JP2002164425A

JP2002164425A - ウエハ支持部材

Info

Publication number: JP2002164425A
Application number: JP2000360136A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Yokoyama; 清横山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2000-11-27
Filing date: 2000-11-27
Publication date: 2002-06-07
Anticipated expiration: 2020-11-27
Also published as: JP4436560B2

Abstract

(57)【要約】【課題】−30℃から200℃の温度範囲内において、設置
面３の均熱化が図れ、設置面３の温度調整時間が短い耐
久性に優れたウエハ支持部材１を提供する。【解決手段】ウエハＷの設置面３を有する板状セラミッ
ク体２と、冷却機構を備えた基台９とを接合するにあた
り、板状セラミック体２に、融点が７００℃以上の単一
金属からなる第一金属層６を被着し、さらに第一金属層
６を覆うように、Ti、Ni、Au、及びＰｔから選ばれる単
一金属からなる第二金属層７を被着し、さらに上記第二
金属層７と基台９とをロウ材層８を介して接合するとと
もに、上記第一金属層６及び第ニ金属層７の各層厚みＴ
１，Ｔ２をそれぞれ０．１μｍ以上、第一金属層６及び
第ニ金属層７の合計層厚みＴを０．２〜２０μｍとして
ウエハ支持部材１を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハや液
晶基板等のウエハを支持し、ウエハの均熱化を図るため
に使用するウエハ支持部材に関するものであり、特にＣ
ＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、ＳＯＤ、ＳＯＧ等の成
膜装置用や光エッチングやプラズマエッチング等を用い
たエッチング装置用として好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体デバイスの製造工程のう
ち、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、ＳＯＤ、ＳＯＧ
等を用いた成膜工程や、光エッチングやプラズマエッチ
ング等を用いたエッチング工程では、半導体ウエハ（以
下、単にウエハという）に均一な膜を付けたり、均一な
エッチングを施すにあたり、ウエハを精度良く支持する
とともに、ウエハの加工表面における温度を均一化する
ためにウエハ支持部材が用いられている。

【０００３】ところで、近年、成膜材料として銅が用い
られるようになり、０℃〜−３０℃といった低温域で成
膜することが求められており、ウエハを支持するウエハ
支持部材も上記使用温度で効率良く冷却できるものが要
求されている。

【０００４】例えば、特開平１０−３２２３９号公報に
は、図２に示すように、板状セラミック体２２の一方の
主面を、ウエハＷを載せる設置面２３とし、上記板状セ
ラミック体２２の他方の主面にメタライズ層２５を備
え、該メタライズ層２５にロウ材層２６を介したロウ付
けにより冷却機構を備えた基台２７を接合してなり、上
記板状セラミック体２２中には静電吸着用としての内部
電極２４を備えたウエハ支持部材２１が開示されてお
り、上記設置面２３にウエハＷを載せ、該ウエハＷと内
部電極２４との間に通電して静電吸着力を発生させるこ
とによりウエハＷを設置面２３上に強制的に吸着固定さ
せるとともに、上記基台２７の冷却機構によって設置面
２３上に固定されたウエハＷの加工表面が均一な温度と
なるように調整するようになっていた。

【０００５】また、特開平３−３２４９号公報には、図
３に示すように、板状セラミック体３２の一方の主面
を、ウエハＷを載せる設置面３３とし、上記板状セラミ
ック体３２の他方の主面に形成した金属層３５を介して
金属ボンディングにより冷却機構を備えた基台３９を接
合してなり、上記板状セラミック体２２中には静電吸着
用としての一対の内部電極３４を備えたウエハ支持部材
３１が開示されており、上記設置面３３にウエハＷを載
せ、一対の内部電極３４，３４間に通電してウエハＷと
の間に静電吸着力を発生させることによりウエハＷを設
置面３３上に強制的に吸着固定させるとともに、上記基
台３９の冷却機構によって設置面３３上に固定されたウ
エハＷの加工表面が均一な温度となるように調整するよ
うになっていた。そして、上記板状セラミック体３２の
他方の主面に形成する金属層３５は、板状セラミック体
３２側から順にクロム（Ｃｒ）からなる第一金属層３６
と、銅（Ｃｕ）からなる第二金属層３７を順次積層して
形成されており、インジウム（Ｉｎ）からなる接合層３
８を介して基台３９と金属ボンディングするようになっ
ていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ウエハ支持
部材２１，３１の設置面２３，３３における温度分布を
できるだけ均一化するには、板状セラミック体２２，３
２と基台２７，３９との間をできるだけ薄くする必要が
ある。

