(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-04-18
(45)【発行日】2022-04-26
(54)【発明の名称】半導体製造装置用部材
(51)【国際特許分類】
H01L 21/683 20060101AFI20220419BHJP
H02N 13/00 20060101ALI20220419BHJP
H01L 21/3065 20060101ALN20220419BHJP
【ＦＩ】
H01L21/68 R
H02N13/00 D
H01L21/302 101G
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2022502265
(86)(22)【出願日】2021-10-07
(86)【国際出願番号】 JP2021037206
【審査請求日】2022-01-13
(31)【優先権主張番号】P 2021016207
(32)【優先日】2021-02-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(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】竹林 央史
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 丈予
【審査官】宮久保 博幸
(56)【参考文献】
【文献】特開平０９－１７２０５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１２３３４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－２６４２２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１７１１８５（ＪＰ，Ａ）
【文献】実公平０６－０３６５８３（ＪＰ，Ｙ２）
【文献】特開２０１０－０２１５５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１６３１５７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６８３
Ｈ０２Ｎ １３／００
Ｈ０１Ｌ ２１／３０６５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ウエハ載置面を有し、電極を内蔵していないセラミック製の上部プレートと、前記上部プレートのうち前記ウエハ載置面とは反対側の面に設けられ、静電電極及びＲＦ電極として用いられる導電材製の中間プレートと、
前記中間プレートのうち前記上部プレートが設けられた面とは反対側の面に接合されたセラミック製の下部プレートと、
を備え、
前記中間プレートの直径は、前記上部プレートの直径よりも大きい、
半導体製造装置用部材。
【請求項2】
前記上部プレートの厚みは、０．０５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である、請求項１に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項3】
前記下部プレートは、ヒータ電極を内蔵している、請求項１又は２に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項4】
前記下部プレートは、前記中間プレートが設けられている面と前記ヒータ電極との間にシールド電極を内蔵する、請求項３に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項5】
前記中間プレートのうち外部に露出している面は、絶縁膜によって覆われている、請求項１～４のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項6】
前記中間プレートは、金属とセラミックとの複合材料製又は金属製であり、前記下部プレートは、前記上部プレートと同じセラミック製である、請求項１～５のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材。
【請求項7】
請求項１～６のいずれか１項に記載の半導体製造装置用部材であって、前記半導体製造装置用部材を厚み方向に貫通する貫通穴
を備え、
前記貫通穴には、放電防止処理が施されている、
半導体製造装置用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体製造装置用部材及びその製法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体製造装置用部材として、静電電極及びヒータ電極を内蔵するセラミック製の上部プレートと、上部プレートのウエハ載置面とは反対側の面に第１金属接合層を介して接合された金属マトリクス材料製の中間プレートと、中間プレートの上部プレートと接合された面とは反対側の面に第２金属接合層を介して接合されたセラミック製の下部プレートと、を備えたものが知られている（例えば特許文献１）。特許文献１では、上部パックプレートが上部プレートに相当し、下部パックプレートが中間プレートに相当し、バッキングプレートが下部プレートに相当する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特表２０１８－５１８８３３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、上述した半導体製造装置用部材では、静電電極が上部プレートに内蔵されているため、上部プレートのうち静電電極よりも上側の部分（誘電体層）の厚みにばらつきが生じるおそれがあった。具体的には、静電電極は上部プレートのうちウエハ載置面側に埋設されることや静電電極と上部プレートを構成するセラミックとの熱膨張係数に差があること等によって、上部プレートの面を研削する際に上部プレートが変形して誘電体層の厚みにばらつきが生じることがあった。誘電体層の厚みが面内でばらつくと、ウエハ吸着力が面内でばらついたりプラズマを発生させた場合にプラズマ密度が面内でばらつくため好ましくない。誘電体層の厚みが薄いとこれらが顕著になりやすい。
