JPH10208855A

JPH10208855A - 面状ヒータ

Info

Publication number: JPH10208855A
Application number: JP2618697A
Authority: JP
Inventors: Eiichi Sotodani; 栄一外谷; Masahiko Ichijima; 雅彦市島; Tomohiro Nagata; 智浩永田; Yasuaki Honda; 恭章本多; Shinichi Mitani; 慎一三谷
Original assignee: Toshiba Machine Co Ltd; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; Shibaura Machine Co Ltd
Priority date: 1997-01-23
Filing date: 1997-01-23
Publication date: 1998-08-07

Abstract

(57)【要約】【課題】被加熱体の面内温度分布を均一に加熱できる
面ヒータの提供。特に、ヒータ上方で回転する被加熱体
面で回転による同心円状の温度ムラの発生を防止できる
面状ヒータの提供。【解決手段】被加熱体の支持部材の下方にほぼ同心状
に配設される電気抵抗式面状ヒータであって、帯状ヒー
タにより少なくとも該被加熱体外周部を包囲可能な面形
状に形成されると共に、該帯状ヒータが２以上の分割ヒ
ータに分割され、各分割ヒータが両端部に端子を有する
と共に、該分割ヒータの両端子間が少なくとも１個の屈
折部を有して所定に屈折されてなることを特徴とする面
状ヒータ。上記面状ヒータにおいて、被加熱体の支持部
材が、半導体気相成長反応室のウエハ支持部材であり、
前記帯状ヒータがガラス状カーボン製で前記面形状が前
記被加熱体とほぼ同形状またはその外形より大きな外形
状に形成されることが好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は面状ヒータに関し、
詳しくは電気抵抗式面状ヒータでヒータ径よりも小さい
被加熱体を均一に、特に放熱の大きい外周部の温度と内
周部の温度を均一に加熱でき、例えば半導体気相成長反
応室でウエハ支持部材の下方に配設してウエハを均一に
加熱でき、均一な膜厚で均質な特性を有する気相成長膜
を得ることができる面状ヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＶＤ、ＭＯＣＶＤ、エピタキシャル成
長等の気相成長装置に用いられ半導体基板や原料を加熱
するヒータとしては、従来から種々のものが知られてい
る。特に、近年のＩＣの高集積化に伴い、半導体製造工
程における気相成長での成膜される膜厚やその特性はよ
り高度な均一性が求められている。そのため、成膜時に
サセプタ上に載置される半導体基板の面内温度を可能な
限り均一に加熱できるヒータが要望されている。例え
ば、従来からＣＶＤ装置ではカーボン材製の水平偏平な
渦巻状や迷路状の電気抵抗型ヒータが用いられていた。
しかし、それらヒータで加熱した場合には、サセプタ上
の温度が不均一となることから各種の提案がなされてい
る。例えば、実開平５−３３５２４号公報には渦巻状ヒ
ータを円周方向に複数ゾーンに区分して各ゾーン毎に電
力調整してサセプタ上の温度分布を均一にすることが提
案されている。また、特開平５−１３５８５８号公報で
は高耐熱性で耐久性よく高温処理でき面内均熱性もよい
として所定の固有抵抗及び曲げ強度を有するカーボン材
を特定する。また、特開平３−８０５３０号公報では、
迷路状のカーボン材ヒータの扁平断面積を中央部と外周
部で変化させて均熱化を図るものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記提
案のいずれのカーボン材製ヒータも、電気的のみならず
形式的にもヒータを構成するカーボン材が全体的に連続
するものであり、均質な皮膜を気相成長させるためには
満足できるものでなかった。即ち、前二者の提案は渦巻
状であることから、ヒータ上の保持部材であるサセプタ
及びその上に載置されるウエハが回転されて成膜される
ため、ウエハ上に形成される皮膜に同心円状に縞模様の
膜厚分布が生じる。更に、実開平５−３３５２４号公報
提案のヒータは、渦巻状の連続カーボン材を円周方向に
複数にゾーン分けして電力調整するものであるが、結局
は全体的に連続する渦巻状であるため上記の不都合は解
消できず、また、ウエハの外周側はヒータの外周部によ
ってのみ加熱され、またウエハの内側はヒータの内側部
によってのみ加熱されるという構成は従来と同様であ
り、各ゾーンの電力調整を極めて厳格な管理下で行わね
ばならず、僅かな誤差でも従来と同様にウエハの中央部
と外周部とで温度分布が不均一となり膜厚等が均一とな
らないおそれがある。また、後者の特開平３−８０５３
０号公報提案のヒータは、ウエハの内外での加熱を均一
となるようにしているが、２つの端子部が隣接し、一方
に片寄っているため、その結果、面内で相対する側が自
重により撓み、ヒータ表面の平坦性が保たれず、半導体
基板の面内温度分布が不均一になる等の不都合が生じる
おそれがある。

