JP3840990B2 - 半導体/液晶製造装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反応容器内に被処理物を保持して加熱する手段を備えた半導体や液晶の製造装置に関し、特にCVD装置、プラズマCVD装置、エッチング装置、プラズマエッチング装置等の半導体又は液晶製造装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
シリコンウエハ上でエッチングや成膜を行う場合、反応制御性に優れた枚葉式の半導体製造装置が一般に使用されている。半導体ウエハは反応容器内に配置した保持体の表面上に載せて、そのまま静置したり、機械的に固定したり、又は保持体に内蔵した電極に電圧を付加して静電力によってチャックしたりして、保持体上に固定される。
【0003】
保持された半導体ウエハは、CVD(Chemical Vapor Depossition)、プラズマCVD等、あるいはエッチング、プラズマエッチング等における成膜速度やエッチング速度を均一に維持するために、その温度が厳密に制御される。その厳密な温度制御のために、保持体に内蔵した発熱体によって保持体を加熱し、その表面からの伝熱によって半導体ウエハを加熱するようになっている。
【0004】
発熱体を内蔵した保持体は、例えばセラミックス中にMoコイルを埋め込んで形成される。また、Moコイルに接続されたWやMoの電極を保持体の被処理物保持表面の反対側(裏面)に設け、その電極端子にNi等の引出線を接合して系外の電源に接続し、セラミックス保持体に埋め込んだMoコイルに電力を供給して加熱させることが行われていた。
【0005】
上記反応容器内においては、反応ガスとしてハロゲン系等の腐食性ガスを用いることが多いため、保持体の裏面に露出したWやMoの電極が腐食されやすい。そこで、耐食性の高いセラミックスや金属製の筒状支持部材を保持体の裏面に気密接合すると共に、筒状支持部材の他端を反応容器の一部にO−リング封止することにより、電極端子が反応ガスに暴露されないように保護していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体や液晶の製造装置では、保持体裏面の電極端子を腐食性ガスから保護するため、電極端子を収納した筒状支持部材と反応容器の間をO−リングで気密封止する方法が用いられていた。必要とされる気密性はHeリークで少なくとも10−8Pa・m/s未満とされている。しかし、O−リング封止は簡便で安価な割に信頼性が高い反面、O−リングがゴムで構成されるため比較的耐熱性の高い材料を用いても耐熱温度は精々200℃が上限であった。
【0007】
半導体や液晶の製造時における膜形成、エッチング、熱処理等は200℃以上の温度で反応を起こすことが多く、中でも膜形成に用いるCVDやプラズマCVDでは500〜800℃という高温が用いられることが多い。そのため筒状支持部材を伝わってくる熱でO−リングが劣化しないように、O−リング近傍を強制冷却して200℃未満に維持していた。その結果、供給した熱の50%以上が本来のウエハ加熱に用いられず、無駄に失われていた。
【0008】
また、筒状支持部材をセラミックスで構成する場合、筒状支持部材に大きな熱勾配が掛かると、脆性材料であるセラミックスが割れてしまうため、300mm程度の長い筒状支持部材にして温度勾配を緩やかにせざるを得なかった。そのため、長い筒状支持部材を中に収める反応容器も小型化できず、必要以上に大型な構造にせざるを得なかった。
【0009】
更に、筒状支持部材は、反応容器内からのハロゲン等の腐食性ガスの侵入に対しては気密封止により防止されているが、その内部は大気雰囲気で用いることが多かった。その場合、電極端子付近は500〜800℃の大気による酸化雰囲気に曝されるため、耐酸化性の低いWやMoの電極端子は耐酸化性シールを施して保護する必要があった。しかし、長い筒状支持部材の奥でシール処理を行うのは容易な作業ではなく、製造歩留まりも低かった。
