JP2875095B2

JP2875095B2 - 加熱装置

Info

Publication number: JP2875095B2
Application number: JP4063466A
Authority: JP
Inventors: 慎治山口; 隆介牛越
Original assignee: NIPPON GAISHI KK
Current assignee: NIPPON GAISHI KK
Priority date: 1992-03-19
Filing date: 1992-03-19
Publication date: 1999-03-24
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: JPH05267309A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハー等の板
材半導体材料の加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】スーパークリーン状態を必要とする半導
体製造用装置では、腐食性ガス、エッチング用ガス、ク
リーニング用ガスとして塩素系ガス、弗素系ガス等の腐
食性ガスが使用されている。このため、ウエハーをこれ
らの腐食性ガスに接触させた状態で加熱するための加熱
装置として、抵抗発熱体の表面をステンレススチール、
インコネル等の金属により被覆した従来のヒーターを使
用すると、これらのガスの曝露によって、塩化物、酸化
物、弗化物等の粒径数μm の、好ましくないパーティク
ルが発生する。また、いわゆる間接加熱方式の半導体ウ
エハー加熱装置が開発されている。ところがこの方式の
ものは、直接加熱式のものに比較して熱損失が大きいこ
と、温度上昇に時間がかかること、赤外線透過窓へのCV
D 膜の付着により赤外線の透過が次第に妨げられ、赤外
線透過窓で熱吸収が生じて窓が過熱すること等の問題が
あった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の問題を解決する
ため、本発明者等は、円盤状の緻密質セラミックス内に
抵抗発熱体を埋設し、このセラミックスヒーターをグラ
ファイト製ケースで保持した加熱装置について検討し
た。その結果この加熱装置は、上述のような問題点を一
掃した極めて優れた装置であることが判明した。

【０００４】しかし、半導体ウエハーを保持しつつ加熱
する際に、半導体ウエハーの支持方法に問題が生じた。
即ち、半導体ウエハーにおいては特に均熱性が重要であ
り、かつ汚染を生じないようにする必要があることか
ら、ウエハーに触れる半導体ウエハー支持具を、石英等
の断熱材で作製する必要があった。しかし、この反面、
石英等の無機断熱材は強度が低く、もろいので、所定の
強度を得るためには、半導体ウエハー支持具を肉厚に
（例えば 5mm程度に）する必要がある。そして、支持具
の腕部の上に半導体ウエハーを載せ、腕部をウエハー加
熱面上に固定すると、ウエハー加熱面と半導体ウエハー
との隙間が大きくなり、熱が伝わりにくくなった。特
に、中高真空条件下では、対流による熱伝導がないの
で、半導体ウエハーを良好に加熱できなかった。

【０００５】本発明の課題は、半導体ウエハー等の半導
体材料を加熱するのに際し、半導体材料の均熱性を保
ち、半導体材料支持具の強度を充分に大きくし、セラミ
ックスヒーターの熱を半導体材料に効率的に伝えるよう
にすることである。また、これと同時に、半導体製造装
置内の雰囲気からセラミックスヒーター背面側の金属端
子等を保護し、背面側への膜の堆積を防止できるように
することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、断熱材製の半
導体材料支持具と、セラミックスヒーターと、このセラ
ミックスヒーターを半導体製造装置内に取りつけるため
のフランジ部分とを備えている加熱装置であって、半導
体材料支持具が、筒状の本体と、半導体材料を支持する
ための本体から突出する腕部とを備えており、半導体材
料支持具が相対的に逆方向に移動可能であり、セラミッ
クスヒーターが、緻密質セラミックス製の盤状基体と、
この盤状基体の内部に埋設されている抵抗発熱体とを備
えており、盤状基体に加熱面およびこの加熱面と反対側
の背面が設けられており、盤状基体の加熱面側の側周縁
部に、加熱面に対して凹んだ段差部が形成されており、
盤状基体の側面、および盤状基体の背面とフランジ部分
との間の空間が筒状の本体によって包囲されており、こ
の本体によって空間が半導体製造装置内の雰囲気から分
離されており、半導体材料を加熱面上に固定する際に本
体および腕部が移動し、腕部の一部が、盤状基体の加熱
面側の側周縁部において、加熱面よりも低い位置まで移
動して段差部内に収容されるように構成されていること
を特徴とする。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明の実施例に係る加熱装置をフ
ランジ部14に取り付けた状態を示す概略断面図、図２は
図１の一部拡大断面図である。図３は、図１の加熱装置
における主要部材のみを抽出してみた平面図である。略
円盤状のセラミックスヒーター23は、略円盤状の基体１
と、円盤状基体１の内部に埋設された抵抗発熱体２とか
らなる。円盤状基体１は、緻密でガスタイトなセラミッ
クスからなる。抵抗発熱体２は、例えば渦巻状に埋設さ
れており、抵抗発熱体２の両末端が、それぞれ端子３に
連結されている。各端子３の表面が、基体１の背面1c側
に露出する。

