JP5229780B2 - 基板載置台 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハ等の基板を載置する基板載置台に関する。

従来から、半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体ウエハ等の基板を載置する種々の基板載置台、例えば、セラミックスヒータ、静電チャック、ヒータ付き静電チャック等が使用されている。

セラミックスヒータや静電チャック等は、例えば、半導体ウエハの形状に応じた円盤状のセラミックス基体中に線状、板状又は膜状の電極を埋設したものである。この電極は、セラミックスヒータにおいては基板温度を所定温度に加熱するための発熱体として用いられる。また、静電チャックにおいては、半導体ウエハを基板載置台上に吸着固定するクーロン力やジョンソン・ラーベック力を生じさせるために用いられる。

最近、半導体デバイスの製造プロセスのなかで、エッチングプロセスでは、エッチング選択比及びエッチング形状のアスペクト比をより改善する目的等のため、半導体ウエハを冷却しながらエッチングを行う、いわゆる低温エッチングプロセスが提案されている。このエッチングプロセスの他にも、種々の薄膜加工や、あるいは基板の特性評価において、基板載置台に載置された半導体ウエハの冷却を必要とする工程が増えてきている。また、高温でのプロセスで使用される場合でも、より短時間に基板温度を室温に戻すために、また、高温プロセス中の半導体ウエハの面内温度分布の制御のために、基板載置台が冷却機能を具備することが望まれている。

このようなニーズに対応するため、多孔質セラミックスと充填金属とのコンポジット材料（複合材）からなるベース基体を、基板載置台の基板載置部を構成するセラミックス基体に対して、ろう材を用いてろう付け接合し、ベース基体をヒートシンクとして使用した基板載置台が提案されている（特許文献１）。コンポジット材は、金属部材に比較し低い熱膨張係数を得ることができるとともに、加工性も良好である。

また、このベース基体とセラミックス基体とを圧接する基板載置台の製造方法が提案されている（特許文献２）。
特開平１１−１６３１０９号公報 特開２００５−１０１１０８号公報

半導体デバイスの製造プロセスにおいて、基板載置台は、半導体デバイスの製造装置における雰囲気（ガス濃度、ガス圧力、ガス温度など）が制御可能な処理室内に配設される。そして、この基板載置台に載置された基板は、この処理室内における所定の雰囲気の下で、エッチッグや成膜などの処理が施される。

この基板載置台のベース基体は、前述のように多孔質セラミックスと充填金属とのコンポジット材料であり、多孔質セラミックスの気孔の全てに金属が充填されているものではなく、この気孔がわずかに残存している。したがって、このエッチッグや成膜などの処理のために、処理室内を高真空状態にしたとき、ベース基体の周囲で気密になるように封止したとしても、このベース基体自体に残存する気孔を通して外部からガスが処理室内に流入する結果、処理室の十分なシール性が確保できないことがあった。

また、処理室におけるベース基体の周囲の封止は、Ｏリング等の封止手段によって行われる。ベース基体に残存する気孔が表面部に露出するため、例え気孔がベース基体内部で連通していなくてもＯリング等のシール面の内外を連通してガスがリークしてしまうことがあった。さらには、基板載置台におけるセラミックス基体の熱膨張係数とベース基体の熱膨張係数との相違によって、基板載置台のベース基体に反りが生じることがあった。このベース基体の反りは、シール部の密着性を低下させ、上記封止手段によるベース基体の周囲の封止に悪影響を及ぼすおそれがあった。

基板の処理時に処理室内へ外部から空気が流入すると、基板の処理条件が変動するため、良好な成膜やエッチングを行うことが難しくなる。

そこで、本発明は上記の問題を有利に解決するものであり、処理室内を高真空に保つことができる基板載置台を提供することを目的とする。

本発明の基板載置台は、一つの面が基板載置面である板状のセラミックス基体と、この基板載置面とは反対の面で接合材を介して当該セラミックス基体と接合され、多孔質セラミックスの気孔内に金属が充填された気孔率が０％を超え５％未満の板状の複合材料基体と、この複合材料基材の、上記セラミックス基体と接合される面とは反対の面で接合材を介して当該複合材料基材と接合される金属板とを備えることを特徴とする。

本発明の基板載置台によれば、基板載置台を通したガスリークを抑制することができ、処理室を高真空状態に保持することにより、基板に対して良好な処理を施すことが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る基板載置台を、図面を用いて具体的に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る基板載置台を示す断面図である。図１に示す基板載置台１は、一例として、静電チャックとして機能するものである。基板載置台１は、セラミックス基体１１を備えている。このセラミックス基体１１は概略円盤状であり、一方の平面は、基板載置台１により吸着固定される基板が載置される基板載置面１１ａとなる。この基板載置面１１ａの内部の基板載置面１１ａ近傍に、静電吸着力を生じさせるための電極１２が埋設されている。この電極に、図示しない電源から電力を導くための端子１３が電極１２に接続されている。

