(57)【要約】【課題】  ウエハ保持面の均熱性に優れ、コータデベロッパでのフォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化や、Ｌｏｗ−ｋのような低誘電率の絶縁膜の加熱焼成に好適に使用でき、装置全体の小型化が可能な半導体製造装置用保持体を提供する。【解決手段】  半導体製造装置用保持体は、抵抗発熱体２を有するセラミックス製のウエハ保持部１と、ウエハ保持部１を支持する支持体４とからなり、支持体４の熱伝導率がウエハ保持部１の熱伝導率よりも低く、ウエハ保持部１と支持体４は接合されていない。ウエハ保持部１はＡｌＮ、支持体４はムライトを主成分とすることが好ましい。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗発熱体を有するセラミックス製のウエハ保持部と、ウエハ保持部を支持する支持体とからなり、支持体の熱伝導率がウエハ保持部の熱伝導率よりも低く、ウエハ保持部と支持体が接合されていないことを特徴とする半導体製造装置用保持体。
【請求項２】
前記ウエハ保持部がＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４から選ばれた少なくとも１種のセラミックスを主成分とすることを特徴とする、請求項１に記載の半導体製造装置用保持体。
【請求項３】
前記ウエハ保持部がＡｌＮであることを特徴とする、請求項２に記載の半導体製造装置用保持体。
【請求項４】
前記支持体がムライトを主成分とすることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体製造装置用保持体。
【請求項５】
前記支持体がムライトとアルミナの複合体であることを特徴とする、請求項４に記載の半導体製造装置用保持体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の半導体製造装置用保持体を用いた半導体製造装置。
【請求項７】
フォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化、又は低誘電率の絶縁膜の加熱焼成に用いられる装置であることを特徴とする、請求項６に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置に用いる保持体に関するものであり、特にコータデベロッパでのフォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化や、Ｌｏｗ−ｋのような低誘電率の絶縁膜の加熱焼成に好適に用いられる半導体製造装置用保持体に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造においては、シリコンウエハ上のＡｌ回路やＣｕ回路はＡｌスパッタやＣｕメッキ等によって形成されるが、近年の半導体の高集積化や小型化に伴って配線幅及び配線間幅は年々細くなってきている。
【０００３】
Ａｌ回路やＣｕ回路の配線パターンはフォトリングラフィー技術により形成される。例えばＡｌ膜上に樹脂を均一に塗布した後、ステッパと呼ばれる露光装置で樹脂膜にパターンが刷り込まれ、樹脂膜を加熱硬化させて不要部分を除去することにより、配線用のＡｌ膜上に抜きパターン樹脂膜を形成する。その後、エッチング装置で抜きパターン部分に沿ってＡｌ膜をエッチングし、樹脂膜を除去することでパターン化されたＡｌ配線が得られる。
【０００４】
また、配線同士が近づくと配線間の信号の相互作用が生じるため、配線間や積層した層間は低誘電率の絶縁材料で埋めることにより、配線間の相互作用を無くすことが必要である。従来このための絶縁材料として酸化ケイ素が用いられていたが、更に誘電率の低い絶縁膜としてＬｏｗ−ｋと呼ばれる材料が用いられるようになってきた。Ｌｏｗ−ｋの絶縁膜は、その材料を溶いてスラリー状にし、これをスピンコートして均一膜を形成し、上記と同様にフォトリングラフィー技術によりパターン形成した後、ヒータで加熱焼成して固化させる方法によって形成されている。
【０００５】
上記のようなフォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化や、Ｌｏｗ−ｋ膜のような低誘電率の絶縁膜の加熱焼成に用いるヒータとしては、例えば抵抗発熱体であるＳＵＳ箔を石英板でサンドイッチしたヒータを用いていた。しかし、ヒータの均熱性や耐久性に問題があるため、均熱性に優れ且つ耐久性の高い加熱装置が望まれていた。
【０００６】
