JP2002373837A - サセプターの支持構造 - Google Patents
サセプターの支持構造Info
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Abstract
サセプターから支持部材中へと伝達される熱を抑制する
と共に、サセプターを高温にしたときにも支持部材に集
中する応力を緩和する。 【解決手段】取付構造は、被処理物を加熱するためのサ
セプター2と、サセプター2に接合されており、内側空
間6が設けられている支持部材7と、支持部材7に接合
されている開口が設けられたチャンバーとを備える。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。支持部材7が、筒状の本体部
分7bと支持部材7のサセプター2側の端部に設けられ
た拡径部7aとを備える。支持部材7の縦断面の外側輪
郭7fにおいて本体部分7bと拡径部7aとの間に一つ
のアール部分13または複数の連続したアール部分が設
けられている。
Description
ンバーへの取付構造に関するものである。
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
されている。
2の半導体ウエハー1の設置面(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8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ことが好
ましい。
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、支持部材21の他端21
c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。
向上させるためには、およびガス穴や、端子および熱電
対を通すための貫通孔を支持部材21の壁面の内部に設
けるためには、支持部材21を肉厚にし、支持部材のサ
セプターに対する接合面積を増大させる必要がある。し
かし、支持部材を肉厚にすると、前述のように支持部材
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。このため、支持部材の本体部分
は肉薄にし、支持部材のサセプター側端部に肉厚の拡張
部分(フランジ部分)を設けることが有用である。
部分を設けると、サセプターを高温に加熱するときに、
本体部分とフランジ部分との境界付近に集中する内部応
力が過大になる傾向がある。このために、支持部材の破
壊を避けるためには、サセプターにおける温度の上限に
限界がある。
のサセプターと、このサセプターに接合されており、内
側空間が設けられている支持部材と、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において、サセプター
から支持部材中へと伝達される熱を抑制すると共に、サ
セプターを高温にしたときに支持部材に集中する応力を
緩和することである。
熱するためのサセプター、サセプターに接合されてお
り、内側空間が設けられている支持部材、および支持部
材に接合されており、開口が設けられたチャンバーを備
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、
支持部材が、筒状の本体部分と、支持部材のサセプター
側の端部に設けられた拡径部とを備えており、支持部材
の縦断面の外側輪郭において本体部分と拡径部との間に
一つのアール部分または複数の連続したアール部分が設
けられていることを特徴とする。
くなっている部分を指している。
部分が設けられている」とは、本体部分と拡径部との間
に、2つ以上のアール部分が設けられている場合を排除
することを意図している。アール部の個数は曲率中心の
数によって定まる。曲率中心が1つであれば、その曲率
中心に対応するアール部も1つである。アール部が2つ
あれば、各アール部に対応して各曲率中心が存在する。
部との間に、複数のアール部分が連続的に形成されてい
る場合を含む。ここで、複数のアール部分とは、曲率中
心の異なる複数のアール部分を意味する。また、複数の
アール部分が連続しているとは、複数のアール部分の間
に、直線状部、真直部分や段差などのアール部以外の形
態を挟むことなしに、複数のアール部が連続的に形成さ
れていることを意味する。この場合には、複数のアール
部分の各曲率半径が異なっていても良いし、各曲率半径
が同一であってもよい。
途アール部分を設けることは排除されない。
発明を更に説明する。
設けられており、他端にも拡径部7cが設けられてい
る。拡径部7aの接合面(端面)7eがサセプター2の
接合面(背面)2bへと接合されている。支持部材7の
他端の拡径部7cの端面7gがチャンバー10の内側壁
面10dへと接合されている。支持部材7の内側空間6
とチャンバー10の開口10aとが連通している。支持
部材7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。7dは支持部材7の縦断面の内側輪郭
であり、7fは外側輪郭である。
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
合または固液接合できる。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。
ー10の開口10aおよび支持部材7の内側空間6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8を設けるこ
