JPH0513558A

JPH0513558A - ウエハー加熱装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0513558A
Application number: JP3303289A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Arai; 裕介新居; 和宏 ▲昇▼; Kazuhiro Nobori; Ryusuke Ushigoe; 隆介牛越; Kouichi Umemoto; 鍠一梅本
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1990-12-25
Filing date: 1991-11-19
Publication date: 1993-01-22
Anticipated expiration: 2010-05-31
Also published as: JPH0750736B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ウエハーの加熱処理時に、ウエハーの反り、
歪み等によってウエハーとウエハー設置面との間に局所
的に隙間が生ずるのを防止し、ウエハーの加熱処理時の
歩留りを向上させることである。【構成】セラミックス基体２の内部に抵抗発熱体３を
埋設し、セラミックス基体２の一方の主面2a上に膜状電
極５を形成し、この膜状電極５を覆うように、一方の主
面2a側に、セラミックス誘電体層４を形成する。直流電
源12によってウエハーＷとセラミックス誘電体層４との
間にクーロン力を発生させ、ウエハーＷをウエハー吸着
面６へと吸着し、抵抗発熱体３に通電してウエハー吸着
面６から発熱させ、吸着されたウエハーＷを加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体製造装置
用のウエハー加熱装置及びその製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】スーパークリーン状態を必要とする半導
体製造用装置では、デポジション用ガス、エッチング用
ガス、クリーニング用ガスとして塩素系ガス、弗素系ガ
ス等の腐食性ガスが使用されている。このため、ウエハ
ーをこれらの腐食性ガスに接触させた状態で加熱するた
め加熱装置として、抵抗発熱体の表面をステンレススチ
ール、インコネル等の金属により被覆した従来のヒータ
ーを使用すると、これらのガスの曝露によって、塩化
物、酸化物、弗化物等の粒径数μmの、好ましくないパ
ーティクルが発生する。

【０００３】そこで、デポジション用ガス等に曝露され
る容器の外側に赤外線ランプを設置し、容器外壁に赤外
線透過窓を設け、グラファイト等の耐食性良好な材質か
らなる被加熱体に赤外線を放射し、被加熱体の上面に置
かれたウエハーを加熱する、間接加熱方式のウエハー加
熱装置が開発されている。ところがこの方式のものは、
直接加熱式のものに比較して熱損失が大きいこと、温度
上昇に時間がかかること、赤外線透過窓へのＣＶＤ膜の
付着により赤外線の透過が次第に妨げられ、赤外線透過
窓で熱吸収が生じて窓が加熱すること、さらに加熱源と
ウエハー設置部が分離しているために均熱性やレスポン
スが悪化すること等の問題があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の問題を解決する
ため、新たに円盤状の緻密質セラミックス内に抵抗発熱
体を埋設した加熱装置について検討した。その結果この
加熱装置は、上述のような問題点を一掃した極めて優れ
た装置であることが判明した。しかし、なお、検討を進
めてみると、半導体ウエハーを保持、固定する方法に問
題が残されていることが解った。

【０００５】即ち、従来の半導体ウエハー固定技術とし
ては、メカニカル固定、真空チャック、静電チャックの
各方式が知られており、例えば、半導体ウエハーの搬送
用、露光、成膜、微細加工、洗浄、ダイシング等に使用
されている。

【０００６】一方、特に、CVD 、スパッタ、エピタキシ
ャル等の成膜プロセスにおける半導体ウエハー加熱、温
度制御では、半導体ウエハーの被加熱面の温度を均一化
できないと、半導体生産時の歩留り低下の原因になる。
この場合、メカニカル固定では、半導体ウエハーの表面
にピン又はリングが接触するために成膜が不均一となる
と共に、平盤状のセラミックスヒーターのウエハー加熱
面に半導体ウエハーを設置しても、ウエハー加熱時に
は、この半導体ウエハー全面が均等に抑えられているわ
けではないので、半導体ウエハーに反り、歪みが生じ、
半導体ウエハーの一部分と平坦なウエハー加熱面との間
に局所的に隙間が生じる。そして、例えば10^-3Torr以下
の中高真空中では、ガスの対流による熱伝導が微少であ
るため、半導体ウエハーのうちウエハー加熱面に接触し
ている部分と隙間が生じている部分との間で温度差が非
常に大きくなる。

【０００７】即ち、ウエハー設置面のガス分子の挙動
は、１torr以上の圧力に於いては粘性流域であり、ガス
分子による熱移動（熱伝達）がある。従って上記の隙間
が生じている部分でもヒーター温度に対してウエハー温
度があまり低下せず、良い追従性を示す。しかし、中高
真空になるとガス分子の挙動が分子流域に移行し、ガス
分子による熱移動が大幅に低下するために、ヒーター温
度に対してウエハー温度が低下し、均熱性、応答性の悪
化を生じることが判った。

