WO2023013211A1 - ウエハ支持体 - Google Patents

ウエハ支持体 Download PDF

Info

Publication number
WO2023013211A1
WO2023013211A1 PCT/JP2022/021407 JP2022021407W WO2023013211A1 WO 2023013211 A1 WO2023013211 A1 WO 2023013211A1 JP 2022021407 W JP2022021407 W JP 2022021407W WO 2023013211 A1 WO2023013211 A1 WO 2023013211A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
protective layer
wafer support
mass
base material
nitride
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/021407
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
航 山岸
一政 森
仁 河野
俊一 衛藤
Original Assignee
株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ
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 株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ filed Critical 株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ
Priority to KR1020237042116A priority Critical patent/KR20240006608A/ko
Priority to CN202280052655.6A priority patent/CN117716485A/zh
Priority to EP22852640.6A priority patent/EP4361121A1/en
Publication of WO2023013211A1 publication Critical patent/WO2023013211A1/ja

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
    • H01L21/683—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
    • 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
    • C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/48—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on zirconium or hafnium oxides, zirconates, zircon or hafnates
    • C04B35/486—Fine ceramics
    • C04B35/488—Composites
    • 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
    • C04B35/583—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 boron 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
    • C04B35/515—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
    • C04B35/584—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 silicon 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
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
    • 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
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
    • C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
    • C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
    • C04B41/5062—Borides, Nitrides or Silicides
    • C04B41/5063—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
    • C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81—Coating or impregnation
    • C04B41/85—Coating or impregnation with inorganic materials
    • C04B41/87—Ceramics
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4581—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber characterised by material of construction or surface finish of the means for supporting the substrate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/458—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating characterised by the method used for supporting substrates in the reaction chamber
    • C23C16/4582—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs
    • C23C16/4583—Rigid and flat substrates, e.g. plates or discs the substrate being supported substantially horizontally
    • C23C16/4586—Elements in the interior of the support, e.g. electrodes, heating or cooling devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32458—Vessel
    • H01J37/32477—Vessel characterised by the means for protecting vessels or internal parts, e.g. coatings
    • H01J37/32495—Means for protecting the vessel against plasma
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/32—Gas-filled discharge tubes
    • H01J37/32431—Constructional details of the reactor
    • H01J37/32715—Workpiece holder
    • H01J37/32724—Temperature
    • 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
    • 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
    • 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
    • H01L21/6833—Details of electrostatic chucks
    • 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
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • 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
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/22—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible
    • H05B3/26—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base
    • H05B3/265—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater non-flexible heating conductor mounted on insulating base the insulating base being an inorganic material, e.g. ceramic
    • 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
    • C04B2235/3231—Refractory metal oxides, their mixed metal oxides, or oxide-forming salts thereof
    • C04B2235/3244—Zirconium oxides, zirconates, hafnium oxides, hafnates, 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
    • C04B2235/02—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
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3817—Carbides
    • C04B2235/3826—Silicon carbides
    • 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
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/386—Boron nitrides
    • 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
    • C04B2235/38—Non-oxide ceramic constituents or additives
    • C04B2235/3852—Nitrides, e.g. oxynitrides, carbonitrides, oxycarbonitrides, lithium nitride, magnesium nitride
    • C04B2235/3873—Silicon nitrides, e.g. silicon carbonitride, silicon oxynitride

