JP2007053280A - 半導体加熱ヒータ用容器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヒータが加熱されるときの熱の影響を抑え、ヒータの均熱性に優れ、且つ耐久性に優れたヒータ用容器、特にフォトリソグラフィー工程で用いるコータデベロッパなどに好適に使用されるヒータ用容器を提供する。
【解決手段】 半導体を加熱するためのヒータ２を収容支持する容器１であって、ヒータ２を設置する開口部の反対側の底面又は側面に少なくとも一つの貫通孔３を有し、その貫通孔３の直径が容器１の高さよりも小さい。また、各貫通穴３の間の最短距離をＡ（ｍｍ）及び容器１の板厚をＢ（ｍｍ）としたとき、Ａ×Ｂ≧１.０の関係式を満たすことが好ましい。容器１を支持台４に設置するとき、容器１と支持台４の間に容器支持足５により空隙を設けることが好ましい。
【選択図】 図４

Description

本発明は、半導体基板（ウェハ）を搭載して熱処理するためのヒータを収容支持する容器、特にフォトリソグラフィー工程で用いるコータデベロッパなどに好適に使用されるヒータ用の容器、及びこれを搭載した半導体製造装置に関する。

従来から、半導体の製造工程では、被処理物である半導体基板（ウェハ）に対して、成膜処理やエッチング処理など様々な処理が行われる。このようなウェハに対する処理を行う半導体製造装置においては、ウェハを保持し、加熱するためのヒータが用いられている。

例えば、フォトリソグラフィー工程においては、ウェハ上にレジスト膜パターンが形成される。この工程では、ウェハを洗浄後、加熱乾燥し、冷却後ウェハ表面にレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィー処理装置内のヒータ上にウェハを搭載し、乾燥した後、露光、現像などの処理が施される。このフォトリソグラフィー工程では、レジストを乾燥するときの温度が塗膜の品質に大きな影響を与えるので、ヒータによる加熱処理時の温度の均一性が重要である。

また、これらのウェハの処理は、スループットを向上させるために、できるだけ短時間で終わらせることが要求される。そのため、本発明者らは、加熱したヒータを短時間で冷却するために冷却手段を有する半導体製造装置を検討してきた。例えば、特開２００４−０１４６５５号公報では、ヒータのウェハ搭載面とは反対側の面に、当接及び分離が可能な冷却ブロックを備えた半導体製造装置を提案した。また、特開２００５−１５０５０６号公報では、冷却ブロックに冷却用液体の流路を形成し、冷却速度を更に向上させると共に、冷却開始から冷却終了までのヒータの温度の均一性を保つことができる半導体製造装置を提案した。

特開２００４−０１４６５５号公報 特開２００５−１５０５０６号公報

上記のフォトリソグラフィー工程で用いるコータデベロッパなどに好適に使用されるヒータなど、半導体製造装置に用いるヒータは、容器の開口部に設置されて収容支持されるため、容器とヒータとは間接的若しくは直接的に接している。また、一般にヒータのウェハ載置面を除く部分には、ヒータの温度を測定する測温素子や、ヒータに給電するための電極などが設置され、これらも容器内に収容されている。そして、これらの測温素子や電極に接続された給電用のリード線は、容器に貫通孔を形成することで外部との接続を確保している。

しかし、容器の開口部に設置されたヒータが加熱されているとき、ヒータから発せられる熱は、対流や輻射、伝熱によって、ヒータ自身の温度に影響を及ぼすことがある。即ち、容器にリード線挿通用の貫通孔が形成されると、その部分の輻射はなくなり、ヒータ温度のバランスが乱れることがある。また、貫通孔を形成することによって、新たに対流が発生しやすくなるため、ヒータの温度が乱れやすくなる。更に、容器を支持台上にそのまま設置すると、容器と支持台の接触具合によって容器が支持台で冷却されるため、容器の冷却されている部分に近いヒータ部は温度が下がりやすいといった問題点があった。

上記したように、ヒータが加熱されるとき、ヒータを収容支持している容器もその熱の影響を受けるため、容器そのものの形状は間接的にヒータ及びウェハの均熱性に影響を与える。しかしながら、ヒータを収容支持する容器の形状などに関しては、従来からほとんど検討されてこなかった。

