(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物の載置面を上面に備えた載置台と、前記載置台を下側から支持する筒状の支持部材とを有する加熱ヒータであって、前記筒状支持部の内側に、不活性ガスを前記内側に導入する流路と前記内側のガスを排出する流路とが設けられており、これら２つの流路が少なくとも部分的に接して熱交換器を構成しており、前記２つの流路が少なくとも部分的に接する部分が２重配管構造を構成している加熱ヒータ。
【請求項２】
前記不活性ガスを導入する流路が前記２重配管構造の内側流路であり、前記内側のガスを排出する流路が前記２重配管構造の外側流路である、請求項１に記載の加熱ヒータ。
【請求項３】
前記不活性ガスを導入する流路が前記２重配管構造の外側流路であり、前記内側のガスを排出する流路が前記２重配管構造の内側流路である、請求項１に記載の加熱ヒータ。
【請求項４】
前記２重配管構造の内側流路と外側流路のそれぞれの先端開口部が、前記内側流路の流路方向に離間している、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の加熱ヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ等の被加熱物を載置して加熱する加熱ヒータに関し、特に半導体製造装置向けのガス供給配管構造を有するウエハ加熱ヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。これら薄膜処理は半導体ウエハを加熱状態で処理することが多く、当該処理が行われるチャンバー内には薄膜処理の際に半導体ウエハを載置してその下面から加熱するサセプタとも称されるウエハ加熱ヒータが一般的に搭載されている。
【０００３】
上記ウエハ加熱ヒータは、例えば特許文献１に示されるように上面に平坦なウエハ載置面を備えたセラミックス製の円板状部材からなるウエハ載置台と、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おり、該ウエハ載置台の内部に埋設された抵抗発熱体で半導体ウエハを加熱するようになっている。ウエハ載置台の内部には、更にプラズマを発生させる高周波（ＲＦ）電極や半導体ウエハをウエハ載置面に電気的に吸着固定させる静電チャック（ＥＳＣ）電極が設けられることもある。
【０００４】
上記したウエハ加熱ヒータでは製品となる半導体デバイスの品質のばらつきを抑えるため、ウエハ載置面での均熱性を高めて半導体ウエハを全面に亘って均一に処理することが求められている。そのため、ウエハ載置台に埋設する抵抗発熱体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、ウエハ載置面を複数ゾーンに分割してそれぞれに配設した複数の抵抗発熱体できめ細かく温度制御したりする技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７２２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記した半導体製造装置では、ＣＶＤやエッチング等に用いる反応性ガスとしてハロゲン系等の腐食性の高いガスが用いられるので、抵抗発熱体等の電極の端子部やそこからの引出線は円筒状支持部材の内側に収納すると共に、該円筒状支持部材の両端部をそれぞれウエハ載置台の底面及びチャンバーの床面に気密シールすることで円筒状支持部材の内側をチャンバーの腐食性ガス雰囲気から隔離している。
【０００７】
しかしながら、上記引出線はチャンバー床面の貫通孔を経てチャンバー外部の電源等に接続させる必要があるため、円筒状支持部材の内側は当該貫通孔により大気圧雰囲気になっており、よって酸化性の空気による端子部等の酸化が避けられない。例えば、ウエハ載置台を６００℃に加熱して被処理物にＣＶＤ処理を施す場合、ウエハ載置台の下面に取り付けた端子部は約６００℃で酸化性雰囲気に曝されることになる。
【０００８】
そこで円筒状支持部材の内側にチャンバー外部から窒素ガス等の不活性ガスを導入して円筒状支持部材の内側を不活性ガス雰囲気にすることが行われている。しかし、チャンバー外部から導入する不活性ガスの温度は通常は円筒状支持部材の内側の温度より低温であるため、この低温の不活性ガスの導入によってウエハ載置面の温度が局所的に低下することがあった。
【０００９】
