(57)【要約】【課題】      高い熱伝導率を有し、かつヒータ回路パターン等の導電層を高い精度のパターンで形成することが可能な半導体製造装置用ウェハ保持体とその製造方法、そのウェハ保持体を内蔵する半導体製造装置を提供する。【解決手段】  窒化アルミニウム焼結体１０ａの表面上に、金属粒子を含むペーストを塗布して焼成することによって導電層としてヒータ回路パターン１１を形成する。ヒータ回路パターン１１が形成された窒化アルミニウム焼結体１０ａの表面と窒化アルミニウム焼結体１０ｂとの間に接着層としてガラス層１４を介在させて加熱することによって、窒化アルミニウム焼結体１０ａと１０ｂとを接合する。【選択図】    図３
2005191581.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のセラミックス焼結体の表面上に、金属粒子を含むペーストを塗布して焼成することによって、導電層を形成する工程と、
前記導電層が形成された前記第１のセラミックス焼結体の表面と第２のセラミックス焼結体との間に接着層を介在させて加熱することによって、前記第１のセラミックス焼結体と前記第２のセラミックス焼結体とを接合する工程とを備えた、半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項２】
前記第１のセラミックス焼結体と前記第２のセラミックス焼結体とを接合する工程は、ガラスを含む層を介在させて加熱することを含む、請求項１に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項３】
前記ガラスを含む層は、３．０×１０−６／℃以上８．０×１０−６／℃以下の熱膨脹係数を有する、請求項２に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項４】
前記接着層は、イッテルビウムとネオジウムとカルシウムとを含む酸化物、または加熱によりイッテルビウムとネオジウムとカルシウムとを含む酸化物を生ずる化合物を含む、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項５】
前記接着層は、イットリウムとアルミニウムを含む酸化物、または加熱によりイットリウムとアルミニウムとを含む酸化物を生ずる化合物を含む、請求項１から請求項３までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項６】
前記第１のセラミックス焼結体と前記第２のセラミックス焼結体とを接合する工程は、非酸化物セラミックスを含む層を介在させて加熱することを含む、請求項１に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項７】
前記非酸化物セラミックスは３．０×１０−６／℃以上６．０×１０−６／℃以下の熱膨脹係数を有する、請求項６に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項８】
前記非酸化物セラミックスは、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素のいずれかを５０質量％以上含む、請求項６または請求項７に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項９】
セラミックス焼結体の一方の表面または両方の表面に金属粒子を含むペーストを塗布して焼成することによって、導電層を形成する工程と、
前記導電層の表面を被覆するように前記セラミックス焼結体の上に保護層を形成する工程とを備えた、半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項１０】
前記保護層を形成する工程は、ガラスを含む層を塗布して加熱することを含む、請求項９に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項１１】
前記ガラスを含む層は、３．０×１０−６／℃以上８．０×１０−６／℃以下の熱膨脹係数を有する、請求項１０に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項１２】
前記保護層は、イッテルビウムとネオジウムとカルシウムとを含む酸化物、または加熱によりイッテルビウムとネオジウムとカルシウムとを含む酸化物を生ずる化合物を含む、請求項９から請求項１１までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項１３】
前記保護層は、イットリウムとアルミニウムを含む酸化物、または加熱によりイットリウムとアルミニウムとを含む酸化物を生ずる化合物を含む、請求項９から請求項１１までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項１４】
前記保護層を形成する工程は、非酸化物セラミックスを含む層を塗布して加熱することを含む、請求項９に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項１５】
前記非酸化物セラミックスは３．０×１０−６／℃以上６．０×１０−６／℃以下の熱膨脹係数を有する、請求項１４に記哉の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項１６】
前記非酸化物セラミックスは、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素のいずれかを５０質量％以上含む、請求項１４または請求項１５に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項１７】
前記セラミックスは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素および酸窒化アルミニウムからなる群より選ばれた１種を含む、請求項１から請求項１６までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項１８】
前記セラミックスは窒化アルミニウムである、請求項１７に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項１９】
ウェハ保持体の厚みが５ｍｍ以下である、請求項１から請求項１８までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項２０】
ウェハ保持体の厚みが２ｍｍ以下である、請求項１から請求項１９までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項２１】
前記導電層を形成する工程は、線幅と線間隔がそれぞれ５ｍｍ以下の線状の導電層のパターンを形成することを含む、請求項１から請求項２０までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項２２】
前記導電層を形成する工程は、線幅と線間隔がそれぞれ１ｍｍ以下の線状の導電層のパターンを形成することを含む、請求項１から請求項２１までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項２３】
前記導電層を形成する工程は、タングステン、モリブデン、銀、パラジウム、白金、ニッケルおよびクロムからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属を含むペーストを塗布して焼成することを含む、請求項１から請求項２２までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法。
【請求項２４】
第１のセラミックス焼結体と、第２のセラミックス焼結体と、前記第１のセラミックス焼結体の表面上に形成された導電層と、
前記導電層が形成された前記第１のセラミックス焼結体の表面と前記第２のセラミックス焼結体との間に介在し、前記第１のセラミックス焼結体と前記第２のセラミックス焼結体とを接合する接着層とを備えた、半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項２５】
前記接着層はガラスを含む、請求項２４に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項２６】
前記接着層は、３．０×１０−６／℃以上８．０×１０−６／℃以下の熱膨脹係数を有するガラスを含む、請求項２５に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項２７】
前記接着層は、イッテルビウムとネオジウムとカルシウムとを含む酸化物、または加熱によりイッテルビウムとネオジウムとカルシウムとを含む酸化物を生ずる化合物を含む、請求項２４から請求項２６までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項２８】
前記接着層は、イットリウムとアルミニウムを含む酸化物、または加熱によりイットリウムとアルミニウムとを含む酸化物を生ずる化合物を含む、請求項２４から請求項２６までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項２９】
前記接着層は非酸化物セラミックスを含む、請求項２４に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項３０】
