JP2009206202A

JP2009206202A - ウエハ支持部材、半導体製造装置及びウエハの製造方法

Info

Publication number: JP2009206202A
Application number: JP2008045091A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Maehara; 達也前原
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2008-02-26
Publication date: 2009-09-10

Abstract

【課題】ウエハ支持部材を形成するセラミック板状体と筒状体とを接合するロウ材層が腐食性ガスによって腐食し、ガスリークが発生することを防止する。
【解決手段】一方の主面にウエハを載せる載置面を有するセラミック板状体と、前記セラミック板状体の他方の主面にロウ材層を介して端部が接合された筒状体と、前記ロウ材層の外周側の側端部の近傍にガスを供給するためのガス供給部と、を備えたウエハ支持部材である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体や液晶の製造装置において、半導体ウエハや液晶用ガラス等のウエハを支持するのに用いるウエハ支持部材及びその製造方法に関するものである。

従来、半導体ウエハに成膜するＰＶＤ装置、ＣＶＤ装置等の成膜装置、半導体ウエハに微細加工処理を施すエッチング装置等の半導体製造装置では、チャンバー内で半導体ウエハを支持するために、サセプターや静電チャックと呼ばれるウエハ支持部材が用いられている。

この半導体製造装置は、サセプターと呼ばれるウエハ支持部材をチャンバー内に設置したものである。ウエハ支持部材は、セラミック板状体の一方の主面（最も広い面）が半導体ウエハを載せる載置面とされる。セラミック板状体は内部に発熱抵抗体を有している。セラミック板状体の他方の主面には、金属製筒状体がその一方端側に設けられたフランジ部をロウ材層を介して気密接合されている。また、金属製筒状体は、その他方端側に設けられたフランジ部がＯリングを介してチャンバーの底面に気密接合されている。このようにウエハ支持部材がチャンバー内に設置されることで、チャンバー内の気密性を維持する構造になっている。

セラミック板状体の他方の主面には、発熱抵抗体への通電端子や温度検出素子を取着してあり、これらの導線が金属製筒状体の内側を通ってチャンバーの外側に導出されるようになっている。

この半導体製造装置を用いて、半導体ウエハに成膜加工やエッチング加工を施す際には、半導体ウエハをウエハ支持部材の載置面に載せ、発熱抵抗体に通電してセラミック板状体を発熱させ、温度検出素子により得られる温度を基に半導体ウエハを各種加工温度に加熱する。この状態でチャンバー内に成膜用ガスやエッチング用ガスを供給することにより、半導体ウエハに各種加工が施される。この時、ウエハ支持部材は、チャンバーと気密に接合してあるため、セラミック板状体に備える通電端子や温度検出素子が成膜用ガスやエッチング用ガス中に含まれている塩素系、フッ素系などの腐食性ガスに曝されるのが抑制されている。
特開平５−９３２７５号公報

しかしながら、上記のような半導体製造装置を用いて成膜加工、エッチング加工などを行う際には、チャンバー内に成膜用ガスやエッチング用ガス中に含まれている腐食性ガスが存在する。この腐食性ガスによってロウ材層が腐食することがあった。

本発明のウエハ支持部材は、一方の主面にウエハを載せる載置面を有する板状体と、前記板状体の他方の主面にロウ材層を介して端部が接合された保持部材と、前記ロウ材層の外周側の側端部の近傍にガスを供給するためのガス供給部と、を備えていることを特徴とする。

本発明のウエハ支持部材によれば、ガス供給部からロウ材層の外周側の側端部近傍にガスを供給することでロウ材層の外側露出部の近傍の腐食性ガス濃度を低減することができるので、ロウ材が腐食するのを抑制できるという効果がある。

以下、本発明の一実施形態にかかるウエハ支持部材およびこれを備えた半導体製造装置について図面を参照して説明する。図１および図２に示すように、本実施形態にかかる半導体製造装置１１は、サセプターと呼ばれるウエハ支持部材１３をチャンバー１５内に設置したものである。ウエハ支持部材１３は、セラミック板状体１７の一方の主面を、半導体ウエハＷを載せる載置面１９としている。セラミック板状体１７中には発熱抵抗体２１が配置されている。