本発明は、このような従来の事情に鑑みてなされたものであり、半導体ウエハ等の被加熱物を載置する載置台の載置面の均熱性を損なうことなく該載置台の下面側において筒状支持部材の内側に収納されている端子部や引出線等の酸化及び腐食を防ぐことが可能な加熱ヒータ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】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明に係る加熱ヒータは、被加熱物の載置面を上面に備えた載置台と、前記載置台を下側から支持する筒状の支持部材とを有する加熱ヒータであって、前記筒状支持部の内側に、不活性ガスを前記内側に導入する流路と前記内側のガスを排出する流路とが設けられており、これら２つの流路が少なくとも部分的に接して熱交換器を構成していることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被加熱物の載置台の載置面の均熱性を損なうことなく該載置台の下面側の電極や引出線等の酸化及び腐食を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一具体例の加熱ヒータを備えた半導体製造装置の模式的な縦断面図である。
【図２】図１の加熱ヒータが有するガス供給配管構造の部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
最初に本発明の実施形態を列記して説明する。本発明の加熱ヒータの実施形態は、被加熱物の載置面を上面に備えた載置台と、前記載置台を下側から支持する筒状の支持部材とを有する加熱ヒータであって、前記筒状支持部の内側に、不活性ガスを前記内側に導入する流路と前記内側のガスを排出する流路とが設けられており、これら２つの流路が少なくとも部分的に接して熱交換器を構成していることを特徴としている。これにより被加熱物の載置台の載置面の均熱性を損なうことなく該載置台の下面側の端子部や引出線等の酸化及び腐食を防ぐことが可能になる。
【００１４】
上記本発明の加熱ヒータの実施形態においては、前記２つの流路が少なくとも部分的に接する部分が２重配管構造を構成しているのが好ましい。これにより、設計自由度の高い熱交換器を簡易に構成することが可能になる。
【００１５】
上記本発明の加熱ヒータの実施形態においては、前記不活性ガスを導入する流路が前記２重配管構造の内側流路であり、前記内側のガスを排出する流路が前記２重配管構造の外側流路であるのが好ましい。これにより、載置台の下面側の端子部や引出線等に確実に不活性ガスを供給することが可能になる。
【００１６】
上記本発明の加熱ヒータの実施形態においては、前記不活性ガスを導入する流路が前記２重配管構造の外側流路であり、前記内側のガスを排出する流路が前記２重配管構造の内側流路であってもよい。これにより、外側流路を流れる低温の不活性ガスを、内側流路を流れる高温の排ガスと支持部材の内側の高温の雰囲気ガスとによって両側から加熱することが可能になる。
【００１７】
上記本発明の加熱ヒータの実施形態においては、前記２重配管構造の内側流路と外側流路のそれぞれの先端開口部が、前記内側流路の流路方向に離間しているのが好ましい。これにより、導入流路の開口部から放出された不活性ガスが支持部材の内側で滞留することなくショートパスして排出流路から排出されるのを防ぐことができる。
【００１８】
次に、本発明の加熱ヒータの一具体例として半導体ウエハ用の加熱ヒータ及びこれを搭載する半導体製造装置について、図１を参照しながら説明する。この図１に示す半導体製造装置は、半導体ウエハＷに対してエッチング処理やＣＶＤ処理などを行うチャンバー１と、その内部に搭載されたウエハ加熱ヒータ２とから主に構成され、該ウエハ加熱ヒータ２は、ウエハ載置面２１ａ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ウエハ載置台２１と、これを下面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支持部材２２とを有している。上記のウエハ載置台２１や支持部材２２の好適な材質であるセラミックとしては、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。
【００１９】
上記ウエハ載置台２１の内部には、所定の回路パターンを有する例えばモリブデン箔やタングステン箔からなる抵抗発熱体２１ｂがウエハ載置面２１ａに対して平行に埋設されており、その両端部に接続する端子部２１ｃが支持部材２２の内側でウエハ載置台２１の下面側から突出している。ウエハ載置台２１の内部には、更に必要に応じてＲＦ電極やＥＳＣ電極、熱電対等の温度センサーが設けられることがあり、これらの端子部も同様に支持部材２２の内側でウエハ載置台２１の下面側から突出するか下面側に露出することになる。
【００２０】
上記の端子部２１ｃに引出線２３の一端部が接続しており、該引出線２３は支持部材２２の内側を下端まで延在し、チャンバー１の底面に設けられている貫通孔１ａを通ってチャンバー１の外部に引き出されている。支持部材２２の両端部は外側に屈曲したフランジ部を形成しており、その環状端面に設けた図示しないＯ−リング等のシール材及び該フランジ部を貫通する図示しないネジやクランプ等の結合手段によってチャンバー１の底面に気密にシールされた状態で取り付けられている。