Definitions

  • the present invention relates to a support that supports a wafer.
  • the aforementioned wafer support tends to generate particles from its surface when exposed to corrosive gases and plasma atmospheres in the semiconductor manufacturing process. When the particles adhere to the wafer, they cause defects in subsequent semiconductor manufacturing processes.
  • the present invention has been made in view of these circumstances, and its purpose is to provide a new wafer support that is excellent in corrosion resistance to plasma.
  • a wafer support comprises a base material made of machinable ceramics, a protective layer covering the surface of the base material, and a conductive member at least partially enclosed in the base material. And prepare.
  • the protective layer is composed of a material that is less corroded by plasma than the substrate.
  • Machinable ceramics are easier to process than general fine ceramics. Therefore, according to this aspect, even if a complicated shape is not realized at the stage of manufacturing the base material, processing can be performed after manufacturing the base material, so it is possible to manufacture wafer supports of various shapes.
  • the protective layer can reduce plasma corrosion of the substrate. Moreover, even if the material constituting the base material is likely to peel off, the protective layer can reduce peeling.
  • the protective layer is aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (Al2O3), yttrium oxide (Y2O3 ) , magnesium oxide (MgO), yttrium aluminum garnet (YAG: Y3O5Al12 ) and yttrium aluminum It may be composed of at least one or more materials selected from the group consisting of monoclinic (YAM: Y 4 Al 2 O 9 ). This can further reduce plasma corrosion of the base material.
  • the thickness of the protective layer may range from 1 to 30 ⁇ m. This makes it possible to achieve both desired adsorption force and corrosion resistance to plasma. If the thickness of the protective layer is preferably 2 ⁇ m or more, more preferably 5 ⁇ m or more, better corrosion resistance to plasma can be obtained. Further, if the thickness of the protective layer is preferably 20 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or less, more sufficient adsorption force can be obtained.
  • the protective layer may have an arithmetic mean height Sa in the range of 0.07 to 0.20 ⁇ m. This allows proper contact with the supporting wafer.
  • the protective layer may contain 99.0% or more AlN. As a result, AlN's inherent corrosion resistance to plasma can be obtained.
  • Machinable ceramics are at least two or more elements essentially containing boron nitride selected from the group consisting of boron nitride (BN), zirconium oxide (ZrO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ) and silicon carbide (SiC).
  • a sintered body made of the material may be used.
  • Boron nitride has excellent machinability, and the machining rate can be increased by using machinable ceramics containing boron nitride as an essential component.
  • a wafer support in which a conductive member made of a different material is enclosed inside a base material, internal stress is generated due to temperature changes depending on the difference in physical properties between the base material and the conductive member. Alternatively, the temperature difference between the periphery and the center of the wafer support causes thermal stress.
  • boron nitride has excellent thermal shock resistance, the substrate is less likely to crack.
  • Machinable ceramics contain 10 to 80% by mass of boron nitride and 0 to 80% by mass of silicon nitride when the total of ceramic components of boron nitride, zirconium oxide, silicon nitride and silicon carbide is 100% by mass. It may contain 0 to 80% by mass of zirconium oxide and 0 to 40% by mass of silicon carbide. When the total amount of ceramic components is 100% by mass, 3 to 25% by mass of sintering aid components may be further included.
  • the conductive member may be made of a metal material selected from the group consisting of molybdenum, tungsten, tantalum, and alloys containing them.
  • a new wafer support with excellent corrosion resistance to plasma can be realized.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a wafer support according to this embodiment
  • FIG. 1 is a diagram showing a photograph of a cross section of a wafer support according to Example 1 taken with a scanning electron microscope (SEM);
  • FIG. 3(a) is a SEM photograph of the aluminum nitride substrate surface,
  • FIG. 3(b) is a SEM photograph of the machinable ceramic substrate surface, and
  • FIG. It is a figure which shows the SEM photograph of the protective layer surface of the wafer support body which concerns.
  • 4(a) to 4(c) are schematic diagrams for explaining the plasma exposure test.
  • the wafer support only needs to support a semiconductor substrate such as a silicon wafer, and may be provided with a suction mechanism or a heating mechanism.
  • the wafer support may simply be a susceptor on which the wafer is mounted.
  • the wafer support may be an electrostatic chuck that generates an attraction force with respect to the mounted wafer, or a heater that heats the wafer.
  • the object supported by the wafer support is mainly a wafer, it may support other members and parts.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a wafer support according to this embodiment.
  • a wafer support 10 is used to support a wafer W within a chamber 12 of a semiconductor manufacturing apparatus such as plasma CVD.
  • the wafer support 10 has a substrate 14 made of machinable ceramics, a protective layer 16 covering a surface 14a of the substrate 14, and conductive members 18 and 20 at least partially enclosed in the substrate 14. As shown in FIG.
  • the wafer W is mounted on the surface of the protective layer 16, which is the mounting surface 16a.
  • the conductive member 18 functions as an electrostatic chuck electrode through which a current that generates an attraction force for fixing the wafer W to the mounting surface 16a flows. Further, the conductive member 20 functions as a resistance heater (heater) for heating the wafer W to a predetermined process temperature.
  • the conductive members 18 and 20 are embedded in the base material 14 which is a sintered body. Therefore, the conductive members 18 and 20 must be arranged inside the raw material powder at the stage of firing, and are preferably made of a high-melting-point metal that does not melt at the firing temperature.
  • the material of the conductive member is preferably a refractory metal such as molybdenum, tungsten, or tantalum, or an alloy containing two or more of them.
  • the wafer support 10 may be formed with a gas introduction port 22 extending from the mounting surface 16a exposed to the chamber side through the interior of the base material 14 to an external gas supply source (not shown).
  • the gas introduction port 22 is for supplying a gas for cooling the wafer W attracted to the mounting surface 16a from the rear surface side.
  • Machinable ceramics are easier to machine than general fine ceramics such as aluminum oxide, silicon nitride, aluminum nitride, and silicon carbide.
  • chipping which is a problem in machining ceramics, is less likely to occur, and complex machining becomes possible.
  • the amount of grinding (processing rate) during machining of machinable ceramics is several times to several hundred times the amount of grinding during machining of fine ceramics, and efficient machining is possible.
  • Machinable ceramics are composite materials in which multiple raw material compounds are mixed as ceramic components.
  • the volume resistivity can be adjusted by adjusting the blending ratio of silicon carbide.
  • it is compatible with both the adsorption mechanisms of electrostatic chucks, such as the Coulomb type and the Johnson-Rahbek type.
  • electrostatic chucks such as the Coulomb type and the Johnson-Rahbek type.
  • it can be used as an insulator by not adding silicon carbide.
  • the machinable ceramics does not need to have a uniform composition as a whole, and the function of each part is different between the part that accommodates the conductive member 18 and the part that accommodates the conductive member 20 near the mounting surface 16a on which the wafer W is mounted.
  • the composition may be varied so as to optimize the
  • boron nitride is listed as one of the main components, and it has superior thermal shock resistance to general aluminum oxide, silicon nitride, aluminum nitride, and silicon carbide, and is used as a wafer support product. Damage due to cracks can be prevented.
  • the machinable ceramics according to the present embodiment are sintered bodies made of at least two materials essentially including boron nitride selected from the group consisting of boron nitride, zirconium oxide, silicon nitride and silicon carbide. Boron nitride is also excellent in machinability, and the machining rate can be increased by using machinable ceramics containing boron nitride as an essential component. Further, in the case of a wafer support in which a conductive member made of a different material is enclosed inside a base material, internal stress is generated due to temperature changes depending on the difference in physical properties between the base material and the conductive member. Alternatively, the temperature difference between the periphery and the center of the wafer support causes thermal stress. However, since boron nitride has excellent thermal shock resistance, the substrate is less likely to crack.
  • the machinable ceramics according to the present embodiment contain 10 to 80% by mass of boron nitride when the total of the ceramic components of boron nitride, zirconium oxide, silicon nitride and silicon carbide is 100% by mass, and silicon nitride. It is preferable to contain 0 to 80% by mass, 0 to 80% by mass of zirconium oxide, and 0 to 40% by mass of silicon carbide.
  • the machinable ceramics according to the present embodiment contains a sintering aid component.
  • the sintering aid can be selected from those used for sintering silicon nitride and boron nitride.
  • Preferred sintering aids are aluminum oxide (alumina), magnesium oxide (magnesia), yttrium oxide (yttria), and one or more of lanthanide metal oxides. More preferred is a mixture of alumina and yttria, a mixture further added with magnesia, or a mixture of yttria and magnesia.
  • the amount of the sintering aid component is desirably in the range of 1 to 25% by mass, particularly 3 to 25% by mass, when the sum of the ceramic components is 100% by mass.
  • the amount of the sintering aid component is 1% by mass or more, preferably 3% by mass or more, densification is facilitated, and insufficient density of the sintered body and deterioration of mechanical properties can be suppressed.
