(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面が基板の載置面であり、一体として設けられたセラミックス製の基体と、
前記基体に埋設された発熱体と、
前記基体の前記発熱体の下方位置に設けられた流体流路と
を具備し、
前記発熱体に通電して前記基体を加熱しつつ前記流体流路に流体を通流させることにより前記基体を所定の加熱温度に制御し、
前記基体を前記加熱温度から冷却する際には、前記発熱体への通電を遮断し、前記流体流路に前記加熱温度より低い温度の流体を通流させることを特徴とするセラミックスヒーター。
【請求項２】
前記流体流路は、複数の同心円状部分と、複数のこれら同心円状部分をつなぐ部分とを有することを特徴とする請求項１に記載のセラミックスヒーター。
【請求項３】
前記流体流路は、前記基体の中央部に流体入口を有し、前記基体の端部に流体出口を有することを特徴とする請求項２に記載のセラミックスヒーター。
【請求項４】
上面が基板の載置面であり、一体として設けられたセラミックス製の基体と、
前記基体に埋設された発熱体と、
前記基体の前記発熱体の下方位置に設けられた流体流路と、
前記基体の下面に設けられた、前記流体流路に流体を導入する流体導入口および流体を排出する流体排出口と
を具備し、
前記流体流路は、前記基体内に同心円状に形成された複数の第１流路と、前記第１流路間をつなぐように設けられた複数の第２流路とを有し、径方向に隣接する第２流路は互いにずれて配置されており、
前記発熱体に通電して前記基体を加熱しつつ前記流体流路に流体を通流させることにより前記基体を所定の加熱温度に制御し、
前記基体を前記加熱温度から冷却する際には、前記発熱体への通電を遮断し、前記流体流路に前記加熱温度より低い温度の流体を通流させることを特徴とするセラミックスヒーター。
【請求項５】
前記流体流路には、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅから選択される少なくとも１種が通流されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のセラミックスヒーター。
【請求項６】
前記流体流路には、ＡｒとＨｅとの混合ガスが通流されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のセラミックスヒーター。
【請求項７】
前記流体流路に通流される流体は、１５０℃以上であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のセラミックスヒーター。
【請求項８】
前記発熱体は、高融点金属を巻回してなる巻回体を所定パターンに配置されていることを特徴とする請求項１から請求項７に記載のセラミックスヒーター。
【請求項９】
前記発熱体は、所定パターンのグラファイトまたはガラス状カーボンからなることを特徴とする請求項１から請求項７に記載のセラミックスヒーター。
【請求項１０】
前記発熱体は、所定パターンのグラファイトまたはガラス状カーボンにガラス状窒化ボロンを被覆してなることを特徴とする請求項９に記載のセラミックスヒーター。
【請求項１１】
前記基体は、前記発熱体の熱膨張係数の近傍の熱膨張係数を有していることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のセラミックスヒーター。
【請求項１２】
前記基体は、ＡｌＮからなることを特徴とする請求項１１に記載のセラミックスヒーター。
【請求項１３】
前記基体の上面近傍に電極を有し、電極に通電することにより基板を静電吸着可能なことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のセラミックスヒーター。
【請求項１４】
基板が収容され内部が真空状態に保持可能なチャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、基板を載置するとともに加熱するセラミックスヒーターと、
前記チャンバー内で基板に所定の処理を施すための処理手段と
を具備し、
前記セラミックスヒーターは、
上面が基板の載置面であり、一体として設けられたセラミックス製の基体と、
前記基体に埋設された発熱体と、
前記基体の前記発熱体の下方位置に設けられた流体流路と
を有し、
前記発熱体に通電して前記基体を加熱しつつ前記流体流路に流体を通流させることにより前記基体を基板の処理に適合した所定の加熱温度に制御し、
前記基体を前記加熱温度から冷却する際には、前記発熱体への通電を遮断し、前記流体流路に前記加熱温度より低い温度の流体を通流させることを特徴とする基板処理装置。
【請求項１５】
基板が収容され内部が真空状態に保持可能なチャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、基板を載置するとともに加熱するセラミックスヒーターと、
前記チャンバー内で基板に所定の処理を施すための処理手段と
を具備し、
前記セラミックスヒーターは、
上面が基板の載置面であり、一体として設けられたセラミックス製の基体と、
前記基体に埋設された発熱体と、
前記基体の前記発熱体の下方位置に設けられた流体流路と、
前記基体の下面に設けられた、前記流体流路に流体を導入する流体導入口および流体を排出する流体排出口と
