JP3771722B2 - ウエハ支持部材 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリング、ＰＶＤ、ＣＶＤ等の成膜装置やエッチング装置に使用される半導体ウエハ等のウエハを支持するサセプタや静電チャックなどのウエハ支持部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造工程におけるスパッタリング、ＰＶＤ、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、光ＣＶＤなどの成膜装置やプラズマエッチング、光エッチングなどのエッチング装置においては、半導体ウエハを支持するためにサセプタや静電チャックなどのウエハ支持部材が用いられている。
【０００３】
例えば、図７に示すウエハ支持部材２１はヒータ内蔵型サセプタで、円盤状をした板状セラミック体２２からなり、その上面を半導体ウエハＷの載置面２３とするとともに、内部にヒータ電極用としての内部電極２４を埋設してなり、上記板状セラミック体２２の下面に穿孔された下穴２２ａにロウ付け固定してなる金属製の給電端子２５を介して内部電極２４へ通電するようになっていた。
【０００４】
また、図８に示すウエハ支持部材３１はヒータ内蔵型静電チャックで、円盤状をした板状セラミック体３２からなり、その上面を半導体ウエハＷの載置面３３とするとともに、内部の載置面３３側に静電吸着用としての内部電極３６を、載置面３３と反対側にヒータ電極用としての内部電極３４をそれぞれ埋設してなり、上記板状セラミック体３３の下面に穿孔された下穴３２ａ，３２ｂにロウ付け固定してなる金属製の給電端子３５，３７を介してそれぞれの内部電極３４，３６へ通電するようになっていた。
【０００５】
なお、図７及び図８に示すウエハ支持部材２１，３１おける給電端子２５，３５，３７には、いずれもロウ付け時の残留応力を緩和するために外径が２〜１５ｍｍ程度の中実の円柱状をしたものが使用され、板状セラミック体２２，３２の下穴２２ａ，３２ａ，３２ｂは内部電極２４，３４，３６を貫通してそれぞれ穿孔されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、成膜装置やエッチング装置では、図７及び図８に示すウエハ支持部材２１，３１の内部電極２４，３４に通電し、１００〜３００℃、さらには５００℃程度の高温に半導体ウエハＷを加熱した状態で各種処理が行われるのであるが、ウエハ支持部材２１，３１には常温から各種処理温度の範囲で熱サイクルが加わることになる。
【０００７】
そして、このような温度範囲での熱サイクルが繰り返し加わると、給電端子２５，３５，３７と板状セラミック体２２，３２との間の熱膨張差に伴う熱応力が下穴２２ａ，３２ａ，３２ｂに集中し、板状セラミック体２２，３２にクラックが発生してウエハ支持部材２１，３１が破損するといった課題があった。
【０００８】
そこで、本件出願人は図９に示すように、給電端子４５の接合側の端面に凹部４５ａを設けるとともに、この凹部４５ａに板状セラミック体２２（３２）と同程度の熱膨張係数を有するセラミック製の応力緩和材４８を挿嵌することにより、給電端子４５の熱膨張に伴う変形を板状セラミック体２２（３２）と応力緩和材４８とで拘束して防ぐとともに、下穴２２ａ（３２ａ，３２ｂ）に集中する熱応力を緩和し、板状セラミック体２２（３２）の破損を防ぐことを先に提案した。
【０００９】
しかしながら、近年、半導体ウエハＷに成膜する膜材質の多様化により、これまで使用されていたＷ膜以外に、Ｔｉ膜、ＳｉＯ2 膜、ＷＳｉX 膜などが使用されるようになり、これに伴いこれまで処理温度が５００℃程度であったものが５５０℃〜９００℃の処理温度で成膜することが要求されており、このような高温域になると急速な昇温や冷却の繰り返しに伴う熱サイクルによって図９に示すような構造を採用したとしても板状セラミック体２２（３２）と給電端子４５との間の熱膨張差に伴う熱応力を十分に緩和しきれず、ロウ材ｑが板状セラミック体２２（３２）の下穴２２ａ（３２ａ，３２ｂ）から剥離し、その部分の抵抗値が部分的に大きくなるために、ロウ材ｑが剥離した部位において局部的な異常発熱を起こすといった結果があった。特に、ロウ材ｑの剥離が下穴２２ａ（３２ａ，３２ｂ）に露出する内部電極２４（３４，３６）との間で起こると異常発熱によって内部電極２４（３４，３６）が断線するといった課題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、内部電極を埋設してなる板状セラミック体の上面をウエハの載置面とし、上記板状セラミック体の下面に上記内部電極を貫通する下穴を備え、該下穴に給電端子をロウ付けしてなるウエハ支持部材において、上記給電端子の接合側の端面に凹部を設け、該凹部に上記板状セラミック体との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃以下でかつ上記給電端子の接合側の端面より部分的に突き出た突出部を有する応力緩和材を挿嵌せしめ、上記給電端子を上記板状セラミック体の上記下穴にロウ付け固定するとともに、上記応力緩和材の上記突出部を上記下穴より露出する上記内部電極の露出部ともロウ付け固定し、さらに上記応力緩和材を絶縁性セラミックスにより形成するとともに、その内部に導体層を埋設し、該導体層の一部を上記突出部の側面より露出させるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記板状セラミック体に穿孔された下穴の入口から応力緩和材の先端面までの距離を３ｍｍ以下とし、板状セラミック体の下穴入口部における破損を防ぐようにしたものである。
【００１２】
さらに、本発明は、上記応力緩和材を絶縁性セラミックスにより形成するとともに、その内部に導体層を埋設し、該導体層の一部を突出部の側面より露出させるようにすることで、大電流が流れた際に下穴に露出する内部電極近傍が局部的に発熱することを抑え、載置面の温度がばらつくことを防ぐようにしたものである。
【００１３】
また、本発明は、上記給電端子にＡｕ−Ｎｉ系ロウ材を被覆することで、給電端子の耐酸化性を高めたものである。
【００１４】
【作用】
本発明のウエハ支持部材によれば、給電端子の接合側の端面に凹部を設けることによって上記凹部を構成する薄肉部の厚み幅を極力薄くし、板状セラミック体との熱膨張差に伴う熱応力を緩和することができるため、板状セラミック体の割れを防ぐことができる。また、給電端子の凹部には板状セラミック体との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃以下である応力緩和材を挿嵌し、給電端子の薄肉部を板状セラミック体と応力緩和材とで挾持するようにしてあることから、給電端子が変形することによる導通不良を極力防ぐことができる。
【００１５】
さらに、上記応力緩和材には給電端子の接合側の端面より部分的に突き出た突出部を設け、この突出部と板状セラミック体の下穴に露出する内部電極の露出部とを直接ロウ付け固定するようにしたことから、ウエハ支持部材を５５０℃以上の高温に加熱しても内部電極の露出部に加わる熱応力が小さく、この内部電極の露出部近傍におけるロウ材の剥離を生じることがない。その為、内部電極の露出部における局部的な異常発熱がなく、内部電極を断線させることがない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明のウエハ支持部材をヒータ内蔵型サセプタとして用いた例を示す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はＸ−Ｘ線断面図である。
【００１７】
このウエハ支持部材１は、円盤状をした板状セラミック体２からなり、その上面を半導体ウエハＷの載置面３とするとともに、内部にヒータ電極用としての内部電極４を埋設したもので、上記板状セラミック体２の下面には上記内部電極４を貫通する２つの下穴２ａを穿孔してあり、これら２つの下穴２ａにロウ付け固定した給電端子５を介して上記内部電極４へ通電するようにしてある。そして、このウエハ支持部材１を作動させるには、半導体ウエハＷを載置面３に載せた状態で内部電極４に通電してウエハ支持部材１を加熱することにより半導体ウエハＷを所定の処理温度に加熱するようになっている。
