WO2024166181A1 - サセプタ - Google Patents

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WO2024166181A1
WO2024166181A1 PCT/JP2023/003830 JP2023003830W WO2024166181A1 WO 2024166181 A1 WO2024166181 A1 WO 2024166181A1 JP 2023003830 W JP2023003830 W JP 2023003830W WO 2024166181 A1 WO2024166181 A1 WO 2024166181A1
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WO
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ceramic
gas supply
supply hole
susceptor
ceramic plate
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敬一 安井
怜音 高野谷
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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Definitions

  • the present invention relates to a susceptor for a film forming apparatus or an etching apparatus.
  • susceptors are used to support wafers.
  • a widely used susceptor is one that has a ceramic plate on which the wafer is placed and a cylindrical ceramic shaft attached to the ceramic plate.
  • Patent Document 1 discloses an electrostatic chuck heater that includes a disk-shaped ceramic base with an electrostatic electrode and a resistance heating element, a hollow shaft, a convex ring, and a through hole.
  • This electrostatic chuck heater is provided with a through hole that penetrates from the lower end of the peripheral wall of the hollow shaft to a predetermined position on the surface of the ceramic base, thereby making it possible to supply gas from the lower end of the hollow shaft to the space below the wafer surrounded by the ceramic base, the convex ring, and the wafer.
  • Supplying gas to the space below the wafer makes it difficult for components that will become a conductive film to enter the gap between the convex ring and the wafer, and makes it difficult for an undesirable conductive film to adhere to the upper surface of the convex ring.
  • Patent Document 2 JP 2020-072262 A discloses an electrostatic chuck that includes a ceramic dielectric substrate, a base plate that supports the ceramic dielectric substrate and has a gas introduction path, and a porous portion that is provided between the base plate and the ceramic dielectric substrate and faces the gas introduction path.
  • the gas supply hole 116 is configured as a through hole that reaches from the distal end 114a (the end that is assembled to the device) of the ceramic shaft 114 to the surface 112a of the ceramic plate 112.
  • the distal end 114a of the ceramic shaft 114 is assembled to a metal part 122 that constitutes the device, abnormal discharge may occur due to insufficient insulation distance between the metal part 122 and the ceramic plate surface 112a exposed to the plasma.
  • the inventors have now discovered that in a susceptor having gas supply holes penetrating the shaft and plate, embedding a porous plug in a specified position in the gas supply hole can suppress the occurrence of arcing in a high-power plasma environment.
  • the object of the present invention is therefore to provide a susceptor that has gas supply holes penetrating the shaft and plate, yet can suppress the occurrence of arcing in a high-power plasma environment.
  • a susceptor for a film forming apparatus or an etching apparatus a ceramic plate having a first surface on which a wafer is placed and a second surface opposite to the first surface, and having an internal electrode embedded therein; a cylindrical ceramic shaft attached to the second surface of the ceramic plate; a gas supply hole extending through the ceramic plate and the ceramic shaft from the first surface of the ceramic plate through the second surface of the ceramic plate to a distal end of the ceramic shaft remote from the ceramic plate; a porous plug embedded in at least a portion of the gas supply hole corresponding to the ceramic plate;
  • a susceptor comprising: [Aspect 2] 2.
  • the susceptor of claim 1 further comprising a cooling jacket secured to the distal end, the cooling jacket having through holes in communication with the gas supply holes.
  • a ceramic protective tube forming an inner wall of the gas supply hole in a region between the lower end and the distal end of the porous plug.
  • the protective tube is made of alumina.
  • the elastic member is a spring.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a susceptor according to the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic top view of the susceptor shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of a susceptor according to the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of a susceptor according to the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a conventional susceptor.
  • the susceptor according to the present invention is a platform for supporting a wafer, used in a film formation apparatus or an etching apparatus, particularly a film formation apparatus or an etching apparatus for a semiconductor manufacturing process.
  • the susceptor according to the present invention may be a ceramic heater for a semiconductor film formation apparatus, or an electrostatic chuck for a semiconductor etching apparatus.
  • it may be an electrostatic chuck heater that combines a heater function and an electrostatic chuck function.
  • film formation apparatus include CVD (chemical vapor deposition) apparatus (e.g., thermal CVD apparatus, plasma CVD apparatus, photo CVD apparatus, and MOCVD apparatus) and PVD (physical vapor deposition) apparatus.
  • FIGS. 1 and 2 show an example of a susceptor.
  • the susceptor 10 shown in FIGS. 1 and 2 comprises a ceramic plate 12, a cylindrical ceramic shaft 14, a gas supply hole 16, and a porous plug 18.
  • An internal electrode 13 is embedded in the ceramic plate 12.
  • the ceramic plate 12 has a first surface 12a on which a wafer (not shown) is placed and a second surface 12b opposite the first surface 12a, and a ceramic shaft 14 is attached to the second surface 12b.
  • the gas supply hole 16 is configured to penetrate the ceramic plate 12 and the ceramic shaft 14 so as to extend from the first surface 12a of the ceramic plate 12 through the second surface 12b to the distal end 14a of the ceramic shaft 14 away from the ceramic plate 12.
  • a porous plug 18 is embedded in at least the portion of the gas supply hole 16 that corresponds to the ceramic plate 12. In this way, in a susceptor 10 having gas supply holes 16 penetrating the ceramic shaft 14 and the ceramic plate 12, by embedding a porous plug 18 in a predetermined position of the gas supply hole 16, it is possible to suppress the occurrence of arcing in a high-power plasma environment.
  • the insulation distance from the ceramic plate surface 112a to the distal end 114a of the ceramic shaft 114 is insufficient, and there is a concern that arcing may occur. That is, since the distal end 114a of the ceramic shaft 114 is attached to a metal part 122 constituting the device, abnormal discharge may occur due to an insufficient insulation distance between the metal part 122 and the ceramic plate surface 112a exposed to the plasma.
  • the occurrence of arcing can be suppressed by embedding a porous plug 18 in at least the part of the gas supply hole 16 corresponding to the ceramic plate 12.
