半導体製造装置用ウェハ保持体およびそれを搭載した半導体製造装置
【課題】 ウェハ全面に均一に成膜でき、パーティクルの発生の少ない半導体製造用ウェハ保持体およびそれを搭載した半導体製造装置を提供する。
【解決手段】 ウェハ搭載面を有するウェハ保持体において、前記ウェハ保持体に形成された高周波発生用電極回路の形状が円形であり、その直径が搭載するウェハの直径の９０％以上とすれば、厚み分布の均一な成膜ができるウェハ保持体及び半導体製造装置を提供することができる。あるいは、前記高周波発生用電極回路の外周部とウェハ保持体の外周部までの距離を、該電極回路とウェハ搭載面との距離よりも長くすれば、パーティクルの発生の少ないウェハ保持体及び半導体製造装置を提供することができる。
【解決手段】 ウェハ搭載面を有するウェハ保持体において、前記ウェハ保持体に形成された高周波発生用電極回路の形状が円形であり、その直径が搭載するウェハの直径の９０％以上とすれば、厚み分布の均一な成膜ができるウェハ保持体及び半導体製造装置を提供することができる。あるいは、前記高周波発生用電極回路の外周部とウェハ保持体の外周部までの距離を、該電極回路とウェハ搭載面との距離よりも長くすれば、パーティクルの発生の少ないウェハ保持体及び半導体製造装置を提供することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、メタルＣＶＤ、絶縁膜ＣＶＤ、イオン注入、エッチング、Ｌｏｗ−Ｋ成膜、ＤＥＧＡＳ装置などの半導体製造装置に使用されるウェハ保持体に関し、特にウェハ保持体に形成されたプラズマ発生用の高周波電極回路、更には該ウェハ保持体を搭載した処理チャンバー、半導体製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体の製造工程では、被処理物である半導体基板に対して成膜処理やエッチング処理など様々な処理が行われる。このような半導体基板に対する処理を行う処理装置では、半導体基板を保持し、半導体基板を加熱するためのセラミックスヒータが用いられている。特に、成膜処理用のセラミックスヒータにおいては、成膜装置内に反応ガスを導入し、該反応ガスをプラズマ化するために、セラミックスヒータにヒータ用の抵抗発熱体回路とは別に、高周波発生用の電極回路を形成し、該高周波発生用電極回路と、セラミックスヒータ（ウェハ保持体）に対向して設置された電極との間に高周波を発生させる。
【０００３】
このような従来のセラミックスヒータは、例えば特開平１１−０２６１９２号公報に開示されている。特開平１１−０２６１９２号公報に開示されたセラミックスヒータは、緻密質セラミックスからなる基体と、基体中に埋設された電極とを備えており、該電極とウェハ保持面との最小間隔が０．１ｍｍ以上である。より好ましくは、０．５ｍｍ以上であり、５ｍｍ以下であり、前記電極は金属バルク体からなる面状の電極である。
【０００４】
この発明では、半導体製造装置内に導入される反応ガスと、前記基体が反応してパーティクルが発生することを防止する目的で、上記のような構成をとっている。しかし、パーティクルの発生は、前記反応ガスと基体との反応だけで発生するものではなく、成膜時にウェハ以外の例えばウェハ保持面上にも成膜されていまい、それがパーティクルとなる場合もあった。
【０００５】
また、近年例えばＳｉウェハの場合、直径が８インチから１２インチへと大口径化してきている。上述のような従来のウェハ保持体では、ウェハの大口径化に伴い、ウェハ全面に均一にプラズマを発生させることが困難となってきており、ウェハの外周部に成膜した膜の厚みなどにバラツキが出て、歩留りを低下させる原因となっていた。
【特許文献１】特開平１１−０２６１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、ウェハ全面に均一に成膜でき、且つパーティクルの発生の少ない半導体製造装置用ウェハ保持体およびそれ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】
【０００７】
本発明は、ウェハ保持体に形成される高周波用電極回路の直径と、搭載するウェハの直径との関係を見直すことにより、上記目的を達成することができることを見出し、本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、ウェハ搭載面を有するウェハ保持体において、前記ウェハ保持体に形成された高周波発生用電極回路の形状が円形であり、その直径が搭載するウェハの直径の９０％以上である。好ましくは、搭載するウェハの直径以上である。あるいは、前記ウェハ保持体に形成された高周波発生用電極回路の外周部とウェハ保持体の外周部までの距離が、該電極回路とウェハ搭載面との距離よりも長い。更には、前記電極回路が円形であり、その直径が搭載するウェハの直径の９０％以上で、かつ、前記高周波発生用電極回路の外周部とウェハ保持体の外周部までの距離が、該電極回路とウェハ搭載面との距離よりも長いことが好ましい。
【０００９】
上記のようなウェハ保持体を搭載した半導体製造装置は、成膜に必要なプラズマが被処理物であるウェハの直上にのみ均一に発生させることができるので、歩留り良く半導体を製造することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高周波発生用電極回路の直径を、ウェハの直径の９０％以上の大きさにすれば、厚み分布が均一な成膜ができるウェハ保持体及び半導体製造装置を提供することができる。また、高周波発生用電極回路の外周部とウェハ保持体の外周部までの距離を、電極回路とウェハ搭載面までの距離よりも長くすることによって、パーティクルの発生の少ないウェハ保持体及びそれを搭載した半導体製造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
発明者は、ウェハ全面に均一にプラズマを発生させ、且つパーティクルの発生を抑制するためには、ウェハ保持体（１）に形成する高周波用電極回路（２）の直径を、搭載するウェハ（５）の直径の９０％以上とすればよいことを見出した。高周波用電極回路の直径が、搭載するウェハの直径の９０％未満であると、発生するプラズマが、ウェハ全体を充分に覆わなくなるので、成膜する膜の厚みが、ウェハ外周部で薄くなる傾向があることを見出した。成膜する膜の厚み分布をより均一にするためには、電極回路の直径をウェハ直径より大きくした方がよい。
【００１２】
しかし、高周波用電極回路の直径が、大きくなりすぎると、ウェハ保持体のウェハ搭載部より外側のウェハ保持面にも成膜されてしまう。ウェハ保持面上に形成された膜は、ウェハのハンドリングや、真空引き、およびリーク時等にウェハ保持体からはがれ落ち、これがパーティクルとなって、チャンバー内に飛散し、ウェハ上に付着したりするので、ウェハ歩留りが低下する。
【００１３】
そこで、前記高周波発生用電極回路の外周部とウェハ保持体の外周部までの距離を、該電極回路とウェハ搭載面との距離よりも長くすることにより、上記のようなパーティクルの発生を抑制することができることを見出した。このようにすれば、搭載したウェハ上で発生するプラズマ密度と比較して、ウェハの外側のウェハ保持面上で発生するプラズマ密度を相対的に小さくできるので、ウェハの外側のウェハ保持面上に成膜される膜厚が大幅に薄くできるので、前記のようなパーティクルの発生を抑制することができる。
【００１４】
本発明のウェハ保持体の材質については、絶縁性のセラミックスであれば特に制約はないが、熱伝導率が高く、耐食性にも優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が好ましい。以下に、本発明のウェハ保持体の製造方法をＡｌＮの場合で詳述する。
【００１５】
