JP5025109B2 - 基板載置機構、基板処理装置、および基板載置機構の製造方法 - Google Patents

基板載置機構、基板処理装置、および基板載置機構の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、基板載置機構、基板処理装置、および基板載置機構の製造方法に関する。
半導体デバイスの製造においては、被処理基板である半導体ウエハに対して、ＣＶＤ成膜処理やプラズマエッチング処理のような真空処理を施す工程が存在するが、その処理に際しては被処理基板である半導体ウエハを所定の温度に加熱する必要があるため、基板載置台を兼ねたヒーターを用いて半導体ウエハを加熱している。
このようなヒーターとしては従来からステンレスヒーター等が用いられてきたが、近年、上記処理に用いられるハロゲン系ガスによる腐蝕が生じにくく、熱効率が高いセラミックヒーターが提案されている（特許文献１等）。このようなセラミックヒーターは、被処理基板を載置する載置台として機能するＡｌＮ等の緻密質セラミックス焼結体からなる基体の内部に、高融点金属からなる発熱体を埋設した構造を有している。
このようなセラミックヒーターからなる基板載置台を基板処理装置に適用する場合には、セラミック製の筒状の支持部材の一端を基板載置台の裏面に接合し、他端をチャンバーの底部に接合する。この支持部材の内部には、発熱体に給電するための給電線が設けられており、発熱体の端子にこの給電線がつながっていて、外部に設けられた電源からこの給電線および給電端子を介して発熱体に給電される。
ところで、このようなセラミックヒーターからなる基板載置台の支持部材との接合部において、支持部材や給電ラインを介して熱が逃げやすい。その結果、支持部材との接合部はその他の部分よりも温度が下がりやすく熱膨張差に起因する引張応力がかかる。接続部および給電端子等は、構造的にセラミックの破壊起点となりやすいため、これらの部位に引張応力がかかるとセラミックヒーターの割れにつながってしまう。
特開平７−２７２８３４号公報
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、破壊起点となり得る部位を有していても、その部位から割れが発生しにくい基板載置台を用いた基板載置機構、このような基板載置機構を有する基板処理装置、および基板載置機構の製造方法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、本発明の第１の観点では、基板処理装置の処理容器内において基板を載置する基板載置機構であって、セラミック部材からなる基体と基体に設けられた発熱体とを有し、基板を載置する基板載置台と、一端が前記基板載置台に接合され、前記処理容器内で前記基板載置台を支持する支持部材と、前記発熱体に給電する給電部とを具備し、前記発熱体に給電して前記基体が加熱された際に、前記基体における、熱膨張差に起因する引張応力がかかって破壊起点となり得る部位である前記給電部および／または前記支持部材が接合される部位に、前記加熱された温度において、前記引張応力を相殺して圧縮応力が残存する程度の圧縮応力が予め付与されていることを特徴とする基板載置機構を提供する。
本発明の第２の観点では、基板を収容し、内部が減圧保持される処理容器と、前記処理容器内に設けられ、前記基板が載置され、上記第１の観点の構成を有する基板載置機構と、前記処理容器内で基板に所定の処理を施す処理機構とを具備することを特徴とする基板処理装置を提供する。
本発明の第３の観点では、セラミック部材からなる基体と基体に設けられた発熱体とを有し、基板を載置する基板載置台と、一端が前記基板載置台に接合され、前記基板載置台を支持する支持部材と、前記発熱体に給電する給電部とを具備する基板載置機構の製造方法であって、前記セラミック部材からなる基体の製造過程で、前記発熱体に給電して前記基体が加熱された際に、前記基体における、熱膨張差に起因する引張応力がかかって破壊起点となり得る部位である前記給電部および／または前記支持部材が接合される部位に、前記加熱された温度において、前記引張応力を相殺して圧縮応力が残存する程度の圧縮応力を発生させることを特徴とする基板載置機構の製造方法を提供する。
