WO2019012959A1 - セラミックスヒータ - Google Patents

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悦弘 西本
成伸 先田
晃 三雲
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住友電気工業株式会社
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Definitions

  • various thin film processes such as film formation processes represented by CVD and sputtering and etching processes are performed on a semiconductor substrate (semiconductor wafer) which is an object to be processed . Since these thin film processes are generally performed with the semiconductor substrate heated to a predetermined temperature, the semiconductor substrate placed on the mounting surface is placed in the vacuum chamber in which the process is performed.
  • a ceramic heater also referred to as a susceptor that heats from the lower surface, is mounted.
  • the ceramic heater according to the present disclosure includes a substrate mounting table made of a disk-shaped ceramic having a substrate mounting surface on the upper surface, and a plurality of the plurality of zones embedded in a plurality of zones of the substrate mounting table as viewed from the substrate mounting surface.
  • the plurality of feeding portions are disposed inside the cylindrical support so as to extend from the plurality of electrode terminals toward the insulator, and are collected at the center of the insulator along the insulator to be a substrate of the insulator It extends from the surface opposite to the surface facing the mounting table.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an embodiment of a ceramic heater according to the present disclosure.
  • FIG. 2 is a plan view showing a circuit pattern of a plurality of heating circuits which the ceramic heater of FIG. 1 has.
  • FIG. 3A is a partial longitudinal cross-sectional view of a multi-electrode integrated structure portion included in the ceramic heater of FIG.
  • FIG. 3B is a bottom view of the multi-electrode integrated structure of the ceramic heater of FIG.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view of a conventional ceramic heater.
  • the substrate mounting surface is divided into a plurality of zones and a plurality of heat generating circuits are respectively embedded in the zones
  • a plurality of electrode terminals connected to the ends of the plurality of heat generating circuits and their external power supply It is necessary to store a plurality of feed lines connecting the two in the narrow space inside the cylindrical support.
  • the plurality of feeders may be complicated on the inner side of the cylindrical support, making the operation at the time of assembly and inspection complicated, possibly resulting in the wrong connection position or a short circuit.
  • the present disclosure has been made in view of such circumstances, and a plurality of feed lines for feeding a plurality of heating circuits respectively embedded in a plurality of zones defined on a mounting surface of a substrate mounting table. It is an object of the present invention to provide a ceramic heater for heating a semiconductor substrate which can be stored without being complicated on the inner side of a cylindrical support provided on the lower surface side of the substrate mounting table.
  • the plurality of feeding portions are disposed inside the cylindrical support so as to extend from the plurality of electrode terminals toward the insulator, and are collected at the center of the insulator along the insulator to be a substrate of the insulator It extends from the surface opposite to the surface facing the mounting table.
  • a plurality of feeding parts for feeding power to a plurality of heating circuits embedded in the inside of the substrate mounting table are accommodated without being distracted inside a cylindrical support provided on the lower surface side of the substrate mounting table. be able to.
  • each of the plurality of feed portions extends from the surface opposite to the first feed line extending downward inside the cylindrical support and the surface of the insulator facing the substrate mounting table.
  • the conductive portion extends from the center portion of the insulator toward the outer edge portion on the lower surface of the insulator, and the conductive portion is interposed between the first feeder line and the second feeder line. It is preferable to be provided. Thereby, the interference between the feeding parts can be mitigated inside the cylindrical support.
  • the connection position of each power supply unit can be easily grasped at the time of assembly or inspection.
  • the first feeder line or the second feeder line is connected to the insulator by screwing, riveting, welding, or brazing.
  • the feeder can be reliably connected to the conductor, so problems such as short circuit are less likely to occur.
  • the first feeder is made of a stranded wire
  • the second feeder is made of a conductive rod-like body.
  • the ceramic heater 10 of the present disclosure comprises a substantially disc-like substrate mounting table 1 preferably having a ceramic and having a substrate mounting surface 1a on which the semiconductor substrate is mounted as shown in FIG.
