JP2022050850A - ウエハ支持体およびウエハ支持体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ウエハ支持体は、シリコンウエハ等の半導体基板を支持できればよく、吸着機構や加熱機構を備えていてもよい。例えば、ウエハ支持体は、単にウエハを搭載するサセプタであってもよい。また、ウエハ支持体は、搭載されたウエハに対して吸着力を生じる静電チャックや、ウエハを加熱するヒータであってもよい。また、ウエハ支持体が支持する対象物は、主にウエハであるが、その他の部材や部品を支持するものであってもよい。
本発明者は、ウエハ支持体に適した材料を見出すために鋭意検討した結果、加工性がよい(快削性を有する)いわゆるマシナブルセラミックスからなる焼結体が好ましいことを見出した。
まず、後述する各実施例や各比較例の配合量に応じて、窒化硼素、酸化ジルコニウム、窒化珪素および炭化珪素等のセラミックス成分となる主原料粉末と、セラミックス成分の合計を100質量%とした場合に、3~25質量%の焼結助剤粉末と、を混合して原料粉末を調製する。この混合は、例えば、湿式ボールミル等により行うことができる。
次に、各実施例や各比較例に係るウエハ支持体の特性について説明する。各実施例および各比較例におけるセラミックス成分および焼結助剤成分の含有量は表1に示すとおりである。また、表1には、セラミックス成分の一つである六方晶窒化硼素の原料粉末における比表面積の値が示されている。
ウエハ支持体を静電チャックとして用いる場合、適正な吸着力を発生させるために支持部18の体積抵抗率が所望の範囲である必要がある。例えば、クーロン型(高抵抗材)の静電チャックの場合、体積抵抗率は1014Ωcm前後が望ましい。一方、ジョンソンラーベック型(低抵抗材)の静電チャックの場合、体積抵抗率は109~1011Ωcmの範囲が望ましい。そこで、静電チャックとして機能する本実施の形態に係るウエハ支持体の体積抵抗率は、25~500℃の温度範囲において106~1016Ωcm程度の範囲となるように調整されている。これにより、ウエハ支持体を静電チャックとして用いることができる。
次に、ウエハ支持体の吸着力について説明する。図1に示すように、ウエハ支持体10は、チャンバ側に露出する搭載面18aから柱状部20の内部を通過して外部のガス供給源(不図示)まで繋がっているガス導入口18bが形成されている。ガス導入口18bは、搭載面18aに吸着されたウエハWを裏面側から冷却するガスを供給するためのものである。ガス導入口18bから搭載面18a側に流入したガスは、放射状の溝18c(図2参照)によってウエハWの裏面側全体に供給される。したがって、搭載面18aとウエハWとの間で十分な吸着力が発生していないと、搭載面18aとウエハWとの隙間からガスがリークすることになる。そこで、実施例1に係るウエハ支持体を用いて静電チャック電極に所定の電圧(±350V)を印加してウエハWを吸着したところ、ガス供給源からのArガス圧が25Torrまでリークが発生しないことが確認された。
本実施の形態に係るウエハ支持体のように、接合部がないシームレス品のシャフトや筒といった柱状部20の気密性評価を行った。ヘリウムリークディティクターに接続して、シャフトや筒と呼ばれる部分の内部を真空にし、外部からヘリウムを吹き付けた。ヘリウムリークディティクターとして、アルバック株式会社製HERIOT901D2を用いた。実施例1~3、6に係るウエハ支持体で評価をした結果、1×1012Pa・m3/sec以下のリーク量で装置の検出限界以下であった。
本実施の形態に係るウエハ支持体10の基材12は、厚み方向(図1の上下方向)に加圧圧縮された板状の部材である。また、基材12は、厚み方向の熱伝導率と厚み方向に対して垂直な方向(図2に示す円の半径方向)の熱伝導率に違いがある材料である。熱伝導率の測定は、前述の製造方法で製造したセラミックス焼結体(金属を内包していない部分)から試験片(φ10×2t)を切り出し、JIS R 1611(レーザーフラッシュ法)の規定に沿って行った。
