JPH04296485A - セラミックスヒーター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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セラミックスヒーターに関するもの
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】そこで図１に示されるように、デポジショ
ン用ガス等に曝露される容器２６の外側に赤外線ランプ
４７を設置し、容器外壁に赤外線透過窓４６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４８
に赤外線を放射し、被加熱体４８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４６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４
６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】セラミックス基体内に
埋設するコイルは、セラミックス基体の熱膨張係数及び
焼結温度に対する熱膨張係数及び融点の観点から耐熱高
融点金属に限定される。熱膨張係数は、セラミックス基
体としてＳｉ３Ｎ４　を例にとると　２．８×１０−６
℃−１であり、コイルとして使用できるＷ、Ｍｏ及びＰ
ｔの熱膨張係数は夫々４．５８×１０−６℃−１、５．
１０×１０−６℃−１及び１０．１×１０−６℃−１で
あり、Ｓｉ３Ｎ４　の焼結温度は１８５０℃、Ｗ、Ｍｏ
及びＰｔの融点は夫々３３８０℃、２６１０℃及び１７
６９℃である。セラミックス基体の製造にあたっては、
Ｓｉ３Ｎ４　を例にとると、Ｓｉ３Ｎ４　成形体中にコ
イルを埋設し、１８５０℃で焼結するため、焼結温度で
コイルが溶融したり劣化したりしては不可である。また
、Ｐｔは熱膨張が　Ｓｉ３Ｎ４から大きくずれており、
かつ融点が１７６０℃と低く、Ｗ、Ｍｏ、Ｗ／Ｍｏ合金
が好ましい。然し、メタル膜以外の絶縁膜をプラズマＣ
ＶＤ、熱ＣＶＤ、バイアスＥＣＲプラズマＣＶＤ、スパ
ッタで生成する場合、その雰囲気ガスとしてＯ２、Ｎ２
を用い、最高１２００℃程度までヒーターを昇温する。 その場合現在のセラミックスヒーターの製造方法では、
ホットプレス焼結後、表面を研削加工し、タングステン
等の電極端子表面を削り出す。また、Ｗ、Ｍｏコイルは
　Ｓｉ３Ｎ４から熱膨張がずれているため、焼結後コイ
ルと　Ｓｉ３Ｎ４基体との間に隙間ができる。従って、
Ｗ、Ｍｏ等高融点金属では、Ｏ２等より酸化され、ヒー
ター表面の電極棒接続箇所及びコイルと　Ｓｉ３Ｎ４基
体との隙間にＯ２が拡散して酸化タングステン、酸化モ
リブデンが生成し、ヒーターが劣化する。このため、ヒ
ーターとして機能しなくなる欠点があった。

【０００５】本発明の課題は、半導体製造装置等のよう
な高温、酸化性腐食性ガスを使用する装置において、装
置内の汚染や熱効率の低下を防止でき、しかも抵抗発熱
体の端子と電極部材との結合部分が耐久性、信頼性に優
れたセラミックスヒーターを提供することである。

【０００６】本発明は、セラミックス基体と、前記セラ
ミックス基体の内部に埋設された抵抗発熱体と、前記抵
抗発熱体の端部に設けられて前記セラミックス基体の表
面へと露出する端子と、前記端子及び前記セラミックス
基体の表面上に設けられてチタン成分を含むろうにより
前記端子及び前記セラミックス基体に接合された耐熱金
属板と、前記耐熱金属板上に機械的に結合された電極部
材とを有することを特徴とするセラミックスヒーターで
ある。普通、酸化され難いコバール等の耐熱金属板を用
い、端子表面にろう付けし、耐熱金属板の表面に雌ネジ
を切り、雄ネジのステンレス等の電極棒を機械的に固定
する。

【０００７】耐熱金属板としては、コバール、４３Ｎｉ
−Ｆｅ、Ｐｔ、Ｃｕ、２６Ｃｒ−Ｆｅ　、デュメット、
Ａｌ、Ｎｉがある。これ等のものの大気中作動温度は夫
々　６００℃、　６００℃、１４００℃、１５０　℃、
１０００℃、　１５０℃、　４００℃及び　６００℃で
ある。チタン成分を含むろうの融点は、例えば半導体製
造装置へセラミックスヒーターを適用する場合には、　
８８０℃以上とすることが好ましい。この点で、チタン
蒸着金ろう、チタン蒸着銀ろうが好ましい。このような
チタン成分を含むろうとしては、本出願人の出願に係る
特公平２−２３５００号がある。

