JP5061500B2 - 半導体あるいは液晶製造装置用保持体およびそれを搭載した半導体あるいは液晶製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、メタルＣＶＤ、絶縁膜ＣＶＤ、イオン注入、エッチング、Ｌｏｗ−Ｋ成膜、ＤＥＧＡＳ装置などの半導体製造装置あるいは、液晶製造装置に使用される保持体、さらにはそれを搭載した処理チャンバー、半導体あるいは液晶製造装置に関するものである。

従来、半導体あるいは液晶の製造工程では、被処理物である半導体基板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。

このような従来のセラミックスヒータは、例えば特開平４−７８１３８号公報に開示されている。特開平４−７８１３８号公報に開示されたセラミックスヒータは、抵抗発熱体が埋設され、容器内に設置され、ウェハ加熱面が設けられたセラミックス製のヒータ部と、このヒータ部のウェハ加熱面以外の面に設けられ、前記容器との間で気密性シールを形成する凸状支持部と、抵抗発熱体へと接続され、容器の内部空間へと実質的に露出しないように容器外へ取り出された電極とを有する。

この発明では、それ以前のヒータである金属製のヒータで見られた汚染や、熱効率の悪さの改善が図られているが、半導体基板の温度分布については触れられていない。しかし、半導体基板の温度分布は、前記様々な処理を行う場合に、歩留りに密接な関係が生じるので重要である。そこで、例えば特開２００１−１１８６６４号公報では、セラミック基板の温度を均一化することができるセラミックヒータが開示されている。この発明では、セラミック基板面の最高温度と最低温度の温度差は、数％以内であれば、実用に耐えるとされている。

しかし、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１０００ｍｍ×１５００ｍｍ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半導体基板の保持面（加熱面）の温度分布は、±１．０％以内が必要とされるようになり、さらには、±０．５％以内が望まれるようになってきた。

セラミックスヒータの保持面の均熱性を向上させる方法として、熱伝導率の高いセラミックスを用いることがある。セラミックスの熱伝導率が高ければ、抵抗発熱体で発熱した熱が、セラミックスの内部を拡散しやすく、保持面の均熱性を高めることができる。

抵抗発熱体を発熱させるには、通電するので、セラミックスは、電気的に絶縁体である必要がある。しかし、絶縁性のセラミックスで、熱伝導率の高いものは、限られており、例えば、熱伝導率２０００Ｗ／ｍＫのダイヤモンドや５００Ｗ／ｍＫのｃ−ＢＮ（立方晶型窒化ホウ素）等があるが、いずれも超高圧高温の条件でしか得られない材料であり、非常に高価で、製造可能な大きさにも限界があるので、本発明の目的とするセラミックスヒータには用いることができない。

また、セラミックスヒータの上に、セラミックスより熱伝導率の高い金属を配し、該金属を介して被処理物を加熱すれば、抵抗発熱体で発熱した熱が、面方向（水平方向）にも拡散するので、被処理物をより均一に加熱することができる。熱伝導率の高い金属は、例えば、熱伝導率４２８Ｗ／ｍＫの銀（Ａｇ）や、４０３Ｗ／ｍＫの銅（Ｃｕ）、２３６Ｗ／ｍＫのアルミニウム（Ａｌ）等がある。

しかし、金属は、セラミックスに比べて耐腐食性に劣るので、金属をセラミックスヒータの上に用いると、半導体ウェハや液晶用ガラスを処理するときの反応ガスと該金属も反応し、該金属の腐食が発生し、金属不純物やパーティクルが発生し、半導体基板や液晶用ガラスの反応に悪影響を及ぼす。
特開平０４−０７８１３８号公報 特開２００１−１１８６６４号公報

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものである。すなわち、本発明は、半導体ウェハあるいは液晶用ガラスの表面の均熱性を高め、パーティクルの発生が少なく、また安価な半導体あるいは液晶製造装置用保持体およびそれを搭載した半導体あるいは液晶製造装置を提供することを目的とする。

