JP4282221B2

JP4282221B2 - サセプターのチャンバーへの取付構造およびサセプターのチャンバーへの支持部材

Info

Publication number: JP4282221B2
Application number: JP2000379950A
Authority: JP
Inventors: 和明山口; 義信後藤
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2000-12-14
Filing date: 2000-12-14
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2020-12-14
Also published as: JP2002184844A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、サセプターのチャンバーへの取付構造およびサセプターのチャンバーへの支持部材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、例えば図６に示すように、セラミックヒーター２をチャンバー１０の内側壁面へと取り付ける必要がある。このため、セラミックス板製の筒状の支持部材２１の一端２１ａをセラミックヒーター２の接合面（背面）２ｂへと取り付け、この支持部材２１の他端２１ｃをチャンバー１０の内側壁面１０ｄへと取り付けることが行われている。支持部材２１は、アルミナ、窒化アルミニウム等の耐熱性のセラミックスによって形成されている。支持部材２１の内側空間６とチャンバー１０の開口１０ａとを連通させる。支持部材２１とチャンバー１０との間はＯリング２０によって気密に封止する。これによって、支持部材２１の内側空間６とチャンバー１０の内部空間５との間を気密に封止し、チャンバー１０の内部空間５内のガスがチャンバー１０の外部へと漏れないようにする。セラミックサセプター２内には、例えば抵抗発熱体４が埋設されており、抵抗発熱体４が一対の棒状の端子９に対して接続されている。端子９は、図示しない外部のケーブルに対して接続されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
こうした支持構造においては、棒状の端子９の先端９ａがセラミックサセプター２の背面（接合面）２ｂ側の中に埋設され、固定されている。端子９の他端は、図示しない外部の電力供給ケーブルに対して接続する必要がある。このため、外部の電力供給ケーブルから矢印Ａ方向の応力が加わると、先端９ａの近辺に過大な応力が加わるおそれがある。また、端子や電力供給ケーブルが、プロセスガスやクリーニングガス等の腐食性ガスに曝露され、腐食を受けるという問題がある。また、電力供給ケーブル間での放電を防ぐために、各ケーブルを絶縁管の中に挿入し、ケーブル間を絶縁する必要がある。
【０００４】
本発明者は、この問題を解決するために、支持部材２１の厚さを全体に厚くし、支持部材２１中に、セラミックサセプター２の背面２ｂからチャンバー１０の内壁１０ｄに至る貫通孔を形成し、この貫通孔の中に端子９を挿入することを考えた。このように支持部材２１に形成した貫通孔中に端子９を保持することによって、端子９に対して矢印Ａ方向の応力が加わっても、端子９は支持部材２１によって保持され、端子９の先端９ａの近辺には応力が加わりにくいはずである。また、支持部材の貫通孔が上記絶縁管の役割を果たすため、支持部材とは別体の絶縁管を新たに設け、絶縁管の中にケーブルを挿入する必要がない。
【０００５】
しかし、このように支持部材２１内に貫通孔を形成する場合には、別の問題点が発生することを発見した。即ち、セラミックサセプター２の半導体ウエハー設置面（加熱面）２ａの温度は、例えば４００℃以上、時には６００℃以上にも達する。一方、Ｏリング等のゴム製の封止部材２０は高熱には耐えられず、その耐熱温度は通常２００℃程度である。このため、チャンバー内に冷却フランジ３０を設けることによって、Ｏリングの周辺を冷却し、Ｏリングの周辺の温度が２００℃以下となるように調節する必要がある。
【０００６】
ところが、セラミックサセプター２の温度が上記のように高くなり、支持部材２１の一端２１ａの温度が例えば４００℃を超えると、支持部材２１の他端２１ｃの温度を２００℃以下に冷却したものとすると、支持部材の内部における温度勾配は２００℃以上となる。
