JP4905375B2 - ウエハ保持体の支持構造 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体の製造装置や検査装置に用いられるウエハ保持体を、筒状支持部材に支持するウエハ保持体の支持構造に関するものである。
従来から、半導体製造装置や検査装置用のウエハ保持体として、各種の形状が提案されている。特にＣＶＤ装置やエッチング装置には数多くのウエハ保持体が提案されてきた。例えば特公平０６−０２８２５８号公報には、ウエハ保持体に凸状支持部材を取り付けた構造が提案されている。この支持構造においては、凸状支持部材はウエハ保持体に対して気密シールされており、その内部にヒータに給電するための電極などを設置することができる。これによって、電極等の給電部品をウエハ保持体が設置されるチャンバー内の腐食性雰囲気から保護することができる。
上記特公平０６−０２８２５８号公報に記載された支持構造では、ウエハ保持体をチャンバー内に設置する場合、凸状支持部材をチャンバーと気密シールするために、一般的にＯ−リングが使用されている。Ｏ−リングの耐熱温度は一般に２００℃程度であるが、ウエハ保持体の温度は３００〜８００℃程度にまで昇温するため、凸状支持部材のチャンバー側の温度に比較してかなり高い温度となる。このため、凸状支持部材とウエハ保持体との間に温度差に起因する応力が生じ、これが原因でウエハ保持体が破損することがあった。特に特許第２８９８８３８号公報に記載されているように、ウエハ保持体の中心部の温度が外周部に比較して低い場合には、この傾向が特に顕著となる。
近年の半導体製造においては、ウエハ保持体の均熱性を向上させつつ、ウエハ上に均一な厚みを有する膜を形成することが要求されている。しかし、ウエハ保持体に埋設されている発熱体によって加熱する場合は、ウエハやウエハ保持体の側面部分からの放熱により、中心部に比べて外周部の温度が低下し、十分な均熱性を得ることが困難であった。そこで、ウエハ保持体の中心部の温度を外周部に比較して低く設定することにより、ウエハの温度を均一にすることが行われていた。
また、ウエハ保持体に凸状支持部材が接合されている場合には、特に接合部分からの熱の逃げが大きくなるため、ウエハ保持体の中心部付近の均熱性が乱されると共に、接合部分に加わる応力も大きくなるため、ウエハ保持体の破損を招くことが多かった。上記のごとくウエハ保持体の中心部の温度を外周部に比較して低くすると、ウエハ保持体と凸状支持部材との接合部分近傍に加わる応力が一層大きくなり、ウエハ保持体の破損の危険が更に大きくなる。この破損の可能性を低くするため、場合によっては、上記のウエハ均熱性を犠牲にすることも行われていた。
また、ウエハ保持体を支持する支持部材（シャフト）において、ウエハ保持体との取り付け部にフランジ加工をし、そのフランジ部の周方向に複数のボルト挿通穴を設け、そのボルト挿通穴に挿入した締結用ボルトの先端部をウエハ保持体に形成した雌ねじにねじ込んでねじ止めする方法も考えられる。しかし、この方法では、取り付けたボルトの頭部がフランジ部から突出した構造となり、プロセスで使用するガスの流れを妨げたり、この突出部で腐食が進んでパーティクル発生の原因となったりすることがあるため好ましくない。また、このような構造では、取り付けたボルトが、ウエハ保持体の昇降時の振動などによって緩んでしまったり、最悪の場合には落下したりするなどの問題点があった。