【０００７】しかしながら、特開平１０−３２２３９号
公報に開示された図２のウエハ支持部材２１では、基台
２７を板状セラミック体２２にロウ付けするために形成
するメタライズ層２５の平均層厚みが３０μｍ程度と厚
く、これ以上薄くすることは難しいものであった。

【０００８】即ち、メタライズ層２５は、一般的に印
刷、焼き付けという工程をへて形成されるのであるが、
印刷工程におけるばらつきを無くすためには印刷厚みを
ある程度厚くしなければならず、その結果、メタライズ
層２５の平均層厚みを３０μｍ未満とすることは難しい
ものであった。

【０００９】また、焼き付けによって形成されたメタラ
イズ層２５は、その表面粗さが粗いため、メタライズ層
２５の表面全体にロウ材層２６を形成する場合、ロウ材
層２６の層厚みを厚くせざるを得ず、メタライズ層２５
及びロウ材層２６の合計層厚みを薄くするには限界があ
るため、両者間の熱伝達効率を高めることができないと
いった課題があった。

【００１０】しかも、メタライズ層２５やロウ材層２６
を形成する材質は、それぞれ合金や複合材であるため、
メタライズ層２５及びロウ材層２６そのものの熱伝達率
も悪く、その結果、設置面２３における温度分布を近年
要求されている１０℃未満とすることが難しく、また、
設置面２３を所定の温度に加熱したり、冷却するのにも
時間がかかり、一枚のウエハＷに各種処理を施すのに要
する時間が長く、スループットが悪いといった課題があ
った。

【００１１】一方、特開平３−３２４９号公報に開示さ
れた図３に示すウエハ支持部材３１では、板状セラミッ
ク体３２と基台３９とを金属ボンディングする接合層３
８に単一金属からなるインジウム（Ｉｎ）が用いられて
いるのであるが、インジウム（Ｉｎ）の融点は１５６．
４℃であるため、１６０℃以上の温度ではインジウム
（Ｉｎ）が溶融してしまうため使用できないといった課
題があった。

【００１２】即ち、成膜材料として銅が用いられるよう
な場合、成膜温度は０℃〜−３０℃と低温域で行われる
ものの、成膜を繰り返すと、ウエハ支持部材３１を収容
する真空処理室内に、一酸化炭素ガス（ＣＯガス）や二
酸化炭素ガス（ＣＯ₂ガス)あるいは塩素ガス（Ｃｌ₂ガ
ス)等のガスが溜まり、成膜に悪影響を与えることから
真空処理室内を定期的に２００℃以上の温度に加熱して
上記ガスを飛ばすベーキング処理が行われるのである
が、このベーキング処理時にインジウム（Ｉｎ）が溶融
していた。また、このベーキング処理は成膜工程以外に
エッチング工程でも行われるため、エッチング工程にお
いても同様の問題があった。

【００１３】また、このウエハ支持部材３１では、金属
層３５を形成する第ニ金属層３７としてＣｕが用いられ
ているために、特にベーキング処理時に酸化され易く、
この酸化が進行すると熱伝達率が大きく低下するととも
に、接合強度も大きく低下し、ベーキング処理時に作用
する熱応力によって第二金属層３７の剥離が発生して第
一金属層３６や接合層３８との間に隙間ができるため、
隙間のある部分と隙間のない部分で熱伝達特性に差がで
き、設置面３３における温度を均一にすることができな
くなるといった課題もあった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、ウエハ支持部材を構成する板状セラミック体
と基台とを接合するにあたり、板状セラミック体の他方
の主面に、融点が７００℃以上の単一金属からなる第一
金属層を形成し、この第一金属層を覆うように上記第一
金属層上に、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、及びＰｔのいずれか一
種の単一金属からなる第二金属層を形成し、さらに上記
第二金属層と基台とをロウ材層を介して接合するととも
に、上記第一金属層及び第ニ金属層の各層厚みをそれぞ
れ０．１μｍ以上とし、かつ上記第一金属層及び第ニ金
属層の合計層厚みを０．２〜２０μｍとしたことを特徴
とする。