  • the amount of the sintering aid component is 25% by mass or less, the grain boundary phase with low strength is reduced, thereby suppressing the decrease in mechanical strength and the decrease in workability due to the increase in the grain boundary phase. can.
  • boron nitride Although boron nitride has excellent machinability, it has poor strength characteristics. Therefore, if coarse boron nitride is present in the sintered body, it becomes a starting point of fracture, which becomes a factor of chipping and cracking during processing. In order not to form such coarse boron nitride particles, it is effective to pulverize the raw material powder. It is desirable that the main raw material powder, particularly the boron nitride raw material powder, has an average particle size of less than 2 ⁇ m.
  • Boron nitride has a hexagonal system (h-BN) low-pressure phase, a cubic system (c-BN) high-pressure phase, and the like, but hexagonal boron nitride is preferable from the standpoint of machinability. From the standpoint of workability, more boron nitride and less silicon nitride (and zirconium oxide) are more preferable. In addition, the mechanical strength and Young's modulus decrease as the amount of boron nitride increases and the amount of silicon nitride (and zirconium oxide) decreases.
  • machinable ceramics examples include BN-containing silicon nitride-based ceramics ("Photovere II” and "Photovere II-k70” manufactured by Ferrotec Material Technologies Corporation).
  • the composition of Photoveil II-k70 is 38.5% by mass of boron nitride, 54.1% by mass of silicon nitride, 5.5% by mass of yttria, and 1.9% by mass of magnesia.
  • This BN-containing silicon nitride ceramic has a bending strength of 600 MPa or less, a Young's modulus of 250 GPa or less, and a Vickers hardness of 5 GPa or less.
  • Machinable ceramics having such properties have a large grinding amount (processing rate) per unit time during processing, and can be efficiently produced even for wafer supports having complicated shapes. Also, a complex wafer support can be manufactured in one piece by fabricating the base material as a block of a simple shape and then cutting it into a desired shape.
  • the total of the main raw material powder as a ceramic component such as boron nitride, zirconium oxide, silicon nitride and silicon carbide, and the ceramic component was set to 100% by mass.
  • 3 to 25% by mass of sintering aid powder is mixed to prepare raw material powder. This mixing can be performed, for example, by a wet ball mill or the like.
  • a sintered body is produced by molding the raw material powder, the molded body, or both under high temperature and pressure, and firing them.
  • a part of the raw material powder or the molded body may be replaced with a sintered body.
  • the conductive material is required after firing.
  • a member or material for example, a metal plate, a metal foil, a conductive paste, a coil, a mesh, etc.
  • the shape of the conductor is not particularly limited.
  • This firing can be performed using, for example, a hot press device.
  • Hot pressing is performed in a non-oxidizing (inert) atmosphere such as nitrogen or argon atmosphere, but may be performed in pressurized nitrogen.
  • the hot pressing temperature is, for example, in the range of 1300-1950°C. If the temperature is too low, sintering will be insufficient, and if it is too high, thermal decomposition of the main raw material will occur. Appropriate pressure is in the range of 20 to 50 MPa.
  • the duration of hot pressing depends on the temperature and dimensions, but is usually about 1 to 4 hours.
  • Hot pressure sintering can also be performed by HIP (hot isostatic pressing). The sintering conditions in this case can also be appropriately set by those skilled in the art.
  • the sintered body is processed into a desired shape to manufacture a wafer support.
  • the machinable ceramics according to the present embodiment have high strength and high machinability (free-cutting property), complex microfabrication is possible in an industrially realistic time.
  • the conditions for producing the sintered body are preferably selected so that the average crystal grain size of the machinable ceramics is 0.5 ⁇ m or less, taking into account the corrosion resistance due to plasma, which will be described later. As a result, even if part of the polycrystal is peeled off as particles due to corrosion in the plasma atmosphere, defects in the semiconductor manufacturing process can be reduced because the particles themselves are small.
  • the average crystal grain size of machinable ceramics is more preferably 0.1 ⁇ m or less.
  • the machinable ceramics used for the base material 14 according to the present embodiment are easier to process than general fine ceramics. Therefore, according to this aspect, even if a complicated shape is not realized at the stage of manufacturing the base material 14, processing can be performed after the base material is manufactured, so it is possible to manufacture wafer supports of various shapes. .
  • the wafer support 10 is exposed to a corrosive gas or plasma atmosphere during the semiconductor manufacturing process depending on the application.
  • corrosive plasma include fluorine-based gases such as CF 4 , C 4 F 8 , SF 8 , NF 3 and CHF 3 , and in addition gases such as Ar, O 2 and CO 2 may be mixed.
  • fluorine-based gases such as CF 4 , C 4 F 8 , SF 8 , NF 3 and CHF 3
  • gases such as Ar, O 2 and CO 2 may be mixed.
  • the silicon component is highly reactive with fluorine-based plasmas, silicon-containing substrates are less resistant to these plasmas. Boron nitride is also highly reactive with O2 plasma.
  • the machinable ceramics according to the present embodiment may contain silicon nitride, silicon carbide, and boron nitride as main components. We thought that the corrosion resistance might be lowered in a hot plasma atmosphere.
  • a protective layer 16 is provided on the surface of the substrate 14 of the wafer support 10 according to the present embodiment in order to improve the corrosion resistance of the wafer support against plasma.
  • the protective layer 16 is made of a material that is less corroded by plasma than the base material 14 . Thereby, the protective layer 16 can reduce the corrosion of the base material 14 by the plasma. Moreover, even if the material forming the base material 14 is likely to peel off, the protective layer 16 can reduce peeling.
  • Protective layer 16 includes aluminum nitride, aluminum oxide, yttrium oxide, magnesium oxide, yttrium aluminum garnet ( YAG: Y3O5Al12 ) and yttrium aluminum monoclinic (YAM: Y4Al2O9 ) is composed of at least one or more materials selected from the group consisting of
  • aluminum nitride is excellent in thermal shock resistance, so it is a suitable material for a process in which a high thermal shock is applied to the electrostatic chuck.
  • the thickness between the mounting surface 16a, which is the surface of the protective layer 16, and the conductive member 18 is the thickness t of the dielectric layer. Therefore, if the film thickness of the protective layer 16 is too thick, the thickness t of the dielectric layer will be too large, and sufficient adsorption force will not be obtained. Also, if the thickness t is too large, cracks are likely to occur in the protective layer 16 when a high thermal shock is applied. On the other hand, if the thickness t of the protective layer 16 is too small, sufficient corrosion resistance against plasma cannot be obtained. Therefore, the protective layer 16 according to the present embodiment has a thickness in the range of 1 to 30 ⁇ m. This makes it possible to achieve both desired adsorption force and corrosion resistance to plasma.
  • the thickness of the protective layer 16 is preferably 2 ⁇ m or more, more preferably 5 ⁇ m or more, better corrosion resistance to plasma can be obtained. Further, if the thickness of the protective layer 16 is preferably 20 ⁇ m or less, more preferably 10 ⁇ m or less, more sufficient adsorption force can be obtained.
  • Film formation of the protective layer is performed by methods such as CVD, PVD (sputtering and ion plating), and aerosol deposition, for example. Since these methods are excellent in film thickness control, it is possible to form a film with high precision within the thickness range of 1 to 30 ⁇ m, like the thickness of the protective layer described above.
  • Sputtering is performed by placing a substrate and a target (material to be a film) facing each other, applying a negative high voltage to the target in an Ar gas atmosphere of about 10 -1 to several Pa to cause discharge, and causing Ar ions to collide with the target. .
  • Ar ions collide atoms are ejected from the target by sputtering phenomenon.
  • a protective layer is formed by depositing the ejected atoms on the substrate.
  • a reactive sputtering method is suitable for forming the protective layer 16 according to the present embodiment. If a compound such as aluminum oxide or aluminum nitride is used as a target, the sputtering rate will drop significantly, resulting in a very low coating speed, and the film will form a film that deviates from the composition of the target due to the different sputtering rates for each element. known to be Therefore, when the constituent material of the protective layer according to the present embodiment is aluminum nitride, a reactive sputtering method is suitable in which a single metal aluminum target is used and reacted with N 2 which is a reactive gas.
  • Ion plating which is another method of forming a protective layer, places a substrate and an evaporation source (material to form a film) facing each other, and dissolves the raw material of the film from the evaporation source in a vacuum of about 10 -2 to 10 -4 Pa. ⁇ A method of evaporating and depositing on a substrate. Films of various materials can be produced depending on the type of material to be evaporated and the introduction of reaction gas. Among coating techniques based on vacuum deposition, all methods using ions are called ion plating. Specifically, there are various methods such as high-frequency ion plating, reactive ion plating, and ion-assisted vapor deposition, and any of them can be used.
  • the constituent material of the protective layer according to this embodiment is yttrium oxide
  • metal yttrium is used as the vapor deposition source
  • O 2 is introduced as the reaction gas
  • the film can be formed in a plasma atmosphere.
  • yttrium oxide is used as the vapor deposition source and O 2 ions are used as assist ions, so that a protective layer made of yttrium oxide can be formed.
