JP2005032898A

JP2005032898A - セラミックサセプターの支持構造

Info

Publication number: JP2005032898A
Application number: JP2003194791A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Yamaguchi; 和明山口; Yoshinobu Goto; 義信後藤; Hideyoshi Tsuruta; 英芳鶴田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2005-02-03
Anticipated expiration: 2023-07-10
Also published as: US20050006374A1; JP4518370B2; US7022947B2

Abstract

【課題】セラミックサセプターの背面に支持部を接合し、支持部を冷却装置を介してチャンバーに取り付ける場合に、セラミックサセプターの加熱面に生ずるコールドスポットを抑制し、加熱面の温度分布を低減するための実際的かつ低コストの方法を提供する。
【解決手段】支持部６は、セラミックサセプターの背面に接合されており、チャンバー内雰囲気と隔離された内側空間６ｆが設けられている。支持部６とチャンバーとの間に冷却装置が設けられている。冷却装置と支持部６との間に、セラミックサセプターから冷却装置への熱伝導量を低減するための熱伝導制御部１２Ａ、１２Ｂが設けられている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックサセプターの支持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、例えば窒化アルミニウム製のセラミックヒーターをチャンバーの内側壁面へと取り付ける必要がある。このため、セラミック板製の筒状の支持部の一端をセラミックヒーターの接合面へと取り付け、この支持部の他端をチャンバーの内側壁面へと取り付けることが行われている。支持部は、アルミナ、窒化アルミニウム等の耐熱性のセラミック板によって形成されている。支持部とチャンバーとの間はＯリングによって気密に封止する。これによって、支持部の内側空間とチャンバーの内部空間とを気密に封止し、チャンバーの内部空間のガスがチャンバーの外部へと漏れないようにする。
【０００３】しかし、筒状の支持部をセラミックヒーターの背面に接合し、セラミックヒーターを昇温させると、セラミックヒーターと支持部との接合面に微細なクラックが発生したり、これによる気体のリークが生ずる可能性がある。この問題を解決するために、本出願人は、特許文献１において、蛇腹状の支持部をセラミックヒーターに対して接合することを開示した。
【特許文献１】
特開２００１−２５０８５８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、セラミックヒーター内部の抵抗発熱体に対して電力を供給し、目標温度まで昇温したときに、目標の均熱性が得られたものとする。しかし、このセラミックヒーターを実際のチャンバーに取り付ける際には、セラミックヒーターを支持部上に固定し、支持部をチャンバーに取り付ける必要がある。この際には、セラミックヒーターの温度は例えば４００℃以上の高温となるので、チャンバーが高温となるのを防止するために、セラミックヒーターの支持部とチャンバーとの間に冷却装置を設ける必要がある。ここで、当初の目的温度において、ヒーターの加熱面の温度をほぼ均一化することに成功したものとする。しかし、このヒーターを実際のチャンバーに取り付けた後には、加熱面の中央部分の温度が低下し、コールドスポットが生成してしまうことがあった。これは、セラミックヒーターと支持部との接触面の面積、接触面の形状、支持部の熱容量、チャンバーの形状および熱容量、冷却装置の形状および冷却能力、チャンバー内面の熱反射および熱吸収、チャンバー内外の気体の気圧と流れといった多数の複雑な要因が変動するからである。
【０００５】加熱面中央部のコールドスポットを防止するためには、中央部の発熱量を増大させるように発熱体設計を変更することが考えられる。しかし、チャンバー取り付け後に、こうしたセラミックヒーターそれ自体の設計変更を行うことは現実的ではない。