【０００８】円盤状基体１のウエハー加熱面1aは例えば
円形であり、ウエハー加熱面1aを囲んで円環状の段部1b
が形成され、段部1bを囲んで同心円状に円環状の段部1d
が形成されている。

【０００９】平板形状のフランジ部14は、図示しない半
導体製造装置に取り付けられるべきものである。本例で
はリード用の貫通孔14a が２箇所に形成され、各貫通孔
14aにリード部材13が挿通される。各貫通孔14a を覆う
ようにインシュレーター15が設置され、インシュレータ
ー15とフランジ部14とはＯリングでシールされる。イン
シュレーター15の下側に円環状の金属体16が設置され、
リード部材13に接続される。リード部材13の図示しない
下端部に電力供給用ケーブルが接続され、上端部13a に
リード線８が接続される。フランジ部14に冷却ジャケッ
ト18が設置されている。

【００１０】断熱体９は、石英等の断熱材で一体に形成
されている。背面1cと対向して円板状部9aがヒーターと
ほぼ平行に設けられ、円板状部9aの上側周縁に円環状の
支持フランジ9cが形成され、セラミックスヒーター１の
周縁部背面が支承されている。円板状部9aには例えば２
箇所に貫通孔9bが設けられ、各貫通孔9bにリード部材７
が挿通される。各リード部材７の下端部7aにリード線８
が接続される。リード部材７の上端面には、それぞれ雄
ネジ7bが突出する。

【００１１】金具５は耐熱金属からなる。金具５の頭部
5aにはボルト固定孔5bが形成される。ボルト固定孔5b
と、端子３の雌ネジ3aとを位置合わせし、ボルト４をボ
ルト固定孔5bに挿通し、雌ネジ3aに嵌め合わせる。金具
５の頭部5aから、背面1cとほぼ水平に細長い係止部5cが
一対延設されている。雄ネジ7bを一対の係止部5cの間に
挿通し、ナット６を雄ネジ7bに嵌め合わせて止める。ヒ
ーター作動時には、リード部材13、リード線８、リード
部材７、金具５、端子３を通して、抵抗発熱体２へと電
力を供給する。

【００１２】円板状部9aの下側面の周縁に、円筒状部9d
が延設される。フランジ部14の上側壁面に、規制板22が
突設されており、規制板22が円筒状部9dの下部外周に当
接して規制し、断熱体９が横方向にズレないようにす
る。円筒状部9dの下端面に支持脚9eが突設され、フラン
ジ部14の盲孔14b に支持脚9eの先端が挿入されている。
支持脚9eの側周面を囲むようにスプリングコイル20が設
置され、スプリングコイル20の下端がフランジ部14に当
たり、上端が、円筒状部9dの下端面に当接する。

【００１３】筒状体10は、耐熱金属からなる。筒状体10
の本体10a は円筒状であり、本体10a が、支承部９の側
周面と、円盤状基体１の側周面の一部とを囲んでいる。
本体10a の下端部の外周に、円環状の取付部10b が形成
され、取付部10b がフランジ部14に当接し、両者の間が
Ｏリングでシールされている。本体10a の上端の内周
に、円環状突設部10c が形成され、円環状突設部10c と
段部1dとが対向し、両者の間に円環状シール部材21が挟
まれている。側周断熱材11は、平面的にみて円環状の本
体11a と、本体11a の上端内周に形成された延設部11b
とからなる。本体11a は本体10a の外周面の上端を覆
い、延設部11b は、円環状突設部10c の上側面の一部を
覆う。

