DE69111493T2

DE69111493T2 - Wafer-Heizgeräte für Apparate, zur Halbleiterherstellung Heizanlage mit diesen Heizgeräten und Herstellung von Heizgeräten.

Info

Publication number: DE69111493T2
Application number: DE69111493T
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Nobori; Takao Soma; Ryusuke Ushikoshi
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1990-03-12
Filing date: 1991-03-11
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2011-03-12
Also published as: US5490228A; EP0447155A3; DE69111493D1; EP0447155A2; EP0447155B1; US5231690A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Wafer-Heizeinrichtungen zur Verwendung bei Halbleiter-Herstellungsvorrichtungen, Vorrichtungen, bei denen solche Wafer- Heizeinrichtungen verwende! werden und Verfahren zur Herstellung solcher Heizeinrichtungen. Die Vorrichtung ist beispielsweise eine druckverminderte CVD- Vorrichtung oder eine Photoätzvorrichtung zur Herstellung von Filmen auf Oberflächen von Siliziumwafern in der Halbleiterindustrie.
Beim Hochreinheit erfordernden CVD-Verfahren wird als Ablagerungsgas, Ätzgas oder Reinigungsgas ein korrodierendes Gas, wie z.B. ein Gas auf Chlorbasis oder ein Gas auf Fluorbasis, verwendet. Wenn eine herkömmliche Heizeinrichtung, bei der die Oberfläche eines Widerstandsheizelements mit einem Metall, wie z.B. rostfreiem Stahl oder Inconel, beschichtet ist, als Heizeinrichtung zum Erhitzen eines Wafers in einem solchen Zustand verwendet wird, daß sie mit diesem korrodierenden Gas in Kontakt gebracht wird, werden daher ungünstigerweise Teilchen aus einem Chlorid, einem Fluorid, einem Oxid oder dergleichen mit einem Teilchendurchmesser von einigen wenigen bis zu mehreren 'im auf der Oberfläche der Heizeinrichtung ausgebildet, wenn sie dem korrodierenden Gas ausgesetzt ist.
Unter diesen Umständen ist eine in Fig. 1 gezeigte, indirekt aufheizende Wafer- Heizeinrichtung entwickelt worden. Bei dieser Heizeinrichtung befinden sich Infrarotlampen 101 außerhalb einer Kammer 102, die einem Ablagerungsgas oder dergleichen ausgesetzt ist, wobei ein für Infrarotstrahlen durchlässiges Fenster 103 in einer Außenwand 104 der Kammer vorgesehen ist und ein an einer oberen Fläche eines Heizelements 105 aus einem korrosionsbeständigen Material, wie Graphit, angeordneter Wafer durch Bestrahlen des Heizelements 105 mit Infrarotstrahlen erhitzt wird. Im Vergleich zu einem direkt heizenden Typ weist die indirekt heizende Heizeinrichtung einen größeren Wärmeverlust auf und braucht mehr Zeit zum Erhöhen der Temperatur. Weiters wird die Übertragung der Infrarotstrahlen durch Anlagerung eines CVD-Films auf dem für Infrarotstrahlen durchlässigen Fenster 103 allmählich unterbrochen, sodaß Wärme vom für Infrarotstrahlen durchlässigen Fenster 103 absorbiert wird, wodurch das Fenster überhitzt wird.
Ein Heizelement zum Regulieren der Temperatur einer integrierten Schaltung mit Gehäuse ist aus der GB-A-2057761 bekannt, worin ein Widerstandsheizelement aut einem Keramiksubstrat ausgebildet ist und eine Keramikisolierschicht das Heizelement bedeckt.
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der obengenannten Probleme gemacht worden und stellt eine Wafer-Heizeinrichtung zur Verwendung in einer Halbleiter- Herstellungsvorrichtung, wie z.B. einer CVD-Vorrichtung, bereit, die Hochreinheit erfordert, bei welcher Heizeinrichtung auch dann keine Teilchen erzeugt werden, wenn sie einem Ablagerungsgas oder dergleichen innerhalb der Halbleiter- Herstellungsvorrichtung ausgesetzt wird und die Wafer rasch mit hoher Effizienz erwärmen kann.
Die Erfindung stellt daher eine Wafer-Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Herstellung von Halbleitern bereit, wie in Anspruch 1 dargelegt.
Vorzugsweise wird ein Keramikfilm durch Plasma-CVD oder thermische CVD auf jener Oberfläche des Keramikmaterials ausgebildet, die mit dem Gas in Kontakt steht. Es ist auch vorzuziehen, daß das Substrat aus Si&sub3;N&sub4; besteht.
Im allgemeinen wird die Keramikheizeinrichtung in eine Kammer der Halbleiter- Herstellungsvorrichtung eingebaut. Um die Temperatur der in einem Gehäuse der Kammer angeordneten Keramikheizeinrichtung zu messen (wobei "Gehäuse mit Heizeinrichtung" nachstehend kurz als "Heizeinheit" bezeichnet wird), ist an der Heizeinrichtung ein Thermoelement befestigt. In einem solchen Fall haben die Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes festgestellt, daß gewisse Probleme auftreten.
Bei einer solchen Heizeinheit tritt kein wesentliches Problem auf, wenn die Heizeinheit unter konstantem Normaldruck verwendet wird. Wenn jedoch das Innere der Kammer und das Gehäuse der Heizeinrichtung Druckveränderungen erfahren, gibt es die Möglichkeit, daß das Thermoelement falsch arbeitet und die Temperatur der Heizeinrichtung nicht präzise reguliert werden kann.
In einem Aspekt zielt der Erfindung daher darauf ab, eine Heizeinrichtung zum präzisen Messen und präzisen Regulieren der Temperatur der Keramikheizeinrichtung, selbst bei Schwankungen des Gasdrucks, bereitzustellen.
Die Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes haben die Ursachen für den fehlerhaften Betrieb des obengenannten Thermoelements untersucht und als Folge herausgefunden, daß Gasmoleküle um das Thermoelement herum sich in einem Vakuumzustand von atmosphärischem Druck bis 1 Torr wie ein viskoser Strom verhalten, während, wenn der Grad des Vakuums höher ist, die Gasmoleküle sich wie ein Molekülstrom verhalten. Es wurde weiters herausgefunden, daß sich deshalb die Art der Wärmeübertragung um das Thermoelement herum stark ändert, was eine präzise Temperaturmessung unmöglich macht. Weiters wurde herausgefunden, daß aufgrund großer Druckschwankungen auch im viskosen Strömungsbereich Fehler bei der Messung der Temperatur auftreten.
Wenn ein Objekt, dessen Temperatur zu messen ist, aus Metall besteht, ist es im allgemeinen möglich, das Thermoelement durch direktes Hartlöten oder Schweißen am Objekt zu befestigen. Jedoch ist es in dem Fall, daß das Oblekt, dessen Temperatur zu messen ist, ein anorganisches Substrat ist, wie oben erwähnt, unmöglich, das Thermoelement direkt am Objekt zu befestigen. Aus diesem Grund ist es allgemein üblich, das Thermoelement lediglich mechanisch in ein Loch zu drücken, das im anorganischen Substrat oder der Heizeinrichtung ausgebildet ist. In einem solchen Fall haben die Erfinder herausgefunden, daß der Wärmeübergang zwischen dem anorganischen Substrat oder der Heizeinrichtung und dem Thermoelement von dem im Druck schwankenden Gas abhängt.