【０００４】本発明は、上記した特に気相成長成膜時の
加熱用の電気抵抗式ヒータにおける加熱ムラ防止の現状
に鑑み、ウエハ上に形成される気相成長皮膜の厚さ等の
面内特性をより均質なもので得られるような面状ヒータ
の提供を目的とする。上記目的を達成するため、発明者
らはヒータの構造について検討した。即ち、従来から用
いられているヒータの殆どが、全体的に連続させて一体
的に形成した構造であり、いずれの提案も一体的連続構
造のヒータ面の温度分布の均一化に終始していることか
ら、そのような一体的構造を見直し、構造を変えるとい
う発想に転換して更に検討した。その結果、従来と異な
りヒータ面を特定の分割構造とすることによりウエハ等
の被加熱体面内が均一に加熱され得ることを知見すると
共に、更に、分割により生じるヒータ素材における変形
や破損等の応力的問題を解決して本発明を完成した。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、被加熱
体の支持部材の下方にほぼ同心状に配設される電気抵抗
式面状ヒータであって、帯状ヒータにより少なくとも該
被加熱体外周部を包囲可能な面形状に形成されると共
に、該帯状ヒータが２以上の分割ヒータに分割され、各
分割ヒータが両端部に端子を有すると共に、該分割ヒー
タの両端子間が少なくとも１個の屈折部を有して所定に
屈折されてなることを特徴とする面状ヒータが提供され
る。上記本発明の面状ヒータにおいて、前記分割ヒータ
が２以上の偶数の屈折部を有して前記両端子が互いに相
対して位置することが好ましく、また、分割ヒータの各
端子が形成される面状ヒータの外周部に配置されること
が好ましい。更に、帯状ヒータがガラス状カーボン製
で、前記面形状が、前記被加熱体とほぼ同形状、また
は、前記被加熱体の外形の１．２倍以上で外周部が広が
った形状に形成されることが好ましい。更にまた、前記
被加熱体の支持部材が半導体気相成長反応室のウエハ支
持部材であり、本発明の面状ヒータはその下方に配設さ
れるために好適に適用できる。

【０００６】本発明は、また、被加熱体の支持部材の下
方にほぼ同心状に配設される電気抵抗式面状ヒータであ
って、第１帯状ヒータ及び第２帯状ヒータにより少なく
とも該被加熱体外周部を包囲可能な面形状に形成されて
おり、該第１帯状ヒータ面の外周部を第２帯状ヒータが
面環状に包囲してなることを特徴とする面状ヒータを提
供する。この本発明の面状ヒータにおいて、前記第１帯
状ヒータが、２以上の分割ヒータに分割され、各分割ヒ
ータが両端部に端子を有すると共に、分割ヒータの両端
子間が少なくとも１個の屈折部を有して所定に屈折され
ることが好ましい。また、前記分割ヒータが２以上の偶
数の屈折部を有して前記両端子が互いに相対して位置す
ることが好ましく、また、分割ヒータの各端子が、形成
される面状ヒータの外周部に配置されることが好まし
い。更に、前記第２帯状ヒータが形成する面環状が、前
記第１帯状ヒータ面と同一面に、前記第１帯状ヒータ面
と段差を有して上方に、または、前記第１帯状ヒータ面
の外周部と一部重複して段差を有して上方に位置するよ
うに配置されることが好ましい。更にまた、前記被加熱
体の支持部材が半導体気相成長反応室のウエハ支持部材
であり、前記第１及び第２帯状ヒータのいずれもがガラ
ス状カーボン製で、前記面形状が、前記被加熱体とほぼ
同形状、または、前記被加熱体の外形の１．２倍以上で
外周部が広がった形状であることが好ましい。

【０００７】本発明の面状ヒータは上記のように構成さ
れ、帯状のヒータを２以上に分割して、分割された各分
割ヒータが複数の短冊を面状に並べて接続されたような
形式としたことから、各分割ヒータを被加熱体の形状に
合わせて組合せて形成でき、渦巻状とすることなく所定
に配置することができる。従って、特に、ヒータ上方に
配置する被加熱体の支持部材を回転させて被加熱体を加
熱する場合、数種の分割ヒータにより加熱されることに
なるため、従来のような同心円状の加熱ムラが生じるこ
とがない。また、各分割ヒータ端部に配置した端子をそ
れぞれ接続して全体として電気的に連続させ、また各分
割ヒータ毎に必要に応じて電力調整して多少の誤差が生
じても、回転する被加熱体が数種の分割ヒータで加熱さ
れることから温度分布が不均一となることがない。従っ
て、半導体ウエハを回転させながらその表面上に気相成
長により皮膜を形成する場合でも、面内温度にムラが生
じることなく均一な膜厚で均質に気相成長膜を形成で
き、結果的に均質で優れた特性を有するデバイスを得る
ことができる信頼性の高いウエハを提供できる。また、
分割ヒータの両端子の配置を接続する短冊数を調整する
ことから、端子近辺での熱応力の集中を緩和して破損を
防止できる。更に、分割ヒータの両端子を相対して位置
させることにより、ヒータのたわみによる加熱ムラ発生
を防止することができる。

