JP2002313781A - 基板処理装置 - Google Patents

基板処理装置

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JP2002313781A
JP2002313781A JP2001112902A JP2001112902A JP2002313781A JP 2002313781 A JP2002313781 A JP 2002313781A JP 2001112902 A JP2001112902 A JP 2001112902A JP 2001112902 A JP2001112902 A JP 2001112902A JP 2002313781 A JP2002313781 A JP 2002313781A
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Masuhiro Natsuhara
益宏 夏原
Hirohiko Nakada
博彦 仲田
Hiroshi Hiiragidaira
啓 柊平
Kenji Niima
健司 新間
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 均熱性を良好とでき、コストを低減でき、装
置の小型化に有利で、かつ給電用導電部材などの取付制
限を緩和できる基板処理装置を提供する。 【解決手段】 本発明の基板処理装置では、基板を搭載
するセラミックスモジュール１は、電気回路３ａ、３
ｂ、３ｃとセラミックス基材２とを有する平板形状部を
有し、かつ基板２０を搭載する面以外の平板形状部の少
なくとも一部の面がチャンバ４と接触することによりチ
ャンバ４に支持されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition）、減圧ＣＶＤ、メタル
ＣＶＤ、絶縁膜ＣＶＤ、イオン注入、エッチングなどの
処理に使用される基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】基板処理装置としてシリコンウェハなど
の半導体基板を処理するための半導体製造装置におい
て、ウェハを搭載・加熱するためのサセプタ（セラミッ
クスモジュール）が色々と提案され、そのうちのいくつ
かは実用化されるに至っている。
【０００３】たとえば、特公平６−２８２５８号公報に
は、図８に示すような半導体ウェハ加熱装置が提案され
ている。
【０００４】図８を参照して、この半導体ウェハ加熱装
置１０１は、円盤状ヒータ部１０２と円柱状支持部１０
５とが一体化された断面Ｔ字型を有している。円盤状ヒ
ータ部１０２はセラミックスからなり、その内部に発熱
抵抗体１０３がスパイラル状に埋設されている。
【０００５】円柱状支持部１０５は、ウェハ加熱面１０
２ａの裏面中央部に接合されている。この円柱状支持部
１０５の外周面とチャンバ１０４との間がＯ−リング１
０９により気密シールされている。そして、熱電対１１
１と２本の電極１０３ａとが円盤状ヒータ部１０２およ
び円柱状支持部１０５に埋設され、円柱状支持部１０５
の上側端面からチャンバ１０４外へと取出されている。
【０００６】このような加熱装置１０１において、電極
１０３ａを介して発熱抵抗体１０３の端部に電力が供給
されることにより、発熱抵抗体１０３が発熱して、ウェ
ハ加熱面１０２ａが加熱される。
【０００７】この公報によれば、この加熱装置１０１で
は金属ヒータのような汚染を防止でき、また間接加熱方
式の場合のように熱効率の悪さや、赤外線透過窓への熱
付着のような問題を生じず、しかも電極の腐食や電極
間、電極ケースなどの放電、漏電も防止できるとされて
いる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造の加熱装置１０１では、発熱抵抗体１０３が埋設され
た円盤状ヒータ部１０２に円柱状支持部１０５を取付け
る必要がある。このため構造が複雑となり、コストが大
幅に増大していた。また円柱状支持部１０５は円盤状ヒ
ータ部１０２を支えるため、どうしても断面積、熱容量
ともに大きくならざるを得ない。このため、発熱抵抗体
１０３で発生した熱が円柱状支持部１０５に伝熱するこ
とにより、円盤状ヒータ部１０２のウェハ加熱面１０２
ａの均熱性が乱されるという問題点があった。
【０００９】また、円柱状支持部１０５とチャンバ１０
４との接触部でＯ−リング１０９を用いて気密シールを
取るために、２００℃以下まで温度を下げることが必要
となる。このため、円柱状支持部１０５の長さが２００
ｍｍ以上の長さになり、装置の高さを小さくできないと
いう大きな問題があった。
【００１０】さらに、円柱状支持部１０５は円盤状ヒー
タ部１０２を支持するために、どうしても円盤状ヒータ
部１０２の裏面中央部に取付けられることが多く、発熱
抵抗体１０３に電気的に接続される給電用導電部材や熱
電対の取付位置に対する制約も大きかった。
【００１１】それゆえ、本発明の目的は、均熱性を良好
とでき、コストを低減でき、装置の小型化に有利で、か
つ給電用導電部材などの取付制限を緩和できる基板処理
装置を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の基板処理装置
は、チャンバ内で基板を基板保持体に搭載した状態で処
理する基板処理装置であって、基板保持体は電気回路と
セラミックス基体とを有する平板形状部を有し、かつ基
板を搭載する面以外の平板形状部の少なくとも一部の面
がチャンバと接触することによりチャンバに支持されて
いる。
【００１３】本発明の基板処理装置では、セラミックス
基体の平板形状部が直接、チャンバに接触しているため
に、セラミックス基体自身に従来例のような円柱状支持
体を取付ける必要がなく、セラミックス基体をそのまま
チャンバ内に設置することができる。このようにするこ
とで、セラミックス基体自身の構造を非常に簡略化する
ことができる。
【００１４】本発明者らは、これらの構造が製造装置上
可能かどうかについて設計と実験とを繰返し、以下の理
由によって１気圧未満の減圧下でも基板の処理が可能で
あることを見出した。
