JP2007088498A - 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
【課題】 半導体製造工程でウエハを処理する高温域においてウエハ載置面の平面度を高め、加熱処理時における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。
【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、非加熱時(常温)のウエハ載置面の反り形状が0.001〜0.7mm/300mmの凹状である。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
【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、非加熱時(常温)のウエハ載置面の反り形状が0.001〜0.7mm/300mmの凹状である。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
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。
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。
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で加熱される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。
このような均熱性の要求に対して、セラミックスヒーターにウエハを載置した際に、ウエハ載置面とウエハの間に隙間が生じると均一な加熱が出来なくなることから、精密加工によりウエハ載置面の平面度を上げることが追求されてきた。しかしながら、セラミックスヒーターの大口径化に伴い、ウエハ表面の均熱性に対する上記要求の実現は困難になりつつある。
特公平6−28258号公報
上記したように、従来から均熱性向上のためにウエハ載置面の平面度を上げることが追求されてきたが、近年においてウエハの大口径化が進むとともに、均熱性の要求を満たすことが難しくなりつつある。
例えば、上記特公平6−28258号公報記載のように、セラミックスヒーターに支持部材を接合すると、抵抗発熱体に電流を流して発熱させた熱がセラミックスヒーターから支持部材を伝わって反応容器側へ逃げるため、ウエハ載置面に比べて支持部材側の熱膨張が小さくなり、ウエハ載置面が凸状になるような応力が掛かる。従って、精密加工により室温でのウエハ載置面の平面度を上げても、実際にウエハを処理する際の高温域においてはウエハ載置面が凸の形状に反るため、ウエハとの間に隙間が生じてウエハへの熱伝導に不均一性を生じ、ウエハ表面の均熱性は上がらなかった。
本発明は、このような従来の事情に鑑み、半導体製造工程でウエハを処理する高温域においてウエハ載置面の平面度を高め、加熱処理時における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。
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、ウエハ載置面の反り形状が非加熱時において0.001〜0.7mm/300mmの凹状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。
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。
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。
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。
本発明によれば、半導体製造工程でウエハを処理する高温域においてウエハ載置面の平面度を高めることにより、加熱処理時における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。
本発明者らは、半導体製造装置用セラミックスヒーターのウエハ載置面における平面度について検討した結果、従来のセラミックスヒーターはウエハ載置面が一般に常温で凸(以下、+方向とも言う)になるような反りの状態にあるうえ、抵抗発熱体に通電することにより温度が上昇し、ヤング率が低下すると、更に+方向の反りが大きくなることを見出した。
そこで、本発明においては、セラミックスヒーターの常温における反りの状態を、ウエハ載置面が凹(以下、−方向とも言う)になるように調整することにより、実際のウエハ処理時の高温域においてウエハ載置面の平面度を従来よりも高めることができた。即ち、本発明のセラミックスヒーターでは、ウエハ載置面の反り形状を、非加熱時(常温)において、ウエハ載置面の長さ300mm当たり0.001〜0.7mmの凹状とする。
このような常温での反り形状とすることによって、実際のウエハ処理時の高温域においては、セラミックスヒーターが+方向に反るため、そのウエハ載置面の平面度が向上してウエハとの間の隙間をほぼ無くすことができる。その結果、本発明においては、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%以下に、及び10〜100W/mKのセラミックスヒーターでは±1.0%以下にすることができる。
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の一表面上に所定回路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をガラスあるいはセラミックスからなる接着層4により接合してある。尚、抵抗発熱体3の回路パターンは、例えば線幅と線間隔が5mm以下、更に好ましくは1mm以下になるように形成されている。
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1と同様に、一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14bにより接合してある。
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用いて抵抗発熱体及び/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、全体を同時に焼結して一体化しても良い。
