WO2018159687A1 - ウエハ加熱装置 - Google Patents

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WO2018159687A1
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pair
wafer
resistance heating
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央史 竹林
謙悟 鳥居
夏樹 平田
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日本碍子株式会社
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    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/74—Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits

Definitions

  • the present invention relates to a wafer heating apparatus.
  • a wafer heating apparatus for heating a wafer is employed.
  • a wafer heating apparatus one in which a resistance heating element is embedded in a substrate whose surface is a wafer mounting surface is known.
  • the resistance heating element is wired from one of the pair of terminals to the other in the manner of a single stroke.
  • Patent Document 1 discloses that a ceramic base is divided into a central zone and an outer peripheral zone, and a resistance heating element is provided in each of the central zone and the outer peripheral zone.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and has as its main object to increase the thermal uniformity of the wafer as compared with the conventional technique.
  • the first wafer heating apparatus of the present invention comprises: A wafer heating apparatus in which a resistance heating element is embedded in a substrate whose one side is a wafer mounting surface, The resistance heating element is wired in a one-stroke manner from one of the pair of terminals to the other, The pair of terminals are formed so that the entire shape of the pair of terminals is circular when viewed in plan. Is.
  • the pair of terminals of the resistance heating element is formed so that the entire shape of the pair of terminals is circular when viewed in plan. For this reason, it is sufficient to design the resistance heating element so as to bypass one circle, and the area for irregularly laying out the resistance heating element is reduced. In addition, the resistance heating element does not exist between the pair of terminals. However, since the area can be narrowed, the influence of the area without the resistance heating element on the thermal uniformity of the wafer is reduced. Therefore, the thermal uniformity of the wafer can be improved as compared with the conventional case.
  • the material of the “base” includes ceramics and resins.
  • one of the pair of terminals when the pair of terminals are viewed in plan, one of the pair of terminals appears as one semicircle portion obtained by dividing a predetermined circle in half, and the pair of terminals The other of these may appear as the other semicircular portion obtained by dividing the predetermined circle in half.
  • one of the pair of terminals when the pair of terminals are viewed in plan, one of the pair of terminals appears as the circular portion of a predetermined circle divided into a central circular portion and an annular portion outside the circular portion.
  • the other of the pair of terminals may appear as a C-shaped portion along the annular portion. In this way, the entire shape of the pair of terminals can be easily made circular when viewed in plan.
  • a pair of lands having a shape corresponding to each of the pair of terminals may be provided on a surface of the base opposite to the wafer mounting surface.
  • a cooling plate containing a coolant passage is joined to the surface of the substrate opposite to the wafer mounting surface, and the cooling plate faces the pair of lands at a position that does not interfere with the coolant passage.
  • One through hole may be provided. The through holes can cause temperature singularities in the wafer, but here, since one through hole should be provided in the cooling plate for the pair of terminals of the resistance heating element, each of the pair of terminals Compared with the case where the through hole is provided, the temperature uniformity of the wafer is easily improved by the fact that there are few temperature singularities.
  • the substrate may be divided into a plurality of zones, and the resistance heating element may be provided for each of the zones. In this way, temperature adjustment can be performed for each zone.
  • the second wafer heating apparatus of the present invention is A wafer heating apparatus in which at least two resistance heating elements are embedded in a substrate whose one surface is a wafer mounting surface, Each resistance heating element is wired in a one-stroke manner from one of the pair of terminals to the other, A total of four terminals of the two resistance heating elements are collectively provided at the same position, and are formed so that the entire shape of the four terminals is circular when viewed in plan. Is.
  • this wafer heating apparatus a total of four terminals of the two resistance heating elements are provided at the same position, and the entire shape of the four terminals is circular when viewed in plan. For this reason, it is sufficient to design the resistance heating element so as to bypass one circle, and the area for irregularly laying out the resistance heating element is reduced. Further, although the resistance heating element does not exist between the four terminals, the area can be narrowed, so that the influence of the area without the resistance heating element on the heat uniformity of the wafer is reduced. Therefore, the thermal uniformity of the wafer can be improved as compared with the conventional case.
  • each terminal when the four terminals are viewed in plan, each terminal may appear as a fan-shaped portion obtained by dividing a predetermined circle into four by two diameters orthogonal to each other. Good. In this way, the overall shape of the four terminals can be easily made circular when viewed in plan.
  • each of the four terminals may be provided on the surface of the base opposite to the wafer mounting surface.
  • a cooling plate containing a coolant passage is joined to the surface of the base opposite to the wafer mounting surface, and the cooling plate faces the four lands at a position not interfering with the coolant passage.
  • One through hole may be provided. The through hole can cause a temperature singularity in the wafer, but here, since one through hole should be provided in the cooling plate for the four terminals of the resistance heating element, each of the four terminals is provided. Compared with the case where the through hole is provided, the temperature uniformity of the wafer is easily improved by the fact that there are few temperature singularities.
  • FIG. 1 The perspective view of the ceramic heater 10.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional view along AA in FIG. 1.
  • the perspective view of the connection member 40 The bottom view of the vicinity of the through-hole 63 of the ceramic heater 10.
  • FIG. The top view of the ceramic heater 110 (with a horizontal sectional view near the pair of terminals 121 and 122). 2 is a partial cross-sectional view of the ceramic heater 110.
  • FIG. The perspective view of the connection member 140 The bottom view of the vicinity of the through-hole 163 of the ceramic heater 110.
  • the top view of the ceramic heater 210 (with horizontal sectional view of the vicinity of the terminals 221, 222, 251, 252).
  • FIG. 1 The fragmentary sectional view of the ceramic heater 210.
  • FIG. 1 The perspective view of the connection member 240 The bottom view of the vicinity of the through-hole 263 of the ceramic heater 210.
