JPH06314694A

JPH06314694A - 半導体ウェハ加熱装置

Info

Publication number: JPH06314694A
Application number: JP10312993A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Atari; 仁阿多利; Kazuichi Kuchimachi; 和一口町
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1993-04-28
Publication date: 1994-11-08
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: JP3488724B2

Abstract

(57)【要約】【構成】単結晶サファイア製の板状体１に発熱抵抗体２
を備え、該板状体１の表面に半導体ウェハ６の載置面１
ａを形成して半導体ウェハ加熱用ヒータを構成する。【効果】漏れ電流が極めて小さく、機械的強度に優れ、
高い均熱性を得られ、半導体ウェハ６を汚染しにくい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体の製造装置等に
おいて、シリコンウェハ等のベ−キング、加熱を行うた
めに用いられる半導体ウェハ加熱装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置において、露光装置やエ
ッチング装置等ではシリコン等の半導体ウェハをヒータ
等の加熱装置を用いて加熱する必要があるが、この場合
は常温にもまして加熱装置の純度が重要になる。これ
は、温度が上がるほど、不純物が半導体ウェハ内に拡散
しやすくなるためであり、このため、半導体ウェハの加
熱装置の材質は厳しく制限されている。

【０００３】一般に、半導体ウエハに接触する面の純度
については、アルカリ金属、アルカリ土類金属、重金属
などの、半導体素子に悪影響を及ばす元素を不純物と
し、これらを除いた、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃ、Ｎ、Ｏを主成分
として純度は、９９．９％以上あることが望ましい。ゆ
えに、Ｆｅ（鉄）系のステンレス材やＮｉ（ニッケル）
などを含む耐熱合金は使用できない。

【０００４】そこで、従来の半導体加熱装置としては、
光による間接のランプ加熱、または低純度のヒータ上に
高純度のアルミニウム板を介して半導体ウェハを載置
し、加熱する方法が取られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の光に
よる間接のランプ加熱は、放射による加熱であり、効率
的な加熱方法ではないため、３００℃以上の加熱は困難
であった。また、光線を遮る障害物がランプと半導体ウ
ェハの間にあってはならず、設計路に制約を受けること
が多かった。さらに、半導体ウェハに温度分布が生じた
場合に、温度分布を縮めるようなコントロールが出来な
かった。

【０００６】また、低純度のヒータ上に高純度のアルミ
ニウム板を介して半導体ウェハを載置し、加熱する方法
では、アルミニウム板を介して加熱するため、加熱に時
間差が生じたり放熱が生じるため、均熱のコントロール
が困難であった。さらに、加熱によるアルミニウム板の
変形のため、アルミニウム板と半導体ウェハの接触圧が
変わり温度むらや半導体ウェハの反りが生じやすかっ
た。また、アルミニウム板と半導体ウェハの熱膨張率の
差から、温度上昇に伴いアルミニウム板と半導体ウェハ
が摺動し、パーティクルの発生の原因になっていた。さ
らに、これらの部品は、プラズマや弗酸などの腐食性ガ
スに晒されることが多く、アルミニウム板では腐食しや
すかった。

【０００７】このように、従来は適当な半導体ウェハ加
熱装置がなかった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、単結晶
サファイア製の板状体に発熱抵抗体を内包させるととも
に、この板状体に半導体ウェハの載置面を形成して半導
体加熱装置を構成したものである。

【０００９】なお、発熱抵抗体を内包するとは、板状体
に発熱抵抗体を埋設したり、板状体の裏面に発熱抵抗体
を備えたり、あるいは板状体の裏面側に発熱抵抗体を有
するヒータを備えることである。

【００１０】

【作用】本発明によれば、ヒータの半導体ウェハと接触
する面が単結晶サファイアから成り、９９．９９％以上
の高純度の単結晶サファイアを得ることは容易であるた
め、この単結晶サファイアを直接半導体ウェハに接触さ
せて加熱しても高温でウエハを汚染することがない。

【００１１】また、単結晶サファイアは常温から８００
℃の高温にわたって高い絶縁性を持つため、漏れ電流が
極めて小さいヒータが得られる。これらのことから、ヒ
ータの発熱抵抗体形状の自由なパターン設計が可能とな
り、均熱のコントロールが可能である。

【００１２】また、単結晶サファイアは常温から１００
０℃に至るまでその強度を維持し、ヤング率も４．７×
１０⁵ＭＰａと高い値を示し、温度変化に対して安定な
ため反りなどが生じにくく常に均一にウェハに接触でき
る。さらに、単結晶サファイアは耐薬品性や対プラズマ
性に関しても優れており、エッチング装置、成膜装置等
に好適に用いることができる。

【００１３】

【実施例】以下本発明実施例を説明する。

【００１４】図１に斜視図を、図２に断面図を示すよう
に、本発明の半導体ウェハ加熱用ヒータは、単結晶サフ
ァイアから成る板状体１の裏面に発熱抵抗体２を備え、
この発熱抵抗体２を覆うように、板状体１とベース板４
を接合してなるものである。

