(57)【要約】      （修正有）【課題】ヒータ基板の均熱性を高めたヒータユニットおよび該ヒータユニットを搭載した装置を提供する。【解決手段】ヒータユニット１は、被加熱物を搭載して加熱処理するためのヒータ基板２と、該ヒータ基板２を収容する容器８とを備え、該ヒータユニット１を搭載する装置に対して、該ヒータ基板２および該容器８を互いに接触させること無く支持する支持体９を備えた。前記支持体９は、容器支持体とヒータ基板支持体とを別個に設けることが好ましい。【選択図】図１
2005235672.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱物を搭載して加熱処理するためのヒータ基板と、該ヒータ基板を収容する容器とを備えたヒータユニットにおいて、該ヒータ基板と容器とを支持する支持体によって、該ヒータユニットを搭載する装置と容器、容器とヒータ基板を互いに接触させること無く配置したことを特徴とするヒータユニット。
【請求項２】
前記ヒータユニットにおいて、容器を支持する容器支持体と、容器に対してヒータ基板を支持するヒータ基板支持体とを別個に設け、なおかつ前記容器支持体とヒータ基板支持体とを互いに遠隔された位置に配置することを特徴とする請求項１に記載のヒータユニット。
【請求項３】
前記ヒータユニットにおいて、前記支持体の取付け部の少なくとも１箇所以上に、低熱伝導性部材を挿入することを特徴とする請求項１または２に記載のヒータユニット。
【請求項４】
前記セラミックスヒータの主成分が、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素からなる群から選ばれた少なくとも１種類であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヒータユニット。
【請求項５】
前記前記セラミックスヒータの主成分が、窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヒータユニット。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載のヒータユニットを搭載したことを特徴とする半導体製造・検査装置。
【請求項７】
請求項１乃至４のいずれかに記載のヒータユニットを搭載したことを特徴とするフラットパネルディスプレイの製造検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い均熱性を要する熱処理に使用するヒータユニットおよび該ヒータユニットを搭載した装置に関し、特にエッチング装置、スパッタ装置、プラズマＣＶＤ装置、減圧プラズマＣＶＤ装置、メタルＣＶＤ装置、絶縁膜ＣＶＤ装置、低誘電率膜（Ｌｏｗ−Ｋ）ＣＶＤ装置、ＭＯＣＶＤ装置、デガス装置、イオン注入装置、コータデベロッパなどにおいて、被加熱物を搭載し、被加熱物を加熱するヒータユニット及びそれを搭載した半導体製造・検査装置あるいはフラットディスプレイパネルの製造・検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体あるいは液晶等の製造工程では、被処理物である半導体基板（ウェハ）あるいは液晶用ガラスに対して成膜処理やエッチング処理など様々な処理が行われる。このような半導体基板あるいは液晶用ガラスに対する処理を行う処理装置では、半導体基板あるいは液晶用ガラスを保持し、半導体基板あるいは液晶用ガラスを加熱するためのセラミックスヒータが用いられている。
【０００３】
例えば、フォトリソグラフィー工程においては、ウェハ上にレジスト膜パターンが形成される。この工程では、ウェハを洗浄後、加熱乾燥し、冷却後ウェハ表面にレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィー処理装置内のセラミックスヒータ上にウェハを搭載し、乾燥した後、露光、現像などの処理が施される。このフォトリソグラフィー工程では、レジストを乾燥するときの温度が塗膜の品質に大きな影響を与えるので、セラミックスヒータの処理時の温度の均一性が重要である。
【０００４】
また、ＣＶＤ工程では、ウェハを洗浄、乾燥した後、ＣＶＤ装置内のセラミックスヒータ上にウェハを搭載し、ウェハ表面に化学反応によって絶縁膜や金属膜を成膜する。この化学反応時の温度が、絶縁膜や金属膜の品質に大きく影響するので、やはりセラミックスヒータの温度の均一性が重要である。
【０００５】
また、セラミックスヒータは、支持容器に支持されて半導体製造装置等の装置に搭載されるが、例えば、特許文献１や特許文献２には、図９に示すように、セラミックスヒータ２を環状の断熱材８１を介して容器８に支持され、支持容器８は、半導体装置の架台１０上に搭載された構造が開示されている。また、特許文献３には、セラミックスヒータと支持容器を非接触とすることによって、セラミックスヒータの均熱性を向上させる方法が、開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１９８２９７号公報
【特許文献２】特開２００２−３３４８２８号公報
【特許文献３】特開２００２−２５２２７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年の半導体基板あるいは液晶用ガラスは大型化が進められている。例えば、半導体基板であるシリコン（Ｓｉ）ウェハでは８インチから１２インチへと移行が進められている。また、液晶用ガラスでは、例えば１０００ｍｍｘ１５００ｍｍという非常に大型化が進められている。この半導体基板あるいは液晶用ガラスの大口径化に伴って、セラミックスヒータの保持面（加熱面）の温度分布は、更に均熱化が要求されるようになってきた。
【０００７】
