JP4307218B2

JP4307218B2 - ウェハ保持部材及びその製造方法

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Publication number: JP4307218B2
Application number: JP2003366568A
Authority: JP
Inventors: 清横山
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2003-07-24
Filing date: 2003-10-27
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2023-10-27
Also published as: JP2005057231A

Description

本発明は、半導体の製造に使用するＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、ＳＯＤ、ＳＯＧ、等の成膜装置やエッチング装置において、半導体ウェハを保持するウェハ保持部材に関する。

半導体デバイスを製造する半導体ウェハ（以下、ウェハという）の処理工程であるＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、ＳＯＤ、ＳＯＧ等の成膜工程やエッチング工程では、被処理物であるウェハに均一な厚みで均質な膜を成膜することや、成膜した膜に均一な深さでエッチングを施すことが重要である。

このため、ウェハを保持するウェハ保持部材が使われている。ウェハ保持部材には発熱体電極を内蔵したり静電吸着電極を内蔵し、大きな吸着力や、ウェハを均一に加熱することが要求されてきた。

しかしながら近年、半導体デバイスの内部配線は従来のアルミニウム配線から銅配線へと移行が進み、銅配線ではウェハを高温に加熱する必要はなくなり、室温付近でウェハを吸着する静電吸着機能を備えたウェハ保持部材が必要となっている。

上記ウェハ保持部材の載置面に載せられたウェハは、ＣｕやＡｒなどのプラズマに曝されることから、温度が上昇する。この温度上昇を抑える為にウェハ保持部材には熱伝導率が１５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上と大きなアルミニウムとＳｉＣとからなる複合材プレートがロウ材またはハンダなどで接合されている。そして上記の複合材プレートに水冷または空冷を施してＣｕまたはＡｒプラズマに曝されて加熱されたウェハから熱を取り除き冷却する方法が考案されている。

特許文献１には図３に示すように静電吸着用の電極２０を埋設した板状セラミックス体２４と、セラミックとアルミニウムとからなる複合材プレート２３とを接合した静電チャックが提案されている。上記の複合材プレート２３に含まれるセラミックス成分としてＳｉＣが提案され、更に該複合材プレート中のセラミックス成分の割合に応じて接合温度を１５０〜６３０℃の範囲で選択して一体に接合する方法が提案されている。

また、図４に示すように特許文献２には、基台３４の上面に絶縁層３６を形成し、その上に電極３７が形成され、該電極を覆うように誘電体層３８を形成してなる静電チャックにおいて、該基台３４の表面に金属層３５が形成され、基台３４は金属にセラミックス粉末を複合させた金属―セラミックス複合材料からなり、誘電体層３８は１×１０^８〜５×１０^１３Ω・ｃｍの体積固有抵抗値を有することを特徴とする静電チャックが提案されている。

また、特許文献３には金属部材とセラミックス部材を金属層を介して接合したウェハ保持部材が開示されている。

更に、特許文献４にはアルミニウムとＳｉＣからなる複合部材の表面にメッキ層を設けて他の物体と接合方法が示されてる。
特開平１０−３２２３９号公報特開２００３―３７１５８号公報特開２００３−８０３７５号公報特開２００３―１５５５７５号公報

しかし、アルミニウムとＳｉＣからなる２成分複合材プレートと板状セラミックス体とを金属で接合する場合には、上記アルミニウムと金属接合層との濡れ性が好ましくなく、金属接合して上記２成分複合材プレートと板状セラミックス体とを一体化する事はできても、どうしても金属接合層とアルミニウムとの濡れ性の悪さから接合界面に空洞が発生した。この空洞が発生するために、特許文献１や特許文献２に提案されるような従来の製造方法では、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング、ＳＯＤ、ＳＯＧ、等の成膜装置やエッチング装置において要求される−４０℃〜１５０℃の冷熱サイクルに対する信頼性が確保できなかった。

半導体デバイスの製造工程であるＣＶＤ工程、ＰＶＤ工程、スパッタリング、ＳＯＤ、ＳＯＧ、等における成膜装置やエッチング装置のウェハ保持部材は、全て真空中での処理となるため、載置面１９側は高真空中に晒され、複合材プレート２３側は大気圧で使用される。

この際、ガス導入孔２１を通って、Ａｒなどの冷却ガスなどが導入されるため、接合材２２には一般的に−４０℃〜１５０℃の冷熱サイクルに曝されることから、接合材２２の信頼性が要求される。

従来の発明である図３において、静電チャックとして使用する場合には、ガス導入孔２１から何らかのガス種がＳｉウェハ裏面に導入されるために接合材２２にＨｅリークレート１．３×１０^−１０Ｐａ・ｍ^３／ｓｅｃ程度の真空気密性が要求されるが、アルミニウムとＳｉＣの２成分複合材プレートを使用しているため、接合材に金属を用いた場合にはどうしても上記アルミニウムと金属接合材の濡れ性が悪く、金属接合材と上記アルミニウムの間に微細な空洞が発生するために、冷熱サイクルの信頼性を保つことができなかった。