【０００８】

【作用】従来のステンレスヒーターの場合には、半導体
ウエハー加熱面と抵抗発熱体の端子とは大きく離れてお
り、端子と外部の電極ケーブルとは、半導体製造装置の
容器外で結合されていた。これに対し、本発明のセラミ
ックスヒーターでは、端子周辺が高温、腐食性雰囲気に
曝されるが、上記のチタン成分を含むろうの融点が、ヒ
ーターの表面温度よりも高く、また機械的結合が腐食性
雰囲気に対して安定であり、更に熱変化に曝された後も
充分な結合強度と導電性を保持している為、耐久性、信
頼性に優れたセラミックスヒーターが得られる。また、
一般の金ろう、銀ろうではコバール等の金属とヒーター
の端子Ｗ、Ｍｏ等とは良好な接合性を示すものの、ヒー
ター基体である窒化珪素との接合力が無い。このため端
子の接合強度が不足するばかりでなく、ヒーター基体の
界面にガス通過可能な隙間が生じ、十分な耐雰囲気ガス
タイト性が得られなかった。これに対し、本発明のセラ
ミックスヒーターでは、ろう材にＴｉを混入させたこと
によってＴｉが　Ｓｉ３Ｎ４等に拡散し、特公平２−２
３５００号に記したように　１４．７ｋｇｆ／ｍｍ２　
の接合強度の強固でガス密封性の接合界面が得られる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を実施例につきさらに詳細に説
明する。図２はセラミックスヒーターを熱ＣＶＤ　装置
へと取付けた状態を示す断面図、図３は耐熱金属板５と
電極部材４との結合部分を示す拡大断面図である。図２
において、２６は半導体製造用ＣＶＤ　に使用される容
器、６０はその内部のケース６に取付けられたウェハー
加熱用の円盤状のセラミックスヒーターであり、ウェハ
ー加熱面３０の大きさは４〜８インチとしてウェハーを
設置可能なサイズとしておく。

【００１０】容器２６の内部にはガス供給孔１９から熱
ＣＶＤ　用のガスが供給され、吸引孔２０から真空ポン
プにより内部の空気が排出される。円盤状セラミックス
ヒーター６０は、窒化珪素のような緻密でガスタイトな
円盤状セラミックス基体１の内部にタングステン系等の
抵抗発熱体２をスパイラル状に埋設したもので、その中
央及び端部の電極部材４を介して外部から電力が供給さ
れ、円盤状セラミックスヒーター６０を例えば１１００
℃程度に加熱することができる。１６はケース６の上面
を覆う水冷ジャケット１８付きのフランジであり、Ｏリ
ング１０により容器２６の側壁との間がシールされ、容
器２６の天井面が構成されている。７はこのような容器
２６のフランジ１６の壁面を貫通して容器２６の内部へ
と挿入された中空シースであり、セラミックスヒーター
６０に接合されている。中空シース７の内部に、ステン
レスシース付きの熱電対８が挿入されている。中空シー
ス７と容器２６のフランジ１６との間にはＯリングを設
け、外気の侵入を防止している。

【００１１】抵抗発熱体２の端子３はヒーター背面３６
へと露出し、端子３と電極部材４との間には耐熱金属板
５が介在している。耐熱金属板５は予め別途に製造した
もので、図３に示すように座金状に形成したものであり
、これを電極部材４に機械的に連結するには、例えばネ
ジ切り等によりネジ溝５ａを設けて、電極部材４の下部
に設けた突出部のネジ山４ａと螺合させる。耐熱金属板
５を、チタン蒸着ろうによって、セラミックス基板１及
び端子３に気密に接合する。

【００１２】なお、端子３の上面は必ずしもセラミック
ス基体１の上面と同一平面にある必要はなく、図４に示
すように僅かに上面をセラミックス基体の上面より低く
する。このようにすると、耐熱金属板５の位置合わせが
容易となり、チタン成分を含むろうの密封及び結合作用
と相俟って端子３に対する外気侵入が一そう確実に防止
される。また、耐熱金属板５に一だんと深い穴を設けて
、電極部材４を強固に固定することができる。

【００１３】本実施例のセラミックスヒーターによれば
、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。 そして、ケース６は例えばグラファイト等からなり、ヒ
ーター背面３６側へと腐食性ガスが不可避的に混入する
。また、セラミックス基体１は円盤状であるので、抵抗
発熱体２の端子３と電極部材４との結合部分は、高温へ
の加熱と冷却とに繰り返し曝される。しかし、この点、
本発明では端子３と電極部材４との間に耐熱金属板５を
チタン蒸着ろうにより接合してあるので、耐熱金属板５
とセラミックス基体１とがチタン蒸着ろう中のＴｉの拡
散接合により強固に接合され、耐熱金属板５と端子３も
同様にＴｉの拡散接合により強固に接合されている為、
腐食性ガスや熱による端子３と電極部材４との接合部分
の密閉性を高めると共に劣化を防止でき、ヒーターの耐
久性、信頼性を向上させることができる。円盤状セラミ
ックス基体１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。