ＡｌＮの原料粉末は、比表面積が２．０〜５．０ｍ２／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する。また、５．０ｍ２／ｇを超えると、粉末の凝集が非常に強くなるので取扱いが困難になる。更に、原料粉末に含まれる酸素量は、２ｗｔ％以下が好ましい。酸素量が２ｗｔ％を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。また、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、２０００ｐｐｍ以下が好ましい。金属不純物量がこの範囲を超えると、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ＩＶ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５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
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。添加する焼結助剤は、希土類元素化合物が好ましい。希土類元素化合物は、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ともに、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。
【００１７】
希土類元素化合物は、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。添加量は、０．０１〜５ｗｔ％が好ましい。０．０１ｗｔ％未満であると、緻密な焼結体を得ることが困難であるとともに、焼結体の熱伝導率が低下する。また、５ｗｔ％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、１ｗｔ％以下である。１ｗｔ％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、耐食性が向上する。
【００１８】
また、希土類元素化合物は、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、酸化物は安価で入手が容易であり好ましい。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、窒化アルミニウム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、混合性が高くなるので特に好適である。
【００１９】
次に、これら窒化アルミニウム原料粉末や焼結助剤粉末に、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、混合する。混合方法は、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。
【００２０】
得られたスラリーを成形し、焼結することによって窒化アルミニウム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。
【００２１】
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、顆粒を作成する。この顆粒を所定の金型に挿入し、プレス成形を施す。この時、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。
【００２２】
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、焼結が進行しにくくなる。また、成形体密度は、２．５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。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。このため、前述のように緻密な焼結体を得ることが困難となる。
【００２３】
次に、前記成形体を非酸化性雰囲気中で加熱し、脱脂処理を行う。大気等の酸化性雰囲気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。非酸化性雰囲気ガスとしては、窒素やアルゴンが好ましい。脱脂処理の加熱温度は、５００℃以上、１０００℃以下が好ましい。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ないので、脱脂処理後の積層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。
【００２４】
また、脱脂処理後の成形体中に残存する炭素量は、１．０ｗｔ％以下であることが好ましい。１．０ｗｔ％を超える炭素が残存していると、焼結を阻害するので、緻密な焼結体を得ることができない。
【００２５】
次いで、焼結を行う。焼結は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１７００〜２０００℃の温度で行う。この時、使用する窒素などの雰囲気ガスに含有する水分は、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、０．００１ｖｏｌ％以下であることが好ましい。酸素量が多いと、ＡｌＮの表面が酸化して、熱伝導率が低下する可能性がある。
【００２６】
更に、焼結時に使用する治具は、窒化ホウ素（ＢＮ）成形体が好適である。このＢＮ成形体は、前記焼結温度に対し充分な耐熱性を有するとともに、その表面に固体潤滑性があるので、焼結時に積層体が収縮する際の治具と積層体との間の摩擦を小さくすることができるので、歪みの少ない焼結体を得ることができる。
【００２７】
得られた焼結体は、必要に応じて加工を施す。次工程の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。表面粗さはＲａで１μｍ以下であればさらに好適である。
【００２８】
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うまく描けないことがあるからである。
【００２９】
また、この時、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。平行度は０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。さらに、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。平面度も０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。
【００３０】
研磨加工を施した焼結体に、スクリーン印刷により導電ペーストを塗布し、電気回路の形成を行う。導電ペーストは、金属粉末と必要に応じて酸化物粉末と、バインダーと溶剤を混合することにより得ることができる。金属粉末は、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。
【００３１】
また、ＡｌＮとの密着強度を高めるために、酸化物粉末を添加することもできる。酸化物粉末は、ＩＩａ族元素やＩＩＩａ族元素の酸化物や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。これらの酸化物の添加量は、０．１〜３０ｗｔ％が好ましい。０．１ｗｔ％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。また３０ｗｔ％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。
【００３２】
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すぎるとともに、密着強度も低下する。また、１００μｍを超える場合も、密着強度が低下する。
【００３３】
