JP3654142B2 - 半導体製造装置用ガスシャワー体 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造装置用ガスシャワー体に関し、特にＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置、エッチング装置、プラズマエッチング装置等の半導体製造装置において反応ガスを半導体ウェハに均一に供給するためのガスシャワー体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェハの表面をエッチングしたり、その表面の上に膜を形成する際に、半導体ウェハをラックに多数個保持して、バッチ式でエッチングや膜形成用のガスを流し、必要に応じて外周からヒーターで加熱する（ホットウォール式）という手法が用いられてきた。
【０００３】
しかし、近年、半導体装置の高集積化、高速化の要求が厳しくなるに従い、半導体製造装置内の場所による温度やガスの流れの不均一に起因してエッチングや形成される膜の品質がばらつくことが問題になってきた。そこで、複数のエッチング装置や膜形成装置を並べて、それらの装置間をローダーを用いて半導体ウェハを自動送りで１枚ずつ処理する枚葉式に半導体製造装置のタイプが切換わりつつある。
【０００４】
枚葉式の半導体製造装置では、半導体ウェハをセラミックス製や金属製の保持体の表面上に載せて、静置したり、機械的に固定したり、保持体に内蔵した電極に電圧を付加することにより静電力によってチャックすること等によって半導体ウェハを保持体の上に固定する。保持された半導体ウェハは、ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)、プラズマＣＶＤ、エッチング、プラズマエッチング等の膜形成速度やエッチング速度を調整するために、その表面の温度が厳密に制御される。その温度制御のために、ウェハ保持体にヒーターを内蔵して、ウェハ保持体の最表面を加熱して、伝熱によって半導体ウェハを加熱する。半導体装置の製造コストを低減するために、半導体ウェハの直径を大きくして、１枚の半導体ウェハ当りの製造される半導体チップの個数を増やすことが試みられている。半導体ウェハの直径を大きくした場合、半導体製造装置内におけるエッチングや膜形成の反応環境のばらつきを抑えるために、ウェハ保持体の最表面に要求される均熱性はさらに厳しくなる。
【０００５】
また、半導体製造装置のチャンバに取付けたパイプから反応ガスを単に送り込むだけでは、ガスが直接吹き込まれる箇所と間接的に吹き込まれる箇所との間でガスの流れが不均一になり、半導体ウェハの表面において反応ガスの濃度がばらつくことになる。したがって、膜形成やエッチングを半導体ウェハの表面において均一に制御することが困難になる。そこで、半導体ウェハの表面上においてガスの吹き込みを均一にして反応ガスの濃度を一定にするために、半導体ウェハの直上の位置に板状の基材に多数の貫通孔を形成したガスシャワー体を設置する方法が採用されている。この方法によれば、ガスがシャワー状に吹き出し、半導体ウェハの表面上においてできるだけ均一なガス濃度が得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ガスを反応させる温度は反応ガスの種類によって異なるが、高温エッチングで１００〜４００℃、プラズマＣＶＤで２００〜５００℃、ＣＶＤで４００〜８００℃程度である。
【０００７】
通常、ウェハ保持体にヒーターを内蔵して、ウェハを直接加熱して反応を行なうために必要な所定の温度にする。反応ガスを室温のままでガスシャワー体から反応部に供給すると、反応ガスはウェハ上で急激に加熱され、ウェハ温度もそれに伴って下げられるため、特に大面積のウェハ面内におけるガスの温度を均一にするのは困難で、反応速度も場所によって異なり、均一な厚みの膜を形成することが難しくなる。
【０００８】
そこで、半導体製造装置の外の配管から反応ガスをチャンバに送り込み、ヒーターで加熱した後に、ガスシャワー体に通過させる構造を採用することによって、反応ガスを予備加熱する方法が考えられる。
【０００９】
しかし、ガスシャワー体を通過する前に反応ガスを予備加熱すると、ガスシャワー体の貫通孔を通過する前に反応ガスが反応を開始して、ガスシャワー体の貫通孔を閉塞させ、または予備加熱部に反応生成物を無駄に生成するという問題がある。また、反応生成物が剥離して生ずるパーティクルが異物として半導体ウェハの表面上に付着してしまう等の問題もある。
【００１０】
上記の問題を解決するために、ガスシャワー体にヒーターを内蔵することが考えられる。しかしながら、ヒーターコイルやヒーター線をセラミックス成形体の間に挟み込んでホットプレス焼結を行なうことによってヒーターを内蔵したガスシャワー体を製造すると、ヒーターコイルの巻き外径が３〜６ｍｍ程度であるので、ヒーターコイルをガスシャワー体の基材の内部に埋込むと、厚みが１０ｍｍ以上になってしまい、貫通孔は閉塞しやすくなる。また、ヒーターコイルに接触しないように貫通孔を形成する必要がある。そのため、貫通孔を形成する位置がヒーターコイルの埋設位置によって制約されてしまうという問題がある。この場合、貫通孔の間隔が３〜６ｍｍ以上になる領域が多く存在することになる。また、ヒーターコイルを埋設するためにガスシャワー体の厚みが厚くなると、貫通孔が長くなることによっても上記の閉塞が起こりやすくなる。
【００１１】
そこで、反応が起こるウェハ上での均熱性を確保するためには、ウェハの下のヒーター内臓のウェハ保持体からの輻射熱でガスシャワー体を暖め、ガスシャワー体が所定の温度まで暖まってからガスを流すということも行なわれている。
【００１２】
膜の積層においては、製品のウェハだけでなく、ガスシャワー体、ウェハ保持体、チャンバにも積層し、積層した厚みが厚くなると熱応力で剥離を生じ、パーティクルとなって製品のウェハ上に付着して不良を発生する。したがって、これらチャンバ内部の部品の表面は頻繁にクリーニングを行なう必要がある。積層に最適な温度とクリーニングに最適な温度は異なる。一般にクリーニングにはＣｌＦ３やＮＦ３等のガスが用いられ、積層温度で用いるとエッチング力が強すぎるため、積層温度より温度を下げてガスシャワー体、ウェハ保持体、チャンバの表面を必要以上に傷めないようにする必要がある。そこで、積層（高温）→クリーニング（低温）→積層（高温）…と温度を変える必要がある。ヒーターを内蔵しないガスシャワー体は下のヒーターの輻射熱でのみ加熱されるので、所定の温度に達するまでかなりの時間を要し、クリーニング工程を介在させることがウェハ処理のスループットを低下させる要因となっていた。
【００１３】
そこで、この発明の目的は、上述の問題点を解消するとともに、ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置、エッチング装置等の半導体製造装置のチャンバ内において反応を均一にすることができる半導体製造装置用ガスシャワー体を提供することである。
【００１４】
また、この発明のもう一つの目的は、薄型のガスシャワー体においても貫通孔の閉塞が起こり難く、かつ閉塞やパーティクルの原因となる不要な膜の積層が半導体製造装置用チャンバ内の部品表面上で起こった場合においても、クリーニング工程をスムーズに行なうことができ、ウェハ処理のスループットを向上させることができる半導体製造装置用ガスシャワー体を提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
この発明に従った半導体製造装置用ガスシャワー体は、複数の貫通孔を有するセラミックス焼結体基材と、そのセラミックス焼結体基材に形成された導電層とを備え、セラミックス焼結体基材全体の厚みが５ｍｍ以下であり、セラミックス焼結体基材は、直径０．０１ｍｍ以上の貫通孔を０．１個／ｃｍ^２以上有し、前記導電層が印刷塗布により形成されている。また、前記導電層がヒータ回路パターンである。
【００１６】
クリーニング頻度を減らすためには少なくとも２４時間以上貫通孔の閉塞が起こらないガスシャワー体が望まれていたが、５ｍｍ以下の厚みの基材に通常の直径（０．０１ｍｍ以上）の貫通孔を形成したガスシャワー体を用いると、貫通孔の閉塞が起こるまでの時間を２４時間以上にすることができる。したがって、この発明にしたがったガスシャワー体を用いると、薄型のガスシャワー体において貫通孔の閉塞が起こり難く、貫通孔の閉塞を引き起こす原因となる反応ガスの予備加熱の必要もない。また、ガスシャワー体に導電層としてヒーターを内蔵することによって、パーティクルの発生原因となるチャンバ部品に付着した積層膜のクリーニングを行なう低温から、ウェハ上への膜の積層を行なう高温までの加熱をスムーズに行ない、ウェハ処理のスループットを向上させることができる。昇温と降温の時間の合計が１時間以内であるのが望まれていたが、ヒーターを内蔵することによって昇温時間を短縮し、薄型のガスシャワー体を構成することによって降温時間を短縮することができる。また、貫通孔の大きさと密度を上記の値以上にすることにより、半導体製造装置のチャンバ内で反応ガスを均一に半導体ウェハに供給することができるので、半導体ウェハの表面上の温度分布をより均一にすることが可能になる。
