JPH11204625A - 多層構造体及びこれを用いた保持装置及び処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 耐蝕性を有し、かつ温度変化の激しい条件の
下でも割れや変形等の生じにくい多層構造体及びこれを
用いた保持装置及び処理装置を提供する。 【解決手段】 保持装置１は、セラミックスからなる静
電チャック１１と、金属からなるヒータ３と、静電チャ
ック１１とヒータ３との間に、両者に接合して設けら
れ、セラミックスからなる静電チャック１１と金属から
なるヒータ３の中間の熱膨張率を有するセラミックス−
金属複合体からなる円盤状部材６を具備し、少なくとも
円盤状部材６の外部に露出した露出部分が、耐蝕性を有
する金属からなる保護膜１４で被覆されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多層構造体及びこ
れを用いた保持装置及び処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、各種の製造工程等においては、
腐蝕性のガスを用い、かつ、高温雰囲気として各種の処
理を行う場合がある。

【０００３】例えば、半導体デバイスの製造工程等にお
いては、エッチング装置における半導体ウエハのエッチ
ング工程、あるいは、ＣＶＤ装置におけるクリーニング
工程等において、腐食性のガス、例えばフッ素系ガス
（Ｃ₄ Ｆ₈ 、ＣＦ₄ 、ＳＦ₆ 、ＮＦ₃ 、ＣｌＦ₃ 等）を
用い、数百度の高温状態として、上記エッチングやクリ
ーニングが行われる。

【０００４】また、上記エッチング装置、ＣＶＤ装置等
においては、所謂コンタミ等の問題から、半導体ウエハ
と直接接触する部分、例えば、半導体ウエハを保持する
保持装置や、搬送装置の半導体ウエハの支持部等に使用
できる材質が限定され、かかる部分には、セラミックス
等からなる部材が通常使用される。

【０００５】ところが、装置全体をセラミックスで構成
することは種々の要因で困難であり、上記半導体ウエハ
と直接接触する部分以外の部分は、通常、アルミニウム
等の金属で構成されるため、セラミックス部材と金属部
材を接合して使用する必要性が生じる。

【０００６】しかしながら、例えば、上記したフッ素系
ガスに対する耐蝕性を有するセラミックスとしてアルミ
ナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）を用い、金属としてアルミニウムを用
いた場合、アルミナの熱膨張率（線膨張率）は７．８〜
８．１×１０^-6、アルミニウムの線膨張率は２２〜２４
×１０^-6であり、熱による膨脹率に差があるため、接合
部分に割れや変形が生じ易いという問題がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したとおり、従来
においては、高温下で腐食性ガスに晒される部材であっ
て、セラミックス部材と金属部材を接合したものにおい
ては、接合部分に割れや変形が生じ易いという問題があ
った。

【０００８】本発明は、かかる従来の事情に対処してな
されたもので、耐蝕性を有し、かつ温度変化の激しい条
件の下でも割れや変形等の生じにくい多層構造体及びこ
れを用いた保持装置及び処理装置を提供しようとするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の多層構造体
は、セラミックスからなる第１の部材と、金属からなる
第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材との間
に、両者に接合して設けられ、前記第１の部材を構成す
るセラミックスと前記第２の部材を構成する金属との中
間の熱膨張率を有するセラミックス−金属複合体からな
る第３の部材とを具備し、少なくとも前記第３の部材の
外部に露出した露出部分が、耐蝕性を有する金属膜で被
覆されていることを特徴とする。

【００１０】請求項２の多層構造体は、請求項１記載の
多層構造体において、前記金属膜の表面が、フッ化不動
態膜とされていることを特徴とする。

【００１１】請求項３の多層構造体は、請求項１又は２
記載の多層構造体において、前記金属膜が、無電解メッ
キにより形成されたことを特徴とする。

【００１２】請求項４の多層構造体は、請求項１〜３の
いずれかの１項記載の多層構造体において、前記金属膜
がニッケル膜であることを特徴とする。

【００１３】請求項５の保持装置は、請求項１〜４のい
ずれかの１項記載の多層構造体を具備し、前記セラミッ
クスからなる第１の部材の表面が被処理基板の載置面と
され、前記金属からなる第２の部材に前記被処理基板を
加熱するためのヒータが設けられたことを特徴とする。

【００１４】請求項６の処理装置は、請求項５記載の保
持装置を具備したことを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を、図面を参
照して詳細に説明する。

