(57)【要約】　　　（修正有）【課題】保護層を設けたウェハ支持部材を使用すると、保護層のない従来の窒化アルミニウム等からなるウェハ支持部材と比べ、温度制御が誤動作したり、あるいは検査装置が誤動作するとの問題があった。また、半導体ウェハ中の配線の欠落が発生するとの問題があった。【解決手段】板状セラミックス体２の主面を半導体ウェハＷを載せる載置面３とし、少なくとも一方の主面に保護層４を備え、該保護層４からのα線の放出量を０．３ＤＰＨ／ｃｍ２以下とする。【選択図】　図１
2004119741.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状セラミックス体の主面を半導体ウェハを載せる載置面とし、少なくとも一方の主面に保護層を備え、前記保護層からのα線の放出量が０．３ＤＰＨ／ｃｍ２以下であることを特徴とするウェハ支持部材。
【請求項２】
前記保護層の厚みＴが１６μｍ以上の場合、ウラン、トリウム及びラドンの総含有量が１３０重量ｐｐｂ以下であり、前記保護層の厚みＴが１６μｍ未満の場合、保護層のウラン、トリウム及びラドンの総含有量は（２０８０／Ｔ）重量ｐｐｂ以下であることを特徴とする請求項１に記載のウェハ支持部材。
【請求項３】
前記保護層がＺｎ、Ｂ、Ｓｉの少なくとも一種類を含む結晶相を含有することを特徴とする請求項１または２に記載のウェハ支持部材。
【請求項４】
前記保護層がＺｎ、Ｂ、Ｓｉの少なくとも一種類を含む結晶相を有するガラスからなり、前記保護層の熱膨張係数が上記板状セラミックス体の熱膨張係数に対し−２．０〜３．０×１０−６／℃の範囲であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のウェハ支持部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にウェハを加熱する際に用いるウェハ加熱装置に関するものであり、例えば半導体ウェハや液晶装置あるいは回路基板等のウェハ上に薄膜を形成したり、ウェハを検査したり、前記ウェハ上に塗布されたレジスト液を乾燥焼き付けしてレジスト膜を形成する際に好適なウェハ支持部材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置の製造工程における、半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理、レジスト膜の焼き付け処理等においては、半導体ウェハ（以下、ウェハと略す）を加熱するためのウェハ支持部材が用いられている。
【０００３】
従来の半導体製造装置は、複数のウェハを一括して加熱するバッチ式と、１枚ずつ加熱する枚様式とがあり、枚葉式には、温度制御性に優れているので、半導体素子の配線の微細化とウェハ熱処理温度の精度向上が要求されるに伴い、ウェハ支持部材が広く使用されている。
【０００４】
このようなウェハ支持部材として、例えば特許文献１、特許文献２や特許文献３には、図５に示すようなウェハ支持部材が提案されている。
【０００５】
このウェハ支持部材７１は、板状セラミック体７２、金属ケース７９、を主要な構成要素としたもので、アルミニウム等の金属からなる有底状の金属ケース７９の開口部に、窒化物セラミックスや炭化物セラミックスからなる板状セラミック体７２を樹脂製の断熱性の接続部材７４を介してボルト８０で固定され、その上面をウェハＷを載せる載置面７３とするとともに、板状セラミック体７２の下面に、例えば図６に示すような同心円状の抵抗発熱体７５を備えるようになっていた。
【０００６】
さらに、抵抗発熱体７５の端子部には、給電端子７７がロウ付けされており、この給電端子７７が金属ケース７９の底部７９ａに形成されたリード線引出用の孔７６に挿通されたリード線７８と電気的に接続されるようになっていた。
【０００７】
ところで、このようなウェハ支持部材７１において、ウェハＷの表面全体に均質な膜を形成したり、レジスト膜の加熱反応状態を均質にするためには、板状セラミックス体７２の熱伝導率を大きくすることが重要である。そこで、熱伝導率の大きな板状セラミックス体７２が採用されている。
【０００８】
特に、窒化アルミニウム質セラミックスと炭化珪素質セラミックスは、両者とも熱伝導率が大きいので均熱性を必要とする半導体ウエハ加熱装置用の均熱板３２の材料としては好適である。また、窒化アルミニウム質セラミックスの場合、窒化アルミニウムが空気中の水分と反応してアンモニアガスを発生させ、これが腐食性ガスとして半導体ウェハＷに悪影響を与える虞がある。しかし、窒化アルミニウム質セラミックスは低温で焼成できることからコストも安く広く採用されている。そこでこの腐食性ガスの発生を防止するには板状セラミックス体の表面にガラスからなる保護層を設け半導体ウェハＷへの腐食性ガスの飛散を防止している。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−２０３１５６号公報
【特許文献２】
特開２００１−３１３２４９号公報
【特許文献３】
特開２００２−７６１０２号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この保護層を設けたウェハ支持部材を使用すると、保護層のない従来の窒化アルミニウム等からなるウェハ支持部材と比べ、温度制御が誤動作したり、あるいは検査装置が誤動作するとの問題があった。また、半導体ウェハ中の配線の欠落が発生するとの問題があった。
【００１１】
更に、静電チャックの機能を備えたウェハ支持部材では、吸着力が低下するとの問題があった。
【００１２】
特に、ウェハ支持部材に半導体ウェハＷを載せ長時間使用すると、上記問題が発生する確率が大きくなるとの課題があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題について鋭意検討した結果、板状セラミックス体の主面を半導体ウェハを載せる載置面とし、少なくとも一方の主面に保護層を備え、前記保護層からのα線の放出量が０．３ＤＰＨ／ｃｍ２以下であることを特徴とする。