【0005】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、上部プレートと中間プレートと下部プレートとを接合した半導体製造装置用部材において、上部プレートが薄くても上部プレートの厚みの均一性が良好なものを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の半導体製造装置用部材は、
ウエハ載置面を有し、電極を内蔵していないセラミック製の上部プレートと、
前記上部プレートのうち前記ウエハ載置面とは反対側の面に設けられ、静電電極及びＲＦ電極として用いられる導電材製の中間プレートと、
前記中間プレートのうち前記上部プレートが設けられた面とは反対側の面に接合されたセラミック製の下部プレートと、
を備えたものである。
ウエハ載置面を有し、電極を内蔵していないセラミック製の上部プレートと、
前記上部プレートのうち前記ウエハ載置面とは反対側の面に設けられ、静電電極及びＲＦ電極として用いられる導電材製の中間プレートと、
前記中間プレートのうち前記上部プレートが設けられた面とは反対側の面に接合されたセラミック製の下部プレートと、
を備えたものである。
【0007】
この半導体製造装置用部材では、電極が内蔵されていないセラミック製の上部プレートは、静電チャックの誘電体層として機能する。上部プレートは、電極が内蔵されていないため、電極が内蔵されている場合に比べてフラットにしやすい。そのため、上部プレート（すなわち誘電体層）が薄くても上部プレートの厚みの均一性が良好になる。それによって、上部プレートと中間プレートとの接合性が良好になり、接合後の残留応力も低減される。また、中間プレートにＲＦ電圧を印加してプラズマを発生させたときにプラズマ密度が上部プレートの面内でばらつくのを防止することができる。
【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、半導体製造装置用部材の向きによって「上」「下」は「下」「上」になったり「左」「右」になったり「前」「後」になったりする。
【0009】
本発明の半導体製造装置用部材において、前記上部プレートの厚みは、０．０５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であってもよい。この範囲内で所望の吸脱着特性が得られる厚みに設定することが好ましい。上部プレートの厚みを上述した範囲とすることにより上部プレートの静電容量が大きくなり、それに伴って上部プレートのインピーダンスが小さくなるため、プラズマ生成の観点で有利になる。
【0010】
本発明の半導体製造装置用部材において、前記下部プレートは、ヒータ電極を内蔵していてもよい。こうすれば、ヒータ電極を内蔵した下部プレートとウエハ載置面との間には中間プレートが介在しているため、熱が中間プレートによって拡散されてウエハに伝わる。そのため、ウエハの均熱性が良好になる。この場合、前記下部プレートは、前記中間プレートが設けられている面と前記ヒータ電極との間にシールド電極を内蔵していてもよい。こうすれば、ヒータ電極にＲＦ電流が流れ込むのをシールド電極が防止するため、ＲＦ電流がヒータ電極の温度制御に悪影響を及ぼすのを防止することができる。
【0011】
本発明の半導体製造装置用部材において、前記中間プレートの直径は、前記上部プレートの直径よりも大きくてもよい。こうすれば、中間プレートの直径が上部プレートの直径と比べて同じか小さい場合に比べて、プラズマ発生領域が広がるため、ウエハを均一にプラズマで処理しやすくなる。
【0012】
本発明の半導体製造装置用部材において、前記中間プレートのうち外部に露出している面は、絶縁膜によって覆われていてもよい。こうすれば、中間プレートのうち外部に露出している面が腐食するのを防止することができる。なお、本発明の半導体製造装置用部材が、上部プレートと中間プレートとを接合する第１金属接合層や下部プレートと中間プレートとを接合する第２金属接合層を有している場合には、第１金属接合層のうち外部に露出している部分や第２金属接合層のうち外部に露出している部分も絶縁膜によって覆われていることが好ましい。こうすれば、これらの部分が腐食するのを防止することができる。
【0013】
本発明の半導体製造装置用部材において、前記中間プレートは、金属とセラミックとの複合材料製又は金属製であってもよく、前記下部プレートは、前記上部プレートと同じセラミック製であってもよい。
【0014】
本発明の半導体製造装置用部材は、前記半導体製造装置用部材を厚み方向に貫通する貫通穴を備えていてもよく、前記貫通穴には放電防止処理が施されていてもよい。こうすれば、ウエハを処理している間に貫通穴を介して放電が起きるのを抑制することができる。なお、放電防止処理としては、例えば、貫通穴の内壁のうち導電材が露出している部分を絶縁膜又は絶縁管で被覆する処理や、貫通穴がガス穴の場合にその穴のうち少なくとも上部プレートを貫通している部分に通気性プラグを樹脂で接着固定する処理などが挙げられる。
【0015】
本発明の半導体製造装置用部材の製法は、
（ａ）ウエハ載置面を有し電極を内蔵していないセラミック製の上部プレートと、セラミック製の下部プレートと、導電材製の中間プレートとを用意する工程と、
（ｂ）前記中間プレートの上面と前記上部プレートの前記ウエハ載置面とは反対側の面との間に第１金属接合材を配置すると共に、前記中間プレートの下面と前記下部プレートの上面との間に第２金属接合材を配置し、その状態で加圧加熱したあと室温に戻すことにより接合体を得る工程と、
を含むものとしてもよいし、
（ａ）セラミック製の上部プレートを導電材製の中間プレートの上面に溶射により形成する工程と、
（ｂ）前記中間プレートの下面とセラミック製の下部プレートの上面との間に金属接合材を配置し、その状態で加圧加熱したあと室温に戻すことにより接合体を得る工程と、
を含むものとしてもよい。
（ａ）ウエハ載置面を有し電極を内蔵していないセラミック製の上部プレートと、セラミック製の下部プレートと、導電材製の中間プレートとを用意する工程と、