【００２１】
この支持部材２２の内側に、図示しないパージガス供給源からパージガスとしての不活性ガスを支持部材２２の内側に導入する導入流路２４と、支持部材２２の内側のガスを排出する排出流路２５とが設けられている。そして、これら２本の流路は少なくとも一部において、導入流路２４が内側流路、排出流路２５が外側流路を構成する２重配管構造２６になっている。この排出流路２５の排出先はそのままチャンバー１外部で大気開放する構造でもよいし、真空ポンプなどのガス吸引手段を介してチャンバー１外部で大気開放する構造でもよい。
【００２２】
上記構成により、２重配管構造２６部分に熱交換器の機能を持たせることができるので、支持部材２２の内側に導入される低温の不活性ガスが内側流路を流れている間に外側流路を流れる高温の排出ガスによって加熱することができる。その結果、低温の不活性ガスがウエハ載置台２１の下面に触れることがなくなるので、ウエハ載置面２１ａの均熱性を乱すことなく端子部２１ｃやその引出線２３の酸化及び腐食を防ぐことができる。また、ウエハ載置面２１ａの温度が局所的に下がるのを防ぐことができるので、過度のクールスポットの発生による割れ等のリスクを低減することができる。
【００２３】
更に、上記構造は低温の不活性ガスを外部からのエネルギー等を消費することなく加熱できるのでコストを抑えることができる上、構造が極めて簡易であるので設計自由度が高いという利点も有している。また、導入流路２４を内側流路にすることで、内側流路のみを支持部材２２内で自在に延在させることができるので、載置台の下面側の端子部や引出線等に確実に不活性ガスを供給することが可能になる。
【００２４】
本発明の一具体例の加熱ヒータは、２重配管構造の内側と外側を流れるガスを上記とは反対にして、導入流路２４を外側流路、排出流路２５を内側流路にしてもよい。これにより、外側流路を流れる低温の不活性ガスは、内側流路を流れる高温の排ガスと支持部材２２の内側に存在する高温の雰囲気ガスとによって両側から加熱されるので、より効果的に加熱することが可能になる。
【００２５】
更に、本発明の一具体例の加熱ヒータは、２重配管構造の内側流路と外側流路のそれぞれの先端開口部が、図１に示すように内側流路の流路方向に離間しているのが好ましい。これにより、導入流路から放出された不活性ガスが支持部材２２の内側でほとんど滞留することなく直ぐに排出流路から排出されるのを防ぐことができる。なお、図１に示すように内側流路の開口部をウエハ載置台２１の近傍にまで延在させて外側流路の開口部をウエハ載置台２１から離間させる場合は、外側流路を導入流路２４にするのが好ましい。導入流路２４から排出された不活性ガスを支持部材２２の内側の雰囲気ガスと混合させてからウエハ載置台２１に接触させることができるのでより均熱性が高まるからである。
【００２６】
上記した２重配管構造２６の形状は図１に示すような直管形状に限定されるものではなく、支持部材２２の内壁面に沿ってスパイラル状に旋回する形状や、支持部材２２の軸方向に複数回往復する形状等の様々な形状を用いることができる。これにより、熱交換器としての伝熱面積を所望の広さにすることが可能になる。２重配管構造２６のサイズは、所定の不活性ガス供給量の下、ウエハ載置面２１ａの均熱性を乱さない程度に熱交換可能であれば特に限定はないが、一般的には内径１.０〜５.０ｍｍ程度、肉厚０.５〜１.０ｍｍ程度の内側配管の外側に、５０〜１００ｍｍ程度の長さに亘って内径３.０〜１０.０ｍｍ程度の配管を設けるのが好ましい。
【００２７】
上記の不活性ガスとしては、電極等の構成材料を劣化させるような反応を起こさないガスであれば特に制約はなく、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｒｎのような希ガスや、Ｎ２ガスなどを使用することができる。これらの中では、コストなどの観点からＮ２やＡｒが好ましい。なお、支持部材２２の内側の不活性ガス雰囲気を減圧状態に保ってもよく、これにより支持部材２２の内側の雰囲気を介したウエハ載置台２１からチャンバー１底面への熱伝導を減少させることができる。
【００２８】
以上、本発明の加熱ヒータについて具体例を挙げて説明したが、本発明は係る具体例に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲の種々の態様で実施することが可能である。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲及び均等物に及ぶものである。
【実施例】
【００２９】
