JP4421624B2 - 半導体製造装置及びヒータ - Google Patents

Description

本発明は、例えば半導体ウェーハ上への成膜時に裏面から加熱するためのヒータとヒータを備えた半導体製造装置に関する。

近年、半導体装置の微細化に伴い、その製造工程において、高い成膜均一性が要求されている。エピタキシャル成長装置などＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置において用いられる裏面加熱方式は、上方に加熱源がなく、垂直方向に反応ガスを供給することができるため、均一な成膜が可能である。

このような裏面加熱方式において、加熱源として抵抗加熱ヒータが用いられるが、高温（ヒータ温度で１３００℃以上）且つ、高純度（汚染物質の少ない発熱）とすることが必要である。そこで、例えば高温で低金属汚染などを引き起こすことなく安定なＳｉＣ材などがヒータエレメント材として用いられている。

このようなヒータエレメントは、例えば、特許文献１の[００１９]及び図９に記載されているように、ヒータ支持体１８にボルトを用いて固定されている。しかしながら、高温となるヒータエレメントに近接する固定位置における接続面が、熱やガスの変化で面荒れを生じ、接続抵抗が高くなるという問題がある。

また、ＳｉＣ材などの柔軟性が低く硬い材料を用いると、例えばヒータ支持体の高さや位置、ヒータの寸法などにずれがある場合、そのずれを補正することは困難であり、ヒータを確実に固定することができないという問題がある。そして、電圧を印加する際に、接触不良を起こしたり、接続部分が電界集中により発熱し、劣化する、熱ストレスにより破損してしまう、といった不具合を生じてしまう。
特開平１０−２０８８５５号公報

上述したように、半導体製造装置において、裏面加熱用のヒータの電極接続位置において、接続部の劣化などによる接続不良や破損といった問題がある。

本発明は、裏面加熱用のヒータを電極と確実に最適な位置で接続することが可能な半導体製造装置及びヒータを提供することを目的とするものである。

本発明の半導体製造装置は、ウェーハを裏面から加熱するためのヒータエレメントと、ヒータエレメントと一体化され、ヒータエレメントに電圧を印加するための第１の接続部及び第２の接続部と、第１の面で第1の接続部と接触、固定され、第１の接続部に電圧を印加するための第１の電極と、第1の面と面方向が９０度異なる第２の面で第２の接続部と接触、固定され、第２の接続部に電圧を印加するための第２の電極を備えることを特徴とする
本発明の半導体製造装置において、第1の接続部と第１の電極との固定位置が、第1の面の面内方向に可動域を有し、第２の接続部と第２の電極との固定位置が、第２の面の面内方向に可動域を有することが望ましい。

また、本発明の半導体製造装置において、第1の接続部、第２の接続部、第１の電極及び第２の電極に夫々形成された開口部と、第1の接続部の開口部より径が小さく、第1の接続部の開口部を貫通して第１の接続部と第１の電極を固定する第１のボルトと、第２の接続部の開口部より径が小さく、第２の接続部の開口部を貫通して第２の接続部と第２の電極を固定する第２のボルトを備えることが望ましい。

また、本発明の半導体製造装置は、ウェーハを加熱するためのヒータエレメントと、ヒータエレメントと一体化され、ヒータエレメントに電圧を印加するための第１の接続部及び第２の接続部と、第１の面で第1の接続部と接触、固定され、第１の接続部に電圧を印加するための第１の電極と、第２の面で第２の接続部と接触固定され、第２の接続部に電圧を印加するための第２の電極と、第1の接続部、第２の接続部、第１の電極及び第２の電極に夫々形成された開口部と、第1の接続部の開口部より径が小さく、第1の接続部の開口部を貫通して第１の接続部と第１の電極を固定する第１のボルトと、第２の接続部の開口部より径が小さく、第２の接続部の開口部を貫通して第２の接続部と第２の電極を固定する第２のボルトを備えることを特徴とする。

本発明の半導体製造装置において、第１の電極を固定するための第１の電極ロッドと、第２の電極を固定するための第２の電極ロッドと、第１の電極及び第２の電極を保持するためのヒータシャフトを備え、ヒータシャフト上部と、第１の電極ロッド及び第２の電極ロッドの夫々のヘッド部分との間に遊びを有することが望ましい。