  • the film can be formed by high-frequency ion plating, reactive ion plating, or ion-assisted vapor deposition.
  • the surface can be cleaned with Ar ions before film formation (remove surface deposits and oxide films by ion bombardment), so adhesion is improved.
  • a high film can be obtained.
  • N 2 ions and H 2 ions are particularly effective for cleaning organic matter (a process generally called ion bombardment).
  • the bombardment process can remove very fine particles (those that cannot be completely removed by ultrasonic cleaning, etc.) on the surface of the machinable ceramics, which is the base material. Initial particle generation can be reduced. Compared to bulk ceramics made by baking powder, these methods can increase the purity of aluminum nitride, reducing concerns about wafer contamination and contributing to a reduction in defects.
  • the electrostatic chuck using a base material made of machinable ceramics can be used even if the surface roughness of the base material is within a predetermined range (for example, the arithmetic mean roughness Ra is in the range of 0.02 ⁇ m ⁇ Ra ⁇ 0.2 ⁇ m). In this case, since it makes point contact with the wafer, there is less friction with the wafer during dechucking. On the other hand, due to the cleavability of boron nitride, physical force tends to cause separation (cracking) of the particles, so particles are likely to be generated as they are.
  • a predetermined range for example, the arithmetic mean roughness Ra is in the range of 0.02 ⁇ m ⁇ Ra ⁇ 0.2 ⁇ m.
  • the protective layer 16 such as aluminum nitride described above, peeling of particles can be reduced and generation of particles can be reduced.
  • the protective layer 16 produced by the film forming method according to the present embodiment follows the surface roughness of the substrate 14, and has an arithmetic mean roughness Ra in the range of 0.02 ⁇ m ⁇ Ra ⁇ 0.2 ⁇ m. have a surface.
  • the wafer support 10 according to the present embodiment is extremely excellent in reducing particles because the protective layer 16 itself can be in point contact with the wafer while being provided with the protective layer 16 having corrosion resistance against plasma.
  • each layer is composed of hard materials (a combination of materials with a high Young's modulus)
  • the stress can be absorbed (relaxed) by using the substrate 14 containing boron nitride as a main component.
  • the machinable ceramics according to the present embodiment is a composite material, it is possible to match the coefficient of thermal expansion of the base material 14 with the coefficient of thermal expansion of the protective layer 16 . As a result, the thermal stress caused by the difference in coefficient of thermal expansion of each layer can be reduced, and the generation of cracks, that is, the generation of particles is suppressed.
  • Table 1 shows the contents of the ceramic component and the sintering aid component in each example and each comparative example.
  • the film thickness was measured from a cross-sectional photograph taken with a scanning electron microscope.
  • FIG. 2 is a diagram showing a photograph of a cross section of the wafer support according to Example 1 taken by a scanning electron microscope (SEM).
  • the protective layer 16 shown in FIG. 2 is an aluminum nitride film with a thickness of 5 ⁇ m formed by a reactive sputtering method. As shown in FIG. 2, the protective layer 16 according to Example 1 is a dense film without voids.
  • Table 2 shows the sample surface characteristics of the wafer supports according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 and the plasma exposure test results.
  • FIG. 3(a) is a SEM photograph of the aluminum nitride substrate surface
  • FIG. 3(b) is a SEM photograph of the machinable ceramic substrate surface
  • FIG. It is a figure which shows the SEM photograph of the protective layer surface of the wafer support body which concerns.
  • Arithmetic mean roughness Ra specified in JIS B 0601 was measured as the state of the sample surface.
  • the arithmetic mean height Sa defined by ISO 25178 was measured with a confocal microscope VK-X1050 manufactured by Keyence Corporation.
  • the surface of the protective layer was measured, and in Comparative Examples 1 to 3, the surface of the substrate, which is a sintered body, was measured.
  • the surface of the aluminum nitride substrate shown in FIG. 3(a) has Ra of 0.05 ⁇ m and Sa of 0.061 ⁇ m.
  • the protective layer surface of the wafer support has Ra of 0.08 ⁇ m and Sa of 0.082 ⁇ m. That is, at least when the machinable ceramic is used as the base material, the arithmetic mean height Sa is larger and the contact area with the wafer is smaller, regardless of the presence or absence of the protective layer, compared to when aluminum nitride is used as the base material. . As a result, as described above, particles generated from the wafer support can be reduced.
  • the protective layer according to the present embodiment preferably has an arithmetic mean height Sa in the range of 0.07 to 0.20 ⁇ m. This allows proper contact with the supporting wafer.
  • FIG. 4(a) to 4(c) are schematic diagrams for explaining the plasma exposure test.
  • the plasma generator used for the test is RIE-10N manufactured by Samco Corporation.
  • the plasma output is 100 W
  • the gas species is a mixture of 40 sccm of CF 4 and 10 sccm of O 2 .
  • the pressure is 40 Pa
  • the treatment time is 240 minutes (30 minutes x 8 times).
  • a mask 26 such as Kapton tape is attached to a portion of a sample 24 to be tested, which simulates a wafer support, and is plasma-treated as shown in FIG. 4(b). After a predetermined treatment time, the mask 26 was removed, and the step d between the portion not covered with the mask 26 and the portion covered with the mask 26 was measured as the corrosion amount (see FIG. 4(c)).
  • the wafer supports according to Examples 1 to 6 had a step d of 0 ⁇ m and no corrosion was confirmed.
  • the wafer supports according to Comparative Examples 1 to 3, which did not have a protective film had a step d of 4 ⁇ m or more.
  • the wafer supports according to Examples 1 to 6 all have an increase in the value of the arithmetic mean height Sa indicating the surface roughness after the plasma exposure test, compared to the wafer supports according to Comparative Examples 1 to 3. Small quantity. In other words, the smaller the corrosion amount (step) and the smaller the surface roughness (arithmetic mean height), the higher the plasma resistance.
  • Corrosion resistance to plasma may be affected by physical etching in addition to etching by the chemical reaction described above.
  • a protective layer made of a material containing a substance (for example, aluminum or yttrium) that does not easily sublime even when reacted with plasma using a fluorine-based (CF 4 ) gas corrosion resistance due to chemical reaction is improved.
  • CF 4 fluorine-based
  • the film hardness was obtained by measuring the nanoindentation hardness H_IT by the nanoindentation method and converting it into Vickers hardness (GPa).
  • the wafer supports according to Examples 1, 3, and 4 have a Vickers hardness of 10 GPa or more, and are expected to have even higher corrosion resistance to plasma in combination with the results of the amount of corrosion in the plasma exposure test.
  • the Vickers hardness is low like the wafer support according to Comparative Example 2, it may be scratched during packing or assembly to an apparatus, which may cause particles.
  • additives are often added.
  • silicon carbide, carbon (C), titanium oxide (TiO 2 ), etc. are mixed with aluminum nitride in an amount of several to ten and several percent.
  • these additives may weaken the corrosion resistance to plasma, or cause particles to be generated due to non-uniform etching (corrosion).
  • the volume resistivity is controlled by the base material, and the material of the protective layer covering the surface thereof is made highly pure, thereby reducing the influence of the additive on the protective layer.
  • high-purity aluminum nitride may be provided as a protective layer.
  • the protective layer may contain at least 99.0%, more preferably at least 99.5% aluminum nitride.
  • the inherent plasma corrosion resistance of aluminum nitride can be obtained.
  • high-purity aluminum nitride is produced by sputtering, it can be realized by using high-purity aluminum metal and high-purity N 2 gas and forming a film in a vacuum atmosphere with little impurity contamination.
  • Electrostatic chucks for film formation require a high processing temperature (heater temperature) of up to 500.degree.
  • a high processing temperature for example, when a wafer at room temperature (25.degree. C.) is transferred to such a high-temperature electrostatic chuck, a thermal shock of .DELTA.475.degree.
  • the thermal shock of aluminum nitride ceramics is about ⁇ 400° C., there is a concern that the ceramics may be damaged in the case of an electrostatic chuck consisting only of a base material mainly composed of aluminum nitride.
  • a base material made of machinable ceramics when provided as in the case of the wafer support according to the present embodiment, it is excellent in thermal shock resistance.
  • the protective layer covering the base material surface is made of a material such as aluminum nitride, aluminum oxide, yttrium oxide, or YAG whose thermal shock resistance is not as high as machinable ceramics, a thin film of about 1 to 30 ⁇ m can be used. If there is, the thermal shock resistance is not impaired.
  • an electrostatic chuck whose base material is made of machinable ceramics provides anisotropy in thermal conductivity, but if the protective layer is a thin film, the anisotropy obtained by the base material is not impaired.
  • the present invention has been described with reference to the above-described embodiments and examples, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the configurations of the embodiments may be appropriately combined or replaced. It is also included in the present invention. Further, it is also possible to appropriately rearrange the combinations and the order of steps in the embodiments based on the knowledge of a person skilled in the art, and to add modifications such as various design changes to the embodiments. Embodiments described may also fall within the scope of the present invention.
  • the present invention can be used for electrostatic chucks.
  • Wafer support 10 Wafer support, 12 Chamber, 14 Base material, 14a Surface, 16 Protective layer, 16a Mounting surface, 18 Conductive member, 20 Conductive member, 22 Gas inlet, 24 Sample, 26 Mask, W Wafer.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Mechanical Treatment Of Semiconductor (AREA)