【０００８】本発明は、また、従来から用いられている
帯状、渦巻状及び迷路状の面ヒータや、更に、上記の分
割ヒータの組合せ集合で形成される面状ヒータの全外周
部を環状の第２の帯状面ヒータが包囲して配設されるこ
とから、面ヒータの外周部での放熱を防止し、ヒータ面
内の外周部と中央部での温度差による温度勾配の発生を
防止できる。従って、被加熱体を均一に加熱して加熱ム
ラの発生を抑止できる。更に、分割ヒータの端子が面状
ヒータの外周部側に多く配置される場合には、外周部で
の端子による加熱温度の低下及び放熱による温度低下を
見込んで、面形状を被加熱体より大きめに形成すること
に対し、第２帯状ヒータを配設することにより上記のよ
うな調整が不要となり、且つ、外周部での放熱を防止で
き、均一な発熱温度を得ることができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しながら詳細に説明する。但し、本発明は下記実施例
により制限されるものでない。図１は、本発明の面状ヒ
ータの一実施例の平面説明図である。図１において、面
状ヒータ１は、分割ヒータＡ〜Ｅが組合わされ集合し全
体としてほぼ円形平面に形成される。各分割ヒータは、
それぞれ形成される面状ヒータの外形状を形造るように
形成する。また、各分割ヒータは、それぞれ平行に配列
された短冊状のエレメントＡ１〜Ａ２、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ
１〜Ｃ３、Ｄ１〜Ｄ３、Ｅ１〜Ｅ２から構成される。分
割ヒータを形成する各短冊状エレメントは、それぞれの
端部が隣接する短冊状エレメントと交互に接続され連続
して帯状となる。即ち、各短冊状エレメントが、接続部
分で所定形状で屈折し、平面で帯状に連続する各分割ヒ
ータを形成する。言い換えれば、本発明において、平面
状の分割ヒータ部は、開放端と所定幅面の閉鎖端を有す
る２以上で偶数個のスリットを有し、スリットがほぼ等
間隔で平行であり、且つ、隣接スリットの開放端を互い
に相対するように配置することにより所定幅の連続する
帯状面に構成されるものである。また、同時に帯状の分
割ヒータＡ〜Ｅが、更に、全体として所定形状（略円形
状）の平面を形成して面状ヒータ１となる。

【００１０】各短冊状エレメントが連続して帯状となっ
た分割ヒータの両末端にはそれぞれ端子（Ｔ）Ｔ_A1、Ｔ
_A2、Ｔ_B1、Ｔ_B3、Ｔ_C1、Ｔ_C3、Ｔ_D1、Ｔ_D3、Ｔ_E1及びＴ
_E2が配置されており、電気配線に用いると共に所定に保
持部材に固定できるように構成される。この場合、図１
に示したように各分割ヒータを、それぞれ隣接する分割
ヒータの一の端子が隣接するように配設し、好ましくは
面状ヒータの外周部に位置するようにする。また、隣接
する分割ヒータの端子を電気的に配線して、例えば、分
割ヒータＡのエレメントＡ１に配置された端子Ｔ_A1を電
極に配線し接続し、端子Ｔ_A1から分割ヒータＥのエレメ
ントＥ２の端子Ｔ_E2へ連続して通電できる。また、各分
割ヒータの各端子を別々に電極と接続して、分割ヒータ
毎に異なる条件で通電して面状ヒータの配設位置により
加熱温度を調整できるようにしてもよい。

【００１１】本発明の面状ヒータにおいて、隣接する短
冊状エレメントの端部が相対する位置で交互に接続され
屈折部を有して帯状に形成される場合、各短冊状エレメ
ントの間隙（帯状ヒータが屈折して形成する間隙）、即
ち、各短冊状エレメント間のスリット幅は、放電やスパ
ークが発生しなければよく特に制限されるものでない。
通常、約０．５〜３ｍｍ、好ましくは０．５〜１ｍｍで
ある。このスリット幅は、分割ヒータ間の間隙も同様で
ある。また、スリットの切り込み長さ、即ち、短冊状エ
レメントの接続部の外周端迄の距離は、被加熱処理物の
大きさにより異なるが、ほぼエレメント長さとスリット
幅の差（エレメント長さ−スリット幅）となるようにす
ればよく、特に制限されない。分割ヒータを形成する短
冊状エレメント数も特に制限されるものでない。面状ヒ
ータの形状、分割ヒータの集合方式、端子の配置等によ
り適宜選択することができる。通常、２〜５である。好
ましくは、例えば、図１の分割ヒータＢ、Ｃ及びＤのよ
うに、３個以上の奇数個の短冊状エレメントの端部を交
互に接続してスリットを偶数個形成するのがよい。各短
冊状エレメントにおいて端子が相対して、面状ヒータの
外周側に配置されることになり、分割ヒータの自重によ
る撓みを抑止でき、支持部材上の被加熱体の加熱を均一
にすることができるためである。また、円形や角形等の
面状ヒータを線対称形を有するように分割して、同一形
状の分割ヒータの組合せとなるようにすることが好まし
い。工業的実施上簡便となるためである。

