JPH10189227A - 加熱ユニットおよびその接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 本発明は、半導体製造装置、特にはＣＶＤ装
置の半導体ウエーハの加熱ユニットおよびその接続方法
に関するもので、寿命が長く、組み立てが容易であり、
昇降温を繰り返しても接触面での接触不良が起こらない
加熱ユニットを提供して操業の安定化と品質の向上をは
かる。 【解決手段】 少なくとも電気絶縁性セラミックスから
成る支持基材と、その表面に接合した金属または導電性
セラミックスから成り、両端間に電流を流すことにより
発熱する少なくとも１本の導電路から成る発熱体と、発
熱体を電源装置に接続するために一端が導電路の端子に
接触し、他端に外部電源に接続するための端子を設けた
金属または導電性セラミックスから成る電極棒と、電極
棒を発熱体に密着させるためのセラミックばねから成る
ことを特徴とする加熱ユニット。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加熱ユニット、例
えば、半導体製造装置、特にはＣＶＤ装置における半導
体ウエーハの加熱ユニットおよびその接続方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体製造装置のウエーハ加熱に
は、アルミナ等の焼結セラミックスからなる支持基材
に、モリブデン、タングステン等の高融点金属の線材や
箔を発熱体として巻き付けた巻線型ヒーターや、電気絶
縁性セラミックスの支持基材上に発熱体として金属や導
電性セラミックスの薄膜を形成した一体型ヒーターが用
いられて来た。また、電気絶縁性セラミックスの基材上
に発熱体として導電性セラミックスの薄膜を形成したも
のに、外部電源に接続する接触アセンブリを一体化した
加熱ユニットも考案されている（USP5343022参照）。

【０００３】従来、広く使われていた巻線型ヒーターに
は、発熱体が金属線や箔であるため変形が起こり易く、
短寿命であり、組み立ても煩雑であるという問題点があ
った。そのため最近では発熱体が支持基材と一体化して
いて変形し難く、長寿命であり、組み立てが容易な一体
型ヒーターが使われるようになって来たが、金属やカー
ボン製のねじやクランプを用いて一体型ヒーターを外部
電源と接続していたため、加熱中にねじやクランプとヒ
ーター材料の熱膨張係数の違いにより熱応力が発生し、
ねじやクランプが塑性変形し、緩みを生じ、接触不良を
引き起こすという問題があった。

【０００４】また、接触アセンブリを一体化した加熱ユ
ニットは、接触部が酸化されないので酸素雰囲気中で使
用でき、接触アセンブリにより外部電源との接触端子の
位置を発熱体から離れた低温部分とすることが出来るの
で、端子部が酸化や熱応力による変形を受けないという
長所はあるものの、やはりヒーター部分と接触アセンブ
リの熱膨張の差により加熱中に熱応力が発生し、接触不
良が起こるという問題があった。この場合、接触部にフ
レキシブルグラファイトワッシャを挟むことによりある
程度熱応力を緩和することは可能であるが、昇降温を繰
り返している内に、フレキシブルグラファイトワッシャ
がクリープしてしまい、接触不良になるという問題点が
あった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題点を解決するためになされたもので、寿命が長く、
組み立てが容易であり、昇降温を繰り返しても接触面で
の接触不良が起こらない加熱ユニットを提供することを
目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために、本発明の請求項１に記載した発明は、電気絶
縁性セラミックスから成る支持基材と、その表面に接合
した金属または導電性セラミックスから成り、両端間に
電流を流すことにより発熱する少なくとも１本の導電路
から成る発熱体と、発熱体を電源装置に接続するために
一端が導電路の端子に接触し、他端に電源装置に接続す
るための端子を設けた金属または導電性セラミックスか
ら成る電極棒と、電極棒を発熱体に密着させるためセラ
ミックばねから成ることを特徴とする加熱ユニットであ
る。

