JP2002313530A - 被処理物保持体 - Google Patents
被処理物保持体Info
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Abstract
端子部での温度低下を防ぐことにより被処理物搭載面内
において±1%以内の均熱性を実現でき、かつ耐熱性、
耐食性、絶縁性および熱伝導率の高い被処理物保持体を
提供する。 【解決手段】 窒化アルミニウムを含む1対のセラミッ
クス基体2a、2bの間に、高融点金属を含む材料から
なる発熱部3bと端子部3aとを有する発熱抵抗体3が
埋設されている。セラミックス基体2bには孔2cが形
成されており、この孔2cの底部において端子部3aの
一部表面が露出しており、この露出した端子部3aに
は、給電用導電部材が電気的に接続される。このセラミ
ックスモジュール1の被処理物搭載面2dにおける温度
分布が±1%以内である。
Description
関し、より具体的には、半導体ウェハあるいは液晶用基
板などの被処理物を搭載した状態で処理する被処理物保
持体に埋設された発熱抵抗体に系外から電力を供給する
ための構造に関するものである。
ス基板)の表面をエッチングしたり、その表面に膜を形
成する際、複数のエッチング装置や成膜装置を並べて、
それらの装置間をローダを用いて被処理物を自動送りで
1枚ずつ処理する枚葉式が主流となっている。枚葉式の
製造装置を用いる場合、ローダでエッチング装置や成膜
装置のチャンバ内の保持体の上に被処理物を搬送し、そ
の保持体に静電チャック電極で被処理物を固定した状態
で、または保持体の被処理物搭載面の面精度を上げて被
処理物を静置密着させた状態で、保持体に熱を直接与え
て被処理物を均一に加熱する方法が採用されている。
料は、少なくとも被処理物に接する部分が、膜形成用の
反応ガスやエッチングガスとしての腐食性の高いハロゲ
ンガスなどのガスに対する耐食性を有する材料で構成さ
れる必要がある。さらに反応させる高温に耐える耐熱性
も必要である。
る反応ガスやクリーニングに用いられるハロゲン系のガ
スに対する耐食性と、発熱体としての耐熱性、耐食性お
よび耐久性との観点から金属や樹脂の保持体は使えない
ため、セラミックス製の保持体の実用化が進められてい
る。このセラミックスの中でも酸化アルミニウムは作り
やすく安価であるため、この酸化アルミニウム製の保持
体が実用化されている。
W/mK程度と低いため、ウェハや液晶用基板の表面の
エッチングや膜形成の際に、精度よく管理すべき温度が
ばらつき、それによって特性がばらついていた。
つ熱伝導率が高い窒化アルミニウム製の保持体が注目さ
れている。
アルミニウム粉末からなる成形体の間にモリブデンなど
の高融点金属のコイルやワイヤを挟み込んで、これらを
ホットプレス焼結することで、ヒータや静電チャック用
電極の電気回路を埋設するように製造されていた。たと
えばヒータ(発熱抵抗体)を埋め込んだ保持体として、
発熱面でより均熱化を図るための埋設ヒータ構造が特許
第2604944号に開示されている。また埋設したヒ
ータに系外から電力を供給するための構造が、たとえば
特許第2518962号に示されている。
た電力供給構造を拡大して示す図である。図8を参照し
て、セラミックスヒータ101は、セラミックス基体1
02と、そのセラミックス基体102内に埋設されたス
パイラル状の発熱抵抗体103aと、発熱抵抗体103
aの端部に接続された柱状の端子103bとを有してい
る。この端子103bは、発熱抵抗体103aよりも太
く、かつセラミックス基体102の内部からセラミック
スヒータ101の背面側に延びている。これにより、セ
ラミックスヒータ101の背面に端子103bの先端面
が露出している。この露出した端子103bの表面に、
高融点金属の粉末106を介して電極105が電気的に
接続されている。
力を供給して発熱させるため、発熱回路に電力を供給す
る構造には、高い信頼性が必要とされる。そのため、特
許第2604944号のような窒化アルミニウム製の保
持体の場合、その発熱体の端部は特許第2518962