  • a substantially cylindrical tubular support 2 which is joined to the central portion of the lower surface of the mounting table 1 and supports the substrate mounting table 1 from its lower surface side, and the substrate mounting inside the cylindrical support 2
  • a disk-shaped insulator 3 disposed to face the table 1.
  • the individual electrode terminals 21 to 26 are electrically connected to one end.
  • a common electrode terminal 20 is electrically connected to the other ends of the heat generating circuits 11-16.
  • the end portions of the heat generating circuits 11 to 16 and the electrode terminals 20 to 26 can be connected, for example, by a joining method such as caulking, welding, brazing, or screwing.
  • a total of six electrode terminals 21 to 26 and one common electrode terminal 20 partially project from the lower surface side of the substrate mounting table 1, and seven feeders 30 to 36 are connected to the projecting portions as a plurality of feeders. doing.
  • Each of the seven feeders 30 to 36 includes first feeder lines 30a to 36a, second feeder lines 30b to 36b, and conductors 30c to 36c interposed between the two feeder lines.
  • Six feeders 31 to 36 except for the feeder 30 for the common electrode terminal 20 located at the center of the substrate mounting surface 1a extend downward from the inside of the cylindrical support 2 and then to a circle. After being collected at the central portion of the insulator 3 along the plate-like insulator 3, it extends from the surface of the insulator 3 opposite to the surface facing the substrate mounting table 1 to the lower end side of the cylindrical support 2 It is supposed to go out.
  • the common electrode terminal 20 is located at the central portion of the substrate mounting surface 1 a.
  • the seven feeders 30 to 36 will be specifically described.
  • first feeders 30a to 36a made of, for example, metal strands are electrically connected.
  • the first feeder lines 30a to 36a depend on the inside of the cylindrical support 2 in the substantially vertical direction toward the insulator 3 located below the inside of the cylindrical support 2.
  • the insulator 3 is provided with seven through holes at positions almost directly below the above-mentioned electrode terminals 20 to 26.