【００１５】本発明の基板処理装置においては、セラミ
ックス基体とチャンバとの間は微視的に見れば点接触で
接触しているだけであり、その接触面積は非常に小さい
ものとなる。このため、伝熱によりセラミックス基体か
らチャンバへ伝わる熱量は比較的小さいものとなる。ま
たチャンバ内の雰囲気は、通常１気圧以下の減圧下であ
るために、対流によりセラミックス基体からチャンバに
伝わる熱量も小さいものとなる。また一般にチャンバは
金属製であるために、放射率がセラミックス基体よりも
低い。
【００１６】このため、セラミックス基体で発生した熱
が輻射によりチャンバ側へ放射されたとしても、その多
くはチャンバ側で反射され、再びセラミックス基体側で
吸収されるために、セラミックス基体からチャンバへ伝
わる熱は比較的小さなものとなる。
【００１７】以上のように、伝熱、対流、輻射ともにセ
ラミックス基体からチャンバへ伝えられる熱量は小さな
ものとなり、またその伝熱密度も接触確率に依存して均
一となり、セラミックス基体上の局部が集中的にチャン
バへ伝熱することもないために、基板搭載面の均熱性へ
の影響は小さなものとなる。このため、基板搭載面にお
ける均熱性に優れた基板処理装置を得ることができる。
【００１８】また、従来例のような円柱状支持部が不要
となるため、大幅なコスト低減が可能となり、また給電
用導電部材などの取付制限も緩和できる。
【００１９】また、従来例のように２００ｍｍ以上の長
さを有する円柱状支持部が存在しないために、チャンバ
自体を小型化することができる。また、チャンバが小型
化できることから、基板処理装置自体の小型化も可能と
なる。
【００２０】なお、平板形状部のチャンバへの固定方法
は、たとえばチャンバ内の平板形状部を設置したい部分
に、平板形状部の外形よりも若干大きな凹部を形成し、
そこにはめ込むだけで設置可能となる。このように平板
形状部に凸部を形成することなく、基板搭載面に基板を
搭載し、１気圧未満の減圧下で各種ＣＶＤ、エッチング
などの処理を施すことができる。
【００２１】本発明における「基板処理装置」には半導
体製造装置や液晶基板製造装置が含まれ、「基板」には
半導体ウェハや液晶用の透明基板（ガラス基板）が含ま
れる。
【００２２】上記の基板処理装置において好ましくは、
電気回路は、発熱抵抗体、静電チャック用電極およびＲ
Ｆ（Radio Frequency）電極よりなる群から選ばれる少
なくとも１つを含む。
【００２３】このように電気回路として発熱抵抗体、静
電チャック用電極、ＲＦ電極を単独で、または各種の組
合せで有することにより、各種条件に応じた基板の処理
が可能となる。なお、発熱抵抗体、静電チャック用電
極、ＲＦ電極のどのように組合せるかについては、処理
する条件により適宜選択される。
【００２４】ここで、静電チャック用電極、ＲＦ電極
は、発熱抵抗体のように直接発熱することはないが、静
電チャックの場合はたとえばエッチング時、ＲＦ電極の
場合はプラズマ発生時に熱が発生し、その温度分布がウ
ェハや液晶用基板への処理に対して影響を与える。しか
し、本発明の基板処理装置では、上述したようにセラミ
ックス基体がチャンバに直接接しているため、静電チャ
ック用電極やＲＦ電極で生ずる温度分布は従来の構造に
比較して非常に均一なものとなる。
【００２５】上記の基板処理装置において好ましくは、
互いに接触する平板形状部とチャンバとの間に微小な空
隙が存在する。
【００２６】つまり、互いに接触する平板形状部とチャ
ンバとの間には微小な空隙が存在することにより、平板
形状部とチャンバとは微視的に見れば点接触で接触して
おり、その接触面積は非常に小さなものとなる。このた
め、上述したように伝熱により平板形状部からチャンバ
へ伝わる熱量は比較的小さなものとなる。
【００２７】上記の基板処理装置において好ましくは、
電気回路に電気的に接続されてチャンバ外部に引き出さ
れる給電用導電部材と、セラミックス基体の温度を測定
するためにチャンバ外部から内部に差し込まれる温度測
定用端子とがさらに備えられている。給電用導電部材と
温度測定用端子とがチャンバを通過する部分は、チャン
バ側で気密封止されている。
【００２８】本発明の構造の場合において、発熱抵抗
体、静電チャック用電極、ＲＦ電極などの電気回路をセ
ラミックス基体に形成しているため、チャンバ外に給電
用導電部材を引き出す必要がある。またセラミックス基
体自身の温度を測定するための温度測定用センサとし
て、熱電対を使用した場合においても、給電用導電部材
と同様に、熱電対のリード部をチャンバ外に引き出す必
要がある。しかしチャンバ内は１気圧以下の減圧下でウ
ェハまたは液晶用基板を処理するために、チャンバ内の
気密を確保する必要がある。気密を確保する方法として
は、セラミックス基体から引出された給電端子や熱電対
をチャンバとの間で気密封止する必要がある。この気密
封止するための手法としては、たとえばゴムなどの樹脂
製Ｏ−リングを使用することができる。
【００２９】なお、本発明において「チャンバ側で気密
封止」とは、セラミックス基体以外の部材とチャンバと
の間で気密封止されていることを意味する。
【００３０】上記の基板処理装置において好ましくは、
給電用導電部材は少なくともチャンバ内ではセラミック
ス基体と同じ材料の第１の被覆部材で覆われている。
【００３１】このように給電用導電部材をセラミックス
基体と同じ材料の被覆部材で覆うことによって、チャン
バ内で使用するガスやプラズマなどの影響による各給電
用導電部材の腐食を防止することができる。この被覆部
材は、セラミックス基体と接合され、チャンバに対して
気密性を保持することができ、さらにチャンバと外部と
の気密封止部分、たとえばチャンバに取付けられたＯ−
リングまで延ばすことで外部との気密性を確保すること
ができる。
【００３２】セラミックス基体と被覆部材の接合方法に
関しては特に制約はなく、接合の手法としては、公知の
手法が使用できる。たとえばチタンなどの活性金属を含
有した金属ロウ材を用いて接合することができる。ある
いは接合部のセラミックス基体上または被覆部材上に金
属膜、たとえば蒸着などの薄膜法や、スクリーン印刷に