本発明の半導体あるいは液晶製造装置用保持体は、抵抗発熱体を有するセラミックスヒータの被処理物保持面の反対側に、金属板を配しており、該金属板と前記セラミックスヒータとが、ネジにより固定されており、前記セラミックスヒータの直径が２００ｍｍ以上であり、前記セラミックスヒータの厚みより、前記金属板の厚みの方が厚い。このように配することによって、セラミックスヒータに保持された半導体ウェハあるいは液晶用ガラスの表面の温度を均一にすることができる。

また、前記抵抗発熱体は、セラミックスヒータの厚み方向の中央より保持面の反対側に存在することが望ましい。

前記セラミックスは、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｂ_４Ｃ、ＢＮから選ばれたいずれかのセラミックスであることが望ましく、より均熱性を高めるためには、前記セラミックスの熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上であることが望ましい。１００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持つセラミックスは、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４から選ばれたいずれかのセラミックスであることが望ましい。

前記金属の熱伝導率は、１００Ｗ／ｍＫ以上であることが望ましく、このような金属は、Ａｌ−ＳｉＣ、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏから選ばれた、いずれかの金属であることが望ましい。

また、前記セラミックスヒータの厚みより、前記金属板の厚みの方が厚いことが望ましい。更に、前記セラミックスの気孔率が、０．０３％以下であることが望ましい。さらに、前記セラミックスヒータの保持面の反り量が、５００μｍ以下であることが望ましい。

また本発明の保持体は、半導体製造装置においては、ウェハを加熱し、液晶製造装置においては、ガラス基板を加熱することが好ましい。

このような保持体を搭載された半導体製造装置や液晶製造装置は、被処理物であるウェハあるいは液晶用ガラス表面の温度が従来のものより均一になるので、歩留り良く半導体あるいは液晶表示装置を製造することができる。

本発明によれば、セラミックスヒータの保持面の反対側に、金属板を配することによって、保持面の均熱性を高めることができる。このような保持体を半導体製造装置や液晶製造装置に搭載することにより、生産性や歩留りの良い半導体あるいは液晶製造装置を提供することができる。

発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、図１に示すように被処理物（５）を保持するための抵抗発熱体を有するセラミックスヒータ（１）の被処理物保持面の反対側に金属板（２）を有するように配した保持体とすれば、被処理物表面の均熱性を大幅に向上することができることを見出した。

抵抗発熱体で発生した熱は、保持面だけでなく保持面とは反対側の面にも拡散する。この反対側の面に拡散した熱は、その表面から放出されるだけでなく、反対側の表面で反射して、保持面側へも拡散する。この時、反対側の面の直下に配した材料の熱伝導率が高く、面方向により均一に反射させると、保持面側への拡散が促進され、保持面の均熱性をより高めることを見出した。この結果、上記のように、金属板の上に、被処理物を保持するための抵抗発熱体を有するセラミックスヒータを、有するよう配した保持体が、被処理物表面の均熱性を大幅に向上することができることを見出した。

金属板をセラミックスヒータの保持面とは反対側に配しているので、前記反応ガスと金属との接触を極力減らすことができるので、前記金属不純物やパーティクルの発生を抑制することができる。そのため、半導体ウェハや液晶用ガラスの処理歩留りを向上させることができ、本発明の保持体は、半導体ウェハや液晶用ガラスの大型化に最適なものである。

前記金属板の上にセラミックスヒータをのせた構造でも効果はあるが、前記金属板とセラミックスヒータとを、ネジにより、固定した方がより均熱となるので好ましい。また、前記抵抗発熱体は、セラミックスヒータの厚み方向の中央より保持面の反対側に配置した方がより均熱性が高まるので、好ましい。

前記セラミックスは、耐腐食性、耐熱性の観点から、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｂ_４Ｃ、ＢＮ等が好ましい。さらに、均熱性の向上の観点からは、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上のセラミックスが好ましく、このようなセラミックスとして、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４等が好ましい。

前記金属板の熱伝導率が高いほど、保持面の反対側の面から反射してくる熱が、面方向（水平方向）に均一になって、保持面の均熱性が向上するが、金属の熱伝導率としては、１００Ｗ／ｍＫ以上あれば均熱性の向上に寄与できるので、好ましい。さらに、セラミックスと熱膨張係数が近く、耐腐食性にも優れ、また安価な金属が好ましく、このような金属としては、Ａｌ−ＳｉＣ、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏが好ましい。

