JP3568194B2 - 半導体熱処理用セラミックヒーター - Google Patents
半導体熱処理用セラミックヒーター Download PDFInfo
- Publication number
- JP3568194B2 JP3568194B2 JP2000186020A JP2000186020A JP3568194B2 JP 3568194 B2 JP3568194 B2 JP 3568194B2 JP 2000186020 A JP2000186020 A JP 2000186020A JP 2000186020 A JP2000186020 A JP 2000186020A JP 3568194 B2 JP3568194 B2 JP 3568194B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic heater
- power supply
- ceramic
- plasma
- resistance heating
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
- Surface Heating Bodies (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体熱処理用セラミックヒーターに係り、さらに詳しくは半導体ウェハーを効率的に加熱できる半導体熱処理用セラミックヒーター関する。
【0002】
半導体装置の製造に当たっては、たとえば半導体ウェハーに対するプラズマCVD、プラズマエッチングなどの加工処理が施される。これらの加工処理は、一般的に、密閉化が可能な容器内において、予め、内装・設置してあるセラミック面ヒーター本体上に、被加工体を位置決め配置し、被加工体に加熱を施しながら行われる。そして、高性能ないし高信頼性を有する半導体装置を歩留まりよく、しかも量産的に得るために、加熱処理が一つの重要なファクターとなる。
【0003】
ここで、セラミック面ヒーター本体は、たとえば緻密でガスタイトなセラミックス成形体の内部に、タングステン線やモリブデン線などで形成したスパイラル状の抵抗発熱体を埋設したものである。そして、セラミック面ヒーター本体が埋蔵する抵抗発熱体に、一端側が接続した電極部をセラミックス成形体外に導出させ、この電極部に、たとえばタングステン製もしくはモリブデン製の給電体(給電棒ないし給電太線)の一端部を電気的・機械的に接続する一方、他端部を容器外に導出して所要の給電が行われ、半導体熱処理用セラミックヒーターとして機能する構造を採っている。なお、セラミックス成形体は、たとえばアルミナ系やシリカ系、窒化アルミ系、窒化ケィ素系、あるいはサイアロンなどで形成されている。
【0004】
また、上記セラミックヒーターの構成においては、給電体がプラズマ雰囲気に曝されることに伴って、腐食・損傷などを起こすことを回避するため、保護パイプ内を挿通させている。すなわち、プラズマCVDやプラズマエッチングなどにおいては、処理雰囲気中に腐食性の化学種が発生して、露出しているタングステン製もしくはモリブデン製の給電体が損傷され、所要の給電機能や機械的な支持機能などが損なわれ易いので、これを防止ないし回避するために、保護管を挿通させて保護している。
【0005】
図2は、上記セラミックヒーターを内装・装着したプラズマエッチング装置の概略構成を示す断面図である。図2において、1は密閉型化が可能な容器(真空チャンバー)、2は被加工体、たとえばシリコンウェハー3を載置するセラミック面ヒーター本体、4a、4bは給電体、5はたとえば窒化アルミ製の保護管、6は装置本体側に連接するフランジ部であり、フランジ部6より先端側は冷却される構成と成っている。
【0006】
ところで、半導体装置の高集積度化に伴い加工が微細化する一方、量産性および歩留まりなどコスト面が配慮される。つまり、半導体装置の製造工程においては、加工・処理装置の再現性ないし安定性が、信頼性の高い半導体装置を製造する上で望まれる。そして、加工・処理の安定性などは、たとえば加熱手段において安定した加熱機能が要求され、さらに、低コスト化などの点からは、セラミックヒーターなどを含む加工・処理装置の耐久性が望まれる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成のセラミックヒーターの場合は、次のような不都合がある。すなわち、所要の加熱加工・処理を施すに当たっては、均一な加熱ないし安定した加熱とともに、省資源の点からは、より効率的に発熱を利用することが望まれる。この発熱の利用効率は、セラミック面ヒーター本体2上にセットされた被加工体3およびその周縁部の加熱に利用される割合であり、したがって、被加工体3をセットした領域外での放熱は、極力少ないことが望まれる。
【0008】