しかし、特許文献１や２のように、セラミックスヒータを環状の断熱材を介して容器に支持する構造では、断熱材から熱が伝熱するので、セラミックスヒータの断熱材と接触している部分の温度が低下し、セラミックスヒータの温度分布が不均一になるという問題があった。また、特許文献３のように、支持容器とセラミックスヒータとを非接触としても、例えば半導体製造装置などの装置へ搭載したときに、支持容器が他の部材に接触している場合、ヒータを支持している部材からの熱の逃げが大きくなり、セラミックスヒータの均熱性が乱れるという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、ヒータ基板の均熱性を高めると共に、消費電力を抑えたヒータユニットおよび該ヒータユニットを搭載した装置を提供することである。特に、冷却ブロックを内蔵したヒータユニットにおいて、ヒータ基板の半導体基板や液晶用ガラスを搭載する面の均熱性を一段と向上させた（被加熱物全面に渡る温度の均一性を向上させた）ヒータユニットを提供することである。また、該ヒータユニットを搭載した半導体製造・検査装置や、液晶パネル等のフラットディスプレイパネルの製造・検査装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のヒータユニットは、被加熱物を搭載して加熱処理するためのヒータ基板と、該ヒータ基板を収容する容器とを備えたヒータユニットにおいて、該ヒータ基板と容器とを支持する支持体によって、該ヒータユニットを搭載する装置と容器、容器とヒータ基板を互いに接触させること無く配置したことを特徴とする。
【００１０】
前記ヒータユニットにおいて、容器を支持する容器支持体と、容器に対してヒータ基板を支持するヒータ基板支持体とを別個に設け、なおかつ前記容器支持体とヒータ基板支持体とを互いに遠隔された位置に配置することが好ましい。更に、前記ヒータユニットにおいて、前記支持体の取付け部の少なくとも１箇所以上に、低熱伝導性部材を挿入することが好ましい。
【００１１】
また、前記セラミックスヒータの主成分が、窒化アルミニウム、炭化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素からなる群から選ばれた少なくとも１種類であることが好ましく、窒化アルミニウムであれば、更に好ましい。
【００１２】
このようなヒータユニットを搭載した半導体製造装置または半導体検査装置や、フラットディスプレイパネル製造装置またはフラットディスプレイパネル検査装置は、均熱性が向上するので、半導体やフラットディスプレイパネルなどの製造歩留りが向上する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ヒータ基板の加熱面の温度分布が従来よりも向上し、消費電力が抑えられる。このようなヒータ基板を有するヒータユニットを、エッチング装置、スパッタ装置、プラズマＣＶＤ装置、減圧プラズマＣＶＤ装置、メタルＣＶＤ装置、絶縁膜ＣＶＤ装置、低誘電率膜ＣＶＤ装置、ＭＯＣＶＤ装置、デガス装置、イオン注入装置、コータデベロッパ等の各種半導体製造装置、検査装置、あるいはフラットディスプレイパネル製造装置またはフラットディスプレイパネル検査装置に搭載すれば、均熱性が向上するので、半導体やフラットディスプレイパネルなどの製造歩留りが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態の一つを、図１を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態の一例であり、ヒータユニット１は、半導体製造装置等の架台１０上に、支持体９を介して設置された被加熱物を搭載するヒータ基板２と、ヒータ基板２の被加熱物搭載面以外の面を掩蔽する容器８とからなる。支持体９によって、ヒータ基板２と容器８とが支持される。
【００１５】
容器８は、ヒータ基板２の熱を被加熱物以外に伝わり難いように遮熱して効率良く被加熱物を加熱するとともに、被加熱物以外の部材や装置をヒータ基板の熱から保護することを目的としてヒータ基板を掩蔽するように配置する。
【００１６】
このように、ヒータ基板と容器を支持体で支持し、装置架台、容器、ヒータ基板を互いに接触しないようにすることにより、従来の環状の断熱材を用いた場合に比べて、ヒータ基板と支持体との接触面積が低減し、装置架台に伝熱する経路の断面積も低減するので、ヒータ基板の熱がヒータユニット外へ放熱されにくくなり、ヒータ基板の均熱性が向上すると共に、放熱量が低減するので、ヒータ基板への投入電力を低減することができ、省電力化することができる。
【００１７】
また、容器は、複数設けてもよい。例えば、図２に示すように、複数の容器は、支持体９で支持することができる。容器を複数設けることによって、準静止空気層による複数の断熱層と、複数の遮熱板を構成するので、ヒータ基板の熱を遮断する効果がさらに向上し、ヒータ基板の温度の均一性がさらに向上する。また、ヒータ基板からヒータユニット外への放熱量が低減するので、更に省電力化することができる。
【００１８】
更に、図３に示すように、支持体は、容器支持体９１とヒータ基板支持体９２とを別個に設け、容器支持体９１とヒータ基板支持体９２とを互いに離れた位置に配置することが好ましい。このような構造にすることによって、ヒータ基板２の熱は、ヒータ基板支持体９２から容器８の底面を経て、容器支持体９１を経由して、装置架台１０へと放熱される経路となるので、伝熱経路長が長くなる。このことにより、熱抵抗が増加する。また、支持体とヒータ基板や容器との取付部分も熱抵抗となるが、取付部が多くなる分、熱抵抗も増加する。このため、ヒータ基板の熱が、装置架台へ放熱されにくくなり、ヒータ基板の均熱性が向上すると共に、省電力化することができる。
【００１９】
また、このように容器支持体とヒータ基板支持体を別個に設ける構造であっても、複数の容器を設けることができる。例えば、図４に示すように、容器支持体９１と９３のように、別個に設け、ヒータ基板支持体９２を含めて、支持体９１、９２、９３を互いに離れた位置に配置することが好ましい。このような構造にすることによって、前記伝熱経路長がさらに長くなるので、よりヒータ基板の均熱性が向上する。
【００２０】