【００１６】図１は、本発明の多層構造体を保持装置に
適用した実施の形態を示すもので、同図において符号１
は、保持装置を示している。

【００１７】この保持装置１は、片面（図１では下面）
の中央部分に円筒状に突出するよう設けられた円筒部２
が形成された円盤状のヒータ３を具備している。

【００１８】このヒータ３は、窒化ホウ素ＢＮのような
絶縁体の外被膜４で被覆された渦巻状の線状の加熱体５
（例えば、カンタル線）を埋設した状態でアルミニウム
を鋳造して形成されている。ただし、ヒータ３はアルミ
ニウムに限らず、耐熱性と熱伝導率が高い金属、例え
ば、ステンレススチールＳＵＳＣ３を用いてもよい。

【００１９】ヒータ３の両端面８、９には、セラミック
ス−金属複合体からなり、ヒータ３と同径で、互いに実
質的に同厚の円盤状部材６，７が接合されている。これ
らの円盤状部材６，７の材質及び作用については後述す
る。

【００２０】一方の円盤状部材６（図１では上側のも
の）の上面１０には、ヒータ３及び円盤状部材６と共軸
に、円盤状の静電チャック１１が接合されている。この
静電チャック１１は、櫛形の電極１２，１３が埋設され
ているだけで、従来のもののようにヒータを内蔵しない
から、例えば、従来の静電チャックとヒータを一体にし
たものの厚さの１／１０にすることができる。

【００２１】静電チャック１１は、半導体ウエハ等と直
接接触する部分であるので、その材料としては、金属等
を用いることは好ましくなく、特定なセラミックス等に
限定される。また、このような静電チャック１１の材質
としては、耐熱衝撃性が高く高熱によって歪みが生じて
も割れないことが望ましい。

【００２２】アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）は、処理媒体又は
活性体と化学反応をしない利点があるが、耐熱衝撃性が
低く、肉厚が大きくなると熱による破損が生じやすいも
のである。しかし、アルミナでも、この場合のように肉
厚が小さくなると、高熱になっても割れを生じることが
なくなる。従って、本実施の形態における静電チャック
１１には、耐熱衝撃性のよくないアルミナ（Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）を用いることができる。だだし、この静電チャ
ック１１の材料は、例えば、窒化アルミニウム（Ａｌ
Ｎ）のような他のセラミックスであってもよい。

【００２３】上述の通り、静電チャック１１はセラミッ
クス製であり、ヒータ３は金属製であるから、両者の熱
膨張係数の差が非常に大きい。例えば、静電チャック１
１をアルミナ製にした場合、アルミナの線熱膨張係数
は、７．８〜８．１×１０^-6、ヒータ３をアルミニウム
製にした場合、アルミニウムの線膨張率は２２〜２４×
１０^-6であり、両者の間に大差がある。そのため、両者
を直接接合すると、熱膨張係数の差によって静電チャッ
ク１１とヒータ３とに反りが発生して静電チャック１１
に歪みが生じてしまう。この結果、静電チャック１１が
割れてしまったりヒータ３からはがれてしまったりする
不具合が生じる。

【００２４】これに対して、静電チャック１１とヒータ
３との熱膨張係数の中間の熱膨張係数を持ち、かつ、耐
熱衝撃性の高いセラミックス−金属複合体を材料とする
円盤状部材６を静電チャック１１とヒータ３の間に設け
てそれぞれに接合させると、静電チャック１１とヒータ
３との熱膨張係数の差は、静電チャック１１と円盤状部
材６との間の熱膨張係数の小さな差とヒータ３と円盤状
部材６との間の熱膨張係数の小さな差に分散され、静電
チャック１１にかかる熱膨張係数の差による応力乃至は
歪みが軽減され、静電チャック１１の破損やヒータ３か
らのはずれを防止できる。

【００２５】なお、円盤状部材６の厚さは、静電チャッ
ク１１及びヒー夕３との熱膨張係数の差によって円盤状
部材６にかかる歪みを緩和するために、例えば、ヒータ
３と同じ厚さにする。他方、ヒータ３の、円盤状部材６
と反対側の端面にも円盤状部材６と同じ材質で同じ寸法
の円盤状部材７が接合されているが、これは、ヒータ３
に円盤状部材６を接合する時にヒータ３に曲りが生じる
のを避けるためのものである。