また、本発明の半導体製造装置において、ヒータエレメントは、面状または環状であることが望ましい。

さらに、本発明の半導体製造装置において、ヒータエレメントに、炭素材、ＳｉＣ材、炭素材又はＳｉＣ材にＳｉＣ被覆を施した材料を用いることが望ましい。

本発明のヒータは、ウェーハを裏面から加熱するためのヒータエレメントと、ヒータエレメントと一体化され、電極に接触、固定されるための第１の面を有する第１の接続部と、ヒータエレメントと一体化され、電極に接触、固定されるための第２の面を有する第２の接続部を備え、第1の面と第２の面の面方向が９０度異なることを特徴とするヒータを特徴とする。

本発明のヒータにおいて、ヒータエレメントは、面状または環状であることが望ましい。

さらに、本発明のヒータにおいて、ヒータエレメントに、炭素材、ＳｉＣ材、炭素材又はＳｉＣ材にＳｉＣ被覆を施した材料を用いることが望ましい。

本発明の半導体製造装置及びヒータを用いることにより、裏面加熱用のヒータを電極と確実に最適な位置で接続することが可能となる。

以下本発明の実施形態について、図を参照して説明する。

（実施形態１）
図１に本実施形態の半導体製造装置の断面図を示す。図に示すように、ウェーハ１が導入される反応室２には、反応室２上方より成膜ガスとキャリアガスからなる反応ガスを供給するためのガス供給口３と、反応室２下方より反応ガスを排出するためのガス排出口４が設置されている。反応室２内部には、ウェーハ１を回転させるための回転駆動手段５と、回転駆動手段５上でウェーハ１をその外周部において保持するための環状のホルダー６が設置されており、さらに、ウェーハ１を下部より加熱するためのインヒータ７が設置されている。

図２にインヒータ７の斜視図を、図３にその側面図を示す。図に示すように、インヒータ７は、例えばＳｉＣ系材料などから構成される抵抗加熱方式のヒータエレメント１１と、１対の接続部１２ａ、１２ｂが溶接などにより一体化された構成となっている。尚、ヒータエレメント１１のパターンについては、図示したものは一例であり、半導体基板を均一に加熱することができ、温度変化に対応できるパターンであればよく、他には例えば図４に示すようなパターンのヒータエレメント１１’を用いることができる。

接続部１２ａ、１２ｂは、ＳｉＣ系材料などから構成されるボルト１３ａ、１３ｂにより電極（ブースバー）１４ａ、１４ｂと面接触するように固定されている。このとき、接続部１２ａ下部の電極１４ａとの接触面と、接続部１２ｂ下部の電極１４ｂとの接触面は、面方向が９０度異なっている。電極１４ａ、１４ｂは、ボルトにより夫々電極ロッド１５ａ、１５ｂと固定されており、この電極ロッド１５ａ、１５ｂを介して、温度を電気的に制御する温度制御機構（図示せず）と接続されている。電極ロッド１５ａ、１５ｂは、ヒータシャフト１６により保持されており、ヒータシャフト１６の上部と電極ロッド１５ａ、１５ｂのヘッド部分との間には、遊びが設けられている。

図５に、接続部１２ａと電極１４ａの接続部分を示す。図に示すように、接続部１２ａは開口部１８ａを有している。開口部１８ａの径は、例えばボルト１３ａの規格径６ｍｍに対して、７．５ｍｍとなっている。すなわち、±０．７５ｍｍの許容差が設けられており、その範囲で接続部１２ａと電極１４ａの固定位置を接触面方向に動かすことができる。従って、ヒータエレメントの寸法許容差が±０．２ｍｍ、電極の取付寸法許容差が±０．５ｍｍであれば、可動域に納まることになる。同様に、接続部１２ｂと電極１４ｂにおいても、同様の許容差を設けることにより、固定位置をその接触面方向に動かすことができるため、ヒータエレメントの面内方向及び高さ方向のいずれのずれも、可動域内であれば補正することができる。

尚、接続部と電極の位置関係は、可動域がヒータエレメントの面内方向及び高さ方向の双方となればよく、本実施例に限定されるものではない。例えば、図６に示すように、接続部１２ａ’と電極１４ａ’、接続部１２ｂ’と電極１４ｂ’を夫々ボルト１３ａ’、１３ｂ’により固定してもよい。

このようにして、接続部と電極をヒータエレメントからある程度離れた位置で固定することにより、接触面における温度の上昇による接続部の熱やガスによる変化を抑えることができる。また、ずれを補正した上で、ヒータの各接続部と各電極を固定することにより、確実な接続を得ることができ、接続不良や破損といった不具合を抑えることが可能となる。また、上下方向へのヒータ位置の微調整が可能となるため、位置の最適化により、形成される被膜の膜厚均一性を向上させることが可能となる。さらに、電極ロッドを保持するヒータシャフト側に遊びを設けることにより、このような構成による電極の位置変動に対応が可能となる。