を有し、
前記流体流路は、前記基体内に同心円状に形成された複数の第１流路と、前記第１流路間をつなぐように設けられた複数の第２流路とを有し、径方向に隣接する第２流路は互いにずれて配置されており、
前記発熱体に通電して前記基体を加熱しつつ前記流体流路に流体を通流させることにより前記基体を基板の処理に適合した所定の加熱温度に制御し、
前記基体を前記加熱温度から冷却する際には、前記発熱体への通電を遮断し、前記流体流路に前記加熱温度より低い温度の流体を通流させることを特徴とする基板処理装置。
【請求項１６】
前記処理手段は、チャンバー内に処理ガスを導入するガス導入機構を有し、前記処理ガスの反応により基板上に所定の膜を形成することを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の基板処理装置。
【請求項１７】
前記処理手段は、さらに処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構を有することを特徴とする請求項１６に記載の基板処理装置。
【請求項１８】
前記処理手段は、チャンバー内に処理ガスを導入するガス導入機構と、前記チャンバー内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構とを有し、前記処理ガスのプラズマにより基板上の所定の膜をエッチングすることを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載の基板処理装置。
【請求項１９】
前記セラミックスヒーターの基体の上面近傍に電極を有し、電極に通電することにより基板を静電吸着可能なことを特徴とする請求項１４から請求項１８のいずれか１項に記載の基板処理装置。
【請求項２０】
上面が基板の載置面であり、一体として設けられたセラミックス製の基体と、前記基体に埋設された発熱体と、前記基体の前記発熱体の下方位置に設けられた流体流路とを有するセラミックスヒーターに基板を載置し、基板に対して所定の処理を施す基板処理方法であって、
前記発熱体に通電して前記基体を加熱しつつ前記流体流路に流体を通流させることにより前記基体を基板の処理に適合した所定の加熱温度に制御し、
前記発熱体への通電を遮断し、前記流体流路に前記加熱温度より低い温度の流体を通流させることにより、前記基体を前記加熱温度から冷却することを特徴とする基板処理方法。
【請求項２１】
前記流体流路に、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅから選択される少なくとも１種を通流させることを特徴とする請求項２０に記載の基板処理方法。
【請求項２２】
前記流体流路に、ＡｒとＨｅとの混合ガスを通流させることを特徴とする請求項２０に記載の基板処理方法。
【請求項２３】
前記流体流路に、１５０℃以上の流体を通流させることを特徴とする請求項２０から請求項２２のいずれか１項に記載の基板処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）やプラズマエッチング等の処理において基板を加熱するセラミックヒーターならびにそれを用いた基板処理装置および基板処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造においては、被処理体である半導体ウエハに対して、ＣＶＤ処理やプラズマエッチング処理のような真空処理を施す工程が存在するが、その処理に際しては半導体ウエハを所定の温度に加熱する必要があるため、ヒーターを用いて基板支持部材を加熱している。
【０００３】
このようなヒーターとしては従来からステンレスヒーター等が用いられてきたが、近年、上記処理に用いられるハロゲン系ガスによる腐蝕が生じにくく、熱効率が高いセラミックヒータが採用されつつある。このようなセラミックヒーターは、ＡｌＮ等の緻密質セラミックス焼結体からなる基体の内部に、高融点金属からなる発熱ワイヤーを埋設した構造を有し、基体の上面に半導体ウエハを載置するようになっている。
【０００４】
一方、ＣＶＤやプラズマエッチング等においては、半導体ウエハの温度を５００℃以上の高温にしつつしかも極めて高い均熱性が要求されるが、このように基体に埋設されたセラミックヒーターのみでは所望の均一性を得ることが困難であることから、セラミックヒーターの半導体ウエハの載置面とヒーターとの間に流体流路を設け、流体流路中に流れる流体の対流によってセラミックスヒータ基体の各場所の温度差を減少させ、載置面の加熱温度を均一にする技術が提案されている（特開平７−２７２８３４号公報）。
【０００５】
また、この技術では、セラミックヒーターが用いられる処理装置をメンテナンスする際に、このように流体を流すことによりヒーターを迅速に冷却することができ、ダウンタイムすなわち装置の休止時間を短縮することができるとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、半導体デバイスの製造工程においては、さらなるスループットの向上が求められており、装置のメンテナンス等の際のダウンタイムをさらに短縮することが望まれている。例えば、枚葉式のＣＶＤ装置においては、定期的にハロゲン系ガスによるｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングを行っており、その際に装置内部材等へのダメージを低減するために、成膜温度の７００℃から１５０〜５００℃にセラミックヒーターの温度を低下させる必要があるが、従来はその冷却時間が３時間程度でありさらなる冷却時間の短縮が求められている。また、メンテナンス等のためにチャンバー内を大気開放する際には、酸化防止等の観点からチャンバー内部を室温付近に冷却するが、その際にも冷却に長時間を要するため、さらなる冷却時間の短縮が求められている。
