(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミックス焼結体基材と、
前記セラミックス焼結体基材にヒータ回路パターンを形成する導電層とを備えた、厚みが５ｍｍ以下の半導体製造装置用セラミックスヒータを複数個、所定の間隔をあけて配置し、
前記導電層は前記セラミックス焼結体基材の表面に形成され、さらに、前記導電層の表面を被覆するように形成された保護層を備え、
前記保護層は、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素のいずれかを５０質量％以上含み、
複数の前記セラミックスヒータの間に処理すべき半導体ウェハを配置する、半導体製造装置用セラミックスヒータユニット。
【請求項２】
前記セラミックスヒータの厚みが２ｍｍ以下である、請求項１に記載の半導体製造装置用セラミックスヒータユニット。
【請求項３】
前記セラミックスは、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウムおよび炭化ケイ素からなる群より選ばれた１種を含む、請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置用セラミックスヒータユニット。
【請求項４】
前記セラミックスは、窒化アルミニウムを含む、請求項３に記載の半導体製造装置用セラミックスヒータユニット。
【請求項５】
前記導電層は、タングステン、モリブデン、銀、パラジウム、白金、ニッケルおよびクロムからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半導体製造装置用セラミックスヒータユニット。
【請求項６】
前記保護層は、３．０×１０-6／℃以上８．０×１０-6／℃以下の熱膨張係数を有する、請求項１から請求項５までのいずれかに記載の半導体製造装置用セラミックスヒータユニット。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれかに記載のセラミックスヒータユニットを含み、複数の前記セラミックスヒータの間に処理すべき半導体ウェハを配置する、半導体製造装置。
【請求項８】
半導体ウェハの下部が熱伝導により加熱され、半導体ウェハの上部が輻射と熱伝導により加熱されるように複数の前記セラミックスヒータを配置するセラミックスヒータユニットを含む、請求項７に記載の半導体製造装置。
【請求項９】
ＣＶＤ工程、プラズマＣＶＤ工程および高温エッチング工程からなる群より選ばれたいずれか１種の工程に用いられる、請求項７または請求項８に記載の半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造装置用セラミックスヒータユニットとそれを用いた半導体製造装置に関し、特にＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置、プラズマＣＶＤ装置、エッチング装置等の半導体製造装置において、半導体ウェハを急速に所定温度に昇温し、かつ均一に加熱して反応させるための半導体製造装置用セラミックスヒータユニットとそのセラミックスヒータユニットを用いた半導体製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハの表面の上に膜を形成する際に、半導体ウェハをラックに多数個保持して石英ガラス等の容器に入れて、その容器の外周からヒータで所定の温度に加熱して（ホットウォール式）、エッチング用や膜形成用のガスを容器内に供給して反応させるという手法が用いられてきた。
【０００３】
図４は、上記のような手法を採用した従来の半導体製造装置の形態を概念的に示す図である。図４に示すように、ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置または高温エッチング装置用のチャンバ１００の内部には、処理されるべき複数の半導体ウェハ２がラック５３によって保持されている。膜形成用の反応ガスやエッチング用のガスはガス導入口２００から導入され、ガスシャワー体４を通じて半導体ウェハ２の上に供給される。チャンバ１００のまわりを囲むようにヒータ５１が配置されている。チャンバ１００の内部では、供給されたガスによって半導体ウェハ２の表面上に所定の膜が形成され、または半導体ウェハ２の表面上でエッチングが行なわれる。なお、チャンバ１００の内部には、温度測定筒４００が設けられ、その内部には熱電対４０１が配置され、チャンバ１００の内部を排気するために排気口３００が設けられている。
【０００４】
図４に示される装置では、半導体ウェハ２とヒータ５１とが離れているため、ウェハの昇温速度を上げることができず、ヒータ５１で加熱を開始してから半導体ウェハ２の全体が均一に熱せられるまで時間がかかっていた。チャンバ１００の内部に挿入した熱電対４０１によってチャンバ１００の内部の温度が測定されるが、チャンバ１００の外側からヒータ５１によって加熱されるため、チャンバ１００の内部の温度を急速に上昇させることが困難であった。このため、１バッチ当りの半導体ウェハの処理速度が限られ、製造コストの増加を招いていた。
【０００５】
