JP3952875B2 - Ceramic heater and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定パターンの発熱体を有するセラミックスヒータに関し、特に半導体製造装置や液晶製造装置等に用いられるセラミックスヒータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体や液晶の製造プロセスにおいては、ウエハ等を加熱して処理する工程として、コーターデベロッパーでのフォトリソグラフィーにおける感光性樹脂の加熱硬化、Ｌｏｗ−ｋ膜のような低誘電率の絶縁膜の加熱焼成、配線や絶縁層形成におけるＣＶＤ膜形成やエッチング等の工程がある。
【０００３】
これらの工程におけるウエハの温度制御のために、セラミックス基板に所定パターンの発熱体を設けたセラミックスヒータが使用されている。即ち、セラミックスヒータ上にウエハを保持し、発熱体で発生させた熱によってウエハを加熱しながら、所定の処理を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようなセラミックスヒータは、従来から、スクリーン印刷等の厚膜法やＣＶＤ法等の薄膜法を用いて、セラミックス基板上に所定のパターンに形成した発熱体を形成することにより製造されている。しかしながら、従来のセラミックスヒータにおいては、一般に発熱体の厚さに±１０％程度のばらつきが存在していた。また、発熱体パターンに対して、幅方向の滲みも発生しやすかった。
【０００５】
このような発熱体の厚さのばらつき及び幅方向の滲みは、そのまま発熱体の発熱分布に影響する。例えば、厚さが相対的に厚い部分は、抵抗値が小さくなるため発熱量が小さくなる。逆に、厚さが相対的に薄い部分は抵抗値が高くなり、発熱量が大きくなってしまう。このため、発熱体の厚さ分布によって、セラミックスヒータの温度分布が大きくばらつきやすいという問題があった。
【０００６】
特に近年では、半導体製造装置や液晶製造装置に使用されるサセプタ等において、セラミックスヒータの温度ばらつきが±１％以下のものが要求されており、従来の発熱体形成方法ではこの要求に十分な応えらなくなっている。
【０００７】
尚、特開２００２−４３０３１公報や特開２００２−８３６６８公報には、導体ペーストをスクリーン印刷して形成した発熱体を、レーザにてトリミングして精密な発熱体パターンを形成する方法が開示されている。
【０００８】
しかし、レーザトリミングなどの手法では、装置が比較的高価であるうえ、半導体製造装置や液晶製造装置用ヒータのように、セラミックスヒータ自体の寸法が大きくなり且つ発熱体パターンも複雑になると、全体にわたってトリミングすることで抵抗値を調製することは極めて難しくなっている。
【０００９】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、発熱体の厚みを均一化することができ、半導体製造装置や液晶製造装置用として要求される均一な温度分布を達成することが可能なセラミックスヒータ及びその製造方法を提供すること、並びにそのセラミックスヒータを用い半導体製造装置や液晶製造装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明が提供するセラミックスヒータは、セラミックス基板上に所定パターンの発熱体を有するセラミックスヒータであって、該発熱体はサンドブラスト処理又はドライエッチング処理により厚さが均一化されていて、該発熱体の厚さのばらつきが±５％以下、好ましくは±１％以下であることを特徴とする。
【００１１】
上記本発明のセラミックスヒータにおいては、前記発熱体におけるパターンの幅方向のばらつきが、設計値に対して±３％以下であることが好ましい。また、前記セラミックス基板は、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、炭化珪素、窒化珪素、ムライトから選ばれた１種からなることが好ましい。前記発熱体の主成分は、タングステン、モリブデン、銀、パラジウム、銅、白金、ニッケル、クロムから選ばれた少なくとも１種からなることが好ましい。
【００１２】
また、本発明が提供するセラミックスヒータの第１の製造方法は、セラミックス基板の表面上に発熱体膜を形成した後、該発熱体膜上にサンドブラスト又はドライエッチングによる除去速度が該発熱体膜と同じオーバーコート膜を、発熱体膜とオーバーコート膜の合計膜厚が全体に均一となるように形成し、該オーバーコート膜がなくなるまでサンドブラスト処理又はドライエッチング処理を行い、膜厚が均一化された発熱体膜にパターン形成することを特徴とする。
【００１３】
上記セラミックスヒータの第１の製造方法において、前記膜厚が均一化された発熱体膜にパターン形成する際に、サンドブラスト又はドライエッチングによって除去され難いレジストパターンを形成した後、サンドブラスト処理又はドライエッチング処理によりレジストパターンのない部分の発熱体膜を除去して、所定パターンの発熱体を形成することを特徴とする。
【００１４】
上記セラミックスヒータの第１の製造方法において、前記セラミックス基板の表面上に発熱体膜を形成する方法は、スクリーン印刷、ローラーコート、スピンコートのいずれかであることが好ましい。
【００１５】
本発明が提供するセラミックスヒータの第２の製造方法は、セラミックス基板の表面上に所定パターンの発熱体を形成した後、該発熱体上にサンドブラスト又はドライエッチングによる除去速度が該発熱体と同じオーバーコート膜を、発熱体とオーバーコート膜の合計膜厚が全体に均一となるように形成し、該オーバーコート膜がなくなるまでサンドブラスト処理又はドライエッチング処理を行い、発熱体の厚さを均一化することを特徴とする。
【００１６】
上記セラミックスヒータの第２の製造方法において、前記セラミックス基板の表面上に所定パターンの発熱体を形成する方法が、スクリーン印刷、蒸着、スパッタリングのいずれかであることが好ましい。
