JPH09270454A

JPH09270454A - ウエハ保持装置

Info

Publication number: JPH09270454A
Application number: JP7921996A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nagasaki; 浩一長崎
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 1997-10-14

Abstract

(57)【要約】【課題】サセプタや静電チャックなどのウエハ保持装置
に内蔵する抵抗発熱体の厚みバラツキによる発熱ムラを
防いでウエハを均一に加熱できるようにする。【解決手段】サセプタや静電チャックなどのウエハ保持
装置を構成するセラミック基体の内部にほぼ同一パター
ン形状を有する抵抗発熱体を少なくとも２つ以上埋設す
るとともに、各抵抗発熱体の位置をずらして配置する。
また、上記抵抗発熱体の厚みを０．０５ｍｍ未満とし、
かつパターン面積がウエハ面積と同等またはそれより大
きくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置や液晶
基板などの製造工程中において、半導体ウエハやガラス
基板などのウエハを保持するとともに、均一に加熱する
ために使用するウエハ保持装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置の製造工程において、
半導体ウエハに膜付けを行うための成膜装置や微細加工
を施すためのエッチング装置などには、上記ウエハを高
精度に保持するための治具として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る。

【０００３】例えば、サセプタは円板状をしたセラミッ
ク基体からなり、該セラミック基体の表面にウエハを載
置してリング状をしたクランプリングで上記ウエハの周
縁部を押さえ付けることにより保持するようになってい
た。

【０００４】また、静電チャックは円板状をしたセラミ
ック基体の内部に静電吸着用の電極を埋設し、この電極
とウエハとの間に電圧を印加することにより静電吸着力
を発生させて、ウエハを吸着固定するようになってい
た。

【０００５】そして、これらのセラミック基体を構成す
る材質としてはアルミナ焼結体や窒化珪素質焼結体が多
用されており、近年、耐プラズマ性に優れ、高い熱伝導
率を有する窒化アルミニウム質焼結体を用いることも提
案されている（特開平６−１５１３３２号公報参照）。

【０００６】そして、これらのウエハ保持装置により半
導体ウエハに成膜加工を施したり微細加工を施すために
はウエハを均一に加熱しなければならないことから、上
記ウエハ保持装置の内部に一層の抵抗発熱体を埋設した
ものがあった。

【０００７】なお、これらのウエハ保持装置は、半導体
ウエハに限らず液晶用ガラス基板等の保持にも使用され
ていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記ウエハ
保持装置においてセラミック基体の内部に一層の抵抗発
熱体を埋設したものでは、半導体ウエハを均一に加熱す
ることができないといった課題があった。

【０００９】即ち、ウエハ保持装置の内部に抵抗発熱体
を埋設する場合、セラミック基体をなす複数枚のグリー
ンシートを形成し、そのうち１枚のグリーンシートの表
面に抵抗発熱体用の金属ペーストを印刷機でもって所定
のパターン形状に印刷したあと、これらを積層して一体
焼成することにより形成するのであるが、印刷機の印刷
精度がそれほど良くないために抵抗発熱体の厚みバラツ
キが大きく、このような抵抗発熱体に通電してもウエハ
保持装置を均一に発熱させることができなかった。例え
ば、高精度印刷機により基準厚みが０．０１ｍｍの抵抗
発熱体を印刷する場合、１〜２μｍのバラツキがあり、
このような抵抗発熱体を埋設するウエハ保持装置を発熱
させると設定温度に対して１０〜２０％もの誤差を生じ
ていた。しかも、基体が窒化アルミニウム質焼結体のよ
うに優れた熱伝導率を有する材質からなる場合、この不
具合はさらに大きいものであった。

【００１０】そこで、発熱ムラを防ぐために、例えば抵
抗発熱体の基準厚みを１００μｍと厚すると、２μｍの
厚みバラツキを生じたとしても設定温度に対して２％程
度の誤差に抑えることができる。

【００１１】しかしながら、抵抗発熱体の厚みを厚くす
ると、基体を構成するセラミックスと抵抗発熱体を構成
する金属との収縮差が大きくなり過ぎることから、焼成
時にセラミック基体に亀裂が発生したり、抵抗発熱体が
剥離または断線する確率が非常に高かった。

【００１２】

【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、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保持面を有するセラミック基体の内
部に、ほぼ同一のパターン形状を有する抵抗発熱体を少
なくとも２つ以上埋設するとともに、上記各抵抗発熱体
の位置をずらして配置してサセプタや静電チャックなど
のウエハ保持装置を構成したものである。

