(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエハを載置する面と、発熱抵抗体とを有するヒータープレートと、
前記ヒータープレートのウエハを載置する面と対向する面において、前記ヒータープレートと接合するシャフトと、
前記ヒータープレートと前記シャフトとを機械的に固定する固定部材とを備え、
前記ヒータープレートの接合面と前記シャフトの接合面との間隙からのエアリークが０．０５ｓｃｃｍ以下となるように、前記ヒータープレートの接合面と前記シャフトの接合面とが、それぞれ平面度２μｍ以下かつ表面粗さＲａ０．２μｍ以下に表面処理され、
前記シャフトは、前記シャフトの接合面に形成された溝部と、前記シャフトの側壁部の内部を通って前記溝部と連通するガス供給路を有する支持装置であって、
前記ガス供給路を介して、前記溝部に対し、シャフト外部の圧力以上のパージガスを供給するパージガス供給手段を備えることを特徴とする支持装置。
【請求項２】
前記ヒータープレートの接合面と前記シャフトの接合面との間には、金属箔が挟み込まれていることを特徴とする請求項１記載の支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被処理体を支持する支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体ウエハ等の被処理体を支持する支持装置として、ヒーターと高周波電極とが埋設されたヒータープレートとこれを支持するシャフトとを備え、このヒータープレートとシャフトとが、例えば、熱拡散接合で溶着する等で一体化されている支持装置が知られている。
【０００３】
しかしながら、前記支持装置は、ヒータープレートとシャフトとが一体化されているため、いずれか一方が破損したにしか過ぎない場合であっても、ヒータープレートとシャフトとの両方を交換する必要がある。このため、長期的な視野からするとランニングコストが高くなるという不都合がある。
【０００４】
そこで、ヒータープレートとシャフトとを別個独立に構成し、両者がネジで固定されるように構成されている支持装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１５３７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、支持装置において、前記ヒーターや高周波電極は、シャフトの中を通してリード線と接続されている。
【０００７】
そのため、前記ネジで固定した支持装置は、製造プロセスで用いられるフッ素ガス等のプロセスガスが、ヒータープレートとシャフトとの間隙を介してシャフト内部に侵入することによって、リード線が腐食されるという問題点がある。
【０００８】
本発明は、かかる不都合を解消して、簡易な構成でリークを低減することができる支持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】
【０００９】
かかる目的を達成するために、本発明の支持装置は、ウエハを載置する面と、発熱抵抗体とを有するヒータープレートと、前記ヒータープレートのウエハを載置する面と対向する面において、前記ヒータープレートと接合するシャフトと、前記ヒータープレートと前記シャフトとを機械的に固定する固定部材とを備え、前記ヒータープレートの接合面と前記シャフトの接合面との間隙からのエアリークが０．０５ｓｃｃｍ以下となるように、前記ヒータープレートの接合面と前記シャフトの接合面とが、それぞれ平面度２μｍ以下かつ表面粗さＲａ０．２μｍ以下に表面処理され、前記シャフトは、前記シャフトの接合面に形成された溝部と、前記シャフトの側壁部の内部を通って前記溝部と連通するガス供給路を有する支持装置であって、前記ガス供給路を介して、前記溝部に対し、シャフト外部の圧力以上のパージガスを供給するパージガス供給手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
一般的に、前記支持装置が用いられる半導体製造プロセスでは、作業空間内（チャンバー）にフッ素ガス等のプロセスガスが充満される。これに対し、本発明の支持装置は、シャフト外部へのリークが０．０５ｓｃｃｍ以下となるように、ヒータープレートの接合面とシャフトの接合面とを表面処理（例えば、研磨）する。
【００１１】
この結果、本発明の支持装置では、ヒータープレートの接合面とシャフトの接合面とを表面処理するという簡易な構成によって、リークを低減することができる。
【００１２】
なお、１ｓｃｃｍは、１．６９×１０−３Ｐａｍ３／ｓである。
【００１４】
この構成を備える支持装置では、前記ヒータープレートの接合面と前記シャフトの接合面は、それぞれ平面度２μｍ以下かつ表面粗さＲａ０．２μｍ以下となるように表面処理される。
【００１５】
このいずれかの接合面の平面度が２μｍ以上、または、表面粗さＲａ０．２μｍ以上の場合には、接合した前記ヒータープレートと前記シャフトとの間に、リークを低減する観点から無視できないほどの間隙ができてしまう。また、前記ヒータープレートと前記シャフトとを固定する固定部材の噛み合わせが悪くなる可能性があり、固定部材の破損等の不具合が発生する可能性がある。
【００１６】
したがって、この構成を備える支持装置では、固定部材による前記ヒータープレートと前記シャフトとの固定を容易に行うことができ、また、前記ヒータープレートの接合面と前記シャフトの接合面とを密着させることにより、リークを低減することができる。
【００１８】
本発明のシャフトは、その接合面に形成された溝部とその側壁部の内部を通って前記溝部と連通するガス供給路を有している。溝部は、接合面において、シャフトの内周と外周の間に、この周に沿って環状に形成される。
【００１９】
前記ガス供給路は、例えば、シャフトの軸方向に沿ってその側壁部に少なくとも１箇所以上形成されている。また、前記ガス供給路は、溝部に連通している供給出口と、パージガスを供給する供給口を有し、供給口においてパージガス供給手段と接続されている。
【００２０】
本発明の支持装置においては、パージガス供給手段から該ガス供給路を介して、該溝部とヒータープレートの接合面とで形成される空間に、パージガス（例えば、Ｎ２ガス等）をシャフト外部の圧力以上かつシャフト内部の圧力以上の所定の圧力で供給することができる。
【００２１】
また、シャフト端面の溝部に供給されたパージガスは、シャフト外部へ流れるとともにシャフト内部へも供給されるためヒータープレートの接合面とシャフトの接合面との間隙を介してシャフト外部から内部に侵入しようとするプロセスガスを、外部に向かって押し返すことができる。パージガスは狭い間隙を通るためパージガス流量は小さく抑えられプロセスへの影響を最小限に抑えることができる。
【００２２】
この結果、この構成を備える支持装置では、シャフトの接合面に溝部を設けパージガスを充満させるという簡易な構成で、シャフトの外部から内部へのプロセスガスの侵入を防止できると共に、ヒータープレートの接合面とシャフトの接合面とを表面処理するという簡易な構成によって、外部へのリークを低減することができる。
【００２３】
また上記パージガス供給路を真空引きすることもできる。真空引きすることによってシャフト外部から侵入したプロセスガスを排気でき、シャフト内部の端子類を保護することができる。
【００２４】
本発明の支持装置において、前記ヒータープレートの接合面と前記シャフトの接合面との間には、金属箔が挟み込まれていることが好ましい。
【００２５】
この構成を備える支持装置では、前記ヒータープレートの接合面と前記シャフトの接合面の間に金属箔が挟み込まれる。この金属箔は、固定部材の固定力により、それぞれの接合面の表面のわずかな凹凸に沿って弾性変形及び塑性変形する。
【００２６】
したがって、この構成を備える支持装置では、金属箔を挟み込んで変形させることにより、前記の間隙をより小さくすることができる。この結果、この構成を備える支持装置では、金属箔を挟み込むという簡易な構成によって、リークを低減することができる。
上記記載した本発明の構成によれば、ヒータープレート２とシャフト３からのリークを低減させることができると同時にヒータープレート２とシャフト３間の物理的な接触による伝熱によりヒータープレートの温度分布を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本実施形態における支持装置を示す断面図。
【図２】（ａ）は、本実施形態のシャフトを示す平面図、（ｂ）は、本実施形態のシャフトを示す断面図。
【図３】本実施形態のヒータープレートとシャフトとの接合部を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１に示すように、本実施形態の支持装置１は、ヒータープレート２とシャフト３とを備えており、ウエハ４をヒータープレート２上に保持する。支持装置１は、プロセスチャンバー（図示せず）の中に入れられ、ウエハ４を保持した状態でフッ素ガス等の各プロセスに応じたプロセスガス雰囲気に置かれる。プロセスガスは、供給経路（図示せず）を通してチャンバー内部に所定の圧力で供給される。
【００２９】
ヒータープレート２は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｍｇ２Ａｌ２Ｏ４、Ａｌ２Ｏ３等を原料としたセラミックによって略円盤状に形成される。なお、ヒータープレート２の形状は、三角板状、四角板状等であってもよい。原料の中でＡｌＮは、セラミックのなかでは熱伝導性が高いため均熱性に優れている点で好ましく、さらに、Ｙ２Ｏ３を添加することより均熱性を向上させることができる。
【００３０】
ヒータープレート２には、ヒーター６が、ヒータープレート２のシャフト３との接合する面（以下、単に接合面という）に近い位置に埋設されている。また、電極７が、それと対向するウエハ４を保持する面に近い位置に埋設されている。
【００３１】
ヒーター６は、発熱抵抗体であり、例えばメッシュ状のヒーター６が配置されており、電流を流すことによってジュール熱を発生する。ヒーター６の両端部には、略有底筒状のヒーター端子８が、ヒータープレート２の接合面のほぼ中央部において、例えば、ロウ付けによりそれぞれ接続固定されている。そして、ヒーター端子８の筒状の穴には、棒状のＮｉロッド電極９がロウ付けによりそれぞれ接続固定されている。一対のＮｉロッド電極９は、それぞれヒーター電源（図示せず）に接続されており、これを作動させることにより、ヒーター６を発熱させることができる。なお、Ｎｉロッド電極９は、端子間の放電を防止するため、その周囲を円筒状の絶縁スリーブ（Ａｌ２Ｏ３スリーブ）で覆われている。
【００３２】
ヒーター６は、耐熱性に優れ、熱膨張係数の小さい金属、または、熱膨張係数がヒータープレート２を形成するセラミックの熱膨張係数に近い金属（例えば、Ｍｏ、Ｗ等）を原料として製造されることが好ましい。また、端子８は、コバール、Ｍｏ、Ｎｉを原料として製造されることが好ましい。
【００３３】
電極７は、プラズマ処理をウエハ４に施すときに使用するＲＦ電極である。電極７は、ヒーター６用のヒーター端子８と同様に、ＲＦ端子１０を介してＮｉロッド電極１１に接続固定されている。なお、Ｎｉロッド電極１１も、端子間の放電を防止するため、その周囲を円筒状の絶縁スリーブ（Ａｌ２Ｏ３スリーブ）で覆われている。
【００３４】
なお、ヒータープレート２は、他にＥＳＣ電極を内蔵していてもよい。
【００３５】
シャフト３は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＭｇＡｌ２Ｏ４、Ａｌ２Ｏ３等を原料としたセラミックによって略円筒状に形成される。
【００３６】
特に、ＡｌＮは、セラミックとしては熱伝導性が高いため均熱性に優れている点で好ましい。すなわち、図１に示すように、円盤状のヒータープレート２の中心に給電端子を設けると中心部に熱を持ちやすく、温度分布も中心部が高く周辺に行くほど低くなる場合がある。これに対し、シャフト３の原料をＡｌＮとすることで、中心部に溜まった熱をシャフト３が逃がすことができるので、温度分布を平均化しやすい。
【００３７】
シャフト３は、接合面の反対側に、パージガス供給手段（図示せず）と、パージガスの供給通路及びＮｉロッド電極９、１１を通す蓋２０が備えられている。蓋２０の端面には図示しないプロセスチャンバとシャフトを固定するためのフランジが取り付けられる。パージガスの種類としては、プロセスに影響を与えないものであればＡｒ、Ｈｅ等であってもよい。
【００３８】
図２に示すように、シャフト３は、ヒータープレート２との接合面において、前記端子８と前記端子１０とを囲う略矩形断面の貫通路１２と、略円形断面の貫通孔１３、１４、１５と、シャフト３の内周と外周の間の略環状の溝部１６と、ネジ孔１７とを有する。
【００３９】
図３に示すように、貫通孔１３、１４は、シャフト３の側壁部の内部に軸方向に沿って設けられている。また、貫通孔（ガス供給路）１５は、貫通孔１４から分岐、また、接合面側のシャフト３の端面から貫通孔を斜行させるなどして製作し、接合面側の先端で溝部１６と連通している。なお、貫通孔１４は、真空引きのための通路として用いることができ、ガス供給路としても用いることができる。具体的には、前記パージガス供給手段によって、Ｎ２等のパージガスをチャンバー内部に充填されるプロセスガスの圧力以上、または、チャンバー内部に充填されるプロセスガスの圧力、かつ、シャフト３の前記空間内部の圧力以上で充填する。
【００４０】
この結果、パージガス供給手段によって、溝部１６とヒータープレート２の接合面とでできる空間内部には、シャフト３の内部または外部の圧力以上で、パージガスが供給される。
【００４１】
図３に示すように、シャフト３は、ヒータープレート２との接合面において、ネジ孔１７を有するフランジ１８を備える。ヒータープレート２とシャフト３とは、ネジ孔１７を介してネジ（固定部材）２２によって締結される。固定部材としては、ネジ以外にも、クランプ等、機械的にヒータープレート２とシャフト３とを固定しうる機構であってもよい。
【００４２】
ネジ２２は、金属またはセラミックによって製造される。金属ネジの場合は耐熱性、膨張係数を考慮し、インコネル、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏが使用される。また、製造プロセスに対するプラズマの影響を軽減させるために、ネジ２２は、フランジ１８をシャフト３の内部に設け、シャフト３の内部で締結されることが必要である。ネジを締結する際のトルクは、Ｍ５ネジ使用時で６Ｎｍ程度が望ましく、１０Ｎｍ以上ではネジ部の破損の可能性がある。
【００４３】
また、この締結がなされる、ヒータープレート２の接合面とシャフト３の接合面とは、表面粗さＲａ０．２μｍ以下かつ平面度２μｍになるまでラップ等の表面研磨加工を行うことが好ましい。
【００４４】
さらに、ヒータープレート２の接合面とシャフト３の接合面との間には、金属箔２３が挟み込まれている。金属箔２３は、耐熱性のあるＡｕ、Ｐｔ、Ａｌ等を原料として製造されることが好ましい。
また、金属箔２３の厚さは、１μｍ未満では製造し難く、１０μｍ以上では変形させるのに多大な締結力が必要となりネジ部の破損等の可能性があるので、１μｍ以上１０μｍ未満が好ましい。
【００４５】
なお、リークを制御する方法としては、Ｏ−リング、ロウ材、接着剤等を用いてもよい。３００℃以上の高温でのプロセスでは、主にメタル製のＯ―リングやＣ−リングなどのシール部材やそれに銀メッキや金メッキの表面処理がなされているものが好ましい。
【００４６】
以上の構成を備える支持装置１では、ヒータープレート２の接合面とシャフト３の接合面とは、表面粗さＲａ０．２μｍ以下かつ平面度２μｍになるまで表面研磨加工されているので、密着度が増している。特に、ヒータープレート２の接合面とシャフト３の接合面との間には、金属箔２３が挟み込まれており、この金属箔２３は、ネジ２２の締結トルクにより、それぞれの接合面の表面のわずかな凹凸に沿って弾性変形及び塑性変形するので、ヒータープレート２とシャフト３との密着度は極めて高いものとなっている。
【００４７】
この結果、支持装置１では、表面研磨及び金属箔２３を挟むという簡易な構成で、ヒータープレート２の接合面とシャフト３の接合面との間隙からのリークを低減することができる。
【実施例１】
【００４８】
本実施例では、以下のように支持装置１を製造した。
【００４９】
まず、ＡｌＮ粉末９７質量％、Ｙ２Ｏ３粉末３質量％からなる粉末混合物を形成し、それを型に充填して９．８ＭＰａの圧力で一軸加圧処理により第一層を形成した。次に、前記第一層の上に、Ｗ製の発熱体を載置した。
【００５０】
続いて、先に形成した粉末混合物を発熱体の上に充填し、第二層を形成した。そして、１０ＭＰａの圧力で焼成温度１８４０℃、焼成温度２時間でホットプレス法を用いて焼結体を得た。得られた焼結体を加工し、Φ３００ｍｍ×ｔ２３ｍｍのヒータープレート２を製造した。また、ヒータープレート２にシャフト接合面にボルト固定用のＭ５のネジ穴（外径が５ｍｍで、山の角度６０°の三角ねじ用穴）を形成した。
【００５１】
次に原料となるＡｌＮ粉末にＩＰＡおよび有機バインダーと可塑剤を添加し、混合、スプレードライヤー乾燥をすることで、ＡｌＮ顆粒を得た。この顆粒をＣＩＰ成形し、焼成温度１９００℃、焼成時間６時間で常圧焼成を用いて焼結体を得た。得られた焼結体を加工し、内径５０ｍｍ×外径６０ｍｍ×高さ２００ｍｍのシャフト３を製造した。
【００５２】
そして、ヒータープレート２とシャフト３とを、Ｍ５のＴｉ製ネジ２２と座金を用い、締結トルク６Ｎｍで締結した。
【００５３】
また、端子８、１０は、コバール製とし先端にＮｉロッド９、１１を継ぎ足し、これらを金ロウ付けした。
【００５４】
本実施例では、ヒータープレート２の接合面は、ラップ加工により、平面度は１．０μｍで、表面粗さＲａは０．０８μｍとした。一方、シャフト３の接合面は、ラップ加工により、平面度は０．１４μｍで、表面粗さＲａは０．０６μｍとした。
【００５５】
この平面度は、ＩＳＯ１０３６０（ＪＩＳＢ７４４０）に則った３次元測定機で、ＩＳＯ１１０１（ＪＩＳＢ０６２１）に則った方法で測定した。また、この表面粗さは、ＩＳＯ１８７９，１８８０，３２７４（ＪＩＳＢ０６５１）に則った触針式表面粗さ測定機で、ＩＳＯ４２８７（ＪＩＳＢ０６０１）に則った方法で測定した。
【００５６】
本実施例では、接合面に金属箔は挟んでおらず、また、ガスパージは行っていない。以上の条件で支持装置１を製作した。
【００５７】
本実施例では、以下の測定を行った。まず、ヒーター６の設定温度を５００℃とし、温度測定はサーモグラフィーを用いて測定を行った。ΔＴは、５００℃とヒータープレート２の中で一番温度が低い箇所との差を表わしている。
【００５８】
また温度測定後のヒータープレート２裏面の端子の腐食具合および酸化具合を判定した。
【００５９】
次に、本実施例では、支持装置１と真空チャンバーをフランジおよびバルブを介して接続し、その真空チャンバーに接続された排気ポンプを作動させバルブ開閉時の真空チャンバーの到達真空度の差ΔＰおよび排気ポンプの排気速度Ｃからリーク（Ｑ＝ＣΔＰ）を算出した。結果を表１に示す。
【実施例２】
【００６０】
実施例２では、ガスパージを行った以外は実施例１と全く同一にして、支持装置１を製造した。
【００６１】
次に、実施例２で得られた支持装置１について、実施例１と全く同一にしてリークを測定した。結果を表１に示す。
【実施例３】
【００６２】
実施例３では、厚さ２．５μｍのＡｕ金属箔を接合面に挟み込んだ以外は実施例１と全く同一にして、支持装置１を製造した。
【００６３】
次に、実施例３で得られた支持装置１について、実施例１と全く同一にしてリークを測定した。結果を表１に示す。
【実施例４】
【００６４】
