JP2016143442A - ヒータの製造方法およびヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータエレメントとヒータ電極部を高精度で接合する。
【解決手段】通電により発熱するヒータエレメントの基材の表面に原料ガスを含むプロセスガスを供給しながらヒータエレメントを所定の成膜温度まで加熱し、ヒータエレメントの基材の表面に薄膜を形成する工程と、ヒータエレメントの基材の一部を露出させる工程と、成膜温度よりも低い焼結温度で接合する接着剤を、露出した基材の一部に塗布し、ヒータエレメントにヒータ電極部を接着する工程と、焼結温度まで加熱して、ヒータエレメントとヒータ電極部を接合する工程と、を有することを特徴とするヒータの製造方法。
【選択図】図５

Description

本発明は、ヒータの製造方法およびヒータに関する。

近年、半導体装置の低価格化、高性能化の要求に伴い、ウェーハの成膜工程における高い生産性とともに、膜厚均一性の向上など高品質化が要求されている。

このような要求を満たすために、枚葉式のエピタキシャル成膜装置を用い、例えば反応室内において９００ｒｐｍ以上でウェーハを高速回転しながら、反応室内にプロセスガスを供給し、ヒータを用いて裏面側よりウェーハを加熱する裏面加熱方式が用いられている。

通常、ヒータを構成するヒータエレメントは、下面側で支持体である電極部品にボルトなどを用いて固定、接続されることが多い。しかしながら、電極部品にヒータエレメントが直接接続されるヒータ構造では、ウェーハの成膜工程のようにヒータエレメントが例えば１１００〜１４００℃のような高温状態になる場合、その熱により接合部の変形やそれに伴う抵抗値の上昇、不純物の拡散が生じてしまう。このため、ヒータ電極部をヒータエレメントに接合し、ヒータエレメントから十分に離間するようにヒータ電極部の下端側に電極部品を接続するヒータ構造が提案されている。

このようなヒータエレメントとヒータ電極部が一体化した構造のヒータには、その加工性より不純物を添加したＳｉＣ粉末を焼結して得られる焼結ＳｉＣが用いられる。そして、ヒータエレメントの表面には、不純物の拡散を防ぐためにＳｉＣコーティングが施されている。

特許第４６０２６６２号公報

従来技術では、導電性の接着剤によって接着されたヒータエレメントとヒータ電極部を所定の温度まで加熱することで予め接合した後に、ヒータエレメントおよびヒータ電極部に対してＳｉＣコーティング工程を行っていた。しかしながら、一般に、接着剤の焼結温度よりもＳｉＣコーティング工程における成膜温度の方が高くなるため、ＳｉＣコーティング工程の途中で接着剤に含まれるシリコンが融解すると、ヒータ電極部の接合角度がずれて通電が不安定になる等、接合部に不具合が生じるという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題に鑑み、ヒータエレメントとヒータ電極部を高精度で接合することを目的とする。

本発明の一実施態様のヒータの製造方法は、通電により発熱するヒータエレメントの基材の表面に原料ガスを含むプロセスガスを供給しながらヒータエレメントを所定の成膜温度まで加熱し、ヒータエレメントの基材の表面に薄膜を形成する工程と、ヒータエレメントの基材の一部を露出させる工程と、成膜温度よりも低い焼結温度で接合する接着剤を、露出した基材の一部に塗布し、ヒータエレメントにヒータ電極部を接着する工程と、焼結温度まで加熱して、ヒータエレメントとヒータ電極部を接合する工程と、を有することを特徴とする。

また、本発明の一実施態様のヒータの製造方法において、ヒータ電極部の表面にプロセスガスを供給しながら成膜温度までヒータ電極部を加熱し、ヒータ電極部の基材の表面に薄膜を形成する工程と、ヒータ電極部のヒータ電極に接着される領域の基材を露出させる工程と、
を更に備えることが好ましい。

