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JP3318514B2 - 半導体支持装置 - Google Patents

半導体支持装置

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Publication number
JP3318514B2
JP3318514B2 JP21160897A JP21160897A JP3318514B2 JP 3318514 B2 JP3318514 B2 JP 3318514B2 JP 21160897 A JP21160897 A JP 21160897A JP 21160897 A JP21160897 A JP 21160897A JP 3318514 B2 JP3318514 B2 JP 3318514B2
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JP
Japan
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aluminum nitride
semiconductor
plane
base
orientation
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JP21160897A
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JPH1154603A (ja
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祐司 勝田
清 新木
玄章 大橋
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NGK Insulators Ltd
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NGK Insulators Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハー等
の半導体材料を支持し、あるいは吸着するための半導体
支持装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、半導体ウエハーの搬送、露光、Ｃ
ＶＤ、スパッタリング等の成膜プロセス、微細加工、洗
浄、エッチング、ダイシング等の工程において、半導体
ウエハーを吸着し、保持するために、静電チャックが使
用されている。こうした静電チャックの基体として、緻
密質セラミックスが注目されている。特に半導体製造装
置においては、エッチングガスやクリーニングガスとし
て、ＣｌＦ 3 等のハロゲン系腐食性ガスを多用する。緻
密な窒化アルミニウムは、前記のようなハロゲン系腐食
性ガスに対して高い耐食性を備えている。また、窒化ア
ルミニウムは、高熱伝導性材料として知られており、ま
た、耐熱衝撃性も高いことが知られている。従って、半
導体製造装置用の静電チャックの基体を窒化アルミニウ
ム基セラミックスによって形成することが好適であると
考えられる。
【０００３】本出願人は、特願平４−５８７２７号明細
書 (１９９２年２月１３日出願) において、表面にフッ
化アルミニウム層を有する窒化アルミニウム焼結体が、
上記のハロゲン系腐蝕性ガスのプラズマに対して高い耐
蝕性を備えていることを開示した。即ち、例えばClF3ガ
スに対して１時間窒化アルミニウム焼結体を曝露して
も、その表面状態は変化が見られなかった。
【０００４】また、本出願人は、窒化アルミニウム焼結
体の表面に、ＣＶＤ法等の気相法によってフッ化アルミ
ニウム膜を形成することを開示した（特開平５−２５１
３６５号公報）。また、特開平７−２７３０５３号公報
においては、半導体ウエハー用静電チャックの表面の腐
食を防止するために、静電チャックの表面を、予めフッ
素で置換する表面処理を施し、静電チャックの表面にＡ
ｌＦ3 を生成させておくことが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、静電チャ
ック等の半導体ウエハー支持用のサセプターの材質とし
ての窒化アルミニウムを検討する中で、サセプターを構