よる厚膜法などによって金属化層を形成し、必要に応じ
てメッキを施し、ロウ材によって接合する方法、さらに
はガラスやセラミックスなどを接合層として使用するこ
とができる。これらの接合層は、使用する条件によって
適宜選択することができる。
【００３３】上記の基板処理装置において好ましくは、
温度測定用端子は少なくともチャンバ内ではセラミック
ス基体と同じ材料の第２の被覆部材で覆われている。
【００３４】温度測定用センサがたとえば熱電対の場
合、その熱電対はセラミックス基体に近接して配置され
て、セラミックス基体の温度を測定するのに用いられ
る。このとき熱電対をセラミックス基体と同じ材料の被
覆部材で覆うことにより、チャンバ内で使用するガスや
プラズマなどの影響による端子の腐食を防ぐことができ
る。
【００３５】さらにチャンバと外部との気密封止部分、
たとえばチャンバに取付けられたＯ−リングまで被覆部
材を延ばすことで外部との気密性を確保することができ
る。また、セラミックス基体と被覆部材とを接合させる
ことも可能である。この場合の接合方法に関しては特に
制約はなく、公知の手法が使用できる。たとえばチタン
などの活性金属を含有した金属ロウ材を用いて接合する
ことができる。あるいは接合部のセラミックス基体上ま
たは被覆部材上に金属膜、たとえば蒸着などの薄膜法
や、スクリーン印刷による厚膜法などによって金属化層
を形成し、必要に応じてメッキを施し、ロウ材によって
接合する方法、さらにはガラスやセラミックスなどを接
合層として使用することができる。これらの接合層は、
使用する条件によって適宜選択することができる。
【００３６】このように給電用導電部材や温度測定用セ
ンサをセラミックスと同じ材料の被覆部材で覆う場合、
この被覆部材の中に給電用導電部材や温度測定用センサ
を複数包含することもできる。このようにすれば被覆部
材の個数を減らすことができる。
【００３７】またこの被覆部材は、上述したようにチャ
ンバ内の雰囲気から給電用導電部材や温度測定用センサ
を保護するための役割をなすものであり、セラミックス
基体をチャンバに対して支持するものではない。このた
め、この被覆部材のサイズは従来例の円柱状支持部のサ
イズよりも格段に小さくすることができる。これによ
り、被覆部材のセラミックス基体との接合・接触面積も
小さくでき、被覆部材自身の熱容量も小さくできる。し
たがって、被覆部材に伝わる熱量は小さくなり、セラミ
ックス基体の基板搭載面の均熱性を損なうことはない。
【００３８】またこの被覆部材は、セラミックス基体を
チャンバに対して支持しないために、断面積を小さくす
ることが可能であり、取付位置に制約がない。このた
め、従来例では円盤状ヒータ部の中央１ヶ所に保持機能
を付与して円柱状支持部を取付けざるを得なかったのに
対して、本発明では被覆部材をセラミックス基体の基板
搭載面以外の複数箇所に取付けることが可能である。こ
のため、電気回路を設計する際の電極位置を自由に設計
することができる。また温度測定用センサについても、
セラミックス基体の基板搭載面以外の面に自由に取付け
ることができるため、必要な部分を何ヶ所でも測定する
ことができ、セラミックス基体の温度をより高精度にモ
ニタし、かつ制御することが可能となる。
【００３９】上記の基板処理装置において好ましくは、
電気回路に電気的に接続されてチャンバ外部に引き出さ
れる給電用導電部材と、セラミックス基体の温度を測定
するためにチャンバ外部から内部に差し込まれる温度測
定用端子とがさらに備えられている。給電用導電部材と
温度測定用端子とがチャンバを通過する部分は、平板形
状部とチャンバとが接合することにより気密封止されて
いる。
【００４０】このように、平板形状部が部分的にチャン
バに接合することにより、温度測定用センサや給電端子
の気密性を保つこともできる。チャンバと平板形状部と
の接合方法としては特に制約はない。たとえば銀、銅、
金、白金、パラジウム、ニッケル、アルミニウム、チタ
ン、ニオブなどの活性金属を含有するロウ材を使用する
こともできる。ロウ材の使用方法としては、たとえばチ
タンなどの活性金属を含有する金属ロウ材にて直接接合
することが可能である。また封止したい部分のセラミッ
クスに金属を薄膜法にて蒸着させ、その上にロウ材を流
すことで接合することもできる。さらにはガラスによ
り、チャンバと平板形状部とを接合することも可能であ
る。しかし、半導体や液晶基板の処理プロセスによって
は上記ロウ材、蒸着膜、ガラスなどの材料のうち使用で
きないものも存在するため、その用途に応じて適切な材
料を選択する必要がある。
【００４１】上記の基板処理装置において好ましくは、
少なくとも平板形状部と接触するチャンバの面が鏡面で
ある。
【００４２】セラミックス基体で発生した熱は、上述し
たように輻射、伝熱、対流によってチャンバに伝えられ
る。このときチャンバ側が鏡面であれば、セラミックス
基体から輻射された熱がチャンバ側で反射される比率が
高まり、チャンバ側に伝えられる熱量が大幅に減少し、
温度上昇を抑えることに大きな効果がある。
【００４３】上記の基板処理装置において好ましくは、
基板保持体の基板搭載面以外の少なくとも一部の面が鏡
面である。
【００４４】セラミックス基体内で発生した熱がセラミ
ックス基体外部へ輻射されるとき、基板保持体の表面が
鏡面であれば、表面で熱が反射される比率が高まり、基
板保持体の外部への熱輻射の比率が低下する。このた
め、チャンバの温度上昇を抑えることができる。ただ
し、ウェハおよび液晶基板の搭載面はウェハおよび液晶
基板を加熱する必要があるため、鏡面にする必要はな
い。
【００４５】上記の基板処理装置において好ましくは、
少なくとも平板形状部が接触するチャンバの面および基
板保持体の基板搭載面以外の少なくとも一部の面の少な
くともいずれかの表面粗さが、Ｒａ≦０．２μｍであ
る。
【００４６】上述のように少なくとも平板形状部と接触
するチャンバの面または基板保持体の基板搭載面以外の
少なくとも一部の面が鏡面であれば、チャンバの温度上
昇を効果的に抑制することができる。具体的には、表面
粗さがＲａ≦０．２μｍであれば、より効果的に温度上
昇を抑えることができる。このようにすることで、チャ