【０００７】
しかしながら、上述の特開平７−２７２８３４号公報に開示された技術は主に均熱性を得るための技術であって冷却能力は必ずしも十分ではない。すなわち、この技術において十分な冷却能力を得るためには流体流路の断面積を大きくする必要があるが、この場合には発熱体からの熱が半導体ウエハに十分に伝わらず加熱効率が悪くなってしまうため、ヒーターの冷却手段としては不十分である。したがって、セラミックヒーターを冷却する時間を短縮するのにも限界があり、要求される短時間冷却を満たすことは困難である。
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、加熱面の均熱性を高く維持しつつ冷却効率の高いセラミックスヒーターを提供することを目的とする。また、このようなセラミックスヒーターを用いた基板処理装置および基板処理方法を提供することを目的とする。
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、上面が基板の載置面であり、一体として設けられたセラミックス製の基体と、
前記基体に埋設された発熱体と、
前記基体の前記発熱体の下方位置に設けられた流体流路と
を具備し、
前記発熱体に通電して前記基体を加熱しつつ前記流体流路に流体を通流させることにより前記基体を所定の加熱温度に制御し、
前記基体を前記加熱温度から冷却する際には、前記発熱体への通電を遮断し、前記流体流路に前記加熱温度より低い温度の流体を通流させることを特徴とするセラミックスヒーターを提供する。
【００１０】
上記構成の本発明によれば、上面が基板の載置面であり、一体として設けられたセラミックス製の基体において、発熱体の下方位置に流体流路を設け、前記発熱体に通電して前記基体を加熱しつつ前記流体流路に流体を通流させることにより前記基体を所定の加熱温度に制御し、前記基体を前記加熱温度から冷却する際には、前記発熱体への通電を遮断し、前記流体流路に前記加熱温度より低い温度の流体を通流させるが、基体を所定の加熱温度に制御する際には、流体流路が発熱体の下方位置にあるので、流体流路の断面積を大きくしても加熱効率が低下することがなく、所望の均熱性を確保しつつその加熱温度に高精度で制御することができ、また、そのように流体流路の断面積を大きくすることにより、基体を冷却する際に流体流路に比較的多量の流体を通流させることができ、セラミックスヒーターを短時間で所定の温度まで冷却することができる。
【００１１】
上記セラミックスヒーターにおいて、前記流体流路は、複数の同心円状部分と、複数のこれら同心円状部分をつなぐ部分とを有する構造とすることが好ましい。また、前記流体流路は、前記基体の中央部に流体入口を有し、前記基体の端部に流体出口を有する構造とすることが好ましい。これにより、均熱性が一層良好となるとともに、冷却効率を高くすることができる。
【００１２】
また、本発明は、上面が基板の載置面であり、一体として設けられたセラミックス製の基体と、
前記基体に埋設された発熱体と、
前記基体の前記発熱体の下方位置に設けられた流体流路と、
前記基体の下面に設けられた、前記流体流路に流体を導入する流体導入口および流体を排出する流体排出口と
を具備し、
前記流体流路は、前記基体内に同心円状に形成された複数の第１流路と、前記第１流路間をつなぐように設けられた複数の第２流路とを有し、径方向に隣接する第２流路は互いにずれて配置されており、
前記発熱体に通電して前記基体を加熱しつつ前記流体流路に流体を通流させることにより前記基体を所定の加熱温度に制御し、
前記基体を前記加熱温度から冷却する際には、前記発熱体への通電を遮断し、前記流体流路に前記加熱温度より低い温度の流体を通流させることを特徴とするセラミックスヒーターを提供する。
【００１３】
前記流体流路には、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅから選択される少なくとも１種を通流させることができる。例えば、ＡｒとＨｅとの混合ガスを通流させることができる。
前記流体流路に通流される流体は、１５０℃以上であることが好ましい。低温の流体を通流させる場合には、ヒートショックによりセラミックス製の基体が損傷するおそれがあるが、通流する流体の温度を１５０℃以上にすることにより、ヒートショックによる損傷を防止することができる。この際の流体の温度は、基体の加熱温度に応じて適宜設定することが好ましい。また、セラミックヒーターを冷却する際には、冷却の段階に応じて段階的に流体の温度を低下させることが好ましい。さらに、セラミックスヒーターが１５０℃近傍まで低下した時点で流体としてより低温のものを用いれば、さらに低温まで効率良く冷却することができる。
【００１４】
