JP2018030157A - シャフト付き基板支持部材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】基板支持部材にシャフトを拡散接合する際の変形を防止し得るシャフト付き基板支持部材の製造方法及び該製造方法のより得られるシャフト付き基板支持部材を提供する。【解決手段】円盤状の基板支持部材の下面中央に、少なくとも一端にフランジを有する中空形状のシャフトのフランジ側を拡散接合する工程を含むシャフト付き基板支持部材の製造方法であって、前記シャフトの外径をＤ、前記シャフトの長手方向の長さをＬ、前記シャフトの長手方向を法線方向とする面に沿った断面積をＳとしたとき、Ｌ／Ｄ≧２又はＬ／Ｓ０．５≧３の場合においては、前記基板支持部材とシャフトとの拡散接合に際し、前記シャフトのフランジを前記基板支持部材に当接させた状態で前記フランジを押圧することを特徴とするシャフト付き基板支持部材の製造方法である。【選択図】図１
Description
本発明は、半導体製造装置などに用いられるシャフト付き基板支持部材及びその製造方法に関する。
ＣＶＤ、スパッタリングなどの半導体製造装置に用いられる熱源たるセラミックヒータとして、抵抗発熱体が埋設された円盤状の基板支持部材と、この基板支持部材の下面中央に取り付けられた中空形状のシャフトとを具備するシャフト付きセラミックヒータが知られている（例えば、特許文献１参照）。このようなシャフト付きセラミックヒータは、製造に際し、基板支持部材の下面中央にシャフトを押圧状態で加熱する拡散接合することにより一体化される。そして、基板支持部材に対するシャフトの押圧は、シャフトの端面（基板支持部材との非接触側）を基板支持部材方向に力を印加することにより行われる。
しかしながら、加熱されたシャフトは軟化状態にあり、上記のように押圧すると、シャフトの形状によっては、撓んだり、大きく変形したりするといった問題があった。
本発明は、以上の従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、基板支持部材にシャフトを拡散接合する際の変形を防止し得るシャフト付き基板支持部材の製造方法及び該製造方法により得られるシャフト付き基板支持部材を提供することにある。
本発明のシャフト付き基板支持部材の製造方法は、円盤状の基板支持部材の下面中央に、少なくとも一端にフランジを有する中空形状のシャフトのフランジ側を拡散接合する工程を含むシャフト付き基板支持部材の製造方法であって、
前記シャフトの外径をＤ、前記シャフトの長手方向の長さをＬ、前記シャフトの長手方向を法線方向とする面に沿った断面積をＳとしたとき、Ｌ／Ｄ≧２又はＬ／Ｓ０．５≧３の場合においては、前記基板支持部材とシャフトとの拡散接合に際し、前記シャフトのフランジを前記基板支持部材に当接させた状態で前記フランジを押圧することを特徴とする。
前記シャフトの外径をＤ、前記シャフトの長手方向の長さをＬ、前記シャフトの長手方向を法線方向とする面に沿った断面積をＳとしたとき、Ｌ／Ｄ≧２又はＬ／Ｓ０．５≧３の場合においては、前記基板支持部材とシャフトとの拡散接合に際し、前記シャフトのフランジを前記基板支持部材に当接させた状態で前記フランジを押圧することを特徴とする。
本発明のシャフト付き基板支持部材の製造方法においては、基板支持部材にフランジ付きシャフトのフランジ側を拡散接合するに際し、加熱時に変形しやすい所定の形状の場合には、拡散接合時にシャフトの上端ではなく、フランジ部分を基板支持部材に向けて押圧するため、シャフトの上側部には外力がかからず撓みや変形を防止することができる。