セラミックス基体１１は、例えば、窒化アルミニウム、炭化珪素、アルミナ、窒化珪素及びサイアロンから選ばれる少なくとも１種のセラミックス、又は、これらのセラミックスを主成分として、適切な副成分を含有するセラミックスからなることが好ましい。

セラミックス基体１１の上記基板載置面１１ａとは反対側には、図示しない処理室内にセラミックス基体１１を取り付けるのを容易にするため、また、セラミックス基体１１を背面から冷却して、基板載置面１１ａに載置された基板の温度又は面内温度分布を制御するため等に、複合材料基体２１が配設される。この複合材料基体２１は、多孔質セラミックスと、この多孔質セラミックスの気孔に充填された金属材料との複合材料からなり、セラミックス基体１１とは、接合材２２を介して接合される。この複合材料基体２１には、中央部に端子１３を挿入可能にする貫通孔２１ａが、周縁部に複合材料基体２１を図示しない処理室に締結固定するためのボルト孔２１ｂが、それぞれ形成されている。

複合材料基体２１に適用される材料は、良好な熱伝導率を有するとともに、セラミックス基体１１と熱膨張係数が近似する材料として、多孔質セラミックスの気孔内に金属が充填された、複合材料基体２１全体としての気孔率が５％未満の複合材料が適用される。この気孔率は、できるだけ小さいことが望ましいが、複合材料が多孔質セラミックスの気孔中に溶融金属を圧入しての製造されるため、気孔率をゼロにすることは困難であるが、５％未満のものを適用する。気孔率が５％以上の複合材料では、この気孔を通してガスが大量に流れるおそれがある。

複合材料基体２１の多孔質セラミックスと充填金属の材料は、上述した熱伝導率が良好で、熱膨張係数がセラミックス基体１１と近似する観点から組み合わせられ、例えば、多孔質セラミックスとしてはセラミックス基体１１と同種又は異種の、アルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、サイアロン等を適用することができる。また、充填金属としては耐腐食性が高く、充填性の良い、例えばＡｌもしくはＡｌとＳｉとの合金を好ましく適用できる。なお、セラミックス基体１１が窒化アルミニウムを主成分とする場合やアルミナを主成分とする場合は、複合材料基体２１としては、炭化珪素とアルミニウムとの複合材を使用することにより、セラミックス基体と冷却部材との熱膨張係を好適に合わせることができるので好ましい。複合材料基体２１は、熱膨張係数をセラミックス基体１１に近づけることができるため、セラミックス基体１１との接合後に反りや接合部での剥がれが生じにくい。また、加工性も良好なため、加工負担が少ない。さらに、金属が充填されているため、セラミックス単体より高い熱伝導度を示し、効率的にセラミックス基体１１を冷却できる。

複合材料基体２１とセラミックス基体１１とは、接合材２２により接合される。この接合材２２は、アルミニウムを主成分とするロウ材でも良いが、アルミニウム合金を含む厚み５０〜２００μｍ程度の接合材２２であって、セラミックス基体１１と複合材料基体２１とを圧接するものが好ましい。圧接することにより、溶融固化による接合の場合に伴うことのあるポアの発生をなくし、良好な接着強度を得ることができる。また、この圧接によれば、ろう付け接合では得られないアルミニウム合金層の厚みを確保することができる。

接合材２２の厚み、すなわちアルミニウム合金層の厚みを５０μｍ以上２００μｍ以下とすることにより、接合部のセラミックス基体１１に残る残留応力を効果的に低減し、また、複合材料基体２１の特性ばらつきを緩和できる。したがって、残留応力による基板載置面１１ａの反りを抑制し、基板と基板載置面１１ａとの密着性を改善し、基板の均熱性を高めることができる。残留応力をより効果的に低減するためには、上記アルミニウム合金層の厚みを１００μｍ以上１５０μｍ以下の範囲とすることが好ましい。

また、接合材２２が５０μｍ以上の厚みを持つ場合は、複合材料基体２１に面内方向で熱伝導率のばらつきが存在しても、この接合材２２が面内方向に高い熱伝導率を有するため、複合材料基体２１のばらつきによる影響を抑えることができる。また、接合材２２が５０μｍ以上の厚みを有する場合は、接合材２２のアルミニウム合金の塑性変形能により、接合材２２の強度ばらつきを低減することもできる。

また、接合材２２は、セラミックス基体１１への濡れ性を改善するため、アルミニウム合金に加えて、マグネシウム、チタン、ジルコニウム及びハフニウムの少なくとも１種の金属を含有することが好ましい。なお、これらの添加金属は、あまりに多く含有すると接合材２２の耐食性が悪化するため、０．３ｗｔ％以上５．０ｗｔ％以下の含有量とすることが好ましい。また、アルミニウム合金に、さらに珪素又は硼素を添加することもでき、これによって、液相線温度を降下させることが可能となる。珪素又は硼素の添加量は、耐食性の悪化を防止するため、２０ｗｔ％以下が好ましく、１〜１２ｗｔ％がより好ましい。