前記発熱体としては、高融点金属を巻回してなる巻回体を所定パターンに配置したものが例示される。また、所定パターンのグラファイトまたはガラス状カーボンからなるもの、さらにその上にガラス状窒化ボロンを被覆してなるものも用いることができる。基体としては発熱体の熱膨張係数の近傍の熱膨張係数を有していることが好ましいが、グラファイトまたはガラス状カーボンは、ＡｌＮ等のセラミックスとの間に熱膨張差が少なく、これらを発熱体として用いることにより高速昇温および高速降温が可能となる。特にＡｌＮはこれら近傍の熱膨張係数を有しているのでＡｌＮを発熱体として用いることが好ましい。また、ガラス状窒化ボロン（ＢＮ）はグラファイトまたはガラス状カーボンを保護する機能および緩衝機能を有していることから、より一層高速昇温および高速降温が可能となる。
【００１５】
前記基体の上面近傍に電極を設け、電極に通電することにより基板を静電吸着可能に構成することができる。これにより、真空雰囲気でも基板を確実に保持することが可能となる。
【００１６】
さらに、本発明は、基板が収容され内部が真空状態に保持可能なチャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、基板を載置するとともに加熱するセラミックスヒーターと、
前記チャンバー内で基板に所定の処理を施すための処理手段と
を具備し、
前記セラミックスヒーターは、
上面が基板の載置面であり、一体として設けられたセラミックス製の基体と、
前記基体に埋設された発熱体と、
前記基体の前記発熱体の下方位置に設けられた流体流路と
を有し、
前記発熱体に通電して前記基体を加熱しつつ前記流体流路に流体を通流させることにより前記基体を基板の処理に適合した所定の加熱温度に制御し、
前記基体を前記加熱温度から冷却する際には、前記発熱体への通電を遮断し、前記流体流路に前記加熱温度より低い温度の流体を通流させることを特徴とする基板処理装置を提供する。
【００１７】
さらにまた、本発明は、基板が収容され内部が真空状態に保持可能なチャンバーと、
前記チャンバー内に配置され、基板を載置するとともに加熱するセラミックスヒーターと、
前記チャンバー内で基板に所定の処理を施すための処理手段と
を具備し、
前記セラミックスヒーターは、
上面が基板の載置面であり、一体として設けられたセラミックス製の基体と、
前記基体に埋設された発熱体と、
前記基体の前記発熱体の下方位置に設けられた流体流路と、
前記基体の下面に設けられた、前記流体流路に流体を導入する流体導入口および流体を排出する流体排出口と
を有し、
前記流体流路は、前記基体内に同心円状に形成された複数の第１流路と、前記第１流路間をつなぐように設けられた複数の第２流路とを有し、径方向に隣接する第２流路は互いにずれて配置されており、
前記発熱体に通電して前記基体を加熱しつつ前記流体流路に流体を通流させることにより前記基体を基板の処理に適合した所定の加熱温度に制御し、
前記基体を前記加熱温度から冷却する際には、前記発熱体への通電を遮断し、前記流体流路に前記加熱温度より低い温度の流体を通流させることを特徴とする基板処理装置を提供する。
【００１８】
この場合に、前記処理手段としては、チャンバー内に処理ガスを導入するガス導入機構を有し、前記処理ガスの反応により基板上に所定の膜を形成するもの、すなわちＣＶＤを行うものが例示される。前記処理手段は、さらに処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構を有していてもよく、この場合にはプラズマＣＶＤが行われる。
また、前記処理手段としては、チャンバー内に処理ガスを導入するガス導入機構と、前記チャンバー内に前記処理ガスのプラズマを生成するプラズマ生成機構とを有し、前記処理ガスのプラズマにより基板上の所定の膜をエッチングするものが例示される。
さらに、前記セラミックスヒーターの基体の上面近傍に電極を設け、電極に通電することにより基板を静電吸着可能に構成することができる。これにより、真空雰囲気に保持されたチャンバー内において基板を確実にセラミックヒーターの上面に保持させることが可能となる。
【００１９】
さらにまた、本発明は、上面が基板の載置面であり、一体として設けられたセラミックス製の基体と、前記基体に埋設された発熱体と、前記基体の前記発熱体の下方位置に設けられた流体流路とを有するセラミックスヒーターに基板を載置し、基板に対して所定の処理を施す基板処理方法であって、
前記発熱体に通電して前記基体を加熱しつつ前記流体流路に流体を通流させることにより前記基体を基板の処理に適合した所定の加熱温度に制御し、
前記発熱体への通電を遮断し、前記流体流路に前記加熱温度より低い温度の流体を通流させることにより、前記基体を前記加熱温度から冷却することを特徴とする基板処理方法を提供する。
この場合に、前記流体流路に、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅから選択される少なくとも１種を通流させることができる。例えば、ＡｒとＨｅとの混合ガスを通流させることができる。また、前記流体流路に、１５０℃以上の流体を通流させることが好ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る半導体ウエハ処理用のセラミックスヒータを示す垂直断面図、図２はそのＡ−Ａラインで切断した水平断面図である。
【００２１】