容器は、ヒータ基板の熱を遮蔽するためのものである。従って、容器の表面は、ヒータ基板の熱を反射するように、低輻射率であることが望ましく、輻射率は０．３以下であることが好ましい。さらに、容器は受け取った熱をヒータユニット外へ放熱しないように、低熱伝導率であることが望ましく、５０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。
【００２１】
このような容器の材料として、加工性や機械的強度、耐熱性の観点から、ステンレス鋼や一般鋼やチタン合金、あるいはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金、アルミニウム、ニッケル、タングステン、モリブデン、銅、クロムなどの金属が好ましい。ただし、容器は、ヒータ基板の熱によって、表面が酸化するので、材質によってはパーティクルの原因となる錆を生じやすい。そこで、容器の表面をメッキなどの表面処理を施すことが好ましく、無電解ニッケルメッキ（通称カニゼンメッキ）を施すことが好ましい。
【００２２】
また、容器の形状は、ヒータ基板が円板状であれば、有底円筒形状が好ましく、ヒータ基板が矩形であれば、有底矩形箱形状が好ましい。容器の底には、ヒータ基板に給電するための電極配線や、温度測定のための配線や、突き上げピンを挿通するための貫通孔を設けることができる。また、容器の底面は、前記のように伝熱経路となるので、熱抵抗が高いことが好ましい。従って、容器底面の厚みは、薄いことが好ましく、０．５ｍｍ以上、４ｍｍ以下が好ましい。
【００２３】
また、容器の高さは、ヒータ基板の被加熱物搭載面より高くならないことが望ましい。被加熱物である半導体基板や液晶用ガラスをヒータユニットを搭載した装置に載置して、各種熱処理を行うときに、被加熱物の上方から雰囲気ガスの層流を流すことが一般的になされている。これは、加熱によって被加熱物から発生するガスを排除したり、あるいは均一な雰囲気ガスの流れを再現性良く作ることにより熱処理の再現性や均一性を増すためである。
【００２４】
前記容器の高さが、ヒータ基板の被加熱物搭載面より高いと、雰囲気ガスの層流を乱すことになるので好ましくない。また、熱処理終了後被加熱物を取り出すときに、一般的には突き上げピンで被加熱物を持ち上げて、ヒータ基板と被加熱物との間にできた隙間に搬送用フォークを挿入して被加熱物を搬送用フォークに載せて取り出す。この時、容器の高さがヒータ基板の被加熱物搭載面より高いと、突き上げピンの上昇量を大きくしなければならなくなり、装置全体の大きさが大きくなるので好ましくない。
【００２５】
また、上記のように支持体は、ヒータ基板の熱を伝えにくいことが望ましいので、その熱伝導率は低い方が好ましく、具体的には、５０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましい。このような熱伝導率の材質は、ステンレス鋼や一般鋼やチタン、あるいはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金などの金属材料や、あるいはパイレックス（登録商標）ガラスや石英ガラス等のガラス材料、あるいは酸化アルミニウムや炭化珪素等のセラミックス、更には、ガラス繊維や炭素繊維と金属との複合材料などが好ましい。
【００２６】
これらの材質の中で、ヒータ基板との熱膨張係数差の小さいＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金やＦｅ−Ｎｉ合金が、機械的強度や加工性にも優れているので好適である。ただし、支持体は、ヒータ基板の熱によって、表面が酸化するので、パーティクルの原因となる。そこで、支持体の表面をメッキなどの表面処理を施すことが好ましく、無電解ニッケルメッキ（通称カニゼンメッキ）を施すことが好ましい。
【００２７】
また、支持体の形状は、円柱状であることが、加工コストなどから好ましいが、特に限定されるものではない。しかし、前記熱伝導の観点と機械的強度の面から、その断面積は、３ｍｍ２以上、３０ｍｍ２以下であることが好ましい。また、各支持体は、３本以上配置することが望ましい。２本以下であっても、ヒータ基板や容器を支持することはできるが、ヒータ基板や容器を回転させる力が加わった場合、支持体や支持体に取付部が破壊されやすいためである。また、上記のように、支持体を伝わってヒータ基板の熱が放熱されるので、支持体の数は少ない方が好ましく、各支持体の数は、３本であることが最も好ましい。
【００２８】
また、支持体とヒータ基板や容器との取付は、公知の方法で行うことができる。例えば、支持体とヒータ基板とは、図５（ａ）に示すように、ヒータ基板２に雌ねじ加工を施し、支持体の先端部に雄ねじ加工を施して、ねじ込むことによって取付ることができる。また、支持体と容器とは、図５（ｂ）に示すように、容器８に貫通孔をあけ、支持体につばをつけて、先端をナット９５でしめて取付ることができる。支持体と装置架台とは、支持体とヒータ基板との取付方法と同様にすることができる。また、図５（ｃ）に示すように、支持体と容器との取付方法と同様に取付ることができる。
【００２９】
また、支持体とヒータ基板あるいは容器との取付部の少なくとも１箇所以上に、低熱伝導性部材を挿入することが好ましい。低熱伝導部材を挿入することによって、熱抵抗が高くなるからである。ヒータ基板と支持体との取付部を例に挙げて説明すると、図６（ａ）に示すように、ヒータ基板２に有底孔を設け、低熱伝導部材９４を有底孔の底に挿入し、支持体９を挿入する。あるいは、図６（ｂ）に示すように、筒状の低熱伝導部材９４を有底孔に挿入し、筒状の底熱伝導部材９４の中に支持体９を挿入する。あるいは、図６（ｃ）に示すように、袋穴加工した円柱状の低熱伝導部材をヒータ基板に設けた有底孔に嵌め込み、その袋穴に支持体９を挿入する。また、図６（ｄ）に示すように、ヒータ基板に雌ねじ穴を設け、リング状の低熱伝導部材９４を嵌めて、支持体の雄ねじをヒータ基板の雌ねじに嵌め込む。
【００３０】
