JPH09165681A

JPH09165681A - 真空装置用ヒータプレート及びその製造方法

Info

Publication number: JPH09165681A
Application number: JP7347398A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Sagusa; 信之佐草; Hiroshi Tsuchiya; 洋土屋; Miyoko Kato; 三代子加藤; Shigeyuki Nagashima; 成行長島; Norio Ozaki; 寛夫小崎; Hidenori Suwa; 秀則諏訪
Original assignee: Ulvac Inc
Current assignee: Ulvac Inc
Priority date: 1995-12-14
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 1997-06-24

Abstract

(57)【要約】［課題］放出ガスが少なく、熱膨張係数が小さい真空
装置用ヒータプレートを提供すること。［解決手段］シースヒータ１１を埋め込んだアルミニ
ウム／コージエライト＝７０／３０（重量比）からなる
厚さ１８ｍｍのアルミニウム・コージエライト複合体の
板材１２の全面に対し厚さ１ｍｍのアルミニウム圧延材
１３を熱間等方加圧によって接合して被覆する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は真空装置内で基板の加熱
に使用されるヒータプレートに関するものである。

【０００２】

【従来の技術及びその問題点】高真空下に半導体デバイ
スを製造する真空装置において真空装置自体から放出さ
れるガスがあると、これを排気するために排気速度が一
層大きい真空ポンプを必要とするし、場合によっては半
導体デバイスの品質を低下させる。従って、真空装置に
使用する構造材料や部品は可及的にガスを放出しないも
のであることが望ましい。周知のように、スパッタリン
グ装置やプラズマＣＶＤ装置で基板上に薄膜を形成させ
る場合、エッチング装置によって基板上の薄膜をエッチ
ングする場合に、基板をヒータプレート上に載置して加
熱することが多いが、このヒータプレートにおいてガス
放出の問題があり、未だ十分には解決されていない。

【０００３】従来使用されている基板加熱用のヒータプ
レートとして、図７に示すカーボンヒータプレート５０
がある。図７のＡはカーボンヒータプレート５０の部分
破断平面図であり、図７のＢは図７のＡにおける［Ｂ］
−［Ｂ］線方向の断面図である。ニクロム線の周囲を絶
縁材の酸化マグネシウムで覆って外形５〜６ｍｍφのス
テンレス・チューブ内に収容したシースヒータ５１（周
縁部のシースヒータ５１ａと中心部のシースヒータ５１
ｂとからなっている）を所定の巻図（配線形状）に従っ
て曲げ加工し、他方、巻図に従いそれぞれに溝加工した
上下の高純度カーボン板５２、５３で上述のシースヒー
タ５１を挟んで製造されている。カーボンは熱伝導性が
あり耐熱性に優れていることから、このカーボンヒータ
プレート５０は加熱レスポンスが良好であり熱変形し難
いという特性を有している。

【０００４】しかし、カーボンは水を吸着しやすいの
で、カーボンヒータプレート５０は高真空下に加熱され
ると大量のガスを放出するという欠陥がある。また、衝
撃に脆く壊れ易い。更には、カーボンヒータプレート５
０は真空装置内をプラズマ・ガスクリーニングする場合
やガスエッチングする場合に使用されるエッチング・ガ
ス、例えば３フッ化窒素（ＮＦ₃ ）に耐性がないので、
表面にアルミナ熔射膜を形成させることが行われるが、
この熔射膜は本質的に放出ガスが多い。また更には、高
純度カーボン板５２、５３に対するシースヒータ用の溝
加工は製造コストを高くしている。

