(57)【要約】【課題】            反応チャンバー内に気密性を保持して簡単に収納することが可能なセラミックスヒータを提供すること、及びそのセラミックスヒータを用いることにより、優れた熱効率を達成でき、しかも反応チャンバーの小型化が可能な半導体製造装置及び液晶製造装置を提供する。【解決手段】        セラミックスヒータ１２は、内部に発熱体１３が埋設され、一部に一端側がガラス封止部２１で気密接合された金属フランジ１９を備えている。このセラミックスヒータ１１は半導体製造装置又は液晶製造装置の反応チャンバー１１内に収納され、支持部材１４で支持されると共に、金属フランジ２０の他端側が反応チャンバー１１の一部に支持され、且つＯ−リング１５で気密シールされる。【選択図】          図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造装置又は液晶製造装置の反応チャンバー内に配置して使用されるセラミックスヒータであって、発熱体が埋設されたセラミックスヒータの一部の一端がガラスで気密接合された金属フランジを備え、金属フランジを備え、金属のフランジの他端はセラミックスヒータを収納する反応チャンバーの一部に支持されると共に気密シールされることを特徴とするセラミックスヒータ。
【請求項２】
前記金属フランジはセラミックスヒータに形成された溝内に一端が挿入され、その一端挿入部の少なくとも一部を包み込むように溝内に充填されたガラスにより気密接合されていることを特徴とする、請求項１に記載のセラミックスヒータ。
【請求項３】
前記セラミックスヒータを構成するセラミックスとガラスとの熱膨張率の差が５×１０−６／℃以下であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のセラミックスヒータ。
【請求項４】
前記ガラスが結晶化ガラスであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のセラミックスヒータ。
【請求項５】
前記セラミックスヒータが、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウムから選ばれた材料で構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のセラミックスヒータ。
【請求項６】
前記金属フランジが、タングステン若しくはモリブデン、又はそれらにメッキ処理を施した材料で構成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のセラミックスヒータ。
【請求項７】
前記金属フランジが波形の形状であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のセラミックスヒータ。
【請求項８】
請求項１〜８のいずれかに記載のセラミックスヒータが反応チャンバー内に収納され、該セラミックスヒータに一端をガラスで気密接合された金属フランジの他端が反応チャンバーの一部に支持されると共にＯ−リングで気密シールされ、その気密シール部分近傍が冷却されていることを特徴とする半導体製造装置又は液晶製造装置。
【請求項９】
前記セラミックスヒータが、前記金属フランジ以外に、低熱伝導率の支持部材によって反応チャンバーに支持されていることを特徴とする、請求項８に記載の半導体製造装置又は液晶製造装置。
【請求項１０】
前記金属フランジの厚さが０．０５〜２．０ｍｍであることを特徴とする、請求項９に記載の半導体製造装置又は液晶製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や液晶製造装置の反応チャンバーに使用されるセラミックスヒータ、及びそのセラミックスヒータを用いた半導体製造装置及び液晶製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウエハ上でエッチングや成膜を行う場合、反応制御性に優れた枚葉式の半導体製造装置が一般に使用されている。半導体ウエハは反応チャンバー内に配置したセラミックス製の保持体の表面上に載せて、そのまま静置したり、機械的に固定したり、又は保持体に内蔵した電極に電圧を付加して静電力によってチャックしたりして、保持体上に固定される。
【０００３】
保持された半導体ウエハは、ＣＶＤ（chemical Vapor Deposition）、プラズマＣＶＤ等、あるいはエッチング、プラズマエッチング等における成膜速度やエッチング速度を均一に維持するために、その温度が厳密に制御される。その厳密な温度制御のために、保持体に内蔵した発熱体によって保持体を加熱し、その表面からの伝熱によって半導体ウエハを加熱するようになっている。尚、保持体は耐熱性、絶縁性、耐食性を備えた材料、例えば窒化アルミニウムや窒化ケイ素のようなセラミックス等で構成されている。
【０００４】