Daher wird vorzugsweise eine hohle Hülle an einer Heizeinrichtung angebracht, die innerhalb einer Druckänderungen erfahrenden Kammer angeordnet ist, wobei das Innere der hohlen Hülle im wesentlichen keine Druckänderungen erfährt, selbst wenn der Druck innerhalb der Kammer variiert, und ein Thermoelement wird in die hohle Hülle eingefügt.
Gemäß vorliegender Erfindung ist die hohle Hülle eine Metallhülle, in die ein Thermoelement einzusetzen ist. Der verwendete Begriff "anbringen" bedeutet nicht nur, daß die Spitze des Thermoelements mit der Oberfläche der Heizeinrichtung verbunden wird, sondern auch einen Fall, in dem erstere in letzterer eingebettet wird. Die Heizeinrichtung umfaßt ein anorganisches Substrat und einen Widerstand oder ein Heizelement, der/das im Substrat eingebettet ist.
Da die Verbindung zwischen der Spitze der hohlen Hülle und der Heizeinrichtung Thermoschockbeständigkeit in einem bestimmten Betriebstemperaturbereich haben muß, wird wünschenswert Gasdichtheit zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen der hohlen Hülle und einem Teil der Heizeinrichtung sichergestellt. Aus diesem Grund wird ein Glaskleber oder ein anorganischer Kleber als Verbindungsmedium bevorzugt; Glas wird aufgrund seiner guten Gasdichtheit besonders bevorzugt. Vom Standpunkt der Beständigkeit gegenüber Temperaturänderungen ist es vorzuziehen, daß das Glas einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen jenem des Substrats und jenem des Hüllenmaterials aufweist.
Der bei diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung verwendete Begriff "Heizeinrichtung" umfaßt nicht nur die Heizeinrichtung selbst, sondern auch eine Kombination aus der Heizeinrichtung und einem Suszeptor, der auf der Heizeinrichtung angeordnet ist und aus einem anorganischen Material besteht. Das anorganische Substrat der Heizeinrichtung und dieses anorganische Material, dessen Temperatur zu messen ist, können auf geeignete Weise aus einer Gruppe ausgewählt werden, die aus Keramikmaterialien, wie Tonerde, Siliziumnitrid, Sialon und Siliziumkarbid, und ihren Silizium, Gallium oder Arsen enthaltenden Verbundmaterial ien oder anorganischen Verbindungen davon besteht. Der Suszeptor kann aus Graphit bestehen. Als Substrat der Heizeinrichtung werden insbesondere Siliziumnitrid, Sialon oder Aluminiumnitrid verwendet; Siliziumnitrid und Sialon werden bevorzugt. Der Begriff "Heizeinrichtung" kann so interpretiert werden, daß er die Heizeinrichtung selbst und einen Bestandteil oder -teile des Gehäuses umfaßt.
Was die obengenannte Heizeinrichtung betrifft, haben die Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes herausgefunden, daß es ein weiteres Problem gibt. Die obige, scheibenförmige Heizeinrichtung kann nämlich durch ein Gehäuse, d.h. ein Stützelement aus Graphit in der Heizeinheit, an der Kammer befestigt werden. (Es kann sein, daß die hohle Hülle an Iener Waferstufe der Heizeinrichtung angebracht ist, auf der der Wafer gerade angeordnet ist). Die Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes haben zwar herausgefunden, daß diese Heizeinheit eine wirklich hervorragende Vorrichtung zum Überwinden der obengenannten Probleme der metallischen Heizeinrichtung und der indirekt heizenden Infrarotlampen-Heizeinheit ist, es jedoch notwendig ist, bei der Halbleiter-Herstellungsvorrichtung unter Verwendung des korrodierenden Gases Leitungsdrähte und das Thermoelement abzudichten.
In einem weiteren Aspekt zielt die vorliegende Erfindung daher darauf ab, eine Heizeinrichtung bereitzustellen, die Verunreinigung, wie im Fall der herkömmlichen Heizeinrichtung aus Metall, sowie schlechten Wärmewirkungsgrad und Anlagerung des Films auf dem für Infrarotstrahlen durchlässigen Fenster, wie im Fall der indirekt heizenden Heizeinrichtung, und auch Korrosion der Leitungsdrähte, sowie Entladung und Leckstrom zwischen den Leitungsdrähten und dem Kammerkörper verhindern kann.
Vorzugsweise weist die Heizeinrichtung einen vorragenden Stützabschnitt auf, der auf einer anderen Oberfläche des Heizabschnitts als der Wafer-Heizoberfläche vorgesehen und ausgebildet ist, um eine gasdichte Abdichtung zwischen dem vorragenden Stützabschnitt und der Kammer zu bilden, sowie Leitungsdrähte, die an das Widerstandsheizelement angeschlossen sind, wobei zumindest einer der Leitungsdrähte von der Kammer herausgeführt ist, ohne im wesentlichen einem Innenraum der Kammer ausgesetzt zu sein.
Gemäß vorliegender Erfindung kann es sein, daß ein Ende der starren Elektroden im Substrat eingebettet und mit deri gegenüberliegenden Enden des Heizelements verbunden ist, während das nicht eingebettete, andere Ende der Elektroden mit Leitungsdrähten verbunden ist, um dem Heizelement elektrischen Strom zuzuführen.
Die vorliegende Erfindung stellt weiters eine Vorrichtung zur Halbleiterherstellung bereit, wie in Anspruch 8 dargelegt. Die Erfindung umfaßt auch Verfahren zur Herstellung einer Wafer-Heizeinrichtung zur Verwendung in der Vorrichtung, die in den Ansprüchen 12 bis 14 dargelegt sind.
Diese und andere wahlweise Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden Beschreibung der Erfindung klar werden, wenn diese in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen betrachtet wird, wobei es sich versteht, daß Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung Modifikationen, Variationen und Änderungen derselben vornehmen können.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die bei liegenden Zeichnungen bezuggenommen, worin:
Fig. 1 eine Schnittansicht der herkömmlichen Heizeinrichtung ist;
Fig. 2 eine Schnittansicht einer Ausführungsform einer Heizeinheit ist, die eine Heizeinrichtung gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt;
die Fig. 3A und 3B eine Schnittansicht von Fig. 2 bzw. eine Draufsicht der Heizeinrichtung sind;
Fig. 4 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der Heizeinheit gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 5 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Heizeinheit gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist; und
die Fig. 6, 7, 8 und 9 schematische Schnittansichten von veranschaulichenden Halbleiter-Wafer-Heizeinrichtungen gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, jeweils an einer Kammer befestigt, sind.
In der Folge wird der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 2, 3A und 3B erklärt.
Fig. 2 ist eine Schnittansicht eine Wafer-Heizeinrichtung 1 gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung, die an einer Kammer 2 für eine CVD-Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern befestigt ist. In Fig. 2 ist die Heizeinrichtung 1 durch ein Innengehäuse 3 an der Kammer 2 befestigt. Die Heizeinrichtung 1 ist so konstruiert, daß sie beispielsweise eine Größe von 10,2 cm bis 20,3 cm (4 bis 8 Zoll) aufweist, um einen Wafer darauf anzuordnen.