【０００５】他に、上記カーボンを鋳造アルミニウムで
置き換えたアルミニウム鋳込みヒータプレートがある。
巻図に従って曲げたシースヒータを鋳型内に中子状にセ
ットし、熔湯（熔融アルミニウム）を流し込んで一体的
鋳造した後、機械加工して所定の板状に仕上げたもので
ある。鋳造してるため、カーボンヒータプレートのよう
に上下の板が合わされたものではない。そして、成膜後
にＮＦ₃ ガスで真空装置内のクリーニングが行われるプ
ラズマＣＶＤ装置やＮＦ₃ ガスでガスエッチングが行わ
れるエッチング装置用のアルミニウム鋳込みヒータプレ
ートは表面を陽極酸化しアルマイト化して耐ＮＦ₃ ガス
性を与え、可及的にガス放出の低いことが望まれるスパ
ッタ装置用のアルミニウム鋳込みヒータプレートは機械
加工、電解研磨によって表面を鏡面化することが行われ
る。鋳造されたアルミニウムはシースヒータと隙間なく
接触しているのでシースヒータとヒータプレート表面と
の温度差が小さく加熱レスポンスが良いほか製造コスト
も低い。

【０００６】しかし、鋳造時に熔湯が酸化され緻密でな
い酸化層を生じ、かつ巣や多数のピンホールが形成され
て、これらが水分等の吸着サイトとなるのでアルミニウ
ム鋳込みヒータプレートは放出ガスが多い。また、アル
ミニウムは熱膨張係数が２５．７×１０^-6／℃と大きい
ために加熱時にヒータプレート面が不均等に変形し易
く、ガラス基板を使用する場合に破損を招き易い。ま
た、アルミニウムの特性から、その連続使用最高温度は
３００℃であり、加熱温度が限定される。また、耐ＮＦ
₃ ガス性を与えるために形成させるアルマイトの熱膨張
係数は８．０×１０^-6／℃であり、アルミニウムとの差
が大きくヒートサイクルを受けることによってアルマイ
ト層にクラックを発生する。更には、鋳造されるアルミ
ニウムは金属組織の粒子径が大きく、機械加工、電解研
磨しても平坦度がでにくい。

【０００７】

【発明が解決しようとする問題点】本発明は上述の問題
に鑑みてなされ、真空下に加熱されても放出ガスが少な
い真空装置用ヒータプレート及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。また、加熱時に不均等な熱変形を
起こさず、更には鏡面化を含めて安定な表面処理が可能
な真空装置用ヒータプレートを提供することを目的とす
る。

【０００８】

【問題点を解決するための手段】以上の目的は、シース
ヒータを埋め込んだアルミニウム・セラミックス複合体
の板材からなり、前記シースヒータの端子部以外の全面
がアルミニウム圧延材で被覆されていることを特徴とす
る真空装置用ヒータプレート、によって達成される。

【０００９】

【作用】本発明の真空装置用ヒータプレートを埋め込ん
だアルミニウム・セラミックス複合体の板材の全表面が
アルミニウム圧延材で被覆されているので放出ガスが少
ない。また、アルミニウム・セラミックス複合体を使用
しているので熱膨張係数が小さく、かつ表面はアルミニ
ウム圧延材となっているので鏡面化を含め安定な表面処
理ができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の真空装置用ヒータプレートに
ついて、図面を参照して説明する。

【００１１】（第１実施例）図１は第１実施例の真空装
置用ヒータプレート１０を示し、図１のＡは部分破断平
面図、図１のＢは図１のＡにおける［Ｂ］−［Ｂ］線方
向の断面図である。全体としてはシースヒータ１１を埋
め込んだアルミニウム・コージエライト複合体の板材１
２の周囲をアルミニウム圧延材１３で被覆して構成され
ている。なお、図１においてアルミニウム圧延材１３は
実際の厚さより大きい比率で画かれている。このヒータ
プレート１０は周辺部と中心部との温度を独立して調整
可能とするために、シースヒータ１１は周辺部にシース
ヒータ１１ａと中心部にシースヒータ１１ｂとして布設
され、それぞれの端子は底面中央部の引出し部材１４を
経由して外部へ引き出されている。

【００１２】このシースヒータ１１が埋め込まれている
アルミニウム・コージエライト複合体の板材１２はアル
ミニウム（Ａ５０５２）とセラミックスのコージエライ
ト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂ Ｏ₃ ・５ＳｉＯ₂ ）とが重量比
でアルミニウム／コージエライト＝７０／３０の割合に
混合されたものである。なお、コージエライトの熱膨張
係数は１〜２×１０^-6／℃程度である。この複合体は温
度９００℃の熔融状態にあるアルミニウムにコージエラ
イト粉末を添加し混合分散させたものを冷却することに
よって得られる。

