JP2004022475A - セラミックスヒータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体の厚みを均一化することができ、半導体製造装置や液晶製造装置用として要求される均一な温度分布を達成することが可能なセラミックスヒータ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】セラミックス基板の表面上にスクリーン印刷やローラーコートなどにより、均一な膜厚のパターン化されていない発熱体膜を形成した後、その発熱体膜にレジストパターンを用いたサンドブラスト処理又はドライエッチング処理によりパターン形成する。このようにして得られたセラミックスヒータは、発熱体の厚さのばらつきを±５％以下とすることができ、発熱体パターンの幅方向のばらつきを設計値に対して±３％以下とすることができる。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定パターンの発熱体を有するセラミックスヒータに関し、特に半導体製造装置や液晶製造装置等に用いられる均熱性に優れたセラミックスヒータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体や液晶の製造プロセスにおいては、ウエハ等を加熱して処理する工程として、コーターデベロッパーでのフォトリソグラフィーにおける感光性樹脂の加熱硬化、Ｌｏｗ−ｋ膜のような低誘電率の絶縁膜の加熱焼成、配線や絶縁層形成におけるＣＶＤ膜形成やエッチング等の工程がある。
【０００３】
これらの工程におけるウエハの温度制御のために、セラミックス基板に所定パターンの発熱体を設けたセラミックスヒータが使用されている。即ち、セラミックスヒータ上にウエハを保持し、発熱体で発生させた熱によってウエハを加熱しながら、所定の処理を行っている。
【０００４】
このようなセラミックスヒータは、従来から、導体ペーストのスクリーン印刷等の厚膜法を用いて、セラミックス基板上に所定パターンの発熱体回路を形成することにより製造されている。このとき使用するスクリーンマスクは発熱体の回路パターンとほぼ同一のものであり、このスクリーンマスク上のパターンをセラミックスヒータ上に転写することで所定パターンの発熱体を形成していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年では、半導体製造装置や液晶製造装置にセラミックスヒータが用いられているが、セラミックスヒータの温度分布が膜形成やエッチング等の品質に影響するため、厳密な温度分布の均一性が要求されている。
【０００６】
しかし、従来のスクリーン印刷法により所定パターンにパターン印刷された発熱体においては、そのパターンの幅によって厚さが異なるという欠点があった。即ち、発熱体のパターン幅の狭い部分は、パターン幅の広い部分に比較して、相対的に厚さが厚くなるという傾向があった。
【０００７】
これは、スクリーンパターンを形成する際にメッシュ上に樹脂によりマスクするが、その厚みによってパターンの端又は縁の部分の膜厚が厚くなり、パターンの幅方向中心部の膜厚が薄くなってしまうからである。従って、スクリーンパターンを用いたスクリーン印刷により発熱体を形成すると、パターン幅が広い部分では、狭い部分に比較して相対的に厚さの薄い部分の比率が高くなるため、単位長さ当たりの断面積は相対的に小さくなる。
【０００８】
この発熱体の厚さのばらつきは、そのまま発熱分布に影響するため、近年求められているような厳密な温度分布の均一性を得ることは困難であった。即ち、厚さが相対的に厚い部分では、回路の抵抗値が小さくなるため、発熱量が小さくなる。逆に厚さが相対的に薄い部分は抵抗値が高くなり、発熱量が大きくなってしまう。このため、発熱体の不均一な厚さ分布によって、セラミックスヒータの温度分布に大きなばらつきが生じていた。
【０００９】
特に近年では、半導体製造装置に使用されるサセプタ等においては、セラミックスヒータの温度ばらつきが±１％以下のものが要求されており、従来の発熱体形成方法では満足すべき温度分布が得られないなどの問題があった。
【００１０】
尚、特開２００２−４３０３１公報や特開２００２−８３６６８公報には、スクリーン印刷法により所定パターンに形成した発熱体を、更にレーザにてトリミングして精密な発熱体パターンを形成する方法が開示されている。このような方法によれば、精密な発熱体パターンを形成できるものの、装置が比較的高価であるうえ、厚みのばらつきに関する問題は十分に解決されたとは言えず、従って満足すべき温度分布も得られていない。