In das Innere der Kammer 2 wird durch ein Gaszufuhrloch 4 ein Gas zugeführt, um thermische CVD zu bewirken, während Luft innerhalb der Kammer 2 von einer (nicht gezeigten) Vakuumpumpe durch ein Saugloch 5 abgezogen wird.
Die Wafer-Heizeinrichtung 1 wird aufgebaut, indem ein Widerstandsheizelement 7, wie etwa aus Wolfram, in einem scheibenförmigen Substrat 6 aus einem dichten und gasdichten Keramikmaterial, beispielsweise Siliziumnitrid, in einer Spiralform eingebettet wird. Strom wird der Wafer-Heizeinrichtung 1 durch Leitungsdrähte 8, 8 an einem mittleren und einem peripheren Abschnitt des Substrats 6 von außen zugeführt, um die Heizeinrichtung 1 auf eine Temperatur von beispielsweise bis zu etwa 1100ºC zu erhitzen. Bezugszahl 9 bezeichnet einen Flansch, der mit einem Wasserkühlmantel 10 versehen und ausgebildet ist um eine Oberseite des inneren Gehäuses 3 abzudecken. Abdichtung wird mit einem O-Ring 11 zwischen einer oberen peripheren Wand der Kammer 2 und dem Flansch bewirkt, um eine Decke der Kammer 2 zu bilden.
Das Material des Substrats 6 muß ausreichend dicht sein, um die Absorption des Ablagerungsgases darin zu verhindern, und weist vorzugsweise einen Wasserabsorptionsfaktor von nicht mehr als 0,01% auf. Weiters ist es erforderlich, daß das Material eine solche Thermoschockbeständigkeit aufweist, daß es Heiz-Kühl-Zyklen zwischen Normaltemperatur und 1100ºC aushält, obwohl keine mechanische Belastung darauf ausgeübt wird. In Hinblick darauf ist es am meisten vorzuziehen, Si&sub3;N&sub4; zu verwenden, das hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen aufweist.
Da ein Wafer W direkt oder indirekt mit (nicht gezeigten) Stiften an der unteren Fläche der Heizeinrichtung 1 angeordnet ist, ist es notwendig, daß die Gestalt der Heizeinrichtung kreisförmig ist, wodurch leicht gleichmäßiges Aufheizen erreicht werden kann, und daß die Oberfläche der Heizeinrichtung, auf der der Wafer W anzuordnen ist, eben ist. Insbesondere wenn der Wafer W direkt auf der Heizeinrichtung anzuordnen ist, dürfen Unebenheiten nicht größer als 500 um sein, sodaß das Ablagerungsgas daran gehindert werden kann, zur Rückfläche des Wafers W, die mit dem Substrat 6 in Kontakt steht, zu gelangen. Um ein dichtes Substrat 6 zu erhalten, ist es vorzuziehen, ein grünes Substrat durch Heißpressen oder HIP zu sintern. Wenn höhere Wärmeleitfähigkeit erzielt werden soll, indem Gas zwischen dem Wafer und der Oberfläche der Heizeinrichtung strömen gelassen wird, können Ausnehmungen mit einer Tiefe von nicht über der freien Wegstrecke von Gasmolekülen in einem Teil oder der gesamten Heizeinrichtungsoberfläche vorgesehen sein.
Selbst wenn Si&sub3;N&sub4; mit hoher Reinheit verwendet wird, wird in das Si&sub3;N&sub4; Yttriumoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumoxid Ytterbiumoxid oder dergleichen als Sinterhilfe zugemischt, und es passiert, daß Natrium oder dergleichen, das besonders am Eindringen in die Halbleiter-Herstellungsvorrichtung gehindert werden muß in der Größenordnung von ppm nachgewiesen wird. Daher ist es vorzuziehen, daß mit Plasma-CVD oder thermischer CVD ein Keramikfilm aus SiC oder Si&sub3;N&sub4; oder dergleichen auf der Gaskontaktfläche des Substrats 6 ausgebildet wird. Dadurch kann das Ablagern von Natrium oder dergleichen verhindert werden. Als Sinterhilfe wird vorzugsweise kein Magnesiumoxid verwendet, das zur gleichen Erdalkalimetallgruppe gehört. Yttriumoxid-, Aluminiumoxid- oder Yttrium-Basismaterial werden als Sinterhilfe bevorzugt. Da Si&sub3;N&sub4; über Beständigkeit bei hohen Temperaturen verfügt, kann die höchste Beständigkeit erzielt werden, wenn der Film durch thermische CVD mit nicht weniger als 1000ºC als kristalline Beschichtung auf dem Substrat ausgebildet wird. Jedoch können ähnliche Wirkungen erwartet werden, wenn eine amorphe Beschichtung durch Plasma-CVD bei niedrigen Temperaturen ausgebildet wird.
Als im Substrat 6 eingebettetes Widerstandsheizelement 7 kann geeigneterweise Wolfram, Molybdän, Platin oder dergleichen verwendet werden, das einen hohen Schmelzpunkt und hervorragende Haftung an Si&sub3;N&sub4; aufweist. Da ein Leitungsdraht 8 dem Gas unter Vakuum ausgesetzt wird, ist es notwendig, den Kontakt zwischen dem Leitungsdraht 8 und der Heizeinrichtung 1 auf so geringer Temperatur wie möglich zu halten. Die Korrosionsbeständigkeit kann verbessert werden, indem eine solche CVD- Beschichtung auf den Leitungsabschnitt einschließlich des Leitungsdrahts 8 aufgetragen wird.
Um die Wirkungen der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, wurden die folgenden Versuche durchgeführt.
Ein scheibenförmiges Substrat 6, in das ein Widerstandsheizelement 7 aus Wolfram eingebettet war, wurde aus einem Si&sub3;N&sub4;-Rohmaterial hergestellt, das eine Sinterhilfe aus Yttriumoxid und Aluminiumoxid enthielt. Das Widerstandsheizelement hatte einen Drahtdurchmesser von 0,4 mm und eine Gesamtlänge von 2,5 m und war spiralförmig mit einem Durchmesser von 4 mm aufgewickelt. Als Drahtanschluß, der den Leitungsdraht 8 darstellt, wurde ein Wolframdraht mit einem Durchmesser von 2 mm verwendet. Die Leitungsabschnitte 8 wurden durch die Anschlußenden 9 aus der Kammer herausgeführt. In der Heizeinrichtung 1 war das Widerstandsheizelement 7 über das gesamte scheibenförmige Substrat 6 eingebettet, wie in Fig. 3 gezeigt, und die Deckfläche des Substrats 6 wurde mit einem Diamantschleifstein glatt und eben geschliffen. Weiters wurde ein Si&sub3;N&sub4;-Film mit hoher Reinheit auf der Oberfläche des Substrats bei 1600ºC durch Heiß-CVD in einer Dicke von 0,2 um ausgebildet.