一方、各種薄膜の形成に用いるＣＶＤ装置においては、高熱伝導率で高耐食性のＡｌＮやＳｉ３Ｎ４中にＭｏコイルを埋設したセラミックス製ヒータが使用されている。このセラミックス製ヒータは、そのウエハ保持面の裏側に筒状のＡｌＮ支持体の一端を接合し、他端をチャンバ−にＯ−リング封止して支持される。また、耐腐食性の低い電極端子や電極供給用の引出線は、チャンバー内で用いる腐食性ガスに曝されないように、筒状のＡｌＮ支持体の内側に収納されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体製造におけるコスト低減のためシリコンウエハの大型化が進められており、近年では８インチから１２インチへと移行している。そのため、フォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化や、Ｌｏｗ−ｋのような低誘電率の絶縁膜の加熱焼成に用いるヒータに対して均熱性向上の要求が高まってきている。具体的には、ヒータのウエハ保持面における均熱性が±１.０％以内、望むらくは±０.５％以内とすることが要望されている。
【０００８】
一般に、セラミックス製のヒータでは、ウエハ保持部を安定させたり、電極端子をチャンバー内雰囲気から保護したりするために、ウエハ保持部と支持体を接合する場合がある。その場合、ウエハ保持部と支持体の熱膨張率が異なると、昇温や冷却の過程で材料間の熱膨張率の違いにより熱応力が発生し、脆性材料であるセラミックスに割れが発生するため、ウエミ保持部と支持体は同じ材料を用いて接合していた。
【０００９】
しかし、ウエハ保持面の均熱性を高めるためウエハ保持部に高熱伝導率の材料を用いると、支持体も高熱伝導率の同一材料にする必要があるため、ウエハ保持部の抵抗発熱体で発生した熱は高熱伝導率の支持体を介して極めて効率的に逃げていく。そのため、ウエハ保持部の温度が支持体との接合部分で大きく低下し、ウエハ保持部の均熱性は低くならざるを得なかった。
【００１０】
また、接合した支持体に熱が逃げることによってウエハ保持部の均熱性が低下することを防ぐため、低熱伝導率で且つウエハ保持部と熱膨張率の異なる支持体を接合すると、熱膨張率差による熱応力により脆性材料であるセラミックス製のウエハ保持部にクラックが入るという問題があった。
【００１１】
更に、支持体をチャンバーに設置する箇所の温度を下げて、チャンバー側の材料の熱劣化を防ぐため、チャンバーの支持体設置部近傍を水などで冷却することが通常行われている。その場合に、支持体が短いと温度勾配がきつくなるため、その熱衝撃で支持体が割れやすかった。熱衝撃による割れを防ぐためには支持体を通常３００ｍｍ程度に長くする必要があり、従ってこの支持体を収納するチャンバーの高さも大きくせざるを得ず、装置全体の小型化に制約があった。
【００１２】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、ウエハ保持面の均熱性に優れ、コータデベロッパでのフォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化や、Ｌｏｗ−ｋのような低誘電率の絶縁膜の加熱焼成に好適に使用でき、装置全体の小型化が可能な半導体製造装置用保持体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明が提供する半導体製造装置用保持体は、抵抗発熱体を有するセラミックス製のウエハ保持部と、ウエハ保持部を支持する支持体とからなり、支持体の熱伝導率がウエハ保持部の熱伝導率よりも低く、ウエハ保持部と支持体が接合されていないことを特徴とするものである。
【００１４】
上記本発明の半導体製造装置用保持体においては、前記ウエハ保持部がＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４から選ばれた少なくとも１種のセラミックスを主成分とすることを特徴とし、特に前記ウエハ保持部がＡｌＮであることが好ましい。
【００１５】
また、上記本発明の半導体製造装置用保持体においては、前記支持体がムライトを主成分とすることを特徴とし、特に前記支持体がムライトとアルミナの複合体であることが好ましい。
【００１６】