そこで、１バッチにできるだけ多くの半導体ウェハをセットして、大量処理することによって１枚の半導体ウェハ当りの処理コストの低減を図っていた。たとえば、１バッチ当り１００枚等の多くの半導体ウェハを同時に処理すると、半導体ウェハ１枚当りに要する昇温、均熱化、降温の時間はあまり問題にならなくなる。少品種大量生産の可能な、たとえばＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）のようなメモリＩＣ用半導体装置においては、このように１バッチ当りの半導体ウェハの処理量を多くすることによって１チップ当りの半導体装置の製造コストの低減を実現していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、たとえば要求性能が多岐にわたり、少量多品種のカスタム生産が求められるロジックＩＣ用半導体装置においては、１バッチ当りの半導体ウェハの処理量が限られるため、大量処理により製造コストの低減を図るという手法を採用することはできない。そこで、１バッチ当りの昇温、反応、降温のサイクルを短縮して、１バッチ当りの製造コストを低減することが求められている。反応時間は半導体装置の製品の膜厚等の性能に関係するため、短縮することは不可であり、昇温、降温の時間を短縮することが求められている。
【０００７】
従来の図４に示される装置を用いた方式では、外部のヒータによる間接加熱のため、昇温に時間を要している。たとえば、１００枚の半導体ウェハをラックに保持して室温から６００℃まで加熱するのに２０分以上かかった。この昇温時間を１／２以下、好ましくは１／１０以下にすることが求められている。したがって、室温から６００℃まで昇温する時間を１０分以内にすることが要求され、好ましくは２分以内にすることが望まれている。
【０００８】
さらに、ウェハにおける積層膜の厚みやエッチング深さのばらつきによりＩＣ製品の性能のばらつき等が発生しないように半導体ウェハを均一に加熱することも要求される。したがって、半導体ウェハをすばやく所定の温度まで加熱し、均熱化して反応を速やかに開始することができ、かつ反応後もすばやく冷却してチャンバから半導体ウェハを取出すことが可能な半導体製造装置が求められている。
【０００９】
そこで、この発明の目的は、半導体ウェハを所定の温度まで急速に昇温することができ、均一に加熱して反応を行なわせ、反応終了後も急速に降温することが可能な半導体製造装置用セラミックスヒータユニットとそのセラミックスヒータユニットを用いた半導体製造装置を提供することである。以下、本発明では単一のヒータを複数個配置した集合型ヒータをヒータユニットという。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明者らは、半導体ウェハをラックに保持してチャンバの外側からヒータでラックごと加熱する従来の間接加熱方式では、ヒータの出力を上げたとしても昇温速度の向上には自ずから限界があるとともに、また昇温後の均熱性の保持が充分でなく、その結果、ウェハ表面の均一かつ迅速な成膜あるいはエッチング処理機能が損なわれ、ヒータ製品としての半導体装置の要求性能を満足することができない原因を検討した。その検討結果に基づいて、薄型のヒータを図１に示すように複数枚縦方向に並べたセラミックスヒータユニットの各ヒータの間にそれぞれ半導体ウェハを１枚ずつセットして加熱することに思い至った。すなわち、本発明の半導体製造装置用セラミックスヒータユニットは、セラミックス焼結体基材と、このセラミックス焼結体基材にヒータ回路パターンを形成する導電層とを備えた、厚みが５ｍｍ以下の半導体製造装置用セラミックスヒータを複数個、所定の間隔をあけて配置し、導電層はセラミックス焼結体基材の表面に形成され、さらに、導電層の表面を被覆するように形成された保護層を備え、当該保護層は、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素のいずれかを５０質量％以上含み、複数の前記セラミックスヒータの間に処理すべき半導体ウェハを配置するものである。好ましくは、セラミックスヒータの厚みが２ｍｍ以下である。また好ましくは、セラミックスは、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウムおよび炭化ケイ素からなる群より選ばれた１種を含む。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以上述べたようなヒータ構成にすることにより、半導体ウェハとヒータとの間の距離が小さくなるため半導体ウェハの急速昇温が可能になる。また具体的には、ヒータの上にセットした半導体ウェハを直接的に熱伝導で加熱し、ウェハの上方に配置したヒータからも輻射と反応ガスを通じた熱伝導とによって半導体ウェハを加熱することにより、半導体ウェハを効率的に加熱することができ、半導体ウェハの急速昇温が可能になるという知見を本願発明者は得た。
【００１２】
しかしながら、上記の知見に基づいた加熱方式を採用しても、ヒータの厚みを大きくすると、ヒータ自身の熱容量により昇温や降温に時間がかかってしまう。ヒータの厚みを５ｍｍよりも厚くすると、半導体ウェハを室温から６００℃の温度まで昇温させるのに１０分以上かかってしまう。したがって、要求を満足することができない。そこで、本願発明者らは、できるだけ薄い厚みのヒータを用いて、具体的には５ｍｍ以下の厚みのヒータを用いることにより、好ましくは厚みが２ｍｍ以下のヒータを用いることにより、昇温と降温に要する時間を大幅に短縮できることを見出した。
