生する応力は非常に小さく好ましい。

次に、通電端子の接続構造について説明する。通電端子１２、３６、４６は、窒化物や炭化物として窒化アルミ二ウムや炭化珪素からなる板状セラミックス体２，４２の熱膨張率と類似した５×１０^−６／℃程度が好ましく、蝋材のように破断のおそれがないＫＯＶＡＲ（Ｆｅ-Ｎｉ-Ｃｏ合金の商標である）、Ｗ、Ｍｏ等の低熱膨張係数の金属材料で構成されることが好ましく。より好ましくは、上記金属材料が板状セラミックス体２，４２に埋設される部分は内部に不図示の座ぐり部を設け熱応力を緩和する構造であることが好ましく、この点から金属パイプ３６，４６は好ましい。また、給電端子１２の板状セラミックス体２への埋設部分の直径は熱応力を軽減する観点から０．５〜４ｍｍが好ましく更に好ましくは１〜３ｍｍである。そして通電端子１２の端部には不図示のネジ部を設け外部端子と接続することが好ましい。また、通電端子が金属パイプ３６、４６である場合端部に不図示のネジ部を設けたり、端部に溶接し外部端子と接続することができる。

また、通電端子１２のロー付け部分は、銀・銅・チタン等による金属でメタライズ層を形成した後、ロー付けされる穴の大きさと端子の外径に対して、ロー付けによる応力が過大にならないように、蝋材が充填される穴と端子のスキマが薄くなるように設計し、部材を機械加工で所定の寸法に作製すれば、設計値以上にロー付けによる応力が大きくなることはなく、ロー付け部の応力を抑えることができる。ロー付けされる穴の大きさは、端子１２により電気的な導通が確実にとることが可能な０．５ｍｍ以上で、かつロー付けによる応力が過大にならないように１０ｍｍ以下とする事が好ましい。より好ましくは、１ｍｍから５ｍｍの大きさである。また、端子１２と穴のスキマについては、ロー付けによる応力が過大とならず、また、スキマへのロー材の充填ができるように０．０５ｍｍから０．５ｍｍ程度とすれば良い。

また、通電端子１２をロー付けする構造で説明をしたが、通電部材３２によってパイプ３６に接続するように図３のようにロー付けしてもよい。この図３の構造の場合も、前記の通電端子１２をロー付けする構造と同じであるが、通電部材３２の長さが、パイプ３６に接続し、かつスキマができるような寸法に穴の深さ、及び通電部材の長さを設計すればよい。

本発明の実施例を以下に示す。

ウェハ支持体部材として静電チャックを例に作製した。純度９９％、平均粒径１．２μｍのＡｌＮ原料粉末に有機バインダーと溶媒のみを加えて泥奬を作製し、ドクターブレード法により厚さ約０．５ｍｍのグリーンシートを複数枚成形した。又、静電吸着電極４、４４、加熱用のヒータ用の電極、及び埋設導電層１１となる電極用のペーストは、純度９９％以上、平均粒径約２μｍのＷの原料粉末に５重量％のＡｌＮ原料粉末と有機バインダーを混練し、作製した。この導電材ペーストを上記グリーンシート上にスクリーン印刷法にて所定の電極を印刷した。埋設導電層１１の直径は５０ｍｍとして、板状セラミックス体の厚みの中央付近に配置されるよう積層した。この、静電吸着電極４、４４、ヒータ電極、及び埋設導電層１１を必要に応じ備えた各種のグリーンシート積層体を、５０℃、５０００Ｐａの圧力で熱圧着し、グリーンシート間の密着性を高めた積層体を切削加工にて円盤状に加工し、該円盤状の積層体を真空脱脂した後、窒素雰囲気下において２０００℃の高温下にて焼成する事によりＷで形成された静電吸着電極、ヒータ電極、及び導通用の埋設導電層１１を内蔵した各種の板状セラミックス体を作製した。

さらに、これらの板状セラミックス体を、直径２００ｍｍ、厚み９ｍｍ、かつ、載置面から静電吸着電極までの距離が所定の厚み０．５ｍｍになるように研削加工した後、ラップ加工によりＲａ０．２μｍに仕上げて載置面とした。また、板状セラミックス体の中心にウェハの裏面にガスを流す為の直径５ｍｍの貫通孔を加工した。さらに、載置面の反対側の面に必要に応じ静電吸着電極、ヒータ電極、及び埋設導電層にそれぞれ接続する穴を加工した。