成する窒化アルミニウムの異方性を変化させ、制御する
ことによって、ハロゲン系腐食性ガスに対するサセプタ
ーの表面領域の耐食性を一層向上させる研究に取り組ん
できた。これは、特に半導体製造プロセスの微細化が一
層進行してくるのに伴って、従来は問題とならなかった
ような、サセプターの表面の微細な腐食によっても、半
導体欠陥の原因となりうるパーティクルが発生する可能
性があるために、サセプターの表面領域における腐食速
度を、より一層減少させることが要求されているからで
ある。
【０００６】本発明の課題は、窒化アルミニウム基セラ
ミックスからなる基体を備えており、この基体に半導体
設置面が設けられている半導体支持装置をハロゲン系腐
食性ガスに対して暴露したときに、半導体設置面の表面
領域における腐食速度を一層減少させることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、窒化アルミニ
ウム基セラミックス焼結体からなる基体を備えており、
この基体に半導体面が設けられており、この半導体設置
面がハロゲン系腐食性ガスまたはそのプラズマに対して
暴露されるべき半導体支持装置であって、下記の式によ
って規定される前記窒化アルミニウム基セラミックス焼
結体の配向度が１．１以上、２．０以下であることを特
徴とする、半導体支持装置に係るものである。
【０００８】配向度＝〔Ｉ’（００２）／Ｉ’（１０
０）〕／〔Ｉ（００２）／Ｉ（１００）〕（Ｉ’（００
２）は、Ｘ線回折測定において半導体設置面側からＸ線
を照射したときの窒化アルミニウム基セラミックスの
（００２）面の回折強度であり、Ｉ’（１００）は、半
導体設置面側からＸ線を照射したときの前記セラミック
スの（１００）面の回折強度である。Ｉ（００２）は、
ＪＣＰＤＳカード番号２５−１１３３による窒化アルミ
ニウムセラミックスの（００２）面の回折強度であり、
Ｉ（１００）は、ＪＣＰＤＳカード番号２５−１１３３
による窒化アルミニウムセラミックスの（１００）面の
回折強度である）
【０００９】本発明者は、サセプターを構成する窒化ア
ルミニウムについて種々の新しい製法に取り組み、サセ
プターを構成する窒化アルミニウムの異方性を制御する
過程で、特に半導体設置面側から見たときに、窒化アル
ミニウムを構成する結晶格子の（１００）面と（００
２）面との間に特定の異方性を付与することによって、
ハロゲン系腐食性ガスまたはそのプラズマに暴露したと
きの腐食速度が著しく減少することを見いだし、本発明
に到達した。
【００１０】なお、一般に耐蝕性セラミックスとは、
酸、アルカリ溶液に対するイオン反応性を示している
が、本発明では、イオン反応性ではなく、ドライガス中
でのハロゲンガス酸化還元反応に対する反応性に着目し
ている。
【００１１】ハロゲン系腐食性ガスとしては、ＣｌＦ3
ガス、ＮＦ3 ガス、ＣＦ 4 ガス、ＷＦ6 の他、Ｃｌ2 、
ＢＣｌ3 等がある。
【００１２】本発明の半導体支持装置としては、特に半
導体ウエハーを設置するためのサセプターが好ましい。
これによって、クリーニングガス、エッチングガスに対
して安定なサセプターを提供でき、半導体不良の原因と
なるパーティクルやコンタミネーションの発生を長期間
に亘って防止できる。これにより、特にＤＲＡＭ、４Ｍ
等の高集積度半導体の製造に対しても、初めて良好に対
応できるようになった。
【００１３】本発明の半導体支持装置としては、赤外線
ランプ加熱によって発熱するサセプター、半導体加熱用
セラミックスヒーター、セラミックスヒーターの発熱面
に設置されるサセプター、静電チャック用電極が埋設さ
れているサセプター、静電チャック用電極および抵抗発
熱体が埋設されているサセプター、高周波プラズマ発生
用電極が埋設されているサセプター、高周波プラズマ発
生用電極および抵抗発熱体が埋設されているサセプター
がある。
【００１４】本発明の半導体支持装置においては、窒化
アルミニウムからなる基体中に、バルク状の金属部材、
特に面状のバルク状の金属部材を埋設することができ
る。この金属部材は、通常は窒化アルミニウム粉末と同
時に焼成するので、高融点金属によって形成することが
好ましい。こうした高融点金属としては、タンタル，タ
ングステン，モリブデン，白金，レニウム、ハフニウム
