JP2002184844A

JP2002184844A - サセプターのチャンバーへの取付構造およびサセプターのチャンバーへの支持部材

Info

Publication number: JP2002184844A
Application number: JP2000379950A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Yamaguchi; 和明山口; Yoshinobu Goto; 義信後藤
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2002-06-28
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: JP4282221B2

Abstract

(57)【要約】【課題】サセプターのチャンバーへの取付構造におい
て、支持部材中に貫通孔を設けると共に、支持部材のチ
ャンバー側の端部の温度を低く制御し、かつサセプター
から支持部材中を伝達される熱を抑制する。【解決手段】取付構造は、被処理物１を加熱するための
サセプター２と、サセプターの接合面２ｂに接合されて
おり、内側空間６Ａが設けられている支持部材７と、支
持部材７に接合されている開口１０ｂが設けられたチャ
ンバー１０とを備える。支持部材７の横断面の外側輪郭
７ｆが略真円形をなしており、支持部材１０が肉厚部分
と肉薄部分とを有しており、支持部材１０の肉厚部分の
中に、サセプター側の端面７ｇからチャンバー１０側の
端面７ｅへと向かって延びる貫通孔８Ａ、８Ｂが設けら
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、サセプターのチャ
ンバーへの取付構造およびサセプターのチャンバーへの
支持部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造用途等においては、例えば図
６に示すように、セラミックヒーター２をチャンバー１
０の内側壁面へと取り付ける必要がある。このため、セ
ラミックス板製の筒状の支持部材２１の一端２１ａをセ
ラミックヒーター２の接合面（背面）２ｂへと取り付
け、この支持部材２１の他端２１ｃをチャンバー１０の
内側壁面１０ｄへと取り付けることが行われている。支
持部材２１は、アルミナ、窒化アルミニウム等の耐熱性
のセラミックスによって形成されている。支持部材２１
の内側空間６とチャンバー１０の開口１０ａとを連通さ
せる。支持部材２１とチャンバー１０との間はＯリング
２０によって気密に封止する。これによって、支持部材
２１の内側空間６とチャンバー１０の内部空間５との間
を気密に封止し、チャンバー１０の内部空間５内のガス
がチャンバー１０の外部へと漏れないようにする。セラ
ミックサセプター２内には、例えば抵抗発熱体４が埋設
されており、抵抗発熱体４が一対の棒状の端子９に対し
て接続されている。端子９は、図示しない外部のケーブ
ルに対して接続されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】こうした支持構造にお
いては、棒状の端子９の先端９ａがセラミックサセプタ
ー２の背面（接合面）２ｂ側の中に埋設され、固定され
ている。端子９の他端は、図示しない外部の電力供給ケ
ーブルに対して接続する必要がある。このため、外部の
電力供給ケーブルから矢印Ａ方向の応力が加わると、先
端９ａの近辺に過大な応力が加わるおそれがある。ま
た、端子や電力供給ケーブルが、プロセスガスやクリー
ニングガス等の腐食性ガスに曝露され、腐食を受けると
いう問題がある。また、電力供給ケーブル間での放電を
防ぐために、各ケーブルを絶縁管の中に挿入し、ケーブ
ル間を絶縁する必要がある。

【０００４】本発明者は、この問題を解決するために、
支持部材２１の厚さを全体に厚くし、支持部材２１中
に、セラミックサセプター２の背面２ｂからチャンバー
１０の内壁１０ｄに至る貫通孔を形成し、この貫通孔の
中に端子９を挿入することを考えた。このように支持部
材２１に形成した貫通孔中に端子９を保持することによ
って、端子９に対して矢印Ａ方向の応力が加わっても、
端子９は支持部材２１によって保持され、端子９の先端
９ａの近辺には応力が加わりにくいはずである。また、
支持部材の貫通孔が上記絶縁管の役割を果たすため、支
持部材とは別体の絶縁管を新たに設け、絶縁管の中にケ
ーブルを挿入する必要がない。