本発明のシャフト付き基板支持部材は、円盤状の基板支持部材の下面中央に、フランジを有する中空形状のシャフトの前記フランジ側が接合されたシャフト付き基板支持部材であって、
前記基板支持部材と、前記フランジとの界面に拡散接合層を有し、前記拡散接合層の厚みが５０μｍ以下であることを特徴とする。本発明のシャフト付き基板支持部材は、上記本発明の製造方法により製造されるものであり、拡散接合層の厚みが５０μｍ以下であり、シャフトの撓みや変形がないか、あったとしても少ない。
前記基板支持部材と、前記フランジとの界面に拡散接合層を有し、前記拡散接合層の厚みが５０μｍ以下であることを特徴とする。本発明のシャフト付き基板支持部材は、上記本発明の製造方法により製造されるものであり、拡散接合層の厚みが５０μｍ以下であり、シャフトの撓みや変形がないか、あったとしても少ない。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
＜シャフト付き基板支持部材の製造方法＞
図１は、本発明の実施形態に係るシャフト付きセラミックスヒータ１０を示す図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図１に示すシャフト付きセラミックスヒータ１０は、円盤状の基板支持部材１２に、シャフト１４が接合してなるものであり、図１はその基板支持部材１２とシャフト１４とを拡散接合するときの状態を示している。
図１は、本発明の実施形態に係るシャフト付きセラミックスヒータ１０を示す図であり、（Ａ）は（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図１に示すシャフト付きセラミックスヒータ１０は、円盤状の基板支持部材１２に、シャフト１４が接合してなるものであり、図１はその基板支持部材１２とシャフト１４とを拡散接合するときの状態を示している。
基板支持部材１２は、円盤状のセラミックスからなる部材であり、例えば窒化アルミニウムなどから構成される。この基板支持部材１２は、ウェハの支持面（表面）である加熱面１２Ａを加熱する抵抗発熱体が埋設されており、他方の面にシャフト１４が接合される。
シャフト１４の上端には上部フランジ１６が、下端には下部フランジ１８が、いずれもシャフト１４の径方向外部に突出した状態で形成されている。
以上の構成において、基板支持部材１２に対するシャフト１４の拡散接合は、シャフト１４の形状に応じてその工程が異なる。すなわち、シャフト１４の外径をＤ、シャフト１４の長手方向の長さをＬ、シャフト１４の長手方向を法線方向とする面に沿った断面積をＳとしたとき、Ｌ／Ｄ≧２又はＬ／Ｓ０．５≧３の場合においては、拡散接合に際し、下部フランジ１８を押圧する。シャフト１４がＬ／Ｄ≧２又はＬ／Ｓ０．５≧３の場合、加熱時の軟化状態のシャフト１４は外力により変形しやすく、上部フランジ１６から押圧すると、外力がシャフト１４に伝わり、撓みや変形が大きくなる。そのような撓みや変形を防ぐため、下部フランジ１８を押圧するのである。反対に、シャフト１４がＬ／Ｄ＜２及びＬ／Ｓ０．５＜３の場合は、加熱時の軟化状態でも外力により変形し難く、上部フランジ１６から押圧しても撓みや変形が大きくなることはない。
シャフト１４の外径Ｄは、シャフト１４の上部フランジ１６及び下部フランジ１８の部位以外の外径である。また、シャフト１４の長手方向の長さＬは、シャフト１４の上端から下端までの長さである。さらに、シャフト１４の長手方向を法線方向とする面に沿った断面積Ｓは、シャフト１４のフランジ１６、１８の部位以外の断面の面積（図１（Ａ）のハッチングを付した領域）である。