また、形成する回路パターンが、ヒータ回路（抵抗発熱体回路）の場合は、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、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。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。
【００３４】
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。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。
【００３５】
焼成は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、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、セラミックス中の含有す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。
【００３６】
次に、形成した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、金属層が形成されているセラミックスと同じ材質であることが好ましい。該セラミックスと絶縁性コートの材質が大幅に異なると、熱膨張係数の差から焼結後に反りが発生するなどの問題が生じる。例えば、ＡｌＮの場合、ＡｌＮ粉末に焼結助剤として所定量のＩＩａ族元素あるいはＩＩＩａ族元素の酸化物や炭酸化物を加え、混合し、これにバインダーや溶剤を加え、ペーストとして、該ペーストをスクリーン印刷により、前記金属層の上に塗布することができる。
【００３７】
この時、添加する焼結助剤量は、０．０１ｗｔ％以上であることが好ましい。０．０１ｗｔ％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２０ｗｔ％を超えないことが好ましい。２０ｗｔ％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。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。
【００３８】
次に、必要に応じて更にセラミックス基板を積層することができる。積層は、接合剤を介して行うのが良い。接合剤は、酸化アルミニウム粉末や窒化アルミニウム粉末に、ＩＩａ族元素化合物やＩＩＩａ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。
【００３９】
接合剤を塗布したセラミックス基板を、非酸化性雰囲気中、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。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、もしくは前記接合欠陥が生じやすい。
【００４０】
接合するための加熱温度は、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。前記脱脂なら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。
【００４１】
以上のようにして、ウェハ保持体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、電気回路は、導電ペーストを用いずに、例えば、ヒータ回路であれば、モリブデン線（コイル）、静電吸着用電極回路や高周波発生用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。
【００４２】
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、前記ＡｌＮの焼結温度、雰囲気に準ずればよいが、ホットプレス圧力は、０．９８ＭＰａ（１０ｋｇ／ｃｍ２）以上加えることが望ましい。０．９８ＭＰａ（１０ｋｇ／ｃｍ２）未満では、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、ウェハ保持体の性能が出なくなることがある。
【００４３】
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。
【００４４】
上述したシート上に所定形状の電気回路となる金属層を、導体ペーストをスクリーン印刷などの手法により塗布することにより形成する。導電ペーストは、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。
【００４５】
次に、回路形成を行ったシート及び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。これを超える温度に加熱すると、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。
【００４６】
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。脱脂処理や焼結の温度や、炭素量等はポストメタライズ法と同じである。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ヒータ回路や静電吸着用電極回路等を印刷し、それらを積層することで、複数の電気回路を有するウェハ保持体となるセラミックス積層焼結体を得ることができる。
【００４７】
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。加工精度は、例えば、ウェハ搭載面の平面度は０．５ｍｍ以下が好ましく、さらには０．１ｍｍ以下が特に好ましい。平面度が０．５ｍｍを超えると、ウェハとウェハ保持体との間に隙間が生じやすくなり、ウェハ保持体の熱がウェハに均一に伝わらなくなり、ウェハの温度ムラが発生しやすくなる。
【００４８】
また、ウェハ搭載面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下が好ましい。Ｒａで５μｍを超えると、窒化アルミニウムヒータと半導体チップとの摩擦によって、ＡｌＮの脱粒が多くなることがある。さらに、表面粗さは、Ｒａで１μｍ以下であれば、好適である。
【００４９】
以上のようにして、ウェハ保持体本体を作製することができる。さらに、このウェハ保持体にシャフトを取り付ける。シャフトの材質は、ウェハ保持体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、ウェハ保持体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。
【００５０】
熱膨張係数の差が、５×１０−６／Ｋを超えると、取付時にウェハ保持体とシャフトの接合部付近にクラックなどが発生したり、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、ウェハ保持体がＡｌＮの場合、シャフトの材質は、ＡｌＮが最も好適であるが、窒化珪素や炭化珪素あるいはムライト等が使用できる。
【００５１】
取付は、接合層を介して接合する。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、ウェハ保持体やシャフトの材質であるＡｌＮなどのセラミックスと濡れ性が良好であるので、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。
【００５２】
接合するシャフト並びにウェハ保持体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以下がさらに好適である。なお、ウェハ保持体の接合面の平面度は０．０２ｍｍ以下であればさらに好適である。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。面粗さは、Ｒａで１μｍ以下がさらに好適である。