【００１３】また、本発明は、上記各抵抗発熱体の厚み
が０．０５ｍｍ未満でかつそのパターン面積がウエハ面
積と同等またはそれより大きくしたものである。

【００１４】

【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。

【００１５】図１は本発明に係るウエハ保持装置の一例
を示すサセプタ１を示す図であり、（ａ）は斜視図、
（ｂ）は半導体ウエハ３０を載置した状態を示す断面図
である。

【００１６】このサセプタ１は円板状をしたセラミック
基体２からなり、一方の表面を保持面３とするととも
に、上記セラミック基体２の内部には２つの抵抗発熱体
４、５をそれぞれ異なる深さに埋設してある。また、セ
ラミック基体２の裏面６には内部に埋設する各抵抗発熱
体４、５に通電するためのリード端子８を接合してあ
る。

【００１７】そして、半導体ウエハ１０を保持面３に載
置し、リング状をしたクランプリング１１にてウエハ１
０の周縁部を押さえ付けることにより保持するととも
に、リード端子８に通電することで内部に埋設する２つ
の抵抗発熱体４、５を発熱させてウエハ１０を加熱する
ようにしてある。

【００１８】ところで、このようなセラミック基体２を
構成する材質としてはアルミナ焼結体、窒化珪素質焼結
体、あるいは窒化アルミニウム質焼結体を用いることが
でき、より好ましくは耐プラズマ性に優れるとともに、
高い熱伝導率を有する窒化アルミニウム質焼結体を用い
ることが良い。

【００１９】特に、窒化アルミニウム質焼結体の中でも
純度９９重量％以上、さらには９９．５重量％以上を有
するものは、焼結体中にほとんど粒界相が存在しないた
め耐食性に優れたものとすることができる。また、Ｅｒ
₂Ｏ₃やＹ₂Ｏ₃などの希土類参加物を１〜９重量％の
範囲で含有させた窒化アルミニウム質焼結体は１５０Ｗ
／ｍｋ以上の高い熱伝導率を有するため、セラミック基
体を構成するのに好適である。

【００２０】さらに、耐食性を高めるためには不純物と
して含有するＮａ、Ｃａ、Ｆｅ、Ｓｉ等の成分ができる
だけ少ないものが良い。望ましくはＳｉの含有量が１５
００ｐｐｍ以下で、かつその他の不純物の合計含有量が
２０００ｐｐｍ以下とすることが良い。

【００２１】また、セラミック基体２の内部に埋設する
抵抗発熱体４、５の材質としては、焼成時に剥離や断線
等を生じないようにするためにセラミック基体２を構成
する材質の熱膨張係数と近似したものが良く、４〜６×
１０^-6／℃の熱膨張係数を有するタングステン（Ｗ）、
モリブデン（Ｍｏ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化
チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等の金属また
はこれらの合金を用いることができる。また、セラミッ
ク基体２が窒化アルミニウム質焼結体製である時には、
上記金属に窒化アルミニウム粉末を微量添加することに
より、基体２を構成する窒化アルミニウム質焼結体の熱
膨張係数に近似させることができるため、セラミック基
体２との密着性を高め、急速昇温時におけるセラミック
基体２にの破損や抵抗発熱体４、５の剥離や断線等を防
止することができる。

【００２２】だだし、金属に窒化アルミニウム粉末を添
加して抵抗発熱体４、５を構成する場合、窒化アルミニ
ウム粉末は１〜１０重量％、望ましくは４〜７重量％の
範囲で添加することが好ましい。

【００２３】これは、窒化アルミニウム粉末の含有量が
１重量％未満であると、セラミック基体２との密着性を
高める効果が小さいからであり、逆に、１０重量％より
多くなると、抵抗発熱体４、５の抵抗値が大きくなり過
ぎるとともに、所々で抵抗値にバラツキを生じることか
ら良好な発熱特性が得られなくなるからである。

【００２４】一方、図１に示すサセプタ１は、セラミッ
ク基体２の内部に図２に示すようなパターン形状を有す
る２つの抵抗発熱体４、５をそれぞれ異なる深さに埋設
するとともに、各抵抗発熱体４、５の位置を図３に示す
ように１８０度ずらして配置してある。

【００２５】即ち、本発明はセラミック基体２の内部に
ほぼ同一のパターン形状を有する２つ以上の抵抗発熱体
をそれぞれ異なる深さに埋設するとともに、各抵抗発熱
体の位置をずらして配置したことを特徴とするものであ
る。