とによって、封止部材20の周辺を冷却し、封止部材2
0の周辺の温度が230℃以下となるように調節してい
る。
セプター側の拡径部7aと、チャンバー側の拡径部7c
とを備えている。本発明は、本体部分7bから拡径部7
aへと至る、支持部材7の縦断面の外側輪郭7fに関す
るものである。
本体部分の外側輪郭は略真直であり、拡径部7aの外側
面16も略真直であり、支持部材7の中心軸Aに対して
略平行である。支持部材7の外側輪郭を見ると、本体部
分7bからサセプター2へと向かって、アール部分13
(13A、13B)、真直部14、角15、拡径部7a
の外側面16、アール部分17、サセプターの背面18
が順に形成されている。なお、Rはアール部分13(1
3A、13B)の曲率半径であり、REはアール部分1
7の曲率半径である。
応力集中を緩和する構造を検討していく過程で、例えは
図1−図3に示したような特定形態が特に有効であるこ
とを発見した。即ち、本体部分7bと拡径部7aとの間
に一つのアール部分13(13A、13B)を設けた場
合に、特に支持部材の内部応力が減少し、かつ支持部材
7のチャンバー10側の端部7cの温度を最も低く抑制
できることを見出した。
細に検討を加え、支持部材の内部応力のシミュレーショ
ンを行った。例えば、図5に示すような形態の支持部材
7Aを検討した。この例では、本体部分7fと拡径部7
aの外側面16との間に、第一のアール部分21、真直
部22、角23、真直部24、第二のアール部分25、
真直部26、角15が設けられている。R1、R2は、
それぞれアール部分21、25の各曲率半径である。本
発明者は、このように本体部分7fと拡径部7aとの間
に複数のアール部分を設け、各アール部分の曲率半径を
種々変更することで、支持部材の内部応力の低減を図っ
た。しかし、実際のシミュレーション結果によると、本
体部分7fと拡径部7aとの間に単一のアール部分を設
けることによって、多数のアール部分を設けて応力を分
散させた場合に比べて、支持部材における内部応力の最
大値が著しく低下することを発見し、本発明に到達し
た。
が、支持部材における内部応力を低減するという観点か
ら、3mm以上とすることが好ましく、5mm以上とす
ることが更に好ましく、10mm以上とすることが一層
好ましい。
と、支持部材を伝達される熱が多くなる傾向がある。例
えは、図3においては、実線で示すアール部分13Aの
曲率半径Rは相対的に小さく、点線で示すアール部分1
3Bの曲率半径Rは相対的に大きい。支持部材7におけ
る内部応力を低減するという観点からは、曲率半径が大
きいアール部分13Bの方が好適である。しかし、アー
ル部分の曲率半径が大きいと、それだけ支持部材の横断
面の面積が大きくなり、支持部材の他端の拡径部7c
(図1参照)近辺の温度が上昇する傾向がある。こうし
た支持部材のチャンバー側端部における温度を低減する
という観点からは、アール部分13の曲率半径30mm
以下が好ましく、25mm以下が更に好ましく、20m
m以下が最も好ましい。アール部分13の曲率半径の最
も好適な範囲は14−16mmである。
ば図3に示すように、支持部材7の縦断面の外側輪郭7
fにおいて、拡径部7aと湾曲部分13A(13B)と
の間に、支持部材7の中心軸Aに対して交差する方向に
延びる真直部14を設ける。この真直部14を設けるこ
とによって、拡径部7aの厚さを十分に大きくでき、あ
るいは、本体部分7bの厚さを十分に小さくできる。例
えば図3において直線状部を設けないと、拡径部7aの
厚さは著しく小さい設計になる。
されないが、上記の観点から、45−90度とすること
が好ましい。
材7の縦断面の外側輪郭7fにおいて、拡径部7aとサ
セプター2の表面18との間に他のアール部分17が設
けられている。
ル部分17の少なくとも一部がサセプターに形成されて
いることが好ましい。言い換えると、サセプター2の表
面18と接合面7eとの間に段差aが生じていることが
好ましい。これによって、接合部分における応力集中を
最大限緩和できる。
合面7eとサセプター2の表面(露出面)18との間に
段差が生じないようにすることもできる。ただし、この
場合には、アール部分17Aを形成すると、アール部分
17Aにおける支持部材の厚さが非常に小さくなり、か
つ異形となる。このため、アール部分17Aの近辺に応
力が集中し易くなり、あるいは剥離の起点となり易い。
Eは、接合部分における応力を最小限とするという観点
からは1mm以上が好ましく、2mm以上が更に好まし
い。
る応力を低減するという観点からは1mm以上が好まし
い。
外側輪郭16が支持部材7の中心軸Aと略平行に延び
る。外側輪郭または外側面16の長さbを大きくするこ
とは、つまり拡径部7aの厚さを大きくすることを意味
している。そして、bを大きくすることによって、拡径
部の近辺における応力が一層減少することを発見した。
この観点からは、bを2mm以上とすることが好まし
く、5mm以上とすることが一層好ましい。
材7を伝達してチャンバーの方へと逃げる熱が多くな
り、支持部材のチャンバー側端部の温度が上昇し、規定
温度(例えば200℃)を超える傾向がある。このた
め、bは10mm以下が特に好ましい。
いが,好ましくはセラミックスである。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。
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。
