(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】2024-06-13
(45)【発行日】2024-06-21
(54)【発明の名称】ウエハ支持体
(51)【国際特許分類】
H01L 21/683 20060101AFI20240614BHJP
H02N 13/00 20060101ALI20240614BHJP
C04B 35/583 20060101ALI20240614BHJP
H05B 3/74 20060101ALI20240614BHJP
【ＦＩ】
H01L21/68 R
H02N13/00 D
C04B35/583
H05B3/74
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020157051
(22)【出願日】2020-09-18
(65)【公開番号】P2022050879
(43)【公開日】2022-03-31
【審査請求日】2023-04-24
(73)【特許権者】
【識別番号】591034280
【氏名又は名称】株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(72)【発明者】
【氏名】森 一政
(72)【発明者】
【氏名】宗田 幸夫
(72)【発明者】
【氏名】河野 仁
(72)【発明者】
【氏名】衛藤 俊一
【審査官】境 周一
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１９／００８８８９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１０－０１８８５３（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１９／０８８２０３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１０－０７６９９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／０３９４５３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００４－２９６２５４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６１－２６５２６５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６８３
Ｈ０２Ｎ １３／００
Ｃ０４Ｂ ３５／５８３
Ｈ０５Ｂ ３／７４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
マシナブルセラミックスからなる基材と、前記基材に少なくとも一部が内包された導電部材と、を備え、前記基材は、ウエハが搭載される搭載面を有する支持部と、前記支持部の前記搭載面と反対側に設けられている柱状部と、を有し、
前記導電部材は、前記支持部に内包されており、前記柱状部の上方に設けられている第１の加熱体と、前記第１の加熱体に隣接し、前記柱状部の上方から外れた位置に設けられている第２の加熱体と、を備え、
前記第１の加熱体および前記第２の加熱体は、それぞれ独立した通電制御が可能なように構成されており、
前記マシナブルセラミックスは、
窒化硼素、酸化ジルコニウム、窒化珪素および炭化珪素のセラミックス成分の合計を１００質量％とした場合に、窒化硼素を１０～８０質量％含有し、窒化珪素を０～８０質量％含有し、酸化ジルコニウムを０～８０質量％含有し、炭化珪素を０～４０質量％含有し、
前記セラミックス成分の合計を１００質量％とした場合に、更に焼結助剤成分を３～２５質量％含有することを特徴とするウエハ支持体。
【請求項2】
前記基材は、前記支持部と前記柱状部とがつなぎ目のない一部品で構成されており、前記柱状部は、円筒状または円柱状であることを特徴とする請求項１に記載のウエハ支持体。
【請求項3】
マシナブルセラミックスからなる基材と、前記基材に少なくとも一部が内包された導電部材と、を備え、前記基材は、ウエハが搭載される搭載面を有する支持部を有し、
前記支持部は、前記搭載面と反対側の面に、ウエハ支持体が用いられる装置本体から延びる柱状部が接する接触部を有し、
前記導電部材は、前記支持部に内包されており、前記接触部の上方に設けられている第１の加熱体と、前記第１の加熱体に隣接し、前記接触部の上方から外れた位置に設けられている第２の加熱体と、を備え、
前記第１の加熱体および前記第２の加熱体は、それぞれ独立した通電制御が可能なように構成されていることを特徴とするウエハ支持体。
【請求項4】
前記マシナブルセラミックスは、窒化硼素、酸化ジルコニウム、窒化珪素および炭化珪素からなる群より選択された窒化硼素を必須とする少なくとも二つ以上の材料からなる焼結体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のウエハ支持体。
【請求項5】