【００５３】
次に、ウェハ保持体に電極を取り付ける。取付は、公知の手法で行うことができる。例えば、ウェハ保持体のウェハ保持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あるいはメタライズなしで直接活性金属ろうを用いて、モリブデンやタングステン等の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し、耐酸化性を向上させることができる。このようにして半導体製造装置用ウェハ保持体を作製することができる。
【００５４】
また、本発明の高周波発生用電極回路を形成したウェハ保持体を、半導体製造装置に搭載し、ウェハ上に成膜すれば、ウェハ上に均一に成膜できるとともに、パーティクルの発生の少ない半導体製造装置を得ることができる。本発明のウェハ保持体を用いれば、パーティクルの発生が少なく、プラズマ密度がウェハ全面で均一であるので、安定した特性の膜を得ることができる。
【実施例１】
【００５５】
９９重量部の窒化アルミニウム粉末と１重量部のＹ２Ｏ３粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、ドクターブレード法にて直径４３０ｍｍ、厚さ１．３ｍｍのグリーンシートを成形した。なお、窒化アルミニウム粉末は、平均粒径０．６μｍ、比表面積３．４ｍ２／ｇのものを使用した。また、平均粒径が２．０μｍのＷ粉末を１００重量部として、Ｙ２Ｏ３を１重量部と、５重量部のバインダーであるエチルセルロースと、溶剤としてブチルカルビトールを用いてＷペーストを作製した。混合にはポットミルと三本ロールを用いた。このＷペーストをスクリーン印刷で、前記グリーンシート上に、高周波発生用電極回路パターンを形成した。高周波発生用電極回路の直径を表１に示すように変えたものを作製した。また、別のグリーンシート上に、ヒータ回路パターンを形成した。
【００５６】
ヒータ回路を印刷したグリーンシートに、別の１．３ｍｍ厚のグリーンシートを複数積層し、最後に高周波発生用電極回路パターンを印刷したグリーンシートを積層体を作製した。積層はモールドにシートを重ねてセットし、プレス機にて５０℃に熱しつつ、１０ＭＰａの圧力で２分間熱圧着することで行った。その後、窒素雰囲気中で６００℃にて脱脂を行い、窒素雰囲気中で１８００℃、３時間の条件で焼結を行いウェハ保持体を作製した。なお、焼結後、ウェハ保持面はＲａで１μｍ以下に、シャフト接合面はＲａで５μｍ以下になるよう研磨加工を施した。また外径も仕上加工を行った。加工後のウェハ保持体の寸法は、外径３５０ｍｍで、厚みは２０ｍｍである。また、ウェハ搭載面と高周波発生用電極との距離は、１ｍｍである。
【００５７】
ウェハ保持面の反対側の面から、前記高周波発生用電極回路とヒータ回路まで３ヶ所ザグリ加工を行い、高周波発生用電極回路とヒータ回路を一部露出させた。露出した高周波発生用電極回路部とヒータ回路部にＷ製の電極を活性金属ろうを用いて直接接合した。このようにして作製した高周波発生用電極回路の直径の異なるウェハ保持体を半導体製造装置内に設置した。
【００５８】
ウェハ保持体上に直径３００ｍｍのＳｉウェハを搭載し、前記ヒータ回路電極に通電することによりウェハ保持体を加熱した。次に反応ガスとして、ＷＦ６，ＳｉＨ４、Ｈ４を導入し、前記高周波発生用電極回路用の電極に高周波を印加することにより、プラズマを発生させ、Ｓｉウェハ上にＷ膜を成膜した。
【００５９】
成膜したＷ膜の厚みを蛍光Ｘ線膜厚計で測定し、その結果を表１に、膜厚分布が均一なものを○、膜厚分布が比較的大きいが実用に耐えるものを△、膜厚分布が大きすぎて実用上使用できないものを×として示す。また、ウェハの外側のウェハ搭載面上に形成された膜に関して、膜が全く形成されていないかほとんど形成されていないものを○、若干の成膜が認められたものを△、ウェハ上と同程度に成膜されたものを×として、あわせて表１に示す。また、高周波発生用電極回路の直径と搭載したＳｉウェハの直径の比率と、高周波発生用電極回路外周部とウェハ保持体の外周部までの距離も表１に示す。
【００６０】
【表１】
【００６１】
表１から判るように、高周波発生用電極回路の直径を、ウェハの直径の９０％とすれば、膜厚分布が実用に耐える程度に均一な成膜ができる。また、ウェハ直径以上とすれば、さらに均一な膜厚分布で成膜ができる。更に、高周波発生用電極回路とウェハ保持面以外の面との距離を、高周波発生用電極回路とウェハ保持面との距離よりも長くすることによって、ウェハ保持面のウェハの外側の領域への成膜を抑制することができる。
【実施例２】
【００６２】
実施例１と同様の窒化アルミニウム粉末とＹ２Ｏ３粉末、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを用いて、実施例１と同様の組成の窒化アルミニウムのスラリーを作製し、スプレードライアーを用いて、顆粒を作製した。この顆粒を金型にセットし、Ｍｏ製のメッシュ（網）を中に埋め込んで、ホットプレスにより、外径３６０ｍｍ、厚み５ｍｍのＡｌＮ焼結体を作製した。Ｍｏメッシュは高周波発生用電極回路であり、表２の外径のものを使用した。また、厚み１ｍｍのＡｌＮ焼結体を作製し、実施例１で用いたＷペーストを焼結体上にスクリーン印刷により、ヒータ回路を形成した。また、別の厚さ１ｍｍのＡｌＮ焼結体を作製し、これらをＡｌ２Ｏ３−Ｙ２Ｏ３−ＡｌＮを接合剤として接合し、ウェハ保持体の素材を作製した。上下面及び外周を加工して、外径３５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍのウェハ保持体を作製した。なお、ウェハ保持面と高周波発生用電極回路であるＭｏメッシュとの距離は、１ｍｍであった。
【００６３】
これらのウェハ保持体を、実施例１と同様に半導体製造装置に搭載し、実施例１と同様の成膜評価を行った。その結果を表２に示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
表２から判るように、Ｍｏメッシュを高周波発生用電極として用いても、電極回路外径や、電極回路とウェハ保持面との距離関係など同様の効果があることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明によれば、高周波発生用電極回路の直径を、ウェハの直径の９０％以上の大きさにすれば、厚み分布が均一な成膜ができるウェハ保持体及び半導体製造装置を提供することができる。また、高周波発生用電極回路の外周部とウェハ保持体の外周部までの距離を、電極回路とウェハ搭載面までの距離よりも長くすることによって、パーティクルの発生の少ないウェハ保持体及びそれを搭載した半導体製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明のウェハ保持体の断面構造の一例を示す。
【符号の説明】
【００６８】
１ ウェハ保持体
２ 高周波発生用電極回路
３ ヒータ回路
４ 電極
５ ウェハ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、メタルＣＶＤ、絶縁膜ＣＶＤ、イオン注入、エッチング、Ｌｏｗ−Ｋ成膜、ＤＥＧＡＳ装置などの半導体製造装置に使用されるウェハ保持体に関し、特にウェハ保持体に形成されたプラズマ発生用の高周波電極回路、更には該ウェハ保持体を搭載した処理チャンバー、半導体製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体の製造工程では、被処理物である半導体基板に対して成膜処理やエッチング処理など様々な処理が行われる。このような半導体基板に対する処理を行う処理装置では、半導体基板を保持し、半導体基板を加熱するためのセラミックスヒータが用いられている。特に、成膜処理用のセラミックスヒータにおいては、成膜装置内に反応ガスを導入し、該反応ガスをプラズマ化するために、セラミックスヒータにヒータ用の抵抗発熱体回路とは別に、高周波発生用の電極回路を形成し、該高周波発生用電極回路と、セラミックスヒータ（ウェハ保持体）に対向して設置された電極との間に高周波を発生させる。
