JP5875882B2 - Ceramic heater - Google Patents
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Description
本発明は、セラミックヒータに関する。 The present invention relates to a ceramic heater.
従来、セラミックヒータとしては、ウェハ載置面を有するセラミック基体と、そのセラミック基体に内蔵された抵抗発熱体と、セラミック基体の内部に形成された冷却通路と、セラミック基体のうちウェハ載置面と反対側の面から冷却通路に向かって冷却ガスを導入するガス導入路とを備えたものが知られている(例えば特許文献1の段落0024〜0025参照)。こうしたセラミックヒータは、例えばウェハをプラズマで処理する際に用いられる。プラズマで処理する場合、プラズマからウェハへの入熱によってウェハの温度が上昇するため、抵抗発熱体のオンオフ制御や電流制御だけではウェハを所望の温度に維持することができないことがある。そのような場合、ウェハの温度を低くするために、窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスを冷却ガスとしてガス導入路から冷却通路に導入する。 Conventionally, as a ceramic heater, a ceramic substrate having a wafer mounting surface, a resistance heating element built in the ceramic substrate, a cooling passage formed inside the ceramic substrate, a wafer mounting surface of the ceramic substrate, There is known one provided with a gas introduction path for introducing a cooling gas from the opposite surface toward the cooling passage (see, for example, paragraphs 0024 to 0025 of Patent Document 1). Such a ceramic heater is used, for example, when processing a wafer with plasma. When processing with plasma, the temperature of the wafer rises due to heat input from the plasma to the wafer. Therefore, the wafer may not be maintained at a desired temperature only by on / off control or current control of the resistance heating element. In such a case, in order to lower the temperature of the wafer, an inert gas such as nitrogen gas or argon gas is introduced as a cooling gas from the gas introduction path into the cooling passage.
しかしながら、上述したセラミックヒータでは、冷却通路に導入した冷却ガスに起因してウェハの温度にムラが生じることがあった。すなわち、上述したセラミックヒータでは、冷却通路は、セラミック基体内でウェハ設置面に沿う方向に形成されているのに対して、ガス導入路は、ウェハ載置面と直交する方向に形成されている。そのため、ガス導入路を通過してきた冷却ガスが冷却通路内の壁面(つまりセラミック基体)に突き当たる。その場合、冷却ガスが突き当たる箇所は他の箇所に比べて過度に冷却され、ウェハの温度にムラが生じる。 However, in the ceramic heater described above, the temperature of the wafer may be uneven due to the cooling gas introduced into the cooling passage. That is, in the ceramic heater described above, the cooling passage is formed in a direction along the wafer mounting surface in the ceramic base, whereas the gas introduction path is formed in a direction orthogonal to the wafer mounting surface. . Therefore, the cooling gas that has passed through the gas introduction path hits the wall surface (that is, the ceramic substrate) in the cooling path. In that case, the location where the cooling gas strikes is excessively cooled as compared with other locations, and the temperature of the wafer becomes uneven.
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、ウェハ載置面に大きな温度差を生じさせることなく冷却することを主目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and a main object of the present invention is to cool the wafer mounting surface without causing a large temperature difference.
本発明のセラミックヒータは、
ウェハ載置面を有するセラミック基体と、
前記セラミック基体に内蔵され、前記ウェハ載置面の全体にわたって配線された抵抗発熱体と、
前記セラミック基体の内部に形成され、前記ウェハ載置面の全体にわたって冷却ガスが通過するよう形成された冷却通路と、
前記セラミック基体のうち前記ウェハ載置面と反対側の面から前記冷却通路に向かって前記冷却ガスを導入するガス導入路と、
を備えたセラミックヒータであって、
前記ガス導入路には、前記ガス導入路を通過してきた冷却ガスが前記セラミック基体に突き当たるのを回避する回避部が設けられている
ものである。
The ceramic heater of the present invention is
A ceramic substrate having a wafer mounting surface;
A resistance heating element built in the ceramic substrate and wired over the entire wafer mounting surface;
A cooling passage formed inside the ceramic substrate and configured to allow cooling gas to pass over the entire wafer mounting surface;
A gas introduction path for introducing the cooling gas from a surface of the ceramic base opposite to the wafer mounting surface toward the cooling passage;
A ceramic heater comprising:
The gas introduction path is provided with an avoidance portion for avoiding the cooling gas that has passed through the gas introduction path from hitting the ceramic substrate.
