特許 7055811 ウエハ支持台

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-08

(45)【発行日】2022-04-18

(54)【発明の名称】ウエハ支持台

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20220411BHJP

   H01L 21/3065 20060101ALI20220411BHJP

   H02N 13/00 20060101ALI20220411BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 N

H01L21/302 101G

H02N13/00 D

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019539866

(86)(22)【出願日】2019-03-18

(86)【国際出願番号】 JP2019011170

(87)【国際公開番号】W WO2019188496

(87)【国際公開日】2019-10-03

【審査請求日】2019-07-22

【審判番号】

【審判請求日】2021-06-17

(31)【優先権主張番号】62/647,970

(32)【優先日】2018-03-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】海野 豊

(72)【発明者】

【氏名】本山 修一郎

【合議体】

【審判長】辻本 泰隆

【審判官】恩田 春香

【審判官】小川 将之

(56)【参考文献】

【文献】特開２０００－４４３４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－６１４４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２２３７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－４４３４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－３３８３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－３１３０７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H01L21/683

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上面にウエハを載置するウエハ載置部を有するセラミック基板と、
前記セラミック基板の内部に埋設されたヒータ電極と、
を備えたウエハ支持台であって、
前記セラミック基板は、コア部と前記コア部の表面に設けられた表層部とを有し、
前記表層部の体積抵抗率は、前記コア部の体積抵抗率よりも高く、
前記コア部の熱伝導率は、前記表層部の熱伝導率よりも高く、
前記表層部は、前記コア部の側面と前記コア部の上面のうち少なくとも前記ウエハによって被覆されない領域に設けられており、
前記コア部及び前記表層部は、いずれも窒化アルミニウム焼結体であり、前記コア部は、前記表層部に比べて粒径の大きな窒化アルミニウム焼結体であり、
前記表層部は、１質量％未満のＴｉを含んでいる、
ウエハ支持台。

【請求項2】

前記表層部は、更に、前記コア部の下面にも設けられている、
請求項１に記載のウエハ支持台。

【請求項3】

前記表層部は、更に、前記コア部の上面のうち前記ウエハによって被覆される領域にも設けられている、
請求項１又は２に記載のウエハ支持台。

【請求項4】

前記表層部は、前記コア部の全表面を取り囲むように設けられている、
請求項１～３のいずれか１項に記載のウエハ支持台。

【請求項5】

前記セラミック基板の内部には、前記ヒータ電極以外の電極として静電電極及びＲＦ電極の少なくとも一方が埋設されている、
請求項１～４のいずれか１項に記載のウエハ支持台。

【請求項6】

前記ヒータ電極以外の電極は、前記セラミック基板の上面と前記ヒータ電極との間に埋設されている、
請求項５に記載のウエハ支持台。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ウエハ支持台に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造装置用部材として、プラズマ処理を施すためのウエハを支持するウエハ支持台が知られている。こうしたウエハ支持台としては、上面にウエハを載置するウエハ載置部を有するセラミック基板と、セラミック基板の内部に埋設されたヒータ電極とを備えたものが知られている。また、セラミック基板の材料としては、熱伝導性及び耐食性に優れる窒化アルミニウム焼結体が好ましいことも知られている。しかし、窒化アルミニウム焼結体は、高温域では体積抵抗率が大きく低下するため、ヒータ電極からのリーク電流が大きくなりウエハ処理の障害になることがある。この点に鑑み、特許文献１では、窒化アルミニウム焼結体の平均粒径を４μｍ以下、イットリウム酸化物の添加量を０．３～１０質量％にすることによって、高温域でも体積抵抗率の高いものにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－３１３０７８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のセラミック基板側面には高抵抗層がないので、電極とのプラズマカップリングが生じる。さらに高温域での体積抵抗率を高くすることはできるものの熱伝導率は低くなるため、ウエハの均熱性が十分得られないことがあった。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、ヒータ電極とプラズマとのカップリングを防止すると共にウエハの均熱性を向上させることを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のウエハ支持台は、
上面にウエハを載置するウエハ載置部を有するセラミック基板と、
前記セラミック基板の内部に埋設されたヒータ電極と、
を備えたウエハ支持台であって、
前記セラミック基板は、コア部と前記コア部の表面に設けられた表層部とを有し、
前記表層部の体積抵抗率は、前記コア部の体積抵抗率よりも高く、
前記コア部の熱伝導率は、前記表層部の熱伝導率よりも高く、
前記表層部は、前記コア部の側面と前記コア部の上面のうち少なくとも前記ウエハによって被覆されない領域に設けられている、
ものである。

