專利名稱：：帶加熱器靜電卡盤的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及庫侖型帶加熱器靜電卡盤。技術背景以往，在制造半導體等時使用庫侖型帶加熱器靜電卡盤。在該帶加熱器靜電卡盤上設有由陶瓷構成的基體，在該基體的內(nèi)部設有電極及電阻發(fā)熱體?；w的上表面形成為載置晶片等基板的基板載置面。上述基體的從電極到基板載置面的部分形成為電介質層，從電極到基體的下表面的部分形成為支撐部件(例如，參照專利文獻1:日本特開平11-12053號公報)。然而，在上述現(xiàn)有的帶加熱器靜電卡盤中，由于電介質層的體積電阻率小，因此有可能載置在基板載置面上的基板的裝卸反應性下降。若裝卸反應性下降，則基板從靜電卡盤分離的時間變長，因此基板的處理時間變長，每單位時間的基板的處理能力下降。而且，由于上述電阻發(fā)熱體的主要成分為鈮(Nb),因此鈮成分有可能擴散在設有電阻發(fā)熱體的支撐部件中。由于該鈮成分擴散，電阻發(fā)熱體整體的電阻值變大，導致擴散部分的發(fā)熱密度與所期望的設計值不同。另外，由于在基體的各部位擴散程度不均勻，因此基板載置面的溫度分布變大，其結果有可能產(chǎn)生基板的均熱性下降的不良狀況。若基板的均熱性下降，則在半導體制造工藝中難以得到均勻的蝕刻或膜形成，其結果有可能所制造的裝置的成品率惡化。
發(fā)明內(nèi)容于是，本發(fā)明的目的在于提供一種帶加熱器靜電卡盤，該帶加熱器靜電卡盤為了提高載置在基板載置面上的基板的裝卸反應性而提高電介質層的體積電阻率，并且抑制作為電阻發(fā)熱體中的主要成分的鈮在支撐部件中擴散。為達到上述目的，本發(fā)明的帶加熱器靜電卡盤具備由包含氧化鋁的燒結體構成的基體；設在該基體中的上部側的電極；以及埋設在基體中的下部側的電阻發(fā)熱體，上述基體包括從電極到基體上表面的電介質層和從電極到基體下表面的支撐部件，該帶加熱器靜電卡盤的特征在于，上述電介質層中的含碳量為100ppm以下，上述支撐部件中的含碳量為0.03~0.25wt%,上述電阻發(fā)熱體形成為線圈狀且主要成分為鈮。本發(fā)明的帶加熱器靜電卡盤具有以下效果。1)由于支撐部件中的含碳量為0.03~0.25wt%,因此能夠防止電阻發(fā)熱體中的作為主要成分的鈮的擴散。通過防止該鈮成分的擴散，電阻發(fā)熱體具有規(guī)定的電阻，因此可得到顯示出如所期望的設計值的發(fā)熱密度的效果。再有，支撐部件中的氧化鋁燒結體著色為灰黑色~黑色，高效地放射來自電阻發(fā)熱體的熱，可得到改善加熱效率的效果。其結果可得到所加熱的基板的均熱性變良好的效果。2)由于電阻發(fā)熱體形成為線圏狀并埋設在支撐部件中，因此與由網(wǎng)板印刷等的薄膜構成的電阻發(fā)熱體比較，支撐部件中的電阻發(fā)熱體的上側部分和下側部分可靠結合。并且，由于電阻發(fā)熱體形成為線圈狀并呈三維狀地發(fā)散熱量，因此與由網(wǎng)板印刷等的薄膜構成的電阻發(fā)熱體比較，可以將熱量有效地傳遞到基板載置面。3)由于電介質層含石灰量為100ppm以下比較小，因此體積電阻率變高。從而，在作為庫侖型靜電卡盤采用的場合，可以提高載置在基板載置面上的基板的裝卸反應性。4)由于電阻發(fā)熱體的主要成分為鈮，因此包含氧化鋁的基體與上述電阻發(fā)熱體的熱膨脹系數(shù)差變小。