(57)【要約】【課題】  高温においてもウエハを均一に加熱処理することができ、電極部分の断線を招くことがないウエハ保持体、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。【解決手段】  電気回路を有する半導体製造装置用のウエハ保持体であって、その高周波電極回路や抵抗発熱体回路などの電気回路に接続するための電極が筒状になっている。この筒状電極の内部には、不活性ガスを供給することができる。また、筒状電極の外径は２ｍｍ以上、内径は１ｍｍ以上であることが好ましく、筒状電極の表面の比透磁率は６００以下であることが好ましい。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気回路を有する半導体製造装置用のウエハ保持体であって、該電気回路に接続するための電極が筒状であることを特徴とするウエハ保持体。
【請求項２】
前記筒状電極の内部に不活性ガスが供給されること特徴とする、請求項１に記載のウエハ保持体。
【請求項３】
前記筒状電極が高周波電極回路に接続するための電極であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のウエハ保持体。
【請求項４】
前記筒状電極の外径が２ｍｍ以上、内径が１ｍｍ以上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】
前記筒状電極の表面の比透磁率が６００以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のウエハ保持体。
【請求項６】
前記筒状電極の表面の比透磁率が１.１以下であることを特徴とする、請求項５に記載のウエハ保持体。
【請求項７】
前記ウエハ保持体を搭載した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、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。このウエハ保持体上にウエハを保持して加熱処理する場合、ウエハ保持体が変形又は破損しないだけでなく、成膜などの条件を均一にするために、ウエハの温度を均一にする必要がある。
【０００３】
このような半導体製造装置用のウエハ保持体として、例えば、特開平４−０７８１３８号公報には、ウエハを載置するための凸状支持部材が接合されたウエハ保持体が開示されている。また、特開平６−２５２０５５号公報には、セラミックス製の加熱装置の昇降温時に、セラミックス製ヒータの温度分布を中心部付近が高くなるようにすることで、セラミックス製ヒータに加わる応力が低減できることが記載されている。
【０００４】
しかし、上記したような従来のウエハ保持体においては、ウエハ保持体の抵抗発熱体回路、高周波電極回路、あるいは静電チャック用電極回路などに接続するための電極が、装置内で空気や反応性ガスにさらされて酸化ないし腐食してしまい、最悪の場合には電極部分が断線してしまうという欠点があった。
【０００５】
特に近年では、ＣＶＤなどによりウエハ上に成膜を行う際には、スループットを向上させるために、高温で処理することが望まれている。また、使用するガスの特性から、不純物等の混入を避けるため、特に高温でのウエハの処理が要求されている。そのため、高温処理によって電極はますます酸化または腐食されやすくなっていることから、その耐久性の向上が大きな問題となっている。
【０００６】
【特許文献１】特開平４−０７８１３８号公報
【特許文献２】特開平６−２５２０５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、高温においてもウエハを均一に加熱処理することができ、且つ電極部分の断線を招くことがないウエハ保持体、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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、電気回路を有する半導体製造装置用のウエハ保持体であって、該電気回路に接続するための電極が筒状であることを特徴とするウエハ保持体を提供するものである。
【０００９】
上記本発明のウエハ保持体においては、前記筒状電極の内部に不活性ガスが供給されることが好ましい。また、上記本発明のウエハ保持体は、前記筒状電極が高周波電極回路に接続するための電極である場合に特に有効である。
【００１０】
上記本発明のウエハ保持体においては、前記筒状電極の外径が２ｍｍ以上、内径が１ｍｍ以上であることが好ましい。また、前記筒状電極の表面の比透磁率は６００以下であることが好ましく、比透磁率が１.１以下であることが更に好ましい。
【００１１】
また、本発明は、上記した本発明のウエハ保持体を搭載したことを特徴とする半導体製造装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、高温においてもウエハを均一に加熱することができ、しかも高温でウエハを加熱処理する際に、空気や反応性ガスによる電極部分の酸化あるいは腐食を防いで断線をなくすことができ、信頼性に優れたウエハ保持体を提供することができる。更に、筒状電極を高周波電極回路に接続する電極として使用することにより、従来よりも電極の表面積を増やすことができ、信頼性の高いウエハ保持体とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明のウエハ保持体においては、ウエハ保持体が具備している抵抗発熱体回路、高周波電極回路、静電チャック用電極回路などの電気回路に接続するための電極として、内側が中空の筒状電極を使用する。この筒状電極の断面形状には特に制限はなく、円形のほか、四角形や三角形、あるいは星型などさまざまな断面形状であってよい。また、ウエハ保持体が複数の電極を有する場合には、それぞれ独立して設置した全ての電極を筒状にすることも可能であるし、必要な電極だけ筒状にすることもできる。
