半導体基板加熱用基板保持体
【課題】 抵抗発熱体に高い電圧を印加しても、温度均一性を犠牲にすることなく、抵抗発熱体の周囲の絶縁性を良好に維持できる基板保持体を提供する。
【解決手段】 半導体基板Ｗの載置面１ａとは反対側の面もしくは内部に半導体基板Ｗの加熱用の抵抗発熱体２を備えた基板保持体１であって、抵抗発熱体２は円弧状パターン２１ａおよび折り返しパターン２１ｂを交互に接続して構成される同心円状部分２１と、同心円状部分２１を構成する複数の折り返しパターン２１ｂのうち、互いに向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間の領域に延在する直線状部分２２とからなり、抵抗発熱体２に給電するための１対の給電端子３が同心円状部分２１に接続されている
【解決手段】 半導体基板Ｗの載置面１ａとは反対側の面もしくは内部に半導体基板Ｗの加熱用の抵抗発熱体２を備えた基板保持体１であって、抵抗発熱体２は円弧状パターン２１ａおよび折り返しパターン２１ｂを交互に接続して構成される同心円状部分２１と、同心円状部分２１を構成する複数の折り返しパターン２１ｂのうち、互いに向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間の領域に延在する直線状部分２２とからなり、抵抗発熱体２に給電するための１対の給電端子３が同心円状部分２１に接続されている
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板加熱用の基板保持体に関し、特に半導体基板にプラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、メタルＣＶＤなどの処理を施す半導体製造装置に用いられる、抵抗発熱体を備えた基板保持体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体デバイスの製造プロセスでは、成膜処理に代表される処理工程において、被処理物であるシリコンウェハなどの半導体基板を保持しながら加熱する基板保持体が用いられている。この基板保持体は、その表面に半導体基板を載置するための基板載置面が設けられており、基板載置面とは反対側の面もしくは基板保持体の内部に、半導体基板を加熱するための抵抗発熱体が設けられている。
【０００３】
抵抗発熱体で加熱される半導体基板の温度は、例えば成膜処理においては、半導体基板上に成膜される膜の膜厚や膜質に大きな影響を与える。そのため、加熱の際は、半導体基板の温度均一性を確保すること（すなわち、半導体基板の温度を全面に亘って均一にすること）が、製品となる半導体デバイスの品質や生産性の向上に極めて重要となる。
【０００４】
かかる基板温度の均一性を確保するため、これまで様々な技術が提案されてきた。例えば、特許文献１には、並列接続された複数の線状発熱体からなる抵抗発熱体群を連続して形成し、さらに線状発熱体を適宜切断することにより抵抗発熱体群の抵抗値を調整し、温度均一性を向上させる技術が開示されている。また、特許文献２には、抵抗値を調整するネジ付きの抵抗値調整手段を備えた抵抗発熱体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３１７２８３号公報
【特許文献２】特開２００５−１９７１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、高誘電率絶縁膜などの従来にはなかった材質を半導体基板上に成膜する場合が増えており、これに伴い従来の５００℃以下の温度よりも高い温度（例えば７００℃以上）で成膜することが必要になることがある。このように成膜温度が高くなっても、これまでと同様に半導体基板の温度均一性は重要であるが、成膜温度の上昇に伴いかかる温度均一性とは別の新たな課題が判明してきている。
【０００７】
すなわち、上記したように成膜温度が高くなることに伴い、半導体基板の昇温に、従来に比べて高い電圧を抵抗発熱体に印加する必要が生じ、これにより抵抗発熱体の周囲の絶縁体には従来よりも高い電位勾配が発生する。その結果、抵抗発熱体の周囲の絶縁体が絶縁性を維持できなくなり、隣接する抵抗発熱体の間で漏電が発生したり、さらには絶縁破壊による基板保持体の破損が発生したりする問題が生じるおそれがあることが判明した。
【０００８】
上記電位勾配は（隣接する両抵抗発熱体間の電位差）／（当該両抵抗発熱体間の距離）で計算されるため、上記課題の対処法としては、当該隣接する抵抗発熱体間の距離を大きくして電位勾配を小さくすることが考えられる。しかし、隣接する抵抗発熱体間の距離を大きくすれば、当該両抵抗発熱体間の領域では温度が低下し、温度均一性が悪化してしまう。
【０００９】
上記課題は、従来はなかった多様な材質が半導体デバイスに使用されるようになり、近年、高温での成膜処理が行われるようになったことに伴って顕著になったものであり、従来の５００℃以下の成膜温度では特に考慮する必要がなかったものである。本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、基板保持体の抵抗発熱体に従来よりも高い電圧を印加しても、温度均一性を犠牲にすることなく、抵抗発熱体の周囲の絶縁体の絶縁性を維持することができる基板保持体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、発明者らは鋭意検討を重ねた結果、抵抗発熱体を所定のパターンで形成することにより顕著な効果が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明の半導体基板加熱用の基板保持体は、半導体基板の載置面とは反対側の面もしくは内部に半導体基板の加熱用の抵抗発熱体を備えた基板保持体であって、前記抵抗発熱体は円弧状パターンおよび折り返しパターンを交互に接続して構成される同心円状部分と、該同心円状部分を構成する複数の折り返しパターンのうち、互いに向かい合う折り返しパターン同士の間の領域に延在する直線状部分とからなり、前記抵抗発熱体に給電するための１対の給電端子が該同心円状部分に接続されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来の基板保持体に比べて高い電圧を抵抗発熱体に印加しても、温度均一性を犠牲にすることなく、抵抗発熱体の周囲の絶縁体の絶縁性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の半導体基板加熱用の基板保持体の一具体例を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１の基板保持体をＸ−Ｘ線に沿って切断したときの模式的断面図であり、基板保持体を平面視したときの抵抗発熱体の一パターン例が示されている。
【図３】図２のＡ−Ａ部における抵抗発熱体およびその周囲の絶縁体の電位分布を模式的に示すグラフである。
【図４】従来の半導体基板加熱用の基板保持体を平面視したときの抵抗発熱体のパターンの一具体例が示されている。
【図５】図４のＢ−Ｂ部における抵抗発熱体およびその周囲の絶縁体の電位分布を模式的に示すグラフである。
【図６】従来の半導体基板加熱用の基板保持体を平面視したときの抵抗発熱体パターンの他の具体例が示されている。
【図７】図６のＣ−Ｃ部における抵抗発熱体およびその周囲の絶縁体の電位分布を模式的に示すグラフである。