ンバの温度上昇が抑制できるとともに、セラミックス基
体に形成された発熱抵抗体の発熱量、すなわち出力を低
下させることもできる。
【００４７】上記の基板処理装置において好ましくは、
チャンバの平板形状部が接触する部分付近に設けられた
冷却装置がさらに備えられている。
【００４８】セラミックス基体からチャンバへの熱伝達
量は小さいが、上記輻射、伝熱、対流や、給電用導電部
材、温度測定用センサのリードおよび被覆部材などを伝
わってチャンバにある程度の熱が伝わる。このとき外部
と気密封止しているゴムなどの樹脂製Ｏ−リングが熱的
に劣化し気密性が保てなくなるのをこの冷却装置により
防止することができる。
【００４９】冷却装置としては、チャンバの温度上昇の
程度により種々の手法を選択することができる。たとえ
ば温度上昇が小さい場合にはフィンなどを取付け、さら
に温度上昇する場合にはそのフィンにファンを取付ける
ことも可能である。また水などの冷媒を用いた液冷の冷
却装置を取付けることも可能である。さらにはこれらの
手法を組合せることで、効率的にチャンバを冷却するこ
とも可能である。
【００５０】さらにチャンバと外部との気密性を確保し
ているゴムなどの樹脂製Ｏ−リングを熱的に保護するた
めに、冷却装置の取付けられたチャンバと被覆部材との
空隙を熱伝導性部材で満たすこともできる。具体的には
Ｏ−リングが取付けられている上記チャンバの外気側で
あって、被覆部材とチャンバとの間に軟質金属、たとえ
ばインジウムなどを充填することで被覆部材に伝わった
熱を上記チャンバ側にリークさせ、Ｏ−リング付近の温
度を低下させることができる。これにより、Ｏ−リング
の寿命を向上させるとともに、気密性の信頼度を向上さ
せることができる。すなわち、セラミックス基体に設置
された発熱抵抗体が暴走し、異常発熱した場合において
もＯ−リングが熱的に破壊されてチャンバ内が大気リー
クすることはなくなる。
【００５１】上記の基板処理装置において好ましくは、
基板保持体に搭載された基板を基板保持体から突上げる
ためにチャンバ外部から内部に挿通された突上げピンが
さらに備えられている。この突上げピンがチャンバを通
過する部分は、突上げピンとチャンバとの間で気密封止
されている。
【００５２】このようにウェハもしくは液晶用基板を基
板保持体の基板搭載面から取外す際に突上げピンを使用
することも可能である。この突上げピンがチャンバ外へ
取出される場合には、チャンバが減圧下で使用されてい
るために、突上げピンも気密封止する必要がある。この
場合の封止方法としては特に制約はないが、たとえばゴ
ムなどの樹脂製Ｏ−リングなどを使用することができ
る。
【００５３】上記の基板処理装置において好ましくは、
基板処理装置は１３３×１０Ｐａ以下の減圧下で使用さ
れる。
【００５４】このような１３３×１０Ｐａ以下の減圧下
では、セラミックスからチャンバへの対流による熱伝達
量も少なくなるため、このような減圧下での使用が特に
好ましい。
【００５５】上記の基板処理装置において好ましくは、
基板処理装置は、プラズマを用いた化学気相成長、減圧
下での化学気相成長、金属層を形成するための化学気相
成長、絶縁膜を形成するための化学気相成長、イオン注
入、エッチングのいずれかの処理に使用される。
【００５６】上述したように各部の気密封止を行なうこ
とにより、１気圧以下の減圧下でも何ら問題なく使用す
ることができるため、プラズマを用いた化学気相成長、
減圧下での化学気相成長、金属層を形成するための化学
気相成長、絶縁膜を形成するための化学気相成長、イオ
ン注入、プラズマエッチング、光エッチングに好ましく
使用することができる。
【００５７】上記の基板処理装置において好ましくは、
セラミックス基体が酸化アルミニウム、窒化アルミニウ
ム、窒化珪素および炭化珪素よりなる群から選ばれた１
種以上を含む。
【００５８】これらのセラミックスは、一般に耐熱性が
あり、緻密質であるために比較的耐食性の強いセラミッ
クスである。これにより、良好な耐熱性および耐食性を
両立したき基板処理装置を得ることができる。
【００５９】上記の基板処理装置において好ましくは、
セラミックス基体が窒化アルミニウムである。
【００６０】上記セラミックスのうち酸化アルミニウム
（アルミナ）は特にプラズマエッチングをする際に好適
である。炭化珪素については焼結助剤を添加せずに焼結
した高純度炭化珪素焼結体が用いられる。
【００６１】しかしながら、上記セラミックスのうち、
アルミナは熱伝導率が低いために耐熱衝撃性が低く、半
導体製造工程中で急激な温度の上昇、降下ができないと
いう問題点を有する。また、炭化珪素に関しては、炭化
珪素自身に導電性があるために、電気回路を直接形成す
ることができないという問題点がある。それに対して窒
化アルミニウムは特に耐食性に優れているだけでなく、
熱伝導率も比較的高いために、耐熱衝撃性に優れてお
り、半導体製造工程中において急激な温度の上昇、降下
が可能になるばかりでなく、発熱抵抗体を有する場合に
は、基板搭載面の温度ばらつきが比較的小さくなるため
に安定した基板の処理を行なうことができる。
【００６２】上記の基板処理装置において好ましくは、
セラミックス基体は希土類を含む焼結助剤を含んでい
る。
【００６３】上述したようにセラミックス基体の材料と
して窒化アルミニウムを用いれば、急激な温度の上昇、
降下が可能になりかつ安定した基板の処理を行なうこと
ができる。しかし、窒化アルミニウムは一般に難焼結性
物質であるため、一般には焼結助剤を適量添加すること
で焼結体が作製される。そのとき使用される焼結助剤と
しては、一般に希土類元素化合物、もしくはアルカリ土
類金属元素化合物が用いられる。これらのうち、アルカ
リ土類金属化合物を添加した窒化アルミニウム焼結体の
場合、基板をプラズマや腐食性ガスにて処理する際に焼
結体の窒化アルミニウム粒子間に存在するアルカリ土類
金属化合物がエッチングされ、窒化アルミニウム粒子が
焼結体から脱落し、パーティクルとしてチャンバ内を汚
染した場合、ウェハや液晶などの基板の特性に大きなダ
メージを与えることが確認されている。このため、実績
として、比較的エッチングに強い希土類元素化合物を焼