本発明は、上記した従来の事情に鑑み、ウエハを均一に加熱することができるだけでなく、ウエハ保持体の破損を防止することができ、支持部材とウエハ保持体との結合の信頼性の高いウエハ保持体の支持構造を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明が提供するウエハ保持体の支持構造は、セラミックス焼結体内部又は表面に電気回路が形成されたウエハ保持体と、該ウエハ保持体を支持する筒状セラミック支持部材とが、複数の金属ボルトによって結合されており、前記金属ボルトの一端が前記ウエハ保持体に設けた有底の雌ねじに螺合されると共に、該金属ボルトの一部に回転を防止するフランジが形成され、該フランジを前記ウエハ保持体との間で挟み込んで固定する固定用部品がウエハ保持体に固定されており、前記金属ボルトの他端は、前記筒状セラミック支持部材の一端に設けたフランジ部の貫通穴に挿入され、且つ金属ナットが螺合されることによって、該筒状セラミック支持部材が前記ウエハ保持体に固定されている。
上記本発明のウエハ保持体の支持構造においては、固定用部品が、ガラス接合、ロウ付け、拡散接合、嵌合、ねじ止めによってウエハ保持体に固定されていることが好ましい。
また、上記本発明のウエハ保持体の支持構造においては、固定用部品が、窒化アルミニウム又はムライトアルミナを主成分としていることが好ましい。更に、上記本発明のウエハ保持体の支持構造においては、金属ナットはダブルナット方式によって締め付けを行う複数の金属ナットからなることが好ましい。
本発明によれば、ウエハを加熱するときの均熱性に優れているだけでなく、筒状セラミック支持部材によるウエハ保持体の支持部近傍の応力を低減して破損を防止でき、信頼性の高いウエハ保持体の支持構造を提供することができる。このように、本発明の支持構造は、従来構造に比較して均熱性や信頼性に優れているため、半導体の製造装置や検査装置などに好適に使用することができる。
本発明によるウエハ保持体の支持構造は、例えば図１に示すように、内部若しくは表面に電気回路（図示せず）が形成されたセラミックス焼結体からなるウエハ保持体１と、ウエハ保持体１を支持する筒状セラミック支持部材４とを有し、両者は固定部１０ａにおいて、後述するように金属ボルト２などを用いて固定されている。
具体的には、図２の支持構造１０の右半分の断面図に詳細に示すように、ウエハ保持体１には有底の雌ねじ１ａが複数設けられ、それらの雌ねじ１ａの各々に金属ボルト２の一端が螺合されている。金属ボルト２には、その軸方向のほぼ中間部に、フランジ２ａが固定して設けられている。この金属ボルト２のフランジ２ａをウエハ保持体１との間に挟みこんだ状態で、固定用部品３がウエハ保持体１に固定されている。これによって、金属ボルト２が使用時の振動や熱サイクル等によって回転することを防止している。
一方、筒状セラミック支持部材４には、ウエハ保持体１の支持側端部にフランジ部４ａが形成されている。フランジ部４ａには、前述したウエハ保持体１の雌ねじ１ａに対応する位置に、貫通穴４ｂが設けられている。この貫通穴４ｂに、金属ボルト２の他端が挿入され、金属ナット５によって締め付けられている。これによって、筒状セラミック支持部材４がウエハ保持体１に結合されている。
金属ボルト２の他端は、金属ナット５で締め付けた後、更に別の金属ナット６で締め付けるダブルナット方式としても良い。これによって、金属ナット５の緩みを抑制することができる。更に、支持構造１０が腐食性ガス雰囲気で使用される場合は、必要に応じて、金属ナット５、６を覆うように、セラミック製のキャップねじ７をねじ止めしても良い。
上記本発明の支持構造１０においては、ウエハ保持体１の雌ねじ１ａに螺合された金属ボルト２のフランジ２ａが、ウエハ保持体１に接合された固定用部品３によって、ウエハ保持体１との間で挟み込まれて固定されていることが大きな特徴となっている。
尚、金属ボルトをウエハ保持体の雌ねじに螺合する際に、金属ボルトとウエハ保持体の雌ねじの間に接着剤を用いて金属ボルトを直接固定する場合には、金属ボルトとウエハ保持体の間に隙間がなくなるため、ウエハ保持体を加熱した際の材料同士の僅かな熱膨張差により、セラミック製のウエハ保持体に過度の応力が加わり、ウエハ保持体が破損する危険性があった。