【００１２】本発明の面状ヒータは、上記のようにして
複数の短冊状のエレメントが平面状に連続して構成され
る分割ヒータが、更に、所定に複数組合わされて平面上
に集合して面状に形成されるものである。この場合、形
成されるヒータの平面形状及びその大きさは被加熱体及
びその支持部材の大きさや形状により適宜選択すること
ができる。通常、被加熱体またはその支持部材の形状と
同様に形成し、支持部材の下方にほぼ同心状に配設され
る。また、被加熱体全域を均一に加熱するために、複数
の分割ヒータにより形成される面状ヒータの大きさは、
少なくとも上方の支持部材により支持されて面状ヒータ
により加熱される被加熱体の外周部が、面状ヒータの面
内に包囲され得るように、即ち、仮に面状ヒータ上に被
加熱体を直接載置した場合に、その一部が面状ヒータよ
り外部に突き出ることがなく被加熱体全体が面状ヒータ
面内に保持できるように形成する。更に、面状ヒータ
は、被加熱体の外形の１．２倍以上の外形で、外周部が
被加熱体の外周部より所定幅で広くなるように形成する
ことが好ましい。例えば、半導体８インチシリコンウエ
ハの気相成長装置用の面状ヒータであれば、直径２４０
〜２６０ｍｍφの円板状に集合形成することが好まし
い。

【００１３】図２〜図６は、それぞれ本発明の面状ヒー
タの他の実施例の平面説明図である。図２は、分割ヒー
タＡ及びＥにおける端子Ｔ_A1及び端子Ｔ_E2の位置が、図
１のように端子Ｔ_A2及び端子Ｔ_E1に隣接させずに、短冊
状エレメントＡ１及びＥ２の長さをエレントＡ２及びＥ
１の約１／２として中央部に配置させた点で図１と異な
る。また、図３は、分割ヒータの短冊状エレメントの幅
を広くしてＡ〜Ｄの４個とすると共に、分割ヒータＡ及
びＤの短冊状エレメント数を３とする以外は図２と同様
である。これらは、図２において分割ヒータＡ及びＥの
両端子Ｔ_A1とＴ_A2及びＴ_E1とＴ_E2が、または、図３にお
いて分割ヒータＡ及びＤの両端子Ｔ_A1とＴ_A3及びＴ_D1と
Ｔ_D3が、同一端とならないように中央部に位置させ、前
記のように分割ヒータの自重による撓みを防止してい
る。図４は、分割ヒータＡ及びＤのそれぞれの短冊状エ
レメントＡ１及びＤ１を延長して、端子Ｔ_A1と端子Ｔ_D3
を、それぞれ他の端子Ｔ_A2及びＴ_D1と相対する反対側と
なるように配置する以外は図３と同様である。この図４
の配置方式は、図３より自重による撓みがより防止され
る。図５は、分割ヒータＡ及びＦの短冊状エレメントの
スリットに対し、中心部の分割ヒータＢ〜Ｄの短冊状エ
レメントのスリットが斜向するように配列した例であ
る。図６は、分割ヒータＡ及びＦの短冊状エレメントの
スリットに対し、中心部の分割ヒータＢ〜Ｅの短冊状エ
レメントのスリットが直交するように、分割ヒータの短
冊状エレメントの配列方向を変化させた例である。な
お、図２〜６において、各面状ヒータを２〜６とし、図
１と同一構成部材には同一の符号を付して説明を省略す
る。

【００１４】本発明の面状ヒータにおいて、上記図１〜
６は単なる一例であり、分割ヒータの組合せ集合方式
は、図１〜６に制限されず種々の方式で行うことができ
る。例えば、図５及び図６に示したように各分割ヒータ
の短冊状エレメントのスリット方向を同一方向に合わせ
ることなく、各分割ヒータ毎に異なっていてもよい。ま
た、図５に示したように短冊状エレメントのスリットは
斜向してもよい。但し、各分割ヒータの端子が、形成さ
れる面状ヒータの外周部に配置されるようにすることが
好ましい。端子部分では発熱温度の低下を避けることが
できず、一般には、被加熱体が所定に回転されることか
ら、端子のないヒータ部分で加熱されるとはいえ、厳密
には加熱ムラが生じるおそれがあるためである。また、
前記したように面状ヒータを被加熱体の外周より大きく
形成し、面状ヒータの外周部に端子が配置されるように
各分割ヒータの組合せ集合方式を適宜選択して行うこと
により、端子部分での発熱温度低下の影響を受ないよう
にすることができる。

【００１５】本発明の面状ヒータにおいて、上記のよう
に各分割ヒータを構成する各短冊状エレメントの長さ
は、形成されるヒータ平面の大きさ、分割ヒータの組合
せ、集合方式により適宜選択することができる。また、
短冊状エレメントの幅も、面状ヒータの大きさ、分割ヒ
ータの集合方式、端子位置等により適宜選択することが
できる。通常、幅６〜１２ｍｍである。なお、図１１に
示すように両端に端子Ｔ、Ｔを有する単一の短冊状エレ
メントを分割ヒータＡ〜Ｌとして、平行に配置して集合
して面状ヒータ５０とする方式も考えられる。しかし、
後記比較例に記載するようにこの集合方式は、各短冊状
エレメントが単一直線に固定されることからヒータ素材
が発熱により熱膨張して生じる熱応力が、端子近辺に集
中し破損等の不都合が発生する。このため、一直線の単
一短冊状エレメントの集合で形成される面状ヒータは好
ましくない。また、端子が多いことから熱伝導が大きく
熱ロスが生じ好ましくない。