セラミックスヒータは薄いほど安価になる。金属板は厚いほど均熱効果が高まる。従って、安価で均熱性に優れた保持体とするには、セラミックスヒータの厚みより、金属板の厚みの方が厚いことが好ましい。また、本発明の保持体は、優れた均熱性を得ることができるので、大型半導体ウェハや大型液晶基板等に用いる、直径２００ｍｍ以上のセラミックヒータの場合に、特に効果を発揮することが出来るので、好適である。

また、セラミックスに気孔が存在すると、真空中あるいは減圧雰囲気中では、気孔からガスが発生するので、真空引きを行う際に、必要な真空度まで到達するのに時間がかかり、トータルの処理時間が長くなり、その結果スループットが低下するので、気孔は存在しない方が良いが、気孔率が０．０３％以下であれば、前記スループットへの影響がほとんどないので好ましい。

また、セラミックヒータの保持面上に半導体ウェハや液晶用ガラスを保持して、前記ウェハやガラスを加熱するが、保持面の平坦度が悪いと、被処理物への熱の伝達が不均一となり、被処理物表面の温度分布が悪くなるので、保持面は、平坦な方が良いが、反り量で、５００μｍ以下であれば、被処理物表面の均熱性に影響をほとんど与えないので、好ましい。

本発明の、セラミックは、耐腐食性に優れ、熱伝導率のよいセラミックスであれば、用いることができる。以下、その一例として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の場合の製造方法を詳述する。

ＡｌＮの原料粉末は、比表面積が２．０〜５．０ｍ^２／ｇのものが好ましい。比表面積が２．０ｍ^２／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、５．０ｍ^２／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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、０．１ｔ／ｃｍ^２以上であることが望ましい。０．１ｔ／ｃｍ^２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。

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／ｃｍ^３以上であることが好ましい。１．５ｇ／ｃｍ^３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／ｃｍ^３以下であることが好ましい。２．５ｇ／ｃｍ^３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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２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。

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。

また、形成する回路パターンが、ヒータ回路（抵抗発熱体回路）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、抵抗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。

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。

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。

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、金属層が形成されているセラミックスと同じ材質であることが好ましい。該セラミックスと絶縁性コートの材質が大幅に異なると、熱膨張係数の差から焼結後に反りが発生するなどの問題が生じる。例えば、ＡｌＮの場合、ＡｌＮ粉末に焼結助剤として所定量のＩＩａ族元素あるいはＩＩＩａ族元素の酸化物や炭酸化物を加え、混合し、これにバインダーや溶剤を加え、ペーストとして、該ペーストをスクリーン印刷により、前記金属層の上に塗布することができる。

この時、添加する焼結助剤量は、０．０１ｗｔ％以上であることが好ましい。０．０１ｗｔ％未満では、絶縁性コートが緻密化せず、金属層の絶縁性を確保することが困難となる。また、焼結助剤量は２０ｗｔ％を超えないことが好ましい。２０ｗｔ％を超えると、過剰の焼結助剤が金属層中に浸透するので、金属層の電気抵抗値が変化してしまうことがある。塗布する厚みに特に制限はないが、５μｍ以上であることが好ましい。５μｍ未満では、絶縁性を確保することが困難となるからである。

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。

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、０．０５ｋｇ／ｃｍ^２以上であることが好ましい。０．０５ｋｇ／ｃｍ^２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。

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。

以上のようにして、セラミックスヒータ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）、静電吸着用電極回路や高周波発生用電極回路などの場合には、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。

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、１０ｋｇ／ｃｍ^２以上加えることが望ましい。１０ｋｇ／ｃｍ^２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、セラミックスヒータの性能が出なくなることがある。

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。

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。

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。

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セラミックスヒータを容易に作成することも可能である。このようにして、セラミックスヒータとなるセラミックス積層焼結体を得ることができる。

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、ウェハ搭載面の平面度は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、ウェハとセラミックスヒータとの間に隙間が生じやすくなり、セラミックスヒータの熱がウェハに均一に伝わらなくなり、ウェハの温度ムラが発生しやすくなる。

また、ウェハ搭載面の面粗さは、Ｒａで５μｍ以下が好ましい。Ｒａで５μｍを超えると、セラミックスヒータとウェハとの摩擦によって、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、ウェハ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。