【００１７】
更に、本発明は、上記した本発明のセラミックスヒータが搭載されていることを特徴とする半導体製造・液晶製造装置を提供するものである。前記半導体製造・液晶製造装置としては、ＣＶＤ装置、コーターデベロッパー装置、Ｌｏｗ−ｋ焼成装置のいずれかであることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明においては、セラミックス基板上に発熱体を形成する際に、パターン形成されていない発熱体膜又は既にパターン形成された発熱体の厚さを、サンドブラスト処理又はドライエッチング処理により均一化する。これにより、最終的にパターン形成された発熱体の厚さのばらつきを±５％以下とすることができる。また、発熱体パターンの幅方向のばらつきについても、設計値に対して±３％以下とすることが可能である。
【００１９】
このようにパターン形成された発熱体の厚さを均一化することで、セラミックスヒータの抵抗値分布、即ち発熱体パターンの各部分における発熱量も安定し、温度分布を均一化することができる。更に、パターン形成された発熱体の厚みのばらつきを±１％以下とすれば、セラミックスヒータの温度分布を更に均一化することができる。
【００２０】
また、発熱体パターンの幅方向のばらつきも、小さくすることが好ましい。即ち、発熱体パターンは、シミュレーションや実測値によって予め設定されたパターン幅にしなければ、上記した厚みの場合と同様に、均一な温度分布を有するヒータを得ることはできない。本発明のセラミックスヒータでは、上記のごとく発熱体パターンの幅方向のばらつきを±３％以下とし得るため、より一層均一な温度分布が得られる。
【００２１】
かかる本発明のセラミックスヒータの製造方法について説明する。第１の製造方法では、図１（ａ）に示すように、まず、セラミックス基板１の表面上に通常の方法によりパターン化されていない発熱体膜２ａを形成する。発熱体膜２ａを形成する方法としては、ＣＶＤや蒸着などの薄膜法も使用できるが、スクリーン印刷、ローラーコート、スピンコートが好適である。これらの成膜方法は、薄膜法と比較して、比較的簡単に且つ安価に膜形成できるため好ましい。尚、このときの発熱体膜２ａの膜厚には、通常１０％程度のばらつきが存在する。
【００２２】
その後、図１（ｂ）に示すように、発熱体膜２ａ上に、サンドブラスト又はドライエッチングによる除去速度が発熱体膜２ａと同じオーバーコート膜３を形成する。その際、発熱体膜２ａとオーバーコート膜３の合計膜厚が、全体で均一となるように形成する。オーバーコート膜３の成膜方法としてはスピンコートが好適である。スピンコートによれば、オーバーコート膜３が発熱体膜２ａの厚みばらつきの影響を受けにくく、発熱体膜２ａとオーバーコート膜３の合計膜厚を全体に均一化しやすいため好適である。塗布後のオーバーコート膜３は、乾燥及びベーキングして発熱体膜２ａ上に焼き付ける。
【００２３】
尚、オーバーコート膜としては、使用する発熱体膜の材質に応じて、サンドブラスト又はドライエッチングによる除去速度が発熱体膜と同じ材質のものを適宜選択する。一般的には各種の樹脂から選択でき、例えばポリイミド樹脂などが好適に使用できる。
【００２４】
次に、図１（ｃ）に示すように、サンドブラスト処理又はドライエッチング処理により、オーバーコート膜３を除去していく。このサンドブラスト処理又はドライエッチング処理において、セラミックス基板１上に形成された発熱体膜２ａとオーバーコート膜３の除去速度が同一であるため、発熱体膜２ａは厚い部分から順次露出され、次第に厚い部分が除去された発熱体膜２ｂとなっていく。最終的に、図１（ｄ）に示すように、オーバーコート膜３を完全に除去することで、最も薄い部分の膜厚に均一化された発熱体膜２ｃが得られる。
【００２５】
尚、発熱体膜の厚みを均一化する手法として用いるサンドブラスト処理は、砥粒を対象物に吹き付けることにより、対象物を除去する方法である。砥粒の材質としてはアルミナや炭化珪素などが使用され、対象物である金属やセラミックスの材質によって吹き付け速度、砥粒の種類や粒径が選択される。この手法においては、装置やコストが比較的安価であることから好適である。また、ドライエッチング処理は、ガス種を選択することによって発熱体膜だけをエッチングすることができるため、その下層のセラミックス基板をエッチングすることが少ないという利点がある。
【００２６】
第１の製造方法では、上記のごとくセラミックス基板上の発熱体膜の膜厚を均一化した後、発熱体膜にパターン形成する。パターン形成の手法としては、フォトリソグラフィーの手法により発熱体膜上にレジストパターンを形成し、サンドブラスト処理又はドライエッチング処理により発熱体膜の一部を除去する方法が好ましい。
【００２７】
具体的には、感光性ドライフィルムなどのレジストを発熱体膜上に設けた後、その上に所定のパターンが描かれたパターンフィルムを設置して、露光、現像する。得られた所定パターンを有するレジストパターンの上から、サンドブラスト処理又はドライエッチング処理を行い、レジストパターンから露出した部分の発熱体膜を除去した後、レジストパターンを取り除くことにより、所定パターンの発熱体を有するセラミックスヒータが完成する。
【００２８】
発熱体膜上に設けるレジストパターンとしては、上記の感光性ドライフィルム以外にも、金属製やガラス製のレジストパターンを使用することができる。しかしながら、発熱体膜への密着性やパターン精度を考慮すると、感光性のドライフィルム又は液体レジストが好ましい。液体レジストに関しては、発熱体膜上にスピンコートなどの手法で塗布した後、ドライフィルムと同様に露光、現像することでパターン形成できる。
【００２９】
尚、セラミックス基板上に形成された発熱体膜の膜厚分布の均一化及びパターン形成に関して、上記のごとくサンドブラスト処理とドライエッチング処理が存在するが、これらを自由に組み合わせることができる。即ち、膜厚分布の均一化とパターン形成を同じ処理で行う以外にも、膜厚分布の均一化をサンドブラスト処理で行い、パターン形成をドライエッチング処理で実施したり、その逆に実施したりすることも可能である。