また、ウェハを載置面に吸着し、真空チャンバーの中でＣＶＤ法、ＰＶＤ法、スパッタリング法、ＳＯＤ法、ＳＯＧ法によりウェハ上に所望の成膜や所望のエッチングを施した後にウェハを載置面からすみやかに離脱し、次工程に進めることが必要である。静電吸着用の電極２０に電圧を印加し、載置面２０ａに吸着して、成膜又はエッチング工程終了後にウェハを離脱する為に電圧の印加を停止しても直ぐに載置面２０ａに蓄積された電荷が中和されずウェハを吸着する力が残る、所謂残留吸着力の問題があった。残留吸着力が発現している間に、ウェハを載置面から取り外そうとしても、ウェハが離脱しない、離脱してもウェハの位置がずれて狂いが生じる、或いは最悪の場合ウェハを載置面から無理矢理離脱しようとしてウェハを破壊すると言う問題があった。

更に、静電吸着用電極に給電端子を介して電圧を加え、静電吸着力を発現させてウェハＷを吸着し、真空チャンバー内にてウェハＷに成膜またはエッチングを施し、成膜又はエッチング工程終了後にウェハＷを離脱する為に給電端子への電圧の印加を停止するという工程を１万回程度繰り返すと残留吸着力が発現する虞があった。

本発明のウェハ保持部材は、板状セラミックス体の一方の主面をウェハの載置面とし、上記板状セラミックス体の他方の主面または内部に電極を備えたウェハ保持部と、ＳｉＣとアルミニウムとシリコンを含む複合材プレートとを有し、上記ウェハ保持部の載置面と反対側の表面に金属層を備え、上記複合材プレートの表面に金属層を備え、これら二つの金属層の間に金属接合材を介して上記ウェハ保持部と上記複合材プレートが接合され、上記複合材プレート側の金属層の厚みｔｍと上記金属接合材の厚みｔとの比ｔｍ／ｔが０．０１〜１であるとともに、上記板状セラミックス体を貫通する貫通孔と、上記載置面に上記貫通孔に連通した溝とを備え、該溝の深さが１０〜５００μｍであることを特徴とする。

また、上記複合材プレートの表面の金属層がアルミニウム、金、銀、銅、ニッケルから選ばれる一種または二種以上を主成分とすることを特徴とする。

また、上記金属接合材がアルミニウムまたはインジウムを主成分とするロウ材であることを特徴とする。

また、前記電極が静電吸着電極であることを特徴とする。

また、板状セラミックス体の一方の主面をウェハの載置面とし、上記板状セラミックス体の他方の主面または内部に電極を備え、上記板状セラミックス体の体積固有抵抗が１０^８〜１０^１１Ωｃｍであって、上記載置面とは反対側の面に導体層を備え、上記導体層の面積が上記載置面の面積の１００％以上であるとともに、上記板状セラミックス体を貫通する貫通孔と、上記載置面に上記貫通孔に連通した溝とを備え、該溝の深さが１０〜５００μｍであることを特徴とする。

また、上記導体層の面積が上記載置面の面積の１１５％以上であることを特徴とする。

また、上記板状セラミックス体の厚みが１５ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、上記溝が上記板状セラミックス体の中心から周辺に放射状に延びる放射溝を備えたことを特徴とする。

また、上記放射溝の長さが上記板状セラミックス体の半径の１／３以上であることを特徴とする。

また、上記ウェハ保持部の載置面と反対側の表面と、上記複合部材の表面にそれぞれ金属層を形成し、上記２つの金属層を挟むようにロウ材を設置して、加圧しながら加熱し、ウェハ保持部と上記複合部材とを接合することを特徴とする。

以上のように本発明によれば、５〜５０％の気孔率を有する複合材をセラミックス製静電チャックに接合した場合でも−４０〜１５０℃の冷熱サイクル試験に１００００サイクル以上耐えうる信頼性が得られるウェハ保持部材を提供することができる。

また、残留吸着力が小さく、ウェハを速やかに取り外すことができ、繰り返しウェハを吸着してもウェハが常に速やかに離脱できるとともに、１０万回以上のＳｉウェハの吸着／離脱を繰り返しても残留吸着の発現しないウェハ保持部材を提供する。