ところが、上記構成のセラミックヒーターの場合は、給電体を貫挿・被覆保護するセラミック製の保護管5を介した放熱により、セラミック面ヒーター本体2の面内温度分布の低下を招来し易い傾向がある。つまり、保護管5がセラミック面ヒーター本体2に対接した構造を採っていること、加えて、保護管5のフランジ部6が冷却される構成となっているため、温度勾配がついて発熱の利用効率が損なわれる。また、前記温度勾配の発生は、セラミック面ヒーター本体2に対する保護管5の接合部に応力を発生させ、接合の信頼性が損なわれる。
【0009】
上記したように、従来の半導体熱処理用セラミックヒーターの場合は、発熱の利用効率に問題がある上、面内温度分布の低下や耐久性など機能的にも、十分満足して実用に供し得るとはいえない。つまり、この種の半導体熱処理用セラミックヒーターを付設した加工装置は、加熱効率が劣り、耐久性ないし信頼性の点で、結果的に、コストアップとなって半導体装置の製造コストに大きく影響する。
【0010】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、低コストで得られ、かつ加熱効率が高く、半導体装置の加熱・加工処理に適する半導体熱処理用セラミックヒーターの提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、放熱・加熱面をなす窒化アルミ系成形体層と、前記窒化アルミ系成形体層に埋め込み型に配置された抵抗発熱素子と、前記抵抗発熱素子に一端がそれぞれ接続する給電体と、前記給電体の外周面を被覆する耐プラズマ性の被覆層とを有することを特徴とする半導体熱処理用セラミックヒーターである。
【0012】
請求項2の発明は、請求項1記載の半導体熱処理用セラミックヒーターにおいて、耐プラズマ性の被覆層がニッケル系であることを特徴とする。
【0013】
請求項3の発明は、請求項1もしくは請求項2記載の半導体熱処理用セラミックヒーターにおいて、耐プラズマ性の被覆層を形成する給電体の外周面が粗面化されていることを特徴とする。
【0014】
すなわち、請求項1〜3の発明は、抵抗発熱素子(抵抗発熱体)を埋め込み・内蔵するセラミックス基材が、熱伝導率の大きいセラミックス成形体層で構成され、かつ給電体の外周面を耐プラズマ性に不動態化処理したことで特徴付けられる。つまり、抵抗発熱素子を埋め込み・内蔵し、かつ被加熱体に対する加熱・放熱面となる領域を窒化アルミ系層で形成する一方、外周面を耐プラズマ性に不動態化処理した給電体を電力供給体としたことを骨子とする。
【0015】
請求項1〜3の発明において、抵抗発熱素子を埋め込み・内蔵する窒化アルミ系成形体層は、たとえば平均粒径0.6〜0.8μm程度の窒化アルミ粉末に、焼結助剤およびバインダーを添加・混合し脱脂後に、所要の厚さ形状寸法の板状成形体に成形し、1800℃以上の高温で焼結することにより形成される。ここで、焼結助剤としては、酸化イットリウム、酸化カルシウムなどが例示され、また、バインダーとしては、ポリビニルブチラールなどが例示される。
【0016】
なお、高温焼結に先立って、板状成形体の一主面に、抵抗発熱素子の配置・埋め込み用の溝などを予め設けておくことが望ましい。また、この窒化アルミ系成形体層は、いわゆるグリーンシート化し、このグリーンシートの複数枚を積層して、一体的に高圧・高温焼結することによっても形成でき、抵抗発熱素子の配置・埋め込み操作も容易になる。
【0017】
請求項1〜3の発明において、窒化アルミ系成形体層に埋め込み・内蔵される抵抗発熱素子は、たとえばタングステン線、モリブデン線などをコイル状ないしスパイラル状に捲回したもの、あるいはジグザグ状に折り曲げたものである。そして、その抵抗発熱素子を形成するタングステン線などの径や全長は、セラミックヒーターの形状・大きさ、加熱源としての熱容量などに応じて設定される。
【0018】
請求項1〜3の発明において、抵抗発熱素子の電極部に一端部が接続し、外部から所要の電力を供給する給電体(給電棒、給電線)は、たとえばモリブデン、タングステンなどを素材として本体が形成されたものである。つまり、所要の径、長さに設定されたモリブデン製棒、あるいはタングステン製棒を本体とし、その外周面に、耐プラズマ性の高い不動態層を設けたものである。
【0019】
ここで、耐プラズマ性の高い不動態層は、たとえばニッツケルメッキのフッ化ニッケル層などであり、給電体の寸法・容量などにもよるが、一般的に、膜厚2〜30μm程度に設定される。なお、この耐プラズマ性の高い不動態層の形成に先立って、下地となる給電体の外周面を予め粗面化しておくと、密着強度も高まり、耐久性の向上が図られる。
【0020】
請求項1〜3の発明では、抵抗発熱素子を内蔵し、かつ加熱・放熱面側を比較的熱伝導率の高い窒化アルミ系成形体層で構成する一方、給電体の外周面を耐プラズマ性の高い不動態化してある。つまり、加熱・放熱面側は、抵抗発熱が高い熱伝導性によって容易に、かつ効率よく加熱・放熱に寄与する。
【0021】
一方、給電体は、すぐれた耐プラズマ性が付与され、保護管が省略されて給電体部からの放熱も抑制されるため、セラミック面ヒーター本体の面内温度分布の低下が解消される。したがって、加熱・放熱面側からの放熱が助長され、より効率よく抵抗発熱が利用される。
