WO2019155652A1 - 半導体製造装置用ヒータ - Google Patents

半導体製造装置用ヒータ Download PDF

Info

Publication number
WO2019155652A1
WO2019155652A1 PCT/JP2018/025003 JP2018025003W WO2019155652A1 WO 2019155652 A1 WO2019155652 A1 WO 2019155652A1 JP 2018025003 W JP2018025003 W JP 2018025003W WO 2019155652 A1 WO2019155652 A1 WO 2019155652A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ceramic substrate
heater
semiconductor manufacturing
aln
mass ratio
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/025003
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
啓太 山名
和宏 ▲のぼり▼
謙悟 鳥居
Original Assignee
日本碍子株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本碍子株式会社 filed Critical 日本碍子株式会社
Priority to KR1020207024667A priority Critical patent/KR102189652B1/ko
Priority to KR1020187037102A priority patent/KR102151618B1/ko
Priority to CN201880002671.8A priority patent/CN110352182B/zh
Priority to JP2018566329A priority patent/JP6902562B2/ja
Priority to US16/222,001 priority patent/US10566228B2/en
Publication of WO2019155652A1 publication Critical patent/WO2019155652A1/ja
Priority to US16/713,216 priority patent/US20200118858A1/en
Priority to US17/481,385 priority patent/US11437260B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67103—Apparatus for thermal treatment mainly by conduction
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/515—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics
    • C04B35/58—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides
    • C04B35/581—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on non-oxide ceramics based on borides, nitrides, i.e. nitrides, oxynitrides, carbonitrides or oxycarbonitrides or silicides based on aluminium nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/622—Forming processes; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/64—Burning or sintering processes
    • C04B35/645—Pressure sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67017—Apparatus for fluid treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H01L21/67109—Apparatus for thermal treatment mainly by convection
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/74—Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3217—Aluminum oxide or oxide forming salts thereof, e.g. bauxite, alpha-alumina
    • C04B2235/3222—Aluminates other than alumino-silicates, e.g. spinel (MgAl2O4)
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02—Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30—Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/32—Metal oxides, mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3224—Rare earth oxide or oxide forming salts thereof, e.g. scandium oxide
    • C04B2235/3225—Yttrium oxide or oxide-forming salts thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/65—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes
    • C04B2235/656—Aspects relating to heat treatments of ceramic bodies such as green ceramics or pre-sintered ceramics, e.g. burning, sintering or melting processes characterised by specific heating conditions during heat treatment
    • C04B2235/6567—Treatment time
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/72—Products characterised by the absence or the low content of specific components, e.g. alkali metal free alumina ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/80—Phases present in the sintered or melt-cast ceramic products other than the main phase
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/95—Products characterised by their size, e.g. microceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00—Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/70—Aspects relating to sintered or melt-casted ceramic products
    • C04B2235/96—Properties of ceramic products, e.g. mechanical properties such as strength, toughness, wear resistance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6831—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using electrostatic chucks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
    • H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
    • H01L21/68757—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a coating or a hardness or a material

