JPH0628258B2

JPH0628258B2 - 半導体ウエハー加熱装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0628258B2
Application number: JP2190699A
Authority: JP
Inventors: 隆雄相馬; 隆介牛越; 和宏 ▲しょう▼
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1990-07-20
Publication date: 1994-04-13
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: JPH0478138A

Description

【発明の詳細な説明】（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使用される半導体ウエハ
ー加熱装置に関するものである。

（従来の技術及びその問題点）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、腐食性ガス、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、酸
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。

そこで第４図に示されるように、デポジション用ガス等
に曝露される容器１の外側に赤外線ランプ30を設置し、
容器外壁に赤外線透過窓31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32に赤外線を放射し、
被加熱体32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31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31で熱吸収が生じて窓が過熱
すること等の問題があった。

（発明に至る経過）上記の問題を解決するため、本発明者等は、新たに円盤
状の緻密質セラミックス内に抵抗発熱体を埋設し、この
セラミックスヒーターをグラファイトの支持部に保持し
た加熱装置について検討した。その結果この加熱装置
は、上述のような問題点を一掃した極めて優れた装置で
あることが判明したが、腐食性ガスを使用する半導体装
置内では電極、熱電対のシールが必要であり、シール構
造が煩雑となるという問題点がなお残されている。

（発明が解決しようとする課題）本発明の課題は、従来の金属ヒーターのような汚染を防
止でき、また間接加熱方式の場合のように熱効率の悪さ
や赤外線透過窓への膜付着のような問題を生じず、しか
も電極の腐食や、電極間、電極ケース間の放電、漏電を
も防止できるような半導体ウエハー加熱装置を提供する
ことである。

（課題を解決するための手段）本発明は、抵抗発熱体が埋設され、容器内に設置され、
ウエハー加熱面が設けられたセラミックス製のヒーター
部と；このヒーター部の前記ウエハー加熱面以外の面に設けら
れ、前記容器との間で気密性シールを形成する凸状支持
部と；前記抵抗発熱体へと接続され、前記容器の内部空間へと
実質的に露出しないように前記容器外へと取り出された
電極とを有する半導体ウエハー加熱装置に係るものであ
る。

また、本発明は、前記ヒーター部と前記凸状支持部と
を、一体成形体をホットアイソスタティックプレスによ
り一体焼結することで上記の半導体ウエハー加熱装置を
製造する方法に係るものである。

また、本発明は、ヒーター部用成形体と、凸状支持部用
成形体とをそれぞれ成形し、これらの各成形体を互いい
接合して接合体を作製し、この接合体を焼結してヒータ
ーと凸状支持部とを製造する、上記の半導体ウエハー加
熱装置を製造する方法に係るものである。

また、本発明は、ヒーター部と凸状支持部とをそれぞれ
焼結により作製し、このヒーター部と凸状支持部とをガ
ラス接合又は拡散結合によって接合して一体化する、前
記の半導体ウエハー加熱装置の製造方法に係るものであ
る。

（実施例）第１図は、半導体製造用熱ＣＶＤ装置に本実施例の加熱
装置２を取り付けた状態を示す断面図である。

容器１の内部にはガス供給孔４から熱ＣＶＤ用のガスが
供給され、吸引孔５から真空ポンプにより内部に空気が
排出される。加熱装置２は、円盤状ヒーター部３と円柱
状支持部６とを一体化した断面Ｔ字形のものである。円
盤状ヒーター部３は、緻密でガスタイトなセラミックス
の内部にタングステン、モリブデン系等の抵抗発熱体９
をスパイラル条に埋設してなり、その端部には電極７を
介して電力が供給され、ウエハー加熱面3aを例えば1100
℃程度にまで加熱することができる。現在ウエハーＷは
例えば４〜８インチであるが、ウエハー加熱面3aはこの
ウエハーＷの全体を加熱しうるだけの大きさとする。