また、本発明の一実施態様のヒータの製造方法において、薄膜は、ＳｉＣ膜であることが好ましい。

本発明の一実施態様のヒータは、不純物が添加され所定の電気抵抗値を有する第１のＳｉＣ基材と、第１のＳｉＣ基材表面の第１の領域を除く領域に形成された第１のＳｉＣ薄膜と、を備えるヒータエレメントと、ヒータエレメントの第１の領域に接合されたヒータ電極部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の一実施態様のヒータにおいて、ヒータ電極部は、不純物が添加され所定の電気抵抗値を有する第２のＳｉＣ基材と、第２のＳｉＣ基材表面の第２の領域を除く領域に形成された第２のＳｉＣ薄膜と、を備え、ヒータ電極部は、第２の領域においてヒータエレメントと接合されており、第１のＳｉＣ薄膜と第２のＳｉＣ薄膜とは、連続することなく分離して形成されていることが好ましい。

本発明によれば、ヒータエレメントとヒータ電極部を高精度で接合できる。

本発明の一実施形態に係るヒータを示す上面図である。 図１に示すヒータのＡ−Ａ’断面図である。 図１に示すヒータのヒータエレメントとヒータ電極部の接続状態を示す部分断面図である。 ヒータのヒータエレメントとヒータ電極部の接続状態の一例を示す部分断面図である。 本発明の一実施形態に係るヒータの製造方法を示すフローチャートである。 ヒータエレメントの加工工程を示す断面図である。 ヒータ電極部を接着剤で接着する工程を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体製造装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１に本実施形態に係るヒータの上面図を、図２に図１のＡ−Ａ’断面図を示す。ヒータ１６は、所定の電気抵抗値を有し、通電により発熱するヒータエレメント１６ａと、このヒータエレメント１６ａを支持し、電圧を印加するためのヒータ電極部１６ｂ，１６ｃを有している。ヒータエレメント１６ａは、例えばφ２５０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円盤状で、所定のパターン（スリット）、孔が形成されている。ヒータエレメント１６ａには、ヒータ電極部１６ｂ，１６ｃがそれぞれ接合されている。ヒータエレメント１６ａおよびヒータ電極部１６ｂ，１６ｃは、ＳｉＣ焼結体を基材としている。

図３は、ヒータエレメント１６ａとヒータ電極部１６ｂ，１６ｃの接続状態を示す部分断面図である。ヒータエレメント１６ａにおいて、ヒータエレメント１６ａの基材であるＳｉＣからなる基材１６１ａにおける、ヒータ電極部１６ｂ（１６ｃ）の接合位置に対応する領域以外の領域に、不純物が添加されない高抵抗のＳｉＣ膜１６２ａが均一の厚さで形成されている。ヒータ電極部１６ｂ（１６ｃ）は、先端がヒータエレメント１６ａ内部に挿入されており、ヒータエレメントの面方向の断面において、挿入部分がヒータエレメント下部より小さくなるように加工されている。このようなＳｉＣ膜１６２ａは、単層であっても、温度を変えて複数のＳｉＣ膜がＳｉＣ焼結体の表面に順次成膜されていてもよい。

また、貫通孔１６３を設けてヒータエレメント１６ａとヒータ電極１６ｂ，１６ｃが接合されることにより、接合精度をより高くすることができるが、必ずしも貫通孔１６３を設ける必要はない。貫通孔を設けることなく基材表面の一部を露出させ、露出した部分に接合されていても、基材に溝を設けて接合されていてもよい。

なお、図４に示すように、ヒータ電極部１６ｂ（１６ｃ）において、同様に表面にＳｉＣ膜１６２ｂ（１６２ｃ）が形成されていてもよい。この場合ＳｉＣ膜１６２ｂ（１６２ｃ）と、ヒータエレメント１６ａの表面のＳｉＣ膜１６２ａは連続することなく分離している。図５は、本実施形態に係るヒータ１６の製造方法を示すフローチャートである。