上記第１の観点において、前記支持部材は前記基板載置台の中央に設けられている構成を採用することができる。
上記第３の観点において、前記圧縮応力は、破壊起点になり得る部位を含む部分と、他の部分とで温度を変えて焼結することにより発生させることができる。また、前記圧縮応力は、破壊起点になり得る部位を含む部分と、他の部分とで添加物の種類、量、および組成の１以上を変えて焼結することにより発生させることができる。さらに前記圧縮応力は、前記セラミック部材からなる基体の周辺部分または外周部分にリング状をなす張力発生エレメントを設け、当該張力発生エレメントと前記セラミック部材からなる基体との熱膨張差により発生させることができる。
なお、本発明において、セラミック部材とは、典型的には無機材料の焼結体であるが、それに限らず石英ガラス等のガラスや単結晶材料等を含む広義のセラミックスからなる部材をいう。
本発明によれば、セラミック部材からなる基体に埋設された発熱体に給電して基体が加熱された際に、基体における、熱膨張差に起因する引張応力がかかって破壊起点となり得る部位に、加熱された温度において、引張応力を相殺して圧縮応力が残存する程度の圧縮応力が予め付与されているので、その部位から割れを発生しにくくすることができる。具体的には、基板載置台に支持部材が接合される部位および／または支持部材を通って延びる給電ラインから発熱体に給電する給電部が破壊起点となり得るが、その部分に圧縮応力が発生するように構成することにより割れを発生しにくくすることができる。
以下、添附図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
ここでは、本発明に係るセラミック部材をＣＶＤ成膜装置の基板載置機構に適用した例について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るウエハ載置機構を適用したＣＶＤ成膜装置を示す概略断面図である。このＣＶＤ成膜装置１００は、気密に構成された略円筒状のチャンバー２と、チャンバー２の底壁２ｂから下方に突出して設けられた排気室３とを有しており、これらチャンバー２と排気室３により一体的な処理容器が構成される。チャンバー２内には被処理体である半導体ウエハ（以下、単にウエハと記す）Ｗを水平状態にして載置し、かつ加熱するための、ウエハ載置機構１０が設けられている。このウエハ載置機構１０は、ウエハ載置面を有し、セラミック部材からなる基体と、基体に埋設された発熱体とを有するウエハ載置台１１と、処理容器を構成する排気室３の底部から上方に延びウエハ載置台１１の中央を支持する円筒状の支持部材１２とを有している。また、チャンバー２の外側にはウエハ載置台１１の発熱体等に給電するための電源５が設けられており、この電源５から接続室２０を介して発熱体等に給電される。電源５にはコントローラ７が接続されており、電源５からの給電量を制御してウエハ載置台１１等の温度制御を行うようになっている。この制御系の詳細については後述する。さらに、ウエハ載置台１１の外縁部にはウエハＷをガイドするためのガイドリング６が設けられている。
チャンバー２の天壁２ａには、シャワーヘッド３０が設けられており、このシャワーヘッド３０にはガス供給機構４０が接続されている。シャワーヘッド３０は、上面にガス導入口３１を有し、内部にガス拡散空間３２を有し、下面にガス吐出孔３３が形成されている。ガス導入口３１には、ガス供給機構４０から延びるガス供給配管３５が接続されており、ガス供給機構４０から成膜ガスが導入される。
前記排気室３は、チャンバー２の底壁２ｂの中央部に形成された円形の穴４を覆うように下方に向けて突出しており、その側面には排気管５１が接続されており、この排気管５１には排気装置５２が接続されている。そしてこの排気装置５２を作動させることによりチャンバー２内を所定の真空度まで減圧することが可能となっている。