  • the front end portions of the first feeders 30a to 36a pass through these through holes, respectively, and are conductively fixed to one end portions of the conductors 30c to 36c provided on the lower surface side of the insulator 3.
  • the outer diameter of the insulator 3 is smaller than the inner diameter of the cylindrical support 2 by several mm. As a result, it is disposed so as to be suspended from the first feeders 30a to 36a in a movable state inside the cylindrical support 2.
  • the tips of the seven first feeders 30a to 36a are the ends of the six conductors 31c to 36c except for the first feeder 30a for the common electrode terminal 20 on the side opposite to the center side of the insulator 3 Electrically connected to the unit.
  • the six second feeders 31b to 36b extending to the outside of the cylindrical support 2 are electrically connected to the end portion on the center side of the insulator 3.
  • the six feeders 31 to 36 are collected at the center of the insulator 3 inside the cylindrical support 2. Therefore, it becomes possible to connect the external power supply as a form in which the whole of seven feeders which united the feeder 30 were integrated.

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Abstract

上面に基板載置面を有する円板形状のセラミックスからなる基板載置台と、基板載置面側から見て、基板載置台の複数のゾーンにそれぞれ埋設された複数の発熱回路と、複数の発熱回路の端部にそれぞれ接続された複数の電極端子と、複数の電極端子にそれぞれ接続された複数の給電部と、基板載置台の下面中央部に接続された筒状支持体と、筒状支持体の内側に基板載置台と対向するように配置された円板状の絶縁体と、を備える。複数の給電部は、複数の電極端子から絶縁体に向かって延在するように配置され、かつ、絶縁体に沿って絶縁体の中心部に集められ絶縁体の基板載置台と対向する面とは反対側の面から延出している、セラミックスヒータ。

Description

セラミックスヒータ
 本開示は、セラミックスヒータに関する。本出願は、2017年7月13日出願の日本出願2017-136821号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
 LSIなどの半導体デバイスを製造する半導体製造装置では、被処理物である半導体基板(半導体ウエハ)に対してCVDやスパッタリングに代表される成膜処理やエッチング処理など、様々な薄膜処理が施される。これらの薄膜処理は、半導体基板を所定の温度に加熱した状態で処理を行うのが一般的であるため、当該処理が行われる真空チャンバー内には、載置面に載置された半導体基板をその下面から加熱するサセプタとも称するセラミックス製のヒータが搭載されている。
 上記のセラミックスヒータは、例えば特許文献1に示されるように、上面に平坦な基板載置面を備えたセラミックス製の円板状部材からなる基板載置台と、これを下面側から支持する円筒状の支持部材とから構成されている。基板載置台の内部にはパターニング加工された金属薄膜からなる抵抗発熱体や電熱コイル等の発熱回路が基板載置面に平行な面内に埋設されている。発熱回路の両端部には基板載置台の下面側から挿入した電極端子が電気的に接続している。この電極端子及びそれに接続される給電線を介して外部電源から該発熱回路に給電が行われる。
