JP3602908B2 - ウェハ保持部材 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体や液晶の製造装置において、半導体ウェハや液晶用ガラス等のウェハを保持・搬送するために使用する静電チャックやサセプター等のウェハ保持部材に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造工程で、半導体ウェハに成膜を施すCVD装置やそのウェハに微細加工処理を施すドライエッチング装置において、半導体ウェハの保持部材としてサセプターが用いられている。
【0003】
例えば、図5に示すように、セラミックス製の板状体11の表面にウェハ20の載置面11aを形成してサセプターを構成し、この板状体11の内部にはプラズマ発生用電極12とその通電端子13、発熱抵抗体14とその通電端子15、15を埋設した構造となっている。
【0004】
いま、載置面11aにウェハ20を載置しておいて、プラズマ発生用電極12とウェハ20の上部に備えた上部電極(不図示)との間に高周波電圧を印加すれば、プラズマを発生させることができる。また、発熱抵抗体14に電圧を印加してウェハ20を所定温度に加熱することもできる。
【0005】
さらに、図示していないが、板状体11の内部に静電電極を埋設しておいて、ウェハ20を静電吸着するようにした静電チャックとすることもできる。
【0006】
これらのウェハ保持部材を製造する場合は、セラミックグリーンシートにプラズマ発生用電極12や発熱抵抗体14を成すW,Mo等の金属ペーストを塗布し、他のセラミックグリーンシートを積層することによって得ることができる。なお、上記セラミックスとしては、さまざまなものを用いることができるが、特に耐プラズマ性に優れた窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスが用いられている(特開平6−151332号公報等参照)。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
上記板状体11を成すセラミックスは常温では極めて絶縁性の高いものであるが、高温では抵抗値が低下する傾向があり、しかも焼成時にW,Mo等の金属成分がセラミックス中に拡散することによって、さらに抵抗値が低下しやすいものであった。そのため、セラミックスの抵抗値が低下することによって、プラズマ発生用電極12や発熱抵抗体14に印加した電圧から漏れ電流が生じるという問題があった。
【0008】
例えば、プラズマ発生用電極12に印加した高周波電圧の漏れ電流が発熱抵抗体14に伝わると、発熱抵抗体14への通電が制御できなくなったり、遮断されてしまうなどの問題があった。また、発熱抵抗体14からの漏れ電流が板状体11の下面11bに伝わると、この下面11bが接する金属板等に漏れ電流が流れてしまい、発熱抵抗体14の温度制御が困難となってしまうという問題があった。
【0009】
特に窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスは、300℃の体積固有抵抗が1×1010Ω・cm、400℃の体積固有抵抗が8.7×108 Ω・cmと他のセラミックスに比べて体積固有抵抗が低いため、上記問題が顕著であった。
【0010】
また、上記プラズマ発生用電極12には約20Aの大きな電流を流すため、通電端子13の抵抗を小さくするために、直径10mm以上の大きな通電端子13を用いる必要があった。そのため、金属製の通電端子13とセラミックス製の板状体11との熱膨張差による応力が大きくなり、通電端子13のロウ付け後や使用時の温度変化に伴ってセラミックス製板状体11側にクラックが入りやすいという問題もあった。
【0011】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、ウェハの載置面を備えたセラミック製板状体の内部に発熱抵抗体とプラズマ発生用電極を埋設し、両者の間に漏れ電流防止層を備えてウェハ保持部材を構成したことを特徴とする。
【0012】
また、本発明は、ウェハの載置面を備えたセラミック製板状体の内部に発熱抵抗体を埋設し、該発熱抵抗体と板状体の表面との間に漏れ電流防止層を備えてウェハ保持部材を構成したことを特徴とする。
【0013】
このように本発明では、発熱抵抗体とプラズマ発生用電極との間や、発熱抵抗体と板状体の表面との間に漏れ電流防止層を備えて、上記漏れ電流を防止するようにしたものである。なお、ここで漏れ電流防止層を備えるとは、漏れ電流が流れないような高抵抗層を備えることを意味し、具体的にはそれぞれの間の距離をある一定以上に大きくしたり、あるいは別材質の絶縁層を備えることを言う。
【0014】
