JPH0593275A

JPH0593275A - 半導体ウエハー加熱装置

Info

Publication number: JPH0593275A
Application number: JP25367791A
Authority: JP
Inventors: Ryusuke Ushigoe; 隆介牛越; 和宏 ▲昇▼; Kazuhiro Nobori; Yusuke Arai; 裕介新居
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1991-10-01
Filing date: 1991-10-01
Publication date: 1993-04-16

Abstract

(57)【要約】【目的】金属ヒーターのように腐食せず、熱損失が小
さく、温度上昇が速く、例えば 10 ^-9 Torr 程度の超高
真空条件にも対応でき、なおかつセラミックスヒーター
の取り付け、取り外し、交換等も自由に行えるような、
半導体ウエハー加熱装置を提供することである。【構成】例えば円盤状の緻密質セラミックス基体８内
に抵抗発熱体９が埋設される。抵抗発熱体９の端部に塊
状端子７が電気的に接続され、ヒーターの背面30b に塊
状端子７が露出する。アルミナ等の無機質絶縁材料から
なる円筒状体２を、支持台21を介して、フランジ１の壁
面に固定する。金属ろう23によって、円筒状体２とフラ
ンジ１との間の気密性を保ち、かつ両者を分離不能にす
る。円筒状体２の内側空間及び貫通孔1cに細長い電力供
給部材３を挿通する。タングステンを主成分とする弾性
体４を介して、電力供給部材３と塊状端子７とを電気的
に接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラズマＣＶＤ、減圧
ＣＶＤ、プラズマエッチング、光エッチング装置等に好
適に使用される半導体ウエハー加熱装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】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、エッチング用
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、ウエハ
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、これらのガスの曝露によって、塩化
物、酸化物、弗化物等の粒径数μm の、好ましくないパ
ーティクルが発生する。

【０００３】そこで、デポジション用ガス等に曝露され
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
かれたウエハーを加熱する、間接加熱方式のウエハー加
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が次第に妨げられ、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
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の問題を解決する
ため、本発明者等は、新たに緻密質セラミックス内に抵
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討した。
その結果この加熱装置は、上述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が判明した。

【０００５】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、新たな問題が生ずることが
解った。即ち、従来の、ステンレスケース内へと抵抗体
を埋め込んだヒーターでは、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が可能であ
った。しかしながら、上記したセラミックスヒーター
は、抵抗発熱体をセラミックス粉体内に入れてプレス成
形する。このため、円盤状等の単純形状としなければ、
成形加工が難しい。また、焼成段階においても、ホット
プレス焼成をするので、やはり円盤状等の単純形状のも
のにする必要があった。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があり、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、セラミックスヒーター
の形状が複雑であると加工コストが上がる。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
性ガスに曝されることになる。

【０００６】こうした問題を解決するため、本発明者
は、特願平２−197817号明細書において、円盤状セラミ
ックスヒーターの背面に円柱状の端子を露出させ、電力
供給ケーブルを、円柱状端子に対して拡散接合、ネジ切
り法、圧入法等によって結合する技術を開示した。こう
した技術の適用例を図４に示す。

【０００７】フランジ11は、半導体製造容器本体の上側
開口に取り付けられ、半導体製造容器の一部分を構成す
るものである。この円盤状フランジ11の周縁部11b に
は、Ｏリング収容溝11c がリング状に形成されている。
この周縁部11b を容器本体に連結し、Ｏリング収容溝11
c にＯリングを入れ、フランジ11を容器本体に対して気
密に結合する。略円盤状の緻密質セラミックス基体８内
に抵抗発熱体９を埋設し、抵抗発熱体９の端部を塊状端
子７に接続する。塊状端子７は、セラミックスヒーター
30の背面30b に露出する。半導体ウエハーは、半導体ウ
エハー加熱面30c 側に設置される。セラミックスヒータ
ー30の側周面にある突出部30a を、グラファイト等から
なる保持部材10で保持する。フランジ11の内壁面には突
起27が設けられており、突起27に対して保持部材10が図
示しない断熱材を介して固定されている。

【０００８】塊状端子７には雌ネジが刻まれており、端
子25の雄ネジがこの雌ネジに嵌合される。端子25は電力
供給ケーブル26に連結されており、電力供給ケーブル26
の他端が、細長い丸棒状の電力供給部材13に接続されて
いる。電力供給部材13の上端部13a が、外部の交流電源
に接続される。フランジ11には、円形貫通孔11a が形成
されており、貫通孔を有するアルミナ製碍子12がフラン
ジ11上に設置される。電力供給部材13は保持具27によっ
て保持され、保持具27が碍子12上に載置されている。フ
ランジ11と碍子12との間、碍子12と保持具27との間、保
持具27と電力供給部材13との間は、いずれもＯリング28
によってシールされている。

