JP2000340344A - 円盤状ヒータ - Google Patents
円盤状ヒータInfo
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Abstract
局所的なホットスポットやコールドスポットの発生を抑
制した均熱性に優れた円盤状ヒータを得る。 【解決手段】上面を加熱面3とする円盤状セラミック基
体2内部に発熱抵抗体4を埋設した円盤状ヒータ1にお
いて、発熱抵抗体4が、複数の発熱部6が等しい角度間
隔で同心円領域に配置された複数のリング状発熱ゾーン
4aと、発熱部6のうち近接する2つの発熱部6を接続
するようにリング状発熱ゾーン4aの両側に配設された
複数の接続導体部7と、発熱ゾーン間を接続するゾーン
間接続導体8とを具備してなり、複数の発熱部6、複数
の接続導体部7およびゾーン間接続導体8を全て直列接
続してなり、リング状発熱ゾーン4a内の発熱部6が円
盤中心から放射状に形成されてなること、複数のリング
状発熱ゾーン4aの半径方向におけるゾーン幅xが、隣
接する前記リング状発熱ゾーン間の間隔yの0.1以上
であることが望ましい。
Description
造装置の製造工程におけるプラズマCVD、減圧CV
D、光CVD、PVDなどの成膜装置やプラズマエッチ
ング、光エッチングなどのエッチング装置に用いられる
ウエハ加熱装置などとして使用される円盤状のヒータに
関する。
れるプラズマCVD、減圧CVD、光CVD、PVDな
どの成膜装置やプラズマエッチング、光エッチングなど
のエッチング装置においては、デポジション用ガスやエ
ッチング用ガスあるいはクリーニング用ガスとして塩素
系やフッ素系の腐食性ガスが使用されていた。
エハ(以下、ウエハと称する)を保持し処理温度に加熱
するためのウエハ加熱装置として発熱抵抗体を内蔵した
ステンレスヒータや、赤外線ランプによって加熱するグ
ラファイト製ヒータなどが使用されていた。しかしなが
ら、ステンレスヒータは、上記の腐食ガスによって腐食
摩耗が生じ、パーティクルを発生する問題があり、グラ
ファイト製ヒータは耐食性には優れるが間接的に加熱す
るために熱効率が悪く、昇温速度が遅いといった問題が
あった。
に、円盤状をした緻密質セラミック基体の上面をウエハ
W支持面とするとともに、その内部に発熱抵抗体を埋設
したウエハ加熱装置用ヒータが提案されている。
は、高い均熱性が要求され、特に円形のウエハを処理す
る為には、ウエハの温度分布がなるべく同心円に近いこ
とが必要であり、局所的なホットスポット、コールドス
ポットの解消は設計上の重要課題である。
抗線を部分的に同心円となる円弧を形成するように形
成、各円弧を直列接続するために、内側と外側の円弧を
順次接続する接続部を設けたヒータが提案されている。
しかし、この構造では、ヒータパターンが渦巻き状であ
るために、パターンの開始端と終端が円盤の中央と外周
に離れてしまい、給電線の引き回しが周囲の構造を制約
するという問題があった。
出願人は、先に図3に示すように、絶縁基板10内に発
熱抵抗体11をスクリーン印刷法によって形成すること
でヒータパターンの形状自由度を増し、中心部に一対の
給電端子12を配置し、同心円部13と折り返し直線部
14との組み合わせによって、直列回路に結線したウエ
ハ加熱装置を提案した(特願平9−360092号)。
9−360092号のウエハ加熱装置は、支持面に載置
されるウエハの均一加熱性において不十分であることが
わかった。ウエハ載置面における温度分布を赤外線放射
温度計で測定したところ、パターン内に形成されている
折り返し部の近傍で温度分布が不均一になっており、ホ
ットスポットおよびコールドスポットが存在しているこ
とが判った。
によるシミュレーションを利用して検討した結果、ヒー
タパターンの同心円部と折り返し部の電流密度の不均一
が原因であることを突き止めた。
説明することができる。図4における矢印の向きは、図
3の発熱抵抗体11を流れる電流の方向を示し、矢印の
長さは電流の大きさを表している。すなわち、発熱抵抗
体11内を流れる電流はパターン内の最短経路をとろう
とする為に、同心円部と折り返し部で構成されるヒータ
パターンでは、同心円部と折り返し部の接続部の内側コ
ーナーaに電流が多く流れ、外側コーナーbに流れる電
流は少なくなる。
抵抗体の発熱が不均一となり、内側コーナーaがホット
スポットに、外側コーナーbがコールドスポットとな
る。その為、ヒータのウエハ支持面に温度のムラが発生