【００２６】通常、セラミック基体２の内部に抵抗発熱
体４、５を埋設するには、セラミック基体２をなすグリ
ーンシートの表面に抵抗発熱体４、５用の金属ペースト
を印刷機により所定のパターン形状に印刷し、他のグリ
ーンシートを積層したあと焼成することにより形成する
ようになっている。この時、印刷機により形成した抵抗
発熱体４、５には厚みバラツキが生じることから、ほぼ
同一のパターン形状を有する抵抗発熱体４、５を形成す
ると、同じ位置に厚みの薄い部分と厚い部分が形成され
ることになる。

【００２７】その為、本発明のように、セラミック基体
２の内部にほぼ同一のパターン形状を有する抵抗発熱体
４、５を少なくとも２つ以上埋設するとともに、その位
置をずらして配置することで、図４に示すように抵抗発
熱体４の厚みの薄い部分４ａに対向する位置にはもう一
方の抵抗発熱体５の厚みの厚い部分５ｂを、抵抗発熱体
４の厚みの厚い部分４ｂにはもう一方の抵抗発熱体５の
厚みの薄い部分５ａを高い確率で配置させることができ
るため、双方の抵抗発熱体４、５に生じる発熱ムラを相
殺させて、セラミック基体２を均一に発熱させることが
できる。

【００２８】なお、図１ではセラミック基体２の内部に
２つの抵抗発熱体４、５を埋設した例を示したが、２つ
以上の抵抗発熱体を埋設しても良く、その場合、例えば
３つの抵抗発熱体に対しては１２０度ずつ回転させて位
置をずらし、４つの抵抗発熱体に対しては９０度ずつ回
転させて位置をずらす、という具合に抵抗発熱体の数に
合わせて均等に配置されるように位置をずらすことが好
ましい。

【００２９】また、上記各抵抗発熱体４、５の厚みおよ
びパターン面積も重要な要件である。

【００３０】即ち、抵抗発熱体４、５の厚みが０．０５
ｍｍより大きくなると、基体２をなすセラミックスと抵
抗発熱体４、５をなす金属との収縮率の差が大きくなり
過ぎるために、焼成時においてセラミック基体２に亀裂
が生じたり、抵抗発熱体４、５の剥離や断線を生じるか
らである。また、パターン面積がウエハ面積より小さい
と、セラミック基体２の発熱量が少なすぎるために、ウ
エハ１０を均一に所定の温度まで加熱することができな
いからである。

【００３１】その為、抵抗発熱体４、５の厚みは０．０
５ｍｍ以下が良く、また、そのパターン面積はウエハ面
積と同等またはそれより大きくすることが重要である。

【００３２】なお、本発明において抵抗発熱体４、５の
パターン面積とは、帯状をした抵抗発熱体４、５間の隙
間を含むパターン形状全体の面積のことである。

【００３３】一方、図１に示すサセプタ１を製造するに
は、セラミック基体２をなすグリーンシートを複数枚成
形し、このうち２枚のグリーンシートにタングステン、
モリブデン、炭化タングステン、炭化チタン、窒化チタ
ン等のうち１種以上の金属を粘土調整した金属ペースト
を印刷機でもって図２に示すようなパターン形状に印刷
してこれらを積層する。この時、各パターン形状が重な
らないようにするために金属ペーストを塗布した一方の
グリーンシートを１８０度回転させて積層する。そし
て、残りのグリーンシートを積層して熱圧着することに
より一体化して積層体とし、得られた積層体を切削加工
して円板状に形成する。そして、この積層体を各セラミ
ックスの通常の条件にて焼成してセラミック基体２を形
成する。しかるのち、セラミック基体の一方の表面に研
摩加工を施して保持面３を形成するとともに、他方の表
面にはセラミック基体２の内部に埋設する各抵抗発熱体
４、５と連通する内孔を穿設し、この内孔にリード端子
８を接合することにより得ることができる。

【００３４】なお、本発明に係るウエハ保持装置の実施
形態としてサセプタの例について説明したが、本発明は
抵抗発熱体を内蔵した静電チャックにも適用できること
は言うまでもない。

【００３５】

【実施例】

（実施例１）ここで、図１に示す本発明に係るサセプタ
１を試作し、発熱させた時の均熱性について実験を行っ
た。

【００３６】本実験ではセラミック基体２を窒化アルミ
ニウム質焼結体により形成したものを使用した。

【００３７】このサセプタ１を製造するには、平均結晶
粒子径１．２μｍ程度でかつＳｉを１０００ｐｐｍの範
囲で含む純度９９％以上のＡｌＮ粉末にバインダーと溶
媒を添加混合して泥漿を作製したあと、ドクターブレー
ド法などのテープ成形法により厚さ０．４ｍｍ程度のグ
リーンシートを複数枚形成した。