從而，在電阻加熱器被加熱的場合，能夠大幅度減少在電阻發(fā)熱體的周圍的部分與電阻發(fā)熱體之間產(chǎn)生的熱變形。其結果，對于反復熱循環(huán)，壽命長且不易破損，可得到長期可靠性高的帶加熱器靜電卡盤。圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的帶加熱器靜電卡盤的俯視圖。圖2是圖1的沿II-II線的剖視圖。圖3是從側面看實施例所使用的均熱性測定裝置的剖視圖。具體實施方式以下，說明本發(fā)明的實施方式。對靜電卡盤進行說明。圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的帶加熱器靜電卡盤的俯視圖，圖2是圖i的沿n-n線的剖視圖。如圖1、2所示，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的帶加熱器靜電卡盤1具備由包含氧化鋁的燒結體構成的基體3;埋設在該基體3中的上部側的電極5;以及埋設在基體3的下部側的電阻發(fā)熱體7。對基體進行說明。如圖1及圖2所示，上述基體3形成為圓盤狀，基體3的上表面(表面)形成為載置晶片等基板的基板載置面9。而且，從基體3中的電極5到上側、即從電極5到基板載置面9的部分形成為電介質層11。還有，從電極5到下側、即從電極5到基板3的下表面(背面)的部分形成為支撐部件13。由于上述電介質層11中的含碳量為100ppm以下較小，因此電介質層11的體積電阻率變高。因此，在將本實施方式的帶加熱器靜電卡盤l作為庫侖型采用的場合，可以提高載置在基板載置面9上的基板的裝卸反應性。對電極進^f亍說明。如圖1、2所示，在基體3的上部側埋設有直徑比基體3小的圓板狀的電極5。該電極5主要成分為碳化鎢，且包含5voP/。以上20vol。/。以下的氧化鋁。在此，電極5中的碳化鎢的含量最好是70vol°/o~95vol%。另夕卜，如圖2所示，在基體3的徑向中心部形成有從基體3的下表面向上方延伸的容納孔15,在該容納孔15內(nèi)配設有電極用供電部件21。該電極用供電部件21的上端通過連接部件19與電極5連接，若從電極用供電部件21通過連接部件19向電極5供給電力，則在基體3的電介質層11上產(chǎn)生靜電吸附力(庫侖力)而在基體3的基板載置面9上吸附基板。電極5可以使用將包含氧化鋁及碳化鴒的金屬粉末的印刷糊料印刷成網(wǎng)狀、梳狀、圓形等的電極。另外，電極5也可以使用金屬網(wǎng)或沖孔金屬。由于上述電極5主要成分為碳化鎢，并且包含5voP/q以上20vo1。/q以下的氧化鋁，因此氧化鋁部分三維地連接呈網(wǎng)狀地貫通鎢層，并與支撐部件13及電介質層11的氧化鋁結合。從而，與只用碳化鎢制作電極的場合相比，電極5與支撐部件13、及電極5與電介質層11的接合強度提高。雖然碳化鎢不與氧化鋁反應，但是熱膨脹系數(shù)比氧化鋁小。因此，只用碳化鎢形成的電極接合強度低，有可能因熱循環(huán)而惡化。但是，通過在基體3中混合氧化鋁，使電極5的熱膨脹系數(shù)接近氧化鋁，可以提高長期可靠性。對電阻發(fā)熱體進行說明。電阻發(fā)熱體7形成為線圏狀，以鈮作為主要成分。在此，電阻發(fā)熱體7中的鈮的含量最好是95wt。/。以上。另外，在電阻發(fā)熱體7中也可以包含鈮以外的其他金屬成分，例如4白(Pt)。另外，如圖2所示，電阻發(fā)熱體7埋設在支撐部件13中，配置在比電極5靠下側。