【０００８】また、いわゆる真空チャックは、スパッ
タ、ＣＶＤ装置等のような中高真空の条件下では使用で
きない。

【０００９】更に、いわゆる静電チャックでは、ポリイ
ミド膜等を誘電体膜として使用したものがあるが、従来
の静電チャックの使用温度範囲は、最大80°〜200 ℃程
度である。このため、スパッタ、ＣＶＤ装置の加熱用
の、600 ℃程度迄使用できる加熱装置に対し、設置する
ことはできない。

【００１０】本発明の課題は、金属ヒーターの場合のよ
うな汚染や間接加熱方式の場合のような熱効率の悪化の
問題を防止でき、かつ加熱されるウエハーの均熱性を高
めることができるようなウエハー加熱装置を提供するこ
とである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、セラミックス
基体；このセラミックス基体の内部に埋設された抵抗発
熱体；前記セラミックス基体の一方の主面上に形成され
た膜状電極；及びこの膜状電極を覆うように前記一方の
主面側に形成されたセラミックス誘電体層を有するウエ
ハー加熱装置であって、前記セラミックス誘電体層のウ
エハー吸着面へと前記ウエハーを吸着し、かつ前記抵抗
発熱体の発熱によりこのウエハーを加熱しうるように構
成されたウエハー加熱装置に係るものである。

【００１２】本発明の好ましい態様では、セラミックス
基体とセラミックス誘電体層とを共に非酸化物セラミッ
クスによって形成する。また、前記セラミックス基体の
熱膨張率をウエハーの熱膨張率の0.7 〜1.4 倍とするこ
とができる。また、前記セラミックス誘電体層の熱膨張
率を前記ウエハーの熱膨張率の0.7〜1.4 倍とすること
ができる。

【００１３】また、本発明の好ましい態様では、膜状電
極が導電性接合剤からなり、この膜状電極によってセラ
ミックス基体とセラミックス誘電体層とが接合され、膜
状電極に端子が接続されている。こうしたウエハー加熱
装置を製造するには、セラミックスグリーンシートの内
部に少なくとも抵抗発熱体を埋設して焼結させ、抵抗発
熱体が埋設されたセラミックス基体を作製し、またセラ
ミックスグリーンシートを焼結させてセラミックス誘電
体層を作製し、セラミックス基体の一方の主面とセラミ
ックス誘電体層とを導電性接合剤からなる膜状電極によ
って接合し、この膜状電極に端子を接合する。また、本
発明の好適な態様では、セラミックス誘電体層の表面に
膜状電極が付着しており、セラミックス基体の一方の主
面とセラミックス誘電体層の膜状電極側の面とが絶縁性
接合剤層によって接合され、膜状電極に端子が接続され
ている。こうしたウエハー加熱装置を製造するには、セ
ラミックスグリーンシートの内部に少なくとも抵抗発熱
体を埋設して焼結させ、抵抗発熱体が埋設されたセラミ
ックス基体を作製し、またセラミックスグリーンシート
を焼結させてセラミックス誘電体層を作製し、このセラ
ミックス誘電体層の表面に膜状電極を形成し、セラミッ
クス基体の一方の主面とセラミックス誘電体層の膜状電
極側の面とを絶縁性接合剤によって接合し、膜状電極に
端子を接続する。

【００１４】

【実施例】（実施例１）図１は、本発明の実施例に係る
ウエハー加熱装置１を示す概略部分断面図である。例え
ば円盤状のセラミックス基体２の内部には抵抗発熱体３
が埋設され、この抵抗発熱体３は好ましくは螺旋状に巻
回されている。また、円盤状のセラミックス基体２を平
面的にみると、抵抗発熱体３は渦巻形をなすように設置
されている。抵抗発熱体３の両端部には、それぞれ電力
供給用の端子８が接続、固定され、各端子８の端面が電
力供給用ケーブル９に接合されている。一対のケーブル
９は、それぞれヒーター電源10に接続されており、図示
省略したスイッチを作動させることにより、抵抗発熱体
３を発熱させることができる。