【００１４】ウエハー支持具12は、断熱材からなり、図
示しない駆動装置によって上下動可能である。ウエハー
支持具12の本体12a は幅広の円筒状であり、筒状体10お
よび側周絶縁材11を包囲している。本体12a の上端内周
に、図３に示すように、円環形状の腕部12b が形成され
る。ただし、図３では、ウエハー支持具、半導体ウエハ
ーＷ、セラミックスヒーターを平面的に図示してある。
腕部12b の内側末端に円環状の突起12c が形成され、突
起12c の内側に、傾斜したウエハー支持面12dが円環形
状に形成されている。

【００１５】ウエハー支持面12d は、全体として全周に
亘ってほぼ水平に形成されており、ウエハー支持面12d
に半導体ウエハーＷを載置する。この段階では、ウエハ
ー支持具12を上昇させておく。次いで、ウエハー支持具
12を下降させ、腕部12b の先端部分を段差部1bに近接さ
せる。段差部1bはウエハー加熱面1aよりも凹んでおり、
腕部12b の下側面はウエハー加熱面1aよりも下方に位置
する。半導体ウエハーＷの直径は、ウエハー加熱面1aの
直径よりも僅かに大きい。

【００１６】本実施例の加熱装置によれば、従来の金属
ヒーターの場合のような汚染や、間接加熱方式の場合の
ような熱効率の悪化の問題を解決できる。更に、本発明
により得られる効果を、図４〜図６の模式図を参照しつ
つ説明する。図４は、本実施例の加熱装置の主要部を模
式的に示したものである。セラミックスヒーター23にお
いては、側周面からの熱伝導、熱輻射、熱対流によっ
て、熱が逃げるので、側周部における表面温度が中央部
における表面温度よりも低くなる。また、ホットプレス
等によって焼結する際、製造上の限界から、抵抗発熱体
2 の最外周と円盤状基体１の側周面との間には一定の距
離を設けなければならず、必然的に円盤状基体１の側周
面付近では発熱量が小さくなる。これらの理由から、図
４に示すセラミックスヒーター23では、せいぜい矢印Ａ
で示す範囲でしか均熱性を確保することができない。

【００１７】半導体ウエハーＷの寸法を一定とすると、
図５に示すような加熱装置も考えられる。この対照例に
係るセラミックスヒーター23A では、円盤状基体1Aの内
部に抵抗発熱体２を埋設しており、円盤状基体1Aの側周
面の外側に腕部12b を設置する。半導体ウエハーＷの外
周縁は、ウエハー加熱面1aから少しはみ出す。こうした
セラミックスヒーター23A においては、やはり矢印Ａで
示す範囲でしか、ウエハー加熱面1aの均熱性を確保でき
ない。この範囲は、半導体ウエハーＷの寸法よりも必然
的に相当小さくならざるを得ず、半導体ウエハーＷのう
ち有効に加熱できる領域が小さい。

【００１８】図６に示すような加熱装置においては、ウ
エハー加熱面1aの上側に腕部12b を固定する。円盤状基
体1Bの径方向寸法は、図４のものと同程度にする。この
場合には、図４のセラミックスヒーター23と同程度の均
熱性が得られる。しかし、半導体ウエハーＷとセラミッ
クスヒーター23B との間に腕部12b が挟まれるので、半
導体ウエハーＷとウエハー加熱面1aとの間隔が大きく、
半導体ウエハーＷを効率的に加熱することは無理であ
る。腕部12b を肉薄にして半導体ウエハーＷとウエハー
加熱面1aとを近づけることも考えられるが、無機断熱材
からなる腕部12bを肉薄にすると、充分な強度が得られ
ない。腕部12b を耐熱金属製にすると、半導体ウエハー
Ｗの側周面から腕部12b へと熱伝導するので、半導体ウ
エハーＷにおいて均熱性を保持することができない。

