WO2007023831A1

WO2007023831A1 - セラミック部材、セラミックヒーター、基板載置機構、基板処理装置、およびセラミック部材の製造方法

Info

Publication number: WO2007023831A1
Application number: PCT/JP2006/316452
Authority: WO
Inventors: Yoshiyuki Hanada
Original assignee: Tokyo Electron Limited
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2006-08-23
Publication date: 2007-03-01
Also published as: CN101031527A; US20090241837A1; TW200715902A; KR20080037682A; JP5025109B2; TWI407821B; KR100990020B1; CN101031527B; JP2007059842A

Abstract

　セラミックヒーターとして構成されるウエハ載置台１１は、破壊起点となりやすい部位として発熱体１３への給電部１４および支持部材１２との接合部１６を有している。そして、これら破壊起点となりやすい部位である給電端子部１４および／または接合部１６に圧縮応力が発生するように構成する。

Description

明細書

セラミック部材、セラミックヒーター、基板載置機構、基板処理装置、およびセラミック部材の製造方法

技術分野

[0001] 本発明は、基板を載置する用途等に用いられるセラミック部材およびセラミックヒーター、これら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成膜装置等の基板処理装置、ならびに上記セラミック部材の製造方法に関する。

背景技術

[0002] 半導体デバイスの製造にお!ヽては、被処理基板である半導体ウェハに対して、 CV D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ェハを所定の温度に加熱する熱処理を施す必要があるため、基板載置台を兼ねたヒーターを用いて半導体ウェハをカロ熱している。

[0003] 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力近年、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ぐ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 A1N等の緻密質セラミックス焼結体力ゝ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。

[0004] 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、他端をチヤ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つていて、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。

[0005] ところで、このようなセラミックヒーター力もなる基板載置台の支持部材との接合部において、支持部材ゃ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力かるとセラミックヒーターの割れにつながってしまう。特許文献 1：特開平 7— 272834号公報

発明の開示

[0006] 本発明の目的は、破壊起点となり得る部位を有して、ても、その部位力割れが発生しにくいセラミック部材、およびそのようなセラミック部材を用いたセラミックヒーター、これら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、ならびにセラミック部材の製造方法を提供することにある。

[0007] 本発明の第 1の観点によれば、破壊起点になりやすい部位を有するセラミック部材であって、前記破壊起点になりやすい部位に圧縮応力が発生している、セラミック部材が提供される。

[0008] 本発明の第 2の観点によれば、セラミック部材力なる本体と、本体内に埋設された発熱体と、前記発熱体に給電する給電部とを有し、前記本体の前記給電部近傍部分に圧縮応力が付与されている、セラミックヒーターが提供される。

[0009] 本発明の第 3の観点によれば、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、セラミック部材カゝらなり、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を具備し、前記セラミック部材の前記支持部材が接合される部位に圧縮応力が付与されている、基板載置機構が提供される。

[0010] 本発明の第 4の観点によれば、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、セラミック部材カゝらなり、基板を載置する基板載置台と、前記処理容器内において前記基板載置台を支持する支持部材とを具備し、前記基板載置台は、基板を支持するための複数の基板支持ピンが挿通される複数の支持ピン揷通孔を有し、前記基板載置台の支持ピン揷通孔が設けられた部位に圧縮応力が付与されている、基板載置機構が提供される。

[0011] 本発明の第 5の観点によれば、基板処理装置の処理容器内において基板を載置するとともに加熱する基板加熱機能を有する基板載置機構であって、セラミック部材からなり、基体と基体に設けられ基板を加熱する発熱体とを有し、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、前記支持部材を通って延びる給電ラインから前記発熱体に給電する給電部とを具備し、前記給電部および Zまたは前記支持部材が接合される部位に圧縮応力が発生している、基板載置機構が提供される。

[0012] 本発明の第 6の観点によれば、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

を具備する基板処理装置であって、前記基板載置機構は、セラミック部材カゝらなり、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を有し、前記セラミック部材の前記支持部材が接合される部位に圧縮応力が付与されている、基板処理装置が提供される。

[0013] 本発明の第 7の観点によれば、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

を具備する基板処理装置であって、前記基板載置機構は、セラミック部材カゝらなり、基板を載置する基板載置台と、前記処理容器内において前記基板載置台を支持する支持部材とを有し、前記基板載置台は、基板を支持するための複数の基板支持ピンが揷通される複数の支持ピン揷通孔を有し、前記基板載置台の支持ピン揷通孔が設けられた部位に圧縮応力が付与されている、基板処理装置が提供される。