而且，形成有從基體3的下表面23向上方延伸的容納孔17,在該容納孔17內(nèi)配設有電阻發(fā)熱體用供電部件25。該電阻發(fā)熱體用供電部件25的上端通過連接部件27與電阻發(fā)熱體7連接。構成為，若從該電阻發(fā)熱體用供電部件25通過連接部件27向電阻發(fā)熱體7供給電力，則電阻發(fā)熱體7加熱，向載置在基板載置面9上的基板供給熱量。本實施方式的電阻發(fā)熱體7形成為線圈狀并埋設在支撐部件13中。因此，與由網(wǎng)板印刷等的薄膜構成的電阻發(fā)熱體相比，可以牢固地結合支撐部件13上的電阻發(fā)熱體7的上側部分29和下側部分31。由于電阻發(fā)熱體7形成為線圈狀并三維地放出熱量，因此與網(wǎng)板印刷等的薄膜相比，能夠有效地將熱傳遞到基板載置面9上。由于電阻發(fā)熱體7包含柏或鈮，因此可減少與包含氧化鋁的基體3的熱膨脹系數(shù)的差異。支撐部件13中的含碳量為0.03-0.25wt。/。較高。從而，該碳與鈮成分反應，在電阻發(fā)熱體的表面形成極薄的炭化相和氧化相。該炭化相及氧化相中的鈮的擴散速度極慢，且炭化相難以與氧化鋁反應。這樣，炭化相和氧化相成為阻擋膜，因此能夠抑制電阻發(fā)熱體7中的鈮成分擴散到支撐部件13中。對帶加熱器靜電卡盤的制造方法進行說明。對制造本實施方式的帶加熱器靜電卡盤的步驟進行說明。而且，靜電卡盤1以將圖2上下顛倒的位置關系進行制造。即，制作該電介質層ll,在該電介質層11上形成電極5，在該電極5上形成支撐部件13。對電介質層的制作進行說明。首先，制作基體3的電介質層11。如上所述，該電介質層ll設定含碳量為100ppm以下。作為陶瓷原料粉末，使用高純度(例如99.7%)的氧化鋁粉末和作為燒結輔助劑的MgO原料粉末。在該陶瓷原料粉末中添加作為粘合劑的聚乙烯呼唑(PVA)、水以及分散劑等，用滾筒篩混合規(guī)定時間(例如16小時)，制作料漿。在此，PVA的混合量最好是例如2wt。/。。將得到的料漿使用噴霧干燥器進行噴霧干燥，得到造粒粉后進行準燒結。準燒結是在空氣中等的氧化環(huán)境中例如以500。C保持5小時而進行，從而從造粒粉中除去粘合劑。這樣制作準燒結氧化鋁造粒粉。由于在粘合劑中含有碳，因此通過除去粘合劑，可以減少電介質層11中的含碳量。其次，將上述準燒結氧化鋁造粒粉填充到模具中，以規(guī)定壓力進行壓力成形而制作氧化鋁成形體。接著，將該氧化鋁成形體組裝在碳制的匣缽內(nèi)，使用熱壓燒成法進行燒成。通過在施加規(guī)定壓力的狀態(tài)下且在氮氣介質中進行燒成，可得到氧化鋁燒結體。這樣制作的作為電介質層11的氧化鋁燒結體的含碳量為100ppm以下。對電極的形成進行說明。接著，磨削加工上述氧化鋁燒結體，制作規(guī)定大小(例如，0>340mm，厚度6mm)的圓盤。這時，將圓盤的表面及背面中的一個面通過磨削加工而精加工成平滑面。然后，混合作為電極5的材料的碳化鉤粉末、5vol。/Q以上20vol。/。以下的氧化鋁粉末以及粘合劑而制作印刷糊料，利用網(wǎng)板印刷法，在氧化鋁燒結體的平滑面上形成電極5，并使其干燥。對支撐部件的形成進行說明。將形成有該電極5的氧化鋁燒結體組裝在模具內(nèi)，以覆蓋電極5的方式填充氧化鋁造粒粉，以M^定壓力進行壓力成形。由此，形成如圖2所示的支撐部件13的上側部分29。這里的氧化鋁造粒粉包含粘合劑，沒有實施準燒結。氧化鋁造粒粉也可以如下制作。