  • the porous plug 18 closes the gas supply hole 16 in a breathable manner, and the length of the gas passage path can be extremely long. That is, the porous plug 18 has an open pore structure because it has porosity that allows air to pass through, but the length of the gas passage path provided by the open pore structure is naturally much longer than the length of the gas supply hole 16. Moreover, since the porous plug 18 is generally made of an insulating material such as ceramic, it has excellent insulation resistance and therefore can be said to have excellent arcing suppression effects. Therefore, it is possible to prevent arcing (abnormal discharge) that may occur due to insufficient insulation distance between the distal end 14a of the ceramic shaft 14 and the first surface 12a of the ceramic plate 12. In that sense, the length of the ceramic shaft 14 and the gas supply hole 16 themselves does not need to be changed from the existing ones, and therefore it can be said to be advantageous in that it can be used in existing film formation equipment and etching equipment without design changes.
  • the ceramic plate 12 can be of the same configuration as ceramic plates used in known ceramic susceptors.
  • the main portion of the ceramic plate 12 other than the internal electrode 13 i.e., the ceramic base
  • the preferred shape of the ceramic plate 12 is a disk.
  • the planar shape of the disk-shaped ceramic plate 12 does not have to be a perfect circle, and may be an incomplete circle with a portion missing, such as an orientation flat.
  • the size of the ceramic plate 12 can be determined appropriately according to the diameter of the wafer for which it is intended to be used, and is not particularly limited, but if it is a circle, the diameter is typically 150 to 450 mm, for example about 300 mm.
  • protrusions are provided on the first surface 12a of the ceramic plate 12.
  • the protrusions are intended to contact the rear surface of the wafer to support the wafer and to ensure a flow path for gas (e.g., heat transfer gas) supplied from the gas supply holes 16, and are preferably arranged at equal intervals from each other on the first surface 12a of the ceramic plate 12.
  • the shape of each protrusion is not particularly limited, but is preferably cylindrical.
  • the diameter of each protrusion is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 8 mm, more preferably 0.5 to 5 mm, even more preferably 0.5 to 4 mm, and particularly preferably 0.70 to 2.54 mm.
  • the protrusions are integrally formed with the ceramic plate 12 by embossing or the like. Therefore, like the ceramic plate 12, the protrusions are preferably made of aluminum nitride.
  • the height of the protrusions is not particularly limited, but is preferably 0.001 to 0.1 mm, more preferably 0.005 to 0.08 mm, even more preferably 0.01 to 0.05 mm, and particularly preferably 0.01 to 0.03 mm.
  • the distance between the central axes of adjacent protrusions is preferably 4 to 30 mm, more preferably 5 to 26 mm, even more preferably 7 to 26 mm, and particularly preferably 7 to 15 mm.
  • An internal electrode 13 is embedded in the ceramic plate 12.
  • Preferred examples of the internal electrode 13 include an ESC electrode, a heater electrode, and an RF electrode.
  • two types of internal electrodes 13a and 13b may be provided as shown in the illustrated example.
  • the internal electrode 13a provided in the region close to the first surface 12a may be an ESC electrode.
  • the ESC electrode is an abbreviation of electrostatic chuck (ESC) electrode, and is also called an electrostatic electrode.
  • the ESC electrode is preferably a circular thin-layer electrode having a diameter slightly smaller than that of the ceramic plate 12, and may be, for example, a mesh-like electrode formed by weaving thin metal wires into a net shape into a sheet shape.
  • the ESC electrode may be used as a plasma electrode. That is, by applying a high frequency to the ESC electrode, the ESC electrode can also be used as a plasma electrode, and film formation can also be performed by a plasma CVD process.
  • An ESC rod (not shown) is connected to the ESC electrode for power supply, and the ESC rod is connected to an external power source (not shown) through the internal space of the ceramic shaft 14.
  • the ESC electrode chucks a wafer placed on the first surface 12a.
  • the chucking force at this time is a Johnsen-Rahbek force because the volume resistivity of aluminum nitride that may constitute the main portion of the ceramic plate 12 is 1 ⁇ 10 8 to 1 ⁇ 10 13 ⁇ cm.
  • the internal electrode 13b provided in the region close to the second surface 12b may be a heater electrode.
  • the heater electrode is not particularly limited, but may be, for example, a conductive coil wired in a single stroke across the entire surface of the ceramic plate 12.
  • Heater rods (not shown) are connected to both ends of the heater electrode for power supply, and the heater rods are connected to a heater power supply (not shown) via the internal space of the ceramic shaft 14.
  • the heater electrode When power is supplied from the heater power supply, the heater electrode generates heat and heats the wafer placed on the first surface 12a.
  • the heater electrode is not limited to a coil, and may be, for example, a ribbon (a long, thin plate) or a mesh.
  • the ceramic shaft 14 is a cylindrical shaft attached to the second surface 12b of the ceramic plate 12, and may have the same configuration as ceramic shafts used in known ceramic susceptors.
  • the ceramic shaft 14 has an internal space for accommodating rods (not shown) such as an ESC rod or a heater rod.
  • the ceramic shaft 14 is preferably made of the same ceramic material as the ceramic plate 12. Therefore, the ceramic shaft 14 is preferably made of aluminum nitride.
  • the upper end surface of the ceramic shaft 14 is preferably joined to the second surface 12b of the ceramic plate 12 by solid-state bonding or diffusion bonding.
  • the outer diameter of the ceramic shaft 14 is not particularly limited, and is, for example, about 40 mm.
  • the inner diameter of the ceramic shaft 14 (diameter of the internal space) is also not particularly limited, and is, for example, about 36 mm.
  • the gas supply hole 16 is a through hole configured to penetrate the ceramic plate 12 and the ceramic shaft 14 so as to extend from the first surface 12a of the ceramic plate 12 through the second surface 12b to the distal end 14a of the ceramic shaft 14.
  • the presence of the gas supply hole 16 allows gas to be supplied to the first surface 12a of the ceramic plate 12.
  • a wafer is placed on the first surface 12a, and by supplying gas to the back surface of the wafer, heat generated in the ceramic plate 12 (particularly the heater electrode) can be efficiently transferred to the wafer. Therefore, the gas supplied to the gas supply hole 16 is preferably an inert gas with excellent heat conductivity, and He gas is particularly preferred.
