(57)【要約】【課題】  異常過熱やパーティクルの発生のない信頼性の高い高周波電極回路を有するウエハ保持体及びそれを搭載した半導体製造装置を提供する。【解決手段】  チャンバー内に設置され、高周波電極回路５が埋設されたウエハ保持部１と、ウエハ保持部１をそのウエハ載置面１ａの反対側の面１ｂから支持する支持部材２と、支持部材２に関してウエハ保持部１の反対側に設けられたアース部品３と、支持部材２の内部に挿通され、高周波電極回路５とアース部品３とを電気的に接続する導電性接続部品７とを有するウエハ保持体１０であって、導電性接続部品７は鉛直方向に変形能を有し、かつ、導電性接続部品７の主たる電流パスを担う接続部分が面接触で固着している。【選択図】    図１
2010232532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバー内に設置され、高周波電極回路が埋設されたウエハ保持部と、該ウエハ保持部をそのウエハ載置面の反対側の面から支持する支持部材と、該支持部材に関してウエハ保持部の反対側に設けられたアース部品と、該支持部材の内部に挿通され、該高周波電極回路と該アース部品とを電気的に接続する導電性接続部品とを有するウエハ保持体であって、該導電性接続部品は鉛直方向に変形能を有し、かつ、導電性接続部品の主たる電流パスを担う接続部分が面接触で固着していることを特徴とするウエハ保持体。
【請求項２】
前記導電性接続部品は、前記高周波電極回路に接続する鉛直方向下向きに延在する金属製の剛性部材と、該剛性部材に接続する可とう性部材とを有することを特徴とする、請求項１に記載のウエハ保持体。
【請求項３】
前記可とう性部材は、鉛直方向下向きに延在するらせん状部材若しくは板バネ状部材、又は水平方向に延在する平板状部材であることを特徴とする、請求項２に記載のウエハ保持体。
【請求項４】
前記導電性接続部品と前記アース部品との接続部分が、前記支持部材と前記アース部品との接続と同時又はその後に接続可能な構造であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のウエハ保持体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のウエハ保持体を搭載していることを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造プロセスにおいて、ウエハを保持して加熱処理するために使用するウエハ保持体、特にウエハに対してＣＶＤなどによる成膜やエッチング、又はレジストなどを熱処理するために用いるウエハ保持体及びそれを搭載した半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体製造プロセスにおいては、ウエハ載置面にウエハを保持して加熱処理するため、抵抗発熱体回路や高周波電極回路などの電気回路を備えた各種のウエハ保持体が使用されている。このウエハ保持体のウエハ保持部上にウエハを保持して加熱処理する場合、ウエハ保持部が変形又は破損しないことが重要である。そのため、ウエハ保持部の面内温度分布や、ウエハ保持部を支持するためのパイプ状支持部材の機械的固定方法や接合方法等に多くの工夫がなされている。
【０００３】
また、ウエハ保持部には抵抗発熱体回路や高周波電極回路、更には必要に応じて静電チャック用の電極が埋設されており、これらの電極端子はウエハ載置面の反対面より取り出されている。これら電極端子には、それぞれ導通ラインとして、導電性の接続部品が接続されている。この導電性接続部品を含む導通ラインは、パイプ状支持部材の内部及びそのチャンバー接続用の金属又はセラミックフランジを経て反応容器の系外に取り出され、必要に応じて電源系に接続される。
【０００４】
このようなウエハ保持体のポピュラーな使用方法として、平行平板型のプラズマＣＶＤ装置では、反応容器上部にプラズマ上部電極を設置し、ウエハ保持部の内部にプラズマ下部電極を設置することで、それらの間でプラズマを発生させ、このプラズマにより反応をアシストし、ウエハ上に必要な膜を堆積・生成させることが行われている。下部電極は静電チャック機能を兼ね備えているため、ウエハ吸着のために下部電極にバイアス電圧をかけても良いが、一般的にはアース部品に接続し、アース部品はチャンバーに固定させることでゼロ電位に保つことが多い。
【０００５】
この高周波電極回路には、最大数ｋＷの大電力を印加するケースがあるため、電気的な接続を強固にしておかないと接続部分で焼損が発生することがある。しかしながら、プラズマＣＶＤ用途のウエハ保持体は、一般的に３００〜６００℃、場合によっては７００℃以上の温度で用いられるため、ウエハ保持体全体に熱膨張が発生する。このとき、パイプ状支持部材がセラミック製の場合は、このパイプ状支持部材と、ウエハ保持部の裏面から取り出された電極端子及びそれに接続される金属製の導電性接続部品との間の熱膨張差により、応力集中が発生することがある。
【０００６】
例えば、導電性接続部品の熱膨張量がセラミック製のパイプ状支持部材より大きく、パイプ状支持部材の下部で導電性接続部品がリジッドに固定されている場合は、熱膨張差によって当該導電性接続部品がウエハ保持部をウエハ載置面の反対側の面から突き上げることとなり、最悪の場合、ウエハ保持体の変形や破損に至ることがあった。
【０００７】
また、高周波電極回路の導通ラインにおいては、導電性接続部品の熱膨張によって生じる応力を緩和するため、導電性接続部品とアース部品又はチャンバーのアース部分との接続部分を摺動可能な構造にすることがある。例えば、特許文献１には、コイル状のスプリングコンタクトを用いて、金属フランジ部分と導電性接続部品との接続を摺動自在にしたコネクタ内部のカプラ構造が提案されている。
【０００８】
しかしながら、このような従来のカプラ構造は、導電性接続部品とアース部品の接続点が、熱膨張による応力緩和のための摺動と電気的接続とを兼ねているため、高周波電極回路をアース部品を介してグラウンドに接続する際に、どうしても強固で信頼性の高い電気的接続を得ることができず、熱膨張時の摺動による擦れがパーティクルを発生させたり、摺動により接続が不完全となって電気的なパスが限られることにより、その部分に偏流が流れて異常過熱や焼損を起こしたりするトラブルが発生することがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−１４１４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、摺動部分のない電気的に強固な接続方法で高周波電極回路をアース部品を介してグラウンドに接続することによって、接続部分での異常過熱やパーティクルの発生を防止することが可能な、信頼性の高い高周波電極回路を有するウエハ保持体、及びそのウエハ保持体を搭載した半導体製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明が提供するウエハ保持体は、チャンバー内に設置され、高周波電極回路が埋設されたウエハ保持部と、該ウエハ保持部をそのウエハ載置面の反対側の面から支持する支持部材と、該支持部材に関してウエハ保持部の反対側に設けられたアース部品と、該支持部材の内部に挿通され、該高周波電極回路と該アース部品とを電気的に接続する導電性接続部品とを有するものであって、該導電性接続部品は鉛直方向に変形能を有し、かつ、該導電性接続部品の主たる電流パスを担う接続部分が面接触で固着している。
