JP2006312755A - ウェハ保持体およびそれを搭載した半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ウェハ全面に均一に成膜でき、且つパーティクルの発生の少ない半導体製造装置用ウェハ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】 本発明のウェハ保持体は、発熱体および高周波電極を埋設したセラミックス製のウェハ保持体であって、前記セラミックス中に埋設された高周波電極の直径が、高周波電極に対向する上部高周波電極の直径よりも大きいことを特徴とする。前記セラミックスの主成分は、窒化アルミニウムであることが好ましく、また、前記高周波電極が、膜形状であることが好ましい。
【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ウェハ保持体に関し、特にウェハ保持体に形成されたプラズマ発生用の高周波電極回路、更には該ウェハ保持体を搭載した処理チャンバー、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。特に、成膜処理用のセラミックスヒータにおいては、成膜装置内に反応ガスを導入し、該反応ガスをプラズマ化するために、セラミックスヒータにヒータ用の抵抗発熱体回路とは別に、高周波発生用の電極回路を形成し、該高周波発生用電極回路と、セラミックスヒータ（ウェハ保持体）に対向して設置された電極との間に高周波を発生させる。

このような従来のセラミックスヒータは、例えば特開平１１−０２６１９２号公報に開示されている。特開平１１−０２６１９２号公報に開示されたセラミックスヒータは、緻密質セラミックスからなる基体と、基体中に埋設された電極とを備えており、該電極とウェハ保持面との最小間隔が０．１ｍｍ以上である。より好ましくは、０．５ｍｍ以上であり、５ｍｍ以下であり、前記電極は金属バルク体からなる面状の電極である。

この発明では、半導体製造装置内に導入される反応ガスと、前記基体が反応してパーティクルが発生することを防止する目的で、上記のような構成をとっている。しかし、パーティクルの発生は、前記反応ガスと基体との反応だけで発生するものではなく、成膜時にウェハ以外の例えばウェハ保持面上にも成膜されてしまい、それがパーティクルとなる場合もあった。

また、近年例えばＳｉウェハの場合、直径が８インチから１２インチへと大口径化してきている。上述のような従来のウェハ保持体では、ウェハの大口径化に伴い、ウェハ全面に均一にプラズマを発生させることが困難となってきており、ウェハの外周部に成膜した膜の厚みなどにバラツキが出て、歩留りを低下させる原因となっていた。
特開平１１−０２６１９２号公報

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、ウェハ全面に均一に成膜でき、且つパーティクルの発生の少ない半導体製造装置用ウェハ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。

本発明は、ウェハ保持体内部に形成される高周波電極回路の直径を、対向する上部高周波電極の直径との関係を見直すことにより、上記目的を達成することができることを見出したものである。すなわち、本発明のウェハ保持体は、発熱体および高周波電極を埋設したセラミックス製のウェハ保持体であって、前記セラミックス中に埋設された高周波電極の直径が、高周波電極に対向する上部高周波電極の直径よりも大きいことを特徴とする

前記セラミックスの主成分は、窒化アルミニウムであることが好ましく、また、前記高周波電極が、膜形状であることが好ましい。

このようなウェハ保持体を搭載した半導体製造装置は、成膜に必要なプラズマが被処理物であるウェハの直上にのみ均一に発生させることができるので、歩留り良く半導体を製造することができる。

本発明によれば、セラミックス中に埋設された高周波電極の直径が、対向する上部高周波電極の直径よりも大きいので、ウェハ載置面付近以外でのプラズマの発生を抑えることができる。従って、このようなウェハ保持体を搭載した半導体製造装置は、ウェハ以外の部分への成膜が少なくなるので、パーティクルの発生を抑えることができ、歩留り良く半導体を製造することができる。

発明者は、ウェハ全面に均一にプラズマを発生させ、且つパーティクルの発生を抑制するためには、ウェハ保持体に形成する高周波電極回路の直径を、対抗する上部高周波電極の直径以上とすればよいことを見出した。

図１に示すように、発熱体３および高周波電極２を埋設したセラミックス１製のウェハ保持体において、高周波電極回路２の直径が、対向する上部高周波電極４の直径より小さいと、発生するプラズマが、ウェハ５全体を充分に覆わなくなるので、成膜する膜の厚みが、ウェハ外周部で薄くなる傾向があることを見出した。成膜する膜の厚み分布をより均一にするためには、高周波電極回路の直径を上部電極直径より大きくした方がよい。すなわち、セラミックス中に埋設する高周波電極の直径が大きいことによって、上部高周波電極に加わり発生する電場が、ウェハ保持体の側面等への回り込みが少なくなるため、ウェハ以外の部分でプラズマの発生を抑えることができる。また特に好ましくは、セラミックス中に埋設する高周波電極の直径は、上部高周波電極の直径と、上部高周波電極と高周波電極との間の距離を２倍した距離との和よりも大きければ、更に電場の回りこみを小さくすることができるため好ましい。

また、セラミックス中に埋設する高周波電極としては、金属メッシュを用いたものでも構わないが、膜形状の電極が好ましい。金属のメッシュをセラミックス中に埋設する高周波電極として使用した場合、メッシュ間から若干電場が漏れてしまい、ウェハ以外の部分に膜形成されることがある。しかし、膜形状にしておけば、このような漏れは発生しないため、特に好ましい。

本発明のウェハ保持体の材質は、セラミックスが好ましい。金属を用いた場合は、ウェハ上にパーティクルが付着するという問題があるので好ましくない。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２．０〜５．０ｍ^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。

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／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。

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あるいはタンタルが好ましい。

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。

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（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。

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、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。