【００１８】
一方、図２は本発明のウエハ支持部材をヒータ内蔵型静電チャックとして用いた例を示す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はＹ−Ｙ線断面図である。
【００１９】
このウエハ支持部材１１は、円盤状をした板状セラミック体１２からなり、その上面を半導体ウエハＷの載置面１３とするとともに、内部の載置面１３側に静電吸着用としての内部電極１６を、載置面１３と反対側にヒータ電極用としての内部電極１４をそれぞれ埋設したもので、上記板状セラミック体１２の下面には上記内部電極１６を貫通する１つの下穴１２ｂと、内部電極１４を貫通する２つの下穴１２ａをそれぞれ穿孔してあり、各下穴１２ａ，１２ｂにロウ付け固定した給電端子１５，１７を介して上記内部電極１４，１５へそれぞれ通電するようにしてある。そして、このウエハ支持部材１１を作動させるには、半導体ウエハＷを載置面１３に載置し、半導体ウエハＷと内部電極１６との間に通電して誘電分極によるクーロン力や微少な漏れ電流によるジョンソン・ラーベック力を発現させ、半導体ウエハＷを載置面１３に吸着固定するとともに、この状態で内部電極１４に通電してウエハ支持部材１１を加熱することにより半導体ウエハＷを所定の処理温度に加熱するようになっている。
【００２０】
このようなウエハ支持部材１，１１を構成する板状セラミック体２，１２の材質としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素のいずれか一種を主成分とするセラミックスを用いることができ、これらの中でも特に、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を主成分とし、シリカ（ＳｉＯ2 ）、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）等の焼結助剤を１重量％以下の範囲で含有するアルミナセラミックスや、アルミナ含有量が９９．８重量％以上の高純度アルミナセラミックス、あるいは窒化アルミニウムを主成分とし、Ｙ2 Ｏ3 あるいはＥｒ2 Ｏ3 などの希土類元素の酸化物をｌ〜９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、さらには窒化アルミニウム含有量が９９．８重量％以上の高純度窒化アルミニウム質セラミックスは、成膜装置やエッチング装置等においてデポジッション用ガスやエッチング用ガス、あるいはクリーニング用ガスとして用いられるフッ素系や塩素系等のハロゲン系ガスに対して優れた耐食性を有するとともに、耐プラズマ性にも優れることから好適である。
【００２１】
板状セラミック体２，１２中に埋設する内部電極４，１４，１６の材質としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、レニウム（Ｒｅ）、白金（Ｐｔ）等の高融点金属又はこれらの合金、あるいはタングステンカーバイト（ＷＣ）や窒化チタン（ＴｉＮ）などの周期律表第４ａ族、第５ａ族、第６ａ族元素の炭化物又は窒化物を用いることができる。
【００２２】
なお、板状セラミック体２，１２の形状としては円盤状をしたものだけに限らず、四角形や六角形など多角形をしたものや楕円状をしたものなどどのような形状をしたものでも良く、また、板状セラミック体２，１２中に埋設する内部電極４，１４，１６の形態としては、印刷等の手段による膜状をしたものや線材のいずれであっても構わない。
【００２３】
ところで、図１や図２に示すウエハ支持部材１，１１において、板状セラミック体２，１２への給電端子５，１５，１７の接合は、例えば、図３に示すような円柱状をした給電端子５（１５，１７）の接合側の端面に、断面形状が円形をした凹部５ａ（１５ａ，１７ａ）を設け、この凹部５ａ（１５ａ，１７ａ）に前記板状セラミック体２，１２との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃以下でかつ上記給電端子５（１５，１７）の接合側の端面より突き出た突出部８ｂ（１８ｂ，１９ｂ）を有する応力緩和部材８（１８，１９）を挿嵌する。この応力緩和部材８（１８，１９）の突出部８ｂ（１８ｂ，１９ｂ）は、給電端子５（１５，１７）の外径とほぼ同径としてあり、先端部８ａ（１８ａ，１９ａ）は突出部８ｂ（１８ｂ，１９ｂ）より小径でかつ給電端子５（１５，１７）の凹部５ａ（１５ａ，１７ａ）に係合するような外形状としてある。
【００２４】
そして、図４に示すように、板状セラミック体２，１２の下穴２ａ（１２ａ，１２ｂ）の内壁面にロウ材ｑを塗布しておき、応力緩和部材８（１８，１９）を挿嵌した給電端子５（１５，１７）を挿入したあと熱処理を加えてロウ付け固定するのであるが、この時、下穴２ａ（１２ａ，１２ｂ）と給電端子５（１５，１７）とをロウ付け固定するとともに、下穴２ａ（１２ａ，１２ｂ）に露出する内部電極４（１４，１６）の露出部４ａ（１４ａ，１６ａ）と応力緩和部材８（１８，１９）の突出部８ｂ（１８ｂ，１９ｂ）ともロウ付け固定する。
【００２５】
このように、給電端子５（１５，１７）の接合側の端面に凹部５ａ（１５ａ，１７ａ）を設けることによって上記凹部５ａ（１５ａ，１７ａ）を構成する薄肉部５ｂ（１５ｂ，１７ｂ）の厚み幅ｔを薄くすることができるため、加熱や冷却の繰り返しにより熱膨張差に伴う熱応力が板状セラミック体２，１２に加わったとしても、その熱応力を緩和し、板状セラミック体２，１２の割れを防ぐことができる。
【００２６】
また、給電端子５（１５，１７）に凹部５ａ（１５ａ，１７ａ）を設けただけでは、給電端子５（１５，１７）の薄肉部５ｂ（１５ｂ，１７ｂ）が内側に変形することによりロウ材ｑが剥離し、導体不良を生じる恐れがあるが、上記給電端子５（１５，１７）の凹部５ａ（１５ａ，１７ａ）には、前記板状セラミック体２，１２との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃以下である応力緩和部材８（１８，１９）を挿嵌してあることから、給電端子５（１５，１７）の薄肉部５ｂ（１５ｂ，１７ｂ）が変形しようとするのを板状セラミック体２，１２と応力緩和材８（１８，１９）とで挾持して拘束することができるため、導通不良の発生を極力抑えることができる。
【００２７】
さらに、処理温度が５５０℃以上となると、給電端子５（１５，１７）の凹部５ａ（１５ａ，１７ａ）に応力緩和部材８（１８，１９）を挿嵌した構造としても板状セラミック体２，１２と給電端子５（１５，１７）との間に働く熱応力を十分に緩和することができず、その結果、ロウ材ｑが下穴２ａ（１２ａ，１２ｂ）から剥離して部分的に抵抗値が高くなり、局部的に異常発熱する。特に、厚みの薄い内部電極４（１４，１６）の露出部４ａ（１４ａ，１６ａ）でロウ材ｑの剥離が生じると、異常発熱によって内部電極４（１４，１６）が断線する恐れがあるが、内部電極４，１４，１６の露出部４ａ（１４ａ，１６ａ）は、板状セラミック体２，１２と近似した熱膨張係数を有する応力緩和材８（１８，１９）の突出部８ｂ（１８ｂ，１９ｂ）と直接ロウ付けし、その間に給電端子５（１５，１７）が介在しない構造としたことから、内部電極４（１４，１６）の露出部４ａ（１４ａ，１６ａ）に加わる熱応力をさらに小さくし、この露出部４ａ（１４ａ，１６ａ）でのロウ材ｑの剥離を防ぐことができる。その為、内部電極４（１４，１６）の露出部４ａ（１４ａ，１６ａ）において局部的な異常発熱を生じることがなく、内部電極４（１４，１６）を断線させることがないため、５５０℃以上の温度域でも常に安定した導通を図ることができる。なお、給電端子５（１５，１７）の薄肉部５ｂ（１５ｂ，１７ｂ）の厚みｔが厚すぎると熱応力を緩和する効果が小さいため、その厚みｔは給電端子５（１５，１７）の直径Ｌに対して０．２倍以下とすることが良い。