このセラミックヒータでは、抵抗発熱体によってウェハ載置面に載置されたウェハを加熱し、ガス導入路から冷却通路へ導入される冷却ガスによってウェハ載置面に載置されたウェハを冷却する。ここで、ガス導入路には、ガス導入路を通過してきた冷却ガスがセラミック基体に突き当たるのを回避する回避部が設けられている。冷却ガスがセラミック基体に突き当たると、その突き当たった箇所が過度に冷却されるが、ここでは回避部が設けられているため、そのような過度に冷却される箇所は生じない。したがって、ウェハ載置面に大きな温度差を生じさせることなく冷却することができる。 In this ceramic heater, the wafer placed on the wafer placement surface is heated by the resistance heating element, and the wafer placed on the wafer placement surface is cooled by the cooling gas introduced from the gas introduction path to the cooling passage. Here, the gas introduction path is provided with an avoidance portion for avoiding the cooling gas that has passed through the gas introduction path from hitting the ceramic substrate. When the cooling gas hits the ceramic substrate, the hitting portion is excessively cooled. However, since the avoiding portion is provided here, such an excessively cooled portion does not occur. Therefore, the wafer mounting surface can be cooled without causing a large temperature difference.
本発明のセラミックヒータにおいて、前記回避部は、前記ガス導入路を前記冷却通路に沿うようにカーブさせることにより形成されていてもよい。こうすれば、ガス導入路から冷却通路へ導入される冷却ガスが冷却通路内で突き当たることがないため、過度に冷却される箇所が生じにくくなる。 In the ceramic heater according to the present invention, the avoidance portion may be formed by curving the gas introduction path along the cooling passage. If it carries out like this, since the cooling gas introduce | transduced into a cooling channel from a gas introduction path does not collide in a cooling channel, it will become difficult to produce the location cooled too much.
本発明のセラミックヒータにおいて、前記回避部は、前記ガス導入路を通過してきた冷却ガスが突き当たる衝突面と、前記衝突面の背面に設けられた段差部とを備え、前記段差部と前記セラミック基体との間にはスペースが形成されていてもよい。こうすれば、冷却ガスは衝突面に突き当たるため、この衝突面は過度に冷却されることがあるが、その衝突面の背面に設けられた段差部とセラミック基体との間にはスペースが存在するため、衝突面の温度はスペースを介してセラミック基体に伝わる。したがって、セラミック基体は過度に冷却された衝突面の影響を受けにくい。 In the ceramic heater of the present invention, the avoiding portion includes a collision surface on which the cooling gas that has passed through the gas introduction path abuts, and a step portion provided on the back surface of the collision surface, and the step portion and the ceramic base body A space may be formed between the two. In this case, since the cooling gas hits the collision surface, the collision surface may be excessively cooled, but there is a space between the stepped portion provided on the back surface of the collision surface and the ceramic base. For this reason, the temperature of the collision surface is transmitted to the ceramic substrate through the space. Therefore, the ceramic substrate is not easily affected by the excessively cooled collision surface.
本発明のセラミックヒータにおいて、前記冷却通路は、複数の分割通路で構成され、前記回避部は、前記ガス導入路のうち各分割通路と連結する箇所に設けられていてもよい。冷却ガスは冷却通路を通過している間に熱を帯びるため、冷却通路の出口付近では、入口と比べて冷却効率が劣る。しかし、ここでは冷却通路を複数の分割通路で構成しているため、各分割通路をみると入口と出口とで温度差が生じるものの、複数に分割されていない場合に比べてその温度差は小さくなる。 In the ceramic heater according to the present invention, the cooling passage may be constituted by a plurality of divided passages, and the avoidance portion may be provided at a location connected to each divided passage in the gas introduction passage. Since the cooling gas is heated while passing through the cooling passage, the cooling efficiency is inferior to that of the inlet near the outlet of the cooling passage. However, since the cooling passage is composed of a plurality of divided passages here, there is a temperature difference between the inlet and the outlet in each divided passage, but the temperature difference is small compared to the case where it is not divided into a plurality of divided passages. Become.
こうした場合において、前記分割通路は、前記ウェハ載置面を所定数の扇形領域に等分割したときの各扇形領域に対応して設けられた通路としてもよい。こうすれば、各分割通路は同じ大きさの扇形領域を冷却することになるため、扇形領域ごとに温度差が生じにくい。なお、等分割とは、正確に等しくなるように分割されている場合のほか、社会通念上等しいと考えられる程度に分割されている場合も含む。 In such a case, the division passage may be a passage provided corresponding to each sector area when the wafer mounting surface is equally divided into a predetermined number of sector areas. By doing so, each divided passage cools the fan-shaped region of the same size, so that a temperature difference hardly occurs in each fan-shaped region. Note that the equal division includes not only the case where the division is made to be exactly the same, but also the case where the division is made to the extent that it is considered to be the same based on social wisdom.