従来、保持体に系外から電力を供給するために、保持体の裏面に引き出した電極に引出線を繋ぎ、系外へ電気的に接続する方法が採られていた。その際、反応チャンバー内に流す反応ガスは腐食性の高いハロゲン系のガスが用いられるため、耐食性の高いセラミックスからなるパイプ状のシャフトを保持体に取り付け、このシャフト内に電極及び引出線を収納して反応チャンバー内の雰囲気と完全に遮断していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように従来の半導体製造装置においては、例えば図５に示すように、内部に発熱体３が埋設されたセラミックス製の保持体（以後、セラミックスヒータと云う）２は、その裏面にホットプレス等を用いてセラミックス製のシャフト４の一端が接合され、シャフト４内に電力供給用の引出線を収納している。このセラミックスヒータ２はシャフト４の他端で反応チャンバー１に支持され、且つＯ−リング５で気密シールされる。Ｏ−リング５の近傍には水冷ジャケット６を配置して、シール部分を２００℃以下に冷却することによりＯ−リング５を高温から保護している。
【０００６】
しかしながら、セラミックスヒータ２は埋設した発熱体３により５００〜８００℃の温度でウエハを均一に加熱する一方で、セラミックスヒータ２に接合されたシャフト４を通じて熱が逃げていき、またシャフト４の他端を水冷しているため、セラミックスヒータ２の均熱性が損なわれ且つ熱効率も悪かった。セラミックスヒータ２の熱効率は５０％以上が求められているが、従来の半導体製造装置ではシャフト４を通じて無駄になる熱が多く、熱効率の向上が妨げられると共に、ランニングコストが極めて高くなっていた。
【０００７】
セラミックスヒータ２の熱がシャフト４へ逃げるのを抑えるためには、シャフト４の肉厚を出来るだけ薄くして、熱の拡散に寄与する断面積を小さくすれば良い。しかし、セラミックスヒータ２の重量を支え且つ気密シールを取るためシャフト４には剛性や強度が必要であり、シャフト４を構成するセラミックスは脆性材料であるため、薄肉にするとセラミックスヒータ２の荷重やシャフト４の内外の気圧差で破損する危険がある。このような理由から、シャフト４の肉厚は通常３ｍｍ以上を必要とし、そのためセラミックスヒータ２からの熱の逃げを十分に抑えることができなかった。
【０００８】
また、反応チャンバー１には高い気密性が要求され、具体的にはＨｅリークで少なくとも１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ未満、望ましくは１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓ未満が求められている。従来は反応チャンバー１とシャフト４との間の気密シールをＯ−リング５で行っているが、ゴムや樹脂からなるＯ−リング５は精々２００℃までの温度にしか耐えられないため、耐熱素材のシャフト４を高温部から低温部までを伸ばし、且つ水冷して２００℃以下となった箇所でＯ−リング５を用いて気密シールしていた。
【０００９】
しかし、シャフト４に支持されているセラミックスヒータ２は５００〜８００℃に加熱されているので、シャフト４には温度分布が付き、シャフト４を短くし過ぎると熱勾配による応力で脆性材料のセラミックス製のシャフト４が割れてしまう。従って、シャフト４の長さは短くできず、３００ｍｍ程度の長いシャフト４にして熱勾配を緩やかにする必要があった。
【００１０】
このように、従来の半導体製造装置では、セラミックスヒータ２を長いシャフト４で支持する必要があるため、セラミックスヒータ２を収納する反応チャンバー１は非常に無駄の多い大型構造にせざるを得ず、実際に反応チャンバー１の高さは４００ｍｍ以上となっていたが、最近では２００ｍｍ以下に小型化することが求められている。
【００１１】
尚、上記した問題点は半導体製造装置だけのものではなく、発熱体を埋設したセラミックスヒータを反応チャンバー内に気密に支持して用いる液晶製造装置においても、同様の問題を抱えていた。
【００１２】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、反応チャンバー内に気密性を保持して簡単に収納することが可能なセラミックスヒータを提供すること、及びそのセラミックスヒータを用いることにより、優れた熱効率を達成でき、しかも反応チャンバーの小型化が可能な半導体製造装置及び液晶製造装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明が提供するセラミックスヒータは、半導体製造装置又は液晶製造装置の反応チャンバー内に配置して使用されるセラミックスヒータであって、発熱体が埋設されたセラミックスヒータの一部に一端がガラスで気密接合された金属フランジを備え、金属フランジの他端はセラミックスヒータを収納する反応チャンバーの一部に支持されると共に気密シールされることを特徴とするものである。
【００１４】
上記本発明のセラミックスヒータにおいて、前記金属フランジはセラミックスヒータに形成された溝内に一端が挿入され、その一端挿入部の少なくとも一部を包み込むように溝内に充填されたガラスにより気密接合されていることを特徴とする。
【００１５】
また、上記本発明のセラミックスヒータにおいては、前記セラミックスヒータを構成するセラミックスとガラスとの熱膨張率の差は５×１０−６／℃以下であることが好ましい。また、前記ガラスは結晶化ガラスであることが好ましい。
【００１６】
更に、上記本発明のセラミックスヒータにおいては、前記セラミックスヒータが、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウムから選ばれた材料で構成されていることを特徴とする。また、前記金属フランジが、タングステン若しくはモリブデン、又はそれらにメッキ処理を施した材料で構成されていることを特徴とする。また、前記金属フランジが波形の形状であることを特徴とする。