【００２８】
さらに、応力緩和部材８（１８，１９）の先端部８ａ（１８ａ，１９ａ）はできるだけ長くした方が良い。即ち、応力緩和部材８（１８，１９）の先端部８ａ（１８ａ，１９ａ）が、板状セラミック体２（１２）の下穴２ａ（１２ａ，１２ｂ）内にある状態では、下穴２ａ（１２ａ，１２ｂ）の入口に作用する熱応力が大きくなるため、クラックは発生して破損する恐れがあるからであり、下穴２ａ（１２ａ，１２ｂ）の入口から応力緩和材８（１８，１９）の先端面までの距離Ｌで３ｍｍ以下、好ましくは応力緩和材８（１８，１９）の先端部８ａ（１８ａ，１９ａ）が下穴２ａ（１２ａ，１２ｂ）から突き出るように構成することが良い。
【００２９】
ただし、図４に示す構造としても、応力緩和部材８（１８，１９）として、板状セラミック体２，１２との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃より大きいものを用いると、ロウ付け直後や通電後の冷却時において、応力緩和部材８（１８，１９）と給電端子５（１５，１７）の薄肉部５ｂ（１５ｂ，１７ｂ）とが収縮し、給電端子５（１５，１７）の薄肉部５ｂ（１５ｂ，１７ｂ）が内側へ変形しようとするのを拘束する効果が小さくなるため、ロウ材ｑが剥離して局部的な異常発熱を生じる恐れがある。
【００３０】
その為、応力緩和部材８（１８，１９）は板状セラミック体２（１２）との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃以下である材質により形成する必要がある。なお、ここで板状セラミック体２（１２）との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃以下であるとは、応力緩和部材８（１８，１９）の熱膨張係数が板状セラミック体２（１２）の熱膨張係数に２．９×１０-6／℃を加えた値より小さいことを言う。このような材質としては、板状セラミック体２（１２）と同様にアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素のいずれか一種を主成分とするセラミックスや超硬合金を用いることができ、好ましくは板状セラミック体２（１２）と同じ主成分を有するセラミックス、望ましくは板状セラミック体２（１２）と同組成のセラミックスを用いることが良い。
【００３１】
ところで、給電端子５（１５，１７）を構成する材質としては、ステンレス、インコネル、ニッケル、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金を用いることができ、特に耐酸化性が要求されるような場合には、Ａｕ−Ｎｉ系ロウ材を給電端子５（１５，１７）に被覆することで、耐久性を高めることができる。なお、図３，４では給電端子５（１５，１７）として外形状が円形をしたものを示したが、これに限らず、四角形や三角形など多角形をしたもの、あるいは楕円状をしたもの、さらには半円状をしたものなどどのような外形状をしたものでも構わない。
【００３２】
また、板状セラミック体２（１２）と給電端子５（１５，１７）とを接合するロウ材ｑとしては、高温域中で溶融、液化しないものを用いる必要があり、Ａｇ−Ｃｕ系やＴｉ−Ｃｕ−Ａｇ系のロウ材ｑや、６００℃以上の高温域中で使用する場合には、Ａｕ−Ｎｉ−Ｖ系のロウ材ｑが耐酸化性に優れることから好適である。
【００３３】
次に、本発明の応用例について説明する。
【００３４】
図５は図１や図２に示すウエハ支持部材１，１１にプラズマ発生用としての内部電極を埋設した時の給電端子の接合部を拡大した断面図で、図６は図５に用いた応力緩和材５８を示す斜視図であり、基本的には図４と同様の構造をしたものであるが、応力緩和材５８の内部に導体層５９を埋設するとともに、該導体層５９の一部を突出部５８ｂの側面と先端部５８ａの側面より部分的に露出させてある。そして、上記突出部５８ｂの側面より露出する導体層５９と、板状セラミック体２（１２）の下穴５２ａに露出するプラズマ発生用としての内部電極５４とがロウ付け固定されるように構成する。
【００３５】
即ち、プラズマを発生させる場合、給電端子５５に３０アンペア程度の大電流を流す必要があるが、図４に示す構造にこのような大電流を流すと、応力緩和材５８の表面だけに電流が流れ、内部電極５４を断線させるまでには至らないものの、異常発熱するために載置面３，１３を均一に加熱することができなくなる。これに対して図６に示すように、応力緩和材５８中に導体層５９を埋設し、その一部を突出部５８ｂの側面より露出させてロウ材ｑと接触させることで、応力緩和材５８中の導体層５９を介して電流を内部電極５４に印加することができるため、この接合部での異常発熱を抑え、載置面３，１３の温度分布を均一にすることができる。
【００３６】
（実施例）
以下、図１に示す窒化アルミニウムセラミック製のウエハ支持部材１を例にとって具体的に説明する。
【００３７】
純度９９．９％の窒化アルミニウム粉末に対してバインダーと溶媒を添加混練して泥漿を作製し、ドクターブレード法にて複数枚のグリーンシートを製作した。このうち数枚のグリーンシートを積み重ねたうえに内部電極４となる導体ペーストをスクリーン印刷機にて所定のパターン形状に敷設したあと、上記パターンを覆うように残りのグリーンシートを積み重ね、熱圧着にて一体化することによりグリーンシート積層体を製作した。そして、このグリーンシート積層体に切削加工を施して円盤状に形成したあと、窒素雰囲気中にて２０１０〜２１００℃の温度で焼成することにより、ヒータ電極としての内部電極４を埋設してなり、直径約２００ｍｍ、板厚約１５ｍｍの円盤状をした板状セラミック体２を得た。また、同様の方法により焼成した窒化アルミニウムセラミックスをＩＣＰ−ＡＥＳ（Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy)によって測定したところ、窒化アルミニウムの含有量が９９．８重量％である高純度窒化アルミニウムセラミックスからなることが判った。
【００３８】
次に、得られた板状セラミック体２の一方の主面に研磨加工を施して半導体ウエハＷの載置面３とするとともに、板状セラミック体２の他方の主面にドリルでもって内部電極４を貫通する２つの下穴２ａを穿設し、この下穴２ａの内壁面にロウ材ｑを塗布した。なお、ロウ材ｑにはＡｕ（８２重量％）−Ｎｉ（１８重量％）−Ｖ（３重量％）系のロウを用いた。
【００３９】
一方、上記板状セラミック体２の下穴２ａとほぼ同径の円柱状をなし、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金からなる給電端子５と、板状セラミック体２と同一組成の高純度窒化アルミニウムセラミックスからなり、先端部８ｂと突出部８ａとが一体的に形成された応力緩和材８を用意し、上記給電端子５の一方の端面に凹部５ａを形成したあと、該凹部５ａに応力緩和材８の先端部８ｂを挿嵌した給電端子５を板状セラミック体２の下穴２ａに挿入し、応力緩和材８の突出部８ａを下穴２ａに露出する内部電極４の露出部４ａと位置合わせした状態で１０５０℃、１０-5ｔｏｒｒの真空中で１０分間熱処理を加えることにより給電端子５をロウ付け固定してウエハ支持部材１を製作した。
【００４０】
そこで、このウエハ支持部材１の給電端子５間に交流電圧を印加して載置面３の最高温度が８５０℃となるように加熱し、この温度で１０分間保持したあと、冷風機で常温まで急冷させる熱サイクル試験を繰り返し、異常発熱の有無、内部電極４の断線の有無、及び板状セラミック体２の破損の有無をそれぞれ調べる実験を行った。なお、異常発熱の判断は、異常発熱が発生すると載置面３の温度バラツキが大きくなることから、温度バラツキが±５％以上となった時を異常発熱有りとした。
【００４１】
この結果、２００回の熱サイクル試験においても板状セラミック体２の破損は見られず、また、内部電極４の断線もなかった。しかも、載置面３の温度バラツキが常に±２％以下と安定した温度分布が得られ、異常発熱もなかった。