【００１２】
上記本発明が提供するウエハ保持体においては、導電性接続部品が、高周波電極回路に接続する鉛直方向下向きに延在する金属製の剛性部材と、該剛性部材に接続する可とう性部材とを有していることが好ましい。この可とう性部材は、鉛直方向下向きに延在するらせん状部材若しくは板バネ状部材、又は水平方向に延在する平板状部材で構成することができる。
【００１３】
また、上記本発明が提供するウエハ保持体においては、導電性接続部品とアース部品との接続部分が、支持部材とアース部品との接続と同時又はその後に接続可能な構造であることが好ましい。本発明は、更にこれらの特徴を有するウエハ保持体が搭載されている半導体製造装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ウエハ保持体の高周波電極回路とアース部品との電気的な接続部分を、摺動部分のない強固で信頼性の高いものにすることができるため、当該接続部分における異常過熱やパーティクルの発生を防止できる。よって、信頼性の高い高周波電極回路を備えたウエハ保持体、及びそのウエハ保持体を搭載した半導体製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明のウエハ保持体の一具体例を示す断面図である。
【図２】本発明のウエハ保持体が具備する導電性接続部品の取り付け方法の一具体例を示す断面図である。
【図３】本発明のウエハ保持体が具備する導電性接続部品の具体例を示す部分断面図である。
【図４】本発明のウエハ保持体が具備する導電性接続部品の他の具体例を示す部分断面図である。
【図５】本発明のウエハ保持体が具備する導電性接続部品の更に他の具体例を示す部分断面図である。
【図６】比較例１のウエハ保持体が具備する導電性接続部品を示す部分断面図である。
【図７】比較例２のウエハ保持体が具備する導電性接続部品を示す部分断面図である。
【図８】比較例３のウエハ保持体が具備する導電性接続部品を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明のウエハ保持体の一具体例を図１を参照しながら説明する。図１に示すウエハ保持体１０は、図示しないプラズマＣＶＤ装置等の半導体製造装置のチャンバー内に搭載されるものであって、半導体ウエハを載置する円盤状のウエハ保持部１と、このウエハ保持部１をそのウエハ載置面１ａの反対側の面（以降、裏面１ｂとも称する）から支持するセラミック製の好適にはパイプ形状を有する支持部材２と、この支持部材２に関してウエハ保持部１の反対側に設けられたアース部品３とを有している。
【００１７】
ウエハ保持部１には、抵抗発熱体回路４と、高周波電極回路５とが埋設されている。抵抗発熱体回路４は１対の電極端子（図示せず）を有しており、ここに後述する導電性接続部品が接続可能となるように、各々一端部がウエハ保持部１の裏面１ｂから露出している。高周波電極回路５も、同様に、その電極端子（図示せず）の一端部がウエハ保持部１の裏面１ｂから露出している。尚、ウエハ保持部１が具備しているこれら電極端子には、タングステンにＮｉめっきを施したものを使用することができる。
【００１８】
上記ウエハ保持部１の裏面１ｂから露出している抵抗発熱体回路４の電極端子の一端部には、予めねじ部が設けられている。このねじ部に螺合するように、抵抗発熱体回路４用の導電性接続部品６にも予めねじ部が設けられている。これにより、抵抗発熱体回路４用の導電性接続部品６が、抵抗発熱体回路４に電気的に接続している。高周波電極回路５用の導電性接続部品７も、同様に互いに螺合するねじ部を介して高周波電極回路５に電気的に接続している。
【００１９】
抵抗発熱体回路４用の導電性接続部品６の構造は、特に限定するものでなく、支持部材２の内部及びアース部品３に設けられた貫通孔３ａを経てチャンバー系外の電源系（図示せず）に接続される。一方、高周波電極回路５用の導電性接続部品７は、例えば特開２００７−２８１１６１号公報に示されているような中空のパイプ状電極構造を一部に具備しても良い。この高周波電極回路５用の導電性接続部品７は、他の電極回路、例えば、抵抗発熱体回路４の導電性接続部品６との電気的な干渉を避けるため、セラミック等の絶縁材料からなる絶縁管（図示せず）に包囲されていることが望ましい。
【００２０】
高周波電極回路５用の導電性接続部品７の下部は、アース部品３を介してグラウンドに接続される。その際、導電性接続部品７を変形能のない状態のまま、即ちリジット（剛性）な状態のまま鉛直方向下部に設けられているアース部品３にダイレクトに固定すると、ウエハ保持部１が加熱された際に導電性接続部品７が熱膨張し、ウエハ保持部１を裏面から突き上げることになる。これを避けるため、本具体例では導電性接続部品７に鉛直方向の変形能を持たせ、かつ、その一端をアース部品３に面接触で固着している。
【００２１】
ここで、面接触とは、導電性接続部品７とアース部品３との接続部分が点や線ではなく面同士で接触していることをいい、固着とは、これら面同士の接触部分が摺動することなく互いに強固に固定していることをいう。このように面接触で固着する方法としては、具体的には、ねじ止め、ろう付け、溶接等を挙げることができる。
【００２２】
導電性接続部品７に変形能を持たせるためには、電極端子との接続部から鉛直方向下向きに延びる金属製の剛性部材と、これに電気的に接続する金属製の可とう性部材とからなる２つの部材で導電性接続部品７を構成することで可能となる。例えば、図１に示す導電性接続部品７は、鉛直方向下向きに延びる金属ロッド７ａと、この金属ロッド７ａの下部に取り付けられた水平方向に延在する可とう性を有する平板状の金属リード７ｂとで導電性接続部品７を構成している。
【００２３】
金属ロッド７ａの下部に金属リード７ｂを取り付ける方法としては、金属ロッド７ａの下端部を、おねじ又はめねじが螺刻された構造にしておき、この金属ロッド７ａの下端部に、予め両端部に穴を開けておいた金属リード７ｂの一方の穴をあわせて、ナット又はボルトで固定する方法が好ましい。また、金属リード７ｂの他方の穴は、支持部材２の下部に設けられているアース部品３にねじ止めするのが好ましく、これにより、当該他方の穴が設けられている金属リード７ｂの端部とアース部品３の上面とが面接触状態を維持する。
【００２４】
金属リード７ｂは水平方向に延在するように取り付けられることが好ましく、これにより高周波電極回路５用の導電性接続部品７の鉛直方向の熱膨張や熱収縮に対応して、鉛直方向に自在に撓むことができる。よって、導電性接続部品７の接続部分に摺動部分を設ける必要がなくなり、電気的なパス（導通経路）に強固な固定状態を維持することができ、長期に亘って高い信頼性を維持できる構造を提供することができる。
【００２５】
尚、導電性接続部品７の接続部分における面接触は、平面同士の面接触でも構わないし、略同一形状をした部分を有する曲面同士の面接触でも構わない。例えば、導電性接続部品７の接続部分を円柱形のロッドで構成し、これと略同一の内径を持つ環状部材を半割れにしたもので該円柱形のロッドを挟みこんで面接触を確保する方法でも構わない。
