(57)【要約】【課題】熱負荷により端子が膨張し得る状況下であっても支持台のクラックを抑制し得る基板支持部材を提供する。【解決手段】基板を表面側で支持する支持台と、前記支持台の背面に垂直に接合された筒状シャフトと、前記筒状シャフトの内部であって、前記支持台の背面に形成された開口部内に位置する電極と、前記電極に接合する給電端子とを備える基板支持部材であって、前記給電端子は、（１）少なくとも２つの導電性の剛性端子と、前記剛性端子同士を接続する導電性の可撓性端子とを有する、又は（２）前記支持台側から順に導電性の可撓性端子と、導電性の剛性端子とからなる、基板支持部材である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を表面側で支持する支持台と、前記支持台の背面に垂直に接合された筒状シャフトと、前記筒状シャフトの内部であって、前記支持台の背面に形成された開口部内に位置する電極と、前記電極に接合する給電端子とを備える基板支持部材であって、
前記給電端子は、（１）少なくとも２つの導電性の剛性端子と、前記剛性端子同士を接続する導電性の可撓性端子とを有する、又は（２）前記支持台側から順に導電性の可撓性端子と、導電性の剛性端子とからなる、ことを特徴とする基板支持部材。
【請求項２】
請求項１に記載の基板支持部材において、前記可撓性端子の長さは、前記筒状シャフトの軸方向の長さの１／３５〜１／１．０５であることを特徴とする基板支持部材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の基板支持部材において、前記剛性端子の径をＲ１、前記可撓性端子の径をＲ２としたとき、Ｒ２／Ｒ１が０．１〜０．９５であることを特徴とする基板支持部材。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の基板支持部材において、前記支持台の内部に抵抗発熱体を備え、前記剛性端子と前記可撓性端子とが、前記抵抗発熱体の発熱温度よりも融点が高いロウ材によりロウ付けされていることを特徴とする基板支持部材。
【請求項５】
（１）少なくとも２つの導電性の剛性端子と、前記剛性端子同士を接続する導電性の可撓性端子とを有する、又は（２）導電性の可撓性端子と、導電性の剛性端子とからなる、ことを特徴とする給電端子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板支持部材に関し、特に、基板を支持する支持台内部の電極に接続された給電端子を備える基板支持部材及び給電端子に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電チャック及びＲＦテーブルなどのウェハ（基板）を支持するための支持台を備えた、半導体製造装置などで用いられる基板支持部材には、その内部に埋設されるヒータ、静電吸着用電極、高周波電極または接地電極などに電圧を印加するために端子を設ける必要がある。そのような構成として、窒化アルミニウム等の支持台に機械加工によって形成した開口から内部の金属電極を露出させ、その開口に金属部材を収容し、金属部材の先端面をろう付けすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特に、ヒータを内蔵する場合は、支持台を半導体プロセスチャンバに載置する際に、支持台を支持柱（筒状シャフト）で支持し、その支持柱の長さより長い金属製端子にて支持台の内部電極に電気的接続をする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３７７６４９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、支持柱を有するセラミックス製のヒータを内蔵する支持台を室温から加熱、昇温すると、支持台表面と電極等までの厚さが薄いため、金属製端子がその線膨張係数の大きさによりセラミックスの支持台を突き上げ、端子直上の箇所にクラックを発生させる場合があった。
【０００５】
本発明は、以上の従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、基板を表面側で支持する支持台と、支持台の背面に垂直に接合された筒状シャフトと、筒状シャフトの内部であって、支持台の背面に形成された開口部内に位置する電極と、電極に接合する給電端子とを備える基板支持部材において、熱負荷により給電端子が膨張し得る状況下であっても支持台のクラックを抑制し得る基板支持部材、及び該基板支持部材に用いる給電端子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の基板支持部材は、基板を表面側で支持する支持台と、前記支持台の背面に垂直に接合された筒状シャフトと、前記筒状シャフトの内部であって、前記支持台の背面に形成された開口部内に位置する電極と、前記電極に接合する給電端子とを備える基板支持部材であって、前記給電端子は、（１）少なくとも２つの導電性の剛性端子と、前記剛性端子同士を接続する導電性の可撓性端子とを有する、又は（２）前記支持台側から順に導電性の可撓性端子と、導電性の剛性端子とからなる、ことを特徴とする。
