JP6767829B2 - 対象物載置用部材 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造装置などにおいて対象物の載置・加熱に用いられるセラミックヒータなどの対象物載置用部材に関する。

ＣＶＤなどの半導体製造装置において、ウエハ（対象物）を載置固定して加熱処理するため、基体内部に抵抗発熱体が埋設されたセラミックヒータ（対象物載置用部材）が用いられる。セラミックヒータは、ウエハを載置する載置面を有する基体と、この基体内部に配された、例えば５００℃以上に加熱するための発熱体と、必要に応じてウエハを載置面に固定保持するための真空吸着機構、静電吸着機構などを備える。このうち真空吸着機構は、例えば、基体内に形成され、載置面に設けられた複数の開口に通じる通気経路を真空に引き、載置面とウエハとの間に負圧を生じさせ、大気圧との差圧によりウエハを吸着する機構である（例えば、特許文献１参照）。

上記のような真空吸着機構を有するセラミックヒータにおいて、載置面にウエハが載置されて高温に保持されたとき、載置面の開口近傍のウエハ温度は局所的に低下する傾向にある。その原因は、通気経路の存在によりヒータからの輻射伝熱が周辺領域と比較して小さくなっているからであると推定される。このような開口近傍の局所的な温度低下により載置面全体での均熱化を図ることが困難であり、ひいてはウエハ全体を均一に加熱することができないという問題があった。

上記の問題は、真空吸着機構を有するセラミックヒータのみならず、載置面からウエハの裏面に向けてガスを供給する、通気経路及び開口を有するセラミックヒータ（例えば、特許文献２）においても起こりうる。すなわち、特許文献２では、通気経路として、セラミック基体の載置面の反対側に設けた凹部に多孔質体を充填し、載置面と凹部の底面との間を貫通する細孔を設けた構成が開示されているが、このような構成においても上記の問題は起こりうる。

特開２００６−２８７２１３号公報 特開２０１３−２３２６４１号公報

本発明は、以上の従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、開口を通じて外部に連通する通気経路を有する対象物載置用部材において、加熱時における載置面の局所的な温度低下を抑制し均熱化を図ることができる対象物載置用部材を提供することにある。

本発明の対象物載置用部材は、対象物が載置される載置面を有する基体と、
前記基体の内部に設けられ、前記載置面に形成された開口を通じて外部に連通する通気経路と、
前記基体の内部または前記載置面と反対側の前記基体の裏面の下方に設けられたヒータと、を有する対象物載置用部材であって、
前記通気経路には、前記載置面に対象物が載置されたときの対象物と対向する位置であって、前記ヒータよりも前記載置面側の位置に、通気性を有する通気性部材の少なくとも一部が配置され、
前記基体の載置面には、複数のピン状の凸部が形成されていることを特徴とする。

本発明の対象物載置用部材は、通気経路の上記位置に通気性を有する通気性部材の少なくとも一部を配置することで、当該通気性部材がないときと比較して、載置面に形成された開口の直上の対象物の温度の局所的な低下が抑制される。通気性部材により、開口周辺の空気の流速が低下し、対流熱伝達による吸熱が小さくなり対象物の局所温度低下が抑制されるためである。従って、載置面全体における均熱化を図ることができ、対象物に対して均等に加熱することができる。また、通気性部材であるため、通気経路の通気性が保たれ、対象物の吸着のための真空排気、又は対象物の裏面（載置面側）にガスを供給することも可能である。

また、本発明の対象物載置用部材においては、前記通気性部材の上側周縁位置は、前記載置面において前記開口の周縁部分と同じ高さ位置に配置されていることが好ましい。このように、載置面において開口の周縁部分と通気性部材とが同じ高さ位置、つまり面一であると、パーティクル溜まりが生じることがないためパーティクルによる対象物への悪影響を防止することができる。

さらに、本発明の対象物載置用部材において、前記基体に前記通気経路を複数設けることができ、この場合、前記通気性部材は前記複数の通気経路の少なくとも一部に配置することが好ましく、均熱性をより向上させるにはすべての通気経路に通気性部材を配置することが好ましい。

さらに、本発明の対象物載置用部材において、少なくとも１つの前記通気性部材には、前記通気経路と外部とを連通させる貫通孔が設けられていてもよい。通気性部材は、貫通孔を通じて外部と連通することで通気性をより一層確実に確保することができる。