【０００７】
一方、セラミックス製の支持部材２１中に、端子９の挿入可能な貫通孔を形成するためには、支持部材２１それ自体をかなり厚くする必要がある。しかし、支持部材２１を肉厚にすると、前述のように温度勾配があることから、支持部材を伝搬する熱伝導量が大きくなる。この結果、支持部材の接合部分２１ａの近辺からの熱伝導の増大によって、加熱面２ａにコールドスポットが生ずる。一方、コールドスポットが生じないようにすためには、支持部材からの熱の逃げを減少させる必要があるが、この場合には封止部材２０の近辺の温度が２００℃を超えるおそれがある。
【０００８】
本発明の課題は、被処理物を加熱するためのサセプターと、このサセプターの接合面に接合されており、内側空間が設けられている支持部材と、この支持部材に接合されている開口が設けられたチャンバーとを備えており、チャンバーの開口と支持部材の内側空間とが連通しており、支持部材の内側空間が前記チャンバーの内部空間に対して気密に封止されている取付構造において、支持部材中に貫通孔を設けると共に、支持部材のチャンバー側の端部の温度を低く制御できるようにし、かつサセプターから支持部材中を伝達される熱を抑制することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理物を加熱するためのサセプターと、このサセプターの接合面に接合されており、内側空間が設けられている支持部材と、この支持部材に接合されている開口が設けられたチャンバーとを備えており、チャンバーの開口と支持部材の内側空間とが連通しており、支持部材の内側空間がチャンバーの内部空間に対して気密に封止されている取付構造であって、支持部材の横断面の外側輪郭が略真円形をなしており、支持部材が肉厚部分と肉薄部分とを有しており、支持部材の肉厚部分の中にサセプター側の端面からチャンバー側の端面へと向かって延びる貫通孔が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
このように、支持部材の肉厚部分内に貫通孔を設けることによって、貫通孔の周囲の強度を確保し、同時に、貫通孔が存在しない領域は肉薄部分とすることによって、支持部材を伝達される熱を抑制することを想到した。このように、サセプターの支持部材に貫通孔を設けると共に、支持部材の横断面の形態を工夫することで熱の伝達を抑制し、支持部材のチャンバー側端部の温度上昇とサセプター中のコールドスポット発生とを同時に防止することは、類例がない。
【００１１】
好適な実施形態においては、支持部材に複数の貫通孔が設けられている。
【００１２】
また、好適な実施形態においては、支持部材に２つの肉厚部分と２つの肉薄部分とが交互に設けられており、各肉厚部分内にそれぞれ貫通孔が設けられている。
【００１３】
以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
【００１４】
図１は、セラミックサセプター２のチャンバー１０への取付構造を示す断面図である。サセプター２の接合面２ｂが、支持部材７の一端７ａに対して接合されている。この接合方法は特に限定されず、例えばろう材によって接合でき、あるいは特開平８−７３２８０号公報に記載のようにして固相接合できる。サセプター２の加熱面２ａの最高温度は、例えば４００℃以上、時には６００℃以上、１２００℃以下に達する。支持部材７の他端７ｃがチャンバー１０の内側壁面１０ｄに対して接合されており、これら両者の間が封止部材１２によって封止されている。封止部材１２は、チャンバー１０の凹部１０ｃ内に収容されており、支持部材７の端面７ｅに当接している。７ｂは筒状部である。なお、３は高周波発生用電極である。
【００１５】
チャンバー１０の外側空間１１、チャンバー１０の開口１０ｂおよび支持部材７の内側空間６Ａが連通しており、チャンバー１０の内部空間５とは隔離されている。チャンバー１０内に冷却フランジ３０を設けることによって、封止部材１２の周辺を冷却し、封止部材１２の周辺の温度が２００℃以下となるように調節している。
【００１６】
図２は、支持部材７の横断面図であり、図３は、本発明外の形態の支持部材１７を示す横断面図であり、図４は、封止部材１２の平面形状を示す図である。
【００１７】