図１は本発明のウェハ保持部材１の一例である静電チャックの概略の構造を示す。

板状セラミックス体７の一方の主面をウェハを載せる載置面７ａとし、板状セラミックス体７の他方の主面または内部に電極１０を備えたウェハ保持部２と、ＳｉＣとアルミニウムとシリコンを含む複合材プレート４とを備え、ウェハ保持部２の載置面７ａと反対側の表面に金属層８と、複合材プレート４の表面に金属層９を備え、上記２つの金属層８，９と金属接合材３を介してウェハ保持部２と上記複合材プレート４が接合されている。

板状セラミックス体７はアルミナ等の酸化物セラミックスや窒化物、炭化物等のセラミックスからなることが好ましく、載置面７ａには溝（不図示）が形成されウェハ保持部材１を貫通するガス導入孔６からアルゴンガス等が供給されウェハＷと溝で形成された空間にガスが充填され、ウェハＷと載置面７ａの間の熱伝導を高め、ウェハＷの熱を逃がすようになっている。

また、複合材プレート４は、金属とセラミックの複合材からなり、三次元編目構造の多孔質セラミック体を骨格とし、その気孔部に隙間なくアルミニウムーシリコン合金を充填した複合材料を使うことが好ましい。このような構造とすることで、板状セラミックス体７と複合部材プレート４の熱膨張係数を近づけることができる。

更に、上記の複合材プレート４の熱伝導率が約１６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）と大きな材料が得られ、プラズマ等の雰囲気からウェハＷに伝わった熱を複合材プレート４を通して取り除くことが容易となり好ましい。

そして、複合材プレート４には冷却媒体を通す流路４ａが備えられ、冷却媒体を介して、ウェハＷの熱をウェハ保持部材１の外部に取り除くことができることからウェハＷの温度を冷却媒体の温度でコントロールすることが容易となる。

そして、載置面７ａの上にウェハＷを載せ、吸着用電極１０の間に数百Ｖの吸着電圧を給電端子５ａ、５ｂから印加して、吸着用電極１０とウェハＷの間に静電吸着力を発現させ、ウェハＷを載置面７ａに吸着することができる。また、複合材プレート４と対向電極（不図示）との間にＲＦ電圧を印加するとウェハＷの上方にプラズマを効率的に発生することができる。

本発明のウェハ保持部材１は、アルミニウムとＳｉＣからなる２成分複合材ではなく、ＳｉＣとアルミニウムとシリコンを含む複合材プレート４に１〜２００μｍの厚みの金属層９を形成していることが特徴で、複合材プレート４中のアルミニウムとシリコンの組み合わせから、複合材プレート４として製造した際にアルミニウム・シリコン系の共晶材料を形成していることから、金属層９との密着性が改善される。シリコン自体の金属層９との密着性が好ましい為に複合材プレート４では、金属層９との強固な密着性が得られる。

複合材プレート４に形成された金属層９はアルミニウムとＳｉＣの２成分複合材に比べて、金属接合材３との濡れ性が大幅に改善され、ＳｉＣとアルミニウムとシリコンの複合材と金属接合材との間に空洞が発生する事がないことから−４０℃〜１５０℃の冷熱サイクルに対する信頼性を確保する事ができる。

そして、同様の金属層８は板状セラミックス体１の裏面にも形成されていることが必要である。金属層８が板状セラミックス体７に形成されていない場合には、金属接合材３と板状セラミックス体７はアンカー効果によってのみ結合されるが、板状セラミックス体７に金属層８が形成されていると金属層８と金属接合材３との相互拡散により、単なるアンカー効果だけの密着に比べて強固な密着性が得られる。

金属層８、９は複合材プレート４と金属接合材３との濡れ性の改善及び板状セラミックス体７と金属接合材３の強固な密着性を得るためだけでなく、接合強度を均一化させる効果が大きい。金属接合材３を複合材プレート４や板状セラミックス体７と直接接合する場合は、必ず複合材プレート４側か板状セラミックス体７側のどちらか一方に接合強度の弱い部分が存在するため、接合強度の弱い部分は金属接合材による接合時にクラックを発生させやすくなる。このために、本発明の効果を得るためには、必ず金属化面は複合材プレート４と金属接合材３の間、及び板状セラミックス体７と金属接合材３の間の両方に形成する必要がある。

ここで、金属接合材３の厚みｔと金属層９の厚みｔｍとの比ｔｍ／ｔは０．０１〜１とする。上記比が０．０１以下では、複合材プレート４を満遍なく金属層８で覆うことができない虞があり接合強度のバラツキが大きくなる虞がある。また、ｔｍ／ｔが１を超えると、金属層９と複合材プレート４や板状セラミックス体７あるいは金属接合材３との熱膨張係数の差から金属層８に微細なクラックが発生しやすくなり、やはり接合強度にバラツキが発生しやすくなるからである。