在氧化鋁粉末和作為燒結輔助劑的MgO原料粉中添加作為粘合劑的聚乙烯咔唑(PVA)、水以及分散劑等，用滾筒篩混合規(guī)定時間(例如16小時)，制作料漿。在此，作為粘合劑使用PVA的場合的混合量最好是0.7~3wt%。將得到的料漿使用噴霧干燥器進行噴霧千燥，得到氧化鋁造粒粉。接著，將線圏狀的電阻發(fā)熱體7載置在支撐部件13的上側部分29上(即，圖2中的支撐部件13的上側部分29的底面)，再在其上填充氧化鋁造粒粉，以規(guī)定壓力進行壓力成形。由此，制作作為基體3的氧化鋁成形體。對基體的燒結進行說明。接著，將上述氧化鋁成形體組裝在碳制的匣缽內(nèi)，使用熱壓燒成法等進行燒結。燒結在規(guī)定的加壓下且在氮氣介質中進行，并在高溫下保持規(guī)定時間而進行。之后，將經(jīng)過兩次燒結工序的氧化鋁燒結體的表面用金剛石磨具進行平面磨削加工，通過調(diào)整氧化鋁燒結體的厚度而形成電介質層11。再有，磨削氧化鋁燒成體的側面，并且進行必要的開孔加工、供電部件21、25的安裝，從而完成帶加熱器靜電卡盤。通過以上制作方法所得到的電介質層的含^f灰量為100ppm以下，支撐部件中的含碳量為0.03~0.25wt%。支撐部件13中的含碳量用制作氧化鋁造粒粉時的粘合劑的混合量來控制。另外，除了粘合劑的混合量以外還可以適當選擇燒結時的升溫速度、介質中的氧濃度等。根據(jù)以上方法，構成為粘合劑中的碳在燒結時殘留一部分，并作為雜質碳擴散到作為支撐部件13的氧化鋁燒結體中的狀態(tài)。因此，氧化鋁燒結體著色成灰黑色~黑色，高效地方文射來自電阻發(fā)熱體7的熱量，得到改善加熱效率的效果。電阻發(fā)熱體7和氧化鋁燒結體中的碳反應而在電阻發(fā)熱體7的表面上形成非常薄的炭化相和氧化相。該炭化相和氧化相其金屬的擴散速度極小，所以作為保護層發(fā)揮作用，抑制鈮向氧化鋁燒結體中的擴散。接著，具體說明本發(fā)明的實施例。對實施例1進行說明。首先，作為實施例1,制作多個改變電介質層11及支撐部件13的含碳量的基體3，檢驗了電阻發(fā)熱體7中的鈮成分是否向支撐部件13中擴散等。具體地，將電介質層11中的含碳量不到100ppm,且支撐部件13中的含碳量為0.030.25wt。/。的靜電卡盤1作為本發(fā)明的本發(fā)明例1~4,并且將電介質層11中或支撐部件13中的含碳量脫離上述范圍的靜電卡盤1作為比較例首先，說明本發(fā)明例1的靜電卡盤的制作步驟。作為陶瓷原料粉末，使用了純度為99.7%的氧化鋁粉末(粒徑lpm)和作為燒結輔助劑的MgO原料粉末。陶瓷原料粉末中的MgO的含量為0.04wt%。在該陶瓷原料粉末中添加作為粘合劑的聚乙烯咕唑(PVA)2wt%、水以及分散劑，用滾筒篩混合16小時，制作了料漿。將得到的料漿使用噴霧干燥器進行噴霧干燥，之后，以500。C保持5小時除去粘合劑，從而制作了平均粒徑約為80(im的氧化鋁造粒粉。將該氧化鋁造粒粉填充在模具中，以200kg/cn^的壓力進行了壓力成形。接著，將該氧化鋁成形體組裝在碳制的匣缽內(nèi)，使用熱壓燒成法進行了燒結。燒結在100kg/cm2的加壓下且氮氣介質(壓力150kPa)中進行，以300。C/時升溫，以1600。C保持2小時，從而得到了氧化鋁燒結體。然后，磨削加工氧化鋁燒結體，制作了0340mm、厚度6mm的圓盤。此時，通過磨削加工圓盤的表面及背面中的一個面，并精加工成表面粗細度Ra為0.8pm以下的平滑面?；旌?0volQ/。的碳化鉤(WC)、20vol。