【００２６】
上記平板状の金属リード７ｂをアース部品３に固定する際は、手順として、支持部材２をアース部品３に接続する時と同時に、あるいはその後に、支持部材２の外側から接続できることが好ましい。そのようにしないと、支持部材２にアース部品３を取り付ける前に金属リード７ｂをアース部品３に固定するのは、実質的に困難であるか、又は非常に複雑な作業になることが想定されるからである。
【００２７】
具体的な取り付け方法としては、特に限定するものではないが、例えば図２に示すように、金属リード７ｂの端部に設けられている穴を支持部材２のフランジ部の穴と合わせながら、当該フランジ部とアース部品３とで金属リード７ｂの当該端部を挟み込み、支持部材２とアース部品３とを接続するボルト８で金属リード７ｂの端部をアース部品３に接続する方法を挙げることができる。
【００２８】
上記平板状の金属リード７ｂは鉛直方向に撓む必要があるため、図１の紙面に平行な断面のアスペクト比は、水平方向／鉛直方向で３以上あることが好ましく、更に５以上であることがより好ましい。平板状の金属リード７ｂの厚みは、薄すぎると熱膨張、熱収縮により破断してしまう可能性があり、厚すぎると撓みにくくなるため、０.３ｍｍ以上、１.５ｍｍ以下が好ましい。
【００２９】
近年、プラズマなどに使用する高周波の周波数は益々高くなってきており、例えば１３.５６ＭＨｚ以上の周波数が使用されている。このため、特に周波数の高い分野においては、高周波ラインが発熱することなく使用できるように、表面積を大きくすることが好ましい。高周波電極回路の場合、電極を流れる高周波は電極表面付近のみを流れるため、同じ断面積で表面積を大きくとるためには扁平な方が好ましいことからも、平板の優位性があると考えられる。
【００３０】
また、上記金属リード７ｂは、ほぼ完全なフラットでも構わないし、途中で屈曲部や湾曲部を持っていても構わない。また、高周波電極回路５用の導電性接続部品７の熱膨張・熱収縮時に、金属リード７ｂが鉛直方向に容易に撓むことが可能なように、アース部品３を構成する金属フランジ部との接続部分を除いて、金属リード７ｂの上下に空間が確保されていることが好ましい。
【００３１】
例えば、図３（ａ）に示すように、アース部品３に金属ロッド７ａの下端部が嵌まる有底の孔３ｂを設け、更に、アース部品３の上面のうち、金属リード７ｂとアース部品３とが対向する領域に、金属リード７ｂとアース部品３との接続部を除いて、当該孔３ｂに向かって徐々に深くなる傾斜溝３ｃを形成するのが好ましい。あるいは、図３（ｂ）に示すように、金属ロッド７ａの下端部及び水平方向に延在する金属リード７ｂ全体が嵌まる有底の孔３ｄをアース部品３に設け、金属リード７ｂの上面がアース部品３に面接触するように接続しても良い。この場合は、アース部品３の金属リード７ｂとの接続部分をオーバーハング状に形成するのが好ましい。
【００３２】
上記具体例では、金属リード７ｂに平板状の部材を使用したが、かかる部材に限定されるものではなく、鉛直方向に変形可能であれば他の形状の部材を使用しても良い。例えば、図４に示すように、導電性接続部品７を鉛直方向下向きに延在する金属ロッド１７ａと、両端部を除いて全体的に湾曲した、鉛直方向に延在する板バネ状の金属リード１７ｂとを含むようにしても良い。
【００３３】
高周波電極回路５用の導電性接続部品７に変形能を持たせるための更に別の方法として、導電性接続部品７の一部分又は全体を、らせん状にしても良い。例えば、図５に示すように、導電性接続部品７を鉛直方向下向きに延在する金属ロッド２７ａと、アース部品３との接続部分を除いてらせん状に形成された金属リード２７ｂとを含むようにしても良い。
【００３４】
このように、ウエハ保持部１に埋設された高周波電極回路５から導電性接続部品７としてらせん状の高周波ラインを引き出すことによって、鉛直方向の熱膨張を吸収することができる。この場合、らせん部分が鉛直方向に対して横方向に伸びきらないようにするため、例えば図５に示すように、らせん状部分をセラミック製のパイプ状支持管９の内部に収納したり、棒状部材に沿わせてらせん状部分を巻きつけたりすることが好ましい。尚、らせん状部分の断面は丸状や平角状等の任意の形状であっても良いが、最もコンパクトな構造とするには、薄い金属箔を用いて平角状のリードを作り、これをらせん状に巻くことが望ましい。
【００３５】
金属リードの材質は、繰り返し疲労に強く、パーティクルの出にくいものであることが好ましく、例えば、ニッケル、インコネル、ステンレス、コバール、鉄−ニッケル合金が好ましい。この中でコバール、鉄−ニッケル合金に関しては、予めニッケルめっきを行っておくことが好ましい。尚、銅はＣＶＤサセプタとしては、金属汚染として忌み嫌われる材料であるため好ましくない。一方、アース部品３の材質は、パーティクルの発生を避けるため、一般にアルミニウム合金又はステンレスを用いるが、軽量化のためにはアルミニウム合金が好ましい。
【００３６】
このように、本発明のウエハ保持体１０においては、埋設された高周波電極回路５から導電性接続部品７を介してアース部品３までの主たる電流パスが面接触により接続されていることを特徴としている。更に、上記高周波ラインとして主たる電流パスを担う導通ルートは、点接触部分や摺動部分を有していないことを特徴としている。これにより、当該接続部分における異常過熱やパーティクルの発生を防止することができ、高周波電極回路５の信頼性を高めることができる。尚、面接触による導通ルートを確保すべく上記電流パスから分岐した導通ルートを別途設けても良い。
【００３７】
ところで、加熱用ヒータとしての抵抗発熱体回路４の通電を行うための電流リードとしては、断面積が比較的大きく、かつ可とう性を有する構造である撚り線を選択することができるが、ウエハ保持部１に埋設されている高周波電極回路５からアース部品３まで高周波電流を流す場合は、導電性接続部品７の表面に集中的に高周波電流が流れるため、かかる撚り線構造では、点接触部分を多く抱えているため、各断面での別の素線への電流の分流が容易でないため、一部の素線で異常発熱等が発生し、長期的に高周波通電を継続させることができない
【００３８】
また、高周波電極回路５においては、高周波の系全体のＬ成分、Ｃ成分、Ｒ成分のバランスが重要であり、マッチングボックスを用いて、インピーダンス整合を取る必要があるため、時間の経過に伴って又は装置への乗せ換え毎に、支持部材２の内部で高周波の導通ラインが物理的に動いてしまうと、プラズマ印加時にエラーモードが発生してしまうことがある。従って、単に可とう性を有しているというだけの理由で撚り線等の可とう性の電線を用いて接続することは、再現性の観点から好ましくない。即ち、長期的に一定の特性を維持できる構造にする必要がある。
【００３９】
これらのことを考慮しながら高周波電極回路用の導電性接続部品の熱膨張・熱収縮の問題を解決するため、従来から多くの方策が検討されてきたが、それらの方策は主に鉛直方向のみに対策を施したものが多く、しかも接続部分では摺動によりパーティクルが発生したり、接続状態が不安定になったりするという問題を常に抱えていた。これに対して上記にて説明した本発明の構造は、このような従来の方策に捉われることなくこれらの問題を解決したものである。