更に、本発明は、上記した半導体製造装置用保持体のいずれかを用いた半導体製造装置を提供するものである。また、この本発明が提供する前記半導体製造装置は、フォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化、又は低誘電率の絶縁膜の加熱焼成に用いられる装置であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、ウエハ保持面の均熱性を±１.０％以内、好ましくは±０.５％以内とすることができ、装置全体の小型化が可能な半導体製造装置用保持体を提供することができる。この半導体製造装置用保持体は、コータデベロッパでのフォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化や、Ｌｏｗ−ｋのような低誘電率の絶縁膜の加熱焼成に好適に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
半導体製造過程において、コータデベロッパに用いるフォトリソグラフィー用樹脂膜の加熱硬化や、Ｌｏｗ−ｋの加熱焼成は、ハロゲン元素を含む腐食性ガスを用いるＣＶＤ装置やエッチング装置と異なり、Ｈｅ、Ａｒ、Ｎ２、Ｈ２等を雰囲気として用いるため、ハロゲンに腐食されやすい材料を主成分とする電極でも腐食されず、チャンバーへのコンタミ等の問題も発生しない。
【００１９】
従って、これらの非腐食性雰囲気を用いる半導体製造装置では、必ずしも支持体を筒状にし、その内部にウエハ保持部に設けたヒータの電極端子や引出線を収納し、チャンバー内雰囲気から完全にシールして分離する必要はない。そのため、ウエハ保持部と支持体とを気密接合することが必須ではなく、ウエハ保持部を支持体に接合せず、例えば支持体上に載置するだけで支持することが可能である。
【００２０】
このように、ウエハ保持部と支持体を接合しない場合、ウエハ保持部の抵抗発熱体で発生した熱が支持体を通じて逃げることを抑制できるため、本発明では支持体の熱伝導率がウエハ保持部の熱伝導率よりも低いことと相俟って、ウエハ保持部の均熱性を大幅に向上させることができる。しかも、ウエハ保持部と支持体は接合されていないので、熱膨張率差による熱応力が全くかからず、セラミックス製のウエハ保持部が割れる恐れもない。
【００２１】
上記したウエハ保持部と支持体を接合しない場合、ウエハ保持部の均熱性を上げ、且つ支持体の長さを短くするためには、ウエハ保持部はできるだけ高熱伝導率の材料、少なくとも支持体よりも高熱伝導率の材料を用いると同時に、支持体にはできるだけ熱伝導率の低い材料を用いることが好ましい。
【００２２】
ウエハ保持部の材料は、具体的には、高熱伝導率、耐熱性、絶縁性の観点から、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４から選ばれた少なくとも１種のセラミックスが好ましい。その中でも、特に熱伝導率が高く、耐熱性、耐食性に優れたＡｌＮがより好ましい。
【００２３】
ウエハ保持部にＡｌＮを用いた場合、支持体の材料としては、ＡｌＮの熱膨張率４．５×１０−６／℃に近い熱膨張率４.０×１０−６／℃をもつムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）を主成分とする材料を用いることが好ましい。ムライトは熱伝導率も４Ｗ／ｍＫと非常に低く、熱の逃げを抑制する効果も大きいため、ウエハ保持部の均熱性がより一層向上する。しかも、支持体の長さを短くしても、ウエハ保持部と支持部と容器設置部の温度勾配がきつくならず、熱衝撃による支持体の割れが抑制できるため信頼性が向上する。また、ムライトにアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を添加して支持体の熱膨張率を調整し、例えば熱膨張率をほぼ４.５×１０−６／℃に調整して、ウエハ保持部を構成するＡｌＮの熱膨張率に近似させることもできる。
【実施例】
【００２４】
実施例１
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末に、焼結助剤として０.５重量％のイットリア（Ｙ２Ｏ３）を加え、更に有機バインダーを添加して分散混合した後、スプレードライにより造粒した。この造粒粉末を、焼結後に直径３５０ｍｍ×厚み５ｍｍとなる寸法に、一軸プレスにより２枚成形した。この成形体を温度８００℃の窒素ガス気流中で脱脂し、窒素気流中にて温度１９００℃で６時間焼結した。得られたＡｌＮ焼結体の熱伝導率は１８０Ｗ／ｍＫであった。２枚の焼結体の表面を、ダイヤモンド砥粒を用いて研磨した。
【００２５】
片方のＡｌＮ焼結体上に、Ｗ粉末に焼結助剤とエチルセルロース系のバインダーを添加混練したＷスラリーを用いて抵抗発熱体回路を印刷し、９００℃の窒素気流中で脱脂した後、１８５０℃で１時間加熱して焼き付けた。残りの焼結体上には、接合用のガラスにエチルセルロース系のバインダーを添加混練したスラリーを塗布し、９００℃の窒素気流中で脱脂した。