【図８】従来の半導体基板加熱用の基板保持体を平面視したときの抵抗発熱体パターンのさらに他の具体例が示されている。
【図９】図８のＤ−Ｄ部における抵抗発熱体およびその周囲の絶縁体の電位分布を模式的に示すグラフであり、比較のため図３の電位分布も示されている。
【図１０】本発明の半導体基板加熱用の基板保持体を平面視したときの抵抗発熱体の他のパターン例が示されている。
【図１１】本発明の半導体基板加熱用の基板保持体の他の具体例を示す縦断面図である。
【図１２】実施例で使用したウェハ温度計が具備する測温素子の配置位置を示す模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の半導体基板加熱用の基板保持体の一具体例について説明する。図１に示すように、本発明の一具体例の基板保持体１は、その内部に導体ペーストの塗布および焼成などにより形成された抵抗発熱体２が埋設されている。基板保持体１は略円板形状を有しており、半導体基板Ｗの載置面１ａとは反対側の面の略中心部に、１対の給電端子３が植設されている。この１対の給電端子３の一端部は、抵抗発熱体２に電気的に接続している。一方、基板保持体１の裏面から露出している他端部は、図示しない導体ロッドやリード線に電気的に接続しており、これにより図示しない外部電源から抵抗発熱体２に給電できるようになっている。
【００１４】
かかる構造の基板保持体１は、例えばプラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、メタルＣＶＤなどの処理を施す半導体製造装置のチャンバ内に設置され、半導体デバイスの製造に供される。例えば成膜処理の際は、外部電源から１対の給電端子３を介して抵抗発熱体２に電圧が印加され、これにより発生するジュール熱によって基板保持体１およびその載置面１ａ上の半導体基板Ｗが所定の温度まで加熱される。この状態で半導体基板Ｗに対して所定の成膜処理が施される。
【００１５】
図２は、図１に示す基板保持体１をＸ−Ｘ線に沿って切断したときの模式的断面図であり、基板保持体１を平面視したときの抵抗発熱体２の一パターン例が示されている。この抵抗発熱体２は、複数の円弧状パターン２１ａおよび複数の折り返しパターン２１ｂが１つずつ交互に接続して構成される同心円状部分２１と、この同心円状部分２１を構成する複数の折り返しパターン２１ｂのうち、互いに向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間の領域に延在する直線状部分２２とからなる。そして、抵抗発熱体２に給電するための１対の給電端子３が、直線状部分２２ではなく同心円状部分２１に接続されている。
【００１６】
より具体的に説明すると、直線状部分２２は、基板保持体１の半径方向に、基板保持体１の端から端に亘って一往復するように延在している。そして、この直線状部分２２を挟んだ基板保持体１の両側に同心円状部分２１が１つずつ形成されている。直線状部分２２の両末端部は、基板保持体１の外周縁部に配置されており、これら両末端部に、直線状部分２２の両側に位置する同心円状部分２１の端部がそれぞれ接続している。つまり、直線状部分２２を介して２つの同心円状部分２１が互いに接続している。なお、図２のパターンでは、これら２つの同心円状部分２１は、直線状部分２２に関して線対称になっている。
【００１７】
直線状部分２２の両側に位置する同心円状部分２１は、各々、上記直線状部分２２との接続部から基板保持体１の周方向に沿って基板保持体１の最外周部を約半周に亘って延在した後、直線状部分２２の近傍で約１８０°折り返す。そして、上記最外周部の抵抗発熱体の内周部側を基板保持体１の周方向に沿って再び約半周に亘って延在した後、直線状部分２２の近傍で再び約１８０°折り返す。以降、同様にして中心部に到達するまで円弧状パターン２１ａと折り返しパターン２１ｂとを交互に繰り返すことによって、全体として略同心円状の同心円状部分２１が構成される。
【００１８】
さらに、各同心円状部分２１は、基板保持体１の中心に最も近い円弧状パターン２１ａまたはそこから必要に応じて延在させた延長部のいずれかに位置する各同心円状部分２１の末端部に、１対の給電端子３の片方が接続している。なお、図２のパターン例では、各同心円状部分２１は、６つの円弧状パターン２１ａ、５つの折り返しパターン２１ｂ、および最も中心に近い位置の円弧状パターン２１ａから基板保持体１の中心部に植設された給電端子３まで延びる１つの延長部によって構成されている。
【００１９】
このように、円弧状パターン２１ａと折り返しパターン２１ｂとを交互に接続して構成される同心円状部分２１を、基板保持体１の半径方向に延在する直線状部分２２の両側に１つずつ設けることによって、２つの同心円状部分２１のそれぞれの折り返しパターン２１ｂを、直線状部分２２を挟んで基板保持体１の周方向において互いに向かい合わせることが可能となる。換言すれば、同心円状部分２１を構成する複数の折り返しパターン２１ｂのうち、互いに向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間の領域に、直線状部分２２を延在させることが可能となる。
【００２０】
かかる構成により、高い電圧を抵抗発熱体２に印加しても、載置面１ａに載置される半導体基板Ｗの温度均一性を犠牲にすることなく、抵抗発熱体２の周囲の絶縁体の絶縁性を維持することができる。これは、前述したように、同心円状部分２１を構成する複数の折り返しパターン２１ｂのうち、互いに向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間の領域に直線状部分２２を延在させ、抵抗発熱体２に給電するための給電端子３を同心円状部分２１に接続することによるものである。これについて、図２のＡ−Ａ部における抵抗発熱体２およびその周囲の絶縁体の電位分布を模式的に示すグラフである図３を参照しながら説明する。
【００２１】
すなわち、図２のパターンを有する本発明の基板保持体の一具体例では、周方向において向かい合う２つの折り返しパターン２１ｂ同士の間の領域に直線状部分２２が延在しているため、比較的高い電位差を有するこれら２つの折り返しパターン２１ｂ間の距離を十分に離すことができる。その結果、図３に示すように、向かい合う折り返しパターン２１ｂ間の電位勾配を小さくすることが可能となる。
【００２２】
これに対して、互いに向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間の領域に直線状部分２２を介在させることなく、折り返しパターン２１ｂの周囲の絶縁体内部における電位勾配を図３の場合と同等もしくはそれ以下にする場合は、例えば図４に示すようなパターンで抵抗発熱体を形成することが必要となる。この図４のＢ−Ｂ部における抵抗発熱体およびその周囲の絶縁体の電位分布を模式的に示すグラフを図５に示す。
【００２３】