上記比ｔｍ／ｔを０．０１〜１とすれば、直径３００ｍｍの板状セラミックス体７と、金属接合材３、複合材プレート４、給電端子５、ガス導入孔６と載置面７ａを備え、板状セラミックス体７及び複合材プレート４の間の界面に形成された金属層８，９からなる静電チャックであっても、−４０〜１５０℃の冷熱サイクル試験に１０００サイクル以上耐えうる信頼性が得られる。

尚、特許文献３は比較的接合が容易なウェハ保持部と金属部材を接合した構成であり、上記金属部材と異なる複合材プレートを接合する点が全く異なるものである。

また、特許文献４の複合部材の組成はアルミニウムとＳｉＣを主成分とするのに対し、本発明はこれにシリコンを含ませる点から大きく異なるとともに、金属層を複合部材プレート側とウェハ保持部側との両方に備えることで、相乗効果を際立たせて本発明に至るもので、全くその発明思想が異なるものである。

また、金属層９がアルミニウム、金、銀、銅、ニッケルから選ばれる一種または二種以上を主成分とすることが好ましい。その理由は、金属接合材３としてアルミニウムとシリコンからなるアルミロウを使用した場合には、アルミロウとの相溶性、濡れ性の良いアルミニウム、金、銀、銅、ニッケルから選ばれる一種または二種以上を主成分とした金属層９を選択すれば、非常に強固な密着性が得られる。そして、直径３００ｍｍの板状セラミックス体７と複合材プレート４、給電端子５、ガス導入孔６と載置面７からなるウェハ保持部材１において、板状セラミックス体７及び複合材プレート４の界面に形成された金属層８を形成すると、−４０〜１５０℃の冷熱サイクル試験に１００００サイクル以上耐えうることから信頼性のあるウェハ保持部材１が得られるからである。

また、金属接合材３はアルミニウムを主成分とするロウ材であることが好ましく、更にインジウムを主成分とするロウ材においても同様の効果が得られて好ましい。

なお、金属接合材３と金属層８、９の材質の組み合わせとしては、異なる種類の金属材を用いることが好ましい。

また、給電端子５ａ、５ｂを介して電極１０に電圧を加え、静電吸着力を発現させてウェハを吸着し、真空チャンバー内にてウェハに成膜またはエッチングを施し、成膜又はエッチング工程終了後にウェハを離脱する為に給電端子５ａ、５ｂへの電圧の印加を停止し、載置面７ａに蓄積された電荷を中和させウェハを速やかに離脱するためには、板状セラミックス体の体積固有抵抗は１０^８〜１０^１１Ω・ｃｍであることが好ましく、載置面７ａとは反対側の面に導体層となる金属層８、９や接合層４、更に複合材プレート４を備え、これらの導体層の載置面７ａへの投影面積が載置面７ａの面積の１００％以上であることが好ましく、更に１１５％以上であることがより好ましい。これは、載置面７ａに電荷を蓄積してジョンソン−ラーベック力による静電吸着力を発現させるためには、１０^８Ωｃｍ以上であることが重要であるが、吸着後にすみやかにウェハを離脱させるためには、載置面７ａに蓄積された電荷が速やかに離散する必要があるため、体積固有抵抗が１０^１１Ωｃｍを超えて大きいと、この電荷の離散が起こらないため、残留吸着力が長時間残る虞があるからである。残留吸着力を抑える為には板状セラミックス体７の体積固有抵抗は１０^１１Ωｃｍ以下であることが重要である。

しかしながら、電極１０に給電端子５ａ、５ｂを介して電圧を加え、静電吸着力を発現させてウェハＷを吸着し、真空チャンバー内にてウェハＷに成膜またはエッチングを施し、成膜又はエッチング工程終了後にウェハＷを離脱する為に給電端子５ａ、５ｂへの電圧の印加を停止するという工程を１万回程度繰り返すと残留吸着力が発現することがあった。ウェハの吸着離脱を１０万回繰り返しても瞬時に載置面７ａに蓄積された電荷を離散させ、ウェハＷを離脱させるためには、載置面７ａに蓄積された電荷の逃げ場所が必要であり、電荷の逃げ場所である上記導体層の投影面積が載置面７ａの面積の１００％以上とすることにより、１０万回以上ウェハＷの吸着／離脱を繰り返しても大きな残留吸着力の発現しないウェハ保持部材１が得られる。これは、吸着面７ａに蓄積された電荷は給電端子５ａ、５ｂへの電圧の印加を停止すると中和される方向に移動するが、板状セラミックス体７内が全て電気的に中和される前に次の給電端子５ａ、５ｂへの電圧が印加されると移動し切れない電荷が残留し易いが、載置面７ａの面積の１００％以上の投影面積を持つ導体層である金属層８，９、金属接合材３や複合材プレート４が電気的に接合されていることにより、電気的に非平衡な電荷は速やかに導体層に吸収されるからである。このことにより、ウェハ保持部材１は１０万回以上のウェハの吸着／離脱を繰り返しても残留吸着力の発現を小さくすことができる。更に本発明者らは鋭意研究の結果、複合材プレート４である導体層の投影面積を載置面７ａの面積の１１５％以上とすることにより、２０万回以上ウェハの吸着／離脱を繰り返しても残留吸着の発現しないウェハ保持部材１が得られることを見出した。これは、１１５％以上では、吸着面７ａに蓄積された電荷が板状セラミックス体７を通過して導体層である複合材プレート４に吸収されるだけでなく、板状セラミックス体７の表面を通って電荷が複合材プレート４に吸収される為だと考えられる。