Abstract

ウエハ支持体１０は、マシナブルセラミックスからなる基材１４と、基材の表面を覆う保護層１６と、基材に少なくとも一部が内包された導電部材１８，２０と、を備える。保護層１６は、基材１４よりもプラズマによる腐食が少ない材料で構成されている。

Description

ウエハ支持体
　本願発明は、ウエハを支持する支持体に関する。
　従来の静電チャック等に用いられるセラミックス材料は、窒化ケイ素や窒化アルミニウムといった加工が難しいファインセラミックスが多く、切削速度やチッピング（欠け）の観点から複雑な加工が困難であった。そこで、加工性に優れたマシナブルセラミックスを基材に用いたウエハ支持体が考案されている（特許文献１参照）。
特開２０２０－１５５５７１号公報
　しかしながら、前述のウエハ支持体は、半導体製造プロセスにおける腐食性のガスやプラズマ雰囲気に曝されると、表面からパーティクルが発生しやすい。そのパーティクルがウエハに付着すると、その後の半導体製造プロセスにおける不良の原因となる。
　本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プラズマに対する耐食性に優れた新たなウエハ支持体を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある態様のウエハ支持体は、マシナブルセラミックスからなる基材と、基材の表面を覆う保護層と、基材に少なくとも一部が内包された導電部材と、を備える。保護層は、基材よりもプラズマによる腐食が少ない材料で構成されている。
　マシナブルセラミックスは、一般的なファインセラミックスと比較して加工が容易である。そこで、この態様によると、基材を作製する段階で複雑な形状を実現しなくても、基材を作製してから加工ができるため、様々な形状のウエハ支持体の製造が可能となる。加えて、この態様によると、基材に対するプラズマによる腐食を保護層により低減できる。また、基材を構成する材料が剥離しやすい場合であっても、保護層により剥離を低減できる。
　保護層は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｙ３Ｏ５Ａｌ１２）及びイットリウムアルミニウムモノクリニック（ＹＡＭ：Ｙ４Ａｌ２Ｏ９）からなる群より選択された少なくとも一つ以上の材料で構成されていてもよい。これにより、基材に対するプラズマによる腐食を更に低減できる。
　保護層は、厚みが１～３０μｍの範囲であってもよい。これにより、所望の吸着力とプラズマに対する耐食性とを両立できる。保護層の厚みは、好ましくは２μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上であれば、プラズマに対してより良好な耐食性が得られる。また、保護層の厚みは、好ましくは２０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下であれば、より十分な吸着力が得られる。
　保護層は、算術平均高さＳａが０．０７～０．２０μｍの範囲であってもよい。これにより、支持するウエハと適切な接触が可能となる。
　保護層は、９９．０％以上のＡｌＮを含んでもよい。これにより、ＡｌＮ本来のプラズマに対する耐食性が得られる。
　マシナブルセラミックスは、窒化ホウ素（ＢＮ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）および炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる群より選択された窒化ホウ素を必須とする少なくとも二つ以上の材料からなる焼結体であってもよい。窒化ホウ素は、被削性に優れており、窒化ホウ素を必須成分とするマシナブルセラミックスを用いることで加工レートを大きくできる。また、基材の内部に異種材料である導電部材が内包されたウエハ支持体の場合、基材と導電部材の物性の違いによっては温度変化に対して内部応力が生じる。または、ウエハ支持体の外周部と中心部の温度差によって熱応力が生じる。しかしながら、窒化ホウ素は、優れた耐熱衝撃性を有しているため、基材が割れにくくなる。
　マシナブルセラミックスは、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素および炭化ケイ素のセラミックス成分の合計を１００質量％とした場合に、窒化ホウ素を１０～８０質量％含有し、窒化ケイ素を０～８０質量％含有し、酸化ジルコニウムを０～８０質量％含有し、炭化ケイ素を０～４０質量％含有してもよい。セラミックス成分の合計を１００質量％とした場合に、更に焼結助剤成分を３～２５質量％含有してもよい。
　導電部材は、モリブデン、タングステン、タンタルおよびそれらを含む合金からなる群から選択される金属材料で構成されていてもよい。
　なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。また、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
　本発明によれば、プラズマに対する耐食性に優れた新たなウエハ支持体を実現できる。
本実施の形態に係るウエハ支持体の概略断面図である。 実施例１に係るウエハ支持体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した写真を示す図である。 図３（ａ）は、窒化アルミの基板表面のＳＥＭ写真を示す図、図３（ｂ）は、マシナブルセラミックスの基板表面のＳＥＭ写真を示す図、図３（ｃ）は、実施例１に係るウエハ支持体の保護層表面のＳＥＭ写真を示す図である。 図４（ａ）～図４（ｃ）は、プラズマ暴露試験を説明するための模式図である。
　以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
　（ウエハ支持体）
　ウエハ支持体は、シリコンウエハ等の半導体基板を支持できればよく、吸着機構や加熱機構を備えていてもよい。例えば、ウエハ支持体は、単にウエハを搭載するサセプタであってもよい。また、ウエハ支持体は、搭載されたウエハに対して吸着力を生じる静電チャックや、ウエハを加熱するヒータであってもよい。また、ウエハ支持体が支持する対象物は、主にウエハであるが、その他の部材や部品を支持するものであってもよい。
　本実施の形態では、ウエハ支持体がヒータ付きの静電チャックである場合を一例に説明する。図１は、本実施の形態に係るウエハ支持体の概略断面図である。
　本実施の形態に係るウエハ支持体１０は、プラズマＣＶＤといった半導体製造装置のチャンバ１２内でウエハＷを支持するために用いられる。ウエハ支持体１０は、マシナブルセラミックスからなる基材１４と、基材１４の表面１４ａを覆う保護層１６と、基材１４に少なくとも一部が内包された導電部材１８，２０と、を有する。ウエハＷは、搭載面１６ａである保護層１６の表面に搭載される。
　導電部材１８は、搭載面１６ａにウエハＷを固定するための吸着力を発生させる電流が流れる静電チャック電極として機能する。また、導電部材２０は、ウエハＷを所定のプロセス温度まで加熱するための抵抗加熱体（ヒータ）として機能する。なお、本実施の形態に係るウエハ支持体１０において、導電部材１８，２０は、焼結体である基材１４に埋設されている。そのため、導電部材１８，２０は、焼成の段階で原料粉末の内部に配置されている必要があり、焼成温度で溶けないような高融点金属であることが好ましい。例えば、導電部材の材料としては、モリブデン、タングステン、タンタル等の高融点金属や、それらを二種以上含む合金が好ましい。
　また、ウエハ支持体１０は、チャンバ側に露出する搭載面１６ａから基材１４の内部を通過して外部のガス供給源（不図示）まで繋がっているガス導入口２２が形成されていてもよい。ガス導入口２２は、搭載面１６ａに吸着されたウエハＷを裏面側から冷却するガスを供給するためのものである。
　（マシナブルセラミックス）
　本発明者は、ウエハ支持体に適した材料を見出すために鋭意検討した結果、加工性がよい（快削性を有する）いわゆるマシナブルセラミックスからなる焼結体が好ましいことを見出した。
　マシナブルセラミックスは、一般的なファインセラミックス、例えば酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素等と比較して、機械加工が容易である。つまり、マシナブルセラミックスにおいては、セラミックスの加工で問題になるチッピングと呼ばれる欠けが発生しにくく、複雑な加工が可能となる。また、マシナブルセラミックスの加工時の研削量（加工レート）は、ファインセラミックスの加工時の研削量の数倍から数百倍であり、効率のよい加工が可能である。
　マシナブルセラミックスはセラミックス成分となる複数の原料化合物が混合されている複合材であり、例えば、炭化ケイ素の配合割合によって、体積抵抗率を調整できる。その結果、クーロン型やジョンソン・ラーベック型といった静電チャックの吸着機構のどちらにも対応できる。また、ヒータの場合は炭化ケイ素を添加しないことで絶縁体として使用できる。なお、マシナブルセラミックスは全体が均一組成である必要はなく、ウエハＷが搭載される搭載面１６ａに近い導電部材１８を収容する部分、導電部材２０を収容する部分のそれぞれで、各部分の機能が最適になるように組成を異ならせてもよい。
　更に主成分の一つに窒化ホウ素が挙げられているが、一般的な酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素に比べ優れた耐熱衝撃性を有しており、製品であるウエハ支持体になった際、割れによる破損を防止することができる。
　本実施の形態に係るマシナブルセラミックスは、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素および炭化ケイ素からなる群より選択された窒化ホウ素を必須とする少なくとも二つ以上の材料からなる焼結体である。窒化ホウ素は、被削性にも優れており、窒化ホウ素を必須成分とするマシナブルセラミックスを用いることで加工レートを大きくできる。また、基材の内部に異種材料である導電部材が内包されたウエハ支持体の場合、基材と導電部材の物性の違いによっては温度変化に対して内部応力が生じる。または、ウエハ支持体の外周部と中心部の温度差によって熱応力が生じる。しかしながら、窒化ホウ素は、優れた耐熱衝撃性を有しているため、基材が割れにくくなる。
