JPH04104494A - セラミックスヒータおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、プラスマｃｖＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマエツ
チング、光エツチング装置等に好適に使用されるセラミ
ックスヒーター及びその製造方法に関するものである。

（従来の技術及びその問題点） 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、デポジション用ガス、エンチング用ガス、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、ウェハーをこれらの腐
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、これらのカスの曝露によって、塩化物、酸化物、弗
化物等の粒径数μｍの、好ましくないパティクルが発生
する。

そこで、デポジション用カス等に曝露される容器の外側
に赤外線ランプを設置し、容器外壁に赤外線透過窓を設
け、グラファイト等の耐食性良好な材質からなる被加熱
体に赤外線を放射し、被加熱体の上面に置かれたウェハ
ーを加熱する、間接加熱方式のウェ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ＣＶＤ膜の付着により赤外線の透過か
次第に妨のられ、赤外線透過窓で熱吸収が生じて窓が加
熱すること等の問題があ　っ　ノこ。

（発明に至る経過） 手記の問題を解決するため、本発明者等は、新たに円盤
状の緻密質セラミン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のケースに保持し
た加熱装置について検旧した。その結果この加熱装置は
、」二連のような問題点を一掃した極めて優れた装置で
あることか判明した。

しかし、このセラミックスヒーターを実際の半導体装置
に使用すると、新たな問題か生ずることが解った。

即ち、従来のステンレスケース内への抵抗体埋め込の型
ヒーターでは、加熱部は高温でも、ヒーターの電極部は
温度の低い容器外に設けることか可能であった。しかし
ながら、セラミックスヒーターでは抵抗発熱体をセラミ
ックス基体因に入れてプレス成形するため、円盤状等の
単純形状としなければならず、焼成段階でもホラＩ・プ
レス焼成するので同様である。しかも、焼成後の焼成体
表面には黒皮といわれる焼成変質層かあり、加工により
この変質層を除去する必要がある。このとき、ダイヤモ
ンド砥石による研削加工が必要であり、複雑な形状であ
るとコストか上がる。このように、抵抗体を埋設したセ
ラミックスヒーターでは、製造上の困難さから円盤状等
の単純形状としなければならず、その構造から必然的に
ヒーターの端子は高温、腐食性カスに曝されることにな
る。

例えば、実公昭６０−３０６１１号等に開示されている
窒化珪素製のクロープラグ用ヒーター等では、電極部分
は５００″Ｃ以下の大気中に配置されており、線状の抵
抗発熱体端子と電極ケーブルとを恨ろうによって接合し
、電気的に導通させている。

しかし、上記のような、今回開発した半導体ウェハー加
熱用ヒーター等においては、端子部が高温の反応性腐食
性カスに曝されるため、低融点のろう材は使用できず、
通例の接合方法は採用できなかった。

（発明か解決しようとする課題） 本発明の課題は、半導体製造装置等のような高温、腐食
性ガスを使用する装置において、装置内のｌち染や熱効
率の低下を防止でき、しかも抵抗発熱体の端子と電極部
材との結合部分が耐久性、信頼性に優れたセラミックス
ヒーターを提供することである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、セラミックス基体；このセラミックス基体の
内部に埋設された抵抗発熱体；及び前記セラミックス基
体の内部で前記抵抗発熱体と電気的に接続された塊状端
子を有するセラミックスヒーターであって、この塊状端
子の端面が前記セラミックス基体の表面に露出し、かつ
この塊状端子がセラミックス基体から脱落するのを防止
できるよう構成されたセラミックスヒーターに係るもの
である。

（実施例） まず、セラミックスヒーター全体の構成例について説明
する。

第７図はセラミックスヒーターを熱ＣＶＤ装置へと取り
つけた状態を示す断面図である。

４０は半導体製造用ＣＶＤに使用される容器、１０はそ
の内部のケース５０に取付げられたウェハー加熱用の円
盤状のセラミックスヒーターであり、ウェハー加熱面１
６の大きさは４〜８インチとしてつ、５ エバーを設置ｒｉＪ能なザイスとしておく。

容器４０の内部にはガス供給孔２７から熱ＣＶＤ用のガ
スか供給され、吸引孔２８から真空ポンプにより内部の
空気が排出される。円盤状セラミックスヒーター１０ば
、窒化珪素のよ・うな緻密でガスタイ１−な円盤状セラ
ミックス基体７の内部にタングステン系等の抵抗発熱体
８をスパイラル状に埋設したもので、その中央及び端部
の電極部材６を介して外部から電力が供給され、円盤状
セラミックスヒーター１０を例えば１１００°Ｃ程度に
加熱することができる。２０はケース５０の上面を覆う
水冷ジャケット１９付きのフランジであり、Ｏリング２
６により容器４０の側壁との間がシールされ、容器４０
の天井面か構成されている。１８ばこのような容器４０
のフランジ２０の壁面を貫通して容器４０の内部へと挿
入された中空シースてあり、セラミックスヒーター１０
に接合されている。中空シース１８の内部に、ステレス
シース付きの熱電対１７が挿入されている。中空シース
１８と容器４０のフランジ２０との間にばＯリングを設
け、人気の侵入を防止している。

抵抗発熱体８の末端には、後述する塊状端子１が接合さ
れ、この塊状端子１が電極部材６に結合されている。

次いで、塊状端子１の構成につき、第１図〜第６図を用
いて説明する。

本実施例は、塊状端子１と抵抗発熱体８とを、いわゆる
かしめ圧着によって接合するものである。

即ち、まず第３図、第４図に示すような塊状端子１を用
意する。この塊状端子は、好ましくはタングステン、モ
リブデン等の高融点金属から形成され、円柱状の本体１
ａと円筒状の圧着部１ｂとからなる。

この圧着部１ｂ内の空間２に抵抗発熱体８の端部８ａを
挿入し、第３図に矢印Ｂで示すように、円筒状圧着部１
ｂに圧力を加え、圧着部１ｂを一点鎖線で示すように変
形させ、発熱体端部８ｂを固定する。

このかしめ工程においては、塊状端子１を８００°Ｃ以
上の高温でガス還元雰囲気下に加熱することが好ましい
。

次いで、塊状端子１をセラミックス成形体中に埋設し、
このセラミックス成形体を焼成してセラミックス基体７
を製造し、この基体７の背面９側を研削加工して第５図
に示すように塊状端子１の端面５を露出させる。塊状端
子には雌ネジ３を設けるが、セラミック成形体中に埋設
する前に雌ネジ３を設りてもよい。

この状態で、第３図においてＩ−Ｉ線断面に沿ってみる
と第１図に示すよう圧着部１ｂがつぶれており、■−■
線断面に沿ってみると圧着部１ｂが拡がっている。抵抗
発熱体端部８ａと圧着部１ｂとは、いわゆるかしめ圧着
構造によって接合される。雌ねじ３には、電極部材６の
雄ネジ６ａを螺合する。

本実施例のセラミックスヒーターによれば、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。

そして、ケース５０は例えばグラファイト等からなり、
ヒーター背面９側へと腐食性ガスが不可避的に混入する
。また、セラミックス基体７は円盤状であるので、抵抗
発熱体８の塊状端子１と電極部材６との結合部分は、高
温への加熱と冷却とに繰り返し曝される。しかし、この
点、本実施例では塊状端子１と電極部材６との間をネジ
により結合しであるので、腐食性ガスや熱による結合部
分の劣化を防止でき、ヒーターの耐久性、信頼性を向上
させることができる。

しかも、ここで従来の例えばグロープラグ用ヒーターの
場合のような線状の端子ではな（、塊状の端子を用いた
ことが重要であって、これにより露出面５の形状を円形
とし、またその面積を大きくし、端子に雌ネジを設ける
ことが可能となったのである。例えば本実施例のように
ネジ切り法を採用する場合、露出面５の大きさは例えば
径５ｍｍとし、本体１ａの長さは例えば１０ｍｍとする
。また、圧着部１ｂは、例えば外径３ｎｎｎ、内径２Ｍ
、長さ３ｍｍの薄肉円筒状とし、例えば径０．４ｍｍの
タングステン製抵抗体ワイヤを接合する。このような塊
状の端子を用いることで、耐熱、耐腐食性の電極結合を
形成することが可能となったのである。

更に、本実施例では、塊状端子１の脱落防止の効果を奏
しうる。

即ち、本発明者は、露出部を面状とし、その面積を大き
くするため、例えば第６図に示すように、円柱状の塊状
端子５１を使用することを検討した。

しかし、実際に検劇を進めてみると、新たな問題が生じ
た。

即ち、基体を５ｉＪ４とし塊状端子をタングステンとし
た場合、塊状端子５１をセラミックス成形体内部に埋設
し、この成形体を焼成すると、焼成後のセラミックス基
体７と塊状端子５１との熱収縮差（熱膨張率Ｓｉ：ａＮ
４＜Ｗ）により、これらの間に間隙３０が生じ、このた
めにセラミックス基体７から塊状端子５１が脱落したり
、また塊状端子５１が揺動するためにセラミックス基体
７中で脆い抵抗発熱休日が断線することがあった。更に
は、この間隙３０からＣＶＤ装置内の腐食性ガスが進入
して抵抗発熱体８を直接腐食し、塊状端子５１と抵抗発
熱体８との導電性が悪化することがあった。

これに対し、本実施例では、圧着部１ｂが脱落防止手段
として働くため、塊状端子１が脱落することはない。

しかも、第２図に示すように、圧着部１ｂと本体１ａと
の間の領域で塊状端子１とセラミックス基体７との間に
、後述する焼成法めによる圧着面１２を形成した点が重
要である。

即ち、セラミックス成形体に塊状端子１を埋設する段階
で、本体１ａと圧着部１ｂとの間にも成形材料が進入す
る。そしてこの成形体を焼成すると、焼成後の冷却段階
において、耐熱金属製の塊状端子１の熱収縮の方がセラ
ミックス基体７の熱収縮よりも大きいので、矢印Ａに示
すような圧縮応力が働き、圧着面１２が形成される。本
発明者は、ここでこの固定法を焼成法めと呼ぶ。このよ
うに、焼成法めによる圧着面１２を形成することで、塊
状端子１が揺動することがなくなる。

また、圧着部ｌｂ内の空間２にもセラミックス成形材料
が進入するため、上記と同様に焼成法めによる圧着面が
形成され、この圧着面によりセラミックス基体７との間
が気密にシールされる。従って、塊状端子１と抵抗発熱
体８の接触部３３が腐食性ガスに曝されないので、この
接触部３３での導通性の悪化・不良を防止できる。

従って、熱膨張率が“′基体〈塊状端子”であれば、焼
成温度以下でヒーターとして使用される熱サイクルでは
常に前記焼成法めによる圧着面が形成されており、冷熱
サイクルに対して安定である。

上記セラミックス成形体を焼成するには、常圧焼成も可
能であるが、塊状端子と成形材料との隙間をなくすため
、ホットプレス法、ホットアイソスタティックプレス法
によるのが好ましい。また、ポンｌ□プレス焼成を行っ
て第１図〜第１３図に示すような円盤状セラミックス基
体７を製造する際にば、基体７の厚さをもとしたとき、
塊状端子の長さをｔ／２以下とすることが好ましく、露
出面５の直径はｔ／４以下とすることが好ましい。また
、露出面５の直径は、ネジ切り等の機械的結合や、後述
するような拡散接合等の各種の耐熱耐蝕性の結合を形成
するために、４　ｍｍ以上とすることが好ましい。

第１図の例では、塊状端子１と電極部材６との結合をネ
ジ切り法によって行ったが、この結合方法はこれには限
られず、室温とヒーター使用温度との間の冷熱サイクル
及び腐食性ガスに対して安定な、他の接合、結合方法を
採用できる。これには下記の接合及び結合方法がある（
これらの方法は第７図〜第１３図の例にも適用できる。

）。

高融点接合層を介した接合には、次のものがある。

（１）端子と電極部材との間に、Ｍｏ、　Ｗ等の高融点
金属の粉末を介在させ、拡散接合すること。

（２）ろう材で接合すること。

（３）箔を介在させて拡散接合するごと。

（４）端子の端面又は電極部材の端面に、めっき、ＣＶ
Ｄ、溶射等によって被覆層を形成し、次いで拡散接合又
は摩擦圧接すること。

（５）溶接すること。

機械的結合法としては、圧入法、かしめ、埋め込み、差
し込み、スプリング、弾性ボードによる機械的圧接があ
る。

円盤状セラミックス基体７の材質としては、窒化珪素、
ザイアロン、窒化アルミニウム等が好ましく、窒化珪素
やザイアロンが耐熱衝撃性の点で更に好ましい。

抵抗発熱体８としては、高融点であり、しかも窒化珪素
等との密着性に優れたタングステン、モリブデン、白金
等を使用することが適当である。

ウェハー加熱面１６は平滑面とすることが好ましく、特
にウェハー加熱面１６にウェハーが直接セットされる場
合には、平面度を５００　ａｍ以下としてウェハーの裏
面へのデポジション用ガスの侵入を防止する必要がある
。

第８図は他の塊状端子１１を示す斜視図、第９図は塊状
端子１１をセラミックス基体７内に埋設した状態を示す
要部断面図である。

この例では、円盤状部１１ａとｌｌｃとを円柱状部１１
ｂで連結した形状の塊状端子１１を用いる。そして、こ
の塊状端子１１をセラミックス成形体内へと埋設すると
、円柱状部１１ｂの外周面へと成形材料が進入する。そ
してこの成形体を焼成すると、円盤状部１１ａと１１０
との間で上記したような焼成域め効果が働き、圧着面１
２が形成される。この結果、第１図の例と同様に、塊状
端子１１の揺動による抵抗発熱体８の断線の防止、接触
部分３３の気密シールによる保護という結果を奏しうる
。

第１０図、第１１図の例においては、基本的に円柱状の
塊状端子２１を用い、この塊状端子２１の底部に溝２２
を形成する。従って、この塊状端子２１をセラミックス
成形体内部へと埋設してこの成形体を焼成すると、溝２
２内にも成形材料が進入することから、塊状端子２１の
一対の脚部２１ａ間に矢印Ａの方向に圧縮応力が働き、
焼成域めによる圧着面１２が形成される。これにより、
接触部３３を腐食性ガスに対して保護することを除き、
前述の効果をすべて奏しうる。