【００１７】
また、反応の均一性の観点からも、好ましくは、この発明のガスシャワー体において導電層はヒーター回路パターンを形成する導電層を含む。このようにすることにより、反応ガスがガスシャワー体の貫通孔を通過中において予備加熱されるので、半導体製造装置用チャンバにおいて反応を均一にすることができる。したがって、貫通孔の閉塞やパーティクルの発生を抑制することができる。
【００１８】
好ましくは、この発明のガスシャワー体において導電層はプラズマ発生用電極を形成する導電層を含む。このようにすることにより、プラズマ上部電極とガスシャワー体との間の空間をなくすることができるので、プラズマの均一化によって半導体製造装置用チャンバ内において反応を均一化することが可能になる。したがって、上記の空間で発生していた不要な膜形成による貫通孔の閉塞やパーティクルの発生を抑制することができる。
【００１９】
好ましくは、この発明のガスシャワー体においてセラミックス焼結体基材は、直径０．０１ｍｍ以上の貫通孔を０．５個／ｃｍ²以上有する。貫通孔の大きさと密度を上記の値以上にすることにより、半導体製造装置のチャンバ内で反応ガスを均一に半導体ウェハに供給することができるので、半導体ウェハの表面上の温度分布をより均一にすることが可能になる。
【００２０】
この発明のガスシャワー体を構成する基材に用いられるセラミックスは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素または酸窒化アルミニウムのいずれか１種を含むのが好ましく、熱伝導率、耐食性の観点から、窒化アルミニウムを用いるのが最も好ましい。上記のようなセラミックスを用いることにより、ガスシャワー体の基材が耐熱性を備えるとともに、反応ガスに用いられる、たとえばハロゲンを含む腐食性のガスに対する耐食性も備えることができる。
【００２１】
この発明のガスシャワー体において、セラミックス焼結体基材は、第１のセラミックス焼結体と第２のセラミックス焼結体とを含み、導電層は第１のセラミックス焼結体の表面上に形成されるのが好ましい。そして、この発明のガスシャワー体は、導電層が形成された第１のセラミックス焼結体の表面と第２のセラミックス焼結体との間に介在し、第１のセラミックス焼結体と第２のセラミックス焼結体とを接合する接着層をさらに含むのが好ましい。
【００２２】
また、この発明のガスシャワー体は、導電層がセラミックス焼結体基材の一方の表面または両方の表面に形成され、導電層の表面を被覆するように保護層が形成されることによって構成されてもよい。具体的な実施の形態としては、セラミックス焼結体基材としてセラミックス焼結体を１枚だけ用いて、このセラミックス焼結体の一方の表面に導電層をヒーター回路パターンとして形成し、導電層をハロゲン等の腐食ガスから保護するために、導電層の表面を耐食性の高い保護層、好ましくは非酸化物セラミックスからなる保護層で被覆するという構造で、ヒーター回路内臓のガスシャワー体を構成してもよい。また、セラミックス焼結体基材としてセラミックス焼結体を１枚だけ用いて、このセラミックス焼結体の一方の表面に導電層をヒーター回路パターンとして形成し、他方の表面に導電層をプラズマ上部電極として形成し、導電層をハロゲン等の腐食ガスから保護するために、セラミックス焼結体の両面に形成された導電層の表面を耐食性の高い保護層、好ましくは非酸化物セラミックスからなる保護層で被覆するという構造で、ヒーター回路とプラズマ上部電極を内蔵したガスシャワー体を構成してもよい。上記のいずれの場合でも、セラミックス焼結体を接合する必要がないため、接合隙等の不良要因を低減でき、歩留まりの向上を図ることができる。また、１枚の焼結体でガスシャワー体を構成するので、製造コストの低減を図ることができる。
【００２３】
上記の接着層または保護層はガラスを含むのが好ましい。高温で高電圧を印加して用いられるガスシャワー体では、耐熱性、耐食性、耐電圧の観点から、上記の接着層または保護層は非酸化物セラミックスを含むのがさらに好ましい。この場合、熱伝導性や絶縁性の観点から、非酸化物セラミックスは、窒化アルミニウムまたは窒化ケイ素のいずれかを５０質量％以上含むのが好ましい。
【００２４】
また、基材を構成するセラミックスとして窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素または酸窒化アルミニウムのいずれかを用いる場合には、上記の接着層は、３．０×１０^-6／℃以上８．０×１０^-6／℃以下の熱膨脹係数を有するガラス層であるのが好ましい。このようなガラス層を上記の接着層として用いることにより、接着層の熱膨脹係数をセラミックス焼結体とほぼ同等にすることができ、接合あるいはガスシャワー体の加熱、冷却の際に生じる熱応力を小さくすることができる。
【００２５】
上記の保護層としては、できるだけ耐食性の高いガラスを用いることが好ましい。また、熱応力低減の観点から、保護層は、３．０×１０^-6／℃以上８．０×１０^-6／℃以下の熱膨脹係数を有するガラス層であることが好ましい。ガスシャワー体を室温から６００℃まで昇温する時間を３０分以内とすることが目標とされており、熱膨張係数が上記の範囲内である場合、この目標を達成できる。
【００２６】
基材を構成するセラミックスとして窒化アルミニウムを用いる場合には、ガラスの中でも濡れ性、接着性の観点から、上記の接着層は、イッテルビウム（Ｙｂ）とネオジウム（Ｎｄ）とカルシウム（Ｃａ）とを含む酸化物、または加熱によりイッテルビウム（Ｙｂ）とネオジウム（Ｎｄ）とカルシウム（Ｃａ）とを含む酸化物を生ずる化合物を含むのが好ましい。基材を構成するセラミックスが窒化ケイ素の場合には、ガラスの中でも濡れ性、接着性の観点から、上記の接着層は、イットリウム（Ｙ）とアルミニウム（Ａｌ）とを含む酸化物、または加熱によりイットリウム（Ｙ）とアルミニウム（Ａｌ）とを含む酸化物を生ずる化合物を含むのが好ましい。
【００２７】
また、接着層または保護層の材料として非酸化物セラミックスを用いる場合、３．０×１０^-6／℃以上６．０×１０^-6／℃以下の熱膨脹係数を有する非酸化物セラミックスを用いるのが熱応力の観点から好ましい。
【００２８】
この発明のガスシャワー体において導電層は、タングステン、モリブデン、銀、パラジウム、白金、ニッケルまたはクロムの少なくとも１種を含むのが好ましい。
【００２９】
この発明のガスシャワー体において、導電層はセラミックス焼結体基材内の平面に沿って形成されるのが好ましい。さらに、ガスシャワー体は、導電層に接続するようにセラミックス焼結体基材内の平面と同一の平面に沿って形成され、セラミックス焼結体から露出している外部接続端子を備えるのが好ましい。このようにすることにより、導電層を内蔵しているセラミックス焼結体基材の領域のみが反応ガスに晒され、外部接続端子を半導体製造装置のチャンバの外に配置することができる。また、セラミックス焼結体基材に内蔵された導電層と、その導電層に接続する外部接続端子を同一平面に沿って形成することにより、ガスシャワー体を均一に加熱することができるとともに、加熱や冷却に要する時間も少なくすることができ、すなわち加熱速度と冷却速度を高めることが可能となる。
【００３０】
この発明のガスシャワー体は、セラミックス焼結体基材に内蔵された温度検出部をさらに備えるのが好ましい。このようにすることにより、ガスシャワー体の温度分布を測定することができ、ガスシャワー体の加熱温度を制御することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
図１と図２は、この発明のガスシャワー体が適用される半導体製造装置の実施の形態を概念的に示す図である。
【００３２】
図１に示すように、ＣＶＤ装置やエッチング装置のチャンバ１０１には、膜形成またはエッチングがなされる処理対象物としての半導体ウェハ３を配置する。半導体ウェハ３はウェハ保持体２の上に固定されている。ウェハ保持体２は支持体４に取付けられている。ウェハ保持体２は、半導体ウェハ３を静電力によって固定するための静電チャック用電極２３と、半導体ウェハ３を加熱するためのヒーター回路２１とを備える。半導体ウェハ３の上方には、ガスシャワー体１が設けられる。ガスシャワー体１は、反応ガスを通過させるための複数の貫通孔１１を有し、反応ガスを加熱するためのヒーター回路パターンを内蔵している。ヒーター回路パターンは導電層の形態でガスシャワー体１に内蔵されている。膜形成用反応ガスまたはエッチング用ガスがガス導入口２００からチャンバ１０１の内部に導入される。導入されたガスは複数の貫通孔１１を通過して半導体ウェハ３の表面上に供給される。半導体ウェハ３の表面上において所定の膜形成またはエッチングが行なわれる。チャンバ１０１の内部のガスを排気するために排気口３００が設けられている。