Definitions

  • the present invention relates to a heater for a semiconductor manufacturing apparatus.
  • a heater including an AlN ceramic base and a heating element embedded in the AlN ceramic base is known.
  • Such a semiconductor manufacturing apparatus heater is used to heat a wafer placed on the surface of an AlN ceramic substrate.
  • a heater for a semiconductor manufacturing apparatus as disclosed in Patent Document 2, a heater in which a heating element and an electrostatic electrode are embedded in an AlN ceramic substrate is also known.
  • Patent Documents 3 and 4 disclose an AlN ceramic substrate in which CaO, TiO 2 or the like is blended and sintered as a raw material.
  • Reference 3 discloses an example (Ti / Ca mass ratio 0.21) in which 2% by weight of CaO and 0.5% by weight of TiO 2 are mixed in the raw material
  • Reference 4 discloses 1% by weight of CaO and TiO in the raw material.
  • An example in which 0.2% by weight of 2 is added (Ti / Ca mass ratio 0.15) is disclosed.
  • JP 2008-153194 A JP-A-2005-281046 JP-A-8-157261 JP-A-8-157262
  • the volume resistivity of the AlN ceramic substrate may fluctuate due to the influence of impurities, and it is difficult to control the volume resistivity.
  • the AlN ceramic substrate may contain O, C, Ti, Ca, and Y as impurity elements, but it has not been known how these elements affect the volume resistivity.
  • the AlN ceramic bases of Patent Documents 3 and 4 contain Ti and Ca, but since the amount of Ti is too large, the volume resistivity is extremely low during sintering (2 to 6 ⁇ 10 ⁇ 5 ⁇ cm). There is a problem that a TiN phase is generated and the volume resistivity of the entire AlN ceramic substrate is lowered.
  • the present invention has been made to solve such problems, and in a heater for a semiconductor manufacturing apparatus using an AlN ceramic substrate, the AlN ceramic substrate contains O, C, Ti, Ca, Y as impurity elements. Even so, the main purpose is to have a high volume resistivity at high temperatures.
  • the heater for the semiconductor manufacturing apparatus of the present invention A heater for a semiconductor manufacturing apparatus in which a heating element is embedded in an AlN ceramic substrate,
  • the AlN ceramic substrate contains O, C, Ti, Ca, and Y as impurity elements and an yttrium aluminate phase as a crystal phase, has a Ti / Ca mass ratio of 0.13 or more, and uses CuK ⁇ rays. TiN phase is not confirmed in the measured XRD profile, Is.
  • the AlN ceramic substrate used contains O, C, Ti, Ca, Y as impurity elements, it has a high volume resistivity at high temperatures.
  • the reason is considered as follows.
  • divalent Ca replaces trivalent Y. Defects are generated, oxygen ion conduction paths increase, and volume resistivity decreases.
  • TiN has a volume resistivity of 2 to 6 ⁇ 10 ⁇ 5 ⁇ cm at room temperature and about 1.1 times that at 600 ° C. (Reference 1: Journal of the Ceramic Society of Japan, Vol. 99, No. 4, pp 286-291 (1991). ), Document 2: Electronology A, Vol. 114, No. 114, pp 886-891 (1994)] That is, TiN is a compound having a very low volume resistivity at room temperature and high temperature.
  • the AlN ceramic substrate In order to have a high volume resistivity, it is preferable not to include a TiN phase, and when TiN is formed, dielectric breakdown is likely to occur and corrosion resistance is also reduced, and from this point of view, the AlN ceramic substrate also includes a TiN phase.
  • the XRD profile of the TiN phase is published in JCPDS 38-1420.
  • the XRD profile of the AlN ceramic substrate If the TiN phase is not confirmed, a decrease in volume resistivity due to TiN is suppressed, so that the volume resistivity at high temperatures of the AlN ceramic substrate can be increased, and a decrease in dielectric breakdown and corrosion resistance due to TiN can be suppressed.
  • the XRD profile was measured using a CuK ⁇ ray (more specifically, measured using a CuK ⁇ ray at a tube voltage of 40 kV and a tube current of 40 mA).
  • the TiN phase may exist as a phase in which Al is dissolved in TiN, but even in that case, the volume resistivity is extremely low, and it is considered that there is a risk of causing dielectric breakdown and corrosion resistance reduction. .
  • the AlN ceramic substrate preferably has a Ti / Ca mass ratio of 0.13 to 0.5.
  • the Ti content of the AlN ceramic substrate is preferably 18 mass ppm or more and 95 mass ppm or less.
  • the AlN ceramic substrate preferably contains YAM and YAL. In that case, the mass ratio of YAM / YAL is preferably 2.8 or more and 5.3 or less.
  • the AlN ceramic substrate preferably has an O / C mass ratio of 48 to 65.
  • the heater for a semiconductor manufacturing apparatus of the present invention generates heat internally using, for example, a mixed powder of an AlN raw material powder containing O, C, Ti, and Ca as impurity elements and a Y 2 O 3 powder as a sintering aid.
  • a molded body can be produced by embedding the body and molded, and the molded body can be fired.
  • the AlN raw material powder preferably has an O / C mass ratio of 20 to 30 and a Ti / Ca mass ratio of 0.13 or more. By doing so, the AlN ceramic substrate after the AlN raw material powder is fired using the Y 2 O 3 powder as a sintering aid tends to be the above-described AlN ceramic substrate.
  • Such an AlN raw material powder can be obtained by nitriding and oxidizing a powder obtained by adding an appropriate amount of C, TiO 2 and CaO to an Al 2 O 3 powder containing O, C, Ti and Ca, if necessary.
  • O is preferably contained in an amount of 0.70 to 0.75 mass%
  • C in an amount of 220 to 380 mass ppm
  • Ti in an amount of 18 to 95 mass ppm
  • Ca in an amount of 150 to 250 mass ppm.
  • the volume resistivity at 540 ° C. of the AlN ceramic substrate is preferably 1.0 ⁇ 10 9 ⁇ cm or more. By doing so, the leakage current from the heating element to the wafer placed on the AlN ceramic substrate can be sufficiently reduced.
  • the bending strength of the AlN ceramic substrate is preferably 300 MPa or more, and more preferably 310 MPa or more. If it carries out like this, it will have sufficient intensity
  • the thermal conductivity of the AlN ceramic substrate is preferably 170 W / m ⁇ K or more. This increases the thermal uniformity of the wafer placed on the AlN ceramic substrate.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a configuration of an electrostatic chuck heater 10.
  • the graph showing the relationship between O / C mass ratio and volume resistivity.
  • the graph showing the relationship between Ti / Ca mass ratio and volume resistivity.
  • the graph showing the relationship between YAM / YAL mass ratio and volume resistivity.
  • the graph showing the XRD profile of the AlN sintered compact of Experimental example 1.
  • FIG. 7 The graph showing the XRD profile of the AlN sintered compact of Experimental example 7.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of the electrostatic chuck heater 10.
  • the electrostatic chuck heater 10 is an example of a heater for a semiconductor manufacturing apparatus according to the present invention, and includes a ceramic substrate 12, a heating element 14, and an electrostatic electrode 16.
  • the ceramic substrate 12 is a disk member made of AlN and has a diameter of 200 to 450 mm, for example.
  • the upper surface of the ceramic base 12 serves as a wafer mounting surface 12a for mounting the wafer W thereon.
  • the ceramic substrate 12 is a substrate mainly composed of AlN, but includes O, C, Ti, Ca, Y as impurity elements and an yttrium aluminate phase as a crystal phase, and a Ti / Ca mass ratio of 0. It is 13 or more, and the TiN phase is not confirmed in the XRD profile. Whether or not the TiN phase is confirmed by the XRD profile is determined by comparing the XRD profile of the ceramic substrate 12 with all the peaks of the TiN phase.
  • the ceramic substrate 12 preferably has a Ti / Ca mass ratio of 0.13 to 0.5.
  • the Ti content of the ceramic substrate 12 is preferably 18 mass ppm or more and 95 mass ppm or less.
  • the ceramic substrate 12 preferably contains YAM and YAL as the yttrium aluminate phase. In this case, the mass ratio of YAM / YAL is preferably 2.8 or more and 5.3 or less.
  • the ceramic substrate 12 preferably has an O / C mass ratio of 48 to 65.
  • the heating element 14 is embedded in the ceramic base 12.
  • the heating element 14 is formed by wiring metal coils so as to form a predetermined pattern over the entire surface of the wafer mounting surface 12a in the manner of one stroke.
  • the heating element 14 is not limited to a metal coil, and various forms such as a ribbon shape, a mesh shape, and a sheet shape can be employed.
  • a high melting point conductive material such as Mo, W, Nb or the like is preferable.
  • the electrostatic electrode 16 is embedded in the ceramic substrate 12.
  • the electrostatic electrode 16 is disposed between the wafer mounting surface 12 a and the heating element 14.