本発明のセラミックヒータにおいて、前記ガス導入路と前記冷却通路との連結箇所では、前記ガス導入路のガス噴出口の断面積の方が前記冷却通路の断面積よりも小さくなるように形成されていてもよい。ガス導入路のガス噴出口の断面積が冷却通路の断面積と同じ場合には、ガス導入路から冷却通路に入った途端に冷却ガスが冷却通路の壁に接触しやすいため、連結箇所の温度低下を招きやすい。しかし、ガス導入路のガス噴出口の断面積が冷却通路の断面積より小さい場合には、ガス導入路から冷却通路に入ったとしても冷却ガスは直進性が維持されるため、冷却通路の壁にすぐに接触することはなく、連結箇所の温度低下を招きにくい。 In the ceramic heater of the present invention, the cross-sectional area of the gas outlet of the gas introduction path is formed to be smaller than the cross-sectional area of the cooling path at the connection point between the gas introduction path and the cooling passage. May be. When the cross-sectional area of the gas outlet of the gas introduction path is the same as the cross-sectional area of the cooling passage, the cooling gas tends to contact the wall of the cooling passage as soon as it enters the cooling passage from the gas introduction path. It tends to cause a temperature drop. However, if the cross-sectional area of the gas outlet of the gas introduction path is smaller than the cross-sectional area of the cooling passage, the cooling gas remains straight even if it enters the cooling passage from the gas introduction path. It does not come into contact immediately, and it is difficult to cause a temperature drop at the connection point.
[第1実施形態]
図1は半導体製造装置用部材10の縦断面図、図2はA−A断面図(ガス導入路34は図示略)である。なお、説明中、上下、左右、前後を用いることがあるが、これは相対的な位置関係を表すのに用いているだけであるから、例えば上を下に、左を右に、前を後に置き換えても構わない。
[First Embodiment]
1 is a longitudinal sectional view of a semiconductor
半導体製造装置用部材10は、セラミックヒータ20と、このセラミックヒータ20の下面に接合された中空のシャフト40とを備えている。
The semiconductor
セラミックヒータ20は、ウェハ載置面22aを有するセラミック基体22と、このセラミック基体22に内蔵された抵抗発熱体28と、セラミック基体22の内部に形成された冷却通路30と、冷却通路30に冷却ガスを導入するガス導入路34とを備えている。
The
セラミック基体22は、窒化アルミニウムやアルミナなどに代表されるセラミック材料からなる円盤状のプレートである。このセラミック基体22は、一対のセラミックディスク24,26を接合したものである。上方のセラミックディスク24には、抵抗発熱体28が埋設されている。下方のセラミックディスク26の上面には、冷却通路用の溝32が形成されている。この溝32は、上方のセラミックディスク24の下面と下方のセラミックディスク26の上面とが接合されることにより冷却通路30となる。
The
抵抗発熱体28は、一端28aから一筆書きの要領でウェハ載置面22aの全体にわたって配線されたあと他端28bに至るように形成されている。なお、一端28aと他端28bには図示しない給電線を介して電力が供給される。この給電線は、シャフト40の中空内部に配設される。
The
冷却通路30は、ウェハ載置面22aの全体にわたって冷却ガスが通過するように形成されている。この冷却通路30を構成する溝32は、図2に示す形状に形成されている。すなわち、溝32は、セラミック基体22の中心から半径方向に沿って外周の近傍まで延び、そこから周方向に沿って約1周したあとUターンし、再び周方向に沿って約1周するというパターンを繰り返し、最終的に中心に戻るように形成されている。この溝32のうちシャフト40の中空内部に面する中央部32cは、セラミックディスク26を上下方向に貫通している。この中央部32cは、冷却通路30を構成しない。図2において、白抜き矢印の部分が冷却通路30のガス入口30a(つまりガス導入路34との連結箇所)、黒抜き矢印の部分がガス出口30bになっている。
The
ガス導入路34は、シャフト40の中空内部を下方からセラミック基体22に向かって伸びるガスパイプ36と、このガスパイプ36の先端に設けられたノズル38とを備えている。こうしたガス導入路34は、例えばSUSやインコネルによって形成されている。ガスパイプ36の先端側は、カーブ部分36aで冷却通路30に沿うようにカーブして、方向が約90°変わっている。このカーブ部分36aが存在しているため、ガス導入路34を通過してきた冷却ガスは、セラミック基体22に突き当たることが回避される。このカーブ部分36aが本発明の回避部に相当する。また、ノズル38は、冷却通路30のガス入口30aに固定されている。ノズル38のガス噴出口の断面積は、冷却通路30の断面積よりも小さくなるように形成されている。