【００１５】ここで、板状体１とベース板４の接合は、
図３に示すような接合剤３を用いることができ、この接
合材３としては、有機接着剤、無機接着剤、ガラス付
け、メタライズ、ロウ付け、活性金属法、メッキなどを
用いることができる。なお、接合剤３の選定によって使
用温度などに限定が生じるため、用途に応じた接合方法
を用いれば良い。

【００１６】また、接合剤３を用いずに、板状体１とベ
ース板４を接合することもできる。この場合はベース板
４を単結晶サファイアまたは多結晶アルミナセラミック
スで形成し、板状体１とベース板４の接合面を鏡面加工
して、高温で両者を圧着すれば、単結晶サファイア同士
または単結晶サファイアと多結晶アルミナセラミックス
との間で直接融着させることができる。

【００１７】さらに、上記ベース板４をアルミニウムな
どの台座５に固定して使用するが、この台座５は必ずし
も必要なものではない。

【００１８】また、上記発熱抵抗体２に通電するための
複数の電極取出部４ａをベース材４に形成してあり、こ
れらの電極取出部４ａを通じて発熱抵抗体２に電源７よ
り電圧を印加することによって、発熱抵抗体２が発熱
し、単結晶サファイア製の板状体１を介して載置面１ａ
に載置した半導体ウェハ６を加熱することができる。

【００１９】なお、上記板状体１の載置面１ａは、平面
度１μｍ以下の高精度の面とすることが可能であり、そ
のため半導体ウェハ６に対して優れた均一加熱をするこ
とができる。

【００２０】また、上記発熱抵抗体２の材料としては、
タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎ
ｉ）、クロム（Ｃｒ）、窒化チタン（ＴｉＮ）などやそ
の混合物が挙げられ、発熱抵抗体であれば特に材質を選
ばず、これらの発熱抵抗体２をメタライズ法等により所
定のパターンに形成すれば良い。

【００２１】次に本発明の他の実施例を説明する。

【００２２】図４に示す半導体加熱用ヒータは、単結晶
サファイア製の板状体１と多結晶アルミナセラミックス
製のベース材４を高温融着により直接接合し、予めベー
ス板４にパターンの形状に形成しておいた隙間８に、電
極取出部４ａからペーストを流し込んで焼き付けたり、
無電解メッキを施すことによって、発熱抵抗体２を形成
したものである。この半導体加熱用ヒータは、発熱抵抗
体２の形成が容易であり量産性に優れる。

【００２３】また、さらに他の実施例として、図５に示
すように、Ｍｏ−Ｍｎ法によるメタライズや、Ｔｉ合金
からなる活性金属を用いて単結晶サファイア製の板状体
１とベース板４を接合し、このメタライズ層または活性
金属層を発熱抵抗体２とすることも可能である。

【００２４】さらに、本発明において発熱抵抗体２は必
ずしも単結晶サファイア製の板状体１とベース板４間に
埋設する必要はない。つまり、図６に他の実施例を示す
ように、単結晶サファイア製の板状体１の載置面１ａと
反対側の面に発熱抵抗体２を形成し、この下に接合剤９
を介して絶縁性のある台座５を固定することも可能であ
る。この場合、上記接合剤９としては、接着剤、ガラ
ス、シリコーン樹脂等を用いる。また、台座５として
は、絶縁処理されたアルミニウムなどの金属材、または
アルミナ、フォルステライトなどの多結晶セラミック
材、または単結晶サファイアなどを用いる。

【００２５】さらに他の実施例として、図７に示すよう
に、多結晶アルミナセラミックスまたは単結晶サファイ
ア製のベース板４の表面に発熱抵抗体２を埋め込み、こ
れを覆うように単結晶サファイア製の板状体１を高温融
着により接合して半導体ウェハ加熱用ヒータを構成する
こともできる。

【００２６】また、以上の実施例では単結晶サファイア
製の板状体１に直接発熱抵抗体２を備えたもののみを示
したが、これに限らず、例えば発熱抵抗体を有するヒー
タを板状体１の裏面側に備えても良いことはいうまでも
ない。

【００２７】実施例１本発明実施例として、図４に示すヒータを試作した。単
結晶サファイア製の板状体１として、ＥＦＧ（Ｅｄｇｅ
−ｄｅｆｉｎｅｄＦｉｌｍ−ｆｅｄＧｒｏｗｔｈ）
法を用いて、６インチ幅の単結晶サファイアを引き上
げ、６インチ径、０．２ｍｍ厚みの板状体１を作製し
た。このとき作製した単結晶サファイアの物性値を表
１、純度を表２に示す。

【００２８】同様にＥＦＧ法によって単結晶サファイア
のベース板４を６インチ径、３ｍｍ厚みで作製した。こ
のベース板４に電極取出部４ａを開け、目的の発熱抵抗
体形状となるように０．１ｍｍ深さで溝８を形成した
後、板状体１とベース板４の接合面を鏡面研磨し、摺合
わせた後１８００℃で融着した。