これに対して、本発明の支持構造によれば、金属ボルトの一端をウエハ保持体の雌ねじに螺合し、金属ボルトのフランジを固定用部品とウエハ保持体とで挟み込んだ状態で、固定用部品をウエハ保持体に接合することによって、金属ボルトの緩みをなくし、金属ボルトの軸方向の変位を抑制することができる。即ち、金属ボルトを、直接的にウエハ保持体に固着させることなく、間接的にウエハ保持体に固定することができるので、応力集中を避けることが可能となる。
更に、本発明の支持構造においては、ウエハ保持体に筒状セラミック支持部材を固定するに際して、筒状セラミック支持部材のフランジ部に予め貫通穴を設けておき、ウエハ保持体の雌ねじに一端が螺合されている金属ボルトの他端を当該貫通穴に挿通した後、金属ナットを用いて締め付けることによって、筒状セラミック支持部材をウエハ保持体に固定することを特徴としている。このようにすることで、ウエハ保持体と筒状セラミック支持部材の結合部分を金属ボルトと金属ナットの組み合わせとすることができる。
即ち、筒状セラミック支持部材の固定に際して、ねじ止め方式を採用する場合は、従来、ウエハ保持体に雌ねじを開けておき、ここに筒状セラミック支持部材のフランジ部を挿通させた金属ボルトの雄ねじを螺合して固定する方法が一般的であった。しかしながら、この組み合わせでは、結合部分がセラミックと金属の組み合わせとなるため、ねじかかり部分において、弾性体である金属と金属の組み合わせで得られるような十分な食いつきが得られず、仮に強い締め付けトルクで締め付けた場合でも、軽微な振動やヒートサイクルで簡単に緩んでしまう。
これに対して、本発明の支持構造では、前述したように、この固定部分を金属ボルトと金属ナットによる金属同士の組み合わせとしたことで、筒状セラミック支持部材とウエハ保持体の結合を強固にし、振動やヒートサイクル時でも緩みの発生しにくい構造にすることが可能となった。更に、金属ナットをダブルナット方式にすることによって、金属ナット同士に面圧を持たせ、その摩擦力によって、ねじが緩まないようにすることができる。
本発明の支持構造においては、上記のように、複数箇所のねじ止めによって、簡便且つ強固に筒状セラミック支持部材をウエハ保持体に取り付けることが可能となった。また、ウエハ保持体の雌ねじと金属ボルトの雄ねじとの間に空隙が存在するため、筒状セラミック支持部材を接合する従来の方法に比べて、温度差により発生する応力を低減することができ、破損しにくい構造とすることができる。更に、ねじ止めの場合には、筒状セラミック支持部材とウエハ保持体の間に空隙（隙間）が存在するため、両者を接合する場合に比較して、筒状セラミック支持部材への熱伝達量を低減することができる。これによって、ウエハ保持体から筒状セラミック支持部材に逃げる熱を小さくすることができ、ウエハ保持体の中心部付近の温度低下を抑制することができるため、優れた均熱性を得ることができる。
本発明においては、固定用部品、金属ボルト、金属ナット、及び筒状セラミック支持部材の熱膨張係数と、ウエハ保持体の熱膨張係数の差が２.０×１０−６／Ｋ以下であることが好ましい。この熱膨張係数の差が２.０×１０−６／Ｋよりも大きくなると、加熱時に、ウエハ保持体若しくは筒状セラミック支持部材が破損する可能性があるため好ましくない。
また、ウエハ保持体の材質は、チャンバー内で使用する腐食性ガスに対する耐食性に優れたセラミックスであることが好ましい。好適なセラミックスとしては、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化ケイ素、窒化ケイ素、ムライト、ムライト−アルミナ複合体などが挙げられる。特に窒化アルミニウムは、熱伝導性や均熱性に優れ、腐食性ガスに対する耐食性にも優れているため好適である。尚、窒化アルミニウムは難焼結材料であるため、少量の焼結助剤を含有していても構わない。特にイットリウムなどの希土類元素を１％以下含有しているものは、焼結性にも優れ、また助剤成分からの腐食も起こりにくい。