【００１４】
即ち、本発明は、上記問題点は保護層からのα線が原因であり、保護層からのα線の放出量を少なくすれば良いことを見出したのである。
【００１５】
また、前記保護層の厚みＴが１６μｍ以上の場合、ウラン、トリウム及びラドンの総含有量が１３０重量ｐｐｂ以下であり、前記保護層の厚みＴが１６μｍ未満の場合、保護層のウラン、トリウム及びラドンの総含有量は（２０８０／Ｔ）重量ｐｐｂ以下であることを特徴とする。
【００１６】
更に、前記保護層がＺｎ、Ｂ、Ｓｉの少なくとも一種類を含む結晶相を含有することを特徴とする。
【００１７】
また、前記保護層がＺｎ、Ｂ、Ｓｉの少なくとも一種類を含む結晶相を有するガラスからなり、前記保護層の熱膨張係数が上記板状セラミックス体の熱膨張係数に対し−２．０〜３．０×１０−６／℃の範囲であることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１９】
図１は本発明に係るウェハ支持部材１の１例を示す断面図で、炭化珪素または窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなる板状セラミックス体２の主面をウェハＷを載せる載置面３とするとともに、少なくとも片方の主面に保護層４を備え、前記板状セラミックス体２の一方の他方の主面に抵抗発熱体５を形成し、該抵抗発熱体５に電気的に接続する給電部６を具備し、給電部６に給電端子１１が接続している。これらの給電部６を囲む金属ケース１９が接続部材１７を介して板状セラミックス体２の他方の主面の周辺部に固定されている。
【００２０】
また、ウェハリフトピン２５は板状セラミック体２を貫通する孔を通してウェハＷを上下に移動させウェハＷを載置面３に載せたり降ろしたりすることができる。そして、給電部６に給電端子１１が接続し外部から電力が供給され、測温素子２７で板状セラミックス体２の温度を測定しながらウェハＷを加熱することができる。
【００２１】
尚、ウェハＷは、ウェハ支持ピン８により載置面３から浮かした状態で保持され、ウェハＷの片当たり等による温度バラツキを防止するようにしている。また、図３，４に示すように抵抗発熱体５を複数のゾーンに分割する場合（例えば５ａ〜５ｇ）、それぞれのゾーンの温度を独立に制御することにより、各給電部６の給電端子１１に電力を供給し、各測温素子２７の温度が各設定値となるように給電端子１１に加える電力を調整し、載置面３に載せたウェハＷの表面温度が均一となるようにしている。
【００２２】
抵抗発熱体５には、金や銀、パラジウム、白金等の材質からなる給電部６が形成され、該給電部６に給電端子１１を接触させることにより、導通が確保されている。給電端子１１と給電部６とは、導通が確保できる方法で有れば、はんだ付け、ロー付け等の手法を用いてもよい。
【００２３】
本発明のウェハ支持部材１は、板状セラミックス体２の少なくとも一方の主面に保護層４を備え、前記の板状セラミックス体２の一方の主面側を半導体ウェハＷを載せる載置面３とし、前期保護層４からのα線の放出量が０．３ＤＰＨ／ｃｍ２以下であることを特徴とする。α線の放出量が０．３ＤＰＨ／ｃｍ２を越えるとウェハ支持部材１が誤動作したり、パーティクルの発生が多くなったり、吸着力が突然変化しウェハＷの一部が持ち上がっりウェハＷの処理膜のバラツキを発生したり、載置面３に載せた半導体ウェハＷにα線が照射され、半導体ウェハの回路素子を破損する虞がある。
【００２４】
尚、ＤＰＨとは、Ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ／ｈｏｕｒの略で、装置の検出効率（本実験で用いた住友分析センター（株）社製の装置ＬＡＣＳ４０００では８０％である）を考慮したα線の放射量である。
【００２５】
また、保護層４の厚みＴが１６μｍ未満の場合、保護層４に含まれるＵ、Ｔｈ及びＲａの総含有量（重量ｐｐｂ）は２０８０／Ｔ（単位は重量ｐｐｂ）以下であるとウェハ支持部材１に載せたウェハＷに与える誤動作やパーティクルの発生を防止できた。また、厚みＴが１６μｍを越えると１３０重量ｐｐｂ以下であることがウェハ支持部材１に載せたウェハＷに与える誤動作やパーティクルの発生を防止できた。
【００２６】
一般に保護層４内部で発生したα粒子の飛程Ｒ（ｃｍ）は次式で表される。
【００２７】
Ｒ＝１．０３×１０−４・Ｅ３／２・Ａ１／２／Ｐ　　　（式１）
ここで、Ｐは（ｇ／ｃｍ３）で示した際のα粒子が照射された物質の密度、Ｅはα粒子のエネルギ（ＭｅＶ）、Ａはα粒子が照射された物質の平均原子量である。
【００２８】
ＵやＴｈやＲａから放射される典型的なα粒子のエネルギは４〜６ＭｅＶ（平均５ＭｅＶ）程であることから、保護層４の比重Ｐは３．８、平均原子量Ａは２５のガラスからなる場合にはＲは６．９〜１５．４μｍ（平均１０．３μｍ）となる。従って、保護層４の厚みがＲの値より大きいと放射されるα線の量は略一定となる。
【００２９】
しかし、保護層４の厚みがＲの値より小さいとα線の放射量が少なくなる（保護層４の最小厚みは０．１μｍ程と小さい）。
【００３０】
従って、保護層４の中のＵやＴｈ、Ｒａの原子からα線が放出されると保護層４内部で吸収され外部に放射されるα線は前記飛程Ｒが前記の保護層４より小さいとその厚みより深い位置から放射されたα線は保護層４の外部への影響が小さいことが分る。従って、保護層４に含まれる放射源であるＵやＴｈ、Ｒａの含有量は保護層が薄いと含有量が大きくても使用できるが、保護層４の厚みが厚いと含有量は小さくても使用できると考えられる。
【００３１】
保護層４内のＵやＴｈ、Ｒａの元素は保護層４の厚みＴに対して非常に希薄に存在することから、保護層４の厚みがＲ以下では保護層４の外部に放出されるα線の量Ｆは保護層４の厚みに略比例する。
【００３２】
Ｆ＝ｋＴ×Ｄ　　　式２