前記導電部材は、モリブデン、タングステン、タンタルおよびそれらを含む合金からなる群から選択される金属材料で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のウエハ支持体。
【請求項6】
前記マシナブルセラミックスは、耐熱衝撃温度が６００℃以上の材料であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のウエハ支持体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願発明は、ウエハを支持する支持体に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、半導体製造プロセスの様々な場面で、ウエハの搬送や加熱に静電チャックや加熱ヒータといったセラミックスからなる部品が用いられている。静電チャックやセラミックスヒータは、基材であるセラミックス材料の中に電極や抵抗加熱体といった異種材料が埋設されている（特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第２９６７０２４号公報
【文献】特許第６０３００４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前述のセラミックスヒータは、高温で使用される場合があり、高温に加熱されたウエハ支持体に室温や低温のウエハが載置されると、その温度差により熱衝撃が生じる。そして、熱衝撃が大きいとウエハ支持体が破損する可能性がある。また、ウエハ支持体の温度分布が不均一な場合もウエハ支持体が破損する可能性がある。
【0005】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、熱による破損を抑えられる新たなウエハ支持体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明のある態様のウエハ支持体は、マシナブルセラミックスからなる基材と、基材に少なくとも一部が内包された導電部材と、を備える。基材は、ウエハが搭載される搭載面を有する支持部と、支持部の搭載面と反対側に設けられている柱状部と、を有する。導電部材は、支持部に内包されており、柱状部の上方に設けられている第１の加熱体と、第１の加熱体に隣接し、柱状部の上方から外れた位置に設けられている第２の加熱体と、を備える。第１の加熱体および第２の加熱体は、それぞれ独立した通電制御が可能なように構成されている。
【0007】
この態様によると、例えば、柱状部を介した放熱により、支持部での熱の均一性が低下しても、第１の加熱体を第２の加熱体とは別に独立して通電制御することで、支持部での熱の均一性を高めることができる。その結果、支持部内での温度の偏りによる変形や残留応力が減少し、ウエハ支持体の破損が抑えられる。
【0008】
基材は、支持部と柱状部とがつなぎ目のない一部品で構成されており、柱状部は、円筒状または円柱状であってもよい。これにより、ウエハ支持体自体には接合部（つなぎ目）がないため、原理的にリークが生じない。
【0009】
本発明の別の態様もまた、ウエハ支持体である。このウエハ支持体は、マシナブルセラミックスからなる基材と、基材に少なくとも一部が内包された導電部材と、を備える。基材は、ウエハが搭載される搭載面を有する支持部を有する。支持部は、搭載面と反対側の面に、ウエハ支持体が用いられる装置本体から延びる柱状部が接する接触部を有する。導電部材は、支持部に内包されており、接触部の上方に設けられている第１の加熱体と、第１の加熱体に隣接し、接触部の上方から外れた位置に設けられている第２の加熱体と、を備える。第１の加熱体および第２の加熱体は、それぞれ独立した通電制御が可能なように構成されている。
【0010】
この態様によると、例えば、柱状部を介した放熱により、支持部での熱の均一性が低下しても、第１の加熱体を第２の加熱体とは別に独立して通電制御することで、支持部での熱の均一性を高めることができる。その結果、支持部内での温度の偏りによる変形や残留応力が減少し、ウエハ支持体の破損が抑えられる。
【0011】
マシナブルセラミックスは、窒化硼素、酸化ジルコニウム、窒化珪素および炭化珪素からなる群より選択された窒化硼素を必須とする少なくとも二つ以上の材料からなる焼結体であってもよい。窒化硼素は、被削性に優れており、窒化硼素を必須成分とするマシナブルセラミックスを用いることで加工レートを大きくできる。また、基材の内部に異種材料である導電部材が内包されたウエハ支持体の場合、基材と導電部材の物性の違いによっては温度変化に対して内部応力が生じる。または、ウエハ支持体の外周部と中心部の温度差によって熱応力が生じる。しかしながら、窒化硼素は、優れた耐熱衝撃性を有しているため、基材が割れにくくなる。
【0012】
