(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁体基板の略中心部に入力および出力電極を設け、前記絶縁体基板に埋設して、前記入力電極を含む部位から前記絶縁体基板の外周部に向けて、螺旋状または擬似的な螺旋状の抵抗発熱体回路が形成され、抵抗発熱体回路の最外周部においてリング状をなし、更に抵抗発熱体回路の最外周部から中心部に向けて螺旋状または擬似的な螺旋状の前記抵抗発熱体回路が出力電極を含む部位に形成されていることを特徴とする抵抗発熱体回路パターン。
【請求項２】
前記入力または／および出力電極が複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の抵抗発熱体回路パターン。
【請求項３】
前記入力電極を含む部位から前記絶縁体基板の外周部に向けて形成される抵抗発熱体回路と、抵抗発熱体回路の最外周部から出力電極を含む部位に向けて形成される前記抵抗発熱体回路とが交互に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の抵抗発熱体回路パターン。
【請求項４】
請求項１乃至３の特徴を有する回路パターンが形成されていることを特徴とする基板処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハや液晶用基板等の処理温度の均一化を図るのに好適なセラミックスヒータに関し、詳しくは絶縁体基板に埋設した抵抗発熱体回路パターンおよび該回路パターンを形成した絶縁体基板を用いた基板処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、半導体ウエハや液晶基板上にＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング法等によって成膜やエッチング処理を行うために、これら被処理物を支持しながら所定の処理温度に加熱するセラミックスヒータが用いられている。近年、これ等のセラミックスヒータが、真空チャンバーを有する処理装置に採用されるようになって来た。
【０００３】
実開平２−５６４４３号公報には、半導体ウエハ等の被処理物を保持する静電チャック機能を有する図７に示すようなセラミックスヒータ１００が開示されている。このセラミックスヒータは、円板状の絶縁体基板１０１ａ、１０１ｂを積層したところに１本の抵抗発熱体１０２が埋設され、さらに電極１０３を挟んで誘電体層１０４が積層されている。図８に、抵抗発熱体１０２の回路パターン２００を示す。絶縁体基板１０１の外周部に入力電極１０２ａおよび出力電極１０２ｂが設けられ、絶縁体基板１０１ａを貫通する端子１０２ｃに接続されている。
【０００４】
半導体ウエハ等の被処理物１０５は、別途設ける端子から電極１０３に給電することによって載置面１０６上に吸着保持される。さらに、端子１０２ｃから抵抗発熱体１０２に給電して被処理物１０５を所定の処理温度に加熱する。
【０００５】
本考案によれば、静電チャック自体を加熱装置として機能させることができるため、半導体ウエハに効率よく熱を伝達することができ、更に従来の加熱装置の如き付属装置も不要となり、装置を簡単化し得、従って低コスト化を図り得ると説明されている。
【０００６】
また、特開平１１−３１７２８３号公報には、１本の抵抗発熱体１０２に代えて、並列接続された２本以上の線状抵抗発熱体から構成した回路パターンが開示されている。この発明では、半導体ウエハの大型化に伴いセラミックスヒータの均熱精度を向上させるため、抵抗発熱体を幾つかのグループに分けて、抵抗発熱体群毎の断面積を予め計測し、最も断面積の小さい抵抗発熱体群を基準に大きい断面積の抵抗発熱体群の一部の線状抵抗発熱体を分離することにより、抵抗値を均等化する技術が提供されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、半導体ウエハの大型化が進み、当初その直径が６インチ程度であったものが１２インチの大型のものまで出現し、この大面積の半導体ウエハの全面を精度よく加熱するセラミックスヒータが求められている。また、処理温度も次第に高くなり、当初４００℃程度であったものが５５０℃を超える高温が要求され、さらにセラミックスヒータの載置面上の温度バラツキを±１％以下に抑えた均熱性が要求されている。