  • the planar shape of the gas supply holes 16 may be any shape, such as circular or polygonal, but is preferably circular.
  • the number of gas supply holes 16 provided in the ceramic plate 12 is preferably 1 to 10, more preferably 2 to 6, and even more preferably 4. Within this range, gas can be supplied sufficiently while ensuring a large effective area in the ceramic plate 12.
  • the diameter of the gas supply holes 16 is not particularly limited, but is preferably 0.5 to 4.0 mm, more preferably 0.5 to 2.0 mm, and even more preferably 0.9 to 1.1 mm.
  • the porous plug 18 is embedded in at least the portion of the gas supply hole 16 that corresponds to the ceramic plate 12.
  • the porous plug 18 is not particularly limited as long as it is a member or part that includes a porous material having gas permeability, but such a porous material is preferably composed of an insulating material such as ceramic in order to effectively suppress the occurrence of arcing. For example, it is made of alumina.
  • a porous plug is attached to the tuyere refractory of the bottom wall of a molten metal container such as a ladle or tundish, and is known as a porous refractory having gas permeability for blowing gas into the molten metal, and such a commercially available porous plug can be used.
  • porous ceramic member called a porous plug or ceramic plug and used in the gas introduction path of a susceptor such as an electrostatic chuck can also be used as the porous plug 18.
  • the diameter of the porous plug 18 is not particularly limited as long as it can block the gas supply hole 16.
  • a porous plug 18 with a diameter that matches the diameter of the gas supply hole 16 may be selected, or the diameter of the gas supply hole 16 may be set to match the diameter of the porous plug 18 to be adopted.
  • the porous plug 18 is preferably made of high-purity ceramic (e.g., alumina) in order to ensure high pressure resistance.
  • the purity of the ceramic (e.g., alumina) constituting the porous plug 18 is preferably 70% or more, more preferably 80% or more, and even more preferably 85% or more.
  • the porosity of the porous plug 18 is not particularly limited, but is preferably 30 to 70%, more preferably 35 to 65%, and even more preferably 40 to 60%. Within these ranges, it is possible to obtain the desired discharge suppression effect while ensuring sufficient breathability.
  • the length of the porous plug 18 is not particularly limited. Since the porous plug 18 is embedded in at least the portion of the gas supply hole 16 that corresponds to the ceramic plate 12 (i.e., the portion that penetrates the ceramic plate 12), it is preferable that the length is equal to or greater than the thickness of the ceramic plate 12, but is not limited to this as long as it can suppress the occurrence of arcing. In any case, the presence of the porous plug 18 in at least the portion of the gas supply hole 16 that corresponds to the ceramic plate 12 has the advantage of improving the dielectric strength between the wafer and the internal electrode 13, such as an ESC or RF electrode that generates a strong electric field.
  • the internal electrode 13 such as an ESC or RF electrode that generates a strong electric field.
  • the susceptor 10 further includes a ceramic protective tube 20 that forms the inner wall of the gas supply hole 16 in the region between the lower end of the porous plug 18 and the distal end 14a.
  • the protective tube 20 is made of ceramic because of its excellent heat resistance and insulation, and is particularly preferably made of alumina.
  • the porous plug 18 may be embedded not only in the portion of the gas supply hole 16 that corresponds to the ceramic plate 12, but also in the portion of the gas supply hole 16 that corresponds to the ceramic shaft 14.
  • the porous plug 18 may be embedded over the entire length of the gas supply hole 16. In this case, the occurrence of arcing can be more reliably suppressed.
  • flow resistance due to the porous plug 18 exists over most or the entire length of the gas supply hole 16, but the effect of such a factor can be reduced by using a highly breathable porous plug 18.
  • the gas supply hole 16 may have a small diameter portion 16a in the ceramic plate 12 that is smaller than the diameter of the porous plug 18.
  • the small diameter portion 16a and the lower portion 16b of the gas supply hole 16 other than the small diameter portion form a step 16c, and it is preferable that the upper end of the porous plug 18 is restricted by the step 16c so as not to move above the step 16c.
  • the porous plug 18 can be stably held in a predetermined position.
  • the step 16c is preferably provided at an intermediate position between the first surface 12a and the second surface 12b in the ceramic plate 12. It is preferable that the small diameter portion 16a extends from the step 16c toward the first surface 12a or to the first surface 12a. This ensures sufficient strength to restrict the upper end of the porous plug 18.
  • the cooling jacket 22 is preferably fixed to the distal end 14a of the ceramic shaft 14.
  • the cooling jacket 22 can effectively cool the ceramic shaft 14 (particularly the lower portion thereof).
  • the cooling jacket 22 may have a through hole 22a communicating with the gas supply hole 16. This allows gas to be supplied to the gas supply hole 16 through the through hole 22a.
  • the cooling jacket 22 is not particularly limited as long as it is a metal member or part having a configuration capable of cooling the ceramic shaft 14. Since the cooling jacket 22 is made of metal, if there is no porous plug 18, abnormal discharge may occur due to insufficient insulation distance between the cooling jacket 22 and the first surface 12a of the ceramic plate 12 exposed to plasma. However, in the present invention, the occurrence of arcing can be suppressed in a high-power plasma environment by embedding the porous plug 18 at the above-mentioned position of the gas supply hole 16.
  • the susceptor 10 preferably further includes a clamp ring 24 that engages the distal end 14a of the ceramic shaft 14 and secures the ceramic shaft 14 to the cooling jacket 22.
  • the clamp ring 24 allows the ceramic shaft 14 to be removably and securely secured to the cooling jacket 22.
  • a gas-permeable elastic member 26 may be provided at the distal end of the gas supply hole 16.
  • the presence of the elastic member 26 can mitigate the effects of thermal expansion of the porous plug 18 and/or the protective tube 20, improving the durability of the susceptor 10. Furthermore, if the porous plug 18 and/or the protective tube 20 are displaced, a space may be created and a discharge may occur, but the elastic member 26 can reduce such a risk by suppressing the displacement of the porous plug 18 and/or the protective tube 20. Since the elastic member 26 is provided inside the gas supply hole 16, it is required to have gas permeability so as not to interfere with the function of the gas supply hole 16. In that sense, a preferred elastic member 26 is a spring.