【０００６】また、セラミックヒーターをチャンバーに取り付けた後に、抵抗発熱体に対する電力を微調整することによって、加熱面の温度分布が小さくなるように調節することが考えられる。しかし、このような調節は実際には困難であった。なぜなら、抵抗発熱体に対する電力供給量を増加、減少させると、その抵抗発熱体の全体の発熱量が変化するだけであって、必ずしもセラミックヒーター設置後の加熱面の温度分布が小さくなるわけではなく、かえって大きくなることもあるからである。
【０００７】本発明の課題は、セラミックサセプターの背面に支持部を接合し、支持部を冷却装置を介してチャンバーに取り付ける場合に、セラミックサセプターの加熱面に生ずるコールドスポットを抑制し、加熱面の温度分布を低減するための実際的かつ低コストの方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、チャンバー内にセラミックサセプターを支持するための支持構造であって、セラミックサセプターの背面に設けられており、チャンバー内雰囲気と隔離された内側空間が設けられた支持部、支持部とチャンバーとの間に設けられた冷却装置、および冷却装置と支持部との間に設けられており、セラミックサセプターから冷却装置への熱伝導量を低減するための熱伝導制御部を備えていることを特徴とする。
【０００９】本発明者は、例えば略円筒状の支持部を通して冷却装置へとサセプターの熱を逃がすような支持構造において、サセプターから冷却装置への熱伝導量を低減するための熱伝導制御部を冷却装置の手前に設けることを想到した。これによって、サセプターの加熱面の一部領域に、チャンバーへの取り付け後に生ずるコールドスポットを低減することが可能になった。この手法では、サセプターの設計変更などの煩雑な問題も生じない。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る支持構造を概略的に示す断面図であり、図２はその要部を示す断面図である。
【００１１】図１に示すように、セラミックサセプター（本例ではセラミックヒーター）３は、基体４と発熱体５とを備えている。４ａは加熱面であり、４ｂは背面である。セラミックサセプター３はチャンバー１の内部空間２内に収容、固定されている。セラミックサセプター３の背面４ｂには支持部６が取り付けられている。支持部６は、略筒状の本体６ａと、本体６ａの端部にあるフランジ部６ｂとを備えている。支持部６の内側空間６ｆはチャンバー内雰囲気２から隔離されている。なお、本例では支持部６がサセプター背面に接合されているが、支持部とサセプターとが一体であってもよい。
【００１２】チャンバー１には、セラミックサセプター３の取り付け部１０が固定されている。取り付け部１０には開口１０ａが設けられている。取り付け部１０には基台７が取り付けられており、基台７内には冷却装置８が収容されている。セラミックサセプター３が高温になったときに、冷却装置８が収容された基台７内の温度は全体に低くなり、取り付け部１０が高温になるのを防止する。発熱体５には電力供給部材１１が接続されており、電力供給部材１１は、支持部６の内側空間６ｆ、基台７の内側空間７ａおよび開口１０ａを通って外部へと伸びている。
【００１３】支持部６と基台７との接続部分を図２に拡大して示す。支持部６の端部にはフランジ部６ｂが設けられており、フランジ部６ｂの末端面６ｅと基台７の端面７ｂとの間はシール部材９によってシールされている。シール部材９は例えばＯリングやガスケットである。本例では、フランジ部６ｂの外周面６ｄと基台７との間には隙間があり，基台７の押さえ突起７ｃとフランジ部６ｂのフランジ面６ｃとが接触している。
【００１４】ここで、フランジ部６ｂの末端面６ｅと基台７の端面７ｂとの間には、例えば一対の断熱性シート１２Ａ、１２Ｂが挟まれている。本例では、断熱性シート１２Ａ、１２Ｂはそれぞれリング状をなしており、断熱性シート１２Ａと１２Ｂとは平面的に見て同心円状に配置されている。外側シート１２Ａと内側シート１２Ｂとの間にシール部材９が挟まれている。
【００１５】また、図３の例においては、基台７の端面７ｂ上に外側リング状突起７ｄおよび内側リング状突起７ｅが設けられており、リング状突起７ｄと７ｅとの間にリング状のシール部材９が挟まれている。内側リング状突起７ｅの内側には更に空隙部１５Ｂが設けられている。外側リング状突起７ｄの外側には空隙部１５Ａが設けられている。このように空隙部１５Ａ、１５Ｂを設け、基台７と支持部６との端面同士の接触面積を小さくすることによって、支持部から基台７の内の冷却装置への熱の移動を抑制する。
