JP2006147782A - 半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータ - Google Patents
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Abstract
【課題】 高温領域まで昇温可能であると共に、プロセスチャンバー内へのマイクロ波の漏洩を抑止し得る半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータの提供。
【解決手段】 マイクロ波Mを導く直線状のストレート部1a、及びストレート部の端部に連設された円形皿状を呈し、マイクロ波を照射する出口部1bからなり、プロセスチャンバーの底部に出口部が挿着される導波管1と、導波管の出口部内に設けられ、マイクロ波を均一に照射するためのアンテナ4と、導波管の出口部の開口端に載置される円板状を呈し、上面に半導体基板を載置するセラミックスプレート6と、セラミックスプレート1にその周面及び上面に近接して埋設され、マイクロ波を反射、吸収する金属メッシュ7とを備える。
【選択図】 図1
【解決手段】 マイクロ波Mを導く直線状のストレート部1a、及びストレート部の端部に連設された円形皿状を呈し、マイクロ波を照射する出口部1bからなり、プロセスチャンバーの底部に出口部が挿着される導波管1と、導波管の出口部内に設けられ、マイクロ波を均一に照射するためのアンテナ4と、導波管の出口部の開口端に載置される円板状を呈し、上面に半導体基板を載置するセラミックスプレート6と、セラミックスプレート1にその周面及び上面に近接して埋設され、マイクロ波を反射、吸収する金属メッシュ7とを備える。
【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体製造プロセスで半導体基板の加熱に使用される半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータに関する。
半導体製造プロセスの成膜工程等においてシリコン(Si)ウェーハ等の半導体基板の加熱には、セラミックスヒータによる抵抗加熱や電磁波加熱が用いられている。
抵抗加熱に用いるセラミックスヒータは、抵抗発熱体を埋設して一体成形したセラミックスプレートからなる一体成形タイプと、セラミックスプレートに形成した溝にシースヒータ等の抵抗発熱体を設置したハイブリッドタイプとの2種類に大別され、現在、半導体製造プロセスでは、抵抗発熱体の熱をダイレクトに伝えられ、加熱効率や温度制御性の面で優れた前者(特許文献1参照)が知られている。
電磁波加熱には誘導加熱と誘電加熱の2種類があり、それぞれ使用する電磁波の波長が異なり、後者は、周波数300MHz〜300GHz(波長1m〜1mm)の電磁波を使用することからマイクロ波加熱とも呼ばれ、半導体基板の加熱に用いられている。
マイクロ波加熱による半導体基板の加熱方法としては、半導体基板を誘電体レンズを介してマイクロ波で直接加熱する方法(特許文献2参照)や半導体基板を載置するサセプタをマイクロ波で加熱して間接的に加熱する方法(特許文献3参照)が知られている。
マイクロ波加熱による半導体基板の加熱方法としては、半導体基板を誘電体レンズを介してマイクロ波で直接加熱する方法(特許文献2参照)や半導体基板を載置するサセプタをマイクロ波で加熱して間接的に加熱する方法(特許文献3参照)が知られている。
しかし、一体成形タイプのセラミックスヒータでは、抵抗発熱体の配線間の電気的な絶縁性が、主としてセラミックスプレートを形成するセラミックス材料の抵抗値に依存する一方、セラミックス材料の抵抗率(比抵抗)は、温度の上昇と共に指数関数的に減少するため、ヒータ温度を上げていくと、抵抗発熱体の配線間の絶縁抵抗も必然的に低下する。
これにより、抵抗発熱体の配線間には、温度の上昇と共に徐々にリーク電流が流れ出し、最終的には異常発熱等のトラブルが生じてしまう。
又、半導体製造プロセスでは、条件によってはヒータ温度を700℃以上とする温度領域で加熱することもあるが、例えば、半導体製造プロセス向けで広く用いられている窒化アルミニウム(AlN)製セラミックスヒータの場合、上述した温度領域においては前述した不具合により均一な面内温度分布を保つのは難しく、材料の抵抗値制御や抵抗発熱体の配置の仕方等の様々な点において高い技術と工夫とを必要とする。
更に、高温領域での抵抗率の高い窒化ホウ素(BN)製セラミックスヒータでは、1000℃以上の温度領域での加熱も可能であるが、BN材料のプラズマ雰囲気等に対する耐蝕性が低く半導体製造プロセスには不向きである。