セラミックスヒーター１は、セラミックス製で円盤状をなす基体２と、巻回状態で基体２に埋設された発熱抵抗体３とを備えている。また、基体２内における発熱抵抗体３の下方位置には、流体流路４が設けられている。
【００２２】
基体２を構成するセラミックスは緻密質のセラミックスであればよいが、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）等の窒化物系セラミックスが好適である。また、基体２の上面が載置面２ａとなっており、その載置面２ａに半導体ウエハＷが載置される。
【００２３】
発熱抵抗体３は基体２の内部にらせん状に配置された状態で埋設されれおり、発熱抵抗体３の両端部は基体２の底部の外側近傍部分に埋設された端子５に接続されている。そして端子５からの配線は電源６に接続されており、この電源６の出力は、図示しない熱電対の信号に基づいてコントローラ７により制御される。発熱体３は金属製であり、加熱温度が比較的低い場合にはニクロム線を用いることができる。しかし、高温用のセラミックスヒーターにおいては、高融点金属が好ましく、特に、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、これらの合金が好ましい。
【００２４】
流体流路４は、図２に示すように、基体２と同心円状に形成された複数の環状部４ａと、隣接する環状部４ａを４箇所ずつ放射状につなぐ放射状部４ｂとを有している。周方向に隣接する放射状部４ｂは９０°ずつ等間隔で配置され、径方向に隣接する放射状部４ｂは４５°ずれて配置されている。そして、基体２の中心には、流体流路４に流体を供給する流体供給孔９が設けられ、環状部４ａの最外側部分に対応する位置には２箇所の流体排出孔８が互いに対向した位置に設けられている。流体流路４をこのように構成することにより、熱交換が有効に行われやすくなり、冷却効率を良好にすることができる。流体供給孔９には流体供給管９ａが接続され流体排出孔８には流体排出管８ａが接続されている。これらは流体供給源１０に接続されており、図示しないポンプ等の手段により循環されるようになっている。流体供給源１０から供給されるガスは温調器１１により所定温度に温調されるようになっており、これにより基体２の均熱性維持および冷却制御が可能となる。また、流体排出管８ａには熱交換器１２が設けられており、高温の基体２により昇温した流体の粗熱を除去することができるようになっている。
【００２５】
流体流路４に通流される流体は、１５０℃以上であることが好ましい。低温の流体を通流させる場合には、ヒートショックによりセラミックス製の基体２が損傷するおそれがあるが、通流する流体の温度を１５０℃以上にすることにより、ヒートショックによる損傷を防止することができる。この際の流体の温度は、基体２の加熱温度に応じて、ヒートショックによる損傷が生じない範囲内で冷却効率が良好になるように適宜設定することが好ましい。また、セラミックヒーター１を冷却する際には、ヒートショックによる損傷をより確実に防止する観点から、冷却の段階に応じて上記温調器１１により段階的に流体の温度を低下させることが好ましい。この際に、段階的な温度設定は１００〜２００℃間隔が好ましい。さらに、セラミックスヒーター１が１５０℃近傍まで低下した時点で流体としてより低温のものを用いれば、さらに低温まで効率良く冷却することができる。
【００２６】
流体流路４を通流させる流体としては、不活性ガスを用いることができ、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎｅから選択される少なくとも１種が好適である。特に、ＡｒとＨｅとの混合ガスを用いることが好ましい。これは、熱伝導率が高いが高コストであるＨｅとコストが低いＡｒを混合することにより、比較的高い冷却効率を維持しつつ冷却コストを適正なものとすることができるからである。このような観点からＡｒ：Ｈｅは３：１であることが好ましい。
【００２７】
このように構成されるセラミックスヒーター１を使用する際には、基体２の上面の載置面２ａに半導体ウエハＷを載置した状態で電源６から発熱体３に給電する。これにより基体２が所定温度に昇温され、半導体ウエハＷが所定温度に加熱される。この際に、流体流路４に所定流量で所定の流体、例えばＡｒ，Ｈｅ，Ｎｅから選択されるガスを通流することにより温度制御性が高まり、基体２は所望の均熱性を確保することが可能となる。
【００２８】
一方、セラミックスヒーター１を加熱温度から冷却する際には、発熱体３への通電を遮断した後、流体流路４に上記流体を通流させる。この場合に、流体流路が発熱体の上にある場合とは異なり、流体流路４の断面積を大きくしても加熱効率が低下することがないので、流体流路４の断面積を大きくすることができる。したがって、流体流路４の断面積を大きくして比較的多量の流体を通流させることができ、セラミックスヒーター１を短時間で所望の温度まで冷却することができる。
【００２９】
次に、本発明の他の実施形態について説明する。図３は本発明の他の実施形態に係るセラミックスヒーターを示す断面図である。ここでは、グラファイトまたはガラス状カーボンからなる発熱体１３を用いておりこの発熱体１３が所定パターン（例えばらせん状）形成された状態で基体２に埋設されている。なお、他の構成は図１と同様であるから同じ符号を付して説明を省略する。また、流体供給源１０、温調器１１、熱交換器１２は図示を省略しているが、同様に設けられている（以下の図４〜図９も同様）。