（ｂ）前記中間プレートの上面と前記上部プレートの前記ウエハ載置面とは反対側の面との間に第１金属接合材を配置すると共に、前記中間プレートの下面と前記下部プレートの上面との間に第２金属接合材を配置し、その状態で加圧加熱したあと室温に戻すことにより接合体を得る工程と、
を含むものとしてもよいし、
（ａ）セラミック製の上部プレートを導電材製の中間プレートの上面に溶射により形成する工程と、
（ｂ）前記中間プレートの下面とセラミック製の下部プレートの上面との間に金属接合材を配置し、その状態で加圧加熱したあと室温に戻すことにより接合体を得る工程と、
を含むものとしてもよい。
【0016】
こうした半導体製造装置用部材の製法は、上述した半導体製造装置用部材を製造するのに適している。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】半導体製造装置用部材１０の断面図。
【図2】ウエハ載置面２２の平面図。
【図3】ヒータ電極４４の一例を示す平面図。
【図4】半導体製造装置用部材１０を冷却装置５０に取り付けた様子を示す断面図。
【図5】半導体製造装置用部材１０の製造工程図。
【図6】半導体製造装置用部材１１０の断面図。
【図7】半導体製造装置用部材２１０の断面図。
【図8】半導体製造装置用部材３１０の断面図。
【図9】貫通穴３４に放電防止処理を施した一例を示す部分断面図。
【図10】貫通穴３４に放電防止処理を施した一例を示す部分断面図。
【図11】貫通穴３４に放電防止処理を施した一例を示す部分断面図。
【発明を実施するための形態】
【0018】
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は半導体製造装置用部材１０の断面図（部材１０の中心を通る垂直面で切断したときの断面図）、図２はウエハ載置面２２の平面図、図３はヒータ電極４４の一例を示す平面図である。
【0019】
半導体製造装置用部材１０は、図１に示すように、上部プレート２０と、中間プレート３０と、下部プレート４０と、第１及び第２金属接合層３１，３２とを備えている。
【0020】
上部プレート２０は、プラズマ処理を施すシリコン製のウエハＷと同径の円盤状でセラミック（例えばアルミナや窒化アルミニウム）製のプレートであり、電極を内蔵していない。上部プレート２０の直径は特に限定するものではないが、例えば２５０～３５０ｍｍとしてもよい。上部プレート２０の上面は、ウエハ載置面２２となっている。ウエハ載置面２２には、図２に示すように、外縁に沿ってシールバンド２２ａが形成され、全面に複数の円形突起２２ｂが形成されている。シールバンド２２ａ及び円形突起２２ｂは同じ高さであり、その高さは例えば数μｍ～数１０μｍである。
【0021】
中間プレート３０は、円盤状のプレートであり、その直径は、上部プレート２０及び下部プレート４０の直径よりも大きい。中間プレート３０は、上部プレート２０のウエハ載置面２２とは反対側の面２３に第１金属接合層３１を介して接合されている。中間プレート３０の材料としては、導電材料（複合材料や金属など）が挙げられる。複合材料としては、金属マトリックス複合材料（メタル・マトリックス・コンポジット（ＭＭＣ）ともいう）などが挙げられる。ＭＭＣとしては、Ｓｉ，ＳｉＣ及びＴｉを含む材料（ＳｉＳｉＣＴｉともいう）やＳｉＣ多孔質体にＡｌ及び／又はＳｉを含浸させた材料などが挙げられる。金属としては、ＴｉやＭｏなどが挙げられる。
【0022】
中間プレート３０は、図示しない給電端子を介して外部の直流（ＤＣ）電源７０（図４参照）によりＤＣ電圧を印加可能となっている。上部プレート２０は誘電体層として機能する。上部プレート２０の厚みは、ウエハＷを吸着する力を考慮して所定の厚み（例えば５０～５００μｍ）に調整されている。中間プレート３０にＤＣ電圧が印加されると上部プレート２０のウエハ載置面２２に載置されたウエハＷはウエハ載置面２２に吸着固定され、ＤＣ電圧の印加を解除するとウエハＷのウエハ載置面２２への吸着固定が解除される。ウエハ載置面２２に吸着されたウエハＷの裏面は、シールバンド２２ａの上面及び円形突起２２ｂの上面に接触する。また、ウエハＷの裏面とウエハ載置面２２のうちシールバンド２２ａや円形突起２２ｂが設けられていない部分との間には空間が生じる。この空間には、半導体製造装置用部材１０を上下方向に貫通する図示しないガス供給路を通じて伝熱ガス（例えばＨｅガス）が供給される。この伝熱ガスによって上部プレート２０とウエハＷとの熱交換が効率よく行われる。
【0023】
中間プレート３０は、図示しない給電端子を介して外部の高周波（ＲＦ）電源７４（図４参照）によりＲＦ電圧を印加可能となっている。半導体製造装置用部材１０のウエハ載置面２２の上方には、ウエハ載置面２２と間隔を空けて図示しないシャワーヘッドを備えた上部電極が配置される。上部電極は、グランドに接続されており、ウエハ載置面２２と上部電極との間の空間に反応ガスを供給する。この空間に反応ガスを供給しながら中間プレート３０にＲＦ電圧を印加すると、上部プレート２０と上部電極との間でプラズマが発生する。
【0024】
下部プレート４０は、上部プレート２０と同径の円板状でセラミック製のプレートであり、ヒータ電極４４を内蔵している。下部プレート４０は、中間プレート３０のうち上部プレート２０と接合された面とは反対側の面に第２金属接合層３２を介して接合されている。ヒータ電極４４は、図３に示すように、下部プレート４０を平面視したときの領域のほぼ全面にわたって一端４４ａから他端４４ｂまで一筆書きの要領でパターン形成され、電圧を印加すると発熱してウエハＷを加熱する。ヒータ電極４４が配線された領域は、平面視で円形領域である。ヒータ電極４４は、一端４４ａ及び他端４４ｂに接続された図示しない給電端子を介してヒータ電源により電圧を印加可能となっている。
【0025】
上部プレート２０及び下部プレート４０の材料がアルミナの場合、中間プレート３０の材料はＳｉＳｉＣＴｉか金属Ｔｉが好ましい。上部プレート２０の材料がアルミナの場合、上部プレート２０の厚みは０．０５ｍｍ以上０．６５ｍｍ以下が好ましく、０．２ｍｍ以上０．４ｍｍ以下がより好ましい。上部プレート２０及び下部プレート４０の材料が窒化アルミニウムの場合、中間プレート３０の材料はＳｉＣ多孔質体にＳｉを含浸させた材料か金属Ｍｏが好ましい。上部プレート２０の材料が窒化アルミニウムの場合、上部プレート２０の厚みは０．１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が好ましく、０．３ｍｍ以上０．７ｍｍ以下がより好ましい。