そして、本実施形態の基板載置台１では、前述した複合材料基体２１の上記セラミックス基体１１と接合される面とは反対の面側に、金属板３１が配設され、この金属板３１と複合材料基体２１とが、接合材３２を介して接合されている。この金属板３１には、複合材料基体２１の貫通孔２１ａと連なる孔３１ａが形成され、端子１３が挿入可能になっている。この金属板３１の他方の面が、処理室の封止部材と接触して、基板載置台１近傍の処理室が気密に維持される。

図２は、本実施形態の基板載置台１が処理室内に取り付けられたところを示す断面図である。なお、図２では、図１と同一の部材については、同一の符号を付してあり、以下の説明ではこれらの部材について重複する説明を省略する。

図２に示した処理室４０は、基板載置台１を収容する下部領域４１と基板載置台１を覆う上部領域４２とを有し、この下部領域４１と上部領域４２との接続部には、封止部材４３が配設され、この封止部材４３により接合部が気密にされている。また、下部領域４１の底面の中央部近傍には、基板載置台１の端子１３を外部の電源と導通させるための開口４１ａが形成されている。この開口４１ａに基板載置台１の端子１３が対向するように、基板載置台１は下部領域４１の底面上に配設され、複合材料基体２１のボルト孔２１ｂに装入されたボルト２３により、下部領域４１と締結固定される。この開口４１ａから外部のガス（空気）が処理室４０内へ流入するのを防止するために、開口４１ａの周囲であって、下部領域４１の底面と金属板３１の裏面との間には、封止部材４３が配設され、この封止部材４３により開口４１ａ近傍が気密にされている。この封止部材４３は、例えばＯリングである。処理室４０には、図示しないガス供給源及びガス吸引ポンプが取り付けられて、処理室４０内の雰囲気（ガス濃度、真空度など）を所定の値にすることができるようになっている。

開口４１ａ近傍において処理室４０を気密にすることに関し、従来公知の基板載置台は、本発明に係る基板載置台１の金属板３１を具備していない。したがって、この従来公知の基板載置台では、複合材料基体２１に相当する部分と処理室４０の下部領域４１の底面とが、封止部材４３により封止されることになる。しかしながら、この複合材料基体２１に相当する部分は、気孔が不可避に残存しているから、封止部材４３により封止したとしても、この気孔を通して外部の空気が処理室４０内に流入することがあった。

また、複合材料基体２１とセラミックス基体１１とは、熱膨張係数を近似させているとはいえ、熱膨張係数が同一ではないため、従来公知の基板載置台では、熱膨張差に起因して複合材料基体２１に反りが生じることがあった。この複合材料基体２１の反りは、処理室４０の開口４１ａ近傍の封止に悪影響を及ぼすおそれがあった。

これに対して、本発明に係る基板載置台１は、気孔を有しないバルクの金属板３１が、接合材３２を介して複合材料基体２１と接合されていることから、封止部材４３の周囲で気孔が完全に封じられていることになる。したがって、この気孔を通した空気の処理室４０への流入を防止することができるので、処理室４０の十分なシール性が確保できる。

しかも、この金属板３１について、熱膨張係数がセラミックス基体１１と同じ又は近似する材料を適用することによって、複合材料基体２１の反りを抑制することができる。この点で、処理室４０の開口４１ａの周囲のシール性をいっそう高めることができる。

以上のことから、半導体デバイスの製造のために基板載置台１を用いたとき、基板載置台１に載置される基板に施される成膜やエッチングなどの処理を、安定した良好な雰囲気で行うことができる。

金属板３１は、複合材料基体２１の気孔を塞ぐという観点からは、バルクの板状であれば、その材料を問わないのであるが、複合材料基体２１の反りを抑制するという観点からは、セラミックス基体１１とは熱膨張係数が同じ又は熱膨張係数の差が小さい金属材料からなることが、より好ましい。

セラミックス基体１１が、静電チャックやセラミックスヒータやサセプタの材料として好適である窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスよりなる場合には、金属板３１は、この窒化アルミニウムの熱膨張係数と近似する熱膨張係数を有するモリブデンやコバールであることが好適である。なお、モリブデンやコバール以外にも、窒化アルミニウムと熱膨張係数が近似するジルコニウムやタングステンを金属板３１に適用することができる。

また、セラミックス基体１１が、静電チャックやセラミックスヒータやサセプタの材料として好適であるアルミナを主成分とするセラミックスよりなる場合には、金属板３１は、このアルミナの熱膨張係数と近似する熱膨張係数を有するチタンやニオブ又はこれらの合金であることが好適である。なお、チタンやニオブ以外にも、アルミナと熱膨張係数が近似する白金やバナジウムを金属板３１に適用することができる。