【００３０】
本発明の第２の製造方法においては、図２に示すように、最初に、セラミックス基板１上にスクリーン印刷等の手法で所定パターンを有する発熱体４ａを形成し、その後、上記と同様にサンドブラスト処理又はドライエッチング処理を用いて、所定パターンを有する発熱体４ａの膜厚の均一化を実施する。
【００３１】
例えば、図２（ａ）に示すように、最初に、通常のスクリーン印刷等の方法を用いて、所定パターンを有する発熱体４ａをセラミックス基板１上に直接形成する。スクリーン印刷等で直接形成された所定パターンを有する発熱体４ａは、パターンの幅方向両端で膜厚が厚くなり、中心部付近が薄くなる。従って、パターンの線幅が細くなるほど膜厚の薄い部分の領域が小さくなるため、一概に線幅を半分にしても発熱体の単位長さ当たり抵抗値は２倍にはならない。
【００３２】
そこで、第２の製造方法では、図２（ｂ）に示すように、所定パターンを有する発熱体４ａ上に、サンドブラスト又はドライエッチングによる除去速度が発熱体４ａと同じオーバーコート膜５を形成する。その際、所定パターンを有する発熱体４ａとオーバーコート膜５の合計膜厚が、全体にわたって均一となるように形成する。尚、オーバーコート膜５の成膜方法は、第１の製造方法の場合と同様に、スピンコートが好適である。
【００３３】
次に、図２（ｃ）に示すように、サンドブラスト処理又はドライエッチング処理により、オーバーコート膜５を除去していく。このサンドブラスト処理又はドライエッチング処理において、発熱体４ａとオーバーコート膜５の除去速度が同一であるため、発熱体４ａは厚い部分から順次露出され、厚い部分が除去された発熱体４ｂとなっていく。図２（ｄ）に示すように、最も薄い部分に厚みが均一化されたとき、発熱体４ｃ上に存在するオーバーコート膜５が全て除去される。その後、図２（ｅ）に示すように、オーバーコート層５を取り除くことにより、所定パターンを有すると共に厚さが均一化された発熱体４ｃが得られる。
【００３４】
この第２の製造方法の場合、最初から発熱体がパターニングされているため、上記第１の製造方法に比較して低コストでセラミックスヒータを作製することができる。ただし、スクリーン印刷に使用する発熱体ペーストが印刷時に滲まないことが重要であり、この滲み量はパターン幅に対して±３％以内であることが必要である。尚、所定パターンの発熱体の形成には、スクリーン印刷以外にも、蒸着法やスパッタリング法などの薄膜法を適用することも可能である。
【００３５】
上記した第１又は第２の製造方法により得られる発熱体は、厚さのばらつきを±５％以下に小さくすることができ、特に第２の製造方法では±１％以下にすることも可能である。そのため、従来のスクリーン印刷によりパターン形成した発熱体と比較して、抵抗値のばらつきが小さなものとなる。従って、発熱体の発熱量のばらつきも小さくなり、温度分布が均一なセラミックスヒータを得ることができる。
【００３６】
また、上記のような方法でパターン形成された発熱体は、発熱体パターンの幅方向のばらつきについても、設計値に対して±３％以下にすることができる。これによって、温度のばらつきが少なく、より一層均一な温度分布を有するセラミックスヒータを作製することができる。
【００３７】
本発明に使用するセラミックス基板としては、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、酸化アルミニウム、ムライトが好適である。特に、窒化アルミニウムと炭化珪素は熱伝導率が高く、作製したヒータの温度分布が均一になりやすいため好適である。また、窒化珪素に関しては、セラミックスの強度が高く、熱衝撃性に優れたヒータが得られるため好適である。酸化アルミニウムとムライトは、セラミックス自身が非常に安価である。これらのセラミックスは、それぞれの用途や目的に応じて使い分けることができる。
【００３８】
セラミックス基板上に形成される発熱体の材質としては、その主成分が、タングステン、モリブデン、銀、パラジウム、銅、白金、ニッケル、クロムであることが好ましい。これらの金属はセラミックス基板上に膜形成することが比較的容易であるばかりでなく、サンドブラスト時においてアルミナや炭化珪素の砥粒によって除去可能であり、且つドライエッチングにおいても除去することが可能であるため好適である。
【００３９】
以上のように本発明方法で作製されたセラミックスヒータは、所定パターンを有する発熱体の厚み及び幅方向のばらつきが非常に小さくなり、ヒータ全体の温度分布が均一なものとなる。このため本発明のセラミックスヒータは、特に均一な温度分布が要求される半導体製造装置や液晶製造装置に搭載して使用するヒータとして極めて優れている。
【００４０】
特に本発明におけるセラミックスヒータは、半導体製造装置及び液晶製造装置においてセラミックスヒータの均熱性が要求されている装置、即ち、メタルや絶縁層のＣＶＤ装置、コーターデベロッパー装置、Ｌｏｗ−ｋ焼成装置のいずれかに用いるセラミックスヒータとして好適である。
【００４１】
よって、本発明によるセラミックスヒータを半導体製造装置又は液晶製造装置用のサセプタとして使用することで、ウエハー上や液晶用基板上に均一な膜形成その他の処理を実施することができる。
【００４２】
【実施例】
実施例１
それぞれ直径３５０ｍｍ、厚み１０ｍｍのＡｌＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、ムライトからなる基板を用意した。これらのセラミックス基板上に、Ｗ、Ｍｏ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄ、Ｐｔ、Ｎｉ−Ｃｒからなり、パターン化されていない発熱体膜を形成した。尚、ＰｔとＮｉ−Ｃｒ膜は蒸着法により、それ以外はスクリーン印刷又はローラーコーターによって形成し、それぞれ下記表１〜５に示す条件で焼き付けた。