【０００３】
このような従来のセラミックスヒータは、例えば特開平１１−０２６１９２号公報に開示されている。特開平１１−０２６１９２号公報に開示されたセラミックスヒータは、緻密質セラミックスからなる基体と、基体中に埋設された電極とを備えており、該電極とウェハ保持面との最小間隔が０．１ｍｍ以上である。より好ましくは、０．５ｍｍ以上であり、５ｍｍ以下であり、前記電極は金属バルク体からなる面状の電極である。
【０００４】
この発明では、半導体製造装置内に導入される反応ガスと、前記基体が反応してパーティクルが発生することを防止する目的で、上記のような構成をとっている。しかし、パーティクルの発生は、前記反応ガスと基体との反応だけで発生するものではなく、成膜時にウェハ以外の例えばウェハ保持面上にも成膜されていまい、それがパーティクルとなる場合もあった。
【０００５】
また、近年例えばＳｉウェハの場合、直径が８インチから１２インチへと大口径化してきている。上述のような従来のウェハ保持体では、ウェハの大口径化に伴い、ウェハ全面に均一にプラズマを発生させることが困難となってきており、ウェハの外周部に成膜した膜の厚みなどにバラツキが出て、歩留りを低下させる原因となっていた。
【特許文献１】特開平１１−０２６１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、ウェハ全面に均一に成膜でき、且つパーティクルの発生の少ない半導体製造装置用ウェハ保持体およびそれ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】
【０００７】
本発明は、ウェハ保持体に形成される高周波用電極回路の直径と、搭載するウェハの直径との関係を見直すことにより、上記目的を達成することができることを見出し、本発明に至った。
【０００８】
すなわち、本発明は、ウェハ搭載面を有するウェハ保持体において、前記ウェハ保持体に形成された高周波発生用電極回路の形状が円形であり、その直径が搭載するウェハの直径の９０％以上である。好ましくは、搭載するウェハの直径以上である。あるいは、前記ウェハ保持体に形成された高周波発生用電極回路の外周部とウェハ保持体の外周部までの距離が、該電極回路とウェハ搭載面との距離よりも長い。更には、前記電極回路が円形であり、その直径が搭載するウェハの直径の９０％以上で、かつ、前記高周波発生用電極回路の外周部とウェハ保持体の外周部までの距離が、該電極回路とウェハ搭載面との距離よりも長いことが好ましい。
【０００９】
上記のようなウェハ保持体を搭載した半導体製造装置は、成膜に必要なプラズマが被処理物であるウェハの直上にのみ均一に発生させることができるので、歩留り良く半導体を製造することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高周波発生用電極回路の直径を、ウェハの直径の９０％以上の大きさにすれば、厚み分布が均一な成膜ができるウェハ保持体及び半導体製造装置を提供することができる。また、高周波発生用電極回路の外周部とウェハ保持体の外周部までの距離を、電極回路とウェハ搭載面までの距離よりも長くすることによって、パーティクルの発生の少ないウェハ保持体及びそれを搭載した半導体製造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
発明者は、ウェハ全面に均一にプラズマを発生させ、且つパーティクルの発生を抑制するためには、ウェハ保持体（１）に形成する高周波用電極回路（２）の直径を、搭載するウェハ（５）の直径の９０％以上とすればよいことを見出した。高周波用電極回路の直径が、搭載するウェハの直径の９０％未満であると、発生するプラズマが、ウェハ全体を充分に覆わなくなるので、成膜する膜の厚みが、ウェハ外周部で薄くなる傾向があることを見出した。成膜する膜の厚み分布をより均一にするためには、電極回路の直径をウェハ直径より大きくした方がよい。
【００１２】
しかし、高周波用電極回路の直径が、大きくなりすぎると、ウェハ保持体のウェハ搭載部より外側のウェハ保持面にも成膜されてしまう。ウェハ保持面上に形成された膜は、ウェハのハンドリングや、真空引き、およびリーク時等にウェハ保持体からはがれ落ち、これがパーティクルとなって、チャンバー内に飛散し、ウェハ上に付着したりするので、ウェハ歩留りが低下する。
【００１３】
そこで、前記高周波発生用電極回路の外周部とウェハ保持体の外周部までの距離を、該電極回路とウェハ搭載面との距離よりも長くすることにより、上記のようなパーティクルの発生を抑制することができることを見出した。このようにすれば、搭載したウェハ上で発生するプラズマ密度と比較して、ウェハの外側のウェハ保持面上で発生するプラズマ密度を相対的に小さくできるので、ウェハの外側のウェハ保持面上に成膜される膜厚が大幅に薄くできるので、前記のようなパーティクルの発生を抑制することができる。
【００１４】
本発明のウェハ保持体の材質については、絶縁性のセラミックスであれば特に制約はないが、熱伝導率が高く、耐食性にも優れた窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が好ましい。以下に、本発明のウェハ保持体の製造方法をＡｌＮの場合で詳述する。
【００１５】
ＡｌＮの原料粉末は、比表面積が２．０〜５．０ｍ２／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する。また、５．０ｍ２／ｇを超えると、粉末の凝集が非常に強くなるので取扱いが困難になる。更に、原料粉末に含まれる酸素量は、２ｗｔ％以下が好ましい。酸素量が２ｗｔ％を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。また、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、２０００ｐｐｍ以下が好ましい。金属不純物量がこの範囲を超えると、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ＩＶ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５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
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。添加する焼結助剤は、希土類元素化合物が好ましい。希土類元素化合物は、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ともに、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。
【００１７】
希土類元素化合物は、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。添加量は、０．０１〜５ｗｔ％が好ましい。０．０１ｗｔ％未満であると、緻密な焼結体を得ることが困難であるとともに、焼結体の熱伝導率が低下する。また、５ｗｔ％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、１ｗｔ％以下である。１ｗｔ％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、耐食性が向上する。
【００１８】
また、希土類元素化合物は、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、酸化物は安価で入手が容易であり好ましい。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、窒化アルミニウム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、混合性が高くなるので特に好適である。