【００３３】
図２に示すように、プラズマＣＶＤ装置やプラズマエッチング装置に用いられるチャンバ１０２の内部には、膜形成またはエッチングの処理対象物としての半導体ウェハ３を配置する。半導体ウェハ３はウェハ保持体２の上に固定される。ウェハ保持体２は支持体４の上に取付けられている。ウェハ保持体２は、半導体ウェハ３を加熱するためのヒーター回路２１と、プラズマをチャンバ１０２内に発生させるためのプラズマ下部電極２２と、半導体ウェハ３を固定するための静電力を発生させる静電チャック用電極２３とを備える。半導体ウェハ３の上方にはガスシャワー体１が設けられている。ガスシャワー体１は、反応ガスを通過させるための複数の貫通孔１１を有し、プラズマ下部電極２２に対向するようにプラズマ上部電極と、反応ガスを加熱するためのヒーター回路パターンを内蔵している。ヒーター回路パターンとプラズマ上部電極は導電層の形態でガスシャワー体１に内蔵されている。ガス導入口２００からチャンバ１０２の内部に導入された膜形成用またはエッチング用のガスはガスシャワー体１の貫通孔１１を通過して半導体ウェハ３の表面上に供給される。ガスシャワー体１に内蔵されたプラズマ上部電極とウェハ保持体２に内蔵されたプラズマ下部電極２２との間でプラズマ放電が発生する。このようにして形成されたガスプラズマによって半導体ウェハ３の表面上で所定の膜形成またはエッチングが行なわれる。チャンバ１０２の内部のガスを排出するための排気口３００が設けられている。
【００３４】
図３は、この発明のガスシャワー体の１つの実施の形態を示す斜視図である。図３に示すように、ガスシャワー体１において、セラミックス焼結体基材１０にはヒーター回路パターン１２やプラズマ上部電極１４を形成する導電層が内蔵されている。
【００３５】
図４〜図６は、この発明のガスシャワー体の実施の形態として断面構造を概念的に示す図である。
【００３６】
図４に示すように、ガスシャワー体１は、２枚のセラミックス焼結体基材１０ａと１０ｂが接合された構造を有する。セラミックス焼結体基材１０ａの一方の表面上には導電層としてヒーター回路パターン１２が形成されている。ヒーター回路パターン１２が形成されたセラミックス焼結体基材１０ａの一方の表面とセラミックス焼結体基材１０ｂの表面との間にガラス層または非酸化物セラミックス層を介在させることによってセラミックス焼結体基材１０ａと１０ｂが接合されている。複数の貫通孔１１は、セラミックス焼結体基材１０ａ、ガラス層または非酸化物セラミックス層１３、セラミックス焼結体基材１０ｂを貫通するように形成されている。ヒーター回路パターン１２は貫通孔１１に接触しないように形成されている。
【００３７】
図５に示すように、２枚のセラミックス成形体の間に導電体ペーストを挟んで焼結することにより、一体化したセラミックス焼結体基材１０の内部に導電層としてヒーター回路パターン１２を形成してもよい。この場合、接着層としてのガラス層または非酸化物セラミックス層はガスシャワー体１に含まれない。
【００３８】
また、図６に示すように、ガスシャワー体１は、ヒーター回路パターン１２とプラズマ上部電極１４を導電層の形態で内蔵している。セラミックス焼結体１０ａの一方の表面上に導電層としてヒーター回路パターン１２が形成されている。ヒーター回路パターン１２が形成されたセラミックス焼結体１０ａの一方の表面とセラミックス焼結体１０ｂとの間にガラス層または非酸化物セラミックス層１３ａを介在させることによってセラミックス焼結体１０ａと１０ｂを接合する。また、セラミックス焼結体基材１０ｃの一方の表面上に導電層としてプラズマ上部電極１４が形成されている。プラズマ上部電極１４が形成されたセラミックス焼結体基材１０ｃの一方の表面とセラミックス焼結体基材１０ａの他方の表面との間にガラス層または非酸化物セラミックス層１３ｂを介在させることによってセラミックス焼結体１０ａと１０ｃを接合する。このようにして、ヒーター機能とプラズマ電極を備えたガスシャワー体１が構成される。
【００３９】
なお、ガスシャワー体１は、ヒーター回路パターンとプラズマ上部電極を兼ねる１つの導電層のみを内蔵するようにしてもよい。また、プラズマ上部電極のみを内蔵するようにガスシャワー体を構成してもよい。
【００４０】
図７は、ヒーター回路パターンが形成されたセラミックス焼結体基材１０ａの一方の表面を示す平面図である。図７に示すように、複数個の微細な貫通孔１１がセラミックス焼結体基材１０ａの一方の表面に形成されている。貫通孔１１の位置に接触しないように導電層としてヒーター回路パターン１２がジグザグ状に一定のパターンに従って形成されている。ヒーター回路パターン１２の両端部には外部に接続するための円形状の接続端子１２ａと１２ｂが形成されている。また、セラミックス焼結体基材１０ａの一方の表面上には温度検出部として温度センサを挿入するための溝部１５が形成されている。
【００４１】
図８は、プラズマ上部電極が形成されたセラミックス焼結体基材の一方の表面を示す平面図である。図８に示すように、複数個の微細な貫通孔１１が、図７に示すセラミックス焼結体基材１０ａの貫通孔と位置が一致するようにセラミックス焼結体基材１０ｃの一方の表面上に形成されている。また、２つの貫通孔１７ａと１７ｂが、図７に示すヒーター回路パターンの接続端子１２ａと１２ｂの位置に一致するように形成されている。貫通孔１１の開口部を塞がないようにほぼ全面にわたって導電層としてプラズマ上部電極１４がセラミックス焼結体基材１０ｃの一方の表面上に形成されている。
【００４２】
また、図７に示すようにセラミックス焼結体１０ａの一方の表面上に導電層としてヒーター回路パターン１２が形成されている。ヒーター回路パターン１２が形成されたセラミックス焼結体１０ａの一方の表面上を非酸化物セラミックス層１３ａで被覆することにより、ヒーター回路パターンをハロゲン等の腐食ガスから保護する保護層を形成する。このようにして、１枚のセラミックス焼結体１０ａを用いて、ガスシャワー体１がヒーター回路パターン１２を導電層の形態で内蔵するように構成してもよい。
【００４３】
さらに、図７に示すようにセラミックス焼結体１０ａの一方の表面上に導電層としてヒーター回路パターン１２が形成され、他方の表面上に導電層として図８に示すようにプラズマ上部電極１４が形成されてもよい。この場合、これらの導電層上を非酸化物セラミックス層で被覆することにより、導電層としてのヒーター回路パターンとプラズマ上部電極をハロゲン等の腐食性ガスから保護する保護層を形成する。このようにして、１枚のセラミックス焼結体１０ａを用いて、ガスシャワー体がヒーター回路パターン１２とプラズマ上部電極１４を導電層の形態で内蔵するように構成してもよい。
【００４４】
図９は、ヒーター回路パターンが形成されたセラミックス焼結体基材１０ａのもう一つの実施の形態の一方の平面を示す平面図である。図９に示すように、接続端子１２ａと１２ｂが、ヒーター回路パターン１２に接続するようにセラミックス焼結体基材１０ａの一方の表面上で同一の平面に沿って形成され、側面まで延びて、半導体製造装置のチャンバの外側で配線と接続できるようになっている。また、温度センサを挿入するための溝部１５も、セラミックス焼結体基材１０ａの側面まで延びて、半導体製造装置のチャンバの外側から温度センサを挿入することができるようになっている。温度センサで測定された温度に応じて半導体製造装置の外側に設置した温度調整モジュールを用いてガスシャワー体の温度を制御することができる。
【００４５】
図１０は、プラズマ上部電極が形成されたセラミックス焼結体基材１０ｃのもう一つの実施の形態の一方の平面を示す平面図である。図１０に示すように、接続端子１４ａが、プラズマ上部電極１４に接続するようにセラミックス焼結体基材１０ｃの一方の表面上で同一の平面に沿って形成され、側面まで延びて、半導体製造装置のチャンバの外側で配線と接続できるようになっている。
【００４６】
この発明のガスシャワー体の基材を構成するセラミックス焼結体は、従来の方法で製造することができ、セラミックス粉末には必要により焼結用の助剤を添加し、さらには必要に応じてバインダを添加し、その混合粉末の成形体を焼結することによって製造する。セラミックスは耐熱性、ハロゲンを含む腐食性のガス等に対する耐食性を備える観点から、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、酸窒化アルミニウムが好ましく、窒化アルミニウムが熱伝導率と耐食性の観点から最も好ましい。
【００４７】