Während der Drahtanschluß an der äußeren peripheren Seite der Heizeinrichtung geerdet wurde, wurde an den Drahtanschluß an der Mittelseite von einer nicht gezeigten Heizeinrichtungs-Stromquelle Spannung angelegt. Weiters wurde die Spannung auf einem niedrigen Wert gehalten, um Entladung im Vakuum zu verhindern. Somit kam bei der Heizeinrichtung ein elektrisches Stromquellenregelungssystem zum Einsatz, bei dem ein Thyristor verwendet wurde.
Diese Heizeinrichtung wurde in eine Kammer 2 eingepaßt, wie in Fig. 2 gezeigt, und ein Test wurde durchgeführt, um Wafer im Vakuum aufzuheizen. Der Test zeigte, daß die Temperatur des Substrats in einen Temperaturbereich von 1100ºC ±2% bezogen auf einen 150 mm-Durchmesser-Abschnitt des Substrats mit dem Durchmesser von 180 mm fiel. Dies bestätigte, daß ein eingespannter Wafer mit einem Durchmesser von 15,2 cm (6 Zoll) gleichmäßig erwärmt werden konnte. Es wurde auch bestätigt, daß, obwohl ein korrodierendes Ablagerungsgas in die Kammer 2 eingebracht wurde, keinerlei Teilchen oder Natrium auftraten. Insbesondere betrug ein Ergebnis weniger als ein Hintergrundwert, obwohl Natrium von einem Detektor für das System gemessen wurde, nachdem die Oberfläche des Substrats 6 in einer Größenordnung von 100 nm geätzt wurde.
Die Konstruktion der Heizeinrichtung gemäß vorliegender Erfindung kann so, wie sie ist, auf eine Wafer-Heizeinrichtung für eine Ätzvorrichtung angewandt werden.
Wie oben erwähnt, treten, da das Widerstandsheizelement im Substrat aus dichtem Keramikmaterial eingebettet ist, keine Teilchen auf, selbst wenn die Heizeinrichtung dem Ablagerungsgas ausgesetzt wird. Insbesondere weist die Heizeinrichtung, deren Oberfläche durch CVD mit dem Keramikfilm beschichtet ist, hervorragende Leistung auf. Da die Heizeinrichtung gemäß vorliegender Erfindung direkt innerhalb der Kammer eingebaut werden kann, um den Wafer aufzuheizen, kann die Heizeinrichtung den Wafer weiters im Vergleich zum herkömmlichen, indirekt erwärmenden Typ rascher mit einem höheren Wärmewirkungsgrad aufheizen. Außerdem gelangt das Reaktionsgas nicht zur Rückfläche des Wafers, da die Oberfläche der Heizeinrichtung, auf der der Wafer anzuordnen ist, als ebene Fläche konstruiert ist, sodaß die angestrebte Fläche des Wafers präzise mittels CVD oder Ätzen behandelt werden kann.
Daher trägt die vorliegende Erfindung als Wafer-Heizeinrichtung für die Halbleiter- Herstellungsvorrichtung mit Plasma-CVD wesentlich zur industriellen Entwicklung bei, indem die Probleme des Standes der Technik gelöst werden.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 5 erläutert. Bei diesen Ausführungsformen sind in Fig. 4 und 5 gleiche oder ähnliche Teile wie in Fig. 2, 3A und 3B mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und auf ihre Erklärung wird verzichtet.
Bezugszahl 12 bezeichnet eine hohle Hülle, die durch einen Flansch 9 in eine Kammer 2 eingesetzt ist. Die hohle Hülle besteht aus Molybdän oder Wolfram. Wie gezeigt, ist das untere Ende der hohlen Hülle dünner ausgebildet, um Wärmeableitung durch Wärmeübertragung zu verringern, und mit einem aus Glas bestehenden Klebemedium 13 an ein anorganisches Substrat 6 einer Heizeinrichtung 1 angefügt. Ein oberes Ende der hohlen Hülle 12 erstreckt sich durch eine im Flansch 9 ausgebildete Öffnung 15 aus der Kammer 2 nach außen, sodaß das Innere der hohlen Hülle 12 bei einem vorgegebenen Druck gehalten werden kann, ohne durch eine Änderung des Innendrucks der Kammer 2 beeinflußt zu werden. Ein mit einer Hülle aus rostfreiem Material versehenes Thermoelement 14 ist in die hohle Hülle 12 eingesetzt. Ein Deckel 17 ist um den oberen Endabschnitt der hohen Hülle 12 angebracht, und O-Ringe 16 sind zwischen der hohlen Hülle 12, dem Deckel 17 und dem Flansch 9 vorgesehen, um das Eindringen von Außenluft in die Kammer 2 zu verhindern.
Bei dieser Ausführungsform ist die hohle Hülle 12 durch folgende Schritte lückenlos am anorganischen Substrat 6 angebracht: Ausbilden eines Hülleneinpaßlochs im anorganischen Substrat 6 der Heizeinrichtung 1, Einsetzen der Spitze der hohlen Hülle 12 aus beispielsweise Molybdän in das Einpaßloch, Einfüllen beispielsweise eines Glaspulvers in das Loch und Schmelzen des Glaspulvers bei hohen Temperaturen (1100 bis 1800ºC) unterhalb einer Brenntemperatur für das Material, beispielsweise Siliziumnitrid, das das Substrat 6 darstellt. Wie oben erwähnt, wird, wenn die hohle Hülle 12 aus Si&sub3;N&sub4;, Al&sub2;O&sub3;, Molybdän, Wolfram oder einer Legierung besteht, die hauptsächlich aus diesen Elementen zusammengesetzt ist, die thermische Ausdehnung der Heizeinrichtung 1, der hohlen Hülle 12 und des Klebemediums 13 im wesentlichen gleich gemacht, um das Auftreten von Rissen zu verhindern. Da die Wärmekapazität der hohlen Hülle so klein wie möglich gemacht werden sollte, um die Temperatur des anorganischen Substrats 6 mit hervorragender Verfolgbarkeit der Temperaturveränderungen des Substrats 6 präzise zu messen, weist die Hülle vorzugsweise eine Gestalt mit einer geringen Dicke von nicht mehr als 1 mm und einem kleinen Durchmesser von 5 mm auf. Beispielsweise kann es sein, daß der Außendurchmesser und die Dicke der Spitze der Hülle 2 mm bzw. 0,4 mm betragen und die Spitze mit Glas in das Loch mit einem Durchmesser von 3 mm und einer Tiefe von 13 mm eingeklebt ist. Der nicht geklebte Abschnitt der Hülle ist in Anbetracht der Abdichtung zwischen der Hülle und der Kammer 2 und der Bearbeitbarkeit der Hülle so konstruiert, daß er einen großen Durchmesser (beispielsweise 6 mm) aufweist. Der Abschnitt der hohlen Hülle mit dem dickeren Durchmesser ist durch den O-Ring 16 zum Deckel 17 hin abgedichtet.
Als Material der hohlen Hülle 12 wird mit Ceroxid versetztes Molybdän bevorzugt, bei dem es sich um ein Material handelt, das die maschinelle Fertigung eines Lochs mit geringem Durchmesser gewährleistet und nicht spröde wird, wenn man es zum Verbinden auf 1100 bis 1800ºC erhitzt. Eine Legierung, wie z.B. rostfreier Stahl, Hastelloy oder Incoloy, kann verwendet werden, wenn kein Problem bezüglich der Aneinanderfügbarkeit, Bearbeitbarkeit und Sprödigkeit auftritt.
Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform ist die hohle Hülle 12 in die Kammer 2 durch deren Wand eingesetzt. Jedoch kann, wie in einer Ausführungsform aus Fig. 5, eine hohle Hülle 12 mit einem abgedichteten, oberen Ende dichtend in eine Kammer 2 eingesetzt werden. Durch dichtes Verschließen des oberen Endes der Hülle wird das Innere der Hülle bei einem konstanten Druck gehalten, ohne durch Änderungen des Innendrucks der Kammer 2 beeinflußt zu werden. In diesem Fall wird ein Leitungsdraht 18 für ein Thermoelement 14 aus der Kammer 2 herausgeführt, während diese mit O- Ringen 16 und Leitungsdraht 18 dicht abgeschlossen ist. Da das Innere der hohlen Hülle 12 bei der Ausführungsform aus Fig. 5 dicht abgeschlossen ist, obwohl das Innere der Kammer 2 aufgrund von Temperaturerhöhung durch die Heizeinrichtung Druckveränderungen erfährt, ändert sich der Druck innerhalb der hohlen Hülle 12 nicht wesentlich, selbst wenn Gas in die Kammer 2 eindringt.
Die so aufgebaute Heizeinheit wird verwendet, um Wafer, die mit (nicht gezeigten) Stiften auf der Unterseite der Heizeinrichtung 1 angeordnet sind, in der Kammer 2 unter Erhitzen im Vakuum durch thermische CVD auf die gleiche Weise zu behandeln, wie in der herkömmlichen Heizeinheit.
Jedoch ist im zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Spitze der hohlen Hülle, deren Inneres selbst bei Änderungen des Innendrucks der Kammer 2 im wesentlichen von Beeinflussung freigehalten wird, am anorganischen Substrat 6 der Heizeinrichtung 1 angebracht, und das Thermoelement 14 ist in die hohle Hülle eingesetzt. So wird die Umgebung des Thermoelements 14 bei einem konstanten Druck gehalten, ohne durch Änderungen des Innendrucks der Kammer 2 beeinflußt zu werden. Aufgrunddessen ändert sich das Verhalten der Gasmoleküle um das Thermoelement 14 herum nicht, selbst wenn der Druck im Inneren der Kammer 2 auf Hochvakuum geändert wird, sodaß die Temperatur immer stabil ermittelt werden kann. Daher kann die Heizeinheit die Temperatur der Heizeinrichtung 1 im Hochvakuum präzise regulieren.
Weiters besteht, da das Thermoelement im Fall der herkömmlichen Heizeinheit lediglich gemeinsam mit der Heizeinrichtung in der Kammer angeordnet ist, insofern ein Problem, als ein Austausch nicht einfach ist. Jedoch kann, wie im Fall der Ausführungsform aus Fig. 4, wenn das Thermoelement 14 innerhalb der hohlen Hülle 12 vorgesehen ist, die die Wand der Kammer 2 durchdringt, das Thermolement 14 allein leicht ausgetauscht werden, ohne die Abdichtung der Kammer 2 zu beeinträchtigen.
Obwohl Luft bei atmosphärischem Druck in das Innere der hohlen Hülle 12 eingebracht werden kann, ist es möglich, das Innere der Hülle mit einer reduzierenden Atmosphäre zu füllen, um Oxidation des Innenraums zu vermeiden. Dadurch kann die Heizeinheit die Temperatur leicht auf etwa 1100ºC anheben.
Beide obigen, in Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen sind so beschaffen, daß das anorganische Substrat 6, dessen Temperatur zu messen ist, die Heizeinrichtung 1 darstellt; das Objekt, dessen Temperatur zu messen ist, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Heizeinheit kann auf herkömmliche anorganische Substrate angewandt werden.
Wie oben erklärt, besteht bei der Heizeinheit gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung auch bei hohem Vakuumgrad nicht die Gefahr des fehlerhaften Betriebs des Thermoelements, und die Temperatur des anorganischen Substrats innerhalb der Kammer kann ohne Beeinflussung durch Änderungen des Innendrucks der Kammer präzise ermittelt werden. Weiters kann entsprechend der Heizeinheit nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung die Temperatur der Heizeinrichtung präzise reguliert werden.
Weiters kann das Thermoelement der Heizeinheit gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung leicht ausgetauscht werden.
Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 6 bis 9 erläutert.
Fig. 6 ist eine Schnittansicht zur Veranschaulichung des Zustandes, in dem eine Heizeinrichtung gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung an einer CVD- Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern befestigt ist. Gleiche oder ähnliche Teile wie in Fig. 2, 3A und 3B sind mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet, und daher wird auf deren Erklärung verzichtet.
Die Heizeinrichtung 1 umfaßt einen scheibenförmigen Heizabschnitt 1a und einen säulenförmigen Stützabschnitt 1b, die zu einem T-förmigen Querschnitt integriert sind. Dieser Heizabschnitt 1a und Stützabschnitt 1b bestehen aus einem dichten und gasdichten Keramikmaterial. Ein Heizelement 7 aus Wolfram- oder Molybdän- Basismaterial ist in der dichten und gasdichten Keramik spiralförmig eingebettet. Elektrischer Strom wird durch Leitungsdrähte 19 und 19 an gegenüberliegende Enden des Heizelements angelegt, sodaß eine Wafer-Heizoberfläche 1c beispielsweise auf etwa 1100ºC erwärmt wird. Die Größe der gegenwärtig verwendeten Wafer beträgt 10,2 m bis 20,3 cm (4 bis 8 Zoll), sodaß die Waferheizoberfläche 1c so konstruiert ist, daß sie eine Fläche aufweist, die zum Aufheizen des gesamten Wafer W ausreicht. Der Leitungsdraht 19 kann eine Feststoffelektrode sein, an die ein Leitungsdraht an einem freiliegenden Ende angeschlossen ist und die am anderen Ende mit dem Heizelement verbunden ist.
Wie oben erwähnt, ist der säulenartige Stützabschntit lb mit der Oberseite des scheibenförmigen Heizabschnitts 1a einstückig verbunden, und die äußere periphere Oberfläche des säulenartigen Trägerabschnitts 1b ist bezogen auf die Kammer 2 mit einem O-Ring 15 gasdicht abgedichtet. In Fig. 6 bezeichnet eine Bezugszahl 10 einen Wasserkühlmantel. Ein Thermoelement 14 und zwei Leitungsdrähte 19 sind im scheibenförmigen Heizabschnitt und dem säulenartigen Stützabschnitt 1b eingebettet und werden durch eine obere Endfläche des säulenartigen Stützabschnitts 1b aus der Kammer 2 nach außen geführt.
Diese Ausführungsform der Heizeinrichtung kann die bei der herkömmlichen Heizeinrichtung aus Metall auftretende Verunreinigung und die Beeinträchtigung des Wärmewirkungsgrads des indirekt heizenden Typs beseitigen.