結助剤として使用することが好ましい。
【００６４】上記の基板処理装置において好ましくは、
焼結助剤に含まれる希土類はイットリウムであり、その
燒結助剤の含有量が０．０５質量％以上１．０質量％以
下である。
【００６５】上述した希土類の中でもイットリウムは耐
食性に特に優れている。このイットリウムを含む燒結助
剤の含有量が０．０５質量％未満の場合、焼結助剤の量
が少なすぎるため、焼結体内に微小なポアが生じ、そこ
からエッチングが進行してしまう。またイットリウムを
含む燒結助剤の含有量が１．０％を超えた場合、窒化ア
ルミニウム粒子間の粒界に焼結助剤の「凝集」が生じ、
ここからエッチングが進行しやすくなってしまう。
【００６６】本発明で作製されるセラミックスの製造方
法に関しては特に制約はない。たとえばセラミックスの
原料粉末に対して必要に応じて焼結助剤を添加し、さら
にバインダ、有機溶剤を添加し、ボールミルなどの手法
により混合する方法が取られてもよい。でき上がったス
ラリーをドクターブレード法にてシート成形し、それを
積層することで成形体を形成することができる。またこ
れら積層するシートに、タングステン、モリブデン、タ
ンタルなどの高融点金属をスクリーン印刷などの手法に
より電気回路を形成して積層することが可能である。で
き上がった成形体は、非酸化性雰囲気中にて所定の温度
で焼成することでセラミックス焼結体とされる。このセ
ラミックス焼結体を必要に応じて切断、研磨、研削など
の加工を施すことも可能である。
【００６７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図に基づいて説明する。
【００６８】図１は、本発明の一実施の形態における基
板処理装置の構成を概略的に示す断面図である。また図
２は、セラミックスモジュールとチャンバとの接触面内
における各貫通孔の配置の様子を示す平面図である。な
お、図２のＩ−Ｉ線に沿う断面が図１の構成に対応す
る。
【００６９】図１を参照して、本実施の形態の基板処理
装置は、たとえば半導体ウェハや液晶用の透明基板など
の基板を処理する装置であり、その基板を搭載して加熱
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とを主に有してい
る。
【００７０】セラミックスモジュール１は、主にセラミ
ックス基体２よりなる平板形状を有しており、そのセラ
ミックス基体２内には電気回路としてたとえば発熱抵抗
体３ａが埋設されている。このセラミックスモジュール
１の基板搭載面２ａに半導体ウェハや液晶用の透明基板
などの基板２０が搭載される。この基板２０の搭載面と
は逆側のセラミックス基体２の面がチャンバ４と直接接
触することによりチャンバ４に支持されている。
【００７１】なお、図中においてはセラミックス基体２
の面がチャンバ４に完全に接しているように示されてい
るが、実際にはセラミックス基体２とチャンバ４との間
には微小な空隙が多数存在し、セラミックス基体２とチ
ャンバ４とは微視的には点接触している。
【００７２】図２を参照して、セラミックスモジュール
１とチャンバ４との接触面内には、チャンバ４を貫通す
る複数の貫通孔４ｂ、４ｃ、４ｄが設けられている。
【００７３】図１を参照して、貫通孔４ｂは、発熱抵抗
体３ａに電気的に接続される給電用導電部材３ｄをチャ
ンバ４外部から通すために設けられている。また貫通孔
４ｃは、セラミックス基体２の温度を測定するための温
度測定用センサとしてたとえば熱電対７をチャンバ４外
部から挿入してセラミックス基体２側へ近接させるため
に設けられている。また貫通孔４ｄは、セラミックスモ
ジュール１に搭載された基板２０を突上げるための突上
げピン８をチャンバ外部から挿入するために設けられて
いる。なお、セラミックスモジュール１には、突上げピ
ン８を挿通するための貫通孔４ｅが設けられている。
【００７４】発熱抵抗体３ａに電気的に接続された給電
用導電部材３ｄは、少なくともチャンバ４内において被
覆部材５によってその周囲を覆われている。これによ
り、発熱抵抗体３ａがチャンバ４内のガスやプラズマに
より腐食することを防止されている。この被覆部材５
は、セラミックス基体２と同じ材質からなっている。ま
たこの被覆部材５の外周面と貫通孔４ｂの内周面との間
は、Ｏ−リング９により気密封止されている。
【００７５】温度測定用センサである熱電対７も、少な
くともチャンバ４内において被覆部材６によりその周囲
を覆われることで、チャンバ４内のガスやプラズマによ
って腐食することを防止されている。この被覆部材６は
セラミックス基体２と同じ材質からなっている。この被
覆部材６の外周面と貫通孔４ｃの内周面との間は、たと
えばＯ−リング９により気密封止されている。
【００７６】これらの貫通孔４ｂ、４ｃの各々は、セラ
ミックス基体２がチャンバ４と接することにより、気密
封止されている。
【００７７】また突上げピン８の外周と貫通孔４ｄの内
周との間にはたとえばＯ−リング９により気密封止され
ている。
【００７８】またチャンバ４のセラミックスモジュール
１が配置される部分の近傍には、水などの冷媒を用いた
液冷の冷却装置４ａが設けられている。なお冷却装置４
ａは、液冷の冷却装置に限定されず、たとえばフィンや
ファンを備えた冷却装置であってもよい。
【００７９】チャンバ４の少なくともセラミックス基体
２が接触する面が鏡面であることが好ましく、またセラ
ミックスモジュール１の基板搭載面２ａ以外の面が鏡面
であることが好ましい。さらに、セラミックスモジュー
ル１においては、チャンバ４と接触する面が鏡面である
ことが好ましい。
【００８０】このように鏡面である部分の表面粗さは、
Ｒａ≦０．２μｍであることが好ましい。
【００８１】本実施の形態の基板処理装置は、１３３×
１０Ｐａ以下の減圧下で使用されることが好ましく、ま
たプラズマを用いたＣＶＤ、減圧下でのＣＶＤ、金属層
を形成するためのＣＶＤ、絶縁膜を形成するためのＣＶ
Ｄ、イオン注入、エッチングなどに使用されることが好
ましい。またセラミックス基体２の材質としては、酸化
アルミニウム（アルミナ）、窒化アルミニウム、窒化珪