The
次に、半導体製造装置用部材10の製造例について説明する。まず、セラミックディスク24,26の原料となるセラミック原料粉を用意する。セラミックディスク24は、金型内で抵抗発熱体28をセラミック原料粉に埋設し、そのセラミック原料粉を加圧して円盤状のセラミック成形体とし、そのセラミック成形体をホットプレス焼成することにより得られる。あるいは、2枚のセラミック成形体を作製し、その間に抵抗発熱体28を挟み込んだものをホットプレス焼成してセラミックディスク24としてもよいし、1枚のセラミック焼結体と1枚のセラミック成形体を作製し、その間に抵抗発熱体28を挟み込んだものをホットプレス焼成してセラミックディスク24としてもよい。また、セラミックディスク26は、セラミック原料粉を円盤状に成形し、それをホットプレス焼成して焼結体としたあと、その上面に研削加工又はブラスト加工で溝32を形成することにより得られる。続いて、セラミックディスク24,26を固相接合することにより、セラミック基体22を得る(固相接合の詳細は、特開平8−73280号公報を参照)。なお、固相接合だけでなく、ロウ接合(TCB接合を含む)も適用できる。続いて、セラミック基体22の下面中央にシャフト40を接合する。最後に、先端にノズル38を有しカーブ部分36aが形成されたガスパイプ36をシャフト40の中空内部の下方から上に向かって挿入し、ノズル38を冷却通路30のガス入口30aに差し込んで固定する。
Next, a manufacturing example of the semiconductor
次に、半導体製造装置用部材10の使用例について説明する。半導体製造装置用部材10は、例えばウェハをプラズマ処理する際に用いられる。その場合、まず、セラミックヒータ20のウェハ載置面22aにウェハを載置し、ウェハの温度が設定温度(例えば200〜300℃)となるように、抵抗発熱体28への電流を制御したり、冷却通路30への冷却ガスの供給量を制御したりする。具体的には、抵抗発熱体28によってウェハ載置面22aに載置されたウェハを加熱し、ガス導入路34から冷却通路30へ導入される冷却ガスによってウェハ載置面22aに載置されたウェハを冷却する。ここで、本実施形態では、ガス導入路34を構成するガスパイプ36にカーブ部分36aが存在しているため、ガス導入路34を通過してきた冷却ガスは、セラミック基体22に突き当たることが回避される。
Next, the usage example of the
以上説明した本実施形態の半導体製造装置用部材10によれば、ガス導入路34を通過してきた冷却ガスは、セラミック基体22に突き当たることが回避されているため、ウェハ載置面22aに大きな温度差を生じさせることなく冷却することができる。すなわち、冷却ガスがセラミック基体22に突き当たると、その突き当たった箇所が過度に冷却されるが、ここでは突き当たることが回避されているため、そのような過度に冷却される箇所は生じない。
According to the semiconductor
また、冷却通路30のガス入口30aでは、ガス導入路34のノズル38のガス噴出口の断面積は、冷却通路30の断面積よりも小さいため、この点でもガス入口30aでの温度低下を招きにくい。すなわち、両方の断面積の大きさが同じ場合には、冷却ガスはガス導入路34から冷却通路30に入った途端に冷却通路30の壁に接触するため、ガス入口30aの温度低下を招きやすい。しかし、本実施形態では、ガス導入路34のノズル38のガス噴出口の断面積は、冷却通路30の断面積よりも小さいため、ガス導入路34から冷却通路30に入った冷却ガスは直進性がある程度維持される。そのため、冷却ガスが冷却通路30の壁にすぐに接触することはなく、ガス入口30aでの温度低下を招きにくい。
Further, at the
[第2実施形態]
図3は半導体製造装置用部材60の縦断面図、図4はB−B断面図(ガス導入路84は図示略)、図5はセラミックディスク76の下面図、図6は分岐ノズル88の説明図であり、(a)は平面図、(b)はC−C断面図である。
[Second Embodiment]
3 is a longitudinal sectional view of the semiconductor
半導体製造装置用部材60は、セラミックヒータ70と、このセラミックヒータ70の下面に接合された中空のシャフト90とを備えている。
The semiconductor
セラミックヒータ70は、ウェハ載置面72aを有するセラミック基体72と、このセラミック基体72に内蔵された抵抗発熱体78と、セラミック基体72の内部に形成された冷却通路80と、冷却通路80に冷却ガスを導入するガス導入路84とを備えている。
The
セラミック基体72は、窒化アルミニウムやアルミナなどに代表されるセラミック材料からなる円盤状のプレートである。このセラミック基体72は、一対のセラミックディスク74,76を接合したものである。上方のセラミックディスク74には、抵抗発熱体78が埋設されている。下方のセラミックディスク76の上面には、冷却通路用の溝82が形成されている。この溝82は、上方のセラミックディスク74の下面と下方のセラミックディスク76の上面とが接合されることにより冷却通路80となる。
The
抵抗発熱体78は、一端78aから一筆書きの要領でウェハ載置面72aの全体にわたって配線されたあと他端78bに至るように形成されている。なお、一端78aと他端78bには図示しない給電線を介して電力が供給される。この給電線は、シャフト90の中空内部に配設される。
The
