JP2012238730A

JP2012238730A - ウェハ保持体

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Publication number: JP2012238730A
Application number: JP2011106970A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kimura; 功一木村; Hirohiko Nakada; 博彦仲田; Akira Mikumo; 晃三雲; Daisuke Shimao; 大介島尾
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-05-12
Filing date: 2011-05-12
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2031-05-12
Also published as: JP5857441B2

Abstract

【課題】セラミックス基体中に埋設された導電体に給電するための電極リードの腐蝕をなくし、長期に使用しても信頼性の高いウェハ保持体を提供する。
【解決手段】本発明のウェハ保持体は、被処理物保持面を有するセラミックス基体中に導電体が埋設されたウェハ保持体であって、被処理物保持面以外の面に露出し前記導電体に接続された導電端子と、該導電端子に接続された電極リードとを有し、該電極リードは、両端が気密に封止された絶縁パイプに覆われており、前記電極リードは前記絶縁パイプ内で分割され、分割された電極リードを電気的に接続する接続部品を有しており、該接続部品は、少なくとも一方端部に筒状部を有する柱状部品であり、該筒状部に前記分割された電極リードの一方が挿入されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、メタルＣＶＤなどの半導体ウェハに所定の処理を行うための半導体製造装置に用いられるウェハ保持体に関する。

半導体の製造工程では、被処理物である半導体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。このような半導体ウェハに対する処理を行う処理装置では、半導体ウェハを保持するためのウェハ保持体が用いられている。

このような従来のウェハ保持体は、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実用化されている。これらのセラミックス製ウェハ保持体では、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。

特許文献１には、セラミックスヒータ部と、このセラミックスヒータ部を保持するために反応容器内に設置された保持部材と、ヒータ端子に連結されたリードとを有する半導体ウェハ加熱装置であって、リードの少なくとも１つを無機質絶縁材料からなる筒状体によって包囲し、この筒状体の一端をセラミックスヒータに対して気密に接合し、且つ筒状体の他端を反応容器に設けられた貫通孔に挿通して気密にシールしている。

特許文献１の構造においては、リードを収納した筒状体はセラミックスヒータ部に接合され且つ反応容器を挿通して容器と気密に封止されているため、必然的に筒状体内部は大気圧となる。このため、セラミックスヒータ部に給電するためのリードは、大気雰囲気に曝されると共に、セラミックスヒータ部の加熱によってリードのセラミックスヒータ部側の温度が高温になる。このため、高温になったリード部が、空気中の酸素の影響で腐蝕されやすいという問題があった。

また、リードは棒状の金属で構成されており、容器などに固定されていないが、リードを容器からの取り出し口付近で、容器に固定した場合、セラミックスヒータの加熱と冷却によって、リードが熱膨張と熱収縮を繰り返すことになる。リードが熱膨張と熱収縮を繰り返すと、抵抗発熱体との接合部分が外れたり、あるいはセラミックスヒータ部を破損させるといった問題があった。

特開平０５−００９７４０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、セラミックス基体中に埋設された導電体に給電するための電極リードの腐蝕をなくし、長期に使用しても信頼性の高いウェハ保持体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、発明者らは、セラミックス基体中に埋設された導電体に給電するための電極リードを分割し、分割された電極リードを電気的に接続する接続部品を有し、該接続部品は一方端部に筒状部を有する柱状部品とし、この筒状部に電極リードの一方を挿入し、導電体との接続部から容器までの間の接続部品を含む電極リードを、例えば筒状セラミックス部材などの絶縁パイプで包囲し、絶縁パイプとセラミックス基体を接続すると共に、絶縁パイプの他端を封止すれば、電極リードの腐蝕を完全に防止することができ、長期に使用してもセラミックス基体の破損などが発生せず、信頼性の高いウェハ保持体とすることができることを見出した。

