JP2004146570A - 半導体製造装置用セラミックスヒーター - Google Patents
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Abstract
【解決手段】セラミックス基板2a、2bの表面又は内部に抵抗発熱体3を有する半導体製造装置用セラミックスヒーター1であって、抵抗発熱体3の互いに隣り合う配線間の距離を0.1〜5mm、好ましくは1.0〜5mmとする。セラミックスヒーター1は、セラミックス基板2a、2bの表面又は内部に、更にプラズマ電極が配置されていても良い。また、セラミックス基板2a、2bは、窒化アルミニウム、窒化珪素、酸窒化アルミニウム、炭化珪素から選ばれた少なくとも1種が好ましい。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程においてウエハに所定の処理を行う半導体製造装置に使用され、ウエハを保持して加熱するセラミックスヒーターに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、半導体製造装置に使用されるセラミックスヒーターに関しては、種々の構造が提案なされている。例えば、特公平6−28258号公報には、抵抗発熱体が埋設され、容器内に設置されたセラミックスヒーターと、このヒーターのウエハ加熱面以外の面に設けられ、反応容器との間で気密性シールを形成する凸状支持部材とを備えた半導体ウエハ加熱装置が提案されている。
【0003】
また、最近では、製造コスト低減のために、ウエハの外径は8インチから12インチへ大口径化が進められており、これに伴ってウエハを保持するセラミックスヒーターも直径300mm以上になってきている。同時に、セラミックスヒーターにウエハを載置して加熱したとき、ウエハの表面温度のバラツキ、即ちウエハ表面の均熱性は±1.0%以下、更に望ましくは±0.5%以下が求められている。
【0004】
【特許文献1】
特公平6−28258号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
セラミックスヒーターの表面又は内部に形成される抵抗発熱体は、ウエハを載置する面を均一に加熱できるようにパターン設計され配置されている。即ち、ウエハ表面の均熱性を向上させるためには、抵抗発熱体の線幅及び隣接する抵抗発熱の配線間隔を極力狭くし、抵抗発熱体を密に配置することが考えられる。
【0006】
しかしながら、余り抵抗発熱体の配線間隔を狭くすると、抵抗発熱体の配線間に生じる電位差によって部分放電現象が生じ、これが更に進行すると抵抗発熱体の配線間での短絡が起こり、セラミックスヒーターの損傷にいたる。
【0007】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、抵抗発熱体のパターン設計を最適化することにより、加熱処理時に損傷が発生せず、しかもウエハ表面の均熱性を高めた半導体製造装置用セラミックスヒーターを提供することを目的とする。
【0008】
【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、セラミックス基板の表面又は内部に抵抗発熱体を有する半導体製造装置用セラミックスヒーターであって、該抵抗発熱体の互いに隣り合う配線間の距離が0.1〜5mmであること、好ましくは1.0〜5mmであることを特徴とする、半導体製造装置用セラミックスヒーターを提供するものである。
【0009】
上記本発明の半導体製造装置用セラミックスヒーターにおいて、前記セラミックス基板は、窒化アルミニウム、窒化珪素、酸窒化アルミニウム、炭化珪素から選ばれた少なくとも1種からなることが好ましい。
【0010】
また、上記本発明の半導体製造装置用セラミックスヒーターにおいて、前記抵抗発熱体は、タングステン、モリブデン、白金、パラジウム、銀、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。
【0011】
更に、上記本発明の半導体製造装置用セラミックスヒーターは、前記セラミックス基板の表面又は内部に、更にプラズマ電極が配置されていても良い。
【0012】
【発明の実施の形態】
発明者らは、セラミックスヒーターの抵抗発熱体に通電加熱して昇温させた際に、セラミックスヒーターに割れが発生する現象を詳細に検討した結果、抵抗発熱体の互いに隣り合う配線がその電位差の最も高い部位で短絡し、セラミックスヒーターの破壊に至っていることを見出した。
【0013】
そこで、本発明者においては、このような抵抗発熱体での短絡現象を回避するため、互いに隣接する抵抗発熱体の配線間距離に着目した。即ち、短絡現象は、抵抗発熱体の配線間の距離が大きいほど発生し難い。しかしながら、前述のとおり、抵抗発熱体の配線間の距離を大きくすると、ウエハ表面での均熱性の要求を満たすことが難しくなる。
【0014】