マシナブルセラミックスは、窒化硼素、酸化ジルコニウム、窒化珪素および炭化珪素のセラミックス成分の合計を１００質量％とした場合に、窒化硼素を１０～８０質量％含有し、窒化珪素を０～８０質量％含有し、酸化ジルコニウムを０～８０質量％含有し、炭化珪素を０～４０質量％含有してもよい。セラミックス成分の合計を１００質量％とした場合に、更に焼結助剤成分を３～２５質量％含有してもよい。
【0013】
導電部材は、モリブデン、タングステン、タンタルおよびそれらを含む合金からなる群から選択される金属材料で構成されていてもよい。
【0014】
マシナブルセラミックスは、耐熱衝撃温度が６００℃以上の材料であってもよい。これにより、ウエハ支持体の破損が抑えられる。
【0015】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。また、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、熱による破損を抑えられる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本実施の形態に係るウエハ支持体の概略断面図である。
【図2】本実施の形態に係るウエハ支持体の上面図である。
【図3】所定形状（円柱状）の焼結体から、本実施の形態に係るウエハ支持体が削り出される様子を説明するための模式図である。
【図5】残留応力のアンバランスが生じる抵抗加熱体の配置を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【0019】
（ウエハ支持体）
ウエハ支持体は、シリコンウエハ等の半導体基板を支持できればよく、吸着機構や加熱機構を備えていてもよい。例えば、ウエハ支持体は、単にウエハを搭載するサセプタであってもよい。また、ウエハ支持体は、搭載されたウエハに対して吸着力を生じる静電チャックや、ウエハを加熱するヒータであってもよい。また、ウエハ支持体が支持する対象物は、主にウエハであるが、その他の部材や部品を支持するものであってもよい。
ウエハ支持体は、シリコンウエハ等の半導体基板を支持できればよく、吸着機構や加熱機構を備えていてもよい。例えば、ウエハ支持体は、単にウエハを搭載するサセプタであってもよい。また、ウエハ支持体は、搭載されたウエハに対して吸着力を生じる静電チャックや、ウエハを加熱するヒータであってもよい。また、ウエハ支持体が支持する対象物は、主にウエハであるが、その他の部材や部品を支持するものであってもよい。
【0020】
【0021】
本実施の形態に係るウエハ支持体１０は、マシナブルセラミックスからなる基材１２と、基材１２に少なくとも一部が内包された導電部材１４，１６と、を有する。基材１２は、ウエハＷが搭載される搭載面１８ａを有する支持部１８と、支持部１８の搭載面１８ａと反対側に設けられている柱状部２０と、を有している。本実施の形態に係る支持部１８は円板状であり、柱状部２０は円筒状であり、支持部１８と柱状部２０とがつなぎ目のない一部品で構成されている。柱状部２０は、円柱状または角柱状であってもよい。
【0022】
導電部材１４は、基材１２の搭載面１８ａにウエハＷを固定するための吸着力を発生させる電流が流れる静電チャック電極１４ａ，１４ｂとして機能する。また、導電部材１６は、支持部１８に内包されており、柱状部２０の上方に設けられている第１の抵抗加熱体１６ａと、柱状部２０の上方から外れた位置に設けられている第２の抵抗加熱体１６ｂと、を備える。第１の抵抗加熱体１６ａおよび第２の抵抗加熱体１６ｂは、それぞれ独立した通電制御が可能なように構成されており、受動素子や能動素子を含む制御回路（不図示）によって、ウエハ全体が均一な所望の温度になるように各加熱体に通電する電流が制御される。
【0023】
なお、本実施の形態に係るウエハ支持体１０において、導電部材１４，１６は、焼結体である基材１２の支持部１８に埋設されている。そのため、導電部材１４，１６は、焼成の段階で原料粉末の内部に配置されている必要があり、焼成温度で溶けないような高融点金属であることが好ましい。例えば、導電部材の材料としては、モリブデン、タングステン、タンタル等の高融点金属や、それらを二種以上含む合金が好ましい。
【0024】
（マシナブルセラミックス）
本発明者は、ウエハ支持体に適した材料を見出すために鋭意検討した結果、加工性がよい（快削性を有する）いわゆるマシナブルセラミックスからなる焼結体が好ましいことを見出した。
本発明者は、ウエハ支持体に適した材料を見出すために鋭意検討した結果、加工性がよい（快削性を有する）いわゆるマシナブルセラミックスからなる焼結体が好ましいことを見出した。
【0025】
マシナブルセラミックスは、一般的なファインセラミックス、例えば酸化アルミニウム、窒化珪素、窒化アルミニウム、炭化珪素等と比較して、機械加工が容易である。つまり、マシナブルセラミックスにおいては、セラミックスの加工で問題になるチッピングと呼ばれる欠けが発生しにくく、複雑な加工が可能となる。また、マシナブルセラミックスの加工時の研削量（加工レート）は、ファインセラミックスの加工時の研削量の数倍から数百倍であり、効率のよい加工が可能である。
【0026】