【0022】
【発明の実施態様】
以下、図1を参照して実施例を説明する。
【0023】
図1は、実施例に係る半導体熱処理用セラミックヒーターを内装したプラズマCVD処理装置の要部構成を示す断面図である。図1において、7は放熱・加熱面をなす窒化アルミ系成形体層、8は前記窒化アルミ系成形体層7に埋め込み型に配置された抵抗発熱素子、9a、9bは前記抵抗発熱素子8の入力端子に一端が、それぞれ接続する給電体、10は前記給電体9a、9bの外周面を被覆する耐プラズマ性の被覆層である。
【0024】
ここで、窒化アルミ系成形体層7は、たとえば焼結助剤として酸化イットリウムを含有する厚さ13mm程度、直径230mm程度の円板状窒化アルミ粉末の焼結体層であり、熱伝導率約110W/K・m程度、気孔率0.5%である。また、抵抗発熱素子8は、全長700cmのタングステン線をジグザグ状に折り曲げたもので、入力電力1.8KW程度である。そして、この抵抗発熱素子8は、前記窒化アルミ系成形体層7に埋め込み装着・配置され、入力端子が導出されている。
【0025】
さらに、前記抵抗発熱素子8の入力端子に一端が接続する給電体9a、9bは、径10 mm程度のタングステン棒であり、その外周面を不動態化する耐プラズマ性の被覆層10は、たとえば厚さ10μm程度のニッケルメッキ層である。なお、図1において、11は前記セラミックヒーターを内装した真空型化できる容器(真空チャンバー)、12は被加工体、たとえばシリコンウェハー、給電体9a、9bを真空チャンバー11外に導出するフランジ接合部である。
【0026】
次に、上記構成のセラミックヒーターの製造例を説明する。
【0027】
平均粒径0.6〜0.8μm程度の窒化アルミ粉末に、焼結助剤(酸化イットリウム)、およびバインダー(ポリビニルブチラール樹脂)を添加・混合し、この混合物を所要の厚さ形状寸法の板状に成形し、2枚の成形体を作製する。その後、大気雰囲気中において600℃の温度で加熱・脱脂してから、非酸化性雰囲気中において、焼結することにより、熱伝導率約110W/K・m程度、気孔率0.5%の焼結体を作成する。
【0028】
なお、一方の燒結体の面には、抵抗発熱素子8をスパイラル状に埋め込み装着できるように、深さ150μm程度の溝付き加工を行った。また、他方の成形体には、一対の給電体9a、9bを互いに離隔し、先端部をそれぞれ貫挿できる孔の穿設を行った。
【0029】
次に、予め用意しておいたタングステン線を素材としたコイル状の抵抗発熱素子8を、前記焼結体のスパイラル状溝に装着・配置する一方、この抵抗発熱素子8を装着・配置した面に、接合剤層を介して二枚目の焼結体を積層配置する。この二枚目の焼結体を積層配置するとき、外周面を不動態化した給電体9a、9bを抵抗発熱素子8の入力端子に接続しながら、位置決め配置する。ここで、接合剤層は、たとえば窒化アルミ粉末を主成分としたペースト、あるいは窒化アルミ粉末の有機溶媒分散液などが挙げられるが、接合剤層を省略しても、ホットプレレスで一体化できる。
【0030】
その後、ホットプレス加工を施して接合剤層を燒結させ、それらを一体化することにより、セラミックヒーターが得られる。なお、給電体9a、9bと抵抗発熱素子8の入力端子との接続は、たとえばタングステン系ペーストを給電体9a、9bの挿入孔に充填し、硬化させることにより、積層の一体化と同時に行なうこともできる。
【0031】
比較評価のため、上記セラミックヒーターの構成において、次の点を除いた他は、上記実施例の場合と同様の条件で、セラミックヒーター(比較例1)を作製した。すなわち、一対の給電体は、径5mmのタングステン製棒とし、この一対の給電体を外径40mm、肉厚3.0mm程度のパイプ状の窒化アルミ焼結体内を挿通させ、給電体を抵抗発熱素子に電気的に接続する一方、この窒化アルミ焼結体パイプをセラミックヒーター本体に、ホットプレスで一体化した構成を採った。
【0032】
これら各セラミックヒーターを、それぞれプラズマCVD用装置に装着し、減圧下セラミックヒーター面が所定温度(たとえば600℃)に昇温後、150時間加熱保持して、給電体の外観を観察した。この試験評価において、実施例のセラミックヒーターの場合は、異常が認められなかった。なお、この試験評価においては、各セラミックヒーターは、そのフランジ部ないしフランジ接合部を対応する金属製フランジ部にネジもしくはジョイントで固定した。
【0033】
これに対して、比較例のセラミックヒーターの場合は、給電体外周面に空気による酸化が認められた。また、一対の給電体が挿通するパイプ状の窒化アルミ焼結体内を減圧にし、酸化防止を図った場合には、650℃に昇温した時点で、給電体間の絶縁破壊が発生した。
【0034】
また、実施例および比較例のセラミックヒーター所要の消費電力で、600℃に昇温したヒーター面の面内温度分布を赤外線熱画像装置によって評価した結果を表1に示す。ここで、比較例のセラミックヒーターは、セラミックスパイプから熱が逃げるため、内面温度分布が悪く、消費電力も大きくなっている。
【0035】
【表1】