【0007】

このウエハ支持台では、セラミック基板は、コア部とコア部の表面に設けられた表層部とを有し、表層部は、コア部の側面とコア部の上面のうち少なくともウエハによって被覆されない領域に設けられている。ここで、表層部の体積抵抗率は、コア部の体積抵抗率よりも高い。そのため、ウエハにプラズマ処理を施す際に、ウエハのプラズマ処理に障害となる、ヒータ電極とプラズマとのカップリングが生じるのを抑制することができる。一方、コア部の熱伝導率は、表層部の熱伝導率よりも高い。そのため、セラミック基板全体では熱伝導率は比較的高くなることから、ウエハの均熱性が向上する。

【0008】

なお、本明細書において、「上」「下」は、絶対的な位置関係を表すものではなく、相対的な位置関係を表すものである。そのため、セラミックヒータの向きによって「上」「下」は「左」「右」になったり「前」「後」になったり「下」「上」になったりする。

【0009】

本発明のウエハ支持台において、前記表層部は、更に、前記コア部の下面にも設けられていてもよい。こうすれば、セラミック基板の裏面を通してプラズマとのカップリングが生じるのをより抑制することができる。

【0010】

本発明のウエハ支持台において、前記表層部は、更に、前記コア部の上面のうち前記ウエハによって被覆される領域にも設けられていてもよい。つまり、表層部は、コア部の上面全面に設けられていてもよい。こうすれば、ヒータ電極からウエハへのリーク電流を抑制することができる。

【0011】

本発明のウエハ支持台において、前記表層部は、前記コア部の全表面を取り囲むように設けられていてもよい。こうすれば、ヒータ電極とプラズマとのカップリングやヒータ電極からのリーク電流が生じるのをより一層抑制することができる。

【0012】

本発明のウエハ支持台において、前記セラミック基板の内部には、前記ヒータ電極以外の電極として静電電極及びＲＦ電極の少なくとも一方が埋設されていてもよい。セラミック基板の内部に静電電極やＲＦ電極を埋設すると、こうした電極からリーク電流が流れることがある。しかし、本発明のウエハ支持台では、そうしたリーク電流を低減することができる。

【0013】

こうしたウエハ支持台において、ヒータ電極以外の電極は、前記セラミック基板の上面と前記ヒータ電極との間に埋設されていてもよい。この場合、ヒータ電極以外の電極とセラミック基板の上面との間隔が小さくなり、リーク電流が発生しやすくなることから、本発明を適用する意義が高い。

【0014】

本発明のウエハ支持台において、前記コア部及び前記表層部は、主成分が窒化アルミニウムであることが好ましい。窒化アルミニウムは、熱伝導性及び耐食性に優れているからである。

【0015】

本発明のウエハ支持台を構成するセラミック基板を製造するには、例えば、（１）コア部の原料粉末を成形したあと焼成してコア部を作製し、続いてコア部の所定の表面に表層部の原料粉末を供給して成形し、それを焼成してもよいし、あるいは、（２）モールドキャスト成形でコア部の原料粉末の成形体と表層部の原料粉末の成形体を別々に作製し、それらを一体化したものを焼成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】セラミックヒータ１０の斜視図。

【図2】図１のＡ－Ａ断面図。

【図3】セラミック基板２０の製造工程図。

【図4】セラミック基板２０の別例の断面図。

【図5】セラミック基板２０の別例の断面図。

【図6】セラミック基板２０の別例の断面図。

【図7】セラミック基板２０の別例の断面図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図１はセラミックヒータ１０の斜視図、図２は図１のＡ－Ａ断面図、図３はセラミック基板２０の製造工程図である。