【００４３】
得られた各試料について、セラミックス基板を切断して断面をＳＥＭ観察することにより、発熱体膜の膜厚分布を測定した。得られた結果を、セラミックス基板の材質ごとに、下記表１〜５に示した。
【００４４】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
上記の各試料について、発熱体膜上にスピンコートによりオーバーコート膜としてポリイミド樹脂を塗布し、乾燥した後、３００℃にて焼き付けた。次に、アルミナ砥粒又はＳｉＣ砥粒を使用して、全面に均一にサンドブラスト処理を実施した。ポリイミド樹脂が完全に除去された後、全面に感光性ドライフィルムを貼り付け、露光、現像してレジストパターンを形成した。その後、アルミナ砥粒又はＳｉＣ砥粒にてサンドブラスト処理を行い、発熱体膜のレジストパターンから露出している部分を除去し、更にドライフィルムを剥離して、パターン形成した発熱体を得た。
【００５０】
得られた各試料のセラミックスヒータについて、パターンを有する発熱体に電流を通電し、セラミックスヒータを３００℃に加熱して温度分布を測定した。また、セラミックス基板を切断して断面をＳＥＭ観察し、発熱体の膜厚分布を測定した。得られた結果を、セラミックス基板の材質ごとに、下記表６〜１０に示した。
【００５１】
比較例として、上記と同じＡｌＮ基板に対し、上記と同じパターンを有し且つＷ、Ｍｏ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄ、Ｎｉ−Ｃｒからなる発熱体を、スクリーン印刷により直接形成した。これら比較例の試料のセラミックスヒータについても、上記と同様に温度分布及び発熱体の厚さ分布を測定し、その結果を下記表６に併せて示した。
【００５２】
【表６】
【表７】
【表８】
【表９】
【表１０】
実施例２
上記実施例１と同じセラミックス基板を用意し、各基板上にＷ、Ｍｏ、Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｐｔ−Ｐｄ、Ｎｉ−Ｃｒからなり、パターン化されていない発熱体膜を形成した。その上に、スピンコートにてポリイミド樹脂を塗布した後、全面に均一にドライエッチング処理を実施した。ポリイミド樹脂が完全に除去された後、全面に感光性ドライフィルムを貼り付け、露光、現像してレジストパターンを形成した。その後、再びドライエッチング処理を行い、パターン形成した発熱体を得た。
【００５８】
得られた各試料のセラミックスヒータについて、上記実施例１と同様に、セラミックスヒータを３００℃に加熱して温度分布を測定すると共に、発熱体の膜厚分布を測定した。得られた結果を、セラミックス基板の材質ごとに、下記表１１〜１５に示した。
【００５９】
【表１１】
【表１２】
【表１３】
【表１４】
【表１５】
実施例３
上記実施例１における試料Ｃ１〜Ｃ３の所定パターンを有する発熱体上、及び下記表１６に示す蒸着法により形成した所定パターンを有する発熱体上に、それぞれスピンコートによりポリイミド樹脂のオーバーコート膜を形成し、その後オーバーコート膜がなくなるまでサンドブラスト処理又はドライエッチング処理を行った。
【００６５】
得られた各試料のセラミックスヒータについて、上記実施例１と同様に、セラミックスヒータを３００℃に加熱して温度分布を測定すると共に、発熱体の膜厚分布を測定した。得られた結果を下記表１６に示した。
【００６６】
【表１６】
実施例４
上記実施例１〜３で得た全ての試料のセラミックスヒータを用いて、それぞれ半導体製造装置用及び液晶製造装置用として、メタルＣＶＤ装置、絶縁膜ＣＶＤ装置、コーターデベロッパー装置、Ｌｏｗ−ｋ焼成装置を作製した。
【００６８】
これらの装置のセラミックスヒータ上に、シリコンウエハあるいは液晶用基板を載置し、所定の温度に制御しながら各所定の処理を実施したところ、本発明の試料のセラミックスヒータを用いた各装置ではいずれも良好な結果が得られた。しかしながら、比較例である試料Ｃ１〜Ｃ７のセラミックスヒータを用いた装置では、良好な結果を得ることはできなかった。
【００６９】
【発明の効果】
本発明によれば、パターン化された発熱体の厚みを均一化することができ、均一な温度分布を有するセラミックスヒータ、及びその製造方法を提供することができる。本発明のセラミックスヒータを用いることにより、ＣＶＤ装置、コーターデベロッパー装置、Ｌｏｗ−ｋ焼成装置などの半導体製造装置や液晶製造装置要求されている均熱性を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の製造方法を工程順に示す概略の断面図である。
【図２】本発明の第２の製造方法を工程順に示す概略の断面図である。
【符号の説明】
１ セラミックス基板
２ａ、２ｂ、２ｃ 発熱体膜
３、５ オーバーコート膜
４ａ、４ｂ、４ｃ 発熱体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic heater having a heating element with a predetermined pattern, and more particularly to a ceramic heater used in a semiconductor manufacturing apparatus, a liquid crystal manufacturing apparatus, or the like.
[0002]
[Prior art]