また、載置面７ａに残った残留電荷を効率よく下面の導体層に逃がすには、載置面７ａから導体層までの距離が小さいことが好ましく、板状セラミックス体７の体積固有抵抗が上記範囲であることから、板状セラミックス体７の厚みが１５ｍｍ以下であることが好ましい。上記厚みが１５ｍｍ以下であると、載置面７ａの残留電荷を３秒以下と短時間で速やかに導体層に移動させることができることから、残留吸着力が短時間で消滅して好ましい。更に好ましくは１１ｍｍ以下であり、更に好ましくは８ｍｍ以下である。

更に、板状セラミックス体７を貫通する貫通孔６と、載置面７ａに貫通孔６に連通した溝とを備え、該溝の深さが１０〜５００μｍであることが好ましい。溝の深さが１０μｍを下回ると、溝に導入されたアルゴンガス等により載置面７ａとウェハとの間の熱伝導率が低下してウェハの冷却効率が低下し、好ましくない。また、５００μｍを超えると、載置面７ａの表面の残留電荷が表面を伝わって導体層に伝わり難くなる虞があるからである。更に好ましくは、５０〜３００μｍである。

また、図２に示すように載置面７ａの表面の残留電荷は表面を伝わって導体層に伝わる場合には、載置面７ａの中心部の残留電荷が逃げ難く、特に載置面７ａの中心部に島状の凸部７ｃが形成されていると凸部の丁面の残留電荷が逃げ難いことから、載置面７ａの中心部の残留電荷が速やかに載置面の外周部に伝わり易いように溝は板状セラミックス体７の中心部から周辺に放射状に延びる放射溝７ｂを備えることが好ましい。

更に、放射溝７ｂは板状セラミックス体７の半径の１／３以上あると、載置面７ａの中心部の残留電荷が載置面７ａの周辺に伝わり易く、残留吸着力が短時間で小さくなり、ウェハの離脱が容易となり、好ましい。

また、複合材プレート４の中のＡｌとＳｉの重量比（Ａｌ／Ｓｉ）は０．１〜６が好ましい。ＡｌとＳｉの重量比が０．１未満では、Ｓｉが過多となり、複合材プレート４と金属接合層３との界面が脆くなりすぎるために、接合時にクラックを生じる虞がある。また、ＡｌはＳｉＣ、Ｓｉとも基本的には濡れ性が悪く、偏在しやすいことから、ＡｌはＳｉに比べて表面に析出し易く、ＡｌとＳｉの重量比（Ａｌ／Ｓｉ）が６を超えると、複合材プレート４の金属層に接触する面においてＡｌの占有する面積が８０％を超える虞があり、Ａｌの占有する面積が８０％を超えると、Ａｌの他の金属材料との濡れ性の低下が顕著に現れて、金属層８、９や金属接合材３に空洞、ボイドが発現し、上記の真空気密性を悪化させるので、好ましくない。また、上記重量比（Ａｌ／Ｓｉ）が０．１を下回ると、Ａｌの占有する面積が５％未満となり、Ａｌの専有面積が５％未満となると、板状セラミックス体７と複合材プレート４の間の熱伝達率が低下しすぎて、ウェハ保持部材１としての冷却機能が成立しなくなる虞があり、好ましくない。

また、ウェハ保持部２と複合材プレート４とを金属接合材３で接合するには、互いの接合面に垂直な方向に平均圧力が１０〜２００ｋＰａの押圧力を印加することが好ましい。

その理由は、ウェハ保持部２と複合材プレート４との金属接合は接合面に所望の荷重をかけるか、あるいはホットプレス法で加圧しながら、所望の温度、所望の圧力下にて接合するが、この際に金属接合材３の厚みのバラツキは中心値±３０％以下が望ましく、金属接合材３の厚みのバラツキを中心値±３０％以下を達成するためには、接合のために加える荷重は１０〜２００ｋＰａの範囲であることが好ましいからである。上記荷重が１０ｋＰａ未満では、金属接合材の厚みの均一性が充分に得られない為に、直径が２００ｍｍを超える静電チャック１００を接合する場合には、部分的な剥がれが発生し、Ｈｅリークレートが大きくなる。