また、例えば、容器と支持体との取付では、図６（ｅ）に示すように、容器８に貫通孔を設け、リング状の低熱伝導部材９４を挟んで、ナット９５で固定する。このように、支持体とヒータ基板あるいは容器、装置架台との取付方法には、種々の方法があり、低熱伝導部材の挿入の仕方も様々あり、目的の断熱効果やコストなどに応じて適宜選択することができる。低熱伝導部材を挿入することにより、ヒータ基板からの放熱量が低減され、ヒータ基板の均熱性が向上すると共に、省電力化も実現可能となる。
【００３１】
低熱伝導部材は、その熱伝導率は、５０Ｗ／ｍＫ以下が好ましく、２０Ｗ／ｍＫ以下であれば更に好ましい。このような材質としては、マイカ、アルミナ、ムライト、炭化珪素、コージェライト、ジリコニアなどのセラミックスや、石英等のガラスが好ましい。これらの材質の中でも、ムライトは、１Ｗ／ｍＫと熱伝導率が低く、耐熱性や機械的強度も高く、安価であるので好ましい。特に、ヒータ基板が窒化アルミニウムの場合は、熱膨張係数がほぼ等しいので好ましい。
【００３２】
また、７６のように、ヒータ基板２を強制冷却できるように、エアーシリンダー等の昇降手段７を介してヒータ基板２に当接、分離可能な冷却ブロック３を備えるヒータユニットの場合でも、同様に該ヒータユニットを搭載する装置に対して、該ヒータ基板および該容器を互いに接触させること無く支持する支持体を備えることができ、冷却ブロックがない場合と同様の効果が得られる。なお、図７は、冷却ブロック５が分離した状態を示す。
【００３３】
本発明のヒータ基板の材質は、セラミックスが好ましい。金属を用いた場合は、ウェハ上にパーティクルが付着するという問題があるので好ましくない。セラミックスとしては、温度分布の均一性を重視するならば、熱伝導率の高い窒化アルミニウムや炭化珪素が好ましい。信頼性を重視するならば、窒化珪素が高強度で熱衝撃にも強いので好ましい。コストを重視するのであれば、酸化アルミニウムが好ましい。
【００３４】
これらのセラミックスの中でも、性能とコストのバランスを考慮すれば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）が好適である。以下に、本発明のヒータ基板の製造方法をＡｌＮの場合で詳述する。
【００３５】
ＡｌＮの原料粉末は、比表面積が２．０〜５．０ｍ２／ｇのものが好ましい。比表面積が２．０ｍ２／ｇ未満の場合は、窒化アルミニウムの焼結性が低下する。また、５．０ｍ２／ｇを超えると、粉末の凝集が非常に強くなるので取扱いが困難になる。更に、原料粉末に含まれる酸素量は、２ｗｔ％以下が好ましい。酸素量が２ｗｔ％を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。また、原料粉末に含まれるアルミニウム以外の金属不純物量は、２０００ｐｐｍ以下が好ましい。金属不純物量がこの範囲を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。特に、金属不純物として、ＳｉなどのＩＶ族元素や、Ｆｅなどの鉄族元素は、焼結体の熱伝導率を低下させる作用が高いので、含有量は、それぞれ５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００３６】
ＡｌＮは難焼結性材料であるので、ＡｌＮ原料粉末に焼結助剤を添加することが好ましい。添加する焼結助剤は、希土類元素化合物が好ましい。希土類元素化合物は、焼結中に窒化アルミニウム粉末粒子の表面に存在するアルミニウム酸化物あるいはアルミニウム酸窒化物と反応して、窒化アルミニウムの緻密化を促進するとともに、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を低下させる原因となる酸素を除去する働きもあるので、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率を向上させることができる。
【００３７】
希土類元素化合物は、特に酸素を除去する働きが顕著であるイットリウム化合物が好ましい。添加量は、０．０１〜５ｗｔ％が好ましい。０．０１ｗｔ％未満であると、緻密な焼結体を得ることが困難であるとともに、焼結体の熱伝導率が低下する。また、５ｗｔ％を超えると、窒化アルミニウム焼結体の粒界に焼結助剤が存在することになるので、腐食性雰囲気で使用する場合、この粒界に存在する焼結助剤がエッチングされ、脱粒やパーティクルの原因となる。更に、好ましくは焼結助剤の添加量は、１ｗｔ％以下である。１ｗｔ％以下であれば、粒界の３重点にも焼結助剤が存在しなくなるので、耐食性が向上する。
【００３８】
また、希土類元素化合物は、酸化物、窒化物、フッ化物、ステアリン酸化合物などが使用できる。この中で、酸化物は安価で入手が容易であり好ましい。また、ステアリン酸化合物は、有機溶剤との親和性が高いので、窒化アルミニウム原料粉末と焼結助剤などを有機溶剤で混合する場合には、混合性が高くなるので特に好適である。
【００３９】
次に、これら窒化アルミニウム原料粉末や焼結助剤粉末に、所定量の溶剤、バインダー、更には必要に応じて分散剤や邂逅剤を添加し、混合する。混合方法は、ボールミル混合や超音波による混合等が可能である。このような混合によって、原料スラリーを得ることができる。
【００４０】
得られたスラリーを成形し、焼結することによって窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。その方法には、コファイアー法とポストメタライズ法の２種類の方法が可能である。
【００４１】
まず、ポストメタライズ法について説明する。前記スラリーをスプレードライアー等の手法によって、顆粒を作成する。この顆粒を所定の金型に挿入し、プレス成形を施す。この時、プレス圧力は、９．８ＭＰａ以上であることが望ましい。９．８ＭＰａ未満の圧力では、成形体の強度が充分に得られないことが多く、ハンドリングなどで破損し易くなる。
【００４２】
成形体の密度は、バインダーの含有量や焼結助剤の添加量によって異なるが、１．５ｇ／ｃｍ３以上であることが好ましい。１．５ｇ／ｃｍ３未満であると、原料粉末粒子間の距離が相対的に大きくなるので、焼結が進行しにくくなる。また、成形体密度は、２．５ｇ／ｃｍ３以下であることが好ましい。２．５ｇ／ｃｍ３を超えると、次工程の脱脂処理で成形体内のバインダーを充分除去することが困難となる。このため、前述のように緻密な焼結体を得ることが困難となる。