【０００７】
本発明の基板支持部材においては、給電端子を少なくとも２つの導電性の剛性端子と、剛性端子同士を接続する導電性の可撓性端子とを有する構成、又は導電性の剛性端子と、導電性の可撓性端子とからなる構成とすることで、給電端子が熱負荷により膨張した場合であっても、給電端子全体の熱膨張による変位の大部分は可撓性端子の変形で吸収されるため端子による支持台を突き上げる応力を伝達しない。ひいては、支持台のクラック発生を抑制することができる。
【０００８】
本発明の基板支持部材において、前記可撓性端子の長さは、前記筒状シャフトの軸方向の長さの１／３５〜１／１．０５であることが好ましい。可撓性端子の長さをそのように設定することで熱膨張時の応力を十分に抑制することができる。
【０００９】
本発明の基板支持部材において、前記剛性端子の径をＲ１、前記可撓性端子の径をＲ２としたとき、Ｒ２／Ｒ１が０．１〜０．９５であることが好ましい。給電端子における可撓性端子の寸法をそのように設定することにより、熱膨張時の応力を十分に抑制することができるとともに剛性端子と可撓性端子との間を機械的締結またはロウ付け等の化学的締結を容易に行うことができる。
【００１０】
本発明の基板支持部材において、前記支持台の内部に抵抗発熱体を備え、前記剛性端子と前記可撓性端子とが、前記抵抗発熱体の発熱温度よりも融点が高いロウ材によりロウ付けされていることが好ましい。そのようにすると、抵抗発熱体の発熱によりロウ付け箇所のロウ材が軟化することがなく、ロウ付けにより接合した部分が抵抗発熱体の熱の影響を受け難く、十分な接合強度を維持することができる。
【００１１】
本発明の給電端子は、（１）少なくとも２つの導電性の剛性端子と、前記剛性端子同士を接続する導電性の可撓性端子とを有する、又は（２）導電性の可撓性端子と、導電性の剛性端子とからなる、ことを特徴とする。本発明の給電端子は、上記のような基板保持部材に用いることにより上記のような作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係る基板支持部材の断面図。
【図２】本発明の実施形態に係る端子の側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本発明を適用したセラミックスヒータを模式的に示す断面図である。図１に示すセラミックスヒータ１０は、ウエハー（基板）を支持する支持台１２と、支持台１２を加熱する抵抗発熱体１４と、支持台１２を支持する筒状シャフト１６とを備えている。また、筒状シャフト１６は、真空チャンバー４０の壁面にアダプタ４２を介して固定されている。
【００１５】
支持台１２は、円盤状の部材であり、例えば窒化アルミニウムから構成される。この支持台１２は、ウェハの支持面（表面）である加熱面１２Ａを加熱する抵抗発熱体１４が埋設されており、他方の面である背面１２Ｂに筒状シャフト１６が接合されている。また、背面１２Ｂのうち筒状シャフト１６の内側には、２つの開口部が形成されており、この２つの開口部のそれぞれには抵抗発熱体１４に接続された電極（不図示）が設けられ、この電極には一対の給電端子１８、２６が接合されている。つまり、一対の給電端子１８、２６は、電極を介して支持台１２の内部の抵抗発熱体１４に接続している。
【００１６】
抵抗発熱体１４は、支持台１２の加熱面が可能な限り均等に加熱されるように配線され、一端が電極を介して給電端子１８に接続され、他端が電極を介して給電端子２６に接続されている。つまり、抵抗発熱体１４は、給電端子１８との接合部（電極）から端を発し、支持台１２の内部を一筆書き状に配線された後、給電端子２６との接合部（電極）に至る。抵抗発熱体１４の配線態様については特に限定はない。
【００１７】
給電端子１８、２６は、筒状シャフト１６の内部に、抵抗発熱体１４の一端及び他端のそれぞれに電極を介して接合された状態で筒状シャフト１６の軸方向に沿って設けられている。抵抗発熱体１４には、この給電端子１８、２６を介して電力が供給される。
【００１８】
給電端子１８は、図２に示すように、導電性の第１剛性端子２０及び第２剛性端子２４と、これら第１剛性端子２０及び第２剛性端子２４を接続する導電性の可撓性端子２２とからなる。同様に、給電端子２６は、第１剛性端子２８及び第２剛性端子３２と、これら剛性端子同士を接続する可撓性端子３０とからなる。いずれの剛性端子も導電性金属からなり、剛性を有するように形成されている。これに対して、可撓性端子はいずれも剛性端子と同様に導電性金属からなるが、可撓性を有するように形成されている。すなわち、給電端子１８及び給電端子２６のいずれも、２つの剛性端子が可撓性端子を介して接続しており、端子全体が熱膨張により変位する場合であっても可撓性端子が変形するため支持台１２を突き上げるような応力を伝達することがない。ひいては、支持台１２は給電端子の応力を受けることがなく、クラックの発生を抑制することができる。