基板支持部材１２にシャフト１４を拡散接合するに際し、下部フランジ１８を押圧する場合、略円筒をその中心軸を中心にして複数に分割された割スリーブ状の押し治具などを用い、当該割スリーブ状の押し治具の一端をシャフト１４の下部フランジ１８に載せて、プレス圧が割スリーブ状の押し治具に直接負荷されるようにして押圧することができる。
図２に、割スリーブ状の押し治具２０がシャフト１４の下部フランジ１８を押圧している状態を概念的に示す。割スリーブ状の押し治具２０の下端の押圧部を下部フランジ１８に載せた状態で割スリーブ状の押し治具２０の上端部２４を下方に向けて押圧することで下部フランジ１８は基板支持部材１２に向けて押圧することができる。
一方、本発明においては、Ｌ／Ｄ≧２及びＬ／Ｓ０．５≧３のいずれも満たさない場合、図３に示すように、上部フランジ１６に押し治具３０を載せ、その押し治具の上面を押圧することによって下部フランジ１８は基板支持部材１２に向けて押圧することができる。
本実施形態において、拡散接合時の温度としては、１４００〜１９００℃とすることが好ましい。また、拡散接合時の押圧力としては、０．０１〜４０ＭＰａとすることが好ましい。更に好ましくは拡散接合時の温度としては、１５００〜１８００℃とすることが好ましい。また、拡散接合時の押圧力としては、０．０２〜８ＭＰａである。ここで、押圧力とは、接合時の全荷重をシャフトと基板支持部材との間の接合面積で割った値を意味する。
以上の実施形態においては、シャフト付き基板支持部材の製造方法における基板支持部材と、シャフトとの拡散接合のみを示したが、基板支持部材内における抵抗発熱体の埋設、該抵抗発熱体に電流を供給する給電端子の配設などは定法に従い行うことができる。
図１においては、シャフト１４に上部フランジ１６が設けられた形態を示したが、上部フランジ１６は不要であれば設けなくてもよい。
一方、フランジを有しないシャフトを基板支持部材に拡散接合しようとする場合において、当該シャフトがＬ／Ｄ≧２又はＬ／Ｓ０．５≧３を満たすときには、シャフトの一端（基板支持部材に拡散接合する側）に意図的にフランジを設け、拡散接合時にそのフランジを押圧することでシャフトの撓みや変形を防止することができる。
＜シャフト付き基板支持部材＞
以上の製造方法により得られる本実施形態のシャフト付き基板支持部材は、基板支持部材１２と、フランジ１８との界面に拡散接合層を有し、前記拡散接合層の厚みが、５０μｍ以下である。すなわち、シャフト１４の下部フランジ１８を押圧して拡散接合した場合の拡散接合層は、厚みが５０μｍ以下となっている。ここで、拡散接合層とは、フランジと基板支持部材とを拡散接合した後の境界部分に生じる層であるが、層状になっていない場合における「拡散接合層の厚み」とは、接合界面において粒界成分が移動した部分の厚みをいう。以下に、図面代用写真を参照して説明する。
以上の製造方法により得られる本実施形態のシャフト付き基板支持部材は、基板支持部材１２と、フランジ１８との界面に拡散接合層を有し、前記拡散接合層の厚みが、５０μｍ以下である。すなわち、シャフト１４の下部フランジ１８を押圧して拡散接合した場合の拡散接合層は、厚みが５０μｍ以下となっている。ここで、拡散接合層とは、フランジと基板支持部材とを拡散接合した後の境界部分に生じる層であるが、層状になっていない場合における「拡散接合層の厚み」とは、接合界面において粒界成分が移動した部分の厚みをいう。以下に、図面代用写真を参照して説明する。
図４及び図５は、基板支持部材と、フランジとの界面を示す電子顕微鏡写真である。図４においては、白く見える点状のものが焼結助剤（Ｙ２Ｏ３成分）を含む組織であり、焼結助剤を含む当該組織が点在する領域と、点在しない領域との界面が接合面である。図４に示す例では、接合界面において粒界成分は移動していない。図５においては、焼結助剤成分が接合面より上側に線状に拡散している領域が見られ、この領域が接合面より５０μｍ以内と認められる。