一方、金属接合材３に垂直な方向に加える圧力が２００ｋＰａを越えると、荷重が高すぎて、ウェハ保持部２の中心部と外周部の金属接合材３の厚みが不均一になりやすく、中心部の金属接合材３が薄くなり過ぎて、充分なアンカー効果が得られず、Ｈｅリークレートが大きくなり好ましくない。

次に本発明のウェハ保持部材１の製造方法を静電チャックを例に説明する。

静電チャックを構成する板状セラミックス体７としては、窒化アルミニウム質焼結体を用いることができる。窒化アルミニウム質焼結体の製造に当たっては、窒化アルミニウム粉末に重量換算で１０質量％程度の第３ａ族酸化物を添加し、ＩＰＡとウレタンボールを用いてボールミルにより４８時間混合し、得られた窒化アルミニウムのスラリーを２００メッシュに通し、ウレタンボールやボールミル壁の屑を取り除いた後、防爆乾燥機にて１２０℃で２４時間乾燥して、均質な窒化アルミニウム質混合粉末を得る。

該混合粉末にアクリル系のバインダーと溶媒を混合して窒化アルミニム質のスリップを作成し、ドクターブレード法にてテープ成形を行う。得られた窒化アルミニウムのテープを複数枚積層し、その上に静電吸着用の電極１０としてタングステンをスクリーン印刷法で形成し、無地のテープに所望の密着液を塗り、テープを複数枚重ねてプレス成形を行う。

得られた成形体を非酸化性ガス気流中にて５００℃で５時間程度の脱脂を行い、更に非酸化性雰囲気にて１９００℃で５時間程度の焼成を行い、電極１０を埋設した窒化アルミニウム質焼結体を得る。

こうして得られた窒化アルミニウム質焼結体に所望の形状、所望の絶縁層厚みが得られるように機械加工を施し、ウェハ保持部２とした後にメッキ、はんだメッキ、スパッタリング、メタライズなどの方法により、静電吸着部の載置面と反対側の面に金属層８を形成する。

複合材プレート４はセラミックス粒子に溶融した金属を含浸させ、含浸中はセラミックス粒子と溶融金属に熱だけを加え、圧力はかけない、含浸が終了した時点で、１０〜１００ｒｐｍの回転数の撹拌ブレードにより溶融金属が含浸されたセラミックス粒子を加熱しながら１〜１０時間混合する。その後、鋳込み成型により所望の形状に成型し、複合材プレート４とする。

そして、ＳｉＣとアルミニウムとシリコンを含む複合材プレート４のウェハ保持部２との接合面側にも金属層９を形成し、ウェハ保持部２と複合材プレート４を金属接合材３で接合する。この際、金属接合材３としては、アルミロウ、インディウムロウ（以後Ｉｎロウと略す）などの金属接合材３を選択すると良い。

そして、所望の荷重、温度加えながら非酸化性雰囲気中にて接合するか、あるいはホットプレス法で加圧しながら、所望の温度、所望の圧力下にて接合することによって、ウェハ保持部材１を得ることができる。

ＡｌＮ粉末に重量換算で１０質量％の第３ａ族酸化物を添加し、ＩＰＡとウレタンボールを用いてボールミルにより４８時間混合し、得られたＡｌＮのスラリーを２００メッシュに通し、ウレタンボールやボールミル壁の屑を取り除いた後、防爆乾燥機にて１２０℃で２４時間乾燥して、均質なＡｌＮ質混合粉末を得る。得られたＡｌＮ質混合粉末にアクリル系のバインダーと溶媒を混合してＡｌＮ質のスリップを作成し、ドクターブレード法にてテープ成形を行った。

得られたＡｌＮのテープを複数枚積層し、その上に電極としてＷを印刷法で形成し、無地のテープに所望の密着液を塗り、テープを複数枚重ねてプレス成形を行った。

得られたＡｌＮとＷ電極の混合成形体を非酸化性ガス気流中にて５００℃で５時間程度の脱脂を行い、更に非酸化性雰囲気にて１９００℃で５時間程度の焼成を行い、誘電体からなるＡｌＮ質焼結体を得た。

こうして得られたＡｌＮ質焼結体に、所望の形状の載置面と電極の絶縁膜の所望の厚みとが得られるように機械加工を施し、ウェハ保持部とした。更に、所望のガス溝をウェハの載置面にサンドブラストなどの方法で形成した。

そして、メッキ法によりウェハ保持部の載置面と反対側に主面に金属層を形成した。

上記と同様に金属層を形成したＳｉＣとアルミニウムとシリコンを含む複合材プレートをアルミニウムロウ、インジウムロウなどの金属接合材を介して接合した。

また、接合は、１×１０^−６Ｐａ程度の真空炉中で行い、アルミロウの場合は５５０〜６００℃で、Ｉｎロウの場合は１８０〜２００℃程度で９８ｋＰａの荷重をかけて接合した。