【００１３】図２はシースヒータ１１を埋め込んだアル
ミニウム・コージエライト複合体の板材１２を製造する
ための、いわゆる熔湯鍛造を行なうための鍛造装置２１
の概略断面図である。鍛造容器２２の底面にあらかじめ
作成したアルミニウム・コージエライト複合体の薄板１
２’を敷き、その上へ巻図に従って曲げ加工し端子を保
護したシースヒータ１１を載置し、押圧用ピストン２３
を備えた上蓋２４を図示しない締結具によって緊締す
る。なお、この図２においては、シースヒータ１１の引
出し部１４を省略しており、かつ簡明化のためシースヒ
ータ１１の配線密度を図１よりも簡略に示している。次
いで鍛造容器２２を上蓋２４と共に約５００℃に加熱
し、図示しない湯口から上述のコージエライト粉末とア
ルミニウムとの温度約９００℃の熔融混合物１２”を流
し込み、ピストン２３によって１０００トン程度の力で
押圧する。この操作によって底面に敷いたアルミニウム
・コージエライト複合体の薄板１２’と熔融混合物１
２”とが一体化すると共に、シースヒータ１１の周囲も
隙間なく熔融混合物で覆われる。次いで押圧したまま冷
却した後、縦４９８ｍｍ×横５９８ｍｍ×厚さ１８ｍｍ
の板状に仕上げることにより、図３に示すシースヒータ
１１を埋め込んだアルミニウム・コージエライト複合体
の板材１２が得られる。この複合体の板材１２の熱膨張
係数は金属チタンと同等の８×１０^-6／℃であった。

【００１４】次に、シースヒータ１１を埋め込んだアル
ミニウム・コージエライト複合体の板材１２をアルミニ
ウム（Ａ５０５２）圧延材１３で被覆するが、その被覆
はいわゆる熱間等方加圧法によって行なう。先ず、図４
に示すように、アルミニウム・コージエライト複合体の
板材１２の両面側から２枚の角皿状アルミニウム圧延材
１３’を被せ、当接面１３ｓ’を密接させたものを処理
体Ｓとして図５に示す熱間等方加圧装置３１内に装填す
る。なお、角皿状アルミニウム圧延材１３’の厚さは１
ｍｍである。

【００１５】図５は熱間等方加圧装置３１の概略縦断面
図であり、水ジャケット３６を備えた高圧円筒３２の上
蓋３３と下蓋３４とを上下のプレスフレーム３８、３９
で挟み、高圧円筒３２内のヒータ３５で加熱すると共
に、アルゴン（Ａｒ）ガスボンベ４１に接続されたガス
圧縮機４２から上蓋３３を経由して高圧のアルゴン・ガ
スを導入するようになっており、真空ポンプ４３が接続
されている。処理体Ｓは高圧円筒３２内の台３７上に置
かれ、一旦真空排気した後、５００℃程度の温度に加熱
された高圧円筒３２内へ圧力１００ｋｇ／ｃｍ² のアル
ゴン・ガスが導入され等方的に加圧される。約６０分間
の加圧処理を行なうことにより、２枚の角皿状アルミニ
ウム圧延材１３’の当接面１３ｓ’は一体化して連続し
たアルミニウム圧延材１３となり、かつアルミニウム圧
延材１３とアルミニウム・コージエライト複合体の板材
１２とは緊密に接合される。冷却後に縦５００ｍｍ×横
６００ｍｍ×厚さ２０ｍｍの板状に仕上げて、図１に示
した真空装置用ヒータプレート１０が得られる。図６は
接合部分の断面写真の複写図であるが、アルミニウム・
コージエライト複合体の板材１２とアルミニウム圧延材
１３との間は隙間が皆無に緊密に接合されている。この
真空装置用ヒータプレート１０の熱膨張係数は９．５×
１０^-6／℃であった。