ここで、Ｆはα線の放出量である。ｋは定数である。Ｔは保護層４の厚みである。ＤはＵやＴｈ、Ｒａの含有量である。ウェハ支持部材１が誤動作しない場合のウェハ支持部材１から放射されるα線量の上限があることから、Ｆは一定の値を上限とする。そこで、Ｆを上限で一定とする時の含有量Ｄは（１／Ｔ）に比例することが分る。
【００３３】
また、保護層４の厚みがＲを超えると保護層４内のＵやＴｈ、Ｒａの含有量の上限は略一定となる。
【００３４】
保護層４を均一にムラ無く塗布する上で、保護層４の厚みの最小値は０．１μｍ程が必要であり、式（２０８０／Ｔ）のＴに０．１を代入し、２０８００重量ｐｐｂが得られる。従って、この厚みの保護層４のＵやＴｈ、Ｒａの総含有量は２０８００重量ｐｐｂ以下であることが必要である。この値を超えると半導体ウェハＷの回路素子にダメージを与え、半導体ウェハＷを検査するウェハ支持部材１として使用すると誤作動する危険性が大きくなる。
【００３５】
また、保護層４の厚みＴが飛程Ｒより大きな場合、保護層４のＵやＴｈ、Ｒａの含有量は１３０重量ｐｐｂ以下であればウェハＷの回路素子へのダメージやウェハ支持部材１の誤動作を防止できる。
【００３６】
尚、板状セラミックス体２の抵抗発熱体５側にのみ保護層４を備えていても、ウェハリフトピン２５は板状セラミック体２を貫通する孔を通してウェハＷにα線を照射する虞がある。
【００３７】
前記保護層４は主面に形成されたＳｉＯ２からなる酸化膜２１の上にガラスからなる保護層４を備えるか又は保護層４を介して抵抗発熱体５を形成し、この抵抗発熱体５と電気的に接続する給電部６を備えてウェハ支持部材１を構成してもよい。
【００３８】
また、保護層４に用いるガラスの原料は、ＳｉＯ２として高純度のケイ石やホウ酸が、硼素としてホウ酸やホウ砂、酸化亜鉛として鉛丹が使われるが、これらのガラス原料のＵやＴｈ、Ｒａが少なくても、これらを混合し白金製の坩堝に入れ溶融する際に加熱する炉の炉材中のＵやＴｈ、Ｒａが炉の雰囲気を介して溶融ガラスに拡散し、作製したガラスのＵやＴｈ、Ｒａが増加することが判明した。従って、前もって前記炉を加熱することでガラス原料を溶融する溶融炉の炉壁や発熱体に含まれるＵやＴｈ、Ｒａの含有量を減らしたり、ＵやＴｈ、Ｒａがガラスに拡散しないよう純度の高いアルミナ等の耐熱材でガラス原料を囲みＵやＴｈ、Ｒａが拡散混入しないよう防止することが好ましい。
【００３９】
特に、炉材からのＵ、ＴｈやＲａの混入を防止するにはガラス原料を白金製坩堝に投入し、純度９９．９％以上の高純度アルミナ製からなる１０ｍｍ以上の厚みのアルミナ基板で上記白金坩堝を囲みガラスを溶融するとＵ、ＴｈやＲａが上記アルミナ基板に吸着され、内部のガラス成分にＵ，ＴｈやＲａが含有する量を低減できることから好ましいことが判明した。
【００４０】
尚、アルミナ基板で白金坩堝を囲むとは、アルミナ基板同士の接触面に対し坩堝を囲んだ内側からアルミナ基板の外側に至る長さが１０ｍｍ以上であり、しかも前記接触面は平坦に加工され密着性良く接触していることが好ましい。アルミナ基板同士の前記接触面の表面粗さはＲａ１以下が好ましい。
【００４１】
また、上記保護層４は、ガラスからなり、その少なくとも一部にＺｎ、Ｂ、Ｓｉの少なくとも一種類を含んだ結晶相を含有することが好ましい。ガラス中に生成もしくは分散させる前記結晶相の種類としては、例えばＺｎ２ＳｉＯ４、Ｚｎ３Ｂ２Ｏ６、Ｚｎ３（ＢＯ３）２、Ｚｎ（ＢＯ２）２、ＳｉＯ２等をあげることができる。これらの結晶相は、低熱膨張率であるため、これにより、従来２０００サイクル程度の５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験で保護層４にマイクロクラックや剥離が発生し板状セラミックス体２を保護することが出来なかったが、寿命を２００００サイクルまで延ばすことができるのである。また、結晶相を包含するガラス相は、Ｐｂ、Ｂ、Ｂｉ、Ｓｂ等を適宜含有させることにより焼き付け温度を低減させることが可能となる。
【００４２】
ガラスを結晶化させる方法としては、例えば一旦ガラス層を溶融生成させた後、該ガラス層を結晶核生成温度付近で一旦１時間程度保持させ、結晶核を十分生成させたのち、結晶生成温度まで昇温させてガラスを結晶化させる方法がある。
【００４３】
結晶化により生成する結晶量を測定することは難しいが、少なくともガラスの透明感がなくなる程度である方が好ましい。生成してくる結晶層が針状結晶であれば、繊維強化により抵抗発熱体５の強度を向上させ、クラックの発生を抑制することができる。また、もしガラス中に微小クラックが発生したとしても、生成した結晶がクラックの進展を止める効果が期待できる。
【００４４】
また、前記保護層４が、Ｚｎ、Ｂ、Ｓｉの少なくとも一種類を含む結晶相を有するガラスからなり、前記保護層４の熱膨張係数が板状セラミックス体２の熱膨張係数に対して−２．０〜３．０×１０−６／℃の範囲となる事が好ましい。これは、本発明はセラミックスからなる板状セラミックス体２の一方の主面をウエハ載置面３とし、主面や他方の主面に、ガラスからなる保護層４を備え、必要に応じ該保護層４上に抵抗発熱体５を備えているため、保護層４の熱膨張係数は板状セラミックス体２に近いほど５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験における寿命を伸ばすことになるからである。
【００４５】
そこで、本発明者らは前記保護層４が、Ｚｎ、Ｂ、Ｓｉの少なくとも一種類を含む結晶相を含有し、該抵抗発熱体５の熱膨張係数が１．９〜６．９×１０−６／℃であれば、５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験における寿命を２０００００サイクルまで伸ばすことができることを見出した。
【００４６】