【００１５】なお、上記ロウ材層としては金ロウを用い
ることが好ましく、また、第二金属層の層厚みは第一金
属層の層厚みより厚くすることが好ましい。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。

【００１７】図１は本発明のウエハ支持部材を示す断面
図である。

【００１８】このウエハ支持部材１は、板状セラミック
体２の一方の主面を、ウエハＷを載せる設置面３とする
とともに、上記板状セラミック体２中の設置面３近傍に
は静電吸着用として一対の内部電極４ａ，４ａを、他方
の主面近傍にはヒータ電極としての内部電極４ｂをそれ
ぞれ埋設してなり、上記板状セラミック体２の他方の主
面には金属層５とロウ材層８を介して冷却機構を備えた
基台９を接合してある。

【００１９】また、上記金属層５は二層からなり、板状
セラミック体２の他方の主面には、融点が７００℃以上
の単一金属からなる第一金属層６を形成するとともに、
この第一金属層６上には、第一金属層６を覆うように、
Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、及びＰｔのいずれか一種の単一金属
からなる第二金属層７を形成し、この第二金属層７がロ
ウ材層８と接合されるようになっている。

【００２０】そして、このウエハ支持部材１を用いてウ
エハＷを保持し、ウエハＷの加工表面における均熱化を
図るには、設置面３上にウエハＷを載せ、静電吸着用電
極としての一対の内部電極４ａ，４ａ間に通電してウエ
ハＷとの間に静電吸着力を発生させることによりウエハ
Ｗを設置面３上に強制的に吸着固定させるとともに、ヒ
ータ電極としての内部電極４ｂに通電して発熱させるこ
とで設置面３上に固定されたウエハＷを加熱したり、あ
るいは上記基台９に備える冷却機構によって設置面３上
に固定されたウエハＷを冷却するのであるが、本発明の
ウエハ支持部材１は、金属層５を構成する第一金属層６
と第二金属層７がそれぞれ単一金属からなるため、此処
の熱伝達率が高く、また、ＰＶＤ法、イオンプレーティ
ング法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、メッキ法等の薄
膜形成手段にて形成することにより極めて薄肉でかつ表
面が平滑な金属層６，７をそれぞれ形成することができ
る。

【００２１】その為、金属層５の層厚みＴを、メタライ
ズ層の層厚みよりも薄くすることができるとともに、第
二金属層７の表面が平滑であることから、その上に形成
するロウ材層８の層厚みＴ３をメタライズ層上に形成す
る場合と比較して薄くすることができ、結果として板状
セラミック体２と基台９との間隔を狭め、熱伝達効率を
大幅に向上させることができるとともに、各金属層６，
７における熱伝達特性との相乗効果により設置面３の均
熱化を図ることができ、その温度分布を１０℃未満とす
ることができる。しかも、設置面３を所定の温度に加熱
したり、冷却するのに要する時間も大幅に短縮すること
ができるため、一枚のウエハＷに各種処理を施すのに要
する時間を大幅に短縮することができ、スループットを
向上させることができる。

【００２２】また、第一金属層６は、融点が７００℃以
上の単一金属からなり、また、第二金属層７を形成する
Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、及びＰｔから選ばれる単一金属も融
点が７００℃以上であることから、例えば、成膜工程や
エッチング工程におけるベーキング処理時に２００℃以
上の高温に加熱されたとしても溶融するようなことがな
く使用することができる。

【００２３】また、本発明は金属層５を二層の単一金属
からなる金属層６，７により形成したことを特徴とす
る。

【００２４】即ち、金属層５が一層の単一金属のみで
は、板状セラミック体２との熱膨張差によって作用する
熱応力により部分的にクラックが発生し、板状セラミッ
ク体２やロウ材層８との強固な密着力が得られないので
ある。この原因は、板状セラミック体２を形成するセラ
ミックスと、金属層５を形成する金属との熱膨張差にあ
り、熱膨張係数の異なるセラミックスと金属を高温で接
合し常温にもどすと、一般的にセラミックスの熱膨張係
数は接合される金属の熱膨張係数に比べて小さいため、
セラミックス側には引っ張り応力が発生し、金属側には
圧縮応力が発生する。接合される金属とセラミックスの
厚みがほぼ等しい場合には、セラミックス側が凸に変形
し、逆に金属側が凹に変形するが、接合される金属がセ
ラミックスに比べて十分薄い場合には、この変形は発生
せず、金属の表面にヒビのようなクラックが発生し、こ
の金属表面にできたクラックによって第一金属層６の剥
離を招き、十分な接合強度が得られなかった。