更に又、部品のアセンブリにろう接合を用いている場合には、一般的なセラミックス向けのろう材の融点が1000℃以下であるため、使用温度の上限が制約されてしまう。
これにより、抵抗発熱体の配線間には、温度の上昇と共に徐々にリーク電流が流れ出し、最終的には異常発熱等のトラブルが生じてしまう。
又、半導体製造プロセスでは、条件によってはヒータ温度を700℃以上とする温度領域で加熱することもあるが、例えば、半導体製造プロセス向けで広く用いられている窒化アルミニウム(AlN)製セラミックスヒータの場合、上述した温度領域においては前述した不具合により均一な面内温度分布を保つのは難しく、材料の抵抗値制御や抵抗発熱体の配置の仕方等の様々な点において高い技術と工夫とを必要とする。
更に、高温領域での抵抗率の高い窒化ホウ素(BN)製セラミックスヒータでは、1000℃以上の温度領域での加熱も可能であるが、BN材料のプラズマ雰囲気等に対する耐蝕性が低く半導体製造プロセスには不向きである。
更に又、部品のアセンブリにろう接合を用いている場合には、一般的なセラミックス向けのろう材の融点が1000℃以下であるため、使用温度の上限が制約されてしまう。
一方、マイクロ波加熱では、一体成形タイプのセラミックスヒータのように電気的な回路(抵抗発熱体)や端子の取り出しが必要ないため、上述したような不具合は生じず、比較的単純な構造で半導体基板を高温領域まで加熱することが可能である。
しかし、従来のマイクロ波加熱による半導体基板の加熱方法では、マイクロ波加熱を成膜プロセス等に用いる場合、プロセスチャンバーの壁面に設けられた誘電体レンズ又はマイクロ波透過窓を介してマイクロ波を、プロセスチャンバー内の半導体基板に直接又はサセプタを介在して間接的に照射するため、マイクロ波はプロセスガス中を通過することになる。この際、プロセス条件によってはマイクロ波によりプロセスガスの分解、励起が生じてしまい、成膜を阻害するおそれがある。
このような理由から、従来のマイクロ波加熱による半導体基板の加熱方法は、減圧CVDやプラズマCVD等のプロセスに対して適用が困難である。
特開平5−93275号公報
特開平5−21420号公報
特開2002−75870号公報
しかし、従来のマイクロ波加熱による半導体基板の加熱方法では、マイクロ波加熱を成膜プロセス等に用いる場合、プロセスチャンバーの壁面に設けられた誘電体レンズ又はマイクロ波透過窓を介してマイクロ波を、プロセスチャンバー内の半導体基板に直接又はサセプタを介在して間接的に照射するため、マイクロ波はプロセスガス中を通過することになる。この際、プロセス条件によってはマイクロ波によりプロセスガスの分解、励起が生じてしまい、成膜を阻害するおそれがある。
このような理由から、従来のマイクロ波加熱による半導体基板の加熱方法は、減圧CVDやプラズマCVD等のプロセスに対して適用が困難である。
本発明は、高温領域まで昇温が可能であると共に、プロセスチャンバー内へのマイクロ波の漏洩を抑止し得る半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータの提供を主課題とする。
本発明の第1の半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータは、マイクロ波を導く直線状のストレート部、及びストレート部の端部に連設された円形皿状を呈し、マイクロ波を照射する出口部からなり、プロセスチャンバーの底部に出口部が挿着される導波管と、導波管の出口部内に設けられ、マイクロ波を均一に照射するためのアンテナと、導波管の出口部の開口端に載置される円板状を呈し、上面に半導体基板を載置するセラミックスプレートと、セラミックスプレートにその周面及び上面に近接して埋設され、マイクロ波を反射、吸収する金属メッシュとを備えることを特徴とする。
第2の半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータは、第1のものにおいて、前記金属メッシュの内側に位置してセラミックスプレートに基板載置面と平行に埋設され、マイクロ波を高効率で吸収して発熱するマイクロ波吸収プレートを備えることを特徴とする。
第3の半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータは、第1又は第2のものにおいて、前記導波管の出口部にアンテナより開口端側に位置して設けられ、導波管の内部を外部と真空シールするマイクロ波透過窓を備えることを特徴とする。