冷却通路80は、ウェハ載置面72aの全体にわたって冷却ガスが通過するように形成されている。この冷却通路80を構成する溝82は、図4に示す形状に形成されている。この溝82のうちシャフト90の中空内部に面している溝幅の狭い十字状の中央部82cは、分岐ノズル88が嵌め込まれる箇所であるため、冷却通路80を構成しない。つまり、冷却通路80は、溝82のうち中央部82cを除いた溝幅の広い部分となる。また、冷却通路80は、ウェハ載置面72aを4つの扇形領域に等分割し、各扇形領域に形成された分割通路81によって構成されている。各分割通路81は、十字状の中央部82cとの接続箇所81aから半径方向に沿って外周の近傍まで延び、そこから周方向に沿って約4分の1周したあとUターンし、再び周方向に沿って約4分の1周するというパターンを繰り返し、最終的に中心近傍の終端81bに至るように形成されている。十字状の中央部82cは、セラミックディスク76を上下方向に貫通している(図5参照)。また、各分割通路81の終端81bも、セラミックディスク76を上下方向に貫通している(図5参照)。
The
ガス導入路84は、シャフト90の中空内部を下方からセラミック基体72に向かって直線的に伸びるガスパイプ86と、このガスパイプ86の先端に設けられた分岐ノズル88とを備えている。こうしたガス導入路84は、例えばSUSやインコネルによって形成されている。分岐ノズル88は、図6に示すように、上から見た形状が十字状であり、下面中央に上下方向に延びるガスパイプ86の先端が連結され、そこから前後左右の4方向に分岐している。分岐ノズル88の上面には、ザグリすなわち段差部88aが設けられ、図3の部分拡大図に示すように、段差部88aとセラミック基体72(セラミックディスク74)との間にはスペースSが存在している。ガスパイプ86を下から上へ流れる冷却ガスは、段差部88aの内側である衝突面88bに衝突するが、スペースSが存在しているため、セラミック基体72に突き当たることが回避される。この段差部88a及び衝突面88bが本発明の回避部に相当する。また、分岐ノズル88は、溝82の十字状の中央部82cに嵌め込まれた状態で固定されている。分岐ノズル88のガス噴出口の断面積は、冷却通路80の断面積よりも小さくなるように形成されている。
The
半導体製造装置用部材60の製造例については、第1実施形態とほぼ同じであるため、ここではその説明を省略する。
An example of manufacturing the semiconductor
次に、半導体製造装置用部材60の使用例について説明する。半導体製造装置用部材60は、例えばウェハをプラズマ処理する際に用いられる。その場合、まず、セラミックヒータ70のウェハ載置面72aにウェハを載置し、ウェハの温度が設定温度(例えば200〜300℃)となるように、抵抗発熱体78への電流を制御したり、冷却通路80への冷却ガスの供給量を制御したりする。具体的には、抵抗発熱体78によってウェハ載置面72aに載置されたウェハを加熱し、ガス導入路84から冷却通路80へ導入される冷却ガスによってウェハ載置面72aに載置されたウェハを冷却する。ここで、本実施形態のセラミックヒータ70は、図3の部分拡大図に示すように、ガス導入路84を通過してきた冷却ガスが突き当たる分岐ノズル88の衝突面88bと、衝突面88bの背面に設けられた段差部88aとを備え、段差部88aとセラミック基体72との間にはスペースSが形成されている。そして、冷却ガスは、衝突面88bに突き当たったあと冷却通路80(分割通路81)へ進入していく。そのため、衝突面88bは過度に冷却されることがあるが、その衝突面88bの背面に設けられた段差部88aとセラミック基体72との間にはスペースSが存在するため、衝突面88bの温度はスペースSを介してセラミック基体72に伝わる。
Next, a usage example of the semiconductor
以上説明した本実施形態の半導体製造装置用部材60によれば、ガス導入路84を通過してきた冷却ガスは、セラミック基体72に突き当たることが回避されているため、ウェハ載置面72aに大きな温度差を生じさせることなく冷却することができる。すなわち、冷却ガスは衝突面88bに突き当たるため、この衝突面88bは過度に冷却されることがあるが、段差部88aとセラミック基体72との間にはスペースSが存在するため、衝突面88bの温度はスペースSを介してセラミック基体72に伝わる。したがって、セラミック基体72は過度に冷却された衝突面88bの影響を受けにくく、ウェハ載置面72aに大きな温度差を生じさせることなく冷却することができる。
According to the semiconductor
また、冷却通路80は、4つの分割通路81で構成されているため、各分割通路81をみると入口と出口とで温度差が生じるものの、複数に分割されていない場合に比べてその温度差は小さくなる。
In addition, since the
更に、分割通路81は、ウェハ載置面72aを4つの扇形領域に等分割したときの各扇形領域に対応して設けられており、同じ大きさの扇形領域を冷却することになるため、扇形領域ごとに温度差が生じにくい。
Further, the dividing
更にまた、各分割通路81と分岐ノズル88との連結箇所では、分岐ノズル88のガス噴出口の断面積は、分割通路81の断面積よりも小さいため、この点でも連結箇所での温度低下を招きにくい。その理由は、第1実施形態で説明した通りである。
Furthermore, since the cross-sectional area of the gas outlet of the
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes as long as it belongs to the technical scope of the present invention.