さらに、保護層４は少なくとも一部にＺｎ、Ｂ、Ｓｉの少なくとも一種類を含んだ結晶相を含有する結晶化ガラスであるが、そのガラス部分の軟化点が酸化層４ａを形成するガラスの転移点よりも低くなるようにすることにより、より強固な抵抗発熱体５と保護層４との接合強度が得られ、５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験における寿命を、２２００００サイクルまで伸ばすことができる。保護層４は少なくとも一部にＺｎ、Ｂ、Ｓｉの少なくとも一種類を含んだ結晶相を含有する結晶化ガラスであるが、そのガラス部分の軟化点が保護層４ａを形成するガラスの転移点よりも高い場合でも、５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験における寿命は２００００サイクル程度までは耐久試験における寿命を延ばすことができる。
【００４７】
保護層４に使用するガラスとしては、７００℃程度の低い温度で抵抗発熱体５の焼き付けが可能で、且つ熱膨張率が板状セラミックス体２の熱膨張係数に対し０．５〜１．５×１０−６／℃の範囲であることがより好ましい。一般的にガラスの熱膨張率とガラスの焼き付け温度の関係は負の相関があり、熱膨張係数を下げようとすると焼き付け温度が高くなり、焼き付け温度を下げようとすると熱膨張係数が高くなる傾向にある。従って、熱膨張係数と焼き付け温度を同時に目標のレベルにすることは、非常に難しい。
【００４８】
そこで本発明では、たとえば、Ｚｎ２ＳｉＯ４、Ｚｎ３Ｂ２Ｏ６、Ｚｎ３（ＢＯ３）２、Ｚｎ（ＢＯ２）２、ＳｉＯ２のような低熱膨張係数の結晶相をガラス中に析出もしくは分散させ、見掛けのガラスの熱膨張係数を下げることを狙ったものである。また、ＰｂＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、Ｓｂ２Ｏ３はどちらかというと結晶化せず、ガラス中に残留してガラスの融点を下げる効果がある。また、これらの成分はガラスの熱膨張係数を増大させることなく焼き付け温度を低減できる機能を持った成分である。また、ガラス中の結晶相については、特にガラス相から析出してくるものに限定するものではなく、上記のような結晶をガラス中に混合し焼き付け処理することによりガラス中に混在させる手法を用いても構わない。
【００４９】
低熱膨張係数の結晶相としては、β−ユークリプタイトのように負の熱膨張係数を持つ結晶相もあるが、この結晶相は結晶中に含まれるＬｉイオンが抵抗発熱体５に印加される電圧により移動し、耐久性に影響する恐れがあるため、β―ユークリプタイト以外の結晶層とすることが望ましい。
【００５０】
なお、保護層４に含有されるガラス中の結晶相の同定は、Ｘ線回折（（株）リガク製）により同定した。また、ガラスの転移点および軟化点の測定は、示差走査熱量分析計を用いて、温度を上昇させながら熱の出入りを測定し、ベースラインの最初の吸熱シフト部分の漸近線の交点をガラス点移転とし、その次に出現する緩やかな発熱ピークの両側の漸近線の交点を軟化点とした。
【００５１】
ガラスからなる保護層４は、厚みを０．１〜６００μｍとする。この厚みが０．１μｍ以下であると、板状セラミックス体２を均一に成膜することが困難であり、板状セラミックス体２の脱粒を防止する効果が小さくなるからである。また、前記厚みが６００μｍ以上となると、ガラスは熱伝導係数が小さいので、板状セラミックス体２からウエハＷ載置面３への熱伝達が遅くなってしまい好ましくない。
【００５２】
また、炭化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスや窒化珪素質セラミックス焼結体の表面には、ガラスは濡れ難くハジケが発生しやすいので、１０００から１６００℃の酸化雰囲気中で１〜５時間処理し、板状セラミックス体２の表面に酸化皮膜２１を形成すると、保護層４や抵抗発熱体を表面に形成しやすくなる。特に、炭化珪素質セラミックスを用いる場合は、セラミックス自体が半導性を示すので、電流のリークによる破損を防止するために、保護層４形成の前に上記のような熱処理が必須である。
【００５３】
また、ガラスからなる保護層４の表面の平坦度は、３００μｍ以下とすることが好ましい。該平坦度が３００μｍを越えると、保護層４の表面に抵抗発熱体５を形成した場合の厚みバラツキが大きくなり、抵抗発熱体５の抵抗値バラツキが大きくなるため好ましくない。
【００５４】
ガラスからなる保護層４の平坦度を３００μｍ以下とするためには、板状セラミックス体２の保護層４を塗布する側の平坦度を３００μｍ以下とすると同時に、板状セラミックス体２を構成するセラミックスの熱膨張率に対し、ガラスの熱膨張係数を１．０〜１．５×１０−６／℃とすることが好ましい。これは、ガラスが焼結する際の収縮による応力が焼き付けの際の熱処理では十分緩和されず、保護層４に応力が残留しやすいからである。このように、ガラスの熱膨張率を板状セラミックス体２をなすセラミックスの熱膨張係数に合致することにより板状セラミックス体２の反りを低減することが、平坦度を向上させるのに有効である。
【００５５】
また、ガラスからなる保護層４は、プリントもしくは転写により一定厚みの膜を形成し、そのガラスの作業点以上の温度で熱処理することにより形成する。ガラスの熱膨張率は、均熱板２のセラミックス基材の熱膨張率より若干小さな熱膨張率とすることが好ましい。これは、ガラスが焼結し溶融する際に、その収縮による応力を十分緩和し切っておらず、収縮による応力が反りの形で残留しているので、この分を吸収するためである。そしてこの結果、ガラスに残留する応力が圧縮応力となるので、熱応力に対しクラックが発生し難くなるからである。
【００５６】
図２を用いて、さらに本発明のウェハ支持部材１を有する板状セラミックス体２の構造を、窒化アルミニウム質セラミックスの例を使って詳細に説明する。板状セラミックス体２の表面には、酸化雰囲気中で熱処理することにより生成したＡｌ２Ｏ３からなる酸化膜４ａが形成されている。そして、この酸化膜４ａの上にガラス層が形成され保護層４が形成される。そして、必要に応じ板状セラミックス体２の下面の保護層４の上に、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｉｒのうち一種以上と結晶化ガラスからなる抵抗発熱体５が形成され、この抵抗発熱体５には給電部６が形成されている。この給電部６に給電端子１１を押圧して接続することによりウエハ加熱装置を構成している。また、ウエハＷは、支持ピン８により載置面３から離間して保持される。これにより、ウエハＷが板状セラミックス体２の保護層４に片当たりして温度分布が悪くなるといった問題を防止している。