【００１６】以上のようにして得られる真空装置用ヒー
タプレート１０は、シースヒータ１１とアルミニウム・
コージエライト複合体の板材１２との間に隙間がなく、
かつアルミニウム・コージエライト複合体の板材１２中
のアルミニウムとアルミニウム圧延材１３とが一体化し
ているので、加熱レスポンスは従来例のアルミニウム鋳
込みヒータプレートと同様に良好である。また、カーボ
ンヒータプレートのような衝撃による欠損も起らず、コ
ージエライトの耐熱性によって補強されているので連続
４００℃の加熱が可能である。

【００１７】また、表面がアルミニウム圧延材１３で形
成されているので、巣、ピンホールや緻密でない酸化層
を持たず水分を吸着し難いので、真空装置内での放出ガ
スは少ない。また、表面のアルミニウム圧延材１３は金
属組織の粒子径が小さいため、機械加工、電解研磨など
によって鏡面を出し易い。

【００１８】更に、表面を厚さの薄いアルミニウム圧延
材１３で被覆しているので、全体としての熱膨張係数は
前述のように小さく加熱時にヒータプレート面は不均等
な変形を起こさず、ガラス基板を載置しても破損を生ず
ることはない。加えて、従来例のカーボン・ヒータプレ
ートの如く高純度カーボンを使用し、これに溝加工する
ような工程を必要としないので製造コストも低い。

【００１９】（第２実施例）第１実施例で得た真空装置
用ヒータプレート１０を用い、被覆しているアルミニウ
ム圧延材１３の表面をアルゴン・ガス雰囲気下に機械加
工して、表面の微小な凹凸を無くし、水分等が吸着する
表面積を小さくする鏡面化を行なった。アルゴン・ガス
を使用するのは機械加工時の熱によって水分等の吸着サ
イトとなる緻密でない酸化層が生成することを抑制する
ためである。表面を鏡面化された真空装置用ヒータプレ
ートは放出ガスが一層少なくなっており、スパッタリン
グ装置内で使用するヒータプレートとして好適なもので
あった。

【００２０】上記のアルゴン・ガス雰囲気下の機械加工
のほか、加工箇所にアルコール蒸気を発生させる機械加
工、または吸蔵されて後にガス放出の原因となる切削オ
イルを使用しない機械加工によって表面を鏡面化しても
同様な効果が得られる。

【００２１】（第３実施例）第１実施例で得た真空装置
用ヒータプレート１０を用い、被覆しているアルミニウ
ム圧延材１３の表面を陽極酸化して緻密なアルマイト
（酸化アルミニウム）を形成させた。シースヒータ１１
の端子を保護した真空装置用ヒータプレート１０を２０
％硫酸中に浸漬して陽極とし、別に浸漬した陰極板との
間に４００Ｖの直流電圧を印加することにより、アルミ
ニウム圧延材１３の表面にアルマイトが形成される。所
定の厚さのアルマイトが得られた後に取り出して水洗
し、５００℃の熱風で乾燥した。アルマイトの熱膨張係
数は７〜８×１０^-6／℃であり、真空装置用ヒータプレ
ート１０の熱膨張係数と近似しているためと思われる
が、真空装置内で使用してヒートサイクルを与えてもク
ラックを発生したり剥離したりすることはなかった。

【００２２】表面をアルマイト化した真空装置用ヒータ
プレートは、プラズマ化されたＮＦ₃ ガスに対する耐触
性を有しているので、成膜後の装置内をＮＦ₃ ガスでク
リーニングするプラズマＣＶＤ装置や、基板上の薄膜を
ＮＦ₃ ガスでエッチングするエッチング装置内で使用す
るヒータプレートとして好適である。上述の耐ＮＦ₃ガ
ス性はアルミニウム圧延材１３の表面をフッ化アルミニ
ウム圧延材１３の表面をフッ化アルミニウムとして（Ａ
ｌＦ₆ ）としても得られる。

【００２３】以上、本発明の実施例について説明した
が、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明
の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。