ウエハ載置台１１には、ウエハＷを支持して昇降させるための３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン５３がウエハ載置台１１の表面に対して突没可能に設けられ、これらウエハ支持ピン５３は支持板５４に固定されている。そして、ウエハ支持ピン５３は、エアシリンダ等の駆動機構５５により支持板５４を介して昇降される。
チャンバー２の側壁には、真空に保持された図示しない搬送室との間でウエハＷの搬入出を行うための搬入出口５６と、この搬入出口５６を開閉するゲートバルブ５７とが設けられている。
次に、ウエハ載置機構１０について図２の拡大断面図を参照して詳細に説明する。
上述したように、ウエハ載置機構１０は、ウエハ載置台１１と、ウエハ載置台１１を支持する円筒状の支持部材１２とを有している。ウエハ載置台１１は、セラミックヒーターとして構成されており、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＳｉＯ２等のセラミック材料からなるセラミック部材として構成される基体１１ａと、基体１１ａ内に埋設された、例えばＷ、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔａ等の高融点金属またはこれらの化合物からなる発熱体１３とを有している。発熱体１３は２ゾーンに分かれており、ウエハ載置台１１の中央部分において、各ゾーンの発熱体１３は、それに給電するための給電端子部１４に接続されている。なお、給電端子部１４は、各ゾーンの発熱体１３に２つずつ設けられているが、図２では便宜上、各ゾーンの発熱体１３について１つずつ合計２つのみ描いている。
支持部材１２もウエハ載置台１１と同様、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＳｉＯ２等のセラミック材料からなり、支持部材１２はウエハ載置台１１の裏面の中央に接合されて接合部１６を構成している。支持部材１２の内側には、鉛直方向に延在する４本の給電ロッド１５（２本のみ図示）が設けられており、その上端部は給電端子部１４に接続され、下端部は支持部材１２の下端に排気室３の下方へ突出するように取り付けられた接続室２０内に延びている。給電ロッド１５はＮｉ合金等の耐熱金属材料で構成されている。
支持部材１２の底部にはフランジ状をなす絶縁体からなる底蓋２１が取付部材２１ａおよびネジ２１ｂにより取り付けられており、この底蓋２１に給電ロッド１５が挿通される孔が鉛直に設けられている。また、接続室２０は円筒状をなし、その上端にフランジ２０ａが形成されており、このフランジ２０ａが底蓋２１と排気室３の底壁とによって狭持されている。フランジ２０ａと排気室３の底壁との間はリングシール部材２３ａにより気密にシールされており、フランジ２０ａと底蓋２１との間は２つのリングシール部材２３ｂによって気密にシールされている。そして、接続室２０内において、給電ロッド１５が電源５から延びる給電線（図示せず）に接続されている。
セラミック部材として構成されるウエハ載置台１１の基体１１ａには、その中央部に、支持部材１２や給電ロッド１５が接続されているため、中央部から熱が逃げやすい。その結果、基体１１ａの中央部の温度が周辺部に比べて下がりやすく熱膨張差に起因する引張応力がかかる。基体１１ａの中央部には支持部材１２との接合部１６および給電端子部１４の接続部分等、構造的にセラミックの破壊起点になりやすい部分が多いため、このように中央部に引張応力がかかると、基体１１ａに割れが発生しやすくなる。そのため、本実施形態においては、このような破壊起点となりやすい部分が存在する中央部に圧縮応力が発生した状態で基体１１ａ、ひいてはセラミックヒーターであるウエハ載置台１１が構成されている。
次に、成膜装置１００の全体の制御系について説明する。
