JPH08306629A

JPH08306629A - ウエハ保持装置

Info

Publication number: JPH08306629A
Application number: JP11087295A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Kawabe; 保典川辺; Hiroshi Aida; 比呂史会田; Kenji Kitazawa; 謙治北澤
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1995-05-09
Filing date: 1995-05-09
Publication date: 1996-11-22
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: JP3401120B2

Abstract

(57)【要約】【構成】窒化アルミニウム質焼結体からなる基体の内部
に少なくとも抵抗発熱体を備えるとともに、上記基体の
下面に前記抵抗発熱体へ通電するためのリード端子を備
えてなるウエハ保持装置のうち、少なくとも上記リード
端子及びその接合部を窒化珪素、炭化珪素、サイアロ
ン、窒化アルミニウムのうちいずれか一種のセラミック
膜により被覆する。【効果】リード端子の酸化とロウ材の腐食を防止するこ
とにより長期間にわたり安定して発熱させることができ
るウエハ保持装置を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体や液晶基板など
の製造工程に使用する半導体ウエハや液晶用ガラス基板
などのウエハを保持するためのサセプタや静電チャック
などのウエハ保持装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体や液晶基板などの製造工程
中において、半導体ウエハや液晶用ガラス基板などのウ
エハ上へ薄膜を形成するためのＣＶＤ装置などでは、ウ
エハを処理室内に保持するとともに、ウエハを膜付けす
るために必要な温度まで加熱するための抵抗発熱体を内
蔵したサセプタや静電チャックなどのウエハ保持装置が
使用されていた。

【０００３】例えば、サセプタは図４に示すような円板
状をした窒化アルミニウム質焼結体からなる基体１２の
内部に抵抗発熱体１３を埋設してあり、基体１２の下面
には上記抵抗発熱体１３に通電するためのリード端子１
５を備えたものがあった。

【０００４】また、静電チャックは図５に示すような円
板状をした窒化アルミニウム質焼結体からなる基体２１
の内部に静電電極２４と抵抗発熱体２３をそれぞれ埋設
してあり、基体２１の下面には上記各電極２３，２４へ
通電するためのリード端子２５を備えたものがあった。

【０００５】また、上記各電極１３，２３，２４とリー
ド端子１５，２５との接合は、図６に示すように、基体
１２，２２の下面に内孔Ａを穿設するとともに、その内
孔Ａの表面にメタライズ層Ｂを形成し、モリブデンやタ
ングステンなどの金属からなるリード端子１５，２５を
ロウ材Ｃにより接合するようになったものがあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、ウエハに膜
付けを行うには上記サセプタ１１や静電チャック２１な
どのウエハ保持装置を６００℃以上の温度にまで発熱さ
せなければならないことから、基体１１，２１に直接接
合された各電極１３，２３，２４のリード端子１５，２
５が大気中で高温に加熱されて酸化するといった課題が
あった。その結果、リード端子１５，２５の抵抗値が大
きく変化して所定の温度までウエハ保持装置を発熱させ
ることができなくなり、さらにひどくなると断線してし
まう恐れがあった。

【０００７】しかも、リード端子１５，２５を基体１
２，２２に接合するロウ材Ｃも高温状態で大気中の酸素
と反応して腐食してしまうことからリード端子１５，２
５が脱落してしまうといった課題もあった。

【０００８】そこで、リード端子１５，２５およびその
接合部を酸化され難いＮｉでもって被覆することも考え
られるが、Ｎｉ膜では信頼性が乏しく、充分な耐久性を
備えたウエハ保持装置が得られていなかった。

【０００９】

【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、窒化アルミニウム質焼結体からなる基体の内
部に抵抗発熱体を備えるとともに、上記基体の下面に前
記抵抗発熱体へ通電するためのリード端子を具備してな
るウエハ保持装置において、少なくとも上記リード端子
及びその接合部に炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、窒
化アルミニウムのうちいずれか一種のセラミック膜を被
覆したものである。

【００１０】

【作用】本発明によれば、少なくとも基体の下面のうち
リード端子及びその接合部を耐酸化性に優れたセラミッ
ク膜により被覆してあるため、リード端子の特性劣化や
ロウ材の腐食を長期間にわたって防止することができ
る。