セラミック板状体１７の他方の主面２３には、筒状体（保持部材）２５がその一方端側に設けられたフランジ部２７においてロウ材層２９を介して気密接合されている。筒状体２５の他方端側に設けられたフランジ部１１は、Ｏリング３１を介してチャンバー１５の底面に気密接合されている。このようにしてウエハ支持部材１３がチャンバー１５内に設置されるとともに、チャンバー１５内の気密性が維持されている。セラミック板状体１７の他方の主面２３には、発熱抵抗体２１への通電端子３９や温度検出素子３７を取り付けている。これらに接続された導線は筒状体２５の内側を通ってチャンバー１５の外部に取り出されている。

ロウ材層２９の外周側の側端部の近傍には、ガスを供給するためのガス供給配管４１が配置されている。このガス供給配管４１を通じてロウ材層２９の外周側の側端部近傍にガスを供給することでロウ材層２９の近傍における腐食性ガス濃度を低減することができるので、ロウ材が腐食するのを抑制できる。ガス供給配管４１は、チャンバー１５の外部からロウ材層２９の近傍まで延設されている。

ガス供給配管４１の先端には、ガスが筒状体２５の軸方向に沿って他方の主面２３に向かって供給するためのガス噴射口４３が設けられている。このガス噴射口４３は、図３に示すように筒状体２５の周囲に沿って複数設けられている。また、図４に示すように、筒状体２５の周囲に沿った環状の形状を備えたガス噴射口４４が設けられていてもよい。これにより、ロウ材層２９の側端部近傍にガスのカーテンが形成されるので、腐食性ガスがロウ材層２９の側端部近傍に到達しにくくなる。

ガス供給配管４１は、例えばステンレス鋼、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ａｌなどの耐腐食性の高い材料を用いて構成されている。ガス供給配管４１の表面には、腐食性ガスによる腐食をさらに抑制するために被覆膜３５が形成されているのが好ましい。

この被覆膜３５としては、耐腐食性の高いものであれば特に限定されるものではないが、例えばセラミック多孔質膜であるのが好ましい。なぜなら、緻密なセラミック膜は、通常、ＣＶＤ法やＰＶＤ法、スパッタリング法等の膜形成手段によって成膜されるのであるが、このような成膜手段によって被着された緻密な被覆膜では、膜そのものの剛性が大きい。一方、被覆膜３５がセラミック多孔質膜である場合には、膜中に微小な空孔が多数存在するため、緻密なセラミック膜と比較して剛性が小さくなる。このため、熱によってガス供給配管４１が変形しようとする力が働いたときに被覆膜３５もそれに追随して変形しやすい。これにより、熱によってガス供給配管４１が変形したときにその力を十分に吸収することができ、繰り返し熱応力が作用しても被覆膜３５が剥離するのを抑制できる。

セラミック多孔質膜の気孔率は好ましくは３〜７％、より好ましくは３〜５％であるのがよい。気孔率が７％以下であることで、腐食性ガスが被覆膜３５中を通過するのを抑制でき、ガス供給配管４１が腐食するのを抑制できる。気孔率が３％以上であることで、膜剛性が過度に高くなるのを抑制でき、繰り返し加わる熱応力によって膜の剥離が発生するのを抑制できる。また、被覆膜３５の変形を阻害しない程度に微小な空孔を埋める封孔処理を行えばより耐腐食性が向上する。

セラミック多孔質膜の厚みは好ましくは０．２〜０．５ｍｍ、より好ましくは０．２〜０．４ｍｍであるのがよい。被覆膜３５の厚みｔが０．５ｍｍ以下であることで、セラミック板状体１７との間の熱膨張差あるいは筒状体２５との間の熱膨張差による熱応力が被覆膜３５の密着強度より小さく、膜の剥離が発生しにくくなる。被覆膜３５の厚みｔが０．２ｍｍ以上であることで、腐食性ガスが被覆膜３５中を通過しにくくなる。