又、第4の半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータは、第1又は第2のものにおいて、前記導波管の出口部の開口部、周面及び底面がセラミックスで覆われていると共に、ストレート部がセラミックスパイプで覆われていることを特徴とする。
一方、前記セラミックスプレートは、アルミナ、窒化アルミニウム、酸化イットリウム、炭化ケイ素、その他の誘電体からなることが好ましい。
前記マイクロ波吸収プレートは、カーボン若しくは酸化亜鉛粉末、ケイ素、ゲルマニウム、アンチモン、テルル、タンタル、ニオブ、その他の粒子を分散させたセラミックスからなることが好ましい。
又、前記導波管によるセラミックスプレートへのマイクロ波照射時におけるセラミックスプレートからの漏洩マイクロ波電力は、10mW/cm2 以下であることが好ましい。
本発明の第1の半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスプレートによれば、半導体基板が、マイクロ波を吸収して発熱するセラミックスプレートにより間接的に加熱されるので、一体成形タイプのセラミックスヒータで生じる絶縁抵抗の低下や異常発熱等の不具合を解決でき、かつ、同一素材の一体成形タイプのセラミックスヒータに比べ、より高温までの昇温が可能となる。
又、マイクロ波が導波管を介してセラミックスプレートの下面(基板載置面と対向する面)に直に、かつ、アンテナを介して均一に照射されると共に、セラミックスプレートへ照射されたマイクロ波のセラミックスプレートからの漏洩が、金属メッシュによって抑えられるので、プロセスチャンバー内へのマイクロ波の漏洩を抑止することができ、ひいては、半導体製造プロセスでの使用を広範囲なものとすることができる。
更に、セラミックスプレートと導波管とが分離可能であるので、消耗品となるセラミックスプレートの交換を容易に行うことができ、一体成形タイプのセラミックスヒータに比べてメンテナンス性に優れたものとすることができる。
又、マイクロ波が導波管を介してセラミックスプレートの下面(基板載置面と対向する面)に直に、かつ、アンテナを介して均一に照射されると共に、セラミックスプレートへ照射されたマイクロ波のセラミックスプレートからの漏洩が、金属メッシュによって抑えられるので、プロセスチャンバー内へのマイクロ波の漏洩を抑止することができ、ひいては、半導体製造プロセスでの使用を広範囲なものとすることができる。
更に、セラミックスプレートと導波管とが分離可能であるので、消耗品となるセラミックスプレートの交換を容易に行うことができ、一体成形タイプのセラミックスヒータに比べてメンテナンス性に優れたものとすることができる。
第2の半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータによれば、第1のものによる作用効果の他、マイクロ波吸収プレートが、セラミックスプレートにその基板載置面と平行な面状に埋設されるので、セラミックスプレートの発熱を効率的にでき、かつ、加熱面(基板載置面)の温度均一性を得ることができる。
第3の半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータによれば、第1又は第2のものによる作用効果の他、プロセスチャンバー内の雰囲気を完全に保持することができる。
又、第4の半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータによれば、第1又は第2のものによる作用効果の他、第3のものと同様に、プロセスチャンバー内の雰囲気を完全に保持することができる他、雰囲気ガスと接する導波管の外面がセラミックスで覆われるので、従来品と同等以上の耐久性を得ることもできる。
導波管は、ニッケル(Ni)合金、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、その他の高融点金属で作製することが好ましい。
導波管の入り口には、アイソレーター、マイクロ波発振器が接続される。
導波管の入り口には、アイソレーター、マイクロ波発振器が接続される。
アンテナとしては、ラジアルラインスロットアンテナ、その他が用いられ、又、導波管と同様に、Mo、W、その他の高融点金属で作製することが好ましい。
セラミックスプレートは、半導体製造プロセスに一般的に用いられているアルミナ(Al2O3)、AlN、Y2O3、炭化ケイ素(SiC)、その他の誘電体であるセラミックスで作製することが好ましく、かつ、熱容量を下げるため、できるだけ肉薄にすることが好ましい。
なお、マイクロ波吸収プレートを埋設しない場合は、マイクロ波吸収率の高いセラミックスで作製する。