【００１１】また、本発明ではセラミック膜としてセラ
ミックスの中でも窒化アルミニウム質焼結体の熱膨張係
数に近似した炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、窒化ア
ルミニウムのうちいずれか一種を用いたことにより高温
での基体との密着性を高めることができる。その為、ウ
エハ保持装置が高温に発熱したとしてもセラミック膜内
に大気中の酸素が侵入することはなく、また、セラミッ
ク膜が剥離するといったこともない。特に、セラミック
膜として窒化アルミニウムを用いた場合には基体を構成
する窒化アルミニウム質焼結体と同材質からなるためよ
り信頼性の高いものとすることができる。しかも、ウエ
ハ保持装置をＣＶＤ装置などの処理室内部に配置した時
には、リード端子およびその接合部がハロゲン化物ガス
に曝されることになるが、窒化アルミニウムからなるセ
ラミック膜で被覆すれば、ハロゲン化物ガス雰囲気中に
おいてもリード端子やロウ材が浸食を受けることがな
い。

【００１２】

【実施例】以下、本発明実施例を説明する。

【００１３】図１は本発明実施例に係るウエハ保持装置
の一例である静電チャック１を示す一部を破断した斜視
図であり、窒化アルミニウム質焼結体からなる基体２の
内部下方に抵抗発熱体３を、内部上方に静電電極４をそ
れぞれ埋設してある。また、基体２の下面には図２に示
すように上記抵抗発熱体３および静電電極４に連通する
内孔Ａをそれぞれ穿設し、該内孔Ａ表面にモリブデン−
マンガン合金からなるメタライズ層Ｂを敷設するととも
に、タングステンやモリブデンなどの金属製リード端子
５を銀を含むロウ材Ｃを介して接合してある。

【００１４】また、基体２の下面には上記リード端子５
を包むようにリング状のシール部材８を接合してあり、
図３に示すようにシール部材８と成膜装置の処理室９と
の間にＯリング１０等を介してシールするようになって
いる。

【００１５】また、リード端子５およびシール部材８を
含む基体２の下面全体には炭化珪素、窒化珪素、サイア
ロン、および窒化アルミニウムのうち一種からなるセラ
ミック膜６を被覆してあり、上記各リード端子５の先端
部にはリード線７をそれぞれ接続して通電するようにし
てある。

【００１６】この静電チャック１を用いて半導体ウエハ
や液晶用ガラス基板などのウエハ２０に成膜を施すに
は、まず、載置面１ａにウエハ２０を配置するととも
に、処理室９内に成膜ガスを供給する。そして、上記ウ
エハ２０及び静電電極４間に電圧を印加することで誘電
分極によるクーロン力や微小な漏れ電流によるジョンソ
ン・ラーベック力を発生させてウエハ２０を載置面１ａ
上に吸着固定するとともに、抵抗発熱体３に通電してウ
エハ２０を所定の温度まで加熱することによりウエハ２
０上に薄膜を形成することができる。特に、本発明に係
る静電チャック１は基体２をセラミックスの中でも高い
熱伝導率を有する窒化アルミニウム質焼結体により形成
してあるため、静電チャック１自体を短時間で発熱させ
ることができるととともに、ウエハ２０を均一に加熱す
ることができるため高精度の薄膜を形成することができ
る。

【００１７】また、この時、静電チャック１の下面は大
気雰囲気中に曝されており、静電チャック１自体は６０
０℃以上の高温に発熱していることから、抵抗発熱体３
や静電電極４に通電するためのリード端子５が酸化され
るとともに、リード端子５を接合するロウ材Ｃが大気雰
囲気中の酸素と反応して腐食するのであるが、本発明に
係る静電チャック１はリード端子５を含む基体２の下面
全体に耐酸化性に優れるとともに、基体２を構成する窒
化アルミニウム質焼結体と熱膨張係数が近似した炭化珪
素、窒化珪素、サイアロン、および窒化アルミニウムの
うち一種からなるセラミック膜６で被覆してあることか
ら、静電チャック１が高温に発熱したとしてもセラミッ
ク膜６が剥離することはなく、リード端子５の酸化によ
る特性劣化やロウ材Ｃの腐食によるリード端子５の脱落
を防止することができる。

【００１８】ただし、リード端子５の酸化やロウ材Ｃの
腐食を完全に防止するためには、被覆するセラミック膜
６の膜厚は０．００１ｍｍ以上とすることが望ましい。

【００１９】これは、セラミック膜６の膜厚が０．００
１ｍｍ未満となると、セラミック膜６の膜厚が薄すぎる
ためにリード端子５の酸化およびロウ材Ｃの腐食を充分
に防止することが難しいからである。なお、セラミック
膜６の膜厚を１．０ｍｍより厚くすることは成膜に時間
がかかるだけで作業効率が悪くなる。