　本実施の形態に係るマシナブルセラミックスは、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素および炭化ケイ素のセラミックス成分の合計を１００質量％とした場合に、窒化ホウ素を１０～８０質量％含有し、窒化ケイ素を０～８０質量％含有し、酸化ジルコニウムを０～８０質量％含有し、炭化ケイ素を０～４０質量％含有しているとよい。
　また、本実施の形態に係るマシナブルセラミックスは、焼結助剤成分を含有している。焼結助剤は、窒化ケイ素や窒化ホウ素の焼結に使用されているものから選択することができる。好ましい焼結助剤は酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化マグネシウム（マグネシア）、酸化イットリウム（イットリア）、およびランタノイド金属の酸化物から得られた１種若しくは２種以上である。より好ましくはアルミナとイットリアの混合物、若しくはこれに更にマグネシアを添加した混合物、若しくはイットリアとマグネシアの混合物等である。
　焼結助剤成分の配合量は、セラミックス成分の合計を１００質量％とした場合に、外掛けで１～２５質量％、特に３～２５質量％の範囲とすることが望ましい。焼結助剤成分の配合量が１質量％以上、好ましくは３質量％以上であれば、緻密化しやすくなり、焼結体の密度不足や機械的特性の低下を抑制できる。一方、焼結助剤成分の配合量が２５質量％以下であれば、強度の低い粒界相が低減されることで、機械的強度の低下や粒界相の増加による加工性の低下が抑制できる。
　なお、窒化ホウ素は、被削性に優れるものの強度特性が悪い。したがって、焼結体中に粗大な窒化ホウ素が存在すると、それが破壊起点となって、加工時のカケ、割れ発生要因となる。このような粗大な窒化ホウ素粒子を形成しないためには、原料粉末を微粉にすることが有効である。主原料粉末、特に窒化ホウ素の原料粉末は平均粒径２μｍ未満のものを使用することが望ましい。窒化ホウ素は、六方晶系（ｈ－ＢＮ）低圧相のものや立方晶系（ｃ－ＢＮ）高圧相のものなどが存在するが、快削性の観点では六方晶系の窒化ホウ素が好ましい。また、加工性の観点では、窒化ホウ素が多いほど、また、窒化ケイ素（および酸化ジルコニウム）が少ないほど好ましい。また、機械的強度やヤング率は、窒化ホウ素が多いほど、また、窒化ケイ素（および酸化ジルコニウム）が少ないほど低くなる。
　マシナブルセラミックスとしては、例えば、ＢＮ含有窒化ケイ素系セラミックス（「ホトベールII」、「ホトベールII-k７０」：株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ製）が挙げられる。なお、ホトベールII-k７０の組成は、窒化ホウ素が３８．５質量％、窒化ケイ素が５４．１質量％、イットリアが５．５質量％、マグネシア１．９質量％である。このＢＮ含有窒化ケイ素系セラミックスは、曲げ強度が６００ＭＰａ以下、ヤング率が２５０ＧＰａ以下、ビッカース硬度が５ＧＰａ以下である。このような特性を有するマシナブルセラミックスは、加工時の単位時間当たりの研削量（加工レート）が大きく、複雑な形状のウエハ支持体であっても効率良く生産できる。また、基材を単純な形状のブロックとして作製してから、所望の形状に切削加工することで、一部品で複雑なウエハ支持体を製造できる。
　（焼結体の製造方法）
　まず、後述する各実施例や各比較例の配合量に応じて、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素および炭化ケイ素等のセラミックス成分となる主原料粉末と、セラミックス成分の合計を１００質量％とした場合に、３～２５質量％の焼結助剤粉末と、を混合して原料粉末を調製する。この混合は、例えば、湿式ボールミル等により行うことができる。
　次に、原料粉末または成型体あるいはその両方を高温加圧下で成形し、焼成することで焼結体が作製される。なお、原料粉末または成型体の一部を焼結体に置き換えてもよい。また、ヒータのための抵抗加熱体や静電チャックの電極を焼結体の内部に設けるためには、ホットプレス装置に原料粉末、成型体または焼結体を充填する際に、焼成後に導電体となる部材や材料（例えば、金属板、金属箔、導電ペースト、コイル、メッシュ等）を所定位置に配置（埋設）すればよい。なお、導電体の形状は特に限定されない。この焼成は、例えば、ホットプレス装置を用いて行うことができる。ホットプレスは、非酸化性（不活性）雰囲気である例えば窒素やアルゴン雰囲気中で行うが、加圧窒素中で行ってもよい。ホットプレス温度は例えば、１３００～１９５０℃の範囲である。温度が低すぎると焼結が不十分となり、高すぎると主原料の熱分解が起こるようになる。加圧力は２０～５０ＭＰａの範囲内が適当である。ホットプレスの持続時間は温度や寸法にもよるが、通常は１～４時間程度である。高温加圧焼結は、ＨＩＰ（ホットアイソスタティクプレス）により行うこともできる。この場合の焼結条件も、当業者であれば適宜設定できる。
　その後、焼結体を所望の形状に加工し、ウエハ支持体が製造される。本実施の形態に係るマシナブルセラミックスは、高強度で高マシナブル性（快削性）を有するので、複雑な微細加工が工業的に現実的な時間で可能である。また、焼結体を製造する際の諸条件は、後述するプラズマによる耐食性を考慮して、マシナブルセラミックスの平均結晶粒径が０．５μｍ以下になるように選択されているとよい。これにより、仮に多結晶の一部がプラズマ雰囲気における腐食でパーティクルとして剥離された場合であっても、パーティクル自体が小さいことで半導体製造プロセスでの不良を低減できる。なお、マシナブルセラミックスの平均結晶粒径は、０．１μｍ以下がより好ましい。
　上述のように、本実施の形態に係る基材１４に用いられるマシナブルセラミックスは、一般的なファインセラミックスと比較して加工が容易である。そこで、この態様によると、基材１４を作製する段階で複雑な形状を実現しなくても、基材を作製してから加工ができるため、様々な形状のウエハ支持体の製造が可能となる。
　一方、ウエハ支持体１０は、用途によっては半導体製造プロセスにおいて腐食性のガスやプラズマ雰囲気に曝される。腐食性のプラズマとしては、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８、ＳＦ８、ＮＦ３、ＣＨＦ３等のフッ素系ガスが例示され、加えて、Ａｒ、Ｏ２、ＣＯ２等のガスが混合されることがある。ケイ素成分はフッ素系のプラズマと反応性が高いため、ケイ素を含む基材はこれらのプラズマに対し耐性が低い。また、窒化ホウ素は、Ｏ２プラズマと反応性が高い。
　前述のように、本実施の形態に係るマシナブルセラミックスは、主成分に窒化ケイ素、炭化ケイ素、窒化ホウ素が含まれることがあり、本願発明者は、ケイ素や窒化ホウ素を含むマシナブルセラミックスが腐食性のプラズマ雰囲気において耐食性が低くなる可能性に想到した。そして、プラズマに対するウエハ支持体の耐食性を向上するために、本実施の形態に係るウエハ支持体１０の基材１４の表面に保護層１６を設けた。
　（保護層）
　本実施の形態に係る保護層１６は、基材１４よりもプラズマによる腐食が少ない材料で構成されている。これにより、基材１４に対するプラズマによる腐食を保護層１６により低減できる。また、基材１４を構成する材料が剥離しやすい場合であっても、保護層１６により剥離を低減できる。本実施の形態に係る保護層１６は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｙ３Ｏ５Ａｌ１２）及びイットリウムアルミニウムモノクリニック（ＹＡＭ：Ｙ４Ａｌ２Ｏ９）からなる群より選択された少なくとも一つ以上の材料で構成されている。特に窒化アルミニウムは耐熱衝撃性に優れているため、静電チャックに高い熱衝撃が加わるプロセスにおいて好適な材料である。
　図１に示すように、保護層１６の表面である搭載面１６ａと導電部材１８との間の厚みが誘電体層の厚みｔとなる。そのため、保護層１６の膜厚が厚すぎると、誘電体層の厚みｔが大きくなり、十分な吸着力が得られなくなる。また、厚みｔが大きすぎると、高い熱衝撃が加えられた際に保護層１６にクラックが発生しやすくなる。一方、保護層１６の厚みｔが小さすぎると、プラズマに対して十分な耐食性が得られなくなる。そこで、本実施の形態に係る保護層１６は、厚みが１～３０μｍの範囲である。これにより、所望の吸着力とプラズマに対する耐食性とを両立できる。保護層１６の厚みは、好ましくは２μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上であれば、プラズマに対してより良好な耐食性が得られる。また、保護層１６の厚みは、好ましくは２０μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下であれば、より十分な吸着力が得られる。
　（保護層の成膜方法）
　保護層の成膜は、例えば、ＣＶＤ、ＰＶＤ（スパッタリングやイオンプレーティング）、エアロゾルデポジションといった方法で行われる。これらの方法は、膜厚制御に優れているため、前述の保護層の厚みのように１～３０μｍの範囲で精度の高い成膜が可能である。
　スパッタリングは、基板とターゲット（膜となる材質）を対向させ、１０－１～数Ｐａ程度のＡｒガス雰囲気中で、ターゲットに負の高電圧を印加して放電させ、Ａｒイオンをターゲットに衝突させる。Ａｒイオンが衝突すると、スパッタリング現象でターゲットから原子が飛び出てくる。飛び出た原子が基材に堆積することで保護層が形成される。
　本実施の形態に係る保護層１６の形成には、反応性スパッタリング法が好適である。酸化アルミニウムや窒化アルミニウムなどの化合物をターゲットに用いると、スパッタ率が顕著に低下するため、コーティング速度が極めて小さくなることや、元素ごとにスパッタ率が異なるためにターゲットの組成からズレた膜が形成されることが知られている。そのため、本実施の形態に係る保護層の構成材料が窒化アルミニウムの場合、単一金属のアルミニウムのターゲットを用いて、反応性ガスであるＮ２と反応させる反応性スパッタリング法が適している。
　保護層の他の成膜方法であるイオンプレーティングは、基板と蒸発源（膜となる材質）を対向させ、１０－２～１０－４Ｐａ程度の真空中で蒸発源から膜の原料を溶解・蒸発させて基板に堆積させる方法である。蒸発させる材料の種類や反応ガスの導入で様々な材質の膜を作製できる。真空蒸着を基盤としたコーティング技術の中で、イオンを用いた方法全般をイオンプレーティングと呼ぶ。具体的には、高周波イオンプレーティング、反応性イオンプレーティング、イオンアシスト蒸着など多様な手法があるが、いずれも採用できる。本実施の形態に係る保護層の構成材料が酸化イットリウムの場合、蒸着源に金属イットリウムを使用し、反応ガスにＯ２を導入してプラズマ雰囲気中で成膜できる。また、イオンアシスト蒸着の場合、蒸着源に酸化イットリウムを使用し、アシストイオンにＯ２イオンを使用することで、構成材料が酸化イットリウムの保護層を成膜できる。なお、構成材料が酸化マグネシウムや酸化アルミニウムの保護層である場合も、高周波イオンプレーティング、反応性イオンプレーティング、イオンアシスト蒸着によって成膜できる。