  • the shape of the electrostatic electrode 16 is not particularly limited, and may be, for example, a planar shape or a mesh shape, or a punching metal.
  • a high melting point conductive material such as Mo, W, or Nb is preferable.
  • the electrostatic chuck heater 10 is installed in a chamber (not shown). Then, the wafer W is placed on the wafer placement surface 12 a of the electrostatic chuck heater 10, and a voltage is applied to the electrostatic electrode 16, and electrostatic adsorption such as Johnson Rabeck is performed between the electrostatic electrode 16 and the wafer W. By generating a force, the wafer W is sucked and fixed on the wafer mounting surface 12a. Further, an external terminal is connected to the metal coil that is the heating element 14 and a voltage is applied to cause the heating element 14 to generate heat, thereby heating the wafer W to a predetermined temperature.
  • the wafer W is subjected to various processes necessary for manufacturing semiconductor chips. After the processing is finished, the voltage application to the electrostatic electrode 16 and the voltage application to the heating element 14 are finished, and the wafer W is removed from the wafer mounting surface 12a.
  • an AlN raw material powder containing O, C, Ti, and Ca as impurity elements is prepared.
  • the AlN raw material powder preferably has an O / C mass ratio of 20 to 30 and a Ti / Ca mass ratio of 0.13 or more.
  • Such an AlN raw material powder can be obtained by nitriding and oxidizing a powder obtained by adding an appropriate amount of C, TiO 2 and CaO to an Al 2 O 3 powder containing O, C, Ti and Ca, if necessary.
  • O is preferably contained in an amount of 0.70 to 0.75 mass%, C in an amount of 220 to 380 mass ppm, Ti in an amount of 18 to 95 mass ppm, and Ca in an amount of 150 to 250 mass ppm.
  • Y 2 O 3 powder is added to the prepared AlN raw material powder as a sintering aid and mixed to obtain a mixed powder, which is granulated by spray drying.
  • Y 2 O 3 is added so as to be 4.5 to 5.5% by mass with respect to the entire mixed powder.
  • a mixing method wet mixing using an organic solvent may be employed, or dry mixing exemplified by a ball mill, a vibration mill, dry bag mixing, or the like may be employed.
  • a molded body is produced by embedding the heating element 14 and the electrostatic electrode 16 in the interior using the mixed powder granules. Then, the formed body is fired to obtain an AlN sintered body. Thereby, the electrostatic chuck heater 10 is obtained.
  • the firing method is not particularly limited, and for example, hot press firing or the like can be used.
  • the maximum temperature during firing (firing temperature) is 1700 to 1900 ° C.
  • the keeping time at the firing temperature is 0.5 to 100 hours
  • the pressing pressure is 5 to 50 MPa
  • the atmosphere is a nitrogen atmosphere or a vacuum
  • An atmosphere (for example, 0.13 to 133.3 Pa) is preferable.
  • the ceramic substrate The volume resistivity of 12 becomes high, and the leakage current from the heating element 14 and the electrostatic electrode 16 to the wafer placed on the wafer placement surface 12a of the ceramic substrate 12 can be reduced.
  • the electrostatic chuck heater 10 is exemplified as the semiconductor manufacturing apparatus heater of the present invention.
  • the electrostatic electrode 16 may be omitted, or the electrostatic electrode 16 may be replaced with an RF electrode. Good.
  • the AlN raw material powder shown in Table 1 was prepared.
  • the mass of the impurity element contained in the AlN raw material powder was measured as follows.
  • the mass analysis of the impurity elements was performed according to JIS R1675. Specifically, about 0.05 g of sample was collected in a Ni capsule, put into a graphite crucible, heated and burned, extracted as CO, and quantified with a non-dispersed infrared detector. About 0.5 g of a sample of carbon was collected, added with a combustion aid (Sn, etc.), heated and burned, and the generated CO + CO 2 was quantified with a non-dispersive infrared detector. About 1 g of a sample of metal impurities, a predetermined amount of nitric acid / hydrochloric acid / hydrogen peroxide solution was added, and the solution dissolved by heating was measured by ICP emission spectrometry.
  • a prepared as a sintering aid AlN raw powder by adding Y 2 O 3 powder and mixed powder were mixed by a ball mill and granulated by a spray drying it.
  • Y 2 O 3 was added in an amount of 5% by weight, based on the total powder mixture.
  • a disk-shaped molded body was produced using the mixed powder granules.
  • this AlN sintered compact was produced by carrying out hot press baking of this molded object.
  • hot press firing the maximum temperature during firing (firing temperature) was 1850 to 1890 ° C., the keeping time at the firing temperature was 2 hours, the pressing pressure was 20 MPa, and the atmosphere was a nitrogen atmosphere.
  • the mass of the impurity element, the mass of YAM, and the mass of YAL contained in the obtained AlN sintered body were measured.
  • the mass of the impurity element in the AlN sintered body was measured by the same method as the mass of the impurity element in the AlN raw material powder.
  • the mass of YAM and YAL was measured as follows. First, by X-ray powder diffraction, precise measurement to a high angle of 10 deg to 120 deg or more is obtained, an XRD profile is obtained, the crystal phase is identified using the obtained XRD profile, and Rietveld assuming the identified crystal phase The quantitative value of each crystal phase was calculated by analysis.
  • the volume resistivity at 540 ° C. of the AlN sintered body was measured as follows.
  • the volume resistivity was obtained by measuring the current value after 1 minute when a voltage of 1 kV was applied. .
  • the bending strength was measured by a four-point bending test according to JIS R1601.
  • the thermal conductivity was measured at room temperature by a laser flash method according to JIS R1611.
  • Table 2. 2 shows the relationship between the O / C mass ratio and the volume resistivity
  • FIG. 3 shows the relationship between the Ti / Ca mass ratio and the volume resistivity
  • the relationship between the YAM / YAL mass ratio and the volume resistivity Is shown in FIG.
  • FIGS. 5 and 6 are graphs showing the XRD profiles of Experimental Examples 1 and 7.
  • FIG. 5 and 6 The crystal phases identified from the XRD profiles of Experimental Examples 1 and 7 were AlN, YAM, and YAL, and TiN was not confirmed.
  • the XRD profile was not shown, but similar results were obtained.
  • the AlN sintered bodies of Experimental Examples 1 to 9 contain O, C, Ti, Ca, and Y as impurity elements and YAM and YAL as crystal phases, and the mass ratio of Ti / Ca is 0.13 or more.
  • the TiRD phase was not confirmed in the XRD profile.
  • the AlN sintered bodies of Experimental Examples 1 to 9 all have a Ti / Ca mass ratio of 0.13 to 0.5, a Ti content of 18 ppm to 95 ppm, and YAM.
  • the mass ratio of / YAL was 2.8 or more and 5.3 or less, and the mass ratio of O / C was 48 or more and 65 or less.
  • the volume resistivity at 540 ° C. was a low value of 4.5 ⁇ 10 8 [ ⁇ cm] or less.
  • the mass resistivity of Ti / Ca was out of the proper range, particularly because the volume resistivity was lowered. That is, in Experimental Examples 10 and 11, since the mass ratio of Ti / Ca was as low as 0.08 and 0.07, it is more likely that the oxygen ion conduction path increases when Ca dissolves in YAM and YAL. It is considered that the volume resistivity is reduced compared to the case where Ti is dissolved and the oxygen ion conduction path is reduced.
  • the AlN sintered bodies of Experimental Examples 10 and 11 had high bending strengths of 353 MPa and 328 MPa, but the AlN sintered bodies of Experimental Examples 1 to 9 also had a bending strength of 300 MPa or more (more specifically, 310 MPa or more). It was as high as Experimental Examples 10 and 11. Furthermore, the AlN sintered bodies of Experimental Examples 10 and 11 had high thermal conductivities of 190 W / m ⁇ K and 180 W / m ⁇ K, but the AlN sintered bodies of Experimental Examples 1 to 9 also had thermal conductivities. It was 170 to 180 W / m ⁇ K, which was as high as Experimental Examples 10 and 11.
  • the experimental examples 1 to 11 described above correspond to examples of the present invention, and the experimental examples 10 and 11 correspond to comparative examples.
  • the present invention can be used for heaters for semiconductor manufacturing equipment such as electrostatic chuck heaters and ceramic heaters.
  • electrostatic chuck heater 10 electrostatic chuck heater, 12 ceramic substrate, 12a wafer mounting surface, 14 heating element, 16 electrostatic electrode, W wafer.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Resistance Heating (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