支持部材７の外側輪郭７ｆは略真円形である。これは、幾何学的な真円形状だけでなく、製造上の誤差程度は許容する趣旨である。支持部材７を横断面に沿って見ると、二つの肉厚部分２３と、二つの肉薄部分２４とが交互に形成されており、各肉厚部分２３内に貫通孔８Ａ、８Ｂが形成されている。各貫通孔は、支持部材７の全長にわたって延びている。貫通孔８Ａ、８Ｂの一方の開口は、支持部材７のサセプター側の端面７ｇに達しており、他端の開口はチャンバー１０側の端面７ｅに達している。
【００１８】
支持部材７の内側輪郭７ｄは、２つの互いに対向する略直線状部分１３と、２つの湾曲部分１４とを備えている。各湾曲部分１４は、それぞれ二つの略直線状部分１３によって挟まれている。略直線状部分１３と外側輪郭７ｆとの間に肉厚部分２３が形成されており、湾曲部分１４と外側輪郭７ｆとの間に肉薄部分が形成されている。
【００１９】
各貫通孔８Ａ、８Ｂ中には、端子９が挿入されている。本例では、更にチャンバー１０に貫通孔１０ａが形成されており、各貫通孔１０ａは各貫通孔８Ａ、８Ｂと連通しており、各貫通孔１０ａ中に端子９が挿入されている。
【００２０】
ここで、図３に示すように、支持部材１７の外側輪郭１７ｆおよび内側輪郭１７ｄの双方が略真円形であると、支持部材１７の全長にわたって、貫通孔８Ａ、８Ｂの周囲のセラミック強度を保持するのに足るだけの肉厚ｄが必要である。この結果、支持部材１７の一端と他端との間の温度差が、前述のように大きくなると、支持部材１７を伝搬する熱が大きくなり、コールドスポットが生ずる。
【００２１】
これに対して、図２のような形態では、支持部材７の断面積を最小限に抑制することができ、従って、サセプターにコールドスポットを生じさせることなく、支持部材の一端と他端との間で、従来よりも高い温度勾配を付与することが可能になる。
【００２２】
なお、略直線状部分１３によって肉厚部分を生成させることによって、貫通孔の周辺に所望のセラミック強度を付与しつつ、支持部材の断面積を最小限に設定できる。
【００２３】
貫通孔の両側および周辺では、当然、支持部材の強度が低下する傾向がある。これを防止するためには、貫通孔の周囲の厚さを大きくする必要がある。図２の例では、貫通孔が存在する肉厚部分の厚さｂをできるだけ大きくすることが望ましい。貫通孔の近辺のセラミック強度は、貫通孔の直径が一定であるものと仮定すると、ほぼこの肉厚ｂによって決定される。
【００２４】
ここで、貫通孔近辺に所定のセラミック強度を与えるような厚さｂが一定値であるものとする。また、肉薄部分２４に所定の強度を与えるような厚さｃが一定値であるものとする。このように、所望の厚さｂ、ｃが予め設定された条件下では、１３が湾曲している場合よりも、１３が略直線状をなしている場合の方が、支持部材７の横断面の断面積が小さくなる。従って、略直線状部分と湾曲部分とを組みあわせた形態が最も好ましい。
【００２５】
一つの好適な実施形態においては、支持部材の外側輪郭を真円形状とする。サセプターの温度が上昇すると、サセプターと支持部材との接合部の付け根の外側に最大応力が集中する。この際、支持部材の外側輪郭を真円形状とすることによって、支持部材の外側輪郭に均等に応力が分散する。支持部材の外側輪郭を真円形状以外の形状、例えば楕円形状とすると、外側輪郭のうち最も曲率半径Ｒの小さい箇所に応力が集中する傾向がある。
【００２６】
湾曲部分１４の具体的形態は特に限定されず、真円の円弧、楕円の円弧であってよく、また二次曲線、三次曲線、放物線、対数曲線等であってよいが、真円または楕円の円弧形状が最も好ましい。
【００２７】
略直線状部分１３の長さｍと、内側空間６Ａの長径ｎとの比率は、１：１−５とすることが好ましい。また、貫通孔８Ａ、８Ｂの直径と肉厚部分２３の幅ｂの比率は、１：４−１０とすることが好ましい。
【００２８】
本例では、図４に示すような形態の封止部材を使用する。この封止部材１２には、中央の貫通孔１２ｂと、両側の二つの貫通孔１２ａとが形成されている。中央の貫通孔１２ｂは、支持部材７の内側空間６Ａと連通するものであり、両側の各貫通孔１２ａは、それぞれ、チャンバーの貫通孔１０ａおよび支持部材７の貫通孔８Ａ、８Ｂと連通するものである。
【００２９】