　前述のスパッタリングやイオンプレーティングなどの、イオンを用いた成膜方法の場合、成膜前にＡｒイオンで表面をクリーニング（イオンの衝撃で表面付着物や酸化膜を除去）できるため、密着力の高い膜を得ることができる。Ｎ２イオンやＨ２イオンは特に有機物のクリーニング（一般的にイオンボンバードメントと呼ばれる工程）に有効である。ボンバードメント工程により、基材であるマシナブルセラミックス表面の極微細なパーティクル（超音波洗浄などでは除去しきれないもの）を除去できるので、保護膜を備える基材は、保護膜のない基材より初期のパーティクル発生を低減できる。これらの手法は、粉を焼き固めて作るバルクセラミックスと比べ、窒化アルミニウムの純度も高くできるので、ウエハ汚染の懸念も下がり、不良低減に寄与する。
　また、マシナブルセラミックスからなる基材を用いた静電チャックは、基材の表面粗さが所定の範囲（例えば、算術平均粗さＲａが０．０２μｍ≦Ｒａ≦０．２μｍの範囲）であれば、ウエハと点接触するため、デチャック時にウエハとのこすれが少ない。一方で窒化ホウ素のへき開性のため、物理的な力で粒子の剥離（クラック）が生じやすいので、そのままではパーティクルが発生しやすい。しかしながら、前述の窒化アルミニウムなどの保護層１６を基材１４表面にコートすることで、粒子の剥離が低減され、パーティクルの発生を低減できる。加えて、本実施の形態に係る成膜方法で作製された保護層１６は、基材１４の表面粗さに追従し、算術平均粗さＲａが０．０２μｍ≦Ｒａ≦０．２μｍの範囲の表面を有する。つまり、プラズマに対する耐食性のある保護層１６を備えながら、保護層１６自体がウエハと点接触できるため、本実施の形態に係るウエハ支持体１０は、パーティクル低減に極めて優れている。
　また、各層が硬質材料（ヤング率が高い材料の組合せ）で構成された多層部材の場合、いずれの層も変形しにくいため、熱応力などでクラックが発生しやすい。しかしながら、本実施の形態に係るウエハ支持体１０のように、主たる成分として窒化ホウ素を含む基材１４を用いることで応力を吸収（緩和）できる。また、本実施の形態に係るマシナブルセラミックスは複合材料であるため、基材１４の熱膨張率を保護層１６の熱膨張率に合わせることが可能である。その結果、各層の熱膨張率の相違による熱応力を小さくでき、クラックの発生、すなわちパーティクルの発生が抑制される。
　［実施例］
　次に、各実施例や各比較例に係るウエハ支持体の特性について説明する。各実施例および各比較例におけるセラミックス成分および焼結助剤成分の含有量は表１に示すとおりである。膜厚は走査型電子顕微鏡により撮影した断面写真から計測した。図２は、実施例１に係るウエハ支持体の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した写真を示す図である。図２に示す保護層１６は、反応性スパッタリング法により成膜された厚さ５μｍの窒化アルミニウム膜である。図２に示すように、実施例１に係る保護層１６は、ボイドがなく緻密な膜である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１～６、比較例１～３に係るウエハ支持体の試料表面特性とプラズマ暴露試験の結果を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　（試料表面特性）
　図３（ａ）は、窒化アルミの基板表面のＳＥＭ写真を示す図、図３（ｂ）は、マシナブルセラミックスの基板表面のＳＥＭ写真を示す図、図３（ｃ）は、実施例１に係るウエハ支持体の保護層表面のＳＥＭ写真を示す図である。試料表面の状態として、ＪＩＳ Ｂ ０６０１で規定された算術平均粗さＲａを測定した。また、他の試料表面の状態として、ＩＳＯ　２５１７８で規定された算術平均高さＳａを、株式会社キーエンス製共焦点顕微鏡ＶＫ－Ｘ１０５０で測定した。なお、実施例１～６については保護層の表面を、比較例１～３については焼結体である基材の表面を測定した。
　図３（ａ）に示す窒化アルミの基材表面のＲａは０．０５μｍ、Ｓａは０．０６１μｍである。これに対して、図３（ｂ）に示す窒化ホウ素を含むマシナブルセラミックスの基材表面のＲａは０．０５μｍ、Ｓａは０．１１６μｍであり、図３（ｃ）に示す実施例１に係るウエハ支持体の保護層表面のＲａは０．０８μｍ、Ｓａは０．０８２μｍである。つまり、少なくともマシナブルセラミックが基材の場合は、窒化アルミが基材の場合と比較して、保護層の有無にかかわらず算術平均高さＳａが大きく、ウエハとの接触面積が小さくなっている。その結果、前述のように、ウエハ支持体から発生するパーティクルを低減できる。本実施の形態に係る保護層は、算術平均高さＳａが０．０７～０．２０μｍの範囲であるとよい。これにより、支持するウエハと適切な接触が可能となる。
　（プラズマ暴露試験）
　図４（ａ）～図４（ｃ）は、プラズマ暴露試験を説明するための模式図である。試験に用いたプラズマ発生装置は、サムコ株式会社製のＲＩＥ－１０Ｎである。プラズマ出力は１００Ｗ、ガス種はＣＦ４を４０ｓｃｃｍ、Ｏ２を１０ｓｃｃｍ混合したものである。圧力は４０Ｐａ、処理時間は２４０分（３０分×８回）である。図４（ａ）に示すように、ウエハ支持体を模した試験対象の試料２４の一部にカプトンテープ等のマスク２６を貼り付け、図４（ｂ）に示すようにプラズマ処理をする。所定の処理時間後にマスク２６を除去し、マスク２６が覆われていなかった場所と、マスク２６で覆われていた場所との段差ｄを腐食量として測定した（図４（ｃ）参照）。
　表２に示すように、実施例１～６に係るウエハ支持体は、段差ｄが０μｍであり腐食が確認されなかった。一方、保護膜のない比較例１～３に係るウエハ支持体は、いずれも段差ｄが４μｍ以上生じていた。また、実施例１～６に係るウエハ支持体は、比較例１～３に係るウエハ支持体と比較して、いずれもプラズマ暴露試験後の表面粗さを示す算術平均高さＳａの値の増加量が小さい。つまり、腐食量（段差）が小さく、表面粗さ（算術平均高さ）が小さいほどプラズマ耐性が高いため、本実施の形態に係るウエハ支持体における保護層の有用性が明らかとなった。
　（ビッカース硬度）
　プラズマに対する耐食性には、前述の化学反応によるエッチング以外に物理的なエッチングが影響を与える可能性がある。例えば、フッ素系（ＣＦ４）のガスを用いたプラズマと反応しても昇華しにくい物質（例えばアルミニウムやイットリウム）を含む材料を保護層とすることで、化学的反応による耐食性は向上する。加えて、物理的な衝撃にも強い高硬度な保護層であれば、プラズマに対する更に高い耐食性が期待される。
　そこで、本願発明者らは、保護層の膜硬度に着目した。膜硬度は、ナノインデンテーション法でナノインデンテーション硬さＨ＿ＩＴを測定し、ビッカース硬度（ＧＰａ）に換算した。例えば、実施例１，３，４に係るウエハ支持体は、ビッカース硬度が１０ＧＰａ以上であり、プラズマ暴露試験による腐食量の結果と合わせて、プラズマに対する更に高い耐食性が期待される。一方、比較例２に係るウエハ支持体のように、ビッカース硬度が小さい場合、梱包や装置への組み付け時に傷が入り、パーティクルの要因となり得る。
　（保護層を構成する材料の純度）
　ジョンソン・ラーベック（Ｊ－Ｒ）型の静電チャックでは、ウエハ支持体におけるセラミックスの体積抵抗率を１０９Ωｃｍ程度に制御する必要がある。成膜用（ＰＶＤ、ＣＶＤ）の静電チャックは、使用温度域が～５００℃と高いが、一般的な絶縁性セラミックスは、温度が上がると抵抗率が下がってくる。そのため、使用温度域毎に抵抗率を変えたセラミックスを使用する。
　抵抗率を変えるためには添加物を入れることが多く、例えば、炭化ケイ素、カーボン（Ｃ）、酸化チタン（ＴｉＯ２）などを数％～十数％程度窒化アルミニウムに混ぜることが行われている。しかしながら、これら添加物によって、プラズマに対する耐食性が弱くなったり、不均一にエッチング（腐食）されたりすることでパーティクルが発生する場合がある。
　そこで、本実施の形態に係るウエハ支持体は、基材で体積抵抗率を制御しつつ、その表面を覆う保護層の材料を高純度にすることで、保護層における添加物の影響を低減している。例えば、実施例１や実施例３に係るウエハ支持体のように、高純度の窒化アルミニウムを保護層として備えていてもよい。保護層は、９９．０％以上、より好ましくは９９．５％以上の窒化アルミニウムを含んでいるとよい。これにより、窒化アルミニウム本来のプラズマに対する耐食性が得られる。なお、高純度の窒化アルミニウムをスパッタリングで作製する場合、高純度のアルミニウム金属と高純度のＮ２ガスを用いて、かつ不純物コンタミの少ない真空雰囲気で成膜することで実現できる。
　（保護層の厚み）
　成膜用の静電チャック、特にＣＶＤ用のヒータ入り静電チャックでは、処理温度（ヒーター温度）が～５００℃と高い。このような高温の静電チャックに、例えば室温（２５℃）のウエハを搬送してくると、Δ４７５℃の熱衝撃がかかる。これに対して、窒化アルミニウムセラミックスの耐熱衝撃はΔ４００℃程度であるため、窒化アルミニウムが主成分の基材のみからなる静電チャックの場合、セラミックスの破損が懸念される。
　これに対して、本実施の形態に係るウエハ支持体のように、マシナブルセラミックスからなる基材を備える場合、耐熱衝撃性に優れている。加えて、基材表面を覆う保護層が窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、ＹＡＧのような耐熱衝撃性がマシナブルセラミックスほど高くない材料で構成されていたとしても、１～３０μｍ程度の薄膜であれば、耐熱衝撃性を損なうことがない。また、基材がマシナブルセラミックス製の静電チャックでは熱伝導率の異方性が得られるが、保護層が薄膜であれば基材で得られる異方性を損なうことがない。
　以上、本発明を上述の実施の形態や実施例を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや工程の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
　本発明は、静電チャックに利用できる。
　１０　ウエハ支持体、　１２　チャンバ、　１４　基材、　１４ａ　表面、　１６　保護層、　１６ａ　搭載面、　１８　導電部材、　２０　導電部材、　２２　ガス導入口、　２４　試料、　２６　マスク、　Ｗ　ウエハ。