【００４２】
（実験例１）
ここで、実施例におけるウエハ支持部材１において、応力緩和材８の材質を変えて実施例と同様の熱サイクル試験を施し、異常発熱の有無と内部電極４の断線の有無を調べる実験を行った。なお、応力緩和材８の材質を変える以外、他の条件は実施例と同じ条件にて行った。また、本件出願人が先に提案した図９に示す構造を持ったウエハ支持部材２１も試作し、これについても実験を行った。
【００４３】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００４４】
【表１】
【００４５】
この結果、本件出願人が先に提案した図９に示す構造のものは、５０回程度では内部電極４の断線は見られなかった。ただし、２０個中１０個において異常発熱が見られ、２００回の熱サイクル試験を行うまえに全てのウエハ支持部材２１において内部電極４が断線した。
【００４６】
また、図４に示す構造のうち、応力緩和材としてベリリアを用いたものでは、板状セラミック体２との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃より大きいため、５０回の熱サイクル試験により２０個中８個において異常発熱が見られ、２００回の熱サイクル試験では全てのウエハ支持部材２１において異常発熱が見られた。
【００４７】
これに対し、応力緩和材としてアルミナ、超硬合金、窒化珪素、スポジュメンを用いたものはいずれも板状セラミック体２との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃以下の範囲にあるため、応力緩和材として窒化アルミニウムを用いた時と同様に、２００回の熱サイクル試験においても内部電極４の断線がなく、また、載置面３の温度バラツキが常に±２％以下と安定した温度分布が得られ、異常発熱も見られなかった。
【００４８】
（実験例２）
次に、実施例におけるウエハ支持部材１において、板状セラミック体２の下穴２ａの入口から応力緩和材８の先端面までの距離を異ならせて実施例と同様の熱サイクル試験を施し、異常発熱の有無と板状セラミック体２の破損の有無を調べる実験を行った。なお、給電端子５に形成する凹部５ａの深さと応力緩和材８の先端部８ａの長さを変える以外、他の条件は実施例と同じ条件にて行った。
【００４９】
それぞれの結果は表２に示す通りである。
【００５０】
【表２】
【００５１】
この結果、距離Ｌが０〜５ｍｍの範囲においては２００回の熱サイクル試験でも異常発熱は見られなかった。ただし、距離Ｌが４ｍｍより大きくなると、５０回の熱サイクル試験において板状セラミック体２に割れが見られ、２００回の熱サイクル試験では１０個中半分以上において板状セラミック体２に割れが発生した。
【００５２】
これに対し、距離Ｌが０〜３ｍｍの範囲では、２００回の熱サイクル試験でも板状セラミック体２に割れがなく、長期使用が可能であった。
【００５３】
この結果より、板状セラミック体２の下穴２ａの入口から応力緩和材８の先端面までの距離Ｌは３ｍｍ以下とすることが良いことが判る。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、内部電極を埋設してなる板状セラミック体の上面をウエハの載置面とし、上記板状セラミック体の下面に上記内部電極を貫通する下穴を備え、該下穴に給電端子をロウ付け固定してなるウエハ支持部材において、上記給電端子の接合側の端面に凹部を設け、該凹部に上記板状セラミック体との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃以下で、かつ上記給電端子の接合側の端面より部分的に突き出た突出部を有する応力緩和材を挿嵌せしめ、上記給電端子と上記板状セラミック体の上記下穴とをロウ付け固定するとともに、上記応力緩和材の上記突出部と上記下穴における上記内部電極の露出部とをロウ付け固定し、さらに上記応力緩和材を絶縁性セラミックスにより形成するとともに、その内部に導体層を埋設し、該導体層の一部を上記突出部の側面より露出させたことによって、５５０℃以上の高温に繰り返し加熱しても熱応力に伴う上記板状セラミック体の破損がなく、また、ロウ材の剥離に伴う異常発熱や上記内部電極の断線がないため、高温域において長期使用が可能な耐久性に優れた上記ウエハ支持部材を提供することができる。
【００５５】
しかも、ウエハ支持部材を構成する板状セラミック体は、フッ素系や塩素系等のハロゲン系ガスに対して優れた耐食性を有することから、半導体装置の製造工程における成膜装置やエッチング装置においても好適に使用することができる。
また、本発明は、板状セラミック体に穿孔された下穴の入口から応力緩和材の先端面までの距離を３ｍｍ以下としたことから、下穴の入口近傍に作用する熱応力を緩和し、下穴入口部の破損を防止することができる。
【００５６】
さらに、本発明は、上記応力緩和材を絶縁性セラミックスにより形成するとともに、その内部に導体層を埋設し、該導体層の一部を突出部の側面より露出させるようにしたことから、内部電極がプラズマ発生用電極であって、大電流を流したとしても板状セラミック体の下穴に露出する内部電極近傍において異常発熱することがなく、載置面の温度分布を均一化することができる。
【００５７】
また、本発明では、給電端子にＡｕ−Ｎｉ系ロウ材を被覆するようにしたことから、給電端子の耐酸化性を高め耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウエハ支持部材をヒータ内蔵型サセプタとして用いた例を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はＸ−Ｘ線断面図である。
【図２】本発明のウエハ支持部材をヒータ内蔵型静電チャックとして用いた例を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はＹ−Ｙ線断面図である。
【図３】本発明のウエハ支持部材に用いる給電端子と応力緩和材を示す斜視図である。
【図４】板状セラミック体の下穴と給電端子との接合部を拡大した断面図である。
【図５】内部電極としてプラズマ発生用電極を埋設した時の給電端子の接合部を拡大した断面図である。
【図６】図５に示す給電端子の接合部に用いる応力緩和材を示す斜視図である。
【図７】従来のウエハ支持部材をヒータ内蔵型サセプタとして用いた例を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。
【図８】従来のウエハ支持部材をヒータ内蔵型静電チャックとして用いた例を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】本件出願人が先に提案した板状セラミック体の下穴と給電端子との接合部を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１ ・・・ウエハ支持部材
２，１２，２２，３２ ・・・板状セラミック体
２ａ，１２ａ，１２ｂ，２２ａ，３２ａ，３２ｂ・・・下穴
３，１３，２３，３３ ・・・載置面
４，１４，１６，２４，３４，３６ ・・・内部電極
５，１５，１７，２５，３５，３７ ・・・給電端子
５ａ，１５ａ，１７ａ，２５ａ，３５ａ，３７ａ・・・凹部
５ｂ，１５ｂ，１７ｂ，２５ｂ，３５ｂ，３７ｂ・・・薄肉部
８，１８，１９ ・・・応力緩和材
８ａ，１８ａ，１９ａ ・・・先端部
８ｂ，１８ｂ，１９ｂ ・・・突出部
Ｗ ・・・半導体ウエハ
【発明の属する技術分野】
本発明は、スパッタリング、ＰＶＤ、ＣＶＤ等の成膜装置やエッチング装置に使用される半導体ウエハ等のウエハを支持するサセプタや静電チャックなどのウエハ支持部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体装置の製造工程におけるスパッタリング、ＰＶＤ、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、光ＣＶＤなどの成膜装置やプラズマエッチング、光エッチングなどのエッチング装置においては、半導体ウエハを支持するためにサセプタや静電チャックなどのウエハ支持部材が用いられている。