次に、セラミックスヒータに電極を取り付ける。取付は、公知の手法で行うことができる。例えば、セラミックスヒータの被処理物保持面と反対側から電気回路までザグリ加工を施し、電気回路にメタライズを施すか、あるいはメタライズなしで直接活性金属ろうを用いて、モリブデンやタングステン等の電極を接続すればよい。その後必要に応じて電極にメッキを施し、耐酸化性を向上させることができる。このようにして半導体あるいは液晶製造装置用保持体を作製することができる。

また、本発明のセラミックスヒータを半導体装置に組み込んで、半導体ウェハを処理することができる。本発明のセラミックスヒータは、ウェハ保持面の温度が均一であるので、ウェハの温度分布も従来より均一になるので、形成される膜や熱処理等に対して、安定した特性を得ることができる。

また、本発明のセラミックスヒータを液晶製造装置に組み込んで、液晶用ガラスを処理することができる。本発明のセラミックスヒータは、液晶用ガラスの保持面の温度が均一であるので、液晶用ガラス表面の温度分布も従来より均一になるので、形成される膜や熱処理等に対して、安定した特性を得ることができる。

参考例１
９９．５重量部の窒化アルミニウム粉末と０．５重量部のＹ_２Ｏ_３粉末とポリビニルブチラールをバインダーとして混合した後、スプレードライにより、造粒し、顆粒を作成した。なお、窒化アルミニウム粉末は、平均粒径０．６μｍ、比表面積３．４ｍ^２／ｇのものを使用した。この顆粒を金型に充填し、焼結、加工後に直径３５０ｍｍ、厚さ１７ｍｍと直径３５０ｍｍ、厚さ２ｍｍとなるような寸法に、一軸プレスを用いて成形した。この成形体を窒素雰囲気中９００℃で脱脂し、窒素雰囲気中１９００℃で５時間焼結した。得られた焼結体の熱伝導率は、１７０Ｗ／ｍＫであった。また気孔率は、０．０１％であった。この焼結体をダイヤモンド砥粒を用いて、研磨加工し、前記２種類の寸法のセラミックス焼結体を得た。

また、平均粒径が２．０μｍのＷ粉末を１００重量部として、Ｙ_２Ｏ_３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、前記厚み１７ｍｍの焼結体上に、ヒータ回路パターンを形成した後、１８５０℃で１時間加熱し、焼き付けた。

更に、前記２ｍｍの厚みの焼結体の表面に、接合用のガラスにエチルセルロースを添加、混錬したものを塗布した。これを窒素雰囲気中９００℃で脱脂した後、前記ヒータ回路を焼き付けた焼結体のヒータ回路面と前記接合用ガラスを塗布した面をあわせて、４．９Ｐａの圧力をかけながら、１８００℃で２時間加熱して、前記２枚の焼結体を接合し、セラミックスヒータを得た。得られたセラミックスヒータの被処理物保持面の平坦度は、５０μｍであった。

被処理物保持面の反対側の面から、前記ヒータ回路まで２ヶ所ザグリ加工を行い、ヒータ回路を一部露出させた。露出したヒータ回路部にＷ製の電極を活性金属ろうを用いて直接接合した。また、熱伝導率２１０Ｗ／ｍＫのＡｌ−ＳｉＣを直径３５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの金属板に加工して、前記セラミックスヒータの下側に配置した。前記電極に通電することによりセラミックスヒータを加熱し、均熱性を測定した。均熱性の測定は、１２インチウェハ温度計をウェハ保持面に搭載し、その温度分布を測定した。なお、ウェハ温度計の中心部の温度が５００℃になるように、供給電力を調整した。この結果、均熱性は、±０．５％であった。また、加熱したまま直径１２インチのシリコンウェハ５０枚の搬送テストを行ったところ、金属不純物やパーティクルの発生は、認められなかった。

参考例１と同じセラミックスヒータと金属板を用いて、図２に示すようなネジで固定した保持体を用意した。これらの保持体を参考例１と同様にウェハ温度計を用いて５００℃での均熱性を測定した。その結果を表１に示す。