本発明は、このような従来の事情に鑑み、ヒータが加熱されるときの熱の影響を抑えて、ヒータ及びウェハの均熱性に優れ、且つ耐久性に優れたヒータ用容器を提供すること、特にフォトリソグラフィー工程で用いるコータデベロッパなどに好適に使用されるヒータ用容器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明者らは、ヒータの均熱性に影響を与える容器に関して、その形状やリード線の引き回し、容器の支持台への設置方法を最適化することを検討し、本発明をなすに至ったものである。

即ち、本発明が提供する半導体加熱ヒータ用容器は、半導体を加熱するためのヒータを収容支持する容器であって、その開口部にヒータを設置し、開口部の反対側の底面又は側面に少なくとも一つの貫通孔を有すると共に、貫通孔の直径が容器の高さよりも小さいことを特徴とする。

上記本発明の半導体加熱ヒータ用容器においては、各貫通穴の間の最短距離をＡ（ｍｍ）及び容器の板厚をＢ（ｍｍ）としたとき、Ａ×Ｂ≧１.０の関係式を満たすことが好ましい。また、上記本発明の半導体加熱ヒータ用容器では、前記容器が支持台に設置され、容器と支持台の間に空隙を有することが好ましい。

更に、本発明は、上記した本発明の半導体加熱ヒータ用容器及びヒータを搭載したことを特徴とする半導体製造装置を提供するものである。

本発明によれは、ヒータの均熱性に優れ、且つ耐久性に優れた半導体加熱ヒータ用容器、特にフォトリソグラフィー工程で用いるコータデベロッパなどに好適に使用されるヒータ用容器を提供することができる。

本発明におけるヒータ用容器は、底部と側面を有する有底筒状であり、その開口部にヒータを設置する。このときのヒータの設置方法としては、例えば、図１に示すように、容器１の側面上部付近に設けた水平支持縁部１ａ上にヒータ２を支持する形態がある。この場合、ヒータ２の端部が容器１に直接接触しているため、容器１とヒータ２の間に断熱材を挿入することで、ヒータ２の端部の温度低下を防止することができる。また、別のヒータの設置方法としては、図２に示すように、容器１の底部に垂直支持足部１ｂを立設し、この垂直支持足部１ｂ上にヒータ２を設置することができる。

このようなヒータの設置方法において、ヒータに給電するための電極やヒータ温度を測定するための測温素子は、一般にヒータのウェハ載置面以外の部分、例えばヒータの下部付近に取り付けられる。このため、電極に給電するリード線や測温素子のリード線を容器外に取り出すために、図１〜２に示すように、容器１の底部あるいは側面部に貫通孔３を形成し、その貫通孔３に上記リード線類を挿通して外部に取り出すことが行われている。

容器に貫通孔を形成することによって、外部の空気が貫通孔を通して容器内に流れ込み、容器内を上昇してヒータに触れることになる。この場合、容器内に流れ込んだ空気は、容器内の空気と交じり合い、ヒータと接触するまでに若干加熱される。しかし、貫通孔の直径が大きいと、貫通孔から容器内に流れ込む空気の流れが大きくなり、周辺の空気により十分加熱されない冷たい空気がヒータに直接あたりやすくなるため、その部分のヒータ温度が低下して、均熱性が損なわれることになる。

そこで、本発明においては、ヒータ用容器に形成する貫通孔３の直径を、図１〜２に示すように、容器１の高さｈよりも小さくすることが必要である。この場合の容器の高さｈとは、容器１の底部内面から開口部に設置したヒータ２までの距離のことを言う。貫通孔の直径が容器の高さよりも小さい場合、即ち貫通孔の面積が容器の高さを直径とする円の面積より小さい場合には、貫通孔から容器内に流れ込む空気の流れが抑制され、容器内に流れ込んだ冷たい空気が十分に加熱されないままヒータに直接あたることが少なくなるため、ヒータの均熱性が向上する。尚、形成される貫通孔の形状としては、特に制約はなく、円形のほか、三角形や四角形などの多角形であっても良い。