し、これがウエハを均一に加熱することを困難にしてい
た。
ーンを採用した場合には、ホットスポットが円周上の特
定の位置に発生してしまい、温度分布が同心円状になら
ない。その為、ウエハ上に均一な厚みの膜を形成するこ
とができず、或いはエッチング加工では加工精度のばら
つきが大きくなり、歩留まりが悪かった。
適に用いられ、局所的なホットスポットやコールドスポ
ットの発生を抑制した均熱性に優れた円盤状ヒータを提
供することを目的とするものである。
セラミック基体の上面を加熱面とし、該基体内部に発熱
抵抗体を埋設してなる円盤状ヒータにおいて、前記発熱
抵抗体が、複数の発熱部が等しい角度間隔で同心円領域
に配置された複数のリング状発熱ゾーンと、前記発熱部
のうち近接する2つの発熱部を接続するように前記リン
グ状発熱ゾーンの両側に配設された複数の接続導体部
と、前記発熱ゾーン間を接続するゾーン間接続導体とを
具備してなり、前記複数の発熱部、前記複数の接続導体
部および前記ゾーン間接続導体が全て直列接続すること
により、上記目的を達成できることを見いだした。
発熱ゾーン内の前記発熱部が円盤中心から放射状に形成
されてなること、前記リング状発熱ゾーンの半径方向の
ゾーン幅が、隣接する前記リング状発熱ゾーン間の間隔
の0.1以上であること、前記接続導体部の線幅が前記
発熱部の線幅よりも2倍以上であること、前記各リング
状発熱ゾーン内に前記発熱部が等しい角度間隔で6個以
上配置されてなること、前記ゾーン間接続導体の幅/長
さ比率が0.2以上であること、前記円盤状ヒータの中
央部に一対の給電電極を配設してなること、前記発熱抵
抗体が、前記円盤状セラミック基体と同時焼成して形成
されてなることのうち、少なくとも1つ以上の特徴を具
備することが望ましい。
タの一実施形態の(a)概略斜視図と(b)概略断面図
であり、図2は、図1の円盤状ヒータの発熱抵抗体のパ
ターンを説明するための平面図ある。
セラミック基体2からなり、上面をウエハW加熱面3と
するとともに、その内部に発熱抵抗体4を埋設してあ
る。なお、円盤状ヒータ1のほぼ中央部には、発熱抵抗
体4に通電するための一対の給電端子5が取り付けられ
ており、給電端子5に電圧を印加して発熱抵抗体4を発
熱させることにより加熱面3に載置したウエハWを均一
に加熱するようになっている。
ミック基体2の材質としては、耐摩耗性、耐熱性に優れ
たアルミナ、窒化珪素、炭化珪素、サイアロン、窒化ア
ルミニウムを用いることができ、特に窒化アルミニウム
は50W/m・K以上、特に100W/m・K以上の高
い熱伝導率を持つものがあり、更にフッ素系や塩素系の
腐食ガスに対する耐食性や耐プラズマ性にも優れること
から、セラミック基体2の材質として好適である。具体
的には、純度99.7%以上を有する高純度窒化アルミ
ニウムやY2 O3 やEr2 O3 などの焼結助材を含有す
る窒化アルミニウムを用いることが好適である。
抗体4を構成する材質としては、タングステン、モリブ
デン、レニウム、白金等の高融点金属やこれらの合金、
あるいは周期律表第4a族、第5a族、第6a族の炭化
物や窒化物を用いることができ、セラミック基体2との
熱膨張差が小さいものを適宜選択して使用すれば良い。
によれば、発熱抵抗体4は図2に示すように、複数の発
熱部6が等しい角度間隔で同心円領域に配置された複数
のリング状発熱ゾーンA1 、A2 が形成されており、各
リング状発熱ゾーンA1 、A2 の両側には、発熱ゾーン
A1 、A2 内の複数の発熱部6のうち近接する2つの発
熱部6を接続するために設けられ、比較的幅の広い円弧
体から構成された低抵抗の接続導体部7が各発熱ゾーン
A1 、A2 の両側に複数の同心円状に配置されている。
ために所定箇所にゾーン間接続導体8が設けられ、さら
に円盤のほぼ中央部には、一対の給電電極9a、9bが
設けられている。そして、最終的に発熱抵抗体4は、給
電電極9a、9bから、発熱部6、接続導体部7、ゾー
ン間接続導体8はすべて直列に接続されている。抵抗発
熱体4の終端となる給電電極9a、9bは、セラミック
基体2に設けたスルーホールを通して、セラミック基体
2の裏面に貫通し、給電端子5に接続される。
リング状発熱ゾーンAは、円盤中心から同心円状に2つ
のゾーンA1 、A2 が形成れており、各リング状発熱ゾ
ーンA1 、A2 の内側と外側にそれぞれ接続端子部7が
等間隔に配列してなるリング状接続ゾーンB1 、B2 、