セラミックス粉末を成形する方法としては、ドクターブレード、押出し、プレス等の公知のシート成形方法を用いる。成形体を乾燥した後に焼結時の収縮率を勘案した形状に打ち抜きまたは切断する。この時点で貫通孔を形成してもよく、あるいは焼結体を接合した後に機械加工によって貫通孔を形成してもよい。
【００４８】
成形体を脱バインダした後に焼結する。焼結は常圧で行なうのが好ましいが、特に制限されない。必要があれば、焼結体の表面を研磨したり、焼結体に切断加工を施してもよい。ただし、寸法や反りが所定の範囲内に収まっている場合には、焼結したままの状態でガスシャワー体の基材に用いてもよい。
【００４９】
セラミックス焼結体の上にタングステンやモリブデン等の高融点金属またはこれらの混合物、あるいは銀、銀−パラジウム、ニッケル−クロム等の金属または合金の導電性物質を含むぺーストを印刷塗布して焼付けることによって導電層をセラミックス焼結体の表面上に形成する。導電層が形成されたセラミックス焼結体と他のセラミックス焼結体との間にガラスまたは非酸化物セラミックス等の接着剤を介在させることによって重ね合わせてセラミックス焼結体を接合する。このようにしてセラミックス焼結体基材に導電層を内蔵したガスシャワー体を製造することができる。
【００５０】
上述の製造方法においては、セラミックス焼結体の上に導電性物質を含むぺーストを塗布して焼付けることによって導電層を形成する方法、すなわちポストメタライズ法を採用している。ヒーター回路パターンやプラズマ上部電極に相当する導電層をセラミックス焼結体基材に内蔵させるために、タングステンやモリブデン等の高融点金属またはこれらの混合物を含むペーストをセラミックス成形体の表面上に印刷塗布し、他のセラミックス成形体を重ね合わせて熱圧着し、成形体に脱バインダ処理を施した後に、セラミックス成形体の焼結と導電体ぺーストの焼付けとを同時に行なうコファイヤー法を採用してもよい。
【００５１】
ヒーターとプラズマ上部電極の２つの機能を兼ねる導電層をセラミックス焼結体基材に内蔵するために、ヒーター回路パターンとプラズマ上部電極のそれぞれの導電層を形成し、２層の導電層を内蔵するガスシャワー体を製造してもよく、あるいはコンパクトにするためにヒーターとプラズマ上部電極の両方の機能を兼ねる１つの導電層を形成してもよい。
【００５２】
反応ガスを均一に半導体ウェハの表面上に供給するためには、少なくとも０．０１ｍｍ以上の直径を有する貫通孔を０．１個／ｃｍ²以上の密度で、好ましくは０．５個／ｃｍ²以上の密度で形成するのが望ましい。
【００５３】
【実施例】
（実施例１）
窒化アルミニウム粉末に焼結助剤としてイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）を５質量％とバインダを添加して分散混合した後に、焼結後に１．０ｍｍの厚みになるようにドクターブレード法を用いて成形した。この成形体を乾燥した後、焼結後の外径が３００ｍｍになるように打ち抜くとともに、焼結後の直径が０．５ｍｍになるように５００個の貫通孔を打ち抜いて形成した。この成形体を温度８００℃の窒素ガス気流中で脱脂し、温度１８００℃で４時間焼結した。得られた焼結体の上下面をダイヤモンド砥粒を用いて研磨した。このようにして２枚の窒化アルミニウム焼結体基材を作製した。
【００５４】
１枚の窒化アルミニウム焼結体基材の一方の表面上に、タングステン粉末と焼成助剤をエチルセルロースバインダにて混練したものを印刷塗布した。印刷パターンは、線幅が３．０ｍｍの線状パターンとし、この線状パターンを貫通孔の開口部に接触しないように図７に示すようにジグザグ状に形成した。この印刷パターンが形成された窒化アルミニウム焼結体を温度８００℃の窒素ガス中で脱脂し、温度１７００℃の窒素ガス中にて焼付けることにより導電層を形成した。
【００５５】
一方、もう１枚の窒化アルミニウム焼結体基材の一方の表面上にガラス粉末を印刷塗布した後、温度５００℃で脱脂した。この窒化アルミニウム焼結体基材の一方の表面と導電層が形成された窒化アルミニウム焼結体基材の表面とを重ね合わせて、モリブデン製の治具で固定して重しを載せた状態で温度６５０℃の窒素ガス中で接合した。このようにして図４に示されるようなヒーター回路パターンを内蔵した窒化アルミニウム焼結体基材からなるガスシャワー体を製造した。得られたガスシャワー体の厚みは２．０ｍｍであった。
【００５６】
得られたガスシャワー体１を図１に示すＣＶＤ装置の内部に組み込んだ。ウェハ保持体２の上に直径３００ｍｍのシリコンウェハ３を載せて温度７００℃に加熱した。一方、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２に２００Ｖを印加してガスシャワー体１を６００℃に加熱した状態で反応ガスを貫通孔１１に通過させてシリコンウェハ３の表面上に供給した。シリコンウェハ３の表面における温度分布を輻射表面温度計によって測定したところ、±０．４℃であった。また、所定の反応ガスを用いて窒化チタン（ＴｉＮ）膜をシリコンウェハ３の表面上に形成する処理を１００時間行なったが、ガスシャワー体１の表面や貫通孔１１では膜形成が行なわれず、膜の付着も発生しなかった。また、シリコンウェハ３の表面上では粒径０．０５μｍ以上のパーティクルの発生もなかった。反応終了後、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２への電源の供給を停止させると、ガスシャワー体１の温度は６００℃から室温まで１０分で到達した。また、ヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加して電源を供給したところ、ガスシャワー体１の温度は室温から６００℃まで６分で到達した。昇温および降温時においてガスシャワー体に割れ等は見られなかった。
【００５７】
（実施例２）
実施例１と同じ製造方法を用いて窒化アルミニウム焼結体基材を２枚製造した。貫通孔の個数を１００個にした以外は、実施例１と同じ仕様のガスシャワー体を製造した。
【００５８】
得られたガスシャワー体１を図１に示されるようなＣＶＤ装置に組み込んだ。ウェハ保持体２の上に直径３００ｍｍのシリコンウェハ３を載せて温度７００℃に加熱した。一方、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２に２００Ｖを印加してガスシャワー体１を６００℃に加熱した状態で反応ガスを貫通孔１１に通過させてシリコンウェハ３の表面上に供給した。この状態でシリコンウェハ３の表面における温度分布を輻射表面温度計によって測定した。その温度分布は±４．０℃であった。また、シリコンウェハ３の表面上に窒化チタン（ＴｉＮ）膜を形成する処理を１００時間行なったが、ガスシャワー体１の基材の表面や貫通孔１１には膜が全く形成されず、膜が付着しなかった。また、シリコンウェハ３の表面上においては、粒径が０．０５μｍ以上のパーティクルも発生しなかった。反応終了後、ヒーター回路パターン１２への電源の供給を停止すると、ガスシャワー体１の温度は６００℃から室温に１０分で到達した。また、ヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加して電源を供給したところ、ガスシャワー体１の温度は室温から６００℃まで６分で到達した。
【００５９】
（実施例３）
実施例１と同じ製造方法によって同一の数の貫通孔を有する直径３００ｍｍ、厚み１ｍｍの窒化アルミニウム焼結体基材を３枚製造した。
【００６０】
１枚の窒化アルミニウム焼結体基材の一方の表面上に、タングステン粉末と焼成助剤をバインダにて混練したものを印刷塗布した。印刷パターンは、線幅が０．５ｍｍ、線間隔が０．５ｍｍの線状のパターンとし、この線状のパターンを貫通孔の開口部に接触しないように図７に示すようにジグザグ状に形成した。
【００６１】
また、もう１枚の窒化アルミニウム焼結体基材の一方の表面上にも、タングステン粉末と焼成助剤をバインダにて混練したものを印刷塗布した。印刷パターンは、ほぼ円形のパターンとし、貫通孔の開口部を塞がないように図８に示すようにプラズマ上部電極を構成するように形成した。
【００６２】
上記の２枚の窒化アルミニウム焼結体基材の一方の表面上に形成した印刷パターンを実施例１と同様にして焼付けることにより、それぞれ、ヒーター回路パターンとプラズマ上部電極を形成する導電層を窒化アルミニウム焼結体基材の上に形成した。
【００６３】
上記の２枚の窒化アルミニウム焼結体基材ともう１枚の窒化アルミニウム焼結体基材とを、実施例１と同様にしてガラス層を介在させることによって接合した。このようにして、図６に示すようにヒーター回路パターン１２とプラズマ上部電極１４とを内蔵するガスシャワー体１を製造した。得られたガスシャワー体の厚みは３．０ｍｍであった。
【００６４】