In the manufacturing process of semiconductors and liquid crystals, as a process of heating a wafer or the like, a photosensitive resin is heat-cured in a photolithography by a coater developer, and an insulating film having a low dielectric constant such as a low-k film is fired There are processes such as CVD film formation and etching in the formation of wiring and insulating layers.
[0003]
In order to control the temperature of the wafer in these processes, a ceramic heater in which a heating element having a predetermined pattern is provided on a ceramic substrate is used. That is, the wafer is held on the ceramic heater, and a predetermined process is performed while the wafer is heated by the heat generated by the heating element.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Conventionally, such a ceramic heater is manufactured by forming a heating element formed in a predetermined pattern on a ceramic substrate by using a thick film method such as screen printing or a thin film method such as a CVD method. However, the conventional ceramic heater generally has a variation of about ± 10% in the thickness of the heating element. In addition, bleeding in the width direction was likely to occur with respect to the heating element pattern.
[0005]
Such variations in the thickness of the heating element and bleeding in the width direction directly affect the heat generation distribution of the heating element. For example, in a relatively thick portion, the resistance value is small, so the heat generation amount is small. On the other hand, a relatively thin portion has a high resistance value and a large amount of heat generation. For this reason, there has been a problem that the temperature distribution of the ceramic heater tends to vary greatly depending on the thickness distribution of the heating element.
[0006]
In particular, in recent years, susceptors and the like used in semiconductor manufacturing apparatuses and liquid crystal manufacturing apparatuses are required to have a temperature variation of ceramic heaters of ± 1% or less, and conventional heating element forming methods sufficiently satisfy this requirement. Is gone.
[0007]
JP 2002-43031 A and JP 2002-83668 A disclose a method of forming a precise heating element pattern by trimming a heating element formed by screen printing a conductive paste with a laser. Yes.
[0008]
However, in the method such as laser trimming, the apparatus is relatively expensive, and when the size of the ceramic heater itself becomes large and the heating element pattern becomes complicated like a heater for a semiconductor manufacturing apparatus or a liquid crystal manufacturing apparatus, It is extremely difficult to adjust the resistance value by trimming.