【００１３】
ところで、従来の枚葉式の半導体製造装置のヒータでは、０．５〜１．０ｍｍの直径のモリブデン線を４ｍｍ程度の巻き径で巻いたコイルを窒化アルミニウム成形体の溝に配置して、もう１枚の窒化アルミニウム成形体を被せて上記のコイルを挟み込んだ後に、ホットプレス法によってコイルを窒化アルミニウム焼結体の内部に埋込んだものが用いられていた。このようにして製造されたヒータでは、ヒータの厚みがコイルの巻き径の大きさに左右される。コイルの巻き径は４ｍｍ程度が最小限界であるので、厚みが５ｍｍ以下の薄型ヒータを作製することは困難である。また、窒化アルミニウム成形体の取扱い時に、その成形体の強度が低いと割れや欠けが成形体に発生しやすい。このため、上記のコイルを用いた薄型ヒータを製造するのは困難であり、製造時のハンドリングを考慮すると、最も薄いものでも厚みが１０ｍｍ程度のヒータ、ヒータの量産時の品質の維持を考慮すると、厚みがせいぜい１５〜３０ｍｍ程度のヒータしか製造することができない。
【００１４】
本願発明者らは種々検討を重ねた結果、セラミックスの薄型焼結体の表面上に印刷等の手法でヒータ発熱回路としての導電層を形成して焼き付け、この上にセラミックスの薄型焼結体を接着層を介在させて接合することにより薄型ヒータを製造することができることを見出した。あるいは、薄型焼結体の表面上に上記と同様にして導電層を焼き付けた後、導電層をハロゲン等の腐食性の反応ガスから保護するための保護層を形成しても薄型のヒータを製造することができることを本願発明者らは見出した。
【００１５】
したがって、この発明に従った半導体製造装置用セラミックスヒータは、厚みが５ｍｍ以下のセラミックスヒータであって、セラミックス焼結体基材と、このセラミックス焼結体基材にヒータ回路パターンを形成する導電層とを備える。好ましくは、セラミックスヒータの厚みは２ｍｍ以下である。
【００１６】
セラミックスは、耐熱性や耐腐食性の観点から窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、炭化ケイ素からなる群より選ばれた１種を主成分として含むのが望ましい。セラミックスヒータの均熱性のために高い熱伝導率を有し、フッ素系や塩素系等のハロゲンガスに対して高い耐食性を有するという観点から、セラミックスは窒化アルミニウムを主成分として含むのが特に望ましい。
【００１７】
上記の導電層は、高い温度における発熱特性の観点からタングステン、モリブデン、銀、パラジウム、白金、ニッケルおよびクロムからなる群より選ばれた少なくとも１種の金属を含むのが好ましい。
【００１８】
この発明の１つの局面に従った半導体製造装置用セラミックスヒータにおいては、セラミックス焼結体基材は第１のセラミックス焼結体と第２のセラミックス焼結体を含む。セラミックスヒータはさらに接着層を備える。導電層は第１のセラミックス焼結体の表面上に形成される。接着層は、導電層が形成された第１のセラミックス焼結体の表面と第２のセラミックス焼結体との間に介在し、第１のセラミックス焼結体と第２のセラミックス焼結体とを接合する。
【００１９】
また、この発明のもう１つの局面に従った半導体製造装置用セラミックスヒータは、導電層がセラミックス焼結体基材の表面に形成され、導電層の表面を被覆するように形成された保護層をさらに備える。
【００２０】
上記の接着層または保護層は、耐熱性の観点から、たとえば、Ｂ−Ｓｉ−Ｏ系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ系、Ｙ−Ａｌ−Ｏ系、Ｙｂ−Ｎｄ−Ｃａ−Ｏ系等のガラスまたは非酸化物セラミックスを含むのが望ましい。また、耐熱性と耐食性の観点から、上記の接着層または保護層は非酸化物セラミックスを含むのが好ましい。上記の接着層または保護層が非酸化物セラミックスを含む場合、耐熱性と耐食性の観点から窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素を５０質量％以上含むのが好ましい。
【００２１】
急速昇温、急速冷却のときの熱応力によるセラミックスヒータの損傷を抑える観点から、本発明のヒータを構成する接着層または保護層の熱膨張係数は、上記のセラミックス焼結体基材と同等程度であることが望ましく、３×１０-6／℃以上８×１０-6／℃以下の範囲内にあることが望ましい。たとえば、耐久性としては、室温から反応温度に昇温し、室温まで冷却するヒートサイクルにおいて１０００サイクル以上の熱サイクルが加えられてもセラミックスヒータが割れることなく使用できることが好ましい。
【００２２】
この発明に従った半導体製造装置は、上述のように構成されたセラミックスヒータを複数個、所定の間隔をあけて配置し、複数のセラミックスヒータの間に処理すべき半導体ウェハを配置するように構成されるものである。好ましくは、半導体ウェハの下部が熱伝導により加熱され、半導体ウェハの上部が輻射と熱伝導により加熱されるように複数のセラミックスヒータを配置するように半導体製造装置が構成される。このように構成することにより、カスタム生産に合わせてバッチ処理数を制限することによってチャンバの長さを短縮できるので半導体製造装置のコンパクト化を達成することができる。また、チャンバの容積を小さくすることができるのでチャンバの熱容量が小さくなり、半導体ウェハの降温速度も向上させることができる。