第１２図、第１３図は、それぞれ更に他の塊状端子を基
体７に埋設した状態を示す要部断面図である。

第１２図の例においては、円柱状の塊状端子３１の側周
面に、リング状突出部３１ａを形成し、これによって塊
状端子３１の基体７からの脱落を防止している。第１３
図の例においては、断面が台形状の塊状端子４１を基体
７に埋設しであるので、テーパー面４１ａか基体７によ
って押えられるため、塊状端子４１の脱落を防止できる
。

上記各側において、セラミックスヒーターの形状は、円
形ウェハーを均等に加熱するためには円盤状とするのが
好ましいが、他の形状、例えば四角盤状、六角盤状等と
してもよい。

本発明は、プラスマエッチング装置、光エツチング装置
等におけるセラミックスヒーターに対しても適用可能で
ある。

（発明の効果） 本発明に係るセラミックスヒーター及びその製造方法に
よれば、セラミックス基体の内部に抵抗発熱体を埋設し
であるので、高温で腐食性ガスを使用する装置、特に半
導体製造装置等において、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
化は生じない。

そして、抵抗発熱体に電気的に接続される端子を塊状端
子としたので、この塊状端子の露出面と電極部材との間
の結合強度を高め、耐熱性、耐腐食性の結合を形成する
ことが可能である。

しかも、こうした塊状端子がセラミックス基体から脱落
するのを防止できるように構成したので、上記の効果と
相まってセラミックスヒーターの耐久性、信頼性を高め
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ塊状端子をセラミックス基体
に埋設した状態を示す断面図、第３図は塊状端子をかし
め圧着する前の底面図、第４図は塊状端子をかしめ圧着
する前の断面図、第５図は塊状端子をセラミックス基体
に埋設した状態を示す破断斜視図、 第６図は参考例の円柱状塊状端子をセラミックス基体に
埋設した状態を示す要部断面図、第７図は円盤状セラミ
ックスヒーターを熱ＣｖＤ装置に取り付けた状態を示す
概略断面図、第８図は他の塊状端子を示す斜視図、 第９図は第８図の塊状端子をセラミックス基体に埋設し
た状態を示す要部断面図、 第１０図は更に他の塊状端子を示す斜視閲、第１１図は
第１０図の塊状端子をセラミックス基体に埋設した状態
を示す要部断面図、 第１２図、第１３図はそれぞれ更に他の塊状端子をセラ
ミックス基体に埋設した状態を示す要部断面図である。 １　１１、２Ｌ　３Ｌ　４１・・・塊状端子１ａ・・・
円柱状の本体　　　　１ｂ・・・円筒状の圧着部２・・
・空間　　　　　　　　３・・・雌ネジ５・・・露出面
　　　　　　　６・・・電極部材７・・・セラミックス
基体　　８・・・抵抗発熱体１０・・・円盤状セラミッ
クスヒーター１１ａ、　ｌｌｃ・・・円盤状部　　　１
１．ｂ・・・円柱状連結部１２・・・焼成嵌めによる圧
着面 １６・・・ウェハー加熱面　　　２０・・・フランジ２
１ａ・・・一対の脚部　　　　２２・・・溝３１ａ・・
・リング状突出部 ３３・・・塊状端子と抵抗発熱体との接触部４１ａ・・
・テーパー面 Ａ・・・焼成嵌めによる圧縮応力の方向Ｂ・・・かしめ
圧着のための応力の方向第３図 第４図 第６図 正　　書 平成３年９月２７日

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．セラミックス基体； このセラミックス基体の内部に埋設された 抵抗発熱体；及び 前記セラミックス基体の内部で前記抵抗発 熱体と電気的に接続された塊状端子を有するセラミック
   スヒーターであって、 この塊状端子の端面が前記セラミックス基 体の表面に露出し、かつこの塊状端子がセラミックス基
   体から脱落するのを防止できるよう構成されたセラミッ
   クスヒーター。
2. ２．前記塊状端子が埋設されたセラミックス成形体を焼
   成した後の前記塊状端子の熱収縮により、この塊状端子
   を前記セラミックス基体へ焼成嵌めさせている請求項１
   記載のセラミックスヒーター。
3. ３．前記塊状端子と前記セラミックス基体とを前記焼成
   嵌めにより圧着させ、この圧着面により、前記塊状端子
   と前記抵抗発熱体との接点を前記セラミックス基体外部
   の雰囲気に対して気密にシールする、請求項２記載のセ
   ラミックスヒーター。
4. ４．前記塊状端子と前記抵抗発熱体との接合部分を、か
   しめ圧着構造とした、請求項１又は２記載のセラミック
   スヒーター。