【0026】
第１及び第２金属接合層３１，３２は、例えばＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系又はＡｌ－Ｍｇ系材料などのＡｌ含有材料で構成されている。第１及び第２金属接合層３１，３２の厚みは、特に限定するものではないが、１～３００μｍが好ましく、５０～１５０μｍがより好ましい。また、第１金属接合層３１の外周は上部プレート２０の外周からはみ出していないことが好ましく、第２金属接合層３２の外周は下部プレート４０の外周からはみ出していないことが好ましい。第１及び第２金属接合層３１，３２は、例えばＴＣＢ（Ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｂｏｎｄｉｎｇ）により形成される。ＴＣＢとは、接合対象の２つの部材の間に金属接合材を挟み込み、金属接合材の固相線温度以下の温度に加熱した状態で２つの部材を加圧接合する公知の方法をいう。
【0027】
次に、半導体製造装置用部材１０の使用例について説明する。図４は半導体製造装置用部材１０を冷却装置５０に取り付けた様子を示す断面図である。まず、半導体製造装置用部材１０を、図示しない真空チャンバ内に設置された冷却装置５０に取り付ける。冷却装置５０は、アルミニウムなどの金属製の円盤部材であり、内部に冷媒を循環可能な冷媒通路５２を有している。冷却装置５０の上面の中央には、円形溝５４が設けられている。円形溝５４には、下部プレート４０が挿入される。冷却装置５０は、円形溝５４の周囲を取り囲む環状面５６を有している。半導体製造装置用部材１０は、中間プレート３０の下面の外周部と環状面５６との間にリング状のシール部材５７を配置して円形溝５４に下部プレート４０を挿入した状態で、クランプリング６０によって冷却装置５０に固定される。シール部材５７の外径は、円形溝５４の直径よりも大きく中間プレート３０の直径よりも小さい。シール部材５７としては、例えば金属ガスケットなどが挙げられる。クランプリング６０は、冷却装置５０の環状面５６に配置される。クランプリング６０の内周面には段差６２が設けられ、この段差６２が中間プレート３０の外周部の上面を上から押さえる。また、クランプリング６０は、ネジ６５を挿通可能な縦穴６４やネジ６７と螺合可能なネジ穴６６を有する。ネジ６５は、縦穴６４に上方から挿入されて冷却装置５０の環状面５６に設けられたネジ穴５８に螺合される。ネジ６７は、冷却装置５０を上下方向に貫通するネジ挿入穴５９に下方から挿入されてクランプリング６０の裏面に設けられたネジ穴６６に螺合される。こうしたネジ６５，６７は、クランプリング６０の周方向に等間隔に複数（例えば８個）設けられている。これにより、円形溝５４と下部プレート４０とシール部材５７によって囲まれた空間Ｓは密閉される。密閉された空間Ｓには、伝熱シート又は伝熱ガスが充填される。このように、半導体製造装置用部材１０の中間プレート３０のうち上部プレート２０や下部プレート４０から外側にはみ出した部分は、冷却装置５０に装着するためのフランジとして用いられる。その後、中間プレート３０を、フィルタ回路７２を介してＤＣ電源７０に接続すると共に、フィルタ回路７６を介してＲＦ電源７４に接続する。フィルタ回路７２は、中間プレート３０からＲＦ電流がＤＣ電源７０へ流れ込むのを防止する。フィルタ回路７６は、中間プレート３０からＤＣ電流がＲＦ電源７４へ流れ込むのを防止する。
【0028】
冷却装置５０に半導体製造装置用部材１０を取り付けた後、ウエハＷをウエハ載置面２２に載置する。そして、真空チャンバ内を真空ポンプにより減圧して所定の真空度になるように調整し、中間プレート３０にＤＣ電源７０を用いてＤＣ電圧をかけてウエハＷをウエハ載置面２２に吸着固定する。ウエハＷは隙間なくウエハ載置面２２のシールバンド２２ａや円形突起２２ｂ（図２参照）に密着する。これにより、ウエハＷの裏面とウエハ載置面２２のうちシールバンド２２ａや円形突起２２ｂが設けられていない部分との間の空間は、密閉される。この空間には伝熱ガスが供給される。伝熱ガスは封入されるため、上部プレート２０とウエハＷとの間で効率よく熱伝導が行われる。次に、真空チャンバ内を所定圧力（例えば数１０～数１００Ｐａ）の反応ガス雰囲気とする。反応ガスは、図示しない上部電極のシャワーヘッドから供給される。この状態で、中間プレート３０にＲＦ電源７４を用いてＲＦ電圧をかけて上部電極と上部プレート２０との間にプラズマを発生させる。そして、発生したプラズマによってウエハＷの表面のエッチングを行う。図示しないコントローラは、ウエハＷの温度が予め設定された目標温度となるように、ヒータ電極４４へ供給する電力を制御する。
【0029】
次に、半導体製造装置用部材１０の製造例について説明する。図５は半導体製造装置用部材１０の製造工程図である。以下には、上部プレート２０及び下部プレート４０の材料がアルミナで、中間プレート３０の材料がＳｉＳｉＣＴｉの場合を例に挙げて説明する。
【0030】
まず、上部プレート２０と、中間プレート３０と、下部プレート４０とを用意する（図５Ａ参照）。この工程を工程（ａ）と称する。
【0031】
上部プレート２０は、以下のようにして製造することができる。ここでは、アルミナ製の上部プレート２０の製造例について説明する。まず、円盤状のアルミナ製のＭＣシートを準備する。ＭＣとは、モールドキャストの略であり、セラミック原料粉末（ここではアルミナ原料粉末）とモールド化剤とを含むセラミックスラリーを成形型内に注入し、その成形型内でモールド化剤を化学反応させてセラミックスラリーをモールド化させることにより成形体を得る周知の方法をいう。モールド化剤としては、例えば、イソシアネート及びポリオールを含み、ウレタン反応によりモールド化するものとしてもよい。次にＭＣシートをホットプレス法により焼成することによりアルミナ焼結体を得る。得られたアルミナ焼結体の両面に研削加工又はブラスト加工等を施すことにより形状や厚みを調整し、平板状の上部プレート２０を得る（図５Ａ参照）。この時点では、ウエハ載置面２２にシールバンド２２ａや円形突起２２ｂは形成しない。なお、アルミナ製のＭＣシートの代わりに、グリーンシートを用いてもよい。