  • the susceptor 10 when the susceptor 10 includes a cooling jacket 22, a protective tube 20, and an elastic member 26, it is preferable that the elastic member 26 is interposed between the cooling jacket 22 and the protective tube 20.
  • the length of the elastic member 26 is restricted between the cooling jacket 22 and the protective tube 20, so that the thermal expansion of the porous plug 18 and/or the protective tube 20 can be absorbed by the compression of the elastic member 26 within that section, and as a result, loosening of the fixation between the ceramic shaft 14 and the cooling jacket 22 (particularly the fixation by the clamp ring 24) can be avoided.
  • the susceptor 10 further includes a cooling jacket 22 and an elastic member 26, and the porous plug 18 is embedded not only in the portion of the gas supply hole 16 that corresponds to the ceramic plate 12, but also in the portion of the gas supply hole 16 that corresponds to the ceramic shaft 14, it is preferable that the elastic member 26 is interposed between the cooling jacket 22 and the porous plug 18.
  • the length of the elastic member 26 is restricted between the cooling jacket 22 and the porous plug 18, so that the thermal expansion of the porous plug 18 can be absorbed by the compression of the elastic member 26 within that section, and as a result, loosening of the fixation between the ceramic shaft 14 and the cooling jacket 22 (particularly the fixation by the clamp ring 24) can be avoided.

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Abstract

シャフト及びプレートを貫通するガス供給穴を有しながらも、高出力のプラズマ環境下においてアーキングの発生を抑制可能なサセプタが提供される。このサセプタは、成膜装置又はエッチング装置用のサセプタであって、ウェハが載置されるための第一面と、第一面と対向する第二面とを有し、かつ、内部電極が埋設されたセラミックプレートと、セラミックプレートの第二面に取り付けられた円筒状のセラミックシャフトと、セラミックプレートの第一面から第二面を経てセラミックシャフトのセラミックプレートから離れた遠位端に至るようにセラミックプレート及びセラミックシャフトを貫通するガス供給穴と、ガス供給穴の少なくともセラミックプレートに対応する部分に埋め込まれたポーラスプラグとを備えたものである。

Description

サセプタ
　本発明は、成膜装置又はエッチング装置用のサセプタに関するものである。
　半導体製造プロセス用の成膜装置やエッチング装置において、ウェハを支持するためにサセプタが用いられている。そのようなサセプタとして、ウェハが載置されるためのセラミックプレートと、このセラミックプレートに取り付けられた円筒状のセラミックシャフトとを備えたものが広く用いられている。
　セラミックシャフトを有するサセプタにおいて、セラミックプレートの表面にガスを供給するためのガス供給穴を備えたものが知られている。例えば、特許文献１（ＷＯ２０１９／１８７７８５）には、静電電極及び抵抗発熱体を備えた円板状のセラミック基体と、中空シャフトと、 凸状リングと、貫通穴とを備えた静電チャックヒータが開示されている。この静電チャックヒータは、中空シャフトの周壁の下端からセラミック基体の表面の所定位置まで貫通するように貫通穴が設けられており、それによりセラミック基体、凸状リング及びウェハで囲まれるウェハ下方空間に中空シャフトの下端からガスが供給可能とされている。ウェハ下方空間にガスが供給されることで、凸状リングとウェハとの隙間に導電膜になる成分が入り込みにくくなり、凸状リングの上面に望ましくない導電膜が付着しにくくなる。
　ところで、静電チャックにおいて、ガス導入路でのアーク放電防止のために多孔質部を設ける手法が知られている。例えば、特許文献２（特開２０２０－０７２２６２号公報）には、セラミック誘電体基板と、セラミック誘電体基板を支持し且つガス導入路を有するベースプレートと、ベースプレートとセラミック誘電体基板の間であってガス導入路と対向する位置に設けられる多孔質部とを備えた静電チャックが開示されている。
ＷＯ２０１９／１８７７８５ 特開２０２０－０７２２６２号公報