【0010】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、筒状支持部材の気密封止作業が容易であって、電極端子の腐食並びに酸化を防止でき、且つ保持体の均熱性を高めると共に熱効率を向上させることができ、また筒状支持部材を短尺にして反応容器の小型化を図ることが可能な半導体又は液晶の製造装置を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、反応ガスが供給される反応容器内に、被処理物を表面上に保持すると共に内部に埋設された抵抗発熱体で加熱するセラミックス保持体と、セラミックス保持体の被処理物保持表面以外を一端で支え、他端が反応容器の一部に固定された筒状支持部材とを備える半導体又は液晶の製造装置であって、筒状支持部材の一端とセラミックス保持体とが気密接合されると共に、筒状支持部材の他端側は内部で気密封止され、筒状支持部材内のセラミックス保持体と仕切板で区画された空間を真空又は不活性ガスの減圧雰囲気とすることを特徴とする半導体/液晶製造装置を提供するものである。
【0012】
上記本発明の半導体/液晶製造装置においては、前記筒状支持部材の他端側は、封止材料のみで気密封止されているか、又は筒状支持部材の内部に仕切板が配置され且つ筒状支持部材と仕切板の隙間が封止材料で気密封止されていることを特徴とする。また、前記筒状支持部材の他端側封止部は、筒状支持部材の長さ方向の中央より更に他端側にあること、好ましくは反応容器の底部の近くにあることを特徴とする。
【0013】
また、上記本発明の半導体/液晶製造装置においては、前記筒状支持部材の他端側の気密封止に用いる封止材料は、その耐熱性が200℃以上であることを特徴とする。前記封止材料がガラス又は結晶化ガラスであること、若しくは前記封止材料が耐熱樹脂であることを特徴とする。
【0014】
更に、上記本発明の半導体/液晶製造装置においては、前記セラミックス保持体及び筒状支持部材は、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウムから選ばれた少なくとも1種のセラミックス材料で構成されていることを特徴とする。また、前記抵抗発熱体は、W、Mo、Pt、Au、Pd、Ag、Ni、Crから選ばれた少なくとも1種の金属材料で構成されていることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体又は液晶の製造装置では、抵抗発熱体が埋設された板状のセラミックス保持体と、このセラミックス保持体の被処理物保持表面以外を一端で支える筒状支持部材とを気密接合すると共に、筒状支持部材の他端側は内部で気密封止する。筒状支持部材の内部にはセラミックス保持体と他端側封止部とで気密に区画された空間が形成され、この空間内を真空又は不活性ガスの減圧雰囲気とすることによって、耐腐食性や耐酸化性のシール処理を施さなくても電極端子を腐食や酸化から保護することができる。
【0016】
また、上記のごとく筒状支持部材内の区画された空間を真空又は不活性ガスの減圧雰囲気に維持することによって、空気や不活性ガスの大気圧雰囲気に比較して、セラミックス保持体の熱が筒状支持部材を経由して内部雰囲気に逃げる割合を減らすことができる。しかも、筒状支持部材の他端側の気密封止にO−リングを使用しないため、その部分の冷却をなくすか又は少なくすることができる。これらにより、セラミックス保持体における均熱性が向上し、且つ熱効率を大幅に高めることができる。
【0017】
筒状支持部材の他端側の気密封止については、筒状支持部材の内部を封止材料のみで封止してもよいが、筒状支持部材の内部にセラミックスや金属の仕切板を配置し、その隙間を封止材料で封止することが、信頼性、作業性、コスト等を考えると好ましい。
【0018】
また、筒状支持部材の他端側を封止する他端側封止部の位置は、長さ方向における中央より更に他端側(反応容器寄り)にあることが好ましい。他端側封止部をできるだけセラミックス保持体から離し、低温となる位置で封止することによって、封止材料の自由度が増加し、封止材料の劣化が抑えられると共に、封止作業も容易になる。特に、他端側封止部を筒状支持部材の他端近傍にすれば、封止材料の劣化防止効果、封止作業効率が最大になり最も好ましい。