セラミック多孔質膜を形成する材質としては、ガス供給配管４１との熱膨張差ができるだけ近似しており、かつ塩素系やフッ素系等のハロゲン系腐食性ガスに対する耐食性に優れたものが良い。具体的には、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化硼素、サイアロン、窒化珪素等を用いることができる。これらの中でもハロゲン系腐食性ガスに対し、極めて優れた耐食性を有するアルミナからなるセラミック多孔質膜３５を用いることが好ましい。

セラミック多孔質膜３５を被着する方法としては、ＣＶＤ法やＰＶＤ法を用いることもできるが、好ましくは溶射法により成膜するのが良い。溶射法は気孔率を調整した多孔質のセラミック膜を三次元的に複雑な形状を有する部分にも容易に成膜でき、比較的短時間で厚みの厚い膜を形成することができる。例えば、気孔率が３〜７％のセラミック多孔質膜３５を得るには、膜原料として平均粒径が１０〜４５μmのセラミック原料を用い、プラズマ電力を３０ｋＷ、被投射物との距離を１００〜１５０ｍｍとすれば良い。

セラミック板状体１７や応力緩和リング３３を形成するセラミックスとしては、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、ＺｒＯ_２、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４等を主成分とするセラミック焼結体を用いることができ、これらの中でも特にハロゲン系腐食性ガスに対する耐食性に優れるアルミナ質焼結体あるいは窒化アルミニウム質焼結体を用いることが良い。例えば、アルミナ質焼結体の場合、Ａｌ_２Ｏ_３含有量９９重量％以上に対し、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ等の焼結助剤を含有したものを用いれば良く、また、窒化アルミニウム質焼結体の場合、ＡｌＮを主成分とし、周期律表２ａ族元素酸化物や周期律表３ａ族元素酸化物を０．５〜２０重量％の範囲で含有したもの、あるいはＡｌＮを９９重量％以上含有したものを用いれば良い。

筒状体２５は、室温から６００℃の間で加わる熱サイクルによってセラミック板状体１７との接合部にクラックが発生することを防止するため、セラミック板状体１７と同程度の熱膨張を有するとともに、ハロゲン系腐食性ガスに対する耐食性を有する金属又はセラミック焼結体により形成したものが良い。具体的にはセラミック板状体１７との熱膨張率差が６×１０^−６／℃以下であるものが良い。金属の場合、Ｍｏ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金、Ｆｅ−Ｎｉ合金等を用いることができる。セラミック焼結体の場合、セラミック板状体１７と同種のセラミック焼結体により形成するのが良い。セラミック板状体１７と同種のセラミック焼結体とは、セラミック板状体１７と主成分が同じセラミック焼結体からなることを言う。

セラミック板状体１７や応力緩和リング３３と筒状体２５とを接合するロウ材層２９，２９の材質としては、Ａｇ−Ｃｕ系ロウ、Ｔｉ−Ｃｕ−Ａｇ系ロウ、Ａｕ−Ｃｕ系ロウ、Ｔｉ−Ｃｕ−Ａｕ系ロウを使用温度に応じて適宜選択して用いれば良い。

本実施形態にかかる半導体製造装置１１を用いて、半導体ウエハＷに成膜加工、エッチング加工などを施す際には次のようにすればよい。半導体ウエハＷをウエハ支持部材１３の載置面１９に載せ、発熱抵抗体２１に通電してセラミック板状体１７を発熱させ、温度検出素子３７により得られる温度を基に半導体ウエハＷを各種加工温度に加熱した状態でチャンバー１５内に成膜用ガスやエッチング用ガスを供給する。これにより、半導体ウエハＷに各種加工を施すことができる。

加工時には、ガス供給配管４１から窒素、アルゴン、ヘリウムなどのガスを連続的にまたは断続的に供給する。加工時のチャンバー１５内の圧力は、常圧〜１．３×１０^−４Ｐａ程度の範囲、好ましくは１０ｋＰａ〜１．３×１０^−４Ｐａ程度の範囲となるように調整する。これにより、不活性ガスが排気できて残存しにくいという効果がある。