素および炭化珪素の単体もしくはこれらの任意の組合せ
であることが好ましく、特に窒化アルミニウムよりなる
ことが好ましい。またセラミックス基体２の材質が窒化
アルミニウムよりなる場合、セラミックス基体２は希土
類を含む焼結助剤を含んでいることが好ましい。またこ
の焼結助剤に含まれる希土類はイットリウムであること
が好ましく、燒結助剤の含有量は０．０５質量％以上
１．０質量％以下であることが好ましい。
【００８２】なお図１においては、熱電対７とセラミッ
クス基体２との間に被覆部材６が位置する構成について
示したが、図３に示すように熱電対７はセラミックス基
体２の表面に直接接するように配置されていてもよい。
【００８３】また図１においては電気回路として発熱抵
抗体３ａのみを用いた場合について示したが、図４に示
すように電気回路として静電チャック用電極３ｂまたは
ＲＦ電極３ｃのいずれかのみが用いられてもよく、かつ
図５に示すように発熱抵抗体３ａ、静電チャック用電極
３ｂ、ＲＦ電極３ｃが任意に組合されてもよい。この組
み合わせには、発熱抵抗体３ａと静電チャック用電極３
ｂとの組み合わせ、発熱抵抗体３ａとＲＦ電極３ｃとの
組み合わせ、静電チャック用電極３ｂとＲＦ電極３ｃと
の組み合わせ、発熱抵抗体３ａと静電チャック用電極３
ｂとＲＦ電極３ｃとの組み合わせがある。
【００８４】また発熱抵抗体３ａの平面パターンは図６
に示すような円弧状のパターンを有する発熱部３ａ
2と、発熱部３ａ2の両端部に位置する端子部３ａ1とを
有することが好ましい。この発熱部３ａ2は突き上げピ
ン８と干渉しないようにパターニングされる。
【００８５】また静電チャック用電極３ｂまたはＲＦ電
極３ｃは、図７に示すようなパターンに形成することが
できる。この静電チャック用電極３ｂまたはＲＦ電極３
ｃも突き上げピン８と干渉しないようにパターニングさ
れる。
【００８６】なお、上記実施の形態においては、発熱抵
抗体３ａの両面がセラミックス基体２に挟まれる構成に
ついて説明したが、発熱抵抗体３ａの基板搭載面２ａと
反対側はセラミックス以外の材質からなる保護層により
被覆されていてもよい。
【００８７】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【００８８】（実施例１）以下の表１に示す各組成のセ
ラミックス粉末に有機溶剤、バインダを加えボールミル
混合にてスラリーを作製した。でき上がったスラリーを
ドクターブレード法にてシート成形を行なった。でき上
がったシートに対して必要に応じて発熱抵抗体回路、静
電チャック用電極、ＲＦ（プラズマ発生用）電極をタン
グステンペーストを使用してスクリーン印刷法にて形成
した。次にこれらを積層して非酸化性雰囲気中で脱脂し
焼結した後、突き上げピンが通る部分に穴あけ加工を施
し、セラミックス基体を作製した。
【００８９】
【表１】
【００９０】次にこれらのセラミックス基体に給電用導
電部材、温度測定用センサ（熱電対）が取付けられる部
分にセラミックス基体と同材質の被覆部材を取付けた。
取付方法としては、アルミナを主成分とするガラスを接
着層として取付けた。このときの被覆部材は内径２．０
ｍｍ、外径３．０ｍｍのものを使用した。次に給電用導
電部材、熱電対を取付け、チャンバ内に設置した。この
ときチャンバは設置部分にセラミックス基体よりも若干
大きい内径を有する凹状の掘り込みが施され、セラミッ
クス基体が動かないように設置できるようになってい
る。その後、セラミックス基体をチャンバ接触面側に取
付け、被覆部材中に給電用導電部材および熱電対を設置
し、さらに突き上げピンを所定の位置に設置し、それぞ
れチャンバ側でＯ−リングによって気密封止した。
【００９１】次にセラミックス基体の基板搭載面にシリ
コンウェハおよび液晶用のガラス基板を搭載し、チャン
バ内を真空にし、セラミックス基体に形成された発熱抵
抗体、静電チャック用電極、ＲＦ電極に給電用導電部材
から給電し、必要に応じて反応ガスをチャンバ内に流し
た。このとき各々５５０℃で処理した。その結果、シリ
コンウェハおよび液晶用基板に所定の処理を施すことが
できた。すなわち簡略化された構造である本構造におい
ても、発熱抵抗体、静電チャック用電極、ＲＦ電極のい
ずれも正常に動作することが判明した。また５５０℃に
おける各セラミックスの均熱性は表２に示すとおりであ
った。
【００９２】
【表２】
【００９３】（実施例２）次に実施例１で使用したセラ
ミックス基体を真空中７５０℃まで昇温した。このとき
のＯ−リング付近の温度を測定した結果、試料３では１
３２℃であった。このときのＯ−リングは耐熱温度が１
５０℃のものを使用しており、チャンバ内がリークする
ことはなかった。このときの基板搭載面内の均熱性は±
３．６℃であった。
【００９４】さらに、チャンバに冷却水が流れるように
し、チャンバを冷却できるようにした。その結果、Ｏ−
リング付近の温度は３８℃であった。また基板搭載面内
の均熱性は±３．７℃であった。
【００９５】次に、チャンバと被覆部材との間に軟質金
属としてインジウムをＯ−リングのチャンバに対して外
側に充填した。その結果、Ｏ−リング付近の温度は２２
℃となり、基板搭載面内の均熱性は±３．７℃であっ
た。
【００９６】（実施例３）実施例２で使用した試料３の
基板搭載面の反対側の表面粗さを、Ｒａ＝０．７、０．
２、０．０７μｍのものを用意した。さらにチャンバの
セラミックス基体の設置面の表面粗さがＲａ＝０．８、
０．２、０．０５μｍのものを用意した。その後、それ
ぞれのセラミックス基体をチャンバ内に設置し７５０℃
に昇温してＯ−リングの温度を測定した。その結果を表
３に示す。
【００９７】
【表３】
【００９８】このときの基板搭載面内の均熱性はいずれ
も±３．７℃であった。またセラミックス基体の出力
（セラミックス基体へ投入する電力）についても測定し
た結果、表４のとおりであった。
【００９９】
【表４】
【０１００】（実施例４）実施例１と同様のセラミック
ス基体を用意した。このセラミックス基体に形成された
発熱抵抗体は、中央部１ゾーンと外周部３ゾーンに分割
して、それぞれ個別に制御可能とした。これに実施例１
と同様のセラミックス基体と同材質の被覆部材で覆われ