【0019】
筒状支持部材の他端側の気密封止に用いる封止材料は、200℃未満の耐熱性しかないO−リングは使用せず、耐熱性が200℃以上の封止材料を用いる。耐熱性が200℃以上の封止材料としては、ガラス又は結晶化ガラス、若しくはイミド樹脂、エポキシ樹脂等の耐熱性樹脂の使用が好ましい。
【0020】
封止用のガラスは耐熱性、耐酸化性に優れ、筒状支持部材の他端近傍を水冷することなく用いることが可能である。また、耐熱性樹脂を使用すれば、筒状支持部材内部での封止作業が行いやすく、常温での封止が可能となるため、封止コストが大幅に低減でき、歩留まりが大幅に向上する。
【0021】
セラミックス保持体は、ハロゲン等に対しても耐腐蝕性が高く、耐熱性、絶縁性の高いセラミックスが好ましく、具体的には、窒化アルミニウム(AlN)、窒化ケイ素(Si)、炭化ケイ素(SiC)、酸化アルミニウム(Al)がより好ましい。
【0022】
セラミックス保持体に埋設される抵抗発熱体としては、W、Mo、Pt、Au、Pd、Ag、Ni、Crから選ばれた金属からなることが好ましく、例えば、W、Mo、Pt−Au、Ag−Pd、Ni−Crのメタライズのほか、これらの箔、メッシュ、コイル等を埋め込んで構成することができる。
【0023】
また、筒状支持部材には耐腐蝕性の高いセラミックスや金属が用いられるが、その一端でセラミックス保持体と耐熱性の高い気密接合を行うことを考慮すると、熱膨張率の合ったセラミックス材料、特にセラミックス保持体と同一材料であることが最も好ましい。
【0024】
【実施例】
実施例1
窒化アルミニウム(AlN)粉末に、焼結助剤として0.5重量%のイットリア(Y)を添加し、更に有機バインダを添加して分散混合した後に、スプレードライにより造粒した。得られた造粒粉末を、焼結後の寸法が直径350mm×厚さ5mmとなる形状Aの成形体を、一軸プレスにより2枚成形した。また、同じ造粒粉末を用いて、焼結後の寸法が外径100mm、内径90mm、長さ100mmの略円筒状となる形状Bの成形体を、CIP(冷間静水圧プレス)により1枚成形した。
【0025】
形状Aの成形体は、表面に幅4.5mm、深さ2.5mmの溝を形成した後、800℃の窒素気流中で脱脂した。溝内にMoコイルを這わせて2枚の成形体を重ね合わせ、窒素気流中にて1850℃で4時間、100kgf/cmの圧力でホットプレス焼結した。得られた焼結体の表面をダイヤモンド砥粒で研磨し、裏面にMoコイルの端部を露出させてWの電極端子を設け、AlN製のセラミックス保持体とした。一方、形状Bの成形体は、800℃の窒素気流中で脱脂し、窒素気流中にて1850℃で4時間焼結し、得られた焼結体の表面をダイヤモンド砥粒で研磨してAlN製の筒状支持部材とした。
【0026】
図1に示すように、上記セラミックス保持体1の裏面に筒状支持部材2の一端を当接させ、その内部にMoコイルからなる抵抗発熱体3の電極端子4が入るようにセットして、1800℃で1時間、圧力100kgf/cmでホットプレス接合した。その後、セラミックス保持体1の裏面の電極端子4にNiの引出線5を接続した。引出線5と排気管10を通す穴を有するAlN製の仕切板6を筒状支持部材2の内部の他端近くにあてがい、引出線5と排気管10を挿通させた後、仕切板6の他端側全面にイミド樹脂の封止材料7を施して、仕切板6と筒状支持部材2、引出線5、排気管10との隙間を気密封止した。
【0027】
この筒状支持部材2(一端にセラミックス保持体1が気密接合され且つ他端側は内部で仕切板6と封止材料7により気密封止されている)を反応容器9に入れ、筒状支持部材2の他端を反応容器9の底部にクランプで固定したが、O−リングによる気密シールは施さなかった。筒状支持部材2の内部を封止する封止材料7の他端面(下側面)と反応容器9の底部の間にはほとんど隙間が存在しなかった。その後、仕切板6と封止材料7を貫通した排気管10を通して、筒状支持部材2の内部を真空引きしながら窒素ガスを導入した。尚、図中の8は温度測定用の熱電対、11は反応容器の排気管である。