窒化アルミニウム粉末９９.５質量部に焼結助剤として酸化イットリウム０.５質量部を加え、更にバインダー、有機溶剤を加えて、ボールミル混合することにより、スラリーを作製した。得られたスラリーをスプレードライ法で噴霧することにより顆粒を作製し、これをプレス成形して２枚の同形状の成形体を作製した。これら成形体を窒素雰囲気中にて７００℃の条件で脱脂した後、窒素雰囲気中において１８５０℃で焼結して、２枚の窒化アルミニウム焼結体を得た。得られた焼結体を、直径３３０ｍｍ、厚み８ｍｍの円板状に加工した。このときの表面粗さはＲａで０.８μｍ、平面度は５０μｍであった。
【００３０】
これら２枚の窒化アルミニウム焼結体のうち、一方の焼結体の片面に抵抗発熱体を形成すべくＷペーストを線幅が全て４ｍｍとなるようにスクリーン印刷により塗布してから窒素雰囲気中にて７００℃で脱脂した後、窒素雰囲気中にて１８３０℃で焼成した。これにより略同心円状の回路パターンを有する抵抗発熱体を形成した。次に、もう一方の窒化アルミニウム焼結体の片面に接着用の窒化アルミニウムを主成分とする接着材料を塗布してから脱脂を行った。そして、これら２枚の窒化アルミニウム焼結体を抵抗発熱体を覆うように重ね合わせて接合させた。このようにして得た接合体に対してその片面に抵抗発熱体の両端部にそれぞれ達する２つの穴をザグリ加工し、各穴に抵抗発熱体の端部に当接するようにＷ製外部端子を嵌入した。
【００３１】
このようにして作製したウエハ載置台の上記Ｗ製外部端子を嵌入させた面に、両端部にフランジ部を有する内径６０ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、肉厚２ｍｍのＡｌＮ製の円筒状の支持部材の一端部を気密に接合した。そして、支持部材の内側でウエハ載置台の下面から突出している外部端子に給電線を接続した。
【００３２】
この支持部材の一端部が接合されたウエハ載置台をＣＶＤ装置のチャンバー内に搭載し、支持部材の他端部をチャンバーの底部にＯ−リングで気密シールした状態で固定した。更に、図１に示すように、内径３.０ｍｍ、肉厚０.５ｍｍの内側配管の外側に内径６.０ｍｍ、肉厚１.０ｍｍの外側配管を同心円状に設けた構造の２重配管をチャンバー底部の貫通孔から挿入した。この外側配管は支持部材の軸方向中央部まで延在させてその位置で先端部が開口するようにし、内側配管は支持部材のほぼ上端部まで延在させてウエハ載置台の近傍で先端部が開口するようにした。そして、内側配管をパージガスの導入流路にすべく窒素ガス供給源を接続すると共に外側配管を排出流路にすべく排気ポンプを接続して支持部材の内側を１気圧未満に保持できるようにした。このようにして本発明の実施例のウエハ加熱ヒータを作製した。
【００３３】
比較のため、上記導入流路としての内側流路及び排出流路としての外側流路とそれぞれほぼ同じ流路断面積及び流路長さになるような２本の配管を２重配管構造にせずに支持部材の内側に設けた以外は上記実施例の加熱ヒータと同様にして本発明の比較例の加熱ヒータを製作した。そして、これら実施例及び比較例の加熱ヒータの各々に対して、抵抗発熱体に給電することでウエハ載置台を所定の温度に加熱すると共に、窒素ガスで支持部材の内側をパージして載置面の均熱性を評価した。
【００３４】
具体的には、チャンバー内を真空にすると共に、加熱ヒータの抵抗発熱体に給電して加熱ヒータを６００℃に加熱した。そして、排気ポンプを起動して支持部材の内側ガスを排気しながら導入流路に１００ｃｍ３／ｍｉｎの常温、常圧の窒素ガスを導入した。その際、センサレー社製の３００ｍｍ、１７点ウエハ測温計を用いて窒素ガスパージ前後の定常状態におけるウエハ載置面の温度分布を測定した。この測定により得たウエハ載置面の１７点の温度のうち、φ１００の周上の４点を算術平均した平均温度と中心点の温度との温度差を下記表１に示す。
【００３５】
【表１】
0006631383.tif 000002
【００３６】
上記表１から分かるように、実施例では窒素ガスパージ前後での温度変化は−０.２℃であったのに対して、比較例では窒素ガスパージ前後での温度変化−９.８℃であった。従って、実施例は比較例に比べて窒素ガスをパージした際にも良好な均熱性が得られることが分かった。これは、実施例では低温の不活性ガスを高温の支持部材内の雰囲気ガスと熱交換してから支持部材内に導入したのでウエハ載置面の均熱性が乱されなかったのに対して、比較例では低温の不活性ガスを熱交換せずにそのまま支持部材内に導入したのでウエハ載置台がこの不活性ガスにより局所的に冷やされたことにより、特にウエハ載置面の搭載された１７点ウエハの中心部において局所的に低温になったと考えることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１      チャンバー
２      ウエハ加熱ヒータ
２１    ウエハ載置台
２１ａ  ウエハ載置面
２１ｂ  抵抗発熱体
２１ｃ  端子部
２２    支持部材
２３    引出線
２４    導入流路
２５    排出流路
２６    ２重配管構造
Ｗ      半導体ウエハ
【図１】
0006631383.tif 000003
【図２】
0006631383.tif 000004