【0032】
中間プレート３０は、以下のようにして製造することができる。ここでは、ＳｉＳｉＣＴｉ製の中間プレート３０の製造例について説明する。まず、ＳｉＳｉＣＴｉ製の円盤部材を作製する。例えば、平均粒径が１０μｍ以上２５μｍ以下の炭化珪素原料粒子を３９～５１質量％含有すると共に、Ｔｉ及びＳｉが含まれるように選択された１種以上の原料を含有し、炭化珪素を除く原料に由来するＳｉ及びＴｉについてＳｉ／（Ｓｉ＋Ｔｉ）の質量比が０．２６～０．５４である粉体混合物を作製する。原料としては、例えば炭化珪素と金属Ｓｉと金属Ｔｉとを用いることができる。その場合、炭化珪素を３９～５１質量％、金属Ｓｉを１６～２４質量％、金属Ｔｉを２６～４３質量％となるように混合するのが好ましい。次に、得られた粉体混合物を一軸加圧成形により円盤状の成形体を作製し、その成形体を不活性雰囲気下でホットプレスにより１３７０～１４６０℃で焼結させることにより、ＳｉＳｉＣＴｉ製の円盤部材を得る。なお、ホットプレス時のプレス圧は、例えば５０～３００ｋｇｆ／ｃｍ2に設定する。次に、得られた円盤部材を研削加工等により形状や厚みを調整し、中間プレート３０を得る（図５Ａ参照）。中間プレート３０の具体的な製造条件については、例えば特許第５６６６７４８号公報に記載されている条件を参考にして設定すればよい。
【0033】
下部プレート４０は、以下のようにして製造することができる。ここでは、アルミナ製の下部プレート４０の製造例について説明する。まず、円盤状のアルミナ製の第１及び第２ＭＣシートを準備する。次に、第２ＭＣシートの表面にヒータ電極４４を形成する。ヒータ電極４４の形成方法としては、例えばスクリーン印刷、ＰＶＤ、ＣＶＤ、メッキなどを用いることができる。次に、第２ＭＣシートのヒータ電極４４が形成された面に、第１ＭＣシートを積層して積層体とする。次に、積層体をホットプレス法により焼成することによりヒータ電極４４を内蔵したアルミナ焼結体を得る。得られたアルミナ焼結体の両面に研削加工又はブラスト加工等を施すことにより形状や厚みを調整し、平板状の下部プレート４０を得る（図５Ａ参照）。なお、アルミナ製のＭＣシートの代わりに、グリーンシートを用いてもよい。
【0034】
次に、下部プレート４０の上面に、下部プレート４０と同径の平板状の第２金属接合材３０２を載せ、その上に中間プレート３０を載せ、更に中間プレート３０の上面に上部プレート２０と同径の平板状の第１金属接合材３０１を載せ、上部プレート２０の下面が第２金属接合材３０２と接触するように載せる。これにより、上部プレート２０と下部プレート４０との間に、中間プレート３０が各金属接合材３０１，３０２を介して挟まれた状態のサンドイッチ積層体が得られる。次に、第１及び第２金属接合材３０１，３０２の固相線温度以下（例えば、固相線温度から２０℃引いた温度以上固相線温度以下）の温度でサンドイッチ積層体を加圧して、上部プレート２０と中間プレート３０と下部プレート４０とをＴＣＢ接合し（図５Ｂ参照）、その後室温に戻す。これにより、第１金属接合材３０１が第１金属接合層３１になり、第２金属接合材３０２が第２金属接合層３２になった接合体８０が得られる（図５Ｃ参照）。この工程を工程（ｂ）と称する。第１及び第２金属接合材３０１，３０２としては、Ａｌ－Ｍｇ系接合材やＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系接合材を使用することができる。例えば、Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系接合材（８８．５重量％のＡｌ、１０重量％のＳｉ、１．５重量％のＭｇを含有し、固相線温度が約５６０℃）を用いてＴＣＢ接合する場合、真空雰囲気下、５４０～５６０℃（例えば５５０℃）に加熱した状態で上部プレート２０を０．５～２．０ｋｇ／ｍｍ2 （例えば１．５ｋｇ／ｍｍ2）の圧力で数時間かけて加圧する。第１及び第２金属接合材３０１，３０２は厚みが１００μｍ前後のものを用いるのが好ましい。
【0035】
次に、接合体８０の上部プレート２０のウエハ載置面２２に、シールバンド２２ａ及び円形突起２２ｂを形成するためのパターンマスクを貼り付け、ブラストメディアを噴射してブラスト加工を行う。ブラスト加工によりウエハ載置面２２にはシールバンド２２ａや円形突起２２ｂが形成される。この工程を工程（ｃ）と称する。その後、マスクを外し、半導体製造装置用部材１０を得る（図５Ｄ参照）。
【0036】
以上詳述した半導体製造装置用部材１０では、電極が内蔵されていないセラミック製の上部プレート２０は、静電チャックの誘電体層として機能する。上部プレート２０は、電極が内蔵されていないため、電極が内蔵されている場合に比べてフラットにしやすい。そのため、上部プレート２０（すなわち誘電体層）が薄くても上部プレート２０の厚みの均一性が良好になる。それによって、上部プレート２０と中間プレート３０との接合性が良好になり、接合後の残留応力も低減される。また、中間プレート３０にＲＦ電圧を印加してプラズマを発生させたときにプラズマ密度が上部プレート２０の面内でばらつくのを防止することができる。
【0037】
また、上部プレート２０の厚みは、０．０５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下とし、この範囲内で所望の吸脱着特性が得られる厚みに設定することが好ましい。ここで、中間プレート３０から上部プレート２０及びプラズマ雰囲気を経由して図示しない上部電極に至るＲＦ経路において、上部プレート２０が厚いと静電容量Ｃが小さくなる。静電容量Ｃが小さくなると、上部プレート２０のインピーダンスＺは１／（ｊωＣ）の項を含むため高くなる。そのため、上部プレート２０が厚いとＲＦ損失が大きくなり、プラズマ生成の観点では不利になる。これに対して、上部プレート２０の厚みを上述した範囲内で設定すると、ＲＦ損失が小さくなり、プラズマ生成の観点では有利になる。上部プレート２０の厚みを吸脱着特性及び電気的絶縁性を得るための最低限の厚みとした場合も、これと同様である。なお、周波数が小さいほどωが小さくなり１／（ｊω）の値が大きくなるため、静電容量Ｃの影響が顕著になる。