　特許文献１に開示されるようなガス供給穴を有する従来のサセプタにおいては、図５に示されるように、ガス供給穴１１６がセラミックシャフト１１４の遠位端１１４ａ（装置に組み付けられる端部）からセラミックプレート１１２の表面１１２ａまで到達する貫通穴として構成されている。しかしながら、高出力のプラズマ環境下では、セラミックプレート表面１１２ａからセラミックシャフト１１４の遠位端１１４ａまでの絶縁距離が足りず、アーキングが発生する懸念がある。すなわち、セラミックシャフト１１４の遠位端１１４ａは装置を構成する金属部品１２２に組み付けられるため、その金属部品１２２とプラズマにさらされるセラミックプレート表面１１２ａとの間の不十分な絶縁距離に起因して異常放電が生じうる。
　本発明者らは、今般、シャフト及びプレートを貫通するガス供給穴を有するサセプタにおいて、ガス供給穴の所定位置にポーラスプラグを埋め込むことで、高出力のプラズマ環境下においてアーキングの発生を抑制できることを見出した。
　したがって、本発明の目的は、シャフト及びプレートを貫通するガス供給穴を有しながらも、高出力のプラズマ環境下においてアーキングの発生を抑制可能なサセプタを提供することにある。
　本発明によれば、以下の態様が提供される。
［態様１］
　成膜装置又はエッチング装置用のサセプタであって、
　ウェハが載置されるための第一面と、前記第一面と対向する第二面とを有し、かつ、内部電極が埋設されたセラミックプレートと、
　前記セラミックプレートの前記第二面に取り付けられた円筒状のセラミックシャフトと、
　前記セラミックプレートの前記第一面から前記第二面を経て前記セラミックシャフトの前記セラミックプレートから離れた遠位端に至るように前記セラミックプレート及び前記セラミックシャフトを貫通するガス供給穴と、
　前記ガス供給穴の少なくとも前記セラミックプレートに対応する部分に埋め込まれたポーラスプラグと、
を備えた、サセプタ。
［態様２］
　前記遠位端に固定された冷却ジャケットをさらに備え、前記冷却ジャケットが前記ガス供給穴と連通する貫通穴を有する、態様１に記載のサセプタ。
［態様３］
　前記ポーラスプラグの下端と前記遠位端との間の領域において前記ガス供給穴の内壁を成すセラミック製の保護管をさらに備えた、態様１又は２に記載のサセプタ。
［態様４］
　前記保護管がアルミナ製である、態様３に記載のサセプタ。
［態様５］
　前記ガス供給穴が、前記セラミックプレート内において、前記ポーラスプラグの直径よりも小さい小径部を有し、前記小径部と前記ガス供給穴の前記小径部以外の下方部分とが段差を成しており、前記ポーラスプラグの上端が前記段差によって前記段差よりも上に移動しないように規制されている、態様１～４のいずれか一つに記載のサセプタ。
［態様６］
　前記ガス供給穴における前記遠位端に設けられる、ガス透過性を有する弾性部材をさらに備えた、態様１～５のいずれか一つに記載のサセプタ。
［態様７］
　前記サセプタが、前記ガス供給穴における前記遠位端に設けられる、ガス透過性を有する弾性部材と、前記ポーラスプラグの下端と前記遠位端との間の領域において前記ガス供給穴の内壁を成すセラミック製の保護管をさらに備え、前記冷却ジャケットと前記保護管との間に前記弾性部材が介在する、態様２～６のいずれか一つに記載のサセプタ。
［態様８］
　前記ポーラスプラグが、前記ガス供給穴の前記セラミックシャフトに対応する部分にも埋め込まれている、態様１～７のいずれか一つに記載のサセプタ。
［態様９］
　前記サセプタが、前記ガス供給穴における前記遠位端に設けられる、ガス透過性を有する弾性部材をさらに備え、前記ポーラスプラグが、前記ガス供給穴の前記セラミックシャフトに対応する部分にも埋め込まれており、前記冷却ジャケットと前記ポーラスプラグとの間に前記弾性部材が介在する、態様２～８のいずれか一つに記載のサセプタ。
［態様１０］
　前記弾性部材が、ばねである、態様６～９のいずれか一項に記載のサセプタ。
［態様１１］
　前記セラミックシャフトの前記遠位端に係合し、前記セラミックシャフトを前記冷却ジャケットに固定するクランプリングをさらに備えた、態様２～１０のいずれか一つに記載のサセプタ。
本発明によるサセプタの一例を示す模式断面図である。 図１に示されるサセプタの模式上面図である。 本発明によるサセプタの他の一例を示す模式断面図である。 本発明によるサセプタの他の一例を示す模式断面図である。 従来のサセプタの一例を示す模式断面図である。
　本発明によるサセプタは、成膜装置又はエッチング装置、特に半導体製造プロセス用の成膜装置又はエッチング装置に用いられる、ウェハを支持するための台である。例えば、本発明によるサセプタは、半導体成膜装置用のセラミックヒータであってもよいし、半導体エッチング装置用の静電チャックであってもよい。あるいは、ヒータ機能と静電チャック機能を兼ね備えた静電チャックヒータであってもよい。成膜装置の典型的な例としては、ＣＶＤ（化学気相成長）装置（例えば、熱ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置、光ＣＶＤ装置、及びＭＯＣＶＤ装置）並びにＰＶＤ（物理気相成長）装置が挙げられる。
　図１及び２にサセプタの一例を示す。図１及び２に示されるサセプタ１０は、セラミックプレート１２と、円筒状のセラミックシャフト１４と、ガス供給穴１６と、ポーラスプラグ１８とを備える。セラミックプレート１２には内部電極１３が埋設されている。セラミックプレート１２は、ウェハ（図示せず）が載置されるための第一面１２ａと、第一面１２ａと対向する第二面１２ｂとを有しており、第二面１２ｂにはセラミックシャフト１４が取り付けられている。ガス供給穴１６は、セラミックプレート１２の第一面１２ａから第二面１２ｂを経てセラミックシャフト１４のセラミックプレート１２から離れた遠位端１４ａに至るようにセラミックプレート１２及びセラミックシャフト１４を貫通するように構成される。そして、ガス供給穴１６の少なくともセラミックプレート１２に対応する部分には、ポーラスプラグ１８が埋め込まれる。このように、セラミックシャフト１４及びセラミックプレート１２を貫通するガス供給穴１６を有するサセプタ１０において、ガス供給穴１６の所定位置にポーラスプラグ１８を埋め込むことで、高出力のプラズマ環境下においてアーキングの発生を抑制することができる。