【００２５】これに対し、本発明は、第一金属層６上
に、この第一金属層６を覆うように、第二金属層７を被
着し、この第二金属層７の成分によって第一金属層６に
できたクラックを埋めるようにしてあることから、第一
金属層６と板状セラミック体２との接合を強固なものと
することができるとともに、第二金属層７はその一部が
第一金属層６のクラックに入り込んでいるため、アンカ
ー効果によって第一金属層６と強固な密着力を得ること
ができる。さらに、第二金属層７の表面は平滑面とする
ことができるため、ロウ材層８の層厚みＴ３を薄くする
ことができる。しかも、金属層５を２層で構成すること
により、板状セラミック体２やロウ材層８との熱膨張差
によって発生する熱応力を第一金属層６と第二金属層７
との接合界面ですべりを発生させて逃がすことができる
ため、金属層５を一層の単一金属により形成する場合と
比較して格段に優れた接合強度を達成することができ
る。

【００２６】さらに、第二金属層７を形成するＴｉ、Ｎ
ｉ、Ａｕ、及びＰｔは、耐酸化性に優れることから、大
気雰囲気中で高温に曝されたとしても酸化し難いため、
熱伝達特性の劣化が少なく、また、第一金属層６を覆う
ことにより第一金属層６が外部雰囲気に曝され、その熱
伝達特性が劣化することを防ぐことができるため、設置
面３の均熱化と昇温、降温速度の向上を達成することが
できる。なお、第一金属層６を形成する材質としては、
特に限定するものではないが、例えば、Ｎｉ、Ｔｉ、
Ｗ、Ｍｏ、Ａｕ、等の少なくとも融点が７００℃以上を
有する単一金属により形成すれば良く、板状セラミック
体２を形成する材質との密着性を考慮して適宜選択して
用いれば良い。

【００２７】ところで、上述したような効果を奏するた
めには、第一金属層６及び第ニ金属層７の各層厚みＴ
１，Ｔ２をそれぞれ０．１μｍ以上とするとともに、第
一金属層６と第ニ金属層７の合計層厚みＴを０．２〜２
０μｍとすることが重要である。

【００２８】なぜなら、第一金属層６の層厚みＴ１が
０．１μｍ未満では、板状セラミック体２との十分な接
合強度が得られず、また、第二金属層７の層厚みＴ２が
０．１μｍ未満であると、第一金属層６にできたクラッ
クを埋めることができず、密着力を向上させる効果が小
さいからであり、それ故、第一金属層６と第ニ金属層７
の合計層厚みＴは０．２μｍ以上とすることが良く、逆
に、第一金属層６と第ニ金属層７の合計層厚みＴが２０
μｍを超えると、金属層５の熱伝達効率が悪くなるから
である。

【００２９】なお、第二金属層７の層厚みＴ２は、第一
金属層６の層厚みＴ１と同等あるいは厚くすることが好
ましく、このような構造とすることで第一金属層６に形
成されたクラックを第二金属層７の成分によって埋め尽
くすことが可能となるため、より強固なアンカー効果が
得られ、第一金属層６と第二金属層７との密着力を高め
ることができるとともに、金属層５と板状セラミック体
２との接合強度を高めることができる。

【００３０】金属層５を構成する第一金属層６及び第二
金属層７の形成にあたっては、前述したように、ＰＶＤ
法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、ＣＶ
Ｄ法、メッキ法等の薄膜形成手段を用いることができ、
これらの薄膜形成手段を用いれば、単一金属からなる薄
肉の金属層６，７を容易に形成することができるととも
に、金属層６，７の表面における表面粗さを平滑に仕上
げることができる。