固定用部品及び筒状セラミック支持部材の材質も、上記同様、チャンバー内で使用される腐食性ガス雰囲気の耐食性に優れたセラミックスであることが好ましい。例えば、窒化アルミニウム、ムライト−アルミナ複合体、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナのいずれかであることが好ましく、これらの中でも窒化アルミニウムが特に好ましい。また、ムライト−アルミナ複合体は、比較的熱伝導率が低いため、固定用部品とウエハ保持体の接触部分からの熱の逃げを小さくできるため均熱性に優れ、またコストも窒化アルミニウムに比較して安価であるという点において好ましい。
これらの材料は、用途に応じて使い分けることができる。即ち、比較的強い耐食性雰囲気で使用する場合には窒化アルミニウムが好ましく、均熱性が要求される場合はムライト−アルミナ複合体が好ましい。ウエハ保持体の材質に、例えば窒化アルミニウムが採用された場合は、金属ボルトの材質にはＷやＭｏを主とする材料やコバールなどの金属を使用することが望ましい。具体的な材料は、使用条件を加味して適宜選択することができる。
金属ナットは、金属ボルトと同様に、ＷやＭｏを主とする材料やコバールで構成することが好ましいが、熱膨張差が直接セラミック部材の応力増加に影響しないため、ＮｉやＦｅ、Ｃｒを主成分とする材料で構成しても構わない。上記の金属製のボルトやナットを用いる場合には、ニッケルなどの耐食性の膜を表面に形成することが好ましい。耐食性膜の形成方法としては、溶射やめっきが挙げられるが、コストや耐久性から考えて、めっきが好適である。耐食性膜の厚みは０.１〜５０μｍが好ましい。厚みが０.１μｍ未満では、耐食性が低下しやすいため好ましくない。また、厚みが５０μｍを超えると、温度サイクルにより、下地のネジ素地との熱膨張係数差により耐食性膜が剥がれることがあるため好ましくない。
上記の金属ボルトの本数は、任意で構わないが、筒状セラミック支持部材を固定する際のバランス及び経済性を考えて、３本から８本が好ましい。また、一端がウエハ保持体の雌ねじに螺合されている金属ボルトの他端、即ち、開放端側の構造は雄ねじでも雌ねじでも良く、雌ねじの場合は、図３に示すように金属ボルト２に設けた雌ねじに第２の金属ボルト８の一端を螺合した上で、第２のボルト８の他端を筒状セラミック支持部材４のフランジ部４ａに設けた貫通穴４ｂに挿入し、金属ナット５、６で固定しても構わない。
また、固定用部品のウエハ保持体への固定部分はウエハ保持体と筒状セラミック支持部材との直接の荷重が印加される部分ではないため、固定用部品のウエハ保持体への固定方法は比較的数多くの固定方法の中から選定することが可能である。具体的には、固定用部品とウエハ保持体の材質や表面状態に鑑み、ガラス接合、ロウ付け、拡散接合、又は嵌合の中から選定されることが好ましい。特に固定用部品とウエハ保持体との熱膨張係数差及びコストの観点から、ウエハ保持体と同等の熱膨張係数を持つガラス接合が最も好ましい。
上記本発明によるウエハ保持体の支持構造においては、ウエハ保持体と筒状セラミック支持部材は平面部で突き合わされている。その際、互いの突き合わされた各平面部の平面度が０.２ｍｍ以下であることが好ましい。特に０.１ｍｍ以下の平面度であれば、雰囲気ガスの進入を一層効果的に防止することができると共に、互いの部品の組み付け時のがたつきを小さくでき、安定した組付けを実現できるため好ましい。平面度が０.２ｍｍを超えると、各部品の接触が不安定になり、均熱性が低下してウエハの温度がばらつきやすくなるため好ましくない。
また、ウエハ保持体の雌ねじ、及びこれに螺合される金属ボルトの一端の雄ねじの呼び径は、Ｍ３〜Ｍ１０相当であることが好ましく、Ｍ５〜Ｍ６相当であることがより好ましい。Ｍ２.５以下では、筒状セラミック支持部材の固定が不十分となり、ハンドリング時に筒状セラミック支持部材がウエハ保持体から外れたり、歪んで動いたりしてしまうことがある。逆にＭ１１以上では、高温時のねじ部での熱膨張差により、ウエハ保持体に過度の応力が働き、ウエハ保持体が破損する危険がある。