/。的氧化鋁以及作為粘合劑的萜品醇，制作印刷糊料，然后通過網(wǎng)板印刷，在上述氧化鋁燒結體的平滑面上形成O290mm、厚度10^im的電極5，并使其干燥。之后，固定形成了上述印刷電極5的氧化鋁燒結體，填充粘合劑添加量為3wt。/。且未施加準燒結的氧化鋁造粒粉，并以200kg/cn^的壓力進行了壓力成形。然后，載置線圏狀的電阻發(fā)熱體7，在該電阻發(fā)熱體7上填充粘合劑添加量為3wt。/。且未施加準燒結的氧化鋁造粒粉，以200kg/cn^的壓力進行了壓力成形。接著，將該氧化鋁成形體組裝在碳制的匣缽內(nèi)，使用熱壓燒成法進行了燒結。燒結在100kg/cr^的加壓下且在氮氣介質(壓力150kPa)中進行，以300。C/時升溫，以1600。C保持了2小時。這樣，得到了埋設了電極5和電阻發(fā)熱體7的氧化鋁燒結體。之后，將經(jīng)過兩次燒結工序的氧化鋁燒結體的表面用金剛石磨具進行平面磨削加工，調(diào)整了氧化鋁燒結體的厚度。再有，磨削氧化鋁燒結體的側面，并且進行了必要的開孔加工、供電部件21、25的引出，從而制作了本發(fā)明例1的靜電卡盤1。另外，本發(fā)明例2~4及比較例1~8的靜電卡盤1用與上述本發(fā)明例1同樣的步驟進行了制作。但是，關于電介質層11的粘合劑添加量等，設定為表1及表2所示的條件。再有，記載在以下表1~表3的ESC電極材料欄中的vol。/。值表示氧化鋁的含量。例如，在本發(fā)明例1的ESC電極材料中，意思是氧化鋁含有20vol%。另外，后述表3的比較例10中的ESC電極材料只含有碳化鶴(WC)。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>200710136117.2說明書第11/12頁在以上實施例1中，電介質層11的體積電阻率，在室溫及200。C時，都是本發(fā)明例1~4比比較例1~8高。即，通過使電介質層11中的含碳量為100ppm以下，作為庫侖型的帶加熱器靜電卡盤得到了最佳的較高體積電阻率。支撐部件13的絕緣耐壓，本發(fā)明例1~4比比較例6~8高。還有，本發(fā)明例1~4的均熱性比比較例6~8高。即，通過使支撐部件13中的含碳量為0.25wt。/o以下，從而維持支撐部件13的體積電阻率以可確保實用上充分的絕緣耐壓，并且來自電阻發(fā)熱體7的漏電流也小，所以還提高了均熱性。支撐部件13中的電阻發(fā)熱體7的鈮成分的擴散，在本發(fā)明例1~4中都未產(chǎn)生，但在比較例4、5中產(chǎn)生。另外，在基板載置面9上的均熱性的面內(nèi)波動及電阻發(fā)熱體7的電阻值，本發(fā)明例1~4比比較例1~8還良好。認為該均熱性的波動減少的理由是，支撐部件13中的電阻發(fā)熱體7的鈮的擴散被抑制，顯示出如設計的溫度分布。即，通過使支撐部件13中的含碳量為0.03wt。/o以上，可明顯提高了吸附在帶加熱器靜電卡盤上的基板的均熱性。對實施例2進行說明。接著，檢驗了電極5的粘結強度是否因電極5的材質而發(fā)生變化。具體地，將具備包含5vol。/。以上20volQ/。以下的氧化鋁及碳化鵠的電極5的靜電卡盤1作為本發(fā)明例5~6，將該范圍之外的靜電卡盤1作為比較例9~10。各靜電卡盤1的制作步驟與上述本發(fā)明例1相同。但是，關于電極5的材質等，設定為表3所示的條件。如表3所示，明確了本發(fā)明例5、6、7的電極5的粘結強度比比較例9、IO還高。