以上の実施形態においては、基板支持部材をセラミックスヒータとした形態を示したが、基板支持部材としては、セラミックスヒータ以外に、真空チャック、静電チャック、電極内蔵サセプタなどが挙げられる。
以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１〜４、参考例１］
（円盤状の基板支持部材）
円盤状の基板支持部材として、素材がＡＬＮ（Ｙ２Ｏ３を３％含む）であり、寸法が直径：３５０ｍｍ、厚み：２５ｍｍのものを準備した。
（円盤状の基板支持部材）
円盤状の基板支持部材として、素材がＡＬＮ（Ｙ２Ｏ３を３％含む）であり、寸法が直径：３５０ｍｍ、厚み：２５ｍｍのものを準備した。
（中空形状のシャフト）
中空形状のシャフトとして、素材がＡＬＮであり、寸法が異なるシャフト（１）〜（５）（上部フランジ形状は省略した）を準備した。各シャフトの寸法を表１に示す。シャフト（１）〜（４）はＬ／Ｄ≧２及びＬ／Ｓ０．５≧３のいずれも満たすのに対し、シャフト（５）はいずれの不等式をも満たさない。
中空形状のシャフトとして、素材がＡＬＮであり、寸法が異なるシャフト（１）〜（５）（上部フランジ形状は省略した）を準備した。各シャフトの寸法を表１に示す。シャフト（１）〜（４）はＬ／Ｄ≧２及びＬ／Ｓ０．５≧３のいずれも満たすのに対し、シャフト（５）はいずれの不等式をも満たさない。
（シャフトの基板支持部材への拡散接合）
実施例１〜４のそれぞれにおいて、シャフト（１）〜（４）を基板支持部材に拡散接合した。ここで、シャフト（１）〜（４）は、Ｌ／Ｄ≧２及びＬ／Ｓ０．５≧３のいずれも満たすため、準備した上記基板支持部材に対し、図２に示すような割スリーブ状の押し治具を用い、シャフトのフランジを温度：１６００℃、押圧力：６ＭＰａ、接合時間：４時間の条件で拡散接合した。ここで押圧力とは、接合時の全荷重をシャフトと基板支持部材との間の接合面積で割った値を意味する。
また、参考例１においては、シャフト（５）を基板支持部材に拡散接合した。シャフト（５）は、Ｌ／Ｄ≧２及びＬ／Ｓ０．５≧３のいずれも満たさないが、シャフト（１）〜（４）と同様に拡散接合した。
実施例１〜４のそれぞれにおいて、シャフト（１）〜（４）を基板支持部材に拡散接合した。ここで、シャフト（１）〜（４）は、Ｌ／Ｄ≧２及びＬ／Ｓ０．５≧３のいずれも満たすため、準備した上記基板支持部材に対し、図２に示すような割スリーブ状の押し治具を用い、シャフトのフランジを温度：１６００℃、押圧力：６ＭＰａ、接合時間：４時間の条件で拡散接合した。ここで押圧力とは、接合時の全荷重をシャフトと基板支持部材との間の接合面積で割った値を意味する。
また、参考例１においては、シャフト（５）を基板支持部材に拡散接合した。シャフト（５）は、Ｌ／Ｄ≧２及びＬ／Ｓ０．５≧３のいずれも満たさないが、シャフト（１）〜（４）と同様に拡散接合した。
［比較例１〜４］
比較例１〜４のそれぞれにおいて、上記シャフト（１）〜（４）を基板支持部材に拡散接合した。ここで、シャフト（１）〜（４）は、Ｌ／Ｄ≧２及びＬ／Ｓ０．５≧３のいずれも満たすが、準備した上記基板支持部材に対し、図３に示すような押し治具を用い、シャフトの上部を温度：１６００℃、押圧力：６ＭＰａ、接合時間４時間の条件で拡散接合した。
比較例１〜４のそれぞれにおいて、上記シャフト（１）〜（４）を基板支持部材に拡散接合した。ここで、シャフト（１）〜（４）は、Ｌ／Ｄ≧２及びＬ／Ｓ０．５≧３のいずれも満たすが、準備した上記基板支持部材に対し、図３に示すような押し治具を用い、シャフトの上部を温度：１６００℃、押圧力：６ＭＰａ、接合時間４時間の条件で拡散接合した。
