JPH0786379A

JPH0786379A - 半導体製造用サセプタ

Info

Publication number: JPH0786379A
Application number: JP22745993A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kitazawa; 謙治北澤; Hiroshi Aida; 比呂史会田
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1993-09-13
Filing date: 1993-09-13
Publication date: 1995-03-31

Abstract

(57)【要約】【構成】窒化アルミニウムを主体とする焼結体からなる
基体２の表面に窒化アルミニウムからなる薄膜３を０．
００１〜１．０ｍｍの厚みで形成してなり、基体２内部
に、発熱回路４および／または導電回路５を形成したも
のを半導体製造用サセプタとして用いる。【効果】耐プラズマ性に優れるためプラズマエッチング
中でのサセプタの長寿命化が達成でき、しかも、均熱性
を有し、発熱回路などを内蔵する場合において、半導体
の加熱の均一化を達成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体製造装置に用い
られるサセプタの改良に関する。

【０００２】

【従来技術】従来より、半導体製造用装置において、サ
セプタは、シリコンウエハーを支持するためのもので、
一般には黒鉛または炭化珪素焼結体からなる基体表面に
気相法により炭化珪素を被覆したもの、あるいは焼結助
剤を添加せずに焼成して形成された高純度炭化珪素焼結
体などが用いられている。

【０００３】また、半導体を製造する過程において、シ
リコンウエハー上にプラズマエッチングによりパターン
を形成することが行われているが、この時、サセプタは
常にプラズマ雰囲気に曝されることとなる。ところが、
このようなプラズマ雰囲気ではサセプタを構成する炭化
ケイ素自体もエッチングされ、サセプタの寿命が短いと
いう問題があった。

【０００４】そのため、プラズマエッチングを行う場合
のサセプタとしては、耐プラズマに優れたアルミニウム
（Ａｌ）、またはアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）等で形成した
ものが用いられている。

【０００５】また、半導体素子の集積回路の集積化を向
上するにつれて、より微細なパターンを形成する必要が
あるため、サセプタ内部に発熱回路を形成しシリコンウ
エハーを加熱しながらプラズマエッチングすることが行
われつつある。

【０００６】

【発明が解決しようとする問題点】半導体製造用装置の
部品は、シリコンウエハー等に不純物が混入しないよう
高純度の物質で作製されたものであることが必要であ
り、さらにプラズマエッチング用部品としては、それ自
体耐プラズマ性を有することが必要である。

【０００７】しかしながら、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）か
らなるサセプタは、耐プラズマ性には優れているが、熱
伝導性、耐熱衝撃性が低く、均熱性に欠けるために、半
導体製造過程で急加熱、急冷することができないという
問題があった。

【０００８】また、炭化珪素を用いても耐プラズマ性は
十分ではなく、炭化珪素焼結体自体、導電性を有するた
めにサセプタ内部に電気回路を形成することができず、
加熱手段を別途に設ける必要があるため、装置が複雑で
大きくなるという欠点を有していた。

【０００９】

【問題点を解決するための手段】本発明者等は、上記問
題点に対して特にサセプタを構成する材料の観点から検
討を重ねた結果、窒化アルミニウム焼結体が、絶縁性を
有するとともに熱伝導性が優れていることに着目し、さ
らに検討し窒化アルミニウム焼結体を基体としてその表
面に窒化アルミニウムからなる薄膜を形成したものをサ
セプタとして用いることにより、高い耐プラズマ性を有
するとともに均熱性が向上し、長寿命化を図ることがで
きることを見出し、本発明に至った。

【００１０】即ち、本発明の半導体製造用サセプタは、
窒化アルミニウムを主体とする焼結体からなる基体の表
面に窒化アルミニウムからなる薄膜を０．００１〜１．
０ｍｍの厚みで形成してなることを特徴とするもので、
さらに、前記基体内部に、発熱回路及び／または導電回
路が形成されることを特徴とするものである。

【００１１】以下、本発明を詳述する。本発明の半導体
製造用サセプタの代表的な構造を図１に示した。図１に
よれば、サセプタ１は、窒化アルミニウム焼結体からな
る基体２と、その基体２表面に形成された窒化アルミニ
ウム薄膜３により構成される。薄膜３は、シリコンウエ
ハの載置面、あるいは半導体製造装置内に露出している
面全体に形成される。

【００１２】具体的には、基体２は、窒化アルミニウム
を主成分とするもので、他にＹ，Ｅｒ，Ｙｂなどの周期
律表第３ａ族元素の化合物や、Ｃａなどのアルカリ土類
元素化合物を２０重量％以下の割合で含む場合もある
が、望ましくはこれらの助剤成分は半導体製造装置内で
半導体に対して不純物的挙動を示すことがあるために、
助剤成分は極力少ないことがよく、例えば特開平５−１
１７０３８号に提案されるように助剤成分を添加するこ
となく高純度化したものが好適に使用される。また、窒
化アルミニウム焼結体は、サセプタの均熱性、速熱性な
どの点から熱伝導率が８０Ｗ／ｍ・ｋ以上、特に１００
Ｗ／ｍ・ｋ以上であることが望ましい。