【００１６】また、好適な実施形態においては、チャンバーに取り付けられた基台と支持部との間に中間保持材を設け、冷却装置を基台内に設けることができる。そして基台と中間保持材との間に熱伝導制御部を設ける。
【００１７】図４は、この実施形態に係るものである。本例では、チャンバーの取り付け部１０の内壁面に、略リング状の基台１８が取り付けられている。基台１８の端面１８ａ上に中間保持材１７が取り付けられており、中間保持材１７上に支持部６が固定されている。基台１８内には冷却装置８が設けられている。基台１８の端面１８ａと中間保持材１７の端面１７ｄとの間は、リング状のシール部材９によって気密にシールされている。中間保持材１７の端面１７ｄと基台１８の端面１８ａとの間には一対のリング状断熱シート１２Ｃ、１２Ｄが挟まれており、断熱シート１２Ｃと１２Ｄとは略同心円状に配置されており、これらの間にシール部材９が挟まれている。端面１７ｂと６ｅとが接触しており、また押さえ部材１７ｃがフランジ面６ｃに接触している。１７ａは中間保持材１７の内側空間である。なお、中間保持材１７と支持部６との間に熱伝導制御部を設けることも可能である。
【００１８】セラミックサセプターの材質は用途に応じて選択できるので、特に限定されない。ただし、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。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。
【００１９】セラミックサセプターは加熱源によって加熱されるものである。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。
【００２０】支持部６の材質は特に限定しないが、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い。
【００２１】サセプターと支持部との接合方法は限定されず、固相接合、固液接合、ろう付け、ねじ止めなどの機械的締結であってよい。固液接合法は、特開平１０−２７３３７０号公報に記載された方法である。
【００２２】冷却装置８において使用できる冷媒は、水、シリコンオイル等の液体であってよく、また空気、不活性ガス等の気体であってもよい。
【００２３】サセプターから冷却装置への熱伝導量を低減するための熱伝導制御部の種類は限定されない。好適な実施形態においては、熱伝導制御部が断熱性部材からなる。断熱性部材の形態は限定されず、シート、フィルム、ブロックであってよい。断熱シートは、次のものを含む。
（１）断熱材からなるシート状物
（２）内部に気泡、空洞を有しているか、表面に凹凸を有するシート
【００２４】断熱シートを構成する材質は以下が好ましい。
樹脂（例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂）
また、断熱性部材の横断面形状は、図２、図４の例では長方形であるが、真円形や楕円形などの湾曲形状であってもよい。
【００２５】基台や中間保持材の材質も特に限定されないが、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い。
【００２６】
【実施例】（実施例１）
図１、図２に示す支持構造を作製した。サセプター３の基体４としては、半径１５０ｍｍ、厚さ１０ｍｍの窒化アルミニウム焼結体製の円盤を使用した。支持部６は略円筒状のセラミック板によって成形した。支持部６の長さは７０ｍｍとする。支持部６とサセプター３とを固相接合した。接合条件は以下のとおりである。
炉内雰囲気の圧力０．５ｋｇ／ｃｍ^２
最高温度２０００℃
最高温度での保持時間６０分間
接合時の圧力０．５〜１．０ｋｇ／ｃｍ^２
接合材イットリウムと酢酸を主成分とする溶液
【００２７】次いで、支持部６を基台７上にセットし、Ｏリング９で両者を気密封止した。ここで、ポリイミドテープ（「カプトンテープ」３Ｍ製：厚さ５０〜１００μｍ）を切断してリング状の断熱性シート１２Ａ、１２Ｂを形成した。次いで、チャンバー内を１０Ｔｏｒｒの窒素雰囲気にした。冷却装置８内に３０℃の冷却水を流した。抵抗発熱体５に通電し、加熱面４ａを昇温した。昇温速度は１００℃／分とした。３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃、５５０℃において、加熱面内の温度分布を放射温度計によって測定した。加熱面の中心の温度Ｔｃと、中心から径１３８ｍｍの円周上の平均温度Ｔｏ（ａｖｅ）との差を求め、図５に示す。