前記非酸化物セラミックスは３．０×１０−６／℃以上６．０×１０−６／℃以下の熱膨脹係数を有する、請求項２９に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項３１】
前記非酸化物セラミックスは、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素のいずれかを５０質量％以上含む、請求項２９または請求項３０に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項３２】
セラミックス焼結体と、
前記セラミックス焼結体の一方の表面または両方の表面の上に形成された導電層と、
前記導電層の表面を被覆するように前記セラミックス焼結体の上に形成された保護層とを備えた、半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項３３】
前記保護層はガラスを含む、請求項３２に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項３４】
前記保護層は、３．０×１０−６／℃以上８．０×１０−６／℃以下の熱膨脹係数を有するガラスを含む、請求項３３に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項３５】
前記保護層は、イッテルビウムとネオジウムとカルシウムとを含む酸化物、または加熱によりイッテルビウムとネオジウムとカルシウムとを含む酸化物を生ずる化合物を含む、請求項３２から請求項３４までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項３６】
前記保護層は、イットリウムとアルミニウムを含む酸化物、または加熱によりイットリウムとアルミニウムとを含む酸化物を生ずる化合物を含む、請求項３２から請求項３４までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項３７】
前記保護層は非酸化物セラミックスを含む、請求項３２に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項３８】
前記非酸化物セラミックスは３.０×１０−６／℃以上６．０×１０−６／℃以下の熱膨脹係数を有する、請求項３７に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項３９】
前記非酸化物セラミックスは、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素のいずれかを５０質量％以上含む、請求項３７または請求項３８に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項４０】
前記セラミックスは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素および酸窒化アルミニウムからなる群より選ばれた１種を含む、請求項２４から請求項３９のいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項４１】
前記セラミックスは窒化アルミニウムである、請求項２４から請求項４０に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項４２】
ウェハ保持体の厚みが５ｍｍ以下である、請求項２４から請求項４１までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項４３】
ウェハ保持体の厚みが２ｍｍ以下である、請求項２４から請求項４２までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項４４】
前記導電層は、線幅と線間隔が５ｍｍ以下の線状の導電層のパターンを含む、請求項２４から請求項４３までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項４５】
前記導電層は、線幅と線間隔が１ｍｍ以下の線状の導電層のパターンを含む、請求項２４から請求項４４までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項４６】
前記導電層は、タングステン、モリブデン、銀、パラジウム、白金、ニッケルおよびクロムからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属を含む、請求項２４から請求項４５までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項４７】
前記導電層に接続されてウェハ保持体の外側に延びる電極部材をさらに備え、前記電極部材は、導電性の基材と、前記基材の表面を被覆するセラミックス層とを含む、請求項２４から請求項４６までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項４８】
前記セラミックス層は、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムからなる、請求項４７に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項４９】
前記セラミックス層は、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法および溶射法からなる群より選ばれた１種の方法によって形成されている、請求項４７または請求項４８に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項５０】
前記基材は、タングステンまたはモリブデンからなる、請求項４７から請求項４９までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項５１】
請求項２４から請求項５０までのいずれかに記載の半導体製造装置用ウェハ保持体を内蔵する半導体製造装置。
【請求項５２】
エッチング装置、ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置およびイオン注入装置からなる群より選ばれた１種である、請求項５１に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体製造装置用ウェハ保持体とその製造方法に関する。保持体としては、半導体ウェハを下から加熱する機能を有したヒーター、半導体ウェハとの間に静電力を発生させて半導体ウェハを固定するために用いられる静電チャック用電極、およびプラズマを発生させるために用いられるプラズマ下部電極の少なくともいずれか１つを有する保持体を含む。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハの表面をエッチングしたり、その表面に膜を形成する際、半導体ウェハをラックに多数個保持して、バッチ式でエッチングや膜形成用のガスを流し、必要に応じて外周からヒーターで加熱する（ホットウォール式）という手法が用いられてきた。
【０００３】
しかしながら、近年、半導体装置の高集積化、高速化の要求が厳しくなるに従い、半導体製造装置内の場所によって温度やガスの流れが不均一になり、それらに起因してエッチングや形成される膜の品質のばらつきが問題になってきた。そこで、複数のエッチング装置や成膜装置を並べて、それらの装置間をローダーを用いて半導体ウェハを自動送りで１枚ずつ処理する枚葉式に半導体製造装置が切換わりつつある。そのような枚葉式の半導体製造装置を用いる場合に、ローダーで、エッチング装置や成膜装置のチャンバ内のウェハ保持体の上にウェハを搬送し、その保持体に静電チャックでウェハを固定した状態で、または保持体のウェハ支持面の面精度を上げてウェハを静置密着させた状態で保持体に熱を直接与えてウェハを均一に加熱する方法が採用されている。したがって、ウェハ保持体は、少なくともウェハに接する部分が、膜形成用の反応ガスやエッチングガスとしての腐食性の高いハロゲンガス等のガスに対する耐食性と高い熟伝導率を有する材料で構成される必要がある。また、保持体自身に静電チャック機能や機械固定機能、およびヒーター機能を付与する必要がある。
【０００４】
そこで、保持体の材料としては、耐食性、高い熱伝導率を有する窒化アルミニウムが注目されてきている。窒化アルミニウム粉末からなる成形体の間にモリブデン等の高融点金属のコイルやワイヤを挟み込んで、これらをホットプレス焼結することにより、ヒーターや静電チャック用電極の導電層を埋設することによって保持体が製造されてきた。たとえぱ、ヒーターを埋込んだ保持体として、特許第２６０４９４４号には、発熱面でより均熱化を図るための埋設ヒーター構造が開示されている。また、導電層を埋設するためには、たとえば、窒化アルミニウム成形体の表面にタングステンやモリブデンを含んだペーストを印刷し、成形体を重ね合わせて窒化アルミニウム成形体とペーストとを同時に焼結することにより、導電層が埋設され積層された保持体を製造するという方法が採用されてきた。