【００１３】このような窒化アルミニウム焼結体は、窒
化アルミニウム原料粉末に、前記助剤成分を添加混合し
たものを所望の形状に成形した後、窒素などの非酸化性
雰囲気中で１６００〜１９５０℃の温度で焼成すること
により得られる。

【００１４】一方、基体２の表面に形成される窒化アル
ミニウム薄膜３は、０．００１〜１．０ｍｍ、特に０．
００１〜０．３ｍｍの厚みで形成されるのが望ましい。
これは、薄膜の厚みが０．００１ｍｍよりも薄いと薄膜
の寿命が短くなり、１．０ｍｍを越えると薄膜の析出時
間が長くなって生産性が劣るためである。この窒化アル
ミニウム薄膜は、周知の気相法、例えば、スパッタリン
グ、イオンプレーティングなどのＰＶＤ法や、プラズマ
ＣＶＤ、光ＣＶＤ、ＭＯ（Ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉ
ｃ）ＣＶＤなどのＣＶＤ法により容易に形成されるもの
である。このような気相法により形成される薄膜は、純
度９９％以上の高純度であるが、膜中には成膜過程で酸
素が含まれるＡｌＯＮが含まれる場合もあるが、酸素量
が２０原子％を越えると、基体である窒化アルミニウム
焼結体との密着性が低下する場合があるため、酸素含有
量は２０原子％以下に制御することが望ましい。また、
窒化アルミニウム薄膜は、高純度で１２０Ｗ／ｍ・ｋ以
上の熱伝導率を有することが望ましい。

【００１５】さらに、本発明によれば、基体２の内部に
は、シリコンウエハーを固定し、保温するために必要な
発熱回路４やウエハーを静電吸着するための導電回路５
が組み込まれていても良い。これらの回路４、５は、Ａ
ｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ｃ、ＴｉＮ、Ｐｄ、ＷＣ、Ｎｉ等により
形成されるもので、特に発熱回路４は、シリコンウエハ
ーの保温にムラが生じないようにするため、基体２の全
体にほぼ均一になるように形成することが望ましい。ま
た、これらの回路は、基体と熱膨張率が近似する物質で
形成されることが望ましく、例えば、Ｗ、ＭｏおよびＮ
ｉ等があげられる。

【００１６】このような回路は、例えば窒化アルミニウ
ムを主体とする成形体に金属ペーストとして所定のパタ
ーンに塗布した後、上記焼成条件で同時に焼成すること
により形成することができる。この時、金属ペースト中
には窒化アルミニウムや助剤成分を微量添加して回路と
窒化アルミニウム焼結体との密着性を高めることが効果
的である。

【００１７】

【作用】本発明において基体材料として用いられる窒化
アルミニウム焼結体は、体積固有抵抗が１０¹³Ω−ｃｍ
以上の良好な絶縁体であるとともに、熱膨張係数が４×
１０^-6〜５×１０^-6／℃と小さく、耐熱衝撃性に優れて
いるため、急激な温度変化を受けても割れにくい。また
熱伝導性にも優れているため、サセプタ内での温度のむ
らを少なくすることができるため、シリコンウエハーを
均一に保温することができる。

【００１８】また、基体表面に形成される窒化アルミニ
ウム薄膜は、気相法によって合成されることから、組織
が均質でかつ非常に純度が高いことから、耐プラズマ性
に優れ、プラズマエッチングを行う場合もサセプタ表面
のピンホールの発生やエッチングによる劣化を防止する
ことができる。しかも、基体表面が上記高純度の窒化ア
ルミニウム薄膜で被覆されていることから、基体の焼結
体中に僅かな不純物が含まれていたとしても系外に放出
されることがなく、半導体製造過程において不純物によ
る悪影響を及ぼすことを防止することができる。さら
に、高純度窒化アルミニウムは熱伝導率が１２０Ｗ／ｍ
・ｋ以上と優れているために、サセプタを窒化アルミニ
ウム焼結体のみから構成した場合に比較して、さらに均
熱性を高めることができる。