た熱電対および給電用導電部材をセラミックス基体の外
周部に３ヶ所、中心部に１ヶ所取付け、温度をモニタし
ながら各ゾーンの発熱抵抗体への給電量を調整し、５５
０℃までセラミックス基体を昇温した。そのときの均熱
性は表５のとおりであった。
【０１０１】
【表５】
【０１０２】以上のことから、温度測定箇所を増加さ
せ、各ゾーンへの給電量を調整することができ、均熱性
が向上したことがわかる。
【０１０３】（実施例５）実施例１で使用したセラミッ
クス焼結体に対して基板表面を研磨した。加工後の各試
料は以下の要領で実用性を確認した。まず別途用意した
窒化アルミニウム系セラミックスをマトリックスとして
タングステン（Ｗ）フィラメントをそれに埋設したディ
スク状ヒータを準備した。次いで各試料を同ヒータの上
に載せ、１３．５６ＭＨｚの高周波を用いたプラズマ発
生装置の真空チャンバ内に配置した。これらの各試料を
加熱温度１００℃、ＣＦ4ガスのプラズマ密度１．４Ｗ
／ｃｍ2の環境下で５時間処理した。その後、プラズマ
照射面のエッチングクレータの密度を確認した。なお、
このエッチングクレータの密度の確認は、走査型電子顕
微鏡を用いて、表面任意の１０００μｍ2の視野内に存
在する最大口径が１μｍ以上のクレータ数を確認するこ
とにより行なった。その結果を表６に示す。
【０１０４】
【表６】
【０１０５】この結果より、イットリウムを含む焼結助
剤の含有量が０．０５質量％以上１．０質量％以下でエ
ッチングクレータの数が少なくなることがわかる。
【０１０６】（実施例６）実施例１で使用した試料３に
対して、実施例１と同様の装置、手法で１３３Ｐａ、１
３３×１０Ｐａ、１３３×５０Ｐａ、１３３×７６０Ｐ
ａの雰囲気下でセラミックスを７５０℃に加熱し、Ｏ−
リング付近のチャンバの温度を測定した。その結果、１
３３Ｐａでは１３２℃、１３３×１０Ｐａでは１３３
℃、１３３×５０Ｐａでは１４８℃、１３３×７６０Ｐ
ａでは５８９℃であった。このことから、内圧が高まる
に従って雰囲気の対流によりチャンバ側への熱伝達量が
増加していることがわかる。
【０１０７】（比較例１）実施例１で使用した各試料に
被覆部材として外径８０ｍｍ、内径７０ｍｍ、長さ２５
０ｍｍのセラミックスと同材質の円筒状支持部を実施例
１と同様の手法で基板搭載面の反対側中央部に接合し
た。次に給電用導電部材および熱電対を取付けた。円筒
状支持部が接合されていない側の端部をＯ−リングでチ
ャンバと気密封止し、５５０℃に加熱し均熱性を測定し
た。その結果を表７に示す。
【０１０８】
【表７】
【０１０９】表７の結果より、円筒状支持部を設けるこ
とにより、均熱性が悪化することがわかる。
【０１１０】（実施例７）実施例１で使用した各セラミ
ックス基体と、比較例１で使用した各セラミックス基体
とをチャンバに設置した。このときのチャンバの高さ
は、実施例１のものでは１２０ｍｍであり、比較例１の
ものでは３８０ｍｍとなり、本発明の手法によって上記
実施例の如く、特性を向上させ、かつチャンバを大幅に
小型化できることがわかった。さらに製造装置自体もチ
ャンバの小型化により小さくすることが可能となった。
【０１１１】（実施例８）実施例１と同様のセラミック
ス基体を作製した。次にセラミックス基体の温度測定端
子が取り付けられる部分と、給電用導電部材が取り付け
られる部分のチャンバ側に穴あけ加工をし、その穴の外
周部とセラミックス基体とをアルミニウムロウ材により
取り付けた。次にこれを実施例１と同様に５５０℃でシ
リコンウェハおよび液晶用基板に所定の処理を施すこと
ができた。すなわち本構造においても、発熱抵抗体、静
電チャック用電極、ＲＦ電極のいずれも正常に動作する
ことが判明した。
【０１１２】今回開示された実施の形態および実施例は
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。
【０１１３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板保持体の平板形状部がチャンバと接触することによ
ってチャンバに直接支持されているため、均熱性を良好
にでき、コストを低減でき、装置の小型化に有利で、か
つ給電用導電部材などの取付制限を緩和できる基板処理
装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態における基板処理装置
の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】 セラミックスモジュールとチャンバとの接触
面内における貫通孔の配置の様子を示す平面図である。
【図３】 熱電対がセラミックス基体に直接接する様子
を示す概略断面図である。
【図４】 電気回路として静電チャック用電極またはＲ
Ｆ電極を用いた場合の構成を示す概略断面図である。
【図５】 電気回路として発熱抵抗体、静電チャック用
電極およびＲＦ電極を組合せて用いた場合の構成を示す
概略断面図である。
【図６】 発熱抵抗体のパターンを示す平面図である。
【図７】 静電チャック用電極またはＲＦ電極のパター
ンを示す平面図である。
【図８】 特公平６−２８２５８号公報に開示された半
導体ウェハ加熱装置の構成を概略的に示す断面図であ
る。
【符号の説明】
１ セラミックスモジュール、２ セラミックス基体、
３ａ 発熱抵抗体、３ｂ 静電チャック用電極、３ｃ
ＲＦ電極、３ｄ 給電用導電部材、４ チャンバ、４ａ
冷却装置、５、６ 被覆部材、７ 熱電対、８ 突上
げピン、９ Ｏ−リング。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柊平 啓 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 新間 健司 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 3K092 PP20 QA05 QB02 QB31 QC02 QC18 QC20 QC55 RF03 RF11 UB02 VV22 4K030 FA01 FA10 GA02 JA10 KA23 LA15 5F004 AA01 BB11 BB22 BB25 BB26 BB29 BD04 CA03 CA04 5F031 CA02 HA17 HA18 HA19 HA37 JA46 MA28 MA31 MA32 NA05 PA30 5F045 AA06 AA08 EC01 EC05 EK09 EM02 EM05 GB05