【特許文献１】特許第２６０４９４４号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、窒化アルミニウム成形体の間にモリブデン等の高融点金属のコイルやワイヤを挟み込んでホットプレス焼結する場合、成形体の上に置かれたコイルやワイヤはその後工程のホットプレス焼結までのハンドリング過程で位置がずれてしまい、製品ごとの特性が大きくばらついたり、ショートするという問題があった。そのため、成形体に溝を掘ってコイルやワイヤを溝に挿入する方法が採用される。したがって、ヒーターや静電チャック用電極を形成するための導体パターンの精度が成形体に形成される溝のパターン精度に支配されることになる。ところが、微細なパターンを有するように溝を窒化アルミニウム成形体に形成することは困難である。溝幅や溝間隔が５ｍｍピッチ以下で成形体に溝を形成すると、溝間の薄い壁が欠けやすく、量産性を考慮すると溝間隔を１０ｍｍピッチ以上で形成する必要があった。その結果、成形体に溝を形成してヒーターや静電チャック用電極の導電体を微細でかつ高い精度のパターンで形成することは困難であった。
【０００６】
また、上記のようにホットプレス焼結法を用いて大型の窒化アルミニウム焼結体を製造するためには、大型の装置を必要とし、設備費が増大し、製造コストの増大を招くという問題もある。
【０００７】
さらに、窒化アルミニウム成形体にタングステン等の高融点金属のペーストを印刷して、成形体を重ね合わせて窒化アルミニウム成形体と金属ペーストとを同時焼結する場合、成形体の密度のばらつきや加熱のばらつきにより、焼結時の収縮が場所によって、あるいは製品ごとにばらつき、高い精度のパターンで導電層を形成することは困難であった。また、成形体の表面を溶剤で濡らして成形体を重ね合わせ、加熱して圧着して密着させた後、脱脂と焼結を行なう方法が採用されるが、その加熱過程で圧着部分の一部または全面の剥離が生じやすく、安定した工程で製造を行なうことは困難であった。
【０００８】
なお、上記のように同時焼結によって保持体を製造する場合、焼結時の収縮を高い精度で管理することが困難であり、密着部分で剥離が生じる可能性があるので、製造歩留まりを向上させることが困難であり、製造コストの増大を招くという問題もある。
【０００９】
また、上記のいずれの方法でも窒化アルミニウム成形体と高融点金属のコイルやワイヤまたは金属ペーストとを同時に焼結するため、導電層の材料が高融点金属のタングステンやモリブデン等に限定される。そのため、低融点の銀−パラジウム合金等を導電層の材料として使用することができず、その導電層をヒーターとして用いる場合に発熱量の制御範囲が制約されるという問題もあった。
【００１０】
保持体の材料として用いられる窒化アルミニウム等のセラミックスは高い熱伝導率を有するように製造する方が、得られた保持体の均熱性を図ることができ、半導体ウェハを均一に加熱することができる。しかしながら、窒化アルミニウム等のセラミックスが高い熱伝導率を有するように焼結体を製造するためには、高温で長時間焼結する必要がある。セラミックスの成形体を高温で長時間焼結すると、導電体の材料として用いられるタングステンやモリブデンが異常粒成長したり、窒化アルミニウム等の焼結に用いられる助剤やタングステンやモリブデンの金属ペーストの焼成のために添加される助剤と過剰反応して、導電層の断線や密着不良を起こす可能性がある。このため、窒化アルミニウム等のセラミックスの成形体を１８００℃以下の低温で短時間で焼結する必要がある。したがって、窒化アルミニウム等のセラミックスが高い熱伝導率を有するように焼結することができず、その結果、保持体の均熱性を図ることができず、ウェハを均一に加熱する保持体を製造するには限界があった。
【００１１】
そこで、この発明の目的は、上述の問題を解決することができるとともに、高い熱伝導率を有するように製造することができ、かつ高い精度のパターンで導電層を埋設することが可能な半導体製造装置用ウェハ保持体とその製造方法、そのウェハ保持体を内蔵する半導体製造装置を提供することである。
【００１２】
この発明のもう一つの目的は、高い製造歩留まりでかつ低い製造コストで製造可能な半導体製造装置用ウェハ保持体とその製造方法、そのウェハ保持体を内蔵する半導体製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に従った半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法は、以下の（１）または（２）の構造のウェハ保持体の製造方法であって、以下の工程を備える。
【００１４】
（１）セラミックス／接着層／導電層／セラミックス構造のウェハ保持体の製造方法
（ａ）第１のセラミックス焼結体の表面上に、金属粒子を含むペーストを塗布して焼成することによって、導電層を形成する工程。
【００１５】
（ｂ）導電層が形成された第１のセラミックス焼結体の表面と第２のセラミックス焼結体との間に接着層を介在させて加熱することによって、第１のセラミックス焼結体と第２のセラミックス焼結体とを接合する工程。
【００１６】
（２）保護層／導電層／セラミックス構造のウェハ保持体の製造方法
（ａ）セラミックス焼結体の一方の表面または両方の表面に、金属粒子を含むペーストを塗布して焼成することによって、導電層を形成する工程。
【００１７】
（ｂ）導電層の表面を被覆するようにセラミックス焼結体の上に保護層を形成する工程。
【００１８】
（１）の構造の製造方法ではセラミックス焼結体を接合するため、第１と第２の焼結体の反りが合わなかったり、接合時の加重等が不足したりすると、接合隙等の不良を発生することが有り、歩留まりが低下することがある。そこで、（２）の構造の製造方法のように１枚の焼結体の片側に導電層を形成し、この表面をハロゲン等の腐食性ガスから保護する層で覆うという手法を採ると、歩留まりとコストの観点からは好ましい。この場合、焼結体の片側あるいは両側に電極を形成できるので、ヒーター回路、プラズマ下部電極、静電チャック用電極から選ばれる１種または２種の導電層を持った保持体を作製することができる。保護層の表面の面粗度や平面度の必要に応じて、保護層を形成した後、機械的、化学的あるいは両者を組み合わせた加工を施すこともできる。
【００１９】
この発明の製造方法（１）と（２）においては、予め焼結されたセラミックス焼結体の表面上に金属粒子を含むペーストを塗布して焼成することによって導電層を形成する。セラミックス焼結体は、金属粒子を含むペーストが塗布される前に高い熱伝導率を有するように予め焼結されることによって準備される。このため、保持体の材料として高い熱伝導率を有するように高温で長時間焼結することによってセラミックス焼結体を準備することができる。
【００２０】
また、予め準備されたセラミックス焼結体の表面上に、金属粒子を含むペーストを、熱収支等を考慮したパターンに高精度で塗布して焼成することができる。この金属粒子の焼成温度は、セラミックス焼結体の焼結温度よりも低い温度で行なわれるので、ベースとなるセラミックス焼結体が収縮せず、塗布時のペーストのパターンの精度を高く維持した状態で、セラミックス焼結体の表面上に高い精度の導電層を形成することができる。
【００２１】
ウェハ保持体においてウェハを載せる面を研磨して表面の反りをなくすことは可能であるが、この場合、ウェハ保持体内における導電層の反りやうねりはそのままの状態である。このため、ウェハ保持体の上に載せられたウェハの温度は、接合された焼結体、あるいは保護層が形成された焼結体の研磨前の反りやうねりの影響を受けてばらつくので、成形体の表面上に金属粒子を含むペーストを塗布して同時焼結することによって導電層を形成する場合と異なり、本発明の製造方法では焼結体の表面上に金属粒子を含むペーストを塗布して焼成することによって導電層を形成するので、成形体に比べて焼結体は変形し難く、ペーストの焼成時の収縮により発生するセラミックス焼結体の反りを小さく抑えることができ、ウェハの均一加熱も可能となる。
【００２２】
また、たとえば、輻射等により温度の下がりやすい外周部や、伝熱により温度の下がりやすい電力引き出し線保護部との接合部において、発熱量を設計通り増加させることも容易であるため、ウェハ全面を均一加熱することのできるウェハ保持体を作製できる。
【００２３】
線状の導電層の線幅および線間隔を狭くすることにより、ウェハ加熱面におけるヒーター線上とヒーター線間上の温度差の影響まで小さくした均一加熱を行なうことも可能となり、また複雑な導電層のパターンも設計しやすくなる。
【００２４】
成膜時のウェハの温度分布は少なくとも１％以内に抑える必要があるので、線状の導電層の線幅および線間隔は５ｍｍ以下であるのが好ましく、さらに可能なら、ウェハの温度分布を０．５％以内に抑えるのが好ましく、そのためには線幅および線間隔を１ｍｍ以下に抑える必要がある。本発明の製造方法においては、金属粒子を含むペーストの印刷塗布条件を検討することにより、線幅と線間隔が５ｍｍ以下の線状の導電層のパターンを形成することができる。また、好ましくは、線幅と線間隔が１ｍｍ以下の線状の導電層のパターンを形成することも可能である。
【００２５】
この発明の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法において、保持体の基材としてセラミックスは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素または酸窒化アルミニウムのいずれか１種を含むのが好ましい。上記のようなセラミックスを用いることにより、ウェハ保持体が耐熱性を備えるとともに、反応ガスに用いられる、たとえばハロゲンを含む腐食性のガスに対する耐食性も備えることができる。
【００２６】