【0028】
筒状支持部材2の内部の窒素ガス雰囲気を圧力100torrに保ち、セラミックス保持体1を500℃に加熱した。そのときのセラミックス保持体の均熱性は±0.5%であり、熱効率は80%であった。
【0029】
実施例2
窒化ケイ素(Si)粉末に、焼結助剤として3重量%のイットリア(Y)と2重量%のアルミナ(Al)を加え、更に有機バインダを添加して分散混合したのち、スプレードライにより造粒した。得られた造粒粉末を用い、上記実施例1と同じ方法でセラミックス保持体及び筒状支持部材を作製したが、焼結条件は1750℃で5時間、接合条件は1730℃で1時間とした。
【0030】
このSi製のセラミックス保持体と筒状支持部材を用い、上記実施例1と同じ装置を作製し、同じ方法で評価した。その結果、セラミックス保持体の均熱性は±0.8%であり、熱効率は65%であった。
【0031】
実施例3
炭化ケイ素(SiC)粉末に、焼結助剤として2重量%の炭化ホウ素(BC)と1重量%のカーボン(C)を加え、更に有機バインダを添加して分散混合した後、スプレードライにより造粒した。得られた造粒粉末を用い、上記実施例1と同じ方法でセラミックス保持体及び筒状支持部材を作製したが、焼結条件は1950℃で5時間、接合条件は1900℃で2時間とした。
【0032】
このSiC製のセラミックス保持体と筒状支持部材を用い、上記実施例1と同じ装置を作製し、同じ方法で評価した。その結果、セラミックス保持体の均熱性は±0.7%であり、熱効率は70%であった。
【0033】
実施例4
酸化アルミニウム(Al)粉末に、焼結助剤として2重量%のマグネシア(MgO)を加え、更に有機バインダを添加して分散混合した後、スプレードライにより造粒した。得られた造粒粉末を用い、上記実施例1と同じ方法でセラミックス保持体及び筒状支持部材を作製したが、焼結条件は1600℃で5時間、接合条件は1550℃で1時間とした。
【0034】
このAl製のセラミックス保持体と筒状支持部材を用い、上記実施例1と同じ装置を作製し、同じ方法で評価した。その結果、セラミックス保持体の均熱性は±0.95%であり、熱効率は55%であった。
【0035】
実施例5
上記実施例1と同じ方法でAlNからなる形状A及び形状Bの各成形体を作製した。いずれの成形体も窒素気流中にて800℃で脱脂し、窒素気流中にて1850℃で4時間焼結した後、表面をダイヤモンド砥石で研磨した。
【0036】
形状Aの成形体から得た1枚の板状焼結体の表面に、W粉末に焼結助剤とエチルセルロース系のバインダーを添加したWペーストで回路を印刷し、窒素気流中にて900℃で脱脂した後、窒素気流中にて1830℃で焼き付けた。残り1枚の板状焼結体に接合材を塗布し、窒素気流中にて900℃で脱脂し、上記回路を形成した板状焼結体と重ね合わせた。
【0037】
更に、形状Bの成形体から得た筒状焼結体の一端面にも接合材を塗布し、上記重ね合わせた板状焼結体の裏面にあてがい、窒素気流中にて900℃で脱脂した後、1800℃で2時間焼結して接合した。得られたセラミックス保持体の裏面に内部のW回路に接続したWの電極端子を接合し、W電極端子にNiの引出線を接続した。
【0038】
その後、引出線を挿通する穴の開いたAlN製の仕切板を筒状支持部材の内部の他端近くにあてがい、仕切板の他端側全面をエポキシ樹脂の封止材料で気密封止した。この筒状支持部材を反応容器に入れ、上記実施例1と同様に筒状支持部材の他端を反応容器の底部にクランプで固定した。
【0039】
上記実施例1と同様に、筒状支持部材内部の窒素ガス雰囲気を圧力100torrに保ち、セラミックス保持体を500℃に加熱した。そのときのセラミックス保持体の均熱性は±0.45%であり、熱効率は80%であった。
【0040】
実施例6
回路用のペーストとしてPt−Auと焼結助剤とエチルセルロース系のバインダの混練したペーストを用い、焼成条件を900℃で2時間としたこと、及びセラミックス支持体と筒状支持部材との接合材に接合用ガラスを用い、800℃にて1時間の条件で接合したこと以外は、上記実施例5と同じ方法でAlN製のセラミックス支持体及び筒状支持部材を作製した。