これら図３と図５を比較して分かるように、図５では絶縁体内部での電位勾配の最大値を図３のものとほぼ同じにするため、向かい合う抵抗発熱体同士の間隔を広げる必要がある。そのため、図４のパターンに示されるように、向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間に幅広の帯状領域２４を設けることが必要となり、この帯状領域２４において基板加熱時の昇温が不十分になって温度均一性を損なうおそれがある。これに対して、図２のパターンでは、向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間に中間的な電位を持った直線状部分２２を介在させているため、隣接する抵抗発熱体同士の間隔（すなわち絶縁体の幅）を、図４のものに比べて約半分以下にすることができる。
【００２４】
向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間に直線状部分２２を介在させることなく、かつ上記した帯状領域２４を設けない場合は、抵抗発熱体のパターンは例えば図６のようなパターンとなる。この図６のパターンは、隣接する折り返しパターン２１ｂ同士の間の距離が図２のパターンとほぼ同じなので、温度均一性の点では問題はない。
【００２５】
しかしながら、図６のＣ−Ｃ部における抵抗発熱体およびその周囲の絶縁体の電位分布を模式的に示す図７のグラフから分かるように、図７では絶縁体の電位勾配が、図３や図５に比べて著しく急勾配になっている。その結果、図６のパターンでは、抵抗発熱体への電圧印加時に絶縁体において漏電または絶縁破壊が発生する恐れがある。このように、向かい合う折り返しパターン２１ｂ間に局所的な低温領域を発生させないために、直線状部分を形成するのではなく、単に向かい合う折り返しパターン２１ｂ間の間隔を狭めた場合は、絶縁体に問題が発生し得る。
【００２６】
互いに向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間に直線状部分２２を介在させてはいるものの、抵抗発熱体に給電するための１対の給電端子３が同心円状部分２１に接続されていないパターンとしては、例えば図８のような場合が考えられる。この図８のパターンは図２のパターンに類似しているが、図８のＤ−Ｄ部における抵抗発熱体およびその周囲の絶縁体の電位分布と、図２のＡ−Ａ部における抵抗発熱体およびその周囲の絶縁体の電位分布とを比較する図９のグラフから分かるように、両者は大きく異なっている。具体的には、図２よりも図８のパターンの方が電位勾配が大きくなっている。
【００２７】
図２のパターンにおいて電位勾配をなだらかにすることができる理由は、向かい合う折り返しパターン２１ｂ間に中間的な電位を持った直線状部分２２が介在しているからである。これに対して、図８のパターンのように、１対の給電端子３のいずれか、あるいは両方が同心円状部分２１に接続されていない場合は、１対の給電端子３に接続する２箇所の接続部の間で延在する抵抗発熱体の略中間部分に直線状部分２２が位置しないので、直線状部分２２の電位が抵抗発熱体の中で中間的な電位とはならない。そのため、向かい合う折り返しパターン２１ｂと直線状部分２２との間で大きな電位勾配が生じてしまう。
【００２８】
以上、本発明の半導体基板加熱用の基板保持体について一具体例を挙げて説明したが、本発明はかかる具体例に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲内で種々の代替例や変形例を考えることができる。
【００２９】
例えば、上記一具体例の基板保持体１は、１本の抵抗発熱体２が１対の給電端子３の一方の接続部から他方の接続部まで延在する直列回路で構成されていたが、かかる構成に限定されるものではなく、例えば図１０に示すパターンのように、抵抗発熱体１２が並列回路で構成されていてもよい。具体的には、この図１０に示すパターンでは、基板保持体１１の半径方向に延在する２つの直線状部分１２２が互いに向かい合うように配置されている。
【００３０】
各直線状部分１２２の両側には、略扇型の同心円状部分１２１が１つずつ設けられており、これら２つの同心円状部分１２１は直線状部分１２２を介して互いに接続している。さらに、上記向かい合う２つの直線状部分１２２に対して同じ側に位置する２つの同心円状部分１２１同士は、基板保持体１１の中心に最も近い位置に存在する円弧状パターン１２１ａから延びる延長部同士が接続している。そして、これら延長部の接続部分に給電端子３が接続している。
【００３１】
上記図１０に示すパターンにおいても、図２と同様に温度均一性を犠牲にすることなく、抵抗発熱体周囲の絶縁体の絶縁性を維持することができる。さらに並列回路の場合は、直列回路に比べて１対の給電端子３の一方の接続部から他方の接続部に至るまでの距離を短くすることができるので、抵抗値を下げることができる。つまり、直列回路に比べて加熱時により多くの電流を流すことができるので、高い電力が必要な高温用途には特に好適である。また、昇温速度を高めることができるので、成膜時のスループットを上げることも可能となる。
【００３２】
さらに、上記一具体例の基板保持体１は、１個の抵抗発熱体２が基板保持体１の載置面１ａから一定の深さに埋設されたものであったが、かかる構造に限定されるものではなく、基板保持体の載置面とは反対側の面に露出するように抵抗発熱体を設けてもよい。あるいは、２個以上の抵抗発熱体を使用し、これらをそれぞれ基板保持体の厚み方向において異なる位置に設けてもよい。
【００３３】
図１１には、２個の抵抗発熱体３２ａ、３２ｂが半導体基板の載置面３１ａから異なる深さに埋設された基板保持体３１の例が示されている。このように複数個の抵抗発熱体を設ける場合は、少なくともいずれかが図２や図１０に示すようなパターンを有している限り、複数の抵抗発熱体のパターン同士が同じでもよいし、互いに異なっていてもよい。このように複数個の抵抗発熱体を配置することによって、抵抗発熱体の個数に比例して供給できる電力が増加するため、高温用途においてより一層好適となる。
【００３４】
なお、図１１では２個の抵抗発熱体３２ａ、３２ｂにそれぞれ給電するため、２対の給電端子３３ａ、３３ｂが設けられている。また、上記の抵抗発熱体は、図面では模式的に箔状のように示したが、抵抗発熱体の形状は箔状に限定されるものではなく、これ以外に例えばコイル状などの様々な形状を使用することができる。
【実施例】
【００３５】
［実施例１］
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の粉末９９.５重量部に対して、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を０.５重量部添加し、さらにアクリルバインダーおよび有機溶剤を加え、ボールミルにて２４時間混合して、ＡｌＮスラリーを作製した。このスラリーからスプレードライ法により顆粒を作製し、得られた顆粒をプレス成形して２枚の成形体を得た。各成形体を７００℃の窒素雰囲気中で脱脂した後、１８５０℃の窒素雰囲気中で焼結して窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体を作製した。これら２枚のＡｌＮ焼結体を機械加工して、各々直径３３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円板とした。各ＡｌＮ焼結体は、上下面の表面粗さがＲａ０.８μｍ、平面度が５０μｍであった。
【００３６】