マシナブルセラミックスはセラミックス成分となる複数の原料化合物が混合されている複合材であり、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）の配合割合によって、体積抵抗率を調整できる。その結果、クーロン型やジョンソンラーベック型といった静電チャックの吸着機構のどちらにも対応できる。また、ヒータの場合は炭化珪素を添加しないことで絶縁体として使用できる。なお、マシナブルセラミックスは全体が均一組成である必要はなく、ウエハＷが搭載される搭載面１８ａに近い導電部材１４を収容する部分、支持部１８の中心部にある導電部材１６を収容する部分、柱状部２０に近い部分のそれぞれで、各部分の機能が最適になるように組成を異ならせてもよい。
【0027】
更に主成分の一つに窒化硼素（ＢＮ）が挙げられているが、一般的な酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化珪素（ＳｉＣ）に比べ優れた耐熱衝撃性を有しており、製品であるウエハ支持体になった際、割れによる破損を防止することができる。
【0028】
本実施の形態係るマシナブルセラミックスは、窒化硼素、酸化ジルコニウム、窒化珪素および炭化珪素からなる群より選択された窒化硼素を必須とする少なくとも二つ以上の材料からなる焼結体である。窒化硼素は、被削性にも優れており、窒化硼素を必須成分とするマシナブルセラミックスを用いることで加工レートを大きくできる。また、基材の内部に異種材料である導電部材が内包されたウエハ支持体の場合、基材と導電部材の物性の違いによっては温度変化に対して内部応力が生じる。または、ウエハ支持体の外周部と中心部の温度差によって熱応力が生じる。しかしながら、窒化硼素は、優れた耐熱衝撃性を有しているため、基材が割れにくくなる。
【0029】
本実施の形態に係るマシナブルセラミックスは、窒化硼素、酸化ジルコニウム、窒化珪素および炭化珪素のセラミックス成分の合計を１００質量％とした場合に、窒化硼素を１０～８０質量％含有し、窒化珪素を０～８０質量％含有し、酸化ジルコニウムを０～８０質量％含有し、炭化珪素を０～４０質量％含有しているとよい。
【0030】
また、本実施の形態に係るマシナブルセラミックスは、焼結助剤成分を含有している。焼結助剤は、窒化珪素や窒化硼素の焼結に使用されているものから選択することができる。好ましい焼結助剤は酸化アルミニウム（アルミナ）、酸化マグネシウム（マグネシア）、酸化イットリウム（イットリア）、およびランタノイド金属の酸化物から得られた１種若しくは２種以上である。より好ましくはアルミナとイットリアの混合物、若しくはこれに更にマグネシアを添加した混合物、若しくはイットリアとマグネシアの混合物等である。
【0031】
焼結助剤成分の配合量は、セラミックス成分の合計を１００質量％とした場合に、外掛けで１～２５質量％、特に３～２５質量％の範囲とすることが望ましい。焼結助剤成分の配合量が１質量％以上、好ましくは３質量％以上であれば、緻密化しやすくなり、焼結体の密度不足や機械的特性の低下を抑制できる。一方、焼結助剤成分の配合量が２５質量％以下であれば、強度の低い粒界相が低減されることで、機械的強度の低下や粒界相の増加による加工性の低下が抑制できる。
【0032】
なお、窒化硼素は、被削性に優れるものの強度特性が悪い。したがって、焼結体中に粗大な窒化硼素が存在すると、それが破壊起点となって、加工時のカケ、割れ発生要因となる。このような粗大な窒化硼素粒子を形成しないためには、原料粉末を微粉にすることが有効である。主原料粉末、特に窒化硼素の原料粉末は平均粒径２μｍ未満のものを使用することが望ましい。窒化硼素は、六方晶系（ｈ－ＢＮ）低圧相のものや立方晶系（ｃ－ＢＮ）高圧相のものなどが存在するが、快削性の観点では六方晶系の窒化硼素が好ましい。また、加工性の観点では、窒化硼素が多いほど、また、窒化珪素（および酸化ジルコニウム）が少ないほど好ましい。また、機械的強度やヤング率は、窒化硼素が多いほど、また、窒化珪素（および酸化ジルコニウム）が少ないほど低くなる。
【0033】
マシナブルセラミックスとしては、例えば、ＢＮ含有窒化珪素系セラミックス（「ホトベールII」、「ホトベールII-k７０」：株式会社フェローテックマテリアルテクノロジーズ製）が挙げられる。なお、ホトベールII-k７０の組成は、窒化硼素が３８．５質量％、窒化珪素が５４．１質量％、イットリアが５．５質量％、マグネシア１．９質量％である。このＢＮ含有窒化珪素系セラミックスは、曲げ強度が６００ＭＰａ以下、ヤング率が２５０ＧＰａ以下、ビッカース硬度が５ＧＰａ以下である。このような特性を有するマシナブルセラミックスは、加工時の単位時間当たりの研削量（加工レート）が大きく、複雑な形状のウエハ支持体であっても効率良く生産できる。また、基材を単純な形状のブロックとして作製してから、所望の形状に切削加工することで、一部品で複雑なウエハ支持体を製造できる。
【0034】
（焼結体の製造方法）