【0038】
更に、セラミック製の下部プレート４０は、ヒータ電極４４を内蔵している。ヒータ電極４４を内蔵した下部プレート４０とウエハ載置面２２との間には中間プレート３０が介在しているため、熱が中間プレート３０によって拡散されてウエハＷに伝わる。そのため、ウエハＷの均熱性が良好になる。
【0039】
更にまた、中間プレート３０の直径は、上部プレート２０の直径よりも大きい。そのため、中間プレート３０の直径が上部プレート２０の直径と比べて同じか小さい場合に比べて、プラズマ発生領域が広がる。その結果、ウエハＷを均一にプラズマで処理しやすくなる。
【0040】
そして更に、半導体製造装置用部材１０の製法は、（ａ）ウエハ載置面２２を有し電極が内蔵されていない上部プレート２０と、ヒータ電極４４が内蔵された下部プレート４０と、導電材製の中間プレート３０とを用意する工程と、（ｂ）中間プレート３０の上面と上部プレート２０の下面（ウエハ載置面２２とは反対側の面）との間に第１金属接合材３０１を配置すると共に、中間プレート３０の下面と下部プレート４０の上面との間に第２金属接合材３０２を配置し、その状態で加圧加熱したあと室温に戻すことにより接合体８０を得る工程と、を含む。この製法は、上述した半導体製造装置用部材１０を製造するのに適している。
【0041】
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。
【0042】
例えば、図６に示す半導体製造装置用部材１１０のように、下部プレート４０にシールド電極４６を内蔵してもよい。図６では、上述した実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。シールド電極４６は、下部プレート４０の上面（中間プレート３０が設けられている面）とヒータ電極４４との間に内蔵されている。こうすれば、ヒータ電極４４にＲＦ電流が流れ込むのをシールド電極４６が防止するため、ＲＦ電流がヒータ電極４４の温度制御に悪影響を及ぼすのを防止することができる。
【0043】
あるいは、図７に示す半導体製造装置用部材２１０のように、中間プレート３０のうち外部に露出している面や第１及び第２金属接合層３１，３２のうち外部に露出している部分は、絶縁膜３３によって覆われていてもよい。図７では、上述した実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。絶縁膜３３としては、例えばセラミック溶射膜などが挙げられる。こうすれば、中間プレート３０のうち外部に露出している面や第１及び第２金属接合層３１，３２のうち外部に露出している部分が腐食するのを防止することができる。
【0044】
あるいは、図８に示す半導体製造装置用部材３１０のように、上部プレート２０を中間プレート３０の上面に第１金属接合層３１を介さずに設けてもよい。図８では、上述した実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。具体的には、中間プレート３０の上面にセラミック溶射膜を形成し、そのセラミック溶射膜を上部プレート２０としてもよい。セラミック溶射膜としては、例えばアルミナ溶射膜やイットリア溶射膜などが挙げられる。半導体製造装置用部材３１０の製法の一例としては、（ａ）上部プレート２０を中間プレート３０の上面に溶射により形成する工程と、（ｂ）中間プレート３０の下面と下部プレート４０の上面との間に金属接合材を配置し、その状態で加圧加熱したあと室温に戻すことにより接合体を得る工程と、を含む製法が挙げられる。
【0045】
上述した実施形態において、半導体製造装置用部材１０は、図９～図１１に示すように半導体製造装置用部材１０を厚み方向に貫通する貫通穴３４を備え、その貫通穴３４には放電防止処理が施されていてもよい。例えば、図９に示すように、貫通穴３４の内壁のうち第１金属接合層３１、中間プレート３０及び第２金属接合層３２が露出している部分を絶縁膜３５で被覆してもよい。また、図１０に示すように、貫通穴３４に絶縁管３６を挿入して、貫通穴３４の内壁のうち第１金属接合層３１、中間プレート３０及び第２金属接合層３２が露出している部分を絶縁管３６で被覆してもよい。このとき、絶縁管３６の外周面を樹脂で接着固定してもよい。また、貫通穴３４がガス穴の場合には、図１１に示すように、貫通穴３４のうち少なくとも上部プレート２０を貫通している部分に絶縁材からなる通気性プラグ３７を挿入してもよい。このとき、通気性プラグ３７の周囲を樹脂で接着固定してもよい。図９～図１１の構成を採用すれば、ウエハＷを処理している間に貫通穴３４を介して放電が起きるのを抑制することができる。なお、図９～図１１では、上述した実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付した。また、図９及び図１０の貫通穴３４は、特に用途を限定するものではなく、例えばリフトピン穴でもよいしガス穴でもよい。
【0046】
上述した実施形態では、上部プレート２０と中間プレート３０との間に第１金属接合層３１を設け、中間プレート３０と下部プレート４０との間に第２金属接合層３２を設けたが、これらの金属接合層３１，３２の代わりに樹脂接合層を設けてもよい。樹脂接合層としては、シリコーン系樹脂などが挙げられる。樹脂接合層は、ペースト材を用いて形成してもよいし、シート材を用いて形成してもよい。
【0047】
上述した実施形態では、工程（ａ）で用意した上部プレート２０にはシールバンド２２ａ及び円形突起２２ｂを形成しなかったが、この段階で上部プレート２０にシールバンド２２ａ及び円形突起２２ｂをブラスト加工により形成してもよい。その場合、工程（ｃ）は不要となる。
【0048】
上述した実施形態では、上部プレート２０の直径をウエハＷの直径と同じにしたが、上部プレート２０の直径をウエハＷの直径よりも大きくしてもよいし、上部プレート２０の直径をウエハＷの直径よりも小さくしてもよい。
【0049】