また、容器に複数の貫通孔を形成する場合、各貫通孔の間隔は、貫通穴間の最短距離をＡ（ｍｍ）及び容器の板厚をＢ（ｍｍ）としたときに、Ａ×Ｂ≧１.０の関係式を満たすように配置することが好ましい。例えば、容器を形成する板材の厚みが１ｍｍである場合には、形成された貫通孔の間隔は、最短距離で１ｍｍ以上確保する必要がある。これよりも小さい間隔では、貫通孔の間の部分がヒータのヒートサイクルによって変形を生じ、容器に収容支持されているヒータにガタツキや傾きが生じやすくなり、ウェハ載置面に搭載するウェハに傾きが生じることがあるため好ましくない。

更に好ましくは、Ａ×Ｂ≧３.０とすることにより、上記のような問題点は全く発生しなくなる。以上のことから、ヒータの設計上、小さな間隔で複数の貫通孔を設置する必要がある場合には、上記関係式を考慮して、容器を形成する板厚を適切化することによって、容器の変形など不具合の発生を予め防止することができる。

また、容器を支持台上に設置する場合、通常のごとく容器の下部から上記リード線類を外部に取り出すためには、容器下部と支持台の間に空隙が必要となる。その場合、例えば図３に示すように、支持台４にも容器１の貫通孔３と対応する位置に貫通孔３ａを設け、リード線類を貫通孔３、３ａから外部に取り出することが通常行われている。

しかし、この場合には、容器と支持台が密着しているため、ヒータで発生した熱が容器を経由して支持台にまで伝わり、装置全体の温度が上がりやすく、ヒータの消費電力も増加する。また、容器と支持台とが部分的に接触していたり、接触していなかったりすると、支持台に接触している部分の容器の温度は低下しやすく、逆に支持台に接触していない部分の容器の温度は上昇しやすい。このため、容器内に温度ムラが発生しやすくなり、この温度ムラがヒータの均熱性を低下させる原因となる。

この問題点を解決するため、本発明のヒータ用容器においては、容器と支持台の間に空隙を形成することが好ましい。空隙を形成する手法に関しては、特に制約はないが、例えば図４〜５に示すように、容器１の底部に新たに容器支持足５を設置することで、容器１と支持台４の間に空隙を形成することができる。このとき、容器と支持台の間隔は、大きい方が好ましいが、少なくとも１ｍｍ以上あれば本発明の効果をより顕著に発現できるため好ましい。このように容器と支持台の間に空隙を設けることにより、容器全体が支持台に直接接触しないため、容器底部の温度分布が均一になりやすく、ヒータ及びウェハの均熱性の乱れを小さくすることができる。

本発明の容器を形成する材料については、特に制約はないが、コストを考慮すると、耐熱性を有する金属であることが好ましい。耐熱性の金属の場合、容器としてヒータを収容支持することから、ヒータの使用温度範囲内で変質しないものであれば特に制約はなく、例えば、ステンレス、ニッケル、モリブデン、タングステン、アルミニウム、銅などを用いることができる。また、これらの金属材料は、更に耐熱性を向上させるために、ニッケル、金、銀などのメッキ層を表面に形成しても良い。上記の金属材料のうちでは、耐熱性やコストを考慮すると、ステンレスが好ましい。

容器の板厚に関しては、特に制約はないが、ヒータのヒートサイクルによって破損や変形が発生しない程度にする必要がある。例えば、容器がステンレスの場合、支持するヒータの重量にもよるが、近年処理するウェハの口径が８インチ若しくは１２インチであることから、このような大口径のウェハを支持するために少なくとも１ｍｍ以上の板厚が必要である。また、容器底部の板厚は、ヒータと容器側面の重量がかかるため、１.５ｍｍ以上であることが好ましい。

一方、ヒータの材質は、金属やセラミックスなどであってよいが、近年における半導体配線の微細化の進展から、パーティクル発生量の少ないセラミックスが好ましい。金属のヒータを用いた場合には、ウェハ上にパーティクルが付着するという問題があるので好ましくない。セラミックスとしては、温度分布の均一性を重視するならば、熱伝導率の高い窒化アルミニウムや炭化珪素が好ましい。また、信頼性を重視するならば、窒化珪素が高強度で熱衝撃にも強いので好ましい。コストを重視するのであれば、酸化アルミニウムが好ましい。これらのセラミックスの中でも、性能とコストのバランスを考慮すれば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が特に好適である。