好適な実施形態においては、支持部材の内側輪郭が略楕円形をなしている。例えば、図５に示す支持部材２７は、２つの肉厚部分２３と二つの肉薄部分２４とからなっている。支持部材２７の外側輪郭２７ｆは略真円形であり、支持部材２７の内側輪郭２７ｄは略楕円形である。こうした形状であれば、肉厚部分と肉薄部分との間での厚さの変化が緩やかなので、支持部材中にクラックが発生しにくい。
【００３０】
なお、内側輪郭の長径ｐと短径ｑとの比率は、１〜９：１とすることが好ましい。
【００３１】
また、支持部材の肉厚部分の厚さｂと肉薄部分の厚さｃとの比率は、１〜７：１とすることが好ましい。
【００３２】
支持部材およびサセプターの材質は、特に限定されない。しかし、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。
【００３３】
サセプターは何らかの加熱源によって加熱されるが、その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。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。
【００３４】
サセプターに貫通孔を形成し、サセプターの貫通孔と支持部材の貫通孔とを連通させ、連通した支持部材の貫通孔とサセプターの貫通孔とを通して、チャンバーの外側からサセプターの表面側へと向かってガスを供給できる。また、連通した支持部材の貫通孔とサセプターの貫通孔とを通して、サセプターの表面側からチャンバーの外側へと向かってガスを排気できる。
【００３５】
封止部材の材質は限定されないが、Ｏリングシールやメタルリングシールを例示できる。
【００３６】
【実施例】
（実施例）
図１、図２および図４に示す取付構造を作製した。サセプター２としては、直径２５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの窒化アルミニウム焼結体製の円盤を使用した。支持部材７は、緻密質の窒化アルミニウム焼結体によって成形した。支持部材７の高さは１８０ｍｍとした。支持部材７とサセプター２とを、特開平８−７３２８０号公報に記載のようにして固相接合した。支持部材７とチャンバー１０との間は、ネジによって締めつけ固定した。Ｏリング１２はフッ素ゴムからなる。
【００３７】
支持部材７の各部分の寸法は以下のとおりである（図２を参照）。
ｍ：２０ｍｍ
ｎ：４５ｍｍ
ａ：３０ｍｍ
ｂ：１２ｍｍ
ｃ：４ｍｍ
貫通孔８Ａ、８Ｂの直径：５ｍｍ
【００３８】
この状態で、サセプター２の加熱面２ａの温度を約６００°に加熱した。水冷フランジに水を流すことによって、支持部材とチャンバーとの接合部の温度を約２００℃に保持した。雰囲気圧力は窒素ガス６００Ｔｏｒｒとした。加熱面上にシリコンウエハー１を設置した。この状態では、シリコンウエハーに、支持部材の形態に対応するコールドスポットは観測されなかった。
【００３９】
（比較例）
実施例と同様にして取付構造を作製した。ただし、支持部材としては、図３に示す支持部材１７を使用した。支持部材１７の各寸法は以下のとおりである。
ｄ：５５ｍｍ
貫通孔８Ａ、８Ｂの直径：５ｍｍ
内側空間６の直径：３０ｍｍ
【００４０】
この状態で、サセプター２の加熱２ａの温度を約６００°に加熱した。水冷フランジに水を流すことによって、支持部材とチャンバーとの接合部の温度を約２００℃に保持した。雰囲気圧力は窒素ガス６００Ｔｏｒｒとした。加熱面上にシリコンウエハー１を設置した。この状態では、シリコンウエハーに、支持部材の形態に対応するコールドスポットが観測された（温度差約１５℃）。
【００４１】
このコールドスポットがほぼ消失するまで、水冷フランジにおける水の流量を減少させていくと、支持部材とチャンバーとの接合部分の温度は約３３０℃に上昇した。
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、サセプターのチャンバーへの取付構造において、支持部材中に貫通孔を設けると共に、支持部材のチャンバー側の端部の温度を低く制御でき、かつサセプターから支持部材中を伝達される熱を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る取付構造の縦断面図である。
【図２】図１の支持部材７の横断面図である。
【図３】本発明外の支持部材１７の横断面図である。
【図４】封止部材１２の平面的形態を示す図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る支持部材２７の横断面図である。