【００２３】
この発明の半導体製造装置を用いることにより、個々のセラミックスヒータの間に半導体ウェハをセットした後、室温から所定の反応温度まで急速に昇温し、反応終了後、急速に冷却して半導体ウェハを取出すことができる。その結果、たとえば、少量多品種のカスタム生産が要求されるロジックＩＣ用半導体装置の製造においてもスループットを向上させることによって、大量生産で製造コストを低くすることが可能なメモリＩＣ用半導体装置の製造と同程度のコストでロジックＩＣ用半導体装置を製造することが可能となる。
【００２４】
また、この発明の半導体製造装置は、ＣＶＤ工程、プラズマＣＶＤ工程または高温エッチング工程に適用可能である。
【００２５】
図１は、この発明に従ったヒータユニットを用いて半導体ウェハ表面を反応処理する半導体製造装置の１つの実施の形態を概念的に示す図である。
【００２６】
図１に示すように、プラズマＣＶＤ装置、ＣＶＤ装置または高温エッチング装置用のチャンバ１００の内部には、処理されるべき多数の半導体ウェハ２が配置される。半導体ウェハ２は個々のセラミックスヒータ１の上に保持される。多数のセラミックスヒータ１はヒータ支持体３に取付けられ、ヒータユニットを構成している。セラミックスヒータ１は、セラミックス焼結体基材に導電層としてヒータ回路パターン１１が形成されることによって構成されている。膜形成用の反応ガスやエッチング用のガスはガス導入口２００から導入され、ガスシャワー体４を通じてそれぞれの半導体ウェハ２の上に供給される。セラミックスヒータ１のヒータ回路パターン１１に通電することによって、それぞれの半導体ウェハ２は、半導体ウェハ２の下に接触して位置づけられたそれぞれのセラミックスヒータ１から直接熱伝導によって加熱される。また、それぞれの半導体ウェハ２の上にもセラミックスヒータ１が約１０ｍｍ程度離れて位置づけられている。このセラミックスヒータ１の遠赤外線効果による輻射と、反応ガスを通じた熱伝導とによっても、それぞれの半導体ウェハ２は加熱される。このように半導体ウェハ２をその上下から同時に加熱することができるため、半導体ウェハ２を急速に加熱することが可能となる。
【００２７】
図１に示されるようにセラミックスヒータ１を配置したヒータユニットを構成したとしても、個々のセラミックスヒータ１の厚みが大きいと、セラミックスヒータ１そのものの熱容量によって、半導体ウェハ２を急速に昇温させることができず、また反応終了後の冷却過程においても半導体ウェハ２の冷却に時間がかかってしまう。したがって、セラミックスヒータ１の厚みが大きい場合には、図１に示される構造の半導体製造装置を採用しても、昇温と降温に時間がかかり、１バッチ当りの半導体ウェハの処理時間を短縮することはできない。
【００２８】
そこで、この発明のセラミックスヒータ１は５ｍｍ以下の厚みを有し、好ましくは２ｍｍ以下の厚みを有する。このような薄型のセラミックスヒータ１を図１に示す装置に配置することにより、半導体ウェハ２の昇温と降温に要する時間を大幅に短縮することが可能になる。
【００２９】
図１に示される装置では、半導体ウェハ２がその上下からセラミックスヒータ１によって急速に昇温され、均一に加熱された状態で、供給されたガスによって半導体ウェハ２の表面上で所定の膜が形成され、または半導体ウェハ２の表面上でエッチングが行なわれる。反応が終了した後、セラミックスヒータ１のヒータ回路パターン１１への通電を停止することにより、半導体ウェハ２が急速に冷却される。
【００３０】
なお、チャンバ１００の内部を排気するために排気口３００が設けられ、チャンバ１００の内部の温度を測定するために温度測定筒４００が設けられ、その中には熱電対４０１が挿入されている。
【００３１】
図２は、この発明のセラミックスヒータの１つの実施の形態を示す概念的な断面図である。図２に示すように、窒化アルミニウム焼結体等のセラミックス焼結体１０ａの一方の表面上に導電層からなるヒータ回路パターン１１が形成されている。ヒータ回路パターン１１が形成されたセラミックス焼結体１０ａの一方の表面上に、もう１つのセラミックス焼結体１０ｂを配置し、それらの間に接着層１２を介在させてセラミックス焼結体１０ａと１０ｂとを接合する。このようにしてセラミックスヒータ１が構成されている。
【００３２】
図３は、この発明のセラミックスヒータのもう１つの実施の形態を概念的に示す断面図である。図３に示すように、窒化アルミニウム焼結体等のセラミックス焼結体１０ａの一方の表面上に導電層からなるヒータ回路パターン１１が形成されている。このヒータ回路パターン１１の表面を被覆するようにセラミックス焼結体１０ａの上に保護層１３が形成されている。このようにしてセラミックスヒータ１が構成されている。
【００３３】
【実施例】
（実施例１）