すなわち、本発明のウェハ保持体は、被処理物保持面を有するセラミックス基体中に導電体が埋設されたウェハ保持体であって、被処理物保持面以外の面に露出し前記導電体に接続された導電端子と、該導電端子に接続された電極リードとを有し、該電極リードは、両端が気密に封止された絶縁パイプに覆われており、前記電極リードは前記絶縁パイプ内で分割され、分割された電極リードを電気的に接続する接続部品を有しており、該接続部品は、少なくとも一方端部に筒状部を有する柱状部品であり、該筒状部に前記分割された電極リードの一方が挿入されていることを特徴とする。

また、前記筒状部には、スリットを有することが好ましく、このスリットの一部が、内径側に向かって変形していることが好ましい。

本発明によれば、セラミックス基体中に埋設された導電体に給電するための電極リードの腐蝕をなくし、長期に使用しても信頼性の高いウェハ保持体を提供することができる。

本発明のウェハ保持体の断面構造の模式図を示す。本発明の接続部品の他の形態を示す。本発明の接続部品のさらに別な形態を示す。

図１を参照して、本発明のウェハ保持体は、被処理物保持面２を有するセラミックス基体１中に導電体３が埋設されている。導電体は、抵抗発熱体、プラズマ発生用電極、静電チャック用電極の少なくとも１つである。

導電体には、被処理物保持面以外の面に露出した前記導電体に接続された導電端子４と、導電端子４に接続された電極リード５とを有しており、該電極リードは、両端が気密に封止された絶縁パイプ７に覆われており、電極リードは絶縁パイプ７内で分割され、分割された電極リード５−１、５−２を電気的に接続する接続部品６を有しており、この接続部品は、少なくとも一方端部に筒状部を有する柱状部品であり、この筒状部に前記分割された電極リードの一方が挿入されている。

接続部品の筒状部に電極リードを挿入する構造とする。筒状部の深さを挿入する長さより深くすることにより、電極リードが熱膨張しても応力が発生することを抑えることができる。

また、挿入する長さすなわち電極リードと接続部品の接触長さは、例えばプラズマ発生用電極の場合、出力が高く電流量が多い場合は接触長さを長くし、出力が少なく電流量が少ない場合には接触長さを短くすることができる。

いずれの場合でも、接続部品の筒状部の底に電極リードがない空間部分を形成することによって、電極リードの熱膨張量を吸収し、熱膨張係数差による応力の発生を回避することができる。なお、図１では、導電体と電極リードはそれぞれ１つしか示していないが、実際には必要な数だけ設置する。

接続部品の筒状部は、図１に示すように両側に設けて電極リード５−１と５−２の両方を挿入するようにしてもよい。また、図２に示すように、接続部品の片側だけに筒状部を設けることでもよい。この場合、電極リード５−２接続部品６とは、溶接やネジ止め等の方法により接続することができる。更に、図３に示すように、接続部品の長さを長くして電極リード５−２に代える構造とすることもできる。

接続部品の筒状部にスリット８を形成することができる。スリットを設けることにより、筒状部にバネ性を付与することができ、電極リードと接続部品の電気的接触をより確かなものにすることができる。

スリットの形状は、各種形状を採用することができ、当業者がその使用形態において適宜設計することができる。例えば、スリットの長さに応じて電極リードと接触する密着性が向上するため、電流量が多ければスリットを長くし、電流量が少なければスリットの長さを短くすることができる。また、スリットは筒状部の縦方向に形成することが好ましい。横方向にスリットを形成することも可能であるが、電流の流れを阻害することがあるので、注意を要する。また、スリットは筒状部の端部にまで達しないようにすることが好ましい。スリットが筒状部の端部にまで形成されると、筒状部の端部がヒートサイクルによって開いてくるので、電気的接続の信頼性が低下することがある。

また、スリットを形成した部分の筒状部を内径側に変形させることが好ましい。内径側に変形させることにより、電極リードと接続部品の密着性が向上する。スリットの幅は特に制約はないが、０．１ｍｍ以上の幅であることが好ましい。

絶縁パイプ７は、セラミックス基体１に接合して気密にシールする。接合は、ガラスや窒化アルミニウムを主成分とするペーストを用いることができる。また、ガラスとしては硼珪酸ガラス、亜鉛硼珪酸ガラス等を用いることができる。