本発明の実施形態に係るセラミックヒータの上面図。 図１に示すセラミックヒータのＡ−Ａ線に沿った断面図。 貫通孔を有する通気性部材の一例を示す斜視図。 通気性部材として粒状物の集合体を用いた例の通気経路の周囲を示す模式断面図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係るセラミックヒータ（対象物載置用部材）１０の上面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図１、図２に示すセラミックヒータ１０は、ウエハ（対象物）Ｗを上面側（載置面側）で吸着保持するための円板状の基体１２を有してなる。基体１２の上面には、複数のピン状の凸部１４と、複数の凸部１４を取り囲むように基体１２の外周縁部に沿って延在する略円環状の環状凸部１６と、を備えている。図１では構成の明確化のため、凸部１４および環状凸部１６などの構成要素はデフォルメされており、各構成要素の断面図におけるアスペクト比のほか、幅または高さと相互の間隔との比率などは実際とは異なっている。

複数の凸部１４は、基体１２の中心を中心とする同心円状に周方向および径方向に一定の間隔をおいて配置されている。複数の凸部１４は、三角格子状、正方格子状などのそのほかの態様で規則的に配置されるほか、周方向または径方向に局所的に疎密の差が生じるように局所的に不規則的に配置されてもよい。凸部１４の間隔またはピッチは、例えば２０［ｍｍ］以下、好ましくは１２［ｍｍ］以下、さらに好ましくは８［ｍｍ］以下になるように設計されている。凸部１４の基体１２の上面からの突出量はたとえば５〜５００［μｍ］の範囲に含まれるように設計されている。

凸部１４は円柱状、角柱状等の柱状のほか、円錐台状、角錐台状等の錘台状、下部よりも上部の断面積が小さくなるような段差付きの柱状または錘台状などの形状に形成される。凸部１４の上端部（ウエハＷとの当接部分）の径は３．０［ｍｍ］以下となるように設計される。凸部１４の上端部（ウエハＷとの当接部分）の表面粗さＲａは０．０１〜２．０［μｍ］の範囲に含まれるように設計されている。

環状凸部１６は、その上端が凸部１４の上端と同じ高さ位置になるように形成されるほか、凸部１４の上端よりも低い位置になるように形成されてもよい。基体１２の径方向に沿った環状凸部１６の断面形状は、矩形状、台形状、半円形状または半楕円形状などのさまざまな形状であってもよい。

基体１２には、６つの貫通孔１８が形成されおり、この貫通孔１８には基板１２の載置面に吸着されたウエハＷを載置面から分離するため、分離時に載置面の垂直方向上方に突出し得るリフトピン（不図示）が挿通される。６つの貫通孔１８は、基体１２の中心を基準とする６回回転対称性を有するように配置されている。

基体１２の内部にはヒータとして発熱抵抗体１３が設けられており、このヒータによりウエハＷが加熱される。ヒータとしては、基体の裏面の下方に設けられ、基体の裏面から離れた位置に加熱手段（例えばランプ等）を配置する形態であってもよい。

さらに、基体１２には、６つの開口２０が形成されており、それぞれの開口２０は、基体１２内に形成された通気経路２２に連通している。換言すると、通気経路２２は、開口２０を通じて外部に連通している。６つの開口２０は、基体１２の中心を基準とする６回回転対称性を有するように配置されている。また、通気経路２２の開口２０の反対側の端部は、真空吸引装置（不図示）に接続されており、この真空吸引装置を稼働させることで、載置面とウエハＷとの間に負圧が生じ、大気圧との差圧によりウエハＷが吸着され保持される。また、真空吸引装置に代えてガス供給装置に接続されてもよく、ガス供給装置を稼働させることで、載置面とウエハＷとの間に供給されるガスを介した伝熱によりウエハＷが加熱される。

ヒータ１３より載置面側の通気経路２２の開口２０の近傍には、通気性を有する通気性部材２４が配置されている。既述の通り、通気経路２２に通気性部材２４が配置されることで、通気性部材２４がないときと比較して、開口２０の直上のウエハＷの温度の局所的な低下が抑制される。また、通気性部材２４は通気性を有することから、通気経路２２に配置されていてもウエハＷの真空吸着に影響しない。

通気性部材２４の上側周縁位置は、基体１２の載置面において開口２０の周縁部分と同じ高さ位置に配置されていることが好ましい。載置面において開口の周縁部分と通気性部材とが同じ高さ位置、つまり面一であると、パーティクル溜まりが生じることがないため、パーティクルによる対象物への悪影響を防止することができる。

また、通気性部材２４の周辺に存在する基体１２を介して通気性部材２４が間接的に加熱され、その加熱された通気性部材２４の端部より赤外線が放射されることにより通気性部材２４の直上に載置されるウエハＷが加熱される結果、ウエハＷの局所的な温度低下を抑制することができる。