　前述のとおり、図５に示されるようなガス供給穴１１６を貫通穴として備える従来のサセプタ１１０においては、高出力のプラズマ環境下では、セラミックプレート表面１１２ａからセラミックシャフト１１４の遠位端１１４ａまでの絶縁距離が足りず、アーキングが発生する懸念がある。すなわち、セラミックシャフト１１４の遠位端１１４ａは装置を構成する金属部品１２２に組み付けられるため、その金属部品１２２とプラズマにさらされるセラミックプレート表面１１２ａとの間の不十分な絶縁距離に起因して異常放電が生じうる。この点、本発明によれば、ガス供給穴１６の少なくともセラミックプレート１２に対応する部分にポーラスプラグ１８が埋め込まれることで、アーキングの発生を抑制することができる。これは、ポーラスプラグ１８がガス供給穴１６を通気可能に塞ぐことで、ガス通過経路の長さを極めて長くできるためである。すなわち、ポーラスプラグ１８は通気可能な多孔性を備えるため、開気孔構造を有するものであるが、その開気孔構造によってもたらされるガス通過経路の長さは当然のことながらガス供給穴１６の長さよりもはるかに長くなる。しかも、ポーラスプラグ１８は、一般的にセラミック等の絶縁材料で構成されるため、絶縁耐性に優れており、それ故アーキング抑制効果に優れるともいえる。したがって、セラミックシャフト１４の遠位端１４ａとセラミックプレート１２の第一面１２ａとの間の不十分な絶縁距離に起因して発生しうるアーキング（異常放電）を起こらなくすることができる。その意味で、セラミックシャフト１４及びガス供給穴１６の長さ自体は既存のものから変更する必要が無く、それ故、既存の成膜装置やエッチング装置で設計変更を伴うことなく使用できる点でも有利ともいえる。
　セラミックプレート１２は、公知のセラミックサセプタで採用されるセラミックプレートと同様の構成でありうる。セラミックプレート１２の内部電極１３以外の主要部分（すなわちセラミック基体）は、優れた熱伝導性、高い電気絶縁性、及びシリコンに近い熱膨張特性等の観点から、窒化アルミニウムで構成されるのが好ましい。
　セラミックプレート１２の好ましい形状は円板状である。もっとも、円板状のセラミックプレート１２の平面視形状は、完全な円形である必要はなく、例えば、オリフラ（ｏｌｉｅｎｔａｔｉｏｎ　ｆｌａｔ）のように一部を欠いた不完全な円形であってもよい。セラミックプレート１２のサイズは、使用が想定されるウェハの直径に応じて適宜決定すればよく特に限定されないが、円形の場合、直径は典型的には１５０～４５０ｍｍであり、例えば３００ｍｍ程度である。
　セラミックプレート１２の第一面１２ａには突起（図示せず）が設けられるのが好ましい。突起は、ウェハの裏面に接触してウェハを支持し、かつ、ガス供給穴１６から供給されるガス（例えば伝熱ガス）の流路を確保するためのものであり、セラミックプレート１２の第一面１２ａに互いに等間隔に配置されるのが好ましい。個々の突起の形状は、特に限定されないが、円柱状であるのが好ましい。個々の突起の直径は特に限定されないが、好ましくは０．１～８ｍｍ、より好ましくは０．５～５ｍｍ、さらに好ましくは０．５～４ｍｍ、特に好ましくは０．７０～２．５４ｍｍである。突起は、セラミックプレート１２とエンボス加工等により一体成形されているのが好ましい。したがって、突起も、セラミックプレート１２と同様、窒化アルミニウムで構成されるのが好ましい。突起の高さは、特に限定されないが、０．００１～０．１ｍｍであるのが好ましく、より好ましくは０．００５～０．０８ｍｍ、さらに好ましくは０．０１～０．０５ｍｍ、特に好ましくは０．０１～０．０３ｍｍである。隣り合う突起の中心軸同士の距離は、４～３０ｍｍであるのが好ましく、より好ましくは５～２６ｍｍ、さらに好ましくは７～２６ｍｍ、特に好ましくは７～１５ｍｍである。
　セラミックプレート１２には、内部電極１３が埋設されている。内部電極１３の好ましい例としては、ＥＳＣ電極、ヒータ電極、ＲＦ電極が挙げられる。例えば、図示例のように２種類の内部電極１３ａ及び１３ｂを設けてもよい。
　第一面１２ａに近い領域に設けられる内部電極１３ａはＥＳＣ電極でありうる。ＥＳＣ電極は、静電チャック（ＥＳＣ）電極の略称であり、静電電極とも称される。ＥＳＣ電極は、セラミックプレート１２よりもやや小径の円形の薄層電極であるのが好ましく、例えば、細い金属線を網状に編み込んでシート状にしたメッシュ状の電極でありうる。ＥＳＣ電極はプラズマ電極として利用してもよい。すなわち、ＥＳＣ電極に高周波を印加することにより、ＥＳＣ電極をプラズマ電極としても使用することができ、プラズマＣＶＤプロセスによる成膜を行うこともできる。ＥＳＣ電極には、給電のためＥＳＣロッド（図示せず）が接続されており、ＥＳＣロッドはセラミックシャフト１４の内部空間を経て外部電源（図示せず）に接続されている。ＥＳＣ電極は、外部電源によって電圧が印加されると第一面１２ａに載置されたウェハをチャッキングする。このときのチャッキング力は、セラミックプレート１２の主要部分を構成しうる窒化アルミニウムの体積抵抗率が１×１０８～１×１０１３Ωｃｍであるためジョンソン・ラーベック力である。
　第二面１２ｂに近い領域に設けられる内部電極１３ｂはヒータ電極でありうる。ヒータ電極は、特に限定されないが、例えば導電性のコイルをセラミックプレート１２の全面にわたって一筆書きの要領で配線したものでありうる。ヒータ電極の両端には、給電のためヒータロッド（図示せず）が接続されており、ヒータロッドはセラミックシャフト１４の内部空間を経てヒータ電源（図示せず）に接続されている。ヒータ電極は、ヒータ電源から電力が供給されると発熱して第一面１２ａに載置されたウェハを加熱する。ヒータ電極は、コイルに限定されるものではなく、例えばリボン（細長い薄板）であってもよいし、メッシュであってもよい。
　セラミックシャフト１４は、セラミックプレート１２の第二面１２ｂに取り付けられる円筒状のシャフトであり、公知のセラミックサセプタで採用されるセラミックシャフトと同様の構成でありうる。セラミックシャフト１４は、ＥＳＣロッド、ヒータロッド等のロッド（図示せず）を収容するための内部空間を備える。セラミックシャフト１４は、セラミックプレート１２と同様のセラミック材料で構成されるのが好ましい。したがって、セラミックシャフト１４は窒化アルミニウムで構成されるのが好ましい。セラミックシャフト１４の上端面は、セラミックプレート１２の第二面１２ｂに固相接合又は拡散接合により接合されているのが好ましい。セラミックシャフト１４の外径は、特に限定されず、例えば４０ｍｍ程度である。セラミックシャフト１４の内径（内部空間の径）も、特に限定されず、例えば３６ｍｍ程度である。