【００４３】
次に、前記成形体を非酸化性雰囲気中で加熱し、脱脂処理を行う。大気等の酸化性雰囲気で脱脂処理を行うと、ＡｌＮ粉末の表面が酸化されるので、焼結体の熱伝導率が低下する。非酸化性雰囲気ガスとしては、窒素やアルゴンが好ましい。脱脂処理の加熱温度は、５００℃以上、１０００℃以下が好ましい。５００℃未満の温度では、バインダーを充分除去することができないので、脱脂処理後の積層体中にカーボンが過剰に残存するので、その後の焼結工程での焼結を阻害する。また、１０００℃を超える温度では、残存するカーボンの量が少なくなり過ぎるので、ＡｌＮ粉末表面に存在する酸化被膜の酸素を除去する能力が低下し、焼結体の熱伝導率が低下する。
【００４４】
また、脱脂処理後の成形体中に残存する炭素量は、１．０ｗｔ％以下であることが好ましい。１．０ｗｔ％を超える炭素が残存していると、焼結を阻害するので、緻密な焼結体を得ることができない。
【００４５】
次いで、焼結を行う。焼結は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１７００〜２０００℃の温度で行う。この時、使用する窒素などの雰囲気ガスに含有する水分は、露点で−３０℃以下であることが好ましい。これ以上の水分を含有する場合、焼結時にＡｌＮが雰囲気ガス中の水分と反応して酸窒化物が形成されるので、熱伝導率が低下する可能性がある。また、雰囲気ガス中の酸素量は、０．００１ｖｏｌ％以下であることが好ましい。酸素量が多いと、ＡｌＮの表面が酸化して、熱伝導率が低下する可能性がある。
【００４６】
更に、焼結時に使用する治具は、窒化ホウ素（ＢＮ）成形体が好適である。このＢＮ成形体は、前記焼結温度に対し充分な耐熱性を有するとともに、その表面に固体潤滑性があるので、焼結時に積層体が収縮する際の治具と積層体との間の摩擦を小さくすることができるので、歪みの少ない焼結体を得ることができる。
【００４７】
得られた焼結体は、必要に応じて加工を施す。次工程の導電ペーストをスクリーン印刷する場合、焼結体の表面粗さは、Ｒａで５μｍ以下であることが好ましい。５μｍを超えるとスクリーン印刷により回路形成した際に、パターンのにじみやピンホールなどの欠陥が発生しやすくなる。表面粗さはＲａで１μｍ以下であればさらに好適である。
【００４８】
上記表面粗さを研磨加工する際には、焼結体の両面にスクリーン印刷する場合は当然であるが、片面のみにスクリーン印刷を施す場合でも、スクリーン印刷する面と反対側の面も研磨加工を施す方がよい。スクリーン印刷する面のみを研磨加工した場合、スクリーン印刷時には、研磨加工していない面で焼結体を支持することになる。その時、研磨加工していない面には突起や異物が存在することがあるので、焼結体の固定が不安定になり、スクリーン印刷で回路パターンがうまく描けないことがあるからである。
【００４９】
また、この時、両加工面の平行度は０．５ｍｍ以下であることが好ましい。平行度が０．５ｍｍを超えるとスクリーン印刷時に導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平行度は０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。さらに、スクリーン印刷する面の平面度は、０．５ｍｍ以下であることが好ましい。０．５ｍｍを超える平面度の場合にも、導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平面度も０．１ｍｍ以下であれば特に好適である。
【００５０】
研磨加工を施した焼結体に、スクリーン印刷により導電ペーストを塗布し、電気回路の形成を行う。導体ペーストは、金属粉末と必要に応じて酸化物粉末と、バインダーと溶剤を混合することにより得ることができる。金属粉末は、セラミックスとの熱膨張係数のマッチングから、タングステンやモリブデンあるいはタンタルが好ましい。
【００５１】
また、ＡｌＮとの密着強度を高めるために、酸化物粉末を添加することもできる。酸化物粉末は、ＩＩａ族元素やＩＩＩａ族元素の酸化物やＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２などが好ましい。特に、酸化イットリウムはＡｌＮに対する濡れ性が非常に良好であるので、好ましい。これらの酸化物の添加量は、０．１〜３０ｗｔ％が好ましい。０．１ｗｔ％未満の場合、形成した電気回路である金属層とＡｌＮとの密着強度が低下する。また３０ｗｔ％を超えると、電気回路である金属層の電気抵抗値が高くなる。
【００５２】
導電ペーストの厚みは、乾燥後の厚みで、５μｍ以上、１００μｍ以下であることが好ましい。厚みが５μｍ未満の場合は、電気抵抗値が高くなりすぎるとともに、密着強度も低下する。また、１００μｍを超える場合も、密着強度が低下する。
【００５３】
また、形成する回路パターンが、ヒータ回路（発熱体回路）の場合は、パターンの間隔は０．１ｍｍ以上とすることが好ましい。０．１ｍｍ未満の間隔では、発熱体に電流を流したときに、印加電圧及び温度によっては漏れ電流が発生し、ショートする。特に、５００℃以上の温度で使用する場合には、パターン間隔は１ｍｍ以上とすることが好ましく、３ｍｍ以上であれば更に好ましい。
【００５４】
次に、導電ペーストを脱脂した後、焼成する。脱脂は、窒素やアルゴン等の非酸化性雰囲気中で行う。脱脂温度は５００℃以上が好ましい。５００℃未満では、導電ペースト中のバインダーの除去が不十分で金属層内にカーボンが残留し、焼成したときに金属の炭化物を形成するので、金属層の電気抵抗値が高くなる。
【００５５】
焼成は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、１５００℃以上の温度で行うのが好適である。１５００℃未満の温度では、導電ペースト中の金属粉末の粒成長が進行しないので、焼成後の金属層の電気抵抗値が高くなり過ぎる。また、焼成温度はセラミックスの焼結温度を超えない方がよい。セラミックスの焼結温度を超える温度で導電ペーストを焼成すると、セラミックス中の含有する焼結助剤などが揮散しはじめ、更には導電ペースト中の金属粉末の粒成長が促進されてセラミックスと金属層との密着強度が低下する。
【００５６】
次に、形成した金属層の絶縁性を確保するために、金属層の上に絶縁性コートを形成することができる。絶縁性コートの材質は、電気回路との反応性が小さく、ＡｌＮとの熱膨張係数差が、５．０ｘ１０−６／Ｋ以下であれば特に制約はない。例えば、結晶化ガラスやＡｌＮ等が使用できる。これらの材料を例えばペースト状にして、所定の厚みのスクリーン印刷を行い、必要に応じて脱脂を行った後、所定の温度で焼成することにより形成することができる。
【００５７】
次に、必要に応じて更にセラミックス基板を積層することができる。積層は、接合剤を介して行うのが良い。接合剤は、酸化アルミニウム粉末や窒化アルミニウム粉末に、ＩＩａ族元素化合物やＩＩＩａ族元素化合物とバインダーや溶剤を加え、ペースト化したものを接合面にスクリーン印刷等の手法で塗布する。塗布する接合剤の厚みに特に制約はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満の厚みでは、接合層にピンホールや接合ムラ等の接合欠陥が生じやすくなる。
【００５８】
接合剤を塗布したセラミックス基板を、非酸化性雰囲気中、５００℃以上の温度で脱脂する。その後、積層するセラミックス基板を重ね合わせ、所定の荷重を加え、非酸化性雰囲気中で加熱することにより、セラミックス基板同士を接合する。荷重は、５ｋＰａ以上であることが好ましい。５ｋＰａ未満の荷重では、充分な接合強度が得られないか、もしくは前記接合欠陥が生じやすい。
【００５９】
接合するための加熱温度は、セラミックス基板同士が接合層を介して十分密着する温度であれば、特に制約はないが、１５００℃以上であることが好ましい。１５００℃未満では、十分な接合強度が得られにくく、接合欠陥を生じやすい。前記脱脂ならびに接合時の非酸化性雰囲気は、窒素やアルゴンなどを用いることが好ましい。
【００６０】
以上のようにして、ヒータ基板となるセラミックス積層焼結体を得ることができる。なお、電気回路は、導電ペーストを用いずに、例えば、ヒータ回路であれば、モリブデン線（コイル）、静電吸着用電極やＲＦ電極などの場合には、モリブデンやタングステンのメッシュ（網状体）を用いることも可能である。
【００６１】
この場合、ＡｌＮ原料粉末中に上記モリブデンコイルやメッシュを内蔵させ、ホットプレス法により作製することができる。ホットプレスの温度や雰囲気は、前記ＡｌＮの焼結温度、雰囲気に準ずればよいが、ホットプレス圧力は、０．９８ＭＰａ以上加えることが望ましい。０．９８ＭＰａ未満では、モリブデンコイルやメッシュとＡｌＮの間に隙間が生じることがあるので、ウェハ保持体の性能が出なくなることがある。
【００６２】
次に、コファイアー法について説明する。前述した原料スラリーをドクターブレード法によりシート成形する。シート成形に関して特に制約はないが、シートの厚みは、乾燥後で３ｍｍ以下が好ましい。シートの厚みが３ｍｍを超えると、スラリーの乾燥収縮量が大きくなるので、シートに亀裂が発生する確率が高くなる。
【００６３】
上述したシート上に所定形状の電気回路となる金属層を、導体ペーストをスクリーン印刷などの手法により塗布することにより形成する。導電ペーストは、ポストメタライズ法で説明したものと同じものを用いることができる。ただし、コファイアー法では、導電ペーストに酸化物粉末を添加しなくても支障はない。
【００６４】
次に、回路形成を行ったシート及び回路形成をしていないシートを積層する。積層の方法は、各シートを所定の位置にセットし、重ね合わせる。この時、必要に応じて各シート間に溶剤を塗布しておく。重ね合わせた状態で、必要に応じて加熱する。加熱する場合、加熱温度は、１５０℃以下であることが好ましい。これを超える温度に加熱すると、積層したシートが大きく変形する。そして、重ね合わせたシートに圧力を加えて一体化する。加える圧力は、１〜１００ＭＰａの範囲が好ましい。１ＭＰａ未満の圧力では、シートが充分に一体化せず、その後の工程中に剥離することがある。また、１００ＭＰａを超える圧力を加えると、シートの変形量が大きくなりすぎる。
【００６５】
この積層体を、前述のポストメタライズ法と同様に、脱脂処理並びに焼結を行う。脱脂処理や焼結の温度や、炭素量等はポストメタライズ法と同じである。前述した、導電ペーストをシートに印刷する際に、複数のシートにそれぞれヒータ回路や静電吸着用電極等を印刷し、それらを積層することで、複数の電気回路を有するヒータ基板を容易に作成することも可能である。このようにして、ヒータ基板となるセラミックス積層焼結体を得ることができる。
【００６６】
なお、発熱体回路などの電気回路が、セラミックス積層体の最外層に形成されている場合は、電気回路の保護と絶縁性の確保のために、前述のポストメタライズ法と同様に、電気回路の上に絶縁性コートを形成することができる。
【００６７】
得られたセラミックス積層焼結体は、必要に応じて加工を施す。通常、焼結した状態では、半導体製造装置で要求される精度に入らないことが多い。加工精度は、例えば、被処理物搭載面の平面度は０．５ｍｍ以下が好ましく、さらには０．１ｍｍ以下が特に好ましい。平面度が０．５ｍｍを超えると、被処理物とヒータ基板との間に隙間が生じやすくなり、ヒータ基板の熱が被処理物に均一に伝わらなくなり、被処理物の温度ムラが発生しやすくなる。
【００６８】
また、被処理物搭載面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下が好ましい。Ｒａで５μｍを超えると、ヒータ基板と被処理物との摩擦によって、ＡｌＮの脱粒が多くなることがある。この時、脱粒した粒子はパーティクルとなり、被処理物上への成膜やエッチングなどの処理に対して悪影響を与えることになる。さらに、表面粗さは、Ｒａで１μｍ以下であれば、好適である。
【００６９】
このようなヒータユニットを半導体製造・検査装置、あるいはフラットディスプレイパネルの製造・検査装置に搭載すれば、従来の装置よりもヒータ基板の温度分布がより均一になるので、半導体やフラットディスプレイパネルの性能や歩留りの向上が図れ、なおかつ装置の消費電力も低減できる。
【実施例１】
【００７０】
１００重量部の窒化アルミニウム粉末と０．６重量部のステアリン酸イットリウム粉末を混合し、ポリビニルブチラールをバインダー、ジブチルフタレートを溶剤として、それぞれ１０重量部、５重量部混合して、スプレードライにより顆粒を作成後、プレス成形し、７００℃窒素雰囲下で脱脂し、窒素雰囲気中、１８５０℃で焼結し、窒化アルミニウム焼結体を作成した。なお、窒化アルミニウム粉末は、平均粒径０．６μｍ、比表面積３．４ｍ２／ｇのものを使用した。前記窒化アルミニウム焼結体を加工し、直径３３０ｍｍ、厚み１２ｍｍとした。
【００７１】
また、平均粒径が２．０μｍのＷ粉末を１００重量部として、Ｙ２Ｏ３を１重量部と、５重量部のバインダーであるエチルセルロースと、溶剤としてブチルカルビトールを用いてＷペーストを作製した。混合にはポットミルと三本ロールを用いた。このＷペーストをスクリーン印刷で、前記加工した窒化アルミニウム焼結体上に、発熱体回路パターンを形成した。その後、９００℃、窒素雰囲気中で脱脂し、窒素雰囲気中１８００℃で焼成した。
【００７２】
発熱体回路パターンを形成した面に、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系のガラスペーストを用いて、給電部を除いて１００μｍの厚さに塗布し、窒素雰囲気中７００℃で焼成した。また、給電部には、金ロウでタングステン端子を取付け、タングステン端子にニッケル電極をネジ止めし、ヒータ基板を完成させた。
【００７３】
また、容器として、ステンレス製の有底円筒形状（輻射率０．１８）のものを用意した。内面の高さは３６ｍｍで、内径は３３３ｍｍ、側面の厚みは１．５ｍｍとし、底面の厚みは３ｍｍとした。
【００７４】
また、冷却ブロックとして、直径３３０ｍｍ、厚み１２ｍｍと７ｍｍの純アルミニウム板を用意した。純アルミニウム板の熱伝導率は、２００Ｗ／ｍＫである。このうち、厚み１２ｍｍのアルミニウム板に、幅５ｍｍ、深さ５ｍｍの冷却媒体を流すための流路を加工により形成した。さらにこの流路の外周に、Ｏ−リングを挿入するための、幅２ｍｍ、深さ１ｍｍの溝を形成した。また冷却媒体の出入り口に貫通孔を形成した。これら２枚のアルミニウム板をＯ−リングを挿入して、ネジ止めにて固定した。
【００７５】
これらのヒータ基板２、容器８、冷却ブロック３を図７に示すように、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製で直径４ｍｍの円柱形状の支持体９で支持して装置架台１０に固定し、設置した。支持体は、３本を同心円上に均等に配置した。なお、容器の底と冷却ブロックには、給電配線４や温度測定手段５および支持体９を挿入するための貫通孔を設けた。容器の底には、冷却ブロックを昇降するためのエアーシリンダー等の昇降手段７を挿入するための貫通孔も設けた。また、装置架台と容器との距離は、３０ｍｍとし、容器とヒータ基板の距離は、２４ｍｍとした。
【００７６】
また、比較のために図１１に示すように、アルミナ製の断熱材８１でヒータ基板２を支持する構造のものも作成した。断熱材で支持する以外は、窒化アルミニウム製のヒータ基板など前記同様のものを用いた。
【００７７】
ヒータ基板２の上に、黒体化処理を施した直径１２インチのシリコンウェハｓを搭載し、冷却ブロックには冷却水を流さずに、ヒータ基板から４ｍｍ、容器から２ｍｍの位置に保持した状態で、ヒータ基板に通電して、２５０℃に加熱し、温度が安定した後、サーモビュアでシリコンウェハ表面の温度分布を測定した。その結果を図１２と図１３に示す。図１２が図７の構造の温度分布であり、図１３が従来構造である図１１の構造の温度分布である。
【００７８】
従来構造では、ヒータ基板の中央部から外周部にかけて、温度が低下しているが、本発明の構造では、低下の度合いが少なくなっていることが判る。支持体９の取付部の温度が低下しているが、従来構造全体よりは低下の度合いが少ない。
【実施例２】
【００７９】
実施例１と同様にして、ＡｌＮ製のヒータ基板、ステンレス製の容器、純アルミニウム製の冷却ブロックを用意した。また、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金製の容器支持体９１とヒータ基板支持体９２を別個に用意し、図８に示すように組み立てた。なお、ヒータ基板２の支持体取付部に図５（ａ）、容器８の支持体取付部に図５（ｂ）、装置架台１０の支持体取付部に図５（ｃ）（ねじはＭ３）に示した加工を施し、容器支持体９１とヒータ基板支持体９２の端部にそれぞれに対応した加工を施した。容器支持体９１とヒータ基板支持体９２とは、それぞれ３本とし、図９に示すように、お互いに離れた位置になるように配置した。
【００８０】
実施例１と同様に、２５０℃における温度分布を測定した。その結果を図１４に示す。図１４から判るように、温度分布は、実施例１より均一になった。支持体を容器支持体とヒータ基板支持体に分け、それぞれを離れた位置に配置することによって、伝熱経路長が長くなり、温度分布を均一にする効果が現れたものと思われる。
【実施例３】
【００８１】
実施例２のヒータユニットにおいて、ヒータ基板、容器、装置架台の支持体取付部全てに、ムライト（熱伝導率１Ｗ／ｍＫ）製の低熱伝導部材９４を挿入した。ヒータ基板とは図６（ａ）に示すように直径４ｍｍ、厚み３ｍｍの低熱伝導部材を挿入した。また、容器及び装置架台とは、図６（ｅ）に示すように、内径３．４ｍｍ、外径１０ｍｍ、厚み３ｍｍのリング状の低熱伝導部材を挿入した。
【００８２】
実施例１と同様に、２５０℃での温度分布を測定した。その結果を図１５に示す。図１５から判るように、温度分布はさらに良くなった。低熱伝導部材を挿入した効果が現れたことが判る。
【実施例４】
【００８３】
実施例１〜３において、黒体化処理したシリコンウェハに代えて、ウェハ温度計を搭載して、同じく２５０℃に加熱して、ウェハ温度計の温度を測定し、各測定温度の最大値と最小値の差を温度バラツキとして測定した。その結果を表１に示す。
【００８４】
【表１】
2005235672.tif 000003
【００８５】
本発明では、従来のヒータユニットである比較例より、温度バラツキが少ないことが判る。
【実施例５】
【００８６】
実施例１のヒータユニットを用いた。ただし、ヒータ基板の材質を、酸化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素の３種類とした。実施例１で用いた窒化アルミニウム製のヒータ基板を加えた４種類のヒータ基板を、実施例３と同様の２５０℃における温度バラツキの測定と、１００℃から３００℃の間の昇降温を３０分周期で行う温度サイクル試験を１０００回繰り返して、ヒータ基板の破損するまでの回数を調べた。それらの結果を表２に示す。
【００８７】
【表２】
2005235672.tif 000004
【００８８】
表２から判るように、温度の均一性では、窒化アルミニウムと炭化珪素が優れている。また、酸化アルミニウム以外は、サイクル試験で破損せず、信頼性が高いことが判る。更に、窒化アルミニウムは、温度の均一性と信頼性の両方で優れていることが判った。
【実施例６】
【００８９】
実施例２で用いたヒータユニットを、レジスト加熱処理装置に搭載してフォトリソグラフ処理を行った。用いたレジストは、波長２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザステッパ用超高解像度レジストで、１３０℃９０秒のプリベークおよび１３０℃９０秒の露光ベークを行い、１３０ｎｍノードの線幅バラツキ（３σ）を測定した。
【００９０】
その結果、線幅バラツキは、９ｎｍであり、１３０℃に保持中のヒータユニットの消費電力は、１５０Ｗであった。これに対し、実施例１で用いた従来のヒータユニットである比較例を用いて、同様の線幅バラツキを測定したところ、１５ｎｍであった。また、１３０℃保持中の消費電力は、１６５Ｗであった。
【００９１】
このように、本発明によれば、ヒータ基板の温度分布が従来よりも大幅に均一になるので、線幅バラツキを大幅に低減できることが判った。これにより、集積度の高い半導体を、直径１２インチのシリコンウェハを用いて歩留り良く生産することが可能となる。また、消費電力が、従来の装置より、低減できており、省エネルギー化が達成できた。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明によれば、ヒータ基板の加熱面の温度分布が従来よりも向上し、消費電力が抑えられる。このようなヒータ基板を有するヒータユニットを、エッチング装置、スパッタ装置、プラズマＣＶＤ装置、減圧プラズマＣＶＤ装置、メタルＣＶＤ装置、絶縁膜ＣＶＤ装置、低誘電率膜ＣＶＤ装置、ＭＯＣＶＤ装置、デガス装置、イオン注入装置、コータデベロッパ等の各種半導体製造装置、検査装置、あるいはフラットディスプレイパネル製造装置またはフラットディスプレイパネル検査装置に搭載すれば、均熱性が向上するので、半導体やフラットディスプレイパネルなどの製造歩留りが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の一例を示す断面模式図である。
【図２】本発明の他の一例を示す断面模式図である。
【図３】本発明の他の一例を示す断面模式図である。
【図４】本発明の他の一例を示す断面模式図である。
【図５】支持体取付部を示す断面模式図である。
【図６】本発明の支持体取付部を示す断面模式図である。
【図７】本発明の実施例１を示す断面模式図である。
【図８】本発明の実施例２を示す断面模式図である。
【図９】本発明の実施例２を示す平面模式図である。
【図１０】従来のヒータユニットを示す断面模式図である。
【図１１】比較例のヒータユニットを示す断面模式図である。
【図１２】実施例１の温度分布を示す模式図である。
【図１３】比較例の温度分布を示す模式図である。
【図１４】実施例２の温度分布を示す模式図である。
【図１５】実施例３の温度分布を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９４】
１    ヒータユニット
２    ヒータ基板
３    冷却ブロック
４    電極
５    温度測定手段
７    昇降手段
８    容器
９    支持体
１０    装置架台
９１、９３    容器支持体
９２    ヒータ基板支持体
【図１】
2005235672.tif 000005
【図２】
2005235672.tif 000006
【図３】
2005235672.tif 000007
【図４】
2005235672.tif 000008
【図５】
2005235672.tif 000009
【図６】
2005235672.tif 000010
【図７】
2005235672.tif 000011
【図８】
2005235672.tif 000012
【図９】
2005235672.tif 000013
【図１０】
2005235672.tif 000014
【図１１】
2005235672.tif 000015
【図１２】
2005235672.tif 000016
【図１３】
2005235672.tif 000017
【図１４】
2005235672.tif 000018
【図１５】
2005235672.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成17年1月13日(2005.1.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
前記セラミックスヒータの主成分が、窒化アルミニウムであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のヒータユニット。