及びこれらの合金を例示できる。半導体汚染防止の観点
から、更に、タンタル、タングステン、モリブデン、白
金及びこれらの合金が好ましい。また、金属以外の導体
を埋設することもできる。
【００１５】前記した面状のバルク材部材としては、次
を例示できる。 （１）薄板からなる、面状のバルク材。 （２）面状の電極の中に多数の小空間が形成されている
バルク材。これには、多数の小孔を有する板状体からな
るバルク材や、網状のバルク材を含む。多数の小孔を有
する板状体としては、パンチングメタルを例示できる。
【００１６】図１は、半導体支持装置の一例として、ヒ
ーター付きの静電チャック１の一例を概略的に示す断面
図である。略円盤形状の基体５の側周面５ｄにリング状
のフランジ５ｃが設けられており、基体５の内部に静電
チャック電極１２が埋設されている。半導体ウエハー２
の設置面５ａ側には、所定厚さの誘電層３が形成されて
いる。基体５のうち支持部分４側には、端子７が埋設さ
れている。端子７の端面が、基体５の背面５ｂに露出し
ている。基体５の所定箇所に、半導体ウエハー２を昇降
させるためのピンを通す孔６が形成されている。
【００１７】端子７に電線１０Ａを介して直流電源１１
が接続されている。また、半導体ウエハー２には、直流
電源１１の負極が、電線１０Ｂを介して接続されてい
る。静電チャック電極１２と背面５ｂとの間には、基体
５内に抵抗発熱体８が埋設されている。抵抗発熱体８の
両端部は、それぞれ端子９に接続されており、端子９は
それぞれ外部端子１４に接続されている。この抵抗発熱
体８は、半導体ウエハー２を吸着しながら加熱するため
のものであり、必ずしも必要ない。
【００１８】矢印Ｂの方向からＸ線を照射し、この反射
光の回折強度を測定する。Ｉ’（００２）は、このとき
の窒化アルミニウム基セラミックスの（００２）面の回
折強度であり、Ｉ’（１００）は、前記セラミックスの
（１００）面の回折強度である。これを、ＪＣＰＤＳカ
ード番号２５−１１３３による窒化アルミニウムセラミ
ックス（実質的に無配向のものを意味する）の（００
２）面の回折強度と（１００）面の回折強度との比率に
よって除し、半導体支持装置の配向度を測定する。
【００１９】本発明の半導体支持装置を製造するために
は、例えば次の方法による。まず、高純度の窒化アルミ
ニウム原料を使用することが好ましく、具体的には、希
土類元素を除く金属不純物量を５００ｐｐｍ以下とする
ことが好ましく、１００ｐｐｍ以下とすることが一層好
ましい。
【００２０】窒化アルミニウム原料中にはアルミナを含
有させることができ、アルミナの含有量を、原料全体に
対して１．０〜１０重量％とすることが好ましい。ま
た、希土類元素を、窒化アルミニウム原料粉末に対し
て、種々の形態で添加することができる。希土類元素と
しては、Ｙ、Ｙｂ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｅｕが特に好ましい。
【００２１】窒化アルミニウム原料粉末中に希土類元素
の単体または化合物の粉末を添加することができる。一
般には、希土類元素の酸化物が最も入手し易い。しか
し、希土類元素の硝酸塩、硫酸塩、アルコキシド等の化
合物を、これらの化合物が可溶性である適当な溶剤に溶
解させて溶液を得、この溶液を窒化アルミニウム原料粉
末に対して添加することができる。
【００２２】乾式プレス成形法を使用する場合には、前
記原料粉末を乾燥する方法としては、スプレードライ法
を提案できる。これは、微量添加物である希土類化合物
の瞬間乾燥法として特に好適である。
【００２３】調合工程においては、溶剤中に窒化アルミ
ニウム原料粉末を分散させ、この中に希土類元素化合物
やアルミナを、前記した酸化物粉末や溶液の形で添加す
ることができる。混合を行う際には、単純な攪拌によっ
ても可能であるが、前記原料粉末中の凝集物を解砕する
必要がある場合には、ポットミル、トロンメル、アトリ
ッションミル等の混合粉砕機を使用できる。
【００２４】この粉砕用溶剤を乾燥する工程は、スプレ
ードライ法が好ましい。また、真空乾燥法を実施した後
に、乾燥粉末をフルイに通してその粒度を調整すること
が好ましい。
【００２５】粉末を成形する工程においては、円盤形状
の成形体を製造する場合には、金型プレス法を使用でき
る。成形圧力は、１００ｋｇｆ／ｃｍ2 以上とすること