Außerdem besteht, da die Leitungsdrähte 19 im Stützabschnitt 1b eingebettet sind, ohne einem Innenraum 40 der Kammer 2 ausgesetzt zu sein, nicht die Gefahr, daß die Leitungsdrähte 19 korrodieren, das Innere der Kammer durch die Leitungsdrähte verunreinigt wird und im Vakuum zwischen den Leitungsdrähten, sowie zwischen den Leitungsdrähten und der Kammer Entladung oder Kriechverluste auftreten. Daher ist keine spezielle Abdichtungsstruktur notwendig, um die Leitungsdrähte oder Elektroden 19 abzudichten. Weiters kann als Material für den Leitungsdraht oder die Elektrode ein anderes Metall mit hohem Schmelzpunkt als Wolfram verwendet werden.
Das Thermoelement 14 ist auch im Stützabschnitt 1b eingebettet und ist dem Raum 40 innerhalb der Kammer 2 nicht ausgesetzt. Daher ist zum Abdichten des Thermoelements keine spezielle Abdichtungsstruktur erforderlich, was einen sehr großen Vorteil bringt. Das heißt, die Gasmoleküle um das Thermoelement herum verhalten sich, wie bereits erwähnt, gemäß der Forschungen der Erfinder hinsichtlich Vakuum wie ein viskoser Strom im Vakuumzustand von Atmosphärendruck bis 132 Pa (1 torr), während sich der viskose Strom in den Molekülstrom umwandelt, wenn der Grad des Vakuums höher wird. Es ist bekannt, daß dabei, da die Art des Wärmeübergangs sich in der Nähe des Thermoelements stark verändert, die Temperatur nicht präzise gemessen werden kann. Es ist auch bekannt, daß, wenn der Druck selbst in der viskosen Strömungszone stark schwankt, bei der Messung der Temperatur Meßfehler auftreten. Jedoch tritt, da das Thermoelement sich außerhalb der Kammer erstreckt, ohne dem Raum 40 der Kammer 2 ausgesetzt zu sein, das obige Problem der Fehler beim Messen der Temperaturen nicht auf.
Weiters ist, da der Heizabschnitt 1a durch gasdichtes Abdichten des säulenartigen Stützabschnitts 1b bezogen auf die Kammer 2 abgestützt wird, kein spezielles Stützelement erforderlich, um den Heizabschnitt 3 abzustützen. Daher kann die Oberfläche der gesamten Heizeinrichtung verringert werden, sodaß die Menge an darin absorbiertem Gas gering ist. Das ist bei der Halbleiter-Herstellungsvorrichtung, bei der hohes Vakuum eingesetzt wird, vorteilhaft, weil das in die Oberfläche der Heizeinrichtung absorbierte Gas unter hohem Vakuum abgeführt werden muß.
Weiters tritt gemäß den Untersuchungen der Erfinder, wenn eine periphere Oberfläche der scheibenförmigen Heizeinrichtung von einer Abdeckung aus Graphit gestützt wird, Wärme durch die periphere Oberfläche aus, sodaß es schwierig ist, den äußeren peripheren Abschnitt und den inneren peripheren Abschnitt der scheibenförmigen Heizeinrichtung gleichmäßig zu erhitzen. Im Gegensatz dazu kann die Heizoberfläche 1c gemäß der Ausführungsform des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung leicht gleichmäßig erhitzt werden, weil keine Wärme durch die periphere Oberfläche austritt.
Als Material für den scheibenförmigen Heizabschnitt 1a werden Siliziumnitrid, Sialon oder Aluminiumnitrid bevorzugt, und vom Standpunkt der Thermoschockbeständigkeit sind Siliziumnitrid oder Sialon mehr vorzuziehen. Der scheibenförmige Stützabschnitt 1b besteht vom Standpunkt des weiter unten erwähnten einstückigen Sinterns vorzugsweise aus dem gleichen Material wie der Heizabschnitt 1a. Jedoch ist es zweckmäßig, zumindest dichtes Keramikmaterial zu verwenden, weil dadurch die Gefahr der Verunreinigung gering gehalten wird.
Die Heizeinrichtung 1 kann durch einstückiges Formen eines Keramikmaterials hergestellt werden, um einen Heizabschnitt 1a und einen Stützabschnitt 1b zu bilden, indem zuerst Leitungsdrähte 19 und ein Thermoelement 14 eingebettet und der Heizabschnitt und der Stützabschnitt durch isostatisches Heißpressen einstückig gesintert werden.
Die Abdichtung zwischen der Kammer 2 und dem Stützabschnitt 1b kann durch einen in Fig. 5 gezeigten O-Ring oder durch Diffusionsverbindung oder Reibverbindung erfolgen, oder durch Ausbilden eines metallischen Films auf der Oberfläche des Stützelements durch Sputtern, gefolgt vom Reibpreßverbinden, Glasverbinden oder durch Metallabdichtung.
Es ist vorzuziehen, daß die Wafer-Heizoberfläche 1c so konstruiert ist, daß sie eine ebene Oberfläche aufweist. Insbesondere wenn der Wafer W direkt auf der Wafer- Heizoberfläche 1c angeordnet ist, ist es notwendig, das Eindringen von Ablagerungsgas unter die Rückfläche des Wafers W zu verhindern, der mit dem Heizabschnitt 1c in Kontakt steht, indem der Flachheitsgrad bzw. die Unebenheiten der Heizoberfläche auf nicht mehr als 500 um eingestellt wird.
Für das im Heizabschnitt 1a eingebettete Widerstandsheizelement 7 werden vorzugsweise Wolfram, Molybdän oder Platin verwendet, die einen hohen Schmelzpunkt und hervorragende Haftung bezogen auf Si&sub3;N&sub4; oder dergleichen aufweisen.
Bei einer in Fig. 7 gezeigten Heizeinrichtung 7 ist ein zylindrischer, hohler Stützabschnitt 20 einstückig mit einem scheibenförmigen Heizabschnitt 1a anstelle des säulenförmigen Stützabschnitts 1a verbunden, und der säulenförmige Stützabschnitt 20 ist gasdicht mit der Kammer 2 verbunden. Endabschnitte von Leitungsdrähten 7 und ein Thermoelement 14 sind im scheibenförmigen Heizabschnitt 1a eingebettet und in einen zylindrischen Raum innerhalb des säulenförmigen Stützabschnitts 20 hinausgeführt. Die Heizeinrichtung gemäß dieser Ausführungsform weist die gleichen Wirkungen wie in Fig. 6 auf. Der Leitungsdraht kann eine starre Elektrode sein, die mit einem Leitungsdraht an einem freiliegenden Ende bzw. einem Heizelement 7 am anderen eingebetteten Ende verbunden ist.
Um die Heizeinrichtung 1 herzustellen, kann nicht nur isostatisches Heißpressen eingesetzt werden, sondern auch die folgenden Verfahren können vorteilhaft zum Einsatz kommen.
(1) Ein Heizabschnitt 1a, in dem Leitungsdrähte 19 und ein Thermoelement 14 zunächst beim Formen eingebettet werden, wird ohne Druck oder durch Heißpressen gesintert. Ein zylindrischer Stützabschnitt 20 wird durch Spritzguß, Extrudieren, Preßformen oder isostatisches Pressen und druckloses Sintern des geformten Körpers hergestellt. Dann werden der gesinterte Heizabschnitt und der gesinterte zylindrische Stützabschnitt gasdicht mit Glas verbunden.