【0018】

セラミックヒータ１０は、本発明のウエハ載置台の一例であり、セラミック基板２０と、筒状シャフト３０とを備える。

【0019】

セラミック基板２０は、上面２１にウエハＷを載置するウエハ載置面２２を有する。セラミック基板２０の直径は、例えば３００ｍｍ程度であり、厚みは、例えば２０ｍｍ程度である。ウエハ載置面２２は、セラミック基板２０の上面２１の中央に設けられた凹み部である。上面２１には、ウエハ載置面２２を取り囲みウエハ載置面２２よりも一段高い環状面２３が設けられ、ウエハ載置面２２と環状面２３との間には傾斜面からなるバンク２４が設けられている。つまり、上面２１は、ウエハ載置面２２と環状面２３とバンク２４とを有している。

【0020】

セラミック基板２０は、図２に示すように、セラミック基板２０とほぼ同形状のコア部２０ａと、セラミック基板２０の表面に設けられた表層部２０ｂとを有する。コア部２０ａは、セラミック基板２０の中心をなすものである。表層部２０ｂは、コア部２０ａの全表面、すなわちコア部２０ａの上面２０ａ１、側面２０ａ２及び下面２０ａ３を取り囲むように設けられている。表層部２０ｂの体積抵抗率は、コア部２０ａの体積抵抗率よりも高く、コア部２０ａの熱伝導率は、表層部２０ｂの熱伝導率よりも高い。コア部２０ａ及び表層部２０ｂは、いずれも主成分が窒化アルミニウムである。体積抵抗率が低く熱伝導率の高いコア部２０ａの材料としては、例えば粒径の大きな窒化アルミニウム焼結体が挙げられる。体積抵抗率が高く熱伝導率の低い表層部２０ｂの材料としては、例えば粒径の小さな窒化アルミニウム焼結体などが挙げられる。コア部２０ａ及び表層部２０ｂの材料の一例を表１に示す。表層部２０ｂの厚みは、特に限定するものではないが、例えば１～５ｍｍとしてもよい。

【0021】

【表1】

【0022】

セラミック基板２０のコア部２０ａには、ヒータ電極２６とＲＦ電極２８とが埋設されている。ヒータ電極２６は、Ｍｏを主成分とするコイルをセラミック基板２０の全面にわたって一筆書きの要領で配線したものである。ヒータ電極２６の両端には、それぞれ給電部材（図示せず）が接続されている。給電部材は、筒状シャフト３０の中空内部を通って外部電源（図示せず）に接続されている。ＲＦ電極２８は、セラミック基板２０よりもやや小径の円盤状の薄層電極であり、Ｍｏを主成分とする細い金属線を網状に編み込んでシート状にしたメッシュで形成されている。このＲＦ電極２８は、セラミック基板２０のうちヒータ電極２６とウエハ載置面２２との間に埋設されている。なお、ヒータ電極２６やＲＦ電極２８の材質をＭｏとしたのは、セラミック基板２０を構成する窒化アルミニウムと熱膨張係数が近く、セラミック基板２０の製造時や熱サイクルを繰り返した時などにクラックが生じにくいからである。ＲＦ電極２８の中央付近には、給電部材（図示せず）が接続されている。ＲＦ電極２８は、プラズマを発生させる際に用いられる。

【0023】

筒状シャフト３０は、窒化アルミニウムを主成分とするセラミック製の円筒部材であり、上部開口の周囲に第１フランジ３１、下部開口の周囲に第２フランジ３２を有している。第１フランジ３１の端面は、セラミック基板２０の下面２５に固相接合又は拡散接合されている。

【0024】

次に、セラミックヒータ１０の使用例について説明する。図示しないチャンバ内にセラミックヒータ１０を配置し、ウエハ載置面２２にウエハＷを載置する。そして、ＲＦ電極２８に交流高周波電圧を印加することにより、チャンバ内の上方に設置された図示しない対向水平電極とセラミック基板２０に埋設されたＲＦ電極２８とからなる平行平板電極間にプラズマを発生させ、そのプラズマを利用してウエハＷにＣＶＤ成膜を施したりエッチングを施したりする。また、図示しない熱電対の検出信号に基づいてウエハＷの温度を求め、その温度が予め定められた設定温度になるようにヒータ電極２６へ印加する電圧を制御する。