表１から判るように、セラミックスヒータと金属板とを固定しないより、ネジで固定した方が均熱性が良くなった。また、ネジの固定方法でも、参考例１と同様に、金属不純物やパーティクルの発生は認められなかった。

ＡｌＮ焼結体の代わりに、市販の熱伝導率３０Ｗ／ｍＫのＡｌ_２Ｏ_３焼結体、熱伝導率１．４Ｗ／ｍＫのＳｉＯ_２焼結体、熱伝導率４６Ｗ／ｍＫのＢ_４Ｃ焼結体、熱伝導率４０Ｗ／ｍＫのＢＮ焼結体、熱伝導率１５０Ｗ／ｍＫのＳｉＣ焼結体、熱伝導率８０Ｗ／ｍＫのＳｉ_３Ｎ_４焼結体を用いた以外は、参考例１と同様にして、セラミックスヒータを作成した。参考例１と同じＡｌ−ＳｉＣ金属板を各セラミックスヒータにネジ固定し、保持体を作成した。各保持体を参考例１と同様にして、５００℃における均熱性を測定した。その結果を表２に示す。

いずれの保持体でも均熱性は、±１．０％以内であったが、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上のＳｉＣを用いた場合の均熱性は、±０．５％以内であった。なお、いずれの保持体を用いた場合でも、参考例１と同様金属不純物やパーティクルの発生は認められなかった。

参考例１と同様にして、ＡｌＮセラミックスヒータを作成した。Ａｌ−ＳｉＣの金属板の代わりに、市販の熱伝導率２５０Ｗ／ｍＫのＣｕＷ板、熱伝導率２１０Ｗ／ｍＫのＣｕＭｏ板を用いた以外は、実施例１と同様にセラミックスヒータにネジ固定し、保持体を作成した。各保持体を参考例１と同様にして、５００℃における均熱性を測定した。その結果を表３に示す。

いずれの保持体でも均熱性は、±０．５％以内であったが、熱伝導率が２５０Ｗ／ｍＫのＣｕＷの方が±０．４２と均熱性に優れていた。なお、いずれの保持体を用いた場合でも、参考例１と同様金属不純物やパーティクルの発生は認められなかった。

参考例１と同様にして、セラミックスヒータを作成し、実施例１と同様にＡｉ−ＳｉＣ金属板をネジ固定した。ただし、Ａｌ−ＳｉＣ金属板の厚みや、ＡｌＮ焼結体の寸法を表４に示すように変えた保持体を作成し、参考例１と同様に５００℃における均熱性を測定した。その結果を表４に示す。

いずれの保持体でも均熱性は、±１．０％以内であったが、実施例１のＮｏ．２と比較すると、Ａｌ−ＳｉＣ金属板の厚みが薄いと均熱性は±０．４５％よりは悪くなった。また、セラミックスヒータの外径が、小さくなると均熱性が良くなることが判る。なお、いずれの保持体を用いた場合でも、参考例１と同様金属不純物やパーティクルの発生は認めらなかった。

参考例１と同様にして、セラミックスヒータを作成し、実施例１と同様にＡｉ−ＳｉＣ金属板をネジ固定した。ただし、ＡｌＮの焼結条件を表５のように変えたＡｌＮ焼結体を用いた。参考例１と同様に５００℃における均熱性を測定した。その結果を表５に示す。なお、実施例１のＮｏ．２を比較のために表５にあわせて示す。

表５に示すように、均熱性や金属不純物あるいはパーティクルの発生状態に差はなかったが、真空度１Ｐａ（０．０１ｔｏｒｒ）まで真空引きするのに要した時間が、Ｎｏ．２は１０分であったのに対し、Ｎｏ．１９は１時間、Ｎｏ．２０は２時間であり、気孔率が大きいと真空引きの時間がかかることが判った。

参考例１と同様にして、セラミックスヒータを作成し、実施例１と同様にＡｉ−ＳｉＣ金属板をネジ固定した。ただし、接合用の治具の反り量を変えることにより、セラミックヒータの保持面の反り量を表６に示すように変えた保持体を作成し、参考例１と同様に５００℃における均熱性を測定した。その結果を表６に示す。