【００１５】円盤状セラミックス基体２は、相対向する
主面2a, 2bを有する。ここで主面とは、他の面よりも相
対的に広い面をいう。

【００１６】円盤状セラミックス基体２の一方の主面2a
に沿って、例えば円形の膜状電極５が形成されている。
そして、この膜状電極５を覆うように、一方の主面2a上
にセラミックス誘電体層４が形成され、一体化されてい
る。これにより、膜状電極５は、セラミックス基体２と
セラミックス誘電体層４との間に内蔵される。この膜状
電極５をパンチングメタルのような穴明きの形状とする
と、誘電体層４の密着性が良好となる。セラミックス基
体２の内部は端子７が埋設され、この端子７の一端には
膜状電極５が接続され、電極端子７の他端にはケーブル
11が接続されている。このケーブル11は静電チャック電
源12の正極に接続され、直流の電源12の負極がアース線
13に接続される。

【００１７】ウエハーＷを加熱処理する際には、セラミ
ックス誘電体層４のウエハー吸着面６にウエハーＷを設
置し、ウエハーＷに対してアース線13を接触させる。そ
して、膜状電極５に正電荷を蓄積してセラミックス誘電
体層４を分極させ、セラミックス誘電体層４のウエハー
吸着面側に正電荷を蓄積させる。それと共に、ウエハー
Ｗに負電荷を蓄積させ、セラミックス誘電体層４とウエ
ハーＷとの間のクーロン引力により、ウエハーＷをウエ
ハー吸着面６へと吸着させる。これと共に、抵抗発熱体
３を発熱させてウエハー吸着面６を所定温度に加熱す
る。

【００１８】こうしたウエハー加熱装置によれば、ウエ
ハーＷをウエハー吸着面６へとクーロン力によって全面
で吸着しつつ、同時にウエハー吸着面６を加熱してウエ
ハーを加熱することができる。従って、特に中高真空中
でウエハーＷを加熱する場合に、ウエハーＷ全面に亘っ
て温度の追従性が良くなり、ウエハーＷを均熱化するこ
とができ、ウエハーＷとウエハー加熱面との間の隙間に
よるウエハーＷの均熱性の低下が生じない。従って、ウ
エハーＷの熱処理をウエハー全面に亘って均一に行うこ
とができ、例えば半導体製造装置においては、半導体の
歩留り低下を防止することができる。

【００１９】また、誘電体層４もセラミックスからなる
ので、誘電体層４の耐熱性も高く、例えば熱ＣＶＤ装置
において良好に使用できる。と共に、誘電体層４は、ウ
エハーの１万回以上のチャックによる磨耗及び変形に対
して耐久性を有するセラミックスで形成することが好ま
しい。

【００２０】更に、セラミックス基体２の内部に抵抗発
熱体３が埋設され、また膜状電極５がセラミックス誘電
体層４とセラミックス基体２との間に内蔵されているの
で、従来の金属ヒーターの場合のような汚染を防止でき
る。また、ウエハーＷをウエハー吸着面６へと吸着した
状態で直接加熱するので、間接加熱方式の場合のような
熱効率の悪化の問題は生じない。

【００２１】誘電体層４をセラミックスにて形成した
が、セラミックスは温度が高くなるにつれて絶縁抵抗値
（体積固有抵抗）が低くなるという特性があるので、例
えば10¹¹Ω・cm程度の適当な絶縁抵抗値よりも低くな
り、リーク電流が大きくなりうる。この点で、本実施例
の加熱装置１に用いるには、例えば 500〜600 ℃の高温
域においても10¹¹Ω・cm以上の絶縁抵抗値を有するもの
が好ましい。この点では、アルミナ、ベリリア、マグネ
シアや、窒化珪素 (反応焼結、常圧焼結) 、窒化ホウ
素、窒化アルミニウムが好ましい。

【００２２】また、セラミックス基体２、セラミックス
誘電体層４は、例えば熱ＣＶＤ装置においては、最大 6
00℃から1100℃程度まで加熱されるので、耐熱性の点
で、アルミナ、窒化珪素焼結体、サイアロン、炭化珪
素、窒化アルミニウム、アルミナ、炭化珪素複合材料等
から形成することが好ましい。特にセラミックス基体２
とセラミックス誘電体層４とは、共に非酸化物系セラミ
ックスで形成することが好ましい。

【００２３】これは、アルミナ等の酸化物系セラミック
スに比べて、SiC,Si₃N₄等の非酸化物系共有結合セラミ
ックスは、高真空中でのガス放出量が少ないためであ
る。つまり吸着ガスが少ないことにより、誘電体の抵抗
値、耐絶縁破壊電圧等の変化が少なく、ヒーター静電チ
ャックの安定な運転が可能となる。