【００５７】
また、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２からなる膜を直接成膜しても良い。この場合、窒化アルミニウムは絶縁性であることから保護層４を介さず直接抵抗発熱体５を形成しても良い。
【００５８】
上記抵抗発熱体５は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄの少なくとも一種の金属と結晶化ガラスからなり、その少なくとも一部にＺｎ、Ｂ、Ｓｉの少なくとも一種類を含んだ結晶相を含有している。ガラス中に生成もしくは分散させる前記結晶相の種類としては、例えばＺｎ２ＳｉＯ４、Ｚｎ３Ｂ２Ｏ６、Ｚｎ３（ＢＯ３）２、Ｚｎ（ＢＯ２）２、ＳｉＯ２等をあげることができる。これらの結晶相は、低熱膨張率であるため、これにより、従来２０００サイクル程度の５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験で断線していた抵抗発熱体５の寿命を２００００サイクルまで延ばすことができるのである。また、結晶相を包含するガラス相は、Ｐｂ、Ｂ、Ｂｉ、Ｓｂ等を適宜含有させることにより焼き付け温度を低減させることが可能となる。
【００５９】
ガラスと金属の混合比率は、重量比で４０：６０〜８０：２０のものを用いることができる。該比率が４０：６０より小さいと、ガラス量が少な過ぎて抵抗発熱体５の剥離強度が４ｋｇ／ｍｍ２以下になってしまうので好ましくない。また、該比率が８０：２０より大きくなると、焼成後に均熱板となる板状セラミックス体２の面内の抵抗発熱体５の抵抗値がブロック毎にばらついたり断線が発生しやすくなるので好ましくない。
【００６０】
さらに、前記抵抗発熱体５は金属成分として、特にＰｔ族金属、Ａｕ、もしくはこれらの合金を主成分とすることが好ましい。抵抗発熱体５の少なくとも一部にＺｎ、Ｂ、Ｓｉの少なくとも一種類を含んだ結晶相を含有し、更に導電材としては耐酸化性の強いＰｔ族金属、Ａｕ、もしくはこれらの合金を主成分とすることにより、５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験における寿命を２５００００サイクルまで伸ばすことができる。Ｐｔ族金属、Ａｕ、もしくはこれらの合金を主成分とする以外の金属が前記抵抗発熱体５に含まれている場合でも請求項１に示した発明のように５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験における寿命は２００００サイクル程度までは耐久試験における寿命を延ばすことができる。
【００６１】
保護層４の上に抵抗発熱体５を形成する場合、抵抗発熱体５に含まれるガラスの軟化点が、保護層４に含まれるガラスの転移点より低いことが抵抗発熱体５の加工精度を向上させる上で好ましい。ガラスは転移点以上の温度では高粘度の粘性流体であると考えられる。このため、保護層４に含まれるガラスの転移点より抵抗発熱体５に含まれるガラスの軟化点を低くし、抵抗発熱体５の焼き付け時に、基材となる保護層４に影響がでないようにする。
【００６２】
さらに、ケース１９に固定したあとの板状セラミックス体２の平坦度が８０μｍ以下、さらに好ましくは、４０μｍ以下とすることが好ましい。板状セラミックス体２の平坦度を８０μｍ以下にする理由は、ウエハＷと板状セラミックス体２との間隔を管理することにより、ウエハＷを急昇温させた場合に、ウエハＷ面内の温度を精密に管理することができるようにするためである。
【００６３】
また、板状セラミックス体２を形成するセラミックスとしては、炭化珪素、炭化硼素、窒化硼素、窒化珪素、窒化アルミニウムのいずれか１種以上を主成分とするものを使用することができる。
【００６４】
上記のような板状セラミックス体２に保護層４を設けると次のような効果が期待できる。一つは、板状セラミックス体２との間の絶縁性が保たれることであり。他方、板状セラミックス体２の結晶粒子の脱落を防止できパーティクルの発生を防止できる。また、特に、窒化アルミニウムからなる板状セラミックス体においては、窒化アルミニウムと空気中の水分やウェハＷへ塗布する塗布液との反応を防止することができることから保護層４を備えることが有効である。
【００６５】
炭化珪素質焼結体としては、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤として硼素（Ｂ）と炭素（Ｃ）を含有した焼結体や、主成分の炭化珪素に対し、焼結助剤としてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とイットリア（Ｙ２Ｏ３）を含有し１９００〜２２００℃で焼成した焼結体を用いることができ、また、炭化珪素はα型を主体とするもの、あるいはβ型を主体とするもののいずれであっても構わない。
【００６６】
また、炭化硼素質焼結体としては、主成分の炭化硼素に対し、焼結助剤として炭素を３〜１０重量％混合し、２０００〜２２００℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。
【００６７】
そして、窒化硼素質焼結体としては、主成分の窒化硼素に対し、焼結助剤として３０〜４５重量％の窒化アルミニウムと５〜１０重量％の希土類元素酸化物を混合し、１９００〜２１００℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。窒化硼素の焼結体を得る方法としては、他に硼珪酸ガラスを混合して焼結させる方法があるが、この場合熱伝導率が著しく低下するので好ましくない。