本発明の半導体製造装置用ヒータは、ＡｌＮセラミック基体の内部に発熱体が埋設された半導体製造装置用ヒータであって、ＡｌＮセラミック基体は、不純物元素としてＯ，Ｃ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｙを含み、Ｔｉ／Ｃａの質量比が０．１３以上であり、ＸＲＤプロファイルではＴｉＮ相が確認されないものである。

Description

半導体製造装置用ヒータ
　本発明は、半導体製造装置用ヒータに関する。
　半導体製造装置用ヒータとしては、特許文献１に示されるように、ＡｌＮセラミック基体と、そのＡｌＮセラミック基体の内部に埋設された発熱体とを備えたものが知られている。こうした半導体製造装置用ヒータは、ＡｌＮセラミック基体の表面に載置したウエハを加熱するのに用いられる。また、半導体製造装置用ヒータとしては、特許文献２に示されるように、ＡｌＮセラミック基体の内部に発熱体と静電電極とが埋設されたものも知られている。
　一方、特許文献３，４には、ＡｌＮセラミック基体として、ＣａＯやＴｉＯ2などを原料に配合して焼結させたものが開示されている。例えば、文献３では原料にＣａＯを２重量％、ＴｉＯ2 を０．５重量％配合した例（Ｔｉ／Ｃａ質量比０．２１）が開示され、文献４では原料にＣａＯを１重量％、ＴｉＯ2 を０．２重量％配合した例（Ｔｉ／Ｃａ質量比０．１５）が開示されている。
特開２００８－１５３１９４号公報 特開２００５－２８１０４６号公報 特開平８－１５７２６１号公報 特開平８－１５７２６２号公報
　特許文献１，２の半導体製造装置用ヒータでは、発熱体からウエハへ電流がリークしたり静電電極からウエハへ電流がリークしたりすると、ウエハがダメージを受けることになる。そのため、ＡｌＮセラミック基体の体積抵抗率を高い値（例えば７×１０8Ωｃｍ以上）に制御することが好ましい。しかしながら、ＡｌＮセラミック基体の体積抵抗率は不純物の影響によって変動することがあり、体積抵抗率を制御することは難しかった。特に、ＡｌＮセラミック基体は不純物元素としてＯ，Ｃ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｙを含むことがあるが、これらの元素が体積抵抗率にどのような影響を与えるかについては、これまで知られていない。
　また、特許文献３，４のＡｌＮセラミック基体は、ＴｉやＣａを含んでいるが、Ｔｉの配合量が多すぎるため、焼結時に体積抵抗率の極めて低い（２～６×１０-5Ωｃｍ）ＴｉＮ相が生成し、ＡｌＮセラミック基体全体の体積抵抗率が低下するという問題があった。
　本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、ＡｌＮセラミック基体を用いた半導体製造装置用ヒータにおいて、ＡｌＮセラミック基体が不純物元素としてＯ，Ｃ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｙを含むものであっても高温で高い体積抵抗率を持つようにすることを主目的とする。
　本発明の半導体製造装置用ヒータは、
　ＡｌＮセラミック基体の内部に発熱体が埋設された半導体製造装置用ヒータであって、
　前記ＡｌＮセラミック基体は、不純物元素としてＯ，Ｃ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｙを含むと共に結晶相としてイットリウムアルミネート相を含み、Ｔｉ／Ｃａの質量比が０．１３以上であり、ＣｕＫα線を用いて測定したＸＲＤプロファイルではＴｉＮ相が確認されない、
　ものである。
　この半導体製造装置用ヒータでは、用いられるＡｌＮセラミック基体が不純物元素としてＯ，Ｃ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｙを含むものであっても高温で高い体積抵抗率を持つ。その理由は、以下のように考察される。イットリウムアルミネート相（例えばＹ4Ａｌ2Ｏ9（ＹＡＭ）やＹＡｌＯ3（ＹＡＬ）など）にＣａが固溶すると、２価のＣａが３価のＹを置換するため価数バランスの関係で酸素欠損が生成し、酸素イオン伝導パスが増え、体積抵抗率は低下する。一方、イットリウムアルミネート相にＴｉが固溶すると、４価のＴｉが３価のＡｌを置換するため価数バランスの関係で酸素欠損が補填されて酸素イオン伝導パスが減少する。Ｔｉ／Ｃａの質量比が０．１３以上であれば、Ｃａによって酸素イオン伝導パスが増えるのをＴｉが適切に抑制するため、ＡｌＮセラミック基体の高温での体積抵抗率は高くなると考えられる。
　また、ＡｌＮセラミック基体中のＴｉが多すぎると、ＴｉＮが生成する。ＴｉＮは、室温の体積抵抗率が２～６×１０-5Ωｃｍ、６００℃ではその約１．１倍である（文献１：日本セラミックス協会学術論文誌、９９巻４号、ｐｐ２８６－２９１（１９９１）、文献２：電学論Ａ、１１４巻１２号、ｐｐ８８６－８９１（１９９４）］。つまり、ＴｉＮは、室温でも高温でも極めて体積抵抗率の低い化合物である。そのため、ＡｌＮセラミック基体が高温で高い体積抵抗率を持つようにするにはＴｉＮ相を含まないのが好ましい。また、ＴｉＮが生成すると、絶縁破壊が起きやすく耐食性も低下するため、こうした観点からもＡｌＮセラミック基体はＴｉＮ相を含まないのが好ましい。ＴｉＮ相のＸＲＤプロファイルは、ＪＣＰＤＳ３８－１４２０に掲載されている。ＡｌＮセラミック基体のＸＲＤプロファイルにおいてＴｉＮ相が確認されなければ、ＴｉＮによる体積抵抗率の低下が抑制されるためＡｌＮセラミック基体の高温での体積抵抗率を高くすることができるし、ＴｉＮによる絶縁破壊や耐食性低下も抑制することができる。なお、ＸＲＤプロファイルはＣｕＫα線を用いて測定した（より詳しくはＣｕＫα線を用いて管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡで測定した）。
　なお、ＴｉＮ相はＴｉＮにＡｌが固溶した相として存在している可能性があるが、その場合であっても体積抵抗率は極めて低く、絶縁破壊や耐食性低下を招くおそれがあると考えられる。
　ＡｌＮセラミック基体は、Ｔｉ／Ｃａの質量比が０．１３以上０．５以下であることが好ましい。ＡｌＮセラミック基体のＴｉ含有率は１８質量ｐｐｍ以上９５質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。ＡｌＮセラミック基体はＹＡＭ及びＹＡＬを含むことが好ましく、その場合、ＹＡＭ／ＹＡＬの質量比が２．８以上５．３以下であることが好ましい。ＡｌＮセラミック基体は、Ｏ／Ｃの質量比が４８以上６５以下であることが好ましい。