  • FIG. 1 is a perspective view of the ceramic heater 10 of the present embodiment
  • FIG. 2 is a plan view of the ceramic heater 10 (with a horizontal sectional view in the vicinity of the pair of terminals 21 and 22)
  • FIG. 4 is a perspective view of the connection member 40
  • FIG. 5 is a bottom view of the vicinity of the through hole 63 of the ceramic heater 10.
  • the ceramic heater 10 includes a ceramic base 12, a central zone resistance heating element 20 (see FIG. 2), an outer peripheral zone resistance heating element 50 (see FIG. 2), and a cooling plate 60.
  • the ceramic substrate 12 is a disk-shaped plate made of a ceramic material typified by aluminum nitride, silicon carbide, silicon nitride, aluminum oxide or the like.
  • the thickness of the ceramic substrate 12 is, for example, 0.5 mm to 30 mm.
  • the surface of the ceramic substrate 12 is a wafer placement surface 14 on which the wafer W is placed. On the wafer mounting surface 14, a plurality of irregularities may be formed by embossing, or a plurality of grooves may be formed.
  • the ceramic substrate 12 has a central zone and an outer peripheral zone.
  • the central zone is a circular region inside a virtual boundary line 16 (see FIG. 2) that is a circle concentric with the ceramic substrate 12.
  • the outer peripheral zone is an annular region outside the virtual boundary line 16.
  • the central zone resistance heating element 20 is embedded in the central zone of the ceramic substrate 12. As shown in FIG. 2, the central zone resistance heating element 20 is a coil wired in the manner of one stroke over the entire area of the central zone from one terminal 21 to the other terminal 22 of the pair of terminals 21 and 22.
  • the wiring pattern of the central zone resistance heating element 20 is not particularly limited.
  • the wiring pattern of the central zone resistance heating element shown in FIG. Examples of the coil material include Cu, Al, SUS, Fe, W, and Ti.
  • the pair of terminals 21 and 22 are formed so that the entire shape of the pair of terminals 21 and 22 is a predetermined circle X (a circle indicated by a two-dot chain line in FIG. 2) when seen in a plan view.
  • the terminal 21 appears as one semicircle portion obtained by dividing the circle X in half
  • the terminal 22 represents the other semicircle obtained by dividing the circle X in half. It is formed to appear as a part.
  • a pair of lands 31 and 32 are provided on the back surface of the ceramic substrate 12 (the surface opposite to the wafer mounting surface 14).
  • the pair of lands 31 and 32 are formed in a semicircular shape corresponding to each of the pair of terminals 21 and 22.
  • the terminal 21 and the land 31 are connected via a conductive member 23 embedded in the ceramic base 12.
  • the terminal 22 and the land 32 are also connected via the same conductive member 24.
  • the gap between the land 31 and the land 32 may be filled with an insulating material.
  • the lands 31 and 32 are connected to a power source (not shown) for the central zone resistance heating element 20 via a cylindrical connection member 40.
  • the connecting member 40 includes a columnar first member 41 having a semicircle on the bottom surface and a columnar second member 42 having a semicircle on the bottom surface so that the rectangular portions face each other.
  • the insulating material 43 is formed so that the entire shape is a cylinder.
  • the first member 41 and the insulating material 43, and the second member 41 and the insulating material 43 are bonded with a heat-resistant adhesive such as an epoxy resin.
  • the first and second members 41 and 42 may be made of copper, for example, and the insulating material 43 may be made of ceramic, for example.
  • At least the surfaces of the connecting member 40 that are joined to the lands 31 and 32 are ground so that the first and second members 41 and 42 and the insulating material 43 are on the same surface.
  • the first member 41 is connected to one pole of a power source (not shown), and the second member 42 is connected to the other pole of the power source.
  • the outer peripheral zone resistance heating element 50 is embedded in the outer peripheral zone of the ceramic substrate 12.
  • the outer peripheral zone resistance heating element 50 is a coil wired in the manner of one stroke over the entire outer peripheral zone from one to the other of a pair of terminals (not shown).
  • the wiring pattern of the outer peripheral zone resistance heating element 50 is not particularly limited.
  • the pair of terminals of the outer peripheral zone resistance heating element 50 are similarly arranged in the same shape as the pair of terminals 21, 22 of the central zone resistance heating element 20, and the same land and connecting member as the pair of lands 31, 32.
  • 40 is connected to a power source for the outer peripheral zone resistance heating element 50 through a connection member similar to 40.
  • the cooling plate 60 is joined to the back surface of the ceramic substrate 12 via a bonding sheet 18 as shown in FIG.
  • the cooling plate 60 is a disk made of metal (for example, made of Al or Al alloy), and incorporates a refrigerant passage 62 through which a refrigerant (for example, water) can pass.
  • the refrigerant passage 62 is formed so that the refrigerant passes over the entire surface of the ceramic substrate 12.
  • the refrigerant passage 62 is provided with a refrigerant supply port and a discharge port (both not shown).
  • One through-hole 63 that faces the pair of lands 31 and 32 of the central zone resistance heating element 20 is provided at a position in the cooling plate 60 that does not interfere with the refrigerant passage 62.
  • the diameter of the through hole 63 is slightly larger than the diameter of the circle X and the diameter of the connection member 40.
  • the inner wall of the through hole 63 is preferably covered with an insulating film.
  • the connecting member 40 is inserted into the through hole 63.
  • one through hole facing the pair of lands of the outer peripheral zone resistance heating element 50 is provided in the same manner as the through hole 63 at a position in the cooling plate 60 that does not interfere with the refrigerant passage 62.
  • Such a ceramic heater 10 can be manufactured according to the manufacturing method described in Japanese Patent No. 3897563, for example. Therefore, description about the manufacturing method of the ceramic heater 10 is abbreviate
  • the ceramic heater 10 is disposed inside a sealed chamber of a semiconductor manufacturing apparatus (not shown).