【００２４】このうち、特に窒化珪素を採用すると、加
熱装置１全体の強度が高く、窒化珪素の低熱膨張率のた
め加熱装置１の耐熱衝撃性が高く、高温での急熱、急冷
を繰り返して行っても加熱装置１が破損しない。また、
窒化珪素が耐食性に優れていることから、熱ＣＶＤ装置
内等の腐食性ガス条件下でも加熱装置１の耐久性が高
く、寿命が長くなる。

【００２５】更に、セラミックス基体２とセラミックス
誘電体層４は、密着性の面から熱膨張の等しい同材質と
するのが好ましく、ヒーターとしての性能、静電チャッ
クとしての性能の両者の点より、窒化珪素が好ましい。

【００２６】セラミックス基体２の熱膨張率、セラミッ
クス誘電体層４の熱膨張率は、共にウエハーＷの熱膨張
率の0.7 〜1.4 倍とすることが好ましい。この範囲外で
あると、加熱時にウエハーＷがウエハー吸着面６に対し
て密着していることから、ウエハーＷに歪みが生ずるお
それがある。こうした材料の組み合わせは、ウエハーＷ
の材料によって変わるべきものである。

【００２７】特に、ウエハーＷがシリコン製のときには
熱膨張率が2.6 ×10^-6 K^-1であり、1.82×10^-6〜3.38×
10^-6 K^-1の範囲とすることが好ましく、窒化珪素は2.7
×10^-6 K^-1であることより、熱膨張率の点からは最もセ
ラミックス基体２、セラミックス誘電体層４の材料に適
している。

【００２８】これは、ウエハーＷの真空中での吸着力が
100kg/cm²下では、熱膨張が大きなAl₂O₃(7 ×10^-6K
^-1) を使用すると、厚さ0.6mm 程度のウエハーが静電
チャックに拘束され、0.25％もの変形を受けることが予
想される。このため、ウエハーに与える変形のダメージ
は甚大である。

【００２９】ウエハー吸着面６は平滑面とすることが好
ましく、平面度を 500μm 以下としてウエハーＷの裏面
へのデポジション用ガスの侵入を防止することが好まし
い。抵抗発熱体３としては、高融点でありしかも窒化珪
素等との密着性に優れたタングステン、モリブデン、白
金等を使用することが適当である。

【００３０】（実施例２）図２は、本発明の実施例に係
るウエハー加熱装置の組み立て前の状態を示す断面図、
図３はこのウエハー加熱装置を組み立てた後の状態を示
す断面図である。本実施例では、平面円形のセラミック
ス誘電体層4Aを、セラミックスグリーンシートの焼結に
よって作製する。このセラミックス誘電体層の円盤状本
体4aの周縁部には、リング状のフランジ部4bが形成さ
れ、フランジ部4bの内側に、円盤形状をした凹部4cが形
成されている。

【００３１】また、導電性接合剤からなる円形シート5A
を準備する、これは、後述するように、電極としても機
能するものである。また円盤状のセラミックス基体2A
を、セラミックスグリーンシートの焼結によって作製す
る。セラミックス基体2Aの中央部には、端子挿入用の円
形貫通孔14が形成されている。セラミックス基体2Aの一
方の主面2aは膜状電極5Aに対向する。セラミックス基体
2Aの他方の主面2bに、一対の塊状の端子8Aが露出してい
る。各端子8Aはセラミックス基体2Aに埋設されており、
抵抗発熱体３に連結されている。

【００３２】抵抗発熱体３は、円盤状セラミックス基体
2Aを平面的にみると、渦巻状のパターンとなるように埋
設されている。また、更に細かく見ると、螺旋状に成形
されている。また、円柱状の端子7Aを準備する。セラミ
ックス誘電体層4Aの成形については、プレス成形、テー
プキャスト成形等を使用できる。セラミックス基体2Aに
ついては、セラミックス材料中に抵抗発熱体３と端子8A
とを埋設し、プレス成形、コールドアイソスタティック
プレス成形等を行った後、ホットプレス焼結、ホットア
イソスタティックプレス焼結等を行う。

【００３３】そして、膜状電極5Aを凹部4cに収容し、誘
電体層4Aの表面に当接させ、更にセラミックス基体2Aの
主面2aを膜状電極5Aの表面に当接させる。そして、円柱
状端子7Aを貫通孔14に挿通し、その端面7aを膜状電極5A
に当接させる。貫通孔14の壁面と、円柱状端子7Aの側周
面との間に、粉末状の接合剤を介在させておく。この状
態で、組立体に加熱処理を施し、図３に示すように、導
電性接合剤からなる膜状電極5Aによって、誘電体層4Aと
基体2Aとを接合する。これと共に、基体2Aの貫通孔14に
円柱状端子7Aを接合し、固定する。次いで、誘電体層4A
の表面を研摩加工し、ウエハー吸着面６を平坦にする。