先ず、例えば、所定温度でＳｉＣ粉末を円盤状に成形して焼結する。このとき、ＳｉＣ粉末に添加される不純物濃度を制御することにより、所望の電気抵抗率を得ることが可能である。得られた円盤状の焼結体を、ワイヤ放電加工によりパターン（スリット）を形成することにより、ヒータエレメント１６ａの基材１６１ａを形成する（Ｓ１０１）。このとき、図６に示すように、併せてヒータ電極部１６ｂ，１６ｃの接合部分に貫通孔１６３を形成する。

このようにしてパターン（スリット）の形成されたヒータエレメント１６ａの基材１６１ａを、貫通孔１６３内および表面の一部をマスキングした後、ＳｉＣコーティングを行うＳｉＣコーティング用の成膜室に導入する。ヒータエレメント１６ａの基材１６１ａ表面にＳｉＣ原料ガスおよびキャリアガスを含むプロセスガスを供給しながら焼結温度より低い所定の成膜温度まで加熱し、ヒータエレメント１６ａの表面に所望の厚さ（例えば０．１ｍｍ）のノンドープのＳｉＣ膜１６２ａを形成する（Ｓ１０２）。

次に、ＳｉＣ膜１６２ａが表面に形成されたヒータエレメント１６ａを成膜室から搬出し、貫通孔１６３内のマスキングを除去した後、原料ガスがマスキング部分に回り込んで形成されたＳｉＣ膜を、図６に示すように、除去（研磨）し、基材１６１ａの一部を露出させる（Ｓ１０３）。このとき、露出部分は、ヒータ電極部１６ｂ，１６ｃの成形寸法精度、マスキングや除去（研磨）の寸法精度などにより、接着されるヒータ電極１６ｂ，１６ｃの接着される領域より広くなっていても、或いは狭くなっていてもよい。

次に、貫通孔１６３内および基材１６１ａが露出した領域に、図７に示すように、ＳｉＣ膜の成膜温度よりも低い温度で接合する導電性の接着剤１６４を塗布し、ヒータ電極部１６ｂ，１６ｃの一端をはめ込み接着する（Ｓ１０４）。なお、接合精度により接着部分より基材１６１ａの露出部分が広くなっていてもよく、必ずしも貫通孔１６３内および基材１６１ａが露出した領域全面に、接着剤を塗布しなくてもよい
そして、接着されたヒータエレメント１６ａ、ヒータ電極部１６ｂ，１６ｃを、所定の温度で加熱してヒータエレメント１６ａとヒータ電極部１６ｂ，１６ｃを接合する（Ｓ１０５）。

本実施形態において、ヒータエレメント１６ａの表面にのみＳｉＣ膜１６２ａを形成する場合を説明したが、上述のように、ヒータ電極部１６ｂ（１６ｃ）の基材１６１ｂ（１６１ｃ）の表面にＳｉＣ膜１６２ｂ（１６２ｃ）を形成してもよい。この場合、ヒータ電極部１６ｂ，１６ｃの端部（接合部分）をマスキングして、プロセスガスを供給しながら成膜温度まで加熱し、ヒータ電極部１６ｂ，１６ｃの表面にＳｉＣ膜を形成する工程、マスキングを除去し、マスキング部分に回り込んだＳｉＣ膜を除去して基材の一部を露出する工程、を追加することで、上記実施形態と同様に、ヒータエレメント１６ａとヒータ電極部１６ｂ，１６ｃの接合精度を向上させることができる。また、ヒータ電極部１６ｂ，１６ｃの表面にもＳｉＣ膜が被膜されることでヒータ１６の耐熱性能を更に向上させることができる。

また、ヒータエレメント１６ａを円盤状としたが、環状であってもよい。この場合も同様の効果が得られる。更に、本実施形態では、ヒータエレメントの基材１６１ａ、表面の薄膜（ＳｉＣ膜１６２ａ）および接着剤１６４の各々がＳｉＣを含んでいる場合について説明したが、ＳｉＣを含まない材料を用いる場合にも適用できる。