[0009]
In view of such a conventional situation, the present invention can make the thickness of a heating element uniform, and can achieve a uniform temperature distribution required for a semiconductor manufacturing apparatus or a liquid crystal manufacturing apparatus. An object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing apparatus and a liquid crystal manufacturing apparatus using the ceramic heater.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a ceramic heater provided by the present invention is a ceramic heater having a heating element with a predetermined pattern on a ceramic substrate, and the heating element has a uniform thickness by sandblasting or dry etching. The thickness variation of the heating element is ± 5% or less, preferably ± 1% or less.
[0011]
In the ceramic heater of the present invention, it is preferable that the variation in the width direction of the pattern in the heating element is ± 3% or less with respect to the design value. The ceramic substrate is preferably made of one selected from aluminum nitride, aluminum oxide, silicon carbide, silicon nitride, and mullite. The main component of the heating element is preferably at least one selected from tungsten, molybdenum, silver, palladium, copper, platinum, nickel, and chromium.
[0012]
The first method for manufacturing a ceramic heater provided by the present invention is the following. A heating element film is formed on the surface of a ceramic substrate, and then the removal rate by sandblasting or dry etching is reduced on the heating element film. The same overcoat film is formed so that the total film thickness of the heating element film and the overcoat film is uniform throughout, and sand blasting or dry etching is performed until the overcoat film disappears, and the film thickness is made uniform. A pattern is formed on the heating element film.
[0013]
In the first method for manufacturing a ceramic heater, when forming a pattern on the heating element film having a uniform thickness, after forming a resist pattern that is difficult to be removed by sandblasting or dry etching, sandblasting or dry etching treatment is performed. Thus, the heating element film in a portion having no resist pattern is removed to form a heating element having a predetermined pattern.
[0014]
In the first method for manufacturing a ceramic heater, the method for forming a heating element film on the surface of the ceramic substrate is preferably screen printing, roller coating, or spin coating.
[0015]
According to a second method of manufacturing a ceramic heater provided by the present invention, after a heating element having a predetermined pattern is formed on the surface of a ceramic substrate, the removal rate by sandblasting or dry etching is the same as that of the heating element. The coating film is formed so that the total thickness of the heating element and the overcoat film is uniform over the entire surface, and sandblasting or dry etching is performed until the overcoat film disappears, thereby uniformizing the thickness of the heating element. It is characterized by that.
[0016]
In the second method for manufacturing a ceramic heater, it is preferable that a method of forming a heating element having a predetermined pattern on the surface of the ceramic substrate is any one of screen printing, vapor deposition, and sputtering.
[0017]
Furthermore, the present invention provides a semiconductor manufacturing / liquid crystal manufacturing apparatus in which the above-described ceramic heater of the present invention is mounted. The semiconductor / liquid crystal manufacturing apparatus is preferably any one of a CVD apparatus, a coater / developer apparatus, and a low-k baking apparatus.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, when the heating element is formed on the ceramic substrate, the thickness of the heating element film that has not been patterned or the heating element that has already been patterned is made uniform by sandblasting or dry etching. Thereby, the variation in the thickness of the heating element finally patterned can be made ± 5% or less. Further, the variation in the width direction of the heating element pattern can be set to ± 3% or less with respect to the design value.
[0019]
By uniformizing the thickness of the heating element thus patterned, the resistance value distribution of the ceramic heater, that is, the amount of heat generated in each part of the heating element pattern is stabilized, and the temperature distribution can be made uniform. Furthermore, if the variation in the thickness of the patterned heating element is ± 1% or less, the temperature distribution of the ceramic heater can be made more uniform.
[0020]
It is also preferable to reduce the variation in the width direction of the heating element pattern. That is, unless the heating element pattern has a pattern width set in advance by simulation or actual measurement values, a heater having a uniform temperature distribution cannot be obtained as in the case of the thickness described above. In the ceramic heater of the present invention, since the variation in the width direction of the heating element pattern can be ± 3% or less as described above, a more uniform temperature distribution can be obtained.
[0021]
The method for producing the ceramic heater of the present invention will be described. In the first manufacturing method, as shown in FIG. 1A, first, a
[0022]
Thereafter, as shown in FIG. 1B, an
[0023]
As the overcoat film, a material having the same removal rate as that of the heating element film by sandblasting or dry etching is appropriately selected according to the material of the heating element film to be used. Generally, it can be selected from various resins, and for example, a polyimide resin can be preferably used.
[0024]
Next, as shown in FIG. 1C, the
[0025]
Note that sandblasting, which is used as a method for equalizing the thickness of the heating element film, is a method of removing an object by spraying abrasive grains on the object. Alumina, silicon carbide, or the like is used as the material of the abrasive grains, and the spraying speed, the type of abrasive grains, and the particle diameter are selected depending on the metal or ceramic material that is the object. This method is preferable because the device and cost are relatively inexpensive. Further, the dry etching process has an advantage that only the heating element film can be etched by selecting a gas type, and therefore, the underlying ceramic substrate is rarely etched.