　ガス供給穴１６は、セラミックプレート１２の第一面１２ａから第二面１２ｂを経てセラミックシャフト１４の遠位端１４ａに至るようにセラミックプレート１２及びセラミックシャフト１４を貫通するように構成される貫通穴である。ガス供給穴１６があることで、セラミックプレート１２の第一面１２ａにガスを供給することができる。この構成によれば、第一面１２ａにはウェハが載置されることになるため、ウェハの裏面にガスを供給することで、セラミックプレート１２（特にヒータ電極）で発生する熱を効率良くウェハに伝えることができる。したがって、ガス供給穴１６に供給されるガスは、伝熱性に優れる不活性ガスが好ましく、特に好ましくはＨｅガスである。
　ガス供給穴１６の平面視形状は、円形や多角形など任意の形状であってよいが、好ましくは円形である。セラミックプレート１２に設けられるガス供給穴１６の数は、好ましくは１～１０個であり、より好ましくは２～６個、さらに好ましくは４個である。この範囲内であると、セラミックプレート１２における有効面積を多く確保しながら、ガスの供給を十分に行うことができる。ガス供給穴１６の直径は、特に限定されないが、好ましくは０．５～４．０ｍｍ、より好ましくは０．５～２．０ｍｍ、さらに好ましくは０．９～１．１ｍｍである。
　ポーラスプラグ１８は、ガス供給穴１６の少なくともセラミックプレート１２に対応する部分に埋め込まれる。ポーラスプラグ１８は、通気性を有する多孔質材料を含む部材ないし部品であれば特に限定されないが、そのような多孔質材料はアーキングの発生を効果的に抑制する観点からセラミック等の絶縁材料で構成されるのが好ましく。例えばアルミナ製である。一般的に、ポーラスプラグは、取鍋、タンディッシュ等の溶融金属容器の底壁の羽口耐火物に装着され、溶融金属にガスを吹き込むための通気性を有する多孔質耐火物として知られており、そのような市販のポーラスプラグを用いることができる。また、多孔質プラグ又はセラミックプラグと称されて静電チャック等のサセプタのガス導入路に使用されている多孔質セラミック部材もポーラスプラグ１８として使用できる。ポーラスプラグ１８の直径は、ガス供給穴１６を塞ぐことができるかぎり、特に限定されない。すなわち、ガス供給穴１６の直径に適合する直径のポーラスプラグ１８を選択してもよいし、採用するポーラスプラグ１８の直径に適合するようにガス供給穴１６の直径を設定してもよい。ポーラスプラグ１８は、高純度のセラミック（例えばアルミナ）で構成されているのが高い耐圧を確保できる点で好ましい。具体的には、ポーラスプラグ１８を構成するセラミック（例えばアルミナ）の純度は、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上、さらに好ましくは８５％以上である。ポーラスプラグ１８の純度は高ければ高いほど望ましいため、その上限は特に限定されない。ポーラスプラグ１８の気孔率は特に限定されないが、好ましくは３０～７０％、より好ましくは３５～６５％、さらに好ましくは４０～６０％である。これらの範囲内であると通気性を十分に確保しながら、望ましい放電抑制効果を得ることができる。
　ポーラスプラグ１８の長さも特に限定されない。ポーラスプラグ１８は、ガス供給穴１６の少なくともセラミックプレート１２に対応する部分（すなわちセラミックプレート１２を貫通する部分）に埋め込まれるものであるため、セラミックプレート１２の厚さ以上であることが好ましいが、アーキングの発生を抑制できるのであればこれに限定されない。いずれにしても、ポーラスプラグ１８がガス供給穴１６の少なくともセラミックプレート１２に対応する部分に存在することで、強い電場が発生するＥＳＣ又はＲＦ電極等の内部電極１３とウェハとの間の絶縁耐圧を向上させる利点がある。
　このように、ガス供給穴１６の上部にポーラスプラグ１８が配置されていれば足り、それ故、ガス供給穴１６には、ポーラスプラグ１８が存在しない部分があってよい。ポーラスプラグ１８が存在しない部分があることで、その部分にはポーラスプラグ１８による流れ抵抗が無いため、ガス供給穴１６にガスをよりスムーズに流すことができる。この場合、サセプタ１０は、ポーラスプラグ１８の下端と遠位端１４ａとの間の領域においてガス供給穴１６の内壁を成すセラミック製の保護管２０をさらに備えるのが好ましい。このようにガス供給穴１６が保護管２０で保護されることで、アーキングを抑えつつ流路を確保することができる。また、保護管２０の上端でポーラスプラグ１８の下端を支持できるため、ガス供給穴１６の上部にポーラスプラグ１８を確実に保持するできるとの利点もある。保護管２０は、耐熱性や絶縁性に優れる点でセラミック製であり、特に好ましくはアルミナ製である。
　もっとも、図３に示されるように（ガス供給穴１６のセラミックプレート１２に対応する部分のみならず）ガス供給穴１６のセラミックシャフト１４に対応する部分にもポーラスプラグ１８が埋め込まれていてもよい。例えば、ガス供給穴１６の全長にわたってポーラスプラグ１８が埋め込まれていてもよい。この場合、アーキングの発生をより確実に抑制することができる。この態様においては、ガス供給穴１６の大部分ないし全長にわたってポーラスプラグ１８による流れ抵抗が存在することになるが、通気性の高いポーラスプラグ１８を用いることでそのような要因による影響を低減することができる。
　また、図４に示されるように、ガス供給穴１６が、セラミックプレート１２内において、ポーラスプラグ１８の直径よりも小さい小径部１６ａを有していてもよい。この場合、小径部１６ａとガス供給穴１６の小径部以外の下方部分１６ｂとが段差１６ｃを成しており、ポーラスプラグ１８の上端が段差１６ｃによって段差１６ｃよりも上に移動しないように規制されるのが好ましい。かかる構成によれば、保護管２０、弾性部材２６等の部材の挿入によってポーラスプラグ１８がセラミックシャフト１４の下部から押し付けられた際に、ポーラスプラグ１８が段差１６ｃに引っ掛かることで、所定の位置からずれるのを防止できる。すなわち、ポーラスプラグ１８を所定の位置に安定的に保持することができる。段差１６ｃはセラミックプレート１２内において第一面１２ａと第二面１２ｂとの中間位置に設けられるのが好ましい。小径部１６ａは段差１６ｃから第一面１２ａに向かって又は第一面１２ａまで延在しているのが好ましい。こうすることでポーラスプラグ１８の上端を規制するのに十分な強度を確保することができる。
