JP2000286040A - 薄膜形成基板加熱用ヒーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】装置自体をコンパクトにし、簡単な構造で、長
寿命で電圧変動の影響を受けない薄膜形成温度を安定か
つ一定にした薄膜形成基板加熱用ヒーターを提供するこ
とを目的とする。 【解決手段】補助加熱用のヒーターとしてPTCセラミッ
クスを用い、表面層がホウ素系ガラスで覆われておりキ
ュリー点は350℃以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に半導体産業におい
て真空中で薄膜を形成する基板を加熱する際に用いる薄
膜形成基板加熱用ヒーターに関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体産業において、薄膜を形成する装
置、例えばケミカルビームエピタキシー(CBE)装置など
では、真空中で所定の温度に加熱した基板（以下ウェハ
ーと呼ぶ）面に、原料ガスのビームを照射し、ウェハー
上に各種薄膜を形成している。通常、前記CBE装置では
図２に示すようにウェハの薄膜形成面を下向きにし、該
ウェハの裏側上方にウェハと略同径のヒーターを配置
し、該ヒーターからの熱放射によりウェハを加熱してい
る。また、ヒーターの材質としては安定度の面から、一
般的には積層黒鉛板(PG)を所定の形状に加工したものが
用いられており、状況に応じてその表面にSiC等のコー
ティングをして製作されている。ところが、PGヒーター
の形状、即ちヒーターパターンは、ウェハを均一に加熱
するためにかなり複雑になる。そのため、ヒーター線同
士が接触してショートしたり、中心部が垂れ下がってヒ
ーター線とウェハとが接触して破損に到ってしまうなど
の問題点があった。図３及び図４は上記問題を解決した
従来のヒーターの構成を示すものであり、図３に示すも
のは積層ボロンナイトライド板１４の上に、ＣＶＤ法に
より所定の形状に積層黒鉛の薄膜１３を成長させてヒー
ター線とし、更にその上にボロンナイトライドの薄膜１
２を形成したものである。図４に示すものは所定のヒー
ター線形状に加工された積層黒鉛からなる発熱体(以下P
Gヒーターと呼ぶ)１７を多数のタンタル線１５で積層ボ
ロンナイトライド板１６からなるヒーター基板の下に固
定し、ヒーター線の接触や垂れ下がりを防止したもので
ある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述図
３に示すヒーター線をタンタル線１５で固定したもの
は、タンタルが脆化するという問題点があり、高温まで
加熱すると、タンタル線１５が切れてヒーター線がヒー
ター基板から外れてしまうという不都合があった。ま
た、図４に示すＣＶＤ法によりPGヒーターを形成したも
のでは、ヒーター線がヒーター基板から脱落することが
ないが、積層基板と積層ボロンナイトライド１２では熱
膨張係数に差があるため、PGヒーターを厚くすることが
できず、ヒーターを目的の温度まで加熱するのに時間が
かかる。さらに従来の方法によると、通常の電熱線等温
度によって出力が一定の場合、温度コントロールをする
必要があり、全面均質に一定の温度にするのは困難が伴
う。使用環境によっては大幅な温度のふらつきが生じる
といった問題点がある。特に、熱膨張係数の差により、
応力が働いてヒーター線にひび割れが生じて温度ムラが
生じたり、断線したり、加えて、ヒーターに通電する電
流密度も限界があるため、ヒーターにかける電圧を大き
くしなければならないという不都合がある。上記、様々
な不都合を解消して、ヒーター線の垂れ下がり、ショー
ト、断線、ヒーター基板からの脱落等を防止し、安定し
たヒーター特性にする必要がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の薄膜形成基板の加熱用ヒーターはPTCセラミ
ックスを発熱体とし、表面層がホウ素系ガラスで覆われ
ており、キュリー点を350℃以上に設定したことを特徴
としている。従って、環境変動、電圧変動があっても、
所望の発熱量のヒーターが得られるともに、被加熱物の
温度変動が著しく改善される。また、ヒーターの構造自
体も制御装置が不要となるため、全体がコンパクトにな
り、故障等が少なくなるというメリットがある。 実施例 以下、本発明を図面に示す実施例に基づいて更に詳細に
説明する。図１はPTCヒーター素子の構成を示す断面図
であり、図２は本発明のヒーターを前記CBE装置のヒー
ターとして用いたー使用例を示している。まず、チタン
酸バリウム鉛を主成分とし、副成分として微量の稀土類
元素等を添加した原料を成形後、焼成してキュリー点35
0℃にもつ板状のPTCセラミックスを得た。このPTCセラ
ミックス１の上、下面全体の焼結上がり面に電極２、３
を形成した。ヒーターは両面に電極を形成したPTCセラ
ミックス１をアルミナ等のセラミックケース内に配置す
るとともに電極板によって固定されて使われる。尚、電
圧は100Ｖ以上が印加され、より環境の変動に対して回
復力を高めるためには、電圧を高く設定する必要もある
が、耐電圧を考慮して決定される。この構成のヒーター
は従来構造のヒーターと同様にして使用することが出来
る。即ち、第２図に示すようにヒーターはウェハ９の薄
膜形成面の裏側にPTCヒーターをウェハ側に向け、所定
の間隔を設けて配置されるもので、そのヒーター基板の
外周部が電流導入端子とガイドとにより吊持され、ヒー
ターの裏側上方にはリフレクタ１０が配置される。ま
た、ウェハ９は吊り下げ軸の下端に固着された保持枠に
載置される。このようにヒーターとウェハとを対向さ
せ、PTCヒーターに通電することにより、ウェハを所望
の温度に加熱することが出来る。このとき、前述のよう
にPTCヒーターとしては板状のヒーターを用いることが
でき、通常使用されている電源でウェハを高温まで加熱
出来るとともに、ヒーター線の垂れ下がりや接触ショー
トなどの事故を防止することが出来る。薄膜形成基板加
熱用ヒーターにおいては、反応性ガス等を使用するた
め、PTC特性に影響を与えることがあるが、その場合に
は表面をホウ素系のガラスで覆うことによって、その反
応を防止できる。その際には材料の製造の際に原料中に
混合し、焼成過程で表面に析出させることも考えられ
る。特にこれらの成分は主として粒界に析出される。