そのため、均熱性と配線間絶縁強度の両立性を検討した結果、配線間の短絡防止の観点からは隣接する配線間距離Rとして0.1mm以上が必要であること、また均熱性の要求からは隣接する配線間距離Rは5mm以下とすべきことを見出した。即ち、本発明においては、抵抗発熱体の配線において、互いに隣り合う配線間の距離を0.1〜5mmとし、好ましくは1.0〜5mmとする。
【0015】
本発明のセラミックスヒーターでは、このように抵抗発熱体のパターン設計を最適化することにより、加熱処理時に配線間の短絡及びそれによる割れなどの損傷が発生せず、しかもウエハ表面の均熱性を改善向上することができる。具体的には、ウエハ表面の均熱性を、熱伝導率100W/mK以上のセラミックスヒーターでは±0.5%以下、及び10〜100W/mKのセラミックスヒーターでは±1.0%以下とすることができる。
【0016】
次に、本発明によるセラミックスヒーターの具体的な構造を、図1〜図2により説明する。図1に示すセラミックスヒーター1は、セラミックス基板2aの表面上に所定の配線パターンの抵抗発熱体3が設けてあり、その表面上に別のセラミックス基板2bがガラス又はセラミックスからなる接着層4により接合されている。抵抗発熱体3の配線パターンは、配線間距離Rを0.1〜5mmとし、配線幅は好ましくは5mm以下、更に好ましくは1mm以下とする。
【0017】
また、図2に示すセラミックスヒーター11は、その内部に抵抗発熱体13と共にプラズマ電極15を備えている。即ち、図1のセラミックスヒーターと同様に、表面上に抵抗発熱体13を有するセラミックス基板12aとセラミックス基板12bを接着層4で接合すると共に、そのセラミックス基板12aの他表面に、プラズマ電極15を設けた別のセラミックス基板12cがガラス又はセラミックスからなる接着層15により接合してある。
【0018】
尚、図1及び図2に示したセラミックスヒーターの製造においては、それぞれのセラミックス基板を接合する方法以外にも、厚さ約0.5mmのグリーンシートを準備し、各グリーンシート上に導電性ペーストを抵抗発熱体及び/又はプラズマ電極の回路パターンを印刷塗布した後、これらのグリーンシート並びに必要に応じて通常のグリーンシートを所要の厚さが得られるよう積層し、同時に焼結して一体化しても良い。
【0019】
【実施例】
実施例1
窒化アルミニウム(AlN)粉末に、焼結助剤とバインダーを添加し、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、直径380mm、厚み1mmの円板状にプレス成形した。得られた成形体を非酸化性雰囲気中にて温度800℃で脱脂した後、温度1900℃で4時間焼結することにより、AlN焼結体を得た。このAlN焼結体の熱伝導率は170W/mKであった。このAlN焼結体の外周面を外径300mmになるまで研磨して、セラミックスヒーター用のAlN基板2枚を準備した。
【0020】
1枚の上記AlN基板の表面上に、タングステン粉末と焼結助剤をバインダーに混練したペーストを印刷塗布し、所定の抵抗発熱体の配線パターンを形成した。このとき、印刷スクリーンを変えることにより、抵抗発熱体の隣接する配線間距離Rを変化させた。その後、このAlN基板を非酸化雰囲気中にて温度800℃で脱脂した後、温度1700℃で焼成して、それぞれ配線間距離Rが異なるWの抵抗発熱体を形成した。
【0021】
また、残り1枚の上記AlN基板の表面に、Y2O3系接着剤とバインダーを混練したペーストを印刷塗布し、温度500℃で脱脂した。このAlN基板の接着剤の層を、上記AlN基板の抵抗発熱体を形成した面に重ね合わせ、温度800℃に加熱して接合した。このようにして、図1の構造を有し、下記表1に示すように配線間距離Rが異なる各試料のセラミックスヒーターを作製した。
【0022】
このようにして得られた各試料のセラミックスヒーターについて、ウエハ載置面の反対側表面に形成した2つの電極から、200Vの電圧で抵抗発熱体に電流を流すことにより、セラミックスヒーターの温度を500℃まで昇温した。その際、セラミックスヒーターのウエハ載置面上に厚み0.8mm、直径300mmのシリコンウエハを載せ、その表面温度分布を測定して均熱性を求めた。得られた結果を、試料毎に下記表1に示した。
【0023】
【表1】
【0024】
上記表1に示す結果から分るように、窒化アルミニウム製のセラミックスヒーターにおいて、抵抗発熱体の配線間距離Rを0.1〜5mmの範囲内に調整することによって、ウエハ表面の均熱性を±0.5%以内とすることができ、且つ加熱昇温時のヒーターの損傷を回避することができた。
【0025】
実施例2
窒化珪素(Si3N4)粉末に、焼結助剤とバインダーを添加して、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、直径380mm、厚み1mmの円板状にプレス成形した。この成形体を非酸化性雰囲気中にて温度800℃で脱脂した後、温度1550℃で4時間焼結することによって、Si3N4焼結体を得た。このSi3N4焼結体の熱伝導率は20W/mKであった。このSi3N4焼結体の外周面を外径300mmになるまで研磨して、セラミックスヒーター用のSi3N4基板2枚を準備した。