[0014] 本発明の第 8の観点によれば、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

を具備する基板処理装置であって、前記基板載置機構は、セラミック部材カゝらなり、基体と基体に設けられ基板を加熱する発熱体とを有し、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、前記支持部材を通って延びる給電ラインから前記発熱体に給電する給電部とを有し、前記給電部および Zまたは前記支持部材が接合される部位に圧縮応力が発生している、基板処理装置が提供される。

[0015] 本発明の第 9の観点によれば、セラミック部材の製造過程で、破壊起点になりやす、部位に圧縮応力を発生させる、セラミック部材の製造方法を提供する。

[0016] 上記第 3、第 5、第 6、第 8の観点において、前記支持部材が前記基板載置台の中央に設けられて、る構成を採用することができる。

[0017] 上記第 9の観点において、前記圧縮応力は、破壊起点になりやすい部位を含む部分と、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、破壊起点になりやすい部位を含む部分と、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、セラミック部材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、これとセラミック部材との熱膨張差により発生させることができる。

[0018] なお、本発明にお、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力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。

[0019] 本発明によれば、破壊起点となりやすい部位に圧縮応力を発生させるので、その部位力も割れを発生しに《することができる。具体的には、セラミックヒーターとして構成される基板載置台に支持部材が接合される部位および Zまたは支持部材を通つ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やすいが、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。

図面の簡単な説明

[0020] [図 1]本発明の一実施形態に係るウェハ載置機構を適用した CVD成膜装置を示す概略断面図。

[図 2]本発明の一実施形態に係るウェハ載置機構を拡大して示す拡大断面図。

[図 3]本発明の一実施形態におけるウェハ載置台の径方向の応力分布を示す図。

[図 4] A1Nの焼成温度と収縮率との関係を示すグラフ。

[図 5]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。

[図 6] A1Nの焼結助剤による焼成温度と収縮率との関係を示す図。 [図 7A]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以上を変える方法における仕切部材を設ける工程を説明するための図。

[図 7B]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以上を変える方法における原料を投入する工程を説明するための図。

[図 7C]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以上を変える方法における仕切部材を取り外す工程を説明するための図。

[図 8A]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、厚さ方向中央にぉヽては中央部分に応力を存在させな!/ヽ場合を示す図。

[図 8B]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引張応力を存在させた場合を示す図。

[図 9A]載置台の周辺部分に張力発生エレメントを設け、圧縮応力を発生させる方法を説明するための図。

[図 9B]載置台の外周部分に張力発生エレメントを設け、圧縮応力を発生させる方法を説明するための図。

[図 10]本発明の他の実施形態におけるウェハ載置台を示す斜視図。

発明を実施するための最良の形態

[0021] 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。

[0022] 図 1は、本発明の一実施形態に係るウェ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一 2と、チャンバ一 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、これらチャンバ一 2と排気室 3により一体的な処理容器が構成される。チヤンバー 2内には被処理体である半導体ウェハ（以下、単にウェハと記す) Wを水平状態にして載置し、かつ加熱するための、ウェハ載置機構 10が設けられている。このウェハ載置機構 10は、ウェハ載置面を有し、セラミック部材カもなる基体と、基体に埋設された発熱体とを有するウェハ載置台 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ェハ載置台 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、チャンバ一 2の外側にはウェハ載置台 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ェハ載置台 11等の温度制御を行うようになって!/、る。この制御系の詳細につ、ては後述する。さらに、ウェハ載置台 11の外縁部にはウェハ 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。

[0023] チャンバ一 2の天壁 2aには、シャワーヘッド 30が設けられており、このシャワーへッド 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。

[0024] 前記排気室 3は、チャンバ一 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一 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。

[0025] ウェハ載置台 11には、ウェハ Wを支持して昇降させるための 3本（2本のみ図示）のウェハ支持ピン 53がウェハ載置台 11の表面に対して突没可能に設けられ、これらゥェハ支持ピン 53は支持板 54に固定されている。そして、ウェハ支持ピン 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。

[0026] チャンバ一 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ェハ 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。

[0027] 次に、ウェハ載置機構 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、ウェハ載置機構 10は、ウェハ載置台 11と、ウェハ載置台 11を支持する円筒状の支持部材 12とを有している。ウェハ載置台 11は、セラミックヒーターとして構成されており、 A1N、 Al O、 SiC、 SiO等のセラミック材料カゝ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力もなる発熱体 13とを有している。発熱体 13は 2ゾーンに分かれており、ウェハ載置台 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、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力図 2では便宜上、各ゾーンの発熱体 13につ!/、て 1つずつ合計 2つのみ描!ヽて、る。