【０００８】
ところが前述した従来技術では、大型の半導体ウエハの全面を精度よく均熱化するのには不充分である。本発明は、事前の抵抗発熱体回路の計測や抵抗値の調整を伴わずに、大型の半導体ウエハまたは液晶用基板を精度よく均熱化する技術およびそれを用いた基板処理装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
絶縁体基板の略中心部に入力および出力電極を設け、絶縁体基板に埋設した入力電極を含む部位から絶縁体基板の外周部に向けて、螺旋状または擬似的な螺旋状の抵抗発熱体回路を形成し、抵抗発熱体回路の最外周部においてリング状をなし、更に抵抗発熱体回路の最外周部から中心部に向けて螺旋状または擬似的な螺旋状の抵抗発熱体回路を、出力電極を含む部位に形成する。
【００１０】
入力または／および出力電極を複数設ければ、より一層分散された抵抗発熱体回路パターンが形成できるので、温度バラツキをより低減することが出来る。
【００１１】
入力電極を含む部位から絶縁体基板の外周部に向けて形成される抵抗発熱体回路と、抵抗発熱体回路の最外周部から出力電極を含む部位に向けて形成される抵抗発熱体回路との回路パターンを交互に形成することにより、抵抗発熱体回路で発生する磁界の影響を打ち消し均熱精度の向上が図れる。
【００１２】
半導体ウェハーまたは液晶用基板処理装置に、前記の特徴を有する抵抗発熱体回路パターンが形成された絶縁体基板をセラミックスヒーターに用いれば、絶縁体基板上に載置される大径の被処理物の温度を精度よく均熱化することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明においては、従来技術で存在していた抵抗発熱体回路の折り返しや急激な折れ曲がりの回路パターンを極力避けて、できるだけ滑らかな回路パターンを形成することで、局部的な発熱密度のバラツキを抑える。そのために、絶縁体基板の略中心部に入力および出力電極を設け、絶縁体基板に埋設した入力電極を含む部位から絶縁体基板の外周部に向けて、螺旋状または擬似的な螺旋状の抵抗発熱体回路を形成し、抵抗発熱体回路の最外周部においてリング状をなし、更に抵抗発熱体回路の最外周部から中心部に向け螺旋状または擬似的な螺旋状の抵抗発熱体回路を、出力電極を含む部位に形成する。
【００１４】
一般に、セラミックス等の絶縁体基板に埋設して形成された抵抗発熱体回路においては、絶縁体基板の外周部の温度が低下する傾向がある。従って、最外周の抵抗発熱体回路形状を絶縁体基板の形状に沿わせて、最外周では全ての抵抗発熱体回路を合流させ、かつ抵抗発熱体回路の幅や形状に変化をつけて均熱化を図ることが有効である。
【００１５】
また絶縁体基板表面の温度分布を均一化するためには、内周、外周を問わず連続的に抵抗発熱体回路幅、もしくは抵抗発熱体回路間の間隔を滑らかに変化させること好ましい。このように構成することで、抵抗発熱体回路の発熱量の均等化を図ることができ、セラミックスヒータである絶縁体基板の温度分布を精度よく均熱化できる。
【００１６】
そして、中心部から外周部へ向かう抵抗発熱体回路と、外周部から中心部に向かう抵抗発熱体回路を交互に配置すれば、抵抗発熱体回路で発生する磁界の影響を打ち消すことも可能である。
【００１７】
さらに、絶縁体基板における全体の発熱量は、抵抗発熱体回路の幅や間隔を調整することに加えて、並列させた抵抗発熱体回路の数を選択することによつても任意に設定できる。例えば、抵抗発熱体回路の幅や間隔が同一の場合、並列する抵抗発熱体回路を２倍にすると抵抗値は１／４になる。従って同一電圧を供給すると抵抗発熱体回路の全発熱量は４倍になる。このように、並列回路の数を選択することで全体の発熱量を調整できるから、用途に応じて種々の処理温度に適応したセラミックスヒータを作製できる。