号のように発熱抵抗体より太い端子とすることによっ
て、接合面積を大きくして拡散接合したりねじ切りした
りして、端子103bへの電極105の接合が容易にさ
れていた。
2518962号に開示された構造を製造する場合に
は、予め発熱抵抗体103aの先端に太い柱状の端子1
03bを取付けて、セラミックス成形体に埋設して焼結
した後にセラミックス背面を研削することにより端子1
03bの先端面を露出させる必要があった。このため、
端子103bを露出させるための工程が煩雑になるとい
う問題があった。
径より太くするため、端子103bでの電気抵抗が小さ
くなり発熱量が小さくなってしまう。さらに、端子10
3bに接続される電極105などの電力供給系を通じて
端子103bの熱が逃げてしまうという相乗効果がある
ため、端子103bにおける温度は極端に下がってしま
う。このため、被処理物搭載面内における温度分布のば
らつきが大きくなり、均熱性が低くなるという問題もあ
った。
形成することができ、かつ端子部での温度低下を防ぐこ
とにより被処理物搭載面内において±1%以内の均熱性
を実現でき、かつ耐熱性、耐食性、絶縁性および熱伝導
率の高い被処理物保持体を提供することである。
は、窒化アルミニウムを含むセラミックス基体と発熱抵
抗体とを有する被処理物保持体であって、発熱抵抗体は
外部の給電用導電部材に接続するための端子部とその端
子部に電気的に接続された発熱部とを有し、発熱部およ
び端子部は金属材料からなり、被処理物を搭載する面に
おける温度分布(ばらつき)が±1%の範囲内であるこ
とを特徴とするものである。
た結果、窒化アルミニウムがセラミックス基体に含まれ
かつ金属が発熱部と端子部とに含まれた被処理物保持体
において、被処理物を搭載する面における温度分布を±
1%以内に収めることのできる被処理物保持体を得るこ
とができた。これにより、被処理物を均等に加熱するこ
とが可能となり、被処理物への成膜処理などの各種の処
理を面内において均等に行なうことが可能となる。ま
た、窒化アルミニウムをセラミックス基体に用いている
ため、耐熱性、耐食性、絶縁性および熱伝導率について
も良好な特性を得ることができる。
は、発熱抵抗体を被覆する層には孔が設けられており、
孔の底部において端子部の表面が露出しており、露出し
た端子部に給電用導電部材が電気的に接続される。
の底部において露出しているだけで、従来例のようにセ
ラミックス基体表面まで引き延ばされてはいない。この
ため、端子部から発熱部への電流(または電圧)経路の
径が給電用導電部材と端子部との接触面積に依存しない
構成とすることができる。よって、給電用導電部材と端
子部との接触面積に関係なく端子部の抵抗値を設定する
ことができ、これにより均熱性を±1%以内にすること
ができる。
部の幅以下の幅を有する構成および発熱部より抵抗の高
い材質の少なくともいずれかの構成を有する。
有する構成とすることにより、端子部の抵抗値を発熱部
の抵抗値に対して高くすることができる。また端子部の
材質を発熱部の抵抗より大きな材質を用いることにより
端子部の抵抗を発熱部の抵抗よりも高くすることができ
る。これらの構成を適宜組合わせることにより、端子部
の抵抗値が発熱部の抵抗値に対して適切な値となるよう
に制御することができる。
は、端子部の厚みが5μm以上100μm以下である。
みの厚膜を、印刷などにより幅と厚みを制御して塗布し
て焼付けて発熱抵抗体を形成することにより、発熱部お
よび端子部の双方の抵抗値の制御が非常に容易となる。
たとえば発熱部と端子部における発熱量をシミュレーシ
ョンして設計した太さ、形状に精度よく形成することが
可能となる。場合によってはパターン化して電気抵抗制
御することも非常に容易である。
厚みのばらつきが大きくなり不均一発熱が生じ、100
μmを超えると端子部の発熱量が小さくなり過ぎて熱補
償が困難になる。
ることによって端子部の抵抗を制御したり、端子部をパ
ターン化して抵抗値を微妙に制御することによって端子
部から逃げる熱を補償して、端子部に対応した位置の被
処理物搭載面で温度が低下することを防いで均熱性を向