次に、平均粒径が２.０μｍのタングステン（Ｗ）粉末１００重量部に対して、Ｙ２Ｏ３１重量部と、バインダーとしてのエチルセルロース５重量部とを混合し、さらに溶剤としてのブチルカルビトールを添加してＷペーストを作製した。このＷペーストをスクリーン印刷により上記２枚のＡｌＮ焼結体のうちの一方の片面に塗布し、図２に示す抵抗発熱体のパターンを形成した。これを８００℃の窒素雰囲気中で脱脂した後、１８００℃の窒素雰囲気中で６時間焼成し、抵抗発熱体を形成した。
【００３７】
次に、ＡｌＮが２０重量部、Ｙ２Ｏ３が３０重量部、残部がＡｌ２Ｏ３からなる粉末に、バインダーと有機溶剤とを加えてセラミックスペーストを作製した。このセラミックスペーストを、上記ＡｌＮ焼結体の抵抗発熱体が形成された面の全面にスクリーン印刷により塗布した。これを乾燥させた後、８００℃の窒素雰囲気中で脱脂した。この脱脂後、上記ＡｌＮ焼結体の抵抗発熱体が形成された面に、もう１枚のＡｌＮ焼結体を重ね合わせた。そして、これら２枚のＡｌＮ焼結体に対して、１８００℃の窒素雰囲気中で圧力２ＭＰａ×２時間のホットプレスを行い、基板保持体を作製した。
【００３８】
この基板保持体の片面側から、抵抗発熱体が露出するようにザグリ加工を行った。露出した抵抗発熱体にニッケルメッキを施した直径８ｍｍ、長さ２０ｍｍのＷ製の給電端子を接続した。更に、基板保持体の給電端子の設置側の面の中央に、温度測定用の測温素子を設置するための内径１.７ｍｍ、深さ７ｍｍの有底孔を設けた。この有底孔に測温素子を設置して試料１の基板保持体を完成させた。なお、基板載置面は、給電端子および測温素子を設置した面とは反対側の面になる。
【００３９】
以降、抵抗発熱体のパターンを図２に代えて他のパターンにした以外は、上記試料１の基板保持体と同様にして、試料２、３、４および５の基板保持体を作製した。すなわち、試料２は図４のパターン、試料３は図６のパターン、試料４は図８のパターン、試料５は図１０のパターンとした。
【００４０】
これら試料１〜５の基板保持体を、それぞれ基板載置面を上にして半導体製造装置内に設置した。各基板保持体の基板載置面には、直径３００ｍｍのシリコンウェハを載置した。このシリコンウェハには、測温素子８が図１２に示すように２５ヶ所配置されたウェハ温度計７を設置しておいた。この状態で半導体製造装置内を真空にし、抵抗発熱体に電力を供給した。
【００４１】
そして、基板保持体に設置した測温素子にて測定される温度が５００℃になるまで、５℃／分の昇温速度で基板保持体を加熱した。５００℃に達した後、その温度に２０分間保持した。保持した後、ウェハ温度計７で示される２５個の温度の最高値と最低値の差（以下、この差を温度バラツキと称する）を測定し、これを温度均一性の指標とした。
【００４２】
その後引き続き、５℃／分の昇温速度で基板保持体を７００℃まで加熱した。７００℃に達した後、その温度に２０分間保持した。保持した後、上記と同様にして温度バラツキを測定した。なお、抵抗発熱体への給電に用いた外部電源の定格電圧は２００Ｖであった。また、７００℃まで昇温する前に漏電が発生し、電流が不安定になった試料は、その時点で昇温を中止した。以上の結果を下記表１に示す。
【００４３】
［表１］
【００４４】
上記表１から分かるように、本発明の抵抗発熱体パターンを形成した試料１および試料５では、７００℃まで問題なく昇温することができた。また、５００℃および７００℃のいずれにおいても高い温度均一性を確保することができた。なお、試料１では７００℃昇温時の所要電圧が定格値近くに達しているのに対し、試料５では７００℃昇温時の所要電圧が定格値に比べ大幅に低かった。よって、試料５の場合は、昇温時にさらに高い電圧を印加して大電力を与えることが可能であることが分かる。
【００４５】
これらに対して試料２では、７００℃まで問題なく昇温することができたが、図４の帯状領域２４の温度低下の影響により、５００℃および７００℃のいずれにおいても温度均一性が大幅に悪化した。また試料３および試料４では、５００℃における温度均一性は良好であったが、漏電が発生して電流が不安定になったため、７００℃まで昇温することができなかった。
【００４６】
［実施例２］
ＡｌＮ顆粒をプレス成形して成形体を得るところまでは実施例1と同様にして、直径３３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのＡｌＮ成形体を２枚作製した。これらの成形体に、抵抗発熱体としてのモリブデン製のコイルを挿入するための溝加工をそれぞれ施した。溝加工は挿入後のコイルの形状が図２に示すパターンとなるように行った。これら２枚のＡｌＮ成形体を、溝加工を施した面同士が向かい合うよう対向させ、これらの間にモリブデンコイルと窒化アルミニウムの顆粒とを挿入してプレス成形した。
【００４７】
次に、このプレス成形体にたいして７００℃の窒素雰囲気中で脱脂し、さらに１８００℃の窒素雰囲気中で圧力２ＭＰａ×２時間のホットプレスを行い、基板保持体を作製した。得られた基板保持体に実施例１と同様にして給電端子および測温素子を設置して、試料６の基板保持体を完成させた。
【００４８】
以降、抵抗発熱体のパターンを図２に代えて他のパターンにした以外は、上記試料６の基板保持体と同様にして、試料７、８、９および１０の基板保持体を作製した。すなわち、試料７は図４のパターン、試料８は図６のパターン、試料９は図８のパターン、試料１０は図１０のパターンとした。これら試料６〜１０の基板保持体に対して、実施例１と同様にして昇温試験を実施した。その試験結果を下記の表２に示す。
【００４９】
［表２］
【００５０】
上記表２から、表１と同様の結果が得られていることが分かる。すなわち、本発明の抵抗発熱体パターンを形成した試料６および試料１０では、７００℃まで問題なく昇温することができ、かつ５００℃および７００℃のいずれにおいても高い温度均一性を有している。また、試料１０においては、７００℃昇温時の所要電圧が定格値に比べ大幅に低いため、昇温時にさらに高い電圧を印加して大電力を与えることが可能である。
【００５１】
これらに対して試料７では、７００℃まで問題なく昇温することができたが、図４の帯状領域２４の温度低下の影響により、５００℃および７００℃のいずれにおいても温度均一性が大幅に悪化した。また試料８および試料９では、５００℃における温度均一性は良好であったが、漏電が発生して電流が不安定になったため、７００℃まで昇温することができなかった。
【符号の説明】
【００５２】
１ 基板保持体
１ａ 載置面
２ 抵抗発熱体
３ 給電端子
７ ウェハ温度計
８ 測温素子
２１ 同心円状部分
２１ａ 円弧状パターン
２１ｂ 折り返しパターン
２２ 直線状部分
２４ 帯状領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板加熱用の基板保持体に関し、特に半導体基板にプラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、メタルＣＶＤなどの処理を施す半導体製造装置に用いられる、抵抗発熱体を備えた基板保持体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、半導体デバイスの製造プロセスでは、成膜処理に代表される処理工程において、被処理物であるシリコンウェハなどの半導体基板を保持しながら加熱する基板保持体が用いられている。この基板保持体は、その表面に半導体基板を載置するための基板載置面が設けられており、基板載置面とは反対側の面もしくは基板保持体の内部に、半導体基板を加熱するための抵抗発熱体が設けられている。