　冷却ジャケット２２が、セラミックシャフト１４の遠位端１４ａに固定されているのが好ましい。冷却ジャケット２２の存在により、セラミックシャフト１４（特にその下方部分）を効果的に冷却することができる。この場合、冷却ジャケット２２がガス供給穴１６と連通する貫通穴２２ａを有するようにすればよい。こうすることで、貫通穴２２ａを介してガス供給穴１６にガスを供給可能となる。冷却ジャケット２２はセラミックシャフト１４を冷却可能な構成を有する金属製の部材ないし部品であれば特に限定されない。冷却ジャケット２２は金属製であるため、ポーラスプラグ１８が無ければ、冷却ジャケット２２とプラズマにさらされるセラミックプレート１２の第一面１２ａとの間の不十分な絶縁距離に起因して異常放電が生じうる。しかしながら、本発明ではガス供給穴１６の上述した位置にポーラスプラグ１８を埋め込むことで、高出力のプラズマ環境下においてアーキングの発生を抑制できる。
　サセプタ１０は、セラミックシャフト１４の遠位端１４ａに係合し、かつ、セラミックシャフト１４を冷却ジャケット２２に固定するクランプリング２４をさらに備えるのが好ましい。クランプリング２４によりセラミックシャフト１４を冷却ジャケット２２に着脱可能かつ確実に固定することができる。
　ガス透過性を有する弾性部材２６が、ガス供給穴１６における遠位端に設けられてもよい。弾性部材２６があることで、ポーラスプラグ１８及び／又は保護管２０の熱膨張の影響を緩和することができ、サセプタ１０の耐久性を向上することができる。また、ポーラスプラグ１８及び／又は保護管２０が位置ずれを起こすと空間ができてしまい放電が発生するおそれがあるが、弾性部材２６によってポーラスプラグ１８及び／又は保護管２０の位置ずれを抑制することでそのようなリスクを低減することができる。弾性部材２６は、ガス供給穴１６内に設けられるため、ガス供給穴１６の機能を妨げないようにガス透過性を有することが要求される。その意味で、好ましい弾性部材２６は、ばねである。
　例えば、図１に示されるように、サセプタ１０が、冷却ジャケット２２、保護管２０及び弾性部材２６を備える場合、冷却ジャケット２２と保護管２０との間に弾性部材２６が介在するのが好ましい。この構成では弾性部材２６の長さが冷却ジャケット２２と保護管２０の間で規制されるため、ポーラスプラグ１８及び／又は保護管２０の熱膨張をその区間内における弾性部材２６の圧縮で吸収することができ、その結果、セラミックシャフト１４と冷却ジャケット２２との固定（特にクランプリング２４による固定）の緩みを回避することができる。
　また、図３に示されるように、サセプタ１０が、冷却ジャケット２２及び弾性部材２６をさらに備え、かつ、ポーラスプラグ１８が（ガス供給穴１６のセラミックプレート１２に対応する部分のみならず）ガス供給穴１６のセラミックシャフト１４に対応する部分にも埋め込まれている場合、冷却ジャケット２２とポーラスプラグ１８との間に弾性部材２６が介在するのが好ましい。この構成では弾性部材２６の長さが冷却ジャケット２２とポーラスプラグ１８の間で規制されるため、ポーラスプラグ１８の熱膨張をその区間内における弾性部材２６の圧縮で吸収することができ、その結果、セラミックシャフト１４と冷却ジャケット２２との固定（特にクランプリング２４による固定）の緩みを回避することができる。

Claims (11)

  1. 　成膜装置又はエッチング装置用のサセプタであって、
    　ウェハが載置されるための第一面と、前記第一面と対向する第二面とを有し、かつ、内部電極が埋設されたセラミックプレートと、
    　前記セラミックプレートの前記第二面に取り付けられた円筒状のセラミックシャフトと、
    　前記セラミックプレートの前記第一面から前記第二面を経て前記セラミックシャフトの前記セラミックプレートから離れた遠位端に至るように前記セラミックプレート及び前記セラミックシャフトを貫通するガス供給穴と、
    　前記ガス供給穴の少なくとも前記セラミックプレートに対応する部分に埋め込まれたポーラスプラグと、
    を備えた、サセプタ。
  2. 　前記遠位端に固定された冷却ジャケットをさらに備え、前記冷却ジャケットが前記ガス供給穴と連通する貫通穴を有する、請求項１に記載のサセプタ。
  3. 　前記ポーラスプラグの下端と前記遠位端との間の領域において前記ガス供給穴の内壁を成すセラミック製の保護管をさらに備えた、請求項１に記載のサセプタ。
  4. 　前記保護管がアルミナ製である、請求項３に記載のサセプタ。
  5. 　前記ガス供給穴が、前記セラミックプレート内において、前記ポーラスプラグの直径よりも小さい小径部を有し、前記小径部と前記ガス供給穴の前記小径部以外の下方部分とが段差を成しており、前記ポーラスプラグの上端が前記段差によって前記段差よりも上に移動しないように規制されている、請求項１に記載のサセプタ。
  6. 　前記ガス供給穴における前記遠位端に設けられる、ガス透過性を有する弾性部材をさらに備えた、請求項１に記載のサセプタ。
  7. 　前記サセプタが、前記ガス供給穴における前記遠位端に設けられる、ガス透過性を有する弾性部材と、前記ポーラスプラグの下端と前記遠位端との間の領域において前記ガス供給穴の内壁を成すセラミック製の保護管とをさらに備え、前記冷却ジャケットと前記保護管との間に前記弾性部材が介在する、請求項２に記載のサセプタ。
  8. 　前記ポーラスプラグが、前記ガス供給穴の前記セラミックシャフトに対応する部分にも埋め込まれている、請求項１に記載のサセプタ。
  9. 　前記サセプタが、前記ガス供給穴における前記遠位端に設けられる、ガス透過性を有する弾性部材をさらに備え、前記ポーラスプラグが、前記ガス供給穴の前記セラミックシャフトに対応する部分にも埋め込まれており、前記冷却ジャケットと前記ポーラスプラグとの間に前記弾性部材が介在する、請求項２に記載のサセプタ。
  10. 　前記弾性部材が、ばねである、請求項６、７及び９のいずれか一項に記載のサセプタ。
  11. 　前記セラミックシャフトの前記遠位端に係合し、前記セラミックシャフトを前記冷却ジャケットに固定するクランプリングをさらに備えた、請求項２に記載のサセプタ。
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