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末に焼結助剤として酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）を２質量％とバインダとしてＰＶＢ（ポリビニルブチラール）を添加して分散混合した後に、焼結後に１．０ｍｍの厚みになるようにドクターブレード法を用いて板状に成形した。この成形体を乾燥した後、焼結後の外径が３５０ｍｍになるように円板状に打ち抜いた。この打ち抜かれた成形体を温度８００℃の窒素ガス気流中で脱脂した後、温度１８００℃で４時間焼結した。得られた焼結体の上下面をダイヤモンド砥粒を用いて研磨した。このようにして窒化アルミニウム焼結体基材を作製した。得られた窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率は１７０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数は４．５×１０-6／℃であった。
【００３４】
１枚の窒化アルミニウム焼結体基材の一方の表面上に、ヒータ発熱回路パターンとしてタングステン粉末とＡｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系の焼成助剤をエチルセルロースバインダにて混練したものを印刷塗布した。印刷パターンは、線幅が１．０ｍｍ、線間隔が１．０ｍｍの渦巻状パターンとした。この印刷パターンが形成された窒化アルミニウム焼結体を温度８００℃の窒素ガス中で脱脂した後、温度１７００℃の窒素ガス中にて焼き付けることにより導電層を形成した（基材Ａ）。
【００３５】
一方、もう１枚の窒化アルミニウム焼結体基材の一方の表面上に、窒化アルミニウム粉末にＹｂ−Ｎｄ−Ｃａ−Ｏ系の酸化物粉末を５質量％添加したものにエチルセルロース系バインダを１０質量％添加したペーストを印刷塗布した後、大気中温度５００℃で脱脂した。この窒化アルミニウム焼結体基材（基材Ｂ）上に塗布した窒化アルミニウム層の表面を、上記の導電層を形成した窒化アルミニウム焼結体基材の表面に重ね合わせた（重ね合せ試片１）。さらに、この重ね合せ試片１上に窒化アルミニウム層を塗布した窒化アルミニウム焼結体基材Ｂをそれぞれ１枚、３枚を重ね合わせて、それぞれ重ね合せ試片２および３とした。これらの試片をそれぞれ、モリブデン製の治具で固定し、錘を載せた状態で温度１６５０℃の窒素ガス中で接合することにより、セラミックスヒータを作製した。ヒータの厚みは、重ね合せ試片１（基材を合計２枚積層）、同試片２（基材を合計３枚積層）、同試片３（基材を合計５枚積層）でそれぞれ２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍであった。接着層は４．５×１０-6／℃の熱膨張係数を有するように構成された。
【００３６】
以上の手順で得られた同じ厚みのヒータ６枚から構成される１組のヒータユニットを、ヒータの厚み別に作製した。これらのユニットを図１に示すような半導体製造装置内に配置し、各ヒータ間にシリコン（Ｓｉ）ウェハを配置した後、圧力６６．５Ｐａの窒素ガス中でヒータ発熱回路に２００Ｖの電圧を印加して昇温させたところ、それぞれ、室温から温度６００℃に昇温するのに個々のヒータの厚みが薄いユニット順に２分、４分、９分かかった。切電後の降温時間もほぼ同程度であった。
【００３７】
（比較例１）
実施例１と同じ方法を用いて、導電層を表面に形成した窒化アルミニウム焼結体基材Ａを１枚、窒化アルミニウム層を塗布した窒化アルミニウム焼結体基材Ｂを５枚作製した。導電層を形成した窒化アルミニウム焼結体基材と窒化アルミニウム層を塗布した窒化アルミニウム焼結体基材とを実施例１と同様にして重ね合わせて、その両側に、窒化アルミニウム層を塗布した２枚の窒化アルミニウム焼結体基材を配置して挟み込むことによって接合した。このようにして接合後の厚みが６ｍｍになるようにセラミックスヒータを作製した。
【００３８】
圧力６６．５Ｐａの窒素ガス中でヒータ発熱回路に２００Ｖの電圧を印加してセラミックスヒータを昇温させたところ、室温から温度６００℃になるのに１２分かかった。
【００３９】
（実施例２）
窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）粉末に焼結助剤として酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）を２質量％と酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）を２質量％添加し、さらにバインダとしてＰＶＢ（ポリビニルブチラール）を添加して分散混合した後に、焼結後の厚みが１．０ｍｍになるようにドクターブレード法を用いて板状に成形した。この成形体を乾燥させた後、焼結後の外径が３５０ｍｍになるように金型で打ち抜くことにより２枚の円板状の成形体を準備した。これらの成形体を温度８００℃の窒素ガス気流中で脱脂した後、温度１７５０℃で４時間焼結した。得られた２枚の焼結体の上下面をダイヤモンド砥粒によって研磨した。得られた焼結体の熱伝導率は８０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数は３．０×１０-6／℃であった。
【００４０】