【０００５】しかし、このように支持部材２１内に貫通
孔を形成する場合には、別の問題点が発生することを発
見した。即ち、セラミックサセプター２の半導体ウエハ
ー設置面（加熱面）２ａの温度は、例えば４００℃以
上、時には６００℃以上にも達する。一方、Ｏリング等
のゴム製の封止部材２０は高熱には耐えられず、その耐
熱温度は通常２００℃程度である。このため、チャンバ
ー内に冷却フランジ３０を設けることによって、Ｏリン
グの周辺を冷却し、Ｏリングの周辺の温度が２００℃以
下となるように調節する必要がある。

【０００６】ところが、セラミックサセプター２の温度
が上記のように高くなり、支持部材２１の一端２１ａの
温度が例えば４００℃を超えると、支持部材２１の他端
２１ｃの温度を２００℃以下に冷却したものとすると、
支持部材の内部における温度勾配は２００℃以上とな
る。

【０００７】一方、セラミックス製の支持部材２１中
に、端子９の挿入可能な貫通孔を形成するためには、支
持部材２１それ自体をかなり厚くする必要がある。しか
し、支持部材２１を肉厚にすると、前述のように温度勾
配があることから、支持部材を伝搬する熱伝導量が大き
くなる。この結果、支持部材の接合部分２１ａの近辺か
らの熱伝導の増大によって、加熱面２ａにコールドスポ
ットが生ずる。一方、コールドスポットが生じないよう
にすためには、支持部材からの熱の逃げを減少させる必
要があるが、この場合には封止部材２０の近辺の温度が
２００℃を超えるおそれがある。

【０００８】本発明の課題は、被処理物を加熱するため
のサセプターと、このサセプターの接合面に接合されて
おり、内側空間が設けられている支持部材と、この支持
部材に接合されている開口が設けられたチャンバーとを
備えており、チャンバーの開口と支持部材の内側空間と
が連通しており、支持部材の内側空間が前記チャンバー
の内部空間に対して気密に封止されている取付構造にお
いて、支持部材中に貫通孔を設けると共に、支持部材の
チャンバー側の端部の温度を低く制御できるようにし、
かつサセプターから支持部材中を伝達される熱を抑制す
ることである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、被処理物を加
熱するためのサセプターと、このサセプターの接合面に
接合されており、内側空間が設けられている支持部材
と、この支持部材に接合されている開口が設けられたチ
ャンバーとを備えており、チャンバーの開口と支持部材
の内側空間とが連通しており、支持部材の内側空間がチ
ャンバーの内部空間に対して気密に封止されている取付
構造であって、支持部材の横断面の外側輪郭が略真円形
をなしており、支持部材が肉厚部分と肉薄部分とを有し
ており、支持部材の肉厚部分の中にサセプター側の端面
からチャンバー側の端面へと向かって延びる貫通孔が設
けられていることを特徴とする。

【００１０】このように、支持部材の肉厚部分内に貫通
孔を設けることによって、貫通孔の周囲の強度を確保
し、同時に、貫通孔が存在しない領域は肉薄部分とする
ことによって、支持部材を伝達される熱を抑制すること
を想到した。このように、サセプターの支持部材に貫通
孔を設けると共に、支持部材の横断面の形態を工夫する
ことで熱の伝達を抑制し、支持部材のチャンバー側端部
の温度上昇とサセプター中のコールドスポット発生とを
同時に防止することは、類例がない。

【００１１】好適な実施形態においては、支持部材に複
数の貫通孔が設けられている。

【００１２】また、好適な実施形態においては、支持部
材に２つの肉厚部分と２つの肉薄部分とが交互に設けら
れており、各肉厚部分内にそれぞれ貫通孔が設けられて
いる。