なお、マイクロ波吸収プレートを埋設しない場合は、マイクロ波吸収率の高いセラミックスで作製する。
金属メッシュは、セラミックスプレートの基板載置面及び周面と対向する面を有する皿状に形成されたものが用いられ、導波管と同様に、Mo等の高融点金属で作製される#25〜250のものが好ましい。
マイクロ波透過窓は、マイクロ波透過率の高いAlN、酸化イットリウム(Y2O3)、石英等のセラミックスで作製することが好ましい。
導波管の出口部の開口部を覆うセラミックスは、マイクロ波透過窓と同様に、導波管の内部を外部と真空シールするものであり、そのセラミックスは、マイクロ波透過率の高いAlN、Y2O3、石英等のセラミックスで作製することが好ましい。
セラミックスプレートへのマイクロ波照射時におけるセラミックスプレートからの漏洩マイクロ波電力が、10mW/cm2を超えると、プロセスチャンバー内のプロセスガスの分解、励起が生じる。
セラミックスプレートからの漏洩マイクロ波電力は、2mW/cm2以下がより好ましい。
セラミックスプレートからの漏洩マイクロ波電力は、2mW/cm2以下がより好ましい。
図1は、本発明に係る半導体基板用マイクロ加熱セラミックスヒータの実施例1を示す概念的な断面図である。
図中1は、マイクロ波Mを導く上下方向の直線状を呈するストレート部1aと、ストレート部1aの上端部に連設された皿状を呈し、マイクロ波Mを照射する出口部1bとからなるNi合金等の高融点金属製の導波管で、この導波管1は、図示しないプロセスチャンバーの底部に出口部1bが気密に挿着される一方、ストレート部1aの下端にアイソレータ2及びマイクロ発振器3が順に接続されるものである。
導波管1の出口部1b内には、マイクロ波Mを均一に照射するため、Ni合金等の高融点金属製のラジアルラインスロットアンテナ4が出口部1b内を上、下に区分するように水平に設けられていると共に、プロセスチャンバー内の雰囲気を完全に保持するため、導波管1の内部を外部と真空シールするマイクロ波透過窓5がラジアルラインスロットアンテナ4より開口端側(図1においては上端側)に位置して設けられている。
マイクロ波透過窓5は、マイクロ波透過率の高いAlN、Y2O3、石英等のセラミックスからなるものである。
マイクロ波透過窓5は、マイクロ波透過率の高いAlN、Y2O3、石英等のセラミックスからなるものである。
導波管1の出口部1bの開口端には、出口部1bの外径より僅かに大径で、かつ、Siウェーハ等の半導体基板(図示せず)とほぼ同等の外径を有し、マイクロ波Mの吸収率の高いジルコニア、その他のセラミックスからなり、上面(基板載置面)に半導体基板を載置する円板状のセラミックスプレート6が、着脱可能に載置されている。
そして、セラミックスプレート6には、それに照射されるマイクロ波Mをセラミックスプレート6内に閉じ込めるべく、セラミックスプレート6に照射されるマイクロ波Mを反射、吸収する金属メッシュ7が、セラミックスプレート6の基板載置面である上面及び周面に近接して埋設されている。
金属メッシュ7は、Mo等の高融点金属製で、セラミックスプレート6の上面及び周面と平行な面を有する円形皿状をなしている。
金属メッシュ7は、Mo等の高融点金属製で、セラミックスプレート6の上面及び周面と平行な面を有する円形皿状をなしている。
上記半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスプレートを製造するため、先ず、AlNの脱脂造粒粉を準備し、直径210mm、厚さ12mmの円板状にプレス成形する際に、#100のMoメッシュからなる直径(外径)200mm、高さ5mmの円形皿状を呈する金属メッシュ7を埋設してセラミックスプレート成形体を得た。
次に、セラミックスプレート成形体を1750℃、0.1ton/cm2、3時間キープの条件でホットプレス焼成し、得られた焼結体を直径200mm、厚さ6mmに加工してセラミックスプレート6を得た。
一方、Ni合金により外径80mm、長さ200mmのストレート部1aと、外径170mm、高さ50mmの出口部1bとからなる導波管1を作製すると共に、出口部1a内にNi合金製のラジアルラインスロットアンテナ4を設け、かつ、出口部1a内の開口端側をAlN製のマイクロ波透過窓5により内部を外部と真空シールした。
得られた半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータの昇温テストを行うため、その導波管1の出口部1bを真空チャンバー(図示せず)の底部に気密に垂直に挿着すると共に、ストレート部1aの下端にアイソレータ2及びマイクロ波発振器3を順に接続し、かつ、真空チャンバー内の出口部1bの開口端に、セラミックスプレート6をその基板載置面が上面となるように載置した。