【００２８】（比較例１）
実施例１と同様にしてセラミックサセプターの支持構造を製造した。ただし、断熱シート１２Ａ、１２Ｂは設けなかった。このセラミックサセプターについて、実施例１と同様にして加熱面の温度分布を測定し、図５に示す。
【００２９】この結果からわかるように、本発明によれば、加熱面の温度を変化させたときに、全体として加熱面の温度差を小さく保持することができる。
【００３０】（実施例２）
実施例１と同様にしてセラミックサセプターの支持構造を製造した。ただし、断熱シート１２Ａ、１２Ｂは設けず、その代わりに図３に示す支持構造を採用した。この結果、実施例１とほぼ同様の結果を得た。
【００３１】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、セラミックサセプターの背面に支持部を接合し、支持部を冷却装置を介してチャンバーに取り付ける場合に、セラミックサセプターの加熱面に生ずるコールドスポットを抑制し、加熱面の温度分布を低減するための実際的かつ低コストの方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る支持構造を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の支持構造の要部を示す断面図であり、断熱性シート１２Ａ、１２Ｂを採用している。
【図３】本発明の他の実施形態に係る支持構造の要部を示す断面図であり、空隙部１５Ａ、１５Ｂを採用している。
【図４】本発明の他の実施形態に係る支持構造の要部を示す断面図であり、中間保持材１７と基台１８との間に断熱性シート１２Ｃ、１２Ｄを用いている。
【図５】本発明の実施例１および比較例１における加熱面の温度差を示すグラフである。
【符号の説明】１チャンバー２チャンバーの内側空間３セラミックサセプター４セラミックサセプターの基体４ａ加熱面４ｂ背面５抵抗発熱体６支持部６ｂフランジ部６ｅ支持部６の端面７、１８基台７ａ基台７の内側空間７ｂ基台７の端面７ｄ、７ｅ基台７の突起８冷却装置９シール部材１０チャンバーの取り付け部１１電力供給部材１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ断熱性シート１５Ａ、１５Ｂ空隙部１７中間保持材１７ｂ中間保持材１７の端面１７ｃ中間保持材１７の押さえ部材１７ｄ中間保持材１７の基台１８側の端面１８ａ基台１８の端面

Claims

チャンバー内にセラミックサセプターを支持するための支持構造であって、
前記セラミックサセプターの背面に設けられており、前記チャンバー内雰囲気と隔離された内側空間が設けられた支持部、前記支持部と前記チャンバーとの間に設けられた冷却装置、およびこの冷却装置と前記支持部との間に設けられており、前記セラミックサセプターから前記冷却装置への熱伝導量を低減するための熱伝導制御部を備えていることを特徴とする、セラミックサセプターの支持構造。
前記チャンバーに取り付けられた基台を備えており、前記冷却装置が前記基台内に設けられており、前記基台と前記支持部との間に前記熱伝導制御部が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の支持構造。
前記チャンバーに取り付けられた基台、および前記支持部に取り付けられた中間保持材を備えており、前記冷却装置が前記基台内に設けられており、前記基台と前記中間保持材との間に前記熱伝導制御部が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の支持構造。
前記熱伝導制御部が断熱性部材からな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支持構造。
前記断熱性部材が断熱性シートからなることを特徴とする、請求項４記載の支持構造。
前記熱伝導制御部が空隙部からな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支持構造。
前記セラミックサセプターがヒーター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支持構造。