次に、ヒータの製造方法について、ＡｌＮの場合を例に詳述する。ＡｌＮの原料粉末は、比表面積が２.０〜５.０ｍ^２／ｇのものが好ましい。比表面積が２.０ｍ^２／ｇ未満の場合はＡｌＮの焼結性が低下し、逆に５.０ｍ^２／ｇを超えると粉末の凝集が非常に強くなるため取扱いが困難になる。更に、原料のＡｌＮ粉末に含まれる酸素量は、２重量％以下が好ましい。酸素量が２重量％を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。また、原料粉末に含まれるアルミニウム以外の金属不純物量は、２０００ｐｐｍ以下が好ましい。金属不純物量が上記範囲を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。特に、金属不純物として、Ｓｉなどの４族元素や、Ｆｅなどの鉄族元素は、焼結体の熱伝導率を低下させる作用が高いので、その含有量はそれぞれ５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。

また、ＡｌＮは難焼結性材料であるので、ＡｌＮ原料粉末に焼結助剤を添加することが好ましい。添加する焼結助剤は、希土類元素化合物が好ましい。希土類元素化合物は、焼結中にＡｌＮ粉末粒子の表面に存在するアルミニウム酸化物あるいはアルミニウム酸窒化物と反応して、ＡｌＮの緻密化を促進すると共に、ＡｌＮ焼結体の熱伝導率を低下させる原因となる酸素を除去する働きもあるので、得られるＡｌＮ焼結体の熱伝導率を向上させることができる。

焼結助剤としての希土類元素化合物の添加量は、０.０１〜５重量％の範囲が好ましい。添加量が０.０１重量％未満では、緻密な焼結体を得ることが困難であると共に、焼結体の熱伝導率が低下する。また、５重量％を超えると、ＡｌＮ焼結体の粒界に焼結助剤が存在することになるので、腐食性雰囲気で使用する場合、この粒界に存在する焼結助剤がエッチングされ、脱粒やパーティクルの原因となる。更に好ましくは焼結助剤の添加量は、１重量％以下である。１重量％以下であれば、粒界の３重点にも焼結助剤が存在しなくなるので、耐食性が向上する。

上記希土類元素化合物の中では、特に酸素を除去する働きが顕著であるイットリウム化合物が好ましい。また、希土類元素化合物は、酸化物、窒化物、フッ化物、ステアリン酸化合物などが使用できる。これらの中で、酸化物は安価で入手が容易であるため好ましい。また、ステアリン酸化合物は、有機溶剤との親和性が高いので、ＡｌＮ原料粉末と焼結助剤などを有機溶剤で混合する場合には、混合性が高くなるので特に好適である。

これらのＡｌＮ原料粉末や焼結助剤粉末に、所定量の溶剤、バインダー、更には必要に応じて分散剤や邂逅剤を添加して、混合する。混合方法は、ボールミル混合や超音波による混合などが可能である。このような混合によって、原料スラリーを得ることができる。得られたスラリーを成形し、焼結することによって、ＡｌＮ焼結体を得ることができる。その際のヒータ作製方法には、コファイアー法とポストメタライズ法の２種類の方法がある。

まず、ポストメタライズ法について説明する。前記スラリーをスプレードライアー等の手法によって、顆粒を作製する。この顆粒を所定の金型に挿入し、プレス成形を施す。この時のプレス圧力は、９.８ＭＰａ未満では成形体の強度が充分に得られないことが多く、ハンドリングなどで破損し易くなるため、９.８ＭＰａ以上であることが望ましい。

成形体の密度は、バインダーの含有量や焼結助剤の添加量によって異なるが、１.５〜２.５ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。成形体密度が１.５ｇ／ｃｍ^３未満であると、原料粉末粒子間の距離が相対的に大きくなるので、焼結が進行し難くなる。また、成形体密度が２.５ｇ／ｃｍ^３を超えると、次工程の脱脂処理で成形体内のバインダーを充分除去することが困難となるため、前述のように緻密な焼結体を得ることが難しくなる。