【0036】
上記試験評価の結果からも分かるように、この発明に係る半導体熱処理用セラミックヒーターは、安定性にすぐれており、良好な面内温度分布を呈するので、ムラのない一様な加熱ができるだけでなく、投入電力も有効に利用される。つまり、歩留まりのよい半導体の処理加工などに適し、高品質・高性能の半導体装置の製造に大きく寄与する。また、その抵抗発熱に要する電力量の低減も図られので、省資源・低コスト化の点でも多くの利点をもたらす。
【0037】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を採ることができる。たとえば、セラミックヒーターの寸法・形状、抵抗発熱素子や給電体の材質、あるいは入力電力など用途に応じて選択・設定できる。
【0038】
【発明の効果】
請求項1〜3の発明によれば、加熱・放熱面側は、抵抗発熱が高い熱伝導性によって容易に、かつ効率よく加熱・放熱に寄与する。一方、給電体は、すぐれた耐プラズマ性が付与され、すぐれた耐久性を呈するだけでなく、保護管も不要ないし省略されて構造が簡略化する上、給電体部からの放熱も抑制される。したがって、セラミック面ヒーター本体の面内温度分布の低下が解消され、また、加熱・放熱面側からの放熱が助長され、より効率よく抵抗発熱を利用できる半導体熱処理用セラミックヒーターとして機能する。
【0039】
すなわち、良好な面内温度分布を呈し易く、また、加熱・放熱面側からの放熱が助長され、より効率よく抵抗発熱が利用できるので、省資源・低コスト型で、かつ高品質の半導体装置の加工・製造に適するセラミックヒーターといえる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に係る半導体熱処理用セラミックヒーターを装着した加工装置の要部構成を示す断面図。
【図2】従来の半導体熱処理用セラミックヒーターを装着した加工装置の要部構成を示す断面図。
【符号の説明】
1、11……真空チャンバー
2、7……窒化アルミ系成形体層
3、12……被加工体
4a、4b、9a、9b……給電体
5……保護管
6、13……フランジ部ないしフランジ接合部
8……抵抗発熱素子
10……耐プラズマ性不動態化層
Claims (3)
- 放熱・加熱面をなす窒化アルミ系成形体層と、前記窒化アルミ系成形体層に埋め込み型に配置された抵抗発熱素子と、前記抵抗発熱素子に一端がそれぞれ接続する給電体と、前記給電体の外周面を被覆する耐プラズマ性の被覆層とを有することを特徴とする半導体熱処理用セラミックヒーター。
- 耐プラズマ性の被覆層がニッケル系であることを特徴とする請求項1記載の半導体熱処理用セラミックヒーター。
- 耐プラズマ性の被覆層を形成する給電体の外周面が粗面化されていることを特徴とする請求項1もしくは請求項2記載の半導体熱処理用セラミックヒーター。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000186020A JP3568194B2 (ja) | 2000-06-21 | 2000-06-21 | 半導体熱処理用セラミックヒーター |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000186020A JP3568194B2 (ja) | 2000-06-21 | 2000-06-21 | 半導体熱処理用セラミックヒーター |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002008984A JP2002008984A (ja) | 2002-01-11 |
JP3568194B2 true JP3568194B2 (ja) | 2004-09-22 |
Family
ID=18686256
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000186020A Expired - Fee Related JP3568194B2 (ja) | 2000-06-21 | 2000-06-21 | 半導体熱処理用セラミックヒーター |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3568194B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20040086156A (ko) * | 2002-03-13 | 2004-10-08 | 스미토모덴키고교가부시키가이샤 | 반도체 제조 장치용 유지체 |
JP5174582B2 (ja) * | 2007-08-30 | 2013-04-03 | 日本碍子株式会社 | 接合構造体 |
JP2012169458A (ja) * | 2011-02-15 | 2012-09-06 | Sumitomo Electric Ind Ltd | ウェハ保持体 |
JP6148845B2 (ja) * | 2012-11-06 | 2017-06-14 | 日本特殊陶業株式会社 | 電極内蔵型セラミックス焼結体の製造方法 |