【００１３】以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳
細に説明する。

【００１４】図１は、セラミックサセプター２のチャン
バー１０への取付構造を示す断面図である。サセプター
２の接合面２ｂが、支持部材７の一端７ａに対して接合
されている。この接合方法は特に限定されず、例えばろ
う材によって接合でき、あるいは特開平８−７３２８０
号公報に記載のようにして固相接合できる。サセプター
２の加熱面２ａの最高温度は、例えば４００℃以上、時
には６００℃以上、１２００℃以下に達する。支持部材
７の他端７ｃがチャンバー１０の内側壁面１０ｄに対し
て接合されており、これら両者の間が封止部材１２によ
って封止されている。封止部材１２は、チャンバー１０
の凹部１０ｃ内に収容されており、支持部材７の端面７
ｅに当接している。７ｂは筒状部である。なお、３は高
周波発生用電極である。

【００１５】チャンバー１０の外側空間１１、チャンバ
ー１０の開口１０ｂおよび支持部材７の内側空間６Ａが
連通しており、チャンバー１０の内部空間５とは隔離さ
れている。チャンバー１０内に冷却フランジ３０を設け
ることによって、封止部材１２の周辺を冷却し、封止部
材１２の周辺の温度が２００℃以下となるように調節し
ている。

【００１６】図２は、支持部材７の横断面図であり、図
３は、本発明外の形態の支持部材１７を示す横断面図で
あり、図４は、封止部材１２の平面形状を示す図であ
る。

【００１７】支持部材７の外側輪郭７ｆは略真円形であ
る。これは、幾何学的な真円形状だけでなく、製造上の
誤差程度は許容する趣旨である。支持部材７を横断面に
沿って見ると、二つの肉厚部分２３と、二つの肉薄部分
２４とが交互に形成されており、各肉厚部分２３内に貫
通孔８Ａ、８Ｂが形成されている。各貫通孔は、支持部
材７の全長にわたって延びている。貫通孔８Ａ、８Ｂの
一方の開口は、支持部材７のサセプター側の端面７ｇに
達しており、他端の開口はチャンバー１０側の端面７ｅ
に達している。

【００１８】支持部材７の内側輪郭７ｄは、２つの互い
に対向する略直線状部分１３と、２つの湾曲部分１４と
を備えている。各湾曲部分１４は、それぞれ二つの略直
線状部分１３によって挟まれている。略直線状部分１３
と外側輪郭７ｆとの間に肉厚部分２３が形成されてお
り、湾曲部分１４と外側輪郭７ｆとの間に肉薄部分が形
成されている。

【００１９】各貫通孔８Ａ、８Ｂ中には、端子９が挿入
されている。本例では、更にチャンバー１０に貫通孔１
０ａが形成されており、各貫通孔１０ａは各貫通孔８
Ａ、８Ｂと連通しており、各貫通孔１０ａ中に端子９が
挿入されている。

【００２０】ここで、図３に示すように、支持部材１７
の外側輪郭１７ｆおよび内側輪郭１７ｄの双方が略真円
形であると、支持部材１７の全長にわたって、貫通孔８
Ａ、８Ｂの周囲のセラミック強度を保持するのに足るだ
けの肉厚ｄが必要である。この結果、支持部材１７の一
端と他端との間の温度差が、前述のように大きくなる
と、支持部材１７を伝搬する熱が大きくなり、コールド
スポットが生ずる。

【００２１】これに対して、図２のような形態では、支
持部材７の断面積を最小限に抑制することができ、従っ
て、サセプターにコールドスポットを生じさせることな
く、支持部材の一端と他端との間で、従来よりも高い温
度勾配を付与することが可能になる。

【００２２】なお、略直線状部分１３によって肉厚部分
を生成させることによって、貫通孔の周辺に所望のセラ
ミック強度を付与しつつ、支持部材の断面積を最小限に
設定できる。

【００２３】貫通孔の両側および周辺では、当然、支持
部材の強度が低下する傾向がある。これを防止するため
には、貫通孔の周囲の厚さを大きくする必要がある。図
２の例では、貫通孔が存在する肉厚部分の厚さｂをでき
るだけ大きくすることが望ましい。貫通孔の近辺のセラ
ミック強度は、貫通孔の直径が一定であるものと仮定す
ると、ほぼこの肉厚ｂによって決定される。