 かかる構造のセラミックスヒータでは、製品となる半導体デバイスの品質にばらつきが生じないように、基板載置面での均熱性を高めて半導体基板を全面に亘って均一に加熱することが求められている。そのため、該発熱回路の回路パターンを緻密にして温度ムラが生じないようにしたり、基板載置面を複数のゾーンに区分してそれらの各々に配した発熱回路に個別に給電することでゾーンごとにきめ細かく温度制御したりすることが行われている。
特開2003-17224号公報
 本開示のセラミックスヒータは、上面に基板載置面を有する円板形状のセラミックスからなる基板載置台と、基板載置面側から見て、基板載置台の複数のゾーンにそれぞれ埋設された複数の発熱回路と、複数の発熱回路の端部にそれぞれ接続された複数の電極端子と、複数の電極端子にそれぞれ接続された複数の給電部と、基板載置台の下面中央部に接続された筒状支持体と、筒状支持体の内側に基板載置台と対向するように配置された円板状の絶縁体と、を備える。複数の給電部は、複数の電極端子から絶縁体に向かって延在するように筒状支持体の内側に配置され、かつ、絶縁体に沿って絶縁体の中心部に集められ絶縁体の基板載置台と対向する面とは反対側の面から延出している。
図1は、本開示に係るセラミックスヒータの実施形態の縦断面図である。 図2は、図1のセラミックスヒータが有する複数の発熱回路の回路パターンを示す平面図である。 図3Aは、図1のセラミックスヒータが有する多電極集約構造部の部分縦断面図である。 図3Bは、図1のセラミックスヒータが有する多電極集約構造部の底面図である。 図4は、従来のセラミックスヒータの縦断面図である。
 上記の薄膜処理の際、真空チャンバー内の雰囲気は腐食環境になるので、基板載置台の下面側に位置する電極端子は、真空チャンバー内の雰囲気から隔離するのが好ましい。そこで、従来、基板載置台を下面側から支える筒状支持体の上下両端部をそれぞれ基板載置台の下面及び真空チャンバーの底部に気密に接合すると共に、上記電極端子を筒状支持体の内側に設置することが行われている。
 しかしながら、基板載置面を複数のゾーンに区分して複数の発熱回路をそれらゾーン内にそれぞれ埋設する場合は、当該複数の発熱回路の端部に接続する複数の電極端子、及びそれらと外部電源とを接続する複数の給電線を筒状支持体の内側の狭い空間内に収納する必要がある。その結果、これら複数の給電線は筒状支持体の内側において錯綜し、組み立て時や点検時の作業が煩雑になって結線位置を間違えたり、短絡が生じたりすることがあった。
[本開示が解決しようとする課題]
 本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであり、基板載置台の載置面上に画定した複数のゾーン内にそれぞれ埋設された複数の発熱回路に給電するための複数の給電線を、該基板載置台の下面側に設けられた筒状支持体の内側において錯綜させることなく収納することが可能な半導体基板加熱用のセラミックスヒータを提供することを目的とする。
 最初に本開示の実施形態を列記して説明する。本開示のセラミックスヒータは、上面に基板載置面を有する円板形状のセラミックスからなる基板載置台と、基板載置面側から見て、基板載置台の複数のゾーンにそれぞれ埋設された複数の発熱回路と、複数の発熱回路の端部にそれぞれ接続された複数の電極端子と、複数の電極端子にそれぞれ接続された複数の給電部と、基板載置台の下面中央部に接続された筒状支持体と、筒状支持体の内側に基板載置台と対向するように配置された円板状の絶縁体と、を備える。複数の給電部は、複数の電極端子から絶縁体に向かって延在するように筒状支持体の内側に配置され、かつ、絶縁体に沿って絶縁体の中心部に集められ絶縁体の基板載置台と対向する面とは反対側の面から延出している。これにより、基板載置台の内部に埋設された複数の発熱回路への給電用の複数の給電部を、該基板載置台の下面側に設けた筒状支持体の内側において錯綜させることなく収納することができる。
 上記のセラミックスヒータにおいて、複数の給電部の各々は、筒状支持体の内側で下方に延在する第1給電線と、絶縁体の基板載置台と対向する面とは反対側の面から延出する第2給電線と、第1給電線と第2給電線の間に介在する導電部とからなり、導電部は、絶縁体の下面において絶縁体の中心部から外縁部に向かって延在するように設けられていることが好ましい。これにより筒状支持体の内側において給電部間の干渉を和らげることができる。また、組み立て時や点検時に各給電部の接続位置を容易に把握することができる。
 また、上記のセラミックスヒータにおいて、少なくとも第1給電線又は第2給電線のいずれかは、絶縁体と、ねじ止め、リベット止め、溶接、又はろう付けにより接続されていることが好ましい。これにより、導電体に確実に給電線を接続することができるので、短絡等の問題が生じにくくなる。また、上記のセラミックスヒータにおいては、第1給電線は撚り線からなり、第2給電線は導電性の棒状体からなることが好ましい。これにより、セラミックスヒータの加熱や冷却の際に給電線に熱応力が生じにくくなるうえ、組み立て時や点検時の作業が容易になる。