円盤状ヒーター部３の上側には、上記したように円柱状
支持部６が一体化され、円柱状支持部６の外周面と容器
１との間がＯ−リング11により気密シールされている。
図中、14は水冷ジャケットである。そして、熱電対８と
二本の電極７とが円盤状ヒーター部３、円柱状支持部６
に埋設され、円柱状支持部６の上側端面から容器１外へ
と取り出される。

本実施例の加熱装置によれば、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。

しかも、電極７が支持部６中に埋設され、容器内空間40
内へと露出しないので、電極７の腐食、電極７からの汚
染、さらには、真空中での電極間又は電極と容器１との
間の放電、漏電のおそれがない。従って、電極７をシー
ルする特別のシール構造は不要であり、また電極材料と
してタングステン以外の高融点金属を使用できる。

また、熱電対８も支持部６内へと埋設され、容器内空間
40へと露出しないので、熱電対をシールする特別のシー
ル構造を必要とせず、非常に有利である。即ち、本出願
人の研究によれば、特に真空中の場合、熱電対の周囲の
ガス分子の挙動は、大気圧〜１torrの真空状態において
は粘性流域にあるが、真空度が高まると分子流域に移行
し、これに伴って熱電対の周囲における熱移動の態様が
大幅に変化するため、正確な温度測定ができなくなるこ
とが判っている。また、粘性流域においても、圧力変動
が大きい場合は温度測定誤差が存在することが判ってい
る。この点、本実施例では、熱電対８が容器内空間40へ
と露出することなく外部へと接続されているので、上記
のような温度測定誤差の問題は生じない。

また、円柱状支持部６を容器１に対して気密にシールす
ることにより、ヒーター部３を支持するので、ヒーター
部３を支持するための特別な支持部材を必要としない。
従って、加熱装置全体の表面積を小さくでき、表面吸着
ガスが少なく、高真空では表面吸着ガスを放出させる必
要があることから、高真空を利用する半導体製造装置に
おいて有利である。

更に、本発明者の研究によれば、例えばグラファイト製
のカバーで円盤状ヒーターの側面を支持すると、この側
面から熱が逃げ、円盤状ヒーターの外縁部と内周部との
間で均熱を図るのが難しかった。これに対し、本実施例
では、側面方向への熱の逃げがないので、加熱面3aの均
熱化を図るのがより容易である。

円盤状ヒーター部３の材質としては、シリコンナイトラ
イド、サイアロン、窒化アルミニウム等が好ましく、シ
リコンナイトライドやサイアロンが耐熱衝撃性の点で更
に好ましい。円柱状支持部６の材質としては、後述する
一体焼結の関係からヒーター部３と同一材質とすると好
ましいが、少なくとも緻密質セラミックスを使用すれ
ば、汚染のおそれが少ないので便利である。

加熱装置２を製造するには、ヒーター部３と支持部６と
の形状となるようにセラミックス粉末を一体成形し、こ
の成形体に予め電極７と熱電対８とを埋め込んでおき、
ホットアイソスタティックプレスにより一体焼結する。

容器１と支持部６との間のシールは、第１図に示すＯ−
リングの他、拡散接合、摩擦圧接、表面にスパッタリン
グで金属薄膜を設けたうえでの摩擦圧接、ガラス接合、
メタルバッキング等によることができる。

ウエハー加熱面3aは平滑面とすることが好ましく、特に
ウエハー加熱面3aにウエハーＷが直接セットされる場合
には、平面度を500 μｍ以下としてヒーター部３と接す
るウエハーＷの裏面へのデボジション用ガスの侵入を防
止する必要がある。

ヒーター部３の内部に埋設される抵抗発熱体９として
は、高融点でありしかもＳi₃Ｎ_４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。

第２図の加熱装置12においては、円柱状支持部の代りに
円筒状支持部16を円盤状ヒーター部３と接合一体化し、
円筒状支持部16と容器１との間を気密にシールした。そ
して、電極７及び熱電対８の一端を円盤状ヒーター部３
中へと埋設し、それぞれ円筒状支持部16の筒内空間内へ
と取り出した。本実施例の加熱装置によって、第１図の
ものと同様の効果が得られる。