(2) Formkörper für den Heizabschnitt und den zylindrischen Stützabschnitt werden unabhängig voneinander durch Extrudieren, Spritzgießen, Pressen oder isostatisches Pressen gebildet und mit einem Abmessungsspiel von 1/100 bis 10 mm aneinandergefügt, gefolgt von drucklosem Sintern, oder durch Aufpressen des zylindrischen Stützformkörpers auf den Heizabschnitt-Formkörper unter ausreichendem Druck, gefolgt von Sintern unter Druck.
(3) der Heizabschnitt 1a wird auf die gleiche Weise wie in (1) gesintert, ein zylindrischer Stützabschnitt 20 wird aus Metall oder einer Metallverbindung geformt, und sie werden gasdicht mit Glas verbunden.
Als Material für den zylindrischen Stützabschnitt 20 kann nicht nur Keramikmaterial, sondern auch ein Metall oder eine Metallverbindung verwendet werden. Aufgrund geringerer Verunreinigung ist es vorteilhaft, ein dichtes Keramikmaterial als Material für den zylindrischen Stützabschnitt zu verwenden. Weiters wird als das Metall vorzugsweise ein Material verwendet, das nicht zu Verunreinigung des Halbleiter- Wafers W führt. Genauer gesagt ist es vorzuziehen, daß für einen Abschnitt nahe dem Heizabschnitt 1a Wolfram, Molybdän, Tantal oder Titan verwendet werden, die bei hohen Temperaturen eingesetzt werden können, während rostfreier Stahl oder Aluminium für einen Abschnitt mit niedriger Temperatur nahe dem O-Ring 16 verwendet wird.
Fig. 8 ist eine Schnittansicht einer Modifikation der in Fig. 7 gezeigten Ausführungsform. Der Unterschied zwischen Fig. 7 und 8 besteht lediglich darin, daß einer der Leitungsdrähte 19 durch den Innenraum 40 aus der Kammer herausgeführt ist. Es wird angenommen, daß die Ausführungsform in Fig. 8 bei Verwendung in der Praxis keine großen Probleme verursachen wird.
Fig. 9 ist eine Schnittansicht, die eine weitere Ausführungsform des dritten Aspekts der vorliegenden Erfindung zeigt.
Bei dieser Ausführungsform ist ein zylindrischer Stützabschnitt 26 an einem peripheren Abschnitt einer scheibenförmigen Heizeinrichtung 1a vorgesehen. Der Stützabschnitt 26 hat einen peripheren Wandabschnitt in Form eines umgekehrten L, sowie einen sich horizontal erstreckenden Abschnitt 27, der bezogen auf die Kammer 2 gasdicht abgedichtet ist. Diese Ausführungsform weist die folgenden Vorteile auf.
(1) Wenn die Heizeinrichtung an der Kammer aus Fig. 6 und 7 befestigt ist, wird der Stützabschnitt von der Kammer 2 gehalten. Daher ist es wahrscheinlich, daß im integrierten Abschnitt zwischen dem scheibenförmigen Heizabschnitt 1a und dem säulenförmigen Stützabschnitt 1b der Heizeinrichtung 1 aus Fig. 6 oder im verbundenen Abschnitt zwischen dem Heizabschnitt 1a und dem säulenförmigen Stützabschnitt 1b der Heizeinrichtung 1 aus Fig. 7 Spannungskonzentration auftritt, was zu Bruchgefahr führen kann. Andererseits ist, da die Heizeinrichtung 1 aus Fig. 9 den Stützabschnitt 26 mit dem L-förmigen Wandabschnitt am peripheren Abschnitt des scheibenförmigen Heizabschnitts 1a aufweist, die Haltefläche so groß, daß Spannungen verteilt werden, sodaß der integrierte Abschnitt oder der verbundene Abschnitt schwer zu zerbrechen ist.
(2) Beim thermischen CVD-Verfahren oder dergleichen wird nach der Ablagerung ein CVD-Film an jener Oberfläche der Heizeinrichtung abgelagert, die einem Abschnitt entspricht, der den Wafer W ausschließt. Wenn der abgelagerte Film mit Plasma entfernt werden soll, kann eine Plasmaelektrode in einem Abschnitt A auf der abgesenkten Fläche der Heizeinrichtung angeordnet werden, sodaß die Elektrode der Gasatmosphäre innerhalb der Kammer 2 nicht ausgesetzt ist.
(3) Wenn eine Kühlanordnung am Abschnitt A der abgesenkten Fläche angebracht ist, kann die Reaktion auf das Abkühlen verbessert werden.
(4) Wenn eine Heizunterbrechungs- oder Kühleinrichtung vorgesehen ist, um der Temperaturverteilung an einer eingespannten Oberfläche des Wafers W auf dem Heizabschnitt 1a zu entsprechen, kann die Temperaturverteilung auf der eingespannten Oberfläche des Wafers W reguliert werden.
Bezogen auf die Korrosion des Leitungsdrahtes 19 und die Verunreinigung des Halbleiterwafers W können im Fall der obengenannten Heizeinrichtungen 1 aus Fig. 7 und 9 auf ähnliche Weise hervorragende Ergebnisse erzielt werden.
Um die Heizeinrichtung 1 herzustellen, können nicht nur isostatisches Heißpressen, sondern auch die obengenannten Verfahren (1) bis (3) angewandt werden.
Da die Temperatur des peripheren Abschnitts der Heizoberfläche im Fall der Heizeinrichtungen aus Fig. 6 und 7 geringer ist als jene des mittleren Abschnitts der Heizoberfläche, kann die wärmeübertragende Oberfläche reguliert werden, indem der Durchmesser des Stützabschnitts 1b variiert wird, um die verbesserte Gleichförmigkeit der Heizoberfläche zu erzielen. So kann die Wafer-Heizoberfläche gleichmäßiger erhitzt werden.
Da die Heizeinrichtung 1 aus Fig. 8 den Stützabschnitt 26 mit dem Wandabschnitt in Form eines umgekehrten L auf dem peripheren Abschnitt des scheibenförmigen Heizabschnitts 1a aufweist, ist das Ausmaß der durch den peripheren Abschnitt der Heizoberfläche abgegebenen Wärme größer als die Wärmeübertragung durch den Stützabschnitt 26. Daher ist bei der Ausführungsform von Fig. 8 ein Heizelement mit einem größeren Ausmaß an Wärmeerzeugung an einem peripheren Abschnitt im Heizabschnitt 1a eingebettet.
Bei den Ausführungsformen aus Fig. 6 bis 9 kann eine andere Temperatur- Meßvorrichtung als ein Thermoelement, beispielsweise ein Strahlungsthermometer, verwendet werden. Weiters ist die Wafer-Heizoberfläche bei diesen Ausführungsformen nach unten gerichtet, und der Wafer wird behandelt, während er von der Unterseite durch nicht gezeigte Stifte abgestützt wird. Die Wafer-Heizoberfläche kann nach oben gerichtet sein.
Obwohl der vorspringende Stützabschnitt bei den obigen Ausführungsformen auf der Deckenseite relativ zur Wandfläche der Kammer abgedichtet ist, ist die Passungsanordnung nicht darauf beschränkt. Er kann auch an der Wandfläche oder der Seitenfläche im unteren Abschnitt der Kammer eingepaßt sein.