さらに好ましくは、この発明の半導体製造装置用ウェハ保持体の製造方法において、保持体の基材としてセラミックスは窒化アルミニウムを用いる。窒化アルミニウムを用いることにより、１００Ｗ／ｍＫ以上の高い熱伝導率とハロゲンガス等に対する高い耐食性を有する保持体を製造することができる。
【００２７】
この発明の製造方法において、導電層を形成する工程では、タングステン、モリブデン、銀、パラジウム、白金、ニッケルおよびクロムからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属を含むペーストを塗布して焼成するのが好ましい。特に、この発明の製造方法において、予め準備されたセラミックス焼結体の表面上に導電層を形成するので、低融点の銀−パラジウム合金等のペーストを塗布して焼成することによって導電層を形成することができる。
【００２８】
この発明の製造方法（１）において第１のセラミックス焼結体と第２のセラミックス焼結体とを接合する工程、あるいは製造方法（２）においてセラミックス焼結体の上に保護層を形成する工程では、有機系の接着剤を用いることもできるが、耐熱性を考えると、ガラスを含む層を介在させて、あるいは塗布して加熱することによって行なわれるのが好ましい。
【００２９】
接着層あるいは保護層としてガラス等の酸化物層を用いてセラミックス焼結体を接合することにより、ヒーター回路、静電チャック用電極、プラズマ下部電極を形成するための微細な導電層パターンを歩留まりよく安価に製造することができる。
【００３０】
また、保持体の基材のセラミックスとして、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素または酸窒化アルミニウムのいずれかを用いる場合には、上記の接着層または保護層は３．０×ｌ０−６／℃以上８．０×１０−６／℃以下の熱膨脹係数を有するガラスを含む層であるのが好ましい。ウェハ保持体の室温から６００℃までの昇温時間は３０分以内が望まれているが、接着層または保護層の熱膨張係数が上記の範囲にある場合には３０分以内の昇温時間を達成できる。
【００３１】
このようなガラス層を接着層あるいは保護層として用いることにより、接着層または保護層の熱膨脹係数をセラミックス焼結体とほぼ同等にすることができ、接合工程、保護層形成工程、あるいは保持体の加熱、冷却の際に生じる熱応力を小さくすることができる。
【００３２】
また、接着層あるいは保護層は、濡れ性と接着性の観点から、基材としてセラミックス焼結体が窒化アルミニウムの場合には、イッテルビウム（Ｙｂ）とネオジウム（Ｎｄ）とカルシウム（Ｃａ）を含む酸化物、または加熱によりイッテルビウムとネオジウムとカルシウムを含む酸化物を生ずる化合物を含むのが好ましい。同じ観点から、基材としてセラミックス焼結体が窒化ケイ素の場合には、接着層あるいは保護層は、イットリウム（Ｙ）とアルミニウム（Ａｌ）を含む酸化物、または加熱によりイットリウム（Ｙ）とアルミニウム（Ａｌ）とを含む酸化物を生ずる化合物を含むのが好ましい。
【００３３】
高温で高電圧を印加して用いるウェハ保持体の製造方法においては、製造方法（１）の接合工程あるいは製造方法（２）の保護層形成工程では、耐熱性、耐食性、耐電圧の観点から接着層または保護層の材料として非酸化物セラミックスを用いるのがより好ましい。
【００３４】
上記の非酸化物セラミックスの熱膨脹係数は、熱応力緩和の観点から３．０×１０−６／℃以上６．０×１０−６／℃以下であるのが好ましい。
【００３５】
上記の非酸化物セラミックスは、耐熱性、耐食性、耐電圧の観点から特に窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素を５０重量％以上含むのが好ましい。
【００３６】
この発明の一つの局面にしたがった半導体製造装置用ウェハ保持体は、第１のセラミックス焼結体と、第２のセラミックス焼結体と、第１のセラミックス焼結体の表面上に形成された導電層と、導電層が形成された第１のセラミックス焼結体の表面と第２のセラミックス焼結体との間に介在し、第１のセラミックス焼結体と第２のセラミックス焼結体とを接合する接着層とを備える。
【００３７】
この発明のもう一つの局面にしたがった半導体製造装置用ウェハ保持体は、セラミックス焼結体と、このセラミックス焼結体の一方の表面または両方の表面の上に形成された導電層と、この導電層の表面を被覆するようにセラミックス焼結体の上に形成された保護層とを備える。
【００３８】
また、この発明に従って製造される半導体製造装置用ウェハ保持体において、セラミックスは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素または酸窒化アルミニウムのいずれか１種を含むのが好ましく、窒化アルミニウムであるのがさらに好ましい。
【００３９】
半導体ウェハ上においてＣＶＤ法等による膜形成やエッチングが行なわれると、ウェハ保持体の表面にも膜が積層され、その膜が剥離することによって発生するパーティクルが半導体ウェハに付着する可能性がある。これを防止するために、ウェハ保持体をある期問使用すると、ウェハ保持体のクリーニングを行なう必要がある。たとえば、１〜３日に１度クリーニングのためにチャンバ内の温度を下げて、または１ヶ月に１度程度、室温までチャンバ内の温度を下げてチャンバを開放して、ウェハ保持体のクリーニングを行なう。クリーニングを終了した後、室温から反応温度までの昇温はできるだけ急速に行なうことが望まれている。具体的には、室温から温度７００℃まで１０分以内（昇温速度：７０℃／分以上）、可能であれば７分以内（昇温速度：１００℃／分以上）で昇温することが望まれている。また、ウェハ保持体の温度が低下または上昇した場合にすぐに所定の温度に戻るようにするためにも、７０℃／分以上、可能であれば、１００℃／分以上の急昇降温特性を有することが望まれている。このような要求を満足するためには、本発明のウェハ保持体の厚みは５ｍｍ以下であるのが好ましく、２ｍｍ以下であるのがさらに好ましい。
【００４０】
この発明に従って製造される半導体製造装置用ウェハ保持体において導電層は、線幅と線間隔がそれぞれ５ｍｍ以下の線状の導電層のパターンを含むのが好ましく、線幅と線間隔がそれぞれ１ｍｍ以下の線状の導電層のパターンを含むのがさらに好ましい。
【００４１】
この発明に従って製造される半導体製造装置用ウェハ保持体において、導電層は、タングステン、モリブデン、銀、パラジウム、白金、ニッケルおよびクロムからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属を含むのが好ましい。
【００４２】
なお、導電層は、上記の金属を少なくとも１種以上で５０質量％以上含むのが好ましい。
【００４３】
この発明に従って製造される半導体製造装置用ウェハ保持体において、接着層あるいは保護層はガラスを含むのが好ましい。
【００４４】
保持体の基材のセラミックスとして、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素または酸窒化アルミニウムのいずれかを用いる場合には、上記の接着層あるいは保護層は３．０×１０−６／℃以上８．０×１０−６／℃以下の熱膨脹係数を有するガラスを含む層であるのが好ましい。
【００４５】
また、接着層あるいは保護層は、基材が窒化アルミニウムの場合には、イッテルビウムとネオジウムとカルシウムを含む酸化物、または加熱によりイッテルビウムとネオジウムとカルシウムを含む酸化物を生ずる化合物を含むのが好ましい。また、接着層あるいは保護層は、基材が窒化ケイ素の場合には、イットリウムとアルミニウムを含む酸化物、または加熱によりイットリウムとアルミニウムを含む酸化物を生ずる化合物を含むのが好ましい。
【００４６】
この発明に従って製造される半導体製造装置用ウェハ保持体において、高温で高電圧を印加して使用する保持体では、耐熱性、耐食性、耐電圧の観点から接着層または保護層は非酸化物セラミックスを含むのが好ましい。
【００４７】
その場合、保持体の基材のセラミックスとして、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素または酸窒化アルミニウムのいずれかを用いる場合には、上記の接着層あるいは保護層は３．０×１０−６／℃以上６．０×１０−６／℃以下の熱膨脹係数を有する非酸化物セラミックスを含む層であるのが好ましい。非酸化物セラミックスは、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素を５０重量％以上含むのが好ましい。保護層は、ガラスあるいは非酸化物セラミックスからなり、窒化アルミニウムを主成分とするのがより好ましい。
【００４８】
本発明のウェハ保持体をＣＶＤ装置やエッチング装置で実際に用いるためには、ウェハ保持体は、導電層に接続されてウェハ保持体の外側に延びる電極部材をさらに備えるのが好ましく、電極部材がハロゲン等の腐食性ガスで腐食されないように、電極部材は、導電性の基材と、基材の表面を被覆するセラミックス層とを含むのが好ましい。
【００４９】
セラミックス層は、耐熱性と耐食性の観点から、窒化アルミニウムまたは酸化アルミニウムからなるのが好ましい。
【００５０】
セラミックス層は、緻密さ等の観点から、ＰＶＤ法、ＣＶＤ法または溶射法によって形成されるのが好ましい。
【００５１】
電極部材の基材は、セラミックスとの間で熱膨張係数差を小さくして熱応力を低減することと、耐熱性の観点から、タングステンまたはモリブデンからなるのが好ましい。
【００５２】