【０００３】
抵抗発熱体で加熱される半導体基板の温度は、例えば成膜処理においては、半導体基板上に成膜される膜の膜厚や膜質に大きな影響を与える。そのため、加熱の際は、半導体基板の温度均一性を確保すること（すなわち、半導体基板の温度を全面に亘って均一にすること）が、製品となる半導体デバイスの品質や生産性の向上に極めて重要となる。
【０００４】
かかる基板温度の均一性を確保するため、これまで様々な技術が提案されてきた。例えば、特許文献１には、並列接続された複数の線状発熱体からなる抵抗発熱体群を連続して形成し、さらに線状発熱体を適宜切断することにより抵抗発熱体群の抵抗値を調整し、温度均一性を向上させる技術が開示されている。また、特許文献２には、抵抗値を調整するネジ付きの抵抗値調整手段を備えた抵抗発熱体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３１７２８３号公報
【特許文献２】特開２００５−１９７１６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、高誘電率絶縁膜などの従来にはなかった材質を半導体基板上に成膜する場合が増えており、これに伴い従来の５００℃以下の温度よりも高い温度（例えば７００℃以上）で成膜することが必要になることがある。このように成膜温度が高くなっても、これまでと同様に半導体基板の温度均一性は重要であるが、成膜温度の上昇に伴いかかる温度均一性とは別の新たな課題が判明してきている。
【０００７】
すなわち、上記したように成膜温度が高くなることに伴い、半導体基板の昇温に、従来に比べて高い電圧を抵抗発熱体に印加する必要が生じ、これにより抵抗発熱体の周囲の絶縁体には従来よりも高い電位勾配が発生する。その結果、抵抗発熱体の周囲の絶縁体が絶縁性を維持できなくなり、隣接する抵抗発熱体の間で漏電が発生したり、さらには絶縁破壊による基板保持体の破損が発生したりする問題が生じるおそれがあることが判明した。
【０００８】
上記電位勾配は（隣接する両抵抗発熱体間の電位差）／（当該両抵抗発熱体間の距離）で計算されるため、上記課題の対処法としては、当該隣接する抵抗発熱体間の距離を大きくして電位勾配を小さくすることが考えられる。しかし、隣接する抵抗発熱体間の距離を大きくすれば、当該両抵抗発熱体間の領域では温度が低下し、温度均一性が悪化してしまう。
【０００９】
上記課題は、従来はなかった多様な材質が半導体デバイスに使用されるようになり、近年、高温での成膜処理が行われるようになったことに伴って顕著になったものであり、従来の５００℃以下の成膜温度では特に考慮する必要がなかったものである。本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、基板保持体の抵抗発熱体に従来よりも高い電圧を印加しても、温度均一性を犠牲にすることなく、抵抗発熱体の周囲の絶縁体の絶縁性を維持することができる基板保持体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、発明者らは鋭意検討を重ねた結果、抵抗発熱体を所定のパターンで形成することにより顕著な効果が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち本発明の半導体基板加熱用の基板保持体は、半導体基板の載置面とは反対側の面もしくは内部に半導体基板の加熱用の抵抗発熱体を備えた基板保持体であって、前記抵抗発熱体は円弧状パターンおよび折り返しパターンを交互に接続して構成される同心円状部分と、該同心円状部分を構成する複数の折り返しパターンのうち、互いに向かい合う折り返しパターン同士の間の領域に延在する直線状部分とからなり、前記抵抗発熱体に給電するための１対の給電端子が該同心円状部分に接続されていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来の基板保持体に比べて高い電圧を抵抗発熱体に印加しても、温度均一性を犠牲にすることなく、抵抗発熱体の周囲の絶縁体の絶縁性を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の半導体基板加熱用の基板保持体の一具体例を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１の基板保持体をＸ−Ｘ線に沿って切断したときの模式的断面図であり、基板保持体を平面視したときの抵抗発熱体の一パターン例が示されている。
【図３】図２のＡ−Ａ部における抵抗発熱体およびその周囲の絶縁体の電位分布を模式的に示すグラフである。
【図４】従来の半導体基板加熱用の基板保持体を平面視したときの抵抗発熱体のパターンの一具体例が示されている。
【図５】図４のＢ−Ｂ部における抵抗発熱体およびその周囲の絶縁体の電位分布を模式的に示すグラフである。
【図６】従来の半導体基板加熱用の基板保持体を平面視したときの抵抗発熱体パターンの他の具体例が示されている。
【図７】図６のＣ−Ｃ部における抵抗発熱体およびその周囲の絶縁体の電位分布を模式的に示すグラフである。
【図８】従来の半導体基板加熱用の基板保持体を平面視したときの抵抗発熱体パターンのさらに他の具体例が示されている。
【図９】図８のＤ−Ｄ部における抵抗発熱体およびその周囲の絶縁体の電位分布を模式的に示すグラフであり、比較のため図３の電位分布も示されている。
【図１０】本発明の半導体基板加熱用の基板保持体を平面視したときの抵抗発熱体の他のパターン例が示されている。
【図１１】本発明の半導体基板加熱用の基板保持体の他の具体例を示す縦断面図である。
【図１２】実施例で使用したウェハ温度計が具備する測温素子の配置位置を示す模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の半導体基板加熱用の基板保持体の一具体例について説明する。図１に示すように、本発明の一具体例の基板保持体１は、その内部に導体ペーストの塗布および焼成などにより形成された抵抗発熱体２が埋設されている。基板保持体１は略円板形状を有しており、半導体基板Ｗの載置面１ａとは反対側の面の略中心部に、１対の給電端子３が植設されている。この１対の給電端子３の一端部は、抵抗発熱体２に電気的に接続している。一方、基板保持体１の裏面から露出している他端部は、図示しない導体ロッドやリード線に電気的に接続しており、これにより図示しない外部電源から抵抗発熱体２に給電できるようになっている。
【００１４】
かかる構造の基板保持体１は、例えばプラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、メタルＣＶＤなどの処理を施す半導体製造装置のチャンバ内に設置され、半導体デバイスの製造に供される。例えば成膜処理の際は、外部電源から１対の給電端子３を介して抵抗発熱体２に電圧が印加され、これにより発生するジュール熱によって基板保持体１およびその載置面１ａ上の半導体基板Ｗが所定の温度まで加熱される。この状態で半導体基板Ｗに対して所定の成膜処理が施される。
【００１５】