【０００７】このように支持基材、発熱体、電極棒、セ
ラミックばねを用いて加熱ユニットを構成したことによ
り、組み立てが容易であり、昇降温を繰り返しても接触
面での接触不良が極めて稀なものとなり、寿命の長いも
のとすることができる。

【０００８】そして、前記支持基材の材質を、石英、窒
化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、
熱分解窒化ホウ素、またはグラファイトに熱分解窒化ホ
ウ素をコートしたものとし（請求項２）、前記発熱体の
材質を、単体金属としては鉄、銅、銀、白金、ニッケ
ル、モリブデン、タンタルまたはタングステン、合金と
してはＮi-Ｃr 、Ｆe-Ｃr 、Ｆe-Ｃr-Ａl またはＰt-Ｒ
h 、非金属としては炭化ケイ素、グラファイト、ＣＶＤ
法炭化ケイ素または熱分解グラファイトとし（請求項
３）、前記電極棒の材質を鉄、銅、ニッケル、モリブデ
ン、タングステン、導電性炭化ケイ素またはグラファイ
トとし（請求項４）、さらに前記セラミックばねの材質
を窒化ケイ素とする（請求項５）ことができる。

【０００９】このようにして選んだ材質により各部品を
作製し組み立てれば、耐熱性、化学的安定性に優れ、接
触不良頻度の極めて少ない長寿命の加熱ユニットとする
ことができる。

【００１０】次に、請求項６に記載した発明は、少なく
とも電気絶縁性セラミックスから成る支持基材と、その
表面に接合した金属または導電性セラミックスから成
り、両端間に電流を流すことにより発熱する少なくとも
１本の導電路から成る発熱体に対して、一端が発熱体の
端子に接触し、他端に外部電源に接続するための端子を
設けた金属または導電性セラミックスから成る電極棒を
接続し、セラミックばねを用いて該電極棒を発熱体の接
触面に密着させることによって外部電源との接続を確実
なものとすることを特徴とする加熱ユニットの接続方法
である。

【００１１】このような電極棒とセラミックばねを用い
た接続方法により、発熱体と外部電源との接続が加熱ユ
ニットの使用目的に応じて簡単かつ確実に行うことがで
きる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定され
るものではない。ここで、図１は本発明の一例を示す発
熱体と支持基材の平面図であり、図２は加熱ユニットの
縦断面図である。

【００１３】本発明者等は、特にＣＶＤ装置の半導体ウ
エーハの加熱ユニットにおけるヒーターと端子間の接触
不良について種々検討した結果、これには外部電源に接
続するための電極棒と耐熱性の高いセラミックス製のば
ねを用い、このばねの復元力によりこれらを発熱体、支
持基材と密着させればよいことに想到し、本発明を完成
させたものである。

【００１４】図１、図２において、円板状電気絶縁性セ
ラミックスから成る支持基材１とその表面に接合した金
属または導電性セラミックスから成り両端間に電流を流
すことにより発熱する少なくとも１本の導電路から成る
発熱体２と、発熱体を外部電源に接続するために一端が
発熱体２の端子に接触し、他端が外部電源に接続するた
めの端子を設けた金属または導電性セラミックスから成
る電極棒４と、電極棒４を発熱体２に密着させるための
セラミックばね７から構成されている。

【００１５】この加熱ユニットは、電気絶縁性セラミッ
クス製支持基材１の表面に発熱体２が接合され一体化し
ているため発熱体２が変形し難く、組み立て工程が不要
である。また、発熱体２と発熱体を外部電源に接続する
ための金属または導電性セラミックスから成る電極棒４
がセラミックばね７の付勢力により押し付けられ密着し
ているため優れた電気的接触が得られ、昇降温に伴い支
持基材１と電極棒４との熱膨張差が発生してもこのセラ
ミックばね７がそれを吸収するため昇降温を繰り返して
も接触面３における接触不良が起こることはない。