上述した実施形態では、ヒータ電極４４は下部プレート４０を平面視した領域のほぼ全面を覆うように設けたが、下部プレート４０を平面視した領域を中央の円形ゾーンとその外側の環状ゾーンとに分け、ゾーンごとにヒータ電極を設けてもよい。また、環状ゾーンを更に複数のゾーンに分割し、分割したゾーンごとにヒータ電極を設けてもよい。
【0050】
上述した実施形態において、下部プレート４０にヒータ電極４４を１層設けたが、下部プレート４０にヒータ電極４４を多層（上下方向に多段）に設けてもよい。
【0051】
上述した実施形態では、下部プレート４０にヒータ電極４４を内蔵したが、下部プレート４０に電極を内蔵しなくてもよい。
【実施例】
【0052】
以下に本発明の好適な実施例について説明する。本発明は以下の実施例によって何ら限定されるものではない。実験例１～１０が本発明の実施例に相当する。それらの結果を表１及び表２に示す。
【0053】
【表1】
【0054】
【表2】
【0055】
［実験例１］
上述した実施形態の半導体製造装置用部材１０を、上述した製法により製造した。上部プレート２０、中間プレート３０及び下部プレート４０の材質や寸法は表１に示した通りである。上部プレート２０、中間プレート３０及び下部プレート４０をそれぞれ作製したあと、上部プレート２０と中間プレート３０との間に第１金属接合材３０１を配置すると共に下部プレート４０と中間プレート３０との間に第２金属接合材３０２を配置し、ＴＣＢにより上部プレート２０と中間プレート３０と下部プレート４０とを接合した。第１及び第２金属接合材３０１，３０２としてはＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系接合材を用いた。なお、実験例１では、ウエハＷの吸脱着特性及び電気的絶縁性を得るため、アルミナ製の上部プレート２０の厚みを０．３ｍｍとした。
上述した実施形態の半導体製造装置用部材１０を、上述した製法により製造した。上部プレート２０、中間プレート３０及び下部プレート４０の材質や寸法は表１に示した通りである。上部プレート２０、中間プレート３０及び下部プレート４０をそれぞれ作製したあと、上部プレート２０と中間プレート３０との間に第１金属接合材３０１を配置すると共に下部プレート４０と中間プレート３０との間に第２金属接合材３０２を配置し、ＴＣＢにより上部プレート２０と中間プレート３０と下部プレート４０とを接合した。第１及び第２金属接合材３０１，３０２としてはＡｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系接合材を用いた。なお、実験例１では、ウエハＷの吸脱着特性及び電気的絶縁性を得るため、アルミナ製の上部プレート２０の厚みを０．３ｍｍとした。
【0056】
上部プレート２０は、電極を内蔵していないため、接合前における上部プレート２０の変形はみられず、その後のＴＣＢ接合時の接合性も良好であり、接合後の残留応力も解消された。また、静電電極及びＲＦ電極として機能する中間プレート３０から上部プレート２０の上面までの距離の管理が簡素化された。更に、中間プレート３０から上部プレート２０及びプラズマ雰囲気を経由して図示しない上部電極に至るＲＦ経路において、上部プレート２０の静電容量が大きくなったため、ＲＦ損失が小さくなった。そのため、低周波ＲＦの印加にも対応可能となった。なお、上部プレート２０の厚みを０．３ｍｍから３ｍｍに変更した実験では、上部プレートの静電容量が実験例１の１０％しかなかったため、ＲＦ損失が大きくなった。
【0057】
［実験例２～４］
実験例２～４では、上部プレート２０の厚みを表１のように変更したこと以外は、実験例１と同様にして半導体製造装置用部材１０を作製した。実験例２～４においても、上部プレート２０は、電極を内蔵していないため、接合前における上部プレート２０の変形はみられず、その後のＴＣＢ接合時の接合性も良好であり、接合後の残留応力も解消された。また、静電電極及びＲＦ電極として機能する中間プレート３０から上部プレート２０の上面までの距離の管理が簡素化された。更に、中間プレート３０から上部プレート２０及びプラズマ雰囲気を経由して図示しない上部電極に至るＲＦ経路において、上部プレート２０の静電容量が大きくなったため、ＲＦ損失が小さくなった。そのため、低周波ＲＦの印加にも対応可能となった。但し、実験例４では、上部プレート２０の厚みが１．５ｍｍを超えていたため、実験例１～３と比べると静電容量が小さくなった。そのため、上部プレート２０の厚みは０．０５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が好ましい。
実験例２～４では、上部プレート２０の厚みを表１のように変更したこと以外は、実験例１と同様にして半導体製造装置用部材１０を作製した。実験例２～４においても、上部プレート２０は、電極を内蔵していないため、接合前における上部プレート２０の変形はみられず、その後のＴＣＢ接合時の接合性も良好であり、接合後の残留応力も解消された。また、静電電極及びＲＦ電極として機能する中間プレート３０から上部プレート２０の上面までの距離の管理が簡素化された。更に、中間プレート３０から上部プレート２０及びプラズマ雰囲気を経由して図示しない上部電極に至るＲＦ経路において、上部プレート２０の静電容量が大きくなったため、ＲＦ損失が小さくなった。そのため、低周波ＲＦの印加にも対応可能となった。但し、実験例４では、上部プレート２０の厚みが１．５ｍｍを超えていたため、実験例１～３と比べると静電容量が小さくなった。そのため、上部プレート２０の厚みは０．０５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が好ましい。
【0058】
［実験例５］
上述した半導体製造装置用部材３１０（図８参照）を、表１の実験例５に示した条件を採用して製造した。実験例５では、上部プレート２０を中間プレート３０の上面に溶射により形成し、その中間プレート３０の下面と下部プレート４０の上面との間に金属接合材を配置してＴＣＢ接合を行った。
上述した半導体製造装置用部材３１０（図８参照）を、表１の実験例５に示した条件を採用して製造した。実験例５では、上部プレート２０を中間プレート３０の上面に溶射により形成し、その中間プレート３０の下面と下部プレート４０の上面との間に金属接合材を配置してＴＣＢ接合を行った。