【００３４】円柱状端子７の端面7bにケーブル11を接続
し、このケーブルを静電チャック用電源12の正極に接続
する。この電源12の負極をアース線13に接続する。ま
た、各端子8Aにそれぞれケーブル９を接続し、ケーブル
９をヒーター電源10に接続する。

【００３５】ウエハーＷを吸着する際には、ウエハー吸
着面６にウエハーＷを設置し、ウエハーＷに対してアー
ス線13を接触させる。そして、膜状電極5Aに正電荷を蓄
積して誘電体層4Aを分極させ、誘電体層4Aのウエハー吸
着面６側に正電荷を蓄積させる。それと共に、ウエハー
に負電荷を蓄積させ、誘電体層4AとウエハーＷとの間の
クーロン引力により、ウエハーをウエハー吸着面６へと
吸着させる。これと共に、抵抗発熱体３を発熱させ、ウ
エハーＷを加熱する。

【００３６】図３に示すウエハー加熱装置1Aによれば、
実施例１で既述した効果を奏することができる。また、
本実施例においては、焼結した誘電体層4Aと基体2Aを導
電性接合剤で接合し、形成された導電性接合剤層をその
まま膜状電極として用いているので、他に電極板等を設
ける必要がなく、非常に構造が簡略であり、製造工程も
少ない。

【００３７】更に、フランジ部4bを設けたことから、例
えば10^-3Torr以下の中、高真空条件下においても、膜状
電極5Aと半導体ウエハーとの間の放電が生じない。

【００３８】更に、本実施例においては、製法上大きな
特徴がある。その点について、順を追って説明する。本
発明者は、図１に示すような構造の加熱装置の製法につ
いて多大の検討を加えた。即ち、まず、図１において、
セラミックス基体２のグリーンシートの表面に、膜状電
極５をスクリーン印刷によって形成し、その上に薄いセ
ラミックスグリーンシート（誘電体層４用）を積層し、
これをプレス成形する方法について検討した。

【００３９】しかしながら、静電チャックの寸法が大き
くなると、前記積層品に均等な圧力をかけることは極め
て困難であった。従ってこの積層品を焼結しても誘導体
層の厚みには不可避的にバラツキが生じた。この誘導体
層の厚みは一般的には400 μm 以下と極めて薄い為、数
10μm オーダーのバラツキでも、ウエハー吸着面上でウ
エハー吸着力にバラツキが生じた。特に誘電体層が相対
的に厚い部分では、目標とする吸着力が得られず、ウエ
ハーの反りの矯正が不十分になる場合があった。この一
方、誘電体層が相対的に薄い部分では、局所的に絶縁耐
圧が低下した。この部分が、製品であるウエハー加熱装
置の絶縁耐圧を決定してしまう為、製品全体の絶縁耐圧
が著しく低下することがあった。また、前記積層品を焼
結するとき、積層されたグリーンシートの界面で、局所
的に密着不良が生じた。これは、焼成収縮が原因と考え
られる。このような密着不良は、走査型電子顕微鏡等に
よって観察すると、0.1 〜数μm オーダーの微小なスキ
マがある場合が多い。このような加熱装置を半導体製造
装置に使用した所、下記のトラブルが生じた。

【００４０】使用条件は、10^-3Torr以下の分子流領域の
真空下でウエハー温度を450 ℃にセットした。静電チャ
ックされたウエハーの温度を、赤外線放射温度計にてモ
ニターした所、表面に周囲と温度の異なる局所領域が生
じ、必要とする均熱性（±３℃）を確保できず、時によ
っては、150 ℃以上の温度差が生じる場合があった。ま
た最悪条件下では、誘電体層が熱応力によって破壊する
場合もあった。

【００４１】本件に関して発明者は、前記シート接合部
のスキマについて検討を加えた。その結果、シート接合
部のスキマ内の圧力も、半導体製造装置チャンバー内の
圧力の影響を受けて変化していた。特に真空中の場合、
ガス分子の挙動は大気圧〜１Torrの真空中では粘性流領
域にあるが、真空度がさらに高まると分子流領域に移行
し、これに伴ってスキマ部の周囲における熱移動がほぼ
放射のみによるものとなり、断熱状態となる。このた
め、スキマ部上の誘電体層の温度が低下し、スキマの無
い部分では、熱移動が良好であるため高温を示すことが
判った。これにより周囲と温度の異なる局所領域が生じ
たのである。