【００３０】
このようなセラミックスヒーターにおいては、発熱体１３の材料として用いるグラファイトおよびガラス状カーボンの熱膨張係数がそれぞれ２〜３×１０−６／Ｋおよび１．５×１０−６〜２．５×１０−６／Ｋであり、基体２を構成するセラミックス、例えばＡｌＮの熱膨張係数である４．６×１０−６／Ｋに比較的近いため、高速昇温および高速降温によってもヒーターが損傷せずに使用が可能となる。また、図４に示すように、グラファイトおよびガラス状カーボンからなるコア１４にガラス状ＢＮ層１５を被覆した構造の発熱体１３’を使用することもできる。この場合には、ガラス状ＢＮはグラファイト等のコア１４を保護する機能および緩衝機能を有しており、より一層高速昇温および高速降温が可能となる。
【００３１】
次に、本発明のさらに他の実施形態について説明する。図５はさらに他の実施形態に係るセラミックスヒーターを示す断面図である。本実施形態では、基体２の発熱体３と載置面２ａとの間に電極２０が設けられており、この電極２０に電圧を印加する直流電源２１が端子２２を介して接続されている。すなわち、基体２の上面部分に静電チャックが形成されている。なお、他の構成は図１と同様であるから同じ符号を付して説明を省略する。
【００３２】
このような構成において、電極２０に直流電圧を印加することにより、半導体ウエハＷが基体２の載置面２ａに静電吸着される。これにより、セラミックスヒーターが真空雰囲気中で使用される場合にも、確実に保持することができる。また、これにより、静電チャックとセラミックスヒーターとが一体となったコンパクトな構造を得ることができる。なお、上記図３および図４の構造のセラミックスヒーターに電極を設けて静電チャック機能を付与してもよいことはいうまでもない。
【００３３】
また、本発明のセラミックスヒーターを用いてプラズマ処理を行う場合には、図６に示すように、基体２内にプラズマ生成用の電極２３を埋設する。この電極２３を接地させ、真空雰囲気内において、対向電極に高周波電力を印加することによりプラズマを形成することができる。電極２３に高周波電力を印加してもよい。また、このプラズマ生成用電極２３を接地する代わりに直流電圧を印加することにより、電極２３を静電チャックの電極と兼用することができる。
【００３４】
次に、このようなセラミックスヒーターの製造方法について簡単に説明する。まず、プレス成形機にセットした金型内にセラミックス粉体を装入して予備成形を行い、予備成形体の表面に、発熱体パターンに応じて連続的な凹部を設ける。次いで、両端に端子を接着した発熱体をこの凹部に収容し、その上にセラミックス粉末をさらに挿入し、セラミックス粉末を一軸加圧成形して円盤状の成形体を作成し、これをホットプレス等で焼結させて第１の予備焼結体を得る。
【００３５】
引き続き、同様にしてセラミックス粉末を一軸加圧成形して円盤状の成形体を作成し、これをホットプレス等で焼結させて第２の予備焼結体を得る。そしてこの第２の予備焼結体の上面に流体流路に対応する溝をサンドブラスト処理やエッチング処理等の適宜の方法で形成し、流体流路に対応する溝を形成し、さらに流体供給孔および流体排出孔を形成する。最後に、例えばＹＳｉＡｌＯＮ系ガラス等のガラスからなる接着剤を用いて第１の予備焼結体と第２の予備焼結体とを接着し焼成することにより、これらを一体化する。この際の焼結は、ホットプレスが好ましいが、常圧焼結であってもよい。また、常圧焼結の後、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）処理を行ってもよい。
【００３６】
次に、以上のように構成されるセラミックスヒーターを用いた基板処理装置について説明する。
【００３７】
図７は、本発明のセラミックスヒーターを用いた熱ＣＶＤ装置を示す断面図である。この熱ＣＶＤ装置１００は、気密に構成された略円筒状のチャンバー３１を有しており、その中には被処理体である半導体ウエハＷを水平に支持するとともに、半導体ウエハＷを加熱する上述のセラミックスヒーター３２が円筒状の支持部材３３により支持された状態で配置されている。セラミックスヒーター１３２の外縁部には半導体ウエハＷをガイドするためのガイドリング３４が設けられている。
【００３８】
セラミックスヒーター３２は図１のセラミックスヒーター１と全く同様に形成されている。すなわち、セラミックス製の基体２に発熱体３が埋設されているとともに、発熱体３の下方位置に流体流路４が設けられている。発熱抵抗体３の両端部は基体２の底部の外側近傍部分に埋設された端子５に接続されている。そして端子５からの配線は支持部材３３の内部を通って電源６に接続されており、この電源６の出力は、コントローラ７により制御される。
【００３９】
チャンバー３１の天壁３１ａには、シャワーヘッド３５が設けられている。このシャワーヘッド３５にはセラミックスヒーター３２に向けてガスを吐出するための多数のガス吐出孔３６が形成されている。そして、シャワーヘッド３５の上部には、ガス導入口３７が形成されており、このガス導入口３７にはガス供給配管３８を介してクリーニングガス供給機構３９および成膜ガス供給機構４０が接続されている。
【００４０】