次に、前記成形体を非酸化性雰囲気中で加熱し、脱脂処理を行う。非酸化性雰囲気ガスとしては、窒素やアルゴンが好ましい。大気等の酸化性雰囲気で脱脂処理を行うと、ＡｌＮ粉末の表面が酸化されるので、焼結体の熱伝導率が低下する。脱脂処理の加熱温度は、５００℃以上１０００℃以下が好ましい。５００℃未満の温度では、バインダーを充分除去することができず、脱脂処理後の成形体中にカーボンが過剰に残存するので、その後の焼結工程での焼結を阻害する。また、１０００℃を超える温度では、残存するカーボンの量が少なくなり過ぎるので、ＡｌＮ粉末表面に存在する酸化被膜の酸素を除去する能力が低下し、焼結体の熱伝導率が低下する。脱脂処理後の成形体中に残存する炭素量は、１.０重量％以下であることが好ましい。１.０重量％を超える炭素が残存していると、焼結を阻害するので、緻密な焼結体を得ることができない。

次いで、成形体の焼結を行う。焼結は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中において、１７００〜２０００℃の温度で行う。この時、使用する非酸化性雰囲気ガス中に含有される水分は、露点で−３０℃以下であることが好ましい。これ以上の水分を含有する場合、焼結時にＡｌＮが雰囲気ガス中の水分と反応して酸窒化物が形成されるので、熱伝導率が低下する可能性がある。また、雰囲気ガス中の酸素量は、０.００１体積％以下であることが好ましい。酸素量が多いとＡｌＮの表面が酸化して、熱伝導率が低下する可能性がある。

更に、焼結時に使用する治具は、窒化ホウ素（ＢＮ）成形体が好適である。このＢＮ成形体は、前記焼結温度に対し充分な耐熱性を有すると共に、その表面に固体潤滑性があるので、焼結時に成形体が収縮する際の治具と成形体との間の摩擦を小さくすることができるので、歪みの少ない焼結体を得ることができる。

得られた焼結体は、必要に応じて加工を施す。次工程で導電ペーストをスクリーン印刷する場合、焼結体の表面粗さはＲａで５μｍ以下であることが好ましい。表面粗さＲａが５μｍを超えるとスクリーン印刷により回路形成した際に、パターンのにじみやピンホールなどの欠陥が発生しやすくなる。表面粗さはＲａで１μｍ以下であれば更に好適である。

上記表面粗さを得るための研磨加工は、焼結体の両面にスクリーン印刷する場合は当然であるが、片面のみにスクリーン印刷を施す場合でも、スクリーン印刷する面と共に反対側の面も研磨加工を施す方がよい。スクリーン印刷する面のみを研磨加工した場合、スクリーン印刷時には、研磨加工していない面で焼結体を支持することになる。その時、研磨加工していない面には突起や異物が存在することがあるので、焼結体の固定が不安定になり、スクリーン印刷で回路パターンがうまく描けないことがあるからである。

また、焼結体の両加工面の平行度は、０.５ｍｍ以下であることが好ましい。平行度が０.５ｍｍを超えると、スクリーン印刷時に導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平行度は０.１ｍｍ以下であることが特に好適である。更に、スクリーン印刷する面の平面度は、０.５ｍｍ以下であることが好ましい。平面度が０.５ｍｍを超える場合には、やはり導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平面度も０.１ｍｍ以下であれば特に好適である。

上記のごとく研磨加工を施した焼結体に、スクリーン印刷により導電ペーストを塗布し、電気回路の形成を行う。導体ペーストは、金属粉末に、必要に応じて酸化物粉末と、バインダー及び溶剤を混合することにより得ることができる。金属粉末としては、セラミックスとの熱膨張係数のマッチングから、タングステンやモリブデンあるいはタンタルが好ましい。また、ＡｌＮとの密着強度を高めるために、酸化物粉末を添加することもできる。酸化物粉末は、２Ａ族元素や３Ａ族元素の酸化物、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などが好ましい。特に酸化イットリウムは、ＡｌＮに対する濡れ性が非常に良好であるため好ましい。これらの酸化物の添加量は、０.１〜３０重量％が好ましい。０.１重量％未満の場合、形成した電気回路である金属層とＡｌＮとの密着強度が低下する。また、３０重量％を超えると、電気回路である金属層の電気抵抗値が高くなる。

導電ペーストの厚みは、乾燥後の厚みで、５〜１００μｍであることが好ましい。厚みが５μｍ未満の場合は、電気抵抗値が高くなりすぎると共に、密着強度が低下する。また、形成する回路パターンが、ヒータ回路（発熱体回路）の場合は、パターンの間隔は０.１ｍｍ以上とすることが好ましい。０.１ｍｍ未満の間隔では、発熱体に電流を流したときに、印加電圧及び温度によっては漏れ電流が発生し、ショートすることがある。特に、５００℃以上の温度で使用する場合には、パターン間隔は１ｍｍ以上とすることが好ましく、３ｍｍ以上であれば更に好ましい。