【００２６】
これら２枚のＡｌＮ焼結体の接合用ガラス面と抵抗発熱体面を重ね合わせ、ずれ防止のため５０ｇ／ｃｍ２の荷重を掛けた状態で、１８００℃で２時間加熱して接合することにより、図１に示すように、内部に抵抗発熱体２が埋設されたＡｌＮ製のウエハ保持部１を作製した。このウエハ製保持部１の裏面に、内部の抵抗発熱体２に接続される電極端子（図示せず）を接合し、更に系外の電源に電気的に接続される電力供給用の引出線３を接合した。
【００２７】
ウエハ保持部を支持する支持体として、ムライト（３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）からなり、外径１００ｍｍ×内径９０ｍｍ×長さ１００ｍｍの円筒形の支持体を準備した。このムライト製支持体の熱伝導率は４Ｗ／ｍＫであった。図１に示すように、この支持体４の片端をチャンバー５にクランプ固定し、支持体４の上にウエハ保持部１を接合することなく載置した。尚、ウエハ保持部１からの引出線３は支持体４内に収納し、チャンバー５との間はＯ−リング６により封止した。
【００２８】
チャンバー５内をＮ２雰囲気で０.１ｔｏｒｒの減圧にし、系外から抵抗発熱体２に電力を供給して５００℃に加熱し、支持体４のチャンバー５に固定した竿部を水冷しながら、ウエハ保持体１のウエハ７を保持する面全体の均熱性を測定したところ、５００℃±０.３９％であった。同じ保持体を１０個作製し、室温と５００℃の間を５００回昇降温してヒートサイクル試験を行ったが、ヒートサイクル後も１０個全て問題無かった。
【００２９】
また、従来の支持体は長さが３００ｍｍで、これを収納するチャンバーの高さも４５０ｍｍ程度必要であった。これに対して実施例１では、支持体４の長さを１００ｍｍに短くしても問題なく使用でき、チャンバー５の高さも２５０ｍｍまでコンパクトにすることが可能となった。
【００３０】
実施例２
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）粉末に、焼結助剤として２重量％のマグネシア（ＭｇＯ）を加え、更にバインダーを添加して分散混合し、スプレードライにより造粒した。この造粒粉末を、焼結後に直径３５０ｍｍ×厚み５ｍｍとなる寸法に、一軸プレスにより２枚成形した。
【００３１】
Ｗ粉末に焼結助剤とエチルセルロース系のバインダーを添加して混練し、上記成形体のうちの１枚に抵抗発熱体回路を印刷した。これを７００℃の大気気流中で脱脂し、１６００℃で３時間加熱して同時焼結した。得られたＡｌ２Ｏ３焼結体の熱伝導率は２０Ｗ／ｍＫであった。この焼結体の表面を、ダイヤモンド砥粒を用いて研磨した。
【００３２】
残りの成形体は上記と同様に焼結し、その焼結体上には接合用のガラスにエチルセルロース系のバインダーを添加混練したスラリーを塗布し、９００℃の大気気流中で脱脂した。これら２枚の焼結体の接合用ガラス面と抵抗発熱体面を重ね合わせ、実施例１と同様に接合してウエハ保持部を得た。ウエハ保持部の裏面には、実施例１と同様に電極端子を接合し、更に引出線を接合した。
【００３３】
このＡｌ２Ｏ３製のウエハ保持部を、実施例１と同じムライト製の支持体上に載置した。ムライト製の支持体の片端はチャンバーにクランプ固定した。実施例１と同じ条件でウエハ保持部の保持面全面の均熱性を測定したところ、均熱性は５００℃±０.７％であった。また、同じ保持体を１０個作製し、実施例１と同様にヒートサイクル試験を行ったが全て問題無かった。
【００３４】
実施例３
炭化ケイ素（ＳｉＣ）粉末に、焼結助剤として２重量％の炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）を加え、更にバインダーを添加して分散混合し、スプレードライにより造粒した。造粒粉末を、焼結後に直径３５０ｍｍ×厚み５ｍｍとなる寸法に、一軸プレスにより２枚成形した。
【００３５】
Ｗ粉末に焼結助剤とエチルセルロース系のバインダーを添加して混練し、１枚の成形体上に抵抗発熱体回路を印刷した。これを９００℃の窒素気流中で脱脂し、１９００℃で５時間加熱して同時焼成した。得られたＳｉＣ焼結体の熱伝導率は１５０Ｗ／ｍＫであった。焼結体の表面を、ダイヤモンド砥粒を用いて研磨した。
【００３６】
残りの成形体は上記と同様に焼結し、その焼結体上には接合用のガラスにエチルセルロース系のバインダーを添加混練したスラリーを塗布し、９００℃の窒素気流中で脱脂した。これら２枚の焼結体の接合用ガラス面と抵抗発熱体面を重ね合わせ、実施例１と同様に接合してウエハ保持部を得た。ウエハ保持部の裏面には、実施例１と同様に電極端子を接合し、更に引出線を接合した。