　本発明の半導体製造装置用ヒータは、例えば、不純物元素としてＯ，Ｃ，Ｔｉ，Ｃａを含むＡｌＮ原料粉末と焼結助剤としてのＹ2Ｏ3粉末との混合粉末を用いて、内部に発熱体を埋設して成形することにより成形体を作製し、この成形体を焼成することにより、作製することができる。ＡｌＮ原料粉末は、Ｏ／Ｃの質量比が２０～３０、Ｔｉ／Ｃａの質量比が０．１３以上であることが好ましい。こうすれば、Ｙ2Ｏ3粉末を焼結助剤として用いてＡｌＮ原料粉末を焼成した後のＡｌＮセラミック基体が、上述したＡｌＮセラミック基体になりやすい。こうしたＡｌＮ原料粉末は、Ｏ，Ｃ，Ｔｉ，Ｃａを含むＡｌ2Ｏ3粉末に、必要に応じてＣ，ＴｉＯ2，ＣａＯを適量添加した粉末を窒化・酸化することにより得ることができる。ＡｌＮ原料粉末中、Ｏは０．７０～０．７５質量％、Ｃは２２０～３８０質量ｐｐｍ、Ｔｉは１８～９５質量ｐｐｍ、Ｃａは１５０～２５０質量ｐｐｍ含まれるようにするのが好ましい。
　本発明の半導体製造装置用ヒータにおいて、ＡｌＮセラミック基体の５４０℃における体積抵抗率は１．０×１０9Ωｃｍ以上であることが好ましい。こうすれば、発熱体からＡｌＮセラミック基体に載置されるウエハへのリーク電流を十分に低減することができる。
　本発明の半導体製造装置用ヒータにおいて、ＡｌＮセラミック基体の曲げ強度は３００ＭＰａ以上であることが好ましく、３１０ＭＰａ以上であることがより好ましい。こうすれば、半導体製造装置に用いられる構造部材として要求される強度を十分に有するものになる。
　本発明の半導体製造装置用ヒータにおいて、ＡｌＮセラミック基体の熱伝導率は１７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。こうすれば、ＡｌＮセラミック基体に載置されるウエハの均熱性が高くなる。
静電チャックヒータ１０の構成を概略的に示す縦断面図。 Ｏ／Ｃ質量比と体積抵抗率との関係を表すグラフ。 Ｔｉ／Ｃａ質量比と体積抵抗率との関係を表すグラフ。 ＹＡＭ／ＹＡＬ質量比と体積抵抗率との関係を表すグラフ。 実験例１のＡｌＮ焼結体のＸＲＤプロファイルを表すグラフ。 実験例７のＡｌＮ焼結体のＸＲＤプロファイルを表すグラフ。
　本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図１は静電チャックヒータ１０の構成を概略的に示す縦断面図である。
　静電チャックヒータ１０は、本発明の半導体製造装置用ヒータの一例であり、セラミック基体１２と、発熱体１４と、静電電極１６とを備えている。
　セラミック基体１２は、ＡｌＮ製の円盤部材であり、直径は例えば２００～４５０ｍｍである。セラミック基体１２の上面は、ウエハＷを載置するためのウエハ載置面１２ａとなっている。セラミック基体１２は、ＡｌＮを主成分とする基体であるが、不純物元素としてＯ，Ｃ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｙを含むと共に結晶相としてイットリウムアルミネート相を含み、Ｔｉ／Ｃａの質量比が０．１３以上であり、ＸＲＤプロファイルではＴｉＮ相が確認されないものである。ＸＲＤプロファイルでＴｉＮ相が確認されるか否かは、セラミック基体１２のＸＲＤプロファイルとＴｉＮ相の全ピークとを照合することにより決定される。セラミック基体１２は、Ｔｉ／Ｃａの質量比が０．１３以上０．５以下であることが好ましい。セラミック基体１２のＴｉ含有率は１８質量ｐｐｍ以上９５質量ｐｐｍ以下であることが好ましい。セラミック基体１２はイットリウムアルミネート相としてＹＡＭ及びＹＡＬを含むことが好ましく、その場合、ＹＡＭ／ＹＡＬの質量比が２．８以上５．３以下であることが好ましい。セラミック基体１２は、Ｏ／Ｃの質量比が４８以上６５以下であることが好ましい。
　発熱体１４は、セラミック基体１２の内部に埋設されている。発熱体１４は、金属コイルを一筆書きの要領でウエハ載置面１２ａの全面にわたって所定のパターンとなるように配線したものである。発熱体１４は、金属コイルに限定されるものではなく、例えばリボン状、メッシュ状、シート状等の種々の形態を採用することができる。発熱体の材料としては、Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ等の高融点導電材料が好ましい。
　静電電極１６は、セラミック基体１２の内部に埋設されている。静電電極１６は、ウエハ載置面１２ａと発熱体１４との間に配置されている。静電電極１６の形状は、特に限定されるものではなく、例えば平面状やメッシュ状のほか、パンチングメタルでもよい。静電電極１６の材料としては、Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ等の高融点導電材料が好ましい。
　次に、静電チャックヒータ１０の使用例について説明する。まず、静電チャックヒータ１０を図示しないチャンバ内に設置する。そして、静電チャックヒータ１０のウエハ載置面１２ａにウエハＷを載置し、静電電極１６に電圧を印加して静電電極１６とウエハＷとの間にジョンソン・ラーベック等の静電吸着力を発生させることによりウエハ載置面１２ａ上にウエハＷを吸着固定する。また、発熱体１４である金属コイルに外部端子を接続して電圧を印加して発熱体１４を発熱させることによりウエハＷを所定温度に加熱する。この状態でウエハＷに半導体チップを作製するために必要な各種処理を施す。処理終了後、静電電極１６への電圧印加や発熱体１４への電圧印加を終了し、ウエハＷをウエハ載置面１２ａから取り外す。
　次に、静電チャックヒータ１０の製造例について説明する。まず、不純物元素としてＯ，Ｃ，Ｔｉ，Ｃａを含むＡｌＮ原料粉末を用意する。ＡｌＮ原料粉末は、Ｏ／Ｃの質量比が２０～３０、Ｔｉ／Ｃａの質量比が０．１３以上であることが好ましい。こうしたＡｌＮ原料粉末は、Ｏ，Ｃ，Ｔｉ，Ｃａを含むＡｌ2Ｏ3粉末に、必要に応じてＣ，ＴｉＯ2，ＣａＯを適量添加した粉末を窒化・酸化することにより得ることができる。ＡｌＮ原料粉末中、Ｏは０．７０～０．７５質量％、Ｃは２２０～３８０質量ｐｐｍ、Ｔｉは１８～９５質量ｐｐｍ、Ｃａは１５０～２５０質量ｐｐｍ含まれるようにするのが好ましい。
　続いて、用意したＡｌＮ原料粉末に焼結助剤としてＹ2Ｏ3粉末を添加して混合して混合粉末とし、これをスプレードライにて顆粒にする。Ｙ2Ｏ3 は混合粉末全体に対して４．５～５．５質量％となるように添加する。混合方法としては、有機溶剤を使用した湿式混合を採用してもよいし、ボールミルや振動ミル、乾式袋混合等に例示される乾式混合を採用してもよい。
　続いて、混合粉末の顆粒を用いて、内部に発熱体１４及び静電電極１６を埋設して成形することにより、成形体を作製する。そして、この成形体を焼成することによりＡｌＮ焼結体とする。これにより、静電チャックヒータ１０が得られる。焼成方法は、特に限定するものではないが、例えばホットプレス焼成などを用いることができる。ホットプレス焼成を行う場合は、焼成時の最高温度（焼成温度）は１７００～１９００℃、焼成温度でのキープ時間は０．５～１００時間、プレス圧力は５～５０ＭＰａ、雰囲気は窒素雰囲気か真空雰囲気（例えば０．１３～１３３．３Ｐａ）とすることが好ましい。