セラミックス基体１１が、窒化アルミニウムやアルミナ以外の成分を主成分とするセラミックスよりなる場合には、そのセラミックスの熱膨張係数に近似した熱膨張係数を有する金属材料を適用することが好ましい。

金属板３１とセラミックス基体１１との熱膨張係数差は、具体的には、１．０×１０^−６／Ｋ以下であることがより好ましい。この熱膨張係数差が１．０×１０^−６／Ｋ以下であることにより、反りを十分に抑制することができる。特に、熱膨張係数差が０．５×１０^−６／Ｋ以下であることにより、複合材料基体２１のサイズや材質にもよるが、反りを１００μｍ以下と、いっそう抑制することができる。このような１．０×１０^−６／Ｋ以下の熱膨張係数差は、前述したようにセラミックス基体１１が窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスよりなる場合に、金属板３１がモリブデン又はコバールを主成分とし、他の成分との含有量を調整することにより実現できる。

金属板３１の厚みは、複合材料基体２１の気孔を塞ぎ、反りを抑制する効果を得るために、０．２ｍｍ以上であることが好ましい。金属板３１の厚みの上限は、上記効果からは特に限定されないが、３ｍｍ以上厚くしても効果が変わらない。金属板の加工性や製造コスト等を勘案して１０ｍｍ以下が好ましく、３ｍｍ以下がより好ましい。

金属板３１の大きさ及び平面形状は、複合材料基体２１の気孔を塞ぐ効果を得るためには、少なくとも封止部材４３の近傍の領域に金属板３１が配設されていれば足り、その観点からは封止部材４３としてのＯリングに接する円輪形状であってもよい。しかし、複合材料基体２１の反りを抑制する観点からは、複合材料基体２１の裏面の全面にわたって金属板３１が接合されていることが好ましく、よって金属板３１は、複合材料基体２１とほぼ同一の大きさ、形状であることが好ましい。

金属板３１は、封止部材４３と接する面の表面粗さが中心線平均粗さＲａで０．８μｍ以下であることが、シール性をいっそう高めることができるので好ましい。

金属板３１と複合材料基体２１とを接合する接合材３２は、前述した、セラミックス基体１１と複合材料基体２１とを接合する接合材２２と同一の材料を適用することができる。すなわち、この接合材３２は、アルミニウムを主成分とするロウ材でも良いが、アルミニウム合金を含む厚み５０〜２００μｍ程度の接合材３２であって、複合材料基体２１と金属板３１とを圧接するものが好ましい。圧接することにより、溶融固化による接合の場合に伴うことのあるポアの発生をなくし、良好な接着強度を得ることができる。また、この圧接によれば、ろう付け接合では得られないアルミニウム合金層の厚みを確保することができる。

図１に示した実施形態の基板載置台１は、静電チャックの例を示している。そのため、セラミックス基体１１に埋設された電極１２は、静電吸着力を生じさせるための電極である。電極１２としては、例えばＭｏやＷ等の高融点金属が使用でき、その形態に特に限定はなく、金網（メッシュ）等のバルク金属からなる電極のほか、ペースト状の金属を印刷し、乾燥、焼成により形成した膜状電極を使用することもできる。なお、埋設電極として金属バルク体電極を使用する場合は、電極１２を高周波プラズマ発生用電極としても使用することができるため、プラズマエッチングや高周波スパッタ及びプラズマＣＶＤ等の際に使用される基板載置台とすることは、特に好ましい。なお、電極の平面形状は、単極型の電極に限らず、双極電極等、複数に分割されたものでもよい。

本発明の基板載置台は、図１に示した静電チャックの例に限定されない。例えば、ヒータ付き静電チャックや、セラミックスヒータ、サセプタの例であってもよい。これらの例の場合、電極１２は、それぞれの用途に応じた電極となる。

次に、本実施形態に係る基板載置台１の製造方法の一例について説明する。まず、セラミックス基体１１、複合材料基体２１及び金属板３１をそれぞれ作製、用意する。

セラミックス基体１１を作製するには、窒化アルミニウム等のセラミックス原料粉と、イットリア（Ｙ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）又はアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）等の焼結助剤の原料粉とを、所定の配合比で調合し、ポットミルあるいはボールミル等を用いて混合する。混合は湿式、乾式いずれでもよく、湿式を用いた場合は、混合後乾燥を行い、原料混合粉を得る。この後、原料混合粉をそのまま、又はバインダを加えて造粒したものを用いて成形を行い、例えば円盤状の成形体を得る。成形方法は限定されず、種々の方法を用いることができる。例えば、金型成形法、ＣＩＰ（Cold Isostatic Pressing）法、スリップキャスト法等の方法を用いることができる。さらに、得られた成型体を、ホットプレス法又は常圧焼結法等を用いて、窒化アルミニウムの場合は約１７００℃〜約１９００℃、アルミナの場合は約１６００℃、サイアロンの場合は約１７００℃〜約１８００℃、炭化珪素の場合は約２０００℃〜約２２００℃で焼成して、焼結体を作製する。