【００１９】さらに、半導体製造用サセプタの多くは加
熱が必要であり、窒化アルミニウムを主成分とする基体
および膜を用いることによって均熱性が向上するが、発
熱回路あるいは静電チャックのような電気回路をサセプ
タ中に包含することによって小型化が図れ、信頼性も向
上することができる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明を次の例で説明する。実施例１窒化アルミニウム粉末にＹ₂Ｏ₃を２重量％添加した混
合体をシート状に成形した後、シート成形体表面に窒化
アルミニウムを２重量％含むＷペーストを２５μｍの厚
みでスクリーン印刷法により発熱回路パターンおよび静
電チャックのパターンに塗布したものを他のシート成形
体ではさんで積層し、これを窒素雰囲気中で１７５０℃
で焼成し、内部に発熱回路および静電チャック回路を組
み込んだ厚さ５ｍｍの窒化アルミニウム焼結体円板を得
た。得られた窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率をレー
ザーフラッシュ法（厚み３ｍｍ）で測定したところ１７
２Ｗ／ｍ・ｋであった。

【００２１】この焼結体円板をＣＶＤ処理炉に入れ、表
１に示すような原料ガスおよび温度条件下で熱ＣＶＤ法
により各種の薄膜を形成し、サセプタを製造した。な
お、得られた薄膜については基体を研磨除去した後燃焼
分析法で膜中の酸素量を測定した。

【００２２】また、薄膜の基体との密着性について、基
体とともに切断した後切断面を実体顕微鏡と走査型電子
顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより調べたところ、
いずれも膜剥離や亀裂の発生は認められなかった。

【００２３】さらに、得られた各種サセプタをプラズマ
エッチング装置内に配置して、フッ素プラズマを行い、
エッチング開始後サセプタ表面にピンホールが発生する
までの時間を寿命として表１に記載した。

【００２４】また、均熱性については、発熱回路に通電
し、サセプタ中央が２００℃になるように加熱した状態
で、サセプタ端部（基板直径２１０ｍｍ）を測定し、そ
の温度差を示した。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１に示すように、従来法に基づき、窒化
アルミニウム基体にＳｉＣ膜を形成した試料Ｎo.１１で
は、ある程度の均熱性を有するものの、耐プラズマ性が
低く、寿命は２３０時間と短いものであった。また、窒
化アルミニウム焼結体のみからなる試料Ｎo.１では、比
較的耐プラズマ性は優れるものの、焼結体からの不純物
により汚染が生じた。

【００２７】これらの従来例に対して、窒化アルミニウ
ム焼結体表面に窒化アルミニウム薄膜を被覆した発明品
は、いずれも高い耐プラズマ性を示し、寿命は５００時
間以上を示した。

【００２８】実施例２実施例１と同様にして、作製した窒化アルミニウム焼結
体に対して表２に示す条件でプラズマＣＶＤ法により薄
膜を形成し、サセプタを製造した。プラズマＣＶＤ法に
よる窒化アルミニウム薄膜は結晶質で純度は９９．９９
９％以上であった。製造したサセプタに対して実施例１
と同様な方法で各種特性評価を行い、結果を表２に示し
た。また、比較のため高純度ＳｉＣ焼結体（純度９９．
８％）からなるサセプタに対しても同様に特性評価を行
った。表２によれば、高純度ＳｉＣ焼結体に対して、本
発明品は、プラズマ中で約４倍の寿命を示した。

【００２９】

【表２】

【００３０】実施例３実施例１と同様にして作製した窒化アルミニウム焼結体
に対して、スパッタ法によりアルゴンと窒素の混合雰囲
気でアルミナターゲットを使用し、表３の条件で薄膜を
形成した。なお、比較のため純度９９％以上のＡｌ₂Ｏ
₃焼結体からなるサセプタに対して同様に特性の評価を
行った。その結果、表３に示すように、高純度Ａｌ₂Ｏ
₃焼結体に比較しても本発明品は耐プラズマ性に優れ、
長寿命を有し、かつ均熱性に優れたものであった。

【００３１】

【表３】

【００３２】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明の半導体製造
用サセプタは、耐プラズマ性に優れるためプラズマエッ
チングを行う場合もサセプタ表面のピンホールの発生や
エッチングによる劣化を防止し、サセプタの長寿命化が
達成できる。また、基体および薄膜とも高熱伝導性を有
することから高い均熱性を有し、発熱回路などを内蔵す
る場合において、半導体の加熱の均一化を達成すること
ができる。しかも、薄膜が高純度でしかも基体との発着
性に優れることから半導体製造過程において不純物など
の混入などがないなど多くの利点を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体製造用サセプタの構造を示す断
面図である。

【符号の説明】

１サセプタ２基体３薄膜４発熱回路５導電回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化アルミニウムを主体とする焼結体から
なる基体の表面に、窒化アルミニウムからなる薄膜を
０．００１〜１．０ｍｍの厚みで形成してなることを特
徴とする半導体製造用サセプタ。
【請求項２】前記基体内部に、発熱回路および／または
導電回路が形成される請求項１記載の半導体製造用サセ
プタ。