【0025】

次に、セラミックヒータ１０を構成するセラミック基板２０の製造例について説明する。図３はセラミック基板２０の製造工程図である。まず、セラミック基板２０のコア部２０ａを作製するための第１成形体５０ａをモールドキャスト成形で作製する（図３（Ａ）参照）。第１成形体５０ａは、ヒータ電極２６とＲＦ電極２８とを内蔵している。第１成形体５０ａの作製には、チタニアやマグネシアなどの添加物を含まない窒化アルミニウム粉末を用いる。モールドキャスト成形とは、ゲルキャスト成形と呼ばれることもある周知の方法であり、その詳細は例えば特許第５４５８０５０号公報などに開示されている。この公報には、セラミック成形体の内部に２層の電極を埋設したセラミック成形体の作製方法が記載されているため、その方法に準じて第１成形体５０ａを作製し、脱脂する。続いて、セラミック基板２０の表層部２０ｂを作製するための第２成形体５０ｂの下部半割体５０ｂ１と上部半割体５０ｂ２をモールドキャスト成形で作製し、脱脂する（図３（Ｂ）参照）。これらの半割体５０ｂ１，５０ｂ２の作製には、窒化アルミニウム粉末にチタニアやマグネシアなどを少量（例えば１質量％以下）添加したものを用いる。続いて、これらの半割体５０ｂ１，５０ｂ２と第１成形体５０ａとを一体化して統合成形体５０とする（図３（Ｃ）参照）。この統合成形体５０をホットプレス焼成することにより、第１成形体５０ａがコア部２０ａ、第２成形体５０ｂが表層部２０ｂになり、セラミック基板２０が得られる（図３（Ｄ）参照）。コア部２０ａは、添加物を含まない窒化アルミニウム粉末の成形体を焼結させたものであるのに対し、表層部２０ｂは、チタニアやマグネシアを含む窒化アルミニウム粉末を焼結させたものであるため粒成長しにくい。そのため、表層部２０ｂの窒化アルミニウム焼結体は、コア部２０ａの窒化アルミニウム焼結体に比べて、粒径が小さくなる。窒化アルミニウム焼結体は、粒径が小さいほど、体積抵抗率が高くなるが熱伝導率が低くなる。そのため、体積抵抗率は、表層部２０ｂの方がコア部２０ａのよりも高くなり、熱伝導率は、コア部２０ａの方が表層部２０ｂよりも高くなる。

【0026】

以上詳述したセラミックヒータ１０では、体積抵抗率の高い表層部２０ｂが、体積抵抗率の低いコア部２０ａの上面２０ａ１、側面２０ａ２及び下面２０ａ３に設けられている。つまり、表層部２０ｂがコア部２０ａの全表面を取り囲むように設けられている。そのため、ウエハＷにプラズマ処理を施す際に、ウエハＷのプラズマ処理に障害となる、ヒータ電極２６とプラズマとのカップリングが生じるのを抑制することができる。一方、セラミック基板２０の中心にあるコア部２０ａの熱伝導率は、セラミック基板２０の表層部２０ｂの熱伝導率よりも高い。そのため、セラミック基板２０の全体では熱伝導率は比較的高くなることから、ウエハＷの均熱性が向上する。

【0027】

特に、表層部２０ｂは、セラミック基板２０の上面２１の全面に設けられている。すなわち、表層部２０ｂは、セラミック基板２０の上面２１のうちウエハＷによって被覆されない領域（環状面２３及びバンク２４）だけでなくウエハＷによって被覆される領域（ウエハ載置面２２）にも設けられている。そのため、ヒータ電極２６やＲＦ電極２８からウエハＷへのリーク電流を抑制することができる。また、表層部２０ｂは、セラミック基板２０の下面２５の全面にも設けられている。そのため、セラミック基板２０の裏面を通してプラズマとのカップリングが生じるのを抑制することができる。

【0028】

また、ＲＦ電極２８は、セラミック基板２０の上面２１とヒータ電極２６との間に埋設されている。そのため、ＲＦ電極２８とセラミック基板２０のウエハ載置面２２との距離（つまり誘電体層の厚み）が小さくなる。ＲＦ電極２８には高電圧が印加されるため、誘電体層の厚みが小さいほど、リーク電流が発生しやすくなる。こうしたことから、本発明を適用する意義が高い。