図２は、図１に示す基板保持体１をＸ−Ｘ線に沿って切断したときの模式的断面図であり、基板保持体１を平面視したときの抵抗発熱体２の一パターン例が示されている。この抵抗発熱体２は、複数の円弧状パターン２１ａおよび複数の折り返しパターン２１ｂが１つずつ交互に接続して構成される同心円状部分２１と、この同心円状部分２１を構成する複数の折り返しパターン２１ｂのうち、互いに向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間の領域に延在する直線状部分２２とからなる。そして、抵抗発熱体２に給電するための１対の給電端子３が、直線状部分２２ではなく同心円状部分２１に接続されている。
【００１６】
より具体的に説明すると、直線状部分２２は、基板保持体１の半径方向に、基板保持体１の端から端に亘って一往復するように延在している。そして、この直線状部分２２を挟んだ基板保持体１の両側に同心円状部分２１が１つずつ形成されている。直線状部分２２の両末端部は、基板保持体１の外周縁部に配置されており、これら両末端部に、直線状部分２２の両側に位置する同心円状部分２１の端部がそれぞれ接続している。つまり、直線状部分２２を介して２つの同心円状部分２１が互いに接続している。なお、図２のパターンでは、これら２つの同心円状部分２１は、直線状部分２２に関して線対称になっている。
【００１７】
直線状部分２２の両側に位置する同心円状部分２１は、各々、上記直線状部分２２との接続部から基板保持体１の周方向に沿って基板保持体１の最外周部を約半周に亘って延在した後、直線状部分２２の近傍で約１８０°折り返す。そして、上記最外周部の抵抗発熱体の内周部側を基板保持体１の周方向に沿って再び約半周に亘って延在した後、直線状部分２２の近傍で再び約１８０°折り返す。以降、同様にして中心部に到達するまで円弧状パターン２１ａと折り返しパターン２１ｂとを交互に繰り返すことによって、全体として略同心円状の同心円状部分２１が構成される。
【００１８】
さらに、各同心円状部分２１は、基板保持体１の中心に最も近い円弧状パターン２１ａまたはそこから必要に応じて延在させた延長部のいずれかに位置する各同心円状部分２１の末端部に、１対の給電端子３の片方が接続している。なお、図２のパターン例では、各同心円状部分２１は、６つの円弧状パターン２１ａ、５つの折り返しパターン２１ｂ、および最も中心に近い位置の円弧状パターン２１ａから基板保持体１の中心部に植設された給電端子３まで延びる１つの延長部によって構成されている。
【００１９】
このように、円弧状パターン２１ａと折り返しパターン２１ｂとを交互に接続して構成される同心円状部分２１を、基板保持体１の半径方向に延在する直線状部分２２の両側に１つずつ設けることによって、２つの同心円状部分２１のそれぞれの折り返しパターン２１ｂを、直線状部分２２を挟んで基板保持体１の周方向において互いに向かい合わせることが可能となる。換言すれば、同心円状部分２１を構成する複数の折り返しパターン２１ｂのうち、互いに向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間の領域に、直線状部分２２を延在させることが可能となる。
【００２０】
かかる構成により、高い電圧を抵抗発熱体２に印加しても、載置面１ａに載置される半導体基板Ｗの温度均一性を犠牲にすることなく、抵抗発熱体２の周囲の絶縁体の絶縁性を維持することができる。これは、前述したように、同心円状部分２１を構成する複数の折り返しパターン２１ｂのうち、互いに向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間の領域に直線状部分２２を延在させ、抵抗発熱体２に給電するための給電端子３を同心円状部分２１に接続することによるものである。これについて、図２のＡ−Ａ部における抵抗発熱体２およびその周囲の絶縁体の電位分布を模式的に示すグラフである図３を参照しながら説明する。
【００２１】
すなわち、図２のパターンを有する本発明の基板保持体の一具体例では、周方向において向かい合う２つの折り返しパターン２１ｂ同士の間の領域に直線状部分２２が延在しているため、比較的高い電位差を有するこれら２つの折り返しパターン２１ｂ間の距離を十分に離すことができる。その結果、図３に示すように、向かい合う折り返しパターン２１ｂ間の電位勾配を小さくすることが可能となる。
【００２２】
これに対して、互いに向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間の領域に直線状部分２２を介在させることなく、折り返しパターン２１ｂの周囲の絶縁体内部における電位勾配を図３の場合と同等もしくはそれ以下にする場合は、例えば図４に示すようなパターンで抵抗発熱体を形成することが必要となる。この図４のＢ−Ｂ部における抵抗発熱体およびその周囲の絶縁体の電位分布を模式的に示すグラフを図５に示す。
【００２３】
これら図３と図５を比較して分かるように、図５では絶縁体内部での電位勾配の最大値を図３のものとほぼ同じにするため、向かい合う抵抗発熱体同士の間隔を広げる必要がある。そのため、図４のパターンに示されるように、向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間に幅広の帯状領域２４を設けることが必要となり、この帯状領域２４において基板加熱時の昇温が不十分になって温度均一性を損なうおそれがある。これに対して、図２のパターンでは、向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間に中間的な電位を持った直線状部分２２を介在させているため、隣接する抵抗発熱体同士の間隔（すなわち絶縁体の幅）を、図４のものに比べて約半分以下にすることができる。
【００２４】
向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間に直線状部分２２を介在させることなく、かつ上記した帯状領域２４を設けない場合は、抵抗発熱体のパターンは例えば図６のようなパターンとなる。この図６のパターンは、隣接する折り返しパターン２１ｂ同士の間の距離が図２のパターンとほぼ同じなので、温度均一性の点では問題はない。
【００２５】
しかしながら、図６のＣ−Ｃ部における抵抗発熱体およびその周囲の絶縁体の電位分布を模式的に示す図７のグラフから分かるように、図７では絶縁体の電位勾配が、図３や図５に比べて著しく急勾配になっている。その結果、図６のパターンでは、抵抗発熱体への電圧印加時に絶縁体において漏電または絶縁破壊が発生する恐れがある。このように、向かい合う折り返しパターン２１ｂ間に局所的な低温領域を発生させないために、直線状部分を形成するのではなく、単に向かい合う折り返しパターン２１ｂ間の間隔を狭めた場合は、絶縁体に問題が発生し得る。
【００２６】
互いに向かい合う折り返しパターン２１ｂ同士の間に直線状部分２２を介在させてはいるものの、抵抗発熱体に給電するための１対の給電端子３が同心円状部分２１に接続されていないパターンとしては、例えば図８のような場合が考えられる。この図８のパターンは図２のパターンに類似しているが、図８のＤ−Ｄ部における抵抗発熱体およびその周囲の絶縁体の電位分布と、図２のＡ−Ａ部における抵抗発熱体およびその周囲の絶縁体の電位分布とを比較する図９のグラフから分かるように、両者は大きく異なっている。具体的には、図２よりも図８のパターンの方が電位勾配が大きくなっている。
【００２７】