【００２０】従って、セラミック膜６の最適な膜厚範囲
としては０．００１〜１．０ｍｍ、好ましくは０．０１
５〜１．０ｍｍの範囲とすれば良い。

【００２１】一方、図１に示す静電チャック１を製造す
るにはまず、タングステン、モリブデン、炭化チタン、
窒化チタン、炭化タングステンなどの導電性金属を塗布
した窒化アルミニウムよりなるグリーンシートを２層積
層し、その最外層に窒化アルミニウムからなるグリーン
シートを敷設して積層体を形成する。この時、グリーン
シート上に塗布する導電性金属には、基体２をなすグリ
ーンシートとの熱膨張差をできるだけなくして密着性を
高めるために、窒化アルミニウム粉末を若干添加しても
良い。そして、得られた積層体に切削加工を施して円板
状体としたあと、非酸化性雰囲気中にて１６００〜１９
５０℃の温度で焼成して内部に抵抗発熱体３と静電電極
４を埋設した基体２を形成する。

【００２２】次に、基体２内に埋設する抵抗発熱体３お
よび静電電極４にリード端子５を接合するために、基体
２の表面に内孔Ａを穿設し、該内孔Ａにモリブデン−マ
ンガン合金などのペーストを塗布して１２００〜１５０
０℃の温度範囲で焼成することによりメタライズ層Ｂを
形成し、該メタライズ層Ｂを形成した内孔Ａにリード端
子５を挿入し、ロウ材Ｃでもって接合する。また、上記
リード端子５の周りには、タングステンからなるリング
状のシール部材８をロウ材Ｃを介して基体２の下面に接
合する。なお、リード端子５の材質としては、基体２と
の密着性を高める観点からタングステンまたはモリブン
デンなどの金属からなるものを使用することが好まし
く、また、ロウ材Ｃとしては耐熱性に優れた銀を含むロ
ウ材Ｃを用いると良い。

【００２３】しかるのち、リード端子５およびシール部
材８を含む基体２の下面全体にスパッタリング、イオン
プレーティングなどのＰＶＤ法、あるいはＣＶＤ法など
の薄膜形成手段を用いて膜厚０．００１〜１ｍｍの炭化
珪素、窒化珪素、サイアロン、および窒化アルミニウム
のうち一種からなるセラミック膜６を被覆することによ
り図１に示す静電チャック１を得ることができる。

【００２４】なお、上記実施例では静電チャック１の下
面全体にセラミック膜６を被覆してあるが、少なくとも
リード端子５およびその接合部にのみセラミック膜６を
被覆したものであれば良い。

【００２５】また、上記実施例では静電チャック１につ
いてのみ示したが、抵抗発熱体を埋設したサセプタにつ
いても同様に少なくともリード端子およびその接合部を
炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、および窒化アルミニ
ウムのうち一種からなるセラミック膜６により被覆すれ
ば良い。

【００２６】（実験例）ここで、内部に抵抗発熱体３と
静電電極４を埋設した窒化アルミニウム質焼結体からな
る静電チャック１を試作し、上記各電極３，４に通電す
るためのリード端子５を窒化アルミニウム膜、炭化珪素
膜の２種類のセラミック膜６で被覆した本発明に係る静
電チャック１と、比較例としてリード端子５にアルミナ
膜を被覆した静電チャック１と、リード端子５にセラミ
ック膜６を被覆しない静電チャックを用意して耐久試験
を行った。

【００２７】各試料の静電チャック１は、窒化アルミニ
ウム粉末にＹ₂Ｏ₃を２重量％添加し、さらにバインダ
ーおよび溶媒を添加して泥漿を得たあと、ドクターブレ
ード法により複数枚のグリーンシートを形成した。この
うち２枚のグリーンシートに窒化アルミニウム粉末を２
重量％程度の範囲で添加したタングステンペーストを３
０μｍの厚みでスクリーン印刷し、他のグリーンシート
で挟んで積層体としたあと切削加工を施して円板状体と
した。しかるのち、円板状体を窒素雰囲気中で１７５０
℃程度の焼成温度にて焼成することにより図１に示すよ
うな抵抗発熱体３と静電電極４を埋設した厚み５ｍｍ程
度の静電チャック１を形成した。なお、この静電チャッ
ク１の基体２を構成する窒化アルミニウム質焼結体の気
孔率は２．０％程度であった。

【００２８】次に、上記静電チャック１の下面に抵抗発
熱体３と静電電極４にそれぞれ連通する直径３ｍｍ程度
の内孔Ａを穿設し、モリブデン−マンガンを主成分とす
るペーストを塗布しフォーミングガス中１３５０℃の温
度で焼成することによりメタライズ層を形成し、上記内
孔Ａに銀を含むロウ材Ｃを介してモリブデン製のリード
端子５を挿入したあと、真空雰囲気中１１００℃程度の
温度で焼成することによりリード端子５を基体２に接合
した。