例えば、上述した第1実施形態において、ガス導入路34の代わりに、図7に示すような第2実施形態のガス導入路84と類似のガス導入路134を採用してもよい。この場合、ガスパイプ136を下から上へ通過してきた冷却ガスは、ノズル138の衝突面138bに衝突するため衝突面138bは過度に冷却されやすい。しかし、衝突面138bの背面に設けられた段差部138aとセラミック基体22(セラミックディスク24)との間にはスペースSが存在している。そのため、衝突面138bの温度はスペースSを介してセラミック基体72のセラミックディスク24に伝わる。したがって、セラミック基体72は過度に冷却された衝突面138bの影響を受けにくい。また、ノズル138のガス噴出口の断面積は、冷却通路30の断面積より小さくなるように形成されているため、この点でも連結箇所での温度低下を招きにくい。
For example, in the first embodiment described above, a
上述した第2実施形態において、ガス導入路84の代わりに、図8に示すような第1実施形態のガス導入路34と類似のガス導入路184を採用してもよい。この場合、ガス導入路184は、シャフト90の中空内部を下方からセラミック基体22に向かって伸びて先端側が4つに分岐しているガスパイプ186と、このガスパイプ186の各先端に設けられたノズル188とを備えている。ガスパイプ186の各分岐部は、カーブ部分186aで冷却通路80の各分割通路81に沿うようにカーブして、方向が約90°変わっている。このカーブ部分186aが存在しているため、ガス導入路184を通過してきた冷却ガスは、セラミック基体22に突き当たることが回避される。また、ノズル188のガス噴出口の断面積は、分割通路81の断面積より小さくなるように形成されているため、この点でも連結箇所での温度低下を招きにくい。
In the second embodiment described above, a
上述した第1及び第2実施形態では、セラミックヒータ20,70のセラミック基体22,72に抵抗発熱体28,78を内蔵したが、それに加えて、静電チャックとして機能させるための静電電極を内蔵したり、プラズマを発生させるための高周波電極を内蔵したりしてもよい。
In the first and second embodiments described above, the
上述した第1及び第2実施形態では、抵抗発熱体28,78を一筆書きの要領でウェハ載置面22a,72aの全面にわたって配線したが、ウェハ載置面22aを複数の領域に分割して各領域ごとに一筆書きの要領で抵抗発熱体を配線してもよい。
In the first and second embodiments described above, the
[実施例1]
第1実施形態の半導体製造装置用部材10を作製した。セラミック基体22は、直径が350mm、厚さが20mmのものを使用し、シャフト40は、高さが200mm、外径が40mm、内径が34mm、フランジの外径が70mmのものを使用した。冷却通路30は、断面が矩形で、幅を10mm、深さを5mmとし、ノズル38は、内径を3mmとした。この半導体製造装置用部材10において、ウェハ載置面22aの表面温度が200℃になるように抵抗発熱体28への電流と冷却通路30への冷却ガスの供給量を制御し、そのときのウェハ載置面22aの温度分布を計測した。その結果を図9に示す。図9には、冷却通路30(溝32)及びガス入口30aも併せて示した。図9から明らかなように、冷却通路30のガス入口30aの周囲は温度が若干低くなる傾向がみられたが、温度レンジは4℃であった。
[Example 1]
A
[比較例1]
第1実施形態の半導体製造装置用部材10において、ガスパイプ36及びノズル38の代わりに、図10に示すように、冷却通路30のガス入口30aにシャフト40の周壁の内部を上下方向に貫通するガス導入路234を連結し、冷却通路30のガス出口30bにシャフト40の周壁の内部を上下方向に貫通するガス排出路235を連結したものを用意した。セラミック基体22やシャフト40、冷却通路30の寸法は実施例1と同じとし、ガス導入路234は内径を5mmとした。そして、実施例1と同様にして温度分布を計測した。その結果を図11に示す。図11にも、冷却通路30(溝32)及びガス入口30aを併せて示した。図11から明らかなように、冷却通路30のうち冷却ガスがセラミック基体に突き当たる部分(ガス入口30aの近傍)は、温度が極度に低下した。そのため、温度レンジは7℃であった。
[Comparative Example 1]
In the semiconductor
比較例1では、ガス導入路234から供給される冷却ガスはセラミック基体22に突き当たるため、その突き当たった箇所が極度に冷却されてしまい、その結果、温度レンジが大きな値になった。これに対して、実施例1では、ガス導入路34から供給される冷却ガスはセラミック基体22に突き当たることがないこと、また、ノズル38のガス噴出口の断面積は冷却通路30の断面積よりも小さく、冷却ガスが冷却通路30の壁にすぐに接触することがないこと等により、温度レンジが小さく抑えられた。
In Comparative Example 1, since the cooling gas supplied from the
[実施例2]
実施例1と同様にして、第1実施形態の半導体製造装置用部材10を作製した。但し、ノズルは、内径2mmとした。そして、実施例1と同様にして温度分布を計測した。その結果を図12に示す。図12にも、冷却通路30(溝32)及びガス入口30aを併せて示した。図12から明らかなように、冷却通路30のガス入口30aの周囲は温度が若干低くなる傾向がみられたが、温度レンジは実施例1よりも小さく、3℃であった。このように実施例1よりも温度レンジが小さくなったのは、ノズル38のガス噴出口の断面積が一層小さくなったことで、冷却ガスの直進性が顕著となり、冷却ガスが冷却通路30の壁に接触するまでの区間が伸びたからだと考えられる。