このようにして得られたヒータ１６は、例えば基板上にエピタキシャル膜を成長させる気相成長装置などの半導体製造装置において、基板を加熱するヒータとして用いることができる。

図８は、本実施形態に係る半導体製造装置である気相成長装置の概略構成を示す図である。図８に示されるように、気相成長装置は、成膜処理を行うための反応室１０を有している。この反応室１０の上部には、ガス供給口１１ａ，１１ｂがそれぞれ設けられている。ガス供給口１１ａ，１１ｂからは、原料ガス（例えば、アンモニアガス（ＮＨ_３ガス）、トリメチルアルミニウムガス（ＴＭＡガス）、トリメチルガリウムガス（ＴＭＧガス））およびキャリアガス（例えば水素（Ｈ_２））を含むプロセスガスが反応室１０の内部に導入される。

また、ガス供給口１１ａ，１１ｂの下方には、吐出孔が多数形成された整流板１２がウェーハｗの表面と対向して配置されている。整流板１２は、ウェーハｗの表面にガス供給口１１ａ，１１ｂから供給されたプロセスガスを整流状態で供給する。

反応室１０の内部には、導入されたウェーハｗを載置するサセプタ１３が設けられている。また、サセプタ１３の外周部は、円筒状の回転部材１４の上に固定されている。サセプタ１３は、反応室１０の内部で高温状態になることから、例えば高純度のＳｉＣ材料を用いて製造される。尚、本実施形態では、ウェーハ支持部材として円盤状のサセプタ１３を用いているが、環状のホルダーを用いることもできる。

サセプタ１３の外周部は、回転部１４により支持されている。回転部１４は、回転胴１４ａ、回転ベース１４ｂ、および回転軸１４ｃを有している。回転胴１４ａは、し、回転ベース１４ｂに固定されている。回転ベース１４ｂは、中心に開口部を有しており、円筒状の回転軸１４ｃが固定されている。回転軸１４ｃの中心線は、サセプタ１３の中心を通る。

また、回転軸１４ｃは、反応室１０の外部まで延設されており、回転駆動制御機構１５に接続されている。回転駆動制御機構１５は、回転軸１４ｃを回転させることにより、回転ベース１４ｂおよび回転胴１４ａを介してサセプタ１３を回転させる。そして、サセプタ１３に載置されたウェーハｗを回転させる。成膜時にウェーハｗを回転させることで、ウェーハｗの表面に均一な厚みの膜を形成できる。

回転胴１４ａ内には、ウェーハｗを裏面から加熱するために、ヒータ１６が設けられている。ヒータ１６は、上述したように、表面にＳｉＣ膜が形成されたヒータエレメント１６ａとヒータ電極部１６ｂ，１６ｃを有している。ヒータ電極部１６ｂ，１６ｃの端部はアーム状の電極部品であるブースバー１７ａ，１７ｂに接続されている。ブースバー１７ａ，１７ｂは、ヒータ電極部１６ｂ，１６ｃと接続される側とは反対側の端部において電極１８ａ，１８ｂと接続されている。電極１８ａ，１８ｂは、上端側でブースバー１７ａ，１７ｂに接続され、他端側で外部電源（図示省略する）に接続されている。外部電源から電極１８ａ，１８ｂに電圧が印加されると、ブースバー１７ａ，１７ｂおよびヒータ電極部１６ｂ，１６ｃを介してヒータエレメント１６ａに給電され、ヒータエレメント１６ａが発熱する。