このガスシャワー体１を図２に示されるような、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂膜）形成用のプラズマＣＶＤ装置に組み込んだ。ウェハ保持体２の上に直径３００ｍｍのシリコンウェハ３を載せて温度３００℃に加熱した。一方、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２に２００Ｖを印加して６００℃にガスシャワー体１を加熱した状態で反応ガスを貫通孔１１に通過させることによってシリコンウェハ３の表面上に反応ガスを供給した。その状態でシリコンウェハ３の表面における温度分布を輻射表面温度計によって測定したところ、±０．５℃であった。ガスシャワー体１のプラズマ上部電極１４にも２００Ｖを印加してチャンバ１０２の内部にガスプラズマを形成した状態で、シリコンウェハ３の表面上にシリコン酸化膜を形成する処理を５０時間行なったところ、貫通孔に閉塞が見られ、クリーニングを要した。また、シリコンウェハ３の表面上において粒径０．０５μｍ以上のパーティクルは発生しなかった。反応終了後、ヒーター回路パターン１２とプラズマ上部電極１４に供給する電源を停止すると、ガスシャワー体１の温度が６００℃から室温に１３分で到達した。また、ヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加して電源を供給したところ、ガスシャワー体１の温度は室温から６００℃まで１０分で到達した。
【００６５】
（実施例４）
窒化アルミニウム粉末に焼成助剤としてイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）を３質量％と酸化カルシウム（ＣａＯ）を１質量％とバインダとを添加して分散混合した後、その混合粉末を、焼結後の厚みが１．０ｍｍになるようにドクターブレード成形した。この成形体を乾燥した後、焼結後において外径が３００ｍｍになるように打ち抜き、また焼結後において直径が０．５ｍｍになるような貫通孔を５００個打ち抜いて形成した。この成形体の一方の表面上に、タングステン粉末と焼成助剤をエチルセルロースバインダにて混練したものを印刷塗布した。印刷パターンは、線幅が２．０ｍｍの線状パターンとし、この線状パターンを貫通孔の開口部に接触しないように図７に示すようにジグザグ状に形成した。このように印刷パターンを形成した窒化アルミニウム成形体の上にもう１枚の窒化アルミニウム成形体を重ね合わせて熱圧着した。熱圧着した２枚の窒化アルミニウム成形体を温度８００℃の窒素ガス気流中で脱脂し、温度１８００℃で４時間焼結することにより、印刷パターンと窒化アルミニウムを同時に焼結した。このようにして図５に示すような、ヒーター回路パターン１２を内蔵して一体化した窒化アルミニウム焼結体基材１０からなるガスシャワー体１を製造した。得られたガスシャワー体の厚みは２．０ｍｍであった。
【００６６】
得られたガスシャワー体１を図１に示すようなＣＶＤ装置に組み込んだ。ウェハ保持体２の上に直径３００ｍｍのシリコンウェハ３を載せて温度７００℃に加熱した。一方、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２に２００Ｖを印加してガスシャワー体１を６００℃に加熱した状態で反応ガスを貫通孔１１に通過させてシリコンウェハ３の表面上に供給した。この状態でシリコンウェハ３の表面上における温度分布を輻射表面温度計によって測定したところ、±０．５℃であった。また、窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）をシリコンウェハ３の表面上に形成する処理を１００時間行なったところ、ガスシャワー体１の基材の表面や貫通孔には膜が全く形成されず、膜は付着しなかった。シリコンウェハ３の表面上において粒径０．０５μｍ以上のパーティクルの発生もなかった。反応終了後、ヒーター回路パターン１２への電源供給を停止させると、ガスシャワー体１の温度は６００℃から室温に１０分で到達した。また、ヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加して電源を供給したところ、ガスシャワー体１の温度は室温から６００℃まで６分で到達した。
【００６７】
（実施例５〜１７）
実施例５〜１７では、実施例１と同じ方法で貫通孔が形成され、研磨された窒化アルミニウム焼結体を作製した。
【００６８】
１枚の窒化アルミニウム焼結体の一方の表面上にタングステン粉末と焼成助剤をエチルセルロース系バインダにて混練したものを印刷塗布した。これを窒素ガス中９００℃で脱脂し、温度１７００℃の窒素ガス中にて焼き付けることにより、導電層としてヒーター回路パターンを形成した。
【００６９】
一方、もう１枚の窒化アルミニウム焼結体の一方の表面上に以下の表２に記載した接着層の組成を有するように配合された非酸化物セラミックスと酸化物セラミックスの混合粉末、または酸化物セラミックス粉末をエチルセルロース系バインダで混練したものを印刷塗布した。これを窒素ガス中にて９００℃で脱脂した後、ヒーター回路パターンが形成された窒化アルミニウム焼結体の一方の表面の上に重ね合わせて、カーボン製の治具で固定し、加重を掛けた状態で表２に示した接合温度で窒素ガス中で加熱することにより接合した。
【００７０】
このようにして、図４に示されるようなヒーター回路パターンを内蔵した窒化アルミニウム焼結体基材からなるガスシャワー体を製造した。得られたガスシャワー体の厚みは２．０ｍｍであった。
【００７１】
得られたガスシャワー体１を図１に示すＣＶＤ装置の内部に組み込んだ。ウェハ保持体２の上に直径３００ｍｍのシリコンウェハ３を載せて温度７５０℃に加熱した。一方、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加してガスシャワー体１を６００℃に加熱した状態で反応ガスを貫通孔１１に通過させてシリコンウェハ３の表面上に供給した。シリコンウェハ３の表面における温度分布を輻射表面温度計によって測定したところ、±０．５℃であった。また、所定の反応ガスを用いて窒化チタン（ＴｉＮ）膜をシリコンウェハ３の表面上に形成する処理を１００時間行なったが、ガスシャワー体１の表面や貫通孔１１では膜形成が行なわれず、膜の付着も発生しなかった。シリコンウェハ３の表面上では粒径０．０５μｍ以上のパーティクルの発生もなかった。反応終了後、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２への電源の供給を停止させると、ガスシャワー体１の温度は６００℃から室温まで１０分で到達した。また、ヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加して電源を供給したところ、ガスシャワー体１の温度は室温から６００℃まで６分で到達した。
【００７２】
実施例１〜４では、ガスシャワー体をフッ素雰囲気中７００℃の温度で１０００時間連続使用しても問題がなかったが、７５０℃の温度で１０００時間連続使用したところ、１０個中１個、８００℃の温度で１０００時間連続使用したところ、１０個中３個、ヒーターの劣化が見られた。ガラス層の熱劣化によってヒーターの保護効果が低下したためと考えられる。
【００７３】
実施例５、１１では、ガスシャワー体をフッ素雰囲気中７００℃の温度で１０００時間、７５０℃の温度で１０００時間連続使用しても問題がなかったが、８００℃の温度で１０００時間連続使用したところ、１０個中１個、ヒーターの劣化が見られた。
【００７４】
実施例６〜１０、１２〜１７では、ガスシャワー体をフッ素雰囲気中７００℃、７５０℃、８００℃のいずれの温度で１０００時間連続使用しても問題がなかった。
【００７５】
（実施例１８)
窒化ケイ素粉末に焼結助剤としてＹ₂Ｏ₃を５質量％、Ａｌ₂Ｏ₃を２質量％添加し、バインダとしてポリビニルアルコールを添加してエタノールを溶媒としてボールミルによって分散混合した。この混合粉末をスプレードライ乾燥した後、直径３８０ｍｍ、厚み１ｍｍの形状になるようにプレス成形した。この成形体を温度８００℃の窒素ガス中で脱脂した後、温度１５５０℃で４時間焼結した。得られた窒化ケイ素焼結体の上下面をダイヤモンド砥粒にて研磨した。
【００７６】
実施例１と同じ方法で１枚の窒化ケイ素焼結体にタングステンヒーター回路パターンを形成し、もう１枚の窒化ケイ素焼結体に熱膨張係数が５．０×１０^-6／℃のＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系酸化物セラミックス層を形成して重ね合わせて窒素ガス中１１００℃の温度で加熱接合した。
【００７７】