また、本発明ではウェハの載置面を備えたセラミック製板状体の内部にプラズマ発生用電極を埋設し、該プラズマ発生用電極への通電端子に応力緩和部を備えてウェハ保持部材を構成したことを特徴とする。
【0015】
さらに、本発明ではウェハの載置面を備えたセラミック製板状体の内部にプラズマ発生用電極を埋設し、該プラズマ発生用電極への通電端子と板状体に形成した座ぐり部との間をロウ付けして接合してウェハ保持部材を構成したことを特徴とする。
【0016】
このように、通電端子に応力緩和部を備えたり、通電端子を座ぐり部でロウ付けしてメニスカスを形成することによって、セラミックス製板状体と金属製通電端子との熱膨張による応力を緩和し、クラックの発生を防止するようにしたものである。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下本発明のウェハ保持部材の実施形態をサセプターを例にとって図によって説明する。
【0018】
図1に示す保持部材は、セラミックスからなる円板状の板状体11の表面をウェハの載置面11aとし、内部にプラズマ発生用電極12とその通電端子13、発熱抵抗体14とその通電端子15、15を埋設してある。
【0019】
いま、載置面11aに半導体ウェハ等のウェハ20を載置しておいて、プラズマ発生用電極12とウェハ20の上側に配置した上部電極(不図示)との間に高周波電圧を印加すればプラズマを発生させることができる。また、発熱抵抗体14に電圧を印加し発熱させることによって、ウェハ20を所定温度に加熱することができる。
【0020】
また、本発明のウェハ保持部材では、上記プラズマ発生用電極12と発熱抵抗体14の間に漏れ電流防止層を備えたことを特徴とする。ここで、漏れ電流防止層とは、プラズマ発生用電極12と発熱抵抗体14の間の漏れ電流を防止するような高抵抗層のことであり、具体的には両者間の距離d1 をある一定値以上とするか、または両者の間に板状体11を成すセラミックスよりも抵抗値の大きい絶縁層16を介在させることをいう。
【0021】
まず、プラズマ発生用電極12と発熱抵抗体14間の距離d1 (cm)を大きくする場合は、プラズマ発生用電極12に印加する電力Q(W)と板状体11を成すセラミックスの使用温度での体積固有抵抗ρ(Ω・cm)に対して、
d1 ≧3×106 ×Q/ρ
を満足するように設定すれば良い。このように距離d1 を大きくしておけば、絶縁層16を備えなくても良い。
【0022】
また、抵抗値の大きい絶縁層16を介在させる場合は、板状体11を成すセラミックスよりも抵抗値の大きいセラミックスを介在させておけば良い。例えば板状体11自体は窒化アルミニウム質セラミックスで形成し、プラズマ発生用電極12と発熱抵抗体14の間に、窒化アルミニウムよりも抵抗値の大きい窒化珪素質セラミックスからなる絶縁層16を介在させておけば良い。
【0023】
このように、プラズマ発生用電極12と発熱抵抗体14の間に漏れ電流防止層を備えることによって、プラズマ発生用電極12に印加した高周波電圧の漏れ電流が発熱抵抗体14に伝わることを防止することができる。
【0024】
また、本発明では、発熱抵抗体14と板状体11の下面11bとの間にも漏れ電流防止層を備えたことを特徴とする。この漏れ電流防止層とは、発熱抵抗体14と下面11bとの間の漏れ電流を防止するような高抵抗層のことであり、具体的には両者間の距離d2 をある一定値以上とするか、または両者の間に板状体11を成すセラミックスよりも抵抗値の大きい絶縁層を介在させることをいう。
【0025】
まず、発熱抵抗体14と下面11b間の距離d2 を大きくする場合は、この距離d2 を0.1mm以上、好ましくは0.5mm以上、さらに好ましくは1mm以上とすれば良い。
【0026】
また、より抵抗値の大きい絶縁層を介在させる場合は、板状体11を成すセラミックスよりも抵抗値の大きいセラミックスを備えておけば良い。この場合の実施形態を図2に示すように、例えば板状体11を窒化アルミニウム質セラミックスで形成しておいて、その下面11b側にアルミナセラミックスや窒化珪素質セラミックス等の体積固有抵抗の大きい絶縁層16を備えれば良い。この絶縁層16は、グリーンシートの段階で積層し同時焼成したり、あるいは別体で作製しておいて接合すれば良い。
【0027】
また、板状体11を成す窒化アルミニウム質セラミックスは焼成時に発熱抵抗体14の金属成分が拡散して抵抗値が低下することから、このような金属拡散の生じない窒化アルミニウム質セラミックスを別体で作製しておいて絶縁層16として接合することもできる。
【0028】
なお絶縁層16を成すセラミックスとしては、室温で50W/m・K以上、500℃で30W/m・K以上の熱伝導率を有する高熱伝導率の窒化珪素質セラミックスが好適である。
【0029】
このように、発熱抵抗体14と下面11bの間に漏れ電流防止層を備えることによって、発熱抵抗体14に印加した電圧の漏れ電流が下面11bを通じて保持部材を支持する金属板に伝わることを防止することができる。