  • the chamber is equipped with a gas supply port for supplying a source gas such as silane gas and a vacuum port for exhausting the gas in the chamber.
  • a target temperature is set, and the temperature of the ceramic substrate 12 is controlled by a controller (not shown).
  • the controller inputs the temperature of the central zone and the outer peripheral zone of the ceramic substrate 12 from a thermocouple (not shown), and supplies power to the central zone resistance heating element 20 and the outer zone resistance heating element 50 so that each temperature becomes a target temperature.
  • the temperature of the ceramic substrate 12 is controlled.
  • the chamber is evacuated and a source gas is supplied into the chamber. Then, after the temperatures of the central zone and the outer peripheral zone of the ceramic substrate 12 substantially coincide with the target temperature, the wafer is mounted on the wafer mounting surface 14 of the ceramic substrate 12 while the temperature control of the ceramic substrate 12 is continued.
  • the temperature of the wafer itself is lower than the target temperature, so that the measured temperature decreases by several degrees C. However, it rises again to the target temperature by temperature control by the controller. In this state, plasma is generated to form a semiconductor thin film from the source gas on the wafer.
  • the ceramic heater 10 of the present embodiment corresponds to the first wafer heating apparatus of the present invention
  • the ceramic substrate 12 corresponds to the substrate
  • the central zone resistance heating element 20 and the outer zone resistance heating element 50 correspond to the resistance heating element.
  • the pair of terminals 21 and 22 of the central zone resistance heating element 20 are formed such that the entire shape of the pair of terminals 21 and 22 is a circle X when viewed in plan. Therefore, as shown in FIG. 2, the central zone resistance heating element 20 may be designed so as to bypass one circle X, and the area where the resistance heating elements are laid out irregularly bypasses two circles. Smaller than Moreover, although it becomes an area
  • a pair of lands 31 and 32 having shapes corresponding to the pair of terminals 21 and 22 are provided on the back surface of the ceramic base 12.
  • the cooling plate 60 is provided with one through hole 63 that faces the pair of lands 31 and 32 at a position that does not interfere with the refrigerant passage 62.
  • the through hole 63 may cause a temperature singularity in the wafer W, here, one through hole 63 is provided in the cooling plate 60 for the pair of terminals 21 and 22 of the central zone resistance heating element 20. ing.
  • This also applies to the outer peripheral zone resistance heating element 50, and one through hole is provided in the cooling plate 60 for a pair of terminals of the outer peripheral zone resistance heating element 50. Therefore, it is easy to improve the thermal uniformity of the wafer W as compared with the case where through holes are provided according to the terminals.
  • the ceramic substrate 12 is divided into a plurality of (two) zones, the central zone resistance heating element 20 is provided in the central zone, and the outer peripheral zone resistance heating element 50 is provided in the outer peripheral zone. Therefore, temperature adjustment can be performed for each zone.
  • the terminals 21 and 22 are formed so as to appear as semicircular parts, respectively.
  • the terminals 21 and 22 may have any shape as long as they appear as a circle as a whole.
  • one terminal 121 is a circular portion of a predetermined circle X divided into a central circular portion and an outer ring (ring) portion of the circular portion.
  • the other terminal 122 may appear as a C-shaped portion along the annular portion. In that case, as shown in FIGS.
  • the land 131 provided on the back surface of the ceramic substrate 12 is formed in a circular shape corresponding to one terminal 121, and the land 132 is formed in an annular shape corresponding to the other terminal 122. It is formed.
  • the land 132 may have the same C shape as the terminal 122.
  • the connecting member 140 has an insulating cylinder 143 inserted between a circular cylindrical member 141 whose bottom surface is the same as the land 131 and an annular hollow cylindrical member 142 whose bottom surface is the same as the land 132. By bonding, the entire shape is formed as a cylinder.
  • the cooling plate 60 is provided with one through hole 163 for the pair of terminals 121 and 122.
  • the connection member 140 is inserted into the through hole 163.
  • the pair of terminals 221 and 222 of the central zone resistance heating element 20 and the pair of terminals 251 and 252 of the outer zone resistance heating element 50 are collectively provided at the same position, You may form so that the whole shape of these four terminals 221,222,251,252 may become the predetermined
  • the four terminals 221, 222, 251, and 252 appear as fan-shaped portions obtained by dividing a predetermined circle X into four parts with two diameters orthogonal to each other when seen in a plan view.
  • four lands 231 to 234 are provided on the back surface of the ceramic base 12.
  • Each land 231 to 234 is formed in a sector shape corresponding to each terminal 221, 222, 251, 252, and is connected to each terminal 221, 222, 251, 252 by each conductive member embedded in the ceramic substrate 12.
  • the connection member 240 is formed by bonding the metal columnar members 241 to 244 having the same bottom surface as the lands 231 to 234 with the insulating material 245 sandwiched therebetween, so that The shape is formed to be a cylinder.
  • the cooling plate 60 is provided with one through hole 263 for the four lands 231 to 234. A connection member 240 is inserted into the through hole 263.
  • the lands 231 to 232 of the central zone resistance heating element 20 are connected to a power source (not shown) for the central zone resistance heating element 20 via the columnar members 241 and 242 of the connection member 240.
  • the lands 233 to 234 of the outer peripheral zone resistance heating element 50 are connected to a power source (not shown) for the outer peripheral zone resistance heating element 50 via the columnar members 243 and 244 of the connection member 240.
  • FIG. 10 to FIG. 13 the same components as those in the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals.
  • the ceramic heater 210 is an example of the second wafer heating apparatus according to the present invention. In this case, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained. In particular, here, since the entire shape of the four terminals is circular, the area where the resistance heating elements are irregularly laid out becomes smaller, and the number of through holes 263 provided in the cooling plate 60 also becomes smaller.