 次に、本開示のセラミックスヒータ10の一具体例として、半導体基板に対してエッチング処理やCVD処理などを行う半導体製造装置の真空チャンバー内に搭載される基板加熱用セラミックスヒータについて説明する。本開示のセラミックスヒータ10は、図1に示すように半導体基板を載置する基板載置面1aを上面に備えた好適にはセラミックスからなる略円板状の基板載置台1と、この基板載置台1の下面の中央部に接合され、基板載置台1をその下面側から支持する好適にはセラミックスからなる略円筒形状の筒状支持体2と、この筒状支持体2の内側において基板載置台1と対向するように配置された円板状の絶縁体3とを有している。
 これら基板載置台1や筒状支持体2の材質であるセラミックスとしては、例えば窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム等を挙げることができる。これらの中では熱伝導率の高い窒化アルミニウムが好ましい。基板載置台1と筒状支持体2は互いに同じ材質からなることが好ましい。これにより加熱や冷却の際に基板載置台1と筒状支持体2は、同様に膨張や縮小させることができる。よって、熱応力による基板載置面1aの反りや基板載置台1と筒状支持体2との接合部の破損等の問題を生じにくくすることができる。
 筒状支持体2の上下両端部は外側に屈曲したフランジ部を有している。フランジ部の環状端面には、図示しないO-リング、ガスケット等のシール材が設けられている。フランジ部を貫通する図示しないネジ等の結合手段によって、筒状支持体2の上下両端部は基板載置台1の下面及び図示しない真空チャンバーの底部にそれぞれ気密に接合している。これにより、筒状支持体2の内側を真空チャンバー内の腐食性ガス雰囲気から隔離することが可能になる。
 本開示のセラミックスヒータ10では、図2に示すように、基板載置台1の基板載置面1aが周方向に6つに均等に区分されている。これにより画定される6つの扇形ゾーンの各々をほぼ全面的にカバーするように、同心円状の複数の湾曲部と、これら湾曲部の隣接するもの同士を接続する直線部とがジグザグ状に連なった扇形の回路パターンを有する発熱回路11~16がそれぞれ埋設されている。
 上記の6つの発熱回路11~16は、いずれも一端部に個別の電極端子21~26が電気的に接続している。発熱回路11~16の他端部には、共通の電極端子20が電気的に接続している。発熱回路11~16の端部と電極端子20~26とは、例えばカシメ、溶接、ロウ接、ネジ止め等の接合方法により接続できる。合計6個の電極端子21~26及び1個の共通電極端子20は基板載置台1の下面側から部分的に突出し、突出部分に複数の給電部として7本の給電体30~36がそれぞれ接続している。
 7本の給電体30~36は、それぞれ第1給電線30a~36aと、第2給電線30b~36bと、これら両給電線の間に介在する導電体30c~36cとから構成される。基板載置面1aの中心部に位置する共通電極端子20用の給電体30を除く6本の給電体31~36は、筒状支持体2の内側で下方に向かって延在してから円板状の絶縁体3に沿って絶縁体3の中心部に集められた後、絶縁体3の基板載置台1と対向する面とは反対側の面から筒状支持体2の下端側へ延出するようになっている。なお、本開示のセラミックスヒータでは、図2の回路パターンに示すように共通電極端子20が基板載置面1aの中心部に位置している。よって、給電体30は絶縁体3に沿って絶縁体3の中心部に集められる構造にはなっていない。一方、共通電極端子20の位置によっては6本の給電体31~36と同様に絶縁体3に沿って絶縁体3の中心部に集められる構造になる場合がある。
 7本の給電体30~36について具体的に説明する。7個の電極端子20~26の突出部分には、例えば金属の撚り線からなる第1給電線30a~36aがそれぞれ電気的に接続している。第1給電線30a~36aは、筒状支持体2の内側の下方に位置する絶縁体3に向かって筒状支持体2の内側をほぼ鉛直方向に垂下している。絶縁体3には上記の電極端子20~26のほぼ真下の位置に7個の貫通孔が設けられている。第1給電線30a~36aの先端部はこれら貫通孔をそれぞれ通り抜けて絶縁体3の下面側に設けられた導電体30c~36cの一端部にそれぞれ導通可能に固定されている。なお、絶縁体3の外径は、筒状支持体2の内径よりも数mm程度小さく形成されている。これにより筒状支持体2の内側において移動可能な状態で第1給電線30a~36aに吊り下げられるようにして配されている。
 7個の導電体30c~36cのうち絶縁体3の中央部に位置する導電体30cを除く導電体31c~36cは、図3A、図3Bに示すように、絶縁体3の下面側において絶縁体3のラジアル方向(放射方向)に均一に延在するように設けられている。なお、図3Aでは、絶縁体3の下面側の7か所に設けられた矩形の溝部内に短冊状の導電体30c~36cがそれぞれ嵌められた構造になっている。しかし導電体30c~36cの形態はこれに限定されるものではない。溝部のない平坦な絶縁板の下面に導電体を固定してもよいし、メタライズ法等で薄膜状の導電体を成膜してもよい。また、絶縁体3の下面における導電体31c~36cの延在方向や長さは、絶縁体3の中心部から外縁部に向かって延在するのであれば図3Bに示すような絶縁体3のラジアル方向に一定の長さで均一に延在する場合に限定するものではない。つまり電極端子21~26の位置に応じて導電体31c~36cの長さが各々異なっていてもよい。あるいは、導電体31c~36cの延在方向が不均一であってもよい。