なお、基板載置台１として静電チャックやセラミックスヒータを作製する場合は、成形工程において、所定の電極を埋設する。例えば静電チャックの場合は、金属バルク体からなる孔明きの面状の電極、より好ましくは、メッシュ（金網）状電極を原料粉中に埋設するとよい。また、ヒータを作製する場合は、静電チャックと同様に、コイル状、スパイラル状等の所定形状に加工した金属バルク体を埋設する。いずれの電極も、例えばモリブデンやタングステン等の高融点金属を使用することが好ましい。

また、静電チャックの電極として、ペースト状の金属を印刷し、乾燥、焼成により形成した膜状電極を使用することもできる。この場合は、セラミックスの成形体の成形工程で、成形体の一部となる例えば円盤状のグリーンシートを２枚作製し、その一方の表面にペースト状の金属電極を印刷し、この印刷電極を挟んで、もう一方のグリーンシートを積層し、グリーンシート積層体（すなわち、成形体）を作製し、このグリーンシート積層体を、焼成してもよい。静電チャックやヒータのように、セラミックス基体１１内部に埋設電極を有する場合は、焼成後、焼結体に埋設電極から電極引き出し端子１３用の孔加工を施す。

複合材料基体２１は、熱膨張係数がセラミックス基体と近似している金属とセラミックスの複合体を用いる。特にＡｌ−Ｓｉ焼結合金、Ａｌ−ＳｉＣ複合体、Ａｌ−Ｓｉ−ＳｉＣ複合材等が好ましい。これらは市販のものを購入することも可能であるが、作製する場合には、まず多孔質セラミックス体を作製する。セラミックス粉末を成形した後、通常よりやや低い焼成温度で焼成することにより例えば気孔率１０％〜７０％の多孔質セラミックスを作製する。この多孔質セラミックスに、溶融Ａｌを流し込み、多孔質セラミックスに溶融Ａｌを含浸させる。これにより気孔率は５％未満となる。溶融Ａｌの濡れ性を改善するため、ＳｉやＭｇ等を含んでいても良い。こうして得られた複合材料を複合材料基体２１として使用するため、所定形状に機械加工する。

金属板３１は、所定の成分組成、厚みになる市販のものを用いることができる。

次に、セラミックス基体１１と複合材料基体２１との接合、及び、複合材料基体２１と金属板３１との接合を、同時に行う。この接合工程では、約５０μｍ〜２００μｍ厚みのＡｌ合金シートを、セラミックス基体１１と複合材料基体２１との間、及び、複合材料基体２１と金属板３１の間にそれぞれ介挿させる。その後、１３．３Pa（０．１Ｔｏｒｒ）以下の真空中でＡｌ合金シートを、アルミニウム合金の固相線温度Ｔ_Ｓ℃以下、Ｔ_Ｓ℃から３０℃低い温度（Ｔ_Ｓ−３０）以上の加熱条件で加熱する。接合時の温度条件を上記範囲内に設定することにより、Ａｌ合金シートが溶融することなく、ほぼ初期の厚みを維持した状態で、主に機械的圧接による接合を行うことができる。例えば、接合材２２、３２として、Ｓｉを１０ｗｔ％、Ｍｇを１．５ｗｔ％含むＡｌ合金を用いる場合は、Ａｌ合金の固相線温度Ｔ_Ｓが５６０℃であるため、接合時の加熱条件は５００℃〜５６０℃、より好ましくは５３０℃〜５５０℃に設定する。

加熱温度がほぼ安定したところで、接合面に略垂直な一軸方向に加圧を行う。加圧荷重は、４．９ＭＰａ〜１９．６ＭＰａ（５０〜２００ｋｇｆ／ｃｍ^２）とする。固液状態のＡｌ合金は、上記加圧荷重をかけることにより、セラミックス基体１１と複合材料基体２１とを、また、複合材料基体２１と金属板３１とを、強固に接合する。

この接合工程において、Ａｌ合金シートは溶融状態にならないため、溶融後の固化で生じる引け巣（ポア）がなく、実質的な接合面積をろう付けの場合に較べ広げることができる。したがって、接合層の接着強度を改善できる。また、上述する接合方法では、Ａｌ合金シートの厚みを接合後もほぼ維持することができるため、５０μｍ以上の厚い接合層を形成できる。なお、接合前に接合面となるセラミックス基体に、予め金属薄膜等を形成してもよい。