【0059】
実験例５でも、上部プレート２０は、電極を内蔵していないため、接合前における上部プレート２０の変形はみられず、その後のＴＣＢ接合時の接合性も良好であり、接合後の残留応力も解消された。また、静電電極及びＲＦ電極として機能する中間プレート３０から上部プレート２０の上面までの距離の管理が簡素化された。更に、中間プレート３０から上部プレート２０及びプラズマ雰囲気を経由して図示しない上部電極に至るＲＦ経路において、静電容量が大きくなったため、ＲＦ損失が小さくなった。そのため、低周波ＲＦの印加にも対応可能となった。なお、アルミナ溶射膜の上部プレート２０の厚みを０．０５，１．５，１．６ｍｍに変更した半導体製造装置用部材３１０を実験例５に準じて作製して評価したところ、実験例２～４と同様の結果が得られた。
【0060】
［実験例６］
上述した実施形態の半導体製造装置用部材１０を、表２の実験例６に示した条件を採用して、実験例１と同様にして製造した。なお、実験例６では、ウエハＷの吸脱着特性及び電気的絶縁性を得るため、ＡｌＮ製の上部プレート２０の厚みを０．５ｍｍとした。
上述した実施形態の半導体製造装置用部材１０を、表２の実験例６に示した条件を採用して、実験例１と同様にして製造した。なお、実験例６では、ウエハＷの吸脱着特性及び電気的絶縁性を得るため、ＡｌＮ製の上部プレート２０の厚みを０．５ｍｍとした。
【0061】
実験例６でも、上部プレート２０は、電極を内蔵していないため、接合前における上部プレート２０の変形はみられず、その後のＴＣＢ接合時の接合性も良好であり、接合後の残留応力も解消された。また、静電電極及びＲＦ電極として機能する中間プレート３０から上部プレート２０の上面までの距離の管理が簡素化された。更に、中間プレート３０から上部プレート２０及びプラズマ雰囲気を経由して図示しない上部電極に至るＲＦ経路において、静電容量が大きくなったため、ＲＦ損失が小さくなった。そのため、低周波ＲＦの印加にも対応可能となった。なお、上部プレート２０の厚みを０．５ｍｍから３ｍｍに変更した実験では、静電容量が実験例６の１７％程度しかなかったため、ＲＦ損失が大きくなった。
【0062】
［実験例７～１０］
実験例７～１０では、上部プレート２０及び下部プレート４０の材質としてＡｌＮを用い、上部プレート２０の厚みを表２のように変更したこと以外は、実験例５と同様にして半導体製造装置用部材３１０を作製した。実験例７～１０においても、上部プレート２０は、電極を内蔵していないため、接合前における上部プレート２０の変形はみられず、その後のＴＣＢ接合時の接合性も良好であり、接合後の残留応力も解消された。また、静電電極及びＲＦ電極として機能する中間プレート３０から上部プレート２０の上面までの距離の管理が簡素化された。更に、中間プレート３０から上部プレート２０及びプラズマ雰囲気を経由して図示しない上部電極に至るＲＦ経路において、上部プレート２０の静電容量が大きくなったため、ＲＦ損失が小さくなった。そのため、低周波ＲＦの印加にも対応可能となった。但し、実験例１０では、上部プレート２０の厚みが１．５ｍｍを超えていたため、実験例６～９と比べると静電容量が小さくなった。そのため、上部プレート２０の厚みは０．０５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が好ましい。
実験例７～１０では、上部プレート２０及び下部プレート４０の材質としてＡｌＮを用い、上部プレート２０の厚みを表２のように変更したこと以外は、実験例５と同様にして半導体製造装置用部材３１０を作製した。実験例７～１０においても、上部プレート２０は、電極を内蔵していないため、接合前における上部プレート２０の変形はみられず、その後のＴＣＢ接合時の接合性も良好であり、接合後の残留応力も解消された。また、静電電極及びＲＦ電極として機能する中間プレート３０から上部プレート２０の上面までの距離の管理が簡素化された。更に、中間プレート３０から上部プレート２０及びプラズマ雰囲気を経由して図示しない上部電極に至るＲＦ経路において、上部プレート２０の静電容量が大きくなったため、ＲＦ損失が小さくなった。そのため、低周波ＲＦの印加にも対応可能となった。但し、実験例１０では、上部プレート２０の厚みが１．５ｍｍを超えていたため、実験例６～９と比べると静電容量が小さくなった。そのため、上部プレート２０の厚みは０．０５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が好ましい。
【0063】
本出願は、２０２１年２月４日に出願された日本国特許出願第２０２１－１６２０７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】
【0064】
本発明は、ウエハを処理するウエハ処理装置などの半導体製造装置用部材に利用可能である。
【符号の説明】
【0065】
１０，１１０，２１０，３１０ 半導体製造装置用部材、２０ 上部プレート、２２ ウエハ載置面、２２ａ シールバンド、２２ｂ 円形突起、３０ 中間プレート、３１ 第１金属接合層、３２ 第２金属接合層、３３ 絶縁膜、３４ 貫通穴、３５ 絶縁膜、３６ 絶縁管、３７ 通気性プラグ、４０ 下部プレート、４４ ヒータ電極、４４ａ 一端、４４ｂ 他端、４６ シールド電極、５０ 冷却装置、５２ 冷媒通路、５４ 円形溝、５６ 環状面、５７ シール部材、５８ ネジ穴、５９ ネジ挿入穴、６０ クランプリング、６２ 段差、６４ 縦穴、６５ ネジ、６６ ネジ穴、６７ ネジ、７０ ＤＣ電源、７２ フィルタ回路、７４ ＲＦ電源、７６ フィルタ回路、８０ 接合体、３０１ 第１金属接合材、３０２ 第２金属接合材。
【要約】
半導体製造装置用部材１０は、ウエハ載置面２２を有し、電極を内蔵してないセラミック製の上部プレート２０と、上部プレート２０のうちウエハ載置面２２とは反対側の面に設けられ、静電電極として用いられる導電材製の中間プレート３０と、中間プレート３０のうち上部プレート２０が設けられた面とは反対側の面に接合されたセラミック製の下部プレート４０と、を備える。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】