真空吸引により通気性部材２４が移動しないように、通気経路２２の内壁に突起などを形成して通気性部材２４を係止することが好ましい。このほか、通気性部材２４を通気経路２２に固定する方法として、通気性部材２４を圧入する方法や、耐熱性を有する接着剤を用いて通気性部材２４を通気経路２２に接着する方法も採用することができる。

通気性部材２４は通気性を有するものであれば特に制限はないが、例えば、多孔質体からなる部材、通気経路２２と外部とを連通させる１又は複数の貫通孔が設けられている部材、粒状物の集合体などが挙げられる。

通気経路２２と外部とを連通させる１又は複数の貫通孔が設けられている部材の一例として、４つの貫通孔が設けられた形態を図３に示す。図３に示す通気性部材２４は円柱形状をなし、その長手方向を貫通する貫通孔２５が４つ形成されている。この通気性部材２４を通気経路２２の開口近傍に挿入したとき、４つの貫通孔２５により通気経路２２と外部とが連通し、通気性を確保することができる。

粒状物の集合体としては、例えばセミラックスビーズの集合体などが挙げられ、その一例を図４に示す。図４に示す例では、開口２０近傍の通気経路２２内に複数のセラミックスビーズ２６を充填している。また、真空吸引時にセラミックスビーズ２６が吸引されないように、通気経路２２内にはセラミックスビーズ２６の径よりも小さい貫通孔を有する隔壁２８を形成している。このように、複数のセラミックスビーズ２６が充填された場合であっても、隣接するセラミックスビーズ２６同士の間には空隙が存在するため、通気経路２２の通気性を確保することができる。

通気性部材２４の材料としては、使用される温度域において変形せずに輻射率が大きい材料とすることが好ましい。通気性部材２４をそのような材料とすることにより、輻射伝熱によりウエハＷの温度の局所的な低下がさらに抑制されるからである。輻射率が大きい材料としては、セラミックス、グラファイトなどが挙げられ、中でも、アルミナ、シリカ、及びこれらを含む酸化物、マシナブルセラミックス、炭化珪素を用いることが好ましい。

特に、前述の酸化物や炭化珪素を通気性部材２４に用いる場合は、通気性部材２４が多孔質体であることがより好ましく、多孔質体の気孔率は２０％以上６０％以下であることが好ましい。酸化物の多孔質体には、市販されているアルミナ質多孔質体や粒子径が大きいアルミナのみからなる多孔質体を好適に用いることができる。また、マシナブルセラミックスには、市販のマコール（石原ケミカル（株）製）やホトベール（（株）フェローテックセラミックス製）を好適に用いることができる。そのほか、通気性部材２４には、直径が５００μｍ以上のアルミナ質のガラスビーズやセラミックスビーズも好適に用いることができる。

なお、通気性部材２４の輻射率は使用する温度域で０．４以上であることが好ましく、０．７以上であることがより好ましい。通気性部材２４の輻射率が大きいほど通気性部材２４からの輻射熱量が増加し、開口２０の上方に載置されたウエハＷの局所的な温度低下を抑制することができる。

通気性部材の直径（Ｄ）に対する通気性部材の高さ（Ｌ）の比（Ｌ／Ｄ）は、ガスの透過性及び通気性部材の配置の容易性の観点から０．１〜１０とすることが好ましい。Ｌ／Ｄが０．１よりも小さいと通気性部材が過度に薄くなり、通気経路に安定して配置することが困難になる。また、Ｌ／Ｄが１０より大きいと通気性部材のガスの透過性が過度に小さくなり、真空排気やガス供給に支障が生じる。

基体には通気経路が複数設けられている場合、通気性部材は当該複数の通気経路の少なくとも一部に配置されていることが好ましく、十分な均熱化を図るには複数の通気経路のすべてに通気性部材を配置することが好ましい。

以上の図１、２に示す実施形態では、通気経路が真空吸引装置に接続され、通気経路は真空引きされる形態であるが、本発明はどの実施形態に限定されることはなく、通気経路をウエハの裏面にガスを供給するガス供給路とする形態としてもよい。その形態の場合、通気性部材におけるガスの通過方向は図１、２に示す形態とは反対であるが、通気性部材により局所的な温度低下が抑制され、ウエハの均熱化を図ることができる。

本実施形態のセラミックヒータは、例えば、以下のようにして作製することができる。定法に従い真空吸引機構又はガス供給路を有するセラミックヒータを作製する。そのようなセラミックヒータの作製方法は特に限定はない。併せて、当該セラミックヒータの通気経路（真空吸引経路又はガス供給路）の開口近傍に配置する通気性部材を作製する。そして、セラミックヒータの載置面の通気経路の開口から通気性部材を挿入することにより作製することができる。