【００１６】本発明の面状ヒータは、上記したように短
冊状エレメントからなる帯状の分割ヒータから形成さ
れ、各分割ヒータの端子が電気的に接続される電気抵抗
方式のヒータである。ヒータ素材は、従来から一般に用
いられている、例えば、炭素材、ＳｉＣ被覆炭素材、金
属ヒータ等を適用することができる。ヒータ素材の厚さ
は、用いる素材種によっても異なるが、上記したように
分割ヒータにより形成され、且つ、自重による撓みが生
じないように短冊状エレメントを配列し両端子を配置す
ることから、一般的な炭素材で約１〜６ｍｍの均一な厚
さのものを用いることができる。ヒータ素材としての炭
素材のうち、特に、ガラス状カーボンが好ましい。ガラ
ス状カーボンは、熱膨張係数２．５〜３．５×１０^-6／
℃（２０℃〜４５０℃）で、外観がガラス状の硬質炭素
であり、通常、熱硬化性樹脂の固相炭素化によって生成
することができる。好適なガラス状カーボンとしては、
カサ密度が１．５０〜１．５６ｇ／ｃｍ³ であり、曲げ
強度が１００ＭＰａ以上、固有抵抗が４０００〜４４０
０μΩｃｍ、開気孔率が０．１％以下、ショア硬度が１
００以上、熱伝導率が５〜１０Ｗ／ｍ・Ｋのものであ
る。これら好適な性状を有するガラス状カーボンは、例
えば、フラン系樹脂やフェノール系樹脂等の原料樹脂を
所定の形状に形成し、その後、窒素ガス等の非酸化性雰
囲気において９５０℃で焼成して得ることができる。ま
た、本発明の面状ヒータにおいては、使用時にヒータか
ら放出されるＨ₂ 及びＣＯを含むガスの総量が、５００
℃の加熱時に０．１ｍｌ／１００ｇ以下、７５０℃の加
熱時に０．４ｍｌ／１００ｇ以下、９００℃の加熱時に
１．０ｍｌ／１００ｇ以下であることが好ましい。これ
ら以上であるとウエハのＯＳＦ（酸素析出欠陥）が発生
し易くなるため好ましくない。

【００１７】図７、図８及び図９は、本発明の面状ヒー
タで環状ヒータを配設した実施例の説明図であり、図７
（Ａ）及び（Ｂ）は、その一の平面説明図及びＢ−Ｂ線
断面の端部説明図、図８はその二の同様の断面の端部説
明図、また、図９（Ａ）及び（Ｂ）は、その三の平面説
明図及びＢ−Ｂ線断面の端部図である。図７（Ａ）及び
（Ｂ）の面状ヒータは、図示したように、上記図３の面
状ヒータと同様に分割ヒータを組合せ集合された第１帯
状ヒータ、即ち、面状ヒータ３’の外周部に、上記の分
割ヒータの短冊状エレメント間のスリットとほぼ同様の
間隙を有して包囲する第２帯状ヒータ、即ち、面環状ヒ
ータＲを、面状ヒータ３’と同一平面に位置させ配設し
て形成した面状ヒータである。図８の面状ヒータは、面
環状ヒータＲを、面状ヒータ３’の上方に位置させて配
設して形成した面状ヒータである。また、図９（Ａ）及
び（Ｂ）の面状ヒータは、図示したように面環状ヒータ
Ｒを、面状ヒータ３’の分割ヒータの端子が配設される
外周部にオーバラップさせると共に、その上方に位置す
るように配設して形成した面状ヒータである。

【００１８】上記の第１帯状ヒータ（面状ヒータ３’）
と第２帯状ヒータ（面環状ヒータ）とからなる面状ヒー
タは、分割ヒータで形成される面状ヒータの外周部での
放熱が著しく、ヒータの外周部と中央部とで温度差が生
じ易く、例えばサセプタに載置されたシリコンウエハの
面内温度が均一でなく外周部の温度が低くなり易い場合
に有効であり、上記のように構成することにより被加熱
体の加熱温度が均一になるようにするものである。この
場合、図７の面状ヒータでは、面環状ヒータの発熱量を
面状ヒータ３’よりも高く電力調整することがより好ま
しい。また、図８及び図９の面状ヒータでは、面環状ヒ
ータＲの下面が面状ヒータ３’の上面から２〜５ｍｍ、
より好ましくは２〜３ｍｍ上方に位置して配設すること
が好ましい。更に、図７〜図９においては、第２帯状ヒ
ータの面環状ヒータＲを二重環として示しているが、面
環状ヒータの面幅及び一重か２重以上の複数重にするか
は、ヒータ面での外周部と中央部との発熱温度が、例え
ばサセプタに載置されるシリコンウエハ面内温度がほぼ
均一となるように適宜選択すればよい。通常、２重以上
が好ましい。また、環状ヒータＲの素材は、上記分割ヒ
ータと同様の炭素材、より好ましくはガラス状カーボン
を用いて形成することができ、上記短冊状エレメントと
同様に、幅約６〜１２ｍｍ、厚さ１〜６ｍｍに形成する
ことができる。

【００１９】次に、上記の本発明の面状ヒータの加熱装
置への適用の一実施例について説明する。図１０は、本
発明の面状ヒータをセットした半導体ウエハの気相成長
装置の枚葉式反応室部分の断面模式図である。図１０に
おいて、気相成長反応室１０はベルジャ１１と下部プレ
ート１２により包囲され反応空間域Ｓを有する。ベルジ
ャ１１には、原料ガス及びキャリアガスを供給するガス
導入口１３とガス排出口１４が配設される。また、反応
空間域Ｓ内の下方には、シリコンウエハＷを所定のサセ
プタ１５を介して保持する回転ホルダー１６が配設され
る。回転ホルダー１６は、下部プレート１２を貫通して
伸びる回転軸１７により支持され、下部プレート１２よ
り下方に設置される回転駆動装置（図示せず）に連結さ
れて回転可能となる。回転ホルダー１６は中空に形成さ
れ中空内にヒータ支持体１８が配設される。上記したよ
うな本発明の面状ヒータ１（〜９）は、所定方式で各分
割ヒータを組合せ集合し、要すれば絶縁棒や反射板等
（図示せず）を介してヒータ支持体１８に装着される。
各分割ヒータに配置される両端子Ｔは、例えばカーボン
製ボルトを用いヒータ支持体１８に固定されると共に、
給電配線１９及び２０を接続して中空のヒータ支持体１
８内を通って電極に連絡する。

【００２０】上記のように形成される気相成長反応室１
０において、回転駆動装置（図示せず）により回転され
る回転軸１７及びヒータ支持体１６を介して回転される
サセプタ１５上に載置されるウエハＷは、所望の回転数
で回転されると共に面状ヒータ１にて、ウエハＷの中心
から外周までの全域にわたり均一な温度分布で加熱され
る。この場合、ウエハＷと面状ヒータ１とは、約３ｍｍ
以上の所定の間隔を有するように設置されるのが好まし
い。同時に、ガス導入口１３より気相反応域Ｓ内に所定
の原料ガスとキャリアガスとの混合ガスが導入され、ウ
エハＷ上に流下供給して、均一に加熱され昇温されたウ
エハ表面で反応して皮膜が成長し成膜される。気相反応
後のガスはウエハＷの外周部から反応空間域Ｓ内下方に
流通してガス排出口１４から気相成長反応室１０外に排
出される。なお、上記した気相成長反応室は枚葉式であ
るが、本発明の面状ヒータは複数の半導体シリコンウエ
ハを同時に処理するバッチ式の気相成長反応室に適用す
ることもできる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説
明する。但し、本発明は下記実施例により制限されるも
のでない。実施例１〜４（面状ヒータの形成）嵩比重が１．５５、曲げ強さが１
２０ＭＰａ、固有抵抗値が４２００μΩｃｍ、熱膨張係
数が３．３×１０^-6／℃（室温〜４５０℃で測定）、幅
１１ｍｍ、厚さ４．２ｍｍのガラス状カーボン材を用い
て、図１〜４とほぼ同様に、分割ヒータを分割ヒータ間
隙１ｍｍで組合せ集合して、直径２５０ｍｍのほぼ円形
状の面状ヒータ１〜４をそれぞれ形成するように各分割
ヒータを形成した。即ち、図１及び図２と同様の面状ヒ
ータを形成するため、分割ヒータＡ及びＥは、短冊状エ
レメントＡ１、Ａ２、Ｅ１及びＥ２を、長さ２００ｍ
ｍ、幅１１ｍｍ、スリット幅（各短冊状エレメント間
隙）１ｍｍ、スリット切り込み長さ１６７ｍｍで作製
し、また、分割ヒータＢ、Ｃ及びＤは、短冊状エレメン
トＢ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３及びＤ１〜Ｄ３を、長さ２５
０ｍｍ、幅１１ｍｍ、スリット幅（各短冊状エレメント
間隙）１ｍｍ、スリット切り込み長さ２１７ｍｍで作製
して用いた。また、各分割ヒータの端子として、カーボ
ン材製ボルトを配置した。

【００２２】（気相成長）上記のように形成した各分割
ヒータを、図１０とほぼ同様に構成された気相成長反応
室１０内のヒータ支持体１８にそれぞれ各端子を介して
所定に装着して面状ヒータ１〜４となし、各隣接する分
割ヒータの端子間を接続すると共に、分割ヒータＡの端
子Ｔ_A1及び分割ヒータＥの端子Ｔ_E2をそれぞれカーボン
電極に接続し、サセプタ１５上にシリコンウエハＷを載
置した。その後、回転駆動装置を稼働させて回転軸１７
を回転させて、回転保持体１６に保持されるサセプタ１
５を回転してシリコンウエハを回転すると同時に、カー
ボン電極により面状ヒータに通電して加熱した。このと
きのサセプタ上のシリコンウエハ面内の温度分布を放射
温度計により測定した。その結果を表１に示した。な
お、シリコンウエハ表面の平均温度１２００℃は、ウエ
ハ面内の最低温度と最高温度の中間温度値が１２００℃
になるように面状ヒータの通電を調節した。また、上記
気相成長時の発熱状態におけるの面状ヒータ１〜４に関
し、両端子による固定から熱膨張等による撓みの発生を
観察した。即ち、面状ヒータをヒータ支持体へ端子を介
してセットした後、その端子の設置位置と発熱時の面状
ヒータ下面位置との段差を測定し、その最大の撓み量を
表１に示した。