[0028] 支持部材 12もウェハ載置台 11と同様、 A1N、 Al O、 SiC、 SiO等のセラミック材

2 3 2

料力なり、支持部材 12はウェハ載置台 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、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、る。

[0029] 支持部材 12の底部にはフランジ状をなす絶縁体力もなる底蓋 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が揷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 2 Oa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によつ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。

[0030] セラミック部材として構成されるウェハ載置台 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、中央部力も熱が逃げやすい。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弓 I張応力がかかる。基体 1 la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力かると、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 l la、ひいてはセラミックヒーターであるゥェハ載置台 11が構成されて、る。

[0031] 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!ヽる。

[0032] 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、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、。

[0033] 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。

[0034] 以上のように構成される成膜装置 100においては、まず、ウェハ載置台 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、ウェハ載置台 11を例えば 700°C程度に加熱し、排気装置 52によりチャンバ一 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力も搬入出口 56を介してウエノ、 Wをチャンバ一 2内へ搬入し、ウェハ載置台 11の上面にウェハ 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からチャンバ一 2内に供給することにより、ウェハ Wの表面で反応を生じさせて所定の膜を成膜する。

[0035] 上述したように、セラミック部材として構成されるウェハ載置台 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、成膜処理の際にウェハ載置台 11が高温になると、中央部力も支持部材 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力かるが、このように中央部に引張応力が力かると、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、構造的にセラミツ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。

[0036] そこで、本実施形態にぉ、ては、このような破壊起点となりやす、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 l la、ひいてはセラミックヒーターであるゥェハ載置台 11を構成する。

[0037] すなわち、図 3にウェハ載置台 11の径方向の応力分布を示す力室温において実線 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力なるゥェハ載置台 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ェハ載置台 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。

[0038] このように、破壊起点となりやすい部分があっても、そこに圧縮応力が力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。

[0039] 次に、ウェハ載置台 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ェハ載置台 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。

[0040] 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力、中央部に対して周辺部力締め付ける力が加わり、圧縮応力が発生する

[0041] ウェハ載置台 11の基体 11aを構成するセラミック材料が A1N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/annual07/199905oishi.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。

[0042] A1Nの線膨張係数は 5ppmZ°C程度であるから、基体 11aの温度分布が仮に 50 °C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%Z200°Cであるから、上記収縮率差をつけるには 0. 8°C以上焼結温度差をつければ十分である。

[0043] 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一内に上部ヒーター 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。

[0044] 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 77 b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。

[0045] なお、セラミック材料が A1Nや Si N等の酸ィ匕を嫌うものである場合には、チャンバ

3 4

一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、チャンバ一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の一方をシリンダにより移動可能にしてもよい。

[0046] 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 1 laの中央部分と周辺部分とで添カロ物（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。

[0047] 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力締め付ける力が加わり、圧縮応力が発生する。

[0048] ウェハ載置台 11の基体 11aを構成するセラミック材料が A1N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、高橋洋ー、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/annual07/20000 8oishi.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。

[0049] 上述したように、 A1Nの線膨張係数は 5ppmZ°C程度であるから、基体 1 laの温度分布が仮に 50°C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%Y O lmass%CaO)、添カ卩物 L (3ma

2 3

ss%Y O - lmass%CaO-0. 25mass%LaB )、添加物 B (3mass%Y O — lm

2 3 6 2 3 ass%CaO-0. 25mass%B O )の収縮率曲線から、 N— L、 N— B、 B— Lのいず

2 3

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、ウェハ載置台 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力る。

[0050] 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 7 1を上部に退避させた状態で、図 7A〜7C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 7A)、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 7B)、その後、仕切部材 81を取り外す（図 7C)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。

[0051] 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 8Aに示すように、圧縮応力はセラミック部材 90の表層のみでよぐ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 8B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。

[0052] そのような場合には、上記図 7B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。

[0053] 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 9Aに示すようにウェハ載置台 11 (セラミック部材)の周辺部分、または図 9Bに示すようにウェハ載置台 11 (セラミック部材)の外周部分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 9Bであるが、張力発生エレメント 82が腐食しやす、場合には、図 9Aのようにウェハ載置台 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、て焼結する方法、ウェハ載置台 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。