次に、各板状セラミックス体の所定の部分をメタライズする為、Ａｇ、Ｃｕ、Ｔｉの３種類の原料粉体を、それぞれ７５、２２、３重量％となるように計量後、１０ｗｔ％の有機バインダーとともに混合し、メタライズ用のペーストを作製した。それぞれの金属原料粉体は、平均粒径２μｍ以下の微細なものを使用することで、容易にセラミックスに拡散し、かつ、均一なメタライズ層が形成できるようにした。このメタライズ用のペーストを前記の各板状セラミックス体の中心に加工したガスを流す為の貫通孔の内面部分、及び、静電吸着電極用の給電端子、ヒータ電極用給電端子、埋設導電層用の通電端子や通電部材をロー付けする所定の部分に厚さ０．２ｍｍ程度の均一な厚さになるように塗布した後、真空炉にて真空中で約１０００℃にて１５分間加熱することによりセラミックス表面にメタライズ層を形成した。この後に、ロー付けする為の蝋材として、Ａｕ、Ｎｉを主成分とし、それぞれ８２．５、１７．５重量％であって厚みが約０．１ｍｍのシート状の蝋材とＡｇ、Ｃｕを主成分とし、それぞれ７２、２８重量％であって厚みが約０．１ｍｍのシート状の蝋材を用いて、低熱膨張合金であるＫＯＶＡＲ（Ｆｅ-Ｎｉ−Ｃｏ合金の商標である）製の静電吸着電極用の給電端子、ヒータ電極用の給電端子、埋設導電層用の通電端子や通電部材を真空中約１０００℃または８５０℃にてロー付けし、試料Ｎｏ．１〜６を作製した。

作製した試料Ｎｏ．１、４は、図２に示すようにガスを流す中央の貫通孔に合うように内径が５ｍｍで、外径が６ｍｍのＫＯＶＡＲ（Ｆｅ-Ｎｉ−Ｃｏ合金の商標である）製のガスパイプをロー付けした。試料Ｎｏ．１はＡｕ、Ｎｉを主成分とした上記の蝋材を使用し、試料Ｎｏ.４はＡｇ、Ｃｕを主成分とした上記の蝋材を使用した。

試料Ｎｏ．２は、図３に示すように埋設導電層１１に連通した通電部材３２が表面に露出しないように接合面１４の外径を５０ｍｍとした金属製のパイプ３６をロー付けした。

試料Ｎｏ．３は、図４に示すように、貫通孔の内面に蝋材層により通電層６０を形成し導電層４９ｂとパイプ４６を接続したもので、パイプ４６を蝋付けしたのち、パイプ４６の接合部分にできた蝋材溜まりを機械加工して除去した。

従来技術の比較例である試料Ｎｏ．５は、図８のような給電構造で、載置面１０４上の導体層１０８との通電を５層の電極層、及びビヤと、前記のＫＯＶＡＲ（Ｆｅ-Ｎｉ−Ｃｏ合金の商標である）製の通電端子を接続した。ここで、通電構造である電極層、及びビヤ部については、外径１０ｍｍで厚みが１０μｍの電極層を５層備え、この電極層を外径０．５ｍｍのビヤを各層に８ヶづつ配置し、電極層同士の導通がとれるようにした。なお、この電極層、及びビヤは、前記のＷ粉末を用いた導電材ペーストを使用してビヤの内面に印刷、塗布したものとした。

さらに、比較例として図９に示すような給電構造の試料Ｎｏ．６を作製した。この試料は、載置面６２６上に形成された内側表面電極６０４とガス供給穴６０６の内面を表面導体として試料Ｎｏ．１と同様に銀・銅・チタンによるメタライズ層、及び金・ニッケル蝋材による通電層を形成させた。該通電層に外径１ｍｍの銅線を蝋材により図１０のようにロー付けした。

尚、図には記載していないが、全ての試料にヒータ電極を埋設し加熱できる構造とした。そして試料Ｎｏ．１〜３、５、６は蝋材として金・ニッケル蝋を使用した。

そして、作製した全ての試料に対して、最後にＰＶＤ装置を用いて載置面の表面、及び貫通孔の内面にＴｉＮのターゲット材を用いてＴｉＮ製の導電層を所定のパターン形状にて３μｍ以下の厚みで成膜した。