【００１６】この支持基材の材質である電気絶縁性セラ
ミックスとしては、耐熱性が高いもの、例えば石英、窒
化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素等
がよく、特に真空中で使用される場合には、熱分解窒化
ホウ素、グラファイトに熱分解窒化ホウ素をコートした
ものが適し、支持基材の形状は特に制限はないが、平板
状、柱状、筒状、底板付き筒状等が適している。

【００１７】発熱体の材質は、金属としては、比較的融
点が高く、適度な抵抗率を有するもの、例えば、鉄、
銀、銅、白金、ニッケル、モリブデン、タンタルまたは
タングステンが適し、合金としては例えばＮi-Ｃr 、Ｆ
e-Ｃr 、Ｆe-Ｃr-Ａl またはＰt-Ｒh 等が適し、導電性
セラミックスとしては、耐熱性が高く、適度な抵抗率を
有する炭化ケイ素、グラファイト、特に真空中で使用さ
れる場合には、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）による炭化
ケイ素や熱分解グラファイトが適し、厚さは抵抗率にも
よるが、概ね１μm 〜１mmの薄膜状のものが適する。

【００１８】発熱体２を支持基材１の表面に接合する方
法としては、公知の方法、例えば蒸着、ＣＶＤやこれら
の微粉末を含むペーストを塗布した後焼結する方法等が
適用出来る。

【００１９】発熱体を電気的に絶縁する必要がある場合
には、電極棒との接触面を除き、発熱体の表面を絶縁性
セラミックスでコートすることが望ましく、例えば、支
持基材がアルミナで発熱体がタングステンであれば熔射
法により表面をアルミナでコートすればよい。

【００２０】電極棒４の材質は、金属としては、比較的
融点が高く、抵抗率が低いもの、例えば、鉄、銅、ニッ
ケル、モリブデンまたはタングステンが適し、導電性セ
ラミックスとしては、耐熱性が高い導電性炭化ケイ素や
グラファイトが適し、形状は棒状、板状、円筒状が適
し、一端を外部電源に接続するための端子として適する
構造、例えばねじを通す孔やボルト・ナット加工を施し
ているものが適し、その端子を発熱体から十分離すだけ
の長さを有するものが好ましい。

【００２１】電極棒を電気的に絶縁する必要がある場合
には、発熱体との接触面と外部電源に接続するための端
子部を除き、電極棒の表面を絶縁性セラミックスでコー
トすることが望ましく、例えば、電極棒がグラファイト
であれば、公知の方法により表面を熱分解窒化ホウ素で
コートすればよい。

【００２２】電極棒を発熱体に密着させるためのばねの
材質は、金属にすると高温時に結晶化が進み、やがて弾
力性が失われてしまうため、セラミックスであることが
必須要件であり、特に耐熱性が高く、靱性があるもの、
例えば、窒化ケイ素、炭化ケイ素、グラファイト、また
は熱分解窒化ホウ素から成るものが適し、形状には特に
制限はないが、コイルばねまたは板ばねが好ましい。ま
た、発熱体と電極棒との接触面の表面が平滑でない場合
には、両者の間に金、白金等の金属箔やフレキシブルグ
ラファイト製の薄い板（ワッシャ）等を挟むと接触面積
が増えるので好ましい。フレキシブルグラファイトは、
昇降温を繰り返すと熱応力によりクリープするが、セラ
ミックばねが伸びてそれを吸収するので接触不良にはな
りにくい。発熱体がセラミックばねの耐熱温度を越える
ような特に高い温度になる場合には、耐熱性のセラミッ
クス、例えば、アルミナ、サイアロン、グラファイト、
またはグラッシーカーボン等のスペーサー６を発熱体と
セラミックばねの間に挟むことが好ましい。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明
するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 （実施例１）図１および図２に、加熱ユニットの一実施
例を示す。支持基材１として熱分解窒化ホウ素素材をＣ
ＶＤ法で合成し、機械加工により直径105mm、厚さ1mm の
熱分解窒化ホウ素製円板を得た。次にこの円板上にＣＶ
Ｄ法で熱分解グラファイトを50μm コートし、機械的に
不要な熱分解グラファイトを削り取ることにより幅12mm
のほぼ同心円形状の１本の導電路を形成して発熱体２と
し、その両端に直径6.2mm の端子孔13を機械加工により
開け、電極棒４との接触面３とした。さらに接触面３を
除いて発熱体２の表面をＣＶＤ法で熱分解窒化ホウ素を
100 μm コート12した。