[0026]
In the first manufacturing method, after the film thickness of the heating element film on the ceramic substrate is made uniform as described above, a pattern is formed on the heating element film. As a pattern formation method, a method of forming a resist pattern on the heating element film by a photolithography technique and removing a part of the heating element film by a sandblasting process or a dry etching process is preferable.
[0027]
Specifically, after a resist such as a photosensitive dry film is provided on the heating element film, a pattern film on which a predetermined pattern is drawn is placed thereon, and exposure and development are performed. From the obtained resist pattern having a predetermined pattern, a sandblasting process or a dry etching process is performed to remove a portion of the heating element film exposed from the resist pattern, and then the resist pattern is removed to obtain a heating element of the predetermined pattern. The ceramic heater is completed.
[0028]
As a resist pattern provided on the heating element film, a resist pattern made of metal or glass can be used in addition to the photosensitive dry film. However, in view of adhesion to the heating element film and pattern accuracy, a photosensitive dry film or liquid resist is preferable. With respect to the liquid resist, a pattern can be formed by applying it on the heating element film by a technique such as spin coating and then exposing and developing in the same manner as a dry film.
[0029]
As described above, the sandblasting process and the dry etching process exist for uniformizing the film thickness distribution and pattern formation of the heating element film formed on the ceramic substrate, and these can be freely combined. That is, in addition to uniform film thickness distribution and pattern formation, the film thickness distribution is uniformed by sandblasting, and pattern formation is performed by dry etching, and vice versa. It is also possible.
[0030]
In the second manufacturing method of the present invention, as shown in FIG. 2, first, a
[0031]
For example, as shown in FIG. 2A, first, the
[0032]
Therefore, in the second manufacturing method, as shown in FIG. 2B, an
[0033]
Next, as shown in FIG. 2C, the
[0034]
In the case of this second manufacturing method, since the heating element is patterned from the beginning, the ceramic heater can be manufactured at a lower cost than the first manufacturing method. However, it is important that the heating element paste used for screen printing does not bleed during printing, and this bleed amount needs to be within ± 3% of the pattern width. In addition to the screen printing, a thin film method such as a vapor deposition method or a sputtering method can be applied to the formation of the heating element having a predetermined pattern.
[0035]
The heating element obtained by the first or second manufacturing method described above can reduce the thickness variation to ± 5% or less, and in particular the second manufacturing method can also be ± 1% or less. is there. Therefore, the resistance value variation is smaller than that of a heating element patterned by conventional screen printing. Therefore, the variation in the heat generation amount of the heating element is reduced, and a ceramic heater having a uniform temperature distribution can be obtained.
[0036]
Further, in the heating element patterned by the above method, the variation in the width direction of the heating element pattern can be reduced to ± 3% or less with respect to the design value. This makes it possible to produce a ceramic heater having a more uniform temperature distribution with less temperature variation.
[0037]
As the ceramic substrate used in the present invention, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, and mullite are suitable. In particular, aluminum nitride and silicon carbide are preferable since they have high thermal conductivity and the temperature distribution of the manufactured heater tends to be uniform. Silicon nitride is preferable because a heater having high ceramic strength and excellent thermal shock properties can be obtained. Aluminum oxide and mullite are very inexpensive ceramics themselves. These ceramics can be used properly according to each use and purpose.
[0038]
As a material of the heating element formed on the ceramic substrate, the main component is preferably tungsten, molybdenum, silver, palladium, copper, platinum, nickel, or chromium. These metals are not only relatively easy to form a film on a ceramic substrate, but also can be removed by abrasive grains of alumina or silicon carbide during sandblasting, and can also be removed by dry etching. Therefore, it is preferable.
[0039]
As described above, the ceramic heater manufactured by the method of the present invention has a very small variation in the thickness and width direction of the heating element having a predetermined pattern, and the temperature distribution of the entire heater becomes uniform. For this reason, the ceramic heater of the present invention is extremely excellent as a heater that is mounted and used in a semiconductor manufacturing apparatus or a liquid crystal manufacturing apparatus that requires a particularly uniform temperature distribution.
[0040]
In particular, the ceramic heater according to the present invention is an apparatus in which the temperature uniformity of the ceramic heater is required in the semiconductor manufacturing apparatus and the liquid crystal manufacturing apparatus, that is, any one of a CVD apparatus for a metal or an insulating layer, a coater developer apparatus, and a low-k baking apparatus. It is suitable as a ceramic heater used for the above.
[0041]
Therefore, by using the ceramic heater according to the present invention as a susceptor for a semiconductor manufacturing apparatus or a liquid crystal manufacturing apparatus, uniform film formation and other processes can be performed on a wafer or a liquid crystal substrate.