得られた１枚の焼結体基材の上にタングステン粉末とＡｌ−Ｓｉ系の焼成助剤にエチルセルロース系バインダを１０質量％添加したペーストをヒータ発熱回路パターンとして印刷した。印刷パターンは、線幅が１．０ｍｍ、線間隔が１．０ｍｍで渦巻状のパターンとした。この導電体のパターンが形成された焼結体を温度８００℃の窒素ガス中で脱脂した後、温度１７００℃の窒素ガス中にて焼き付けた（基材Ａ）。また、もう１枚の焼結体基材の上に、窒化アルミニウム粉末にＹ−Ａｌ−Ｏ系の酸化物粉末を５質量％添加してエチルセルロースバインダを１０質量％添加したペーストを印刷塗布した。この焼結体を大気中温度５００℃で脱脂した（基材Ｂ）。その後、この基材Ｂを、導電層パターンを形成した上記の基材Ａ上に重ねて、モリブデン製の治具で固定し、錘を載せて温度１６５０℃の窒素ガス中で接合することにより、厚み２ｍｍのセラミックスヒータを作製した。接着層の熱膨張係数は４．５×１０-6／℃であった。
【００４１】
以上のようにして得られた同じ厚みのヒータ６枚から構成される１組のヒータユニットを作製した。このユニットを図１に示すような半導体製造装置内に配置した後、圧力６６．５Ｐａの窒素ガス中でヒータ発熱回路に２００Ｖの電圧を印加して昇温させたところ、室温から温度６００℃になるのに３分かかった。切電後の降温時間もほぼ同程度であった。
【００４２】
（実施例３）
酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）粉末に焼結助剤として酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を２質量％添加し、バインダとしてＰＶＢ（ポリビニルブチラール）を添加して分散混合し、焼結後の厚みが１．０ｍｍになるようにドクターブレード法によって板状に成形した。この成形体を乾燥した後、焼結後の外径が３５０ｍｍになるように金型で打ち抜くことにより２枚の円板状の成形体を作製した。これらの成形体を温度８００℃の窒素気流中で脱脂した後、温度１７７０℃で４時間焼結した。得られた２枚の焼結体の上下面をダイヤモンド砥粒によって研磨した。得られた焼結体の熱伝導率は５０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数は５．０×１０-6／℃であった。
【００４３】
得られた１枚の焼結体基材の上に、タングステン粉末とＡｌ−Ｓｉ系の焼成助剤にエチルセルロース系バインダを１０質量％添加したペーストを印刷した。印刷パターンは、線幅が０．５ｍｍ、線間隔が０．５ｍｍで渦巻状のパターンであった。このヒータ発熱回路の導電層パターンが印刷された焼結体基材を温度８００℃の窒素ガス中にて脱脂した後、温度１７００℃の窒素ガス中にて焼き付けた（基材Ａ）。また、もう１枚の焼結体基材の上に窒化アルミニウム粉末を印刷した（基材Ｂ）。この焼結体基材Ｂを温度５００℃で脱脂した後、上記基材Ａの導電層パターンを形成した面上に重ね合わせて、モリブデン製の治具で固定し、錘を載せて温度１６００℃の窒素ガス中で接合することにより、厚み２ｍｍのセラミックスヒータを作製した。接着層の熱膨張係数は４．５×１０-6／℃であった。
【００４４】
このようにして得られたセラミックスヒータ６枚から構成される１組のヒータユニットを作製した。このユニットを図１に示すような半導体製造装置内に配置した後、圧力６６．５Ｐａの窒素ガス中でヒータ発熱回路に２００Ｖの電圧を印加して昇温させたところ、室温から６００℃になるまで６分かかった。切電後の降温時間もほぼ同程度であった。
【００４５】
（実施例４）
酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）粉末に焼結助剤として酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）を２質量％と酸化カルシウム（ＣａＯ）を１質量％添加し、さらにバインダとしてＰＶＢを添加して分散混合したものを、焼結後の厚みが１．０ｍｍになるようにドクターブレード法を用いて板状に成形した。この成形体を乾燥した後、焼結後の外径が３５０ｍｍになるように金型で打ち抜くことにより２枚の円板状の成形体を作製した。これらの成形体を温度８００℃の窒素気流中で脱脂した後、温度１４５０℃で４時間焼結した。得られた２枚の焼結体基材の上下面をダイヤモンド砥粒によって研磨した。焼結体の熱伝導率は１０Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数は８．５×１０-6／℃であった。
【００４６】
得られた１枚の焼結体基材の上に、タングステン粉末とＡｌ−Ｓｉ系の焼成助剤にエチルセルロース系バインダを１０質量％添加したペーストを印刷した。印刷パターンは、線幅が１．０ｍｍ、線間隔が１．０ｍｍで渦巻状のパターンであった。このヒータ発熱回路の導電体パターンが印刷された焼結体基材を温度８００℃の窒素ガス中にて脱脂した後、温度１７００℃の窒素ガス中にて焼き付けた（基材Ａ）。また、もう１枚の焼結体基材の上に、熱膨張係数が４．５×１０-6／℃の窒化アルミニウム粉末を印刷した。この焼結体基材を温度５００℃で脱脂した（基材Ｂ）。その後、この基材Ｂを、上記の基材Ａの導電層パターンを形成した面上に重ね合わせて、モリブデン製の治具で固定し、錘を載せて温度１５００℃の窒素ガス中で接合することにより、セラミックスヒータを作製した。ヒータの厚みは２ｍｍであった。
【００４７】
得られたセラミックスヒータ６枚から構成される１組のヒータユニットを作製した。このユニットを図１に示すような半導体製造装置内に配置した後、圧力６６．５Ｐａの窒素ガス中でヒータ発熱回路に２００Ｖの電圧を印加して昇温させたところ、室温から温度６００℃になるまで９分かかった。切電後の降温時間もほぼ同じであった。