【0026】
1枚の上記Si3N4基板の表面上に、タングステン粉末と焼結助剤をバインダーに混練したペーストを印刷塗布して、所定の抵抗発熱体の配線パターンを形成した。このとき、印刷スクリーンを変えることにより、抵抗発熱体の隣接する配線間距離Rを変化させた。その後、このSi3N4基板を非酸化雰囲気中にて温度800℃で脱脂した後、温度1700℃で焼成して、それぞれ配線間距離Rが異なるWの抵抗発熱体を形成した。
【0027】
また、残り1枚の上記Si3N4基板の表面に、SiO2系接着剤とバインダーを混練したペーストを印刷塗布し、温度500℃で脱脂した。このSi3N4基板の接着剤の層を、上記Si3N4基板の抵抗発熱体を形成した面に重ね合わせ、温度800℃に加熱して接合した。このようにして、図1の構造を有し、下記表2に示すように配線間距離Rが異なる各試料のセラミックスヒーターを作製した。
【0028】
このようにして得られた各試料のセラミックスヒーターについて、200Vの電圧で抵抗発熱体に電流を流すことにより、セラミックスヒーターの温度を500℃まで昇温した。その際、セラミックスヒーターのウエハ載置面上に厚み0.8mm、直径300mmのシリコンウエハを載せ、その表面温度分布を測定して均熱性を求めた。得られた結果を、試料毎に下記表2に示した。
【0029】
【表2】
【0030】
上記表2から分るように、窒化珪素製のセラミックスヒーターにおいても、抵抗発熱体の配線間距離Rを0.1〜5mmの範囲内に調整することによって、ウエハ表面の均熱性を±1.0%以内とすることができ、しかも加熱昇温時のヒーターの損傷を回避することができた。
【0031】
実施例3
酸窒化アルミニウム(AlON)粉末に、焼結助剤とバインダーを添加し、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、直径380mm、厚み1mmの円板状にプレス成形した。この成形体を非酸化性雰囲気中にて温度800℃で脱脂した後、温度1770℃で4時間焼結することによって、AlON焼結体を得た。このAlON焼結体の熱伝導率は20W/mKであった。得られたAlON焼結体の外周面を外径300mmになるまで研磨して、セラミックスヒーター用のAlON基板2枚を準備した。
【0032】
1枚の上記AlON基板の表面上に、タングステン粉末と焼結助剤をバインダーに混練したペーストを印刷塗布し、所定の抵抗発熱体の配線パターンを形成した。このとき、印刷スクリーンを変えることにより、抵抗発熱体の隣接する配線間距離Rを変化させた。その後、このAlON基板を非酸化雰囲気中にて温度800℃で脱脂した後、温度1700℃で焼成して、それぞれ配線間距離Rが異なるWの抵抗発熱体を形成した。
【0033】
また、残り1枚の上記AlON基板の表面に、SiO2系接着剤とバインダーを混練したペーストを印刷塗布し、温度500℃で脱脂した。このAlON基板の接着剤の層を、上記AlON基板の抵抗発熱体を形成した面に重ね合わせ、温度800℃に加熱して接合した。このようにして、図1の構造を有し、下記表3に示すように配線間距離Rが異なる各試料のセラミックスヒーターを作製した。
【0034】
このようにして得られた各試料のセラミックスヒーターについて、200Vの電圧で抵抗発熱体に電流を流すことにより、セラミックスヒーターの温度を500℃まで昇温した。その際、セラミックスヒーターのウエハ載置面上に厚み0.8mm、直径300mmのシリコンウエハを載せ、その表面温度分布を測定して均熱性を求めた。得られた結果を、試料毎に下記表3に示した。
【0035】
【表3】
【0036】
上記表3から分るように、酸窒化アルミニウム製のセラミックスヒーターにおいても、抵抗発熱体の配線間距離Rを0.1〜5mmの範囲内に調整することによって、ウエハ表面の均熱性を±1.0%以内とすることができ、しかも加熱昇温時のヒーターの損傷を回避することができた。
【0037】
実施例4
実施例1と同様の方法により、窒化アルミニウム焼結体からなる外径300mmのセラミックスヒーター用のAlN基板を2枚作製した。次に、この2枚のAlN基板を用いてセラミックスヒーターを作製するに際して、1枚のAlN基板の表面上に設ける抵抗発熱体の材料をMo、Pt、Ag−Pd、Ni−Crに変化させた以外は実施例1と同様にして、それぞれ配線間距離Rが異なるWの抵抗発熱体を形成した。
【0038】
次に、残り1枚のAlN基板の表面には、SiO2系接合ガラスを塗布し、非酸化性雰囲気にて温度800℃で脱脂した。このAlN基板の接合ガラス層を、上記AlN基板の抵抗発熱体を形成した面に重ね合わせ、温度800℃に加熱して接合することにより、図1の構造を有し、下記表1に示すように配線間距離Rが異なる各試料のAlN製のセラミックスヒーターを得た。
【0039】