Weiters ist der vorspringende Stützabschnitt bei den obigen Ausführungsformen an der Rückfläche des Heizabschnitts auf der gegenüberliegenden Seite der Wafer- Heizoberfläche vorgesehen. Der vorspringende Stützabschnitt kann an der peripheren Oberfläche des scheibenförmigen Heizabschnitts vorgesehen sein. Die Gestalt des Heizabschnitts ist zur gleichmäßigen Erwärmung des kreisförmigen Wafers vorzugsweise scheibenförmig, aber es können auch andere Gestalten, wie eine rechteckige oder sechseckige Gestalt, eingesetzt werden.
Diese Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch für die Plasmaätzvorrichtungen oder die Photoätzvorrichtungen eingesetzt werden.
Bei diesen Ausführungsformen ist der Wärmewirkungsgrad hoch, da der Heizabschnitt innerhalb der Kammer angeordnet ist, um den Wafer direkt zu erwärmen. Weiters tritt, anders als bei der metallischen Heizeinrichtung, keine Verunreinigung auf, weil der Heizabschnitt aus Keramikmaterial besteht, in dem das Widerstandsheizelement eingebettet ist.
Außerdem sind die Leitungsdrähte oder Elektroden frei von Korrosion, bzw. der Innenraum erleidet keine Verunreinigung durch die Leitungsdrähte oder die Elektroden, da die mit dem Widerstandsheizelement verbundenen Leitungsdrähte oder Elektroden dem Innenraum der Kammer im wesentlichen nicht ausgesetzt sind. Daher ist zum Abdichten der Leitungsdrähte oder Elektroden keine spezielle Dichtungsanordnung erforderlich; als Material für die Leitungsdrähte oder Elektroden kann ein anderes Metall mit hohem Schmelzpunkt als Wolfram eingesetzt werden.
Weiters ist zum Abstützen des Heizabschnitts kein spezielles Element erforderlich, da die gasdichte Abdichtung zwischen dem vorspringenden Stützabschnitt und der Kammer ausgebildet ist. Daher kann die gesamte Heizeinrichtung vereinfacht und die Oberfläche verringert werden. Demgemäß kann die von der Heizeinrichtung absorbierte Gasmenge gesenkt werden, was für die Halbleiter-Herstellungsvorrichtung unter Einsatz eines hohen Vakuumgrads vorteilhaft ist.

Claims

1. Wafer-Heizeinrichtung, die zur Montage in einer Kammer einer Halbleiter- Herstellungsvorrichtung geeignet ist und auf bis zu etwa 1100ºC erwärmt bzw. erhitzt werden kann, wobei die Heizeinrichtung ein Substrat (6) aus einem gasundurchlässigen, als Einheit gesinterten dichten Keramikmaterial und ein Widerstandsheizelement (7) umfaßt, das in der Keramikeinheit eingebettet ist, wobei die Heizeinrichtung eine ebene Oberfläche aufweist, auf der ein Wafer anzuordnen ist.

2. Wafer-Heizeinrichtung nach Anspruch 1, worin die Heizeinrichtung weiters einen Keramikfilm auf einer Oberfläche der Keramikeinheit umfaßt, um mit einem Gas innerhalb einer Kammer einer Halbleiter-Herstellungsvorrichtung in Kontakt zu kommen, wobei der Film auf dem vorgesinterten Substrat ausgebildet worden ist.

3. Wafer-Heizeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin das Substrat hauptsächlich aus Si&sub3;N&sub4; besteht.

4. Wafer-Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin das Widerstandsheizelement aus einem oder mehreren der Elemente Wolfram, Molybdän und Platin besteht.

5. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern, umfassend eine Wafer-Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, die in einer Kammer (2) montiert ist, deren Innendruck bei der Verwendung variiert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Heizeinrichtung weiters eine mit der Heizeinrichtung verbundene hohle Hülle (12), deren Innendruck sich im wesentlichen nicht verändert, wenn sich der Druck in der Kammer ändert, und ein in die hohle Hülle eingesetztes Thermoelement umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, worin die hohle Hülle im wesentlichen aus einem Material besteht, das aus Molybdän, Wolfram und Siliziumnitrid ausgewählt ist und das Substrat der Heizeinrichtung hauptsächlich aus Siliziumnitrid besteht.

8. Vorrichtung zur Herstellung von Halbleitern, umfassend eine in einer Kammer der Vorrichtung montierte Wafer-Heizeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welche Heizeinrichtung weiters einen vorragenden Stützabschnitt (1b) umfaßt, der an einer anderen Oberfläche des Substrats als jener vorgesehen ist, auf welcher der Wafer zum Erwärmen anzuordnen ist, sowie an das Widerstandsheizelement angeschlossene Leitungsdrähte (19), wobei der vorragende Stützabschnitt auf der Kammer der Halbleitererzeugungsvorrichtung montiert ist und eine gasdichte Abdichtung damit bildet, und zumindest einer der Leitungsdrähte durch den vorragenden Stützeabschnitt hindurch aus der Kammer herausgeführt ist, sodaß zumindest ein Teil seiner Länge dem Raum innerhalb der Kammer nicht ausgesetzt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, worin ein Ende eines Thermoelements (14) im Substrat eingebettet ist und das andere Ende so aus der Kammer herausgeführt ist, daß zumindest ein Teil seiner Länge nicht dem Raum innerhalb der Kammer ausgesetzt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, worin der vorragende Stützabschnitt (1b) aus einem Keramikmaterial besteht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, worin der vorragende Stützabschnitt aus einem Metall oder einer Metallverbindung besteht und an jene Oberfläche des Substrats gebunden ist, die nicht die Oberfläche der Heizeinrichtung ist, auf der der Wafer anzuordnen ist.

12. Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Vorrichtung nach Anspruch 8, worin der vorragende Stützabschnitt (1b) aus einem Keramikmaterial besteht und das die Schritte des Formens des Substrats und des vorragenden Stützabschnitts zu einem einzigen Keramikformkörper, bei dem das Heizelement im Substrat eingebettet ist, und des Sinterns des Formkörpers durch isostatisches Heißpressen umfaßt.

13. Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Vorrichtung nach Anspruch 8, worin der vorragende Stützabschnitt (1b) aus einem Keramikmaterial besteht, und das die Schritte des getrennten Formens von Körpern für das Substrat und den vorragenden Stützabschnitt, wobei das Heizelement im Substrat eingebettet ist, des Ausbildens eines Verbundkörpers durch Verbinden der Formkörper und des Sinterns des Verbundkörpers umfaßt.

14. Verfahren zur Herstellung einer Heizeinrichtung zur Verwendung bei der Vorrichtung nach Anspruch 8, worin der vorragende Stützabschnitt (1b) aus einem Keramikmaterial besteht, und das die Schritte des getrennten Formens von Körpern für das Substrat und den vorragenden Stützabschnitt, wobei das Heizelement im Substrat eingebettet ist, des Sinterns der Formkörper und des Verbindens der Formkörper durch Glas- oder Diffusions-Verbinden umfaßt.