（実施形態２）
図７に本実施形態の半導体製造装置の部分断面図を示す。本実施例においては、インヒータ２７ａに加えて、環状のホルダー２６を加熱するためのアウトヒータ２７ｂを備えている点で、実施例１と異なっている。

図８にアウトヒータ２７ｂの斜視図を、図９にその側面図を示す。図に示すように、アウトヒータ２７ｂは、実施例１と同様に例えばＳｉＣ系材料などから構成される抵抗加熱方式のヒータエレメント３１と、１対の接続部３２ａ、３２ｂが溶接などにより一体化された構成となっている。

接続部３２ａ、３２ｂは、ＳｉＣ系材料などから構成されるボルト３３ａ、３３ｂにより電極３４ａ、３４ｂと面接触するように固定されている。電極３４ａ、３４ｂは、実施例1と同様に、夫々ヒータシャフト（図示せず）に保持された電極ロッド（図示せず）を介して、温度を電気的に制御する温度制御機構（図示せず）と接続されている。

実施例１と同様に、接続部３２ａ、３２ｂは開口部を有している。開口部の径は、例えば７．５ｍｍとし、ボルト３３ａ、３３ｂの規格径６ｍｍに対して、実施例1と同様に許容差が設けられている。従って、許容差の範囲で、接続部３２ａと電極３４ａの固定位置を接触面方向に動かすことができる。

本実施例においては、アウトヒータの形状が環状であり、同一面内に電極が形成されている。従って、接続部３２ａ下部の電極３４ａとの接触面と、接続部３２ｂ下部の電極３４ｂとの接触面は、実質的に面方向が等しくなっている。熱などによる電極位置の変動がほぼ面方向のみに抑えられるためである。但し、面方向と垂直方向の寸法差などを調整するために、実施例１と同様に、面方向が９０度異なっていてもよい。また、電極は、必ずしも同一面内に形成される必要はなく、実施例１と同様に、対向するように形成されてもよい。その場合は、実施例１と同様に、面方向が９０度異なっている必要がある。

このようにして、接続部と電極をヒータエレメントからある程度離れた位置で固定することにより、実施例1と同様に、接触面における温度の上昇による接続部の熱やガスによる変化を抑えることができる。また、ずれを補正した上で、ヒータの各接続部と各電極を固定することにより、実施例1と同様に、確実な接続を得ることができ、接続不良や破損といった不具合を抑えることが可能となる。また、上下方向へのヒータ位置の微調整が可能となるため、位置の最適化により、実施例1と同様に、形成される被膜の膜厚均一性を向上させることが可能となる。さらに、実施例1と同様に、電極ロッドを保持するヒータシャフト側に遊びを設けることにより、このような構成による電極の位置変動に対応が可能となる。

ヒータエレメント材として、ＳｉＣ系材料を用いているが、高温で低金属汚染などを引き起こすことなく安定な材料であれば特に限定されるものではなく、例えば炭素材や、炭素材又はＳｉＣ材にＳｉＣ被覆を施した材料、及びＩｒなどの高融点金属材料を用いることが可能である。また、ボルトとして、ヒータエレメント材と同じくＳｉＣ材を用いているが、ヒータエレメント材又は電極材と同じ材料とすることが好ましい。

接続部の開口部径を、ボルト径６ｍｍに対して７．５ｍｍとして、許容差を±０．７５ｍｍとしているが、許容差はボルト径に応じて適宜設定することが可能であり、ボルト径に対して１０〜２０％程度とすることが好ましい。許容差が大きすぎると、接続の安定性が確保できない。一方、許容差が小さすぎると、寸法、位置の許容差によるずれを補正できないためである。

これら実施例によれば、半導体基板の裏面加熱用のヒータを電極と確実に最適な位置で接続することが可能となる。従って、半導体基板上への被膜形成プロセスを安定させることができ、半導体基板上に形成される被膜の膜厚の均一化を図ることができる。そして、このような半導体製造装置により形成されるウェーハ、及びさらに素子形成工程及び素子分離工程を経て形成される半導体装置において、歩留りや素子特性の安定化を図ることが可能となる。特に、Ｎ型ベース領域、Ｐ型ベース領域や、絶縁分離領域などに数１０μｍ〜１００μｍ程度の厚膜が用いられるパワーＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）などのパワー半導体装置の厚膜形成プロセスへの適用が効果的である。