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。

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）、静電吸着用電極回路や高周波発生用電極回路などの場合には、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、１ＭＰａ以上加えることが望ましい。１ＭＰａ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回路等を印刷し、それらを積層することで、複数の電気回路を有するウェハ保持体を容易に作成することも可能である。このようにして、ウェハ保持体本体となるセラミックス積層焼結体を得ることができる。

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、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、ウェハとウェハ保持体との間に隙間が生じやすくなり、ウェハ保持体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、ウェハ保持面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下が好ましい。Ｒａで５μｍを超えると、ウェハ保持体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。

以上のようにして、ウェハ保持体本体を作製することができる。さらに、このウェハ保持体にシャフトを取り付ける。シャフトの材質は、ウェハ保持体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、ヒータ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、取付時にウェハ保持体とシャフト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、ウェハ保持体がＡｌＮの場合、シャフトの材質は、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Ａｌ_２Ｏ_３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、ウェハ保持体やシャフトの材質である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。

接合するシャフト並びにウェハ保持体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、ウェハ保持体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、ウェハ保持体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、ウェハ保持体のウェハ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ウェハ保持体を作製することができる。

また、本発明の高周波発生用電極回路を形成したウェハ保持体を、半導体製造装置に搭載し、ウェハ上に成膜すれば、ウェハ上に均一に成膜できるとともに、パーティクルの発生の少ない半導体製造装置を得ることができる。本発明のウェハ保持体を用いれば、パーティクルの発生が少なく、プラズマ密度がウェハ全面で均一であるので、安定した特性の膜を得ることができる。

９９重量部の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末に、Ｙ_２Ｏ_３を、１．０重量部添加し、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、ドクターブレード法にて、厚さ１．３ｍｍのグリーンシートを成形した。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。

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用いて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、前記グリーンシート上に、高周波発生用電極回路パターンを形成した。高周波発生用電極回路パターンの直径を表１に示す。また、別のグリーンシートには、抵抗発熱体回路パターンをスクリーン印刷により形成した。これらのグリーンシートを積層し、窒素雰囲気中８００℃で脱脂した後、窒素雰囲気中１８５０℃で焼成した。

なお、焼結後、ウェハ保持面はＲａで１μｍ以下に、支持部の接合面はＲａで５μｍ以下になるよう研磨加工を施した。また外径も直径３６０ｍｍに仕上加工を行った。

表１のウェハ保持体を用いて、直径３００ｍｍのＳｉウェハにＷ膜を成膜した。対向する上部高周波電極の直径は３００ｍｍで、ウェハ保持体の高周波電極との距離は、１０ｍｍとし、反応ガスとして、ＷＦ_６、ＳｉＨ_４、Ｈ_２を導入し、前記高周波発生用電極回路用の電極に高周波を印加することにより、プラズマを発生させ、Ｓｉウェハ上にＷ膜を成膜した。

成膜後に、ウェハ以外への成膜状況を観察した。なお成膜したＷ膜の厚みを蛍光Ｘ線膜厚計で測定し、その結果を表１に、膜厚分布が均一なものを○、膜厚分布が比較的大きいが実用に耐えるものを△、膜厚分布が大きすぎて実用上使用できないものを×として示す。また、ウェハ以外に形成された膜に関して、膜が全く形成されていないかほとんど形成されていないものを◎、若干の成膜が認められたものの実用上支障の無いものを○、膜生成が認められ、パーティクルの発生が懸念されるものを△、ウェハ上と同程度に成膜されたものを×として、あわせて表１に示す。

９９重量部の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末に、Ｙ_２Ｏ_３を、１．０重量部添加し、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、スラリーを作製した。このスラリーをスプレードライにより顆粒状の完粉を作製した。この完粉をプレス金型に挿入し、高周波電極回路として８０メッシュのモリブデンを挿入し、さらに完粉を金型に挿入した後、発熱体であるモリブデンコイルと共に埋設し、プレス成形により成形体を作成し、窒素雰囲気中１８５０℃、２００トンの荷重でホッとプレスし、ウェハ保持体を作成し、実施例１と同様にＷ膜を成膜し、評価した。その結果を表２に示す。

実施例１及び実施例２から、セラミックス中に埋設された高周波電極の直径が、対向する上部高周波電極の直径よりも大きくすれば、膜厚分布がよくなり、またウェハ以外への成膜が少なくなることが判る。また、セラミックスに埋設する高周波電極を膜形状にした方が、ウェハ以外への成膜がより少なくなることが判る。

本発明によれば、セラミックス中に埋設された高周波電極の直径が、対向する上部高周波電極の直径よりも大きいので、ウェハ載置面付近以外でのプラズマの発生を抑えることができる。従って、このようなウェハ保持体を搭載した半導体製造装置は、ウェハ以外の部分への成膜が少なくなるので、パーティクルの発生を抑えることができ、歩留り良く半導体を製造することができる。

本発明のウェハ保持体の断面構造と、上部高周波電極を示す。

符号の説明

１ セラミックス
２ 高周波電極
３ 発熱体
４ 上部高周波電極
５ ウェハ

Claims (4)

1. 発熱体および高周波電極を埋設したセラミックス製のウェハ保持体であって、前記セラミックス中に埋設された高周波電極の直径が、高周波電極に対向する上部高周波電極の直径よりも大きいことを特徴とするウェハ保持体。
2. 前記セラミックスの主成分が、窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１に記載のウェハ保持体。
3. 前記高周波電極が、膜形状であることを特徴とする請求項１または２に記載のウェハ保持体。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のウェハ保持体が搭載されていることを特徴とする半導体製造装置。
   
   
   
   
   
   

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