まず、後述する各実施例や各比較例の配合量に応じて、窒化硼素、酸化ジルコニウム、窒化珪素および炭化珪素等のセラミックス成分となる主原料粉末と、セラミックス成分の合計を１００質量％とした場合に、３～２５質量％の焼結助剤粉末と、を混合して原料粉末を調製する。この混合は、例えば、湿式ボールミル等により行うことができる。
まず、後述する各実施例や各比較例の配合量に応じて、窒化硼素、酸化ジルコニウム、窒化珪素および炭化珪素等のセラミックス成分となる主原料粉末と、セラミックス成分の合計を１００質量％とした場合に、３～２５質量％の焼結助剤粉末と、を混合して原料粉末を調製する。この混合は、例えば、湿式ボールミル等により行うことができる。
【0035】
次に、原料粉末または成型体あるいはその両方を高温加圧下で成形し、焼成することで焼結体が作製される。なお、原料粉末または成型体の一部を焼結体に置き換えてもよい。また、ヒータのための抵抗加熱体や静電チャックの電極を焼結体の内部に設けるためには、ホットプレス装置に原料粉末、成型体または焼結体を充填する際に、焼成後に導電体となる部材や材料（例えば、金属板、金属箔、導電ペースト、コイル、メッシュ等）を所定位置に配置（埋設）すればよい。なお、導電体の形状は特に限定されない。この焼成は、例えば、ホットプレス装置を用いて行うことができる。ホットプレスは、非酸化性（不活性）雰囲気である例えば窒素やアルゴン雰囲気中で行うが、加圧窒素中で行ってもよい。ホットプレス温度は例えば、１３００～１９５０℃の範囲である。温度が低すぎると焼結が不十分となり、高すぎると主原料の熱分解が起こるようになる。加圧力は２０～５０ＭＰａの範囲内が適当である。ホットプレスの持続時間は温度や寸法にもよるが、通常は１～４時間程度である。高温加圧焼結は、ＨＩＰ（ホットアイソスタティクプレス）により行うこともできる。この場合の焼結条件も、当業者であれば適宜設定できる。
【0036】
その後、焼結体を所望の形状に加工し、ウエハ支持体が製造される。本実施の形態に係るマシナブルセラミックスは、高強度で高マシナブル性（快削性）を有するので、複雑な微細加工が工業的に現実的な時間で可能である。図３は、所定形状（円柱状）の焼結体２２から、本実施の形態に係るウエハ支持体１０が削り出される様子を説明するための模式図である。
【0037】
図３に示すように、本実施の形態に係る焼結体２２は、直径Ｌが３００～４５０ｍｍ、厚みｄが１００～３００ｍｍ程度の円柱状の部材である。このように単純な形状であれば、ホットプレス装置において複雑な型を用いずに済み、均一で緻密な焼結体を作製できる。その後、切削機械を用いて領域Ｒ１～Ｒ３を順次切削することで、所望の形状のウエハ支持体が作製される。
【0038】
前述のように、本実施の形態に係るマシナブルセラミックスは加工レートが大きいため、非常に硬く加工レートが小さい一般的なファインセラミックスと比較して、短時間で多くの領域を削ることができる。つまり、ホットプレス装置における焼成によって基材１２を作製する段階で複雑な形状を実現しなくても、基材１２を作製してから加工ができるため、様々な形状のウエハ支持体の製造が可能となる。
【0039】
また、ウエハ支持体は、半導体プロセスのような高真空環境下で使用されることが多く、ウエハ支持体を介したリークを抑えることが重要である。特に、ウエハ支持体が、ウエハを搭載する支持部と、その他の部分（シャフト、管、フランジ等）とが別部品で構成されている場合、部品同士を接合処理や機械締結した箇所からのリークが問題となる。しかしながら、本実施の形態に係るウエハ支持体は全体が一部品であり、接合部（つなぎ目）がないため、原理的にリークが生じない。
【0040】
また、つなぎ目がなく全体が一部品であるウエハ支持体は、ヒートサイクルや熱衝撃に対する耐性が向上し、製品の信頼性向上につながる。更に、半導体プロセス中で腐食ガス等を用いる場合であっても、ウエハ支持体全体がセラミックス一体型であるため、耐腐食性も向上する。
【0041】
また従来のファインセラミックスの場合、搭載面の表面の算術平均粗さＲａが大きいと静電チャックとウエハとの間からガスが漏れやすかった。一方、本実施の形態に係るウエハ支持体１０の搭載面１８ａの表面の算術平均粗さＲａは０．１～０．６μｍの範囲であるが、ガスの漏れは検出されていない。
【0042】
［実施例］
次に、各実施例や各比較例に係るウエハ支持体の特性について説明する。各実施例および各比較例におけるセラミックス成分および焼結助剤成分の含有量は表１に示すとおりである。
次に、各実施例や各比較例に係るウエハ支持体の特性について説明する。各実施例および各比較例におけるセラミックス成分および焼結助剤成分の含有量は表１に示すとおりである。
【表1】
【0043】
（体積抵抗率の温度依存性）