尚、本発明は、上述した実施例に限定されるものではない。その他要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明の一態様による半導体製造装置の断面図を示す。 本発明の一態様におけるヒータの斜視図を示す。 本発明の一態様におけるヒータの側面図を示す。 本発明の一態様におけるヒータエレメントのパターンを示す。 本発明の一態様における接続部と電極の接続部分を示す。 本発明の一態様における接続部と電極の接続部分を示す。 本発明の一態様による半導体製造装置の断面図を示す。 本発明の一態様におけるヒータの斜視図を示す。 本発明の一態様におけるヒータの側面図を示す。

符号の説明

１・・・ ウェーハ、２・・・反応室、３・・・ガス供給口、４・・・ガス排出口、５・・・回転駆動手段、６、２６・・・ホルダー、７、２７ａ・・・インヒータ、１１、１１’、３１・・・ヒータエレメント、１２ａ、１２ｂ、１２ａ’、１２ｂ’、３２ａ、３２ｂ・・・接続部、１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’、３３ａ、３３ｂ・・・ボルト、１４ａ、１４ｂ、１４ａ’、１４ｂ’、３４ａ、３４ｂ・・・電極、１５ａ、１５ｂ・・・電極ロッド、１６・・・ヒータシャフト、２７ｂ・・・アウトヒータ

Claims (10)

1. ウェーハを裏面から加熱するためのヒータエレメントと、
   前記ヒータエレメントと一体化され、前記ヒータエレメントに電圧を印加するための第１の接続部及び第２の接続部と、
   第１の面で前記第1の接続部と接触、固定され、前記第１の接続部に電圧を印加するための第１の電極と、
   前記第1の面と面方向が９０度異なる第２の面で前記第２の接続部と接触、固定され、前記第２の接続部に電圧を印加するための第２の電極を備えることを特徴とする半導体製造装置。
2. 前記第1の接続部と前記第１の電極との固定位置が、前記第1の面の面内方向に可動域を有し、
   前記第２の接続部と前記第２の電極との固定位置が、前記第２の面の面内方向に可動域を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記第1の接続部、前記第２の接続部、前記第１の電極及び前記第２の電極に夫々形成された開口部と、
   前記第1の接続部の開口部より径が小さく、前記第1の接続部の開口部を貫通して前記第１の接続部と前記第１の電極を固定する第１のボルトと、
   前記第２の接続部の開口部より径が小さく、前記第２の接続部の開口部を貫通して前記第２の接続部と前記第２の電極を固定する第２のボルトを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体製造装置。
4. ウェーハを加熱するためのヒータエレメントと、
   前記ヒータエレメントと一体化され、前記ヒータエレメントに電圧を印加するための第１の接続部及び第２の接続部と、
   第１の面で前記第1の接続部と接触、固定され、前記第１の接続部に電圧を印加するための第１の電極と、
   第２の面で前記第２の接続部と接触固定され、前記第２の接続部に電圧を印加するための第２の電極と、
   前記第1の接続部、前記第２の接続部、前記第１の電極及び前記第２の電極に夫々形成された開口部と、
   前記第1の接続部の開口部より径が小さく、前記第1の接続部の開口部を貫通して前記第１の接続部と前記第１の電極を固定する第１のボルトと、
   前記第２の接続部の開口部より径が小さく、前記第２の接続部の開口部を貫通して前記第２の接続部と前記第２の電極を固定する第２のボルトを備えることを特徴とする半導体製造装置。
5. 前記第１の電極を固定するための第１の電極ロッドと、
   前記第２の電極を固定するための第２の電極ロッドと、
   前記第１の電極及び前記第２の電極を保持するためのヒータシャフトを備え、
   前記ヒータシャフト上部と、前記第１の電極ロッド及び前記第２の電極ロッドの夫々のヘッド部分との間に遊びを有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
6. 前記ヒータエレメントは、面状または環状であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
7. 前記ヒータエレメントに、炭素材、ＳｉＣ材、炭素材又はＳｉＣ材にＳｉＣ被覆を施した材料を用いることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体製造装置。
8. ウェーハを裏面から加熱するためのヒータエレメントと、
   前記ヒータエレメントと一体化され、電極に接触、固定されるための第１の面を有する第１の接続部と、
   前記ヒータエレメントと一体化され、電極に接触、固定されるための第２の面を有する第２の接続部を備え、
   前記第1の面と前記第２の面の面方向が９０度異なることを特徴とするヒータ。
9. 前記ヒータエレメントは、面状または環状であることを特徴とする請求項８のヒータ。
10. 前記ヒータエレメントに、炭素材、ＳｉＣ材、炭素材又はＳｉＣ材にＳｉＣ被覆を施した材料を用いることを特徴とする請求項８または請求項９に記載のヒータ。