［参考例２］
参考例２においては、上記シャフト（５）を基板支持部材に拡散接合した。ここで、シャフト（５）は、Ｌ／Ｄ≧２及びＬ／Ｓ０．５≧３のいずれも満たさないが、準備した上記基板支持部材に対し、図３に示すような押し治具を用い、シャフトの上部を温度：１６００℃、押圧力：６ＭＰａ、接合時間４時間の条件で拡散接合した。
参考例２においては、上記シャフト（５）を基板支持部材に拡散接合した。ここで、シャフト（５）は、Ｌ／Ｄ≧２及びＬ／Ｓ０．５≧３のいずれも満たさないが、準備した上記基板支持部材に対し、図３に示すような押し治具を用い、シャフトの上部を温度：１６００℃、押圧力：６ＭＰａ、接合時間４時間の条件で拡散接合した。
［評価］
１．シャフトの撓み
拡散接合後、シャフトはシャフト高さ中央部付近で太鼓状に膨らむ。その時のシャフトの外径の接合前後の変化率を測定した。結果を表２、３に示す。
１．シャフトの撓み
拡散接合後、シャフトはシャフト高さ中央部付近で太鼓状に膨らむ。その時のシャフトの外径の接合前後の変化率を測定した。結果を表２、３に示す。
表２、３より、実施例１〜４においては、いずれも撓みが小さく拡散接合の前後の形状を十分に保持することができたことが分かる。
これに対して、比較例１〜４はいずれも接合後、シャフトのたわみが大きくなり形状を保持することができなかった。なお、参考例１および２は、Ｌ／Ｄ≧２及びＬ／Ｓ０．５≧３のいずれも満たさないシャフト（５）を用いた例であり、シャフトの下部フランジまたは上部フランジを押圧しても撓みは小さかった。
これに対して、比較例１〜４はいずれも接合後、シャフトのたわみが大きくなり形状を保持することができなかった。なお、参考例１および２は、Ｌ／Ｄ≧２及びＬ／Ｓ０．５≧３のいずれも満たさないシャフト（５）を用いた例であり、シャフトの下部フランジまたは上部フランジを押圧しても撓みは小さかった。
１０ シャフト付きセラミックスヒータ
１２ 基板支持部材
１４ シャフト
１６ 上部フランジ
１８ 下部フランジ
２０ 割スリーブ状の押し治具
２２ 押圧部
２４ 上端部
１２ 基板支持部材
１４ シャフト
１６ 上部フランジ
１８ 下部フランジ
２０ 割スリーブ状の押し治具
２２ 押圧部
２４ 上端部
Claims (2)
- 円盤状の基板支持部材の下面中央に、少なくとも一端にフランジを有する中空形状のシャフトのフランジ側を拡散接合する工程を含むシャフト付き基板支持部材の製造方法であって、
前記シャフトの外径をＤ、前記シャフトの長手方向の長さをＬ、前記シャフトの長手方向を法線方向とする面に沿った断面積をＳとしたとき、Ｌ／Ｄ≧２又はＬ／Ｓ０．５≧３の場合においては、前記基板支持部材とシャフトとの拡散接合に際し、前記シャフトのフランジを前記基板支持部材に当接させた状態で前記フランジを押圧することを特徴とするシャフト付き基板支持部材の製造方法。 - 円盤状の基板支持部材の下面中央に、フランジを有する中空形状のシャフトの前記フランジ側が接合されたシャフト付き基板支持部材であって、
前記基板支持部材と、前記フランジとの界面に拡散接合層を有し、前記拡散接合層の厚みが５０μｍ以下であることを特徴とするシャフト付き基板支持部材。
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| JP2016164817A JP6875805B2 (ja) | 2016-08-25 | 2016-08-25 | シャフト付き基板支持部材及びその製造方法 |
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