以下、本発明の実施例及び比較例について説明する。

まず、窒化アルミニウムよりなる静電チャック機能を持つセラミックス基体を作製した。すなわち、還元窒化法によって得られた窒化アルミニウム粉末に、アクリル系樹脂バインダを添加し、噴霧造粒法により顆粒を作製した。この顆粒を金型を用いて、一軸加圧成形を行った。なお、この成形に際して、成形体中に板状のメッシュ電極であるＭｏバルク電極を埋設させた。この成形体をホットプレス焼成し、一体焼結品を作製した。なお、ホットプレス時の圧力は２００ｋｇｆ／ｃｍ^２とし、焼成時は、最高温度である１９００℃まで１０℃／ｈの昇温速度で温度を上昇させ、この最高温度条件を１時間保持した。こうして、Φ３００ｍｍ、厚み１０ｍｍの円盤状窒化アルミニウムセラミックス基体を作製した。なお、焼成後のセラミックス基体には、中心軸から半径９０ｍｍの円弧上の３箇所に外径Φ５ｍｍの貫通孔を形成した。

複合材料基体は、粒径５０μｍ〜１００μｍの炭化珪素（ＳｉＣ）粒子を一軸プレスを用いて成形した後、この成形体を窒素雰囲気中、１９００℃〜２２００℃の温度条件で焼成を行った。こうして、気孔率約３０％の多孔質のＳｉＣ焼結体を得た。このＳｉＣ焼結体に、溶融したアルミニウム（シリコン）合金を含浸させ、その含浸条件を種々に変えることにより、全体の気孔率が種々に異なる複数の複合材料を得た。これらの複合材料を、それぞれ外径Φ３５０ｍｍ、厚み１５ｍｍの円盤状に加工し、さらに、孔あけ加工により、セラミックス基体と同じ位置にΦ５ｍｍの貫通孔を設けた。

また、金属板として、モリブデン又はコバールからなり、外径Φが３００ｍｍ、厚みが種々の厚みになる複数の金属板を用意した。金属板の、封止部材と接する面の表面粗さは、中心線平均粗さＲａで０．８μｍ以下であった。

また、接合材として、Ｓｉを１０ｗｔ％、Ｍｇを１．５ｗｔ％含むＡｌ合金からなる厚み１２０μｍのＡｌ合金シートを二枚用意し、一枚はセラミックス基体の接合面及び形状に合わせて、外径Φ３００ｍｍに切り抜き加工するとともに、貫通孔部分も同様に切り抜いた。もう一枚は、金属板の接合面及び形状に合わせて外径Φ３００ｍｍに切り抜き加工するとともに、貫通孔部分も同様に切り抜いた。切り抜き加工後の各Ａｌ合金シートを、セラミックス基体と複合材料基体との間、及び複合材料基体と金属板との間にそれぞれ介挿し、雰囲気圧力１×１０^−４Ｔｏｒｒ（１．３３×１０^−２Ｐａ）、一軸加圧圧力１００ｋｇｆ／ｃｍ^２（９．８×１０^６Ｐａ）の条件で圧接を行った。このときの温度条件は、Ａｌ合金の固相線温度（Ｔ_Ｓ）５６０℃以下、固相線温度（Ｔ_Ｓ）−３０℃以上であった。

このようにして得られた各基板載置台について、複合材料基体の気孔率と、金属板の種類及び厚みと、処理室内に取り付けたときのシール性との関係について調べた。このシール性の調査の要領を、図３を用いて説明する。図３はシール性の調査方法の説明図であり、図３中、図１及び図２と同一の部材については同一の符号を付している。

図３に示されるように、基板載置台１が処理室４０内に取り付けられる。この処理室４０の下部領域４１の開口４１ａ近傍には、ヘリウムガスが収容されたヘリウムガス容器５１と、このヘリウムガス容器５１と接続し、上記開口４１ａに向けてヘリウムガスを放出するスプレーガン５２が配設されている。また、処理室４０の下部領域４１の側壁には、ヘリウムリーク検出器５３が取り付けられ、処理室４０内のヘリウム量を測定できるようになっている。

処理室４０内を図示しないポンプにより排気して高真空にした状態で、開口４１ａ近傍に、ヘリウムガス容器５１に接続されたスプレーガン５２よりヘリウムガスを吹き付けるとともに、処理室４０内のヘリウムガス量をヘリウムリーク検出器５３により検出し、この開口４１ａからガスが処理室４０内に流入するか（ガスがリークするか）を調査する。

調査結果を表１に示す。

表１より分かるように、複合材料基体の気孔率が５パーセント未満であり、かつ、金属板が設けられた実施例１〜５は、処理室内へのヘリウムガスのリーク量が１×１０^−９Ｐａ・ｍ^３／ｓｅｃ未満であり、良好なシール性が得られていた。これに対して、基板載置台が金属板を具備していない比較例１〜６は、複合材料基体の気孔率がいずれの場合であっても、シール部に隙間があり、高精度なヘリウムリーク検出器では測定不能なほど大量にヘリウムガスがリークしていた。また、複合材料基体の気孔率が５％以上である比較例７〜９は、基板載置台に金属板を設けていても、気孔が互いに連通している部分があるため、この気孔を通して大量にヘリウムガスがリークした。