【００１９】
次に、これら窒化アルミニウム原料粉末や焼結助剤粉末に、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、混合する。混合方法は、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。
【００２０】
得られたスラリーを成形し、焼結することによって窒化アルミニウム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。
【００２１】
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、顆粒を作成する。この顆粒を所定の金型に挿入し、プレス成形を施す。この時、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。
【００２２】
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、焼結が進行しにくくなる。また、成形体密度は、２．５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。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。このため、前述のように緻密な焼結体を得ることが困難となる。
【００２３】
次に、前記成形体を非酸化性雰囲気中で加熱し、脱脂処理を行う。大気等の酸化性雰囲気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。非酸化性雰囲気ガスとしては、窒素やアルゴンが好ましい。脱脂処理の加熱温度は、５００℃以上、１０００℃以下が好ましい。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ないので、脱脂処理後の積層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。
【００２４】
また、脱脂処理後の成形体中に残存する炭素量は、１．０ｗｔ％以下であることが好ましい。１．０ｗｔ％を超える炭素が残存していると、焼結を阻害するので、緻密な焼結体を得ることができない。
【００２５】
次いで、焼結を行う。焼結は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１７００〜２０００℃の温度で行う。この時、使用する窒素などの雰囲気ガスに含有する水分は、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、０．００１ｖｏｌ％以下であることが好ましい。酸素量が多いと、ＡｌＮの表面が酸化して、熱伝導率が低下する可能性がある。
【００２６】
更に、焼結時に使用する治具は、窒化ホウ素（ＢＮ）成形体が好適である。このＢＮ成形体は、前記焼結温度に対し充分な耐熱性を有するとともに、その表面に固体潤滑性があるので、焼結時に積層体が収縮する際の治具と積層体との間の摩擦を小さくすることができるので、歪みの少ない焼結体を得ることができる。
【００２７】
得られた焼結体は、必要に応じて加工を施す。次工程の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。表面粗さはＲａで１μｍ以下であればさらに好適である。
【００２８】
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うまく描けないことがあるからである。
【００２９】
また、この時、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。平行度は０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。さらに、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。平面度も０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。
【００３０】
研磨加工を施した焼結体に、スクリーン印刷により導電ペーストを塗布し、電気回路の形成を行う。導電ペーストは、金属粉末と必要に応じて酸化物粉末と、バインダーと溶剤を混合することにより得ることができる。金属粉末は、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。
【００３１】
また、ＡｌＮとの密着強度を高めるために、酸化物粉末を添加することもできる。酸化物粉末は、ＩＩａ族元素やＩＩＩａ族元素の酸化物や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。これらの酸化物の添加量は、０．１〜３０ｗｔ％が好ましい。０．１ｗｔ％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。また３０ｗｔ％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。
【００３２】
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すぎるとともに、密着強度も低下する。また、１００μｍを超える場合も、密着強度が低下する。
【００３３】
また、形成する回路パターンが、ヒータ回路（抵抗発熱体回路）の場合は、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、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。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。
【００３４】
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。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。
【００３５】
焼成は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、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、セラミックス中の含有す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。
【００３６】
次に、形成した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、金属層が形成されているセラミックスと同じ材質であることが好ましい。該セラミックスと絶縁性コートの材質が大幅に異なると、熱膨張係数の差から焼結後に反りが発生するなどの問題が生じる。例えば、ＡｌＮの場合、ＡｌＮ粉末に焼結助剤として所定量のＩＩａ族元素あるいはＩＩＩａ族元素の酸化物や炭酸化物を加え、混合し、これにバインダーや溶剤を加え、ペーストとして、該ペーストをスクリーン印刷により、前記金属層の上に塗布することができる。
【００３７】
この時、添加する焼結助剤量は、０．０１ｗｔ％以上であることが好ましい。０．０１ｗｔ％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２０ｗｔ％を超えないことが好ましい。２０ｗｔ％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。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。
【００３８】
