JPH07153820A

JPH07153820A - 半導体製造用サセプタおよびその製造方法

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Publication number: JPH07153820A
Application number: JP29936893A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kitazawa; 謙治北澤; Hiroshi Aida; 比呂史会田; Kazuhiko Mikami; 一彦三上
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 1995-06-16

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の表面を平面研磨した後に導電回路５を形成し、
その後、導電性回路５の上部に気相法などにより窒化ア
ルミニウム薄膜３を０．００１〜１．０ｍｍの厚みで形
成して半導体製造用サセプタを得る。【効果】優れた耐プラズマ性を有し、半導体製造時に不
純物の混入を抑制するとともに、シリコンウエハに対し
てサセプタ面で均一な吸着力を得ることができ、サセプ
タ内部に発熱回路を形成した場合も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
を均一に保温することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内部に導電回路が形成
されるような半導体製造装置用サセプタおよびその製造
方法に関する。

【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になる。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珪
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。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、サセプタ内部に静電的にウエハを
吸着させるための導電回路や発熱回路を形成しシリコン
ウエハを加熱することも行われている。

【０００５】

【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。

【０００６】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。

【０００７】また、炭化珪素を用いても耐プラズマ性が
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。

【０００８】そこで、耐プラズマ性にすぐれ、熱伝導率
が大きい窒化アルミニウム焼結体を用いたサセプタや、
窒化アルミニウム薄膜を所定の基体表面に形成すること
も提案されている。この窒化アルミニウム焼結体を用い
てその内部に導電回路を形成する場合には窒化アルミニ
ウム成形体中に導電ペーストを埋設して同時に焼成する
ことが行われる。しかしながら、このような導電回路を
形成した場合、両者の焼結挙動や熱膨張挙動が異なるた
めに、サセプタが変形し、サセプタのシリコンウエハ搭
載面の平坦度及び平向度が充分に得られなくなる。サセ
プタにおいてウエハ載置面は高い平坦性が要求されるた
め、基体表面を平坦研磨する必要があるが、その場合ウ
エハ載置面と導電回路との距離が場所により異なり、静
電吸着力がサセプタ表面で不均一になる等の問題があっ
た。

【０００９】

【問題点を解決するための手段】本発明者等は、窒化ア
ルミニウムの優れた耐プラズマ性を生かしつつ、変形の
ない平坦度、平行度が高く、静電吸着性が均一なサセプ
タを得ることを目的として検討を重ねた結果、窒化アル
ミニウムを主体とする焼結体基体の表面を平面研磨した
後、基体表面に導電回路を形成しその上部に窒化アルミ
ニウムからなる薄膜を形成することを特徴とすることに
より、上記目的が達成されることを見いだし本発明に至
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表面
に導電性回路を形成し、さらにその上部に窒化アルミニ
ウム薄膜を０. ００１〜１. ０ｍｍの厚みで形成したこ
とを特徴とするものであり、その製造方法としては、窒
化アルミニウムを主体とする焼結体を作製する工程と、
該窒化アルミニウム焼結体の表面を平面研磨する工程
と、前記研磨後の表面に導電性回路を形成する工程と、
該導電性回路の上部に窒化アルミニウム薄膜を０．００
１〜１．０ｍｍの厚みで形成する工程を具備してなるこ
とを特徴とするものである。

【００１１】以下、本発明を詳述する。本発明における
半導体製造用サセプタは、窒化アルミニウムを主体とす
る構造体からなるもので、少なくとも内部に導電回路を
有するものである。そこで、本発明のサセプタの具体的
な構造を図１に示した。図１中、２は基体、３は窒化ア
ルミニウム薄膜、５は導電回路である。本発明によれ
ば、基体２は窒化アルミニウムを主体とする焼結体から
構成され、導電回路３は窒化アルミニウム焼結体の基体
２の表面に形成されている。また、窒化アルミニウム焼
結体からなる基体２内部には発熱回路が４が形成されて
いる。窒化アルミニウム薄膜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】基体２は、具体的には、窒化アルミニウム
を主成分とし、他にＹ，Ｅｒ，Ｙｂなどの周期律表第３
ａ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５−１１７０３８
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１００Ｗ／ｍ・ｋ
以上であることが望ましく、導電回路の形成しやすさの
点から気孔率が１〜１０％のものが望ましい。

【００１３】一方、基体２の表面に形成される導電回路
は、室温〜８００℃の範囲の熱膨張率が３〜１０×１０
^-6／℃のＷ、Ｍｏ、ＴｉＮ、ＷＣ、ＴｉＣなどの導電性
金属で形成されるもので、基体との密着性を高めるため
に、窒化アルミニウムや基体を構成する焼結体の助剤成
分を微量含む場合もある。この導電回路は、０．５〜
１．５ｋＶの電圧を印加することにより静電的にウエハ
を吸着するためのものである。

【００１４】窒化アルミニウム薄膜３は、０．００１〜
１．０ｍｍ、特に０．０１〜０．３ｍｍの厚みで形成さ
れるのが望ましい。これは、薄膜の厚みが０．００１ｍ
ｍよりも薄いと、導電回路の厚みにもよるが、導電回路
パターンの凹凸が薄膜表面に反映されて平坦度が得られ
難く、１．０ｍｍを越えるとウエハの吸着性が低下した
り薄膜の析出時間が長くなって生産性が劣るためであ
る。