【００１４】
本発明の筒状電極は、ウエハ保持体内の高周波電極回路に接続される電極である場合に特に有効である。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、直径の小さな電極では電極自身が発熱してしまい、ウエハ保持体の均熱性を乱しやすい。そこで従来は、電極の直径を大きくすることで発熱を抑えていたが、その場合は今度は電極自身の熱容量が大きくなるため、ウエハ保持体の部分的な温度低下を引き起こしてしまうという問題があった。
【００１５】
これに対して、高周波電極回路に接続される電極として本発明の筒状電極を用いると、筒状電極の外側表面だけでなく内側表面にも高周波が流れるので、ウエハ保持体の部分的な温度低下を起こすことなく、電極の発熱を抑えることができる。しかも、特に高周波電極回路においては流れる電流量は少ないため、筒状電極の肉厚は薄くて済み、ウエハ保持体からの熱の逃げも小さいため、均熱性に与える影響も少なくすることができる。
【００１６】
また、この場合に使用する筒状電極の表面の比透磁率は６００以下であることが好ましい。比透磁率が６００を超える場合、高周波の流れを妨げてしまうため好ましくない。この問題に対しては、比透磁率の大きな材料であっても、電極の表面積を大きくする、即ち直径を大きくすることで対応することは可能である。しかし、筒状電極の直径を大きくすることは、電極からの熱の逃げも大きくなるため好ましくない。上記比透磁率は１.５以下であることが更に好ましく、特に１.１以下であれば優れた特性を発揮することができ、上記の問題点を解決することができるため特に好ましい。また、筒状電極を形成する材質の比透磁率が高い場合でも、表面に比透磁率の低い材料をスパッタリングや蒸着、あるいはメッキなどの手法でコーティングすることで対応することもできる。この場合の膜厚は、少なくとも２μｍ以上であれば問題なく使用することができる。
【００１７】
このような高周波電極回路に接続する筒状電極として使用することのできる導電性材料としては、チタン金属やその合金、アルミニウムやその合金、その他モリブデンやタングステン及びその合金、一部の比透磁率の低いステンレスなどを使用することができる。銅合金に関しては、使用方法によっては金属コンタミネーションの恐れがあるため、使い分ける必要がある。また、コーティング膜としては金や白金なども使用することができるが、この場合においても銅などの金属コンタミネーションに注意を払う必要がある。また、ニッケルやニッケル合金を使用することもできる。ニッケルは比透磁率が上記金属材料よりも高いが、耐食性に優れるため、特にＣＶＤやエッチング装置など腐食性ガスを使用する場合に有効である。尚、耐食性を優先する場合には、使用する筒状電極にニッケルをメッキすることもできる。
【００１８】
尚、近年のプラズマなどに使用する高周波の周波数はどんどん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、筒状電極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。ここで基準となる表面積は、筒状電極の断面の長さで規定することができる。例えば、外径２ｍｍ、内径１ｍｍの場合では、外径分の長さ＝２ｍｍ×３.１４（円周率）＝６.２８ｍｍ、内径分の長さ＝１ｍｍ×３.１４＝３.１４ｍｍであるから、合計９.４２ｍｍ以上であれば、１３.５６ＭＨｚ以上の高周波にも対応することができる。従って、筒状電極の外径は２ｍｍ以上、内径は１ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の筒状電極を抵抗発熱体回路などの給電用電極として使用する場合には、上記のように比透磁率を考慮する必要は特にない。ただし、抵抗発熱体回路の給電用電極として、特にウエハ保持体を高温にする場合には、筒状電極の断面積を大きくする必要がある。この場合、ウエハ保持体の設置された環境にもよるが、少なくとも外径２ｍｍ、内径１ｍｍの筒状電極、即ち断面積では（（２ｍｍ×２ｍｍ）−（１ｍｍ×１ｍｍ））×３.１４（円周率）＝９.４２ｍｍ２以上の断面積が必要である。このような給電電極に使用できる筒状電極の材料としては、モリブデンやタングステンどの金属及びその合金、ステンレス、コバール、ニッケル及びその合金を使用することができる。また、これら筒状電極にはニッケルや金などのメッキを施すことも可能である。
【００２０】
本発明の筒状電極については、内部に不活性ガスを供給することができる。筒状電極の内側に不活性ガスを流すことで、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。例えば、ウエハ保持体が真空容器に対して気密シールされた筒状支持部材を有し、その筒状支持部材内に筒状電極を収納して設ける場合、電極内に不活性ガスを流すことによって、流さない場合と比較して電極の酸化反応の進行を遅らせることができるため、従来に比較してウエハ保持体の寿命を長くすることができる。また、筒状電極自体を真空容器に対して気密シールして設ける場合でも、その筒状電極内に不活性ガスを流すことによって、電極内への反応ガスの侵入を防ぐことができるため、筒状電極の劣化を防ぐことができる。
【００２１】
筒状電極内に不活性ガスを供給するためには、上記のごとく筒状電極自体を気密シールする場合でも又は筒状支持部材内に収納する場合でも、筒状電極の上端を開口して不活性ガスの供給口とすればよい。特にウエハ保持体の筒状支持部材内に筒状電極を収納保護する場合には、不活性ガスが流通し得る上端開口若しくは１つ又は複数の貫通孔を筒状電極に設けると共に、筒状支持部材内に不活性ガスを供給すればよい。この場合、筒状支持部材に独立して形成されていた不活性ガス吸入孔が筒状電極と共用できるため、相対的に筒状支持体を小さくすることが可能であり、コスト低減に繋がる。
【００２２】