同様に、前記金属ナットの雌ねじ、及びこれに螺合される金属ボルトの他端の雄ねじの呼び径は、Ｍ３〜Ｍ１０相当であることが好ましく、Ｍ５〜Ｍ６相当であることがより好ましい。Ｍ２.５以下では、筒状セラミック支持部材の固定が不十分となり、ハンドリング時に筒状セラミック支持部材がウエハ保持体から外れたり、歪んで動いたりしてしまうことがある。逆にＭ１１以上では、筒状セラミック支持部材のフランジ径を大きく設計せざるを得ず、コンパクトな設計が困難となる。
セラミック製のキャップねじは、シングルナット若しくはダブルナット方式の金属ナットの他端側から、露出している金属ナット及び金属ボルトを覆うようにねじを締めることが好ましい。このようにキャップねじをかぶせることによって、金属ボルトや金属ナットの腐食を防止することが可能となる。キャップねじの材質は、窒化アルミニウム、ムライト−アルミナ複合体、炭化ケイ素、窒化ケイ素、又はアルミナのいずれかであることが好ましいが、中でも窒化アルミニウムが特に好ましい。腐食性と熱膨張率差を小さくする観点からは、窒化アルミニウム又はムライト−アルミナ複合体が特に好ましい。
キャップねじ自身の回り止めを防止するために、ごく微量のセラミック系接着剤をキャップねじの雌ねじ部分に塗布して、金属ボルトとキャップねじを接着しても良い。尚、ウエハ保持体から筒状セラミック支持部材を外して内部をメンテナンスする場合には、キャップねじを取り外した後に、金属ナットを外すことで、容易に分解が可能となる。
［実施例１］
以下の方法により、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のウエハ保持体を作製した。先ず、ＡｌＮ粉末に焼結助剤としてＹ２Ｏ３を０.５重量％加え、更に有機溶剤としてバインダーを加え、ボールミルを用いて２４時間混合した。得られたスラリーからスプレードライにて顆粒を作製し、その顆粒をプレス法にて成形して、成形体を作製した。得られた成形体を窒素雰囲気中にて８００℃で脱脂処理した後、窒素雰囲気中にて１８００℃で焼結することにより、ＡｌＮ焼結体を得た。
以下の方法により、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のウエハ保持体を作製した。先ず、ＡｌＮ粉末に焼結助剤としてＹ２Ｏ３を０.５重量％加え、更に有機溶剤としてバインダーを加え、ボールミルを用いて２４時間混合した。得られたスラリーからスプレードライにて顆粒を作製し、その顆粒をプレス法にて成形して、成形体を作製した。得られた成形体を窒素雰囲気中にて８００℃で脱脂処理した後、窒素雰囲気中にて１８００℃で焼結することにより、ＡｌＮ焼結体を得た。
上記ＡｌＮ焼結体にＷペーストを用いて発熱体を印刷して焼結した。その後、上記と同様に別のＡｌＮ焼結体を作製し、これら２枚のＡｌＮ焼結体を、Ａｌ２Ｏ３−Ｙ２Ｏ３−ＡｌＮ系の接合ペーストを介して重ね合わせた後、窒素雰囲気中で加熱しながら１軸方向に加圧することにより、発熱体が埋設された直径３３０ｍｍ、厚み２０ｍｍのウエハ保持体を得た。
このウエハ保持体に対して、発熱体にまで達するざぐり穴を形成し、発熱体に給電するためのＷ（タングステン）製の電極部品をロウ付けした。また、筒状セラミック支持部材を固定するため、ウエハ保持体に金属ボルト装填用のＭ６有底雌ねじ穴を４本開けた。更に、金属ボルトのフランジ部分が嵌り込むように、上記Ｍ６有底雌ねじと同軸で内径９.２ｍｍ×深さ２ｍｍの有底のざぐり穴を設けると共に、固定用部品の位置決めができるように、上記Ｍ６有底雌ねじと同軸で内径１２.０ｍｍ×深さ２ｍｍの有底のざぐり穴を設けた。