【００１５】本発明の半導体製造用サセプタを製造する
には、まず、上述したように窒化アルミニウム質焼結体
を、場合によっては発熱回路と同時焼成によってサセプ
タ基体を作製する。具体的には、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焼結体を得る
ことができるが、発熱回路を内蔵させる場合には、窒化
アルミニウム成形体中にＷ、Ｍｏ、ＴｉＮ、ＷＣ、Ｔｉ
Ｃなどからなる導体ペーストによる発熱回路パターンを
内設し、上記焼成条件で同時に焼成することができる。

【００１６】この時、導電回路も、前記発熱回路と同様
に同時焼成することにより製造工程の短縮化を図ること
ができるが、このような同時焼成によれば、基体の変形
などが生じやすく、平坦化が要求されるサセプタを作製
するには、焼成後の基体を平面研磨し平坦化することが
必要となる。そのため、最終的なサセプタのシリコンウ
エハ載置面と導電回路との距離が場所によって異なるた
め、均一に吸着力を得ることができないなどの不具合が
生じる。

【００１７】従って、本発明においては導電回路は、窒
化アルミニウム焼結体からなる基体を平面研磨した後に
形成することが重要である。この導電回路は、研磨処理
された窒化アルミニウムを主体とする焼結体表面に金属
ペーストを所定のパターンに印刷した後、１０００〜２
０００℃で焼き付けることにより形成することができ
る。この時、金属ペースト中に導電性金属とともに窒化
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。その他、スパッタリングなどのＰＶＤ法によりパタ
ーニングすることも可能である。

【００１８】そして、上記のようにして導電回路を形成
した表面に窒化アルミニウム薄膜を０．００１５〜１．
０ｍｍの厚みで形成する。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Ｃ
ＶＤ、ＭＯ（Ｍｅｔａｌ−ｏｒｇａｎｉｃ）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Ａｌ
ＯＮ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。

【００１９】

【作用】本発明によれば、シリコンウエハを静電的に吸
着するための導電回路を窒化アルミニウム焼結体の基体
表面に形成したことによって、その上部に窒化アルミニ
ウム薄膜を形成してもウエハ載置面と導電回路との距離
が実質不変であることから、均一な吸着力を得ることが
できる。

【００２０】また、サセプタの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
エハを均一に保温することができる。

【００２１】さらに、上記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く、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ため、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
影響を防止することができる。さらに、熱伝導率が１２
０Ｗ／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。

【００２２】

【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、内部に発熱回路を組
み込んだ厚さ５ｍｍの気孔率５．０％の窒化アルミニウ
ム焼結体円板を得た。この焼結体円板を平面研磨して平
坦化処理した後、焼結体表面にＡｌＮを３重量％含むＷ
の導電性ペーストを塗布し１７５０℃で焼き付けをおこ
ない静電チャックの導電回路を形成した。

【００２３】これを熱ＣＶＤ処理炉に入れ、ＡｌＣｌ₃
１５ｓｃｃｍ、ＮＨ₃９０ｓｃｃｍ、Ｎ₂２５００ｓｃ
ｃｍのガスを炉内圧力４０ｔｏｒｒで導入し基体温度９
５０℃で成膜時間を調整し膜厚の異なる数種の窒化アル
ミニウム膜を形成し、サセプタを製造した。成膜した窒
化アルミニウム膜中の酸素量はいずれも０．５原子％以
下であった。

【００２４】得られた各サセプタについて、窒化アルミ
ニウム膜と、基体との密着性について、サセプタを７０
０℃まで加熱した後、室温まで冷却し、これを５回繰り
返した後、サセプタを切断し切断面を実体顕微鏡と走査
型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察して薄膜の剥離や亀裂の
有無を調べた。なお、耐プラズマ性について、半導体製
造装置内でプラズマ中に１００時間保持した後のサセプ
タ表面の状態を観察した。さらに０．８ｋＶの電圧を導
電回路に印加し、シリコンウエハの静電吸着力を測定し
た。

【００２５】

【表１】

【００２６】比較例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、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
法により発熱回路と導電回路パターンを印刷したシート
をはさみこんで積層し、これを窒素雰囲気中で１７５０
℃で焼成し、厚さ５mmの窒化アルミニウム焼結体円板を
得た。この焼結体円板を表面研磨して平坦化処理したの
ち、実施例１と同様な成膜条件にて３００μｍの厚みの
窒化アルミニウム膜を形成し、サセプタを製造した。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
性評価を行なった結果、膜の密着性、耐プラズマ性につ
いては良好な結果を得たが、シリコンウエハの吸着、脱
着を行った時、シリコンウエハが本来の固定位置からず
れたり、サセプタ表面で吸着力が場所により異なるなど
サセプタ表面の静電的吸着力にバラツキが存在すること
がわかった。

【００２７】

【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、優れた耐プラズマ性を有し、半導体製造
時に不純物の混入を抑制するとともに、シリコンウエハ
に対してサセプタ面で均一な吸着力を得ることができ
る。また、サセプタ内部に発熱回路を形成した場合にお
いて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、シリコンウエハを均一に保温することができ
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シリコンウエハ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
なる基体表面に導電性回路を形成し、さらにその上部に
窒化アルミニウム薄膜を０. ００１〜１. ０ｍｍの厚み
で形成したことを特徴とする半導体製造用サセプタ。
【請求項２】窒化アルミニウムを主体とする焼結体を作
製する工程と、該窒化アルミニウム焼結体の表面を平面
研磨する工程と、前記研磨後の表面に導電性回路を形成
する工程と、該導電性回路の上部に窒化アルミニウム薄
膜を０．００１〜１．０ｍｍの厚みで形成する工程を具
備してなることを特徴とする半導体製造用サセプタの製
造方法。