【００３１】さらに、金属層５と基台９とを接合するロ
ウ材層８としては、耐酸化性に優れるとともに、ヤング
率が比較的小さく、かつ高い熱伝導率を有するＡｌ系ロ
ウ材やＡｕ系ロウ材により形成することが好ましく、具
体的には、Ａｌ−Ｓｉ系ロウ材、Ａｕ−Ｓｎ系ロウ材、
Ａｕ−Ｇｅ系ロウ材、Ａｕ−Ｓｉ系ロウ材、Ａｕ−Ｓｂ
系ロウ材、Ａｕ−Ｇａ系ロウ材、Ａｕ−Ｉｎ系ロウ材等
を用いることができる。これらの中でもＡｕ系ロウ材は
２００Ｗ／ｍ・ｋ以上の熱伝導率を有することから特に
好ましい。

【００３２】また、ロウ材層８の層厚みＴ３は、３０〜
１００μｍ、好ましくは３０〜６０μｍとすることが良
い。なぜなら、ロウ材層８の層厚みＴ３が１００μｍを
超えると、熱伝達効率が悪くなるため、設置面３の均熱
化が阻害されるからであり、逆に層厚みＴ３が３０μｍ
未満になると、薄すぎるために部分的にロウ材層８が形
成されていない部分ができ、その部分は金属層５や基台
９と接触していないことになるため、熱伝導特性が悪く
なり、設置面３の均熱化が阻害されるからである。な
お、ロウ材層８の形成にあたっては、上記ロウ材を第二
金属層７及び／又は基台９に塗布し、板状セラミック体
２と基台９とを貼り合わせ、不活性雰囲気中、還元雰囲
気中、あるいは真空中にて３００〜５００℃程度の温度
で焼き付けることにより行うことができる。

【００３３】ところで、板状セラミック体２を形成する
材質としては、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素、窒化ア
ルミニウムのいずれか一種を主成分とするセラミックス
を用いることができるが、これらの中でも優れた熱伝導
率を有するとともに、ハロゲンガスに対する耐蝕性やプ
ラズマに対する耐プラズマ性に優れた窒化アルミニウム
を主成分とするセラミックスにより形成することが好ま
しい。

【００３４】また、板状セラミック体２内に埋設する内
部電極４の材質としては、板状セラミック体２と一体的
に形成するため、板状セラミック体２を形成するセラミ
ックスに近似した熱膨張係数を有する金属により形成す
ることが好ましく、例えば、タングステン（Ｗ）、モリ
ブデン（Ｍｏ）、タングステンカーバイト（ＷＣ）、チ
タニウムナイトライド（ＴｉＮ）を用いることができ
る。

【００３５】以上、図１ではウエハ支持部材１として板
状セラミック体２中に埋設する内部電極４ａを静電吸着
用電極として用いた例を示したが、プラズマ発生用電極
として用いることもできる。また、図１に示すウエハ支
持部材１では、板状セラミック体２が一つのセラミック
スからなるものを示したが、２つ以上のセラミックスか
ら構成されていても良く、その間の接合手段としては焼
結、接着、あるいはロウ付け等にて接合されたものでも
良く、このように本発明の要旨を逸脱しない範囲であれ
ば、改良や変更できることは言うまでもない。

【００３６】

【実施例】ここで、図１に示す本発明のウエハ支持部材
１と、図２及び図３に示す従来のウエハ支持部材２１，
３１をそれぞれ試作し、各ウエハ支持部材１，２１，３
１の設置面３，２３，３３における温度分布と、所定の
温度に冷却するまでの時間、及び熱サイクル試験を行っ
た時の破損の有無について調べる実験を行った。

【００３７】以下、本実験で使用するウエハ支持部材
１、２１、３１について説明する。なお、公平な評価を
行うため、各板状セラミック体２，２２，３２の材質及
び構造は全て同じとした。