成膜装置１００の各構成部は、プロセスコントローラ６０に接続されて制御される構成となっている。プロセスコントローラ６０には、工程管理者が成膜装置１００を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、成膜装置１００の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等からなるユーザーインターフェイス６１が接続されている。
また、プロセスコントローラ６０には、成膜装置１００で実行される各種処理をプロセスコントローラ６０の制御にて実現するための制御プログラムや、処理条件に応じてプラズマエッチング装置の各構成部に処理を実行させるためのプログラムすなわちレシピが格納された記憶部６２が接続されている。レシピはハードディスクや半導体メモリに記憶されていてもよいし、ＣＤＲＯＭ、ＤＶＤ等の可搬性の記憶媒体に収容された状態で記憶部６２の所定位置にセットするようになっていてもよい。さらに、他の装置から、例えば専用回線を介してレシピを適宜伝送させるようにしてもよい。
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェイス６１からの指示等にて任意のレシピを記憶部６２から呼び出してプロセスコントローラ６０に実行させることで、プロセスコントローラ６０の制御下で、成膜装置１００での所望の処理が行われる。
以上のように構成される成膜装置１００においては、まず、ウエハ載置台１１に埋設された発熱体１３に電源５から給電することにより、ウエハ載置台１１を例えば７００℃程度に加熱し、排気装置５２によりチャンバー２内を引き切り状態としておき、ゲートバルブ５７を開にして真空状態の図示しない搬送室から搬入出口５６を介してウエハＷをチャンバー２内へ搬入し、ウエハ載置台１１の上面にウエハＷを載置し、ゲートバルブ５７を閉じる。この状態で、ガス供給機構４０から、ガス供給配管３５を介して、成膜ガスを所定流量でシャワーヘッド３０に供給し、シャワーヘッド３０からチャンバー２内に供給することにより、ウエハＷの表面で反応を生じさせて所定の膜を成膜する。
上述したように、セラミック部材として構成されるウエハ載置台１１の基体１１ａには、その中央部に、支持部材１２や給電ロッド１５が接続されているため、成膜処理の際にウエハ載置台１１が高温になると、中央部から支持部材１２や給電ロッド１５を介して熱が逃げやすい。その結果、基体１１ａの中央部の温度が周辺部に比べて下がりやすく熱膨張差に起因する引張応力がかかるが、このように中央部に引張応力がかかると、支持部材１２との接合部１６および給電端子部１４の接続部分等、構造的にセラミックの破壊起点になりやすい部分において割れが発生しやすくなる。
そこで、本実施形態においては、このような破壊起点となりやすい部分が存在する中央部に圧縮応力が発生した状態で基体１１ａ、ひいてはセラミックヒーターであるウエハ載置台１１を構成する。
すなわち、図３にウエハ載置台１１の径方向の応力分布を示すが、室温において実線Ａで示すような中央部分に圧縮応力が発生するようにセラミック部材からなるウエハ載置台１１を形成する。ただし、昇温時には支持部材１２を介した放熱によりウエハ載置台１１の中央部分の温度が周辺よりも低くなるため、これらの間の熱膨張差により、中央部の圧縮応力が緩和されてしまう。このため、使用温度において、破線Ｂに示すように、圧縮応力が緩和されてもなお、破壊起点となりやすい支持部材１２の接合部を含む範囲（図３中の白矢印）に圧縮応力が残存するように、室温での圧縮応力を高く設定する。
このように、破壊起点となりやすい部分があっても、そこに圧縮応力がかかっている状態とすることにより、クラックが成長しにくくなるため、破壊には至らない。
次に、ウエハ載置台１１を構成するセラミック部材に応力を発生させる手法について説明する。
第１の方法は、セラミック部材であるウエハ載置台１１を製造する際に、中央部分と周辺部分の焼結温度に分布をつける方法である。通常、セラミック焼結体は、焼結温度により収縮率が異なるから、意図的に中央部分の焼結温度を周辺部分と異ならせることにより、中央部分に圧縮応力を発生させることが可能である。