そして、マイクロ波発振器3により、周波数2.45GHz、出力1kWのマイクロ波Mを導波管1に導入し、10mTorrの真空雰囲気でセラミックスプレート6を昇温した。
セラミックスプレート6の表面(基板載置面)を熱画像装置で観察しながら昇温したところ、表面温度は、△5℃の均一な温度分布で昇温し続け、2分間で1000℃に達した。
又、1000℃の温度に到達した時点で、真空チャンバー内の漏洩マイクロ波をパワーメーターにて測定したところ、最も強い部分で2mW/cm2であった。
セラミックスプレート6の表面(基板載置面)を熱画像装置で観察しながら昇温したところ、表面温度は、△5℃の均一な温度分布で昇温し続け、2分間で1000℃に達した。
又、1000℃の温度に到達した時点で、真空チャンバー内の漏洩マイクロ波をパワーメーターにて測定したところ、最も強い部分で2mW/cm2であった。
図2は、本発明に係る半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータの実施例2を示す概念的な断面図である。
この半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータは、実施例1のものがセラミックスプレート6をマイクロ波Mの吸収率の高いセラミックスで作製したのに対し、セラミックスプレート6′を、半導体製造プロセスに一般的に用いられているAl2O3、AlN、Y2O3、SiC等のセラミックスにより作製する一方、セラミックスプレート6′に、マイクロ波Mを効率的に熱エネルギーに変換できるカーボン(C)、酸化亜鉛(ZnO)粉末からなる、又はSi、ゲルマニウム(Ge)、アンチモン(Sb)、テルル(Te)、タンタル(Ta)、ニオブ(Nb)等の粒子を分散させたセラミックスからなる円板状のマイクロ波吸収プレート8を、その板面をセラミックスプレート6′の板面と平行になるようにし、かつ、金属メッシュ7の内側に位置するようにして埋設したものである。
他の構成は、実施例1のものと同様であるので、同一の構成部材等には同一の符号を付してその説明を省略する。
他の構成は、実施例1のものと同様であるので、同一の構成部材等には同一の符号を付してその説明を省略する。
上記半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータを製造するため、先ず、AlNの脱脂造粒粉を準備し、直径210mm、厚さ12mmの円板状にプレス成形する際に、マイクロ波吸収プレート8として直径190mm、厚さ0.5mmのカーボン粉の成形体と、#100のMoメッシュからなる直径(外径)200mm、高さ5mmの円形皿状を呈する金属メッシュ7を埋設してセラミックスプレート成形体を得た。
次に、セラミックスプレート成形体を1750℃、0.1ton/cm2、3時間キープの条件でホットプレス焼成し、得られた焼成体を直径200mm、厚さ6mmに加工してセラミックスプレート6′を得た。
一方、実施例1と同様にして導波管1を作製すると共に、その出口部1b内にラジアルラインスロットアンテナ4及びマイクロ波透過窓5を設けた。
得られた半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータの昇温テストを行うため、その導波管1の出口部1bを真空チャンバー(図示せず)の底部に気密に垂直に挿着すると共に、ストレート部1aの下端にアイソレータ2及びマイクロ波発振器3を順に接続し、かつ、真空チャンバー内の出口部1bの開口端に、セラミックスプレート6′をその基板載置面が上面となるように載置した。
そして、マイクロ波発振器3により、周波数2.45GHz、出力1kWのマイクロ波Mを導波管1に導入し、10mTorrの真空雰囲気でセラミックスプレート6′を昇温した。
セラミックスプレート6′の表面(基板載置面)を熱画像装置で観察しながら昇温したところ、表面温度は、△5℃の均一な温度分布で昇温し続け、2分間で1000℃に達した。
又、1000℃の温度に到達した時点で、真空チャンバー内の漏洩マイクロ波をパワーメーターにて測定したところ、最も強い部分で1mW/cm2であった。
セラミックスプレート6′の表面(基板載置面)を熱画像装置で観察しながら昇温したところ、表面温度は、△5℃の均一な温度分布で昇温し続け、2分間で1000℃に達した。
又、1000℃の温度に到達した時点で、真空チャンバー内の漏洩マイクロ波をパワーメーターにて測定したところ、最も強い部分で1mW/cm2であった。