【００３８】各板状セラミック体２，２２，３２は、Ａ
ｌＮ粉末に対し、焼結助剤として、Ｙ₂Ｏ₃、Ｙｂ₂Ｏ₃、
Ａｌ₂Ｏ₃を合計で１０重量％添加し、さらにウレタンボ
ール、ＩＰＡを加えボールミルにて混合し、得られた窒
化アルミニウムスラリーを乾燥させて窒化アルミニウム
粉末を形成した後、この窒化アルミニウム粉末に、バイ
ンダーと溶媒を混ぜてボールミルにて混合し、窒化アル
ミニウムのスリップを得た。そして、得られた窒化アル
ミニウムのスリップを用い、ドクターブレード法にて複
数枚の窒化アルミニウムグリーンシートを製作した。

【００３９】次に、一枚の窒化アルミニウムグリーンシ
ートには、導体ペーストにより静電吸着用電極としての
電極パターンをスクリーン印刷法にて形成するととも
に、もう一枚の窒化アルミニウムグリーンシートには、
導体ペーストによりヒータ電極としての電極パターンを
スクリーン印刷法にて形成し、残りの窒化アルミニウム
グリーンシートを積み重ね、５０〜１００℃の温度でバ
インダーを溶かしながら、１００ＭＰａの圧力で熱圧着
することによりグリーンシート積層体を製作した。な
お、静電吸着用電極及びヒータ電極を形成する導体ペー
ストには、タングステンとバインダーを混合したものを
用いた。

【００４０】しかる後、得られたグリーンシート積層体
を、５５０℃の温度で４時間、窒素気流中にて脱脂を行
い、続いて２０００℃の温度で４時間、窒素中にて焼成
することにより、窒化アルミニウムの含有量が９９．８
重量％以上である高純度窒化アルミニウム質焼結体から
なり、その内部に静電吸着用電極としての一対の内部電
極４ａ，４ａと、ヒータ電極としての内部電極４ｂをそ
れぞれ埋設したセラミック体を製作し、次いでこのセラ
ミック体の一方の主面に研磨加工を施してウエハＷを載
せる設置面３，２３，３３を形成することにより板状セ
ラミック体２，２２，３２を製作した。

【００４１】そして、図１に示す本発明のウエハ支持部
材１は、板状セラミック体２の設置面３と反対側の主面
に樹脂テープにてマスキングを施し、真空チャンバーの
中に入れ、イオンプレーティング法により、層厚みＴ１
が１０μｍのＮｉからなる第一金属層６を被着し、さら
に第一金属層６を覆うようにその表面上に、層厚みＴ２
が１０μｍのＡｕからなる第二金属層７を被着して金属
層５を形成し、この第二金属層５の表面にロウ材を塗布
し、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金製の基台９をロウ付けするこ
とにより製作した。

【００４２】なお、ロウ付けにはＡｕ８０％−Ｓｎ２０
％のロウ材を用い、真空中にて３１０℃の温度で１０分
間加熱することにより行った。

【００４３】また、図２に示す従来例のウエハ支持部材
２１は、板状セラミック体２２の設置面２３と反対側の
主面に、Ａｇ−Ｃｕペーストを塗布し、９５０℃で焼き
付けることによりメタライズ層２５を形成した後、この
メタライズ層２５の表面にロウ材を塗布し、Ｆｅ−Ｃｏ
−Ｎｉ合金製の基台２７をロウ付けすることにより製作
した。なお、ロウ付けにあたっては、本発明品と同じロ
ウ材を用い、同じ条件にてロウ付けした。

【００４４】さらに、図３に示す従来例のウエハ支持部
材３１は、板状セラミック体３２の設置面３３と反対側
の主面に樹脂テープにてマスキングを施し、真空チャン
バーの中に入れ、イオンプレーティング法により、層厚
みＴ１が１０μｍのＣｒからなる第一金属層３６を被着
し、さらに第一金属層３６上に、層厚みＴ２が１０μｍ
のＣｕからなる第二金属層３７を被着して金属層３５を
形成し、この第二金属層３７の表面にＩｎのペーストを
塗布し、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｎｉ合金製の基台３９を金属ボン
ディングすることにより製作した。

【００４５】なお、各金属層６，７，３６，３７やメタ
ライズ層２５、あるいは接合層の層厚みは、同様の条件
にて製作した別のウエハ支持部材１，２１，３１を切断
し、その断面をＳＥＭにて観察し、測定対象物である各
層の厚みを任意に１０点測定し、その平均値をその層の
層厚みとした。