【００２４】電極棒４はグラファイト製のボルト状で、
頭部は発熱体２との接触部となる直径12mm、厚さ３mmの
円板状であり、軸部は直径６mm、長さ70mmのＭ６ねじを
切っていて外部電源との接続端子部となる。この電極棒
４を２本作製し、発熱体２との接触面３と外部電源との
接続端子部とを除いた表面をＣＶＤ法により熱分解窒化
ホウ素で50μm コート12した。

【００２５】この電極棒４にフレキシブルグラファイト
製ワッシャＡ５を通した後、 支持基材１の発熱体側から
端子孔13を通し、 外径13mm、 内径6.2mm、長さ25mmのサイ
アロン製スペーサー６と外径13mm、 内径10mm、 長さ21mm
のセラミックコイルばね７−ＮＣＳ２Ｓ( 日本発条社製
商品名、 窒化ケイ素製) とサイアロン製ワッシャＢ８と
グラファイト製Ｍ６ナット11を通した後、ナット11を締
め、コイルばね７に２kgf の荷重を掛けた。さらに外部
電源に接続する導線をつないだ端子９を嵌め、別のグラ
ファイト製Ｍ６ナット11で固定して加熱ユニットを組み
立てた。

【００２６】次に窒素ガス雰囲気中でこの加熱ユニット
に外部電源から２kWの電力を供給し、発熱体２の温度を
室温から1200℃まで平均 200℃／分の速度で上げた後、
電力供給を停止し、平均 100℃／分の速度で 300℃まで
下げた。さらに同様の昇降温を5000回繰り返したが、発
熱体２と電極棒４の接触面３で接触不良が起こることは
なかった。

【００２７】（実施例２）次に断面形状が図３で示され
るような加熱ユニットの別の実施例を示す。支持基材21
として石英ガラスのブロックから機械加工により直径10
5mm、厚さ1mm の円板を切り出した。次にこの円板上に発
熱体22として白金箔から幅12mmのほぼ同心円形状の１本
の導電路を切り出し、白金ペーストで支持基材21に貼り
付け、焼結した後、その両端に直径6.2mm の孔を機械加
工により開け、電極棒24との接触面23とした。発熱体22
を下に向け、 支持基材21の裏側からモリブデン製ボルト
26を端子孔に通し、このボルトに白金製ワッシャＡ25を
嵌め、 銅管製の電極棒24を挿入し、 外部電源との接続端
子29とモリブデン製ワッシャＢ28を嵌め、 次にセラミッ
クコイルばね27（窒化ケイ素製）とモリブデン製ワッシ
ャＢ28を嵌めて、 モリブデン製ナット31を締めてコイル
ばね27に２kgf の荷重を掛けて加熱ユニットを組み立て
た。

【００２８】次に窒素ガス雰囲気中でこの加熱ユニット
に外部電源から２kWの電力を供給し、発熱体22の温度を
室温から1200℃まで平均 200℃／分の速度で上げた後、
電力供給を停止し、平均 100℃／分の速度で 300℃まで
下げた。さらに同様の昇降温を5000回繰り返したが、発
熱体22と電極棒24の接触面23で接触不良が起こることは
なかった。

【００２９】なお、本発明は、上記実施形態に限定され
るものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の
特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一
な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかな
るものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