次に、各基板載置台について、気孔率が１％であり４０℃〜５５０℃の熱膨張係数が種々の値になる複合材料基体を用いた場合の、窒化アルミニウムよりなるセラミックス基体（熱膨張係数は５．０×１０^−６／Ｋ）との熱膨張係数差と、金属板の種類及び厚みと、処理室内に取り付けたときのシール性と複合材料基体の反り量との関係について調べた。なお、複合材料基体の熱膨張係数の調整は、複合材料であるAl−Si−SiC複合体のAl量とSiC量の比率を種々に変えることによって行ったものである。調査した結果を表２に示す。

表２から分かるように、基板載置台が金属板を具備せず、しかも熱膨張係数差が１．０×１０^−６／Ｋよりも大きい比較例１０は、複合材料基体に大きな反りが生じてシール部に微視的な隙間もしくは密着不良が発生し、高精度なヘリウムリーク検出器では測定不能なほど大量にヘリウムガスがリークしていた。実施例６からわかるように特に金属板の厚みが0.5mm以上では、熱膨張係数差が１．５×１０^−６／Ｋであってもシール性を良好に保つことができる。

さらに熱膨張係数差が１．０×１０^−６／Ｋ、金属板の厚みが０．５ｍｍであった実施例８及び実施例９は、実施例６，７よりも反りが小さく、その結果、より良好なシール性が得られていた。すなわち、熱膨張係数差が１．０×１０^−６／Ｋと大きくても、本発明による金属板を具備する場合には、反りを抑制して良好なシール性を得ることができた。さらに、金属板の厚みを0.2mm以上とすることにより、より良好なシール性を得ることができる。

熱膨張係数差が０．５×１０^−６〜０／Ｋであり、金属板の厚みが０．５ｍｍであった実施例１０〜１４は、実施例８，９と比べて、いっそう反りが小さく、より良好なシール性が得られていた。特に、熱膨張係数差が０／Ｋであった実施例１４は、実施例１０〜１３と比べても反りが小さく、格別に寸法精度が良かった。

次に、静電チャック機能を持つセラミックス基体の材料を代え、アルミナよりなるセラミックス基体を作製し、上述した窒化アルミニウムよりなるセラミックス基体を用いた基板載置台の実施例と同様の調査を行った。

アルミナよりなるセラミックス基体の作製は、前述した窒化アルミニウムよりなるセラミックスの基体の作製法から材料をアルミナに代えて、同様に行った。すなわち、アルミナ粉末に、アクリル系樹脂バインダを添加し、噴霧造粒法により顆粒を作製した。この顆粒を金型を用いて、一軸加圧成形を行った。この成形体をホットプレス焼成し、一体焼結品を作製した。なお、ホットプレス時の圧力は２００ｋｇｆ／ｃｍ^２とし、焼成時は、最高温度である１７００℃まで１０℃／ｈの昇温速度で温度を上昇させ、この最高温度条件を１時間保持した。こうして、Φ３００ｍｍ、厚み１０ｍｍの円盤状アルミナセラミックス焼結体を作製した。このアルミナ焼結体の主面上にスクリーン印刷法で電極を形成した。電極は20％のアルミナ粉末を有するWC粉末から形成した。次に、アルミナ円盤を金型に設置し、電極を形成した面上にアルミナ顆粒を敷いて、加圧成形した。この成形体と焼結体の組み合わせ体をホットプレス法により焼成してアルミナセラミックス基体を作成した。なお、焼成後のセラミックス基体には、中心軸から半径９０ｍｍの円弧上の３箇所に外径Φ５ｍｍの貫通孔を形成した。

複合材料基体は、先に述べた実施例のものと同様のものを用いた。

金属板として、チタン又はニオブからなり、外径Φが３００ｍｍ、厚みが種々の厚みになる複数の金属板を用意した。金属板の、封止部材と接する面の表面粗さは、中心線平均粗さＲａで０．８μｍ以下であった。

接合材は、先に述べた実施例のものと同様のAl合金シートを用いた
このようにして得られた各基板載置台について、複合材料基体の気孔率と、金属板の種類及び厚みと、処理室内に取り付けたときのシール性との関係について、先に述べた実施例と同様にして調べた。この調査結果を表３に示す。

表３より分かるように、複合材料基体の気孔率が５パーセント未満であり、かつ、金属板が設けられた実施例１５〜１９は、処理室内へのヘリウムガスのリーク量が１×１０^−９Ｐａ・ｍ^３／ｓｅｃ未満であり、良好なシール性が得られていた。これに対して、基板載置台が金属板を具備していない比較例１１〜１６は、複合材料基体の気孔率がいずれの場合であっても、シール部に隙間があり、高精度なヘリウムリーク検出器では測定不能なほど大量にヘリウムガスがリークしていた。また、複合材料基体の気孔率が５％以上である比較例１７〜１９は、基板載置台に金属板を設けていても、気孔が互いに連通している部分があるため、この気孔を通して大量にヘリウムガスがリークした。