【００４８】
（実施例５〜８）
実施例１と同じ方法で同じ形状、同じ渦巻状パターンの導電層を形成した窒化アルミニウム焼結体基材Ａを準備した。
【００４９】
実施例５では、１枚の焼結体の上にモリブデンを主成分とするぺーストを塗布して温度１７００℃で焼き付け、基材Ａとした。
【００５０】
実施例６では、１枚の焼結体の上に銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）を主成分とするぺーストを塗布して温度８５０℃で焼き付け、基材Ａとした。
【００５１】
実施例７では、１枚の焼結体の上に銀−白金（Ａｇ−Ｐｔ）を主成分とするぺーストを塗布して温度８５０℃で焼き付け、基材Ａとした。
【００５２】
実施例８では、１枚の焼結体の上にニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）を主成分とするぺーストを塗布して温度８００℃で焼き付け、基材Ａとした。
【００５３】
上記のようにして、ヒータ発熱回路の導電層パターンを形成した窒化アルミニウム焼結体基材を準備した。
【００５４】
それぞれの実施例において、もう１枚の窒化アルミニウム焼結体基材の上にＢ−Ｓｉ−Ｏ系のガラスを塗布して、温度６００℃の大気中にて脱脂したものを準備した（基材Ｂ）。
【００５５】
実施例５においては、導電層パターンを形成した窒化アルミニウム焼結体基材Ａとガラスを塗布した窒化アルミニウム焼結体基材Ｂとを重ね合わせて、モリブデン製の治具で固定し、錘を載せた状態で温度１６５０℃の窒素ガス中で接合することにより、セラミックスヒータを作製した。実施例６〜８においては、導電層パターンを形成した窒化アルミニウム焼結体基材Ａとガラスを塗布した窒化アルミニウム焼結体基材Ｂとを重ね合わせてモリブデン製の治具で固定し、錘を載せた状態で温度７５０℃の窒素ガス中で接合することにより、セラミックスヒータを作製した。実施例５で形成された接着層の熱膨張係数は４．５×１０-6／℃であった。実施例６〜８で形成された接着層の熱膨張係数は５．０×１０-6／℃であった。
【００５６】
実施例５〜８のそれぞれで得られたセラミックスヒータ６枚から構成される各々１組のヒータユニットを作製した。このユニットを図１に示すような半導体製造装置内に配置した後、圧力６６．５Ｐａの窒素ガス中でヒータ発熱回路に２００Ｖの電圧を印加して昇温させたところ、いずれの実施例においても室温から温度６００℃になるまで３分かかった。切電後の降温時間もほぼ同程度であった。
【００５７】
（実施例９〜１２）
実施例１と同じ方法で同じ形状の窒化アルミニウム焼結体基材を作製した。
【００５８】
１枚の焼結体基材の上にタングステンを主成分とするぺーストを塗布して温度１７００℃で焼き付けた。このようにして実施例１と同じ形状のヒータ発熱回路の導電層パターンを形成した焼結体基材Ａを準備した。
【００５９】
もう１枚の窒化アルミニウム焼結体基材の上にＡｌ−Ｓｉ−Ｏ系のガラスを塗布し、基材Ｂとした。
【００６０】
実施例９においてはガラスの熱膨張係数は２．０×１０-6／℃であった。実施例１０においてはガラスの熱膨張係数は３．０×１０-6／℃であった。実施例１１においてはガラスの熱膨張係数は８．０×１０-6／℃であった。実施例１２においてはガラスの熱膨張係数は９．０×１０-6／℃であった。
【００６１】
実施例９〜１２のそれぞれにおいて、導電層パターンを形成した窒化アルミニウム焼結体基材Ａとガラスを塗布した窒化アルミニウム焼結体基材Ｂとを重ね合わせてモリブデン製の治具で固定し、錘を載せた状態で温度１１００℃の窒素ガス中にて接合することにより、セラミックスヒータを作製した。
【００６２】
実施例９〜１２で得られたセラミックスヒータ６枚から構成される各々１組のユニットを作製した。このユニットを図１に示すような半導体製造装置内に配置した後、圧力６６．５Ｐａの窒素ガス中でヒータ発熱回路に２００Ｖの電圧を印加して昇温させたところ、いずれの実施例においても室温から６００℃になるのに３分かかった。切電後の降温時間もほぼ同じであった。また、実施例９〜１２のそれぞれのセラミックスヒータを用いて室温と温度８００℃との間でそれぞれ１５分間交互に保持するヒートサイクル試験を行なったところ、実施例９〜１２のそれぞれにおいて基材ＡとＢとの境界付近での微細なクラックの生じ始めるサイクル数は３００回、１０００回、１０００回、７００回であった。
【００６３】
（実施例１３と１４）
実施例１と同じ方法で同じサイズの窒化アルミニウム焼結体基材ＡとＢを準備した。
【００６４】
１枚の窒化アルミニウム焼結体基材の上にタングステンを主成分とするぺーストを塗布して温度１７００℃で焼き付けた。このようにしてヒータ発熱回路の導電層パターンを形成した窒化アルミニウム焼結体基材Ａを作製した。
【００６５】
上記の導電体パターンを形成した窒化アルミニウム焼結体基材の表面上に、実施例１３では窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を主成分とするぺースト、実施例１４では窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）を主成分とするぺーストを塗布して、それぞれ温度１６５０℃、１５５０℃の窒素ガス中にて焼成することにより図３に示すような保護層を形成した。実施例１３で形成された保護層の熱膨張係数は４．５×１０-6／℃であり、実施例１４で形成された保護層の熱膨張係数は３．０×１０-6／℃であった。
