JP2005045280A - 半導体製造装置用保持体 - Google Patents
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Abstract
【課題】 ウエハ保持面の均熱性に優れ、コータデベロッパでのフォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化や、Low−kのような低誘電率の絶縁膜の加熱焼成に好適に使用でき、装置全体の小型化が可能な半導体製造装置用保持体を提供する。
【解決手段】 半導体製造装置用保持体は、抵抗発熱体2を有する窒化アルミニウムを主成分とするセラミックス製のウエハ保持部1と、ウエハ保持部1を支持する窒化アルミニウムを主成分とするセラミックス製の支持体4とからなり、支持体4の熱伝導率がウエハ保持部1の熱伝導率よりも低い。ウエハ保持部1と支持体4は接合されていないか、接合されている場合にはウエハ保持部1と支持体4の熱膨張率差を2.0×10−6/℃以下とする。
【選択図】 図1
【解決手段】 半導体製造装置用保持体は、抵抗発熱体2を有する窒化アルミニウムを主成分とするセラミックス製のウエハ保持部1と、ウエハ保持部1を支持する窒化アルミニウムを主成分とするセラミックス製の支持体4とからなり、支持体4の熱伝導率がウエハ保持部1の熱伝導率よりも低い。ウエハ保持部1と支持体4は接合されていないか、接合されている場合にはウエハ保持部1と支持体4の熱膨張率差を2.0×10−6/℃以下とする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体製造装置に用いる保持体に関するものであり、特にコータデベロッパでのフォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化や、Low−kのような低誘電率の絶縁膜の加熱焼成に好適に用いられる半導体製造装置用保持体に関する。
半導体製造においては、シリコンウエハ上のAl回路やCu回路はAlスパッタやCuメッキ等によって形成されるが、近年の半導体の高集積化や小型化に伴って配線幅及び配線間幅は年々細くなってきている。
Al回路やCu回路の配線パターンはフォトリングラフィー技術により形成される。例えばAl膜上に樹脂を均一に塗布した後、ステッパと呼ばれる露光装置で樹脂膜にパターンが刷り込まれ、樹脂膜を加熱硬化させて不要部分を除去することにより、配線用のAl膜上に抜きパターン樹脂膜を形成する。その後、エッチング装置で抜きパターン部分に沿ってAl膜をエッチングし、樹脂膜を除去することでパターン化されたAl配線が得られる。
また、配線同士が近づくと配線間の信号の相互作用が生じるため、配線間や積層した層間は低誘電率の絶縁材料で埋めることにより、配線間の相互作用を無くすことが必要である。従来このための絶縁材料として酸化ケイ素が用いられていたが、更に誘電率の低い絶縁膜としてLow−kと呼ばれる材料が用いられるようになってきた。Low−kの絶縁膜は、その材料を溶いてスラリー状にし、これをスピンコートして均一膜を形成し、上記と同様にフォトリングラフィー技術によりパターン形成した後、ヒータで加熱焼成して固化させる方法によって形成されている。
上記のようなフォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化や、Low−k膜のような低誘電率の絶縁膜の加熱焼成に用いるヒータとしては、例えば抵抗発熱体であるSUS箔を石英板でサンドイッチしたヒータを用いていた。しかし、ヒータの均熱性や耐久性に問題があるため、均熱性に優れ且つ耐久性の高い加熱装置が望まれていた。
一方、各種薄膜の形成に用いるCVD装置においては、高熱伝導率で高耐食性のAlNやSi3N4中にMoコイルを埋設したセラミックス製ヒータが使用されている。このセラミックス製ヒータは、そのウエハ保持面の裏側に筒状のAlN支持体の一端を接合し、他端をチャンバ−にO−リング封止して支持される。また、耐腐食性の低い電極端子や電極供給用の引出線は、チャンバー内で用いる腐食性ガスに曝されないように、筒状のAlN支持体の内側に収納されている。
半導体製造におけるコスト低減のためシリコンウエハの大型化が進められており、近年では8インチから12インチへと移行している。そのため、フォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化や、Low−kのような低誘電率の絶縁膜の加熱焼成に用いるヒータに対して均熱性向上の要求が高まってきている。具体的には、ヒータのウエハ保持面における均熱性が±1.0%以内、望むらくは±0.5%以内とすることが要望されている。
一般に、セラミックス製のヒータでは、ウエハ保持部を安定させたり、電極端子をチャンバー内雰囲気から保護したりするために、ウエハ保持部と支持体を接合する場合がある。その場合、ウエハ保持部と支持体の熱膨張率が異なると、昇温や冷却の過程で材料間の熱膨張率の違いにより熱応力が発生し、脆性材料であるセラミックスに割れが発生するため、ウエハ保持部と支持体は同じ材料を用いて接合していた。