上させることもできる。
は、端子部の抵抗値が1×10-4Ω以上である。
以上にすることにより均熱性がさらに向上する。
は、給電用導電部材は、電極と、その電極に電気的に接
続されたロッドおよび撚り線の少なくともいずれかとを
含んでいる。端子部に電極を介して電気的に接続された
ロッドおよび撚り線のいずれかにより端子部は系外と電
気的に接続される。
り線で系外と電気的につなぐことによって、保持体に埋
め込まれた発熱抵抗体に電力を供給して発熱させること
ができる。
て図に基づいて説明する。
処理物保持体を備えた処理装置の構成を概略的に示す断
面図である。図1を参照して、この処理装置は、被処理
物保持体に対応するセラミックスモジュール1と、その
セラミックスモジュール1を内部に有するチャンバ4
と、セラミックスモジュール1をチャンバ4に支持する
ための円筒状支持部(パイプ)6とを主に有している。
載面2dに被処理物10を搭載して加熱するものであ
り、1対のセラミックス基体2a、2bと、発熱抵抗体
3とを有している。1対のセラミックス基体2a、2b
の各々は、窒化アルミニウムを含有する材質よりなって
いる。発熱抵抗体3は、1対のセラミックス基体2a、
2bの間に挟み込まれており、たとえばタングステン
(W)やモリブデン(Mo)のような高融点金属あるい
は銀−パラジウム(Ag−Pd)、白金(Pt)、白金
−金(Pt−Au)などの金属を主成分として含有する
材質よりなっている。
ール1は、被処理物搭載面2dにおける加熱時の温度分
布(温度のばらつき)が±1%の範囲内である。
に、たとえば円弧状に形成された発熱部3bと、その発
熱部3bの両端部に配置された端子部3aとを有してい
る。この端子部3aは、図3に示すように全面が金属材
料で塗りつぶされたパターンであってもよく、図4に示
すように発熱部3bの線幅W2と同等もしくはそれより
も細い線幅W1を有するパターンであってもよい。な
お、図3における端子部3aの線幅W0は発熱部3bの
線幅W2よりも太い。
1の被処理物搭載面2dの裏面中央部には円筒状支持部
6が接続されている。その円筒状支持部6内には、発熱
抵抗体3の端子部3aに電気的に接続された給電用導電
部材7が配置されている。
気的に接続される構成を拡大して示す概略断面図であ
る。図5を参照して、被処理物搭載面2dの裏面側に位
置するセラミックス基体2bには孔2cが設けられてお
り、この孔2cの底部において端子部3aの表面の一部
が露出している。この露出した端子部3aの表面に、給
電用導電部材に含まれる電極5が電気的に接続されてい
る。
みT2と同じ厚みであってもよいが、発熱部3bの厚み
T2よりも厚くてもよく、端子部3aの抵抗値により適
宜選択され得る。また端子部3aの厚みT1は5μm以
上100μm以下であることが好ましく、端子部3aの
抵抗値は1×10-4Ω以上であることが好ましい。
に、端子部3aのパターンや厚みは制御される。たとえ
ば、端子部3aは、発熱部3bの厚みT2よりも厚い厚
みT1を有する構成と、図4に示すように発熱部3bの
線幅W2以下の線幅W1を有する構成とを組合わせた構
成を有していてもよく、またそれぞれの構成を単独で有
していてもよい。さらに端子部3aの抵抗値を制御する
ために、端子部3aは抵抗値の異なる材質を重ね塗りす
ることで形成されてもよいし、シミュレーションにて最
適化した形状、たとえば楕円形状やスリットを入れた形
状などにパターン化されてもよい。このように本実施の
形態の構成では、電気抵抗値を変化させた端子部3aを
形成することは非常に容易である。
搭載面2dの温度低下を防ぐために、端子部3aから系
外へ通じる給電用導電部材7を通じて逃げる熱を補償す
る構成を採用することがより好ましい。そのため、端子
部3aでの抵抗値が1×10 -4Ω以上であることがより
好ましい。
は、図6に示すように電極5と、その電極5に接続され
たロッド9aとからなっていてもよく、また図7に示す
ように電極5と、その電極5に接続された撚り線9bと
から構成されていてもよい。
3aに接合されていてもよい。また、電極5を用いず