[0042]
【Example】
Example 1
A substrate made of AlN, SiC, Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , and mullite each having a diameter of 350 mm and a thickness of 10 mm was prepared. An unpatterned heating element film made of W, Mo, Ag, Ag—Pd, Pt—Pd, Pt, and Ni—Cr was formed on these ceramic substrates. The Pt and Ni—Cr films were formed by vapor deposition, and the others were formed by screen printing or roller coaters, and baked under the conditions shown in Tables 1 to 5 below.
[0043]
About each obtained sample, the thickness distribution of the heat generating body film | membrane was measured by cut | disconnecting a ceramic substrate and observing a cross section by SEM. The obtained results are shown in Tables 1 to 5 below for each material of the ceramic substrate.
[0044]
[Table 1]
[Table 2]
[Table 3]
[Table 4]
[Table 5]
About each said sample, the polyimide resin was apply | coated as an overcoat film | membrane by spin coating on the heat generating body film | membrane, and it baked at 300 degreeC after drying. Next, sandblasting was uniformly performed on the entire surface using alumina abrasive grains or SiC abrasive grains. After the polyimide resin was completely removed, a photosensitive dry film was attached to the entire surface, exposed and developed to form a resist pattern. Thereafter, sandblasting was performed with alumina abrasive grains or SiC abrasive grains to remove the exposed portion of the heating element film from the resist pattern, and the dry film was peeled off to obtain a patterned heating element.
[0050]
With respect to the obtained ceramic heater of each sample, a current was passed through a heating element having a pattern, the ceramic heater was heated to 300 ° C., and the temperature distribution was measured. Further, the ceramic substrate was cut and the cross section was observed with an SEM, and the film thickness distribution of the heating element was measured. The obtained results are shown in Tables 6 to 10 below for each material of the ceramic substrate.
[0051]
As a comparative example, a heating element having the same pattern as described above and made of W, Mo, Ag, Ag—Pd, Pt—Pd, and Ni—Cr was directly formed on the same AlN substrate as described above by screen printing. For the ceramic heaters of the samples of these comparative examples, the temperature distribution and the thickness distribution of the heating element were measured in the same manner as described above, and the results are also shown in Table 6 below.
[0052]
[Table 6]
[Table 7]
[Table 8]
[Table 9]
[Table 10]
Example 2
The same ceramic substrate as in Example 1 was prepared, and an unpatterned heating element film made of W, Mo, Ag, Ag—Pd, Pt—Pd, and Ni—Cr was formed on each substrate. On top of that, a polyimide resin was applied by spin coating, and then the entire surface was uniformly dry-etched. After the polyimide resin was completely removed, a photosensitive dry film was attached to the entire surface, exposed and developed to form a resist pattern. Thereafter, dry etching treatment was performed again to obtain a patterned heating element.
[0058]
About the obtained ceramic heater of each sample, while heating the ceramic heater to 300 degreeC like the said Example 1, while measuring temperature distribution, the film thickness distribution of the heat generating body was measured. The obtained results are shown in Tables 11 to 15 below for each material of the ceramic substrate.
[0059]
[Table 11]
[Table 12]
[Table 13]
[Table 14]
[Table 15]
Example 3
A polyimide resin overcoat film is formed by spin coating on the heating element having the predetermined pattern of Samples C1 to C3 in Example 1 and on the heating element having the predetermined pattern formed by the evaporation method shown in Table 16 below. Then, sandblasting or dry etching was performed until the overcoat film disappeared.
[0065]
About the obtained ceramic heater of each sample, while heating the ceramic heater to 300 degreeC like the said Example 1, while measuring temperature distribution, the film thickness distribution of the heat generating body was measured. The obtained results are shown in Table 16 below.
[0066]
[Table 16]
Example 4
Using the ceramic heaters of all the samples obtained in Examples 1 to 3, a metal CVD apparatus, an insulating film CVD apparatus, a coater / developer apparatus, and a low-k baking apparatus were used for a semiconductor manufacturing apparatus and a liquid crystal manufacturing apparatus, respectively. Produced.
[0068]
A silicon wafer or a liquid crystal substrate was placed on the ceramic heater of these apparatuses, and each predetermined treatment was performed while controlling the temperature to a predetermined temperature. In each apparatus using the ceramic heater of the sample of the present invention, Also good results were obtained. However, in the apparatus using the ceramic heaters of Samples C1 to C7 which are comparative examples, good results could not be obtained.
[0069]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the thickness of the patterned heat generating body can be equalize | homogenized, and the ceramic heater which has uniform temperature distribution, and its manufacturing method can be provided. By using the ceramic heater of the present invention, it is possible to achieve the thermal uniformity required for semiconductor manufacturing apparatuses and liquid crystal manufacturing apparatuses such as CVD apparatuses, coater / developer apparatuses, and low-k baking apparatuses.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a first manufacturing method of the present invention in the order of steps.
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a second manufacturing method of the present invention in the order of steps.
[Explanation of symbols]
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