KR102328766B1 (ko) * | 2018-11-19 | 2021-11-18 | 니뽄 도쿠슈 도교 가부시키가이샤 | 유지 장치 및 유지 장치의 제조 방법 |
-
2000
- 2000-06-21 JP JP2000186020A patent/JP3568194B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2002008984A (ja) | 2002-01-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100438881B1 (ko) | 반도체 제조 장치용 웨이퍼 보유체 및 그것을 이용한반도체 제조 장치 | |
JP5117146B2 (ja) | 加熱装置 | |
JP4467453B2 (ja) | セラミックス部材及びその製造方法 | |
JP4421595B2 (ja) | 加熱装置 | |
KR101099891B1 (ko) | 접합 구조체 및 그 제조 방법 | |
TWI480972B (zh) | A wafer holding body for improving the connection method of the high-frequency electrode, and a semiconductor manufacturing apparatus comprising the same | |
JP2002057207A (ja) | 半導体製造装置用ウェハ保持体およびその製造方法ならびに半導体製造装置 | |
JP2005109169A (ja) | 基板加熱装置とその製造方法 | |
JP3642746B2 (ja) | セラミックスヒータ | |
JP2003317906A (ja) | セラミックスヒータ | |
JP2005018992A (ja) | プラズマ発生装置用電極埋設部材 | |
JP3568194B2 (ja) | 半導体熱処理用セラミックヒーター | |
JP2005032842A (ja) | 電極構造およびセラミック接合体 | |
JP3821075B2 (ja) | セラミックスヒータ及びその製造方法 | |
JP2005197393A (ja) | プラズマ発生装置用電極埋設部材 | |
JP2002313531A (ja) | 面状セラミックスヒーター及び製造方法 | |
JP3344650B2 (ja) | 半導体熱処理用セラミックヒーター | |
JP3623107B2 (ja) | 静電チャック | |
JP2005116608A (ja) | プラズマ発生装置用電極埋設部材 | |
JP2003017223A (ja) | セラミックヒータ及びセラミックヒータ内臓型静電チャック | |
JP2002015840A (ja) | 半導体加熱用セラミックヒーターおよびその製造方法 | |
JP4199604B2 (ja) | 窒化アルミニウムのセラミックスヒータ | |
JP3913640B2 (ja) | 面状セラミックスヒーター及びその製造方法 | |
JP2002313539A (ja) | 面状セラミックスヒーター及びその製造方法 | |
JP2005116914A (ja) | プラズマ発生装置用電極埋設部材 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040525 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040611 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040614 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080625 Year of fee payment: 4 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080625 Year of fee payment: 4 |
|
R371 | Transfer withdrawn |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R371 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080625 Year of fee payment: 4 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080625 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090625 Year of fee payment: 5 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |