JP4518370B2 - セラミックサセプターの支持構造 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミックサセプターの支持構造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、例えば窒化アルミニウム製のセラミックヒーターをチャンバーの内側壁面へと取り付ける必要がある。このため、セラミック板製の筒状の支持部の一端をセラミックヒーターの接合面へと取り付け、この支持部の他端をチャンバーの内側壁面へと取り付けることが行われている。支持部は、アルミナ、窒化アルミニウム等の耐熱性のセラミック板によって形成されている。支持部とチャンバーとの間はOリングによって気密に封止する。これによって、支持部の内側空間とチャンバーの内部空間とを気密に封止し、チャンバーの内部空間のガスがチャンバーの外部へと漏れないようにする。
【0003】
しかし、筒状の支持部をセラミックヒーターの背面に接合し、セラミックヒーターを昇温させると、セラミックヒーターと支持部との接合面に微細なクラックが発生したり、これによる気体のリークが生ずる可能性がある。この問題を解決するために、本出願人は、特許文献1において、蛇腹状の支持部をセラミックヒーターに対して接合することを開示した。
【特許文献1】
特開2001−250858号公報
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、セラミックヒーター内部の抵抗発熱体に対して電力を供給し、目標温度まで昇温したときに、目標の均熱性が得られたものとする。しかし、このセラミックヒーターを実際のチャンバーに取り付ける際には、セラミックヒーターを支持部上に固定し、支持部をチャンバーに取り付ける必要がある。この際には、セラミックヒーターの温度は例えば400℃以上の高温となるので、チャンバーが高温となるのを防止するために、セラミックヒーターの支持部とチャンバーとの間に冷却装置を設ける必要がある。ここで、当初の目的温度において、ヒーターの加熱面の温度をほぼ均一化することに成功したものとする。しかし、このヒーターを実際のチャンバーに取り付けた後には、加熱面の中央部分の温度が低下し、コールドスポットが生成してしまうことがあった。これは、セラミックヒーターと支持部との接触面の面積、接触面の形状、支持部の熱容量、チャンバーの形状および熱容量、冷却装置の形状および冷却能力、チャンバー内面の熱反射および熱吸収、チャンバー内外の気体の気圧と流れといった多数の複雑な要因が変動するからである。
【0005】
加熱面中央部のコールドスポットを防止するためには、中央部の発熱量を増大させるように発熱体設計を変更することが考えられる。しかし、チャンバー取り付け後に、こうしたセラミックヒーターそれ自体の設計変更を行うことは現実的ではない。
【0006】
また、セラミックヒーターをチャンバーに取り付けた後に、抵抗発熱体に対する電力を微調整することによって、加熱面の温度分布が小さくなるように調節することが考えられる。しかし、このような調節は実際には困難であった。なぜなら、抵抗発熱体に対する電力供給量を増加、減少させると、その抵抗発熱体の全体の発熱量が変化するだけであって、必ずしもセラミックヒーター設置後の加熱面の温度分布が小さくなるわけではなく、かえって大きくなることもあるからである。
【0007】
本発明の課題は、セラミックサセプターの背面に支持部を接合し、支持部を冷却装置を介してチャンバーに取り付ける場合に、セラミックサセプターの加熱面に生ずるコールドスポットを抑制し、加熱面の温度分布を低減するための実際的かつ低コストの方法を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、チャンバー内に接地セラミックサセプターを支持するための支持構造であって、
内部に抵抗発熱体が埋設されているセラミックサセプター、
セラミックサセプターの背面に設けられ、チャンバー内雰囲気と隔離された内側空間が設けられ、かつフランジ部が設けられている円筒状支持部、
支持部のフランジ部とチャンバーとの間に設けられ、内側空間が形成された基台、
基台に設けられた冷却装置、
支持部の内側空間および基台の内側空間に設けられており、抵抗発熱体に電力を供給する電力供給部材、
支持部のフランジ部の端面と基台との間を気密にシールするリング状シール部材、
基台から突出するリング状突起であって、フランジ部の端面に対して接触しており、シール部材の内側に位置する内側リング状突起、および
基台から突出するリング状突起であって、フランジ部の端面に対して接触しており、シール部材の外側に位置する外側リング状突起
を備えていることを特徴とする。
または、フランジ部の端面および基台に対して接触しており、前記シール部材の内側に位置する内側断熱性シート部材、および
フランジ部の端面および前記基台に対して接触しており、シール部材の外側に位置する外側断熱性シート部材を備えている。
【0009】
本発明者は、円筒状支持部を通して冷却装置へとサセプターの熱を逃がすような支持構造において、サセプターから冷却装置への熱伝導量を低減するための熱伝導制御部を冷却装置の手前に設けることを想到した。これによって、サセプターの加熱面の一部領域に、チャンバーへの取り付け後に生ずるコールドスポットを低減することが可能になった。この手法では、サセプターの設計変更などの煩雑な問題も生じない。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態に係る支持構造を概略的に示す断面図であり、図2はその要部を示す断面図である。
【0011】
図1に示すように、セラミックサセプター(本例ではセラミックヒーター)3は、基体4と発熱体5とを備えている。4aは加熱面であり、4bは背面である。セラミックサセプター3はチャンバー1の内部空間2内に収容、固定されている。セラミックサセプター3の背面4bには支持部6が取り付けられている。支持部6は、略筒状の本体6aと、本体6aの端部にあるフランジ部6bとを備えている。支持部6の内側空間6fはチャンバー内雰囲気2から隔離されている。なお、本例では支持部6がサセプター背面に接合されているが、支持部とサセプターとが一体であってもよい。
【0012】
チャンバー1には、セラミックサセプター3の取り付け部10が固定されている。取り付け部10には開口10aが設けられている。取り付け部10には基台7が取り付けられており、基台7内には冷却装置8が収容されている。セラミックサセプター3が高温になったときに、冷却装置8が収容された基台7内の温度は全体に低くなり、取り付け部10が高温になるのを防止する。発熱体5には電力供給部材11が接続されており、電力供給部材11は、支持部6の内側空間6f、基台7の内側空間7aおよび開口10aを通って外部へと伸びている。
【0013】
支持部6と基台7との接続部分を図2に拡大して示す。支持部6の端部にはフランジ部6bが設けられており、フランジ部6bの末端面6eと基台7の端面7bとの間はシール部材9によってシールされている。シール部材9は例えばOリングやガスケットである。本例では、フランジ部6bの外周面6dと基台7との間には隙間があり,基台7の押さえ突起7cとフランジ部6bのフランジ面6cとが接触している。
【0014】
ここで、フランジ部6bの末端面6eと基台7の端面7bとの間には、例えば一対の断熱性シート12A、12Bが挟まれている。本例では、断熱性シート12A、12Bはそれぞれリング状をなしており、断熱性シート12Aと12Bとは平面的に見て同心円状に配置されている。外側シート12Aと内側シート12Bとの間にシール部材9が挟まれている。
【0015】
また、図3の例においては、基台7の端面7b上に外側リング状突起7dおよび内側リング状突起7eが設けられており、リング状突起7dと7eとの間にリング状のシール部材9が挟まれている。内側リング状突起7eの内側には更に空隙部15Bが設けられている。外側リング状突起7dの外側には空隙部15Aが設けられている。このように空隙部15A、15Bを設け、基台7と支持部6との端面同士の接触面積を小さくすることによって、支持部から基台7の内の冷却装置への熱の移動を抑制する。
【0016】
本発明外の参考形態においては、チャンバーに取り付けられた基台と支持部との間に中間保持材を設け、冷却装置を基台内に設けることができる。そして基台と中間保持材との間に熱伝導制御部を設ける。
【0017】
図4は、この実施形態に係るものである。本例では、チャンバーの取り付け部10の内壁面に、略リング状の基台18が取り付けられている。基台18の端面18a上に中間保持材17が取り付けられており、中間保持材17上に支持部6が固定されている。基台18内には冷却装置8が設けられている。基台18の端面18aと中間保持材17の端面17dとの間は、リング状のシール部材9によって気密にシールされている。中間保持材17の端面17dと基台18の端面18aとの間には一対のリング状断熱シート12C、12Dが挟まれており、断熱シート12Cと12Dとは略同心円状に配置されており、これらの間にシール部材9が挟まれている。端面17bと6eとが接触しており、また押さえ部材17cがフランジ面6cに接触している。17aは中間保持材17の内側空間である。なお、中間保持材17と支持部6との間に熱伝導制御部を設けることも可能である。
【0018】
セラミックサセプターの材質は用途に応じて選択できるので、特に限定されない。ただし、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。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。
【0019】
セラミックサセプターは加熱源によって加熱されるものである。加熱源はサセプター内に埋設されたヒーターである。
【0020】
支持部6の材質は特に限定しないが、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い。
【0021】
サセプターと支持部との接合方法は限定されず、固相接合、固液接合、ろう付け、ねじ止めなどの機械的締結であってよい。固液接合法は、特開平10−273370号公報に記載された方法である。
【0022】
冷却装置8において使用できる冷媒は、水、シリコンオイル等の液体であってよく、また空気、不活性ガス等の気体であってもよい。
【0023】
サセプターから冷却装置への熱伝導量を、以下のような断熱性シートによって低減する。
(1)断熱材からなるシート状物
(2)内部に気泡、空洞を有しているか、表面に凹凸を有するシート
【0024】
断熱シートを構成する材質は以下が好ましい。
樹脂(例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂)
また、断熱性部材の横断面形状は、図2、図4の例では長方形であるが、真円形や楕円形などの湾曲形状であってもよい。
【0025】
基台や中間保持材の材質も特に限定されないが、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い。
【0026】
【実施例】
(実施例1)