【００６８】
また、窒化珪素質焼結体としては、主成分の窒化珪素に対し、焼結助剤として３〜１２重量％の希土類元素酸化物と０．５〜３重量％のＡｌ２Ｏ３、さらに焼結体に含まれるＳｉＯ２量として１．５〜５重量％となるようにＳｉＯ２を混合し、１６５０〜１７５０℃でホットプレス焼成することにより焼結体を得ることができる。ここで示すＳｉＯ２量とは、窒化珪素原料中に含まれる不純物酸素から生成するＳｉＯ２と、他の添加物に含まれる不純物としてのＳｉＯ２と、意図的に添加したＳｉＯ２の総和である。
【００６９】
また、窒化アルミニウム質焼結体としては、主成分の窒化アルミニウムに対し、焼結助剤としてＹ２Ｏ３やＹｂ２Ｏ３等の希土類元素酸化物と必要に応じてＣａＯ等のアルカリ土類金属酸化物を添加して十分混合し、平板状に加工した後、窒素ガス中１９００〜２１００℃で焼成することにより得られる。
【００７０】
さらに板状セラミックス体２は、板状セラミックス体２とケース１９の外周にボルト１６を貫通させ、板状セラミックス体２側より弾性体１８を介在させてナット２０を螺着することにより弾性的に固定している。これにより、板状セラミックス体２の温度を変更したり載置面３にウエハを載せ板状セラミックス体２の温度が変動した場合にケース１９の変形が発生しても、上記弾性体８によってこれを吸収し、これにより板状セラミックス体２の反りを防止し、ウエハＷ加熱におけるウエハＷ表面に温度分布が発生することを防止できる。
【００７１】
また、板状セラミックス体２の温度調整用の熱電対２７は、板状セラミックス体２の中央部のウエハ載置面３の直近に設置され、熱電対２７の温度を基に板状セラミックス体２の温度を調整する。抵抗発熱体５が複数のブロックに別れており、個別に温度制御する場合は、それぞれの抵抗発熱体５のブロックに測温用の熱電対２７を設置する。熱電対２７としては、その応答性と保持の作業性の観点から、外径１．０ｍｍ以下のシース型の熱電対２７を使用することが好ましい。また、この熱電対２７の先端部は、板状セラミックス体２に孔が形成され、この中に設置された円筒状の金属体の内壁面にバネ材により押圧固定することが測温の信頼性を向上させるために好ましい。
【００７２】
また、抵抗発熱体５を複数のブロックに分割する場合は、そのブロック毎にその中央部に温度制御用の熱電対２７を設置し、各々独立に温度制御することが好ましい。
【００７３】
熱電対２７の保持構造は、板状セラミックス体２の抵抗発熱体５を形成した側の主面に凹部を形成し、この凹部の中に、熱電対２７による測温の信頼性を高めるために熱伝導率が６５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の金属箔を介して熱電対２７を設置し、さらに上から熱伝導係数が板状セラミックス体２のそれに対し４０〜１７０％である金属製チップ、および熱伝導係数が５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の押さえ治具、支持棒を弾性体により押圧固定した構造とすることが好ましい。また、前記凹部の径は、３〜５ｍｍφとすることが好ましい。
【００７４】
また、ケース１９は底面２１と側壁部からなり、前記の底面２１には抵抗発熱体５に電力を供給するための給電端子１１が絶縁材９を介して設置され、不図示の空気噴射口や熱電対保持部が形成されている。そして、前記給電端子１１は、給電部６に弾性体（不図示）により押圧される構造となっている。また、前記ケース１９の底面２１は、複数の層から構成されていても良い。
【００７５】
また、板状セラミックス体２に形成された給電部６と給電端子１１間の接続を、押圧による接触とすることにより、板状セラミックス体２とケース１９の温度差による両者の膨張の差を接触部分の滑りで緩和できるので、使用中の熱サイクルに対し、耐久性良好なウエハ加熱装置を提供することができる。この押圧手段で弾性体は、コイル状のバネや、他に板バネ等を用いて押圧するようにしても構わない。
【００７６】
また、給電端子１１の給電部６との当接面側の径は、１．５〜４ｍｍとすることが好ましい。さらに、給電端子１１を保持する絶縁材９は、その使用温度に応じて、２００℃以下の温度では、ガラス繊維を分散させたＰＥＥＫ（ポリエトキシエトキシケトン樹脂）材のものを用いることが可能であり、また、それ以上の温度で使用する場合は、アルミナ、ムライト等からなるセラミック製の絶縁材９を用いることが可能である。
【００７７】
このとき、給電端子１１の少なくとも給電部６との当接部を、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｇ、Ａｕ、ステンレスおよび白金族の金属のうち少なくとも１種以上からなる金属により形成することが好ましい。具体的には、給電端子１１自体を上記金属で形成するか、または給電端子１１の表面に該金属からなる被覆層を設けることもできる。
【００７８】
あるいは、給電端子１１と給電部６の間に上記金属からなる金属箔を挿入することにより、給電端子１１表面の酸化による接触不良を防止し、板状セラミックス体２の耐久性を向上させることが可能となる。
【００７９】
また、給電端子１１の表面にサンドブラスト加工を施したりして、表面を荒らすことにより接点が点接触となることを防止すると、さらに接触の信頼性を向上させることができる。ウエハ加熱装置１は、板状セラミックス体２面内の温度は均一になるように調整するが、加熱時、ウエハの入れ替え時等は、構造的に板状セラミックス体２と支持体９の温度の関係は一定ではない。この温度差により、給電部６と導電端子７は、捻れた位置関係で接触する場合が多いので、これらの接点を平坦に加工すると、片当たりして接触不良を起こしやすい。
【００８０】
そして、このウエハ加熱装置１によりウエハＷを加熱するには、不図示の搬送アームにて載置面３の上方まで運ばれたウエハＷを不図示のリフトピンにて支持したあと、リフトピン２５を降下させてウエハＷを載置面３上に載せる。
【００８１】
次に、給電部６に通電して抵抗発熱体５を発熱させ、保護層４及び板状セラミックス体２を介して載置面３上のウエハＷを加熱する。板状セラミックス体２を窒化アルミニウム焼結体により形成すると、熱を加えても変形が小さく、板厚を薄くできるため、所定の処理温度に加熱するまでの昇温時間及び所定の処理温度から室温付近に冷却するまでの冷却時間を短くすることができ、生産性を高めることができるとともに、８０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有することから、薄い板厚でも抵抗発熱体５のジュール熱を素早く伝達し、載置面３の温度ばらつきを極めて小さくすることができる。
【００８２】
【実施例】
（実施例１）
まず、窒化アルミニウム粉末に対し、重量換算で１．０質量％の酸化イットリウムを添加し、さらにイソプロピルアルコールとウレタンボールを用いてボールミルにより４８時間混練することにより窒化アルミニウムのスラリーを製作した。
【００８３】
次に、窒化アルミニウムのスラリーを２００メッシュに通し、ウレタンボールやボールミル壁の屑を取り除いた後、防爆乾燥機にて１２０℃で２４時間乾燥した。
【００８４】
次いで、得られた窒化アルミニウム粉末にアクリル系のバインダーと溶媒を混合して窒化アルミニウムのスリップを作製し、ドクターブレード法にて窒化アルミニウムのグリーンシートを複数枚製作した。
【００８５】
そして、得られた窒化アルミニウムのグリーンシートを複数枚積層熱圧着にて積層体を形成した。
【００８６】
しかる後、積層体を非酸化性ガス気流中にて５００℃の温度で５時間脱脂を施した後、非酸化性雰囲気にて１９００℃の温度で５時間の焼成を行い各種の熱伝導率を有する板状セラミックス体を製作した。
【００８７】
そして、窒化アルミニウム焼結体に研削加工を施し、板厚３ｍｍ、直径３１５ｍｍ〜３３０ｍｍの円盤状をした板状セラミックス体２を複数枚製作し、更に中心から６０ｍｍの同心円上に均等に３箇所貫通孔を形成した。貫通口径は、４ｍｍとした。
【００８８】
一方、高純度ケイ石とホウ砂、鉛丹及び微量成分を所定の量計量し、混合後、白金製坩堝に投入しシャモット質耐火レンガを内壁とする電気炉で１４００℃で溶融した。尚、ＵやＴｈがガラスに拡散することを防止するため、白金製坩堝を高純度アルミナ、ジルコニア、ムライトからなる１０ｍｍ厚のセラミックス基板で囲みガラス原料を溶融し各種のガラスを作製した。
【００８９】
そして、前記板状セラミックス体２にスクリーン印刷した後、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させ、さらに５５０℃で３０分間脱脂処理を施したあと、７００〜９００℃の温度で加熱し保護層を作製した。
【００９０】
次いで板状セラミックス体２の上に抵抗発熱体５を被着するため、導電材としてＡｕ粉末とＰｄ粉末と、前記同様の組成からなるバインダーを添加したガラスペーストを混練し作製した導電体ペーストをスクリーン印刷法にて所定のパターン形状に印刷したあと、１５０℃に加熱して有機溶剤を乾燥させ、さらに５５０℃で３０分間脱脂処理を施したあと、７００〜９００℃の温度で焼き付けを行うことにより、厚みが５０μｍの抵抗発熱体５を形成した。
【００９１】
抵抗発熱体ゾーン４の配置は、中心部に直径１１０ｍｍの円形の１つに抵抗発熱体ゾーンを形成し、その外側の円環を同等の２つの抵抗発熱体ゾーンに分割し、その外側に外径２２０ｍｍの円環を４つの抵抗発熱体ゾーンに分割した計７個の抵抗発熱体ゾーン構成とした。しかるのち抵抗発熱体５に給電部６をロウ付けし固着させ、給電部６を除く板状セラミックス体２の表面に保護層として別途作製した所定のガラスをスクリーン印刷し７００℃〜９００℃で焼き付けした。
【００９２】
尚、作製した各ガラスのＵやＴｈ、Ｒａの含有量は、Ｍａｉｃｒｏｍａｓｓ社製のＩＣＰ−ＭＳにより測定した。
【００９３】
また、ガラス面からのα線の放出量は住友分析センター社製のα線測定装置ＬＡＣＳで測定した。
【００９４】
そして、有底の金属ケースの底面の厚みは２．０ｍｍのアルミニウムと側壁部を構成する厚み１．０ｍｍのアルミニウムからなり、底面に、ガス噴射口、熱電対、導通端子を所定の位置に取り付けた。また、底面から板状セラミックス体までの距離は２０ｍｍとした。
【００９５】
その後、前記有底の金属ケースの開口部に、板状セラミックス体を重ね、その外周部にボルトを貫通させ、板状セラミックス体と有底の金属ケースが直接当たらないように、リング状の接触部材を介在させ、接触部材側より弾性体を介在させてナットを螺着し弾性的に固定することによりウェハ支持部材とした。
【００９６】
作製したウェハ支持部材の評価は、測温抵抗体が２９箇所に埋設された直径３００ｍｍの測温用ウェハを用いて行った。夫々のウェハ支持部材に電源を取り付け３０℃から２００℃に５分で昇温し５分間保持した後、３０分間冷却する温度サイクルを１０００サイクル行い、保護層のガラス面のクラックの有無を確認した。そして、同様に１０００サイクル単位で１００００サイクル繰り返した。
【００９７】
更に、１０００回の温度サイクル後にウェハＷを取り外しパーティクルカウンタでウェハ上の１μｍ以上のパーティクル数を測定した。
【００９８】
それぞれの結果は表１に示す通りである。
【００９９】
【表１】
2004119741.tif 000003
【０１００】
本願発明のウェハ支持部材１である試料Ｎｏ．１〜７は、保護層からのα線の放出量が０．３ＤＰＨ／ｃｍ２以下であり、誤動作することなくウェハ支持部材を運転することができた。
【０１０１】
これに対し、試料Ｎｏ．８〜９は保護層からのα線の放射量が０．３ＤＰＨ／ｃｍ２を越え、ウェハ支持部材は誤動作することが分った。
【０１０２】
また、試料Ｎｏ．１〜７に示すように保護層の厚みが小さいほどＵやＴｈ、Ｒａの総含有量が多くても誤動作し難いことが分る。そして、保護層の厚みが１６μｍ以下では、総含有量が２０８０を保護層の厚み（μｍ）で除した値より小さいとウェハ支持部材の誤動作が無く、好ましいことが分る。
【０１０３】
また、試料Ｎｏ．８は保護層を備えていないことからパーティクル数が多く好ましくないことが分った。
（実施例２）
実施例１と同様の工程で窒化アルミニウム製のグリーンシートを作製し、該グリーンシートを積層する際に櫛歯型形状で双極の静電吸着用電極を埋設した板状セラミックス体を作製し、以下実施例１と同様の工程で静電チャック用のウェハ支持部材として試料Ｎｏ．２１、２２、２５を作製した。
【０１０４】
また、一部のウェハ支持部材には上記と同様の静電吸着用電極を埋設し、更にチャックチャックトップ導体層を設けプローバ用のウェハ支持部材として試料Ｎｏ．２３、２４、２６を作製した。
【０１０５】
そして、静電吸着電極に５００Ｖの電圧を加えウェハＷを吸着しながら、実施例１と同様に抵抗発熱体に通電し最高温度１２５℃に加熱した。そして、実施例１と同様に評価するとともに、静電吸着状況を確認するため、静電チャック用のウェハ支持部材に載せたウェハＷの上面の全面を光学式反射表面変位計で測定し、ウェハＷの表面の部分的な変位を常時測定した。
【０１０６】
また、プローバ用のウェハ支持部材は同時にウェハＷの電気特性を評価した。その結果を表２に示す。
【０１０７】
【表２】
2004119741.tif 000004
【０１０８】
表２から分るように、本発明のウェハ支持部材である試料Ｎｏ．２１〜２４は静電チャックとして誤動作することなく作動することが分った。これに対し、試料Ｎｏ．２５、２６はウェハＷ表面の部分的な変位（浮き上がり）が突然発生することがありウェハ支持部材として適切ではなかった。
（実施例３）
実施例１と同様の工程でウェハ支持部材を作製し、保護層の主結晶相を替えた試料を作製し、実施例と同様に１０００サイクル単位でウェハ支持部材の昇降温を繰り返した。
【０１０９】
尚、各結晶相の同定は、保護層の焼き付け後にＸ線回折法（理学電気社製）にて行った。この時点で保護層の外観の観察を行った。
【０１１０】
また、温度サイクルを１０００サイクル施して、保護層の外観を観察した。クラックの発生がなければ、次の１０００サイクルを行い、再度観察を行い、繰り返し観察した。外観確認は２０倍の双眼顕微鏡にて行い、クラックの発生の有無を確認した。クラックが発生するまでの温度サイクル数を耐久熱サイクル数とした。
【０１１１】
前記保護層がＺｎ、Ｂ、Ｂｉの少なくとも一種類を含んだ結晶相を含有し、該保護層の熱膨張係数が２．１〜６．９×１０−６／℃となるようにガラスの組成を変えて調整した。ガラスは亜鉛、硼酸系ガラスとし、熱膨張係数の調整にはＳｉＯ２、ＣａＯ、ＰｂＯを数％程度添加することにより行った。
【０１１２】
結果を、表３に示した。
【０１１３】
【表３】
2004119741.tif 000005
【０１１４】
表３から判るように、抵抗発熱体５の熱膨張係数と板状セラミックス体２の熱膨張係数の差が−２．０×１０−６／℃より小さいＮｏ．３９および３．０×１０−６／℃より大きいＮｏ．３８は、耐久テストにより夫々５０００サイクル、６０００サイクルでクラックが発生した。
【０１１５】
これに対し、抵抗発熱体５の熱膨張係数を板状セラミックス体２の熱膨張率に対し−２．０〜＋３．０×１０−６／℃の範囲となるように調整した試料Ｎｏ．３１することにより、５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験におけるクラックの発生を１００００サイクル以上とすることができた。
【０１１６】
【発明の効果】
以上のように、板状セラミックス体の主面をウェハの載置面とし、少なくとも一方の主面に保護層を備え、該保護層からのα線放射量を０．３ＤＰＨ／ｃｍ２以下としてウェハ支持部材を構成することにより、ウェハ支持部材の誤動作を防止することができる。また、前記の保護層のＵやＴｈ、Ｒａの含有量を小さくすることによりウェハ支持部材の誤動作を防止できる。
【０１１７】
また、前記保護層の少なくとも一部にＺｎ、Ｂ、Ｓｉの少なくとも一種類を含む結晶相を含有させることにより、５０℃〜３５０℃の繰り返し耐久試験におけるクラックの発生を１００００サイクル以上とすることができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウエハ支持部材を示す断面図である。
【図２】本発明のウエハ支持部材の一部拡大断面図である。
【図３】本発明のウェハ支持部材に備えた抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図４】本発明のウェハ支持部材に備えた抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【図５】従来のウェハ支持部材を示す断面図である。
【図６】従来のウェハ支持部材に備えた抵抗発熱体の形状を示す概略図である。
【符号の説明】
１、７１：ウェハ支持部材
２、７２：板状セラミックス体
３、７３：載置面
５、７５：抵抗発熱体
６：給電部
８：支持ピン
１１、７７：給電端子
１２：ガイド部材
１６：ボルト
１７：接触部材
１８：弾性体
１９、７９：ケース
２０：ナット
２１：底面
２３：孔
２４：ガス噴射口
２５：ウェハリフトピン
２６：貫通孔
２７：熱電対
２８：ガイド部材
２９：絶縁体
Ｗ：半導体ウェハ
１：ウエハ加熱装置
２：板状セラミックス体
３：載置面
４：保護層
５：抵抗発熱体
６：給電部
７：導通端子
８：弾性体
１０：熱電対
１１：支持体
２１：酸化膜
Ｗ：半導体ウエハ
【図１】
2004119741.tif 000006
【図２】
2004119741.tif 000007
【図３】
2004119741.tif 000008
【図４】
2004119741.tif 000009
【図５】
2004119741.tif 000010
【図６】
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