【００１１】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、パターン形成した発熱体の厚みを均一化することができ、半導体製造装置や液晶製造装置用として要求される均一な温度分布を達成することが可能なセラミックスヒータ及びその製造方法を提供すること、並びにそのセラミックスヒータを用いた半導体製造装置や液晶製造装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、セラミックス基板上に所定パターンの発熱体を有するセラミックスヒータであって、該発熱体は基板表面上に設けた均一な膜厚の発熱体膜にパターン形成したものであり、該発熱体の厚さのばらつきが±５％以下であることを特徴とするセラミックスヒータを提供する。
【００１３】
上記本発明のセラミックスヒータにおいては、前記発熱体におけるパターンの幅方向のばらつきが、設計値に対して±３％以下であることが好ましい。また、前記セラミックス基板は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、ムライトから選ばれた１種が好ましい。前記発熱体の主成分は、タングステン、モリブデン、銀、パラジウム、銅、白金、ニッケル、クロムから選ばれた少なくとも１種からなることが好ましい。
【００１４】
本発明が提供するセラミックスヒータの製造方法は、セラミックス基板の表面上に発熱体膜を均一な膜厚に形成した後、該発熱体膜上にサンドブラストによって除去され難い物質によってレジストパターンを形成し、サンドラブラスト処理によりレジストパターンのない部分の発熱体膜を除去して、所定パターンの発熱体を形成することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明が提供するセラミックスヒータの別の製造方法は、セラミックス基板の表面上に発熱体膜を均一な膜厚に形成した後、該発熱体膜上にドライエッチングによって除去され難い物質によってレジストパターンを形成し、ドライエッチング処理によりレジストパターンのない部分の発熱体膜を除去して、所定パターンの発熱体を形成することを特徴とする。
【００１６】
上記本発明のセラミックスヒータの製造方法においては、いずれも、前記セラミックス基板の表面上に発熱体膜を均一な膜厚に塗布する方法が、スクリーン印刷、ローラーコート、スピンコート、蒸着のいずれかであることを特徴とする。
【００１７】
更に、本発明は、上記した本発明のセラミックスヒータが搭載されていることを特徴とする半導体製造・液晶製造装置を提供するものである。前記半導体製造・液晶製造装置としては、ＣＶＤ装置、コーターデベロッパー装置、Ｌｏｗ−ｋ焼成装置のいずれかであることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
従来はスクリーン印刷によりセラミックス基板上に所定パターンの発熱体を直接形成していたのに対し、本発明においては、まず、セラミックス基板上にパターン化されていない均一な膜厚の発熱体膜を形成し、次に、この発熱体膜をパターン化する。そのため、上述した従来のスクリーン印刷法における樹脂マスクの影響を除去することができ、全体に均一な膜厚分布を有し且つパターン形成された発熱体を得ることができる。
【００１９】
即ち、本発明では、最初に、セラミックス基板の表面上にパターン化されていない発熱体膜を形成する。このパターン化されていない発熱体膜の形成方法としては、スクリーン印刷、ローラーコート、スピンコート、蒸着等の方法を用いることができ、その際パターン形成を必要としないために、発熱体膜全体の厚みを±５％以下のばらつきに抑えることができる。
【００２０】
次に、上記のごとくセラミックス基板上に設けた均一な膜厚の発熱体膜に、サンドフラスト処理又はドライエッチング処理によりパターン形成する。具体的には、まず、サンドブラス又はドライエッチングによって除去され難い物質を用いて、発熱体膜上に所定のレジストパターンを形成する。次に、サンドフラスト処理又はドライエッチング処理することで、レジストパターンから露出した部分の発熱体膜を除去し、最後にレジストを除去してパターン形成された発熱体が得られる。
【００２１】