加熱装置12を製造するには、上記したホットアイソスタ
ティックプレスを適用できる他、次の方法を好適に利用
できる。

(1) ヒーター部３を常圧焼結又はホットプレス焼結で
焼結し、その際、電極７と熱電対８とは予め成形体中に
埋設しておく。円筒状支持部16については、予め射出成
形又は押し出し成形、プレス成形、静水圧プレス成形
し、常圧焼結して製造する。そしてこれらの各焼結体を
気密にガラス接合する。

(2) ヒーター部用成形体と円筒状支持部用成形体とを
個別に押出成形、射出成形、プレス成形、静水圧プレス
成形等で成形し、１／100 〜10mmの寸法公差を持たせた
嵌メ合イにより常圧焼結するか、あるいは、ヒーター部
用成形体に円筒状支持部用成形体を充分な圧力で押しつ
け、加圧焼結する。

(3) ヒーター部３を上記(1)のように焼結し、円筒状支
持部16を金属又は金属の化合物で成形し、両者をガラス
接合によって気密に接合する。

円筒状支持部16の材質としては、上記のセラミックスの
他、金属、金属の化合物を使用することもできる。この
材質として緻密質セラミックスを使用すると、汚染のお
それが少ないので有利である。また、金属としては、半
導体ウエハーＷの汚染につながらないものがよく、具体
的には加熱ヒーター部３に近い部分は、高温で使用可能
なタングステン、モリブデン、タンタル、チタンが好ま
しく、さらにＯ−リング11部の低温部にはステンレス、
アルミニウム等が好ましい。

第３図は更に他の実施例を示す断面図である。

この例では、円盤状ヒーター部３の周縁部に、断面Ｌ字
形の支持部26を設け、この支持部26の水平方向に伸びる
延在部27と容器１との間で気密シールを行っている。

(1) 第１図における加熱装置２の円盤状ヒーター部３
と円柱状支持部６の一体部、第２図の加熱装置12におけ
るヒーター部３と円筒状支持部16の接合部は、いずれの
場合も容器１に固定する際、支持部を保持するため、一
体部、接合部に応力集中しやすく、破壊の危険性が生じ
るが、第３図に示す加熱装置22では円盤状ヒーター部３
の周縁部に断面Ｌ字形の支持部26を有するため、保持す
る面積が広く応力が分散し、一体部、接合部での破壊が
生じにくい特徴がある。

(2) 熱ＣＶＤ等では、デポジョン後にウエハーＷ外の
面にＣＶＤ膜が付着し、これをプラズマによりクリーニ
ングする場合に、ヒーター凹面のＡ部にプラズマ用電極
を配置することができるため、プラズマ電極が容器１内
のガスの雰囲気にさらされない特徴がある。

(3) ヒーター凹面のＡ部に冷却構造を取りつけること
により、冷却時の応答性を良好とすることができる。

(4) ヒーター凹面のＡ部に、ヒーター部３のウエハー
Ｗチャック面の温度分布に合せて断熱、冷却手段を設
け、ウエハーＷチャック面の温度分布をコントロールで
きる。

電極７の腐食及び半導体ウエハーＷの汚染においては、
上記加熱装置２及び12と同様に良好な結果が得られる。

この加熱装置22を製造するには、ホットアイソスタティ
ックプレス法の他、上記(1)〜(3)の方法をいずれをも利
用できる。

ウエハー加熱面の均熱性は、加熱装置２及び12の場合、
加熱面中心の温度よりも加熱面周縁部温度の方が低いた
め、支持部６及び16の径を変化させることにより伝熱面
積を制御し加熱面の均一性を得ることができる。

加熱装置22では円盤状ヒーター部３の周縁部に断面Ｌ字
形の支持部26を有するため、支持部26の伝熱により加熱
面周縁部の放熱量が大きい。このため第３図の実施例で
は、ヒーター部３の外周部で発熱量を大きくした発熱体
を埋設した。