図1、図2に示す支持構造を作製した。サセプター3の基体4としては、半径150mm、厚さ10mmの窒化アルミニウム焼結体製の円盤を使用した。支持部6は略円筒状のセラミック板によって成形した。支持部6の長さは70mmとする。支持部6とサセプター3とを固相接合した。接合条件は以下のとおりである。
炉内雰囲気の圧力 0.5kg/cm2
最高温度 2000℃
最高温度での保持時間 60分間
接合時の圧力 0.5〜1.0kg/cm2
接合材 イットリウムと酢酸を主成分とする溶液
【0027】
次いで、支持部6を基台7上にセットし、Oリング9で両者を気密封止した。ここで、ポリイミドテープ(「カプトンテープ」3M製:厚さ50〜100μm)を切断してリング状の断熱性シート12A、12Bを形成した。次いで、チャンバー内を10Torrの窒素雰囲気にした。冷却装置8内に30℃の冷却水を流した。抵抗発熱体5に通電し、加熱面4aを昇温した。昇温速度は100℃/分とした。350℃、400℃、450℃、500℃、550℃において、加熱面内の温度分布を放射温度計によって測定した。加熱面の中心の温度Tcと、中心から径138mmの円周上の平均温度To(ave)との差を求め、図5に示す。
【0028】
(比較例1)
実施例1と同様にしてセラミックサセプターの支持構造を製造した。ただし、断熱シート12A、12Bは設けなかった。このセラミックサセプターについて、実施例1と同様にして加熱面の温度分布を測定し、図5に示す。
【0029】
この結果からわかるように、本発明によれば、加熱面の温度を変化させたときに、全体として加熱面の温度差を小さく保持することができる。
【0030】
(実施例2)
実施例1と同様にしてセラミックサセプターの支持構造を製造した。ただし、断熱シート12A、12Bは設けず、その代わりに図3に示す支持構造を採用した。この結果、実施例1とほぼ同様の結果を得た。
【0031】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、セラミックサセプターの背面に支持部を接合し、支持部を冷却装置を介してチャンバーに取り付ける場合に、セラミックサセプターの加熱面に生ずるコールドスポットを抑制し、加熱面の温度分布を低減するための実際的かつ低コストの方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る支持構造を概略的に示す断面図である。
【図2】 図1の支持構造の要部を示す断面図であり、断熱性シート12A、12Bを採用している。
【図3】 本発明の他の実施形態に係る支持構造の要部を示す断面図であり、空隙部15A、15Bを採用している。
【図4】 本発明外の参考形態に係る支持構造の要部を示す断面図であり、中間保持材17と基台18との間に断熱性シート12C、12Dを用いている。
【図5】 本発明の実施例1および比較例1における加熱面の温度差を示すグラフである。
【符号の説明】
1 チャンバー 2 チャンバーの内側空間 3 セラミックサセプター 4 セラミックサセプターの基体 4a 加熱面 4b 背面 5 抵抗発熱体 6 支持部 6b フランジ部 6e 支持部6の端面 7、18 基台 7a 基台7の内側空間 7b 基台7の端面 7d、7e 基台7の突起 8 冷却装置 9 シール部材 10 チャンバーの取り付け部 11 電力供給部材 12A、12B、12C、12D 断熱性シート 15A、15B 空隙部 17 中間保持材 17b 中間保持材17の端面 17c 中間保持材17の押さえ部材 17d 中間保持材17の基台18側の端面 18a 基台18の端面
Claims (2)
- チャンバー内にセラミックサセプターを支持するための支持構造であって、
内部に抵抗発熱体が埋設されているセラミックサセプター、
前記セラミックサセプターの背面に設けられ、前記チャンバー内雰囲気と隔離された内側空間が設けられ、かつフランジ部が設けられている円筒状支持部、
前記支持部の前記フランジ部と前記チャンバーとの間に設けられ、内側空間が形成された基台、
前記基台に設けられた冷却装置、
前記支持部の内側空間および前記基台の内側空間に設けられており、前記抵抗発熱体に電力を供給する電力供給部材、
前記支持部の前記フランジ部の端面と前記基台との間を気密にシールするリング状シール部材、
前記基台から突出するリング状突起であって、前記フランジ部の端面に対して接触しており、前記シール部材の内側に位置する内側リング状突起、および
前記基台から突出するリング状突起であって、前記フランジ部の端面に対して接触しており、前記シール部材の外側に位置する外側リング状突起
を備えていることを特徴とする、セラミックサセプターの支持構造。 - チャンバー内にセラミックサセプターを支持するための支持構造であって、
内部に抵抗発熱体が埋設されているセラミックサセプター、
前記セラミックサセプターの背面に設けられ、前記チャンバー内雰囲気と隔離された内側空間が設けられ、かつフランジ部が設けられている円筒状支持部、
前記支持部の前記フランジ部と前記チャンバーとの間に設けられ、内側空間が形成された基台、
前記基台に設けられた冷却装置、
前記支持部の内側空間および前記基台の内側空間に設けられており、前記抵抗発熱体に電力を供給する電力供給部材、
前記支持部の前記フランジ部の端面と前記基台との間を気密にシールするリング状シール部材、
前記フランジ部の端面および前記基台に対して接触しており、前記シール部材の内側に位置する内側断熱性シート部材、および
前記フランジ部の端面および前記基台に対して接触しており、前記シール部材の外側に位置する外側断熱性シート部材
を備えていることを特徴とする、セラミックサセプターの支持構造。
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