しかし、ウエハ保持面の均熱性を高めるためウエハ保持部に高熱伝導率の材料を用いると、支持体も高熱伝導率の同一材料にする必要があるため、ウエハ保持部の抵抗発熱体で発生した熱は高熱伝導率の支持体を介して極めて効率的に逃げていく。そのため、ウエハ保持部の温度が支持体との接合部分で大きく低下し、ウエハ保持部の均熱性は低くならざるを得なかった。
また、接合した支持体に熱が逃げることによってウエハ保持部の均熱性が低下することを防ぐため、低熱伝導率で且つウエハ保持部と熱膨張率の異なる支持体を接合すると、熱膨張率差による熱応力により脆性材料であるセラミックス製のウエハ保持部にクラックが入るという問題があった。
更に、支持体をチャンバーに設置する箇所の温度を下げて、チャンバー側の材料の熱劣化を防ぐため、チャンバーの支持体設置部近傍を水などで冷却することが通常行われている。その場合に、支持体が短いと温度勾配がきつくなるため、その熱衝撃で支持体が割れやすかった。熱衝撃による割れを防ぐためには支持体を通常300mm程度に長くする必要があり、従ってこの支持体を収納するチャンバーの高さも大きくせざるを得ず、装置全体の小型化に制約があった。
本発明は、このような従来の事情に鑑み、ウエハ保持面の均熱性に優れ、コータデベロッパでのフォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化や、Low−kのような低誘電率の絶縁膜の加熱焼成に好適に使用でき、装置全体の小型化が可能な半導体製造装置用保持体を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明が提供する半導体製造装置用保持体は、抵抗発熱体を有し、窒化アルミニウムを主成分とするセラミックス製のウエハ保持部と、ウエハ保持部を支持し、窒化アルミニウムを主成分とするセラミックス製の支持体とからなり、支持体の熱伝導率がウエハ保持部の熱伝導率よりも低いことを特徴とする。
上記本発明の半導体製造装置用保持体においては、前記ウエハ保持部と支持体が接合されていないか、若しくはウエハ保持部と支持体が接合されていて且つ両者の熱膨張率差が2.0×10−6/℃以下であることが好ましい。
また、本発明は、上記した半導体製造装置用保持体のいずれかを用いた半導体製造装置を提供するものである。この本発明が提供する前記半導体製造装置としては、フォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化、又は低誘電率の絶縁膜の加熱焼成に用いられる装置がある。
本発明によれば、ウエハ保持面の均熱性を±1.0%以内、好ましくは±0.5%以内とすることができ、装置全体の小型化が可能な半導体製造装置用保持体を提供することができる。この半導体製造装置用保持体は、コータデベロッパでのフォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化や、Low−kのような低誘電率の絶縁膜の加熱焼成に好適に使用することができる。
半導体製造過程において、コータデベロッパに用いるフォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化や、Low−kの加熱焼成は、ハロゲン元素を含む腐食性ガスを用いるCVD装置やエッチング装置と異なり、He、Ar、N2、H2等を雰囲気として用いるため、ハロゲンに腐食されやすい材料を主成分とする電極でも腐食されず、チャンバーへのコンタミ等の問題も発生しない。
従って、これらの非腐食性雰囲気を用いる半導体製造装置では、必ずしも支持体を筒状にして、その内部にウエハ保持部に設けたヒータの電極端子や引出線を収納し、チャンバー内雰囲気から完全にシールして分離する必要はない。そのため、ウエハ保持部と支持体とを気密接合することが必須ではなく、ウエハ保持部を支持体に接合せず、例えば支持体上に載置するだけで支持することが可能である。
このように、ウエハ保持部と支持体を接合しない場合、ウエハ保持部の抵抗発熱体で発生した熱が支持体を通じて逃げることを抑制できるため、本発明では支持体の熱伝導率をウエハ保持部の熱伝導率よりも低くすることと相俟って、ウエハ保持部の均熱性を大幅に向上させることができる。しかも、ウエハ保持部と支持体は接合されていないので、熱膨張率差による熱応力が全くかからず、セラミックス製のウエハ保持部が割れる恐れもない。
支持体を通じた熱の逃げを抑制するという観点からは、上記のようにウエハ保持部と支持体は接合せず、例えば載置するだけの方が良い。しかしながら、ウエハ保持部を安定させたり、ウエハ保持部に露出した電極端子をチャンバー内雰囲気から保護したりするために、ウエハ保持部と支持体とを接合して固定することが好ましい場合もある。
ウエハ保持部と支持体とを接合して固定する場合、ウエハ保持部と支持体の熱膨張率が大きく異なると、熱膨張収縮量の違いから接合部に熱応力が発生し、脆性材料であるセラミックスにクラックが入ることがある。これを防ぐため、ウエハ保持部と支持体が共に窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスからなる本発明においては、そのウエハ保持部と支持体の熱膨張率差を2.0×10−6/℃以下にすることによって、ウエハ保持部と支持体を接合した場合にも、熱膨張収縮量の違いによって発生する熱応力を抑制でき、ヒートサイクル時の熱応力による割れを抑えることができる。