この発明に従った半導体製造装置は、上述のように構成された半導体製造装置用ウェハ保持体を内蔵する。
【００５３】
この発明に従った半導体製造装置は、エッチング装置、ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置およびイオン注入装置からなる群より選ばれた１種である。
【発明の効果】
【００５４】
本発明によれば、より大きな外径を有する半導体ウェハを均一に加熱することが必要な、膜形成やエッチング用の半導体製造装置のウェハ保持体として、熱収縮等を考慮した微細なパターンを有する発熱回路、静電チャック用電極またはプラズマ下部電極を高い精度で内蔵した保持体を製造することが可能になる。また、このウェハ保持体を従来より高い製造歩留まりで安価に製造することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５５】
図１と図２は、この発明に従って製造されるウェハ保持体が用いられる半導体製造装置の実施の形態を概念的に示す図である。
【００５６】
図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置やプラズマエッチング装置用のチャンバ１０１の内部には、処理されるべき半導体ウェハ３を配置する。半導体ウェハ３はウェハ保持体１の上に固定される。ウェハ保持体１は支持体２に取付けられている。ウェハ保持体１は、窒化アルミニウム焼結体等のセラミックス焼結体から形成され、その内部に導電層としてヒーター回路パターン１１、プラズマ下部電極１２、静電チャック用電極１３を備えている。チャンバ１０１の上部にはプラズマ下部電極１２に対向するようにプラズマ上部電極５が設けられている。膜形成用の反応ガスやエッチング用のガスはガス導入口２００から導入され、ガスシャワー体４を通じて半導体ウェハ３の上に供給される。チャンバ１０１の内部ではプラズマ放電が行なわれ、供給されたガスによって半導体ウェハ３の表面上
に所定の膜が形成され、または半導体ウェハ３の表面上でエッチングが行なわれる。なお、チャンバ１０１の内部を排気するために排気口３００が設けられている。
【００５７】
図２に示すように、ＣＶＤ装置やエッチング装置用のチャンバ１０２の内部には、処理されるべき半導体ウェハ３が配置される。半導体ウェハ３は、この発明に従って製造されるウェハ保持体１の上に固定される。ウェハ保持体１は、窒化アルミニウム焼結体等のセラミックス焼結体から形成され、その内部に導電層としてヒーター回路パターン１１、静電チャック用電極１３を備えている。ウェハ保持体１は支持体２の上に取付けられている。図２に示される装置においては、膜形成用の反応ガスやエッチング用のガスがガス導入口２００から導入され、ガスシャワー体４を通じて半導体ウェハ３の表面上に供給される。半導体ウェハ３の表面上では、供給されたガスによって膜の形成やエッチングが行なわれる。
【００５８】
なお、図１と図２に示す装置において、ウェハ保持体１に内蔵される静電チャック用電極１３は、その上に配置される半導体ウェハ３との間で静電力を発生させ、半導体ウェハを固定するために設けられる。
【００５９】
本発明に従って製造されるウェハ保持体のより具体的な構造を図３〜図８に概念的に示す。
【００６０】
図３に示すように、この発明に従って製造されるウェハ保持体１の１つの実施の形態として、セラミックス焼結体１０ａの一方の表面上に導電層からなるヒーター回路パターン１１は、線幅と線間隔が５ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下になるように形成されている。ヒーター回路パターン１１が形成されたセラミックス焼結体１０ａの一方の表面上に、もう１つのセラミックス焼結体１０ｂを、それらの間に介在した接着層としてガラス層あるいは非酸化物セラミックス層１４によって接合する。このようにしてヒーター機能を備えたウェハ保持体１が構成されている。
【００６１】
図４に示すように、セラミックス焼結体１０ａの一方の表面上にヒーター回路パターン１１を形成する。ヒーター回路パターン１１が形成されたセラミックス焼結体１０ａの一方の表面上と、もう１つのセラミックス焼結体１０ｂとの問に接着層としてガラス層１４ａを配置してセラミックス焼結体１０ａと１０ｂとを接合する。もう１つ別のセラミックス焼結体１０ｄの一方の表面上に導電層として静電チャック用電極１３を基板外周から０．１〜２０ｍｍ程度プルバックをとった円形に形成する。この静電チャック用電極１３が形成されたセラミックス焼結体１０ｄの一方の表面と、セラミックス焼結体１０ａの他方の表面との間にガラス層あるいは非酸化物セラミックス層１４ｂを介在させて両者を接合する。このようにして、静電チャック機能とヒーター機能とを備えたウェハ保持体１を構成する。
【００６２】
また、図５に示すように、セラミックス焼結体１０ａの一方の表面上にヒーター回路パターン１１を形成し、もう１つのセラミックス焼結体１０ｂとの間にガラス層１４ａを配置してセラミックス焼結体１０ａと１０ｂを接合する。さらにもう１つのセラミックス焼結体１０ｃの一方の表面上に導電層としてプラズマ下部電極１２を基板外周から０．１〜２０ｍｍ程度プルバックをとった円形に形成し、ガラス層１４ｂを用いてセラミックス焼結体１０ａの他方表面と接合する。さらに、もう１つの別のセラミックス焼結体１０ｄの一方の表面上に導電層として静電チャック用電極１３を形成し、セラミックス焼結体１０ｃの他方の表面上にガラス層１４ｃを用いて接合する。このようにして、静電チャック機能、プラズマ下部電極およびヒーター機能を備えたウェハ保持体１が構成される。
【００６３】
なお、図４に示される実施の形態において静電チャック用電極１３がプラズマ下部電極を兼ねるように構成してもよい。また、静電チャック用電極のみ、あるいはプラズマ下部電極のみを内蔵するようにウェハ保持体１を構成してもよい。
【００６４】
この発明のウェハ保持体の基材として用いられるセラミックス焼結体は従来の手法で製造することができる。セラミックス粉末には必要により焼結用の助剤を添加し、さらには必要に応じてバインダを添加することによってセラミックス成形体を準備する。その成形体を焼結することによってセラミックス焼結体を製造する。セラミックスの種類としては、耐熱性とハロゲンを含むガスに対する耐食性の観点から、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化珪素、酸窒化アルミニウムを用いるのが好ましく、窒化アルミニウムが特に好ましい。
【００６５】
セラミックス粉末を成形する方法としては、ドクターブレード、押出、プレス等の公知のシート成形方法を用いる。セラミックス成形体を脱脂し、所定の温度で焼結する。焼結はホットプレス、常圧焼結、高温静水圧圧縮（ＨＩＰ）等の公知の方法のいずれを用いてもよい。できるだけ高い熱伝導率を有するセラミックス焼結体を得るために、高い温度で長時間焼結する。焼結体は、寸法精度が所望の精度で得ることができれば、焼結したままの状態でウェハ保持体の基材の材料として用いてもよいが、さらに精度が必要であれば、焼結体の表面を研磨したり、切断等の加工を施す。
【００６６】
上記のようにして準備されたセラミックス焼結体の表面上に導電層の材料として、高融点金属のタングステンやモリブデン、あるいは銀、銀−パラジウム、金−白金、ニッケル−クロム等の合金材料を用いて所定の導電体パターンを高い精度で形成する。導電体パターンの形成は、たとえば、金属粉末に焼成用の助剤とバインダとを含ませたペーストを高い精度のパターンでセラミックス焼結体の表面上に印刷によって塗布することによって行われる。この金属ペーストを乾燥し、脱脂した後、焼成することによって導電層を形成する。
【００６７】
上記のようにして導電層が形成されたセラミックス焼結体同士、あるいは導電層が形成されたセラミックス焼結体と導電層が形成されていない焼結体とを複数枚重ね合わせて接合する。セラミックス焼結体の問には接着層として好ましくはガラス等の酸化物層を介在させる。酸化物層は、重ね合わせるセラミックス焼結体の一方側、あるいは両方側にたとえば酸化物粉末を塗布し、脱脂して膜を形成する。塗布する粉末は加熱により醸化物に変化するものであればよく、窒化物、炭化物等の粉末を用いてもよい。セラミックス焼結体を重ね合わせた後、必要に応じて動かないように治具を用いて固定したり、重りを載せたり、ワイヤで結んだりすることによりセラミックス焼結体の位置がずれない対策を施した後、加熱して、融解または固相拡散により接合する。耐熱性を向上させるために、その後熱処理を施すことにより、酸化物を結晶化してもよい。
【００６８】
高温で高電圧を印加して用いる保持体の場合は、耐熱性、耐食性、耐電圧の観点からセラミックス焼結体の間には接着層として非酸化物セラミックス層を介在させるのがさらに好ましい。非酸化物セラミックス層は、重ね合わせるセラミックス焼結体の一方側あるいは両方側に塗布し、脱脂して形成する。接合の固定方法等はガラスの場合と同じ手法で実施し、加熱して、焼結または固相拡散によりセラミックス焼結体を接合する。
【００６９】
また、図６に示すように、セラミックス焼結体１０ａの一方の表面上に導電層としてヒーター回路パターン１１を形成する。ヒーター回路パターン１１が形成されたセラミックス焼結体１０ａの一方の表面上を非酸化物セラミックス層１４で被覆することにより、ヒーター回路パターン１１をハロゲン等の腐食性ガスから保護する保護層を形成する。このようにして、１枚のセラミックス焼結体１０ａを用いて、ウェハ保持体１がヒーター回路パターン１１を導電層の形態で内蔵するように構成してもよい。
