(57)【要約】  半導体製造装置等で使用する被処理物の加熱を安価で昇温時間が短くさらに均一なものにするシート状ヒータを提供する。  第１及び第２の接着層２，４と第１及び第２の樹脂層３，６を基盤１上に積層し、発熱体５をこれらの層で覆って電気的絶縁層とした。ここで、その絶縁層２〜６の表面の凹凸を１μｍ以下にした。また、発熱体５はアルミニウムで形成されている。そして、第１及び第２の樹脂層３，６はガスバリア層を構成している。さらに、熱の均一性を図るため、熱分散層を有する。
2008065930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂を絶縁体としアルミニウム金属からなる発熱体を有するヒータにおいて、前記樹脂の表面の凹凸が１μｍ以下であることを特徴とする、シート状ヒータ。  
【請求項２】
アルミニウム金属の発熱体は、その体積抵抗率が２．７×１０−６〜３．５×１０−６  Ω・ｃｍの範囲であることを特徴とする、請求項１に記載のシート状ヒータ。
【請求項３】
アルミニウム金属の発熱体は、その厚みが１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のシート状ヒータ。
【請求項４】
アルミニウム金属の発熱体の少なくともその一面側に、樹脂のガスバリア層を有することを特徴とする、請求項１に記載のシート状ヒータ。
【請求項５】
アルミニウム金属の発熱体の少なくともその一面側に、金属の熱分散層を設けたことを特徴とする、請求項１に記載のシート状ヒータ。
【請求項６】
アルミニウム金属からなる発熱体の載置側の樹脂の絶縁体の厚みが５０〜１００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載のシート状ヒータ。
【請求項７】
樹脂はポリイミド、アラミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフィン、ポリメチルペンテンから選ばれる一以上の材質からなることを特徴とする、請求項１に記載のシート状ヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、イオン注入装置、イオンドーピング装置、プラズマイマージョン装置、露光装置そしてエッチングや薄膜形成に使われるプラズマ処理装置等、半導体製造装置における半導体ウエハやガラス基板を昇温するヒータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置はさまざまな形態のものがあるが、処理される半導体ウエハやガラス等の基板をある一定の温度にまで昇温し、処理中に一定の温度に保ち、その後に常温程度にまで温度を下げる、という温度管理を必要とするものがある。温度によって被処理物とプラズマやイオン、あるいはその他反応物質との化学的あるいは物理的反応の速度等が異なるためである。一般的に温度が上昇すると化学的、物理的反応は促進される。【０００３】
昇温の手段は、電気抵抗を有する金属からなる電極に電流を流し、そのジュール発熱により電極を発熱させ、その熱を被処理物に伝達するという手段が一般的である。温度の制御や、発熱の入り切りが比較的容易におこなうことができるためである。ウエハ等の処理は真空中でおこなうことがほとんどであるため、冷媒循環による冷却システムと併用することで被処理物の降温時間を短縮することも一般的である。被処理物とその載置部に真空の間隙があると対流や熱伝導による熱の移動はなくなり放射のみになるため、自然冷却では温度が下がるのに多くの時間を要し、装置のスループットを低下させるためである。【０００４】
被処理物の温度管理は半導体製造工程にもよるが、その全域で±１℃以内を必要とする場合がある。最先端の製造工程ではシリコン製ウエハの直径は３００ｍｍと大型化の傾向があるため、そのウエハ全体を均一な温度で上昇させるのは相当困難である。この要因の一つはウエハを載置する部分が完全に平坦でなく通常数十μｍ程度の製造上の凹凸が生じているため、熱伝導のみでは温度の管理がうまくできないためである。プラズマを使ったCVD装置等では、ヒータの絶縁部をセラミックで製作し高温での使用と、昇温と冷却の熱衝撃に耐えるものが多く使用されているが、ヒータを含む載置部の熱容量を大きくしている。これは、ヒータで載置部全体を温めて、そこからの放射により被処理物の温度上昇を均一化させようとしているためである。【０００５】