【0030】
なお、図2では、板状体11の内部にプラズマ発生用電極を備えず、発熱抵抗体14を下面11b側に備えたため、下面11b側に漏れ電流防止層を備えたが、要するに発熱抵抗体14とこれに最も近い板状体11の表面との間に漏れ電流防止層を備えれば良い。
【0031】
また、上記板状体11を成すセラミックスとしては、Al2 O3 、AlN、ZrO2 、SiC、Si3 N4 等の一種以上を主成分とするセラミックスを用いる。中でも特に耐プラズマ性の点から、99重量%以上のAl2 O3 を主成分とし、SiO2 、MgO、CaO等の焼結助剤を含有するアルミナセラミックスや、AlNを主成分とし周期律表第2a族元素酸化物や第3a族元素酸化物を0.5〜20重量%の範囲で含有する窒化アルミニウム質セラミックス、あるいは99重量%以上のAlNを主成分とする高純度窒化アルミニウム質セラミックスのいずれかが好適である。
【0032】
さらに、上記プラズマ発生用電極12や発熱抵抗体14は、W,Mo等の高融点金属からなるものであり、例えば上記セラミックスのグリーンシート上にこれらの高融点金属ペーストを塗布して、他のセラミックスグリーンシートを積層し一体焼成することによって、本発明のウェハ保持部材を製造することができる。
【0033】
また、上記通電端子13、15は金属からなる柱状体であり、板状体11の下面11b側に形成した挿入孔に挿入してプラズマ発生用電極12や発熱抵抗体14に導通させ、ロウ材等で接合したものである。
【0034】
このうち、特にプラズマ発生用電極12への通電端子13は、例えば13.56MHzの高周波で約20Aの大電流を流すが、この電流は主に通電端子13の表面を流れることになる。そのため、通電端子13での抵抗を小さくするためにできるだけ表面積を大きくし、しかもセラミックス製の板状体11との熱膨張差による悪影響を防止できるように応力緩和部を形成してある。
【0035】
具体的には、図3(a)に示すように通電端子13に貫通孔13aを形成したり、図3(b)に示すように通電端子13の一方端側にスリット13bを形成してある。そのため、この保持部材を使用する際に温度変化が生じて、セラミックス製板状体11との熱膨張差に基づく応力が生じても、金属製通電端子13の貫通孔13aやスリット13bが応力緩和部として作用するため、セラミックス製板状体11にクラック等が生じることを防止できる。
【0036】
また、これらの貫通孔13aやスリット13bを備えることによって、高周波電流の流れる表面積を増大できるため、通電端子13自体を小型化しても抵抗値を小さくできる。例えば、中実の円柱状体の通電端子13の場合、13.56MHzで20Aの電流を流すためには直径10mm以上とする必要があるが、図3(a)に示す通電端子13の場合は、外径6mm、内径4mm程度で良く、小型化することができる。
【0037】
なお、発熱抵抗体14への通電端子15についても、同様に応力緩和部を形成しておけば好適である。また、これらの通電端子13、15には、給電端子を接続できるようにネジ孔を形成することもできる。
【0038】
次に、上記通電端子13の接合構造を説明する。図4(a)に示すように、板状体11の下面11b側において、通電端子13の挿入孔11dの周囲に座ぐり11cを形成してある。そして、挿入孔11dに通電端子13を挿入し、通電端子13と挿入孔11dの間及び座ぐり11cにロウ材17を介在させてロウ付けにより接合してある。なお、図4(b)に示すように、座ぐり11cをテーパ状として、この座ぐり11cにロウ材17を介在させることもできる。
【0039】
ここで、座ぐり11cのロウ材17は、周辺部にむかって厚みが小さくなるような滑らかな円弧状のメニスカスとなっている。そのため、セラミックス製板状体11と金属製通電端子13との熱膨張差により生じた応力を徐々に緩和することができるのである。なお、このような応力緩和作用を成すためには、上記メニスカスを成すロウ材17の周辺部の角度αを60°以下と小さくしておくことが好ましい。
【0040】
また、発熱抵抗体14側の通電端子15についても、上記と同様の接合構造とすることができる。
【0041】
なお、上記図1〜4に示した例では、サセプター型のウェハ保持部材について説明したが、上記板状体11に静電電極を埋設して静電チャック型のウェハ保持部材とすることもできる。
【0042】
また、本発明のウェハ保持部材は、半導体の製造工程におけるプラズマCVD、減圧CVD、PVD、プラズマエッチング等の高周波プラズマを用いる工程において半導体ウェハを保持する際に好適に使用することができるが、この他に液晶の製造工程における液晶用ガラスの保持など、さまざまな用途に使用することができる。
【0043】
【実施例】
本発明実施例として、図1に示すウェハ保持装置を部材した。