【００１８】
以下に、本発明を具体化した好適な実施例を図面に基づき詳細に説明する。図１は、入力および出力電極が共に１極の抵抗発熱体回路パターンの平面図である。１は、円板状の絶縁体基板であり、２は、絶縁体基板１に埋設して形成された抵抗発熱体回路である。３は、抵抗発熱体回路の形成されていない部分を示す。
【００１９】
絶縁体基板１の略中心部に入力電極４および出力電極５が設けられ、絶縁体基板１に埋設し、入力電極４を含む部位から絶縁体基板１の外周部に向けて、螺旋状または擬似的な螺旋状の抵抗発熱体回路２が形成され、抵抗発熱体回路の最外周部においてリング状をなし、更に抵抗発熱体回路の最外周部から中心部に向け螺旋状または擬似的な螺旋状の抵抗発熱体回路２の回路が、出力電極５を含む部位に形成されている。図１は、２つの螺旋を組み合せた回路パターンであり、各部における電流密度を回路幅Ｂ、もしくは回路間隔Ｔによって任意に調整できる。
【００２０】
図２は、入力電極が１極、出力電極が２極の抵抗発熱体回路パターンの平面図である。絶縁体基板１に埋設して、中心部の１極の入力電極４から外周部に向けて擬似的な螺旋状の抵抗発熱体回路２が形成され、抵抗発熱体回路の最外周部でリング状に合流し、さらに抵抗発熱体回路の最外周部から中心部の２極の出力電極５に向けて擬似的な螺旋状の抵抗発熱体回路２が形成されている。この回路パターンの場合は、抵抗発熱体回路の最外周部での合流が急激であるため、使用温度によっては外周部の温度バラツキが大きくなる場合もある。
【００２１】
図３は、入力電極が１極、出力電極が２極であって、抵抗発熱体回路の最外周部で合流するリング状の部分に抵抗値の調整機能を付加した抵抗発熱体回路パターンの平面図である。これは、図２のパターンで外周部の温度バラツキが大きくなることを防ぐために、外周部の抵抗発熱体回路を分岐させ、発熱量を調整できるようにしたものである。絶縁体基板１に埋設して、中心部の１極の入力電極４から外周部に向けて螺旋状の抵抗発熱体回路２が形成され、抵抗発熱体回路の最外周部でリング状に合流している。合流部の回路幅ｂは、電流を分散させて温度分布を均一にするため特定の値になるよう調整される。そして合流部から中心部の２極の出力電極５に向けて交互に螺旋状の抵抗発熱体回路２が形成されている。
【００２２】
図４は、入力電極が１極、出力電極が３極の抵抗発熱体回路パターンの平面図である。絶縁体基板１に埋設して、中心部の１極の入力電極４から外周部に向けて擬似的な螺旋状の抵抗発熱体回路２が形成され、抵抗発熱体回路の最外周部でリング状に合流し、さらに抵抗発熱体回路の最外周部から中心部の３極の出力電極５に向けて擬似的な螺旋状の抵抗発熱体回路２が交互に形成されている。図４においては、抵抗発熱体回路の最外周部での分岐、合流個所が６箇所存在するから、図１〜３に示した形態に比べて抵抗発熱体回路の最外周部での発熱量のバラツキが小さくなり、均熱性の向上がはかれる。
【００２３】
図５は、入力電極が１極、出力電極が６極の抵抗発熱体回路パターンの平面図である。絶縁体基板１に埋設して、中心部の１極の入力電極４から外周部に向けて擬似的な螺旋状の抵抗発熱体回路２が形成され、抵抗発熱体回路の最外周部でリング状に合流し、さらに抵抗発熱体回路の最外周部から分岐して中心部の６極の出力電極５に向けて擬似的な螺旋状の抵抗発熱体回路２が交互に形成されている。図５においては、抵抗発熱体回路の最外周部での分岐、合流個所が１２ヶ所存在するから、他の形態に比べて抵抗発熱体回路の最外周部での発熱量のバラツキはさらに小さくなり、均熱性の向上がさらにはかれる。
【００２４】
半導体ウェハーまたは液晶用基板処理装置に、図１乃至図５の特徴を有する抵抗発熱体回路が形成された絶縁体基板を用いれば、絶縁体基板上に載置される大径の被処理物の温度を精度よく加熱することができる。図６に、半導体ウェハーまたは液晶用基板処理装置の断面構造の概要図を示す。