に、ろう付けなどの手法で端子部3aに直接、系外につ
ながるロッド9aや撚り線9bなどが接続されていても
よい。
間に静電力を発生させて被処理物を固定するために用い
られる静電チャック用電極および/あるいはプラズマを
発生させるために用いられるRF電極が被処理物保持体
に埋設されていてもよい。
のセラミックス基体2a、2bに挟み込まれた構成につ
いて説明したが、発熱抵抗体3はセラミックス基体2b
以外の材質よりなる保護膜により被覆されていてもよ
い。このようにセラミックス基体2bの代わりに保護膜
2bを用いた場合でも、この保護膜2bには抜きパター
ン2cが形成されており、その抜きパターン2cの底部
から端子部3aの表面が露出している必要がある。この
被処理物保持体1は一般に室温〜1200℃で用いられ
る。
に埋設する方法について説明する。発熱抵抗体3をセラ
ミックス中に埋設する手法として、1つの方法では、ま
ずタングステンやモリブデンのような高融点金属、銀−
パラジウム、白金、白金−金などを主成分とする発熱抵
抗体用の粉末に、焼成促進用の助剤を添加したものある
いは無添加のものが溶媒やバインダ中に分散された後に
セラミックス焼結体2aに塗布されて焼付けられる。こ
のとき、発熱部3bと端子部3aとは連続したパターン
として塗布されて、脱脂、焼付けを施される。発熱部3
bと端子部3aとが焼付けられた焼結体2a上に別のセ
ラミックス焼結体2bが接合剤を塗布した状態あるいは
塗布なしの状態で重ね合わされて加熱接合される。ある
いは、発熱部3bと端子部3aとが焼付けられた焼結体
2aの発熱部3b上に耐食性の保護膜2bとしての厚膜
が塗布されて焼付けられる。これにより、発熱抵抗体3
が被処理物保持体1中に埋設された構成が得られる。
焼結体2a上に別のセラミックス焼結体2bを重ね合わ
せて接合する場合、別の焼結体2b側の端子部3aに対
応した位置に孔2cが設けられる。また、発熱部3bと
端子部3aとが焼付けられた焼結体2a上に保護膜2b
を形成する場合、保護膜2bの端子部3aに対応した位
置が抜きパターン2cとされる。いずれの場合でも、非
常に容易に孔2cもしくは抜きパターン2cから端子部
3aを表出させることが可能である。
するもう1つの方法では、高融点金属粉末に焼成促進用
の助剤を添加したものあるいは無添加のものが、溶媒や
バインダ中に分散された後にセラミックス成形体2aに
塗布される。塗布されたセラミックス成形体2a上に別
のセラミックス成形体2bが接合剤を塗布した状態ある
いは塗布なしの状態で重ね合わされて同時焼成される。
あるいはセラミックス成形体2a上に高融点金属層を塗
布して同時焼成により焼付けた後に、耐食性の保護膜2
bとしての厚膜が塗布されて焼付けられる。このとき、
発熱抵抗体3の焼付けと保護膜2bの焼付け温度を同じ
になるように調整することで、発熱抵抗体3と保護膜2
bとが同時に焼付けられてもよい。
せて発熱抵抗体3を埋設して同時焼成する場合、発熱抵
抗体3を塗布しない側の端子部3aに対応する位置に孔
2cを設けた後に重ね合わせが行なわれてもよく、ある
いは重ね合わせてから端子部3aに対応する位置に孔2
cが開口されてもよい。焼結体2bを研削して孔2cを
あけるのに比べると、セラミックス成形体は柔らかいの
で孔あけは非常に容易である。その際、端子部3aを傷
つけないようにするため、予め端子部3aにたとえば円
盤状の樹脂や硬質部材などを当てがって、セラミックス
成形体2a,2bを接合した後に円盤を掘り出してから
焼結を施すことが好ましい。
とにより、特許第2518962号の構造(図8)より
も格段に優れた均熱性(±1%以内)を実現することが
できる。以下そのことについて説明する。
ように端子103bがセラミックス基体102の裏面に
まで引き延ばされた構成を有し、その上で電極105と
電気的に接続されている。このような構成では、電極1
05との接続を容易にするためにセラミックス基体10
2の裏面に露出する柱状の端子103bの露出面積を大
きくする必要がある。柱状の端子103bの露出面積を