なお、上記の例において、熱電対以外の温度測定装置、
例えば放射温度計を使用できる。また、上記の例ではウ
エハー加熱面を下向きにし、ウエハーを図示しないピン
により下から支持して処理を行ったが、ウエハー加熱面
を上向きにしてもよい。

上記の例では凸状支持部は、容器の天井側の壁面との間
でシールされていたが、凸状支持部の取り付け位置はこ
れには限定されず、容器の下側壁面又は側壁に取り付け
ることもできる。

また、上記の例では、凸状支持部を、ウエハー加熱面の
反対側の背面に設けていたが、円盤状ヒーター部の側面
に設けることもできる。なお、ヒーター部の形状は、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
等に対しても適用可能である。

（発明の効果）本発明に係る半導体ウエハー加熱装置及びその製造方法
によれば、ヒーター部が容器内に設置されてウエハーを
直接加熱するために熱効率が高く、ヒーター部が、抵抗
発熱体の埋設されたセラミックスからなるので、金属ヒ
ーターの場合のように汚染を生じない。

そして、抵抗発熱体へと接続された電極が容器の内部空
間へと実質的に露出しないので、電極の腐食、電極から
の汚染のおそれがない。従って、電極をシールするため
の特別のシール構造は不要であり、電極材料としてタン
グステン以外の高融点金属を使用することもできる。

更に、凸状支持部と容器との間で気密性シールを形成す
るので、ヒーター部を支持するための特別な支持部材を
必要としない。従って、加熱装置全体を簡素化でき、表
面積を小さくできる。このことから表面吸着ガスを少な
くでき、高真空を利用する半導体製造装置において有利
である。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図はそれぞれ本発明の実施例に係
る半導体ウエハー加熱装置を容器に取り付けた状態を示
す概略断面図、第４図は従来の間接加熱方式による加熱装置を示す要部
断面図である。 1……容器 2,12,22 ……半導体ウエハー加熱装置 3……セラミックス製の円盤状ヒーター部 6……円柱状支持部 7……電極 8……熱電対 9……抵抗発熱体 11……Ｏ−リング 16……円筒状支持部 26……支持部 27……延在部 40……容器内空間Ｗ……半導体ウエハー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】抵抗発熱体が埋設され、容器内に設置さ
れ、ウエハー加熱面が設けられたセラミックス製のヒー
ター部と；このヒーター部の前記ウエハー加熱面以外の面に設けら
れ、前記容器との間で気密性シールを形成する凸状支持
部と；前記抵抗発熱体へと接続され、前記容器の内部空間へと
実質的に露出しないように前記容器外へと取り出された
電極とを有する半導体ウエハー加熱装置。
【請求項２】前記ヒーター部内へと熱電対の一端を埋設
し、前記容器の内部空間へと前記熱電対が実質的に露出
しないようにこの電熱対の他端を前記容器外へと取り出
した、請求項１記載の半導体ウエハー加熱装置。
【請求項３】前記凸状支持部がセラミックスからなる、
請求項１又は２項記載の半導体ウエハー加熱装置。
【請求項４】前記凸状支持部が金属又は金属の化合物か
らなり、前記ヒーター部の前記ウエハー加熱面以外の面
に接合されている、請求項１又は２項記載の半導体ウエ
ハー加熱装置。
【請求項５】前記ヒーター部と前記凸状支持部とを、一
体成形体をホットアイソスタティックプレスにより一体
焼結することで製造する、請求項３記載の半導体ウエハ
ー加熱装置の製造方法。
【請求項６】前記ヒーター部用成形体と、前記凸状支持
部用成形体とをそれぞれ成形し、これらの各成形体を互
いに接合して接合体を作製し、この接合体を焼結して前
記ヒーター部と前記凸状支持部とを製造する、請求項３
記載の半導体ウエハー加熱装置の製造方法。
【請求項７】ヒーター部と凸状支持部とをそれぞれ焼結
により作製し、このヒーター部と凸状支持部とをガラス
接合又は拡散接合によって接合して一体化する、請求項
３記載の半導体ウエハー加熱装置の製造方法。