【００３８】このうち、２枚のグリーンシートに比表面
積が２ｍ²／ｇ以上のタングステン（Ｗ）に窒化アルミ
ニウム（ＡｌＮ）粉末を１５重量％添加して粘土調整し
た金属ペーストを印刷機でもって図２に示すようなパタ
ーン形状となるように印刷し、このうち一方のグリーン
シートを１８０度回転させて積層するとともに、残りの
グリーンシートを５０℃、３０ｋｇ／ｃｍ²程度の圧力
で熱圧着することにより積層体を形成し、切削加工を施
して円盤状とした。しかるのち、この積層体を真空脱脂
し、続いて２０００℃程度の温度で還元焼成することに
よりセラミック基体２を形成し、このうち一方の表面に
研摩加工を施して保持面３を形成するとともに、他方の
表面には内部に埋設する２枚の抵抗発熱体４、５に連通
する内孔を穿設したあと、この内孔にリード端子８を接
合することにより形成した。

【００３９】また、同様に抵抗発熱体の厚み、パターン
面積比、発熱体数、位置を異ならせたサセプタ１を試作
して同様に測定を行った。

【００４０】そして、リード端子８を介して抵抗発熱体
４、５に２０００Ｗの電力を印加してサセプタ１を５０
０℃に加熱した時の保持面３の温度分布を温度画像処理
装置により測定した。

【００４１】それぞれの結果は表１に示す通りである。

【００４２】

【表１】

【００４３】この結果、まず、試料Ｎｏ９では、抵抗発
熱体の厚みが０．０５ｍｍであるための、焼成時におい
てセラミック基体２に亀裂が発生して破損した。

【００４４】また、試料Ｎｏ．８のウエハ面積に対する
パターン面積比が８０％のものでは十分な発熱量が得ら
れず、保持面３には３７℃もの温度バラツキが発生し
た。

【００４５】さらに、試料Ｎｏ．７、１０、１１のもの
では、セラミック基体２の内部に１層の抵抗発熱体しか
埋設していないために、抵抗発熱体の厚みバラツキによ
り保持面３の温度バラツキが１０℃以上と大きいもので
あった。

【００４６】これに対し、試料Ｎｏ．１〜４および１２
〜１３は厚みが０．０５ｍｍ以下の２つ以上の抵抗発熱
体を位置をずらして埋設してあることから、保持面３の
温度バラツキを１０℃未満に抑えることができた。特
に、３つ以上の抵抗発熱体を埋設したものでは、保持面
３の温度分布を５℃以下にとすることができ優れたもの
であった。

【００４７】

【発明の効果】以上のように、本発明はサセプタや静電
チャックなどのウエハ保持装置を構成するセラミック基
体の内部にほぼ同一パターン形状を有する抵抗発熱体を
少なくとも２つ以上埋設するとともに、各抵抗発熱体の
位置をずらして配置したことにより、抵抗発熱体の厚み
バラツキによる発熱ムラを相殺させて、ウエハ保持装置
を均一に加熱することができる。しかも、本発明は上記
抵抗発熱体の厚みを０．０５ｍｍ未満とし、かつパター
ン面積がウエハ面積と同等またはそれより大きくしてあ
るため、焼成時におけるセラミック基体の破損を防いで
ウエハを加熱するのに十分な発熱量を得ることができ
る。

【００４８】その為、本発明に係るウエハ保持装置を用
いて半導体ウエハや液晶用ガス基板などのウエハに成膜
を施せば均一な厚みをもった膜を被覆することができ、
エッチング加工を施せば、高精度の加工を施すことがで
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サセ
プタを示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は半導体ウエ
ハを載置した状態を示す断面図である。

【図２】図１のサセプタにおける抵抗発熱体の平面図で
ある。

【図３】図１のサセプタに備える抵抗発熱体の配置構造
を示す模式図である。

【図４】図１（ｂ）のＡ部を拡大した断面図である。

【符号の説明】

１・・・サセプタ、２・・・セラミック基体、３・
・・保持面、４・・・抵抗発熱体、５・・・抵抗発熱
体、６・・・裏面、８・・・リード端子、 10・・・
半導体ウエハ、 11・・・クランプリング

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保持面を有するセラミック基体の
内部に、ほぼ同一のパターン形状を有する抵抗発熱体を
少なくとも２つ以上埋設するとともに、各抵抗発熱体の
位置をずらして配置したことを特徴とするウエハ保持装
置。
【請求項２】上記各抵抗発熱体は、厚みが０．０５ｍｍ
未満でかつそのパターン面積がウエハ面積と同等または
それより大きいことを特徴とする請求項１に記載のウエ
ハ保持装置。