【図６】従来の取付構造を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１被処理物２サセプター２ａサセプター２の加熱面２ｂサセプター２の背面（接合面）３高周波発生用電極４抵抗発熱体５チャンバー１０の内部空間６、６Ａ、６Ｂ支持部材の内側空間７、２７本発明例の支持部材
７ａ支持部材７のサセプター側の端部７ｂ、２７ｂ筒状部
７ｃ支持部材７のチャンバー側の端部７ｄ、１７ｄ、２７ｄ支持部材の内側輪郭７ｅ支持部材のチャンバー側の端面７ｆ、１７ｆ、２７ｆ外側輪郭７ｇ支持部材のサセプター側の端面９端子１０チャンバー１０ａチャンバー１０の貫通孔
１０ｂチャンバー１０の開口１０ｃチャンバー１０の封止部材収容用凹部１０ｄチャンバー１０の内壁面１３略直線状部
分１４湾曲部分２３肉厚部分２４肉薄部分
３０冷却フランジ

Claims

被処理物を加熱するためのサセプターと、このサセプターの接合面に接合されており、内側空間が設けられている支持部材と、この支持部材に接合されている開口が設けられたチャンバーとを備えており、前記チャンバーの前記開口と前記支持部材の前記内側空間とが連通しており、前記支持部材の前記内側空間が前記チャンバーの内部空間に対して気密に封止されている取付構造であって、
前記支持部材の横断面の外側輪郭が略真円形をなしており、前記支持部材が肉厚部分と肉薄部分とを有しており、前記支持部材の前記肉厚部分の中に前記サセプター側の端面から前記チャンバー側の端面へと向かって延びる貫通孔が設けられていることを特徴とする、取付構造。
前記サセプターの材質または前記支持部材の材質がセラミックスであることを特徴とする、請求項１記載の取付構造。
前記支持部材に複数の前記貫通孔が設けられていることを特徴とする、請求項１または２記載の取付構造。
前記支持部材に２つの前記肉厚部分と２つの前記肉薄部分とが交互に設けられており、前記の各肉厚部分内にそれぞれ前記貫通孔が設けられてい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取付構造。
前記支持部材の横断面の内側輪郭が、２つの互いに対向する略直線状部分と、それぞれ略直線状部分に挟まれた２つの湾曲部分とを備えており、前記略直線状部分と前記外側輪郭との間に前記肉厚部分が形成されており、前記湾曲部分と前記外側輪郭との間に前記肉薄部分が形成されていることを特徴とする、請求項１−４のいずれか一つの請求項に記載の取付構造。
前記支持部材の横断面の内側輪郭が楕円形であることを特徴とする、請求項１−４のいずれか一つの請求項に記載の取付構造。
前記支持部材が前記チャンバーに対してゴム製の封止部材によって封止されてい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取付構造。
被処理物を加熱するためのサセプターを、開口が設けられたチャンバーに対して取り付けるための支持部材であって、
この支持部材に内側空間が設けられており、前記支持部材の横断面の外側輪郭が略真円形をなしており、前記支持部材が肉厚部分と肉薄部分とを有しており、前記支持部材の前記肉厚部分の中に前記サセプター側の端面から前記チャンバー側の端面へと向かって延びる貫通孔が設けられていることを特徴とする、支持部材。
前記サセプターの材質または前記支持部材の材質がセラミックスであることを特徴とする、請求項８記載の支持部材。
前記支持部材に複数の前記貫通孔が設けられていることを特徴とする、請求項８または９記載の支持部材。
前記支持部材に２つの前記肉厚部分と２つの前記肉薄部分とが交互に設けられており、前記の各肉厚部分内にそれぞれ前記貫通孔が設けられていることを特徴とする、請求項８−１０のいずれか一つの請求項に記載の支持部材。
前記支持部材の横断面の内側輪郭が、２つの互いに対向する略直線状部分と、それぞれ略直線状部分に挟まれた２つの湾曲部分とを備えており、前記略直線状部分と前記外側輪郭との間に前記肉厚部分が形成されており、前記湾曲部分と前記外側輪郭との間に前記肉薄部分が形成されていることを特徴とする、請求項８−１０のいずれか一つの請求項に記載の支持部材。
前記支持部材の横断面の内側輪郭が楕円形であることを特徴とする、請求項８−１０のいずれか一つの請求項に記載の支持部材。