【０００３】
例えば、図７に示すウエハ支持部材２１はヒータ内蔵型サセプタで、円盤状をした板状セラミック体２２からなり、その上面を半導体ウエハＷの載置面２３とするとともに、内部にヒータ電極用としての内部電極２４を埋設してなり、上記板状セラミック体２２の下面に穿孔された下穴２２ａにロウ付け固定してなる金属製の給電端子２５を介して内部電極２４へ通電するようになっていた。
【０００４】
また、図８に示すウエハ支持部材３１はヒータ内蔵型静電チャックで、円盤状をした板状セラミック体３２からなり、その上面を半導体ウエハＷの載置面３３とするとともに、内部の載置面３３側に静電吸着用としての内部電極３６を、載置面３３と反対側にヒータ電極用としての内部電極３４をそれぞれ埋設してなり、上記板状セラミック体３３の下面に穿孔された下穴３２ａ，３２ｂにロウ付け固定してなる金属製の給電端子３５，３７を介してそれぞれの内部電極３４，３６へ通電するようになっていた。
【０００５】
なお、図７及び図８に示すウエハ支持部材２１，３１おける給電端子２５，３５，３７には、いずれもロウ付け時の残留応力を緩和するために外径が２〜１５ｍｍ程度の中実の円柱状をしたものが使用され、板状セラミック体２２，３２の下穴２２ａ，３２ａ，３２ｂは内部電極２４，３４，３６を貫通してそれぞれ穿孔されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、成膜装置やエッチング装置では、図７及び図８に示すウエハ支持部材２１，３１の内部電極２４，３４に通電し、１００〜３００℃、さらには５００℃程度の高温に半導体ウエハＷを加熱した状態で各種処理が行われるのであるが、ウエハ支持部材２１，３１には常温から各種処理温度の範囲で熱サイクルが加わることになる。
【０００７】
そして、このような温度範囲での熱サイクルが繰り返し加わると、給電端子２５，３５，３７と板状セラミック体２２，３２との間の熱膨張差に伴う熱応力が下穴２２ａ，３２ａ，３２ｂに集中し、板状セラミック体２２，３２にクラックが発生してウエハ支持部材２１，３１が破損するといった課題があった。
【０００８】
そこで、本件出願人は図９に示すように、給電端子４５の接合側の端面に凹部４５ａを設けるとともに、この凹部４５ａに板状セラミック体２２（３２）と同程度の熱膨張係数を有するセラミック製の応力緩和材４８を挿嵌することにより、給電端子４５の熱膨張に伴う変形を板状セラミック体２２（３２）と応力緩和材４８とで拘束して防ぐとともに、下穴２２ａ（３２ａ，３２ｂ）に集中する熱応力を緩和し、板状セラミック体２２（３２）の破損を防ぐことを先に提案した。
【０００９】
しかしながら、近年、半導体ウエハＷに成膜する膜材質の多様化により、これまで使用されていたＷ膜以外に、Ｔｉ膜、ＳｉＯ2 膜、ＷＳｉX 膜などが使用されるようになり、これに伴いこれまで処理温度が５００℃程度であったものが５５０℃〜９００℃の処理温度で成膜することが要求されており、このような高温域になると急速な昇温や冷却の繰り返しに伴う熱サイクルによって図９に示すような構造を採用したとしても板状セラミック体２２（３２）と給電端子４５との間の熱膨張差に伴う熱応力を十分に緩和しきれず、ロウ材ｑが板状セラミック体２２（３２）の下穴２２ａ（３２ａ，３２ｂ）から剥離し、その部分の抵抗値が部分的に大きくなるために、ロウ材ｑが剥離した部位において局部的な異常発熱を起こすといった結果があった。特に、ロウ材ｑの剥離が下穴２２ａ（３２ａ，３２ｂ）に露出する内部電極２４（３４，３６）との間で起こると異常発熱によって内部電極２４（３４，３６）が断線するといった課題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は上記課題に鑑み、内部電極を埋設してなる板状セラミック体の上面をウエハの載置面とし、上記板状セラミック体の下面に上記内部電極を貫通する下穴を備え、該下穴に給電端子をロウ付けしてなるウエハ支持部材において、上記給電端子の接合側の端面に凹部を設け、該凹部に上記板状セラミック体との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃以下でかつ上記給電端子の接合側の端面より部分的に突き出た突出部を有する応力緩和材を挿嵌せしめ、上記給電端子を上記板状セラミック体の上記下穴にロウ付け固定するとともに、上記応力緩和材の上記突出部を上記下穴より露出する上記内部電極の露出部ともロウ付け固定し、さらに上記応力緩和材を絶縁性セラミックスにより形成するとともに、その内部に導体層を埋設し、該導体層の一部を上記突出部の側面より露出させるようにしたことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、上記板状セラミック体に穿孔された下穴の入口から応力緩和材の先端面までの距離を３ｍｍ以下とし、板状セラミック体の下穴入口部における破損を防ぐようにしたものである。
【００１２】
さらに、本発明は、上記応力緩和材を絶縁性セラミックスにより形成するとともに、その内部に導体層を埋設し、該導体層の一部を突出部の側面より露出させるようにすることで、大電流が流れた際に下穴に露出する内部電極近傍が局部的に発熱することを抑え、載置面の温度がばらつくことを防ぐようにしたものである。
【００１３】
また、本発明は、上記給電端子にＡｕ−Ｎｉ系ロウ材を被覆することで、給電端子の耐酸化性を高めたものである。
【００１４】
【作用】
本発明のウエハ支持部材によれば、給電端子の接合側の端面に凹部を設けることによって上記凹部を構成する薄肉部の厚み幅を極力薄くし、板状セラミック体との熱膨張差に伴う熱応力を緩和することができるため、板状セラミック体の割れを防ぐことができる。また、給電端子の凹部には板状セラミック体との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃以下である応力緩和材を挿嵌し、給電端子の薄肉部を板状セラミック体と応力緩和材とで挾持するようにしてあることから、給電端子が変形することによる導通不良を極力防ぐことができる。
【００１５】
さらに、上記応力緩和材には給電端子の接合側の端面より部分的に突き出た突出部を設け、この突出部と板状セラミック体の下穴に露出する内部電極の露出部とを直接ロウ付け固定するようにしたことから、ウエハ支持部材を５５０℃以上の高温に加熱しても内部電極の露出部に加わる熱応力が小さく、この内部電極の露出部近傍におけるロウ材の剥離を生じることがない。その為、内部電極の露出部における局部的な異常発熱がなく、内部電極を断線させることがない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明のウエハ支持部材をヒータ内蔵型サセプタとして用いた例を示す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はＸ−Ｘ線断面図である。
【００１７】
このウエハ支持部材１は、円盤状をした板状セラミック体２からなり、その上面を半導体ウエハＷの載置面３とするとともに、内部にヒータ電極用としての内部電極４を埋設したもので、上記板状セラミック体２の下面には上記内部電極４を貫通する２つの下穴２ａを穿孔してあり、これら２つの下穴２ａにロウ付け固定した給電端子５を介して上記内部電極４へ通電するようにしてある。そして、このウエハ支持部材１を作動させるには、半導体ウエハＷを載置面３に載せた状態で内部電極４に通電してウエハ支持部材１を加熱することにより半導体ウエハＷを所定の処理温度に加熱するようになっている。
【００１８】
一方、図２は本発明のウエハ支持部材をヒータ内蔵型静電チャックとして用いた例を示す図であり、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はＹ−Ｙ線断面図である。
【００１９】