  • the ceramic heater 10 in which the resistance heating elements 20 and 50 are embedded in the ceramic base 12 is illustrated.
  • a disk-shaped heat-resistant resin sheet for example, made of polyimide resin or liquid crystal (Polymer) may be used.
  • the connection member 40 in order to join the connection member 40 to the lands 31 and 32, first, cream solder is printed on the lands 31 and 32, then the first member 41 faces the land 31 and the second member 42 faces the land 32.
  • the connecting member 40 may be set so as to be followed by soldering by reflow. Since the solder is repelled by the resin sheet and selectively gathers on the lands 31 and 32, a bridge is hardly formed between the lands 31 and 32. This also applies to the ceramic heaters 110 and 210.
  • the central zone resistance heating element 20 and the outer peripheral zone resistance heating element 50 are built in the ceramic base 12, but only one resistance heating element may be built in the ceramic base 12, or the ceramic base 12. May be divided into three or more zones and a resistance heating element may be built in each zone. When dividing into three or more zones, it may be divided into a circular central zone and a plurality of annular zones with different diameters provided concentrically outside the central zone, or a circle is divided into a plurality of sector zones. May be. Any resistance heating element may be formed such that the pair of terminals has the same configuration and the same arrangement as the pair of terminals 21 and 22 (or the pair of terminals 121 and 122) of the above-described embodiment.
  • the central zone resistance heating element 20 and the outer peripheral zone resistance heating element 50 are coils.
  • the present invention is not limited to this, and may be, for example, a mesh (network) or a flat plate. May be.
  • an electrostatic electrode for electrostatic chuck or a high-frequency electrode for plasma generation may be further embedded in the ceramic substrate 12.
  • the present invention can be used for a semiconductor manufacturing apparatus.

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Abstract

セラミックヒータ(１０)は、片面がウエハ載置面である円板状のセラミック基体(１２)に中央ゾーン抵抗発熱体(２０)及び外周ゾーン抵抗発熱体(５０)が埋設されている。中央ゾーン抵抗発熱体(２０)は、一対の端子(２１，２２)の一方から他方まで一筆書きの要領で配線されており、一対の端子(２１，２２)は、平面視したときに一対の端子(２１，２２)の全体形状が円形になるように形成されている。

Description

ウエハ加熱装置
　本発明は、ウエハ加熱装置に関する。
　半導体製造装置においては、ウエハを加熱するためのウエハ加熱装置が採用されている。こうしたウエハ加熱装置としては、表面がウエハ載置面である基体に抵抗発熱体が埋設されたものが知られている。抵抗発熱体は、一対の端子の一方から他方まで一筆書きの要領で配線されている。例えば、特許文献１には、図１４に示すように、セラミック基体を中央ゾーンと外周ゾーンとに分け、抵抗発熱体を中央ゾーンと外周ゾーンのそれぞれに設けたものが開示されている。
特開２０１７－１５２１３７号公報