ウエハ支持体を静電チャックとして用いる場合、適正な吸着力を発生させるために支持部１８の体積抵抗率が所望の範囲である必要がある。例えば、クーロン型（高抵抗材）の静電チャックの場合、体積抵抗率は１０１４Ωｃｍ前後が望ましい。一方、ジョンソンラーベック型（低抵抗材）の静電チャックの場合、体積抵抗率は１０９～１０１１Ωｃｍの範囲が望ましい。そこで、静電チャックとして機能する本実施の形態に係るウエハ支持体の体積抵抗率は、２５～５００℃の温度範囲において１０６～１０１６Ωｃｍ程度の範囲となるように調整されている。これにより、ウエハ支持体を静電チャックとして用いることができる。
ウエハ支持体を静電チャックとして用いる場合、適正な吸着力を発生させるために支持部１８の体積抵抗率が所望の範囲である必要がある。例えば、クーロン型（高抵抗材）の静電チャックの場合、体積抵抗率は１０１４Ωｃｍ前後が望ましい。一方、ジョンソンラーベック型（低抵抗材）の静電チャックの場合、体積抵抗率は１０９～１０１１Ωｃｍの範囲が望ましい。そこで、静電チャックとして機能する本実施の形態に係るウエハ支持体の体積抵抗率は、２５～５００℃の温度範囲において１０６～１０１６Ωｃｍ程度の範囲となるように調整されている。これにより、ウエハ支持体を静電チャックとして用いることができる。
【0044】
また、ジョンソンラーベック型の静電チャックの場合、体積抵抗率が変化すると、静電吸着力が変化するとされている。そのため、体積抵抗率の温度依存性が少ないウエハ支持体であれば、様々な使用温度において共用できる。例えば、実施例１、２、４、６～８に係るウエハ支持体の２５℃における体積抵抗率は１．５×１０８～７．０×１０１１Ωｃｍであり、ジョンソンラーベック型の静電チャックとして使用できる。加えて、実施例１、２、４、６、８に係るウエハ支持体は、２５～５００℃の温度範囲での体積抵抗率の変化が二桁程度であり、材料の異なるウエハ支持体を使い分けなくても様々なプロセス温度での使用が可能である。また、実施例３に係るウエハ支持体は、少なくとも２５～２００℃の温度範囲で、クーロン型の静電チャックとして使用できる。
【0045】
（吸着力）
次に、ウエハ支持体の吸着力について説明する。図１に示すように、ウエハ支持体１０は、チャンバ側に露出する搭載面１８ａから柱状部２０の内部を通過して外部のガス供給源（不図示）まで繋がっているガス導入口１８ｂが形成されている。ガス導入口１８ｂは、搭載面１８ａに吸着されたウエハＷを裏面側から冷却するガスを供給するためのものである。ガス導入口１８ｂから搭載面１８ａ側に流入したガスは、放射状の溝１８ｃ（図２参照）によってウエハＷの裏面側全体に供給される。したがって、搭載面１８ａとウエハＷとの間で十分な吸着力が発生していないと、搭載面１８ａとウエハＷとの隙間からガスがリークすることになる。そこで、実施例１に係るウエハ支持体を用いて静電チャック電極に所定の電圧（±３５０Ｖ）を印加してウエハＷを吸着したところ、ガス供給源からのＡｒガス圧が２５Ｔｏｒｒまでリークが発生しないことが確認された。
次に、ウエハ支持体の吸着力について説明する。図１に示すように、ウエハ支持体１０は、チャンバ側に露出する搭載面１８ａから柱状部２０の内部を通過して外部のガス供給源（不図示）まで繋がっているガス導入口１８ｂが形成されている。ガス導入口１８ｂは、搭載面１８ａに吸着されたウエハＷを裏面側から冷却するガスを供給するためのものである。ガス導入口１８ｂから搭載面１８ａ側に流入したガスは、放射状の溝１８ｃ（図２参照）によってウエハＷの裏面側全体に供給される。したがって、搭載面１８ａとウエハＷとの間で十分な吸着力が発生していないと、搭載面１８ａとウエハＷとの隙間からガスがリークすることになる。そこで、実施例１に係るウエハ支持体を用いて静電チャック電極に所定の電圧（±３５０Ｖ）を印加してウエハＷを吸着したところ、ガス供給源からのＡｒガス圧が２５Ｔｏｒｒまでリークが発生しないことが確認された。
【0046】
このように、搭載面１８ａとウエハＷとの間からリークしない程度の吸着力を発生させる電圧を印加し、ウエハ支持体の温度を上げると、体積抵抗率が低下することで、ウエハＷに流れる電流が増大する。このような電流の増大は、ウエハに対するプロセス上好ましくない。そこで、搭載面１８ａとウエハＷとの間で静電吸着が生じている状態で、２５℃～５００℃まで昇温し、室温で調整を行った電圧を一定に維持しながら、電流の変化を測定した。その結果、実施例１，２，６～８に係るウエハ支持体は、電流上昇量が許容内の上昇であった。
【0047】
（リークテスト）
本実施の形態に係るウエハ支持体のように、接合部がないシームレス品のシャフトや筒といった柱状部２０の気密性評価を行った。ヘリウムリークディティクターに接続して、シャフトや筒と呼ばれる部分の内部を真空にし、外部からヘリウムを吹き付けた。ヘリウムリークディティクターとして、アルバック株式会社製ＨＥＲＩＯＴ９０１Ｄ２を用いた。実施例１～３、６に係るウエハ支持体で評価をした結果、１×１０１２Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以下のリーク量で装置の検出限界以下であった。