【００１４】抵抗発熱体２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３０は平滑面とすることが好ましく、特にウエハ
ー加熱面３０にウエハーが直接セットされる場合には、
平面度を　５００μｍ　以下としてウエハーの裏面への
デポジション用ガスの侵入を防止する必要がある。円盤
状セラミックスヒーターを製造する際には、予め端子３
を設けた抵抗発熱体２をセラミックス成形体中に埋設し
、セラミックス成形体を焼結し、こうして得た円盤状セ
ラミックス基体１の背面側を研削して端子３の端面を背
面３６へと露出させ、次いで耐熱金属板５をチタン蒸着
ろうによりセラミックス基体１の背面３６に接合し、次
いで耐熱金属板５と電極部材４とを機械的に結合させる
。

【００１５】図３及び図４を参照し、ねじ切り法による
機械的結合の例を示す。例えばタングステンからなる端
子３を例えば径５ｍｍ、長さ１０ｍｍとし、この端子３
を例えばニッケルからなる電極部材４へと結合するに当
たり、コバール板５に　Ｍ３×６ｍｍの雌ネジ５ａを切
り、タングステン電極部材４には　Ｍ３×５ｍｍの雄ネ
ジ４ａを切り、ネジ止め結合を行った。タングステン端
子は極めて硬く脆く通常のダイスによる加工が不可能で
ある為、タングステン端子に雌ネジを切るよりもコバー
ル板５に雌ネジを切る作業は極めて容易であった。従っ
て、従来タングステン端子３に行なっていた放電加工は
省略することができた。このようにして機械的結合を行
なったものは、タングステン端子３の上面とタングステ
ン電極部材４の下面とが接触し、他に、接触していない
場合にも導電性のあるチタン蒸着ろうを間に介在させて
接合してある為、充分な導電性と密閉性が達成される。 また、充分な接触面積が得られる為、接合部で電流集中
することはない。また他の機械的接合方法として、コバ
ール板５に径３ｍｍ×７ｍｍの穴を開け、ニッケル電極
部材４に径３ｍｍ×６ｍｍの凸部を設け、締代２０μｍ
　で圧入圧１０００ｋｇｆ／ｃｍ２　で圧入を行った。 締代０〜５０μｍ　の範囲において、室温と８００　℃
との間の冷熱サイクルを１０００回行なっても強固な接
合状態であった。

【００１６】上記各例において、セラミックスヒーター
の形状は、円形ウエハーを均等に加熱するためには円盤
状とするのが好ましいが、他の形状、例えば四角盤状、
六角盤状等としてもよい。本発明は、プラズマエッチン
グ装置、光エッチング装置等におけるセラミックスヒー
ターに対しても適用可能である。

【００１７】

【発明の効果】チタン成分を含むろうのチタン拡散接合
作用により、耐熱金属板とセラミックス基体との間及び
耐熱金属板と端子との間を、強固に且つ気密に接合する
ことができる。また、高温の酸化性腐食性ガス中で、ろ
う材の融点まで高い接合強度を発揮することができる。 従って、高温の酸化性腐食性のガス中で電極部材と端子
を長時間確実に使用することができる。チタンを含むろ
う材の導電作用により、電極部材と端子とを確実に電気
的に導通することができる。従って両者の接合部の長さ
及び端面を正確に適合させる必要がない。耐熱金属板の
穴開け加工は、端子の放電加工による穴開け加工よりも
、極めて容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の間接加熱方式のウエハー加熱装置の線図
的横断面図である。

【図２】本出願人の発明に係る未公開のウエハー加熱装
置の線図的横断面図である。

【図３】耐熱金属板と電極端子棒との結合構造の一例を
示す線図的横断面図である。

【図４】耐熱金属板と電極端子棒との、結合構造の他の
一例を示す線図的横断面図である。

【符号の説明】 １　　セラミックス基体 ２　　抵抗発熱体 ３　　端子 ４　　電極部材 ４ａ　　電極部材４のネジ山 ５　　耐熱金属板 ５ａ　　耐熱金属板５のネジ溝 ５ｂ　　耐熱金属板５の突出部 ８　　熱電対 １６　　フランジ ２６　　半導体製造用ＣＶＤ　用の容器３０　　ウエハ
ー加熱面 ３６　　セラミックスヒーター６０の背面６０　　セラ
ミックスヒーター

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　セラミックス基体と、前記セラミック
   ス基体の内部に埋設された抵抗発熱体と、前記抵抗発熱
   体の端部に設けられて前記セラミックス基体の表面へと
   露出する端子と、前記端子及び前記セラミックス基体の
   表面上に設けられてチタン成分を含むろうにより前記端
   子及び前記セラミックス基体に接合された耐熱金属板と
   、前記耐熱金属板上に機械的に結合された電極部材とを
   有することを特徴とするセラミックスヒーター。