　ところで、こうしたウエハ加熱装置では、抵抗発熱体を平面視したとき、図１５に示すように、抵抗発熱体３１０の一対の端子３１１，３１２は間隔を空けて配置された２つの円として現れる。そのため、この２つの円形の端子３１１，３１２を迂回するように抵抗発熱体３１０を不規則にレイアウトする必要がある。しかしながら、この場合、不規則にレイアウトする面積が大きくなり、しかも２つの円形の端子３１１，３１２の間には抵抗発熱体３１０が存在しないことから、ウエハの均熱性を高めるのが難しかった。
　本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、従来に比べてウエハの均熱性を高めることを主目的とする。
　本発明の第１のウエハ加熱装置は、
　片面がウエハ載置面である基体に抵抗発熱体が埋設されたウエハ加熱装置であって、
　前記抵抗発熱体は、一対の端子の一方から他方まで一筆書きの要領で配線されており、
　前記一対の端子は、平面視したときに前記一対の端子の全体形状が円形になるように形成されている、
　ものである。
　このウエハ加熱装置は、抵抗発熱体の一対の端子は、平面視したときに一対の端子の全体形状が円形になるように形成されている。そのため、１つの円を迂回するように抵抗発熱体をパターン設計すればよく、抵抗発熱体を不規則にレイアウトする面積が小さくなる。また、一対の端子同士の間は抵抗発熱体が存在しない領域になるが、その領域を狭くすることができるため、抵抗発熱体が存在しない領域がウエハの均熱性に与える影響を小さくなる。したがって、従来に比べてウエハの均熱性を高めることができる。
　なお、「基体」の材質としては、セラミックや樹脂などが挙げられる。
　本発明の第１のウエハ加熱装置において、前記一対の端子を平面視したときに、前記一対の端子の一方は、所定の円を半分に割った一方の半円部として現れ、前記一対の端子の他方は、前記所定の円を半分に割った他方の半円部として現れるようにしてもよい。あるいは、前記一対の端子を平面視したときに、前記一対の端子の一方は、所定の円を中央の円部とその円部の外側の円環部とに分けたうちの前記円部として現れ、前記一対の端子の他方は、前記円環部に沿ったＣ字部として現れるようにしてもよい。このようにすれば、平面視したときに一対の端子の全体形状を簡単に円形にすることができる。
　本発明の第１のウエハ加熱装置において、前記基体の前記ウエハ載置面とは反対側の面には、前記一対の端子のそれぞれに対応した形状の一対のランドが設けられていてもよい。その場合、前記基体の前記ウエハ載置面とは反対側の面に冷媒通路を内蔵する冷却板が接合され、前記冷却板には、前記冷媒通路と干渉しない位置に前記一対のランドに対向する１つの貫通穴が設けられていてもよい。貫通穴はウエハに温度特異点を生じさせる原因になり得るが、ここでは、抵抗発熱体の一対の端子に対して１つの貫通穴を冷却板に設ければよいため、一対の端子のそれぞれに貫通穴を設ける場合に比べて、温度特異点が少ない分、ウエハの均熱性を高めやすい。
　本発明の第１のウエハ加熱装置において、前記基体は、複数のゾーンに分けられており、前記抵抗発熱体は、前記ゾーンごとに設けられていてもよい。こうすれば、ゾーンごとに温度調整を行うことができる。
　本発明の第２のウエハ加熱装置は、
　片面がウエハ載置面である基体に少なくとも２つの抵抗発熱体が埋設されたウエハ加熱装置であって、
　各抵抗発熱体は、一対の端子の一方から他方まで一筆書きの要領で配線されており、
　前記２つの抵抗発熱体の合計４つの端子は、同じ位置に集約して設けられ、平面視したときに前記４つの端子の全体形状が円形になるように形成されている、
　ものである。
　このウエハ加熱装置は、２つの抵抗発熱体の合計４つの端子は、同じ位置に集約して設けられ、平面視したときに前記４つの端子の全体形状が円形になるように形成されている。そのため、１つの円を迂回するように抵抗発熱体をパターン設計すればよく、抵抗発熱体を不規則にレイアウトする面積が小さくなる。また、４つの端子同士の間は抵抗発熱体が存在しない領域になるが、その領域を狭くすることができるため、抵抗発熱体が存在しない領域がウエハの均熱性に与える影響を小さくなる。したがって、従来に比べてウエハの均熱性を高めることができる。
　本発明の第２のウエハ加熱装置において、前記４つの端子を平面視したときに、各端子は所定の円を互いに直交する２本の直径で４つに割った扇形部として現れるようにしてもよい。このようにすれば、平面視したときに４つの端子の全体形状を簡単に円形にすることができる。
　本発明の第２のウエハ加熱装置において、前記基体の前記ウエハ載置面とは反対側の面には、前記４つの端子のそれぞれに対応した形状の４つのランドが設けられていてもよい。その場合、前記基体の前記ウエハ載置面とは反対側の面に冷媒通路を内蔵する冷却板が接合され、前記冷却板には、前記冷媒通路と干渉しない位置に前記４つのランドに対向する１つの貫通穴が設けられていてもよい。貫通穴はウエハに温度特異点を生じさせる原因になり得るが、ここでは、抵抗発熱体の４つの端子に対して１つの貫通穴を冷却板に設ければよいため、４つの端子のそれぞれに貫通穴を設ける場合に比べて、温度特異点が少ない分、ウエハの均熱性を高めやすい。
セラミックヒータ１０の斜視図。 セラミックヒータ１０の平面図（一対の端子２１，２２の付近の水平断面図付き）。 図１のＡ－Ａ部分断面図。 接続部材４０の斜視図 セラミックヒータ１０の貫通穴６３の付近の底面図。 セラミックヒータ１１０の平面図（一対の端子１２１，１２２の付近の水平断面図付き）。 セラミックヒータ１１０の部分断面図。 接続部材１４０の斜視図 セラミックヒータ１１０の貫通穴１６３の付近の底面図。 セラミックヒータ２１０の平面図（端子２２１，２２２，２５１，２５２の付近の水平断面図付き）。 セラミックヒータ２１０の部分断面図。 接続部材２４０の斜視図 セラミックヒータ２１０の貫通穴２６３の付近の底面図。 従来のウエハ加熱装置の平面図。 ２つの円形の端子３１１，３１２の付近の水平断面図。
　次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態のセラミックヒータ１０の斜視図、図２はセラミックヒータ１０の平面図（一対の端子２１，２２の付近の水平断面図付き）、図３は図１のＡ－Ａ部分断面図、図４は接続部材４０の斜視図、図５はセラミックヒータ１０の貫通穴６３の付近の底面図である。