【００２４】例えば、第１実施例においては、アルミニ
ウム・セラミックス複合体の板材１２の作成に、セラミ
ックスとしてコージエライトを使用したが、これ以外の
各種セラミックスを使用し得る。中でも熱膨張係数が
０．５×１０^-6／℃と極めて小さい石英ガラス（ＳｉＯ
₂ ）は高価であるが好ましい結果を与える。その他、チ
タン酸アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ・ＴｉＯ₂ ）、および
ユークリプトタイト（Ｌｉ₂ Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・４ＳｉＯ
₂ ）を含むリシヤ磁器も好ましいセラミックスである。

【００２５】また、第１実施例においては、アルミニウ
ム・コージエライト複合体の板材１２の作成に際し、ア
ルミニウム（Ａ５０５２）、すなわちアルミニウム合金
を用いて熔融アルミニウムとしたが、これに代えて単体
であるアルミニウム（Ａ１０５２）、または鋳造用アル
ミニウム（ＡＣ４Ｃ）も使用し得る。

【００２６】また、第１実施例においては、アルミニウ
ム・コージエライト複合体の板材１２においては、アル
ミニウム／コージエライト７０／３０の重量比率の混合
体を使用したが、アルミニウム３０〜９０重量％（以下
同じ）、セラミックス７０〜１０％の範囲で混合比率を
変え得る。特にセラミックス粉末の形状が球に近い程、
セラミックスの割合を大にし得る。しかし、セラミック
スの割合を７０％以上大にするとセラミックス粉末を熔
融アルミニウムに添加し混合分散させる作業が困難にな
り、得られる複合体は脆性を持つようになるほか、熱伝
導性も低下する。一方、セラミックスの割合を１０％よ
り小にすると熱膨張係数が大になることによる不都合を
生じる。

【００２７】また、第１実施例においては、シースヒー
タ１１を埋め込んだアルミニウム・コージエライト複合
体の板材１２の作成に際して熔湯鍛造法を採用したが、
シースヒータ１１をセットした鋳型内にセラミックス粉
末を添加し混合分散させた熔融アルミニウムを鋳込むこ
とによっても同等のアルミニウム・セラミックス複合体
の板材を作成することができ、この表面をアルミニウム
圧延材で被覆することによって同等の性能を有する真空
装置用ヒータプレートが得られる。

【００２８】また、第１実施例においては、厚さ１８ｍ
ｍのアルミニウム・コージエライト複合体の板材１２の
両面には、それぞれ厚さ１ｍｍの角皿状アルミニウム圧
延材１３’を接合して被覆したが、アルミニウム・セラ
ミックス複合体の板材の厚さを１０として、これを被覆
するアルミニウム圧延材の片面の厚さの割合は０．２〜
１．０の範囲内とするのが好ましい。アルミニウム圧延
材の厚さの割合が０．２より小さいと被覆作業及びその
後の鏡面加工に困難を伴うし、厚さの割合を１以上とす
ると、ヒータプレートの熱膨張係数が大になることによ
る不都合を生じる。

【００２９】また、第１実施例においては、アルミニウ
ム・コージエライト複合体の板材１２を２枚の角皿状ア
ルミニウム圧延材１３’の間に挟み込んで熱間等方加圧
することにより接合し被覆したが、角皿状以外のアルミ
ニウム圧延材を用いてもよいことは言うまでもない。例
えばアルミニウム・コージエライト複合体の板材１２の
厚さ部分の４面に対応する枠状のアルミニウム圧延材
と、これを挟む上下両面の板状のアルミニウム圧延材と
を組み合わせて熱間等方加圧してもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１による真空
装置用ヒータプレートによれば、真空装置内で使用した
時に放出ガスが少なく、加えて放出ガスを更に少なくす
る鏡面加工も容易である。従って排気速度の大きい真空
ポンプを使用せずとも所定の高真空度を維持することが
でき、製造する半導体デバイスの品質を低下させない。
また熱膨張率が小さく不均等な熱変形を生じないので載
置するガラス基板を破損させない。更には、従来例のア
ルミニウム鋳込みヒータプレートは連続３００℃の加熱
が上限であったに対し、混合されているセラミックスに
よって耐熱性が向上し連続４００℃の加熱が可能であ
る。