また、反応室１０の上部には、ウェーハｗの表面温度（面内温度）を測定するために放射温度計１９ａ，１９ｂが設けられている。本実施形態では、反応室１０の上壁の一部および整流板１２の一部を透明石英製とすることで、放射温度計１９ａ，１９ｂによる温度測定が整流板１２によって妨げられないものとする。放射温度計１９ａ，１９ｂは、ヒータ１６の発熱に応じて変化するウェーハｗの中心部および外周部における表面温度をそれぞれ計測し、その温度データを温度制御機構２０へ出力する。温度制御機構２０は、温度データに基づいてヒータ１６の出力制御を行い、ウェーハｗの表面温度が所定の成膜温度（例えば、１１００℃）となるように加熱する。

また、反応室１０の下部には、反応時に余剰となったプロセスガスおよび反応副生成物を含むガスを排気するためにガス排気口２１ａ，２１ｂが設けられている。ガス排気口２１ａ，２１ｂは、調整弁２２および真空ポンプ２３を有するガス排気機構２４に接続されている。ガス排気機構２４は、制御機構（図示省略する）により制御され、反応室１０内が所定の圧力になるように調整して排気する。

尚、ヒータエレメント１６ａの外周上部に、同様に構成された環状のアウトヒータ設け、ウェーハｗを加熱してもよい。このようにアウトヒータを設けることにより、ウェーハｗをより均一に加熱できるため、ウェーハｗの温度分布、膜厚の均一性が向上する。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…反応室、
１１ａ，１１ｂ…ガス供給口、
１２…整流板、
１３…サセプタ、
１４…回転部材、
１５…回転駆動制御機構、
１６…ヒータ、
１６ａ…ヒータエレメント、
１６ｂ，１６ｃ…ヒータ電極部、
１７ａ，１７ｂ…ブースバー、
１８ａ，１８ｂ…電極、
１９ａ，１９ｂ…放射温度計、
２０…温度制御機構、
２１ａ，２１ｂ…ガス排気口、
１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ…基材、
１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ…ＳｉＣ膜、
１６３…貫通孔、
１６４…接着剤。

Claims (5)

1. 通電により発熱するヒータエレメントの基材の表面に原料ガスを含むプロセスガスを供給しながら前記ヒータエレメントを所定の成膜温度まで加熱し、前記ヒータエレメントの基材の表面に薄膜を形成する工程と、
   前記ヒータエレメントの基材の一部を露出させる工程と、
   前記成膜温度よりも低い焼結温度で接合する接着剤を、露出した前記基材の一部に塗布し、前記ヒータエレメントにヒータ電極部を接着する工程と、
   前記焼結温度まで加熱して、前記ヒータエレメントと前記ヒータ電極部を接合する工程と、
   を有することを特徴とするヒータの製造方法。
2. 前記ヒータ電極部の表面に前記プロセスガスを供給しながら前記成膜温度まで前記ヒータ電極部を加熱し、前記ヒータ電極部の基材の表面に薄膜を形成する工程と、
   前記ヒータ電極部の前記ヒータ電極に接着される領域の前記基材を露出させる工程と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１記載のヒータの製造方法。
3. 前記薄膜は、ＳｉＣ膜であることを特徴とする請求項１または請求項２記載のヒータの製造方法。
4. 不純物が添加され所定の電気抵抗値を有する第１のＳｉＣ基材と、前記第１のＳｉＣ基材表面の第１の領域を除く領域に形成された第１のＳｉＣ薄膜と、を備えるヒータエレメントと、
   前記ヒータエレメントの前記第１の領域に接合されたヒータ電極部と、
   を備えることを特徴とするヒータ。
5. 前記ヒータ電極部は、不純物が添加され所定の電気抵抗値を有する第２のＳｉＣ基材と、前記第２のＳｉＣ基材表面の第２の領域を除く領域に形成された第２のＳｉＣ薄膜と、を備え、
   前記ヒータ電極部は、前記第２の領域において前記ヒータエレメントと接合されており、前記第１のＳｉＣ薄膜と前記第２のＳｉＣ薄膜とは、連続することなく分離して形成されていることを特徴とする請求項４記載のヒータ。

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