　以上説明した本実施形態の静電チャックヒータ１０によれば、Ｏ／Ｃの質量比、Ｔｉ／Ｃａの質量比及びＹＡＭ／ＹＡＬの質量比がいずれも適切な数値範囲内にあるため、セラミック基体１２の体積抵抗率が高くなり、セラミック基体１２のウエハ載置面１２ａに載置されるウエハへの発熱体１４や静電電極１６からのリーク電流を低減することができる。
　なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
　例えば、上述した実施形態では、本発明の半導体製造装置用ヒータとして静電チャックヒータ１０を例示したが、静電電極１６を省略してもよいし、静電電極１６をＲＦ電極に置き換えてもよい。
［実験例１～１１］
　各実験例につき、表１に示すＡｌＮ原料粉末を用意した。ＡｌＮ原料粉末に含まれる不純物元素の質量は、次のように測定した。不純物元素の質量分析は、ＪＩＳ　Ｒ１６７５に準じて実施した。具体的には、酸素はサンプル約０．０５ｇ程度をＮｉカプセルに採取し黒鉛るつぼに投入、加熱・燃焼させ、ＣＯとして抽出し、非分散赤外線検出器にて定量した。炭素は約０．５ｇ程度サンプルを採取し助燃剤（Ｓｎ等）を添加後加熱・燃焼させ、発生するＣＯ＋ＣＯ2を非分散赤外線検出器にて定量した。金属不純物は、サンプル約１ｇを採取し、硝酸・塩酸・過酸化水素水を所定量加え、加熱溶解した溶液をＩＣＰ発光分析法で測定した。
　用意したＡｌＮ原料粉末に焼結助剤としてＹ2Ｏ3粉末を添加してボールミルにより混合して混合粉末とし、これをスプレードライにて顆粒化した。Ｙ2Ｏ3 は混合粉末全体に対して５質量％となるように添加した。続いて、混合粉末の顆粒を用いて、円盤形状の成形体を作製した。そして、この成形体をホットプレス焼成することによりＡｌＮ焼結体を作製した。ホットプレス焼成では、焼成時の最高温度（焼成温度）を１８５０～１８９０℃、焼成温度でのキープ時間を２時間、プレス圧力を２０ＭＰａ、雰囲気を窒素雰囲気とした。得られたＡｌＮ焼結体に含まれる不純物元素の質量、ＹＡＭの質量及びＹＡＬの質量を測定した。
　ＡｌＮ焼結体中の不純物元素の質量は、ＡｌＮ原料粉末中の不純物元素の質量と同様の方法で測定した。ＹＡＭ及びＹＡＬの質量は、次のように測定した。まず、粉末Ｘ線回折で１０ｄｅｇ～１２０ｄｅｇ以上の高角側まで精密測定し、ＸＲＤプロファイルを取得し、取得したＸＲＤプロファイルを用いて結晶相の同定を行い、同定された結晶相を仮定してリートベルト解析し、各結晶相の定量値を算出した。ＡｌＮ焼結体の５４０℃における体積抵抗率は、次のように測定した。Ａｇペーストで電極部を印刷したサンプル（５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍ）を５４０℃まで加熱した後、１ｋＶの電圧を印加した際の１分後の電流値を測定することにより、体積抵抗率を求めた。曲げ強度は、ＪＩＳ Ｒ１６０１に従った四点曲げ試験により測定した。熱伝導率は、ＪＩＳ  Ｒ１６１１に従い、レーザーフラッシュ法にて室温で測定した。それらの結果を表２に示す。また、Ｏ／Ｃ質量比と体積抵抗率との関係を図２に示し、Ｔｉ／Ｃａ質量比と体積抵抗率との関係を図３に示し、ＹＡＭ／ＹＡＬ質量比と体積抵抗率との関係を図４に示す。
　Ｘ線回折は、０．５ｇ程度の粉末をＢｒｕｋｅｒ　ＡＸＳ製Ｄ８　ＡＤＶＡＮＣＥで測定した。測定条件は、ＣｕＫα線源、管電圧４０ｋＶ、管電流４０ｍＡとした。測定結果をリートベルト解析し、結晶相の同定と定量化を行った。それらの結果を図５，図６及び表２に示す。図５及び図６は、実験例１，７のＸＲＤプロファイルを表すグラフである。実験例１，７のＸＲＤプロファイルから同定された結晶相はＡｌＮ，ＹＡＭ，ＹＡＬであり、ＴｉＮは確認されなかった。実験例２～６，８，９については、ＸＲＤプロファイルの図示を省略するが、同様の結果が得られた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　実験例１～９のＡｌＮ焼結体は、不純物元素としてＯ，Ｃ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｙを含むと共に結晶相としてＹＡＭとＹＡＬを含み、Ｔｉ／Ｃａの質量比が０．１３以上であり、ＸＲＤプロファイルではＴｉＮ相が確認されなかった。これらのＡｌＮ焼結体は、いずれも５４０℃における体積抵抗率が１．０×１０9（＝１．０Ｅ＋０９）［Ωｃｍ］以上と高かった。そのため、図１に示す静電チャックヒータ１０のセラミック基体１２として使用した場合に、ウエハ載置面１２ａに載置されるウエハＷへの発熱体１４や静電電極１６からのリーク電流を低減することができる。なお、実験例１～９のＡｌＮ焼結体は、いずれもＴｉ／Ｃａの質量比が０．１３以上０．５以下であり、Ｔｉ含有率が１８質量ｐｐｍ以上９５質量ｐｐｍ以下であり、ＹＡＭ／ＹＡＬの質量比が２．８以上５．３以下であり、Ｏ／Ｃの質量比が４８以上６５以下であった。
　これに対して、実験例１０，１１のＡｌＮ焼結体では、５４０℃での体積抵抗率は４．５×１０8［Ωｃｍ］以下という低い値であった。実験例１０，１１では、特にＴｉ／Ｃａの質量比が適正範囲を外れていたことが体積抵抗率低下の原因と考えられる。すなわち、実験例１０，１１では、Ｔｉ／Ｃａの質量比が０．０８，０．０７と低かったため、ＹＡＭ、ＹＡＬへＣａが固溶して酸素イオン伝導パスが増加する方が、ＹＡＭ、ＹＡＬへＴｉが固溶して酸素イオン伝導パスが減少するのに比べて勝り、体積抵抗率が低下したと考えられる。実験例１０では、Ｔｉ含有率が適正範囲を外れていたことやＹＡＭ／ＹＡＬの質量比が適正範囲を外れていたこと、Ｏ／Ｃの質量比が適正範囲を外れていたこと等も体積抵抗率低下の原因と考えられる。実験例１１では、Ｔｉ含有率が適正範囲を外れていたことやＯ／Ｃの質量比が適正範囲を外れていたこと等も体積抵抗率低下の原因と考えられる。
　また、実験例１０，１１のＡｌＮ焼結体は、曲げ強度が３５３ＭＰａ，３２８ＭＰａと高かったが、実験例１～９のＡｌＮ焼結体も、曲げ強度が３００ＭＰａ以上（詳しくは３１０ＭＰａ以上）であり、実験例１０，１１と同じくらい高かった。更に、実験例１０，１１のＡｌＮ焼結体は、熱伝導率が１９０Ｗ／ｍ・Ｋ，１８０Ｗ／ｍ・Ｋと高かったが、実験例１～９のＡｌＮ焼結体も、熱伝導率が１７０～１８０Ｗ／ｍ・Ｋであり、実験例１０，１１と同じくらい高かった。
　上述した実験例１～１１のうち、実験例１～９が本発明の実施例に相当し、実験例１０，１１が比較例に相当する。
　本出願は、２０１８年２月８日に出願された日本国特許出願第２０１８－２０６３７号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
　本発明は、静電チャックヒータやセラミックヒータなどの半導体製造装置用ヒータに利用可能である。
１０　静電チャックヒータ、１２　セラミック基体、１２ａ　ウエハ載置面、１４　発熱体、１６　静電電極、Ｗ　ウエハ。