【0029】

更に、セラミック基板２０のコア部２０ａ及び表層部２０ｂは、主成分が窒化アルミニウムであるため、熱伝導性及び耐食性に優れる。

【0030】

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

【0031】

例えば、上述した実施形態では、セラミック基板２０のコア部２０ａの上面２０ａ１、側面２０ａ２及び下面２０ａ３に体積抵抗率が高く熱伝導率の低い表層部２０ｂを設けたが、図４に示すように、コア部２０ａの下面２０ａ３に表層部２０ｂを設けないようにしてもよい。下面２０ａ３を介してヒータ電極２６とプラズマとのカップリングが生じるおそれが比較的低いからである。あるいは、図５に示すように、上面２０ａ１のうちウエハＷによって覆われない領域（環状面２３及びバンク２４）に表層部２０ｂを設け、ウエハＷによって覆われる領域（ウエハ載置面２２）に表層部２０ｂを設けないようにしてもよい。ウエハ載置面２２はウエハＷによって覆われるためウエハＷにプラズマ処理を施す際にプラズマに晒されないからである。なお、図５のウエハ載置面２２はバンク２４の内周縁よりやや高くなっている。図４及び図５では上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。図５において、図４のようにコア部２０ａの下面２０ａ３に表層部２０ｂを設けないようにしてもよい。

【0032】

上述した実施形態では、セラミック基板２０の上面２１の中央に設けた凹み部をウエハ載置面２２としたが、図６に示すように、上面２１に凹み部を設けずウエハ載置面２２と環状面２３とを同一平面としてもよい。あるいは、図７に示すように、上面２１に凹み部を設けずウエハ載置面２２を上面２１の全面としてもよい。図６及び図７では上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。

【0033】

上述した実施形態では、セラミック基板２０のコア部２０ａにＲＦ電極２８を埋設したが、ＲＦ電極２８を省略してもよいし、ＲＦ電極２８に代えて又は加えて静電電極をコア部２０ａに埋設してもよい。静電電極を埋設した場合、ウエハ載置面２２にウエハＷを載置したあと静電電極に電圧を印加することによりウエハＷをウエハ載置面２２に静電吸着することができる。静電電極は、ウエハ載置面２２とヒータ電極２６との間に埋設してもよい。

【0034】

上述した実施形態では、ストレート形状の筒状シャフト３０を例示したが、特に筒状シャフト３０の形状はストレート形状に限定されない。例えば、筒状シャフトの下端から所定高さまではストレート部とし、所定高さから上端まではストレート部の径よりも大きな拡管部としてもよい。拡管部の一部又は全部は、上端に近づくほど径が大きくなるようにしてもよい。

【0035】

上述した実施形態では、ヒータ電極２６をセラミック基板２０の全面にわたって一筆書きの要領で配線したが、セラミック基板２０を複数のゾーンに分けてゾーンごとにヒータ電極を配線してもよい。

【0036】

上述した実施形態では、セラミック基板２０のコア部２０ａと表層部２０ｂは窒化アルミニウムを主成分とするセラミック製としたが、主成分を窒化アルミニウム以外の成分、例えばアルミナや窒化珪素、炭化珪素、コージェライトなどにしてもよい。

【0037】

上述した実施形態では、ヒータ電極２６としてコイルを用いたが、コイルの代わりにリボン（扁平な平）を用いてもよい。ヒータ電極２６としてリボンを用いる場合、金属ペースト（例えばＭｏペースト）を印刷することによりヒータ電極２６を作製することができる。

【0038】

上述した実施形態では、ヒータ電極２６及びＲＦ電極２８はＭｏを主成分とする材料で作製したが、特にこれに限定されるものではなく、他の高融点金属（例えばＷなど）を主成分とする材料で作製してもよい。

【0039】

本出願は、２０１８年３月２６日に出願された米国仮出願第６２／６４７，９７０号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0040】

本発明は、例えば半導体製造装置の構成部品として利用可能である。

【符号の説明】

【0041】

１０ セラミックヒータ、２０ セラミック基板、２０ａ コア部、２０ａ１ 上面、２０ａ２ 側面、２０ａ３ 下面、２０ｂ 表層部、２１ 上面、２２ ウエハ載置面、２３ 環状面、２４ バンク、２５ 下面、２６ ヒータ電極、２８ ＲＦ電極、３０ 筒状シャフト、３１，３２ フランジ、５０ 統合成形体、５０ａ 第１成形体、５０ｂ 第２成形体、５０ｂ１ 下部半割体、５０ｂ２ 上部半割体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】