Claims (8)

  1. 　マシナブルセラミックスからなる基材と、前記基材の表面を覆う保護層と、前記基材に少なくとも一部が内包された導電部材と、を備え、
    　前記保護層は、前記基材よりもプラズマによる腐食が少ない材料で構成されていることを特徴とするウエハ支持体。
  2. 　前記保護層は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ：Ｙ３Ｏ５Ａｌ１２）及びイットリウムアルミニウムモノクリニック（ＹＡＭ：Ｙ４Ａｌ２Ｏ９）からなる群より選択された少なくとも一つ以上の材料で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のウエハ支持体。
  3. 　前記保護層は、厚みが１～３０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１又は２に記載のウエハ支持体。
  4. 　前記保護層は、算術平均高さＳａが０．０７～０．２０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のウエハ支持体。
  5. 　前記保護層は、９９．０％以上の窒化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のウエハ支持体。
  6. 　前記マシナブルセラミックスは、窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素および炭化ケイ素からなる群より選択された窒化ホウ素を必須とする少なくとも二つ以上の材料からなる焼結体であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のウエハ支持体。
  7. 　前記マシナブルセラミックスは、
    　窒化ホウ素、酸化ジルコニウム、窒化ケイ素および炭化ケイ素のセラミックス成分の合計を１００質量％とした場合に、窒化ホウ素を１０～８０質量％含有し、窒化ケイ素を０～８０質量％含有し、酸化ジルコニウムを０～８０質量％含有し、炭化ケイ素を０～４０質量％含有し、
    　前記セラミックス成分の合計を１００質量％とした場合に、更に焼結助剤成分を３～２５質量％含有することを特徴とする請求項６に記載のウエハ支持体。
  8. 　前記導電部材は、モリブデン、タングステン、タンタルおよびそれらを含む合金からなる群から選択される金属材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のウエハ支持体。
PCT/JP2022/021407 2021-08-06 2022-05-25 ウエハ支持体 WO2023013211A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020237042116A KR20240006608A (ko) 2021-08-06 2022-05-25 웨이퍼 지지체
CN202280052655.6A CN117716485A (zh) 2021-08-06 2022-05-25 晶圆支承体
EP22852640.6A EP4361121A1 (en) 2021-08-06 2022-05-25 Wafer support

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-129691 2021-08-06
JP2021129691A JP2023023820A (ja) 2021-08-06 2021-08-06 ウエハ支持体

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/432,159 Continuation US20240177974A1 (en) 2021-08-06 2024-02-05 Wafer support

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023013211A1 true WO2023013211A1 (ja) 2023-02-09

Family

ID=85155680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/021407 WO2023013211A1 (ja) 2021-08-06 2022-05-25 ウエハ支持体

Country Status (6)

Country Link
EP (1) EP4361121A1 (ja)
JP (1) JP2023023820A (ja)
KR (1) KR20240006608A (ja)
CN (1) CN117716485A (ja)
TW (1) TWI814429B (ja)
WO (1) WO2023013211A1 (ja)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006045059A (ja) * 2005-09-05 2006-02-16 Ngk Insulators Ltd 窒化アルミニウム質焼結体、耐蝕性部材、金属埋設品および半導体保持装置
JP2019194495A (ja) * 2018-05-02 2019-11-07 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 基板支持アセンブリ用の多領域ガスケット
JP2020155571A (ja) 2019-03-20 2020-09-24 株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ ウエハ支持体およびウエハ支持体の製造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006045059A (ja) * 2005-09-05 2006-02-16 Ngk Insulators Ltd 窒化アルミニウム質焼結体、耐蝕性部材、金属埋設品および半導体保持装置
JP2019194495A (ja) * 2018-05-02 2019-11-07 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ 基板支持アセンブリ用の多領域ガスケット
JP2020155571A (ja) 2019-03-20 2020-09-24 株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ ウエハ支持体およびウエハ支持体の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN117716485A (zh) 2024-03-15
JP2023023820A (ja) 2023-02-16
TWI814429B (zh) 2023-09-01
EP4361121A1 (en) 2024-05-01
KR20240006608A (ko) 2024-01-15
TW202306930A (zh) 2023-02-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7292060B2 (ja) プラズマ環境にあるチャンバ構成要素のためのＹ２Ｏ３－ＺｒＯ２耐エロージョン性材料
CN111900084B (zh) 抗等离子体腐蚀的稀土氧化物基薄膜涂层
US6933254B2 (en) Plasma-resistant articles and production method thereof
EP1277850B1 (en) Sprayed film of yttria-alumina complex oxide
US20030051811A1 (en) Plasma resistant member
JP2008160097A (ja) 静電チャック、静電チャックの製造方法および基板処理装置
US9837296B2 (en) Electrostatic chuck apparatus
TW201030891A (en) Plasma resistant coatings for plasma chamber components
WO2010101051A1 (ja) スパッタリングターゲット及びその製造方法
TW201934521A (zh) 減小曝露於含鹵素電漿下之表面腐蝕速率的方法與設備
JPH11214365A (ja) 半導体素子製造装置用部材
CN115997269A (zh) 基于氧化钇的涂层和块体组成物
JP2002037683A (ja) 耐プラズマ性部材およびその製造方法
WO2023013211A1 (ja) ウエハ支持体
JP7197411B2 (ja) ウエハ支持体およびウエハ支持体の製造方法
WO2023223646A1 (ja) ウエハ支持体
US20240177974A1 (en) Wafer support
JP2023170164A (ja) ウエハ支持体
JP2001240482A (ja) 耐プラズマ部材、高周波透過部材およびプラズマ装置
JP3829935B2 (ja) 高耐電圧性部材
JP3784180B2 (ja) 耐食性部材
JP3500278B2 (ja) 半導体製造用耐食性部材
JP2004002101A (ja) 耐プラズマ性部材及びその製造方法
JP4623794B2 (ja) アルミナ質耐食部材及びプラズマ装置
KR100961279B1 (ko) 도포법을 이용한 플라즈마처리 용기 내부재의 제조방법과그 방법으로 제조된 내부재

Legal Events

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

Ref document number: 22852640

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20237042116

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1020237042116

Country of ref document: KR

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022852640

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280052655.6

Country of ref document: CN

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022852640

Country of ref document: EP

Effective date: 20240123

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE