(57)【要約】【課題】  高温での体積抵抗率が低いために加熱中に絶縁破壊を起こしてヒータが破損したり、寿命が極端に短くなったりすることのない窒化アルミニウム焼結体を提供する。【解決手段】  複数の電気回路が埋設された半導体製造用または半導体検査用のウェハ載置台の当該複数の電気回路の間に好適に使用される窒化アルミニウム焼結体であって、カーボンの含有量が０.００５〜０.０５質量％、焼結密度が３.２０ｇ／ｃｍ３以上、５００℃における体積抵抗率が１×１０７Ω・ｃｍ以上、ＪＩＳ  Ｚ８７３０に準じた色相ｂ値が７.０以下である。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンの含有量が０.００５〜０.０５質量％、焼結密度が３.２０ｇ／ｃｍ３以上、５００℃における体積抵抗率が１×１０７Ω・ｃｍ以上、ＪＩＳ  Ｚ８７３０に準じた色相ｂ値が７.０以下である窒化アルミニウム焼結体。
【請求項２】
複数の電気回路が埋設された半導体製造用または半導体検査用のウェハ載置台であって、少なくとも前記複数の電気回路の間に請求項１に記載の窒化アルミニウム焼結体が用いられているウェハ載置台。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウム焼結体およびそれを用いた半導体ウエハの載置台に関し、特に高温において高い体積抵抗率を有し、半導体製造用または検査用ウェハ載置台として好適に使用可能な窒化アルミニウム焼結体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＩＣチップなどの半導体デバイスの製造工程では、半導体ウェハを載置して処理を行うウエハ載置台として、載置した半導体ウエハを所定の処理温度まで加熱する円板状のセラミックスヒータが使用されている。この種のセラミックスヒータの材質には、特許文献１に示されるように２００℃以上の温度域における体積抵抗率が１×１０８Ω・ｃｍ以上である絶縁性の窒化アルミニウム焼結体などのセラミックスが用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３１２５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、窒化アルミニウム製のウェハ載置台は、４００℃以上の高温で使用すると絶縁性にバラツキが大きくなり、高温での体積抵抗率が低いために加熱中に絶縁破壊を起こしてヒータが破損するものや、寿命が極端に短いものがあった。このようなトラブルを避けるため、個々の体積抵抗率を検査して絶縁性の良好なものを選別することが考えられるが、この場合は多くの費用と時間を要し、非生産的であった。
【０００５】
本発明はかかる従来のセラミックスヒータが有する問題点に鑑みてなされたものであり、高温での体積抵抗率が低いために加熱中に絶縁破壊を起こしてヒータが破損したり、寿命が極端に短くなったりすることのない窒化アルミニウム焼結体を提供する事を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明が提供する窒化アルミニウム焼結体は、カーボンの含有量が０.００５〜０.０５質量％、焼結密度が３.２０ｇ／ｃｍ３以上、５００℃における体積抵抗率が１×１０７Ω・ｃｍ以上、ＪＩＳ  Ｚ８７３０に準じた色相ｂ値が７.０以下であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、使用中のウェハ載置台において、高温での体積抵抗率が低いために加熱中に絶縁破壊を起こしてヒータが破損したり、寿命が極端に短くなったりすることがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】抵抗発熱体が埋設された一般的なウェハ載置台の縦断面図である。
【図２】各種電極が埋設された一般的なウェハ載置台で生じうる絶縁破壊の様子を示した模式的な縦断面図である。
【図３】本発明の窒化アルミニウム焼結体を用いた半導体製造用または検査用ウェハ載置台の模式的な縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。本発明の窒化アルミニウム焼結体は、カーボンの含有量が０.００５〜０.０５質量％、焼結密度が３.２０ｇ／ｃｍ３以上、５００℃における体積抵抗率が１×１０７Ω・ｃｍ以上、ＪＩＳ  Ｚ８７３０に準じた色相ｂ値が７.０以下である。また、本発明のウェハ載置台は、複数の電気回路が埋設された半導体製造用または半導体検査用のウェハ載置台であって、少なくともこれら複数の電気回路の間に、上記した窒化アルミニウム焼結体が用いられている。これにより、半導体製造用または半導体検査用のウェハ載置台において、高温での体積抵抗率が低いために加熱中に絶縁破壊を起こしてヒータが破損したり、寿命が極端に短くなったりすることがなくなる。
【００１０】
次に、本発明の窒化アルミニウム焼結体の一具体例について説明する。図１に示すように、４００℃以上の高温で使用するウェハ載置台１では一般に上面にウエハ載置面１ａを備えた窒化アルミニウム製の略円板形状の板状部材が用いられる。このウエハ載置台１にはウェハを加熱するための抵抗発熱体の電気回路２が埋設されている。なお、図１には２枚の略同形状の板状部材１ａ、１ｂの間に挟持されるようにして抵抗発熱体の電気回路２を埋設した例が示されている。ウエハ載置台１にはプラズマを発生させるためのＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電極（図示せず）や静電チャック用電極（図示せず）の電気回路が埋設されることもある。また、複数の抵抗発熱体の電気回路が埋設されることもある。
【００１１】
このため、窒化アルミニウム内のこれら電気回路の間の絶縁を確保することが必要であり、具体的には一般的な使用温度である４００℃以上の高温で体積抵抗率が１×１０７Ω・ｃｍ以上であることが必要とされている。この体積抵抗率が低くなり過ぎると、図２（ａ）に示すように抵抗発熱体の電気回路２内の隣接する導電線同士の間で絶縁破壊が生じたり、図２（ｂ）に示すように内周側と外周側に別々に設けられた２つの抵抗発熱体の電気回路２、３の間で絶縁破壊が生じたり、図２（ｃ）に示すように抵抗発熱体の電気回路２と静電チャック用電極又はＲＦ電極の電気回路４との間で絶縁破壊が生じたりすることがあった。
【００１２】
このような知見に基き、本発明者らは窒化アルミニウム製のウェハ載置台における高温での体積抵抗率の低下の問題について鋭意研究を重ねた結果、窒化アルミニウム焼結体を色調を指標にして選別することで５００℃における体積抵抗率が１×１０７Ω・ｃｍ以上の焼結体を得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１３】
具体的には、窒化アルミニウム焼結体は、当該焼結体に含有されるカーボン量が０.００５〜０.０５質量％の間においては５００℃における体積抵抗率が１×１０６〜１×１０９Ω・ｃｍの範囲内でバラツキが生じた。そこで、ＪＩＳ  Ｚ８７３０に準拠して焼結体の色相ｂ値を測定したところ、ｂ値が７.０を超える場合は５００℃で体積抵抗率が１×１０７Ω・ｃｍ以上のものも、これを下回るものも存在していたが、ｂ値が７.０以下の場合は必ず１×１０７Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を示すことを見出した。
【００１４】
すなわち、カーボン含有量を０.００５〜０.０５質量％とし、ＪＩＳ  Ｚ８７３０に準じた色相ｂ値を７.０以下とすることで、当該焼結体の５００℃における体積抵抗率が１×１０７Ω・ｃｍ以上となる窒化アルミニウム焼結体が得られる。このような優れた体積抵抗率を有する窒化アルミニウム焼結体は、特に制限するものではないが、以下に例示する方法で製造することができる。すなわち、先ず窒化アルミニウム粉末に、アルカリ土類金属化合物及び希土類酸化物のうちのいずれか１種以上を添加して混合する。この混合は、ボールミルや超音波混合等によって溶媒中で混合するのが好ましい。
【００１５】
上記窒化アルミニウム粉末には、カーボン量が２５０〜１０００質量ｐｐｍ含有されるのが好ましい。窒化アルミニウム粉末に含有されるカーボン量が１０００質量ｐｐｍを越えると、カーボンが焼結阻害因子となり焼結密度３.２０ｇ／ｃｍ３以上の緻密質のセラミックスが得られなくなる。一方、窒化アルミニウム粉末に含有されるカーボン量が２５０質量ｐｐｍを下回ると体積抵抗率が低下することがあるので好ましくない。なお、上記した窒化アルミニウム粉末中のカーボン含有量やその焼結体中のカーボン含有量は赤外線吸収法によって測定することができる。
【００１６】
上記した窒化アルミニウム粉末とアルカリ土類金属化合物等との混合で得られた混合物をスプレードライ法等の造粒法により顆粒にした後、得られた顆粒を乾式プレス法等によってプレス体に成形する。このプレス体を脱脂した後、常圧焼成やＨＰ（Ｈｏｔ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法やＨＩＰ（Ｈｏｔ  Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  Ｐｒｅｓｓｉｎｇ）法により焼成する。これらの焼成は、１７００〜１９００℃の非酸化雰囲気にて行うのが好ましい。上記した方法により、優れた体積抵抗率を有する窒化アルミニウム焼結体が得られる。
【００１７】
このようにして得た、カーボンの含有量が０.００５〜０.０５質量％、焼結密度３.２０ｇ／ｃｍ３以上、５００℃における体積抵抗率が１×１０７Ω・ｃｍ以上、ＪＩＳ  Ｚ８７３０に準じた色相ｂ値が７.０以下の窒化アルミニウム焼結体は、高い体積抵抗率が必要とされるウェハ載置台の材料として好適に用いることができる。ここで５００℃における体積抵抗率で規定する理由は、５００℃での体積抵抗率が低いと一般に４００℃以上の高温で使用されるウェハ載置台の用途では寿命が極端に短くなる恐れがあるからである。なお、色相ｂ値が６.０以下であれば２×１０７Ω・ｃｍ以上となりより好ましい。
【００１８】
ウェハ載置台は、特に制限するものではないが、次の方法で好適に製造することができる。すなわち、２枚の略同形状の円板状の窒化アルミニウム焼結体を用意し、それらの一方の片面に研磨加工により平面出しを行い、その面にペースト状にしたタングステンをスクリーン印刷法で塗布することにより回路パターンを形成する。この回路パターンが抵抗発熱体の電気回路、またはＲＦ電極や静電チャック用電極の電気回路になる。
【００１９】
この回路パターンを挟み込むようにもう一方の焼結体を重ね合わせ、これら２枚の焼結体を１５００℃以上でホットプレスして接合する。これにより、図３（ａ）に示すような、２枚の窒化アルミニウム焼結体の板状部材１１ａ、１１ｂで電気回路１２が挟持されるようにして埋設された接合体１１が得られる。この接合体の一方の面から電気回路の両端部に向けてザグリ溝を形成し、ここに給電端子を接続すると共に、ウエハ載置面となるもう一方の面を研磨加工することでウェハ載置台１０が得られる。
【００２０】
また、ウエハ載置面の厚み方向に互いに異なる位置に例えばＲＦ電極と抵抗発熱体とをそれぞれ埋設する場合は、３枚の略同形状の円板状の窒化アルミニウム焼結体を用意し、それらの内の一枚の両面に上記したようにスクリーン印刷法でＷペーストを塗布した後、これを他の２枚の窒化アルミニウム焼結体でそれぞれ上下から挟み込むことにより、図３（ｂ）に示すような、３枚の窒化アルミニウム焼結体の板状部材２１ａ、２１ｂ、２１ｃの間に抵抗発熱体の電気回路２２及びＲＦ電極の電気回路２３が挟持されるようにして埋設されたウェハ載置台２０が得られる。なお、図３（ｃ）に示すように、中央の１枚の板状部材３１に本発明の窒化アルミニウム焼結体を適用し、これを一般的な窒化アルミニウム焼結体材料からなる板状部材３４、３５で挟み込むことによってウエハ載置面３０の厚み方向の異なる位置に２つの電気回路３２、３３を埋設させてもよい。
【００２１】
以上説明した窒化アルミニウム焼結体で形成されるウェハ載置台は、高温での体積抵抗率が低く、加熱中に絶縁破壊を起こしてヒータが破損したり、寿命が極端に短くなったりすることがないので、載置した半導体ウエハに対して高温状態で種々の処理を施す場合に用いられる半導体製造用のウェハ載置台や、載置した半導体ウエハに高温状態でプローブを押し付ける場合に用いられる検査用のウェハ載置台として好適に用いることができる。
【００２２】
以上、本発明の窒化アルミニウム焼結体およびこれを用いたウェハ載置台について具体例を挙げて説明したが、本発明は係る具体例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、特許請求の範囲およびその均等物に及ぶものである。
【実施例】
【００２３】
以下、複数の実施例を挙げて本発明の窒化アルミニウム焼結体およびこれを用いたウェハ載置台についてさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００２４】
[実施例１]
カーボンの含有量が様々に異なる１４種類の窒化アルミニウム粉末を用意した。各窒化アルミニウム粉末のカーボン含有量を赤外線吸収法により測定した後、１４種類の窒化アルミニウム粉末の各々１００質量部に酸化イットリウムを１質量部添加した。そして、溶剤中で超音波混合によって混合した。得られた混合物をスプレードライにて造粒して１４種類の顆粒を作製した。
【００２５】
これら１４種類の顆粒を各々所定形状の金型を用いて１ｔｏｎ／ｃｍ２で加圧してプレス体を成型した。各プレス体を窒素雰囲気中で６００℃に加熱して脱脂を行い、次いで窒素雰囲気中で１８５０℃に加熱して常圧で焼成を行った。得られた焼結体を研磨加工して外径６０ｍｍ×厚み１ｍｍの円板状に整えた。このようにして試料１〜１４の窒化アルミニウム焼結体を得た。
【００２６】
各試料の窒化アルミニウム焼結体のカーボン含有量を赤外線吸収法を用いて測定し、焼結密度をアルキメデス法を用いて測定した。更に、ＪＩＳ  Ｚ８７３０に準じた色相ｂ値を色差計（ＫＯＮＩＣＡ  ＭＩＮＯＬＴＡ社製、型番：ＣＲ−１０）により測定した。次に、各試料の窒化アルミニウム焼結体の両面に測定電極として金属ペーストを焼きつけた後、５００℃に加熱した状態で直流三端子法に基いて体積抵抗値を測定した。得られた窒化アルミニウム焼結体の体積抵抗値を上記の各種の特性と共に下記表１に示す。
【００２７】
【表１】
2015030634.tif 000002
【００２８】
上記表１からわかるように、本発明の要件を満たす試料１〜９の窒化アルミニウム焼結体は、いずれも５００℃の体積抵抗率が１×１０７Ω・ｃｍ以上であった。一方、本発明の要件を満たしていない試料１０〜１４の窒化アルミニウム焼結体は、いずれも５００℃の体積抵抗率が１×１０７Ω・ｃｍを大きく下回っていた。
【００２９】
[実施例２]
実施例１で作製した窒化アルミニウム焼結体のうち、試料３、７、９、及び１３と同じ条件で作製した焼結体を用いて、今度は外径３００ｍｍ×厚み１０ｍｍの円板状に整えた。各々研磨加工により平面出しを行い、ペースト状にしたタングステンをスクリーン印刷により塗布して抵抗発熱体の回路パターンを形成した。次いで、接合層として窒化アルミニウムを主成分とするペーストをスクリーン印刷により厚み０.１ｍｍ塗布した。これを窒素雰囲気で８００℃で脱脂した後、窒素雰囲気で１７００℃でホットプレス法で接合してウェハ載置台を製作した。
【００３０】
この接合体の下面から抵抗発熱体の電気回路の両端部に達するまで切削加工を行ってそこに給電端子を接続した。温度を測りながらこの給電端子を介して抵抗発熱体に給電することによりウェハ載置台を７００℃まで昇温させて、ウェハ載置台の寿命を評価した。得られた評価結果を下記表２に示す。なお、ウエハ載置台破損の発生の有無は目視と断線によって判断した。
【００３１】
【表２】
2015030634.tif 000003
【００３２】
上記表２からわかるように、本発明の要件を満たす試料７の窒化アルミニウム焼結体で作製したウェハ載置台は７００℃で、試料９の窒化アルミニウム焼結体で作製したウェハ載置台は６００℃で破損したものの、いずれも５００℃までの昇温では破損することがなかった。これに対して、本発明の要件を満たしていない試料１３の窒化アルミニウム焼結体で作製したウェハ載置台は、４００℃という低い温度で破損した。
【符号の説明】
【００３３】
１        窒化アルミニウム載置台
１ａ、１ｂ        窒化アルミニウムの板状部材
２        抵抗発熱体の電気回路
３        ＲＦ電極の電気回路
４        静電チャック用電極の電気回路
１０      ウェハ載置台
１１      接合体
１１ａ、１１ｂ      窒化アルミニウムの板状部材
１２      電気回路
２０      ウェハ載置台
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ      窒化アルミニウムの板状部材
２２      抵抗発熱体の電気回路
２３      ＲＦ電極の電気回路
３０      ウェハ載置台
３１      本発明の窒化アルミニウムの板状部材
３２      電気回路
３３      電気回路
３４、３５      一般的な窒化アルミニウム焼結体材料からなる板状部材
【図１】
2015030634.tif 000004
【図２】
2015030634.tif 000005
【図３】
2015030634.tif 000006