再有，在氧化鋁的含量為22vol。/。以上時，ESC電極的阻抗變大，不優(yōu)選。由于ESC電極附加高頻電流，所以優(yōu)選阻抗低。對測定方法進行說明。另外，以下說明實施例1及實施例2中的各測定值的測定方法。首先，關于氧化鋁燒結體中的含碳量，利用高頻加熱紅外線吸收法進行了測定。另外，關于體積電阻率，利用按照JISC2141的方法以大氣(溫度23°C)中及200。C進行了測定。將施加電壓設為1000V/mm，讀取在施加電壓之后經(jīng)過30分鐘時的電流值，算出了體積電阻率。關于剪切強度，利用微滴法進行了測定。測定裝置使用了復合材料界面特性評價裝置(東榮產(chǎn)業(yè)社制作)。從制作的電極3中以使電極5成為徑向的中心的方式切出09.9mm、厚度12mm的圓盤，進行了剪切強度的測定。關于絕緣耐壓，利用按照JISC2141的方法在大氣(溫度23。C)中進行了測定。關于Nb向電阻發(fā)熱體7周圍的擴散，切出氧化鋁燒結體中的包括電阻發(fā)熱體7的部分并將斷面進行研磨后，用EPMA(ElectronProbeMicro-Analysis:X射線顯微分析器)確認了Nb擴散的有無。關于均熱性，如圖3所示，將靜電卡盤1放入真空室35內(nèi)，在低壓(不到lE-3Torr)且將控制溫度設定為IO(TC的狀態(tài)下，用紅外線攝像機測定了基板載置面9的溫度。另外，簡單說明圖3的均熱性測定裝置的結構。均熱性測定裝置33具備箱形的真空室35;配設在該真空室35的上方的紅外線攝像機37;以及與靜電卡盤1連接的控制器39。在真空室35的上壁面41上形成有開口部43,該開口部43用藍寶石玻璃45覆蓋。上述紅外線攝像機37配設在開口部43的上方。另外，在真空室35的底面上設有支腳部47，在該支腳部47上載置靜電卡盤1。將靜電卡盤1的電阻發(fā)熱體用供電部件25連接在控制器39上。關于電阻發(fā)熱體7的電阻值，使用DigitalMulti-meter(TR6847:7卜V《》^義卜社制)，在大氣(溫度23°C)中測定了電極端子之間的電阻。權利要求1.一種帶加熱器靜電卡盤，具備由包含氧化鋁的燒結體構成的基體，設在該基體中的上部側的電極，以及埋設在基體中的下部側的電阻發(fā)熱體；上述基體包括從電極到基體上表面的電介質層和從電極到基體下表面的支撐部件，其特征在于，上述電介質層中的含碳量為100ppm以下，上述支撐部件中的含碳量為0.03～0.25wt％，上述電阻發(fā)熱體形成為線圈狀，且主要成分為鈮。2.根據(jù)權利要求1所述的帶加熱器靜電卡盤，其特征在于，上述電極主要成分為碳化鴒，且包含5vol。/。以上20vol。/。以下的氧化鋁。全文摘要本發(fā)明提供一種帶加熱器靜電卡盤，具備由包含氧化鋁的燒結體構成的基體；設在該基體中的上部側的電極；以及埋設在基體中的下部側的電阻發(fā)熱體，上述基體包括從電極到基體上表面的電介質層和從電極到基體下表面的支撐部件。該帶加熱器靜電卡盤的特征在于，上述電介質層中的含碳量為100ppm以下，上述支撐部件中的含碳量為0.03～0.25wt％，上述電阻發(fā)熱體形成為線圈狀且主要成分為鈮。文檔編號H01L21/683GK101110383SQ20071013611公開日2008年1月23日申請日期2007年7月18日優(yōu)先權日2006年7月19日發(fā)明者川尻哲也,曻和宏,服部亮譽申請人:日本礙子株式會社