【００３０】例えば、上記では本発明の実施例として二
つの例を示したが、本発明はこのような例に限定される
ものではなく、支持基材に発熱体を一体化し、一端が発
熱体の端子に接触し、他端に外部電源用端子を設けた金
属または導電性セラミックスから成る電極棒を接続し、
セラミックばねを用いて該電極棒を発熱体の接触面に密
着させて外部電源との接続を確実にするものであればど
のような形態としてもよい。

【００３１】また、本発明の適用にあっては、ＣＶＤ装
置における半導体ウエーハの加熱ユニットとして好適と
されるが、本発明はこのような例に限定されるものでは
なく、真空蒸着、イオンプレーティング等の半導体装置
の加熱ユニットとして有効に使用される。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、発熱体が変形しにく
く、長寿命であり、組み立てが容易であり、さらに昇降
温を繰り返しても発熱体と電極棒の接触面で接触不良が
起こることがない加熱ユニットを得ることができ、プロ
セスの安定操業が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の発熱体と支持基材の一例を示す平面図
である。

【図２】本発明の加熱ユニットの一例を示す縦断面図で
ある。

【図３】本発明の加熱ユニットの別の例を示す縦断面図
である。

【符号の説明】

１、21……………支持基材、 ２、 22……………発熱体、 ３、23……………接触面、 ４、24……………電極棒、 ５、25……………ワッシャＡ、 ６…………………スペーサー、 26…………………ボルト、 ７、27……………セラミックばね、 ８、28……………ワッシャＢ、 ９、29……………端子（外部電源への接続）、 10、30……………ねじ、 11、31……………ナット、 12…………………熱分解窒化ホウ素コート、 13…………………端子孔。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒沢 幸夫 群馬県安中市磯部２丁目13番１号 信越化 学工業株式会社群馬事業所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも電気絶縁性セラミックスから
   成る支持基材と、その表面に接合した金属または導電性
   セラミックスから成り、両端間に電流を流すことにより
   発熱する少なくとも１本の導電路から成る発熱体と、発
   熱体を電源装置に接続するために一端が導電路の端子に
   接触し、他端に外部電源に接続するための端子を設けた
   金属または導電性セラミックスから成る電極棒と、電極
   棒を発熱体に密着させるためのセラミックばねから成る
   ことを特徴とする加熱ユニット。
2. 【請求項２】 前記支持基材の材質が、石英、窒化アル
   ミニウム、アルミナ、窒化ケイ素、窒化ホウ素、熱分解
   窒化ホウ素、またはグラファイトに熱分解窒化ホウ素を
   コートしたものである請求項１に記載の加熱ユニット。
3. 【請求項３】 前記発熱体の材質が、単体金属としては
   鉄、銅、銀、白金、ニッケル、モリブデン、タンタルま
   たはタングステン、合金としてはＮi-Ｃr 、Ｆe-Ｃr 、
   Ｆe-Ｃr-Ａl またはＰt-Ｒh 、非金属としては炭化ケイ
   素、グラファイト、ＣＶＤ法炭化ケイ素または熱分解グ
   ラファイトである請求項１または請求項２に記載の加熱
   ユニット。
4. 【請求項４】 前記電極棒の材質が鉄、銅、ニッケル、
   モリブデン、タングステン、導電性炭化ケイ素またはグ
   ラファイトである請求項１〜請求項３のいずれか一項に
   記載の加熱ユニット。
5. 【請求項５】 前記セラミックばねの材質が窒化ケイ素
   である請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の加熱
   ユニット。
6. 【請求項６】 少なくとも電気絶縁性セラミックスから
   成る支持基材と、その表面に接合した金属または導電性
   セラミックスから成り、両端間に電流を流すことにより
   発熱する少なくとも１本の導電路から成る発熱体に対し
   て、一端が発熱体の端子に接触し、他端に外部電源に接
   続するための端子を設けた金属または導電性セラミック
   スから成る電極棒を接続し、セラミックばねを用いて該
   電極棒を発熱体の接触面に密着させることによって外部
   電源との接続を確実なものとすることを特徴とする加熱
   ユニットの接続方法。