　セラミックヒータ１０は、セラミック基体１２と、中央ゾーン抵抗発熱体２０（図２参照）と、外周ゾーン抵抗発熱体５０（図２参照）と、冷却板６０とを備えている。
　セラミック基体１２は、窒化アルミニウムや炭化珪素、窒化珪素、酸化アルミニウムなどに代表されるセラミック材料からなる円板状のプレートである。このセラミック基体１２の厚みは、例えば０．５ｍｍ～３０ｍｍである。また、セラミック基体１２の表面はウエハＷを載置するウエハ載置面１４となっている。ウエハ載置面１４には、エンボス加工により複数の凹凸が形成されていてもよいし、複数の溝が形成されていてもよい。セラミック基体１２には、中央ゾーンと外周ゾーンとがある。中央ゾーンは、セラミック基体１２と同心の円である仮想境界線１６（図２参照）の内側の円形領域である。外周ゾーンは、仮想境界線１６の外側の環状領域である。
　中央ゾーン抵抗発熱体２０は、セラミック基体１２の中央ゾーンに埋設されている。図２に示すように、中央ゾーン抵抗発熱体２０は、一対の端子２１，２２の一方の端子２１から他方の端子２２まで中央ゾーンの全域にわたって一筆書きの要領で配線されたコイルである。中央ゾーン抵抗発熱体２０の配線パターンとしては、特に限定するものではないが、例えば図１４に示した中央ゾーンの抵抗発熱体の配線パターンが挙げられる。コイルの材質は、例えば、Ｃｕ，Ａｌ，ＳＵＳ，Ｆｅ，Ｗ，Ｔｉなどが挙げられる。一対の端子２１，２２は、平面視したときに一対の端子２１，２２の全体形状が所定の円Ｘ（図２で２点鎖線の円）になるように形成されている。ここでは、一対の端子２１，２２を平面視したときに、端子２１は、円Ｘを半分に割った一方の半円部として現れ、端子２２は、円Ｘを半分に割った他方の半円部として現れるように形成されている。セラミック基体１２の裏面（ウエハ載置面１４とは反対側の面）には、図３に示すように、一対のランド３１，３２が設けられている。一対のランド３１，３２は、図５に示すように、一対の端子２１，２２のそれぞれに対応した半円板形状に形成されている。図３に示すように、端子２１とランド３１とは、セラミック基体１２に埋設された導電部材２３を介して接続されている。端子２２とランド３２も、同様の導電部材２４を介して接続されている。なお、ランド３１とランド３２との隙間には、絶縁材を充填してもよい。
　ランド３１，３２は、円柱状の接続部材４０を介して、中央ゾーン抵抗発熱体２０用の図示しない電源に接続されている。接続部材４０は、図４に示すように、半円を底面に持つ柱状の第１部材４１と、同じく半円を底面に持つ柱状の第２部材４２とを、長方形部分が互いに向かい合うようにして絶縁材４３を挟んで全体形状が円柱となるように形成されている。第１部材４１と絶縁材４３、第２部材４１と絶縁材４３は、エポキシ樹脂などの耐熱接着剤で接着されている。第１及び第２部材４１，４２は例えば銅製としてもよく、絶縁材４３は例えばセラミック製としてもよい。接続部材４０のうち少なくともランド３１，３２と接合する面は、第１及び第２部材４１，４２及び絶縁材４３が同一面になるように研削されている。第１部材４１は図示しない電源の一方の極に接続され、第２部材４２は電源の他方の極に接続される。
　外周ゾーン抵抗発熱体５０は、セラミック基体１２の外周ゾーンに埋設されている。外周ゾーン抵抗発熱体５０は、図示しない一対の端子の一方から他方まで外周ゾーンの全域にわたって一筆書きの要領で配線されたコイルである。外周ゾーン抵抗発熱体５０の配線パターンとしては、特に限定するものではないが、例えば図１４に示した外周ゾーンの抵抗発熱体の配線パターンが挙げられる。外周ゾーン抵抗発熱体５０の一対の端子も、中央ゾーン抵抗発熱体２０の一対の端子２１，２２と同様の形状で同様に配置されており、一対のランド３１，３２と同様のランド及び接続部材４０と同様の接続部材を介して外周ゾーン抵抗発熱体５０用の電源に接続されている。
　冷却板６０は、図３に示すように、セラミック基体１２の裏面にボンディングシート１８を介して接合されている。この冷却板６０は、金属製（例えばＡｌ製とかＡｌ合金製）の円板であり、冷媒（例えば水）が通過可能な冷媒通路６２を内蔵している。この冷媒通路６２は、セラミック基体１２の全面にわたって冷媒が通過するように形成されている。冷媒通路６２には、冷媒の供給口と排出口（いずれも図示せず）が設けられている。冷却板６０のうち冷媒通路６２と干渉しない位置に、中央ゾーン抵抗発熱体２０の一対のランド３１，３２に対向する１つの貫通穴６３が設けられている。貫通穴６３の直径は、円Ｘの直径や接続部材４０の直径よりもわずかに大きい。貫通穴６３の内壁は、絶縁膜で被覆されていることが好ましい。接続部材４０はこの貫通穴６３に挿入されている。また、図示しないが、冷却板６０のうち冷媒通路６２と干渉しない位置に、外周ゾーン抵抗発熱体５０の一対のランドに対向する１つの貫通穴が貫通穴６３と同様に設けられている。
　こうしたセラミックヒータ１０は、例えば特許第３８９７５６３号公報に記載された製造方法に準じて製造することができる。そのため、ここではセラミックヒータ１０の製造方法については説明を省略する。
　次に、セラミックヒータ１０の使用例について説明する。ここでは、セラミックヒータ１０を用いてプラズマＣＶＤによりウエハに半導体薄膜を形成する工程について説明する。セラミックヒータ１０は、図示しない半導体製造装置の密閉されたチャンバ内部に配置される。チャンバには、シランガスなどの原料ガスを供給するガス供給ポートやチャンバ内の気体を排気する真空ポートなどが装備されている。
　プラズマＣＶＤでは、まず、目標温度に設定し、図示しないコントローラによるセラミック基体１２の温度制御を行う。コントローラは、図示しない熱電対からセラミック基体１２の中央ゾーン及び外周ゾーンの温度を入力し、各温度が各目標温度になるように中央ゾーン抵抗発熱体２０及び外周ゾーン抵抗発熱体５０への供給電力を調節することにより、セラミック基体１２の温度制御を行う。また、チャンバ内を真空にすると共にチャンバ内に原料ガスを供給する。そして、セラミック基体１２の中央ゾーン及び外周ゾーンの温度が目標温度と略一致した後、セラミック基体１２の温度制御を継続したまま、セラミック基体１２のウエハ載置面１４にウエハを載置する。ウエハを載置した直後は、ウエハ自身の温度が目標温度よりも低いため、測定温度は数℃低下するが、コントローラによる温度制御により再び目標温度まで上昇する。この状態でプラズマを発生させてウエハ上に原料ガスから半導体薄膜を形成する。
　ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のセラミックヒータ１０が本発明の第１のウエハ加熱装置に相当し、セラミック基体１２が基体に相当し、中央ゾーン抵抗発熱体２０及び外周ゾーン抵抗発熱体５０が抵抗発熱体に相当する。
　以上説明したセラミックヒータ１０では、中央ゾーン抵抗発熱体２０の一対の端子２１，２２は、平面視したときに一対の端子２１，２２の全体形状が円Ｘになるように形成されている。そのため、図２に示すように、１つの円Ｘを迂回するように中央ゾーン抵抗発熱体２０をパターン設計すればよく、抵抗発熱体を不規則にレイアウトする面積は２つの円を迂回する図１５に比べて小さくなる。また、一対の端子２１，２２同士の間は抵抗発熱体が存在しない領域になるが、その領域を図１５に比べて狭くすることができる。そのため、抵抗発熱体が存在しない領域がウエハＷの均熱性に与える影響を小さくなる。外周ゾーン抵抗発熱体５０の図示しない一対の端子も、中央ゾーン抵抗発熱体２０の一対の端子２１，２２と同様の構成、同様の配置であるため、これと同様の効果が得られる。したがって、従来に比べてウエハＷの均熱性を高めることができる。
　また、セラミックヒータ１０において、セラミック基体１２の裏面には、一対の端子２１，２２のそれぞれに対応した形状の一対のランド３１，３２が設けられている。そして、冷却板６０には、冷媒通路６２と干渉しない位置に一対のランド３１，３２に対向する１つの貫通穴６３が設けられている。貫通穴６３はウエハＷに温度特異点を生じさせる原因になり得るが、ここでは、中央ゾーン抵抗発熱体２０の一対の端子２１，２２に対して１つの貫通穴６３が冷却板６０に設けられている。この点は、外周ゾーン抵抗発熱体５０についても同様であり、外周ゾーン抵抗発熱体５０の一対の端子に対して１つの貫通穴が冷却板６０に設けられている。そのため、端子のそれぞれに応じて貫通穴を設ける場合に比べて、ウエハＷの均熱性を高めやすい。
　更に、セラミック基体１２は、複数（２つ）のゾーンに分けられており、中央ゾーン抵抗発熱体２０は中央ゾーンに設けられ、外周ゾーン抵抗発熱体５０は外周ゾーンに設けられている。そのため、各ゾーンごとに温度調整を行うことができる。
　なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
　例えば、上述した実施形態において、中央ゾーン抵抗発熱体２０の一対の端子２１，２２を平面視したときに、端子２１，２２はそれぞれ半円部として現れるように形成したが、端子２１，２２が全体として円形として現れるのであれば端子２１，２２をどのような形状にしてもよい。例えば、図６に示すセラミックヒータ１１０のように、一方の端子１２１を、所定の円Ｘを中央の円部とその円部の外側の円環（リング）部とに分けたうちの円部として現れるようにし、他方の端子１２２は、円環部に沿ったＣ字部として現れるようにしてもよい。その場合、図７及び図９に示すように、セラミック基体１２の裏面に設けられたランド１３１は一方の端子１２１に対応した円形に形成され、ランド１３２は他方の端子１２２に対応した円環状に形成される。なお、ランド１３２は端子１２２と同じＣ字状にしてもよい。また、接続部材１４０は、図８に示すように、底面がランド１３１と同じ円形の円柱部材１４１と底面がランド１３２と同じ円環状の中空筒部材１４２との間に絶縁筒１４３を挿入して接着することにより、全体形状が円柱となるように形成されている。冷却板６０には、一対の端子１２１，１２２に対して１つの貫通穴１６３が設けられている。この貫通穴１６３には接続部材１４０が挿入されている。外周ゾーン抵抗発熱体５０の一対の端子についても、一対の端子１２１，１２２と同様の構成、同様の配置を採用する。なお、図６～図９では、上述した実施形態と同じ構成要素は同じ符号を付した。このようにしても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。
　あるいは、図１０に示すセラミックヒータ２１０のように、中央ゾーン抵抗発熱体２０の一対の端子２２１，２２２と外周ゾーン抵抗発熱体５０の一対の端子２５１，２５２とを同じ位置に集約して設け、平面視したときにこれら４つの端子２２１，２２２，２５１，２５２の全体形状が所定の円Ｘになるように形成してもよい。図１０では、４つの端子２２１，２２２，２５１，２５２は、平面視したときに、所定の円Ｘを互いに直交する２本の直径で４つに割った扇形部として現れる。その場合、図１１及び図１３に示すように、セラミック基体１２の裏面には、４つのランド２３１～２３４が設けられている。各ランド２３１～２３４は、各端子２２１，２２２，２５１，２５２に対応した扇形に形成され、各端子２２１，２２２，２５１，２５２とセラミック基体１２に埋設された各導電部材により接続されている。また、接続部材２４０は、図１２に示すように、底面がランド２３１～２３４と同じ扇形で金属製の柱状部材２４１～２４４を、それらの間に絶縁材２４５を挟んで接着することにより、全体形状が円柱となるように形成されている。冷却板６０には、４つのランド２３１～２３４に対して１つの貫通穴２６３が設けられている。この貫通穴２６３には接続部材２４０が挿入されている。中央ゾーン抵抗発熱体２０のランド２３１～２３２は、接続部材２４０の柱状部材２４１，２４２を介して、中央ゾーン抵抗発熱体２０用の図示しない電源に接続されている。外周ゾーン抵抗発熱体５０のランド２３３～２３４は、接続部材２４０の柱状部材２４３，２４４を介して、外周ゾーン抵抗発熱体５０用の図示しない電源に接続されている。なお、図１０～図１３では、上述した実施形態と同じ構成要素は同じ符号を付した。セラミックヒータ２１０は、本発明の第２のウエハ加熱装置の一例であるが、この場合も上述した実施形態と同様の効果が得られる。特に、ここでは、４つの端子の全体形状が円形になるようにしたため、抵抗発熱体を不規則にレイアウトする面積はより小さくなり、冷却板６０に設ける貫通穴２６３の数もより少なくなる。