【００４０】
一例として、本発明の構造は、導電性接続部品７とアース部品３との固定点を導電性接続部品７の熱膨張・熱収縮の方向に対して水平方向にずらせて可とう性部材を介して固定するといった新規な考え方に基づくものであり、更に実際的な固定方法に関しても、我々の英知を集めてアース部品３にパイプ状の支持部材２を固定する時と同時に又はその後に、導電性接続部品７とアース部品３とをねじで締めるといった独創性に優れた構造となっている。
【００４１】
また、本発明のウエハ保持体１０においては、支持部材２の内部に不活性ガスを供給しても良い。これにより、特に高温部における電極部分の劣化を防ぐことができる。また、ウエハ保持部１を支持する支持部材２は、形状に関して特に制約はなく、任意の形状を採用することができるが、簡易な構造である上、高い機械的強度を有している点からパイプ状がより望ましい。
【００４２】
この支持部材２はウエハ保持部１に物理的に固定されていてもよいし、化学的に接合されていてもよい。ウエハ保持部１に働く応力を低減する場合には、支持部材２をロウ材やガラスなどを用いて化学的に接合するのではなく、例えばネジ止めなどの方法で物理的に固定することが好ましい。一般的に、支持部材２はウエハ保持部１付近で温度が高く、逆にその反対側では温度が低いため、この温度差によって支持部材２が変形しやすい。このときの支持部材２がウエハ保持部１に化学的に接合されていると、支持部材２の変形がウエハ保持部１に影響を及ぼし、ウエハ保持部１に働く応力が大きくなるため好ましくない。
【００４３】
これに対して、ネジ止めなどの物理的な固定方法の場合には、ウエハ保持部１と支持部材２との間に若干の寸法上の「あそび」が生じ、逆に寸法上の「あそび」がなければ固定することはできない。このため、ウエハ保持部１と支持部材２との間に発生する応力は、この「あそび」が少なからず吸収するため、化学的に接合した場合に比較して、応力を相対的に小さくできるので好ましい。
【００４４】
ウエハ保持部１並びに支持部材２に使用する材料としては、特に制約はないが、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素などのセラミック材料、あるいはその複合体を使用することができる。これらの材料の選定は、使用温度やコスト、耐食性などを考慮して適宜決めればよい。これらの材料の中では、特に窒化アルミニウムが好ましい。
【００４５】
次に、本発明のウエハ保持体１０の製造方法について、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）のサセプタを例にとって説明する。使用するＡｌＮの原料粉末は、比表面積が２.０〜１０.０ｍ２／ｇのものが好ましい。比表面積が２.０ｍ２／ｇ未満の場合は窒化アルミニウムの焼結性が低下し、また１０.０ｍ２／ｇを超える場合には粉末の凝集が非常に強くなるので取り扱いが困難になる。また、原料粉末に含まれる酸素量は、２重量％以下が好ましい。酸素量が２重量％を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。
【００４６】
更に、原料粉末に含まれるアルミニウム以外の金属不純物量は、合計で２０００ｐｐｍ以下が好ましい。金属不純物量が上記範囲を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。特に、金属不純物としてＳｉなどの４族元素や、Ｆｅなどの鉄族元素は、焼結体の熱伝導率を低下させる作用が高いので、含有量はそれぞれ１０００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００４７】
ＡｌＮは難焼結性材料であるので、ＡｌＮ原料粉末に焼結助剤を添加することが好ましい。添加する焼結助剤としては、希土類元素化合物やアルカリ土類金属化合物が好ましい。これらの化合物は、焼結中に窒化アルミニウム粉末粒子の表面に存在するアルミニウム酸化物あるいはアルミニウム酸窒化物と反応して、窒化アルミニウムの緻密化を促進すると共に、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を低下させる原因となる酸素を除去する働きもあるので、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を向上させることができる。
【００４８】
焼結助剤の添加量は、０.０１〜５重量％の範囲が好ましい。添加量が０.０１重量％未満では、緻密な焼結体を得ることが困難であると共に、焼結体の熱伝導率が低下する。また、添加量が５重量％を超えると、窒化アルミニウム焼結体の粒界に焼結助剤が存在することになるので、腐食性雰囲気で使用する場合この粒界に存在する焼結助剤がエッチングされ、脱粒やパーティクル発生の原因となる。更に好ましくは、焼結助剤の添加量は１重量％以下である。添加量が１重量％以下であれば、粒界の３重点にも焼結助剤が存在しなくなるので、焼結体の耐食性が一層向上する。
【００４９】
上記の焼結助剤のなかでは、希土類元素化合物が好ましく、特に酸素を除去する働きが顕著であるイットリウム化合物が好ましい。また、希土類元素化合物としては、酸化物、窒化物、フッ化物、ステアリン酸化合物などが使用できる。この中では、酸化物は安価で入手が容易である点で好ましい。また、ステアリン酸化合物は、有機溶剤との親和性が高いので、ＡｌＮ原料粉末と焼結助剤などを有機溶剤で混合する場合には、混合性が高くなるため好適である。
【００５０】
これらＡｌＮ原料粉末と焼結助剤粉末に、所定量の溶剤、バインダー、更には必要に応じて分散剤や邂逅剤を添加して混合する。混合方法には特に制約はないが、ボールミル混合や超音波による混合等が可能である。このような混合によって、原料スラリーを得ることができる。得られた原料スラリーを成形し、焼結することによって、ウエハ保持部となるＡｌＮ焼結体を得ることができる。その方法には、コファイヤー法とポストメタライズ法の２種類の方法が可能である。
【００５１】
まず、ポストメタライズ法について説明する。前記原料スラリーからスプレードライヤー等の手法によって、顆粒を作製する。この顆粒を所定の金型に充填し、プレス成形を施す。このとき、プレス圧力は、９.８ＭＰａ以上であることが望ましい。９.８ＭＰａ未満の圧力では、成形体の強度が充分に得られないことが多く、ハンドリングなどで破損し易くなる。
【００５２】
また、成形体の密度は、バインダーの含有量や焼結助剤の添加量によって異なるが、１.５ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。１.５ｇ／ｃｍ３未満であると、原料粉末粒子間の距離が相対的に大きくなるので、焼結が進行し難くなる。また、成形体密度は２.５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。２.５ｇ／ｃｍ３を超えると次工程の脱脂処理で成形体内のバインダーを充分除去することが困難となるため、前述のように緻密な焼結体を得ることが困難となる。
【００５３】