【００４２】このように、静電チャックを製造するのに
従来採用されていた方法を、図１（又は図３）に示すよ
うなウエハー加熱装置に転用すると、誘電体層の厚さの
バラツキや誘電体層とセラミックス基体との界面におけ
る密着不良が、不可避的に生じた。この誘電体層の厚さ
のバラツキも膜状電極の傾斜に起因するものである。従
って、一体焼結が終った後に誘電体層の表面を平面研磨
加工しても、誘電体層の厚さを均一化することはできな
いし、むろん上記密着不良を矯正することもできない。

【００４３】ここにおいて、本実施例の方法において
は、セラミックスグリーンシートの焼結によって誘電体
層４を作製してあるので、その焼結の段階で焼成収縮が
終わっており、従って、セラミックス基体2Aと接合する
段階ではもう変形しない。

【００４４】このように、本実施例では、誘電体層4Aが
変形しないことから、誘電体層4Aの表面を平面加工すれ
ば、誘電体層4Aの厚さを正確に均一化できる。従って、
局所的な吸着力の低下や、絶縁耐圧の低下は生じない。
また、誘電体層4Aと基体2Aの間には、焼成収縮によるス
キマが生じない為、均熱性、耐熱衝撃性に優れる。

【００４５】セラミックス基体2A、誘電体層4Aの材質
は、実施例１で述べたものに準ずる。円柱状端子7Aの材
質としては、コバール、タングステン、モリブデン、白
金、チタン、ニッケル等を例示できる。導電性接合剤と
しては、例えば、チタン成分を含む金ろう、チタン成分
を含む銀ろう等が好ましい。これは、これらのろう中に
含まれるチタンが、加熱処理によってセラミックス中に
拡散していくことから、各部材の接合力が大きくなるか
らである。これらは、特に窒化珪素に対する接合性が良
い。また300 ℃以上で使用される加熱装置では、常温の
ウエハーが搬送ロボットによって送られてきてチャック
される場合がある。この時誘電体層4Aには、熱衝撃が加
わる。導電性接合剤として、軟質金属からなるろう材、
たとえばチタン成分を含む金ロウを用いると、ロウ材部
分の塑性変形により応力緩和が生じるので、加熱装置の
耐熱衝撃性が一層向上する。

【００４６】図２、図３に示す手順に従い、ウエハー加
熱装置1Aを作製した。ただし、誘電体層4A、基板2Aをそ
れぞれ窒化珪素で作成した。これらは、プレス成形体を
1800℃で焼結して作成した。端子8A、抵抗発熱体３は、
タングステンで形成した。また、厚さ 100μｍの円形シ
ート5Aを準備した。この組成は、銀 71.3重量％、銅
27.9重量％、チタン 0.8重量％である。また、これと同
材質の粉末状ろうを円柱状端子7Aと貫通孔14との間に介
在させた。図２において上下方向に50ｇ／cm²以上の圧
力を加えながらこの組立体を熱処理し、ろう付けした。
上記したチタン成分を含む銀ろうの酸化を防止するた
め、ろう付けは10^-5Torr以下の圧力の雰囲気下で行っ
た。また、上記熱処理は、 900℃で60秒間実施した。こ
の最高温度 900℃への昇温及び降温は、セラミックス材
料が熱衝撃によって破損しない範囲内において、できる
だけ早く行うことが好ましい。本例では、耐熱衝撃性の
高い窒化珪素を使用しているので、昇温、降温を 600℃
／時間の速度で実施した。

【００４７】そして、熱処理後のウエハー加熱装置1Aを
加熱炉から取り出し、誘電体層4Aの表面を研摩加工し、
その厚さを例えば 300μｍに調整した。

【００４８】（実施例３）図４〜図８は、本発明の他の
実施例に係るウエハー加熱装置1Bの製造手順を説明する
ための断面図である。図２、図３に示した部材と同一機
能を有する部材には同一符号を付け、その説明は省略す
ることがある。まず、図４に示すように、誘電体層4Aの
凹部4c側の表面に、膜状電極5Bを形成する。

【００４９】次いで、図５に示すように、凹部4cに絶縁
性接合剤層15を、塗布等によって設ける。この際、膜状
電極5Bを、絶縁性接合剤層15によって覆う。次いで、図
６に示すような円盤状の基体2Aを凹部4c内へと挿入し、
基体2Aの表面を絶縁性接合剤層15（図５参照）に当接さ
せる。そして、この組立体を熱処理し、図６に示すよう
に、誘電体層4Aの膜状電極5B側の表面と基体2Aの主面2a
とを、熱処理後の絶縁性接合剤層15によって接合する。