B3 、B4 が配設されている。また、リング状発熱ゾー
ンA1 、A2 中の発熱部6は、いずれも直線形状からな
り、円盤中心から放射状に等しい角度間隔で形成されて
いる。また、隣接する発熱部6の端部と、接続ゾーンB
内の独立した円弧状の接続導体部7の端部と交互に接続
しあい、結果として1つの直列回路を形成している。な
お、発熱部6は図2では直線形状であるが、抵抗値を調
整する目的で折り返し部を設けても良い。
発熱ゾーン4aと接続ゾーン4bとを設け、発熱ゾーン
4a内に等しい角度間隔で配置された発熱体6が発熱す
る際に、発熱体6と接続導体部7との接続部におけるコ
ーナー部で図5で説明したような原理から電流密度が高
くなり、その部分がホットスポットとなるが、発熱部の
線幅が細く、電流密度が高いために、発熱部6全体がホ
ットスポットとなり、コールドスポットの発生を抑制す
ることができ、加熱面における円周方向の温度分布を均
一化することができるのである。
3の半径方向の温度分布を均一する必要から、前記複数
のリング状発熱ゾーンA1 、A2 の半径方向におけるゾ
ーン幅xが隣接するリング状発熱ゾーン間の間隔yの
0.1以上、特に0.2以上であることが望ましい。
部6はできるだけ多い方が良く、1つのリング状発熱ゾ
ーンA1 およびゾーンA2 には少なくとも6個以上の発
熱部6を等しい角度間隔で円周上に配置することが望ま
しい。
リング状発熱ゾーンA1 、A2 が形成されている場合に
は、内側のリング状発熱ゾーンA2 とリング状外側発熱
ゾーンA1 では発熱部の数は、外側のリング状発熱ゾー
ンA1 の方を多くする必要があり、望ましくは発熱ゾー
ンの中心部の半径と発熱抵抗体の数は比例するのが良
い。
ーンA1 、A2 が異なる半径部分に形成されているが、
この場合に外側発熱ゾーンA1 と内側の発熱ゾーンA2
とを直列接続するためには、内側の発熱ゾーンA2 の外
側に接する接続ゾーンB3 および外側の発熱ゾーンA1
の内側に接する接続ゾーンB2 を各々同じ部分で分割し
て、電気的に絶縁し、接続ゾーンB2 内の接続導体部7
と接続ゾーンB3 内の接続導体部7とを接続すれば良
い。
円状の温度分布を崩すおそれがあるので、ゾーン間接続
導体8の電気抵抗を発熱部6の抵抗の50%以下に抑え
ることが望ましい。かかる観点から前記ゾーン間接続導
体の幅/長さ比率が0.2以上であることがのぞまし
い。
円盤の外周側の方が大きいため、温度分布を均一にする
為には、外周側のリング状発熱ゾーンA1 の発熱量を多
くする必要がある。その場合には、外側のリング状発熱
ゾーンA1 の発熱部6の幅を狭めることで抵抗値を高め
に調整すれば良い。
めに、発熱部6より低い電気抵抗となるように形成する
必要があり、特に発熱部6の電気抵抗は接続導体部7の
電気抵抗の2倍以上であることが望ましく、発熱部6と
同一材質、同一厚さを持つ場合には、少なくとも2倍以
上の線幅によって構成することが望ましい。また、発熱
部6と接続導体部7とは、抵抗の異なる導体材料によっ
て形成することも可能である。
状である必要はなく、直線状であっても構わないが、ホ
ットスポットの発生箇所を同心円上に均一に配置する必
要から、同一円上での回転移動に対して幾何学的に略合
同となる、即ち、形成される略多角形が略正多角形とな
っていることが望ましい。
ナ、窒化珪素、炭化珪素、サイアロン、窒化アルミニウ
ムなどを主成分とするセラミック粉末を所定の円盤形状
に成形した後、その表面に、前述したようなタングステ
ン、モリブデン、レニウム、白金等の高融点金属などの
導体材料を含有する導体ペーストを図2に示すように印
刷塗布し、その上に上記セラミック粉末の成形体を積層
またはスラリーを塗布した後、セラミック基体と同時焼
成によって形成することができる。また、他の方法とし
ては、発熱抵抗体を圧延などで薄板状に成形体したもの
をプレス、化学エッチングなどで所望のパターンに成形
したもの、または粉末冶金などで予め発熱体形状に成形
したものをセラミック基体と同時焼成することによって
作製することができる。
ために、セラミック基体として窒化アルミニウムセラミ
ックスを使用して直径が200mm、厚さ10mmの円
盤状ヒータを以下のようにして作製した。
た窒化アルミニウムグリーンシートを積層し、スルーホ
ール加工を施した後、一方の面に発熱抵抗体としてタン
グステンを主成分とする導体ペーストを印刷し、更にそ
の上に窒化アルミニウム成形体を積層、密着し、円盤形