尚、発熱体膜にパターン形成する手法として用いるサンドブラスト処理は、砥粒を対象物に吹き付けることにより、対象物を除去する方法である。砥粒の材質としてはアルミナや炭化珪素などが使用され、対象物である金属やセラミックスの材質によって吹き付け速度、砥粒の種類や粒径が選択される。この手法においては、装置やコストが比較的安価であることから好適である。また、ドライエッチング処理は、ガス種を選択することによって発熱体膜だけをエッチングすることができるため、その下層のセラミックス基板をエッチングすることが少ないという利点がある。
【００２２】
発熱体膜上に設けるレジストパターンとしては、例えば、感光性ドライフィルムを発熱体膜上に貼り付けた後、フォトリソグラフィーの手法を用いて露光、現像することにより形成することができる。ドライフィルム以外にも、金属製やガラス製のレジストパターンを使用することも可能である。しかしながら、発熱体膜への密着性やパターン精度を考慮すると、感光性のドライフィルム又は液体レジストが好ましい。尚、液体レジストに関しては、発熱体膜上にスピンコートなどの手法で塗布した後、ドライフィルムと同様に露光、現像することでパターン形成することができる。
【００２３】
このようにして形成した本発明における発熱体は、所定のパターンを有するうえ、そのパターン幅による発熱体の厚さのばらつきを小さくできるため、従来のスクリーン印刷法により直接パターン印刷した発熱体と比較して、抵抗値のばらつきが小さなものとなる。従って、発熱体の発熱量のばらつきも小さくなり、温度分布が均一なセラミックスヒータを得ることができる。
【００２４】
また、上記のような方法でパターン形成された発熱体は、発熱体パターンの幅方向のばらつきについても、設計値に対して±３％以内にすることができる。これによって、温度のばらつきが更に少なくなり、より一層均一な温度分布を有するセラミックスヒータを作製することができる。
【００２５】
本発明に使用するセラミックス基板としては、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、酸化アルミニウム、ムライトが好適である。これらのセラミックスは比較的強度も高いため、サンドブラストの砥粒の吹き付けによる衝撃に耐えることができるため好ましい。また、これらのセラミックスは緻密質であるため、ドライエッチング時にセラミックスがエッチングされる量が比較的小さい点でも好ましい。
【００２６】
セラミックス基板上に形成される発熱体膜の材質としては、その主成分が、タングステン、モリブデン、銀、パラジウム、銅、白金、ニッケル、クロムであることが好ましい。これらの金属はセラミックス基板上に膜形成することが比較的容易であるばかりでなく、サンドブラスト時においてアルミナや炭化珪素の砥粒によって除去可能であり、且つドライエッチングにおいても除去することが可能である。
【００２７】
以上のように本発明方法で作製されたセラミックスヒータは、所定パターンを有する発熱体の厚み及び幅方向のばらつきが非常に小さくなり、ヒータ全体の温度分布が均一なものとなる。このため本発明のセラミックスヒータは、特に均一な温度分布が要求される半導体製造装置や液晶製造装置に搭載して使用するヒータとして極めて優れている。
【００２８】
特に本発明におけるセラミックスヒータは、半導体製造装置及び液晶製造装置において特にセラミックスヒータの均熱性が要求されている装置、即ち、メタルや絶縁層のＣＶＤ装置、コーターデベロッパー装置、Ｌｏｗ−ｋ焼成装置のいずれかに用いるセラミックスヒータとして好適である。
【００２９】
よって、本発明によるセラミックスヒータを半導体製造装置又は液晶製造装置用のサセプタとして使用することで、ウエハ上や液晶用基板上に均一な膜形成その他の処理を実施することができる。
【００３０】
【実施例】
実施例１
　それぞれ直径３５０ｍｍ、厚み１０ｍｍのＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ムライトからなる基板を用意した。これらのセラミックス基板上に、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄ、Ｎｉ−Ｃｒからなり、パターン化されていない発熱体膜を形成した。尚、Ｎｉ−Ｃｒ膜は蒸着法により、それ以外はスクリーン印刷又はローラーコーターによって形成し、それぞれ下記表１に示す焼成条件で焼き付けた。
【００３１】
得られた各試料について、セラミックス基板を切断して断面をＳＥＭ観察することにより、発熱体膜の膜厚分布を測定した。その結果を、セラミックス基板の材質ごとに、下記表１〜５に示した。
【００３２】
【表１】