[0054] 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。

[0055] 以上は、ウェハ載置台 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力ヒ一ターを有しないウェ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。

[0056] 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、基板であるウェハ温度に例えば 700°C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ェハ載置台 11が要求される力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に示すようなウェハ載置台 84が用いられる。この場合には、ウェハ載置台 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、むしろウェハ支持ピンが挿通する揷通孔 53aにおいて割れが発生する可能性が高くなる。つまり、ウェハ支持ピン 53の揷通孔 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ぐ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ェハ支持ピンの揷通孔 53aが形成されて、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。

[0057] 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。

[0058] 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ゥェハ載置台 11の場合よりも割れの発生率は格段に低、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。

[0059] 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ェ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、ウェハ載置台の周辺部分に複数設けたものであってもよぐこの場合には、ウェ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 成膜装置のウェハ載置機構や、ウェハの加熱をともなわな!/、処理のウェハ載置機構に適用した場合について示した力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、部位が存在して、るものであれば適用可能である。産業上の利用可能性

本発明のセラミック部材は、チャンバ一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。

Claims

請求の範囲

[1] 破壊起点になりやすい部位を有するセラミック部材であって、前記破壊起点になりやす、部位に圧縮応力が発生して、る、セラミック部材。

[2] セラミック部材からなる本体と、本体内に埋設された発熱体と、前記発熱体に給電する給電部とを有し、前記本体の前記給電部近傍部分に圧縮応力が付与されている、セラミックヒーター。

[3] 基板処理装置の処理容器内にお!ヽ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り、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

を具備し、

前記セラミック部材の前記支持部材が接合される部位に圧縮応力が付与されている、基板載置機構。

[4] 請求項 3の基板載置機構において、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、基板載置機構。

[5] 基板処理装置の処理容器内にお!ヽ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り、基板を載置する基板載置台と、

前記処理容器内において前記基板載置台を支持する支持部材と

を具備し、

前記基板載置台は、基板を支持するための複数の基板支持ピンが挿通される複数の支持ピン揷通孔を有し、前記基板載置台の支持ピン揷通孔が設けられた部位に圧縮応力が付与されている、基板載置機構。

[6] 基板処理装置の処理容器内にお!ヽて基板を載置するとともに加熱する基板加熱機能を有する基板載置機構であって、

セラミック部材からなり、基体と基体に設けられ基板を加熱する発熱体とを有し、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、前記支持部材を通って延びる給電ラインから前記発熱体に給電する給電部とを具備し、

前記給電部および Zまたは前記支持部材が接合される部位に圧縮応力が発生している、基板載置機構。

[7] 請求項 6の基板載置機構において、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、基板載置機構。

[8] 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

を具備する基板処理装置であって、

前記基板載置機構は、

セラミック部材からなり、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を有し、

前記セラミック部材の前記支持部材が接合される部位に圧縮応力が付与されている、基板処理装置。

[9] 請求項 8の基板処理装置にお、て、前記基板載置機構の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、基板処理装置。

[10] 基板を収容し、内部が減圧保持される処理容器と、

を具備する基板処理装置であって、

前記基板載置機構は、

セラミック部材からなり、基板を載置する基板載置台と、

前記処理容器内にぉヽて前記基板載置台を支持する支持部材とを有し、前記基板載置台は、基板を支持するための複数の基板支持ピンが挿通される複数の支持ピン揷通孔を有し、前記基板載置台の支持ピン揷通孔が設けられた部位に圧縮応力が付与されている、基板処理装置。

[11] 基板を収容し、内部が減圧保持される処理容器と、

を具備する基板処理装置であって、

前記基板載置機構は、

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、

前記支持部材を通って延びる給電ラインから前記発熱体に給電する給電部とを有し、

前記給電部および Zまたは前記支持部材が接合される部位に圧縮応力が発生している、基板処理装置。

[12] 請求項 11の基板処理装置にお!、て、前記基板載置機構の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、基板処理装置。

[13] セラミック部材の製造過程で、破壊起点になりやすい部位に圧縮応力を発生させる

、セラミック部材の製造方法。

[14] 請求項 13において、前記圧縮応力は、破壊起点になりやすい部位を含む部分と、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、セラミック部材の製造方法

[15] 請求項 13において、前記圧縮応力は、破壊起点になりやすい部位を含む部分と、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、セラミック部材の製造方法。

[16] 請求項 13において、前記圧縮応力は、セラミック部材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、これとセラミック部材との熱膨張差により発生させる、セラミック部材の製造方法。