複合材プレートの表面の金属層の厚みは、ウェハ保持部材と複合材プレートの接合体を切断して接合部を１０００倍のＳＥＭ写真を撮影して金属層及び金属接合材の厚みを求めその比を算出した。

尚、各厚みは中央と周辺を各２箇所測定しその平均値を求め金属層や金属接合材の厚みとした。

得られたウェハ保持部材をあらかじめ超音波検査して接合面にクラックや剥がれの発生していないことを確認した後に準備した−４０℃気槽と１５０℃の雰囲気中に各１時間ずつ保持して１０００サイクル後に再度超音波検査を実施してクラックの発生を確認した。表１にその結果を示す。

本発明の金属接合材厚みｔと複合材プレート側の金属層厚みｔｍの比ｔｍ／ｔが０．０１〜１である試料Ｎｏ.１〜８は、−４０℃〜１５０℃の冷熱サイクル１０００サイクル後でもクラックの発生がなく優れた特性を示した。

それに対し、試料Ｎｏ.９，１０は、上記比の値が０．００８、１．０１０と範囲外であることから、金属接合材にクラックが生じた。

また、板状セラミックス体側の金属層の厚みｔｃと金属接合材の厚みｔの比ｔｃ／ｔが０．０１〜１であるものは好ましい特性が得られた。

実施例１と同様に金属層の種類を変えてウェハ保持部材を作製し、−４０℃〜１５０℃の冷熱サイクル１００００サイクル後の結果を評価した。その結果を表２に示す。

複合材プレート４の表面の金属層がアルミニウム、金、銀、銅、ニッケルから選ばれる１種または２種以上を主成分とする試料Ｎｏ.２１〜２８は、−４０℃〜１５０℃の冷熱サイクルが１００００サイクル後においてもクラックの発生がなく、更に優れた特性を示した。

実施例１と同様に複合材プレート４の面積を変えてウェハ保持部材を作製し、電極に給電端子を介して１ｋＶの電圧を印加し、２５ｍｍ角のＳｉウェハの吸着させた後、印加電圧を停止し３秒後に上記ウェハを機械的に引き剥がし、その残留吸着力を繰り返し測定して、残留吸着力を評価した。初回の残留吸着力から繰り返し残留吸着力を測定し連続した第十回目までの残留吸着力の平均値を初回の残留吸着力とした。そして、上記１０回の残留吸着力の平均値が２倍を超える吸着力を示す繰り返し回数を残留吸着力の発現点とした。その結果を表３に示す。

複合材プレート４の投影面積に対する載置面が１００％以下では、残留吸着力の発現は吸着回数が１０万回を下回ったＳｉウェハの吸着／離脱で発生した。しかし、１００％以上では、１０万回以上で発生し、１１５％以上では、２０万回以上で発生することから、載置面の面積に対する導体層の面積は１００％以上が好ましく、更に好ましくは１１５％以上であった。

実施例１と同様に載置面の大きさが３００ｍｍの静電チャックを作製した。該静電チャックの板状セラミックス体の厚みを５〜２０ｍｍの範囲で変化させて作製したものを用意した。

そして、貫通孔を板状セラミックス体の中心に設け、載置面に深さ５〜１ｍｍで幅２ｍｍの溝を作製した。中心から放射状に８本の溝と、中心から円環状に４５ｍｍ間隔で３つの円環状の溝を作製した試料Ｎｏ．６１〜６５、Ｎｏ．６９〜７２と、放射状の８本の溝の長さを中心からの長さで載置面の半径の１／４、１／３、１／２とした試料Ｎｏ．６６〜６８とした。

また、比較用として板状セラミックス体の中心から渦巻き状の溝を３５ｍｍ間隔で作製した試料Ｎｏ．７３を用意した。

そして、残留吸着力測定は真空中で行い、１インチ角のＳｉウェハを吸着面に配置して、５００Ｖを２分間印加した後、電圧を切り３秒後にＳｉウェハを引き上げ、その引き上げに要した力をロードセルで測定して、その値を吸着面の１インチ角の面積で除して単位面積当たりの残留吸着力とした。

また、載置面にウェハを載せ複合材プレートを水冷してウェハを吸着しウェハの温度を測定しながら、上面からランプ加熱して１０分後のウェハの温度変化を測定した。

表４にその結果を記載した。

板状セラミックス体の厚みが２０ｍｍの試料Ｎｏ．７２は残留吸着力が３ｋＰａとやや大きいことが分かった。

それに対し、本発明の板状セラミックス体の厚みが１５ｍｍ以下の試料Ｎｏ．６１〜７１、７３は残留吸着力が１．５ｋＰａ以下と小さく、優れた特性を示すことが分かった。

また、本発明の溝の深さが１０〜５００μｍである試料Ｎｏ．６１〜６２、６４〜６９、７１、７２は残留吸着力が０．９ｋＰａ以下と小さく、温度変化も２４℃以下と小さく好ましいことが分かった。