次に、導電ペーストを脱脂した後、焼成して電気回路を形成する。導電ペーストの脱脂は窒素やアルゴン等の非酸化性雰囲気中で行う。また、脱脂温度は５００℃以上が好ましい。脱脂温度が５００℃未満では、導電ペースト中のバインダーの除去が不十分なため、金属層内にカーボンが残留し、焼成したときに金属の炭化物を形成するので、金属層の電気抵抗値が高くなる。

また、導電ペーストの焼成は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１５００℃以上の温度で行うのが好適である。１５００℃未満の温度では、導電ペースト中の金属粉末の粒成長が進行しないので、焼成後の金属層の電気抵抗値が高くなり過ぎる。また、焼成温度はセラミックスの焼結温度を超えない方がよい。セラミックスの焼結温度を超える温度で導電ペーストを焼成すると、セラミックス中に含有される焼結助剤などが揮散しはじめ、更には導電ペースト中の金属粉末の粒成長が促進されてセラミックスと金属層との密着強度が低下する。

次に、形成した金属層の絶縁性を確保するために、金属層の上に絶縁性コートを形成することができる。絶縁性コートの材質は、電気回路との反応性が小さく、ＡｌＮとの熱膨張係数差が５.０×１０^−６／Ｋ以下であれば特に制約はない。例えば、結晶化ガラスやＡｌＮ等が使用できる。これらの材料を、例えばペースト状にして、所定の厚みのスクリーン印刷を行い、必要に応じて脱脂を行った後、所定の温度で焼成することにより絶縁性コートを形成することができる。

更に、必要に応じて、セラミックス基板を積層することができる。セラミックス基板の積層は、接合剤を介して行うのが良い。接合剤としては、酸化アルミニウム粉末や窒化アルミニウム粉末に、２Ａ族元素化合物や３Ａ族元素化合物とバインダー及び溶剤を加え、ペースト化したものを接合面にスクリーン印刷等の手法で塗布する。塗布する接合剤の厚みに特に制約はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満の厚みでは、接合層にピンホールや接合ムラ等の接合欠陥が生じやすくなる。

接合剤を塗布したセラミックス基板を、非酸化性雰囲気中にて５００℃以上の温度で脱脂する。その後、積層するセラミックス基板を重ね合わせ、所定の荷重を加え、非酸化性雰囲気中で加熱することにより、セラミックス基板同士を接合する。その際の荷重は、５ｋＰａ以上であることが好ましい。５ｋＰａ未満の荷重では、充分な接合強度が得られないか、若しくは前記した接合欠陥が生じやすい。接合するための加熱温度は、セラミックス基板同士が接合層を介して十分密着する温度であれば特に制約はないが、１５００℃以上であることが好ましい。１５００℃未満では十分な接合強度が得られにくく、接合欠陥を生じやすい。前記脱脂並びに接合時の非酸化性雰囲気は、窒素やアルゴンなどを用いることが好ましい。

以上のようにして、ヒータとなるセラミックス積層焼結体を得ることができる。尚、電気回路としては、上述した導電ペーストを用いずに、例えば、ヒータ回路であればモリブデン線（コイル）を使用し、静電吸着用電極やＲＦ電極などの場合にはモリブデンやタングステンのメッシュ（網状体）を用いることも可能である。この場合、ＡｌＮ原料粉末中に上記モリブデンコイルやメッシュを内蔵させ、ホットプレス法により作製することができる。ホットプレスの温度や雰囲気は、前記ＡｌＮの焼結温度及び焼結雰囲気に準ずればよいが、ホットプレス圧力は０.９８ＭＰａ以上加えることが望ましい。０.９８ＭＰａ未満の圧力では、モリブデンコイルやメッシュとＡｌＮの間に隙間が生じ、ヒータやウェハ保持体としての性能が出なくなることがある。

次に、コファイアー法について説明する。まず、前述した原料スラリーをドクターブレード法によりシート成形する。シート成形に関して特に制約はないが、シートの厚みは乾燥後で３ｍｍ以下が好ましい。シートの厚みが３ｍｍを超えると、スラリーの乾燥収縮量が大きくなるので、シートに亀裂が発生する確率が高くなる。