すなわち、使用するセラミック部材において、焼結温度が上昇するに従って収縮率が上昇する温度範囲を適用する場合には、
中央部分の焼結温度＜周辺部分の焼結温度
の場合、
中央部分の収縮率＜周辺部分の収縮率
となるから、中央部に対して周辺部から締め付ける力が加わり、圧縮応力が発生する。
ウエハ載置台１１の基体１１ａを構成するセラミック材料がＡｌＮの場合には、焼成温度と収縮率との関係は、図４に示すようになる（出典：大石克嘉、高橋洋一、中央大学理工学部応用化学科、「フッ化物を焼結助剤に用いた窒化アルミニウムの低温焼結」、http://www.ise.chuo-u.ac.jp/TISE/pub/annua107/199905oishi.pdf）。この図に示すように、添加物の有無および添加物の種類により収縮率の変化の挙動は異なるが、いずれの場合にも焼結温度が上昇するに従って収縮率が上昇することがわかる。
ＡｌＮの線膨張係数は５ｐｐｍ／℃程度であるから、基体１１ａの温度分布が仮に５０℃であったとすれば熱膨張率差は０．０２５％に過ぎない。これに打ち勝つだけの応力を発生させるためには、焼結時に０．０２５％を超える収縮率差をつけておけばよい。例えば。図４のうち、無添加の場合は収縮率は６．５％／２００℃であるから、上記収縮率差をつけるには０．８℃以上焼結温度差をつければ十分である。
このように中央部分と周辺部分とで焼結温度に差をつけるためには、例えば、ホットプレスを用いて温度のゾーン制御を行う方法を適用することができる。具体的に図５を参照して説明する。図５はセラミック部材の中央部分と周辺部分とで焼結温度に差をつけることができるホットプレス装置を示す模式図である。このホットプレス装置は、図示しないチャンバー内に上部ヒーター７１および下部ヒーター７２を対向して設け、その間に試料室７３が形成される。試料室７３の周囲には、上部ヒーター７１および下部ヒーター７２との間に僅かなクリアランスを介してリング状の金型７４が配置されている。上部ヒーター７１の上面の中央部には鉛直上方に延びる上部軸７５が設けられており、下部ヒーター７２の下面には鉛直下方に延びる下部軸７６が設けられている。これら上部軸７５および下部軸７６は図示しない油圧シリンダにより鉛直方向に沿って移動されるようになっており、上記試料室７３内にセラミックの原料粉末を入れた状態で所定温度に加熱された上部ヒーター７１および下部ヒーター７２をシリンダーにより矢印方向に移動させ、セラミック原料粉末をホットプレスし、所定形状の焼結体を得る。
上部ヒーター７１には、中央部分に中央発熱体７７ａが、周辺部分に周辺発熱体７７ｂが埋設されている。また、下部ヒーター７２には、中央部分に中央発熱体７８ａが、周辺部分に周辺発熱体７８ｂが埋設されている。そして、中央部分の温度および周辺部分の温度は、高精度で制御可能となっており、中央部分と周辺部分とで焼結温度を僅かに変えたゾーン制御が可能となっている。これにより、上述したような焼結温度差を形成し、中央部よりも周辺部の収縮率を大きくして中央部に圧縮応力を発生させることができる。
なお、セラミック材料がＡｌＮやＳｉ３Ｎ４等の酸化を嫌うものである場合には、チャンバー内を真空にしてホットプレスを行う真空ホットプレス装置や、チャンバー内を雰囲気制御できるホットプレス装置を用いることが好ましい。また、上部ヒーター７１および下部ヒーター７２の一方をシリンダーにより移動可能にしてもよい。
次に、圧縮応力を発生させる第２の方法について説明する。
この第２の方法は、セラミック部材である基体１１ａの中央部分と周辺部分とで添加物（焼結助剤）の種類、量、および組成の１以上を変える方法である。通常、セラミック焼結体は、添加物（焼結助剤）の種類、量、および組成により収縮率が異ならせることができるから、意図的に中央部分と周辺部分とで焼結助剤の種類、量、組成の１以上を変えることにより、中央部に圧縮応力を発生させることが可能である。