【００２６】円盤状部材６，７の材料は、セラミックス
−金属複合体、例えば、炭化珪素一アルミニウム複合体
（ＳｉＣ−Ａｌ複合体）の中からアルミニウムとアルミ
ナとの線熱膨張係数の中間の熱膨張係数を有する組成の
ものを選択するのが望ましい。 図２は、この炭化珪素
一アルミニウム複合体（ＳｉＣ−Ａｌ複合体）の炭化珪
素とアルミニウムとの体積比対線膨張係数特性を示す。
炭化珪素一アルミニウム複合体では、炭化珪素対アルミ
ニウム体積比率が５０：５０未満では、破損率が高くな
り、この体積比が７５：２５を越えると製造コストが急
激に高くなるために、上述の中間熱膨張係数として、炭
化珪素対アルミニウム体積比率が５０：５０乃至７５：
２５の範囲のものが考えられる。

【００２７】他方、この体積比が５０：５０以上になる
と静電チャック１１と円盤状部材６との間の熱膨張係数
の差がヒータ３と円盤状部材６との間の熱膨張係数の差
の半分以下になる。そのため、静電チャック１１が円盤
状部材６によってヒー夕３に接合された場合は、静電チ
ャック１１にかかる応力乃至は歪みが静電チャック１１
をヒータ３に直接接合した場合の応力乃至は歪みの実質
的に半分以下になる。従って、５０：５０以上の体積比
の炭化珪素一アルミニウム複合体を円盤状部材６の材料
として用いれば、静電チャック１１の破損またはヒータ
３からのはがれを防止するのに効果的である。

【００２８】以上の説明から理解されるように、静電チ
ャック１１の破損及びヒータ３からのはがれ防止と炭化
珪素一アルミニウム複合体の破損率及び製造コストを考
慮すれば、炭化珪素一アルミニウム複合体は、炭化珪素
対アルミニウム体積比率が５０：５０乃至７５：２５の
範囲のものが適切な中間熱膨張係数を有する円盤状部材
６，７の材料として採用できることになる。

【００２９】円盤状部材６，７の材料として適したもの
に、上記の炭化珪素一アルミニウム複合体の他に、例え
ば、窒化アルミニウムーアルミニウム（ＡｌＮ−Ａｌ）
複合体、又は、アルミナーアルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ −
Ａｌ）複合体等が挙げられる。窒化アルミニウム及びア
ルミナの熱膨張係数は、それぞれ、４．５×１０^-6及び
７．８〜８．１×１０^-6（窒化炭素は４×１０^-6）であ
るが、これらの複合体体積比対線熱膨張係数特性は両複
合体とも炭化珪素一アルミニウム複合体の成分の体積比
対線熱膨張係数特性に類似のものであるから、両複合体
の成分の体積比の使用範囲は炭化珪素一アルミニウム複
合体の成分の体積比の使用範囲と実質的に同様の範囲が
選択される。なお、上記の中間的な熱膨張係数を有する
他のセラミックス−金属複合体も用いることができる。

【００３０】ここで、上述した円盤状部材６，７の材料
では、フッ素系ガス等の反応性の高いガス雰囲気下にお
いて、例えば、炭化珪素等がエッチングされる等の現象
が起き、耐蝕性が不十分となるという問題が生じる。こ
のため、この円盤状部材６，７の露出部分には、耐蝕性
を有する保護膜１４が形成されている。

【００３１】この保護膜１４としては、使用するガス、
プラズマ等に対して耐蝕性のあるものを選択する必要が
あり、また、セラミックス−金属複合体表面に対しても
均一に被着できるものであることが必要とされる。ま
た、熱膨張に応じてある程度弾性変形可能な膜厚の薄い
ものが適しており、このため、無電解メッキにより形成
した金属膜、例えばニッケル（Ｎｉ）被膜等が好まし
い。

【００３２】また、無電解メッキ、例えばニッケル−リ
ンメッキにより形成したニッケル被膜では、還元剤のリ
ンを含んでいるため、表面をフッ化処理し、フッ化リン
を蒸発させて、ＮｉＦ₂ のフッ化不動態膜とすることに
より、フッ素系のガスプラズマ等に対しても耐蝕性が優
れ、剥離しにくい保護膜１４を得ることができる。無電
解メッキによる被膜の形成法、およびフッ化処理による
フッ化不動態膜の形成方法については、例えば特開平５
−３０２１７７号公報に記載されている。