【００３１】請求項６によるアルミニウム圧延材上のア
ルマイトはヒータプレートとは熱膨張率が近似している
ので、経時的なヒートサイクルによるクラックや剥離を
生じない。

【００３２】請求項７による真空装置用ヒータプレート
の製造方法によれば、アルミニウム・セラミックス複合
体の板材を被覆するアルミニウム圧延材同士が一体化さ
れ、かつアルミニウム圧延材とアルミニウム・セラミッ
クス複合体の板材とが隙間なく緊密に接合される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施例の真空装置用ヒータプレートを示
し、図１のＡは部分破断平面図、図１のＢは図１のＡに
おける［Ｂ］−［Ｂ］線方向の断面図である。

【図２】熔湯鍛造装置の概略断面図である。

【図３】シースヒータを埋め込んだアルミニウム・コー
ジエライト複合体の板材の断面図である。

【図４】アルミニウム・コージエライト複合体の両面側
から２枚の角皿状アルミニウム圧延材を被せたものの断
面図である。

【図５】熱間等方加圧装置の概略断面図である。

【図６】アルミニウム・コージエライト複合体とアルミ
ニウム圧延材との接合部分の断面写真の複写図である。

【図７】従来例のカーボンヒータプレートを示し、図７
のＡは部分破断平面図、図７のＢは図７のＡにおける
［Ｂ］−［Ｂ］線方向の断面図である。

【符号の説明】

１０第１実施例の真空装置用ヒータプレート１１シースヒータ１２アルミニウム・コージエライト複合体の板材１３アルミニウム圧延材２１熔湯鍛造装置３１熱間等方加圧装置３２高圧円筒３５ヒータ４２ガス圧縮機５０従来例のカーボンヒータプレート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２３Ｆ 4/00 Ｃ２３Ｆ 4/00 ＺＣ２５Ｄ 11/04 Ｃ２５Ｄ 11/04 ＥＣ２５Ｆ 3/20 Ｃ２５Ｆ 3/20 (72)発明者長島成行神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地日本真空技術株式会社内 (72)発明者小崎寛夫神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地日本真空技術株式会社内 (72)発明者諏訪秀則神奈川県茅ケ崎市萩園2500番地日本真空技術株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シースヒータを埋め込んだアルミニウム
・セラミックス複合体の板材からなり、前記シースヒー
タの端子部以外の全面がアルミニウム圧延材で被覆され
ていることを特徴とする真空装置用ヒータプレート。
【請求項２】前記アルミニウム・セラミックス複合体
がアルミニウム３０〜９０重量％、セラミックス７０〜
１０重量％の混合物で形成されている請求項１に記載の
真空装置用ヒータプレート。
【請求項３】前記アルミニウム・セラミックス複合体
の板材の厚さに対する前記アルミニウム圧延材の片面の
厚さの割合が前記アルミニウム・セラミックスの複合体
１０に対して前記アルミニウム圧延材０．２〜１の範囲
内にある請求項１または請求項２に記載の真空装置用ヒ
ータプレート。
【請求項４】前記セラミックスがコージエライトまた
は石英ガラスである請求項１から請求項３までの何れか
に記載の真空装置用ヒータプレート。
【請求項５】前記アルミニウム圧延材の表面が機械加
工、電解研磨などの手段によって鏡面化されている請求
項１から請求項４までの何れかに記載の真空装置用ヒー
タプレート。
【請求項６】前記アルミニウム圧延材の表面が陽極酸
化によってアルマイト化されている請求項１から請求項
５までの何れかに記載の真空装置用ヒータプレート。
【請求項７】シースヒータを埋め込んだアルミニウム
・セラミックス複合体の板材を作成し、次いで熱間等方
加圧法によって前記アルミニウム・セラミックス複合体
の板材の前記シースヒータの端子部以外の全面をアルミ
ニウム圧延材で被覆することを特徴とする真空装置用ヒ
ータプレートの製造方法。
【請求項８】前記アルミニウム・セラミックス複合体
の板材の作成がセラミックス粉末を添加し混合分散させ
た熔融アルミニウムを熔湯鍛造して行われる請求項７に
記載の真空装置用ヒータプレートの製造方法。