得られたガスシャワー体１を図１に示すＣＶＤ装置の内部に組み込んだ。ウェハ保持体２の上に直径３００ｍｍのシリコンウェハ３を載せて温度７５０℃に加熱した。一方、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加してガスシャワー体１を６００℃に加熱した状態で反応ガスを貫通孔１１に通過させてシリコンウェハ３の表面上に供給した。シリコンウェハ３の表面における温度分布を輻射表面温度計によって測定したところ、±２．０℃であった。また、所定の反応ガスを用いて窒化チタン（ＴｉＮ）膜をシリコンウェハ３の表面上に形成する処理を１００時間行なったが、ガスシャワー体１の表面や貫通孔１１では膜形成が行なわれず、膜の付着も発生しなかった。シリコンウェハ３の表面上では粒径０．０５μｍ以上のパーティクルの発生もなかった。反応終了後、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２への電源の供給を停止させると、ガスシャワー体１の温度は６００℃から室温まで２０分で到達した。また、ヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加して電源を供給したところ、ガスシャワー体１の温度は室温から６００℃まで１５分で到達した。
【００７８】
（実施例１９)
酸窒化アルミニウム（ＡｌＯＮ）粉末に焼結助剤としてＭｇＯを２質量％添加し、バインダを添加して分散混合した。この混合粉末をスプレードライ乾燥した後、直径３８０ｍｍ、厚み１ｍｍの形状になるようにプレス成形した。この成形体を温度８００℃の窒素気流中で脱脂した後、温度１７７０℃で４時間焼結した。得られた酸窒化アルミニウム焼結体の上下面をダイヤモンド砥粒にて研磨した。
【００７９】
実施例１と同じ方法で１枚の酸窒化アルミニウム焼結体にタングステンヒーター回路パターンを形成し、もう１枚の酸窒化アルミニウム焼結体に熱膨張係数が５．０×１０^-6／℃のＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系酸化物セラミックス層を形成して重ね合わせて窒素ガス中１１００℃の温度で加熱接合した。
【００８０】
得られたガスシャワー体１を図１に示すＣＶＤ装置の内部に組み込んだ。ウェハ保持体２の上に直径３００ｍｍのシリコンウェハ３を載せて温度７５０℃に加熱した。一方、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加してガスシャワー体１を６００℃に加熱した状態で反応ガスを貫通孔１１に通過させてシリコンウェハ３の表面上に供給した。シリコンウェハ３の表面における温度分布を輻射表面温度計によって測定したところ、±３．０℃であった。また、所定の反応ガスを用いて窒化チタン（ＴｉＮ）膜をシリコンウェハ３の表面上に形成する処理を１００時間行なったが、ガスシャワー体１の表面や貫通孔１１では膜形成が行なわれず、膜の付着も発生しなかった。シリコンウェハ３の表面上では粒径０．０５μｍ以上のパーティクルの発生もなかった。反応終了後、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２への電源の供給を停止させると、ガスシャワー体１の温度は６００℃から室温まで２０分で到達した。また、ヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加して電源を供給したところ、ガスシャワー体１の温度は室温から６００℃まで１５分で到達した。
【００８１】
（実施例２０）
実施例１と同じ製造方法を用いて窒化アルミニウム焼結体基材を１枚製造した。実施例１と同じように窒化アルミニウム焼結体基材に貫通孔を形成し、タングステンの導電層を形成した。この導電層の表面を被覆するように、窒化アルミニウム粉末に３質量％のＹｂ−Ｎｄ−Ｃａ−Ｏ系のガラスを添加したペーストを印刷し、１６５０℃の温度で焼き付けた。
【００８２】
得られたガスシャワー体１を図１に示すＣＶＤ装置の内部に組み込んだ。ウェハ保持体２の上に直径３００ｍｍのシリコンウェハ３を載せて温度７００℃に加熱した。一方、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加してガスシャワー体１を６００℃に加熱した状態で反応ガスを貫通孔１１に通過させてシリコンウェハ３の表面上に供給した。この状態でシリコンウェハ３の表面における温度分布を輻射表面温度計によって測定したところ、±０．４℃であった。また、所定の反応ガスを用いて窒化チタン（ＴｉＮ）膜をシリコンウェハ３の表面上に形成する処理を１５０時間行なったが、ガスシャワー体１の表面や貫通孔１１では膜形成が行なわれず、膜の付着も発生しなかった。シリコンウェハ３の表面上では粒径０．０５μｍ以上のパーティクルの発生もなかった。反応終了後、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２への電源の供給を停止させると、ガスシャワー体１の温度は６００℃から室温まで７分で到達した。また、ヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加して電源を供給したところ、ガスシャワー体１の温度は室温から６００℃まで５分で到達した。
【００８３】
(実施例２１)
実施例１と同じ製造方法によって窒化アルミニウム焼結体基材を５枚製造した。１枚の窒化アルミニウム焼結体基材の上にタングステンの導電層を実施例１と同じ方法で形成して、５枚の焼結体の間にガラス層を介在させて実施例１と同じ方法で接合した。このようにして実施例１と同じ仕様のガスシャワー体を製造した。
【００８４】
得られたガスシャワー体１を図１に示すＣＶＤ装置の内部に組み込んだ。ウェハ保持体２の上に直径３００ｍｍのシリコンウェハ３を載せて温度７００℃に加熱した。一方、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加してガスシャワー体１を６００℃に加熱した状態で反応ガスを貫通孔１１に通過させてシリコンウェハ３の表面上に供給した。この状態でシリコンウェハ３の表面における温度分布を輻射表面温度計によって測定したところ、±０．６℃であった。また、所定の反応ガスを用いて窒化チタン（ＴｉＮ）膜をシリコンウェハ３の表面上に形成する処理を３０時間行なったところ、ガスシャワー体１の貫通孔１１において貫通孔の閉塞が見られた。シリコンウェハ３の表面上においてはパーティクルが発生し、ガスシャワー体１の清掃が必要となった。その後、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２への電源の供給を停止させると、ガスシャワー体１の温度は６００℃から室温まで１７分で到達した。また、ヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加して電源を供給したところ、ガスシャワー体１の温度は室温から６００℃まで７分で到達した。
【００８５】
（実施例２２）
実施例１と同じ製造方法によって窒化アルミニウム焼結体基材を２枚製造した。貫通孔の数を３０個にした以外はすべて実施例１と同じ仕様のガスシャワー体を製造した。
【００８６】
得られたガスシャワー体１を図１に示すようなＣＶＤ装置に組み込んだ。ウェハ保持体２の上に直径３００ｍｍのシリコンウェハ３を載せて温度７００℃に加熱した。一方、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２に２００Ｖを印加してガスシャワー体１を６００℃に加熱した状態で反応ガスを貫通孔１１に通過させることによりシリコンウェハ３の表面上に供給した。この状態でシリコンウェハ３の表面における温度分布を輻射表面温度計によって測定したところ、±７．０℃であった。また、窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）をシリコンウェハ３の表面上に形成する処理を１００時間行なったが、貫通孔の閉塞等は見られなかった。
【００８７】
その後、ヒーター回路パターン１２に供給する電源を停止すると、ガスシャワー体１の温度が６００℃から室温になるまで１０分かかった。また、ヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加して電源を供給したところ、ガスシャワー体１の温度は室温から６００℃まで６分で到達した。
【００８８】
（実施例２３）
実施例１と同じ製造方法によって窒化アルミニウム焼結体基材を２枚作製した。１枚の窒化アルミニウム焼結体基材にモリブデン（Ｍｏ）ペーストを塗布することによって導電層を形成した以外は実施例１と全く同じ手法でガスシャワー体を作製した。
【００８９】
実施例１と同じ手法でシリコンウェハの表面における温度分布を測定したところ、±０．４℃であった。また、実施例１と同様に膜を形成する処理を１００時間行なったが、貫通孔は閉塞しなかった。ガスシャワー体の室温から６００℃までの昇温時間は６分、電源の供給を停止させた後の室温までの降温時間は１０分を要した。