また、上記と同様にＡｌＮ粉末を焼結した後、切削加工を行い、一端にフランジ部を有する筒状セラミック支持部材を作製した。フランジ部は外径７５ｍｍ、高さ２０ｍｍとし、筒状部は外径４５ｍｍ、肉厚３ｍｍ、長さ２００ｍｍとした。また、フランジ部において、前述したウエハ保持体の雌ねじ穴に対応する位置に、Ｍ６の金属ボルトが挿通できるよう内径７.５ｍｍの貫通穴を４つ設けた。これら４つの貫通穴には、ダブルナット方式の金属ナット及びセラミックキャップねじが入るように、貫通穴と同軸の内径１２ｍｍのざぐり穴を設けた。
また、Ｗ（タングステン）製のフランジ付金属ボルトを４本製作した。中央のフランジ部は、外径１０ｍｍ×厚み２ｍｍとし、フランジの両側にＭ６の雄ねじを持つ構造とし、その後、３μｍ厚のＮｉめっきを施した。また、ダブルナット方式の金属ナットとして、Ｍ６の金属ナットをＭｏ（モリブデン）で計８個製作し、その後、３μｍ厚のＮｉめっきを施した。
また、金属ボルトのフランジをウエハ保持体との間で挟み込んで固定する固定用部品として、窒化アルミニウム製で環状の固定用部品を４枚作製した。固定用部品の外径は１１.５ｍｍ、厚みは２ｍｍ、内径は金属ボルトが挿通できるように６.５ｍｍとした。更に、窒化アルミニウム製のセラミックキャップねじを４個作製した。キャップねじの外径は１１.５ｍｍとし、内側に有底のＭ６雌ねじ部を設け、更にキャップ部分にプラスドライバで回転できるようプラスのねじ溝を形成した。
上記ウエハ保持体の雌ねじにフランジ付き金属ボルトの一端を螺合した後、金属ボルトの他端のＭ６雄ねじに固定用部品の内径６.５ｍｍの貫通穴を通した。その後、固定用部品を金属ボルトのフランジに当接させた状態で、ガラスプリフォームを用いて、固定用部品とウエハ保持体とをガラス接合した。次に、ウエハ保持体に一端が螺合し固定されている金属ボルトの他端を、筒状セラミック支持部材のフランジ部に設けられている貫通穴に挿通し、金属ナットを締め付けて筒状セラミック支持部材をウエハ保持体に固定した。更に、この金属ナットの上から別の金属ナットを締め付けてダブルナットとし、緩み止め対策とした。２つの金属ナットの締め付けトルクは、それぞれ２００ｃＮ・ｍとした。更に、これら金属ナットの上からセラミック製のキャップねじをかぶせた。
上記支持構造のウエハ保持体を用いて、１２インチのシリコンウエハ上に膜形成を行ったが、問題なく各種絶縁膜と導体膜を形成することができた。次に、このウエハ保持体の６００℃における均熱性をウエハ温度計で測定した結果、±３℃のばらつきであり、良好な均熱性が得られていることがわかった。また、最高８００℃まで昇温させて成膜したが、正常に成膜することができた。更に、６００℃と常温の間のヒートサイクルを３０回加えても、金属ナットの緩みや筒状セラミック支持部材のがたつきは観察されなかった。その後、戻しトルクを測定しながら金属ナットを緩めたところ、トルクは２００ｃＮ・ｍであり、初期の締め付けトルクを維持していることが確認できた。
更に、上記支持構造のウエハ保持体について、ＣＦ３雰囲気中で１００時間の耐食試験を行い、筒状セラミック支持部材とそのフランジ部の実験前後の表面粗さを測定した。その結果、両者とも実験前はＲａ＝０.７μｍであったが、試験後は、フランジ部はＲａ＝０.９μｍ、筒状セラミック支持部材はＲａ＝０.８μｍとなった。
［実施例２］
上記実施例１と同じ支持構造であるが、固定用部品と筒状セラミック支持部材を３.８×１０−６／Ｋのムライト−アルミナ複合体で形成した。この支持構造について、上記と同様の各実験を行った結果、問題なく成膜することができた。均熱性は６００℃±２.０℃と良好であり、８００℃までの昇温も問題なく可能であった。また、上記と同様の耐食試験後の表面粗さは、フランジ部がＲａ＝１.１μｍ及び筒状セラミック支持部材がＲａ＝０.９μｍであった。
上記実施例１と同じ支持構造であるが、固定用部品と筒状セラミック支持部材を３.８×１０−６／Ｋのムライト−アルミナ複合体で形成した。この支持構造について、上記と同様の各実験を行った結果、問題なく成膜することができた。均熱性は６００℃±２.０℃と良好であり、８００℃までの昇温も問題なく可能であった。また、上記と同様の耐食試験後の表面粗さは、フランジ部がＲａ＝１.１μｍ及び筒状セラミック支持部材がＲａ＝０.９μｍであった。