Claims (8)

  1. 　ＡｌＮセラミック基体の内部に発熱体が埋設された半導体製造装置用ヒータであって、
    　前記ＡｌＮセラミック基体は、不純物元素としてＯ，Ｃ，Ｔｉ，Ｃａ，Ｙを含むと共に結晶相としてイットリウムアルミネート相を含み、Ｔｉ／Ｃａの質量比が０．１３以上であり、ＣｕＫα線を用いて測定したＸＲＤプロファイルではＴｉＮ相が確認されない、
    　半導体製造装置用ヒータ。
  2. 　前記Ｔｉ／Ｃａの質量比が０．５以下である、
    　請求項１に記載の半導体製造装置用ヒータ。
  3. 　前記ＡｌＮセラミック基体のＴｉ含有率が１８質量ｐｐｍ以上９５質量ｐｐｍ以下である、
    　請求項１又は２に記載の半導体製造装置用ヒータ。
  4. 　前記ＡｌＮセラミック基体はＹＡＭ及びＹＡＬを含み、ＹＡＭ／ＹＡＬの質量比が２．８以上５．３以下である、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の半導体製造装置用ヒータ。
  5. 　前記ＡｌＮセラミック基体中のＯ／Ｃの質量比が４８以上６５以下である、
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体製造装置用ヒータ。
  6. 　前記ＡｌＮセラミック基体の５４０℃における体積抵抗率が１．０×１０9Ωｃｍ以上である、
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体製造装置用ヒータ。
  7. 　前記ＡｌＮセラミック基体の曲げ強度が３００ＭＰａ以上である、
    　請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体製造装置用ヒータ。
  8. 　前記ＡｌＮセラミック基体の熱伝導率が１７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である、
    　請求項１～７のいずれか１項に記載の半導体製造装置用ヒータ。
PCT/JP2018/025003 2018-02-08 2018-07-02 半導体製造装置用ヒータ WO2019155652A1 (ja)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020207024667A KR102189652B1 (ko) 2018-02-08 2018-07-02 반도체 제조 장치용 히터
KR1020187037102A KR102151618B1 (ko) 2018-02-08 2018-07-02 반도체 제조 장치용 히터
CN201880002671.8A CN110352182B (zh) 2018-02-08 2018-07-02 半导体制造装置用加热器
JP2018566329A JP6902562B2 (ja) 2018-02-08 2018-07-02 半導体製造装置用ヒータ
US16/222,001 US10566228B2 (en) 2018-02-08 2018-12-17 Heater for semiconductor manufacturing apparatus
US16/713,216 US20200118858A1 (en) 2018-02-08 2019-12-13 Heater for semiconductor manufacturing apparatus
US17/481,385 US11437260B2 (en) 2018-02-08 2021-09-22 Heater for semiconductor manufacturing apparatus

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018020637A JP6393006B1 (ja) 2018-02-08 2018-02-08 半導体製造装置用ヒータ
JP2018-020637 2018-02-08

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/222,001 Continuation US10566228B2 (en) 2018-02-08 2018-12-17 Heater for semiconductor manufacturing apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019155652A1 true WO2019155652A1 (ja) 2019-08-15

Family

ID=63580050

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2018/025003 WO2019155652A1 (ja) 2018-02-08 2018-07-02 半導体製造装置用ヒータ