【００９０】
（実施例２４）
実施例１と同じ製造方法によって窒化アルミニウム焼結体基材を２枚作製した。１枚の窒化アルミニウム焼結体基材に銀−パラジウム（Ａｇ−Ｐｄ）ペーストを塗布することによって導電層を形成した以外は実施例１と全く同じ手法でガスシャワー体を作製した。
【００９１】
実施例１と同じ手法でシリコンウェハの表面における温度分布を測定したところ、±０．４℃であった。また、実施例１と同様に膜を形成する処理を１００時間行なったが、貫通孔は閉塞しなかった。ガスシャワー体の室温から６００℃までの昇温時間は６分、電源の供給を停止させた後の室温までの降温時間は１０分を要した。
【００９２】
（実施例２５）
実施例１と同じ製造方法によって窒化アルミニウム焼結体基材を２枚作製した。１枚の窒化アルミニウム焼結体基材にニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）ペーストを塗布することによって導電層を形成した以外は実施例１と全く同じ手法でガスシャワー体を作製した。
【００９３】
実施例１と同じ手法でシリコンウェハの表面における温度分布を測定したところ、±０．４℃であった。また、実施例１と同様に膜を形成する処理を１００時間行なったが、貫通孔は閉塞しなかった。ガスシャワー体の室温から６００℃までの昇温時間は６分、電源の供給を停止させた後の室温までの降温時間は１０分を要した。
【００９４】
（実施例２６〜３０）
実施例１と同じ製造方法で、窒化アルミニウム焼結体基材を１枚とタングステン導電層を形成した窒化アルミニウム焼結体基材を１枚作製し、熱膨張係数が２．５×１０^-6／℃、３×１０^-6／℃、５×１０^-6／℃、７．９×１０^-6／℃、10×１０^-6／℃のガラスをそれぞれ用いて２枚の焼結体を窒素ガス中にて温度７００℃で接合した。昇温速度の目標は３０分／６００℃以内であったが、それぞれ３５分で割れ、６分で割れ、６分以下で割れず、８分で割れ、８０分で割れた。
【００９５】
（比較例１）
実施例１と同じ製造方法によって貫通孔を有する窒化アルミニウム焼結体基材を２枚製造した。１枚の窒化アルミニウム焼結体基材の一方の表面上にガラス粉末を印刷塗布した。この窒化アルミニウム焼結体基材の一方の表面を温度５００℃で脱脂した後、その上にもう１枚の窒化アルミニウム焼結体基材を重ね合わせてモリブデン製の治具で固定し、重しを載せて、温度６５０℃の窒素ガス中で接合した。このようにして、図１１に示すようなガスシャワー体１を製造した。図１１に示すように、窒化アルミニウム焼結体基材１０ａと１０ｂはガラス層１３によって接合されている。ガスシャワー体１には複数個の貫通孔１１が形成されている。
【００９６】
得られたガスシャワー体１を図１に示すようなＣＶＤ装置に組み込んだ。ウェハ保持体２の表面上に直径３００ｍｍのシリコンウェハ３を載せて温度７００℃に加熱した。ガスシャワー体１の貫通孔１１に反応ガスを通過させてシリコンウェハ３の表面上に供給した。この状態でシリコンウェハ３の表面における温度分布を輻射表面温度計によって測定したところ、±１５℃であった。また、シリコンウェハ３の表面上に窒化チタン膜を形成する処理を１００時間行なったところ、ガスシャワー体１の基材の表面や貫通孔１１に膜の付着や貫通孔の閉塞は見られなかった。
【００９７】
下のウェハ保持体２からの輻射熱でガスシャワー体１も徐々に昇温し、６００℃に達するまで１８０分を要した。ウェハ保持体２への電力供給を停止させると、ガスシャワー体１は１５分で室温に達した。
【００９８】
（比較例２）
窒化アルミニウム粉末に焼結助剤としてイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）を５質量％とバインダとを添加して分散混合した後、焼結後の寸法で外径が３００ｍｍ、厚みが５ｍｍになるように金型でプレス成形することにより、２枚の窒化アルミニウム成形体を作製した。２枚の窒化アルミニウム成形体の間にコイルの巻き外径が５ｍｍになるように直径０．５ｍｍのモリブデン線を１０ｍｍピッチの渦巻状に配置させた状態で、温度１８５０℃にてホットプレス焼結した。焼結後にヒーターコイルの配置された領域に接触しないように直径０．５ｍｍの貫通孔を１個ずつマイクロダイヤモンドドリルで窒化アルミニウム焼結体基材に形成した。このようにして５０個の貫通孔を窒化アルミニウム焼結体基材に形成した。図１２に示すようにヒーターコイル線１６を窒化アルミニウム焼結体基材１０に内蔵したガスシャワー体１が得られた。
【００９９】
このガスシャワー体１を図１に示すようなＣＶＤ装置に組み込んだ。ウェハ保持体２の上に直径３００ｍｍのシリコンウェハ３を載せて温度７００℃に加熱した。一方、ガスシャワー体１のヒーターコイル線１６に２００Ｖを印加してガスシャワー体１を６００℃に加熱した状態で反応ガスを貫通孔１１に通過させることによってシリコンウェハ３の表面上に供給した。この状態でシリコンウェハ３の表面における温度分布を輻射表面温度計によって測定したところ、±１０℃であった。また、窒化チタン膜をシリコンウェハ３の表面に形成する処理を８時間行なったところ、ガスシャワー体１の基材の表面や貫通孔に膜が付着し、また貫通孔の閉塞が見られた。シリコンウェハ３の表面上にもパーティクルが発生し、ガスシャワー体１の清掃が必要となった。その後、ヒーターコイル線１６に供給する電源を停止すると、ガスシャワー体１の温度が６００℃から室温になるまで１８０分かかった。また、ヒーターコイル線１６に２００Ｖの電圧を印加して電源を供給したところ、ガスシャワー体１の温度は室温から６００℃になるまで３０分かかった。
【０１００】
(比較例３）
実施例１と同じ製造方法によって貫通孔が形成された窒化アルミニウム焼結体基材を６枚製造した。１枚の窒化アルミニウム焼結体基材の上にタングステンの導電層を実施例１と同じ方法で形成して、６枚の焼結体の間にガラス層を介在させて実施例１と同じ方法で接合した。
【０１０１】
得られたガスシャワー体１を図１に示すＣＶＤ装置の内部に組み込んだ。ウェハ保持体２の上に直径３００ｍｍのシリコンウェハ３を載せて温度７００℃に加熱した。一方、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加してガスシャワー体１を６００℃に加熱した状態で反応ガスを貫通孔１１に通過させてシリコンウェハ３の表面上に供給した。この状態でシリコンウェハ３の表面における温度分布を輻射表面温度計によって測定したところ、±０．８℃であった。また、所定の反応ガスを用いて窒化チタン（ＴｉＮ）膜をシリコンウェハ３の表面上に形成する処理を１４時間行なったところ、ガスシャワー体１の表面や貫通孔に膜が付着し、また貫通孔の閉塞が見られた。シリコンウェハ３の表面上においてはパーティクルが発生し、ガスシャワー体１の清掃が必要となった。その後、ガスシャワー体１のヒーター回路パターン１２への電源の供給を停止させると、ガスシャワー体１の温度は６００℃から室温になるまで３０分かかった。また、ヒーター回路パターン１２に２００Ｖの電圧を印加して電源を供給したところ、ガスシャワー体１の温度は室温から６００℃になるまで１５分かかった。
【０１０２】
以上の実施例１〜３０と比較例１〜３におけるガスシャワー体の構造と結果を表１に示す。なお、表１において『Ｗポスメタ』はタングステンを含む導電層がポストメタライズ法によって形成されることを意味し、『Ｗコファイヤー』はタングステンを含む導電層がコファイヤー法によって形成されることを示し、『Ｍｏコイル／ＨＰ』はモリブデンコイル線を介在させた状態でホットプレス焼結によって焼結体基材を製造することを示している。
【０１０３】
【表１】

【０１０４】
【表２】

【０１０５】
以上に開示された実施の形態や実施例はすべての点で例示的に示されるものであり、制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態や実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変更を含むものである。
【０１０６】
【発明の効果】
この発明によれば、処理対象としての半導体ウェハの外径が増大することによってより均一な加熱が必要なＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置、高温エッチング装置等の半導体製造装置に用いられるガスシャワー体として、ヒーター機能を備えた構造やヒーターとプラズマ電極の機能を併せ持った構造を提供することができる。このような構造を有するガスシャワー体を用いることにより、反応ガスの均一加熱を実現することができ、半導体ウェハの表面上において均一に膜を形成すること、または均一なエッチングを行なうことが可能になる。また、ガスシャワー体の基材の表面に不要な膜形成が生じなくなるので、貫通孔の閉塞によるチャンバ内のガスの濃度や流量の経時変化を防止することができる。さらに、ガスシャワー体の基材の表面に付着した膜が剥離して発生するパーティクルの発生も抑制することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に従ったガスシャワー体を適用可能な半導体製造装置の１つの実施の形態を概念的に示す図である。