上記導電層のパターン形状は、図６に示すような内側と外側の２つのリング形状であり、内側のパターンは内径５ｍｍで外径２０ｍｍのリング形状で、外側のパターン形状は、内径１８０ｍｍで外径２００ｍｍとした。また、外側については導通がとれるように、外周部の側面、及び段差部分の面にも導電層を成膜した。なお、吸着したウェハが導電層の厚みで変形したり、吸着力の低下を引き起こさないことをあらかじめ確認した。

そして、作製した静電チャックをＰＶＤ成膜装置に設置して載置面にウェハＷを載せヒータ電極に通電しウェハＷを加熱し静電チャックの給電構造の信頼性を評価した。信頼性を評価する方法として導電層間のウェハＷを通して給電構造を介した電気抵抗が加熱冷却を繰り返して如何に変化するかを測定した。加熱温度は、サンプルの裏面に熱電対をネジで固定し、ウェハ温度を測定し、この温度を制御することにより所定の成膜温度になるようにした。

加熱温度は成膜温度である２００、３００、及び５００℃とし、室温２５℃から各成膜温度に２０℃／分で加熱し、１０分間温度保持した後、ヒータ電源を遮断して放冷した。そして、室温でウェハ吸着時の電気抵抗値を測定した。また、ウェハを吸着させる静電吸着電極への印加電圧は、＋／−２５０Ｖとした。そして、加熱冷却試験後のウェハの電気抵抗値から試験前の電気抵抗値を差し引いた値を試験前の電気抵抗値で除した値を１００倍した電気抵抗変化率として算出した。

そして、成膜処理温度と加熱冷却回数と電気抵抗変化率を表１に示した。

従来の静電チャック試料Ｎｏ．５、６は、常温２５℃と２００℃の加熱冷却を１００回繰り返しても電気抵抗変化率は２％であり、安定して検知できたが、３００℃の加熱冷却を繰り返すと、１００回で、電気抵抗変化率がそれぞれ５％、１０％となり大きくなった。さらに５００℃までの加熱冷却を１０回繰り返すと電気抵抗変化率は、Ｎｏ．５で、２０％、Ｎｏ．６は、５０％と大きくなった。さらに、加熱冷却を１００回、７０回と繰り返すと断線した。この静電チャックを試験装置より取り外し、確認したところ、給電構造としてビヤを使った静電チャック試料Ｎｏ．５は、導電層であるビヤ部に凹みが発生し、部分的に破断していた。これは、複数のビヤの熱膨張率が金属タングステンに近いことから、窒化アルミニウムを主成分とする板状セラミックス体との熱膨張率差により熱サイクルで凹みや破断が発生して断線したことが確認された。

また、銅線を通電層にロー付けした静電チャック試料Ｎｏ．６は、上記の加熱冷却を繰り返したものは、図１０に示すように銅線とガス供給穴の内面の通電層とのロー付け部分６４０でクラック６４１が発生し剥離していた。これは、銅線とのロー付け部分が、部分的なロー付けである為、熱膨張差による応力が不均一であり、さらには、熱サイクルによる歪みがこのロー付け部分に集中することにより断線したと考えられる。

一方、本発明の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、上記載置面の表面に導電層と、該導電層と接続し、載置面と異なる面に形成した通電層とを備え、該通電層と前記板状セラミックス体に埋設された埋設導電層の露出部とが接続し、前記埋設導電層は前記板状セラミックス体の他方の主面に設けられた通電端子と接続した試料Ｎｏ．１は、５００℃までの加熱冷却を１００回繰り返しても電気抵抗変化率は、５％であり優れた特性を示し、ウェハ検知手段として使用できるものであることが分かった。

また、試料Ｎｏ．１から通電層が上記板状セラミックス体を貫通する貫通孔の内面に形成すると好ましいことがわかった。

更に、上記通電端子が上記貫通孔に接合した金属製のパイプである試料Ｎｏ．２は３００℃で加熱冷却を１００回繰り返しても抵抗変化率は２％と変化がなく、５００℃で１００回加熱冷却を繰り返しても抵抗変化率が５％と小さく更に優れた特性を示した。これは通電部材を接合した蝋材をパイプのフランジで覆い蝋材の酸化を防止しているからと考えられる。