[実施例1]
窒化アルミニウム(AlN)粉末に、焼結助剤として0.5重量%のイットリア(Y2O3)を加え、更に有機バインダーを添加して分散混合した後、スプレードライにより造粒した。この造粒粉末を、焼結後に直径350mm×厚み5mmとなる寸法に、一軸プレスにより2枚成形した。この成形体を温度800℃の窒素ガス気流中で脱脂し、窒素気流中にて温度1900℃で6時間焼結した。得られた2枚のAlN焼結体の表面を、ダイヤモンド砥粒を用いて研磨した。
窒化アルミニウム(AlN)粉末に、焼結助剤として0.5重量%のイットリア(Y2O3)を加え、更に有機バインダーを添加して分散混合した後、スプレードライにより造粒した。この造粒粉末を、焼結後に直径350mm×厚み5mmとなる寸法に、一軸プレスにより2枚成形した。この成形体を温度800℃の窒素ガス気流中で脱脂し、窒素気流中にて温度1900℃で6時間焼結した。得られた2枚のAlN焼結体の表面を、ダイヤモンド砥粒を用いて研磨した。
片方のAlN焼結体上に、W粉末に焼結助剤とエチルセルロース系のバインダーを添加混練したWスラリーを用いて抵抗発熱体回路を印刷し、900℃の窒素気流中で脱脂した後、1850℃で1時間加熱して焼き付けた。残りの焼結体上には、接合用のガラスにエチルセルロース系のバインダーを添加混練したスラリーを塗布し、900℃の窒素気流中で脱脂した。
これら2枚のAlN焼結体の接合用ガラス面と抵抗発熱体面を重ね合わせ、ずれ防止のため50g/cm2の荷重を掛けた状態で、1800℃で2時間加熱して接合することにより、図1に示すように内部に抵抗発熱体2が埋設されたAlN製のウエハ保持部1を作製した。このウエハ製保持部1の裏面に、内部の抵抗発熱体2に接続される電極端子(図示せず)を接合し、更に系外の電源に電気的に接続される電力供給用の引出線3を接合した。
また、上記ウエハ保持部の作製に用いたAlN粉末に、Al2O3粉末を5重量%添加し、押出し用のバインダーを添加して、焼結後に外径100mm×内径90mm×長さ100mmの円筒形状になるように成形した。これを900℃の窒素気流中で脱脂し、1850℃で6時間焼結し、両端部を研磨加工して、図1に示す支持体4とした。
このAlN+Al2O3製の支持体(熱伝導率80W/mK、熱膨張率4.6×10−6/℃)の片端部にB−Si系のガラスを塗布し、上記AlN製のウエハ保持部(熱伝導率170W/mK、熱膨張率は4.5×10−6/℃)に800℃で接合して、半導体製造装置用の保持体とした。更に、この支持体4の片端を、図1に示すように、チャンバー5にクランプ固定した。尚、ウエハ保持部1からの引出線3は支持体4内に収納し、チャンバー5との間はO−リング6により封止した。
チャンバー5内をN2雰囲気で0.1torrの減圧にし、系外から抵抗発熱体2に電力を供給して500℃に加熱し、支持体4のチャンバー5に固定した端部を水冷しながら、ウエハ保持体1のウエハ7を保持する面全体の均熱性を測定したところ、500℃±0.5%であった。また、上記と同じ半導体製造装置用の保持体を10個作製し、室温と500℃の間を500回昇降温してヒートサイクルテストを行ったが、ヒートサイクル後も10個全て問題無かった。
また、従来の支持体は長さが300mmで、これを収納するチャンバーの高さも450mm程度必要であった。これに対して実施例1では、支持体4の長さを100mmに短くしても問題なく使用でき、チャンバー5の高さも250mmまでコンパクトにすることが可能となった。
[比較例1]
実施例1と同じ方法でAlN製のウエハ保持部を作製した。支持体は、このウエハ保持体と同じAlN製であるが、外径100mm×内径90mm×長さ300mmとした。これらのウエハ保持部と支持体の熱伝導率は共に180W/mKであった。支持体の両端部を研磨加工し、片端部にB−Si系のガラスを塗布して、ウエハ保持部に800℃で接合した。
実施例1と同じ方法でAlN製のウエハ保持部を作製した。支持体は、このウエハ保持体と同じAlN製であるが、外径100mm×内径90mm×長さ300mmとした。これらのウエハ保持部と支持体の熱伝導率は共に180W/mKであった。支持体の両端部を研磨加工し、片端部にB−Si系のガラスを塗布して、ウエハ保持部に800℃で接合した。
得られた半導体製造装置用の保持体について実施例1と同じ評価を行ったところ、均熱性は500℃±1.5%であった。また、上記と同じ半導体製造装置用の保持体を10個作製し、実施例1と同様にヒートサイクル試験を行ったが全て問題無かった。
[比較例2]
支持体の長さを100mmに短くした以外は、比較例1と同じ方法でウエハ保持部及び支持体を作製した。ウエハ保持部及び支持体ともAlN製であり、熱伝導率は共に180W/mKであった。この支持体とウエハ保持部を、比較例1と同様に接合した。