一方溝の深さが５μｍの試料Ｎｏ．６３は載置面の温度が５０℃と上昇しウェハ保持部材として好ましくないことが判明した。

また、溝の深さが１０００μｍである試料Ｎｏ．７０は残留吸着力が１．３ｋＰａとやや大きいことが分かった。

また、更に好ましくは溝の深さは５０〜３００μｍである試料Ｎｏ．６１、６２、６５、６７〜６９は残留吸着力が０．３ｋＰａ以下と更に小さく、載置面の温度変化も１７℃以下と小さく好ましいことが分かった。

また、放射溝の長さが載置面の半径の１／４と短い試料Ｎｏ．６６は残留吸着力が０．９ｋＰａとやや大きかった。

一方、放射溝が長い静電チャック試料Ｎｏ．６１〜６９で残留吸着力が０．９ｋＰａ以下と小さく好ましいことが分かった。更に、放射溝の長さが載置面の長さの１／３以上である試料Ｎｏ．６１〜６５、６７〜７２は残留吸着力が０．３ｋＰａ以下と更に好ましいことが分かった。

本発明のウェハ保持部材の断面図である。本発明のウェハ保持部材の載置面の溝を示す図である。従来のウェハ保持部材の断面図である。従来のウェハ保持部材の断面図である。

符号の説明

１：ウェハ保持部材
２：ウェハ保持部
３：金属接合材
４：複合材プレート
４ａ：流路
５：給電端子
６：ガス導入孔
７：板状セラミックス体
７ａ：載置面
７ｂ：溝
８：金属層
９：金属層
１０：電極
２１：スルーホール
２２：接合材
２３：複合材プレート
３４：基台
３５：電極
３６：絶縁層
３７：金属層

Claims

板状セラミックス体の一方の主面をウェハの載置面とし、上記板状セラミックス体の他方の主面または内部に電極を備えたウェハ保持部と、ＳｉＣとアルミニウムとシリコンとを含む複合材プレートとを有し、上記ウェハ保持部の載置面と反対側の表面に金属層を備え、上記複合材プレートの表面に金属層を備え、これら二つの金属層の間に金属接合材を介して上記ウェハ保持部と上記複合材プレートが接合され、上記複合材プレート側の金属層の厚みｔｍと上記金属接合材の厚みｔとの比ｔｍ／ｔが０．０１〜１であるとともに、上記板状セラミックス体を貫通する貫通孔と、上記載置面に上記貫通孔に連通した溝とを備え、該溝の深さが１０〜５００μｍであることを特徴とするウェハ保持部材。
上記複合材プレートの表面の金属層がアルミニウム、金、銀、銅、ニッケルから選ばれる一種または二種以上を主成分とすることを特徴とする請求項１に記載のウェハ保持部材。
上記金属接合材がアルミニウムまたはインジウムを主成分とするロウ材であることを特徴とする請求項１または２に記載のウェハ保持部材。
上記電極が静電吸着電極であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載のウェハ保持部材。
板状セラミックス体の一方の主面をウェハの載置面とし、上記板状セラミックス体の他方の主面または内部に電極を備え、上記板状セラミックス体の体積固有抵抗が１０^８〜１０^１１Ω・ｃｍであって、上記載置面とは反対側の面に導体層を備え、上記導体層の面積が上記載置面の面積の１００％以上であるとともに、上記板状セラミックス体を貫通する貫通孔と、上記載置面に上記貫通孔に連通した溝とを備え、該溝の深さが１０〜５００μｍであることを特徴とするウェハ保持部材。
上記導体層の面積が上記載置面の面積の１１５％以上であることを特徴とする請求項５に記載のウェハ保持部材。
上記板状セラミックス体の厚みが１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６の何れか１つに記載のウェハ保持部材。
上記溝が上記板状セラミックス体の中心から周辺に放射状に延びる放射溝を備えたことを特徴とする請求項１〜７の何れか１つに記載のウェハ保持部材。
上記放射溝の長さが上記板状セラミックス体の半径の１／３以上であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１つに記載のウェハ保持部材。
上記ウェハ保持部の載置面と反対側の表面と、上記複合部材の表面にそれぞれ金属層を形成し、上記２つの金属層を挟むようにロウ材を設置して、加圧しながら加熱し、ウェハ保持部と上記複合部材とを接合することを特徴とする請求項１〜９の何れか１つに記載のウェハ保持部材の製造方法。