クリーニングガス供給機構３９は、例えばクリーニングガスとしてＣｌＦ３ガスを供給するクリーニングガス供給源を有しており、定期的にチャンバー３１内をｉｎ−ｓｉｔｕクリーニングすることができるようになっている。成膜ガス供給機構４０は、成膜する膜がＴｉＮ膜の場合には、例えばＴｉＣｌ４ガス供給源、ＮＨ３ガス供給源、希釈ガスとしてのＡｒガス供給源等を有しており、成膜する膜がＷＳｉ の場合には例えばＷＦ６ガス供給源、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス供給源、希釈ガスとしてのＡｒガス供給源等を有している。
【００４１】
チャンバー３１の底壁３１ｂには、排気管４１が接続されており、この排気管４１には真空ポンプを含む排気装置４２が接続されている。そして排気装置４２を作動させることによりチャンバー３１内を所定の真空度まで減圧することができる。
【００４２】
このような装置により半導体ウエハＷに所定の薄膜を成膜するには、まず、チャンバー３１内に半導体ウエハＷを装入し、セラミックスヒーター３２の載置面にウエハＷを載置し、発熱体３により基体２を例えば５００〜７００℃程度に昇温してその上の半導体ウエハＷを所定温度に加熱しながら排気装置４２によりチャンバー３１内を排気してチャンバー３１内を真空状態にし、引き続き、成膜ガス供給機構４０からガス供給配管３８を介して成膜ガスを導入してチャンバー３１内を所定の圧力に維持しつつ成膜処理を行う。この場合に、流体流路４に所定流量で所定の流体、例えばＡｒ，Ｈｅ，Ｎｅから選択されるガスを通流することにより温度制御性が高まり、基体２は所望の均熱性を確保することが可能となる。
【００４３】
一方、このようにして所定枚数の半導体ウエハを成膜後、チャンバー３１から半導体ウエハを搬出し、セラミックスヒーター３２を１５０〜５００℃程度に冷却し、チャンバー３１内にクリーニングガス、例えばＣｌＦ３ガスを導入してチャンバー３１内をｉｎ−ｓｕｉｔｕクリーニングするが、この際には発熱体３への通電を遮断した後、流体流路４に上記流体を通流させる。この場合に、上述したように流体流路４の断面積を大きくすることができ、比較的多量の流体を通流させることができるので、セラミックスヒーター３２を短時間で１５０〜５００℃まで冷却することができる。したがって、クリーニングの際の装置のダウンタイムを短縮することができる。また、メンテナンス時等にチャンバー３１内を大気開放する場合には、その中の温度を室温付近まで低下させなければならないが、この場合にも、同様に短時間で室温まで冷却することができる。
【００４４】
図８は本発明のセラミックスヒーターを用いたプラズマＣＶＤ装置を示す断面図である。このプラズマＣＶＤ装置１１０は概略的には、図７の熱ＣＶＤ装置と同様に構成されているが、チャンバー３１の天壁３１ａとチャンバー３１の側壁３１ｃとの間に絶縁部材４３が設けられており、チャンバー３１の天壁３１ａには整合器４４を介して高周波電源４５が接続されている。そして、この高周波電源４５からシャワーヘッド３５へ例えば１３．５６ＭＨｚの高周波電力が供給され、シャワーヘッド３５は上部電極として機能するようになっている。
【００４５】
一方、セラミックスヒーター３２の基体２における発熱体３の上方にはプラズマ生成用の下部電極２３’が埋設されている。この下部電極２３’には端子２２’を介して直流電源２１’が接続されており、下部電極２３’は静電チャック用電極としても機能する。このプラズマＣＶＤ装置１１０は、例えばＴｉ膜を成膜する。この場合に、成膜ガス供給機構４０は、例えばＴｉＣｌ４ガス供給源、Ｈ２ガス供給源、希釈ガスとしてのＡｒガス供給源等を有している。なお、その他の構成については図７の熱ＣＶＤ装置とほぼ同様であり、同じ符号を付して説明を省略する。
【００４６】
このような装置により半導体ウエハＷに所定の薄膜を成膜するには、まず、チャンバー３１内に半導体ウエハＷを装入し、セラミックスヒーター３２の載置面にウエハＷを載置し、発熱体３により基体２を例えば５００〜７００℃程度に昇温してその上の半導体ウエハＷを所定温度に加熱しながら排気装置４２によりチャンバー３１内を排気してチャンバー３１内を真空状態にし、上部電極として機能するシャワーヘッド３５に高周波電源４５から高周波電力を供給し、シャワーヘッド３５と電極２３’との間に高周波電界を形成しつつ、成膜ガス供給機構４０からガス供給配管３８を介して成膜ガスを導入して成膜ガスのプラズマを生成する。この際に電極２３’には直流電源２１’から直流電圧が印加され、半導体ウエハＷを基体２の表面に静電吸着する。ただし、このように静電チャック機能を持たせる場合には、基体２の体積抵抗は温度とともに変化するため、基体２の材料として加熱温度において静電吸着可能な抵抗値を示すものを用いる。この場合に、流体流路４に所定流量で所定の流体、例えばＡｒ，Ｈｅ，Ｎｅから選択されるガスを通流することにより温度制御性が高まり、基体２は所望の均熱性を確保することが可能となる。
【００４７】
一方、プラズマＣＶＤの際と同様に、所定枚数の半導体ウエハを成膜後、チャンバー３１から半導体ウエハを搬出し、セラミックスヒーター３２を１５０〜５００℃程度に冷却してチャンバー３１内をｉｎ−ｓｕｉｔｕクリーニングするが、上述したように、流体流路４の断面積を大きくすることができ、比較的多量の流体を通流させることができるので、セラミックスヒーター３２を短時間で１５０〜５００℃まで冷却することができる。また、メンテナンス時等にチャンバー３１内を大気開放するに際してその中を室温付近まで低下させる場合にも同様である。