図２のパターンにおいて電位勾配をなだらかにすることができる理由は、向かい合う折り返しパターン２１ｂ間に中間的な電位を持った直線状部分２２が介在しているからである。これに対して、図８のパターンのように、１対の給電端子３のいずれか、あるいは両方が同心円状部分２１に接続されていない場合は、１対の給電端子３に接続する２箇所の接続部の間で延在する抵抗発熱体の略中間部分に直線状部分２２が位置しないので、直線状部分２２の電位が抵抗発熱体の中で中間的な電位とはならない。そのため、向かい合う折り返しパターン２１ｂと直線状部分２２との間で大きな電位勾配が生じてしまう。
【００２８】
以上、本発明の半導体基板加熱用の基板保持体について一具体例を挙げて説明したが、本発明はかかる具体例に限定されるものではなく、本発明の主旨から逸脱しない範囲内で種々の代替例や変形例を考えることができる。
【００２９】
例えば、上記一具体例の基板保持体１は、１本の抵抗発熱体２が１対の給電端子３の一方の接続部から他方の接続部まで延在する直列回路で構成されていたが、かかる構成に限定されるものではなく、例えば図１０に示すパターンのように、抵抗発熱体１２が並列回路で構成されていてもよい。具体的には、この図１０に示すパターンでは、基板保持体１１の半径方向に延在する２つの直線状部分１２２が互いに向かい合うように配置されている。
【００３０】
各直線状部分１２２の両側には、略扇型の同心円状部分１２１が１つずつ設けられており、これら２つの同心円状部分１２１は直線状部分１２２を介して互いに接続している。さらに、上記向かい合う２つの直線状部分１２２に対して同じ側に位置する２つの同心円状部分１２１同士は、基板保持体１１の中心に最も近い位置に存在する円弧状パターン１２１ａから延びる延長部同士が接続している。そして、これら延長部の接続部分に給電端子３が接続している。
【００３１】
上記図１０に示すパターンにおいても、図２と同様に温度均一性を犠牲にすることなく、抵抗発熱体周囲の絶縁体の絶縁性を維持することができる。さらに並列回路の場合は、直列回路に比べて１対の給電端子３の一方の接続部から他方の接続部に至るまでの距離を短くすることができるので、抵抗値を下げることができる。つまり、直列回路に比べて加熱時により多くの電流を流すことができるので、高い電力が必要な高温用途には特に好適である。また、昇温速度を高めることができるので、成膜時のスループットを上げることも可能となる。
【００３２】
さらに、上記一具体例の基板保持体１は、１個の抵抗発熱体２が基板保持体１の載置面１ａから一定の深さに埋設されたものであったが、かかる構造に限定されるものではなく、基板保持体の載置面とは反対側の面に露出するように抵抗発熱体を設けてもよい。あるいは、２個以上の抵抗発熱体を使用し、これらをそれぞれ基板保持体の厚み方向において異なる位置に設けてもよい。
【００３３】
図１１には、２個の抵抗発熱体３２ａ、３２ｂが半導体基板の載置面３１ａから異なる深さに埋設された基板保持体３１の例が示されている。このように複数個の抵抗発熱体を設ける場合は、少なくともいずれかが図２や図１０に示すようなパターンを有している限り、複数の抵抗発熱体のパターン同士が同じでもよいし、互いに異なっていてもよい。このように複数個の抵抗発熱体を配置することによって、抵抗発熱体の個数に比例して供給できる電力が増加するため、高温用途においてより一層好適となる。
【００３４】
なお、図１１では２個の抵抗発熱体３２ａ、３２ｂにそれぞれ給電するため、２対の給電端子３３ａ、３３ｂが設けられている。また、上記の抵抗発熱体は、図面では模式的に箔状のように示したが、抵抗発熱体の形状は箔状に限定されるものではなく、これ以外に例えばコイル状などの様々な形状を使用することができる。
【実施例】
【００３５】
［実施例１］
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の粉末９９.５重量部に対して、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を０.５重量部添加し、さらにアクリルバインダーおよび有機溶剤を加え、ボールミルにて２４時間混合して、ＡｌＮスラリーを作製した。このスラリーからスプレードライ法により顆粒を作製し、得られた顆粒をプレス成形して２枚の成形体を得た。各成形体を７００℃の窒素雰囲気中で脱脂した後、１８５０℃の窒素雰囲気中で焼結して窒化アルミニウム（ＡｌＮ）焼結体を作製した。これら２枚のＡｌＮ焼結体を機械加工して、各々直径３３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円板とした。各ＡｌＮ焼結体は、上下面の表面粗さがＲａ０.８μｍ、平面度が５０μｍであった。
【００３６】
次に、平均粒径が２.０μｍのタングステン（Ｗ）粉末１００重量部に対して、Ｙ２Ｏ３１重量部と、バインダーとしてのエチルセルロース５重量部とを混合し、さらに溶剤としてのブチルカルビトールを添加してＷペーストを作製した。このＷペーストをスクリーン印刷により上記２枚のＡｌＮ焼結体のうちの一方の片面に塗布し、図２に示す抵抗発熱体のパターンを形成した。これを８００℃の窒素雰囲気中で脱脂した後、１８００℃の窒素雰囲気中で６時間焼成し、抵抗発熱体を形成した。
【００３７】
次に、ＡｌＮが２０重量部、Ｙ２Ｏ３が３０重量部、残部がＡｌ２Ｏ３からなる粉末に、バインダーと有機溶剤とを加えてセラミックスペーストを作製した。このセラミックスペーストを、上記ＡｌＮ焼結体の抵抗発熱体が形成された面の全面にスクリーン印刷により塗布した。これを乾燥させた後、８００℃の窒素雰囲気中で脱脂した。この脱脂後、上記ＡｌＮ焼結体の抵抗発熱体が形成された面に、もう１枚のＡｌＮ焼結体を重ね合わせた。そして、これら２枚のＡｌＮ焼結体に対して、１８００℃の窒素雰囲気中で圧力２ＭＰａ×２時間のホットプレスを行い、基板保持体を作製した。
【００３８】
この基板保持体の片面側から、抵抗発熱体が露出するようにザグリ加工を行った。露出した抵抗発熱体にニッケルメッキを施した直径８ｍｍ、長さ２０ｍｍのＷ製の給電端子を接続した。更に、基板保持体の給電端子の設置側の面の中央に、温度測定用の測温素子を設置するための内径１.７ｍｍ、深さ７ｍｍの有底孔を設けた。この有底孔に測温素子を設置して試料１の基板保持体を完成させた。なお、基板載置面は、給電端子および測温素子を設置した面とは反対側の面になる。
【００３９】
以降、抵抗発熱体のパターンを図２に代えて他のパターンにした以外は、上記試料１の基板保持体と同様にして、試料２、３、４および５の基板保持体を作製した。すなわち、試料２は図４のパターン、試料３は図６のパターン、試料４は図８のパターン、試料５は図１０のパターンとした。
【００４０】
これら試料１〜５の基板保持体を、それぞれ基板載置面を上にして半導体製造装置内に設置した。各基板保持体の基板載置面には、直径３００ｍｍのシリコンウェハを載置した。このシリコンウェハには、測温素子８が図１２に示すように２５ヶ所配置されたウェハ温度計７を設置しておいた。この状態で半導体製造装置内を真空にし、抵抗発熱体に電力を供給した。
【００４１】
そして、基板保持体に設置した測温素子にて測定される温度が５００℃になるまで、５℃／分の昇温速度で基板保持体を加熱した。５００℃に達した後、その温度に２０分間保持した。保持した後、ウェハ温度計７で示される２５個の温度の最高値と最低値の差（以下、この差を温度バラツキと称する）を測定し、これを温度均一性の指標とした。
【００４２】