【００２９】このようにして得た静電チャック１を４つ
用意し、このうち３つの静電チャック１の下面にＣＶＤ
装置を用いて膜厚０．０１５ｍｍ程度の窒化アルミニウ
ム膜、窒化珪素膜、およびアルミナ膜をそれぞれ被覆し
た。

【００３０】そして、これらの静電チャック１の抵抗発
熱体３に電圧を印加して６００℃程度に発熱させて大気
中に放置し、リード端子の抵抗値が変化するまでの時間
を測定した。

【００３１】各々の結果は表１に示す通りである。

【００３２】

【表１】

【００３３】この結果より、リード端子５にセラミック
膜６を被覆していない静電チャック１は、１０時間の使
用でリード端子５の抵抗値が変化し、５０時間の使用で
リード端子５が脱落してしまった。

【００３４】また、リード端子５にアルミナ膜を被覆し
た静電チャック１では、１００時間に達する前にアルミ
ナ膜に亀裂が発生し、リード端子５の抵抗値が変化し
た。

【００３５】これに対し、リード端子５を窒化アルミニ
ウム膜および窒化珪素膜で被覆した本発明に係る静電チ
ャック１は、１０００時間の使用においてもセラミック
膜６に何ら異常がなくリード端子５の抵抗値に全く変化
がなかった。

【００３６】次に、本発明に係る静電チャック１のう
ち、膜厚の異なる窒化アルミニウム膜６を被覆し、モリ
ブデン製リード端子５の抵抗値が変化するまでの耐久試
験を行った。

【００３７】窒化アルミニウム膜６の膜厚およびその結
果は表２に示す通りである。

【００３８】

【表２】

【００３９】表２より判るように、試料Ｎｏ．１である
膜厚０．０００８ｍｍの窒化アルミニウム膜６を被覆し
たものでは２５時間でリード端子５が酸化され抵抗値が
変化したが、試料Ｎｏ．２〜５のものでは、窒化アルミ
ニウム膜６の膜厚が０．００１ｍｍ以上であるため、リ
ード端子５の抵抗値が変化するまでの時間を９００時間
以上と、大幅に延ばすことができた。特に膜厚０．０１
５ｍｍ以上の窒化アルミニウム膜６を被覆した試料Ｎ
ｏ．３〜５では１０００時間発熱させてもリード端子５
の抵抗値が変化することはなかった。

【００４０】このことから、少なくとも窒化アルミニウ
ム膜６の膜厚を０．００１μｍ以上、好ましくは０．０
１５ｍｍ以上とすれば、長期間にわたってリード端子５
の酸化を防止できることが判る。

【００４１】なお、上記実験では静電チャック１の下面
に被覆するセラミック膜６として窒化アルミニウム膜お
よび窒化珪素膜を用いたものを示したが、他の炭化珪素
膜およびサイアロン膜でも同様の結果が得られた。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、本発明は窒化アルミニウ
ム質焼結体からなる基体の内部に少なくとも抵抗発熱体
を備えるとともに、上記基体の下面に前記抵抗発熱体へ
通電するためのリード端子を備えてなるウエハ保持装置
において、少なくとも上記リード端子及びその接合部を
窒化珪素、炭化珪素、サイアロン、窒化アルミニウムの
うちいずれか一種のセラミック膜により被覆したことに
より、半導体ウエハや液晶用ガラス基板を加熱するため
にウエハ保持装置を発熱させたとしても、リード端子を
酸化させたり、ロウ材を腐食させることがない。その
為、リード端子の特性劣化を生じることなく長期間にわ
たり安定して発熱させることができるウエハ保持装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るウエハ保持装置の一例である静電
チャックを示す一部を破断した斜視図である。

【図２】図１のリード端子接合部近傍を示す拡大断面図
である。

【図３】図１の静電チャックを成膜装置の処理室内に配
置した時の一状態を示す断面図である。

【図４】従来のウエハ保持装置であるサセプタを示す一
部を破断した斜視図である。

【図５】従来のウエハ保持装置である静電チャックを示
す一部を破断した斜視図である。

【図６】図３および図４のリード端子接合部近傍を示す
拡大断面図である。

【符号の説明】

１静電チャック２基体３抵抗発熱体４静電電極５リード端子６セラミック膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体ウエハや液晶用ガラス基板などのウ
エハを保持するためのものであって、基体が窒化アルミ
ニウム質焼結体からなり、その内部に抵抗発熱体を備え
るとともに、上記基体の下面には前記抵抗発熱体へ通電
するためのリード端子を具備してなるウエハ保持装置に
おいて、少なくとも上記リード端子およびその接合部に
炭化珪素、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウムの
うちいずれか一種からなるセラミック膜を被覆したこと
を特徴とするウエハ保持装置。