いずれの保持体でも均熱性は、±１．０％以内であったが、実施例１のＮｏ．２と比較すると、セラミックスヒータの反り量が大きいほど均熱性は±０．４５％よりは悪くなった。なお、いずれの保持体を用いた場合でも、金属不純物やパーティクルの発生は認めらなかった。

参考例１と同様にして、ＡｌＮセラミックスヒータを作成した。Ａｌ−ＳｉＣの金属板の代わりに、市販の熱伝導率１４０Ｗ／ｍＫのＭｏ板、熱伝導率９４Ｗ／ｍＫのＮｉ板、熱伝導率１５Ｗ／ｍＫのステンレス（ＳＵＳ）板を用いた以外は、実施例１と同様にセラミックスヒータにネジ固定し、保持体を作成した。各保持体を参考例１と同様にして、５００℃における均熱性を測定した。その結果を表７に示す。

いずれの保持体でも均熱性は、±１．０％以内であった。なお、いずれの保持体を用いた場合でも、金属不純物やパーティクルの発生は認めらなかった。

比較例１
実施例１のＮｏ．２と同じＡｌＮセラミックスヒータとＡｌ−ＳｉＣ金属板を用いた。Ｎｏ．２とは逆に、セラミックヒータの上に金属板を配して、参考例１と同様にして、５００℃における均熱性を測定した。その結果、均熱性は、Ｎｏ．２と同じ±０．４５％であった。また、参考例１と同様に１２インチのシリコンウェハ５０枚の搬送テストを行ったところ、Ｓｉ系のパーティクルが多数発生した。

比較例２
参考例１と同じＡｌＮセラミックスヒータを用い、金属板無しで、参考例１と同様にして、５００℃における均熱性を測定した。その結果、均熱性は、Ｎｏ．１の±０．５％に対して、±１．２％と非常に悪くなった。金属板の効果が確認できた。なお、金属不純物やパーティクルの発生は認めらなかった。

本発明によれば、セラミックスヒータの保持面の反対側に、金属板を配することによって、保持面の均熱性を高めることができる。このような保持体を半導体製造装置や液晶製造装置に搭載することにより、生産性や歩留りの良い半導体あるいは液晶製造装置を提供することができる。

本発明の保持体の断面構造の一例を示す。 本発明の保持体の断面構造の他の一例を示す。 本発明の保持体の断面構造の他の一例を示す。 本発明の保持体の断面構造の他の一例を示す。 本発明の保持体の断面構造の他の一例を示す。

１ セラミックスヒータ
２ 金属板
３ ネジ
４ 接合層
５ 被処理物
６ 真空吸着用穴

Claims (10)

1. 被処理物を保持するための抵抗発熱体を有するセラミックスヒータの被処理物保持面の反対側に金属板を配しており、該金属板と前記セラミックスヒータとが、ネジにより固定されており、前記セラミックスヒータの直径が２００ｍｍ以上であり、前記セラミックスヒータの厚みより、前記金属板の厚みの方が厚いことを特徴とする半導体あるいは液晶製造装置用保持体。
2. 前記抵抗発熱体が、セラミックスヒータの厚み方向の中央より保持面の反対側に存在することを特徴とする請求項１に記載の半導体あるいは液晶製造装置用保持体。
3. 前記セラミックスが、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、Ｂ_４Ｃ、ＢＮから選ばれたいずれかのセラミックスであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体あるいは液晶製造装置用保持体。
4. 前記セラミックスの熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上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半導体あるいは液晶製造装置用保持体。
5. 前記セラミックスが、ＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４から選ばれたいずれかのセラミックスであることを特徴とする請求項４に記載の半導体あるいは液晶製造装置用保持体。
6. 前記金属の熱伝導率が、１００Ｗ／ｍＫ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体あるいは液晶製造装置用保持体。
7. 前記金属が、Ａｌ−ＳｉＣ、Ｃｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏから選ばれたいずれかの金属であることを特徴とする請求項６に記載の半導体あるいは液晶製造装置用保持体。
8. 前記セラミックスの気孔率が、０．０３％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体あるいは液晶製造装置用保持体。
9. 前記セラミックスヒータの保持面の反り量が、５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体あるいは液晶製造装置用保持体。
10. 請求項１乃至９のいずれかの保持体が搭載されたことを特徴とする半導体あるいは液晶製造装置。

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