【００１９】以上述べたように、図４に模式的に示すよ
うな構成を採用することにより、半導体ウエハーＷの均
熱性を保って側周部の温度低下を防止でき、腕部12の強
度を充分に高く保持することができ、セラミックスヒー
ターの熱を半導体ウエハーＷに効率的に伝えることがで
きる。

【００２０】また、実施例では、筒状体10の円環状突設
部10c が、円環状シール部材21を介して段部1dに対して
付勢されている。この付勢力は、コイルスプリング20に
よって与えられる。これにより、筒状体10の内側空間19
と、半導体ウエハーＷの設置される空間とをシールで
き、内側空間19へと、窒素ガス、アルゴンガス等の不活
性ガスを充填することができる。従って、半導体製造装
置内の腐食性ガスによってリード部材13，７，端子３等
の金属製部材が腐食されるのを防止できる。また、装置
内のCVD 用ガス等によって、背面1cに導電膜が形成され
るのも防止できる。

【００２１】また、減圧CVD 等の工程においては、装置
内を脱気し、高真空状態にするので、筒状体10にはかな
りの圧力がかかる。しかし、筒状体10は耐熱金属製であ
り、内側空間19内の不活性ガスの圧力に充分たえうる。
ただ、筒状体10を耐熱金属製にすると、セラミックスヒ
ーター23を発熱させたときに、筒状体10が上下方向に伸
長し、円環状突設部10c が段部1dから離れようとする。
しかし、本例では、これに追従して断熱体９が上昇し、
円環状突設部10c の上昇分を吸収するので、高温でもシ
ール状態は保持される。

【００２２】円環状シール部材21を軟質金属によって形
成すると、最も気密性を高くすることができる。こうし
た軟質金属としては、耐食性と融点とが高い白金が最も
好ましい。他に、ニッケル、銀、金が耐食性の点で好ま
しい。

【００２３】円盤状基体１の材質としては、シリコンナ
イトライド、サイアロン、窒化アルミニウム等が好まし
く、シリコンナイトライドやサイアロンが耐熱衝撃性の
点で更に好ましい。また、ハロゲン系腐食性ガスに対す
る耐食性の点では、窒化アルミニウムが最も好ましい。
抵抗発熱体２の材質としては、タングステン、モリブデ
ン、白金等が好ましい。断熱体９、側周断熱材11、ウエ
ハー支持具12を構成する断熱材としては、石英、水晶、
酸化珪素質ガラス等が好ましい。筒状体10を構成する耐
熱金属としては、インコネル、ニッケル、ハステロイ、
ステンレス等が好ましい。

【００２４】図７は、本発明の他の実施例に係る加熱装
置を示す概略平面図である。略円盤状のセラミックスヒ
ーター23C の全体の構成は、セラミックスヒーター23と
ほぼ同じである。ただし、円盤状基体31の表面側形状が
若干異なっている。即ち、円盤状基体31の表面の周縁
に、円環状の段部31d が設けられ、段部31d の内側に、
平坦なウエハー加熱面31a が形成される。ウエハー加熱
面31a は全体として平面円形であるが、例えば３箇所
に、平面長方形状の段部31b が形成されている。

【００２５】一方、本例では平面略長方形状の腕部32を
３本用いる。各腕部32の先端に、それぞれウエハー支持
面32a が傾斜面として設けられている。各腕部32のウエ
ハー支持面32a 上に半導体ウエハーＷを載置し、各腕部
32の先端を段部31b に収容し、半導体ウエハーＷをウエ
ハー加熱面31a 上に固定する。

【００２６】上記した各例では、ウエハー加熱面を上向
きにした。しかし、ウエハー加熱面を下向きにし、ウエ
ハー支持具の腕部によって半導体ウエハーを支持し、ウ
エハー加熱面の下側に半導体ウエハーを固定する場合
も、本発明を適用できる。上記の各例では、半導体ウエ
ハーＷとウエハー加熱面1Aとの間に若干の隙間を設けた
状態で，腕部を停止している。しかし、段部1b, 31b の
凹みの大きさをもう少し大きくし、腕部12b, 32 を更に
下降させ、半導体ウエハーＷをウエハー加熱面1aに直接
載せ、腕部による半導体ウエハーの支持を解除してよ
い。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、半
導体材料を支持する半導体材料支持具が断熱材からなっ
ているので、半導体材料の周縁から半導体材料支持具へ
の熱伝導が少ない。また、半導体材料をセラミックスヒ
ーターの加熱面上に固定する際に、腕部の一部を加熱面
を越えて段差部内に収容できるので、半導体材料支持具
の腕部に充分な強度を与えうる程度に腕部を肉厚にして
も、半導体材料と加熱面との間隔が大きくならない。従
って、セラミックスヒーターの熱を半導体材料に効率的
に伝えることができる。