【０００９】しかし、図４に示すような半導体ウエハー
加熱装置においても、場合によってはまだ問題が残され
ていることが解った。即ち、半導体製造装置において、
特に10^-9Torrもの超高真空に対応するには、Ｏリング28
の使用を極力減らし、Ｏリングよりも気密性の高い銀ろ
うなどによって、各部品を隙間なく接合しなければなら
ない。しかし、仮に図４において、フランジ11と碍子1
2、碍子12と保持具27、保持具27と電力供給部材13とを
ろう付け固定してしまうと、セラミックスヒーター30の
塊状端子27を端子25に螺合させることができなくなる。
また、一旦組み立てたとしても、後でセラミックスヒー
ター30を取り外したり、交換することも不可能である。

【００１０】本発明の課題は、金属ヒーターのように腐
食せず、間接加熱方式のものにくらべて熱損失が小さ
く、温度上昇が速く、超高真空条件にも対応でき、なお
かつセラミックスヒーターの取り付け、取り外し、交
換、補修等も自由に行えるような、半導体ウエハー加熱
装置を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、緻密質セラミ
ックス基体内に抵抗発熱体が埋設され、この抵抗発熱体
の端部に塊状端子が電気的に接続され、前記セラミック
ス基体の半導体ウエハー加熱面以外の面に前記塊状端子
が露出しているセラミックスヒーター；半導体製造容器
の内壁面に取り付けられ、前記セラミックスヒーターを
保持する保持部材；前記半導体製造容器の壁面に対して
気密性を保ちかつ分離不能なように固定された、無機質
絶縁材料からなる筒状体；及びこの筒状体の内側空間及
び前記半導体製造容器の貫通孔に挿通された細長い電力
供給部材を備え、この電力供給部材と前記塊状端子とが
タングステンを主成分とする弾性体を介して電気的に接
続されている、半導体ウエハー加熱装置に係るものであ
る。

【００１２】

【実施例】図１は、本発明の実施例に係る半導体ウエハ
ー加熱装置を示す概略断面図、図２は、電力供給部材３
と塊状端子７との接続部分を拡大して示す断面図であ
る。半導体製造容器の一部分を構成するフランジ１は、
本体1aと、リング状の外縁部1bと、これらを連結する円
筒状部1dとからなる。フランジ１の外縁部1bを、図示し
ない容器本体に連結する。本体1aに円形貫通孔1cを設け
る。本体1aの内壁面に、図示しない断熱材を介して、略
リング状の保持具10を固定する。円盤状のセラミックス
ヒーター30の側周縁にある突出部30a を、保持具10によ
って支持する。ウエハー加熱面30c が装置の中央側に面
し、背面30b が本体1aの内壁面に対向する。

【００１３】本体1aの貫通孔1cの開口部分に、支持台21
が固定され、支持台21上に、無機質絶縁材料からなる円
筒状体２が支持されている。細長い略丸棒状の電力供給
部材３が、保持具22に当接固定されている。電力供給部
材３の上端部3aに、外部の交流電源から電力が供給され
る。本体1aと支持台21との間、支持台21と円筒状体２と
の間、円筒状体２と保持具22との間は、いずれも金属ろ
う23によって気密に接合されている。

【００１４】この結果、細長い電力供給部材３は、円筒
状体２の内側空間及び貫通孔1cに挿通される。また、円
筒状体２によって、電力供給部材３が本体1aから電気的
に絶縁される。円筒状体２と本体1aとは、金属ろう23の
作用によって、気密性を保ちつつ分離不能なように固定
される。

【００１５】次に、電力供給部材３と、塊状端子７との
接続部分について説明する。本実施例においては、塊状
端子７は円柱状をなしており、雌ねじ7aが形成されてい
る。ヒーター背面30b 上に、貫通孔6aを有する耐熱金属
板６が載置されている。この貫通孔6aに皿小ねじ５を差
し込み、小ねじ５の雄ねじ5bを雌ねじ7aに螺合させる。
貫通孔6aは上側へと向って径が大きくなるように形成さ
れており、小ねじ５の基部5aと嵌め合わされている。電
力供給部材３には、本体部分よりも若干直径の小さい下
端部3bが形成されており、コイルバネ４が円柱状の下端
部3bの周りにかけられている。コイルバネ４の一端が耐
熱金属板６の表面に押圧され、他端が電力供給部材３の
端面3cに押圧されている。即ち、コイルバネ４が、電力
供給部材３と耐熱金属板６との間で、圧縮され、付勢さ
れている。