尚、本発明のウエハ保持体は、そのウエハ保持部を支持する支持部材を備えることができる。この支持部材の形状に関して特に制約はなく、例えば、円柱状や角柱状、円筒状などであってよいが、上記のごとく円筒状であれば不活性ガスを供給する上で都合がよい。この支持部材はウエハ保持部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。しかし、ウエハ保持体に働く応力を低減するためには、支持部材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。
【００２３】
一般的に、上記支持部材はウエハ保持部付近で温度が高く、逆にその反対側では温度が低いのため、この温度差によって支持部材が変形しやすい。このとき支持部材がウエハ保持部に化学的に接合されていと、支持部材の変形がウエハ保持部に影響を及ぼし、ウエハ保持部に働く応力が大きくなるため好ましくない。しかし、ネジ止めなどの物理的な固定方法の場合には、ウエハ保持部と支持部材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、ウエハ保持部と支持部材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。
【００２４】
ウエハ保持体並びに支持部材に使用する材料としては、特に制約はないが、アルミニウムやステンレスなどの金属材料、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ス材料、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。
【００２５】
次に、本発明のウエハ保持体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。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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。得られたスラリーを成形し、焼結することによって、ウエハ保持体となるＡｌＮ焼結体を得ることができる。その方法には、コファイア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。
【００３０】
まず、ポストメタライズ法について説明する。前記スラリーをスプレードライア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挿入し、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。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く、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。
【００３１】
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。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。
【００３２】
脱脂後の成形体は、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。これ以上の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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。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。
【００３５】
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。
【００３６】
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、金属粉末と、バインダーと溶剤を混合することにより得られる。金属粉末としては、セラミックス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。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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。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。
【００４３】
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。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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
次に、コファイア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、コファイアー法では、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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。加工精度は、例えば、ウエハ載置面の平面度では、上記リング状凸部やエンボスのウエハとの接触部は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体との間に隙間が生じやすくなり、ウエハ保持体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。
【００５２】