【００１９】
図１及び図２に示す給電端子１８は、導電性の第１剛性端子２０、導電性の可撓性端子２２及び第２剛性端子２４の３つの要素がこの順に接続された構成であるが、本発明においては、その構成に限定されるものではなく、４つ以上の要素が接続された構成であってもよい。例えば、導電性の第１剛性端子、導電性の第１可撓性端子、導電性の第２剛性端子及び導電性の第２可撓性端子の要素が接続された構成であってもよい。あるいは、支持台側から順に、導電性の可撓性端子と、導電性の剛性端子との２つから構成してもよい。それらの構成であっても、端子全体が熱膨張により変位する場合であっても可撓性端子が変形するため支持台１２を突き上げるような応力を伝達することがなく、クラックの発生を抑制することができる。
【００２０】
剛性端子としては、従来からセラミックスヒータ等において給電端子として使用されているものを使用することができる。具体的には、剛性端子の素材としては、銅、ニッケル、コバール、ステンレス、インコネルなどの金属が挙げられる。そして、剛性を有するような形状・サイズに成形される。なお、第１剛性端子及び第２剛性端子はそれぞれ異なる金属としてもよい。また、第１剛性端子にコバールを用いると、支持台の材料であるセラミックスとの熱膨張の差が小さくなる。そのため、例えば、第１剛性端子と電極とをロウ付けで接合する際の第１剛性端子及び支持台の熱膨張が同等となり、クラックの発生を抑制することができる。
【００２１】
可撓性端子としては、熱膨張時に変形し得るものであればよく、その形状としてはワイヤー状、より線状、板状、メッシュ状、平編み状、スプリング状（コイル状、板バネ状、皿バネ状）などが挙げられる。また、可撓性端子は、導電性を有するものであればその材料を問わないが、剛性端子の材料として例示したものと同じ材料を使用することができる。高温用途にはニッケルが一般的に使用されるが、銅線をニッケル等で被覆した被覆導線とすると、耐熱性は若干下がるものの許容電流は大幅に大きくすることができるため、径を細くすることができ柔軟性、変形性を向上させることができる。
【００２２】
可撓性端子の長さとしては、熱膨張時の応力を十分に抑制するため、可撓性端子の長さは、筒状シャフトの軸方向の長さの１／３５〜１／１．０５となるように設定することが好ましい。また、給電端子全体における可撓性端子の位置としては、特に制限はないが、可撓性端子において断熱効果を発揮させるため給電端子の中央部よりも支持台側の位置が好ましい。何故なら、第一剛性端子の長さと、第一剛性端子の表面積とは概ね比例するため、第一剛性端子が長いと表面積が増え、その結果第一剛性端子の表面からの熱放散が大きくなり、第一剛性端子直上付近の支持台表面温度の局所的な低下が生じやすいからである。
【００２３】
また、剛性端子の径をＲ１、可撓性端子の径をＲ２としたとき、Ｒ２／Ｒ１が０．１〜０．９５となるように設定することが好ましい。当該比の値が０．１より小さいと、想定する可撓性端子（より線）の太さが小さくなりすぎて、熱時に許容される電流を超えてしまうことがある。また、当該比の値が０．９５より大きいと、可撓性端子を剛性端子と結合することが困難になる。
【００２４】
剛性端子と可撓性端子とは、機械的な圧着、ロウ付け、又は電子ビーム（ＥＢ）溶接など３５０℃以上の耐熱性を有するプロセスによる電気的接続によって接合することができる。機械的な圧着としては、カシメ加工、例えば、剛性端子の端部を中空状のカシメ部とし、このカシメ部に可撓性端子を挿入して機械的に圧着する手法が挙げられる。この場合、カシメ部にロウ材を入れてロウ付けを行ってもよい。あるいは、カシメを別部材として用意し、剛性端子の一端をカシメに挿入し、その反対側から可撓性端子の一端をカシメに挿入して機械的に圧着する手法が挙げられる。
【００２５】
また、剛性端子と前記可撓性端子とをロウ付けにより接合する場合、抵抗発熱体の発熱温度よりも融点が高いロウ材によりロウ付けすることが好ましい。そのようにすると、ロウ付けにより接合した部分が抵抗発熱体の熱の影響を受け難く、十分な接合強度を維持することができる。
また、剛性端子と前記可撓性端子とをロウ付けする場合、給電端子と支持台とも同時にロウ付けすることは可能であるが、まず給電端子と支持台をロウ付けする作業温度よりも作業温度が高いロウ材によりロウ付けし、その後に給電端子を支持台にロウ付けすることがより好ましい。
【００２６】
以上の実施形態においては、１本の給電端子において可撓性端子を１つ設けたが、２つ以上設けてもよい。
【００２７】