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 チャンバ内で基板を基板保持体に搭載し
    た状態で処理する基板処理装置であって、 前記基板保持体は、電気回路とセラミックス基体とを有
    する平板形状部を有し、かつ前記基板を搭載する面以外
    の前記平板形状部の少なくとも一部の面が前記チャンバ
    と接触することにより前記チャンバに支持されている、
    基板処理装置。
  2. 【請求項２】 前記電気回路は、発熱抵抗体、静電チャ
    ック用電極およびＲＦ電極よりなる群から選ばれる少な
    くとも１つを含む、請求項１に記載の基板処理装置。
  3. 【請求項３】 互いに接触する前記平板形状部と前記チ
    ャンバとの間に微小な空隙が存在することを特徴とす
    る、請求項１または２に記載の基板処理装置。
  4. 【請求項４】 前記電気回路に電気的に接続されて前記
    チャンバ外部に引き出される給電用導電部材と、前記セ
    ラミックス基体の温度を測定するために前記チャンバ外
    部から内部に差し込まれる温度測定用端子とをさらに備
    え、 前記給電用導電部材と前記温度測定用端子とが前記チャ
    ンバを通過する部分は、前記チャンバ側で気密封止され
    ていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記
    載の基板処理装置。
  5. 【請求項５】 前記給電用導電部材は少なくとも前記チ
    ャンバ内では前記セラミックス基体と同じ材料の第１の
    被覆部材で覆われていることを特徴とする、請求項４に
    記載の基板処理装置。
  6. 【請求項６】 前記温度測定用端子は少なくとも前記チ
    ャンバ内では前記セラミックス基体と同じ材料の第２の
    被覆部材で覆われていることを特徴とする、請求項４ま
    たは５に記載の基板処理装置。
  7. 【請求項７】 前記電気回路に電気的に接続されて前記
    チャンバ外部に引き出される給電用導電部材と、前記セ
    ラミックス基体の温度を測定するために前記チャンバ外
    部から内部に差し込まれる温度測定用端子とをさらに備
    え、 前記給電用導電部材と前記温度測定用端子とが前記チャ
    ンバを通過する部分は、前記平板形状部と前記チャンバ
    とが接合することにより気密封止されていることを特徴
    とする、請求項１〜６のいずれかに記載の基板処理装
    置。
  8. 【請求項８】 少なくとも前記平板形状部と接触する前
    記チャンバの面が鏡面であることを特徴とする、請求項
    １〜７のいずれかに記載の基板処理装置。
  9. 【請求項９】 前記基板保持体の前記基板搭載面以外の
    少なくとも一部の面が鏡面であることを特徴とする、請
    求項１〜８のいずれかに記載の基板処理装置。
  10. 【請求項１０】 少なくとも前記平板形状部が接触する
    前記チャンバの面および前記基板保持体の前記基板搭載
    面以外の少なくとも一部の面の少なくともいずれかの表
    面粗さが、Ｒａ≦０．２μｍであることを特徴とする、
    請求項１〜９のいずれかに記載の基板処理装置。
  11. 【請求項１１】 前記チャンバの前記平板形状部が接触
    する部分付近に設けられた冷却装置をさらに備えること
    を特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の基板
    処理装置。
  12. 【請求項１２】 前記基板保持体に搭載された前記基板
    を前記基板保持体表面から突上げるために前記チャンバ
    外部から内部に挿通された突上げピンをさらに備え、 前記突上げピンが前記チャンバを通過する部分は、前記
    突上げピンと前記チャンバとの間で気密封止されている
    ことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の
    基板処理装置。
  13. 【請求項１３】 １３３×１０Ｐａ以下の減圧下で使用
    することを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記
    載の基板処理装置。
  14. 【請求項１４】 プラズマを用いた化学気相成長、減圧
    下での化学気相成長、金属層を形成するための化学気相
    成長、絶縁膜を形成するための化学気相成長、イオン注
    入およびエッチングのいずれかの処理に使用することを
    特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の基板処
    理装置。
  15. 【請求項１５】 前記セラミックス基体が、酸化アルミ
    ニウム、窒化アルミニウム、窒化珪素および炭化珪素よ
    りなる群から選ばれた１種以上を含むことを特徴とす
    る、請求項１〜１４のいずれかに記載の基板処理装置。
  16. 【請求項１６】 前記セラミックス基体の材質が窒化ア
    ルミニウムであることを特徴とする、請求項１５に記載
    の基板処理装置。
  17. 【請求項１７】 前記セラミックス基体は、希土類を含
    む焼結助剤を含んでいることを特徴とする、請求項１６
    に記載の基板処理装置。
  18. 【請求項１８】 前記焼結助剤に含まれる前記希土類が
    イットリウムであり、前記焼結助剤の含有量が０．０５
    質量％以上１．０質量％以下であることを特徴とする、
    請求項１７に記載の基板処理装置。
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