つまり、同じ焼結温度において収縮率が相対的に小さくなる添加物（焼結助剤）を中央部分に添加し、収縮率が相対的に大きくなる添加物（焼結助剤）を周辺部に添加することにより、
中央部の収縮率＜周辺部の収縮率
を実現することができ、中央部に対して周辺部から締め付ける力が加わり、圧縮応力が発生する。
ウエハ載置台１１の基体１１ａを構成するセラミック材料がＡｌＮの場合には、焼結助剤による焼成温度と収縮率との関係は、図６に示すようになる（出典：大石克嘉、高橋洋一、中央大学理工学部応用化学科、「酸化物とホウ化物を焼結助剤に用いた窒化アルミニウムの低温焼結」、http://www.ise.chuo-u.ac.jp/TISE/pub/annua107/200008oishi.pdf）。この図に示すように、添加物の種類、組成により収縮率の変化の挙動が異なることがわかる。
上述したように、ＡｌＮの線膨張係数は５ｐｐｍ／℃程度であるから、基体１１ａの温度分布が仮に５０℃であったとすれば熱膨張率差は０．０２５％であり、これに打ち勝つだけの応力を発生させるためには、焼結時に０．０２５％を超える収縮率差をつけておけばよい。図６では、添加物Ｎ（３ｍａｓｓ％Ｙ２Ｏ３−１ｍａｓｓ％ＣａＯ）、添加物Ｌ（３ｍａｓｓ％Ｙ２Ｏ３−１ｍａｓｓ％ＣａＯ−０．２５ｍａｓｓ％ＬａＢ６）、添加物Ｂ（３ｍａｓｓ％Ｙ２Ｏ３−１ｍａｓｓ％ＣａＯ−０．２５ｍａｓｓ％Ｂ２Ｏ３）の収縮率曲線から、Ｎ−Ｌ、Ｎ−Ｂ、Ｂ−Ｌのいずれの組み合わせでも１％以上の収縮率差を発生させることが可能であり、ウエハ載置台１１の中央部分に所望の圧縮応力を発生させることが可能であることがわかる。
このように中央部分と周辺部分とで添加物（焼結助剤）の種類、量、および組成の１以上を変えるには、例えば図５に示したようなホットプレス装置を用い、上部ヒーター７１を上部に退避させた状態で、図７に示すように、試料室７３の中央部分に対応する部分と周辺部分に対応する部分にリング状の仕切部材８１を設け（図７の（ａ））、仕切８１により分離された２つの部分に添加物の種類、量、および組成の１以上が異なる原料を装入し（図７の（ｂ））、その後、仕切部材８１を取り外す（図７の（ｃ））といった方法を採用することができる。その後、上記と同様の手順でホットプレスを行うことにより、中央部分に所望の圧縮応力が付与された焼結体を得ることができる。なお、この場合には中央部分と周辺部分とで焼結温度を異ならせる必要はないが、異ならせることにより、焼結温度が異なることによる効果と、添加物（焼結助剤）の種類、量、および組成の１以上を変えることによる効果とを複合させることができる。
以上は、中央部分と周辺部分とで添加物（焼結助剤）の種類、量、および組成の１以上を変えて中央部分に圧縮応力を発生した場合を説明したが、これに限らず、中央部分と周辺部分とで添加物（焼結助剤）の種類、量、および組成の１以上を変えた層を厚さ方向に複数設け、層毎に中央部分と周辺部分の添加物（焼結助剤）の種類、量、および組成の１以上を変えるようにしてもよい。例えば、図８の（ａ）に示すように、圧縮応力はセラミック部材９０の表層のみでよく、厚さ方向中央には圧縮応力が存在する必要がない場合、または図８の（ｂ）に示すように、厚さ方向中央にはむしろ引張応力が存在するほうがよい場合もある。
そのような場合には、図７の（ｂ）において、最初に、一方の表層に対応する高さ位置まで、仕切８１により分離された２つの部分に中央部分に圧縮応力が存在するように添加物の種類、量、および組成の１以上が異なる原料を装入し、その後、高さ方向中央に対応する高さ位置まで、高さ仕切８１で分離された２つの部分に同じ添加物の原料をいれて径方向に応力が発生しないようにするか、または中央部分に引張圧縮応力が存在するように仕切８１により分離された２つの部分に添加物の種類、量、および組成の１以上が異なる原料を装入し、さらにその上の他方の表層に対応する部分において、仕切８１により分離された２つの部分に中央部分に圧縮応力が存在するように最初と同じ原料を装入する。
次に、圧縮応力を発生させる第３の方法について説明する。