[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。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って、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。
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。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って、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。
1枚のAlN基板の一表面上に、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、所定の発熱体回路パターンを形成した。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、Wの抵抗発熱体を形成した。
残り1枚のAlN基板の一表面に、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、AlN製のセラミックスヒーターを得た。
また、上記窒化アルミニウムのスプレードライ粉末を、1ton/cm2でのCIP成形により、焼結後の寸法が外径100mm、内径90mm、長さ200mmになるように成形加工し、非酸化性雰囲気中にて800℃で脱脂した後、1900℃で4時間焼成して、AlN焼結体からなるパイプ状の支持部材を得た。
このAlN製のパイプ状支持部材の一端面を前記AlN製のセラミックスヒーターの中央にあてがい、温度800℃で2時間加熱してホットプレス接合した。このとき、ホットプレス接合時の治具の反り量を調整することにより、接合後におけるセラミックスヒーターの初期反り量を試料毎に下記表1に示す値となるように変化させた。
このようにして得られた図1の構造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って、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について、500℃での反り量を測定した。
また、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、上記500℃加熱時におけるウエハの表面温度分布を測定し、ウエハ表面の均熱性を求めた。得られた結果を、試料毎に下記表1に示した。尚、表1の各反り量の欄において、+は反り方向が+方向(凸状)であることを、−は反り方向が−方向(凹状)であることを表す(以下の各表において同じ)。
上記表1に示すように、AlN製のセラミックスヒーターに要求されるウエハ表面の均熱性(±0.5%以下)を得るためには、セラミックスヒーターのウエハ載置面の初期反り形状を−方向に0.001〜0.7mm/300mmの範囲内の凹状とすることが必要であった。
[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、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。
窒化珪素(Si3N4)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。
1枚のSi3N4基板の一表面上に、実施例1と同じ方法で、Wの抵抗発熱体を形成した。残り1枚のSi3N4基板の表面にはSiO2系接着剤の層を形成し、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℃に加熱して接合することにより、Si3N4製のセラミックスヒーターを得た。
また、上記窒化珪素のスプレードライ粉末を、1ton/cm2でのCIP成形により、焼結後の寸法が外径100mm、内径90mm、長さ200mmになるように成形加工し、非酸化性雰囲気中にて800℃で脱脂した後、1900℃で4時間焼成して、Si3N4焼結体からなるパイプ状支持部材を得た。
このSi3N4製のパイプ状支持部材の一端面を前記Si3N4製のセラミックスヒーターの中央にあてがい、温度800℃で2時間加熱して接合した。このとき、ホットプレス接合時の治具の反り量を調整することにより、接合後におけるセラミックスヒーターの初期反り量を試料毎に下記表2に示す値となるように変化させた。
このようにして得られた図1の構造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って、セラミックスヒーターの温度を500℃まで昇温した。その際、ウエハ載置面の500℃での反り量を測定した。また、セラミックスヒーターのウエハ載置面上に載せた厚み0.8mm、直径300mmのシリコンウエハについて、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。
上記表2に示すように、熱伝導率が20W/mKである窒化珪素製のセラミックスヒーターにおいても、そのウエハ載置面の初期反り形状を−方向に0.001〜0.7mm/300mmの範囲内の凹状にすることにより、要求されるウエハ表面の均熱性(±1.0%以下)を得ることができた。
[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。
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。
1枚のAlON基板の一表面上に、実施例1と同じ方法で、Wの抵抗発熱体を形成した。残り1枚のAlON基板の表面にはSiO2系接着剤の層を形成し、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℃に加熱して接合することにより、AlON製のセラミックスヒーターを得た。
また、上記酸窒化アルミニウムのスプレードライ粉末を、1ton/cm2でのCIP成形により、焼結後の寸法が外径100mm、内径90mm、長さ200mmになるように成形加工し、非酸化性雰囲気中にて800℃で脱脂した後、1900℃で4時間焼成して、AlON焼結体からなるパイプ状支持部材を得た。
このAlON製のパイプ状支持部材の一端面を前記AlON製のセラミックスヒーターの中央にあてがい、温度800℃で2時間加熱して接合した。このとき、ホットプレス接合時の治具の反り量を調整することにより、接合後におけるセラミックスヒーターの初期反り量を試料毎に下記表3に示す値となるように変化させた。