【００２４】ここで、貫通孔近辺に所定のセラミック強
度を与えるような厚さｂが一定値であるものとする。ま
た、肉薄部分２４に所定の強度を与えるような厚さｃが
一定値であるものとする。このように、所望の厚さｂ、
ｃが予め設定された条件下では、１３が湾曲している場
合よりも、１３が略直線状をなしている場合の方が、支
持部材７の横断面の断面積が小さくなる。従って、略直
線状部分と湾曲部分とを組みあわせた形態が最も好まし
い。

【００２５】一つの好適な実施形態においては、支持部
材の外側輪郭を真円形状とする。サセプターの温度が上
昇すると、サセプターと支持部材との接合部の付け根の
外側に最大応力が集中する。この際、支持部材の外側輪
郭を真円形状とすることによって、支持部材の外側輪郭
に均等に応力が分散する。支持部材の外側輪郭を真円形
状以外の形状、例えば楕円形状とすると、外側輪郭のう
ち最も曲率半径Ｒの小さい箇所に応力が集中する傾向が
ある。

【００２６】湾曲部分１４の具体的形態は特に限定され
ず、真円の円弧、楕円の円弧であってよく、また二次曲
線、三次曲線、放物線、対数曲線等であってよいが、真
円または楕円の円弧形状が最も好ましい。

【００２７】略直線状部分１３の長さｍと、内側空間６
Ａの長径ｎとの比率は、１：１−５とすることが好まし
い。また、貫通孔８Ａ、８Ｂの直径と肉厚部分２３の幅
ｂの比率は、１：４−１０とすることが好ましい。

【００２８】本例では、図４に示すような形態の封止部
材を使用する。この封止部材１２には、中央の貫通孔１
２ｂと、両側の二つの貫通孔１２ａとが形成されてい
る。中央の貫通孔１２ｂは、支持部材７の内側空間６Ａ
と連通するものであり、両側の各貫通孔１２ａは、それ
ぞれ、チャンバーの貫通孔１０ａおよび支持部材７の貫
通孔８Ａ、８Ｂと連通するものである。

【００２９】好適な実施形態においては、支持部材の内
側輪郭が略楕円形をなしている。例えば、図５に示す支
持部材２７は、２つの肉厚部分２３と二つの肉薄部分２
４とからなっている。支持部材２７の外側輪郭２７ｆは
略真円形であり、支持部材２７の内側輪郭２７ｄは略楕
円形である。こうした形状であれば、肉厚部分と肉薄部
分との間での厚さの変化が緩やかなので、支持部材中に
クラックが発生しにくい。

【００３０】なお、内側輪郭の長径ｐと短径ｑとの比率
は、１〜９：１とすることが好ましい。

【００３１】また、支持部材の肉厚部分の厚さｂと肉薄
部分の厚さｃとの比率は、１〜７：１とすることが好ま
しい。

【００３２】支持部材およびサセプターの材質は、特に
限定されない。しかし、ハロゲン系腐食性ガスに対して
耐蝕性を有するセラミックスが好ましく、特に窒化アル
ミニウムまたは緻密質アルミナが好ましく、９５％以上
の相対密度を有する窒化アルミニウム質セラミックス、
アルミナが一層好ましい。

【００３３】サセプターは何らかの加熱源によって加熱
されるが、その加熱源は限定されず、外部の熱源（例え
ば赤外線ランプ）によって加熱されるサセプターと、内
部の熱源（例えばサセプター内に埋設されたヒーター）
によって加熱されるサセプターとの双方を含む。サセプ
ター中には、抵抗発熱体、静電チャック用電極、プラズ
マ発生用電極などの機能性部品を埋設することができ
る。

【００３４】サセプターに貫通孔を形成し、サセプター
の貫通孔と支持部材の貫通孔とを連通させ、連通した支
持部材の貫通孔とサセプターの貫通孔とを通して、チャ
ンバーの外側からサセプターの表面側へと向かってガス
を供給できる。また、連通した支持部材の貫通孔とサセ
プターの貫通孔とを通して、サセプターの表面側からチ
ャンバーの外側へと向かってガスを排気できる。