特開２００４−１７９０５８号公報にはシート状ヒータで調理器具やカーペットに使用するものが開示されている。発熱体はステンレススチール等比較的強い引張強度をもつ金属薄膜で形成されている。特開２００３−２１７８００号公報には半導体製造工程に使用可能で３５０℃の高温にまで加熱可能なヒータについて開示されている。特開平８−１８０９６２号公報には金属製の発熱体とそれを被覆している絶縁層の密着を強固なものにして熱伝達が良くなるようなヒータが開示されている。特開昭６３−７２０８５号公報には発熱体を合金を主体とするものの表面にアルミニウムを被覆したものが開示されている。特開２００２−８９８４号公報では窒化アルミを絶縁体とし、その内部に発熱体を有する半導体製造工程用のセラミックヒータが開示されている。【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１７９０５８号公報
【特許文献２】特開２００３−２１７８００号公報
【特許文献３】特開平８−１８０９６２号公報
【特許文献４】特開昭６３−７２０８５号公報
【特許文献５】特開２００２−８９８４号公報
【発明の開示】
【０００７】
この発明が解決しようとする課題は以下のとおりである。
第１の課題は、ヒータからの熱を効率よくウエハ等の被処理物へ伝達すること。すなわち、ヒータと被処理物との接触面積を高めることである。発熱体を内在する絶縁体がセラミックの場合、セラミック表面は硬くその表面は微細な凸凹があるため、被処理物との接触による熱伝導がほとんど期待できないという欠点がある。また、発熱体を内在する絶縁体が樹脂の場合、樹脂はセラミックより柔軟性があるため、ある程度被処理物の面になじむことが考えられるが、発熱体を形成する電極層の厚み分が絶縁体の表面に現れ凸凹になることは避けられない。このためその凹の部分は被処理物との接触がないため、熱の移動がほとんどおこらず、被処理物の均一な昇温が期待できない。
第２の課題は、ヒータを低コストに製造することである。絶縁材料にセラミック等の高価な材料を使わないことと、被処理物を保持しヒータを含む載置部の容積をなるべく小さくすることである。絶縁体がセラミックの場合それを薄く作ることは困難であるので容積が大きくなり、その材料費は高額になる。載置部の容積が小さくなれば熱容量も小さくなるので、ヒータの周辺コンポーネント、例えば発熱体の電源の仕様も軽減でき、そのコストを下げることができる。さらに、載置部の冷却系の仕様に関しても同様である。
【０００８】
請求項１の発明は、請求項１に記載の発明は、樹脂を絶縁体としアルミニウム金属からなる発熱体を有するヒータにおいて、  樹脂の表面の凹凸が１μｍ以下であることを特徴とする、シート状ヒータである。樹脂の表面凹凸が１μｍ以下であれば、樹脂の柔軟性により被処理物の面と接触する割合が十分大きくなることが期待できるためである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、発熱体の材質はアルミニウム金属で、その体積抵抗率が２．７×１０−６〜３．５×１０−６  Ω・ｃｍの範囲であることを特徴とする、請求項１に記載のシート状ヒータである。発熱体をアルミニウム金属で形成する理由は、薄膜の発熱体においてはその体積抵抗率を再現性良く形成する必要があるためである。また、通常のアルミニウムのバルクの体積抵抗率は常温にて２．７×１０−６Ω・ｃｍであるが、発熱体とする場合少しでも高いほうが同じ電流を流したとき発熱量が増加するので有利である。請求項２に記載の発明では蒸着法により形成することにより、バルクの場合よりも高い体積抵抗率を得ることができる。発熱体は全面ベタの場合も、適当な形にパターニングすることもできる。パターンニングする場合は、全面に膜を形成した後にエッチングしてもよいし、マスクを先ず作ってから必要な部分のみ膜付けしてもよい。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、アルミニウム金属の発熱体は、その厚みが１μｍ以下であることを特徴とする、  請求項１に記載のシート状ヒータである。薄膜の発熱体を形成する場合、その形成方法が重要である。蒸着法でおこなうことにより０．１μｍ〜１μｍの極薄いアルミニウム金属膜を再現性よく形成することが可能である。発熱体の厚みを１μｍ以下とすることで、これを被おう電気絶縁の樹脂層に現れる凸凹を１μｍ以下にすることが比較的容易となる。他のアルミニウム金属膜を形成する手段としてはイオンプレーティング法や鍍金法がある。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、アルミニウム金属の発熱体の少なくともその一面側に、樹脂のガスバリア層を有することを特徴とする、請求項１に記載のシート状ヒータである。アルミニウム金属を発熱体とした場合、その熱と周囲の環境にある酸素や水蒸気により発熱体の酸化が進むことがあり、極力酸素や水蒸気がシート状ヒータの表面等から発熱体に届かないように抑えることがその寿命を長くすることにつながる。