【００４６】そして、各ウエハ支持部材１，２１，３１
のヒータ用電極に通電して設置面３，２３，３３が２０
０℃となるまで加熱した後、その温度を一時間程度保持
し、設置面３，２３，３３の温度分布を測定した。測定
にあたっては、設置面３，２３，３３における任意の９
点の温度をＩＲカメラにて測定し、最高温度と最低温度
との差を温度分布とした。

【００４７】次に、ヒータ用電極への通電を止め、基台
９，２７，３９の冷却機構によって板状セラミック体
２，２２，３２を冷却し、設置面３，２３，３３が−３
０℃になるまでの冷却時間を測定した。

【００４８】さらに、各ウエハ支持部材１，２１，３１
を、２００℃の恒温槽に１分保持した後、−３０℃の恒
温槽に移してさらに３０分保持するという熱サイクル試
験を繰り返し行い、５０サイクルごとに板状セラミック
体２，２３，３２と基台９，２７，３９との接合部に破
損がないかを１０倍の双眼顕微鏡にて観察した。

【００４９】結果は表１に示す通りである。

【００５０】

【表１】

【００５１】この結果、図２に示す従来のウエハ支持部
材２１は、メタライズ層２５とロウ材層２６の合計厚み
が厚く、またメタライズ層２５とロウ材層２６が複合材
料からなるために板状セラミック体２２と基台２７との
間の熱伝達効率が悪く、２００℃から−３０℃に冷却す
るのに１５秒も要した。

【００５２】また、図３に示す従来のウエハ支持部材３
１は、金属ボンディングの材質が融点の低いＩｎからな
るため、２００℃の温度に加熱すると溶融し、板状セラ
ミック体３２と基台３９とを接合することができず、測
定できなかった。

【００５３】これに対し、図１に示す本発明のウエハ支
持部材１は、２００℃における設置面３の温度分布が６
℃と１０℃未満とすることができ、また２００℃から−
３０℃に冷却するのに７秒と１０秒以内に直ちに冷却す
ることができ、さらには１０００サイクル以上の熱サイ
クル試験を繰り返しても異常は観られず、優れた耐久性
を有していた。

【００５４】（実施例２）そこで、本発明のウエハ支持
部材１において、第一金属層６と第二金属層７の材質、
及び第一金属層６の層厚みＴ１と第二金属層７の層厚み
Ｔ２をそれぞれ異ならせて実施例１と同様の実験を行っ
た。

【００５５】結果は表２に示す通りである。

【００５６】

【表２】

【００５７】この結果、試料Ｎｏ．１８のように、第一
金属層６及び第二金属層７の層厚みＴ１，Ｔ２がそれぞ
れ０．１μｍ未満であるものは、均一な金属層５を形成
することができず、部分的にセラミックスが露出してい
るためにロウ材が流れず、基台９を接合することができ
なかった。

【００５８】一方、試料Ｎｏ．１９のように、第一金属
層６と第二金属層７の合計層厚みＴが２０μｍを超える
ものでは、板状セラミック体２と基台９との間の熱伝達
効率が悪いため、２００℃から−３０℃に冷却するのに
２５秒も要した。

【００５９】また、試料Ｎｏ．２０のように、第一金属
層６をＡｌで形成したものでは、２５０サイクル程度の
熱サイクル試験で板状セラミック体２と第一金属層６と
の接合界面にクラックが発生した。この理由は、第一金
属層６に融点が７００℃より低いアルミニウムを使用し
たため、加熱時にＡｌの軟化が起こり、板状セラミック
体２を形成する窒化アルミニウム質焼結体との間にクラ
ックが発生したものと考えられる。

【００６０】さらに、試料Ｎｏ．２１のように、第二金
属層７をＡｌで形成したものでは、５０サイクル程度の
熱サイクル試験で第二金属層７とロウ材層８との接合界
面にクラックが発生した。この理由は、熱サイクル試験
の繰り返しによりＡｌが酸化されて硬くなり、ロウ材層
８との強固な結合が無くなり、クラックが入ったものと
考えられる。