また、本発明の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を貫通する貫通孔と、上記載置面の表面に導電層と、上記貫通孔の内面に形成された通電層と、上記板状セラミックス体の他方の主面に上記貫通孔と連通する金属製のパイプとを備え、上記導電層と通電層が直接接続し、該通電層とパイプが直接接続した試料Ｎｏ．３は、５００℃で１００回の加熱冷却を繰り返しても抵抗変化率が５％と小さくウェハ検知用の給電構造として使用できることが分かった。

更に、通電層が銀と銅を主成分とする試料Ｎｏ．４は抵抗変化率が５００℃で１００回加熱冷却を繰り返しても抵抗変化率が２％と最も小さく優れた特性を示すことが分かった。

これは、銀と銅を主成分とする蝋材層を通電層とすると蝋材が柔らかいことから板状セラミックス体との熱膨張差があっても熱応力を緩和する効果が大きく通電層の剥離等が発生し難いことが優れた特性を示す原因と考えられる。

本発明のウェハ支持部材を示す斜視図である。図１のＸ-Ｘ断面図である。本発明の他の実施形態を示す断面図である。本発明の他の実施形態を示す断面図である。図４の拡大断面図である。本発明のウェハ支持部材における載置面の導電層パターンを示す図である。本発明のウェハ支持部材における載置面のガス溝の形状を示す図である。（ａ）は従来の静電チャックを示す平面図、（ｂ）はその部分断面図である。（ａ）は従来の静電チャックを示す平面図、（ｂ）はその部分断面図である。図９の部分断面図である。

符号の説明

１：ウェハ支持部材、静電チャック
３、４３：導通用金属リング
４、４４：静電吸着電極
５、４５：給電端子
６、３６、４６：金属パイプ
７、４７、６０６：貫通孔
８、４８、１０４、６２６：載置面
９、４９ｂ：導電層
９ｂ、４９ａ：周辺導電層
１０、６０：通電層
１３、５０：ガス溝
１４、６１：接合層
１１：埋設導電層
１２：通電端子
２２、２３：リード線
２１：電気インピーダンス計測計
３２：通電部材
５１：ロー材溜まり
５２：ロー材クラック
７０：真空側
７２：大気側
１００、６００：静電チャック
１０２、６０３：フランジ
１０６：取り付け穴
１０８：電極
１１０：貫通給電構造体
２０２、６２６：支持部材表面
２０６：導体層
２０８：ビア
２１４：給電端子
６０１：中央ウェハ支持領域
６０３：周辺フランジ
６０２：ウェハスペーシングマスク
６１０：マスクパッド
６２４：外側表面電極
６０４：内側表面電極
６２２：表面導体
６３２：ギャップ
Ｗ：半導体ウェハ

Claims

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、該載置面に導電層を備え、該導電層は、上記載置面とは異なる面に形成した通電層、及び上記板状セラミックス体に埋設した埋設導電層を介して、上記板状セラミックス体の他方の主面に備えた通電端子に接続していることを特徴とするウェハ支持部材。
上記通電層が、上記板状セラミックス体を貫通する貫通孔の内面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のウェハ支持部材。
上記通電端子が、上記貫通孔に接合した金属製のパイプであることを特徴とする請求項２に記載のウェハ支持部材。
上記埋設導電層の直径が、５ｍｍ〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のウェハ支持部材。
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を貫通する貫通孔と、該貫通孔に連通する金属パイプを備えてなり、上記載置面に導電層を備え、該導電層は上記貫通孔の内面に備えた通電層を介して、上記板状セラミックス体の他方の主面に備えた通電端子として金属パイプに接続していることを特徴とするウェハ支持部材。
上記導電層が銀と銅を主成分とすることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のウェハ支持部材。
上記導電層と同じ導電性組成物が、上記導電層と連続して上記貫通孔の内面に形成され通電層の一部を形成していることを特徴とする請求項５に記載のウェハ支持部材。
上記載置面上の中央にウェハと接触する導電層を備え、上記載置面の周辺に周辺導電層を備えたことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のウェハ支持部材。
上記導電層がウェハ検知用であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のウェハ支持部材。
上記板状セラミックス体に静電吸着電極を備えた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。
上記板状セラミックス体にヒータ電極を備えたことを特徴とする請求項１〜１０の何れかに記載のウェハ支持部材。
請求項１〜１１の何れかに記載のウェハ支持部材を備えた半導体製造装置。