得られた成形体は、窒素やアルゴン等の非酸化性雰囲気中で加熱して脱脂処理を行う。大気等の酸化性雰囲気中で脱脂処理を行うと、ＡｌＮ粉末の表面が酸化されるので、焼結体の熱伝導率が低下する。脱脂処理の加熱温度は、５００〜１０００℃が好ましい。５００℃未満の温度では、バインダーを充分除去することができず、脱脂処理後の成形体中にカーボンが過剰に残存するので、その後の焼結工程での焼結を阻害する。
【００５４】
また、１０００℃を超える温度では、残存するカーボンの量が少なくなり過ぎるので、ＡｌＮ粉末表面に存在する酸化被膜の酸素を除去する能力が低下し、焼結体の熱伝導率が低下する。脱脂処理後の成形体中に残存する炭素量は、１.０重量％以下であることが好ましい。１.０重量％を超える炭素が残存していると、焼結が阻害されるため、緻密なＡｌＮ焼結体を得ることができない。
【００５５】
脱脂後の成形体に対して、次に焼結を行う。この焼結は、窒素やアルゴン等の非酸化性雰囲気中で、１７００〜２０００℃の温度で行う。このとき使用する窒素などの雰囲気ガスに含有される水分は、露点で−３０℃以下であることが好ましい。これより多い水分を含有する場合、焼結時にＡｌＮが雰囲気ガス中の水分と反応して酸窒化物が形成されるので、熱伝導率が低下する可能性がある。また、雰囲気ガス中の酸素量は、０.００１体積％以下であることが好ましい。これを超える酸素量では、ＡｌＮの表面が酸化して、熱伝導率が低下する可能性がある。
【００５６】
更に、焼結時に成形体を載せるために用いる治具は、窒化ホウ素（ＢＮ）成形体が好適である。このＢＮ成形体は、上記焼結温度に対して充分な耐熱性を有すると共に、その表面に固体潤滑性があるため、焼結時に成形体が収縮する際の治具と成形体の間の摩擦を小さくすることができ、歪みの少ないＡｌＮ焼結体を得ることができる。
【００５７】
得られたＡｌＮ焼結体は、必要に応じて表面の研磨加工など機械加工を施す。次工程で導電ペーストをスクリーン印刷する場合、焼結体の表面粗さはＲａで５μｍ以下であることが好ましい。５μｍを超えるとスクリーン印刷により回路形成した際に、パターンのにじみやピンホールなどの欠陥が発生しやすくなる。更に好適には、表面粗さはＲａで１μｍ以下である。
【００５８】
上記表面粗さを研磨加工する際には、焼結体の両面にスクリーン印刷する場合は当然であるが、片面のみにスクリーン印刷を施す場合でも、スクリーン印刷する面と反対側の面も研磨加工を施す方がよい。スクリーン印刷する面のみを研磨加工した場合、スクリーン印刷時には、研磨加工していない面で焼結体を支持することになる。その時、研磨加工していない面には突起や異物が存在することがあるので、焼結体の固定が不安定になり、スクリーン印刷で回路パターンが正確に描けないことがあるからである。
【００５９】
また、この研磨加工において、両加工面の平行度は０.５ｍｍ以下であることが好ましい。平行度が０.５ｍｍを超えると、スクリーン印刷時に導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平行度については０.１ｍｍ以下であれば特に好適である。更に、スクリーン印刷する面の平面度は、０.５ｍｍ以下であることが好ましい。０.５ｍｍを超える平面度の場合にも、導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがあるからである。この平面度についても０.１ｍｍ以下であれば特に好適である。
【００６０】
研磨加工を施したＡｌＮ焼結体には、スクリーン印刷により導電ペーストを塗布し、電気回路パターンの形成を行う。導電ペーストは、金属粉末に、バインダー及び溶剤を混合することにより得られる。金属粉末としては、セラミックとの熱膨張係数のマッチングから、タングステンやモリブデンあるいはタンタルが好ましい。
【００６１】
また、ＡｌＮとの密着強度を高めるために、上記導電ペーストに酸化物粉末を添加することもできる。酸化物粉末としては、３Ａ族元素や３Ａ族元素の酸化物、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２などが好ましい。特に、酸化イットリウムは、ＡｌＮに対する濡れ性が非常に良好であるので好ましい。これらの酸化物粉末の添加量は、０.１〜３０重量％が好ましい。０.１重量％未満の場合、形成した電気回路である金属層とＡｌＮとの密着強度が低下する。逆に３０重量％を超えると、電気回路である金属層の電気抵抗値が高くなる。
【００６２】
導電ペーストの厚みは、乾燥後の厚みで５μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。厚みが５μｍ未満の場合は、電気抵抗値が高くなり過ぎるだけでなく、密着強度も低下する。また、厚みが１００μｍを超える場合は、密着強度が低下する。また、形成する回路パターンが抵抗発熱体回路の場合には、パターンの間隔は０.１ｍｍ以上とすることが好ましい。０.１ｍｍ未満の間隔では、抵抗発熱体に電流を流したときに、印加電圧及び温度によっては漏れ電流が発生し、ショートする危険がある。特に、５００℃以上の温度で使用する場合には、パターン間隔は１ｍｍ以上とすることが好ましく、３ｍｍ以上であれば更に好ましい。
【００６３】
次に、導電ペーストを脱脂した後、焼成する。脱脂は、窒素やアルゴン等の非酸化性雰囲気中で行う。脱脂温度は５００℃以上が好ましい。脱脂温度が５００℃未満では、導電ペースト中のバインダーの除去が不十分で金属層内にカーボンが残留し、焼成したときに金属の炭化物を形成するので、金属層の電気抵抗値が高くなる。
【００６４】
脱脂後の導電ペーストの焼成は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中にて、１５００℃以上の温度で行うのが好適である。１５００℃未満の温度では、導電ペースト中の金属粉末の粒成長が進行しないので、焼成後の金属層の電気抵抗値が高くなり過ぎる。また、焼成温度はセラミックスの焼結温度を超えない方がよい。セラミックスの焼結温度を超える温度で導電ペーストを焼成すると、セラミックス中に含有される焼結助剤などが揮散しはじめ、更には導電ペースト中の金属粉末の粒成長が促進されてセラミックスと金属層との密着強度が低下するからである。
【００６５】
形成した電気回路である金属層の絶縁性を確保するために、金属層の上に絶縁性コートを形成することができる。絶縁性コートの材質は、金属層との反応性が小さく、ＡｌＮとの熱膨張係数差が５.０×１０−６／Ｋ以下であれば特に制約はなく、例えば結晶化ガラスやＡｌＮ等を使用することができる。これらの材料を例えばペースト状にして所定の厚みのスクリーン印刷を行い、必要に応じて脱脂を行った後、所定の温度で焼成することにより、絶縁性コートを形成することができる。
【００６６】
この時、ペーストに添加する焼結助剤量は、０.０１重量％以上であることが好ましい。０.０１重量％未満では、絶縁性コートが緻密化せず、金属層の絶縁性を確保することが困難となる。また、焼結助剤量は２０重量％を超えないことが好ましい。２０重量％を超えると、過剰の焼結助剤が金属層中に浸透するので、金属層の電気抵抗値が変化してしまうことがある。ペーストを塗布する厚みには特に制限はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満では、絶縁性を確保することが困難となるからである。
【００６７】