[Example 2]
In the same manner as in Example 1, the semiconductor
[実施例3]
第2実施形態の半導体製造装置用部材60を作製した。セラミック基体72は、直径が350mm、厚さが20mmのものを使用し、シャフト90は、高さが200mm、外径が40mm、内径が34mm、フランジの外径が70mmのものを使用した。冷却通路80は、断面が矩形で、幅を10mm、深さを5mmとし、分岐ノズル88は、内径を2mmとした。そして、実施例1と同様にして温度分布を計測した。その結果を図13に示す。図13には、冷却通路80(溝82)、分割通路81も併せて示した。図13から明らかなように、各分割通路81の入口の周囲は温度が若干低くなる傾向がみられたが、温度レンジは実施例1,2よりも小さく、1.2℃であった。その原因は、実施例1,2と同様、ガス導入路84から供給される冷却ガスはセラミック基体72に突き当たることがないことや、分岐ノズル88のガス噴出口の断面積は冷却通路80の断面積よりも小さく、冷却ガスが冷却通路80の壁にすぐに接触することがないことにあるが、加えて、以下の原因が考えられる。すなわち、冷却通路80を4つの分割通路81に分割したため、冷却ガスの温度が分割通路81を通過中に上昇しにくくなり、分割通路81の出口付近での冷却効率が向上したからだと考えられる。なお、実施例3において、ウェハ載置面をイン領域(円盤状のウェハ載置面と中心を共通にする小円領域)とアウト領域(小円領域の外側の環状領域)とに分け、各領域ごとに抵抗発熱体を配線することにより、イン領域とアウト領域とを独立に温度制御できる構造(2ゾーン構造)とした場合、温度レンジは0.8℃となり、均熱性が一層向上した。
[Example 3]
The
[実施例4]
実施例3では、冷却通路80を4つの分割通路81に分けて構成したが、実施例4では、冷却通路を6つの分割通路に分けて構成した。具体的には、ウェハ載置面を6つの扇形領域に等分割し、6つの扇形領域のそれぞれに分割通路を設けた。また、分岐ノズルは、6方向に放射状に分岐したものを用いた。そうしたところ、温度分布では、190.2℃、190.6℃、191℃の3つの温度の等高線がウェハ載置面と中心を共通にする同心円状に現れた。温度レンジは0.8℃であり、実施例3に比べて均熱性が更に向上した。なお、実施例4においても、上述した2ゾーン構造とした場合、温度レンジは一層向上する。
[Example 4]
In the third embodiment, the
10 半導体製造装置用部材、20 セラミックヒータ、22 セラミック基体、22a ウェハ載置面、24,26 セラミックディスク、28 抵抗発熱体、28a 一端、28b 他端、30 冷却通路、30a ガス入口、30b ガス出口、30c 中心部、32 溝、34 ガス導入路、36 ガスパイプ、36a カーブ部分、38 ノズル、40 シャフト、60 半導体製造装置用部材、70 セラミックヒータ、72 セラミック基体、72a ウェハ載置面、74,76 セラミックディスク、78 抵抗発熱体、78a 一端、78b 他端、80 冷却通路、81 分割通路、81a 接続箇所、81b 終端、82 溝、82c 中央部、84 ガス導入路、86 ガスパイプ、88 分岐ノズル、88a 段差部、88b 衝突面、90 シャフト、134 ガス導入路、136 ガスパイプ、138 ノズル、138a 段差部、138b 衝突面、184 ガス導入路、186 ガスパイプ、186a カーブ部分、188 ノズル、234 ガス導入路、235 ガス排出路、S スペース
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記セラミック基体に内蔵され、前記ウェハ載置面の全体にわたって配線された抵抗発熱体と、
前記セラミック基体の内部に形成され、前記ウェハ載置面の全体にわたって冷却ガスが通過するよう形成された冷却通路と、
前記セラミック基体のうち前記ウェハ載置面と反対側の面から前記冷却通路に向かって前記冷却ガスを導入するガス導入路と、
を備えたセラミックヒータであって、
前記ガス導入路には、前記ガス導入路を通過してきた冷却ガスが前記セラミック基体に突き当たるのを回避する回避部が設けられ、
前記回避部は、前記ガス導入路を通過してきた冷却ガスが突き当たる衝突面と、前記衝突面の背面に設けられた段差部とを備え、前記段差部と前記セラミック基体との間にはスペースが形成されている、
セラミックヒータ。 A ceramic substrate having a wafer mounting surface;
A resistance heating element built in the ceramic substrate and wired over the entire wafer mounting surface;
A cooling passage formed inside the ceramic substrate and configured to allow cooling gas to pass over the entire wafer mounting surface;
A gas introduction path for introducing the cooling gas from a surface of the ceramic base opposite to the wafer mounting surface toward the cooling passage;