［実施例３］
上記実施例１と同じ支持構造であるが、熱膨張係数が４.８×１０−６／ＫのＡｌＮ製のウエハ保持体に対して、熱膨張係数が２.８×１０−６／Ｋの窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）製の固定用部品と筒状セラミック支持部材を用いた。この支持構造について、上記と同様に８００℃まで昇温を行ったが、筒状セラミック支持部材とそのフランジ部、ウエハ保持体に破損等は発生しなかった。
上記実施例１と同じ支持構造であるが、熱膨張係数が４.８×１０−６／ＫのＡｌＮ製のウエハ保持体に対して、熱膨張係数が２.８×１０−６／Ｋの窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）製の固定用部品と筒状セラミック支持部材を用いた。この支持構造について、上記と同様に８００℃まで昇温を行ったが、筒状セラミック支持部材とそのフランジ部、ウエハ保持体に破損等は発生しなかった。
［実施例４］
上記実施例１と同じ支持構造であるが、ＡｌＮ製のウエハ保持体に対して、熱膨張係数が６.８×１０−６／Ｋのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製の固定用部品と筒状セラミック支持部材を用いた。この支持構造について、上記と同様に８００℃まで昇温を行ったが、各部品に破損は生じなかった。
上記実施例１と同じ支持構造であるが、ＡｌＮ製のウエハ保持体に対して、熱膨張係数が６.８×１０−６／Ｋのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製の固定用部品と筒状セラミック支持部材を用いた。この支持構造について、上記と同様に８００℃まで昇温を行ったが、各部品に破損は生じなかった。
［実施例５］
上記実施例１と同じ支持構造であるが、ダブルナット方式を採用せず、１個の金属ナット６で締め付けた。この支持構造について、同様の実験を行った結果、成膜特性等には影響がないことを確認した。また、６００℃と常温の間のヒートサイクルを３０回加えても、金属ナットの緩みや筒状セラミック支持部材のがたつきは観察されなかった。
上記実施例１と同じ支持構造であるが、ダブルナット方式を採用せず、１個の金属ナット６で締め付けた。この支持構造について、同様の実験を行った結果、成膜特性等には影響がないことを確認した。また、６００℃と常温の間のヒートサイクルを３０回加えても、金属ナットの緩みや筒状セラミック支持部材のがたつきは観察されなかった。
ただし、実施例１と同様の戻しトルク確認実験を行ったところ、戻しトルクは１００ｃＮ・ｍまで低下していることがわかった。このシングルナット方式でも実用上は問題ないものの、実施例１のように２つの金属ナットを用いるダブルナット方式の方が摩擦力を保持でき、長期的な緩み止め対策に効果があるものと推測される。
［比較例１］
上記実施例１と同じＡｌＮ製のウエハ保持体と筒状セラミック支持部材を用いたが、固定用部品や金属ボルトを使用せずに、以下に示す従来の方法により筒状セラミック支持部材とウエハ保持体を固定した。即ち、図４に示すように、筒状セラミック支持部材４とウエハ保持体１を、Ａｌ２Ｏ３−Ｙ２Ｏ３−ＡｌＮ系の接合ペーストを用いて、荷重を加えながら１８００℃で直接接合した。
上記実施例１と同じＡｌＮ製のウエハ保持体と筒状セラミック支持部材を用いたが、固定用部品や金属ボルトを使用せずに、以下に示す従来の方法により筒状セラミック支持部材とウエハ保持体を固定した。即ち、図４に示すように、筒状セラミック支持部材４とウエハ保持体１を、Ａｌ２Ｏ３−Ｙ２Ｏ３−ＡｌＮ系の接合ペーストを用いて、荷重を加えながら１８００℃で直接接合した。