この第３の方法は、図９に示すように、ウエハ載置台１１（セラミック部材）の周辺部分（図９の（ａ））またはウエハ載置台１１（セラミック部材）の外周部分（図９の（ｂ））にリング状をなす張力発生エレメント８２を設け、これと基体１１ａとの熱膨張差により基体１１ａに圧縮応力を付与することができる。簡便なのは、図９の（ｂ）であるが、張力発生エレメント８２が腐食しやすい場合には、図９（ａ）のようにウエハ載置台１１の中に埋め込むことが好ましい。このような状態にするには、張力発生エレメント８２として大きな塑性変形が可能な金属材料を原料に埋め込んでおいて焼結する方法、ウエハ載置台１１の張力発生エレメント８２の内側部分のみを先に途中まで焼結させてから張力発生エレメント８２を装着し、その後外側部分の原料を装入し、全体を焼結させる方法等を採用することができる。
以上のように、支持部材１２との接合部および給電端子部１４の接続部分等、構造的にセラミックの破壊起点になりやすい部分が存在する中央部を圧縮応力が発生した状態とするので、その部分に引張応力が付与されることによる割れ等が発生することが回避される。
以上は、ウエハ載置台１１がセラミックヒーターとして構成される場合を示したが、ヒーターを有しないウエハ載置台であっても破壊起点となりやすい部分に圧縮応力を発生させる手法は有効である。
その例について以下説明する。
上述した実施形態のような熱ＣＶＤでは、基板であるウエハ温度に例えば７００℃という高温が要求されるため、上述したようなセラミックヒーターとして構成されるウエハ載置台１１が要求されるが、高い温度が要求されない処理、例えばプラズマ処理等を行う装置の場合は、このような高温に昇温されないため、発熱体が存在しない全体がセラミック部材で形成された図１０に示すようなウエハ載置台８４が用いられる。この場合には、ウエハ載置台８４は積極的には加熱されないため、その中央部分にはほとんど引張応力が発生せず、中央部分で割れる危険性は小さい。この場合には、むしろウエハ支持ピンが挿通する挿通孔５３ａにおいて割れが発生する可能性が高くなる。つまり、ウエハ支持ピン５３の挿通孔５３ａは加工により形成されているため破壊起点になりやすく、その部分で引張応力が発生する可能性があるので、割れが発生する可能性がある。このような場合にはウエハ支持ピンの挿通孔５３ａが形成されている周辺部分に圧縮応力を付与することにより、上述のような効果を得ることができる。
この場合の圧縮応力付与の方法としては、上記第１の方法である中央部分と周辺部分の焼結温度に分布をつける方法、第２の方法である中央部分と周辺部分とで添加物（焼結助剤）の種類、量、および組成の１以上を変える方法を採用することができる。ただし、上記の場合とは逆に、
中央部分の収縮率＞周辺部分の収縮率
となるようにする。
このように発熱体を有しない場合には、上記セラミックヒーターとして構成されるウエハ載置台１１の場合よりも割れの発生率は格段に低いものではあるが、このように引張応力が付与されて破壊起点となる可能性がある部分に圧縮応力を発生させることにより、より確実に割れを防止することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態では、支持部材をセラミックヒーターとして構成されるウエハ載置台の中央部分に設けた例を示したが、これに限らず、ウエハ載置台の周辺部分に複数設けたものであってもよく、この場合には、ウエハ載置台の周辺部分に圧縮応力を発生させた構成とされる。また、上記実施形態では、本発明に係るセラミック部材をＣＶＤ成膜装置のウエハ載置機構や、ウエハの加熱をともなわない処理のウエハ載置機構に適用した場合について示したが、このような載置機構に限らず、割れにつながる破壊起点になりやすい部位が存在しているものであれば適用可能である。
本発明のセラミック部材は、チャンバー内で基板を基板載置台に載置し、載置台が支持部材で支持された構造のセラミックヒーターとして構成されている基板載置機構に好適である。