　上述した実施形態では、セラミック基体１２に各抵抗発熱体２０，５０が埋設されたセラミックヒータ１０を例示したが、セラミック基体１２の代わりに円板状の耐熱性樹脂シート（例えばポリイミド樹脂製や液晶ポリマー製）を用いてもよい。その場合、ランド３１，３２に接続部材４０を接合するには、まずランド３１，３２にクリームはんだを印刷し、次にランド３１に第１部材４１が対向しランド３２に第２部材４２が対向するように接続部材４０をセットし、その後リフローにてはんだ付けを行えばよい。はんだは、樹脂シートにはじかれて選択的にランド３１，３２に集まるため、ランド３１，３２の間にブリッジが形成されにくい。この点は、セラミックヒータ１１０，２１０でも同様である。
　上述した実施形態では、セラミック基体１２に中央ゾーン抵抗発熱体２０と外周ゾーン抵抗発熱体５０とを内蔵したが、セラミック基体１２に抵抗発熱体を一つだけ内蔵してもよいし、セラミック基体１２を３つ以上のゾーンに分けてゾーンごとに抵抗発熱体を内蔵してもよい。３つ以上のゾーンに分ける場合、円形の中央ゾーンと、その中央ゾーンの外側に同心円状に設けられた径の異なる複数の円環ゾーンに分けてもよいし、円を複数の扇形ゾーンに分けてもよい。いずれの抵抗発熱体も、一対の端子が上述した実施形態の一対の端子２１，２２（あるいは一対の端子１２１，１２２）と同様の構成、同様の配置になるように形成すればよい。
　上述した実施形態では、中央ゾーン抵抗発熱体２０や外周ゾーン抵抗発熱体５０をコイルとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、メッシュ（網状）であってもよいし、平板であってもよい。
　上述した実施形態において、セラミック基体１２に更に静電チャック用の静電電極やプラズマ発生用の高周波電極を埋設してもよい。
　本出願は、２０１７年３月２日に出願された米国仮出願第６２／４６５，９８２号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。
　本発明は、半導体製造装置に利用可能である。
１０　セラミックヒータ、１２　セラミック基体、１４　ウエハ載置面、１６　仮想境界線、１８　ボンディングシート、２０　中央ゾーン抵抗発熱体、２１，２２　端子、２３，２４　導電部材、３１，３２　ランド、４０　接続部材、４１　第１部材、４２　第２部材、４３　絶縁材、５０　外周ゾーン抵抗発熱体、６０　冷却板、６２　冷媒通路、６３　貫通穴、１１０　セラミックヒータ、１２１，１２２　端子、１３１，１３２　ランド、１４０　接続部材、１４１　円柱部材、１４２　中空筒部材、１４３　絶縁筒、１６３　貫通穴、２１０　セラミックヒータ、２２１，２２２，２５１，２５２　端子、２３１～２３４　ランド、２４０　接続部材、２４１～２４４　柱状部材、２４５　絶縁材、２６３　貫通穴、３１０　抵抗発熱体、３１１，３１２　端子。

Claims (10)

  1. 　片面がウエハ載置面である基体に抵抗発熱体が埋設されたウエハ加熱装置であって、
    　前記抵抗発熱体は、一対の端子の一方から他方まで一筆書きの要領で配線されており、
    　前記一対の端子は、平面視したときに前記一対の端子の全体形状が円形になるように形成されている、
    　ウエハ加熱装置。
  2. 　前記一対の端子を平面視したときに、前記一対の端子の一方は、所定の円を半分に割った一方の半円部として現れ、前記一対の端子の他方は、前記所定の円を半分に割った他方の半円部として現れる、
    　請求項１に記載のウエハ加熱装置。
  3. 　前記一対の端子を平面視したときに、前記一対の端子の一方は、所定の円を中央の円部とその円部の外側の円環部とに分けたうちの前記円部として現れ、前記一対の端子の他方は、前記円環部に沿ったＣ字部として現れる、
    　請求項１に記載のウエハ加熱装置。
  4. 　前記基体の前記ウエハ載置面とは反対側の面には、前記一対の端子のそれぞれに対応した形状の一対のランドが設けられている、
    　請求項１～３のいずれか１項に記載のウエハ加熱装置。
  5. 　前記基体の前記ウエハ載置面とは反対側の面に冷媒通路を内蔵する冷却板が接合され、
    　前記冷却板には、前記冷媒通路と干渉しない位置に前記一対のランドに対向する１つの貫通穴が設けられている、
    　請求項４に記載のウエハ加熱装置。
  6. 　前記基体は、複数のゾーンに分けられており、
    　前記抵抗発熱体は、前記ゾーンごとに設けられている、
    　請求項１～５のいずれか１項に記載のウエハ加熱装置。
  7. 　片面がウエハ載置面である基体に少なくとも２つの抵抗発熱体が埋設されたウエハ加熱装置であって、
    　各抵抗発熱体は、一対の端子の一方から他方まで一筆書きの要領で配線されており、
    　前記２つの抵抗発熱体の合計４つの端子は、同じ位置に集約して設けられ、平面視したときに前記４つの端子の全体形状が円形になるように形成されている、
    　ウエハ加熱装置。
  8. 　前記４つの端子を平面視したときに、各端子は所定の円を互いに直交する２本の直径で４つに割った扇形部として現れる、
    　請求項７に記載のウエハ加熱装置。
  9. 　前記基体の前記ウエハ載置面とは反対側の面には、前記４つの端子のそれぞれに対応した形状の４つのランドが設けられている、
    　請求項７又は８に記載のウエハ加熱装置。
  10. 　前記基体の前記ウエハ載置面とは反対側の面に冷媒通路を内蔵する冷却板が接合され、
    　前記冷却板には、前記冷媒通路と干渉しない位置に前記４つのランドに対向する１つの貫通穴が設けられている、
    　請求項９に記載のウエハ加熱装置。
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