図3は、本発明に係る半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータの実施例3を示す概念的な断面図である。
この半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータは、実施例1、2のものが導波管1の出口部1bにマイクロ波透過窓5を設けたのに対し、マイクロ波Mの透過率の高いAlN、Y2O3、石英等の半導体製造プロセスに一般的に用いられるセラミックス9により、開口部1の内部を外部と真空シールすると共に、開口部1bの周面及び底面を覆い、かつ、ストレート部1aを同様のセラミックスからなるセラミックスパイプ10により覆ったものである。
他の構成は、実施例2のものとほぼ同様であるので、同一の構成部材等には同一の符号を付してその説明を省略する。
他の構成は、実施例2のものとほぼ同様であるので、同一の構成部材等には同一の符号を付してその説明を省略する。
上記半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータを製造するには、先ず、実施例2と同様にしてセラミックスプレート6′を得た。
一方、Mo又はWにより外径80mm、高さ200mmの導波管1の出口部1bを作製すると共に、出口部1b内に導波管1と同様の高融点金属からなるラジアルラインスロットアンテナ4を設けた。
次に、AlNの脱脂造粒粉を準備し、外径210mm、厚さ40mmの円板状にプレス成形する際に、上記導波管1及びラジアルラインスロットアンテナ4が図3に示す配置になるように埋設して成形体を得た。
次に、成形体を1750℃、0.1ton/cm2、3時間キープの条件でホットプレス焼成し、焼結体とした。
次に、得られた焼結体を直径190mm、厚さ20mmに加工し、出口部1bと同様の高融点金属からなる外径80mm、長さ200mmのストレート部1aが接続される出口部1bの底面中部のセラミックス9に底面を貫通する深さまで孔加工を行った後、そこにストレート部1aを接続し、しかる後に、ストレート部1aをセラミックスパイプ10で覆った。
得られた半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータの昇温テストを行うため、実施例1、2と同様に真空チャンバーにセットしてセラミックスプレート6′を昇温したところ、表面温度は、△5℃の均一な温度分布で昇温し続け、2分30秒で1000℃に達した。
又、1000℃の温度に到達した時点で、真空チャンバー内の漏洩マイクロ波をパワーメータで測定したところ、最も強い部分で1mW/cm2であった。
又、1000℃の温度に到達した時点で、真空チャンバー内の漏洩マイクロ波をパワーメータで測定したところ、最も強い部分で1mW/cm2であった。
比較のための一体成形タイプのプレートヒータを作製するため、先ず、AlNの脱脂造粒粉を準備し、直径210mm、厚さ12mmの円板状にプレス成形する際に、1kW相当のMo発熱体を埋設してセラミックスプレート成形体を得た。
次に、セラミックスプレート成形体を1750℃、0.1ton/cm2、3時間キープの条件でホットプレス焼成し、得られた焼結体を直径200mm、厚さ6mmに加工すると共に、端子を取り出すために、発熱体端部が裏面に露出するまで穴加工を施し、露出した発熱体端部にMo製のボルトをろう付けして一体成形タイプのセラミックスヒータを得た。
ろう材には、融点が約800℃のNi系のものを用いた。
ろう材には、融点が約800℃のNi系のものを用いた。
得られた一体成形タイプのセラミックスヒータの昇温テストを行うため、セラミックスヒータを10mTorrの真空チャンバー内にセットし、直流電源により通電加熱した。
セラミックスプレートの表面温度を熱画像装置で観察しながら昇温したところ、表面温度が650℃に達した時点で、端子周辺の配線間で異常発熱の兆候が現れた。
又、異常発熱は、温度の上昇と共に激しくなり、端子部の温度が700℃に達した時点で、絶縁破壊が生じてセラミックスヒータの破損が起き、加熱を終了した。
又、異常発熱は、温度の上昇と共に激しくなり、端子部の温度が700℃に達した時点で、絶縁破壊が生じてセラミックスヒータの破損が起き、加熱を終了した。
比較のための半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータを作製するため、先ず、Moメッシュからなる金属メッシュを埋設することなく、その他は実施例2と全く同様の手順にてセラミックスプレートを得た。