【００１６】コイルバネ４は、タングステンを主成分と
している。ただし、タングステン以外にも、不可避的不
純物として他の金属元素を含有していてもよい。本実施
例で使用したようなセラミックスヒーター30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。ま
た、半導体製造装置においては各種の腐食性ガスを使用
するので、ヒーター背面30b 側にも、腐食性ガスが不可
避的に回り込む。このため、塊状端子７と電力供給部材
３と結合部分は、高温への加熱及び冷却と、腐食性ガス
とに対して繰り返し曝される。この点、本実施例では、
ねじ及びコイルバネを用いた機械的接合を採用したの
で、腐食性ガスや熱による上記結合部分の劣化を抑える
ことができる。

【００１７】また、コイルバネ４により、その付勢力を
利用して電気的導通を維持しているので、電気的接触が
失われにくい。仮に、下端部3bの端面と耐熱金属板６の
表面とを直接に当接させても、接触面を精密に加工する
ことは難しいし、両者の接触面積を大きくすることは事
実上困難である。しかも、コイルバネ４をタングステン
製としたので、室温から 600℃程度までにおいてコイル
バネ４の弾性を高く保持でき、かつコイルバネ４の抵抗
もあまり高くならない。従って、半導体製造装置におい
て通常必要とされる 600℃程度の高温においても、コイ
ルバネ４を通して、安定して電力を供給できる。しか
も、タングステンは通常、半導体基板の配線に使われて
いる金属である。このため、1M, 4Mといった高密度の半
導体においても、コイルバネ４からの汚染が悪影響を及
ぼすといったことはない。

【００１８】そして、特に重要なこととして、円筒状体
２と容器のフランジ１との間を、金属ろう23によって気
密に、かつ分離できないように接合している。こうした
構成により、Ｏリングを用いた場合とくらべて、一層真
空度が高い場合にも対応できる。この意味で、金属ろう
として特に銀ろうが好ましく、銀ろうを用いると、400
℃、10^-9Torrまで維持できる。しかも、コイルバネ４に
よって電力供給部材３と耐熱金属板６とを電気的に導通
させているのであって、図４に示した例とは異なり、電
力供給部材３と耐熱金属板６とは直接結合されてはいな
い。従って、先に電力供給部材３を図１に示したように
固定しても、後でセラミックスヒーター30を容易に取り
付けることができる。また、一旦取り付けたセラミック
スヒーター30を、容易に取り外し、また交換することが
できる。

【００１９】また、緻密質セラミックス基体８に塊状端
子７を埋め込むには、まず円盤状の成形体の段階で塊状
端子７を成形体内に埋め込み、次いでこの成形体を焼成
している。そして、焼成後に円盤状の焼成体の表面を研
削加工し、塊状端子７を背面30b 側に露出させている。
この塊状端子７の位置は、セラミックスの焼成時の焼成
収縮のために、数mm程度のズレを生ずる。耐熱金属板６
を設けることにより、この位置ズレを吸収できる。

【００２０】耐熱金属板６は、コバール、43 Ni-Fe, Pt
, Cu , 26 Cr-Fe , デュメット、Al , Ni 等によって
形成することができる。円盤状セラミックス基体８の材
質としては、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウム
等が好ましく、窒化珪素やサイアロンが耐熱衝撃性の点
で更に好ましい。抵抗発熱体９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。
ウエハー加熱面30c は平滑面とすることが好ましく、特
にウエハー加熱面30cにウエハーが直接セットされる場
合には、平面度を 500μm 以下として平板状ウエハーを
効率良く加熱できるようにする必要がある。

【００２１】円筒状体２を構成する無機質絶縁材料とし
ては、アルミナ、コーディエライト、ムライト、ジルコ
ニア又はアルミナ質磁器等が好ましい。また、円筒状体
２の形状は、長さの短いリング状であってもよい。図２
において、塊状端子７と耐熱金属板６とを、拡散接合、
ろう材による接合、摩擦圧接、圧入法、かしめ等によっ
て結合することもできる。塊状端子７は、タングステ
ン、モリブデン、白金等の高融点金属によって形成する
ことが好ましい。