この支持構造について、上記と同様に各試験を行った結果、４００℃における均熱性は±４.１℃であり、中心部の温度が最も低くなっていた。この状態で８００℃まで昇温しようとしたところ、７８０℃を超えたところで、筒状セラミック支持部材４との接合部付近からウエハ保持体１が破損した。
［比較例２］
上記実施例１と同じＡｌＮ製のウエハ保持体と筒状セラミック支持部材を用いたが、固定用部品を使用せずに、以下に示す従来の方法でウエハ保持体と筒状セラミック支持部材を固定した。即ち、図５に示すように、筒状セラミック支持部材４のフランジ部４ａの貫通穴に六角頭付きＭ６の金属ボルト２を挿通し、ウエハ保持体１に設けた雌ねじに締め付けトルク２００ｃＮ・ｍでねじ込むことによって、筒状セラミック支持部材４を固定した。
上記実施例１と同じＡｌＮ製のウエハ保持体と筒状セラミック支持部材を用いたが、固定用部品を使用せずに、以下に示す従来の方法でウエハ保持体と筒状セラミック支持部材を固定した。即ち、図５に示すように、筒状セラミック支持部材４のフランジ部４ａの貫通穴に六角頭付きＭ６の金属ボルト２を挿通し、ウエハ保持体１に設けた雌ねじに締め付けトルク２００ｃＮ・ｍでねじ込むことによって、筒状セラミック支持部材４を固定した。
この支持構造について、上記実施例１と同様の実験を行った結果、初期の特性は実施例１と同様の結果を示すものの、６００℃と常温の間のヒートサイクルが３０回を越えると、金属ボルトが緩み、筒状セラミック支持部材４とウエハ保持体１の間で大きながたつきが観察され、成膜用の蒸着を継続できない状態となった。
また、上記支持構造において、六角頭付きＭ６金属ボルト２の雄ねじ部にセラミック系接着剤を塗布し、ウエハ保持体１の雌ねじ部に２００ｃＮ・ｍで締め付け、セラミック接着剤の硬化熱処理を行った。その後、上記と同様の実験を行ったところ、５００℃昇温中に、ウエハ保持体１が金属ボルト２を起点としたクラックで破損してしまった。
１ ウエハ保持体
２ 金属ボルト
２ａ フランジ
３ 固定用部品
４ 筒状セラミック支持部材
４ａ フランジ部
５、６ 金属ナット
７ キャップねじ
８ 第２の金属ボルト
１０ 支持構造
１０ａ 固定部
２ 金属ボルト
２ａ フランジ
３ 固定用部品
４ 筒状セラミック支持部材
４ａ フランジ部
５、６ 金属ナット
７ キャップねじ
８ 第２の金属ボルト
１０ 支持構造
１０ａ 固定部
Claims (4)
- セラミックス焼結体の内部又は表面に電気回路が形成されたウエハ保持体と、該ウエハ保持体を支持する筒状セラミック支持部材とが、複数の金属ボルトによって結合されている支持構造であって、
前記金属ボルトの一端が前記ウエハ保持体に設けた有底の雌ねじに螺合されると共に、該金属ボルトの一部に回転を防止するフランジが形成され、該フランジを前記ウエハ保持体との間で挟み込んで固定する固定用部品がウエハ保持体に固定されており、
前記金属ボルトの他端は、前記筒状セラミック支持部材の一端に設けたフランジ部の貫通穴に挿入され、且つ金属ナットが螺合されることによって、該筒状セラミック支持部材が前記ウエハ保持体に固定されていることを特徴とするウエハ保持体の支持構造。 - 前記固定用部品は、ガラス接合、ロウ付け、拡散接合、嵌合、又はねじ止めによって前記ウエハ保持体に固定されていることを特徴とする、請求項１に記載のウエハ保持体の支持構造。
- 前記固定用部品は、窒化アルミニウム又はムライト−アルミナ複合体を主成分としていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のウエハ保持体の支持構造。
- 前記金属ナットは、ダブルナット方式によって締め付けを行う複数の金属ナットからなることを特徴とする、請求項１〜３の内いずれかに記載のウエハ保持体の支持構造。
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