次に、必要に応じて更にセラミックス基板を積層することができる。積層は、接合剤を介して行うのが良い。接合剤は、酸化アルミニウム粉末や窒化アルミニウム粉末に、ＩＩａ族元素化合物やＩＩＩａ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。
【００３９】
接合剤を塗布したセラミックス基板を、非酸化性雰囲気中、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。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、もしくは前記接合欠陥が生じやすい。
【００４０】
接合するための加熱温度は、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。前記脱脂なら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。
【００４１】
以上のようにして、ウェハ保持体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、電気回路は、導電ペーストを用いずに、例えば、ヒータ回路であれば、モリブデン線（コイル）、静電吸着用電極回路や高周波発生用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。
【００４２】
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、前記ＡｌＮの焼結温度、雰囲気に準ずればよいが、ホットプレス圧力は、０．９８ＭＰａ（１０ｋｇ／ｃｍ２）以上加えることが望ましい。０．９８ＭＰａ（１０ｋｇ／ｃｍ２）未満では、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、ウェハ保持体の性能が出なくなることがある。
【００４３】
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。
【００４４】
上述したシート上に所定形状の電気回路となる金属層を、導体ペーストをスクリーン印刷などの手法により塗布することにより形成する。導電ペーストは、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。
【００４５】
次に、回路形成を行ったシート及び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。これを超える温度に加熱すると、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。
【００４６】
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。脱脂処理や焼結の温度や、炭素量等はポストメタライズ法と同じである。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ヒータ回路や静電吸着用電極回路等を印刷し、それらを積層することで、複数の電気回路を有するウェハ保持体となるセラミックス積層焼結体を得ることができる。
【００４７】
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。加工精度は、例えば、ウェハ搭載面の平面度は０．５ｍｍ以下が好ましく、さらには０．１ｍｍ以下が特に好ましい。平面度が０．５ｍｍを超えると、ウェハとウェハ保持体との間に隙間が生じやすくなり、ウェハ保持体の熱がウェハに均一に伝わらなくなり、ウェハの温度ムラが発生しやすくなる。
【００４８】
また、ウェハ搭載面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下が好ましい。Ｒａで５μｍを超えると、窒化アルミニウムヒータと半導体チップとの摩擦によって、ＡｌＮの脱粒が多くなることがある。さらに、表面粗さは、Ｒａで１μｍ以下であれば、好適である。
【００４９】
以上のようにして、ウェハ保持体本体を作製することができる。さらに、このウェハ保持体にシャフトを取り付ける。シャフトの材質は、ウェハ保持体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、ウェハ保持体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。
【００５０】
熱膨張係数の差が、５×１０−６／Ｋを超えると、取付時にウェハ保持体とシャフトの接合部付近にクラックなどが発生したり、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、ウェハ保持体がＡｌＮの場合、シャフトの材質は、ＡｌＮが最も好適であるが、窒化珪素や炭化珪素あるいはムライト等が使用できる。
【００５１】
取付は、接合層を介して接合する。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、ウェハ保持体やシャフトの材質であるＡｌＮなどのセラミックスと濡れ性が良好であるので、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。
【００５２】
接合するシャフト並びにウェハ保持体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以下がさらに好適である。なお、ウェハ保持体の接合面の平面度は０．０２ｍｍ以下であればさらに好適である。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。面粗さは、Ｒａで１μｍ以下がさらに好適である。
【００５３】
次に、ウェハ保持体に電極を取り付ける。取付は、公知の手法で行うことができる。例えば、ウェハ保持体のウェハ保持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あるいはメタライズなしで直接活性金属ろうを用いて、モリブデンやタングステン等の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し、耐酸化性を向上させることができる。このようにして半導体製造装置用ウェハ保持体を作製することができる。
【００５４】
また、本発明の高周波発生用電極回路を形成したウェハ保持体を、半導体製造装置に搭載し、ウェハ上に成膜すれば、ウェハ上に均一に成膜できるとともに、パーティクルの発生の少ない半導体製造装置を得ることができる。本発明のウェハ保持体を用いれば、パーティクルの発生が少なく、プラズマ密度がウェハ全面で均一であるので、安定した特性の膜を得ることができる。
【実施例１】
【００５５】
９９重量部の窒化アルミニウム粉末と１重量部のＹ２Ｏ３粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、ドクターブレード法にて直径４３０ｍｍ、厚さ１．３ｍｍのグリーンシートを成形した。なお、窒化アルミニウム粉末は、平均粒径０．６μｍ、比表面積３．４ｍ２／ｇのものを使用した。また、平均粒径が２．０μｍのＷ粉末を１００重量部として、Ｙ２Ｏ３を１重量部と、５重量部のバインダーであるエチルセルロースと、溶剤としてブチルカルビトールを用いてＷペーストを作製した。混合にはポットミルと三本ロールを用いた。このＷペーストをスクリーン印刷で、前記グリーンシート上に、高周波発生用電極回路パターンを形成した。高周波発生用電極回路の直径を表１に示すように変えたものを作製した。また、別のグリーンシート上に、ヒータ回路パターンを形成した。
【００５６】