グシールやメタルリングシールを例示できる。
説明した本発明の取付構造を作製した。サセプター2と
しては、直径330mm、厚さ15mm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とサセプター2とを、特開平8−73280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。
持部材7の内径は38mmとし、本体部分7bの厚さは
8mmとし、拡径部7aの厚さは8mmとした。アール
部分17の曲率半径REは3mmとし、段差aは2mm
とし、真直部分16の長さbは5mmとした。アール部
分13の曲率半径Rは表1に示す。
温度を約600°に加熱したものという設定で、シュミ
レーションを行った。この状態で、支持部材7の内部応
力をその全体にわたって計算し、最大応力を求めた。ま
た、支持部材7のチャンバー側の端部7cの温度を求め
た。
作製した。基本的には本発明例1と同様にしたが、ただ
しアール部分21、25、真直部分22、24、26、
角23、15を設けた。アール部分21の曲率半径R1
は5mmとし、R2を3mmとした。実験1と同様にし
て最大応力と支持部材7のチャンバー側の端部7cの温
度を求めた。この結果、最大応力は3.2kgf/mm
2であり、7cの温度は180℃であった。
は、本発明例1と同様の構造を作製した。ただし、アー
ル部分17の曲率半径REは3mmとし、段差aは2m
mとし、真直部分16の長さbは5mmとし、アール部
分13の曲率半径Rは15mmとした。この結果、最大
応力2.6kgf/mm2であった。
て真直部分16を除いた。この結果、最大応力は2.7
kgf/mm2であった。
造を作製した。ただし、真直部分16の高さbを表2の
ように変更した。各構造について、最大応力と端部7c
の温度とを算出した。
セプターから支持部材中へと伝達される熱を抑制すると
共に、サセプターを高温にしたときにも支持部材に集中
する応力を緩和できる。
略的に示す断面図である。
2との接合部分の拡大図である。
面図である。
8 背面 5 チャンバーの内部空間 6 支持部材の内側
空間 7、7A 支持部材 7a 拡径部
7b 本体部分 7c拡径部(チャンバ
ー側の端部) 7d 支持部材の内側輪郭(内側
面) 7e、7g 接合面 7f 支持部材の外側輪郭
(外側面) 8 冷却機構 10 チャンバー 10a
開口 10dチャンバーの内側面 13
本体部分7bと拡径部7aとの間のアール部分
14 アール部分13と拡径部との間の真直部分
16 拡径部の外側面(外側輪郭) 17
他のアール部分 20 封止部材 A 支
持部材の中心軸 R アール部分13の曲率半径 RE アール部分17、17Aの曲率半径 O
曲率中心
Claims (7)
- 【請求項1】被処理物を加熱するためのサセプター、お
よびこのサセプターに接合されており、内側空間が設け
られている支持部材を備えている支持構造であって、こ
の支持構造が、開口が設けられたチャンバーを前記支持
部材に接合し、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を連通させ、前記支持部材の前記内
側空間を前記チャンバーの内部空間に対して気密に封止
するための支持構造であり、前記支持部材が、筒状の本
体部分と、前記支持部材の前記サセプター側の端部に設
けられた拡径部とを備えており、前記支持部材の縦断面
の外側輪郭において前記本体部分と前記拡径部との間に
一つのアール部分または複数の連続したアール部分が設
けられていることを特徴とする、サセプターの支持構
造。 - 【請求項2】前記アール部分の曲率半径が3mm以上、
30mm以下であることを特徴とする、請求項1記載の
構造。 - 【請求項3】前記支持部材の縦断面の外側輪郭におい
て、前記拡径部と前記アール部分との間に、前記支持部
材の中心軸に対して交差する方向に延びる真直部分が設
けられていることを特徴とする、請求項1または2記載
の構造。 - 【請求項4】前記支持部材の縦断面の外側輪郭におい
て、前記拡径部と前記サセプターの表面との間に他のア
ール部分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構造。 - 【請求項5】前記他のアール部分の少なくとも一部が前
記サセプターに形成されていることを特徴とする、請求
項4記載の構造。 - 【請求項6】前記支持部材の縦断面の外側輪郭におい
て、前記拡径部の外側面が前記支持部材の中心軸と略平
行に延びることを特徴とする、請求項1−5のいずれか
一つの請求項に記載の構造。 - 【請求項7】前記サセプター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1−6
のいずれか一つの請求項に記載の構造。
Priority Applications (1)
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JP2001033809 | 2001-02-09 | ||
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- 2002-02-06 JP JP2002029119A patent/JP3554555B2/ja not_active Expired - Lifetime
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