本発明の一実施形態に係るウエハ載置機構を適用したＣＶＤ成膜装置を示す概略断面図。 本発明の一実施形態に係るウエハ載置機構を拡大して示す拡大断面図。 本発明の一実施形態におけるウエハ載置台の径方向の応力分布を示す図。 ＡｌＮの焼成温度と収縮率との関係を示すグラフ。 セラミック部材の中央部分と周辺部分とで焼結温度に差をつけることができるホットプレス装置を示す模式図。 ＡｌＮの焼結助剤による焼成温度と収縮率との関係を示す図。 中央部分と周辺部分とで添加物（焼結助剤）の種類、量、および組成の１以上を変える方法を説明するための図。 中央部分と周辺部分とで添加物（焼結助剤）の種類、量、および組成の１以上を変えた層を厚さ方向に複数設け、表層の中央部分に圧縮応力を存在させ、厚さ方向中央においては中央部分に応力を存在させない引張応力を存在させた場合を示す図。 圧縮応力を発生させる第３の方法を説明するための図。 本発明の他の実施形態におけるウエハ載置台を示す斜視図。
符号の説明
２；チャンバー
３；排気室
５；電源
７；コントローラ
１０；ウエハ載置機構
１１；ウエハ載置台
１１ａ；基体
１２；支持部材
１３；発熱体
１４；給電端子部
１５；給電ロッド
２０；接続室
６０；プロセスコントローラ
１００；成膜装置
Ｗ；半導体ウエハ

Claims (7)

  1. 基板処理装置の処理容器内において基板を載置する基板載置機構であって、
    セラミック部材からなる基体と基体に設けられた発熱体とを有し、基板を載置する基板載置台と、
    一端が前記基板載置台に接合され、前記処理容器内で前記基板載置台を支持する支持部材と、
    前記発熱体に給電する給電部と
    を具備し、
    前記発熱体に給電して前記基体が加熱された際に、前記基体における、熱膨張差に起因する引張応力がかかって破壊起点となり得る部位である前記給電部および／または前記支持部材が接合される部位に、前記加熱された温度において、前記引張応力を相殺して圧縮応力が残存する程度の圧縮応力が予め付与されていることを特徴とする基板載置機構。
  2. 前記支持部材は前記基板載置台の中央に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の基板載置機構。
  3. 基板を収容し、内部が減圧保持される処理容器と、
    前記処理容器内に設けられ、前記基板が載置され、請求項１または請求項２に記載された構成を有する基板載置機構と、
    前記処理容器内で基板に所定の処理を施す処理機構と
    を具備することを特徴とする基板処理装置。
  4. セラミック部材からなる基体と基体に設けられた発熱体とを有し、基板を載置する基板載置台と、一端が前記基板載置台に接合され、前記基板載置台を支持する支持部材と、前記発熱体に給電する給電部とを具備する基板載置機構の製造方法であって、
    前記セラミック部材からなる基体の製造過程で、前記発熱体に給電して前記基体が加熱された際に、前記基体における、熱膨張差に起因する引張応力がかかって破壊起点となり得る部位である前記給電部および／または前記支持部材が接合される部位に、前記加熱された温度において、前記引張応力を相殺して圧縮応力が残存する程度の圧縮応力を発生させることを特徴とする基板載置機構の製造方法。
  5. 前記圧縮応力は、前記破壊起点になり得る部位を含む部分と、他の部分とで温度を変えて焼結することにより発生させることを特徴とする請求項４に記載の基板載置機構の製造方法。
  6. 前記圧縮応力は、前記破壊起点になり得る部位を含む部分と、他の部分とで添加物の種類、量、および組成の１以上を変えて焼結することにより発生させることを特徴とする請求項４に記載の基板載置機構の製造方法。
  7. 前記圧縮応力は、前記セラミック部材からなる基体の周辺部分または外周部分にリング状をなす張力発生エレメントを設け、当該張力発生エレメントと前記セラミック部材からなる基体との熱膨張差により発生させることを特徴とする請求項４に記載の基板載置機構の製造方法。
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