大きくすると、必然的に端子103bの径が大きくな
る。このため、電極105から発熱抵抗体103aに向
かう方向(矢印B方向)に直交する端子103bの断面
積は大きくならざるを得ない。つまり、特許第2518
962号の構造では、電流(または電圧)経路の径が電
極105と端子103bとの接触面積により規定される
構成であるため、電極105との接続を容易にするため
には端子103bの径も大きくなり、端子103bでの
発熱量が低下せざるを得ない。
5に示すように端子部3aはセラミックス基体2bの孔
2cの底部において露出しており、セラミックス基体2
bの表面にまで延びてはいない。これにより電極5と接
触する部分の端子部3aの面積を大きくしても、その接
触部から発熱部3bへ向かう方向(たとえば矢印A方
向)に直交する端子部3aの断面積を小さくすることが
できる。つまり、本実施の形態では、端子部3aの電流
(または電圧)経路の径が電極5と端子部3aとの接触
面積で規定されない構成であるため、端子部3aの抵抗
値を電極5との接触面積と関係なく設定することがで
き、それにより均熱性を±1%以内にすることができ
る。
ば半導体ウェハや液晶用のガラス基板などの被処理物
に、各種の処理を施すものである。ここで、各種の処理
とは、たとえば、プラズマを用いたCVD(Chemical V
apor Deposition)、減圧下で行われるCVD、金属膜
を形成するためのCVD、絶縁膜を形成するためのCV
Dなどにより被処理物上に成膜を行なう処理や、イオン
注入により被処理物中にイオンを注入する処理や、エッ
チングなどにより被処理物の特定の膜を除去もしくはパ
ターニングする処理である。
助剤としてイットリア(Y2O3)を0.5質量%、バイ
ンダとしてポリビニルアルコールを添加してエタノール
を溶媒としてボールミルによって分散混合した。この混
合粉末をスプレードライ乾燥した後、焼結後の形状が直
径350mmφ、厚みが6mmとなるようにプレス成形
した。この成形体を温度800℃の窒素ガス中で脱脂し
た後、温度1800℃で6時間焼結することによって窒
化アルミニウム焼結体を得た。得られた窒化アルミニウ
ム焼結体の上下面をダイヤモンド砥粒によって6mmま
で研磨した。
とをエチルセルロースバインダにて混練したものを窒化
アルミニウム焼結体の一方の表面上に印刷塗布した。こ
れを渦巻状に窒化アルミニウム焼結体のほぼ全面にわた
って焼結上がりで厚み20μmになるように形成した。
発熱回路両端部にφ6mm端子もパターンに盛り込んで
同時に印刷した。このようにして導電体の印刷パターン
が形成された窒化アルミニウム焼結体を温度800℃の
窒素ガス中で脱脂した後、温度1700℃の窒素ガス中
で焼成した。このようにして導電層として発熱体回路パ
ターンが形成された窒化アルミニウム焼結体を準備し
た。
0.5質量%と、アルミナ(Al2O3)粉末0.5質量
%とをエチルセルロースバインダで混練したものを印刷
塗布した。この窒化アルミニウム焼結体を温度900℃
で窒素中にて脱脂した後、温度1750℃の窒素ガス中
で加熱することにより保護膜を形成した。このようにし
て被処理物保持体を製造した。パターンは全面ベタ(全
面を金属材料で塗りつぶしたもの)で、端子部のみ抜き
パターンとした。
た。この端子部に系外に通じるロッドを接合した。70
0℃において搭載面の端子部分に対応した位置での温度
低下は少なく、搭載面全面で700℃±0.48%に収
まった。
子部の電気抵抗値が1×10-2Ωになるようなパターン
にしてこの部分での発熱量を増やすようにした。
らに減少し、搭載面全面で700℃±0.40%に収ま
った。
助剤としてイットリアを0.5質量%、バインダとして
ポリビニルアルコールを添加してエタノールを溶媒とし
てボールミルによって分散混合した。この混合粉末をス
プレードライ乾燥した後に2枚のプレス成形を行なっ
た。これにより、重ね合わせて焼結した後の形状が、直
径350mmφ、厚み20mmになる1対の成形体と、
直径350mmφ、厚み6mmになる1対の成形体とを
形成した。これらの成形体上に幅2.5mm、深さ2.