【0041】
引出線を挿通する穴の開いたAlN製の仕切板を筒状支持部材の内部の他端近くにあてがい、仕切板の他端側全面をエポキシ樹脂の封止材料で気密封止した。このセラミックス保持体と筒状支持部材を反応容器に入れ、上記実施例1と同様に筒状支持部材の他端を反応容器の底部にクランプで固定した。
【0042】
上記実施例1と同様に、筒状支持部材内部の窒素ガス雰囲気を圧力100torrに保ち、セラミックス保持体を500℃に加熱した。そのときのセラミックス保持体の均熱性は±0.45%であり、熱効率は80%であった。
【0043】
実施例7
回路用のペーストとしてAg−Pdと焼結助剤とエチルセルロース系のバインダの混練したペーストを用い、焼成条件を850℃で2時間としたこと以外は、上記実施例6と同じ方法でAlN製のセラミックス支持体及び筒状支持部材を作製した。
【0044】
引出線を挿通する穴の開いたAlN製の仕切板を筒状支持部材の内部の他端近くにあてがい、仕切板の他端側全面をエポキシ樹脂の封止材料で気密封止した。このセラミックス保持体と筒状支持部材を反応容器に入れ、上記実施例1と同様に筒状支持部材の他端を反応容器の底部にクランプで固定した。
【0045】
上記実施例1と同様に、筒状支持部材内部の窒素ガス雰囲気を圧力100torrに保ち、セラミックス保持体を500℃に加熱した。そのときのセラミックス保持体の均熱性は±0.45%であり、熱効率は80%であった。
【0046】
実施例8
回路用のペーストとしてNi−Crと焼結助剤とエチルセルロース系のバインダの混練したペーストを用い、焼成条件を750℃で2時間としたこと以外は、上記実施例6と同じ方法でAlN製のセラミックス支持体及び筒状支持部材を作製した。
【0047】
引出線を挿通する穴の開いたAlN製の仕切板を筒状支持部材の内部の他端近くにあてがい、仕切板の他端側全面をエポキシ樹脂の封止材料で気密封止した。このセラミックス保持体と筒状支持部材を反応容器に入れ、上記実施例1と同様に筒状支持部材の他端を反応容器の底部にクランプで固定した。
【0048】
上記実施例1と同様に、筒状支持部材内部の窒素ガス雰囲気を圧力100torrに保ち、セラミックス保持体を500℃に加熱した。そのときのセラミックス保持体の均熱性は±0.45%であり、熱効率は80%であった。
【0049】
実施例9
筒状支持部材の他端側を気密封止する際に、仕切板を用いず、封止用のガラスのみを用いて750℃で1時間封止した以外は、上記実施例1と同じ方法でAlN製のセラミックス保持体及び筒状支持部材を作製し、上記実施例1と同様に反応容器内に設置した。
【0050】
上記実施例1と同様に、筒状支持部材内部の窒素ガス雰囲気を圧力100torrに保ち、セラミックス保持体を500℃に加熱した。そのときのセラミックス保持体の均熱性は±0.45%であり、熱効率は80%であった。
【0051】
実施例10
筒状支持部材の他端側を気密封止する際に、図2に示すように、筒状支持部材2の内部に他端から25mmの位置にAlN製の仕切板6を配置し、イミド樹脂の封止材料7で隙間を気密封止した以外は、上記実施例1と同じ方法でAlN製のセラミックス保持体1及び筒状支持部材2を作製し、上記実施例1と同様に反応容器9内に設置した。
【0052】
上記実施例1と同様に、筒状支持部材内部の窒素ガス雰囲気を圧力100torrに保ち、セラミックス保持体を500℃に加熱した。そのときのセラミックス保持体の均熱性は±0.45%であり、熱効率は80%であった。
【0053】
比較例1
Wの電極端子をガラスでシールしたこと、及び筒状支持部材の他端と反応容器の間をO−リングで気密封止し、その近傍を200℃未満に強制水冷したこと以外は、上記実施例1と同じ方法でAlN製のセラミックス保持体及び筒状支持部材を作製し、上記実施例1と同様に反応容器内に設置した。
【0054】