ヒータ回路を印刷したグリーンシートに、別の１．３ｍｍ厚のグリーンシートを複数積層し、最後に高周波発生用電極回路パターンを印刷したグリーンシートを積層体を作製した。積層はモールドにシートを重ねてセットし、プレス機にて５０℃に熱しつつ、１０ＭＰａの圧力で２分間熱圧着することで行った。その後、窒素雰囲気中で６００℃にて脱脂を行い、窒素雰囲気中で１８００℃、３時間の条件で焼結を行いウェハ保持体を作製した。なお、焼結後、ウェハ保持面はＲａで１μｍ以下に、シャフト接合面はＲａで５μｍ以下になるよう研磨加工を施した。また外径も仕上加工を行った。加工後のウェハ保持体の寸法は、外径３５０ｍｍで、厚みは２０ｍｍである。また、ウェハ搭載面と高周波発生用電極との距離は、１ｍｍである。
【００５７】
ウェハ保持面の反対側の面から、前記高周波発生用電極回路とヒータ回路まで３ヶ所ザグリ加工を行い、高周波発生用電極回路とヒータ回路を一部露出させた。露出した高周波発生用電極回路部とヒータ回路部にＷ製の電極を活性金属ろうを用いて直接接合した。このようにして作製した高周波発生用電極回路の直径の異なるウェハ保持体を半導体製造装置内に設置した。
【００５８】
ウェハ保持体上に直径３００ｍｍのＳｉウェハを搭載し、前記ヒータ回路電極に通電することによりウェハ保持体を加熱した。次に反応ガスとして、ＷＦ６，ＳｉＨ４、Ｈ４を導入し、前記高周波発生用電極回路用の電極に高周波を印加することにより、プラズマを発生させ、Ｓｉウェハ上にＷ膜を成膜した。
【００５９】
成膜したＷ膜の厚みを蛍光Ｘ線膜厚計で測定し、その結果を表１に、膜厚分布が均一なものを○、膜厚分布が比較的大きいが実用に耐えるものを△、膜厚分布が大きすぎて実用上使用できないものを×として示す。また、ウェハの外側のウェハ搭載面上に形成された膜に関して、膜が全く形成されていないかほとんど形成されていないものを○、若干の成膜が認められたものを△、ウェハ上と同程度に成膜されたものを×として、あわせて表１に示す。また、高周波発生用電極回路の直径と搭載したＳｉウェハの直径の比率と、高周波発生用電極回路外周部とウェハ保持体の外周部までの距離も表１に示す。
【００６０】
【表１】
【００６１】
表１から判るように、高周波発生用電極回路の直径を、ウェハの直径の９０％とすれば、膜厚分布が実用に耐える程度に均一な成膜ができる。また、ウェハ直径以上とすれば、さらに均一な膜厚分布で成膜ができる。更に、高周波発生用電極回路とウェハ保持面以外の面との距離を、高周波発生用電極回路とウェハ保持面との距離よりも長くすることによって、ウェハ保持面のウェハの外側の領域への成膜を抑制することができる。
【実施例２】
【００６２】
実施例１と同様の窒化アルミニウム粉末とＹ２Ｏ３粉末、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを用いて、実施例１と同様の組成の窒化アルミニウムのスラリーを作製し、スプレードライアーを用いて、顆粒を作製した。この顆粒を金型にセットし、Ｍｏ製のメッシュ（網）を中に埋め込んで、ホットプレスにより、外径３６０ｍｍ、厚み５ｍｍのＡｌＮ焼結体を作製した。Ｍｏメッシュは高周波発生用電極回路であり、表２の外径のものを使用した。また、厚み１ｍｍのＡｌＮ焼結体を作製し、実施例１で用いたＷペーストを焼結体上にスクリーン印刷により、ヒータ回路を形成した。また、別の厚さ１ｍｍのＡｌＮ焼結体を作製し、これらをＡｌ２Ｏ３−Ｙ２Ｏ３−ＡｌＮを接合剤として接合し、ウェハ保持体の素材を作製した。上下面及び外周を加工して、外径３５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍのウェハ保持体を作製した。なお、ウェハ保持面と高周波発生用電極回路であるＭｏメッシュとの距離は、１ｍｍであった。
【００６３】
これらのウェハ保持体を、実施例１と同様に半導体製造装置に搭載し、実施例１と同様の成膜評価を行った。その結果を表２に示す。
【００６４】
【表２】
【００６５】
表２から判るように、Ｍｏメッシュを高周波発生用電極として用いても、電極回路外径や、電極回路とウェハ保持面との距離関係など同様の効果があることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように、本発明によれば、高周波発生用電極回路の直径を、ウェハの直径の９０％以上の大きさにすれば、厚み分布が均一な成膜ができるウェハ保持体及び半導体製造装置を提供することができる。また、高周波発生用電極回路の外周部とウェハ保持体の外周部までの距離を、電極回路とウェハ搭載面までの距離よりも長くすることによって、パーティクルの発生の少ないウェハ保持体及びそれを搭載した半導体製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明のウェハ保持体の断面構造の一例を示す。
【符号の説明】
【００６８】
１ ウェハ保持体
２ 高周波発生用電極回路
３ ヒータ回路
４ 電極
５ ウェハ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ搭載面を有するウェハ保持体において、前記ウェハ保持体に形成された高周波発生用電極回路の形状が円形であり、その直径が搭載するウェハの直径の９０％以上であることを特徴とする半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項２】
ウェハ搭載面を有するウェハ保持体において、前記ウェハ保持体に形成された高周波発生用電極回路の外周部とウェハ保持体の外周部までの距離が、該電極回路とウェハ搭載面との距離よりも長いことを特徴とする半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項３】
前記ウェハ保持体に形成された高周波発生用電極回路の外周部とウェハ保持体の外周部までの距離が、該電極回路とウェハ搭載面との距離よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載のウェハ保持体が搭載されていることを特徴とする半導体製造装置。
【請求項１】
ウェハ搭載面を有するウェハ保持体において、前記ウェハ保持体に形成された高周波発生用電極回路の形状が円形であり、その直径が搭載するウェハの直径の９０％以上であることを特徴とする半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項２】
ウェハ搭載面を有するウェハ保持体において、前記ウェハ保持体に形成された高周波発生用電極回路の外周部とウェハ保持体の外周部までの距離が、該電極回路とウェハ搭載面との距離よりも長いことを特徴とする半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項３】
前記ウェハ保持体に形成された高周波発生用電極回路の外周部とウェハ保持体の外周部までの距離が、該電極回路とウェハ搭載面との距離よりも長いことを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置用ウェハ保持体。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載のウェハ保持体が搭載されていることを特徴とする半導体製造装置。
【図１】
【公開番号】特開２００７−１９４６２７（Ｐ２００７−１９４６２７Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８９３（Ｐ２００７−８９３）
【出願日】平成１９年１月９日（２００７．１．９）
【分割の表示】特願２００３−２８９５９（Ｐ２００３−２８９５９）の分割
【原出願日】平成１５年２月６日（２００３．２．６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月９日（２００７．１．９）
【分割の表示】特願２００３−２８９５９（Ｐ２００３−２８９５９）の分割
【原出願日】平成１５年２月６日（２００３．２．６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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