このシート上に、導体ペーストをスクリーン印刷などの手法により塗布することにより、所定形状の電気回路となる金属層を形成する。導電ペーストとしては、上述のポストメタライズ法で説明したものと同じものを用いることができる。ただし、コファイアー法では、導電ペーストに酸化物粉末を添加しなくても支障は少ない。

次に、回路形成を行ったシート及び回路形成をしていないシートを積層する。積層の方法は、各シートを所定の位置にセットし、重ね合わせる。この時、必要に応じて各シート間に溶剤を塗布しておく。シートを重ね合わせた状態で、必要に応じて加熱する。加熱する場合、加熱温度は１５０℃以下であることが好ましい。これを超える温度に加熱すると、積層したシートが大きく変形する。そして、重ね合わせたシートに圧力を加えて一体化する。加える圧力は１〜１００ＭＰａの範囲が好ましい。１ＭＰａ未満の圧力では、シートが充分に一体化せず、その後の工程中に剥離することがある。また、１００ＭＰａを超える圧力を加えると、シートの変形量が大きくなり過ぎるため好ましくない。

このシート積層体を、前述のポストメタライズ法と同様に、脱脂処理並びに焼結を行う。脱脂処理や焼結における温度及び炭素量等は、ポストメタライズ法の場合と同じである。尚、前述した導電ペーストをシートに印刷する際に、複数のシートにそれぞれヒータ回路や静電吸着用電極等を印刷し、それらを積層することによって、複数の電気回路を有するヒータを容易に作製することも可能である。また、発熱体回路などの電気回路が、セラミックス積層体の最外層に形成されている場合には、電気回路の保護と絶縁性の確保のために、前述のポストメタライズ法の場合と同様に、電気回路の上に絶縁性コートを形成することができる。このようにして、ヒータとなるセラミックス積層焼結体を得ることができる。

得られたセラミックス積層焼結体は、必要に応じて加工を施す。通常、焼結した状態では、半導体製造装置で要求される精度に入らないことが多い。加工精度は、例えば、被処理物のウェハを搭載するウェハ載置面の平面度は０.５ｍｍ以下が好ましく、０.１ｍｍ以下が更に好ましい。平面度が０.５ｍｍを超えると、ウェハとヒータとの間に隙間が生じやすくなり、ヒータの熱がウェハに均一に伝わらなくなるため、ウェハの温度ムラが発生しやすくなる。

また、ウェハ載置面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下が好ましい。Ｒａで５μｍを超えると、ヒータと被処理物との摩擦によって、ＡｌＮの脱粒が多くなることがある。この時、脱粒した粒子はパーティクルとなり、ウェハへの成膜やエッチングなどの処理に対して悪影響を与えることになる。表面粗さは、Ｒａで１μｍ以下であれば更に好適である。

［実施例１］
直径３３０ｍｍ、厚み１０ｍｍ、焼結助剤であるイットリウム含有量が酸化物換算で０.６重量％の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板を準備した。このＡｌＮ基板に、Ｗペーストをスクリーン印刷して発熱体回路を形成した。使用したＷペーストは、Ｗ粉末にイットリア（Ｙ_２Ｏ_３）を１.０重量％加え、更に有機溶剤とバインダーを加えて、ペースト状にしたものである。これを窒素雰囲気中にて８００℃で脱脂処理した後、窒素雰囲気中にて１８００℃で焼き付け、ヒータ基板を得た。

次に、ＡｌＮ粉末１００重量部に対し１重量部のＹ_２Ｏ_３を加え、更に有機バインダーと溶剤を加えてペーストを作製した。このペーストを上記ヒータ基板の電極取付部以外に、スクリーン印刷にて１００μｍの厚みになるように塗布し、乾燥した後、窒素雰囲気中にて８００℃で脱脂し、窒素雰囲気中にて１８００℃で焼き付けた。得られたヒータに対して、ウェハ載置面を平面度１０μｍ以下になるように研磨し、プロキシミティが設置できる深さ０.９ｍｍの座繰り加工を１０箇所施し、そこに直径１ｍｍのアルミナボールを設置した。