【００２３】

【表１】

【００２４】比較例１〜２図１１に示した単一の短冊状エレメントからなる分割ヒ
ータＡ〜Ｌを集合した方式の面状ヒータ５０（比較例
１）及び図１２に示した従来から用いられている渦巻状
の面状ヒータ５１（比較例２）をそれぞれ、実施例１と
同様に気相成長反応空間域Ｓ内の下方のヒータ支持体に
セットして同様に通電して、シリコンウエハ面内の温度
分布を測定した。また、同様に発熱時の撓み量を測定し
た。それらの結果を表１に示した。なお、比較例１の面
状ヒータ５０では、分割ヒータの各短冊状エレメントＡ
〜Ｌの温度調節が難しく、操作上の温度のばらつきも相
当加味されている。

【００２５】上記実施例及び比較例より明らかなよう
に、測定されたシリコンウエハ面内での最高温度と最低
温度との温度差が、本発明の面状ヒータでは約１０℃以
下であるのに対し、比較例２の従来の渦巻状ヒータでは
約２０℃の温度差となることが分かる。また、単一短冊
状の分割ヒータからなる面状ヒータ５０では、ヒータ最
大撓み量が０．１ｍｍで面状ヒータ４と同様に極めて少
ない。しかし、ウエハ面内の温度差は１７℃で従来の渦
巻状ヒータよりは小さいが、本発明の面状ヒータに比較
すれば大きいことが分かる。更に、本発明の面状ヒータ
１〜４において、撓み量は、分割ヒータの両端子が相対
する位置に配置される図４の面状ヒータ４が最も小さ
く、単一短冊状エレメントの両端に端子を配置して固定
した面状ヒータ５０に匹敵することが分かる。従って、
上記の通り各分割ヒータの両端子を相対して配置するこ
とが好ましいことが明らかである。

【００２６】実施例５〜７図７〜図９に示した外周部を面環状ヒータＲで包囲され
る面状ヒータ７、８及び９を用いて、シリコンウエハ面
内の温度分布を測定した。即ち、面状ヒータ７は、実施
例１と同様のガラス状カーボン材を用いて、直径を２９
８ｍｍとして実施例３の面状ヒータ３と同様の面状ヒー
タ３’となるように分割ヒータＡ〜Ｄを形成し、面状ヒ
ータ３’の外周部を包囲するように二重環状ヒータＲを
形成した。また、面状ヒータ８は、上記面状ヒータ７の
二重環状ヒータＲを、２ｍｍ上方に位置して配設した以
外は同様に形成した。また、ヒータ９は、面状ヒータ８
の二重環状ヒータＲを、面状ヒータ３’に重なるように
内部に位置させた以外は同様に形成した。これらを、内
部の円形面ヒータと面環状ヒータとを気相反応空間域Ｓ
のヒータ支持体にセットした。その後、実施例１と同様
にシリコンウエハ面内の温度分布を測定した。更に、実
施例１と同様にヒータ発熱時の最大撓みを測定した。こ
れらの結果を表２に示した。

【００２７】

【表２】

【００２８】上記実施例及び比較例より明らかなよう
に、分割ヒータから形成された面状ヒータ外周部を面環
状ヒータで包囲する場合には、シリコンウエハの面内の
最高温度と最低温度との差が約３℃以下となり、温度分
布が極めて均一になることが分かる。従って、分割ヒー
タの両端子を相対するように配置して組合せて集合して
形成した面状の第１帯状ヒータの外周部を面環状の第２
帯状ヒータで包囲して形成した面状ヒータを用いること
により、シリコンウエハ等の被加熱体を、前記実施例１
〜４より、更に、均一に、且つ、安定的に加熱すること
ができることが明らかである。特に、ヒータ上部で被加
熱体が回転するときには、同心円状の温度ムラも消失
し、加熱の均一性及び安定性の効果がより一層優れたも
のとなる。

【００２９】

【発明の効果】本発明の面状ヒータは、所定の複数の分
割ヒータを組合せて集合して所望の形状に形成すること
ができ、各分割ヒータに端子を配置し、特に、相対する
位置で所定ヒータ形状の外周部側に配置することによ
り、各分割ヒータを強固に固定することができると共
に、熱膨張等による熱応力を緩和し撓み等の変形を防止
でき、ヒータの破損等を防止すると共に、加熱時のヒー
タ面内の温度分布が改善され均一となり、被加熱体を均
等に加熱することができる。また、被加熱体がヒータ上
方で回転されるときに、面状ヒータを構成する分割ヒー
タは任意に配置でき、同心状に加熱ムラが生じることが
ない。

【００３０】更に、本発明の面状ヒータは、また内部の
ヒータとその内部ヒータの外周部を包囲する環状ヒータ
により形成される。このように構成される面状ヒータで
は、従来の面状ヒータが外周部で温度低下が著しく面内
で温度分布が均一でなく温度勾配が生じていたのに対
し、温度分布を均一とすることができ、被加熱体の全域
を均等に加熱することができ、特に、半導体ウエハへの
気相成長による成膜処理に適用して、均一な膜厚で均質
特性の皮膜を形成することができる。また、内部ヒータ
を分割ヒータの組合せ集合により形成することにより、
ヒータの自重撓みも抑制されヒータと被加熱体との距離
が一定に保持されて安定されることから、回転加熱して
も従来法と異なり同心円状の加熱ムラが生じることがな
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の面状ヒータの一実施例の平面説明図