通常のポリイミドでは例えばその酸素透過率は気温２５℃湿度５０％の場合１００ｃｃ・ｍ−２・２４時間−１・ａｔｍ−１・０．１ｍｍ−１程度であるが、さらにガスバリア性を高める材質としてアラミドを使用できる。この材質はポリイミドに比較して２桁程度は酸素透過率が低いものがあり、例えばＴＯＲＡＹ社のミクトロン（ＴＯＲＡＹ社の登録商標）はおよそ３桁低い０．２ｃｃ・ｍ−２・２４時間−１・ａｔｍ−１・０．１ｍｍ−１である。その他TEIJIN社のアラミカ（ＴＥＩＪＩＮ社の登録商標）が適当である。その他好適な樹脂としては、ポリ塩化ビニリデン、エチレン・ビニルアルコール共重合体、ポリアクリロニトル、樹脂族ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリ塩化ビニル等が挙げられる。ガスバリア層の厚さは１０μｍ〜１００μｍ程度の範囲で、ガスの進入率、使用温度を考慮して決定する。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、アルミニウム金属の発熱体の少なくともその一面側に、金属の熱分散層を設けたことを特徴とする、請求項１に記載のシート状ヒータである。発熱体からの熱は均一にヒータ表面に伝える必要がある。発熱体の形体がヒータ全面にあるのでなくパターンを有す場合、ヒータ表面の直下には発熱体がない部分ができる。この場合、発熱体からヒータ表面への熱の伝わり方にむらができるが、少なくとも一層の熱分散層を発熱体とヒータの表面層の間に設けることによってこれを均一化するものである。熱分散層としては金属の５〜３０μmの層で、材質としては熱伝導率の高いアルミニウムや銅が好適である。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、アルミニウム金属からなる発熱体の載置側の樹脂の絶縁体の厚みが５０〜１００μｍであることを特徴とする、請求項１に記載のシート状ヒータである。発熱体の厚みは最大１μｍなので、それを被おう電気の絶縁体の厚さは発熱体の厚みよりも厚くしないと、発熱体の厚み分で生じる凸凹は吸収できない。樹脂の絶縁体の厚みが発熱体の厚みの５０〜１００倍あれば、発熱体の厚み分の凸凹があったとしても絶縁体表面の凹凸は１μｍ以下に抑えることが可能となる。絶縁体の厚みが５０μｍ以下では絶縁体表面の凹凸は１μｍ以上となり、１００μｍ以上では発熱体から被処理物を載置する面への熱抵抗が大きくなりすぎるため、昇温時間が長くなるという欠点が生じる。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、発熱体の電気的絶縁に用いる樹脂はポリイミド、アラミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフィン、ポリメチルペンテンから選ばれる一以上の材質からなることを特徴とする、請求項１に記載のシート状ヒータである。ポリイミド、アラミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフィン、ポリメチルペンテンはそれぞれ十分な電気的絶縁特性を有し、２００℃程度の高温でも使用可能である。特にポリイミド、アラミドは化学的耐食性にもすぐれているため好ましい材料である。
【００１５】
この発明により、発熱体を被っている樹脂の絶縁層の表面の凹凸は１μｍ以下にできるため、発熱体から熱を被処理物に効果的に伝達することが可能になり、被処理物全体を均一の温度に短時間で昇温が可能となる。また、アルミニウムの発熱体はガスバリア層により周囲から酸素や水蒸気の進入が妨げられるためその酸化が抑えられ、寿命が長くなる。さらに、ヒータ内部に金属の熱分散層を設けることにより、ヒータ電極がパターン状でヒータ表面直下にヒータ電極を有さない場合でも、ヒータ表面の温度の均一性が保たれる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明のシート状ヒータの第１実施例を示し、図１の（ａ）は、平面の概略図であり、図１の（ｂ）は、断面の概略構成図である。
【図２】この発明のシート状ヒータの第２実施例を示し、図２の（ａ）は、平面の概略図であり、図２の（ｂ）は、断面の概略構成図である。
【図３】この発明のシート状ヒータの第３実施例を示し、図３の（ａ）平面の概略図であり、図３の（ｂ）は、断面の概略構成図である。
【符号の説明】
【００１７】
１…基盤、  ２…第１の接着層、  ３…第１の樹脂層、  ４…第２の接着層、  ５…発熱体、  ６…第２の樹脂層、  ７…第３の樹脂層、  ８…第４の樹脂層、  ９…第３の接着層、  １０…熱分散層、  ５０…第１実施例のシート状ヒータ、  ５１…第２実施例のシート状ヒータ、  ５２…第３実施例のシート状ヒータ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１９】