【００５０】次いで、図７に示すように、貫通孔14の部
分で、絶縁性接合剤層15に円形の剥離部15a を設け、膜
状電極5Bの表面の一部を貫通孔14に露出させる。次い
で、導電性接合剤からなる粉末を円柱状端子と基体2Aと
の間に介在させた状態で熱処理し、図８に示すように、
円柱状端子7Aを基体2Aに接合し、円柱状端子7Aの端面7a
を膜状電極5Bに当接させる。そして、ウエハー吸着面６
を研摩加工する。他は、図２、図３に示した加熱装置と
同様である。

【００５１】図４〜図８の手順に従って、実際にウエハ
ー加熱装置1Bを作製した。ただし、膜状電極5Bは、タン
グステンのスクリーン印刷によって形成した。また膜状
電極5Bを形成した後に、誘電体層4Aを 120℃以上に加熱
し、印刷した膜中に残留する有機溶媒を蒸発させた。誘
電体層4Aおよび基体2Aは、いずれも窒化珪素によって形
成した。膜状電極5Bは、モリブデン、白金等で形成して
もよい。

【００５２】絶縁性接合剤としては、封着用のガラスを
用いた。更に具体的には、下記の組成を有するオキシナ
イトライドガラスを用いた。 Y₂O₃ 30重量％ Al₂O₃ 30重量％ SiO₂ 30重量％ Si₃N₄ 10重量％

【００５３】基体2Aと誘電体層4Aとをガラス封着する際
には、50ｇ／cm²以上の圧力で両者を加圧し、窒素雰囲
気中1500℃で加熱した。また、円柱状端子7Aを基体2Aに
接合させる際には、銀 71.3重量％、銅27.9重量％及び
チタン 0.8重量％の組成からなるチタン蒸着銀ろうの粉
末を用いた。

【００５４】チタン蒸着銀ろうの酸化を防止するため、
ろう付けは10^-5Torr以下の圧力の雰囲気下で行った。ま
た、上記熱処理は、 900℃で60秒間実施した。この最高
温度への昇温、降温を 600℃／時間の速度で実施した。
そして、熱処理後の加熱装置を加熱炉から取り出し、誘
電体層4Aの表面を研摩加工し、その厚さを例えば 300μ
ｍに調整した。端子8A、抵抗発熱体３は、タングステン
で形成した。

【００５５】（実施例４）双極型のウエハー加熱装置1c
を図９に示す。この加熱装置1cにおいては、円盤状セラ
ミックス基体2Bに円形貫通孔14が２つ設けられ、各円形
貫通孔14に、それぞれ円柱状端子7Aが挿入され、固定さ
れている。凹部4cの表面には、平面円形の膜状電極5Cが
２箇所に形成されている。各膜状電極5Cの中央部付近
に、それぞれ端子7Aの端面7aが当接している。図９にお
いて左側の端子7Aは、直流電源12A の負極に接続され、
直流電源12A の正極は接地されている。図９において右
側の端子7Aは、直流電源12B の正極に接続され、直流電
源12B の負極は接地されている。

【００５６】上記の各例ではウエハー吸着面６を上向き
にしたが、ウエハー吸着面６を下向きにしてもよい。上
記各例において、加熱装置全体の形状は、円形のウエハ
ーＷを均等に加熱するためには円盤状とするのが好まし
いが、他の形状、例えば四角盤状、六角盤状等としても
よい。

【００５７】こうした加熱装置は、エピタキシャル装
置、プラズマエッチング装置、光エッチング装置等にお
ける加熱装置に対しても適用可能である。更に、ウエハ
ーＷとしては、半導体ウエハーだけでなく、Ａl ウエハ
ー、Ｆe ウエハー等の導体ウエハーの吸着、加熱処理も
可能である。

【００５８】

【発明の効果】本発明に係るウエハー加熱装置によれ
ば、セラミックス基体の一方の主面に膜状電極を形成
し、この膜状電極を覆うように一方の主面側にセラミッ
クス誘電体層を形成し、セラミックス誘電体層のウエハ
ー吸着面にウエハーを吸着する際、上記基体及び誘電体
層が共にセラミックスからなっているため、例えば熱CV
D 装置等のような高熱の用途でも使用できる。

【００５９】そして、セラミックス基体の内部に抵抗発
熱体を埋設し、この抵抗発熱体の発熱によってウエハー
を加熱するので、ウエハーをセラミックス誘電体膜のウ
エハー吸着面へとクーロン力によって全面で吸着しつ
つ、同時にウエハー吸着面を介してウエハーを加熱する
ことができる。従って、ウエハー全面に亘って容易に均
熱化することができ、ウエハーの加熱時にウエハーとウ
エハー吸着面（即ちウエハー加熱面）との間に局所的な
隙間が生じない。よって、ウエハー全面に亘って加熱処
理時の歩留を向上させることができる。