供給されたガスは、チャンバー１５の側面に設けられたガス排出口５１から排出される。このガス排出口５１は、チャンバー１５の壁面のうち、セラミック板状体１７の載置面１９を含む平面よりもガス供給配管４１側に設けられている。このような位置にガス排出口５１が設けられていることにより、半導体ウエハに成膜加工やエッチング加工を施す際にこれらのプロセスに与える影響をより少なくすることができる。このガス排出口５１は、チャンバー１５の下面に設けられていてもよいが、ガス供給配管４１から供給されるガスが載置面１９側に流れ込むのを最小限に抑えるためには載置面１９よりもわずかにガス供給配管４１寄りになるセラミック板状体１７の側方あたりに設けるのが好ましい。また、ガス排出口５１は、載置面１９よりもわずかにガス供給配管４１寄りになるセラミック板状体１７の側方あたりにチャンバー１５の全周にわたって設けられているのがより好ましい。

以上、本発明の実施形態について示したが、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で改良や変更できることは言うまでもない。例えば、上記実施形態では、板状体がセラミックス製である場合を例に挙げて説明したが、本発明における板状体の材料がアルミニウム、アルミニウム合金などであってもよい。また、上記実施形態では、保持部材が円形の断面を有する筒状体である場合を例に挙げて説明したが、本発明における保持部材は、円形以外の多角形の筒状体であってもよく、また内部が中空でない柱状の部材、板状の部材などであってもよい。

本発明の一実施形態に係るウエハ支持部材を備えた半導体製造装置を示す概略断面図である。図１に示す半導体製造装置の一部を拡大した拡大断面図である。本発明の一実施形態にかかるウエハ支持部材における筒状体のフランジを含む平面で切ったときの断面を示す断面図である。本発明の他の実施形態にかかるウエハ支持部材における筒状体のフランジを含む平面で切ったときの断面を示す断面図である。

符号の説明

１１半導体製造装置
１３ウエハ支持部材
１５チャンバー
１７セラミック板状体
１９載置面
２１発熱抵抗体
２３セラミック板状体の他方の主面
２５筒状体
２７フランジ部
２９ロウ材層
３１Ｏリング
３３応力緩和リング
３５被覆膜
３７温度検出素子
３９通電端子
４１，４２ガス供給配管
４３，４４ガス噴射口

Claims

一方の主面にウエハを載せる載置面を有する板状体と、
前記板状体の他方の主面にロウ材層を介して端部が接合された保持部材と、
前記ロウ材層の外周側の側端部の近傍にガスを供給するためのガス供給部と、を備えたウエハ支持部材。
前記ガス供給部は、前記ガスが前記保持部材の軸方向に沿って前記他方の主面に向かって供給されるガス噴射口を備えている請求項１に記載のウエハ支持部材。
前記ガス噴射口が前記保持部材の周囲に沿って複数設けられている請求項２に記載のウエハ支持部材。
前記ガス噴射口の形状が前記保持部材の周囲に沿った環状である請求項２に記載のウエハ支持部材。
請求項１に記載のウエハ支持部材と、前記ウエハ支持部材を収容するチャンバーとを備え、前記チャンバーは、前記板状体の前記載置面を含む平面よりも前記ガス供給部側にガス排出口を備えている半導体製造装置。
請求項５に記載の半導体製造装置を用いたウエハの製造方法であって、
前記ガス噴射口から前記ガスを連続的にまたは断続的に供給しながら前記ウエハを加工する工程を備えたことを特徴とするウエハの製造方法。
前記チャンバー内の気圧を常圧〜１．３×１０^−４Ｐａの範囲に設定した状態で前記ウエハを加工する請求項６に記載のウエハの製造方法。
前記ガスが窒素、アルゴンまたはヘリウムである請求項６に記載のウエハの製造方法。
前記加工工程がＣＶＤによる成膜工程である請求項６に記載のウエハの製造方法。