本実施の形態に係るウエハ支持体のように、接合部がないシームレス品のシャフトや筒といった柱状部２０の気密性評価を行った。ヘリウムリークディティクターに接続して、シャフトや筒と呼ばれる部分の内部を真空にし、外部からヘリウムを吹き付けた。ヘリウムリークディティクターとして、アルバック株式会社製ＨＥＲＩＯＴ９０１Ｄ２を用いた。実施例１～３、６に係るウエハ支持体で評価をした結果、１×１０１２Ｐａ・ｍ３／ｓｅｃ以下のリーク量で装置の検出限界以下であった。
【0048】
（耐熱衝撃）
ウエハ支持体は、高温プロセスで使われる場合があり、急激な温度変化にどこまで耐えられるかという耐熱衝撃性が求められる。耐熱衝撃性ΔＴは下記式で表される。
ΔＴ＝σ／（Ｅ×α）（Ｅ：ヤング率、α：熱膨脹係数、σ：強度)
ウエハ支持体は、高温プロセスで使われる場合があり、急激な温度変化にどこまで耐えられるかという耐熱衝撃性が求められる。耐熱衝撃性ΔＴは下記式で表される。
ΔＴ＝σ／（Ｅ×α）（Ｅ：ヤング率、α：熱膨脹係数、σ：強度)
【0049】
窒化硼素は、熱膨張係数およびヤング率が小さく、高強度の他のセラミックスと複合することで、耐熱衝撃性が高く高強度の複合セラミックスが得られる。耐熱衝撃性については、ＪＩＳ Ｒ１６１５に準拠し、ウエハ支持体と同じ組成で作製した試験片（４０×４×３ｍｍ）を大気中で加熱し、所定の温度に保持してから、室温の水中に投下して急冷し、クラックや剥離が生じるかを観察した。また、５０℃刻みで加熱温度を上げていき、その際に３点曲げ強度を測定し、加熱急冷前の試験片での強度の９０％以上となる温度を耐熱衝撃温度ΔＴとした。各実施例および各比較例に係るウエハ支持体と同じ組成の試験片の耐熱衝撃温度ΔＴを表２に示す。
【表2】
【0050】
表２の耐熱衝撃性の欄において、耐熱衝撃温度が６００℃以上であったものを「〇」、６００℃未満であったものを「×」と判定した。表２に示すように、窒化硼素が多く含まれている実施例１～１０に係るウエハ支持体は、耐熱衝撃温度が６００℃以上の材料であり、良好な耐熱衝撃性が得られた。これにより、ウエハ支持体の破損が抑えられる。
【0051】
次に、高い耐熱衝撃温度が必要な半導体プロセスについて説明する。多くの半導体プロセスの中で、例えば成膜プロセスにおいて、膜の密着性や成膜速度を上げるためにウエハを５００℃以上に加熱する場合がある。加熱されたウエハ支持体に、室温や低温のウエハが搬送されると、表面に熱衝撃が生じる。そのため、従来、ウエハ支持体に使用されている耐熱衝撃温度が４００℃以下の窒化アルミやアルミナは、破損しやすかった。そこで、熱衝撃を和らげるために、ウエハを予め温める機構を設けると、プロセスにおけるスループットの低下や装置の大型化を招くといった問題がある。
【0052】
これに対して、各実施例に示すように、体熱衝撃温度が６００℃以上のウエハ支持体であれば、１００℃／ｍｉｎ以上の急速昇温が生じるプロセスであっても破損を抑えられる。
【0053】
また、ウエハ支持体を高温で使用する場合、図１に示すように、ウエハ支持体が設けられている装置本体への熱影響を抑えるために、支持部１８の外周部や中心部を保持する柱状部２０が設けられている。そのため、柱状部２０から熱の伝導により冷却され、支持部１８や搭載面１８ａでの均熱性が損なわれる。特に、柱状部２０は装置保護のための冷却機構を持つことが多い。
【0054】
そこで、図１に示すウエハ支持体１０のように、柱状部２０の上方に設けられている第１の抵抗加熱体１６ａと、柱状部２０の上方から外れた位置に設けられている第２の抵抗加熱体１６ｂと、を備えることで、熱が外部に伝熱しやすい柱状部２０の上方に設けられている第１の抵抗加熱体１６ａへの通電量（電流）を、第２の抵抗加熱体１６ｂへの通電量（電流）とは別に制御できる。これにより、ウエハ支持体１０の支持部１８や搭載面１８ａにおける温度分布の均一性を上げることができる。
【0055】
つまり、例えば、柱状部２０を介した放熱により、支持部での熱の均一性が低下しても、第１の抵抗加熱体１６ａを第２の抵抗加熱体１６ｂとは別に独立して通電制御することで、支持部１８での熱の均一性を高めることができる。その結果、支持部１８内での温度の偏りによる変形や残留応力が減少し、ウエハ支持体１０の破損が抑えられる。
【0056】
図４は、図１に示すウエハ支持体の変形例の概略構成を示す模式図である。図４に示すウエハ支持体３０は、円板状の支持部３２と、支持部３２の搭載面３２ａと反対側に設けられている円柱形状の柱状部３４と、を備える。支持部３２は、二層になっており、下層３２ｂの内部に、第１の抵抗加熱体３６ａと第２の抵抗加熱体３６ｂとが埋設されている。また、第１の抵抗加熱体３６ａは、柱状部３４の上方に設けられており、第２の抵抗加熱体３６ｂは、柱状部３４の上方から外れた位置に設けられている。また、第１の抵抗加熱体３６ａおよび第２の抵抗加熱体３６ｂは、それぞれ独立した通電制御が可能なように構成されており、受動素子や能動素子を含む制御回路によって、ウエハが均一な所望の温度になるように各加熱体に通電する電流が制御される。
【0057】
このように、それぞれ独立した通電制御が可能な複数の抵抗加熱体を設けることで、支持部や搭載面における温度分布の均一性を上げることができるが、複数の抵抗加熱体の配置によっては、ホットプレス炉にて加圧焼成を行うと、残留応力のアンバランスが生じる可能性がある。