 7本の第1給電線30a~36aの先端部は、共通電極端子20用の第1給電線30aを除いて6個の導電体31c~36cにおける絶縁体3の中心側とは反対側の端部に電気的に接続している。6個の導電体31c~36cにおいて絶縁体3の中心側の端部に、筒状支持体2の外部に延出する6本の第2給電線31b~36bが電気的に接続している。これにより、6本の給電体31~36においては、筒状支持体2の内側において絶縁体3の中心部に集められることになる。よって、給電体30を合わせた7本の給電体の全体を集約化された形態として外部電源に接続することが可能になる。
 なお、前述したように、共通電極端子20は基板載置面1aの中心部に位置している。よって、導電体30cにおいて絶縁体3の中心側の一端部に第1給電線30aが電気的に接続している。絶縁体3の反対側の他端部には、第2給電線30bが電気的に接続している。しかし、共通電極端子20の位置によっては接続位置がこの逆になる場合がある。また、発熱回路の端部を共通電極端子に代えて個別の電極端子にする場合は、給電体の数は12本になる。よって、12本の第2給電線が筒状支持体2の外部に延出することになる。
 7本の第2給電線30b~36bの各々は、第1給電線30a~36aと同様の金属の撚り線でもよい。または、導電性の棒状体からなるいわゆるピン構造にしてもよい。このように7本の第2給電線30b~36bをピン構造にすると共に、外部電源側の給電線の先端部を該ピン構造の第2給電線群に対して一括して係合可能なソケット構造にすることで、外部電源側の給電線との取り合い部の構造を簡素化することができる。なお、導電体30c~36cの少なくとも第1給電線30a~36a又は第2給電線30b~36bとの接続は、ねじ止め、リベット止め、溶接、又はろう付けによって行うことが好ましい。
 以上説明した多電極集約構造部を採用することにより、図4に示す従来のセラミックスヒータ100が抱える問題を解消することができる。すなわち、従来のセラミックスヒータ100では、図4に示すように基板載置台101の下面に設けた電極端子120~126に電気的に接続された給電線130~136は、特に拘束されることなく筒状支持体102の内側にランダムに収納される。よって、給電線130~136の間で短絡が生じたり、組み立て時や点検時に給電線130~136の結線位置を間違えたり等の問題が発生することがあった。また、筒状支持体102の下端部から延出される給電線130~136の長さにばらつきが生じ、外部電源との接続が困難になることがあった。
 これに対して、本開示のセラミックスヒータの多電極集約構造部を採用することにより、基板載置台の内部に埋設された複数の発熱回路の給電用の複数の給電線が筒状支持体の内側に収納される場合であっても、これら給電線が錯綜しなくなり、組み立てや点検が用意になる。さらに、給電線の結線ミスや短絡等の問題発生を防ぐことができる。
 今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
 1、101   基板載置台
 1a、101a 基板載置面
 2、102   筒状支持体
 3       絶縁体
 11~16   発熱回路
 20、120  共通の電極端子
 21~26、121~126   個別の電極端子
 30~36   給電体
 30a~36a 第1給電線
 30b~36b 第2給電線
 30c~36c 導電体
 130~136 給電線
 10、100 セラミックスヒータ

Claims (4)

  1. 上面に基板載置面を有する円板形状のセラミックスからなる基板載置台と、
    前記基板載置面側から見て、前記基板載置台の複数のゾーンにそれぞれ埋設された複数の発熱回路と、
    前記複数の発熱回路の端部にそれぞれ接続された複数の電極端子と、
    前記複数の電極端子にそれぞれ接続された複数の給電部と、
    前記基板載置台の下面中央部に接続された筒状支持体と、
    前記筒状支持体の内側に前記基板載置台と対向するように配置された円板状の絶縁体と、を備え、
    前記複数の給電部は、前記複数の電極端子から前記絶縁体に向かって延在するように前記筒状支持体の内側に配置され、かつ、前記絶縁体に沿って前記絶縁体の中心部に集められ前記絶縁体の前記基板載置台と対向する面とは反対側の面から延出している、セラミックスヒータ。
  2. 前記複数の給電部の各々は、前記筒状支持体の内側で下方に延在する第1給電線と、前記絶縁体の前記基板載置台と対向する面とは反対側の面から延出する第2給電線と、前記第1給電線と前記第2給電線の間に介在する導電部とからなり、前記導電部は、前記絶縁体の下面において絶縁体の中心部から外縁部に向かって延在するように設けられている、請求項1に記載のセラミックスヒータ。
  3.  少なくとも前記第1給電線又は前記第2給電線のいずれかは、前記絶縁体と、ねじ止め、リベット止め、溶接、又はろう付けにより接続されている、請求項2に記載のセラミックスヒータ。
  4.  前記第1給電線は撚り線からなり、前記第2給電線は導電性の棒状体からなる、請求項2又は請求項3に記載のセラミックスヒータ。
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