【００２８】しかも、盤状基体の表面側に加熱面よりも
凹んだ段差部が形成されており、この段差部に腕部の一
部を収容できる。そして、半導体材料の周縁が腕部によ
って支持される。従って、半導体材料の平面的寸法より
も盤状基体の平面的寸法の方が大きい。この結果、前述
した理由から、半導体材料の設置領域を均熱化し易い。
しかも、断熱材製の筒状の本体によって、盤状基体の側
面、および盤状基体の背面とフランジ部分との間の空間
が包囲されていることから、この断熱材製の半導体材料
支持具のみによって、盤状基体の側周面側からの熱の放
散が抑制され、かつ盤状基体の背面側の空間が半導体製
造装置内の雰囲気から分離されている。即ち、断熱材製
の半導体材料を支持するための移動可能な半導体材料支
持具によって、他に特別の断熱部材や雰囲気隔離部材を
設けることなく、盤状基体の側面側からの熱の放散の抑
制と、半導体製造装置内の雰囲気からの隔離とを達成で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る加熱装置をフランジ部14
に取り付けた状態を示す概略断面図である。

【図２】図１の加熱装置の要部拡大断面図である。

【図３】図１の加熱装置の主要部材を示す平面図であ
る。

【図４】図１の加熱装置の主要部材を模式的に示す断面
図である。

【図５】対照例の加熱装置を模式的に示す断面図であ
る。

【図６】対照例の加熱装置を模式的に示す断面図であ
る。

【図７】他の実施例に係る加熱装置の主要部を示す平面
図である。

【符号の説明】

１，1A, 1B, 31 円盤状基体 1a, 31a ウエハー加熱面 1b, 1d, 31b, 31d 段差部 1c 背面２抵抗発熱体３端子９断熱体 12 ウエハー支持具 12a 本体 12b, 32 腕部 12d, 32a ウエハー支持面 23, 23A, 32B, 23C セラミックスヒーターＷ半導体ウエハー

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】断熱材製の半導体材料支持具と、セラミ
ックスヒーターと、このセラミックスヒーターを半導体
製造装置内に取りつけるためのフランジ部分とを備えて
いる加熱装置であって、前記半導体材料支持具が、筒状の本体と、半導体材料を
支持するための前記本体から突出する腕部とを備えてお
り、前記半導体材料支持具が相対的に逆方向に移動可能
であり、前記セラミックスヒーターが、緻密質セラミッ
クス製の盤状基体と、この盤状基体の内部に埋設されて
いる抵抗発熱体とを備えており、前記盤状基体に加熱面
およびこの加熱面と反対側の背面が設けられており、前
記盤状基体の前記加熱面側の側周縁部に、前記加熱面に
対して凹んだ段差部が形成されており、前記盤状基体の側面、および前記盤状基体の前記背面と
前記フランジ部分との間の空間が前記筒状の本体によっ
て包囲されており、この本体によって前記空間が前記半
導体製造装置内の雰囲気から分離されており、前記半導
体材料を前記加熱面上に固定する際に前記本体および前
記腕部が移動し、前記腕部の一部が前記側周縁部におい
て前記加熱面よりも低い位置まで移動して前記段差部内
に収容されるように構成されていることを特徴とする、
加熱装置。
【請求項２】前記腕部が円環形状をなしていることを
特徴とする、請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】前記腕部の内周部分が前記半導体材料の
外周縁部に対して前記半導体材料の全周にわたって接触
し、支持していることを特徴とする、請求項２記載の加
熱装置。