絶縁パイプのセラミックス基体とは反対側の他端側も気密に封止する。この他端側は、絶縁パイプが開口しているので、電極リード５−２が貫通するリング状部材９を用いることが好ましい。リング状部材と絶縁パイプを硼珪酸ガラスあるいは亜鉛硼珪酸ガラス等を用いて気密に接合する。リング状部材と絶縁パイプとは、ネジ止め等の方法により予め接続しておき、前記ガラス等で気密にシールすることもできる。

気密にシールした絶縁パイプ内は、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気あるいは真空雰囲気とすることが好ましい。特に、絶縁パイプをガラスで封止する場合は、不活性ガス雰囲気にすることが必要である。なぜなら、大気中で封止した場合は、封止中に電極リードなどが酸化するし、使用中に酸化がある程度進行するからである。但し、絶縁パイプ内の体積が小さい場合は、大気中で封止しても問題が発生しない場合もある。

セラミックス基体１の材質は、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、シリコンと炭化ケイ素の複合体、アルミニウムと炭化ケイ素の複合体などを用いることができる。熱伝導がよいことの観点からは、窒化アルミニウム、シリコンと炭化ケイ素の複合体、アルミニウムと炭化ケイ素の複合体が好ましい。剛性が高いことの観点からは、窒化ケイ素、炭化ケイ素、シリコンと炭化ケイ素の複合体が好ましい。

導電体３は、ステンレス、ニッケルクロム合金、インコネル、モリブデン、タングステンなどの金属箔あるいは、それらの金属の線材（コイル）であってもよい。また、モリブデン、タングステン、タンタルなどの金属粉末にバインダーと溶剤を混合した導電性ペーストをスクリーン印刷によって塗布し、焼成することにより形成してもよい。

電極端子４は、モリブデンあるいはタングステンであることが好ましい。導電体３と電極端子４とは、ネジ止め、カシメ、メタライズ、ロウ付けなど公知の方法で接続することができる。

電極リード５は、モリブデン、タングステン、ニッケル等の耐熱金属であることが好ましい。これらの材質にニッケルあるいは金をメッキしておくこともできる。接続部品６は、ニッケルやニッケル合金等が好ましい。

絶縁パイプ７の材質は、無機質のセラミックスであれば、特に制約はないが、セラミックス基体と接続するので、熱膨張係数がセラミックス基体に近いものが好ましく、セラミックス基体の材質と同一であることがより好ましい。

リング状部材９の材質は、絶縁パイプの熱膨張係数と近似の熱膨張係数を有する材質を用いることが好ましく、絶縁パイプと同じセラミックスとすることができる。また、タングステンもセラミックスの熱膨張係数に近い熱膨張係数であるので、用いることができる。タングステンの場合は、セラミックスより加工が容易なので、ネジ止め等の方法で絶縁パイプと接続しておくことができる。

窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末９９．５重量部に、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）を、０．５重量部添加し、アクリルバインダー、有機溶剤を加え、ボールミルにて２４時間混合して、ＡｌＮスラリーを作製した。このスラリーを、スプレードライにて顆粒を作製し、プレス成形した後、７００℃、窒素雰囲気中で脱脂し、１８５０℃、窒素雰囲気中で焼結し、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体を複数作製した。このＡｌＮ焼結体を機械加工して、直径３３０ｍｍ、厚さ９ｍｍとした。このＡｌＮ焼結体の上下面の表面粗さはＲａ０．８μｍ、平面度は５０μｍであった。

平均粒径が２．０μｍのタングステン（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。このＷペーストをスクリーン印刷で、前記ＡｌＮ焼結体の一方の面に抵抗発熱体回路を、他方の面に高周波電極回路（プラズマ発生用電極）を形成した。これを窒素雰囲気中７００℃で脱脂した後、窒素雰囲気中１８３０℃で６時間焼成し、ＡｌＮ焼結体の片方の面に抵抗発熱体、他方の面に高周波電極回路を作製した。

窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスペースとを作製した。このセラミックスペーストを、前記ＡｌＮ焼結体の抵抗発熱体及び高周波電極回路が形成された上下面全面に、スクリーン印刷にて塗布し、乾燥後窒素雰囲気中７００℃で脱脂した。