また、上記した導電ペーストとして、銀、パラジウム、白金などの混合物や合金を使用することも可能である。これらの金属は、銀の含有量に対してパラジウムや白金を添加することによって、導体の体積抵抗率が増加するため、回路パターンに応じてその添加量を調整すればよい。また、これらの添加物は、回路パターン間のマイグレーションを防止する効果があるため、銀１００重量部に対して０.１重量部以上添加することが好ましい。
【００６８】
これらの金属粉末には、ＡｌＮとの密着性を確保するために、金属酸化物を添加することが好ましい。例えば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化銅、酸化ホウ素、酸化亜鉛、酸化鉛、希土類酸化物、遷移金属元素酸化物、アルカリ土類金属酸化物などを添加することができる。添加量としては、０.１重量％以上５０重量％以下が好ましい。含有量がこれより少ないと、窒化アルミニウムとの密着性が低下するため好ましくない。また、含有量がこれより多いと、銀等の金属成分の焼結が阻害されるため好ましくない。
【００６９】
上記金属粉末と金属酸化物粉末を混合し、更に有機溶剤やバインダーを添加し、ペースト状にした後、上記と同様にスクリーン印刷により回路パターンを形成する。この場合、形成した回路パターンに対して、窒素などの不活性ガス雰囲気中若しくは大気中にて、７００℃から１０００℃の温度範囲で焼成する。
【００７０】
この場合、回路間の絶縁を確保するために、結晶化ガラスやグレーズガラス、有機樹脂などを塗布し、焼成若しくは硬化させることで、絶縁層を形成することができる。ガラスの種類としては硼珪酸ガラス、酸化鉛、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ケイ素などが使用できる。これら粉末に有機溶剤やバインダーを添加し、ペースト状にし、スクリーン印刷により塗布する。
【００７１】
塗布する厚みに特に制限はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満では、絶縁性を確保することが困難となるからである。また、焼成温度としては、上記回路形成時の温度より低温であることが好ましい。上記回路焼成時よりも高い温度で焼成すると、回路パターンの抵抗値が大きく変化するため好ましくない。
【００７２】
次に、必要に応じて、更にセラミックス基板を積層する。セラミックス基板の積層は、接合剤を介して行うのがよい。接合剤としては、酸化アルミニウム粉末や窒化アルミニウム粉末に、２Ａ族元素化合物や３Ａ族元素化合物と、バインダーや溶剤とを加え、ペースト化したものを用い、接合面にスクリーン印刷等の手法で塗布する。塗布する接合剤の厚みに特に制約はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満の厚みでは、接合層にピンホールや接合ムラ等の接合欠陥が生じやすくなる。
【００７３】
接合剤を塗布したセラミックス基板は、非酸化性雰囲気中において５００℃以上の温度で脱脂する。その後、積層するセラミックス基板を重ね合わせ、所定の荷重を加え、非酸化性雰囲気中で加熱することにより、セラミックス基板同士を接合する。加える荷重は、５ｋＰａ以上であることが好ましい。５ｋＰａ未満の荷重では、充分な接合強度が得られないか、接合欠陥が生じやすい。
【００７４】
接合時の加熱温度は、セラミックス基板同士が接合層を介して十分密着する温度であれば特に制約はないが、１５００℃以上であることが好ましい。１５００℃未満では、十分な接合強度が得られにくく、接合欠陥を生じやすい。前記脱脂並びに接合時の非酸化性雰囲気は、窒素やアルゴンなどを用いることが好ましい。
【００７５】
以上のようにして、ウエハ保持体のウエハ保持部となるセラミックス積層焼結体を得ることができる。なお、上記した電気回路として、導電ペーストを用いずに、例えば、抵抗発熱体回路であればモリブデン線（コイル）、静電チャック用電極回路や高周波電極回路などの場合には、モリブデンやタングステンのメッシュ（網状体）を用いることも可能である。
【００７６】
この場合、ＡｌＮ原料粉末中に上記モリブデンコイルやメッシュを内蔵させ、ホットプレス法により作製することができる。ホットプレスの温度や雰囲気は、ＡｌＮの焼結温度や雰囲気に準ずればよいが、ホットプレス圧力は１.０ＭＰａ以上加えることが望ましい。１.０ＭＰａ未満のホットプレス圧力では、モリブデンコイルやメッシュとＡｌＮの間に隙間が生じることがあるので、ヒータとしての性能が出なくなることがある。
【００７７】
次に、コファイヤー法について説明する。前述した原料スラリーを、ドクターブレード法によりシート成形する。シート成形に関して特に制約はないが、シートの厚みは、乾燥後で３ｍｍ以下であることが好ましい。シートの厚みが３ｍｍを超えると、スラリーの乾燥収縮量が大きくなるので、シートに亀裂が発生する確率が高くなる。得られたシート上に、導体ペーストをスクリーン印刷などの手法で塗布することにより、所定形状の電気回路パターンを形成する。導電ペーストは、上記ポストメタライズ法で説明したものと同じものを用いることができる。ただし、コファイヤー法では、導電ペーストに酸化物粉末を添加しなくても支障はない。
【００７８】
上記回路パターンの形成を行ったシートと、回路形成をしていないシートを積層する。積層の方法は、各シートを所定の位置にセットし、重ね合わせる。この時、必要に応じて各シート間に溶剤を塗布しておく。重ね合わせた状態で、必要に応じて加熱する。加熱する場合、加熱温度は１５０℃以下であることが好ましい。１５０℃を超える温度にシートを加熱すると、積層したシートが大きく変形する。
そして、重ね合わせたシートに圧力を加えて一体化する。加える圧力は、１〜１００ＭＰａの範囲が好ましい。１ＭＰａ未満の圧力では、シートが充分に一体化せず、その後の工程中に剥離することがある。また、１００ＭＰａを超える圧力を加えると、シートの変形量が大きくなりすぎる。
【００７９】
この積層体を、前述のポストメタライズ法と同様に、脱脂処理並びに焼結を行う。脱脂処理及び焼結の温度や、炭素量等はポストメタライズ法の場合と同じである。前述した導電ペーストをシートに印刷する際に、複数のシートにそれぞれ抵抗発熱体回路や高周波電極回路、静電チャック用電極回路等を印刷し、それらを積層することによって、複数の電気回路を有する通電発熱ヒータを容易に作製することも可能である。このようにして、ウエハ保持体のウエハ保持部となるセラミックス積層焼結体を得ることができる。
【００８０】
尚、抵抗発熱体回路などの電気回路が、セラミックス積層体の最外層に形成されている場合は、電気回路の保護と絶縁性の確保のために、前述のポストメタライズ法の場合と同様に、電気回路の上に絶縁性コートを形成することができる。得られたセラミックス積層焼結体は、必要に応じて加工を施す。通常、焼結した状態では、半導体製造装置で要求される精度に入らないことが多いからである。
【００８１】
加工精度は、例えば、ウエハ載置面の平面度では、リング状凸部やエンボスのウエハとの接触部が０.１ｍｍ以下であることが好ましい。この平面度が０.５ｍｍを超えると、被処理物であるウエハとウエハ保持部との間に隙間が生じやすくなり、ウエハ保持部の熱が被処理物に均一に伝わらなくなるため、被処理物の温度ムラが発生しやすくなる。