状に加工した。これを脱脂した後、常圧焼結法によって
1700℃で同時焼成した。焼成後の焼結体は両主面を
平面研削した後、給電端子をろう付けした。
熱部6の形状は厚さ0.01mm、幅5mmとした。そ
して、リング状発熱ゾーンの数、発熱部の幅(5mm)
に対する円弧状の接続導体部の幅比率、リング状発熱ゾ
ーンの発熱部の個数、リング状発熱ゾーンの半径方向に
おけるゾーン幅xの隣接するリング状発熱ゾーン間の間
隔yに対する比率、ゾーン間接続導体の幅/長さ比率を
表1のように変えた複数の円盤状ヒータを作製した。
気圧の空気中で、強制対流のない状態で、ヒータ上面の
最高温度が200℃となるように給電端子に電力を印加
し、上面の温度分布を赤外線放射温度計で測定し、最高
温度と最低温度の差を温度バラツキとした。表1にその
結果を示す。
抗体パターンを印刷した円盤状ヒータを作製し、同様の
評価を行った。
ない場合、または図4に示すようにすべてが高抵抗領域
からなり、折り返し部を有するパターンでは、温度のバ
ラツキが大きいものであった。これに対して、本発明で
は、これらに比較して温度のバラツキを低減でき、特
に、リング状発熱ゾーンの半径方向におけるゾーン幅
が、隣接する前記リング状発熱ゾーン間の間隔の0.1
以上、接続導体部の線幅が前記発熱部の線幅よりも2倍
以上、各リング状発熱ゾーン内の発熱部数が6個以上、
発熱ゾーン間を接続するゾーン間接続導体の幅/長さ比
率が0.2以上のものは、温度バラツキを10℃以下に
制御することができた。
所的なホットスポットやコールドスポットの発生を抑制
し、同心円状に複数の発熱部を具備する複数のリング状
発熱ゾーンを設け、発熱部をそれ以外の部分に比べて高
い発熱密度を持つホットスポットとし、この発熱部を等
しい角度間隔で配置することによって、同心円上におけ
る均熱性に優れ、全体としての温度バラツキの小さい円
盤状ヒータを実現することができる。
概略斜視図と(b)概略断面図である。
明するための平面図である。
す図である。
接続部における電流分布を示す概念図である。
概略斜視図と(b)概略断面図である。
明するための平面図である。
熱ゾーンを説明するための平面図である。
す図である。
接続部における電流分布を示す概念図である。
Claims (8)
- 【請求項1】円盤状セラミック基体の上面を加熱面と
し、該基体内部に発熱抵抗体を埋設してなる円盤状ヒー
タにおいて、前記発熱抵抗体が、複数の発熱部が等しい
角度間隔で同心円領域に配置された複数のリング状発熱
ゾーンと、前記発熱部のうち近接する2つの発熱部を接
続するように前記リング状発熱ゾーンの両側に配設され
た複数の接続導体部と、前記発熱ゾーン間を接続するゾ
ーン間接続導体とを具備してなり、前記複数の発熱部、
前記複数の接続導体部および前記ゾーン間接続導体が全
て直列接続されてなることを特徴とする円盤状ヒータ。 - 【請求項2】前記リング状発熱ゾーン内の前記発熱部が
円盤中心から放射状に形成されてなることを特徴とする
請求項1記載の円盤状ヒータ。 - 【請求項3】前記リング状発熱ゾーンの半径方向のゾー
ン幅が、隣接する前記リング状発熱ゾーン間の間隔の
0.1以上であることを特徴とする請求項1記載の円盤
状ヒータ。 - 【請求項4】前記接続導体部の線幅が前記発熱部の線幅
よりも2倍以上であることを特徴とする請求項1記載の
円盤状ヒータ。 - 【請求項5】前記各リング状発熱ゾーン内に前記発熱部
が等しい角度間隔で6個以上配置されてなることを特徴
とする請求項1記載の円盤状ヒータ。 - 【請求項6】前記ゾーン間接続導体の幅/長さ比率が
0.2以上であることを特徴とする請求項1記載の円盤
状ヒータ。 - 【請求項7】前記円盤状ヒータの中央部に一対の給電電
極を配設してなることを特徴とする請求項1記載の円盤
状ヒータ。 - 【請求項8】前記発熱抵抗体が、前記円盤状セラミック
基体と同時焼成して形成されてなることを特徴とする請
求項1記載の円盤状ヒータ。
Priority Applications (1)
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- 1999-05-31 JP JP15157599A patent/JP3793555B2/ja not_active Expired - Fee Related
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