この発明の第１実施例を図１に基づいて説明する。
図１において第１の樹脂層３と第２の樹脂層６が主にガスバリア層を形成する。第１の樹脂層３と第２の樹脂層６はともにガスバリア性のすぐれたアラミド（ＴＯＲＡＹ社のミクトロン（ＴＯＲＡＹ社の登録商標））を使用した。直径２９８ｍｍで厚さ５０μｍの第１の樹脂層３と第２の樹脂層６を用意する。第２の樹脂層６にアルミニウムを蒸着法にて１μｍの厚さに図１に示すようなパターンにマスクを使用して膜付けし、発熱体５とした。次に発熱体５を内側にして第２の樹脂層６と第１の樹脂層３に第２の接着層４を挟み、さらに第１の樹脂層３と基盤１の間に第１の接着層２を挟んで、処理温度１５０℃、圧力２ＭＰaでアルミニウム製の基盤１に同時に接着させ、第１実施例のシート状ヒータ５０を完成した。基盤１の厚みは１０ｍｍで直径は２９８ｍｍである。第１の接着層２と第２の接着層４はともに２０μｍの厚さの熱可塑性ポリイミドである。発熱体５には直流あるいは交流の電源を接続するが、発熱体の両端にリード線を接続（図示せず）することにより行った。
【実施例２】
【００２０】
この発明の第２実施例を図２に基づいて説明する。
図２において第２の樹脂層６が主にガスバリア層を形成する。第３の樹脂層７と第４の樹脂層８は比較的柔軟なポリイミド樹脂を用いる。これらの層に柔軟な材質のものを使用することで表面の凹凸を極力小さくするためである。第２の樹脂層６はガスバリア性のすぐれたアラミド（ＴＯＲＡＹ社のミクトロン（ＴＯＲＡＹ社の登録商標））を使用した。直径２９８ｍｍで厚さ５０μｍの第３の樹脂層７と同じ径で同じ厚さの第４の樹脂層８を用意する。さらに、直径２９８ｍｍで厚さ２５μｍの第２の樹脂層６を用意する。第４の樹脂層８の厚みは５０μｍでこの第４の樹脂層８にアルミニウムを蒸着法にて１μｍの厚さに図２に示すようなパターンにマスクを使用して膜付けし、発熱体５とした。次に発熱体５を内側にして第４の樹脂層８と第３の樹脂層７に第２の接着層４を挟み、第４の樹脂層８のその反対面に第２の樹脂層６を乗せ、さらに第３の樹脂層７と基盤１の間に第１の接着層２を挟んで、処理温度１５０℃、圧力２ＭＰaでアルミニウム製の基盤１に同時に接着させ、第２実施例のシート状ヒータ５１を完成した。基盤１の厚みは１０ｍｍで直径は２９８ｍｍである。第１の接着層２と第２の接着層４はともに２０μｍの厚さの熱可塑性ポリイミドである。発熱体５には直流あるいは交流の電源を接続するが、発熱体の両端にリード線を接続（図示せず）することにより行った。
【実施例３】
【００２１】
この発明の第３実施例を図３に基づいて説明する。
図３において第２の樹脂層６が主にガスバリア層を形成する。この実施例のシート状ヒータではさらに熱分散層１０を有している。第３の樹脂層７と第４の樹脂層８は比較的柔軟なポリイミド樹脂を用いる。これは第２実施例と同様の理由からである。第２の樹脂層６はガスバリア性のすぐれたアラミド（ＴＯＲＡＹ社のミクトロン（ＴＯＲＡＹ社の登録商標））を使用した。直径２９８ｍｍで厚さ５０μｍの第３の樹脂層７と第４の樹脂層８を用意する。第４の樹脂層８の片面には２５μ厚さの銅箔があらかじめ施されているものを使用する。さらに、直径２９８ｍｍで厚さ２５μｍの第２の樹脂層６を用意する。第４の樹脂層８の厚みは５０μｍでこの第４の樹脂層８の片面にアルミニウムを蒸着法にて１μｍの厚さに図３に示すようなパターンにマスクを使用して膜付けし、発熱体５とした。さらにその反対側の面の銅箔を同心円状に周囲部分のみエッチングにより取り除いて、熱分散層１０とした。次に発熱体５を内側にして第４の樹脂層８と第３の樹脂層７に第２の接着層４を挟み、第４の樹脂層８のその反対面に第２の樹脂層６を乗せ、さらに第３の樹脂層７と基盤１の間に第１の接着層２を挟んで、処理温度１５０℃、圧力２ＭＰaでアルミニウム製の基盤１に同時に接着させ、第３実施例のシート状ヒータ５３を完成した。基盤１の厚みは１０ｍｍで直径は２９８ｍｍである。第１の接着層２と第２の接着層４はともに２０μｍの厚さの熱可塑性ポリイミドで、第３の接着層９は３０μｍの厚さの熱可塑性ポリイミドである。発熱体５には直流あるいは交流の電源を接続するが、発熱体の両端にリード線を接続（図示せず）することにより行った。
【図１】
2008065930.tif 000003
【図２】
2008065930.tif 000004
【図３】
2008065930.tif 000005
【国際調査報告】
2008065930.tif 000006
2008065930.tif 000007