一方、実施例1、2と同様にして導波管を作製すると共に、その出口部内にラジアルラインスロットアンテナ及びマイクロ波透過窓を設けた。
得られた半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータの昇温テストを行うため、この半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータを実施例1、2と同様に真空チャンバーにセットした。
そして、マイクロ波発振器により、周波数2.45GHz、出力1kWのマイクロ波を導波管に導入し、10mTorrの真空雰囲気でセラミックスプレートを昇温した。
セラミックスプレートの表面を熱画像装置で観察しながら昇温したところ、表面温度は△5℃の均一な温度分布で昇温し続け、2分間で1000℃に達した。
又、1000℃に到達した時点で、真空チャンバー内の漏洩マイクロ波をパワーメーターにて測定したところ、最も強い部分で50W/cm2であった。
セラミックスプレートの表面を熱画像装置で観察しながら昇温したところ、表面温度は△5℃の均一な温度分布で昇温し続け、2分間で1000℃に達した。
又、1000℃に到達した時点で、真空チャンバー内の漏洩マイクロ波をパワーメーターにて測定したところ、最も強い部分で50W/cm2であった。
1 導波管
1a ストレート部
1b 出口部
3 マイクロ波発振器
4 ラジアルラインスロットアンテナ
5 マイクロ波透過窓
6 セラミックスプレート
6′ セラミックスプレート
7 金属メッシュ
8 マイクロ波吸収プレート
9 セラミックス
10 セラミックスパイプ
M マイクロ波
1a ストレート部
1b 出口部
3 マイクロ波発振器
4 ラジアルラインスロットアンテナ
5 マイクロ波透過窓
6 セラミックスプレート
6′ セラミックスプレート
7 金属メッシュ
8 マイクロ波吸収プレート
9 セラミックス
10 セラミックスパイプ
M マイクロ波
Claims (7)
- マイクロ波を導く直線状のストレート部、及びストレート部の端部に連設された円形皿状を呈し、マイクロ波を照射する出口部からなり、プロセスチャンバーの底部に出口部が挿着される導波管と、導波管の出口部内に設けられ、マイクロ波を均一に照射するためのアンテナと、導波管の出口部の開口端に載置される円板状を呈し、上面に半導体基板を載置するセラミックスプレートと、セラミックスプレートにその周面及び上面に近接して埋設され、マイクロ波を反射、吸収する金属メッシュとを備えることを特徴とする半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータ。
- 前記金属メッシュの内側に位置してセラミックスプレートに基板載置面と平行に埋設され、マイクロ波を高効率で吸収して発熱するマイクロ波吸収プレートを備えることを特徴とする請求項1記載の半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータ。
- 前記導波管の出口部にアンテナより開口端側に設けられ、導波管の内部を外部と真空シールするマイクロ波透過窓を備えることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータ。
- 前記導波管の出口部の開口部、周面及び底面がセラミックスで覆われていると共に、ストレート部がセラミックスパイプで覆われていることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータ。
- 前記セラミックスプレートが、アルミナ、窒化アルミニウム、酸化イットリウム、炭化ケイ素、その他の誘電体からなることを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータ。
- 前記マイクロ波吸収プレートが、カーボン若しくは酸化亜鉛粉末、ケイ素、ゲルマニウム、アンチモン、テルル、タンタル、ニオブ、その他の粒子を分散させたセラミックスからなることを特徴とする請求項2、3、4又は5記載の半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータ。
- 前記導波管によるセラミックスプレートへのマイクロ波照射時におけるセラミックスプレートからの漏洩マイクロ波電力が、10mW/cm2以下であることを特徴とする請求項1、2、3、4、5又は6記載の半導体基板用マイクロ波加熱セラミックスヒータ。
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