【0058】
なお、柱状部３４が支持部３２と別部品であり、ウエハ支持体１０が用いられる装置本体から柱状部３４が延びている場合、支持部３２は、搭載面３２ａと反対側の面に、柱状部３４が接する接触面３２ｄを有する。この場合、導電部材は、支持部３２に内包されており、接触部３２ｄの上方に設けられている第１の抵抗加熱体３６ａと、第１の抵抗加熱体３６ａに隣接し、接触面３２ｄの上方から外れた位置に設けられている第２の抵抗加熱体３６ｂと、を備えることになる
【0059】
図５は、残留応力のアンバランスが生じる抵抗加熱体の配置を説明する模式図である。図５に示すように、第２の抵抗加熱体３６ｂを支持部３２の下層３２ｂに、第１の抵抗加熱体３６ａを支持部３２の上層３２ｃに配置した場合、加圧焼成の際に生じるアンバランスな残留応力と、加熱時の熱応力が合わさり、支持部３２が反るように変形し、割れるおそれがある。
【0060】
そこで、複数の抵抗加熱体を積層して配置する場合には以下のレイアウトが有効である。図６は、図４に示すウエハ支持体の支持部の変形例の概略構成を示す模式図である。図６に示すように、下層３２ｂや上層３２ｃの両方の層に抵抗加熱体を配置する場合、各層で抵抗加熱体が均等に配置されているとよい。具体的には、上層３２ｃの全体にわたって第３の抵抗加熱体３６ｃが埋設されている場合は、下層３２ｂにおいても、第１の抵抗加熱体３６ａおよび第２の抵抗加熱体３６ｂが全体にわたって埋設されているとよい。これにより、ホットプレス焼成を行う場合に変形しにくい残留応力の分布となる。
【0061】
なお、ウエハ支持体を室温付近で使用する場合であっても、給電のための端子をウエハ支持体に溶接（金属ロウ付け）するといった処理（９００℃）において、図５に示す支持部３２に破損が生じるおそれがある。これは、耐熱衝撃性の高い（熱膨張率の小さい）セラミックスからなる支持部３２に対し、金属からなる抵抗加熱体の熱膨脹率が大きいために生じると考えられる。しかしながら、そのような場合であっても、図６に示す支持部３２の構成であれば破損が抑制される。
【0062】
（他の態様）
図１に示すウエハ支持体１０は、接合や削り出しにより外見的につなぎ目がない一部品であるが、必ずしも一部品である必要はない。例えば、基材１２における支持部１８を構成する部分と、柱状部２０とを別部品にし、ネジなどの接合部品で一体化したウエハ支持体であってもよい。この場合、柱状部２０はセラミックス材料でも金属材料でもよい。
図１に示すウエハ支持体１０は、接合や削り出しにより外見的につなぎ目がない一部品であるが、必ずしも一部品である必要はない。例えば、基材１２における支持部１８を構成する部分と、柱状部２０とを別部品にし、ネジなどの接合部品で一体化したウエハ支持体であってもよい。この場合、柱状部２０はセラミックス材料でも金属材料でもよい。
【0063】
このように、ウエハ支持体１０が２部品以上であり、セラミックス材料からなる基材１２に対して、金属材料からなる柱状部２０を接合して一体化した場合、柱状部２０を介した熱の流出（冷却）が大きくなる。しかしながら、このような構成であっても、柱状部２０の上方にある第１の抵抗加熱体１６ａの通電量を増加させることで、支持部１８の温度を均一にでき、ウエハ支持体１０の破損が抑えられる。
【0064】
また、本実施の形態に係る窒化硼素は、熱伝導率の異方性を有するものであってもよく、ウィスカー（髭状結晶）であってもよい。また、図１に示すように、ウエハＷを加熱する際にウエハ全体の温度をより均一化するためのガスを、ウエハＷと搭載面１８ａとの間に導入してもよい。その際、ガスが導入されるスペースがウエハＷと搭載面１８ａとの間に必要なため、搭載面１８ａの表面に小さな凸形状を複数形成してもよい。凸形状は、例えば、エンボス、メサ、ドット等の形状であってよい。凸形状は、機械加工やブラスト加工で形成してもよいし、ＴｉＮ膜やＤＬＣ膜等の凸部（縞状部分）を搭載面１８ａの表面にパターン状に形成してもよい。
【0065】
以上、本発明を上述の実施の形態や実施例を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、各実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて実施の形態における組合せや工程の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。
【符号の説明】
【0066】
１８…支持部、２０…柱状部、１６ａ…第１の抵抗加熱体、１６ｂ…第２の抵抗加熱体、１０…ウエハ支持体、１２…基材、１８ａ…搭載面、３０…ウエハ支持体、３２…支持部、３２ａ…搭載面、３６ａ…第１の抵抗加熱体、３６ｂ…第２の抵抗加熱体、３２ｂ…下層、３２ｃ…上層、３４…柱状部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】