このようにして得られた図1の構造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って、セラミックスヒーターの温度を500℃まで昇温した。その際、ウエハ載置面の500℃での反り量を測定した。また、セラミックスヒーターのウエハ載置面上に載せた厚み0.8mm、直径300mmのシリコンウエハについて、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。
上記表3に示すように、熱伝導率が20W/mKである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、そのウエハ載置面の初期反り形状を−方向に0.001〜0.7mm/300mmの範囲内の凹状にすることにより、要求されるウエハ表面の均熱性(±1.0%以下)を得ることができた。
[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2枚、及びAlN製のパイプ状支持部材を製造した。
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2枚、及びAlN製のパイプ状支持部材を製造した。
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基板の一表面上に設ける抵抗発熱体の材料をそれぞれMo、Pt、Ag−Pd、Ni−Crに変化させ、それぞれのペーストを印刷塗布して非酸化性雰囲気中で焼き付けた。
その後、残り1枚のAlN基板にはSiO2系接着剤を塗布し、上記AlN基板の抵抗発熱体を形成した面に重ね合わせると共に、AlN製のパイプ状支持部材との接合部にもSiO2系接着剤を塗布し、非酸化性雰囲気にて800℃で脱脂して800℃で接合した以外は実施例1と同様にして、AlN製のセラミックスヒーターを得た。このとき、接合時の治具の反り量を調整することにより、接合後におけるセラミックスヒーターの初期反り量を試料毎に下記表4に示す値となるように変化させた。
このようにして得られた抵抗発熱体の材質が異なる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って、セラミックスヒーターの温度を500℃まで昇温した。その際、ウエハ載置面の500℃での反り量を測定した。また、セラミックスヒーターのウエハ載置面上に載せた厚み0.8mm、直径300mmのシリコンウエハについて、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。
上記表4に示すように、抵抗発熱体がMo、Pt、Ag−Pd、Ni−Crの場合においても、そのウエハ載置面の初期反り形状を−方向に0.001〜0.7mm/300mmの範囲内の凹状にすることによって、実施例1と同様に加熱処理時のウエハ表面の均熱性について良好な結果が得られた。
[実施例5]
窒化アルミニウム粉末に焼結助剤、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。
窒化アルミニウム粉末に焼結助剤、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。
次に、このグリーンシートを80℃で5時間乾燥した後、W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一表面上に印刷塗布して、所定回路パターンの抵抗発熱体層を形成した。また、別の1枚のグリーンシートを同様に乾燥し、その一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。
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の窒化アルミニウム板状体を得た。これを直径380mmの円板状に切り出し、外周部を直径300mmになるまで研磨して、内部に抵抗発熱体とプラズマ電極を有する図2の構造のAlN製セラミックスヒーターを得た。
また、実施例1と同様の方法で製作したAlN製のパイプ状支持部材の端面を上記セラミックスヒーターの中央にあてがい、温度800℃で2時間加熱して接合した。尚、この接合時の治具の反り量を調整することにより、接合後におけるセラミックスヒーターの初期反り量を試料毎に下記表5に示す値となるように変化させた。
このようにして得られた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って、セラミックスヒーターの温度を500℃まで昇温した。その際、ウエハ載置面の500℃での反り量を測定した。また、セラミックスヒーターのウエハ載置面上に載せた厚み0.8mm、直径300mmのシリコンウエハについて、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。
上記表5に示すように、抵抗発熱体とプラズマ電極を有するセラミックスヒーターにおいても、そのウエハ載置面の初期反り形状を−方向に0.001〜0.7mm/300mmの範囲内の凹状にすることにより、加熱処理時のウエハ表面の均熱性に関して良好な結果が得られた。
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
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 (4)
- 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、ウエハ載置面の反り形状が非加熱時において0.001〜0.7mm/300mmの凹状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1〜3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。
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CN111755361A (zh) * | 2019-03-26 | 2020-10-09 | 日本碍子株式会社 | 半导体制造装置用部件及其制造方法、成形模具 |
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A761 | Written withdrawal of application |
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