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11437260B2 (ja)
JP (2) JP6393006B1 (ja)
KR (2) KR102189652B1 (ja)
CN (2) CN114093792A (ja)
TW (1) TWI783000B (ja)
WO (1) WO2019155652A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102339550B1 (ko) * 2017-06-30 2021-12-17 주식회사 미코세라믹스 질화 알루미늄 소결체 및 이를 포함하는 반도체 제조 장치용 부재
KR20210125539A (ko) * 2019-03-18 2021-10-18 엔지케이 인슐레이터 엘티디 세라믹 히터
CN115606318A (zh) 2021-03-18 2023-01-13 日本碍子株式会社（Jp） AlN陶瓷基体及半导体制造装置用加热器

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0977558A (ja) * 1995-09-13 1997-03-25 Toshiba Corp 窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JP2004203647A (ja) * 2002-12-24 2004-07-22 Ngk Insulators Ltd 窒化アルミニウム焼結体、静電チャック及び窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JP2004262750A (ja) * 2003-02-28 2004-09-24 Ngk Insulators Ltd 窒化アルミニウム質材料および半導体製造装置用部材
JP2018016517A (ja) * 2016-07-27 2018-02-01 日本特殊陶業株式会社 窒化アルミニウム焼結体

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08157261A (ja) 1994-12-01 1996-06-18 Toshiba Corp 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法
US5763344A (en) 1994-12-01 1998-06-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Aluminum nitride sintered body and method of manufacturing the same
JPH08157262A (ja) 1994-12-01 1996-06-18 Toshiba Corp 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法
EP0970932A1 (en) * 1998-07-10 2000-01-12 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Ceramic base material
TWI262534B (en) * 2003-02-28 2006-09-21 Ngk Insulators Ltd Aluminum nitride materials and members for use in the production of semiconductors
JP2005281046A (ja) 2004-03-29 2005-10-13 Ngk Insulators Ltd 窒化アルミニウム基板及びその製造方法
KR100918190B1 (ko) * 2005-04-22 2009-09-22 주식회사 코미코 치밀질 질화알루미늄 소결체, 그 제조 방법 및 상기소결체를 이용한 반도체 제조용 부재
JP5117146B2 (ja) 2006-12-15 2013-01-09 日本碍子株式会社 加熱装置
JP5833918B2 (ja) * 2009-02-26 2015-12-16 日亜化学工業株式会社 蛍光体及びその製造方法並びにこれを用いた発光装置
WO2012105436A1 (ja) * 2011-02-03 2012-08-09 株式会社 村田製作所 半導体セラミックとその製造方法、及びバリスタ機能付き積層型半導体セラミックコンデンサとその製造方法
CN103857643B (zh) * 2011-10-11 2015-09-09 日本碍子株式会社 陶瓷构件、半导体制造装置用构件及陶瓷构件的制造方法
JP2017034140A (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 Tdk株式会社 半導体磁器組成物およびｐｔｃサーミスタ
US10566228B2 (en) * 2018-02-08 2020-02-18 Ngk Insulators, Ltd. Heater for semiconductor manufacturing apparatus

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0977558A (ja) * 1995-09-13 1997-03-25 Toshiba Corp 窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JP2004203647A (ja) * 2002-12-24 2004-07-22 Ngk Insulators Ltd 窒化アルミニウム焼結体、静電チャック及び窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JP2004262750A (ja) * 2003-02-28 2004-09-24 Ngk Insulators Ltd 窒化アルミニウム質材料および半導体製造装置用部材
JP2018016517A (ja) * 2016-07-27 2018-02-01 日本特殊陶業株式会社 窒化アルミニウム焼結体

Also Published As

Publication number Publication date
KR20190096798A (ko) 2019-08-20
JP6393006B1 (ja) 2018-09-19
US20220005722A1 (en) 2022-01-06
US11437260B2 (en) 2022-09-06
CN110352182B (zh) 2022-02-08
KR102189652B1 (ko) 2020-12-11
TWI783000B (zh) 2022-11-11
CN110352182A (zh) 2019-10-18
JP6902562B2 (ja) 2021-07-14
KR102151618B1 (ko) 2020-09-03
KR20200103888A (ko) 2020-09-02
JPWO2019155652A1 (ja) 2020-08-20
TW201934522A (zh) 2019-09-01
CN114093792A (zh) 2022-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11437260B2 (en) Heater for semiconductor manufacturing apparatus
US9184081B2 (en) Electrostatic chuck
Li et al. Effect of annealing temperature on structural and electrical properties of BCZT ceramics prepared by plasma activated sintering
JP7181898B2 (ja) 窒化アルミニウム焼結体およびこれを含む半導体製造装置用部材
US20170117175A1 (en) Ceramic structure, member for substrate-holding apparatus, and method for producing the ceramic structure
JP2005041765A (ja) 窒化アルミニウム焼結体、静電チャック、導電性部材、半導体製造装置用部材及び窒化アルミニウム焼結体の製造方法
JP2006273584A (ja) 窒化アルミニウム焼結体、半導体製造用部材及び窒化アルミニウム焼結体の製造方法
CN105967674A (zh) 一种铬掺杂铝酸镁高温热敏电阻材料及其制备方法
JP5159625B2 (ja) 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法
US20200118858A1 (en) Heater for semiconductor manufacturing apparatus
CN108546125A (zh) 一种面向高温环境应用的压电陶瓷材料及其制备方法
US7915189B2 (en) Yttrium oxide material, member for semiconductor-manufacturing apparatus, and method for producing yttrium oxide material
TW201938512A (zh) 複合燒結體、半導體製造裝置構件及複合燒結體之製造方法
US20230138000A1 (en) AlN CERAMIC SUBSTRATE AND HEATER FOR SEMICONDUCTOR MANUFACTURING APPARATUS
TWI798917B (zh) 半導體製造裝置用加熱器
JP6107503B2 (ja) 窒化アルミニウム焼結体およびその製造方法
JP3965467B2 (ja) セラミック抵抗体及びその製造方法並びに静電チャック
JP2012056809A (ja) ペロブスカイト型導電性酸化物材料及びそれを用いた電極
JP2023136387A (ja) 高抵抗・高耐食セラミックス材料及びウエハ載置台
JP2004131298A (ja) 低誘電正接材料および炭化珪素焼結体の誘電正接を制御する方法
KR20220062698A (ko) 질화 알루미늄 소결체를 포함하는 반도체 제조 장치용 부재
JP2004299990A (ja) 窒化アルミニウム焼結体およびそれを用いた半導体製造装置用部材および静電チャック

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018566329

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20187037102

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18905728

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18905728

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1