このウエハ支持部材１１は、円盤状をした板状セラミック体１２からなり、その上面を半導体ウエハＷの載置面１３とするとともに、内部の載置面１３側に静電吸着用としての内部電極１６を、載置面１３と反対側にヒータ電極用としての内部電極１４をそれぞれ埋設したもので、上記板状セラミック体１２の下面には上記内部電極１６を貫通する１つの下穴１２ｂと、内部電極１４を貫通する２つの下穴１２ａをそれぞれ穿孔してあり、各下穴１２ａ，１２ｂにロウ付け固定した給電端子１５，１７を介して上記内部電極１４，１５へそれぞれ通電するようにしてある。そして、このウエハ支持部材１１を作動させるには、半導体ウエハＷを載置面１３に載置し、半導体ウエハＷと内部電極１６との間に通電して誘電分極によるクーロン力や微少な漏れ電流によるジョンソン・ラーベック力を発現させ、半導体ウエハＷを載置面１３に吸着固定するとともに、この状態で内部電極１４に通電してウエハ支持部材１１を加熱することにより半導体ウエハＷを所定の処理温度に加熱するようになっている。
【００２０】
このようなウエハ支持部材１，１１を構成する板状セラミック体２，１２の材質としては、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素のいずれか一種を主成分とするセラミックスを用いることができ、これらの中でも特に、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）を主成分とし、シリカ（ＳｉＯ2 ）、マグネシア（ＭｇＯ）、カルシア（ＣａＯ）等の焼結助剤を１重量％以下の範囲で含有するアルミナセラミックスや、アルミナ含有量が９９．８重量％以上の高純度アルミナセラミックス、あるいは窒化アルミニウムを主成分とし、Ｙ2 Ｏ3 あるいはＥｒ2 Ｏ3 などの希土類元素の酸化物をｌ〜９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、さらには窒化アルミニウム含有量が９９．８重量％以上の高純度窒化アルミニウム質セラミックスは、成膜装置やエッチング装置等においてデポジッション用ガスやエッチング用ガス、あるいはクリーニング用ガスとして用いられるフッ素系や塩素系等のハロゲン系ガスに対して優れた耐食性を有するとともに、耐プラズマ性にも優れることから好適である。
【００２１】
板状セラミック体２，１２中に埋設する内部電極４，１４，１６の材質としては、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、レニウム（Ｒｅ）、白金（Ｐｔ）等の高融点金属又はこれらの合金、あるいはタングステンカーバイト（ＷＣ）や窒化チタン（ＴｉＮ）などの周期律表第４ａ族、第５ａ族、第６ａ族元素の炭化物又は窒化物を用いることができる。
【００２２】
なお、板状セラミック体２，１２の形状としては円盤状をしたものだけに限らず、四角形や六角形など多角形をしたものや楕円状をしたものなどどのような形状をしたものでも良く、また、板状セラミック体２，１２中に埋設する内部電極４，１４，１６の形態としては、印刷等の手段による膜状をしたものや線材のいずれであっても構わない。
【００２３】
ところで、図１や図２に示すウエハ支持部材１，１１において、板状セラミック体２，１２への給電端子５，１５，１７の接合は、例えば、図３に示すような円柱状をした給電端子５（１５，１７）の接合側の端面に、断面形状が円形をした凹部５ａ（１５ａ，１７ａ）を設け、この凹部５ａ（１５ａ，１７ａ）に前記板状セラミック体２，１２との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃以下でかつ上記給電端子５（１５，１７）の接合側の端面より突き出た突出部８ｂ（１８ｂ，１９ｂ）を有する応力緩和部材８（１８，１９）を挿嵌する。この応力緩和部材８（１８，１９）の突出部８ｂ（１８ｂ，１９ｂ）は、給電端子５（１５，１７）の外径とほぼ同径としてあり、先端部８ａ（１８ａ，１９ａ）は突出部８ｂ（１８ｂ，１９ｂ）より小径でかつ給電端子５（１５，１７）の凹部５ａ（１５ａ，１７ａ）に係合するような外形状としてある。
【００２４】
そして、図４に示すように、板状セラミック体２，１２の下穴２ａ（１２ａ，１２ｂ）の内壁面にロウ材ｑを塗布しておき、応力緩和部材８（１８，１９）を挿嵌した給電端子５（１５，１７）を挿入したあと熱処理を加えてロウ付け固定するのであるが、この時、下穴２ａ（１２ａ，１２ｂ）と給電端子５（１５，１７）とをロウ付け固定するとともに、下穴２ａ（１２ａ，１２ｂ）に露出する内部電極４（１４，１６）の露出部４ａ（１４ａ，１６ａ）と応力緩和部材８（１８，１９）の突出部８ｂ（１８ｂ，１９ｂ）ともロウ付け固定する。
【００２５】
このように、給電端子５（１５，１７）の接合側の端面に凹部５ａ（１５ａ，１７ａ）を設けることによって上記凹部５ａ（１５ａ，１７ａ）を構成する薄肉部５ｂ（１５ｂ，１７ｂ）の厚み幅ｔを薄くすることができるため、加熱や冷却の繰り返しにより熱膨張差に伴う熱応力が板状セラミック体２，１２に加わったとしても、その熱応力を緩和し、板状セラミック体２，１２の割れを防ぐことができる。
【００２６】
また、給電端子５（１５，１７）に凹部５ａ（１５ａ，１７ａ）を設けただけでは、給電端子５（１５，１７）の薄肉部５ｂ（１５ｂ，１７ｂ）が内側に変形することによりロウ材ｑが剥離し、導体不良を生じる恐れがあるが、上記給電端子５（１５，１７）の凹部５ａ（１５ａ，１７ａ）には、前記板状セラミック体２，１２との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃以下である応力緩和部材８（１８，１９）を挿嵌してあることから、給電端子５（１５，１７）の薄肉部５ｂ（１５ｂ，１７ｂ）が変形しようとするのを板状セラミック体２，１２と応力緩和材８（１８，１９）とで挾持して拘束することができるため、導通不良の発生を極力抑えることができる。
【００２７】
さらに、処理温度が５５０℃以上となると、給電端子５（１５，１７）の凹部５ａ（１５ａ，１７ａ）に応力緩和部材８（１８，１９）を挿嵌した構造としても板状セラミック体２，１２と給電端子５（１５，１７）との間に働く熱応力を十分に緩和することができず、その結果、ロウ材ｑが下穴２ａ（１２ａ，１２ｂ）から剥離して部分的に抵抗値が高くなり、局部的に異常発熱する。特に、厚みの薄い内部電極４（１４，１６）の露出部４ａ（１４ａ，１６ａ）でロウ材ｑの剥離が生じると、異常発熱によって内部電極４（１４，１６）が断線する恐れがあるが、内部電極４，１４，１６の露出部４ａ（１４ａ，１６ａ）は、板状セラミック体２，１２と近似した熱膨張係数を有する応力緩和材８（１８，１９）の突出部８ｂ（１８ｂ，１９ｂ）と直接ロウ付けし、その間に給電端子５（１５，１７）が介在しない構造としたことから、内部電極４（１４，１６）の露出部４ａ（１４ａ，１６ａ）に加わる熱応力をさらに小さくし、この露出部４ａ（１４ａ，１６ａ）でのロウ材ｑの剥離を防ぐことができる。その為、内部電極４（１４，１６）の露出部４ａ（１４ａ，１６ａ）において局部的な異常発熱を生じることがなく、内部電極４（１４，１６）を断線させることがないため、５５０℃以上の温度域でも常に安定した導通を図ることができる。なお、給電端子５（１５，１７）の薄肉部５ｂ（１５ｂ，１７ｂ）の厚みｔが厚すぎると熱応力を緩和する効果が小さいため、その厚みｔは給電端子５（１５，１７）の直径Ｌに対して０．２倍以下とすることが良い。
【００２８】
さらに、応力緩和部材８（１８，１９）の先端部８ａ（１８ａ，１９ａ）はできるだけ長くした方が良い。即ち、応力緩和部材８（１８，１９）の先端部８ａ（１８ａ，１９ａ）が、板状セラミック体２（１２）の下穴２ａ（１２ａ，１２ｂ）内にある状態では、下穴２ａ（１２ａ，１２ｂ）の入口に作用する熱応力が大きくなるため、クラックは発生して破損する恐れがあるからであり、下穴２ａ（１２ａ，１２ｂ）の入口から応力緩和材８（１８，１９）の先端面までの距離Ｌで３ｍｍ以下、好ましくは応力緩和材８（１８，１９）の先端部８ａ（１８ａ，１９ａ）が下穴２ａ（１２ａ，１２ｂ）から突き出るように構成することが良い。