【００８２】
また、ウエハ載置面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下が好ましい。Ｒａで５μｍを超えると、ウエハ保持部とウエハとの摩擦によって、ＡｌＮの脱粒が多くなることがある。この時、脱粒した粒子はパーティクルとなり、ウエハ上への成膜やエッチングなどの処理に対して悪影響を与えることになる。更に、表面粗さはＲａで１μｍ以下であれば更に好ましい。以上のようにして、ウエハ保持体におけるサセプタのウエハ保持部を作製することができる。
【００８３】
このようにして作製したウエハ保持部に、支持部材を取り付ける。支持部材の材質としては、ウエハ保持部のセラミックスの熱膨張係数と大きく違わない熱膨張係数のものであれば特に制約はないが、ウエハ保持部との熱膨張係数の差が５×１０−６／Ｋ以下であることが好ましい。熱膨張係数の差が５×１０−６／Ｋを超えると、特に化学的に接合する場合の接合時にウエハ保持部と支持部材の取付部付近にクラックなどが発生しやすく、接合時にクラックが発生しなくても、繰り返し使用しているうちに接合部に熱サイクルが加わり、割れやクラックが発生することがある。例えば、ウエハ保持部がＡｌＮの場合、支持部材の材質はＡｌＮが最も好適であるが、窒化ケイ素や炭化ケイ素あるいはムライト等も使用することができる。
【００８４】
上記支持部材は、接合層を介して化学的に接合することができる。化学的に接合する場合の接合層の成分は、ＡｌＮ及びＡｌ２Ｏ３並びに希土類酸化物からなることが好ましい。これらの成分は、ウエハ保持部や支持部材の材質であるＡｌＮなどのセラミックスと濡れ性が良好なため、接合強度が比較的高くなり、また接合面の気密性も得られやすいので好ましい。
【００８５】
接合する支持部材及びウエハ保持部のそれぞれの接合面の平面度は、０.５ｍｍ以下であることが好ましい。これを超えると接合面に隙間が生じやすくなり、十分な気密性を持つ接合を得ることが困難となる。平面度は０.１ｍｍ以下が更に好適である。尚、ウエハ保持部の接合面の平面度は、０.０２ｍｍ以下であれば更に好適である。また、それぞれの接合面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下であることが好ましい。これを超える面粗さの場合、やはり接合面に隙間が生じやすくなる。接合面の面粗さはＲａで１μｍ以下が更に好適である。
【００８６】
また、上記支持部材は、ネジ止めなどの物理的（機械的）手法によって取り付けることもできる。例えば、支持部材が筒形状である場合、支持部材の内側若しくは外側にフランジ部を形成し、複数の、できれば３箇所以上の貫通孔又はネジ孔を形成し、ウエハ保持部側にもネジ孔を形成する。ここにウエハ保持部や支持部材と熱膨張係数が比較的近い材質によって形成された雄ネジをネジ込むことで、ウエハ保持部に支持部材を取り付けることができる。この取り付け方法においては、その用途によって支持部材の内側ないしは外側で上記のように固定することができるが、ウエハ保持部に働く応力を小さくするためには、支持部材の内側で固定する方が好ましい。
【００８７】
以上、本発明のウエハ保持体を実施形態に基づいて説明したが、本発明は係る実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲の種々の態様で実施可能である。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲及びその均等物に及ぶものである。
【実施例】
【００８８】
［実施例１］
窒化アルミニウム粉末９９.５重量部に焼結助剤として酸化イットリウム０.５重量部を加え、更にバインダー、有機溶剤を加えてボールミル混合することによってスラリーを作製した。得られたスラリーをスプレードライすることにより顆粒を作製し、これをプレス成形して成形体を作製した。次に、この成形体を窒素雰囲気中にて７００℃の条件で脱脂した後、窒素雰囲気中において１８５０℃で焼結して窒化アルミニウム焼結体を得た。得られた焼結体を、直径３３０ｍｍ、厚み１０ｍｍに加工した。このときの表面粗さはＲａで０.８μｍ、平面度は５０μｍであった。
【００８９】
この窒化アルミニウム焼結体上にＷペーストをスクリーン印刷により塗布し、窒素雰囲気中にて７００℃で脱脂した後、窒素雰囲気中にて１８３０℃で焼成することにより、一方の面に抵抗発熱体回路及び他方の面に高周波電極回路を形成した。更に、高周波電極回路側に厚み１ｍｍ、抵抗発熱体回路側に厚み９ｍｍの窒化アルミニウム基板をそれぞれ配置し、接着に必要な窒化アルミニウムを主成分とする材料を介し、必要な脱脂焼成プロセスを行ったのち、接合を行い、ウエハ保持基板を作成した
【００９０】
このウエハ保持基板に対して、抵抗発熱体回路にまで達するザグリ穴を形成し、抵抗発熱体回路に給電するためのＮｉめっきを施したＷ製の電極部品を接触させ、給電電極ラインを確保した。また同様に、高周波印加を目的としたベース回路としての高周波電極回路にＮｉめっきを施したＷ製の電極部品を接触させ、高周波電極ラインを確保した。これらの電極部品は、鉛直方向下向きのＭ３のボルト端子構造となっており、これにＭ３めねじ構造を持つ４ｍｍ径のＮｉ製の導電性接続部品をねじこんで接続した。
【００９１】
また、このウエハ保持基板の被処理面の反対面に特願２００８−０１８８７４号公報に示すように、セラミック製のパイプ状支持部材固定のための金属ボルト装填用のＭ６有底めねじ穴を開け、Ｎｉめっきを施したＷ製のフランジ付金属ボルトをねじ込んだ後、金属ボルトの回り止め防止のために、窒化アルミニウム製の固定用部品を用いて金属ボルトのフランジを押さえ込み、ガラスプリフォームを用いて固定用部品とウエハ保持基板とを接合させた。
【００９２】
このようにして作製された金属ボルトが埋設されたウエハ保持部に対して、セラミック製のパイプ状支持部材のフランジ部に予め設けられている貫通穴に金属ボルトを挿通し、金属ナットを用いてセラミック製の支持部材をウエハ支持部に固定した。
【００９３】
パイプ状支持部材のもう一端には、チャンバーに接続するためのアルミニウム製のアース部品を取り付けた。このアース部品は鉛直方向に穴が開いており、給電用の導電性接続部品２本は、この穴に取り付けられた気密用コネクタ端子を通じて電気的にチャンバー系外に取り出されている。また高周波電極回路からの導電性接続部品は、このアース部品と電気的に繋がった構造とした。
【００９４】
ここで高周波電極回路からの４ｍｍ径の導電性接続部品は、鉛直方向下向きのＭ３のボルト構造とした。一方、高周波ライン接続用として、長さ３５ｍｍ、幅６ｍｍ、厚さ０.５ｍｍの平板状のＮｉ製の金属リードを準備し、これに３.２ｍｍ径の穴を２つ穿孔した。金属リードに穿孔したこれら３.２ｍｍ径の穴の一方に上記導電性接続部品のＭ３ボルト部分を挿通し、Ｍ３ナットを用いて挟み込むようにして固定した。
【００９５】
この水平方向に張り出す平板状の電流リードに穿孔されている他方の３.２ｍｍ径の穴に、別のＭ３ボルトを挿通して上記アース部品に接続した。このようにして、図３（ａ）に示すようなウエハ保持体を作製した。このウエハ保持体は、高周波電極回路用の導通ラインが、導電性接続部品の下部から水平方向に延在している平板状の金属リードに接続される構造をしているため、高周波電極ラインの導電性接続部品が熱膨張した場合に平板状の金属リードがたわみ、熱膨張を吸収することができる。