【００３５】封止部材の材質は限定されないが、Ｏリン
グシールやメタルリングシールを例示できる。

【００３６】

【実施例】（実施例）図１、図２および図４に示す取付
構造を作製した。サセプター２としては、直径２５０ｍ
ｍ、厚さ２０ｍｍの窒化アルミニウム焼結体製の円盤を
使用した。支持部材７は、緻密質の窒化アルミニウム焼
結体によって成形した。支持部材７の高さは１８０ｍｍ
とした。支持部材７とサセプター２とを、特開平８−７
３２８０号公報に記載のようにして固相接合した。支持
部材７とチャンバー１０との間は、ネジによって締めつ
け固定した。Ｏリング１２はフッ素ゴムからなる。

【００３７】支持部材７の各部分の寸法は以下のとおり
である（図２を参照）。ｍ：２０ｍｍｎ：４５ｍｍａ：３０ｍｍｂ：１２ｍｍｃ：４ｍｍ貫通孔８Ａ、８Ｂの直径：５ｍｍ

【００３８】この状態で、サセプター２の加熱面２ａの
温度を約６００°に加熱した。水冷フランジに水を流す
ことによって、支持部材とチャンバーとの接合部の温度
を約２００℃に保持した。雰囲気圧力は窒素ガス６００
Ｔｏｒｒとした。加熱面上にシリコンウエハー１を設置
した。この状態では、シリコンウエハーに、支持部材の
形態に対応するコールドスポットは観測されなかった。

【００３９】（比較例）実施例と同様にして取付構造を
作製した。ただし、支持部材としては、図３に示す支持
部材１７を使用した。支持部材１７の各寸法は以下のと
おりである。ｄ：５５ｍｍ貫通孔８Ａ、８Ｂの直径：５ｍｍ内側空間６の直径：３０ｍｍ

【００４０】この状態で、サセプター２の加熱２ａの温
度を約６００°に加熱した。水冷フランジに水を流すこ
とによって、支持部材とチャンバーとの接合部の温度を
約２００℃に保持した。雰囲気圧力は窒素ガス６００Ｔ
ｏｒｒとした。加熱面上にシリコンウエハー１を設置し
た。この状態では、シリコンウエハーに、支持部材の形
態に対応するコールドスポットが観測された（温度差約
１５℃）。

【００４１】このコールドスポットがほぼ消失するま
で、水冷フランジにおける水の流量を減少させていく
と、支持部材とチャンバーとの接合部分の温度は約３３
０℃に上昇した。

【００４２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、サ
セプターのチャンバーへの取付構造において、支持部材
中に貫通孔を設けると共に、支持部材のチャンバー側の
端部の温度を低く制御でき、かつサセプターから支持部
材中を伝達される熱を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る取付構造の縦断面図
である。