実施例４では、厚さ５．０μｍのＡｌ金属箔を接合面に挟み込み以外は実施例２と全く同一にして、支持装置１を製造した。
【００６５】
次に、実施例４で得られた支持装置１について、実施例１と全く同一にしてリークを測定した。結果を表１に示す。
【実施例５】
【００６６】
実施例５では、シャフト３を、純度９９．５％以上のＡｌ２Ｏ３を原料として製造した。また、Ａｌ２Ｏ３製シャフト３は、平面度を０．２０μｍ、表面粗さＲａを０．０７μｍとした。また、ガスパージのみを行った。それ以外の条件は、実施例１の支持装置１と全く同一である。
【００６７】
次に、実施例５で得られた支持装置１について、実施例１と全く同一にしてリークを測定した。結果を表１に示す。
【００６８】
〔比較例１〕
比較例１では、ヒータープレート２の平面度を３．０μｍとした以外は、実施例１と全く同一にして、支持装置１を製造した。
【００６９】
次に、比較例１で得られた支持装置１について、実施例１と全く同一にしてリークを測定した。結果を表１に示す。
【００７０】
〔比較例２〕
比較例２では、ヒータープレート２の表面粗さを０．３０μｍとした以外は、実施例２と全く同一にして、支持装置１を製造した。
【００７１】
次に、比較例２で得られた支持装置１について、実施例１と全く同一にしてリークを測定した。結果を表１に示す。
【００７２】
〔比較例３〕
比較例３では、シャフト３の表面粗さを０．２５μｍとした以外は、実施例１と全く同一にして、支持装置１を製造した。
【００７３】
次に、比較例３で得られた支持装置１について、実施例１と全く同一にしてリークを測定した。結果を表１に示す。
【００７４】
〔比較例４〕
比較例４では、厚さ２．５μｍのＡｕ金属箔を接合面に挟み込み以外は、比較例１と全く同一にして、支持装置１を製造した。
【００７５】
次に、比較例４で得られた支持装置１について、実施例１と全く同一にしてリークを測定した。結果を表１に示す。
【００７６】
[比較例５]
比較例５では、厚さ５．０μｍのＡｌ金属箔を接合面に挟み込み以外は、比較例２と全く同一にして、支持装置１を製造した。
【００７７】
次に、比較例５で得られた支持装置１について、実施例１と全く同一にしてリークを測定した。結果を表１に示す。
【００７８】
【表１】
0005460184.tif 000002
表１から、実施例１〜５の支持装置１によれば、比較例１〜５の場合より、リークが少ないことは明らかである。したがって、ヒータープレート２及びシャフト３２の平面度を２μｍ以下かつ表面粗さをＲａ０．２μｍ以下とすることにより、リークを０．０５ｓｃｃｍ（８．４５×１０−５Ｐａ・ｍ３／ｓ）以下に低減できることが明らかである。
【００７９】
比較例２の支持装置によれば、比較例１の場合より、リーク量が少ないことは明らかである。したがって、リークには平面度、表面粗さのいずれも重要であるが、特に、表面粗さが粗くなるとリークが増加することが明らかである。
【００８０】
実施例３および４の支持装置１によれば実施例１および２の場合より、また、比較例４の支持装置によれば比較例１の場合より、リークが少ないことは明らかである。したがって、接合面に所定の厚みの金属箔を挟み込むことにより、リークをさらに低減できることが明らかである。
【００８１】
実施例５の支持装置によれば、実施例２の場合より、ΔＴが高いことが明らかである。したがって、Ａｌ２Ｏ３製シャフト３よりも、ＡｌＮ製シャフト３の方が均熱効果を有することは明らかである。
【００８２】
また実施例２、４、５および比較例２、４、５によればガスパージを使用すればシャフト内部の端子類の腐食および酸化は防げることが確認された。
【符号の説明】
【００８３】
１…支持装置、  ２…ヒータープレート、３…シャフト、４…ウエハ、６…ヒーター、１５…貫通孔、１６…溝部、２２…ネジ、２３…金属箔。
【図１】
0005460184.tif 000003
【図２】
0005460184.tif 000004
【図３】
0005460184.tif 000005