また、以上の実施形態においては、基板支持部材をセラミックスヒータとした形態を示したが、基板支持部材としては、セラミックスヒータ以外に、真空チャック、静電チャック、電極内蔵サセプタなどが挙げられる。
【実施例】
【００２８】
以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００２９】
［実施例１］
図１に示す構成のセラミックスヒータにおいて、第１剛性端子としてニッケルからなるロッド状のもの（長さ３０mm、径６mm）を用い、第２剛性端子として、ニッケルからなるロッド状のもの（長さ１７０mm、径６mm）を用い、可撓性端子としてニッケルのワイヤーより線（線径φ0.4mm、7本巻きワイヤーを7本束ねたもの、長さ30mm）を用い、第１剛性端子−可撓性端子−第２剛性端子の構成となるように接合して給電端子を得た。第１剛性端子及び第２剛性端子とワイヤーとの接合は、第１剛性端子の端部及び第２剛性端子の端部に、内径3.8mm、外径5mm、深さ10mmのカシメ部を形成し、それぞれのカシメ部にワイヤーを挿入し、圧着端子で機械的に圧着締結した。
【００３０】
次いで、内部に抵抗発熱体を有し、窒化アルミニウムからなる支持台の裏面の開口部から前記給電端子の一端を挿入し、内部の抵抗発熱体に接続された電極にＢＡｇ−８による銀ロウ付けした（作業温度８３０℃）。その後、筒状シャフトを接合してセラミックスヒータ（ＥＳＣ電極内蔵)を完成させた。
【００３１】
［実施例２］
カシメ部に金ロウ（ＢＡｕ−４）を入れ、ワイヤーを挿入後、真空炉で１０００℃で熱処理し第１剛性端子とワイヤーと第２剛性端子とをロウ付けし給電端子を得た。これと支持台を銀ろう（ＢＡｇ−８）作業温度８３０℃でロウ付けで一体化したこと以外は実施例１と同様にしてセラミックスヒータを完成させた。
実施例２における給電端子は、支持台が使用される温度よりも十分に高い温度で接続された構造である。
【００３２】
［実施例３］
図１に示す構成のセラミックスヒータにおいて、第１剛性端子としてコバールからなるロッド状のもの（長さ５０mm、径４mm）を使用し、第２剛性端子として、ニッケルからなるロッド状のもの（長さ３００mm、径４mm）を用い、可撓性端子としてニッケルの被覆導線（銅線）より線（線径φ0.1mm、36本巻きワイヤーを19本束ねたもの、長さ20mm）を用い、第１剛性端子−可撓性端子−第２剛性端子の構成となるように接合して給電端子を得た。第１剛性端子及び第２剛性端子と、可撓性端子との接合は、実施例１と同様にしてカシメ部を形成し、実施例２と同様にしてこのカシメ部をロウ付けすることで行った。作製した給電端子を用いて、実施例１と同様にしてセラミックスヒータを完成させた。
実施例３における給電端子は、ニッケル単体のワイヤーよりも耐熱性が若干下がるものの、大部分が銅線であるため許容電流は大幅に大きくすることができる。そのため、ワイヤー径を細くすることができワイヤーの柔軟性、変形性が向上する。また、実施例３においては、第１剛性端子の材料をコバールとしたため、ロウ付け時のセラミック基体と第１端子との熱膨張の差をより小さくなり、端子ロウ付け時のクラックの発生を更に抑制することが可能になる。
【００３３】
［評価］
実施例１〜３で作製した支持柱つきのセラミックスヒータを真空チャンバに搭載し、室温から600℃まで昇温し、その温度を２時間保持したのち、室温まで低下させる熱サイクルを１０回繰り返した。その結果、実施例１〜３のいずれも第１剛性端子直上の支持台にクラックなど損傷はなかった。
また、昇温時の最大電流は３０Ａであったが、端子に焼損などの不具合は発生しなかった。
【００３４】
［比較例１］
給電端子としてニッケルからなるロッド状のもの（長さ２００mm、径６mm）を使用し、実施例１と同様に窒化アルミニウムからなる支持台の裏面の開口部から前記給電端子の一端を挿入し、内部の抵抗発熱体に接続された電極にＢＡｇ−８による銀ロウ付けした（作業温度８３０℃）。その後、筒状シャフトを接合してセラミックスヒータ（ＥＳＣ電極内蔵)を完成させた。
【００３５】
［評価］
比較例１で作製した支持柱つきのセラミックスヒータを真空チャンバに搭載し、室温から600℃まで昇温し、その温度を２時間保持したのち、室温まで低下させる熱サイクルを１０回繰り返した。その結果、給電端子を延長した位置に相当する支持台の表面に給電端子による突き上げに起因するとみられるクラックが発生した。
【符号の説明】
【００３６】
１０  セラミックスヒータ（基板支持部材）
１２  支持台
１４  抵抗発熱体
１６  筒状シャフト
１８  ２６  給電端子
２０  ２８  第１剛性端子
２２  ３０  可撓性端子
２４  ２３  第２剛性端子
【図１】
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【図２】
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