A ceramic heater comprising:
The gas introduction path is provided with an avoidance portion for avoiding the cooling gas that has passed through the gas introduction path from hitting the ceramic substrate ,
The avoiding portion includes a collision surface on which the cooling gas that has passed through the gas introduction path abuts, and a step portion provided on the back surface of the collision surface, and there is a space between the step portion and the ceramic base. Formed,
Ceramic heater.
前記セラミック基体に内蔵され、前記ウェハ載置面の全体にわたって配線された抵抗発熱体と、 A resistance heating element built in the ceramic substrate and wired over the entire wafer mounting surface;
前記セラミック基体の内部に形成され、前記ウェハ載置面の全体にわたって冷却ガスが通過するよう形成された冷却通路と、 A cooling passage formed inside the ceramic substrate and configured to allow cooling gas to pass over the entire wafer mounting surface;
前記セラミック基体のうち前記ウェハ載置面と反対側の面から前記冷却通路に向かって前記冷却ガスを導入するガス導入路と、 A gas introduction path for introducing the cooling gas from a surface of the ceramic base opposite to the wafer mounting surface toward the cooling passage;
を備えたセラミックヒータであって、 A ceramic heater comprising:
前記ガス導入路には、前記ガス導入路を通過してきた冷却ガスが前記セラミック基体に突き当たるのを回避する回避部が設けられ、 The gas introduction path is provided with an avoidance portion for avoiding the cooling gas that has passed through the gas introduction path from hitting the ceramic substrate,
前記ガス導入路と前記冷却通路との連結箇所では、前記ガス導入路のガス噴出口の断面積の方が前記冷却通路の断面積よりも小さくなるように形成されている、 At the connection point between the gas introduction path and the cooling passage, the cross-sectional area of the gas outlet of the gas introduction path is formed to be smaller than the cross-sectional area of the cooling passage.
セラミックヒータ。 Ceramic heater.
請求項2に記載のセラミックヒータ。 The avoidance portion is formed by curving the gas introduction path along the cooling passage.
The ceramic heater according to claim 2 .
請求項1〜3のいずれか1項に記載のセラミックヒータ。 The cooling passage is composed of a plurality of divided passages, and the avoidance portion is provided at a location where the gas introduction passage is connected to each divided passage.
The ceramic heater according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載のセラミックヒータ。
The division passage is a passage provided corresponding to each sector when the wafer mounting surface is equally divided into a predetermined number of sector regions.
The ceramic heater according to claim 4.
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