【００７０】
さらに、図７に示すように、セラミックス焼結体１０ａの一方の表面上に導電層としてヒーター回路パターン１１を形成し、他方の表面上に導電層としてプラズマ下部電極１２を形成する。これらの導電層上を非酸化物セラミックス層１４ａと１４ｂで被覆することにより、導電層としてのヒーター回路パターン１１およびプラズマ下部電極１２をハロゲン等の腐食性ガスから保護する保護層を形成する。このようにして、１枚のセラミックス焼結体１０ａを用いて、ウェハ保持体１がヒーター回路パターン１１とプラズマ下部電極１２を導電層の形態で内蔵するように構成してもよい。
【００７１】
図８に示すように、セラミックス焼結体１０ａの一方の表面上に導電層としてヒーター回路パターン１１を形成する。ヒーター回路パターン１１の両端のパッド部に金属ペーストを介在させて加熱することにより、２本の導電線１７を接合する。もう１つのセラミックス焼結体１０ｂに形成された２つの貫通孔１９にそれぞれ２本の導電線１７を通した状態で、２つのセラミックス焼結体１０ａと１０ｂとを、それらの間に接着層としてガラス層または非酸化物セラミックス層１４を介在させて接合する。２本の導電線１７の表面を、ＣＶＤ法、ＰＶＤ法または溶射法によって形成されたセラミックス層１８で被覆する。このようにして、ウェハ保持体１が、ヒーター回路パターン１１等の導電層に電気的に接続された電極部材を、たとえば引き出し線の形態で備えていてもよい。上記の実施の形態では、導電層に引き出し線をウェハ保持体の裏側から接続するようにしているが、ウェハ保持体の側面から接続するようにしてもよい。
【実施例】
【００７２】
（実施例１）
窒化アルミニウム粉末に焼結助剤としてイットリア（Ｙ２Ｏ３）を５質量％、バインダとしてポリビニルアルコールを添加してエタノールを溶媒としてボールミルによって分散混合した。この混合粉末をスプレードライ乾燥した後、直径３８０ｍｍ、厚み１ｍｍの形状になるようにプレス成形した。この成形体を温度８００℃の窒素ガス中で脱脂した後、温度１８００℃で４時間焼結することによって窒化アルミニウム焼結体を得た。得られた窒化アルミニウム焼結体の上下面をダイヤモンド砥粒によって研磨し、直径が３００ｍｍになるまで外周面を研磨した。このようにしてウェハ保持体の基材となる窒化アルミニウム焼結体を２枚準備した。
【００７３】
タングステン粉末と焼成助剤とをエチルセルロースバインダにて混練したものを１枚の窒化アルミニウム焼結体の一方の表面上に印刷塗布した。印刷パターンは線幅が０．５ｍｍ、線間隔が０．５ｍｍの線状パターンとし、これを渦巻状に窒化アルミニウム焼結体のほぼ全面にわたって形成した。上記の線状パターンに接続する２つの端子電極を窒化アルミニウム焼結体の外周面に形成した。このようにして導電体の印刷パターンが形成された窒化アルミニウム焼結体を温度８００℃の窒素ガス中で脱脂した後、温度１７００℃の窒素ガス中で焼成した。このようにして導電層としてヒーター回路パターンが形成された窒化アルミニウム焼結体を準備した。
【００７４】
一方、もう１つの窒化アルミニウム焼結体の一方の表面上に熱膨張係数が５．０×ｌ０−６／℃のＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系のガラス粉末をエチルセルロースバインダで混練したものを印刷塗布した。この窒化アルミニウム焼結体を温度５００℃で脱脂した後、ヒーター回路パターンが形成された窒化アルミニウム焼結体の一方の表面の上に重ね合わせて、モリブデン製の治具で固定し、重りを載せた状態で温度７００℃の窒素ガス中で加熱することにより接合した。このようにして図３で示される構成のウェハ保持体１を製造した。
【００７５】
以上のようにして得られたウェハ保持体の外周面に形成した２つの電極から２００Ｖの電圧でヒーター回路に電流を流すことによってウェハ保持体の表面は７００℃まで昇温した。その際にウェハ保持体の上に載せた厚み０．８ｍｍ、直径３００ｍｍのシリコンウェハの表面の温度分布は±０．５℃以内であった。温度分布の測定は輻射表面温度計によって行なわれた。また、ウェハ保持体の表面の反りは接合されたままの状態で１００μｍ未満であり、研磨によって反りを５０μｍ以内にした。さらに、室温から温度８００℃の間でウェハ保持体のヒートサイクル試験を３００回以上行なったが、割れやクラックは見られなかった。
【００７６】
なお、熱膨張係数が２．０×１０−６／℃のＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系のガラス粉末と、熱膨張係数が９．０×１０−６／℃のＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系のガラス粉末を用いて窒化アルミニウム焼結体を接合して、それぞれ、上記と同様にしてウェハ保持体を製造した。室温から温度８００℃の間でこれらのウェハ保持体のヒートサイクル試験を行なったところ、１００回以上では割れやクラックは見られなかった。
【００７７】
（比較例１）
実施例１と同じ方法を用いて窒化アルミニウム成形体を作製した。タングステン粉末と焼成助剤をエチルセルロースバインダによって混練したものを窒化アルミニウム成形体の一方の表面上に印刷塗布した。印刷パターンは、焼結収縮後に実施例１と同じ線幅と線間隔になるパターンとし、渦巻状に窒化アルミニウム成形体のほぼ全面にわたって形成したこの導電体の印刷パターンに接続する２つの端子電極を窒化アルミニウム成形体の外周面に形成した。
【００７８】
一方、導電体の印刷パターンを形成しないもう１つの窒化アルミニウム成形体を、導電体の印刷パターンを形成した窒化アルミニウム成形体の一方の表面上に重ね合わせて加圧して密着させた。その後、温度８００℃の窒素ガス中で脱脂し、温度１８００℃で４時間焼結した。得られた窒化アルミニウム焼結体の反りは９００μｍ以上であった。そのため、窒化アルミニウム焼結体の上に重りを載せて温度１８００℃で１時間加熱することにより反りを修正したが、２００μｍ以上残存した。研磨によって表面を５０μｍ以内に仕上げることはできたが、内蔵された導電体の焼結体中における２００μｍ以上の反りは補正できなかった。このようにして得られたウェハ保持体を図９に示す。図９に示すように、２枚の窒化アルミニウム成形体が焼結によって密着することによって、窒化アルミニウム焼結体１０ｅにヒーター回路パターン１５が内蔵されている。
【００７９】
上記のようにして得られたウェハ保持体の外周面に形成した２つの電極から２００Ｖの電圧でヒーター回路に電流を流すことによってウェハ保持体の表面は７００℃まで昇温した。その際のウェハ保持体の表面に載せた厚み０．８ｍｍ、直径３００ｍｍのシリコンウェハの表面における温度分布は±９℃であった。温度分布の測定は輻射表面温度計によって行なわれた。
【００８０】
（比較例２）
実施例１と同じ方法を用いて窒化アルミニウム成形体を２枚作製した。１枚の窒化アルミニウム成形体の表面上に、直径０．５ｍｍのモリブデンのワイヤをコイル状に巻き、さらに渦巻状に曲げて配置した。ワイヤの巻き径は５ｍｍで渦巻きのピッチは１０ｍｍであった。ワイヤを配置した窒化アルミニウム成形体の一方の表面の上にもう１枚の窒化アルミニウム成形体を載せて、温度８００℃の窒素ガス中で脱脂し、カーポン製の型に入れて温度１８００℃で４時間ホットプレス焼結した。得られた焼結体の上下面をダイヤモンド砥粒によって研磨し、直径が３００ｍｍになるまで外周面を研磨した。このようにして得られた窒化アルミニウム焼結体からなるウェハ保持体を図１０に示す。図１０に示すように、２枚の窒化アルミニウム成形体が焼結によって密着することによって、窒化アルミニウム焼結体１０ｆにモリブデンワイヤ１６が内蔵されている。
【００８１】
このようにして得られたウェハ保持体の外周面に形成した２つの電極から２００Ｖの電圧でモリブデンワイヤに電流を流すことによってウェハ保持体の表面を７００℃まで昇温させた。その際のウェハ保持体に載せられた厚み０．８ｍｍ、直径３００ｍｍのシリコンウェハの温度分布は±１５℃であった。温度分布の測定は輻射表面温度計によって行なわれた。
【００８２】
（実施例２）
実施例１と同じ方法を用いて窒化アルミニウム焼結体を３枚作製した。２枚の窒化アルミニウム焼結体のそれぞれの一方の表面上に、タングステン粉末と焼成助剤とをエチルセルロースバインダにて混練したものを塗布した。１枚の窒化アルミニウム焼結体の一方の表面上には静電チャック用の電極としてほぼ全面に上記の導電体ペーストを印刷塗布した。もう１枚の窒化アルミニウム焼結体の一方の表面上には、ヒーター回路パターンとして導電体の線幅が０．５ｍｍ、線間隔が０．５ｍｍの線状のパターンで導電体の印刷パターンを渦巻状に窒化アルミニウム焼結体のほぼ全面にわたって形成した。このようにして導電体のパターンを印刷した２つの窒化アルミニウム焼結体の外周面には、それぞれ導電体パターンに接続する２つの端子電極を形成した。その後、２枚の窒化アルミニウム焼結体に形成された導電体パターンを温度８００℃の窒素ガス中で脱脂し、温度１６００℃の窒素ガス中で焼成した。
【００８３】