筒状支持部材内部を大気雰囲気とし、セラミックス保持体を500℃に加熱した。そのときのセラミックス保持体の均熱性は±1.8%であり、熱効率は30%であった。尚、この加熱測定中に、熱応力により筒状支持部材にクラックが入ったため、途中で測定を中止した。
【0055】
比較例2
筒状支持部材の長さを300mmにした以外は、上記比較例1と同じ方法でAlN製のセラミックス保持体及び筒状支持部材を作製し、上記実施例1と同様に反応容器内に設置した。
【0056】
筒状支持部材内部を大気雰囲気とし、セラミックス保持体を500℃に加熱した。そのときのセラミックス保持体の均熱性は±1.5%であり、熱効率は40%であった。尚、この測定中には、筒状支持部材にクラックは生じなかった。
【0057】
【発明の効果】
本発明によれば、筒状支持部材の気密封止作業が容易であり、電極端子の腐食並びに酸化を防止でき、且つ気密封止にO−リングを使用しないことで冷却をなくし又は冷却を少なくして、セラミックス保持体の均熱性を高めると共に熱効率を向上させることができる。しかも、筒状支持部材を短尺にできるため、反応容器の小型化を図ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による半導体/液晶製造装置の一具体例を示す概略の断面図である。
【図2】本発明による半導体/液晶製造装置の他の具体例を示す概略の断面図である。
【符号の説明】
1 セラミックス保持体
2 筒状支持部材
3 抵抗発熱体
4 電極端子
6 仕切板
7 封止材料
9 反応容器
10、11 排気管

Claims (9)

  1. 反応ガスが供給される反応容器内に、被処理物を表面上に保持すると共に内部に埋設された抵抗発熱体で加熱するセラミックス保持体と、セラミックス保持体の被処理物保持表面以外を一端で支え、他端が反応容器の一部に固定された筒状支持部材とを備える半導体又は液晶の製造装置であって、筒状支持部材の一端とセラミックス保持体とが気密接合されると共に、筒状支持部材の他端側は内部で気密封止され、筒状支持部材内のセラミックス保持体と他端側封止部とで区画された空間を真空又は不活性ガスの減圧雰囲気とすることを特徴とする半導体/液晶製造装置。
  2. 前記筒状支持部材の他端側は、封止材料のみで気密封止されているか、又は筒状支持部材の内部に仕切板が配置され且つ筒状支持部材と仕切板の隙間が封止材料で気密封止されていることを特徴とする、請求項1に記載の半導体/液晶製造装置。
  3. 前記筒状支持部材の他端側封止部が、筒状支持部材の長さ方向の中央より更に他端側にあることを特徴とする、請求項1又は2に記載の半導体/液晶製造装置。
  4. 前記筒状支持部材の他端側封止部が、筒状支持部材の長さ方向の中央より更に他端側で且つ反応容器の底部の近くにあることを特徴とする、請求項3に記載の半導体/液晶製造装置。
  5. 前記筒状支持部材の他端側の気密封止に用いる封止材料は、その耐熱性が200℃以上であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の半導体/液晶製造装置。
  6. 前記封止材料がガラス又は結晶化ガラスであることを特徴とする、請求項5記載の半導体/液晶製造装置。
  7. 前記封止材料が耐熱樹脂であることを特徴とする、請求項5に記載の半導体/液晶製造装置。
  8. 前記セラミックス保持体及び筒状支持部材は、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウムから選ばれた少なくとも1種のセラミックス材料で構成されていることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の半導体/液晶製造装置。
  9. 前記抵抗発熱体は、W、Mo、Pt、Au、Pd、Ag、Ni、Crから選ばれた少なくとも1種の金属材料で構成されていることを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の半導体/液晶製造装置。
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