以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
窒化アルミニウム粉末９７質量％、酸化イットリウム粉末３質量％からなる粉末混合物を得て、これを型に充填して一軸加圧処理を施した。これによって、直径３５０ｍｍ、厚さ１２ｍｍの第一層を形成した。

次に、この第一層の上に、発熱抵抗体（ヒータ）として、平面形状が回転対称形状であり最外周の直径３００ｍｍのモリブデン製のメッシュ（線径０．１ｍｍ、目開き５０メッシュ）を載置した。続いて、先に形成した粉末混合物を発熱抵抗体の上に所定の厚さに充填し、第二層を形成した。そして、１０ＭＰａの圧力で、焼成温度１８００℃、焼成時間２時間でホットプレス焼成を行い、直径３５０ｍｍ、厚さ２５ｍｍのセラミックス焼結体（基体）を得た。その後、セラミックス焼結体の上面から下面に向けて、直径３ｍｍの貫通孔を、中心を基準とする６回回転対称性を有するように形成し、真空吸引のための通気経路とした。さらに、サンドブラスト加工により、散点状に配置された多数の凸部（高さ：０．１ｍｍ、直径：１．０ｍｍ）、環状凸部（直径：２９８ｍｍ：高さ：０．１ｍｍ、幅：１．５ｍｍ）を形成した。

次に、セラミック多孔質体（気孔率６０％）からなる通気性部材（直径：３ｍｍ、高さ：５ｍｍの円柱形状）を、上記のように形成した通気経路に埋入した。

基体の裏面から発熱抵抗体まで達するように直径８ｍｍの穴加工を行い、露出した発熱抵抗体に直径８ｍｍの円筒状ニッケル製金属端子を銀ロウ付けして端子を形成した。

（評価結果）
作製したセラミックヒータの載置面に黒色化したダミーウエハを載せ、端子に電力を供給してセラミックヒータを昇温し、ダミーウエハ表面の温度をＩＲカメラで測定した。ダミーウエハの表面温度が５００℃に到達した時点から１５分間、端子に供給する電力を同じにした。その後のダミーウエハの温度分布を測定した。

通気経路の開口近傍の領域における最大温度と最少温度との温度差は０．２℃と小さく、セラミックヒータの均熱性は良好であることが分った。

［実施例２］
通気性部材を、直径０．１３ｍｍの細孔貫通孔を４カ所設けたアルミナの保護管（直径：３ｍｍ、高さ：５ｍｍ）を用いたこと以外は、実施例１と同様にしてセラミックヒータを作製し、実施例１と同様に評価した。

（評価結果）
通気経路の開口近傍の領域における最大温度と最少温度との温度差は０．４℃と小さく、セラミックヒータの均熱性は良好であることが分った。

［比較例１］
通気性部材を用いなかったこと以外は、実施例１と同様にしてセラミックヒータを作製し、実施例１と同様に評価した。

（評価結果）
通気経路の開口近傍の領域における最大温度と最少温度との温度差は１．４℃と大きく、セラミックヒータの均熱性は不十分であった。

１０ セラミックヒータ
１２ 基体
１３ 発熱抵抗体（ヒータ）
１４ 凸部
１６ 環状凸部
１８ 貫通孔
２０ 開口
２２ 通気経路
２４ 通気性部材

Claims (4)

1. 対象物が載置される載置面を有する基体と、
   前記基体の内部に設けられ、前記載置面に形成された開口を通じて外部に連通する通気経路と、
   前記基体の内部または前記載置面と反対側の前記基体の裏面の下方に設けられたヒータと、を有する対象物載置用部材であって、
   前記通気経路には、前記載置面に対象物が載置されたときの対象物と対向する位置であって、前記ヒータよりも前記載置面側の位置に、通気性を有する通気性部材の少なくとも一部が配置され、
   前記基体の載置面には、複数のピン状の凸部が形成されていることを特徴とする対象物載置用部材。
2. 請求項１に記載の対象物載置用部材において、前記通気性部材の上側周縁位置は、前記載置面において前記開口の周縁部分と同じ高さ位置に配置されていることを特徴とする対象物載置用部材。
3. 請求項１又は２に記載の対象物載置用部材において、前記基体には前記通気経路が複数設けられており、前記通気性部材は前記複数の通気経路の少なくとも一部に配置されていることを特徴とする対象物載置用部材。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の対象物載置用部材において、少なくとも１つの前記通気性部材には、前記通気経路と外部とを連通させる貫通孔が設けられていることを特徴とする対象物載置用部材。