一方、さらにもう１枚の窒化アルミニウム焼結体の一方の表面上にＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系のガラス粉末をエチルセルロースバインダで混練したものを印刷塗布した。また、同様にして、一方の表面にヒーター回路パターンが形成された窒化アルミニウム焼結体の他方の表面の上にもガラス粉末をエチルセルロースバインダで混練したものを印刷塗布した。これらの２枚の窒化アルミニウム焼結体を温度５００℃で脱脂した後、もう１枚の静電チャック用電極が形成された窒化アルミニウム焼結体と重ね合わせて、３枚の窒化アルミニウム焼結体をモリブデン製の治具で固定し、重りを載せて、温度７００℃の窒素ガス中で加熱することにより接合した。このようにして得られたウェハ保持体は図４に示される構造を有する。接合された状態のままのウェハ保持体の反りは１００μｍ以内であった。この反りを研磨によって５０μｍにした。
【００８４】
以上のようにして得られたウェハ保持体のヒーター回路パターンの部分に、外周面に形成した２つの電極から２００Ｖの電圧で電流を流すことによってウェハ保持体の表面は７００℃まで昇温した。この際のウェハ保持体の表面に載せられた厚み０．８ｍｍ、直径３００ｍｍのシリコンウェハの表面における温度分布は±１．０℃以内であった。温度分布の測定は輻射表面温度計によって行なわれた。静電チャック用電極に１５０Ｖの電圧を印加したところ、２００ｇ／ｃｍ２のチャック力が得られた。
【００８５】
（実施例３）
実施例１と同様の方法によって２枚の窒化アルミニウム焼結体を作製した。
【００８６】
銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）合金の粉末と焼成助剤とをエチルセルロースバインダによって混練したものを１枚の焼結体の一方の表面上に印刷塗布した。印刷パターンは、線幅が０．５ｍｍ、線間隔が０．５ｍｍの線状パターンとし、これを渦巻状に窒化アルミニウム焼結体のほぼ全面にわたって形成した。この導電体のパターンに接続する２つの電極を窒化アルミニウム焼結体の外周面に形成した。この導電体のパターンが形成された窒化アルミニウム焼結体を温度８００℃の窒素ガス中で脱脂し、温度９００℃の窒素ガス中で焼成することにより、ヒーター回路パターン用の導電層を形成した。
【００８７】
一方、もう１枚の窒化アルミニウム焼結体の一方の表面上にＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系のガラス粉末をエチルセルロースバインダで混練したものを印刷した。この窒化アルミニウム焼結体を温度５００℃で脱脂した後、ヒーター回路パターンを形成した窒化アルミニウム焼結体の一方の表面上に重ね合わせてモリブデン製の治具で固定し、重りを載せた状態で温度５００℃の窒素ガス中で加熱することによって接合した。このようにして図３に示される構造を有するウェハ保持体が得られた。
【００８８】
得られたウェハ保持体の外周面に形成した２つの電極から１５０Ｖの電圧でヒーター回路に電流を流すことによってウェハ保持体の表面は７００℃まで昇温した。この際のウェハ保持体の表面上に置かれた厚み０．８ｍｍ、直径３００ｍｍのシリコンウェハの表面における温度分布は±１．０℃以内であった。
【００８９】
（実施例４〜１６）
実施例４〜１６では、実施例１と同じ方法で、研磨された窒化アルミニウム焼結体を作製した。
【００９０】
１枚の窒化アルミニウム焼結体の一方の表面上にタングステン粉末と焼成助剤をエチルセルロースバインダーにて混練したものを印刷塗布した。これを窒素ガス中９００℃で脱脂し、温度１７００℃の窒素ガス中にて焼き付けることにより導電層としてヒーター回路パターンを形成した。
【００９１】
一方、もう１枚の窒化アルミニウム焼結体の一方の表面上に、以下の表１に記載した接着層の組成を有するように配合された非酸化物セラミックスと酸化物セラミックスの混合粉末、または酸化物セラミックス粉宋をエチルセルロース系バインダで混練したものを印刷塗布した。これを窒素ガス中にて９００℃で脱脂した後、ヒーター回路パターンが形成された窒化アルミニウム焼結体の一方の表面の上に重ね合わせて、モリブデン製の治具で固定し、重りを載せた状態で表１に示した接合温度で窒素ガス中で加熱することにより接合した。
【００９２】
以上のようにして得られたウェハ保持体の外周面に形成した２つの電極から２００Ｖの電圧でヒーター回路に電流を流すことによってウェハ保持体の表面は７５０℃まで昇温した。その際にウェハ保持体の上に載せた厚み０．８ｍｍ、直径３００ｍｍのシリコンウェハの表面の温度分布は±１℃以内であった。温度分布の測定は輻射表面温度計によって行なわれた。また、ウェハ保持体の表面の反りは０．３μｍ／ｍｍ未満であった。さらに、室温から温度８００℃の間でウェハ保持体のヒートサイクル試験を５００回以上行なったが、割れやクラックは見られなかった。
【００９３】
実施例１〜３では、ウェハ保持体をフッ素雰囲気中７００℃の温度で１０００時間連続使用しても問題がなかったが、７５０℃の温度で１０００時間連続使用したところ、１０個中１個、８００℃の温度で１０００時間連続使用したところ、１０個中３個、ヒーターの劣化が見られた。ガラス層の熱劣化によってヒーターの保護効果が低下したためと考えられる。
【００９４】
実施例４、１０では、ウェハ保持体をフッ素雰囲気中７００℃の温度で１００時間、７５０℃の温度で１０００時間連続使用しても問題がなかったが、８００℃の温度で１０００時間連続使用したところ、１０個中１個の、ヒーターの劣化が見られた。実施例５〜９、１１〜１６では、ウェハ保持体をフッ素雰囲気中７００℃、７５０℃、８００℃のいずれの温度で１０００時間連続使用しても問題がなかった。
【００９５】
【表１】
2005191581.tif 000003
【００９６】
（実施例１７）
窒化ケイ素粉末に焼結助剤としてＹ２Ｏ３を５質量％とＡｌ２Ｏ３を２質量％添加し、バインダとしてポリビニルアルコールを添加してエタノールを溶媒としてボールミルによって分散混合した。この混合粉末をスプレードライ乾燥した後、直径３８０ｍｍ、厚み１ｍｍの形状になるようにプレス成形した。この成形体を温度８００℃の窒素ガス中で脱脂した後、１５５０℃で４時間焼結した。得られた窒化ケイ素焼結体の上下面をダイヤモンド砥粒にて研磨した。このようにしてウェハ保持体の基材となる窒化ケイ素焼結体を２枚準備した。
【００９７】
実施例１と同じ方法で１枚の窒化ケイ素焼結体にタングステンヒーター回路パターンを形成し、もう１枚の窒化ケイ素焼結体に熱膨張係数が５．０×１０−６／℃のＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系酸化物セラミックス層を形成して重ね合わせて窒素ガス中１１００℃で加熱接合した。
【００９８】
以上のようにして得られたウェハ保持体の外周面に形成した２つの電極から２００Ｖの電圧でヒーター回路に電流を流すことによってウェハ保持体の表面は７００℃まで昇温した。その際にウェハ保持体の上に載せた厚み０．８ｍｍ、直径３００ｍｍのシリコンウェハの表面の温度分布は±１℃以内であった。温度分布の測定は輻射表面温度計によって行なわれた。また、ウェハ保持体の表面の反りは０．３μｍ／ｍｍ未満であった。さらに、室温から温度８００℃の間でウェハ保持体のヒートサイクル試験を３００回以上行なったが、割れやクラックは見られなかった。
【００９９】
（実施例１８）
酸窒化アルミニウム（ＡＬＯＮ）粉末に焼結助剤としてＭｇＯを２質量％添加し、バインダを添加して分散混合した。この混合粉末をスプレードライ乾燥した後、直径３８０ｍｍ、厚み１ｍｍの形状になるようにプレス成形した。この成形体を温度８００℃の窒素気流中で脱脂した後、温度１７７０℃で４時間焼結した。得られた酸窒化アルミニウム焼結体の上下面をダイヤモンド砥粒にて研磨した。このようにしてウェハ保持体の基材となる酸窒化アルミニウム焼結体を２枚準備した。
【０１００】
実施例１と同じ方法で１枚の酸窒化アルミニウム焼結体にタングステンヒーター回路パターンを形成し、もう１枚の焼結体に熱膨張係数が５．０×１０−６／℃のＳｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３系酸化物セラミックス層を形成して重ね合わせて窒素ガス中１１００℃の温度で加熱接合した。
【０１０１】
以上のようにして得られたウェハ保持体の外周面に形成した２つの電極から２００Ｖの電圧でヒーター回路パターンに電流を流すことによってウェハ保持体の表面は７００℃まで昇温した。その際にウェハ保持体の上に載せた厚み０．８ｍｍ、直径３００ｍｍのシリコンウェハの表面の温度分布は±１℃以内であった。温度分布の測定は輻射表面温度計によって行なわれた。また、ウェハ保持体の表面の反りは０．３μｍ／ｍｍ未満であった。さらに、室温から温度８００℃の間でウェハ保持体のヒートサイクル試験を３００回以上行なったが、割れやクラックは見られなかった。
【０１０２】
（実施例１９）
実施例１と同じ方法を用いて厚み３ｍｍの窒化アルミニウム焼結体を１枚作製した。その窒化アルミニウム焼結体の表面上にタングステン粉末と焼成助剤とをエチルセルロースバインダにて混練したものを塗布した。一方の表面上には静電チャック用の電極としてほぼ全面に上記の導電体ペーストを印刷塗布した。もう一方の表面上にはヒーター回路パターンとして導電体の線幅が０．５ｍｍ、線間隔が０．５ｍｍの線状のパターンで導電体の印刷パターンを渦巻き状に窒化アルミニウム焼結体のほぼ全面にわたって形成した。このようにして導電体のパターンを印刷した窒化アルミニウム焼結体の外周面には、それぞれ導電体パターンに接続する２つの端子電極を形成した。その後、窒化アルミニウム焼結体に形成された導電体パターンを温度８００℃の窒素ガス中で脱脂し、温度１６００℃の窒
素ガス中で焼成した。
【０１０３】