【００９６】
上記構造のウエハ保持体を平行平板型の高出力プラズマＣＶＤサセプタとして使用する場合、前述した抵抗発熱体回路の電極ラインに電力を供給し５５０℃まで加温させた状態でプラズマを形成する。具体的には、ウエハ保持部に層状に埋設されている高周波電極回路を平行平板の下部電極とし、高周波電極ラインがアース部品を介してアース接続されているこの下部電極と、上部電極のシャワーヘッドとの間で１３.５６ＭＨｚ、１００Ｖ、２ｋＷの高周波を印加すると共に反応ガスを流すことでプラズマを形成し、ウエハ上に所望の成膜を堆積させることができる。
【００９７】
このプラズマ印加条件はＣＶＤプロセスによるが、下記の長期信頼性試験では、プラズマ印加時間を１ウエハ処理当たり１分間とした。また、長期信頼性試験においては堆積させる必要はないので、反応ガスの代わりにＮ２を用いてプラズマ印加のみとした。
【００９８】
上記条件において長期信頼性試験を行ったところ、高周波電極ラインを構成する鉛直方向の導電性接続部品は、その上部がウエハ保持部に接続しているので熱膨張が発生し、セラミック製のパイプ状支持部材に比べてより多く熱膨張した。このような状況下にあっても、導電性接続部品の熱膨張に応じて、水平方向に張り出した平板状の金属リードが撓んだため、１００,０００ショットまで実験を行っても、高出力プラズマを安定的に印加し続けることが可能であった。
【００９９】
［実施例２］
高周波電極回路用の導電性接続部品として、実施例１の平板状の金属リードに代えて、幅８ｍｍ、厚さ０.３ｍｍのステンレス箔を準備し、棒状の外径５ｍｍの治具を芯材の周りにステンレス箔同士が互いにオーバーラップしないように予め巻きつけた後、治具を取り除き、下側に開口部を有する外径１０ｍｍ、内径６ｍｍの電極保護用セラミックパイプの内壁に沿うように装てんし、その下部開口部からステンレス箔の端部を取り出してそこに穴を開け、アース部となるアース部品に直接ねじ止めを行って図５に示すような構造のウエハ保持体を作製した。これに上記実施例１と同様の長期信頼性試験を行った。その結果、１００,０００ショットのプラズマを安定して印加し続けることが可能であった。
【０１００】
［実施例３］
高周波電極回路用の導電性接続部品として、実施例１の平板状の金属リードに代えて、幅８ｍｍ、厚さ１ｍｍのステンレス平板を両端部を除いて全体的に湾曲させて板バネとし、これを鉛直方向に延在して一端部を電極部品に接続すると共に、他端部をアース部となるアース部品に直接ねじ止めを行って図４に示すような構造のウエハ保持体を作製した。これに実施例１と同様の長期信頼性試験を行った。その結果、１００,０００ショットのプラズマを安定して印加し続けることが可能であった。
【０１０１】
［実施例４］
平板状の金属リードを、下記表１に示す種々の材料及びサイズにした以外は実施例１と同様にしてウエハ保持体を作製した。これら試料１〜１１に対して、実施例１と同様のプラズマ印加条件で１００回のプラズマ印加を行い、問題が生じないか観察した。その結果、下記表１に示す観察結果が得られた。
【０１０２】
【表１】
2010232532.tif 000003
【０１０３】
［比較例１］
図６に示すような、金属ロッド５７をアース部品３に直接固定した以外は実施例１と同様にしてウエハ保持体を作製した。このウエハ保持体に対して、実施例１と同様のプラズマ印加条件でプラズマ印加を行なったところ、３２枚目のウエハ処理を行った段階で、金属ロッド５７がウエハ保持部１を突き上げてしまい、ウエハ保持部１が破損してしまうトラブルが発生した。
【０１０４】
これは、高温状態において、高周波電極回路用の導電性接続部品である金属ロッド５７が熱膨張を起こし、ウエハ支持部１との熱膨張差分によって生じる応力を解消すべく、ウエハ保持部１を下から突き上げる応力が働き、更に高出力プラズマ印加の繰り返しにより、ウエハ保持部１を破損まで至らせたものと考えられる。
【０１０５】
［比較例２］
図７に示すような、金属ロッド６７の下部にスリットを設け、コイル状のスプリングコンタクトと呼ばれる接触子６７ａを介在させてアース部品３に電気的、機械的に接触させた以外は実施例１と同様にしてウエハ保持体を作製した。その際、材質として高電力通電可能なベリリウム銅タイプと、強度的に反発力のあるステンレスタイプの２種を使用した。これらウエハ保持体に対して、プラズマ印加を行なった。
【０１０６】
いずれの場合も、５００Ｗ程度のプラズマ印加では断線することがなかったが、２ｋＷのプラズマ印加にすると、それぞれ３７,５１０ショット目、６９,３９９ショット目で安定したプラズマ印加ができなくなった。分解して内部観察を行うと、ベリリウム銅タイプはスプリングコイルが磨耗して一部のコイルで断線を生じプラズマがちらつく現象が発生していた。一方、ステンレスタイプは、スプリングコイルが焼損してプラズマが発生できなくなったものと推測される。いずれの場合も長時間のプラズマ印加により、スプリングコイル部分で期待していた熱膨張による摺動と高出力通電の両立が困難になったためと考えられる。
【０１０７】
ベリリウム銅タイプとステンレスタイプの違いは、ベリリウム銅タイプは、磨耗は早く発生したものの、電気抵抗が低いので他のコイル巻部分に分流されたものと思われる。但し、接触部分が不完全となる際にプラズマのちらつき現象が見られたものと思われる。ステンレスタイプの場合、磨耗はベリリウム銅と比べ発生しにくいが、一旦磨耗が始まると電気抵抗が高い分、他のコイル巻部分に分流することができず、なだれ現象が発生し、スプリングコイル全体が焼損してしまいプラズマ印加ができなくなったものと思われる。
【０１０８】
［比較例３］
図８に示すような、両端に圧着端子を取り付けた撚り線７７を用い、直接アース部品３にねじ止め固定を行った以外は実施例１と同様にしてウエハ保持体を作製した。このウエハ保持体に対して、実施例１と同様のプラズマ印加条件で１００回のプラズマ印加を行い、問題が生じないか観察した。その結果、２ｋＷのプラズマ印加にすると、１００ショットに３回程度ちらつきが見られ、安定したプラズマ印加ができなくなった。これは、撚り線７７の構造が、主たる電流パスの中に点接触しかない部分を多く抱えたものであるために発生しているものと思われる。
【符号の説明】
【０１０９】
１    ウエハ保持部
２    支持部材
３    アース部品
４    抵抗発熱体回路
５    高周波電極回路
６    抵抗発熱体回路用の導電性接続部品
７    高周波電極回路用の導電性接続部品
７ａ、１７ａ、２７ａ  金属ロッド
７ｂ、１７ｂ、２７ｂ  金属リード
１０  ウエハ保持体
【図１】
2010232532.tif 000004
【図２】
2010232532.tif 000005
【図３】
2010232532.tif 000006
【図４】
2010232532.tif 000007
【図５】
2010232532.tif 000008
【図６】
2010232532.tif 000009
【図７】
2010232532.tif 000010
【図８】
2010232532.tif 000011