【００６０】更に、ウエハーをセラミックス誘電体膜の
ウエハー吸着面に吸着した状態で、抵抗発熱体を発熱さ
せ、ウエハー吸着面から発熱させてウエハーを直接加熱
するので、熱効率が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るウエハー加熱装置１の概
略部分断面図である。

【図２】本発明の実施例に係るウエハー加熱装置を組み
立てる前の状態を示す断面図である。

【図３】ウエハー加熱装置1Aを示す断面図である。

【図４】誘電体層の凹部4c側の表面に膜状電極5Bを形成
した状態を示す断面図である。

【図５】誘電体層の凹部4c側の表面に絶縁性接合剤層15
を形成した状態を示す断面図である。

【図６】基体2Aを、絶縁性接合剤層15を介して誘電体層
4Aに接合した状態を示す断面図である。

【図７】図６において、絶縁性接合剤層15の一部を剥離
させた状態を示す断面図である。

【図８】円柱状端子7Aを基体2Aに接合させた状態を示す
断面図である。

【図９】本発明の実施例にかかるウエハー加熱装置1Cを
示す断面図である。

【符号の説明】

１, 1A, 1B, 1C ウエハー加熱装置２, 2A, 2B 円盤状セラミックス基体 2a 一方の主面３抵抗発熱体４, 4A セラミックス誘電体層５, 5A, 5B, 5C 膜状電極６ウエハー吸着面７, 7A, ８, 8A 端子９. 11 ケーブル 10 ヒーター電源 12, 12A, 12B 静電チャック電源（直流電源） 13 アース線 14 円形貫通孔 15 絶縁性接合剤層Ｗウエハー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梅本鍠一愛知県豊田市広美町上之切62番地

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミックス基体；このセラミックス基
体の内部に埋設された抵抗発熱体；前記セラミックス基
体の一方の主面上に形成された膜状電極；及びこの膜状
電極を覆うように前記一方の主面側に形成されたセラミ
ックス誘電体層を有するウエハー加熱装置であって、前記セラミックス誘電体層のウエハー吸着面へと前記ウ
エハーを吸着し、かつ前記抵抗発熱体の発熱によりこの
ウエハーを加熱しうるように構成されたウエハー加熱装
置。
【請求項２】前記セラミックス基体と前記セラミック
ス誘電体層とを共に非酸化物セラミックスによって形成
した、請求項１記載のウエハー加熱装置。
【請求項３】前記セラミックス基体の熱膨張率が前記
ウエハーの熱膨張率の0.7 〜1.4 倍である、請求項１記
載のウエハー加熱装置。
【請求項４】前記セラミックス誘電体層の熱膨張率が
前記ウエハーの熱膨張率の0.7 〜1.4 倍である、請求項
１記載のウエハー加熱装置。
【請求項５】前記膜状電極が導電性接合剤からなり、
この膜状電極によって前記セラミックス基体と前記セラ
ミックス誘電体層とが接合され、前記膜状電極に端子が
接続されている、請求項１記載のウエハー加熱装置。
【請求項６】前記セラミックス誘電体層の表面に前記
膜状電極が付着しており、前記セラミックス基体の一方
の主面と前記セラミックス誘電体層の膜状電極側の面と
が絶縁性接合剤層によって接合され、前記膜状電極に端
子が接続されている、請求項１記載のウエハー加熱装
置。
【請求項７】セラミックスグリーンシートの内部に少
なくとも抵抗発熱体を埋設して焼結させ、抵抗発熱体が
埋設されたセラミックス基体を作製し、またセラミック
スグリーンシートを焼結させてセラミックス誘電体層を
作製し、前記セラミックス基体の一方の主面と前記セラ
ミックス誘電体層とを導電性接合剤からなる膜状電極に
よって接合し、この膜状電極に端子を接続する、請求項
５記載のウエハー加熱装置の製造方法。
【請求項８】セラミックスグリーンシートの内部に少
なくとも抵抗発熱体を埋設して焼結させ、抵抗発熱体が
埋設されたセラミックス基体を作製し、またセラミック
スグリーンシートを焼結させてセラミックス誘電体層を
作製し、このセラミックス誘電体層の表面に膜状電極を
形成し、前記セラミックス基体の一方の主面と前記セラ
ミックス誘電体層の膜状電極側の面とを絶縁性接合剤に
よって接合し、前記膜状電極に端子を接続する、請求項
６記載のウエハー加熱装置の製造方法。