その後引き続き、５℃／分の昇温速度で基板保持体を７００℃まで加熱した。７００℃に達した後、その温度に２０分間保持した。保持した後、上記と同様にして温度バラツキを測定した。なお、抵抗発熱体への給電に用いた外部電源の定格電圧は２００Ｖであった。また、７００℃まで昇温する前に漏電が発生し、電流が不安定になった試料は、その時点で昇温を中止した。以上の結果を下記表１に示す。
【００４３】
［表１］
【００４４】
上記表１から分かるように、本発明の抵抗発熱体パターンを形成した試料１および試料５では、７００℃まで問題なく昇温することができた。また、５００℃および７００℃のいずれにおいても高い温度均一性を確保することができた。なお、試料１では７００℃昇温時の所要電圧が定格値近くに達しているのに対し、試料５では７００℃昇温時の所要電圧が定格値に比べ大幅に低かった。よって、試料５の場合は、昇温時にさらに高い電圧を印加して大電力を与えることが可能であることが分かる。
【００４５】
これらに対して試料２では、７００℃まで問題なく昇温することができたが、図４の帯状領域２４の温度低下の影響により、５００℃および７００℃のいずれにおいても温度均一性が大幅に悪化した。また試料３および試料４では、５００℃における温度均一性は良好であったが、漏電が発生して電流が不安定になったため、７００℃まで昇温することができなかった。
【００４６】
［実施例２］
ＡｌＮ顆粒をプレス成形して成形体を得るところまでは実施例1と同様にして、直径３３０ｍｍ、厚さ１０ｍｍのＡｌＮ成形体を２枚作製した。これらの成形体に、抵抗発熱体としてのモリブデン製のコイルを挿入するための溝加工をそれぞれ施した。溝加工は挿入後のコイルの形状が図２に示すパターンとなるように行った。これら２枚のＡｌＮ成形体を、溝加工を施した面同士が向かい合うよう対向させ、これらの間にモリブデンコイルと窒化アルミニウムの顆粒とを挿入してプレス成形した。
【００４７】
次に、このプレス成形体にたいして７００℃の窒素雰囲気中で脱脂し、さらに１８００℃の窒素雰囲気中で圧力２ＭＰａ×２時間のホットプレスを行い、基板保持体を作製した。得られた基板保持体に実施例１と同様にして給電端子および測温素子を設置して、試料６の基板保持体を完成させた。
【００４８】
以降、抵抗発熱体のパターンを図２に代えて他のパターンにした以外は、上記試料６の基板保持体と同様にして、試料７、８、９および１０の基板保持体を作製した。すなわち、試料７は図４のパターン、試料８は図６のパターン、試料９は図８のパターン、試料１０は図１０のパターンとした。これら試料６〜１０の基板保持体に対して、実施例１と同様にして昇温試験を実施した。その試験結果を下記の表２に示す。
【００４９】
［表２］
【００５０】
上記表２から、表１と同様の結果が得られていることが分かる。すなわち、本発明の抵抗発熱体パターンを形成した試料６および試料１０では、７００℃まで問題なく昇温することができ、かつ５００℃および７００℃のいずれにおいても高い温度均一性を有している。また、試料１０においては、７００℃昇温時の所要電圧が定格値に比べ大幅に低いため、昇温時にさらに高い電圧を印加して大電力を与えることが可能である。
【００５１】
これらに対して試料７では、７００℃まで問題なく昇温することができたが、図４の帯状領域２４の温度低下の影響により、５００℃および７００℃のいずれにおいても温度均一性が大幅に悪化した。また試料８および試料９では、５００℃における温度均一性は良好であったが、漏電が発生して電流が不安定になったため、７００℃まで昇温することができなかった。
【符号の説明】
【００５２】
１ 基板保持体
１ａ 載置面
２ 抵抗発熱体
３ 給電端子
７ ウェハ温度計
８ 測温素子
２１ 同心円状部分
２１ａ 円弧状パターン
２１ｂ 折り返しパターン
２２ 直線状部分
２４ 帯状領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の載置面とは反対側の面もしくは内部に半導体基板の加熱用の抵抗発熱体を備えた基板保持体であって、前記抵抗発熱体は円弧状パターンおよび折り返しパターンを交互に接続して構成される同心円状部分と、該同心円状部分を構成する複数の折り返しパターンのうち、互いに向かい合う折り返しパターン同士の間の領域に延在する直線状部分とからなり、前記抵抗発熱体に給電するための１対の給電端子が該同心円状部分に接続されていることを特徴とする半導体基板加熱用の基板保持体。
【請求項２】
前記互いに向かい合う折り返しパターン同士は前記基板保持体の周方向において向かい合っており、前記直線状部分は前記基板保持体の半径方向に延在していることを特徴とする、請求項１に記載の半導体基板加熱用の基板保持体。
【請求項３】
前記同心円状部分は前記直線状部分の両側に１つずつ設けられており、これら２つの同心円状部分は互いに前記直線状部分を介して接続していることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体基板加熱用の基板保持体。
【請求項４】
前記直線状部分は、前記１対の給電端子との接続部の間で延在する前記抵抗発熱体の略中間に位置していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体基板加熱用の基板保持体。
【請求項１】
半導体基板の載置面とは反対側の面もしくは内部に半導体基板の加熱用の抵抗発熱体を備えた基板保持体であって、前記抵抗発熱体は円弧状パターンおよび折り返しパターンを交互に接続して構成される同心円状部分と、該同心円状部分を構成する複数の折り返しパターンのうち、互いに向かい合う折り返しパターン同士の間の領域に延在する直線状部分とからなり、前記抵抗発熱体に給電するための１対の給電端子が該同心円状部分に接続されていることを特徴とする半導体基板加熱用の基板保持体。
【請求項２】
前記互いに向かい合う折り返しパターン同士は前記基板保持体の周方向において向かい合っており、前記直線状部分は前記基板保持体の半径方向に延在していることを特徴とする、請求項１に記載の半導体基板加熱用の基板保持体。
【請求項３】
前記同心円状部分は前記直線状部分の両側に１つずつ設けられており、これら２つの同心円状部分は互いに前記直線状部分を介して接続していることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体基板加熱用の基板保持体。
【請求項４】
前記直線状部分は、前記１対の給電端子との接続部の間で延在する前記抵抗発熱体の略中間に位置していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の半導体基板加熱用の基板保持体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−２６４２８（Ｐ２０１３−２６４２８Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５９５４４（Ｐ２０１１−１５９５４４）
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２１日（２０１１．７．２１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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