【００２２】図３は、電力供給部材３と塊状端子７との
他の結合法を示す断面図である。本実施例においては、
断面コの字状の板バネ14を用いる。この板ばね14は、タ
ングステンを主成分としている。板バネ14の上板部14b
には、電力供給部材３の下端部3bの端面が当接してい
る。板バネ14の下板部14c がヒーター背面30b に当接し
ており、下板部14c に円形貫通孔14a が設けられる。こ
の円形貫通孔14a と雌ねじ7aとを位置合わせし、ねじ15
を円形貫通孔14a に挿通し、雌ねじ7aに螺合させる。電
力供給部材によって上板部14b を下方へと向って押圧
し、板ばね14を付勢する。そして、板ばね14、ボルト15
を通して、塊状端子７と電力供給部材とを電気的に接続
する。上述の例において、円筒状体２、電力供給部材３
の寸法、形状は変更できる。例えば、電力供給部材を円
筒状に形成してよい。金属ろう23の代りに、他の結合方
法を使用できる。これには、例えば、溶接、拡散接合、
摩擦圧接等がある。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、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。また、電力供給部材と塊
状端子とが弾性体を介して電気的に接続されているの
で、両者の電気的接触が失われにくい。しかも、弾性体
がタングステンを主成分とするので、600 ℃程度までに
おいて弾性体の弾性が充分に高くなり、かつ弾性体にお
ける電気抵抗もあまり高くならない。従って、半導体製
造装置において通常必要とされる 600℃程度の高温にお
いても、弾性体を通して安定して電力を供給できる。し
かも、タングステンは、通常、半導体基板の配線に使わ
れている金属であるので、高密度半導体においても、弾
性体からの汚染が悪影響を及ぼすことはない。

【００２４】そして、無機質絶縁材料からなる筒状体
が、半導体製造容器の壁面に対して、気密性を保ちつつ
分離不能なように固定されている。これにより、Ｏリン
グを用いた場合とくらべて、一層容器内の真空度が高い
場合にも対応できる。金属ろうを上記固定に使用すれ
ば、シール部の耐熱性が向上し、高真空中のベークアウ
トを高温で行うことが可能となる。しかも、電力供給部
材と塊状端子とは、弾性体を介して電気的に接続されて
いるのであり、直接に結合して電気的に接続されている
のではない。従って、先に電力供給部材を筒状体の内部
空間に挿通し、固定しても、その後でセラミックスヒー
ターの塊状端子等を定位置に配置すれば、電力供給部材
と塊状端子とを弾性体を介して電気的に接続することが
できる。従って、セラミックスヒーターの取り付け、取
り外し、交換が可能である。更に、耐熱性のシールを用
いれば、フランジ部分の水冷等が不要になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る半導体ウエハー加熱装置
を示す概略断面図である。

【図２】電力供給部材３と塊状端子７との接合部分の周
辺を示す断面図である。

【図３】電力供給部材３と塊状端子７との接合部分の周
辺を示す断面図である。

【図４】半導体ウエハー加熱装置の参考例を示す概略断
面図である。

【符号の説明】

１，11 半導体容器の一部分を構成するフランジ 1c, 11a 貫通孔２円筒状体３，13 細長い電力供給部材４タングステンを主成分とするコイルバネ６耐熱金属板７塊状端子８緻密質セラミックス基体９抵抗発熱体 10 保持部材 12 アルミナ製碍子 14 タングステンを主成分とする板バネ 23 金属ろう 30 セラミックスヒーター 30c 半導体ウエハー加熱面

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０５Ｂ 3/02 Ｂ 8715−3Ｋ 3/20 ３５６ 7913−3Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】緻密質セラミックス基体内に抵抗発熱体
が埋設され、この抵抗発熱体の端部に塊状端子が電気的
に接続され、前記セラミックス基体の半導体ウエハー加
熱面以外の面に前記塊状端子が露出しているセラミック
スヒーター；半導体製造容器の内壁面に取り付けられ、
前記セラミックスヒーターを保持する保持部材；前記半
導体製造容器の壁面に対して気密性を保ちかつ分離不能
なように固定された、無機質絶縁材料からなる筒状体；
及びこの筒状体の内側空間及び前記半導体製造容器の貫
通孔に挿通された細長い電力供給部材を備え、この電力供給部材と前記塊状端子とがタングステンを主
成分とする弾性体を介して電気的に接続されている、半
導体ウエハー加熱装置。
【請求項２】耐熱金属板が前記塊状端子に対して電気
的に接続され、この耐熱金属板と前記電力供給部材とに
対して前記弾性体が押圧されている、請求項１記載の半
導体ウエハー加熱装置。
【請求項３】前記弾性体が前記塊状端子に対して電気
的に接続され、この弾性体に対して前記電力供給部材が
押圧されている、請求項１記載の半導体ウエハー加熱装
置。