【００６６】
実施例１３と１４で得られたセラミックスヒータ６枚から構成される各々１組のヒータユニットを作製した。このユニットを図１に示すような半導体製造装置内に配置した後、圧力６６．５Ｐａの窒素ガス中にてヒータ発熱回路に２００Ｖの電圧を印加して昇温させたところ、室温から６００℃になるのにそれぞれ、１．５分、２分かかった。切電後の降温時間もほぼ同じであった。
【００６７】
また、実施例１３と１４で得られたセラミックスヒータを用いて実施例９〜１２と同じ室温と温度８００℃との間でヒートサイクル試験を行なったところ、いずれの実施例においても１０００回まで基材ＡとＢとの界面にはクラック等が観察されなかった。
【００６８】
（実施例１５）
実施例１で作製したセラミックスヒータを６枚、図１に示すように所定の間隔をあけて並べてヒータユニットを製作した。このヒータユニットを図１に示すようなＣＶＤ装置に組込んだ。直径が３００ｍｍのシリコンウェハ２をそれぞれのセラミックスヒータ１の間に配置して、セラミックスヒータ１に電圧を印加して昇温させたところ、室温から６００℃になるまで２分かかった。また、シリコンウェハの面内均熱性は±０．５℃であった。
【００６９】
図１に示す装置においてチャンバ１００の内部にガス導入口２００から反応ガスとしてシラン（ＳｉＨ4）を供給し、シリコンウェハ２の表面上で反応させることによりＣＶＤ法によってシリコン膜を形成した。
【００７０】
一方、図４に示すような従来のＣＶＤ装置を用いて室温から６００℃まで２０分かけて昇温した後、シランをチャンバの内部に供給してシリコンウェハの上にＣＶＤ法によってシリコン膜を形成した。
【００７１】
図１と図４で示すそれぞれの装置を用いて形成されたシリコン膜の膜厚均一性や欠陥を比較したところ、ほぼ同等であった。
【００７２】
（比較例２）
図４に示す従来の装置の内部にシリコンウェハを１００枚セットし、窒素ガス雰囲気中でチャンバの外側から加熱した。出力２００Ｗのヒータでチャンバの外側から、圧力６６．５Ｐａの窒素ガス中のシリコンウェハを加熱したところ、室温から温度６００℃になるのに２０分かかった。
【００７３】
（比較例３）
窒化アルミニウム粉末に焼結助剤として酸化イットリウム（Ｙ2Ｏ3）を２質量％添加し、さらにバインダを添加して分散混合して乾燥した後、焼結後の形状が外径３５０ｍｍ、厚み１０ｍｍの円板になるように金型プレスで２枚の成形体を作製した。１枚の窒化アルミニウム成形体の表面上に、直径０．５ｍｍのモリブデンのワイヤをコイル状に曲げて配置した。コイルの巻き径は５ｍｍ、ピッチは１０ｍｍとして、渦巻状のコイルを形成した。コイル状のワイヤを配置した窒化アルミニウム成形体の一方の表面の上に、もう１枚の窒化アルミニウム成形体を載せて、温度１８００℃でホットプレス焼結することにより、セラミックスヒータを作製した。得られた焼結体の熱伝導率は１７３Ｗ／ｍＫ、熱膨張係数は４．５×１０-6／℃であった。
【００７４】
このようにして得られたセラミックスヒータを、実施例１５と同様のＣＶＤ装置内に配置し、圧力６６．５Ｐａの窒素ガス中でワイヤに２００Ｖの電圧を印加して昇温させたところ、室温から６００℃になるまで３０分かかった。
【００７５】
以上に開示された実施の形態と実施例はすべての点で例示的に示されるものであり、制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態や実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変更を含むものである。
【００７６】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、半導体製造装置において半導体ウェハを急速に所定温度に昇温し、かつ均一に加熱して反応させ、また反応終了後において室温まで急速に降温することが可能なセラミックスヒータユニットを提供することができる。したがって、ロジックＩＣ用半導体装置等の製造のようなカスタム生産による少量多品種の生産においてもスループットを向上させることができ、製造コストを削減することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明に従った半導体製造装置の１つの実施の形態を概念的に示す図である。
【図２】  この発明に従った半導体製造装置用セラミックスヒータの１つの実施の形態を概念的に示す断面図である。
【図３】  この発明に従った半導体製造装置用セラミックスヒータのもう１つの実施の形態を概念的に示す断面図である。
【図４】  従来の半導体製造装置を概念的に示す図である。
【符号の説明】
１：セラミックスヒータ、１０ａ，１０ｂ：セラミックス焼結体、１１：ヒータ回路パターン、１２：接着層、１３：保護層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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