が好ましい。
【００２６】次いで、成形体をホットプレス法によって
焼成する。圧力を上昇させる際には、昇温時には、窒化
アルミニウムの焼結が始まる１４００℃から、焼結工程
の最高温度の範囲内で、圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ2 以
上とする必要があり、かつ、降温時には、焼結工程の最
高温度から１４００℃まで圧力を２００ｋｇｆ／ｃｍ2
以上とする必要がある。この圧力は、２５０ｋｇｆ／ｃ
ｍ2 以上が好ましい。この上限は特に限定されないが、
モールド等の窯道具の損傷を防止するためには、実用上
は１０００ｋｇｆ／ｃｍ2 以下が好ましい。また、室温
から１４００℃までは真空にし、１４００℃からガスを
導入することが好ましい。
【００２７】これと同時に、窒化アルミニウムの焼結が
始まる１４００℃から、焼結工程の最高温度の範囲内で
は、昇温速度を２５０℃／時間以下とする。これは５０
℃／時間以上とすることが好ましい。最高温度は、１７
００℃〜２３００℃とすることが好ましい。
【００２８】
【実施例】以下、更に具体的な実験結果について述べ
る。 （実施例１〜５、比較例１〜３の各サセプター用基体の
製造）以下のようにして、各サセプター用基体を製造し
た。具体的には、原料粉末としては、還元窒化法によっ
て得られた窒化アルミニウム粉末を使用した。イットリ
ウムの硝酸塩をイソプロピルアルコールに溶解させて添
加剤溶液を製造し、この添加剤溶液を窒化アルミニウム
原料粉末に対して、ポットミルを使用して混合した。Ｙ
2 Ｏ3 に換算したイットリアの混合比率は、０．１重量
％であった。これと同時に、アルミナ粉末を３．０重量
％添加した。
【００２９】こうして得られた混合物を２００ｋｇｆ／
ｃｍ2 の圧力で一軸加圧成形することによって、直径２
００ｍｍの円盤状成形体を作製した。この円盤状成形体
をホットプレス型中に収容し、密封した。昇温速度３０
０℃／時間で温度を上昇させ、この際、室温〜１４００
℃の温度範囲で減圧を行い、１４００℃に到達した後、
窒素ガスを２．５ｋｇｆ／ｃｍ2 で導入した。
【００３０】このときの圧力の値は、それぞれ、実施例
１では２００、実施例２では２５０、実施例３では３０
０、実施例４では４００、実施例５では５００、比較例
１では０、比較例２では５０、比較例３では１００ｋｇ
ｆ／ｃｍ2 とした。
【００３１】次いで、１４００℃に達した時点から、昇
温速度を１００℃／時間まで落とし、１９００℃まで昇
温した。１９００℃で５時間保持した後、１００℃／時
間の冷却速度で１４００℃まで冷却し、更に３００℃／
時間で室温まで冷却した。
【００３２】こうして得られた各窒化アルミニウム質焼
結体からなる円盤形状の基体について、前記の配向度を
測定した。この結果を表１に示す。
【００３３】（比較例４の基体の製造）比較例４におい
ては、市販の窒化アルミニウム焼結体からなる基体の表
面に、化学的気相成長法によって窒化アルミニウム膜を
成膜した。このときの条件は、温度を８５０℃とし、反
応ガスを、ＮＨ3 ：２５０ｍｌ／分、ＨＣｌ：１５０ｍ
ｌ／分、ＡｌＣｌ3 キャリア用の水素ガス：１０００ｍ
ｌ／分とし、圧力を１０ｍｂａｒとした。
【００３４】（実施例６〜８の基体の製造）実施例１〜
５と同様にして、本発明の実施形態に係るサセプター用
基体を製造した。ただし、実施例６においてはイットリ
アを添加せず、また圧力を２５０ｋｇｆ／ｃｍ2 とし
た。実施例７においては、Ｙ2 Ｏ3 に換算したイットリ
アの添加量を１．０重量％とし、圧力を２５０ｋｇｆ／
ｃｍ2 とした。実施例８においては、Ｙ2 Ｏ3 に換算し
たイットリアの添加量を５．０重量％とし、圧力を２５
０ｋｇｆ／ｃｍ2 とした。
【００３５】（腐食試験）以上のようにして得られた各
サセプター用基体について、それぞれ腐食試験を行っ
た。具体的には、各基体を、誘導結合プラズマで励起し
た６００℃、１ｔｏｒｒのＮＦ3 ガス中で１０時間保持
した。ただし、ガスの流量は１００ｓｃｃｍであり、１
３．５６ＭＨｚ、５００Ｗの条件で励起した。各基体に
ついて、反応前後の重量を測定し、「ｍｇ／ｃｍ2 」の
単位で表１に示した。
【００３６】
【表１】
【００３７】この結果から判るように、配向度を１．１