支持体の長さを100mmに短くした以外は、比較例1と同じ方法でウエハ保持部及び支持体を作製した。ウエハ保持部及び支持体ともAlN製であり、熱伝導率は共に180W/mKであった。この支持体とウエハ保持部を、比較例1と同様に接合した。
得られた半導体製造装置用の保持体について実施例1と同じ評価を行ったところ、均熱性は500℃±2.0%であった。また、上記と同じ半導体製造装置用の保持体を500℃で1時間保持したところ、支持体端部の水冷による熱衝撃で支持体が破損した。
[比較例3]
比較例1と同じ方法でウエハ保持部及び支持体を作製した。ウエハ保持部及び支持体ともAlN製であり、熱伝導率は共に180W/mKであった。この支持体上に、ウエハ保持部を接合することなく載置した。
比較例1と同じ方法でウエハ保持部及び支持体を作製した。ウエハ保持部及び支持体ともAlN製であり、熱伝導率は共に180W/mKであった。この支持体上に、ウエハ保持部を接合することなく載置した。
得られた半導体製造装置用の保持体について実施例1と同じ評価を行ったところ、均熱性は500℃±1.2%であった。また、上記と同じ半導体製造装置用の保持体を10個作製し、実施例1と同様にヒートサイクル試験を行ったが全て問題無かった。
1 ウエハ保持部
2 抵抗発熱体
3 引出線
4 支持体
5 チャンバー
2 抵抗発熱体
3 引出線
4 支持体
5 チャンバー
Claims (4)
- 抵抗発熱体を有し、窒化アルミニウムを主成分とするセラミックス製のウエハ保持部と、ウエハ保持部を支持し、窒化アルミニウムを主成分とするセラミックス製の支持体とからなり、支持体の熱伝導率がウエハ保持部の熱伝導率よりも低いことを特徴とする半導体製造装置用保持体。
- 前記ウエハ保持部と支持体が接合されていないか、若しくはウエハ保持部と支持体が接合されていて且つ両者の熱膨張率差が2.0×10−6/℃以下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保持体。
- 請求項1又は2に記載の半導体製造装置用保持体を用いた半導体製造装置。
- フォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化、又は低誘電率の絶縁膜の加熱焼成に用いられる装置であることを特徴とする、請求項3に記載の半導体製造装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004276334A JP2005045280A (ja) | 2004-09-24 | 2004-09-24 | 半導体製造装置用保持体 |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2004276334A JP2005045280A (ja) | 2004-09-24 | 2004-09-24 | 半導体製造装置用保持体 |
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JP2002111515A Division JP4311910B2 (ja) | 2002-04-15 | 2002-04-15 | 半導体製造装置用保持体 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JP2005045280A true JP2005045280A (ja) | 2005-02-17 |
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JP2004276334A Pending JP2005045280A (ja) | 2004-09-24 | 2004-09-24 | 半導体製造装置用保持体 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007053280A (ja) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体加熱ヒータ用容器 |
JP2019175641A (ja) * | 2018-03-28 | 2019-10-10 | 京セラ株式会社 | ヒータ及びヒータシステム |
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2004
- 2004-09-24 JP JP2004276334A patent/JP2005045280A/ja active Pending
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JP2019175641A (ja) * | 2018-03-28 | 2019-10-10 | 京セラ株式会社 | ヒータ及びヒータシステム |
JP7017967B2 (ja) | 2018-03-28 | 2022-02-09 | 京セラ株式会社 | ヒータ及びヒータシステム |
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