JP2002373837A

JP2002373837A - サセプターの支持構造

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Publication number: JP2002373837A
Application number: JP2002029119A
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: 2001-02-09
Filing date: 2002-02-06
Publication date: 2002-12-26
Anticipated expiration: 2022-02-06
Also published as: JP3554555B2

Abstract

(57)【要約】【課題】サセプターと支持部材との取付構造において、
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

【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
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】セラミックサセプター
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。

【０００４】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、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。

【０００５】支持部材のサセプターに対する接合強度を
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。

【０００６】しかし、支持部材の端部に肉厚のフランジ
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。

【０００７】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。

【０００８】

【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、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。

【０００９】拡径部とは、本体部分に比べて外径が大き
くなっている部分を指している。

【００１０】「本体部分と拡径部との間に一つのアール
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。

【００１１】また、本発明においては、本体部分と拡径
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。

【００１２】むろん、拡径部とサセプターとの間に、別
途アール部分を設けることは排除されない。

【００１３】図１−図３の実施形態を参照しつつ、本
発明を更に説明する。

【００１４】筒状の支持部材７の一端には拡径部７ａが
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。

【００１５】支持部材とサセプターとの接合方法は特に
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。

【００１６】チャンバー１０の外側空間１１、チャンバ
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。

【００１７】支持部材７は、筒状の本体部分７ｂと、サ
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。

【００１８】即ち、本例では、図２、３に示すように、
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。

【００１９】本発明者は、前述した拡径部近辺における
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。

【００２０】本発明者は、他の複数の形態についても詳
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。

【００２１】アール部分１３の曲率半径は限定されない
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。

【００２２】また、アール部分の曲率半径が大きくなる
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。

【００２３】本発明の好適な実施形態においては、例え
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。

【００２４】真直部１４のＡに対する傾斜角度θは限定
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。

【００２５】また、好適な実施形態においては、支持部
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。

【００２６】この際、図２、３に示すように、他のアー
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。

【００２７】本発明においては、図４に示すように、接
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。

【００２８】他のアール部分１７、１７Ａの曲率半径Ｒ
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。

【００２９】段差ａは限定されないが、接合部分におけ
る応力を低減するという観点からは１ｍｍ以上が好まし
い。

【００３０】好適な実施形態においては、拡径部７ａの
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。

【００３１】しかし、ｂを大きくすると、今度は支持部
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。

【００３２】サセプター、支持部材の材質は限定されな
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。

【００３３】セラミック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】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。

【００３５】

【実施例】（本発明例１−５）図１−図３を参照しつつ
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。

【００３６】支持部材７の全長は１８０ｍｍとした。支
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。

【００３７】この状態で、サセプター２の設置面２ａの
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。

【００３８】

【表１】

【００３９】（比較例１）図５に示した比較例の構造を
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。

【００４０】（本発明例６、７）本発明例６において
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。

【００４１】本発明例７においては、本発明例６におい
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。

【００４２】（本発明例８、９）本発明例１と同様の構
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。

【００４３】

【表２】

【００４４】

【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。

【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全体を概
略的に示す断面図である。

【図２】図１の構造において、支持部材７とサセプター
２との接合部分の拡大図である。

【図３】図２の一部を更に拡大して示す図である。

【図４】本発明の他の実施形態に係る取付構造を示す断
面図である。

【図５】本発明外の取付構造を示す断面図である。

【図６】本発明外の取付構造を示す断面図である。

【符号の説明】

２サセプター２ａ設置面２ｂ、１
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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K092 PP20 QA05 RF03 RF11 TT08 VV26 VV31 VV34 4G030 AA36 AA51 BA20 BA33 CA07 GA36 5F031 CA02 HA02 HA03 HA16 HA37 HA38 PA11

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、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。