【図２】図１の支持部材７の横断面図である。

【図３】本発明外の支持部材１７の横断面図である。

【図４】封止部材１２の平面的形態を示す図である。

【図５】本発明の他の実施形態に係る支持部材２７の横
断面図である。

【図６】従来の取付構造を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１被処理物２サセプター２ａサ
セプター２の加熱面２ｂサセプター２の背面
（接合面）３高周波発生用電極４
抵抗発熱体５チャンバー１０の内部空間
６、６Ａ、６Ｂ支持部材の内側空間７、２７
本発明例の支持部材７ａ支持部材７のサセプター側の端部７ｂ、
２７ｂ筒状部７ｃ支持部材７のチャンバー側の端部７ｄ、
１７ｄ、２７ｄ支持部材の内側輪郭７ｅ支
持部材のチャンバー側の端面７ｆ、１７ｆ、２
７ｆ外側輪郭７ｇ支持部材のサセプター側
の端面９端子１０チャンバー
１０ａチャンバー１０の貫通孔１０ｂチャンバー１０の開口１０ｃチャン
バー１０の封止部材収容用凹部１０ｄチャン
バー１０の内壁面１３略直線状部分
１４湾曲部分２３肉厚部分２４
肉薄部分３０冷却フランジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4K029 DA08 JA01 JA06 KA05 4K030 GA02 KA23 5F031 HA02 HA37 HA50 5F045 AF03 EB10 EJ04 EJ09 EK09 EM02 EM05 EM09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被処理物を加熱するためのサセプターと、
このサセプターの接合面に接合されており、内側空間が
設けられている支持部材と、この支持部材に接合されて
いる開口が設けられたチャンバーとを備えており、前記
チャンバーの前記開口と前記支持部材の前記内側空間と
が連通しており、前記支持部材の前記内側空間が前記チ
ャンバーの内部空間に対して気密に封止されている取付
構造であって、前記支持部材の横断面の外側輪郭が略真円形をなしてお
り、前記支持部材が肉厚部分と肉薄部分とを有してお
り、前記支持部材の前記肉厚部分の中に前記サセプター
側の端面から前記チャンバー側の端面へと向かって延び
る貫通孔が設けられていることを特徴とする、取付構
造。
【請求項２】前記サセプターの材質または前記支持部材
の材質がセラミックスであることを特徴とする、請求項
１記載の取付構造。
【請求項３】前記支持部材に複数の前記貫通孔が設けら
れていることを特徴とする、請求項１または２記載の取
付構造。
【請求項４】前記支持部材に２つの前記肉厚部分と２つ
の前記肉薄部分とが交互に設けられており、前記の各肉
厚部分内にそれぞれ前記貫通孔が設けられていることを
特徴とする、請求項１−３のいずれか一つの請求項に記
載の取付構造。
【請求項５】前記支持部材の横断面の内側輪郭が、２つ
の互いに対向する略直線状部分と、それぞれ略直線状部
分に挟まれた２つの湾曲部分とを備えており、前記略直
線状部分と前記外側輪郭との間に前記肉厚部分が形成さ
れており、前記湾曲部分と前記外側輪郭との間に前記肉
薄部分が形成されていることを特徴とする、請求項１−
４のいずれか一つの請求項に記載の取付構造。
【請求項６】前記支持部材の横断面の内側輪郭が楕円形
であることを特徴とする、請求項１−４のいずれか一つ
の請求項に記載の取付構造。
【請求項７】前記支持部材が前記チャンバーに対してゴ
ム製の封止部材によって封止されていることを特徴とす
る、請求項１−６のいずれか一つの請求項に記載の取付
構造。
【請求項８】被処理物を加熱するためのサセプターを、
開口が設けられたチャンバーに対して取り付けるための
支持部材であって、この支持部材に内側空間が設けられており、前記支持部
材の横断面の外側輪郭が略真円形をなしており、前記支
持部材が肉厚部分と肉薄部分とを有しており、前記支持
部材の前記肉厚部分の中に前記サセプター側の端面から
前記チャンバー側の端面へと向かって延びる貫通孔が設
けられていることを特徴とする、支持部材。
【請求項９】前記サセプターの材質または前記支持部材
の材質がセラミックスであることを特徴とする、請求項
８記載の支持部材。
【請求項１０】前記支持部材に複数の前記貫通孔が設け
られていることを特徴とする、請求項８または９記載の
支持部材。
【請求項１１】前記支持部材に２つの前記肉厚部分と２
つの前記肉薄部分とが交互に設けられており、前記の各
肉厚部分内にそれぞれ前記貫通孔が設けられていること
を特徴とする、請求項８−１０のいずれか一つの請求項
に記載の支持部材。
【請求項１２】前記支持部材の横断面の内側輪郭が、２
つの互いに対向する略直線状部分と、それぞれ略直線状
部分に挟まれた２つの湾曲部分とを備えており、前記略
直線状部分と前記外側輪郭との間に前記肉厚部分が形成
されており、前記湾曲部分と前記外側輪郭との間に前記
肉薄部分が形成されていることを特徴とする、請求項８
−１０のいずれか一つの請求項に記載の支持部材。
【請求項１３】前記支持部材の横断面の内側輪郭が楕円
形であることを特徴とする、請求項８−１０のいずれか
一つの請求項に記載の支持部材。