【００３３】このような保護膜１４に使用できる材料と
しては、表面をフッ化処理してＡｌＦ₃ のフッ化不動態
膜としたアルミニウム被膜等も用いることができるが、
ＡｌＦ₃ 膜はＮｉＦ₂ 膜に比べて剥離し易いという難点
がある。

【００３４】なお、上記したＮｉＦ₂ のフッ化不動態膜
は耐蝕性に優れていることから、図１に示す保持装置１
では、円盤状部材６，７の露出部分のみならず、静電チ
ャック１１の露出部分にも、その上面の半導体ウエハ等
と直接接触する部分を除いて保護膜１４が形成されてお
り、ヒータ３の露出部分（側面等）にも保護膜１４が形
成されている。

【００３５】以上の構成により、耐蝕性を有し、かつ温
度変化の激しい条件の下でも割れや変形等の生じにくい
多層構造体からなる保持装置１を得ることができる。

【００３６】また、保護膜１４の、静電チャック１１と
反対側の面（図１で下面）の中央部に給電パイプ１５が
設けられている。また、円盤状部材６の中央部及びヒー
タ３の中央部及び円筒部２を他の給電パイプ１６が貫通
している。電極１２，１３からリード線１７が給電パイ
プ１５，１６を貫通して延びており、加熱体５からはリ
ード線１８が給電パイプ１５を貫通して延びている。こ
れらのリード線１７，１８はそれぞれ所定の電源（図示
せず）に接続されている。

【００３７】以上の通り、本実施の形態においては、静
電チャックとヒータを別体にすることにより、静電チャ
ックを薄く形成できるので、耐熱衝撃性が低いセラミッ
クスでも静電チャックの材料として使用できるという効
果がある。

【００３８】また、静電チャックはセラミックス製で、
ヒータは金属製であることから両者の熱膨張係数の差が
大きいので、これらの間に両者の熱膨張係数の中間の熱
膨張係数を有するセラミックス−金属複合体を間に挟ん
で両者を接合し、高温時の熱膨張係数の差による静電チ
ャックに発生する歪みを小さくしてその破損及びヒータ
からのはがれを防止できるという効果もある。

【００３９】さらに、セラミックス−金属複合体の外表
面を処理媒体と化学反応を起こさない金属膜で被覆して
いるので、セラミックス−金属複合体は、前記の中間の
熱膨張率が得られる限りは、処理媒体と化学変化を起こ
すものも使用することができるという効果がある。加え
て、ヒータは耐熱性と熱伝導性の高い金属製であるか
ら、熱を効率的に伝達できるという効果もある。

【００４０】以上に、保持装置として、ヒータの上下面
に円盤状部材を接合し、円盤状部材の外表面を、ヒータ
等と共に覆う保護膜を具備するものについて述べたが、
ヒータの、静電チャックと反対側の円盤状部材と保護膜
がないもの等もこの発明の範囲に属する。

【００４１】次に、本実施の形態の多層構造体からなる
保持装置を用いる処理装置を、半導体製造装置に属す
る、ＣＶＤ装置及びエッチング装置を実施の形態として
順次に説明する。

【００４２】図３は、この発明の処理装置の実施の形態
であるＣＶＤ装置の一例の縦断面図である。

【００４３】ＣＶＤ装置１００は、アルミニウム等の処
理容器１０１を有する。この処理容器１０１内の処理室
１０２内に、上方電極１０３と、この下方に処理空間Ｓ
を隔てて静電チャック１１を対向させた保持装置１が設
けられている。

【００４４】また、静電チャック１１上に、処理のつ
ど、ウエハＷが載置される。この保持装置１は図１を参
照して説明したものと同じであるから、他の部分につい
ては図１の部分と同一の参照番号を付して示しそれらの
説明を省略する。

【００４５】上方電極１０３内にチャンバ状の処理ガス
ヘッダ１０４が形成されており、これに処理ガス入口１
０５が連通している。上方電極１０３の下面部には処理
ガスヘッダ１０４と処理空間Ｓとを連通させる複数のガ
ス孔１０６が形成されている。また、処理容器１０１の
側壁に処理室１０２に通じる処理ガス排出口１０７が形
成されている。上方電極１０３は所定の高周波電源（図
示せず）に接続され、保持装置１と処理容器１０１はと
もに接地電位に接続されている。