【図２】 この発明のガスシャワー体を適用することが可能な半導体製造装置のもう１つの実施の形態を概念的に示す図である。
【図３】 この発明のガスシャワー体の１つの実施の形態を示す斜視図である。
【図４】 この発明に従ったガスシャワー体の１つの実施の形態としてヒーター機能を内蔵したものを示す概念的な断面図である。
【図５】 この発明に従ったもう１つの実施の形態としてガスシャワー体の概念的な断面構造を示す図である。
【図６】 この発明に従ったガスシャワー体のさらにもう１つの実施の形態としてヒーターとプラズマ電極の機能を併せ持つものの概念的な断面を示す図である。
【図７】 この発明に従ったガスシャワー体の基材の１つの実施の形態としてヒーター回路パターンが形成された一方の表面を示す平面図である。
【図８】 この発明に従ったガスシャワー体の基材の１つの実施の形態としてプラズマ上部電極が形成された一方の表面を示す平面図である。
【図９】 この発明に従ったガスシャワー体の基材のもう１つの実施の形態としてヒーター回路パターンが形成された一方の表面を示す平面図である。
【図１０】 この発明に従ったガスシャワー体の基材のもう１つの実施の形態としてプラズマ上部電極が形成された一方の表面を示す平面図である。
【図１１】 この発明の比較例としてガスシャワー体の概念的な断面を示す図である。
【図１２】 この発明のもう１つの比較例としてガスシャワー体の概念的な断面を示す図である。
【符号の説明】
１：ガスシャワー体、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ：セラミックス焼結体基材、１１：貫通孔、１２：ヒーター回路パターン、１３，１３ａ，１３ｂ：ガラス層、１４：プラズマ上部電極。

Claims (23)

1. 複数の貫通孔を有するセラミックス焼結体基材と、
   前記セラミックス焼結体基材に形成された導電層とを備え、
   前記セラミックス焼結体基材全体の厚みが１ｍｍ以上、５ｍｍ以下であり、
   前記セラミックス焼結体基材は、直径０．０１ｍｍ以上の前記貫通孔を０．１個／ｃｍ^２以上有し、前記導電層が印刷塗布により形成された、半導体製造装置用ガスシャワー体。
2. 前記導電層がヒータ回路パターンである、請求項１に記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
3. 前記導電層は、プラズマ発生用電極を形成する導電層を含む、請求項１に記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
4. 前記セラミックス焼結体基材は、直径０．０１ｍｍ以上の前記貫通孔を０．５個／ｃｍ^２以上有する、請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
5. 前記セラミックスは、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素および酸窒化アルミニウムからなる群より選ばれた１種を含む、請求項１から請求項４までのいずれかに記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
6. 前記セラミックスは、窒化アルミニウムである、請求項５に記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
7. 前記セラミックス焼結体基材は、第１のセラミックス焼結体と第２のセラミックス焼結体とを含み、
   前記導電層は前記第１のセラミックス焼結体の表面上に形成され、さらに、
   前記導電層が形成された前記第１のセラミックス焼結体の表面と前記第２のセラミックス焼結体との間に介在し、前記第１のセラミックス焼結体と前記第２のセラミックス焼結体とを接合する接着層とを含む、請求項１から請求項６までのいずれかに記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
8. 前記接着層はガラスを含む、請求項７に記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
9. 前記接着層は、３．０×１０^−６／℃以上８．０×１０^−６／℃以下の熱膨張係数を有するガラス層である、請求項８に記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
10. 前記接着層は非酸化物セラミックスを含む、請求項７に記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
11. 前記接着層は、３．０×１０^−６／℃以上６．０×１０^−６／℃以下の熱膨張係数を有する非酸化物セラミックスを含む、請求項１０に記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
12. 前記非酸化物セラミックスは、窒化アルミニウムまたは
    窒化ケイ素のいずれかを５０質量％以上含む、請求項１０または請求項１１に記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
13. 前記接着層はイッテルビウムとネオジウムとカルシウムとを含む酸化物、または加熱によりイッテルビウムとネオジウムとカルシウムとを含む酸化物を生ずる化合物を含む、請求項７に記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
14. 前記接着層は、イットリウムとアルミニウムとを含む酸化物、または加熱によりイットリウムとアルミニウムとを含む酸化物を生ずる化合物を含む、請求項７に記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
15. 前記導電層は前記セラミックス焼結体基材の一方の表面または両方の表面に形成され、前記導電層の表面を被覆するように保護層が形成されている、請求項１から請求項６までのいずれかに記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
16. 前記保護層はガラスを含む、請求項１５に記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
17. 前記保護層は、３．０×１０^−６／℃以上８．０×１０^−６／℃以下の熱膨張係数を有するガラス層である、請求項１６に記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
18. 前記保護層は非酸化物セラミックスを含む、請求項１５に記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
19. 前記保護層は、３．０×１０^−６／℃以上６．０×１０^−６／℃以下の熱膨張係数を有する非酸化物セラミックスを含む、請求項１８に記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
20. 前記非酸化物セラミックスは、窒化アルミニウムまたは
    窒化ケイ素のいずれかを５０質量％以上含む、請求項１８または請求項１９に記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
21. 前記導電層は、タングステン、モリブデン、銀、パラジウム、白金、ニッケルおよびクロムからなる群より選ばれた少なくとも１種を含む、請求項１から請求項２０までのいずれかに記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
22. 前記導電層は前記セラミックス焼結体基材内の平面に沿って形成され、さらに、
    前記導電層に接続するように前記セラミックス焼結体基材内の平面と同一の平面に沿って形成され、前記セラミックス焼結体から露出している外部接続端子を備える、請求項１から請求項２１までのいずれかに記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。
23. 前記セラミックス焼結体基材に内蔵された温度検出部をさらに備える、請求項１から請求項２２までのいずれかに記載の半導体製造装置用ガスシャワー体。

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