窒化アルミニウム粉末にＹ２Ｏ３−ＣａＯを１重量％添加してエチルセルロースバインダで混練したものを、両面の導電層を被覆するように印刷塗布した。これを温度５００℃で脱脂した後、温度１６００℃の窒素ガス中で加熱することにより焼き付けた。
【０１０４】
以上のようにして得られたウェハ保持体のヒーター回路パターンの部分に、外周面に形成した２つの電極から２００Ｖの電圧で電流を流すことによってウェハ保持体の表面は７００℃まで昇温した。この際のウェハ保持体の表面に載せられた厚み０．８ｍｍ、直径３００ｍｍのシリコンウェハの表面における温度分布は±１℃以内であった。温度分布の測定は輻射表面温度計によって行なわれた。
【０１０５】
静電チャック用電極に１５０Ｖの電圧を印加したところ、２００ｇ／ｃｍ２のチャックカが得られた。
【０１０６】
（実施例２０）
タングステンヒーター回路パターンの線幅と線間隔をそれぞれ５ｍｍ、５ｍｍとした以外は、実施例１と同じ製造方法でウェハ保持体を作製した。実施例１と同一条件でウェハ表面の温度分布を測定したところ、７００℃±６℃であった。
【０１０７】
（実施例２１）
タングステンヒーター回路パターンの線幅と線間隔をそれぞれ６ｍｍ、６ｍｍとした以外は、実施例１と同じ製造方法でウェハ保持体を作製した。実施例１と同一条件でウェハ表面の温度分布を測定したところ、７００℃±８℃であった。
【０１０８】
（実施例２２）
実施例１と同じ製造方法で焼結体を２枚作製した。１枚の焼結体にモリブデン（Ｍｏ）ペーストを、線幅と線間隔がそれぞれ０．５ｍｍ、０．５ｍｍのパターンで塗布して、窒素ガス中で焼き付けることによってヒーター回路パターンを形成した以外は、実施例１と同じ手法でウェハ保持体を作製した。実施例１と同一条件でウェハ表面の温度分布を測定したところ、７００℃±１℃であった。
【０１０９】
（実施例２３）
実施例１と同じ製造方法で焼結体を２枚作製した。１枚の焼結体にニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）ペーストを、線幅と線間隔がそれぞれ０．５ｍｍ、０．５ｍｍのパターンで塗布して、窒素ガス中で焼き付けることによってヒーター回路パターンを形成した以外は、実施例１と同じ手法でウェハ保持体を作製した。実施例１と同一条件でウェハ表面の温度分布を測定したところ、７００℃±１℃であった。
【０１１０】
（実施例２４〜２８）
実施例１と同じ製造方法で、焼結体を１枚と、線幅と線間隔がそれぞれ０．５ｍｍ、０・５ｍｍのヒーター回路パターンのタングステン導電層を形成した焼結体を１枚作製し、それぞれ熱膨張係数が２．５×１０−６／℃、３．０×１０−６／℃、５．０×１０−６／℃、７．９×１０−６／℃、１０×１０−６／℃のガラスを用いて２枚の焼結体を窒素ガス中にて温度７００℃で接合した。昇温速度の目標は３０分／６００℃以内であったが、それぞれ３５分で割れ、６分で割れ、６分以下で割れず、８分で割れ、８０分で割れた。
【０１１１】
（実施例２９〜３１）
実施例１と同じ製造方法で、１枚（実施例２９）、５枚（実施例３０）、６枚（実施例３１）の焼結体を作製し、各実施例において１枚の焼結体に導電層を形成した。
【０１１２】
実施例２９では、その導電層の上に、窒化アルミニウム粉末をバインダで混練したものを塗布して、窒素ガス中にて温度６００℃で脱バインダ処理をした後、窒素ガス中にて温度７００℃で焼き付けた。
【０１１３】
実施例３０と３１では、それぞれ残りの４枚、５枚の焼結体の上に、９７質量％の窒化アルミニウムと３質量％のＹｂ−Ｎｄ−Ｃａ−Ｏ系の酸化物セラミックスの混合粉末をバインダで混練したものを塗布して、窒素ガス中にて温度６００℃で脱バインダ処理をした後、導電層を形成した１枚の焼結体を中央に挟み込むように重ねて窒素ガス中にて温度１６５０℃で接合した。
【０１１４】
上記のようにして得られたウェハ保持体の厚みは、それぞれ１ｍｍ（実施例２９）、５ｍｍ（実施例３０）、６ｍｍ（実施例３１）であった。実施例１０で得られたウェハ保持体の厚みは、２ｍｍであった。
【０１１５】
各ウェハ保持体の導電層に２００Ｖの電圧を印加して昇温させたところ、それぞれ６分（実施例２９）、７分（実施例１０）、９分（実施例３０）、１５分（実施例３１）で７００℃に昇温させることができた。
【０１１６】
（実施例３２）
実施例１０と同様にして、窒化アルミニウム焼結体のウェハ保持面と反対側の表面上に導電層としてヒーター回路パターンを形成し、そのヒーター回路パターンの両端にパッド部を形成した。このヒーター回路パターンの両端のパッド部に、タングステンを９０質量％、Ｙ−Ａｌ−Ｏ系の酸化物を１０質量％含むペーストを介在させて窒素ガス中にて温度１７００℃で加熱することにより、２本のモリブデン線をそれぞれ接合した。さらに、モリブデン線を通すことができるように２個の貫通孔が形成された同形状のもう１つの窒化アルミニウム焼結体の上に、実施例１０で用いた接着層の組成を有するように配合された窒化アルミニウムの混合粉末をバインダで混練したものを塗布し、脱バインダ処理をした後、２個の貫通孔にそれぞれ２本のモリブデン線を通した状態で、導電層が形成された窒化アルミニウム焼結体の表面に重ね合せて、窒素ガス中にて温度１６５０℃で２つの窒化アルミニウム焼結体を接合した。
【０１１７】
上記のようにして２個の接合体を作製し、１個の接合体においてはモリブデン線の表面にＣＶＤ法によって窒化アルミニウム層を厚み１０μｍで形成し、もう１個の接合体においてはモリブデン線の表面に溶射法によって酸化アルミニウム層を厚み５０μｍで形成することによって、図８で示されるような形態を有する２個のウェハ保持体を作製した。
【０１１８】
モリブデン線はＯリングを通してＣＶＤ装置のチャンバの外側に引き出すようにして、各ウェハ保持体をＣＶＤ装置内に設置した。各ウェハ保持体のヒーター回路パターンに２００Ｖの電圧を印加して温度７００℃まで昇温させた後、シリコンウェハを各ウェハ保持体の保持面に置いて、ＴｉＣｌ４ガスとＮＨ３ガスをチャンバ内に供給してシリコンウェハの表面上にＴｉＮ膜を形成した。
【０１１９】
１０００時間連続使用しても、いずれのウェハ保持体のモリブデン線も電流異常等の劣化等は見られなかった。
【０１２０】
以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示的に示されるものであり、制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態や実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものである。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
以上のようにこの発明によれば、より大きな外径を有する半導体ウェハを均一に加熱することが必要な、膜形成やエッチング用の半導体製造装置のウェハ保持体として、熱収縮等を考慮した微細なパターンを有する発熱回路、静電チャック用電極またはプラズマ下部電極を高い精度で内蔵した保持体を製造することが可能になる。また、このウェハ保持体を従来より高い製造歩留まりで安価に製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】この発明に従って製造されるウェハ保持体を用いる半導体製造装置の１つの実施の形態を概念的に示す図である。
【図２】この発明に従って製造されるウェハ保持体を用いる半導体製造装置のもう１つの実施の形態を概念的に示す図である。
【図３】この発明に従って製造されるウェハ保持体の１つの実施の形態を槻念的に示す断面図である。
【図４】この発明に従って製造されるウェハ保持体のもう１つの実施の形態を概念的に示す断面図である。
【図５】この発明に従って製造されるウェハ保持体のさらにもう１つの実施の形態を概念的に示す断面図である。
【図６】この発明に従って製造されるウェハ保持体の別の１つの実施の形態を概念的に示す断面図である。
【図７】この発明に従って製造されるウェハ保持体のさらに別の１つの実施の形態を概念的に示す断面図である。
【図８】この発明に従って製造されるウェハ保持体のさらに他の実施の形態を概念的に示す断面図である。
【図９】この発明の１つの比較例として示すウェハ保持体の構造を概念的に示す断面図である。
【図１０】この発明のさらにもう１つの比較例として示すウェハ保持体の構造を概念的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１：ウェハ保持体、１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ：窒化アルミニウム焼結体、１１：ヒーター回路パターン、１２：プラズマ下部電極、１３：静電チャック用電極、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ：ガラス層。
【図１】
2005191581.tif 000004
【図２】
2005191581.tif 000005
【図３】
2005191581.tif 000006
【図４】
2005191581.tif 000007
【図５】
2005191581.tif 000008
【図６】
2005191581.tif 000009
【図７】
2005191581.tif 000010
【図８】
2005191581.tif 000011
【図９】
2005191581.tif 000012
【図１０】
2005191581.tif 000013