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、ウエハ保持体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、ウエハ保持体であるサセプタのウエハ保持部を作製することができる。
【００５３】
このようにして作製したウエハ保持体のウエハ保持部に、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。
【００５４】
上記支持部材材は、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。接合する支持部材並びにウエハ保持部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。
【００５５】
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。
【００５６】
次に、ウエハ保持部に筒状電極を取り付ける。筒状電極の取り付けは、公知の手法で行うことができる。例えば、ウエハ保持部のウエハ載置面と反対側から電気回路までザグリ加工を施し、電気回路にメタライズを施すか又はメタライズなしで直接活性金属ろうを用いて筒状電極を接続すればよい。その後、必要に応じて電極にメッキを施すことにより、耐酸化性を向上させることができる。
【００５７】
最後に、ウエハ保持部と支持部材とを化学的手法で接合した場合は、ウエハ保持部と支持部材の接合部付近とその外側に、環状溝を機械加工で形成する。このようにして、半導体製造装置用ウエハ保持体（サセプタ）を作製することができる。尚、上記環状溝は、焼成前の成形体の状態で先に形成しておいてもよいし、支持部材を接合する前に形成してもよい。
【００５８】
また、本発明のウエハ保持体を半導体製造装置に組み込んで、半導体ウエハを処理することができる。本発明のウエハ保持体は、電極部が筒状となっているため、信頼性の高い電極構造とすることができると共に、ウエハ保持部を支持する筒状支持部材をコンパクト化することも可能である。
【実施例】
【００５９】
［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り、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。
【００６０】
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、片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、両面の電気回路上に酸化イットリウムを含有する窒化アルミニウムペーストをスクリーン印刷にて塗布し、７００℃で脱脂した後、１８２０℃で焼成した。その後、ＡｌＮ粉末とＡｌ２Ｏ３粉末とＹ２Ｏ３粉末を混合し、更に有機溶剤、バインダーを加えて接着剤ペーストとし、上記窒化アルミニウム焼結体の窒化アルミニウムペーストを焼き付けた両面に塗布し、窒素雰囲気中にて７００℃で脱脂した。その後、高周波電極回路側に厚み３ｍｍ、抵抗発熱体回路側に厚み１０ｍｍの窒化アルミニウム基板をそれぞれ配置し、ホットプレスにより１０トンの加重を加えて１８００℃で接合した。
【００６１】
得られた接合体の高周波電極回路側の表面をウエハ載置面とし、ウエハ載置面を加工して、ウエハとの接触部を形成した。また、反対側の面には座繰り加工を行い、抵抗発熱体回路に通常のタングステン製の電極を銀ロウ付けにより取り付け、高周波電極回路には筒状電極を取り付けた。これらの電極を覆うように窒化アルミニウム製の筒状支持部材（外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ）を配置し、その一端部に設けたフランジ部を窒化アルミニウム製螺子によって接合体に４箇所固定した。
【００６２】
その際、高周波電極回路に接続する筒状電極を下記表１に示すように変えて、それぞれウエハ保持体を作製した。また、各筒状電極の上部には直径０.５ｍｍの貫通孔を複数形成し、筒状支持体内に供給した窒素ガスが筒状電極内部に充満するようにした。得られた各ウエハ保持体について、直径３００ｍｍのウエハ温度計を用いて均熱性を測定し、その結果を下記表１に示した。このとき、高周波電極回路には、１００Ｖ、１３.５６ＭＨｚの高周波を印加した。また、抵抗発熱体回路には、ウエハ温度が５００℃になるように電力を供給した。実験終了後に、筒状電極の腐食状況を調べ、その結果を下記表1に併せて示した。
【００６３】
【表１】
2007281161.tif 000002
【００６４】
［実施例２］
上記実施例１と同様に抵抗発熱体回路と高周波電極回路を備えたウエハ保持体を作製した。その際、高周波電極回路に接続する電極としてＳＵＳ３１６からなる内径５ｍｍ、外径６ｍｍの筒状電極を用いたが、その電極内には不活性ガスを流さなかった。一方、抵抗発熱体回路に接続する電極として、下記表２に示す筒状電極を用い、その内部には窒素ガスを供給した。
【００６５】
これらのウエハ保持体について、上記実施例１と同じく、高周波電極回路には１００Ｖ、１３.５６ＭＨｚの高周波を印加すると共に、抵抗発熱体回路にはウエハ温度が５００℃になるように電力を供給して均熱性を測定した。また、実験終了後に、抵抗発熱体回路に接続した筒状電極の腐食状況を調べた。得られた結果を下記表２に示した。
【００６６】
【表２】
2007281161.tif 000003
【００６７】
［実施例３］
上記実施例１のウエハ保持体であって、表１に示す筒状電極のうち、高周波電極回路に接続する電極として、ＳＵＳ３１６からなり、内径５ｍｍ、外径６ｍｍの筒状電極を用いたウエハ保持体を、半導体製造用の成膜装置に搭載した。
【００６８】
この成膜装置を用いて、ウエハ上にＣＶＤ法によりＳｉ３Ｎ４膜を形成し、成膜後チャンバー内をエッチングガスによってクリーニングした。この成膜とクリーニングを１０回繰り返したが、筒状電極が腐食されることはなく、またパーティクルの発生も少なく、良好な薄膜を形成することができた。