【図２】本発明の面状ヒータの他の実施例の平面説明図

【図３】本発明の面状ヒータの他の実施例の平面説明図

【図４】本発明の面状ヒータの他の実施例の平面説明図

【図５】本発明の面状ヒータの他の実施例の平面説明図

【図６】本発明の面状ヒータの他の実施例の平面説明図

【図７】本発明の環状ヒータを配設した面状ヒータの一
実施例の平面説明図（Ａ）及びＢ−Ｂ線断面の端部説明
図（Ｂ）

【図８】本発明の環状ヒータを配設した面状ヒータの他
の実施例の端部説明図

【図９】本発明の環状ヒータを配設した面状ヒータの他
の実施例の平面説明図（Ａ）及びＢ−Ｂ線断面の端部説
明図（Ｂ）

【図１０】本発明の面状ヒータをセットした半導体ウエ
ハの気相成長装置の枚葉式反応室部分の断面模式図

【図１１】本発明の比較例で用いた両端に端子を配置し
た単一短冊状エレメントで形成された面状ヒータの平面
説明図

【図１２】従来の帯状面ヒータの平面説明図

【符号の説明】

Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ分
割ヒータＡ１、Ｂ１、Ｃ１、Ｄ１、Ｅ１、Ｆ１短冊状エレメン
トＲ面環状ヒータＴ端子Ｗウエハ１、２、３、４、５、６、７、８、９、５０、５１、
３’ 面状ヒータ１０気相成長反応室１１ベルジャ１２下部プレート１３ガス導入口１４ガス排出口１５サセプタ１６回転ホルダー１７回転軸１８ヒータ支持体１９、２０給電配線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者永田智浩山形県西置賜郡小国町大字小国町378番地東芝セラミックス株式会社小国製造所内 (72)発明者本多恭章静岡県沼津市大岡2068−３東芝機械株式会社沼津事業所内 (72)発明者三谷慎一静岡県沼津市大岡2068−３東芝機械株式会社沼津事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加熱体の支持部材の下方にほぼ同心状
に配設される電気抵抗式面状ヒータであって、帯状ヒー
タにより少なくとも該被加熱体外周部を包囲可能な面形
状に形成されると共に、該帯状ヒータが２以上の分割ヒ
ータに分割され、各分割ヒータが両端部に端子を有する
と共に、該分割ヒータの両端子間が少なくとも１個の屈
折部を有して所定に屈折されてなることを特徴とする面
状ヒータ。
【請求項２】前記分割ヒータが、２以上の偶数の屈折
部を有して前記両端子が互いに相対して位置する請求項
１記載の面状ヒータ。
【請求項３】前記分割ヒータの各端子が、形成される
面状ヒータの外周部に配置される請求項２の面状ヒー
タ。
【請求項４】前記被加熱体の支持部材が、半導体気相
成長反応室のウエハ支持部材である請求項１、２または
３記載の面状ヒータ。
【請求項５】前記帯状ヒータがガラス状カーボン製で
あり、前記面形状が前記被加熱体とほぼ同形状、また
は、前記被加熱体の外形の１．２倍以上で外周部が広が
った形状である請求項１〜４のいずれか記載の面状ヒー
タ。
【請求項６】被加熱体の支持部材の下方にほぼ同心状
に配設される電気抵抗式面状ヒータであって、第１帯状
ヒータ及び第２帯状ヒータにより少なくとも該被加熱体
外周部を包囲可能な面形状に形成されており、該第１帯
状ヒータ面の外周部を第２帯状ヒータが面環状に包囲し
てなることを特徴とする面状ヒータ。
【請求項７】前記第１帯状ヒータが、２以上の分割ヒ
ータに分割され、各分割ヒータが両端部に端子を有する
と共に、該分割ヒータの両端子間が少なくとも１個の屈
折部を有して所定に屈折されてなる請求項６記載の面状
ヒータ。
【請求項８】前記分割ヒータが、２以上の偶数の屈折
部を有して前記両端子が互いに相対して位置する請求項
７記載の面状ヒータ。
【請求項９】前記分割ヒータの各端子が、形成される
面状ヒータの外周部に配置される請求項８の面状ヒー
タ。
【請求項１０】前記第２帯状ヒータが形成する面環状
が、前記第１帯状ヒータ面と同一面に、前記第１帯状ヒ
ータ面と段差を有して上方に、または、前記第１帯状ヒ
ータ面の外周部と一部重複して段差を有して上方に配置
されてなる請求項６〜９のいずれかに記載の面状ヒー
タ。
【請求項１１】前記被加熱体の支持部材が、半導体気
相成長反応室のウエハ支持部材である請求項６〜１０の
いずれかに記載の面状ヒータ。
【請求項１２】前記第１及び第２帯状ヒータが、いず
れもガラス状カーボン製であり、前記面形状が前記被加
熱体とほぼ同形状、または、前記被加熱体の外形の１．
２倍以上で外周部が広がった形状である請求項６〜１１
のいずれかに記載の面状ヒータ。