一方、容器として、板厚２ｍｍのステンレス板を所定の形状に切り出し、図１及び図２の形状の容器を溶接により作製した。この容器の高さはそれぞれ５０ｍｍとし、容器の直径は図１の形状ではヒータと同じ３３０ｍｍ、図２の形状では３３５ｍｍとした。次に、これらの容器の底部に、ヒータに給電するための電極に接続するリード線用の貫通孔と、測温素子のリード線用の貫通孔を、合計３つ形成した。その際、貫通孔の直径、貫通孔間の最短間隔、及び貫通孔間の最短間隔（Ａ）×容器の板厚（Ｂ）を、試料ごとに下記表１に示すように変化させた。

これら試料１〜１４の各容器の開口部に、それぞれ上記ヒータを設置した。更に、ヒータのウェハ載置面に測温抵抗体を備えたウェハを載置し、その均熱性を測定した。尚、このときのヒータの温度は、ウェハの平均温度が１５０℃になるように調整した。また、上記均熱性の測定後、常温から２００℃までの昇降温を１００回繰り返す耐久試験（加速試験）を行った後、再度１５０℃での均熱性を測定した。得られた結果を下記表１に示した。

また、ステンレス容器の板厚（Ｂ）を４ｍｍに変更すると共に、貫通孔間の最短距離（Ａ）を変えた以外は上記と同じ容器を用意した。これら試料１５〜２８の各容器の開口部に上記ヒータを設置し、上記と同様にして、ウェハの均熱性並びに耐久試験後の均熱性を測定し、その結果を下記表２に示した。

以上のことから、貫通孔の直径をヒータ容器の高さよりも小さくすることによって、優れた均熱性が得られることが分かる。また、貫通孔間の最短間隔と容器板厚の積が１.０未満になると、容器の耐久性が低下すると共に、耐久試験後の均熱性も低下してしまうことが分かる。

［実施例２］
上記実施例１における試料７、試料１４、試料２１、試料２８の容器を用い、図４又は図５に図示する方法で容器を支持台上に設置した。即ち、容器と支持台の間に直径４ｍｍの複数のステンレス棒を溶接して容器支持足とし、この容器支持足により容器と支持台の間隔が１５ｍｍとなるように容器を設置した。各容器の開口部に上記ヒータを設置し、上記実施例１と同様にして、ウェハの均熱性を測定した。

その結果、試料７の均熱性は、上記実施例１では０.３５℃であったのに対し、０.２８℃に向上した。同様に、試料１４の均熱性は０.２２℃（実施例１では０.２９℃）に、試料２１の均熱性は０.２９℃（実施例１では０.３７℃）に、及び試料２８の均熱性は０.２０℃（実施例１では０.２８℃）にまで向上した。更に、これらの試料について、上記実施例１と同様の耐久試験を実施したが、均熱性の低下は見られなかった。

更に、上記試料１４の容器について、容器と支持台の間隔を下記表３に示すように変え、上記実施例１と同様にして、ウェハの均熱性並びに耐久試験後の均熱性を測定し、その結果を下記表３に示した。

ヒータ用容器の一具体例を示す概略の断面図である。 ヒータ用容器の他の具体例を示す概略の断面図である。 ヒータ用容器の別の具体例を示す概略の断面図である。 ヒータ用容器の更に別の具体例を示す概略の断面図である。 ヒータ用容器の更に別の具体例を示す概略の断面図である。

符号の説明

１ 容器
１ａ 水平支持縁部
１ｂ 垂直支持足部
２ ヒータ
３、３ａ 貫通孔
４ 支持台
５ 容器支持足

Claims (4)

1. 半導体を加熱するためのヒータを収容支持する容器であって、その開口部にヒータを設置し、開口部の反対側の底面又は側面に少なくとも一つの貫通孔を有すると共に、貫通孔の直径が容器の高さよりも小さいことを特徴とする半導体加熱ヒータ用容器。
2. 前記各貫通穴の間の最短距離をＡ（ｍｍ）及び容器の板厚をＢ（ｍｍ）としたとき、Ａ×Ｂ≧１.０の関係式を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の半導体加熱ヒータ用容器。
3. 前記容器が支持台に設置され、容器と支持台の間に空隙を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の半導体加熱ヒータ用容器。
4. 前記容器及びヒータを搭載したことを特徴とする半導体製造装置。
   
   
   

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