【0044】
高純度の窒化アルミニウム粉末に溶媒とバインダーを添加してスラリーを作製し、ドクターブレード法等のテープ成形法によりグリーンシートを複数枚成形した。このうち一枚のグリーンシートにスクリーン印刷法によって、窒化アルミニウム粉末を添加したタングステンペーストを印刷してプラズマ発生用電極12や発熱抵抗体14を形成し、これを覆うように他のグリーンシートを積層して50℃、30kg/cm2 程度の圧力で熱圧着することにより積層体を形成した。これを切削加工して円板状とした後、真空脱脂し、続いて2000℃程度の温度で還元焼成し、研削加工を施すことにより、内部にプラズマ発生用電極12と発熱抵抗体14を備えた板状体11からなるウェハ保持部材を得た。
【0045】
ここで、プラズマ発生用電極12と発熱抵抗体14間の距離d1 の異なる試料を作製し、それぞれ異なる温度で、プラズマ発生用電極12には2kWの電力を印加したときに、プラズマ発生用電極12からの漏れ電流によって発熱抵抗体14側の制御が不可能になるかどうかを調べた。
【0046】
その結果は表1に示す通りである。この結果より、温度が高くなるほど板状体11を成す窒化アルミニウム質セラミックスの体積固有抵抗が低下するため、距離d1 を大きくしなければ発熱抵抗体14の制御が不可能となることが判った。そして、発熱抵抗体14の制御を可能とするためには、プラズマ発生用電極12に印加する電力Q(W)と板状体11を成すセラミックスの使用温度での体積固有抵抗ρ(Ω・cm)に対して、
d1 ≧3×106 ×Q/ρ
とすれば良いことがわかった。
【0047】
【表1】
【0048】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、ウェハの載置面を備えたセラミック製板状体の内部に発熱抵抗体とプラズマ発生用電極を埋設し、両者の間に漏れ電流防止層を備えてウェハ保持部材を構成したことによって、プラズマ発生用電極への印加電圧による漏れ電流が発熱抵抗体に伝わることを防止し、発熱抵抗体の制御に悪影響を及ぼすことを防止できる。
【0049】
また、本発明は、ウェハの載置面を備えたセラミック製板状体の内部に発熱抵抗体を埋設し、該発熱抵抗体と板状体の表面との間に漏れ電流防止層を備えてウェハ保持部材を構成したことによって、発熱抵抗体への印加電圧が板状体の表面を通じて外部に漏れることを防止し、発熱抵抗体の制御に悪影響を及ぼすことを防止できる。
【0050】
さらに、本発明によれば、ウェハの載置面を備えたセラミック製板状体の内部にプラズマ発生用電極を埋設し、該プラズマ発生用電極への通電端子に応力緩和部を備えてウェハ保持部材を構成したことによって、ロウ付け時や使用時において温度変化が生じても、セラミックス製板状体と金属製通電端子との熱膨張差による応力を緩和し、板状体にクラックが生じることを防止できる。
【0051】
また、本発明ではウェハの載置面を備えたセラミック製板状体の内部にプラズマ発生用電極を埋設し、該プラズマ発生用電極への通電端子と板状体に形成した座ぐり部との間をロウ付けして接合してウェハ保持部材を構成したことによって、セラミックス製板状体と金属製通電端子との熱膨張による応力を緩和し、板状体にクラックが生じることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のウェハ保持部材を示す断面図である。
【図2】本発明のウェハ保持部材の他の実施形態を示す断面図である。
【図3】(a)(b)は本発明のウェハ保持部材に用いる通電端子を示す斜視図である。
【図4】(a)(b)は本発明のウェハ保持部材における通電端子の接合構造を示す部分断面図である。
【図5】従来のウェハ保持部材を示す断面図である。
【符号の説明】
11:板状体
11a:載置面
11b:下面
11c:座ぐり
11d:挿入孔
12:プラズマ発生用電極
13:通電端子
13a:貫通孔
13b:スリット
14:発熱抵抗体
15:通電端子
16:絶縁層
17:ロウ材
20:ウェハ
Claims (3)
- ウェハの載置面を備えたセラミック製板状体の内部にプラズマ発生用電極を埋設し、該プラズマ発生用電極への通電端子に応力緩和部を備え上記プラズマ発生用電極への通電端子と上記セラミック製板状体に形成した座ぐり部との間をロウ付けして接合したことを特徴とするウェハ保持部材。
- 上記セラミック製板状体の内部に発熱抵抗体を埋設し、該発熱抵抗体と上記プラズマ発生用電極との間に漏れ電流防止層を備えたことを特徴とする請求項1記載のウェハ保持部材。
- 上記セラミック製板状体の内部に発熱抵抗体を埋設し、該発熱抵抗体と板状体の表面との間に漏れ電流防止層を備えたことを特徴とする請求項1記載のウェハ保持部材。
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