【０００５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると薄
膜形成基板加熱用ヒーターにおいて、PTCセラミックス
ヒーターを使用することでコンパクトかつ周囲の環境及
び電圧変動があっても加熱用のヒーター温度は一定に維
持されるので、薄膜形成の条件を常に安定にすることが
できる。本発明のウェハ加熱用ヒーターはヒーター基板
等をとあらかじめ所定の形状及び厚さで形成したＰＴＣ
ヒーターを取り付けて、所望の発熱量のヒーターが得ら
れるとともにボロンナイトライドの化学蒸着膜により、
ヒーター基板とPGヒーターとが一体化しているため、ヒ
ーター線の垂れ下がりや接触ショートを防止できる。従
って、本発明のヒーターは特にCBE装置等のウェハ加熱
用ヒーターとして好適で、ウェハの加熱温度などに制限
生じることなく、更に様々な各種薄膜形成装置の用いる
ことができ、長期的に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はPTCヒーター素子の構造断面図を示す。

【図２】図２はCBE装置の構造断面図を示す。

【図３】図３は従来ヒーター装置の一例の構造断面図
（１）を示す。

【図４】図４は従来ヒーター装置の一例の構造断面図
（２）を示す。

【符号の説明】

１ PTCセラミックス ２，３ 電極 ４ PTCセラミックヒーター ５ ヒーター基板 ６ リード線導入路 ７ 吊り下げ軸 ８ 保持枠 ９ ウェハ １０ リフレクタ １１ ガイド １２ 積層ボロンナイトライド １３ 積層黒鉛の薄膜 １４ 積層ボロンナイトライドの薄膜 １５ タンタル線 １６ ヒーター基板 １７ PGヒーター

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄膜形成基板を加熱するために熱源とし
   てPTCセラミックスを用いることを特徴とする薄膜形成
   基板加熱用ヒーター。
2. 【請求項２】 上記、PTCセラミックスは表面層がホウ
   素系ガラスで覆われており、キュリー点350℃以上であ
   ることを特徴とする請求項１記載の薄膜形成基板加熱用
   ヒーター。