表2に示す配向度は、X線回折パターンから求める。はじめに、無配向の窒化硼素のab軸方向(100)の強度をI(100)、c軸方向(002)の強度をI(002)とする。ここで、強度比I(100):I(002)=15:100である。次に、各実施例や各比較例における基材を用いて測定したab軸方向(100)’の強度をI(100)’、c軸方向(002)’の強度をI(002)’とする。
H=[(360-ΣW)/360]×100
H:配向度(%) W:半価幅
図1に示すウエハ支持体10は、接合や削り出しにより外見的につなぎ目がない一部品であるが、必ずしも一部品である必要はない。例えば、基材12における支持部18を構成する部分と、柱状部20とを別部品にし、ネジなどの接合部品で一体化したウエハ支持体であってもよい。この場合、柱状部20はセラミックス材料でも金属材料でもよい。
Claims (10)
- マシナブルセラミックスからなる基材と、前記基材に少なくとも一部が内包された導電部材と、を有し、
前記基材は、厚み方向に加圧焼結された板状の部材であり、厚み方向の第1の熱伝導率が5[W/m・K]以上、厚み方向に対して垂直な方向の第2の熱伝導率が前記第1の熱伝導率の1.5~5倍であるウエハ支持体。 - 前記マシナブルセラミックスは、窒化硼素、酸化ジルコニウム、窒化珪素および炭化珪素からなる群より選択された窒化硼素を必須とする少なくとも二つ以上の材料からなる焼結体であることを特徴とする請求項1に記載のウエハ支持体。
- 前記マシナブルセラミックスは、
窒化硼素、酸化ジルコニウム、窒化珪素および炭化珪素のセラミックス成分の合計を100質量%とした場合に、窒化硼素を10~80質量%含有し、窒化珪素を0~80質量%含有し、酸化ジルコニウムを0~80質量%含有し、炭化珪素を0~40質量%含有し、
前記セラミックス成分の合計を100質量%とした場合に、更に焼結助剤成分を3~25質量%含有することを特徴とする請求項1または2に記載のウエハ支持体。 - 前記導電部材は、モリブデン、タングステン、タンタルおよびそれらを含む合金からなる群から選択される金属材料で構成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のウエハ支持体。
- 前記基材は、
ウエハが搭載される搭載面を有する支持部と、前記支持部の前記搭載面と反対側に設けられている柱状部と、を有し、
前記支持部と前記柱状部とがつなぎ目のない一部品で構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のウエハ支持体。 - 前記導電部材は、前記基材の表面に載置されたウエハを加熱するための熱を発生させる抵抗加熱体として機能することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のウエハ支持体。
- 前記基材は、比表面積が100[m2/g]以下である六方晶窒化硼素を含む粉末が加圧焼成されていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のウエハ支持体。
- 前記マシナブルセラミックスは、六方晶窒化硼素を含み、
前記基材における前記六方晶窒化硼素の配向度が60%以上であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のウエハ支持体。 - 抵抗加熱体の少なくとも一部が内包された、マシナブルセラミックスからなる基材を製造するウエハ支持体の製造方法であって、
前記マシナブルセラミックスに含まれるセラミックス成分として、比表面積が100[m2/g]以下である六方晶窒化硼素を含む粉末を用い、20~50[MPa]の範囲の加圧力、かつ、1300~1950℃の範囲の温度で加圧焼結する工程を含みことを特徴とするウエハ支持体の製造方法。 - 前記基材は、厚み方向に加圧焼結された板状の部材であり、厚み方向の第1の熱伝導率が5[W/m・K]以上、厚み方向に対して垂直な方向の第2の熱伝導率が前記第1の熱伝導率の1.5~5倍であることを特徴とする請求項9に記載のウエハ支持体の製造方法。
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