以上、２．０以下とすることによって、腐食速度が著し
く減少することが判明した。更に、この配向度を１．３
以上、１．７以下とすることによって、腐食速度が０．
３ｍｇ／ｃｍ2 以下まで顕著に減少し、１．４〜１．６
とすることによって、腐食速度が０．２ｍｇ／ｃｍ2 以
下となることが判明した。実施例１〜８および比較例１
〜３の各基体が同種の材質からなっていることを考慮す
ると、こうした耐食性の向上は驚くべきことである。
【００３８】また、実施例２、６、７、８を比較する
と、プレス圧力が同じであるとき、イットリアの添加量
が少ないほど、配向度が高くなることがわかった。
【００３９】なお、比較例４においては、化学的気相成
長膜を形成し、その配向度を測定すると、２を越えるか
なり大きな配向が見られた。しかし、この場合には化学
的気相成長法によって緻密な膜が生成しているのにも係
わらず、その腐食速度は本発明例に比べて著しく劣って
いるものであった。
【００４０】このような顕著な作用効果が得られた理由
は明確ではない。しかし、窒化アルミニウム焼結体を構
成する粒子の向きおよび表面の硬度が、ハロゲン系腐食
性ガスに対して何らかの抑制性を有しているものとも思
われる。
【００４１】
【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、窒化アルミニウム基セラミックスからなる基体を備
えている半導体支持装置を、ハロゲン系腐食性ガスに対
して暴露したときに、半導体設置面の表面領域における
腐食速度を一層減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体ウエハー載置
用のサセプターを概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
１ ヒーター付きの静電チャック、２ 半導体ウエハ
ー、３ 誘電層、５ 基体、５ａ 半導体設置面、７
端子、８ 抵抗発熱体、１２ 静電チャック電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−251365（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−273164（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−153370（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/68 C04B 35/581 H02N 13/00 B23Q 3/15

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 窒化アルミニウム基セラミックス焼結体
    からなる基体を備えており、この基体に半導体設置面が
    設けられており、この半導体設置面がハロゲン系腐食性
    ガスまたはそのプラズマに対して暴露されるべき半導体
    支持装置であって、 下記の式によって規定される前記窒化アルミニウム基セ
    ラミックス焼結体の配向度が１．１以上、２．０以下で
    あることを特徴とする、半導体支持装置。 配向度＝〔Ｉ’（００２）／Ｉ’（１００）〕／〔Ｉ
    （００２）／Ｉ（１００）〕（Ｉ’（００２）は、Ｘ線
    回折測定において前記半導体設置面側からＸ線を照射し
    たときの前記窒化アルミニウム基セラミックス焼結体の
    （００２）面の回折強度であり、Ｉ’（１００）はＸ線
    回折測定において前記半導体設置面側からＸ線を照射し
    たときの前記窒化アルミニウム基セラミックス焼結体の
    （１００）面の回折強度であり、Ｉ（００２）は、ＪＣ
    ＰＤＳカード番号２５−１１３３による窒化アルミニウ
    ムセラミックスの（００２）面の回折強度であり、Ｉ
    （１００）は、ＪＣＰＤＳカード番号２５−１１３３に
    よる窒化アルミニウムセラミックスの（１００）面の回
    折強度である）
  2. 【請求項２】 前記配向度が１．３以上、１．７以下で
    あることを特徴とする、請求項１記載の半導体支持装
    置。
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