【００６１】これに対し、試料Ｎｏ．１〜１７，２２〜
２９のように、第一金属層６を融点が７００℃以上の単
一金属により形成し、第二金属層７を、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａ
ｕ、及びＰｔのいずれか一種の単一金属により形成する
とともに、第一金属層６及び第ニ金属層７の各層厚みＴ
１，Ｔ２をそれぞれ０．１μｍ以上、上記第一金属層６
及び第ニ金属層７の合計層厚みＴを０．２〜２０μｍと
したものは、設置面３の温度分布を１０℃未満に均熱化
することができるとともに、設置面３を２００℃から−
３０℃まで冷却するのに１０秒以内で冷却することがで
き、さらには２００℃から−３０℃の間での熱サイクル
試験において１０００サイクル以上繰り返したとしても
何ら異常は観られず耐久性に優れていた。

【００６２】この結果、第一金属層６を融点が７００℃
以上の単一金属により形成し、第二金属層７を、Ｔｉ、
Ｎｉ、Ａｕ、及びＰｔのいずれか一種の単一金属により
形成するとともに、第一金属層及び第ニ金属層の各層厚
みをそれぞれ０．１μｍ以上、上記第一金属層及び第ニ
金属層の合計層厚みを０．２〜２０μｍとすれば良いこ
とが判る。また、試料Ｎｏ．２３，２５，２７，２９の
ように、第二金属層７の層厚みＴ２を第一金属層６の層
厚みＴ１より厚くすることで双方の接合力を高めること
ができ、熱サイクル試験における耐久性をより一層向上
させることができた。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、ウエハ
支持部材を構成する板状セラミック体と基台とを接合す
るにあたり、板状セラミック体の他方の主面に、融点が
７００℃以上の単一金属からなる第一金属層を形成し、
この第一金属層を覆うように上記第一金属層上に、Ｔ
ｉ、Ｎｉ、Ａｕ、及びＰｔのいずれか一種の単一金属か
らなる第二金属層を形成し、さらに上記第二金属層と基
台とをロウ材層を介して接合するとともに、上記第一金
属層及び第ニ金属層の各層厚みをそれぞれ０．１μｍ以
上とし、かつ上記第一金属層及び第ニ金属層の合計層厚
みを０．２〜２０μｍとしたことによって、設置面の温
度分布を±５℃以下にまで均熱化することができるとと
もに、２００℃から−３０℃まで１０秒以内で冷却する
ことができ、さらには２００℃から−３０℃の温度範囲
において熱サイクルを繰り返したとしても耐久性に優れ
た信頼性の高いウエハ支持部材を提供することができ
る。

【００６４】また、上記ロウ材層として金ロウを用いる
ことにより、熱伝達効率を向上させることができるた
め、設置面における温度分布をより均一にすることがで
きるとともに、昇温、降温時間を短縮することができ
る。

【００６５】さらに、第二金属層の層厚みを第一金属層
の層厚みより厚くすることにより第一金属層と第に金属
層との密着力を高めることができ、より強固に接合する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のウエハ支持部材を示す断面図である。

【図２】従来のウエハ支持部材の一例を示す断面図であ
る。

【図３】従来のウエハ支持部材の他の例を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１，２１，３１：ウエハ支持部材２，２２，３２：板
状セラミック体３，２３，３３：設置面４，２４，３４：内部電極５，３５：金属層６，３６：第一金属層７、３７：
第二金属層８，２６：ロウ材層９，２７，３９：基台２５：メ
タライズ層Ｗ：ウエハ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】板状セラミック体の一方の主面を、ウエハ
を載せる設置面とするとともに、上記板状セラミック体
の他方の主面側にロウ材層を介して基台を接合したウエ
ハ支持部材において、上記板状セラミック体は、該板状
セラミック体の他方の主面に被着した、融点が７００℃
以上の単一金属からなる第一金属層と、該第一金属層を
覆うように上記第一金属層上に被着した、Ｔｉ、Ｎｉ、
Ａｕ、及びＰｔのいずれか一種の単一金属からなる第二
金属層よりなる金属層を介して上記ロウ材層と接合して
なり、上記第一金属層及び第ニ金属層の各層厚みがそれ
ぞれ０．１μｍ以上で、かつ上記第一金属層及び第ニ金
属層の合計層厚みが０．２〜２０μｍの範囲にあること
を特徴とするウエハ支持部材。