【００２５】
図６において、半導体ウェハーまたは液晶用基板処理装置５０の真空チャンバー５２の内部には、本発明の円板状のセラミックスヒータ５３が設置される。セラミックスヒータ５３は、絶縁体基板１に抵抗発熱体回路２を埋設して積層し、さらに必要に応じて電極５４も積層し、被処理物５５（例えば半導体ウエハ）を吸着保持する。セラミックスヒータ５３は、円筒架台５６の上に固定され内部の中空部内に、抵抗発熱体回路２や電極５４に接続する給電部材５７を挿通して真空チャンバー５２内のハロゲン系の腐食性ガスから給電部材５７を保護する。このように構成した処理装置において、半導体ウエハまたは液晶用基板を所定の処理温度に加熱しながら、ＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング法等によって成膜やエッチング処理を行う。近年のように、半導体ウエハの大型化が進み、処理温度が高くなるに応じて、精度よい均熱性を実現するのに本発明は好適である。
【００２６】
次に、セラミックスヒータの具体的な製作方法について説明する。まず原料となるセラミックス粉末にバインダーや溶剤を加え、必要に応じて焼結助剤を加え、ボールミルや超音波等の手法によって十分に混合し、スラリーを作製する。次に成形方法であるが、でき上がったスラリーをドクターブレード法等の手法によりグリーンシートを作製する。または、スラリーからスプレードライなどの手法により溶剤成分を除去し、顆粒を作製し、この顆粒を用いてプレス成形するなどの手法を選択することが出来る。
【００２７】
次にでき上がった成形体に関して、高融点金属等のペーストを用いて、スクリーン印刷により所定の抵抗発熱体回路を形成する。このとき、回路パターン上に絶縁保護膜として成形体を積層する、あるいは成形体と組成が同一または比較的近いスラリー及びまたはペーストをスクリーン印刷などの手法で塗布してもよい。また静電チャック用電極やその他の用途の電極を上記と同様スクリーン印刷により形成した成形体を積層することも可能である。これらを脱脂した後、焼結し、セラミックスヒータを完成する。
【００２８】
また、作製した成形体を脱脂、焼結した後、焼結体にスクリーン印刷により抵抗発熱体回路を形成し、焼き付けることも可能である。このとき、上記と同様に回路パターン上に絶縁保護膜として成形体と組成が同一または比較的近いスラリー及びまたはペーストをスクリーン印刷などの手法で塗布し焼成する。また、絶縁保護膜としてセラミックス焼結体を接合することも可能である。また、静電チャック用の電極やその他の用途用の電極を形成したセラミックス焼結体を接合することも可能である。接合方法としては、セラミックスと組成が同一または比較的近いスラリーを塗布した後、その上にセラミックス焼結体を設置し、焼成することで接合できる。さらに、このとき接合部に圧力をかけることで接合強度を向上させることも可能である。以上のように、製作方法に関しては上記手法に限定されるものでなく公知の手法を選択できる。
【００２９】
また本発明に用いられるセラミックスとしては、特に制約はなく、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム（アルミナ）、窒化珪素、炭化珪素等が用いられる。均熱性が求められる場合は、窒化アルミニウムや炭化珪素等を用いるのが好ましい。これ等のセラミックスは熱伝導率が比較的高いので、抵抗発熱体回路で発生した熱が絶縁基板体の内部に広がり易く、温度分布を均一に保つには有効である。なかでも窒化アルミニウムは、半導体ウェハーまたは液晶用基板処理装置に用いられる腐食性ガスやプラズマに対する耐食性に優れ特に好ましい。
【００３０】
【実施例】
本発明と図８に示す従来技術の抵抗発熱体回路パターンの均熱精度を比較するため、表２に示す試料を準備した。絶縁体基板のセラミックスとして、窒化アルミニウム、窒化珪素、アルミナ、炭化珪素の４種類の原料粉末を用意し、これにバインダー、溶剤、さらに必要に応じて焼結助剤を添加し、ボールミルによって混合し、スラリーを作製した。その後、ドクターブレード法によりグリーンシートに成形して、タングステンペーストを用いてスクリーン印刷法により抵抗発熱体回路を形成した。