【００３７】
このＳｉＣ製のウエハ保持部を、実施例１と同じムライト製の支持体上に載置した。ムライト製の支持体の片端はチャンバーにクランプ固定した。実施例１と同じ条件でウエハ保持部の保持面全面の均熱性を測定したところ、均熱性は５００℃±０.５％であった。また、同じ保持体を１０個作製し、実施例１と同様にヒートサイクル試験を行ったが全て問題無かった。
【００３８】
実施例４
窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）粉末に、焼結助剤として２重量％の酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）と２重量％の酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を加え、更にバインダーを添加して分散混合し、スプレードライにより造粒した。造粒粉末を、焼結後に直径３５０ｍｍ×厚み５ｍｍとなる寸法に、一軸プレスにより２枚成形した。
【００３９】
Ｗ粉末に焼結助剤とエチルセルロース系のバインダーを添加して混練し、１枚の成形体上に抵抗発熱体回路を印刷した。これを９００℃の窒素気流中で脱脂し、１９００℃で５時間加熱して同時焼成した。得られたＳｉ３Ｎ４焼結体の熱伝導率は２０Ｗ／ｍＫであった。焼結体の表面を、ダイヤモンド砥粒を用いて研磨した。
【００４０】
残りの成形体は上記と同様に焼結し、その焼結体上には接合用のガラスにエチルセルロース系のバインダーを添加混練したスラリーを塗布し、９００℃の窒素気流中で脱脂した。これら２枚の焼結体の接合用ガラス面と抵抗発熱体面を重ね合わせ、実施例１と同様に接合してウエハ保持部を得た。ウエハ保持部の裏面には、実施例１と同様に電極端子を接合し、更に引出線を接合した。
【００４１】
このＳｉ３Ｎ４製のウエハ保持部を、実施例１と同じムライト製の支持体上に載置した。ムライト製の支持体の片端はチャンバーにクランプ固定した。実施例１と同じ条件でウエハ保持部の保持面全面の均熱性を測定したところ、均熱性は５００℃±０.８％であった。また、同じ保持体を１０個作製し、実施例１と同様にヒートサイクル試験を行ったが全て問題無かった。
【００４２】
実施例５
上記実施例１と同じＡｌＮ製のウエハ保持部を、外径１００ｍｍ×内径９０ｍｍ×長さ１００ｍｍのＳＵＳ製の支持体上に、接合することなく載置した。尚、ウエハ保持部の裏面には、実施例１と同様に抵抗発熱体端部の電極端子と引出線を接合した。尚、このＳＵＳの熱伝導率は１５Ｗ／ｍＫであった。
【００４３】
この保持体について実施例１と同じ評価を行ったところ、ウエハ保持面の均熱性は５００℃±０.４２％であった。また、同じ保持体を１０個作製し、実施例１と同様にヒートサイクル試験を行ったが全て問題無かった。
【００４４】
比較例１
実施例１と同じ方法でウエハ保持部を作製した。支持体はウエハ保持体と同じＡｌＮ製で、外径１００ｍｍ×内径９０ｍｍ×長さ３００ｍｍとした。ウエハ保持部及び支持体ともＡｌＮ製であり、熱伝導率は１８０Ｗ／ｍＫであった。この支持体上に、ウエハ保持部を接合することなく載置した。
【００４５】
得られた保持体について実施例１と同じ評価を行ったところ、均熱性は５００℃±１.２％であった。また、同じ保持体を１０個作製し、実施例１と同様にヒートサイクル試験を行ったが全て問題無かった。
【００４６】
比較例２
実施例１と同じ方法でＡｌＮ製のウエハ保持部を作製した。支持体は、外径１００ｍｍ×内径９０ｍｍ×長さ３００ｍｍのＣｕ製の支持体を準備した。ウエハ保持部の熱伝導率は１８０Ｗ／ｍＫ、支持体の熱伝導率は３９３Ｗ／ｍＫであった。支持体の端部を研磨加工し、その上にウエハ保持部を接合することなく載置して保持体とした。
【００４７】
得られた保持体について実施例１と同じ評価を行ったところ、均熱性は５００℃±２.５％であった。また、同じ保持体を１０個作製し、実施例１と同様にヒートサイクル試験を行ったが全て問題無かった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】チャンバー内に本発明の保持体を固定した状態を示す概略の断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    ウエハ保持部
２    抵抗発熱体
３    引出線
４    支持体
５    チャンバー
【図１】
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