【００２９】
ただし、図４に示す構造としても、応力緩和部材８（１８，１９）として、板状セラミック体２，１２との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃より大きいものを用いると、ロウ付け直後や通電後の冷却時において、応力緩和部材８（１８，１９）と給電端子５（１５，１７）の薄肉部５ｂ（１５ｂ，１７ｂ）とが収縮し、給電端子５（１５，１７）の薄肉部５ｂ（１５ｂ，１７ｂ）が内側へ変形しようとするのを拘束する効果が小さくなるため、ロウ材ｑが剥離して局部的な異常発熱を生じる恐れがある。
【００３０】
その為、応力緩和部材８（１８，１９）は板状セラミック体２（１２）との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃以下である材質により形成する必要がある。なお、ここで板状セラミック体２（１２）との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃以下であるとは、応力緩和部材８（１８，１９）の熱膨張係数が板状セラミック体２（１２）の熱膨張係数に２．９×１０-6／℃を加えた値より小さいことを言う。このような材質としては、板状セラミック体２（１２）と同様にアルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素のいずれか一種を主成分とするセラミックスや超硬合金を用いることができ、好ましくは板状セラミック体２（１２）と同じ主成分を有するセラミックス、望ましくは板状セラミック体２（１２）と同組成のセラミックスを用いることが良い。
【００３１】
ところで、給電端子５（１５，１７）を構成する材質としては、ステンレス、インコネル、ニッケル、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金を用いることができ、特に耐酸化性が要求されるような場合には、Ａｕ−Ｎｉ系ロウ材を給電端子５（１５，１７）に被覆することで、耐久性を高めることができる。なお、図３，４では給電端子５（１５，１７）として外形状が円形をしたものを示したが、これに限らず、四角形や三角形など多角形をしたもの、あるいは楕円状をしたもの、さらには半円状をしたものなどどのような外形状をしたものでも構わない。
【００３２】
また、板状セラミック体２（１２）と給電端子５（１５，１７）とを接合するロウ材ｑとしては、高温域中で溶融、液化しないものを用いる必要があり、Ａｇ−Ｃｕ系やＴｉ−Ｃｕ−Ａｇ系のロウ材ｑや、６００℃以上の高温域中で使用する場合には、Ａｕ−Ｎｉ−Ｖ系のロウ材ｑが耐酸化性に優れることから好適である。
【００３３】
次に、本発明の応用例について説明する。
【００３４】
図５は図１や図２に示すウエハ支持部材１，１１にプラズマ発生用としての内部電極を埋設した時の給電端子の接合部を拡大した断面図で、図６は図５に用いた応力緩和材５８を示す斜視図であり、基本的には図４と同様の構造をしたものであるが、応力緩和材５８の内部に導体層５９を埋設するとともに、該導体層５９の一部を突出部５８ｂの側面と先端部５８ａの側面より部分的に露出させてある。そして、上記突出部５８ｂの側面より露出する導体層５９と、板状セラミック体２（１２）の下穴５２ａに露出するプラズマ発生用としての内部電極５４とがロウ付け固定されるように構成する。
【００３５】
即ち、プラズマを発生させる場合、給電端子５５に３０アンペア程度の大電流を流す必要があるが、図４に示す構造にこのような大電流を流すと、応力緩和材５８の表面だけに電流が流れ、内部電極５４を断線させるまでには至らないものの、異常発熱するために載置面３，１３を均一に加熱することができなくなる。これに対して図６に示すように、応力緩和材５８中に導体層５９を埋設し、その一部を突出部５８ｂの側面より露出させてロウ材ｑと接触させることで、応力緩和材５８中の導体層５９を介して電流を内部電極５４に印加することができるため、この接合部での異常発熱を抑え、載置面３，１３の温度分布を均一にすることができる。
【００３６】
（実施例）
以下、図１に示す窒化アルミニウムセラミック製のウエハ支持部材１を例にとって具体的に説明する。
【００３７】
純度９９．９％の窒化アルミニウム粉末に対してバインダーと溶媒を添加混練して泥漿を作製し、ドクターブレード法にて複数枚のグリーンシートを製作した。このうち数枚のグリーンシートを積み重ねたうえに内部電極４となる導体ペーストをスクリーン印刷機にて所定のパターン形状に敷設したあと、上記パターンを覆うように残りのグリーンシートを積み重ね、熱圧着にて一体化することによりグリーンシート積層体を製作した。そして、このグリーンシート積層体に切削加工を施して円盤状に形成したあと、窒素雰囲気中にて２０１０〜２１００℃の温度で焼成することにより、ヒータ電極としての内部電極４を埋設してなり、直径約２００ｍｍ、板厚約１５ｍｍの円盤状をした板状セラミック体２を得た。また、同様の方法により焼成した窒化アルミニウムセラミックスをＩＣＰ−ＡＥＳ（Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy)によって測定したところ、窒化アルミニウムの含有量が９９．８重量％である高純度窒化アルミニウムセラミックスからなることが判った。
【００３８】
次に、得られた板状セラミック体２の一方の主面に研磨加工を施して半導体ウエハＷの載置面３とするとともに、板状セラミック体２の他方の主面にドリルでもって内部電極４を貫通する２つの下穴２ａを穿設し、この下穴２ａの内壁面にロウ材ｑを塗布した。なお、ロウ材ｑにはＡｕ（８２重量％）−Ｎｉ（１８重量％）−Ｖ（３重量％）系のロウを用いた。
【００３９】
一方、上記板状セラミック体２の下穴２ａとほぼ同径の円柱状をなし、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金からなる給電端子５と、板状セラミック体２と同一組成の高純度窒化アルミニウムセラミックスからなり、先端部８ｂと突出部８ａとが一体的に形成された応力緩和材８を用意し、上記給電端子５の一方の端面に凹部５ａを形成したあと、該凹部５ａに応力緩和材８の先端部８ｂを挿嵌した給電端子５を板状セラミック体２の下穴２ａに挿入し、応力緩和材８の突出部８ａを下穴２ａに露出する内部電極４の露出部４ａと位置合わせした状態で１０５０℃、１０-5ｔｏｒｒの真空中で１０分間熱処理を加えることにより給電端子５をロウ付け固定してウエハ支持部材１を製作した。
【００４０】
そこで、このウエハ支持部材１の給電端子５間に交流電圧を印加して載置面３の最高温度が８５０℃となるように加熱し、この温度で１０分間保持したあと、冷風機で常温まで急冷させる熱サイクル試験を繰り返し、異常発熱の有無、内部電極４の断線の有無、及び板状セラミック体２の破損の有無をそれぞれ調べる実験を行った。なお、異常発熱の判断は、異常発熱が発生すると載置面３の温度バラツキが大きくなることから、温度バラツキが±５％以上となった時を異常発熱有りとした。
【００４１】
この結果、２００回の熱サイクル試験においても板状セラミック体２の破損は見られず、また、内部電極４の断線もなかった。しかも、載置面３の温度バラツキが常に±２％以下と安定した温度分布が得られ、異常発熱もなかった。
【００４２】
（実験例１）
ここで、実施例におけるウエハ支持部材１において、応力緩和材８の材質を変えて実施例と同様の熱サイクル試験を施し、異常発熱の有無と内部電極４の断線の有無を調べる実験を行った。なお、応力緩和材８の材質を変える以外、他の条件は実施例と同じ条件にて行った。また、本件出願人が先に提案した図９に示す構造を持ったウエハ支持部材２１も試作し、これについても実験を行った。
【００４３】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００４４】
【表１】