このようにして得られた各試料のセラミックスヒーターについて、200Vの電圧で抵抗発熱体に電流を流すことにより、セラミックスヒーターの温度を500℃まで昇温した。その際、セラミックスヒーターのウエハ載置面上に厚み0.8mm、直径300mmのシリコンウエハを載せ、その表面温度分布を測定して均熱性を求めた。得られた結果を、試料毎に下記表4に示した。
【0040】
【表4】
【0041】
上記表4に示すように、抵抗発熱体がMo、Pt、Ag−Pd、Ni−Crからなる窒化アルミニウム製のセラミックスヒーターにおいても、実施例1に示したWの抵抗発熱体の場合と同様に、抵抗発熱体の配線間距離Rを0.1〜5mmの範囲内に調整することによって、ウエハ表面の均熱性を±0.5%以内とすることができ、しかも加熱昇温時のヒーターの損傷を回避することができた。
【0042】
実施例5
窒化アルミニウム(AlN)粉末に焼結助剤、バインダー、分散剤、アルコールを添加混練したペーストを用い、ドクターブレード法による成形を行って、厚さ約0.5mmのグリーンシートを得た。
【0043】
次に、このグリーンシートを80℃で5時間乾燥した後、タングステン粉末と焼結助剤をバインダーにて混練したペーストを、1枚のグリーンシートの表面上に印刷塗布して、所定配線パターンの抵抗発熱体層を形成した。このとき、印刷スクリーンを変えることにより、抵抗発熱体層の隣接する配線間距離Rを変化させた。
【0044】
更に、別の1枚のグリーンシートを同様に乾燥し、その表面上に前記タングステンペーストを印刷塗布して、プラズマ電極層を形成した。これら2枚の導電層を有するグリーンシートと、導電層が印刷されていないグリーンシートを合計50枚積層し、70kg/cm2の圧力をかけながら140℃に加熱して一体化した。
【0045】
得られた積層体を非酸化性雰囲気中にて600℃で5時間脱脂した後、100〜150kg/cm2の圧力と1800℃の温度でホットプレスして、厚さ3mmのAlN板状体を得た。これを直径380mmの円板状に切り出し、その外周部を直径300mmになるまで研磨した。このようにして、内部にWの抵抗発熱体とプラズマ電極を備えた図2の構造を有し、下記表5に示すように配線間距離Rが異なる各試料のセラミックスヒーターを作製した。
【0046】
このようにして得られた各試料のセラミックスヒーターについて、200Vの電圧で抵抗発熱体に電流を流すことにより、セラミックスヒーターの温度を500℃まで昇温した。その際、セラミックスヒーターのウエハ載置面上に厚み0.8mm、直径300mmのシリコンウエハを載せ、その表面温度分布を測定して均熱性を求めた。得られた結果を、試料毎に下記表5に示した。
【0047】
【表5】
【0048】
上記表5に示す結果から分るように、抵抗発熱体とプラズマ電極を有する窒化アルミニウム製のセラミックスヒーターであっても、抵抗発熱体の配線間距離Rを0.1〜5mmとすることにより、ウエハ表面の均熱性を±0.5%以内とすることができ、しかも加熱昇温時のヒーターの損傷を無くすことができた。
【0049】
【発明の効果】
本発明によれば、抵抗発熱体の配線間距離を最適化することにより、加熱処理時に損傷が発生せず、しかもウエハ表面の均熱性を高めた半導体製造装置用セラミックスヒーターを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるセラミックスヒーターの一具体例を示す概略の断面図である。
【図2】本発明によるセラミックスヒーターの別の具体例を示す概略の断面図である。
【符号の説明】
1、11 セラミックスヒーター
2a、2b、12a、12b、12c セラミックス基板
3、13 抵抗発熱体
4、14a、14b 接着層
15 プラズマ電極
Claims (5)
- セラミックス基板の表面又は内部に抵抗発熱体を有する半導体製造装置用セラミックスヒーターであって、該抵抗発熱体の互いに隣り合う配線間の距離が0.1〜5mmであることを特徴とする半導体製造装置用セラミックスヒーター。
- 前記抵抗発熱体の互いに隣り合う配線間の距離が1.0〜5mmであることを特徴とする、請求項1に記載の半導体製造装置用セラミックスヒーター。
- 前記セラミックス基板が、窒化アルミニウム、窒化珪素、酸窒化アルミニウム、炭化珪素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又は2に記載の半導体製造装置用セラミックスヒーター。
- 前記抵抗発熱体が、タングステン、モリブデン、白金、パラジウム、銀、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半導体製造装置用セラミックスヒーター。
- 前記セラミックス基板の表面又は内部に、更にプラズマ電極が配置されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の半導体製造装置用セラミックスヒーター。
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