【００４６】次に、ＣＶＤ装置１００の作用を保持装置
１の作用と共に説明する。

【００４７】ウエハＷに成膜する際には、ウエハＷを静
電チャック１１上に載置した状態で、所定の電圧をリー
ド線１７を介して保持装置１の電極１２及び１３にかけ
て静電チャック１１でウエハＷをチャックするととも
に、保持装置１の加熱体５にリード線１８を介して通電
して、ウエハＷを所定温度、例えば４００℃程度に加熱
する。

【００４８】そして、処理ガス排出口１０７から排気を
行い、処理容器１０１内を所定の圧力、例えば５０ミリ
Torrに維持しつつ、所定の成膜用ガス、例えば、ＳｉＨ
₄ 、Ｏ₂ を、図示しないガス供給源から、処理ガス入口
１０５を通じて、処理ガスヘッダ１０４内へ供給し、更
に、上方電極１０３のガス孔１０６から処理空間Ｓへシ
ャワー状に供給する。

【００４９】この状態で、上方電極１０３に、１３．５
６ＭＨｚ、２ＫＷ等の高周波電力を印加することによ
り、処理空間Ｓにプラズマを生じさせ、ウエハＷ表面に
ＳｉＯ₂ 膜等を形成する。

【００５０】ＣＶＤ膜の成膜終了後、ウエハＷの拘束状
態が解かれ、処理容器１０１内からウエハＷが搬出さ
れ、１サイクルが完了する。

【００５１】また、上記成膜処理により処理容器１０１
内等に付着したＣＶＤ膜を除去するためのクリーニング
工程では、上述した成膜用ガスをクリーニング用ガス、
例えば、ＮＦ₃ 、ＣｌＦ₃ 等に変え、ウエハＷを保持装
置１に載置していない状態で、上述した場合と同様に処
理空間Ｓにこれらクリーニング用ガスのプラズマを生じ
させ、ＣＶＤ膜をエッチングすることによって除去す
る。

【００５２】これによって、処理容器１０１内等に付着
したＣＶＤ膜が、剥離してウエハＷに付着し、不良発生
の原因になることを、防止することができる。

【００５３】この発明の処理装置の他の１実施形態であ
るエッチング装置は、その構造が、上記したＣＶＤ装置
と基本的に同じであるから、図３の機構をそのまま用い
ることができる。このエッチング装置がＣＶＤ装置と違
う点は、処理ガスがエッチング用処理ガスであり、これ
によってウエハＷの表面にエッチング処理が施されるこ
とである。その他の構造及び作用はＣＶＤ装置と同じで
あるので、それらの説明は省略する。

【００５４】

【発明の効果】この発明によれば、耐蝕性を有し、かつ
温度変化の激しい条件の下でも割れや変形等の生じにく
い多層構造体及びこれを用いた保持装置及び処理装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の保持装置の実施形態を示す縦断概略
図。

【図２】炭化珪素一アルミニウム複合体の炭化珪素とア
ルミニウムの体積比対線熱膨張係数の特性を示すグラ
フ。

【図３】図１の保持装置を設けたＣＶＤ装置及びエッチ
ング装置の実施形態を示す縦断概略図。

【符号の説明】

１…………保持装置 ３…………ヒータ（金属製） ６，７……円盤状部材（セラミックス−金属複合体製） １１………静電チャック（セラミックス製） １４………保護膜（金属膜）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミックスからなる第１の部材と、 金属からなる第２の部材と、 前記第１の部材と前記第２の部材との間に、両者に接合
   して設けられ、前記第１の部材を構成するセラミックス
   と前記第２の部材を構成する金属との中間の熱膨張率を
   有するセラミックス−金属複合体からなる第３の部材と
   を具備し、 少なくとも前記第３の部材の外部に露出した露出部分
   が、耐蝕性を有する金属膜で被覆されていることを特徴
   とする多層構造体。
2. 【請求項２】 請求項１記載の多層構造体において、 前記金属膜の表面が、フッ化不動態膜とされていること
   を特徴とする多層構造体。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の多層構造体におい
   て、 前記金属膜が、無電解メッキにより形成されたことを特
   徴とする多層構造体。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれかの１項記載の多
   層構造体において、 前記金属膜がニッケル膜であることを特徴とする多層構
   造体。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれかの１項記載の多
   層構造体を具備し、 前記セラミックスからなる第１の部材の表面が被処理基
   板の載置面とされ、前記金属からなる第２の部材に前記
   被処理基板を加熱するためのヒータが設けられたことを
   特徴とする保持装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の保持装置を具備したこと
   を特徴とする処理装置。