この結果、本件出願人が先に提案した図９に示す構造のものは、５０回程度では内部電極４の断線は見られなかった。ただし、２０個中１０個において異常発熱が見られ、２００回の熱サイクル試験を行うまえに全てのウエハ支持部材２１において内部電極４が断線した。
【００４６】
また、図４に示す構造のうち、応力緩和材としてベリリアを用いたものでは、板状セラミック体２との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃より大きいため、５０回の熱サイクル試験により２０個中８個において異常発熱が見られ、２００回の熱サイクル試験では全てのウエハ支持部材２１において異常発熱が見られた。
【００４７】
これに対し、応力緩和材としてアルミナ、超硬合金、窒化珪素、スポジュメンを用いたものはいずれも板状セラミック体２との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃以下の範囲にあるため、応力緩和材として窒化アルミニウムを用いた時と同様に、２００回の熱サイクル試験においても内部電極４の断線がなく、また、載置面３の温度バラツキが常に±２％以下と安定した温度分布が得られ、異常発熱も見られなかった。
【００４８】
（実験例２）
次に、実施例におけるウエハ支持部材１において、板状セラミック体２の下穴２ａの入口から応力緩和材８の先端面までの距離を異ならせて実施例と同様の熱サイクル試験を施し、異常発熱の有無と板状セラミック体２の破損の有無を調べる実験を行った。なお、給電端子５に形成する凹部５ａの深さと応力緩和材８の先端部８ａの長さを変える以外、他の条件は実施例と同じ条件にて行った。
【００４９】
それぞれの結果は表２に示す通りである。
【００５０】
【表２】
この結果、距離Ｌが０〜５ｍｍの範囲においては２００回の熱サイクル試験でも異常発熱は見られなかった。ただし、距離Ｌが４ｍｍより大きくなると、５０回の熱サイクル試験において板状セラミック体２に割れが見られ、２００回の熱サイクル試験では１０個中半分以上において板状セラミック体２に割れが発生した。
【００５２】
これに対し、距離Ｌが０〜３ｍｍの範囲では、２００回の熱サイクル試験でも板状セラミック体２に割れがなく、長期使用が可能であった。
【００５３】
この結果より、板状セラミック体２の下穴２ａの入口から応力緩和材８の先端面までの距離Ｌは３ｍｍ以下とすることが良いことが判る。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、内部電極を埋設してなる板状セラミック体の上面をウエハの載置面とし、上記板状セラミック体の下面に上記内部電極を貫通する下穴を備え、該下穴に給電端子をロウ付け固定してなるウエハ支持部材において、上記給電端子の接合側の端面に凹部を設け、該凹部に上記板状セラミック体との熱膨張差が＋２．９×１０-6／℃以下で、かつ上記給電端子の接合側の端面より部分的に突き出た突出部を有する応力緩和材を挿嵌せしめ、上記給電端子と上記板状セラミック体の上記下穴とをロウ付け固定するとともに、上記応力緩和材の上記突出部と上記下穴における上記内部電極の露出部とをロウ付け固定し、さらに上記応力緩和材を絶縁性セラミックスにより形成するとともに、その内部に導体層を埋設し、該導体層の一部を上記突出部の側面より露出させたことによって、５５０℃以上の高温に繰り返し加熱しても熱応力に伴う上記板状セラミック体の破損がなく、また、ロウ材の剥離に伴う異常発熱や上記内部電極の断線がないため、高温域において長期使用が可能な耐久性に優れた上記ウエハ支持部材を提供することができる。
【００５５】
しかも、ウエハ支持部材を構成する板状セラミック体は、フッ素系や塩素系等のハロゲン系ガスに対して優れた耐食性を有することから、半導体装置の製造工程における成膜装置やエッチング装置においても好適に使用することができる。
また、本発明は、板状セラミック体に穿孔された下穴の入口から応力緩和材の先端面までの距離を３ｍｍ以下としたことから、下穴の入口近傍に作用する熱応力を緩和し、下穴入口部の破損を防止することができる。
【００５６】
さらに、本発明は、上記応力緩和材を絶縁性セラミックスにより形成するとともに、その内部に導体層を埋設し、該導体層の一部を突出部の側面より露出させるようにしたことから、内部電極がプラズマ発生用電極であって、大電流を流したとしても板状セラミック体の下穴に露出する内部電極近傍において異常発熱することがなく、載置面の温度分布を均一化することができる。
【００５７】
また、本発明では、給電端子にＡｕ−Ｎｉ系ロウ材を被覆するようにしたことから、給電端子の耐酸化性を高め耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウエハ支持部材をヒータ内蔵型サセプタとして用いた例を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はＸ−Ｘ線断面図である。
【図２】本発明のウエハ支持部材をヒータ内蔵型静電チャックとして用いた例を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はＹ−Ｙ線断面図である。
【図３】本発明のウエハ支持部材に用いる給電端子と応力緩和材を示す斜視図である。
【図４】板状セラミック体の下穴と給電端子との接合部を拡大した断面図である。
【図５】内部電極としてプラズマ発生用電極を埋設した時の給電端子の接合部を拡大した断面図である。
【図６】図５に示す給電端子の接合部に用いる応力緩和材を示す斜視図である。
【図７】従来のウエハ支持部材をヒータ内蔵型サセプタとして用いた例を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。
【図８】従来のウエハ支持部材をヒータ内蔵型静電チャックとして用いた例を示す図で、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】本件出願人が先に提案した板状セラミック体の下穴と給電端子との接合部を示す断面図である。
【符号の説明】
１，１１，２１，３１ ・・・ウエハ支持部材
２，１２，２２，３２ ・・・板状セラミック体
２ａ，１２ａ，１２ｂ，２２ａ，３２ａ，３２ｂ・・・下穴
３，１３，２３，３３ ・・・載置面
４，１４，１６，２４，３４，３６ ・・・内部電極
５，１５，１７，２５，３５，３７ ・・・給電端子
５ａ，１５ａ，１７ａ，２５ａ，３５ａ，３７ａ・・・凹部
５ｂ，１５ｂ，１７ｂ，２５ｂ，３５ｂ，３７ｂ・・・薄肉部
８，１８，１９ ・・・応力緩和材
８ａ，１８ａ，１９ａ ・・・先端部
８ｂ，１８ｂ，１９ｂ ・・・突出部
Ｗ ・・・半導体ウエハ
Claims (3)
- 内部電極を埋設してなる板状セラミック体の上面をウエハの載置面とし、上記板状セラミック体の下面に上記内部電極を貫通する下穴を備え、該下穴に給電端子をロウ付け固定してなるウエハ支持部材において、上記給電端子の接合側の端面に凹部を設け、該凹部に上記板状セラミック体との熱膨張差が＋２．９×１０−６／℃以下でかつ上記給電端子の接合側の端面より部分的に突き出た突出部を有する応力緩和材を挿嵌せしめ、上記給電端子を上記板状セラミック体の上記下穴にロウ付け固定するとともに、上記応力緩和材の上記突出部を上記下穴における上記内部電極の露出部ともロウ付け固定し、さらに上記応力緩和材を絶縁性セラミックスにより形成するとともに、その内部に導体層を埋設し、該導体層の一部を上記突出部の側面より露出させたことを特徴とするウエハ支持部材。
- 上記板状セラミック体に穿孔された上記下穴の入口から上記応力緩和材の先端面までの距離を３ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１に記載のウエハ支持部材。
- 上記給電端子にＡｕ−Ｎｉ系ロウ材を被覆したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のウエハ支持部材。
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