【００３１】
抵抗発熱体回路パターンは、図１〜５及び図８である。これら抵抗発熱体回路パターンにおける、抵抗発熱体回路幅Ｂと隣接抵抗発熱体回路間隔Ｔを表１に示す。
【表１】
0003582518.tif 000002
【００３２】
そして、抵抗発熱体回路パターンがスクリーン印刷されたグリーンシートに絶縁保護膜として他のグリーンシートを積層し、窒素雰囲気中で脱脂、焼結し、１２インチ相当の半導体ウェハが加熱できる直径３２０ｍｍの円形に仕上げ、セラミックスヒータを作製した。これら各試料を、図６に示す真空チャンバー内に設置し、５５０℃まで昇温させて、赤外線放射温度計によりセラミックスヒータのウェハ載置面の温度バラツキを測定した結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
0003582518.tif 000003
【００３４】
表２の結果を考察すると、いずれの実施例も、セラミックスヒータの載置面上の温度バラツキは、±１．５％以内であるが、セラミックスの材質と回路パターンの組合せによっては、当初設定した目標値である±１％に未達の場合もある。また、さらに処理温度が高温になると、均熱精度は低下する傾向にあるから、温度バラツキを±１％以下にするためには、好適な抵抗発熱体回路パターンは、図１よりも図２、図２よりも図３と、より分散された回路パターンを選択すればよい。また、セラミックス材質も窒化アルミニウムや炭化珪素など熱伝導率の高い材料を選択するのが好ましい。
【００３５】
さらに、表２のセラミックスヒータを半導体または液晶基板装置のサセプタ内に設置し、被処理物にＣＶＤ法により成膜処理を実施した。その結果、比較例１〜４に比較し、本発明のセラミックスヒータによる成膜は均一で良好な膜形成が達成できた。
【００３６】
【発明の効果】
本発明の発熱回路パターンを用いれば、大型の半導体ウエハや液晶用基板であっても、高い処理温度下においても安定した精度のよい均熱加熱が可能となった。また、前記の特徴を有するセラミックスヒータを半導体ウェハーまたは液晶用基板処理装置に用いることによって、半導体ウエハや液晶用基板上にＣＶＤ、ＰＶＤ、スパッタリング法等によって成膜処理やエッチング処理を安定して精度よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】入力および出力電極が共に１極の抵抗発熱体回路パターンの平面図である。
【図２】入力電極が１極、出力電極が２極の抵抗発熱体回路パターンの平面図である。
【図３】入力電極が１極、出力電極が２極であって、抵抗発熱体回路の最外周部で合流するリング状の部分に抵抗値の調整機能を付加した抵抗発熱体回路パターンの平面図である。
【図４】入力電極が１極、出力電極が３極の抵抗発熱体回路パターンの平面図である。
【図５】入力電極が１極、出力電極が６極の抵抗発熱体回路パターンの平面図である。
【図６】半導体または液晶基板処理装置の断面構造の概要図である。
【図７】従来の静電チャック機能を有するセラミックスヒータの断面図である。
【図８】従来の抵抗発熱体回路パターンの平面図である。
【符号の説明】
１  絶縁体基板
２  抵抗発熱体回路
３  抵抗発熱体回路パターンの間隔
４  入力電極
５  出力電極
５３  セラミックスヒータ
【図１】
0003582518.tif 000004
【図２】
0003582518.tif 000005
【図３】
0003582518.tif 000006
【図４】
0003582518.tif 000007
【図５】
0003582518.tif 000008
【図６】
0003582518.tif 000009
【図７】
0003582518.tif 000010
【図８】
0003582518.tif 000011