【００２９】その後、電極取出部４ａからタングステン
（Ｗ）ペーストを内部に注入し、還元雰囲気にて焼付
け、発熱抵抗体２を形成した。なお、内部抵抗２の形成
は、無電解メッキなどに依ってもよい。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】実施例２本発明実施例として、図５に示すヒータを試作した。実
施例１と同様の単結晶サファイア製の板状体１と、単結
晶サファイア製のベース板４を形成し、Ｍｏ−Ｍｎ法に
よるメタライズ接合を行った。この場合は、Ｍｏ−Ｍｎ
メタライズに窒化チタン（ＴｉＮ）などを調合して抵抗
値を調整し、このメタライズ層自体が発熱抵抗体２とな
る。

【００３３】実施例３図５に示すヒータとして、実施例１と同様の単結晶サフ
ァイア製の板状体１と多結晶アルミナセラミックス製の
ベース板４を形成し、Ｍｏ−Ｍｎ法によるメタライズ接
合を行った。この場合も、窒化チタン（ＴｉＮ）などの
他の化合物で抵抗を調整したＭｏ−Ｍｎメタライズ層自
体が、発熱抵抗体２となる。

【００３４】実施例４本発明実施例として、図７に示すヒータを試作した。予
め、多結晶アルミナセラミックス製のベース板４の表面
にタングステン（Ｗ）の発熱抵抗体２を埋め込んだ後、
その表面に実施例１と同様の単結晶サファイア製の板状
体１を高温融着した。融着方法は、実施例１と同様に、
互いの接合面を鏡面研磨し、摺り合わせた後１８００℃
の還元炉で融着した。

【００３５】実施例５本発明実施例として、図６に示すヒータを試作した。実
施例１と同様の単結晶サファイア製の板状体１裏面に発
熱抵抗体２として無電解メッキを施した後、表面をアル
マイト（酸化アルミニウム被膜）処理した高純度アルミ
ニウムの台座５に、上記板状体１をエポキシ樹脂で接着
し、２００℃以下の低温型のヒータを製作した。

【００３６】実験例上記実施例１〜５のヒータを用いてシリコンウェハの加
熱試験を行った。その条件としては、真空度は１０^-3Ｔ
ｏｒｒとし、２００℃、５００℃まで加熱し、その時の
温度ばらつきで評価を行った。対照実験として、ランプ
加熱、およびアルミニウム板を用いた間接加熱を評価し
た。

【００３７】なお、ウエハに接触する面の純度について
は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、重金属などの、
半導体素子に悪影響を及ばす元素を不純物とし、これら
を除いた、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃ、Ｎ、Ｏを主成分として、こ
れらの純度が９９．９％以上あるかどうかで評価した。

【００３８】また、温度ばらつきは、加熱した６インチ
のウエハ上の温度を熱電対を用いて放射状に１７点測定
し、その最大値と最小値の差とした。なお、温度ばらつ
きは少なくとも２０℃以下でなければならず、好適には
１０℃以下が望ましい。

【００３９】

【表３】

【００４０】表３に見られるように、比較例では温度ば
らつきが２０℃以上と大きかったのに対し、単結晶サフ
ァイアで作製した本発明のヒータを用いた場合は、いず
れも高純度で、十分な均熱特性が得られ、半導体製造装
置内の使用にも十分耐えられることがわかった。

【００４１】また、本発明のヒータにおいて、発熱抵抗
体２と半導体ウェハ６間を流れる電流を測定してみたと
ころ、この漏れ電流は数十〜数μＡの電流値であり問題
とされるレベルではないことが確認された。

【００４２】

【発明の効果】このように本発明によれば、発熱抵抗体
を内包する単結晶サファイア製の板状体に半導体ウェハ
の載面を形成して半導体ウェハ加熱面用ヒータを構成し
たことによって、半導体ウエハの加熱時に必要な十分な
均熱が得られ、かつ半導体ウェハを汚染しにくい特長を
もったヒータを得ることができる。

【００４３】また、漏れ電流が極めて小さいことから、
露光装置、エッチング装置等に使用されるヒータとして
好適に用いられる。さらに、特に機械的性質、摺動特性
が優れるとともに、ヒータ表面の熱膨張率を小さくでき
るため、高精度に加工したヒータを広い温度域で初期の
精度を保つことができ、加工パターンの高精度化が可能
となるなど、さまざまな特長をもった半導体ウェハ加熱
用ヒータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の半導体加熱用ヒータを示す斜視図であ
る。

【図２】図１中のＸ−Ｘ線断面図である。

【図３】図２中のＡ部の拡大図である。

【図４】本発明の半導体加熱用ヒータの他の実施例を示
す縦断面図である。

【図５】本発明の半導体加熱用ヒータの他の実施例を示
す縦断面図である。

【図６】本発明の半導体加熱用ヒータの他の実施例を示
す縦断面図である。

【図７】本発明の半導体加熱用ヒータの他の実施例を示
す縦断面図である。

【符号の説明】

１・・・板状体１ａ・・載置面２・・・発熱抵抗体３・・・接合剤４・・・ベース板４ａ・・電極取出部５・・・台座６・・・半導体ウェハ７・・・電源８・・・溝９・・・接合剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発熱抵抗体を内包する単結晶サファイア製
板状体の表面に、半導体ウェハの載置面を形成してなる
半導体ウェハ加熱装置。