【００４８】
図９は本発明のセラミックスヒーターを用いたプラズマエッチング装置を示す断面図である。このプラズマエッチング装置１２０は、概略的な構成は図８のプラズマＣＶＤ装置と同様に構成されているが、供給するガスとしてエッチングガスを用いるため、成膜ガス供給機構４０の代わりにエッチングガス供給機構５０が設けられている。エッチングガスはエッチングする膜によって異なるが、例えばＣＦ４ガス等のフッ素含有ガスが用いられ、エッチングガス供給機構５０にはこのようなエッチングガスの供給源が設けられている。他の構成はほぼ同じであるから同じ符号を付して説明を省略する。
【００４９】
このようなエッチング装置においても、セラミックスヒーター３２に埋設された発熱体３と流体流路４を通流する流体により、基体２が所定温度に精度良く制御され、半導体ウエハＷが所定の温度に均一に保持される。また、上述の例と同様、大気開放する際に、発熱体３の下方位置に設けられた流体流路４に流体を流すことにより、速やかに基体２を冷却することができる。なお、エッチング装置１２０において、シャワーヘッド３５のみならず、下部電極２３’に高周波電力を供給してもよく、シャワーヘッド３５の代わりに下部電極２３’に高周波電力を供給してもよい。
【００５０】
なお、図７から図９の装置においては、発熱体として図１に示したものを用いているが、図３，図４に示した発熱体を用いてもよいことはいうまでもない。
【００５１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々変形可能である。例えば、上記実施形態における流体流路の形状は例示であって、他の形状であってもよいことはいうまでもない。また、上記実施形態で挙げた発熱体は例示にすぎず、他のものであってもよく、発熱体のパターンは渦巻き状が一般的であるが、これに限るものでもない。さらに、上記実施形態では本発明のセラミックスヒーターを熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、およびプラズマエッチングに適用した場合について説明したが、これに限らず、例えばアッシング等の他の処理に適用することもできる。また、被処理基板は半導体ウエハに限られるものではなく、他の基板であってもよい。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上面が基板の載置面であり、一体として設けられたセラミックス製の基体において、発熱体の下方位置に流体流路を設け、前記発熱体に通電して前記基体を加熱しつつ前記流体流路に流体を通流させることにより前記基体を所定の加熱温度に制御し、前記基体を前記加熱温度から冷却する際には、前記発熱体への通電を遮断し、前記流体流路に前記加熱温度より低い温度の流体を通流させるが、基体を所定の加熱温度に制御する際には、流体流路が発熱体の下方位置にあるので、流体流路の断面積を大きくしても加熱効率が低下することがなく、所望の均熱性を確保しつつその加熱温度に高精度で制御することができ、また、そのように流体流路の断面積を大きくすることにより、基体を冷却する際に流体流路に比較的多量の流体を通流させることができ、セラミックスヒーターを短時間で所定の温度まで冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るセラミックスヒーターを模式的に示す垂直断面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線による水平断面図。
【図３】本発明の他の実施形態に係るセラミックスヒーターを示す断面図。
【図４】本発明のさらに他の実施形態に係るセラミックスヒーターを示す断面図。
【図５】本発明のさらに他の実施形態に係るセラミックスヒーターを示す断面図。
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係るセラミックスヒーターを示す断面図。
【図７】本発明の一実施形態に係るセラミックスヒーターを用いた熱ＣＶＤ装置を示す概略断面図。
【図８】本発明の一実施形態に係るセラミックスヒーターを用いたプラズマＣＶＤ装置を示す概略断面図。
【図９】本発明の一実施形態に係るセラミックスヒーターを用いたプラズマエッチング装置を示す概略断面図。
【符号の説明】
１，３２；セラミックスヒーター
２；基体
２ａ；載置面
３，１３，１３’；発熱体
４；流体流路
２０；静電チャック用電極
２３；プラズマ電極
３１；チャンバー
３５；シャワーヘッド
４０；成膜ガス供給機構
４５；高周波電源
５０；エッチングガス供給機構
１００；熱ＣＶＤ装置
１１０；プラズマＣＶＤ装置
１２０；プラズマエッチング装置
Ｗ；半導体ウエハ
【図１】
0004209057.tif 000002
【図２】
0004209057.tif 000003
【図３】
0004209057.tif 000004
【図４】
0004209057.tif 000005
【図５】
0004209057.tif 000006
【図６】
0004209057.tif 000007
【図７】
0004209057.tif 000008
【図８】
0004209057.tif 000009
【図９】
0004209057.tif 000010