【００３３】
【表２】

【００３４】
【表３】

【００３５】
【表４】

【００３６】
【表５】

【００３７】
次に、各試料の発熱体膜の全面に感光性ドライフィルムを貼り付け、露光、現像してレジストパターンを設けた。その後、ＳｉＣ砥粒又はアルミナ砥粒を用いてサンドブラスト処理することにより、レジストパターンから露出した部分の発熱体膜を除去し、更にドライフィルムを剥離除去して、それぞれパターン形成された発熱体を得た。
【００３８】
得られた各試料のセラミックスヒータについて、パターン形成された発熱体に電流を通電し、セラミックスヒータを４００℃に加熱して温度分布を測定すると共に、その発熱体の厚さ分布を測定した。尚、各試料の発熱体の厚さ分布は、パターン形成前の発熱体膜の膜厚分布と同じであった。得られた結果を、セラミックス基板の材質ごとに、下記表６〜１０に示した。
【００３９】
比較例として、上記と同じＡｌＮ基板に対し、上記と同じパターンを有し且つＷ、Ｍｏ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄからなる発熱体を、従来法のスクリーン印刷法によるパターン印刷で直接形成した。これら比較例の試料のセラミックスヒータについても、上記と同様に温度分布及び発熱体の厚さ分布を測定し、その結果を下記表６に併せて示した。
【００４０】
【表６】

【００４１】
【表７】

【００４２】
【表８】

【００４３】
【表９】

【００４４】
【表１０】

【００４５】
実施例２
　実施例１で得られた表６〜９に示す各試料のセラミックスヒータを用いて、それぞれ半導体製造装置用及び液晶製造装置用として、メタルＣＶＤ装置、絶縁膜ＣＶＤ装置、コーターデベロッパー装置、Ｌｏｗ−ｋ焼成装置を作製した。
【００４６】
これらの装置のセラミックスヒータに対してシリコンウエハないし液晶用基板を載置し、所定の温度にヒータを制御しながらそれぞれ所定の処理を実施したところ、比較例の試料のセラミックスヒータを用いた装置では良好な結果が得られなかったが、本発明の試料のセラミックスヒータを用いた各装置については良好な結果が得られた。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、パターン化された発熱体の厚みを簡単に均一化することができ、均一な温度分布を有するセラミックスヒータ、及びその製造方法を提供することができる。本発明のセラミックスヒータを用いることにより、ＣＶＤ装置、コーターデベロッパー装置、Ｌｏｗ−ｋ焼成装置などの半導体製造装置や液晶製造装置要求されている均熱性を達成することができる。

Claims (9)

1. セラミックス基板上に所定パターンの発熱体を有するセラミックスヒータであって、該発熱体は基板表面上に設けた均一な膜厚の発熱体膜にパターン形成したものであり、該発熱体の厚さのばらつきが±５％以下であることを特徴とするセラミックスヒータ。
2. 前記発熱体におけるパターンの幅方向のばらつきが、設計値に対して±３％以下であることを特徴とする、請求項１に記載のセラミックスヒータ。
3. 前記セラミックス基板が、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、ムライトから選ばれた１種からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載のセラミックスヒータ。
4. 前記発熱体の主成分が、タングステン、モリブデン、銀、パラジウム、銅、白金、ニッケル、クロムから選ばれた少なくとも１種からなることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックスヒータ。
5. セラミックス基板の表面上に発熱体膜を均一な膜厚に形成した後、該発熱体膜上にサンドブラストによって除去され難い物質によってレジストパターンを形成し、サンドラブラスト処理によりレジストパターンのない部分の発熱体膜を除去して、所定パターンの発熱体を形成することを特徴とするセラミックスヒータの製造方法。
6. セラミックス基板の表面上に発熱体膜を均一な膜厚に形成した後、該発熱体膜上にドライエッチングによって除去され難い物質によってレジストパターンを形成し、ドライエッチング処理によりレジストパターンのない部分の発熱体膜を除去して、所定パターンの発熱体を形成することを特徴とするセラミックスヒータの製造方法。
7. 前記セラミックス基板の表面上に均一な膜厚の発熱体膜を形成する方法が、スクリーン印刷、ローラーコート、スピンコート、蒸着のいずれかであることを特徴とする、請求項５又は６に記載のセラミックスヒータの製造方法。
8. 請求項１〜４のセラミックスヒータが搭載されていることを特徴とする半導体製造・液晶製造装置。
9. 前記装置がＣＶＤ装置、コーターデベロッパー装置、Ｌｏｗ−ｋ焼成装置のいずれかであることを特徴とする、請求項８に記載の半導体製造・液晶製造装置。