次に、アルミナよりなるセラミックス基体を備える各基板載置台について、気孔率が１％であり４０℃〜５５０℃の熱膨張係数が種々の値になる複合材料基体を用いた場合の、アルミナよりなるセラミックス基体（熱膨張係数は７．２×１０^−６／Ｋ）との熱膨張係数差と、金属板の種類及び厚みと、処理室内に取り付けたときのシール性と複合材料基体の反り量との関係について調べた。なお、複合材料基体の熱膨張係数の調整は、複合材料であるAl−Si−SiC複合体のAl量とSiC量の比率を種々に変えることによって行ったものである。調査した結果を表４に示す。

表４から分かるように、基板載置台が金属板を具備せず、しかも熱膨張係数差が１．０×１０^−６／Ｋよりも大きい比較例２０は、複合材料基体に大きな反りが生じてシール部に微視的な隙間もしくは密着不良が発生し、高精度なヘリウムリーク検出器では測定不能なほど大量にヘリウムガスがリークしていた。実施例２０からわかるように特に金属板の厚みが0.5mm以上では、熱膨張係数差が１．５×１０^−６／Ｋであってもシール性を良好に保つことができる。

さらに熱膨張係数差が１．０×１０^−６／Ｋ、金属板の厚みが０．５ｍｍであった実施例２２及び実施例２３は、実施例２０，２１よりも反りが小さく、その結果、より良好なシール性が得られていた。すなわち、熱膨張係数差が１．０×１０^−６／Ｋと大きくても、本発明による金属板を具備する場合には、反りを抑制して良好なシール性を得ることができた。さらに、金属板の厚みを0.2mm以上とすることにより、より良好なシール性を得ることができる。

熱膨張係数差が０．５×１０^−６〜０／Ｋであり、金属板の厚みが０．５ｍｍであった実施例２４〜２８は、実施例２２，２３と比べて、いっそう反りが小さく、より良好なシール性が得られていた。特に、熱膨張係数差が０／Ｋであった実施例２８は、実施例２４〜２７と比べても反りが小さく、格別に寸法精度が良かった。

一般的に多孔質セラミックスの気孔内に金属が充填された複合材料の熱膨張係数を完全に安定させて製造することは簡単ではなく、また、気孔率も０％にすることはさらに難しく、製造上の歩留まりは低い。このような場合でも、本発明によると、安定したシール性を基板載置台に付与することができ、産業上の寄与は甚大である。

米国特許商標庁に２００６年１０月６日に出願された出願番号６０／８２８４０９号の全内容は、ここに援用される。

以上、実施の形態及び実施例に沿って本発明の基板載置台、及び、その製造方法について説明したが、本発明は、これらの実施の形態及び実施例の記載に限定されるものでない。種々の改良及び変更が可能なことは当業者には明らかである。上記実施の形態及び実施例は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含されるものとする。

本発明の実施形態に係る基板載置台を示す断面図である。 基板載置台が処理室に取り付けられたところを示す断面図である。 リーク性の評価方法の説明図である。

符号の説明

１…基板載置台
１１…セラミックス基体
１１ａ…基板載置面
２１…複合材料基体
２２…接合材
３１…金属板
３２…接合材

Claims (2)

1. 一つの面が基板載置面である板状のセラミックス基体と、
   この基板載置面とは反対の面で接合材を介して当該セラミックス基体と接合され、多孔質セラミックスの気孔内に金属が充填された気孔率が０％を超え５％未満の板状の複合材料基体と、
   この複合材料基材の、上記セラミックス基体と接合される面とは反対の面で接合材を介して当該複合材料基材と接合される金属板と
   を備え、
   前記複合材料基体は、前記多孔質セラミックスの気孔内の金属として、シリコンやマグネシウムを含むアルミニウム合金が充填され、
   前記金属板の厚みが、０．２ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、
   前記セラミックス基体と前記複合材料基体とを接合する接合材および前記複合材料基体と前記金属板とを接合する接合材は、いずれも、厚みが５０μｍ以上２００μｍ以下のアルミニウム合金層であり、
   前記セラミックス基体が、窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスよりなり、前記金属板が、前記セラミックス基体と熱膨張係数が近似するモリブデン及びコバールから選ばれる少なくとも一種の金属材料からなるか、
   あるいは、
   前記セラミックス基体が、アルミナを主成分とするセラミックスよりなり、前記金属板が、前記セラミックス基体と熱膨張係数が近似するチタン及びニオブから選ばれる少なくとも一種の金属材料からなる
   ことを特徴とする基板載置台。
2. 前記金属板と前記セラミックス基材との熱膨張係数差が１．０×１０^-6／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１に記載の基板載置台。
   

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