脱脂後、別途作製した厚み３ｍｍのＡｌＮ焼結体を高周波電極回路側に、厚み９ｍｍのＡｌＮ焼結体を抵抗発熱体側に重ね合わせ、２ＭＰａの圧力で、窒素雰囲気中１８００℃、２時間ホットプレスを行い、ウェハ保持体を作製した。

このウェハ保持体の抵抗発熱体側の面から、抵抗発熱体と高周波電極回路が露出するようにザグリ加工を行った。露出した抵抗発熱体及び高周波電極回路にそれぞれニッケルメッキを施したＷ製の導電端子４を接続した。さらに図１に示すように、導電端子に直径４ｍｍのニッケル製電極リード５−１を接続した。ニッケル製電極リードの導電端子とは反対側にニッケル製の接続部品６を接続し、さらにニッケル製電極リード５−２を接続した。接続部品は、スリット有となしを用いた。また、比較のために接続部品の無いものも作製した。

これらの導電端子と電極リードを覆うように、ムライトとアルミナの複合体からなる絶縁パイプを設置し、亜鉛硼珪酸ガラスを用いて、絶縁パイプとウェハ保持体を接合した。接合は、窒素雰囲気中８００℃、１時間絶縁パイプの端部に重しを載せて行った。

絶縁パイプのウェハ保持体と接合した側と反対側の他端を封止した。具体的には、絶縁パイプの内側にＷ製のリングをはめ込み、電極リードを貫通させた状態で、窒素雰囲気中８００℃、１時間にて結晶化ガラスを焼成することによって封止した。このように封止することによって、絶縁パイプの内部は、窒素雰囲気となった。

このようにして電極等と絶縁パイプが接続されたウェハ保持体を、反応容器の中に設置し、絶縁パイプを反応容器の底部にクランプ固定し、Ｏ−リングで反応容器と絶縁パイプとを気密シールした。

反応容器内を真空にし、抵抗発熱体に電力を供給して、ウェハ保持体を所定の温度に加熱し、１時間保持してから室温まで冷却し、再び所定の温度まで昇温するヒートサイクル試験を１０００回行った。また、所定の温度で保持している間、１３．５６ＭＨｚ、１．５ｋＷの高周波を印加、停止を１００回繰り返した。その後、絶縁パイプを取り外し、内部の電極の状態を確認した。これらの結果を表１に示す。なお、表１において、電極等に変化が見られなかったものを◎、接続部品の接触抵抗が若干上昇するも使用に影響がなかったものを○、通電停止あるいはＲＦ電極にエラーが発生して使用できなかったものを×で示す。

抵抗発熱体をモリブデンコイルとし、高周波電極をモリブデンメッシュとしたこと以外は、実施例１と同様にしてウェハ保持体を作成し、実施例１と同様に評価した。その結果を表２に示す。

接続部品の形状を図２または図３にしたこと以外は、実施例１と同様のウェハ保持体を作製し、同様に評価した。その結果を表３に示す。

接続部品の形状を図２または図３にしたこと以外は、実施例２と同様のウェハ保持体を作製し、同様に評価した。その結果を表３に示す。

１セラミックス基体
２被処理物保持面
３導電体
４導電端子
５電極リード
６接続部品
７絶縁パイプ
８スリット
９リング状部材

Claims

被処理物保持面を有するセラミックス基体中に導電体が埋設されたウェハ保持体であって、被処理物保持面以外の面に露出し前記導電体に接続された導電端子と、該導電端子に接続された電極リードとを有し、該電極リードは、両端が気密に封止された絶縁パイプに覆われており、前記電極リードは前記絶縁パイプ内で分割され、分割された電極リードを電気的に接続する接続部品を有しており、該接続部品は、少なくとも一方端部に筒状部を有する柱状部品であり、該筒状部に前記分割された電極リードの一方が挿入されていることを特徴とするウェハ保持体。
前記筒状部には、スリットを有することを特徴とする請求項１に記載のウェハ保持体。
前記筒状部の一部が、内径側に向かって変形していることを特徴とする請求項２に記載のウェハ保持体。