5mmの渦巻状の溝を彫り、成形体を温度800℃の窒
素ガス中で脱脂した。
の端子を有するモリブデン(Mo)コイル(コイル巻径
φ4mm)を這わせた。その際、端子の一端が被処理物
搭載面に対して垂直に裏面を向くように置いて、もう1
枚の成形体を重ねた後、温度1800℃で4時間、圧力
9.8MPaでホットプレス焼結することによって窒化
アルミニウム焼結体を得た。得られた窒化アルミニウム
焼結体の上下面をダイヤモンド砥粒によって研磨した。
さらに裏面から削り込んでいき、モリブデン端子の端部
を表出させた。端子部の電気抵抗値は3×10-5Ωであ
った。
ドを銀ろう付けした。このロッドから電力を供給し70
0℃まで昇温し、700℃における搭載面温度分布を測
定したところ、いずれも端子部に対応した裏側で温度低
下が見られ、20mm厚みの保持体の搭載面における均
熱性は700℃±1.2%となり、6mm厚みの保持体
の搭載面における均熱性は700℃±3.0%となっ
た。
すべての点で例示であって制限的なものではないと考え
られるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではな
くて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と
均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ
とが意図される。
と電気的に接続するための端子部の形状を、端子部と系
外の給電用導電部材との接触面積に関係なく端子部の抵
抗値を設定できる形状としたことにより、窒化アルミニ
ウムをセラミックス基体に用いかつ発熱部および端子部
に高融点金属を含む被処理物保持体において、被処理物
を搭載する面における温度分布を±1%以内にすること
ができ、均熱性の向上を図ることができる。また、窒化
アルミニウムをセラミックス基体に用いているため、耐
熱性、耐食性、絶縁性および熱伝導率についても良好な
特性を得ることができる。これにより、被処理物を均等
に加熱することが可能となり、被処理物に施す処理も均
等に行なうことができる。
体を備えた処理装置の構成を概略的に示す断面図であ
る。
の図である。
を説明するための図である。
を拡大して示す断面図である。
部分拡大図である。
部分拡大図である。
極との接合の様子を示す概略断面図である。
セラミックス基体、2b セラミックス基体または保
護膜、2c 孔、2d 被処理物搭載面、3発熱抵抗
体、3a 端子部、3b 発熱部、4 チャンバ、5
電極、6 円筒状支持部、7 給電用導電部材、9a
ロッド、9b 撚り線。
Claims (6)
- 【請求項1】 窒化アルミニウムを含むセラミックス基
体と発熱抵抗体とを有する被処理物保持体であって、 前記発熱抵抗体は、外部の給電用導電部材に接続するた
めの端子部と前記端子部に電気的に接続された発熱部と
を有し、前記発熱部および前記端子部は金属材料からな
り、 被処理物を搭載する面における温度分布が±1%の範囲
内であることを特徴とする、被処理物保持体。 - 【請求項2】 前記発熱抵抗体を被覆する層には孔が設
けられており、前記孔の底部において前記端子部の表面
が露出しており、露出した前記端子部に前記給電用導電
部材が電気的に接続されることを特徴とする、請求項1
に記載の被処理物保持体。 - 【請求項3】 前記端子部が、前記発熱部の幅以下の幅
を有する構成および前記発熱部より抵抗の高い材質の少
なくともいずれかの構成を有することを特徴とする、請
求項1または2に記載の被処理物保持体。 - 【請求項4】 前記端子部の厚みが5μm以上100μ
m以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれ
かに記載の被処理物保持体。 - 【請求項5】 前記端子部の抵抗値が1×10-4Ω以上
であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記
載の被処理物保持体。 - 【請求項6】 前記給電用導電部材は、電極と、前記電
極に電気的に接続されたロッドおよび撚り線の少なくと
もいずれかとを含み、 前記端子部に前記電極を介して電気的に接続された前記
ロッドおよび前記撚り線のいずれかにより前記端子部は
系外と電気的に接続されることを特徴とする、請求項1
〜5のいずれかに記載の被処理物保持体。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001115451A JP4122723B2 (ja) | 2001-04-13 | 2001-04-13 | 被処理物保持体 |
Applications Claiming Priority (1)
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