【００１７】
本発明は、また、上記本発明のセラミックスヒータを備えた半導体製造装置又は液晶製造装置を提供するものであり、その半導体製造装置又は液晶製造装置は、上記セラミックスヒータが反応チャンバー内に収納され、該セラミックスヒータに一端をガラスで気密接合された金属フランジの他端が反応チャンバーの一部に支持されると共にＯ−リングで気密シールされ、その気密シール部分近傍が冷却されていることを特徴とする。
【００１８】
また、上記本発明の半導体製造装置又は液晶製造装置では、前記セラミックスヒータが、前記金属フランジ以外に、低熱伝導率の支持部材によって反応チャンバーに支持されていることを特徴とする。特に、この場合のセラミックスヒータにおいては、前記金属フランジの厚さが０．０５〜２．０ｍｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、半導体製造装置や液晶製造装置の反応チャンバー内に、Ｈｅリーク量で１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ未満の気密性を保持した状態で簡単に取り付けることが可能なセラミックスヒ一タを提供することができる。また、そのセラミックスヒータを用いることにより、セラミックスヒータの熱効率５０％以上を達成することができ、しかも反応チャンバーの小型化が可能な半導体製造装置及び液晶製造装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
半導体製造装置や液晶製造装置に用いるセラミックスヒータは、従来は脆性材料であるセラミックス製のシャフトで反応チャンバー内に支持されており、熱伝導を抑制するためにはシャフトをできるだけ薄くすることが望ましいが、強度的に厚くしなければならないため、シャフトを通して逃げる熱が大きく、セラミックスヒータの熱効率が悪かった。また、反応チャンバーでのシャフト支持部をＯ−リングで気密シールするため、シャフトをＯ−リングが耐え得る低温部まで長く延長しなければならず、必然的に反応チャンバーが大型化していた。
【００２１】
これに対して本発明では、セラミックスよりも靭性の高い金属フランジの一端側をセラミックスヒータに気密に接合すると共に、この金属フランジの他端側を反応チャンバーに支持すると同時に気密シールする。また、セラミックスヒータと金属フランジとの気密接合には、セラミックスヒータ表面の所定加熱温度（通常は８００℃以上）で耐熱性を有するガラスを用いる。
【００２２】
半導体製造装置や液晶製造装置に用いられるセラミックスヒータのような大型部品について、高温における高信頼性の気密接合を行う場合、わずか一箇所でもリークは許されない。従って、小さな電子部品の接続の場合と同様に、大型のセラミックス部材に金属板の端部を重ねてガラスをその部分に肉盛りしたり、セラミックス部材に金属板の端を垂直にあてがってガラスでメニスカスを形成したりして接合しても、信頼性の高い気密接合を得ることは難しい。
【００２３】
本発明においては、大型のセラミックスヒータに溝を形成し、その溝の空間内に金属フランジの一端側を挿入すると共に、金属フランジの一端挿入部の少なくとも一部が、好ましくは両平面、更には両側面や端面を含めた全表面が包み込まれるように、溝の中にガラスを充填することによって、信頼性の高い気密接合を達成することができる。
【００２４】
一般に、セラミックス部材に金属板の端を重ねてガラスを肉盛りした場合は、金属板に押し付けの力が働いたときはセラミックスの反作用で耐えることができるが、引っ張りの力が働いたときには、肉盛りされている全面ではなく、金属板とガラスの接合端部のラインに引き剥がしの力が集中するため、その部分から徐々にガラスにクラックが導入されて容易に破壊が進行する。
【００２５】
また、セラミックス部材に金属板の端を垂直にあてがって、ガラスでメニスカスを形成して接合した場合は、金属板の平面に対して水平方向の応力には比較的強いが、垂直方向の力が加わったときには、ガラスのメニスカス端部の金属と接しているラインに引き剥がしの力が集中するため、その部分から徐々にガラスにクラックが導入されて容易に破壊が進行する。
【００２６】
これに対して、本発明によるセラミックスヒータと金属フランジの気密接合の場合には、金属フランジの平面に対し水平方向の応力が働いたときには、挿入された金属フランジのガラスで包み込まれた全面で応力を受けるため破壊を受け難い。また、垂直方向に応力が掛かっても、その力は金属フランジの反対側にあるガラスと溝を形成しているセラミックスで受ける。ガラスやセラミックスは、引っ張り応力や引き剥がしの応力には弱く容易にクラックが進展しやすいが、圧縮応力に対しては一般に一桁以上高い強度を示す。このような作用によって、信頼性の高い気密接合が得られるものと考えられる。
【００２７】
セラミックスヒータやガラスは接合後の冷却過程で熱収縮するが、その熱収縮量の差が大きいとガラスやセラミックスに掛かる熱応力が増大し、ガラスにクラックが入りやすくなる。熱収縮量の差による熱応力を抑制して、気密封止の信頼性を高めるため、使用するセラミックスとガラスの熱膨張率の差を５×１０−６／℃以下とすることが好ましい。
【００２８】
接合に用いるガラスとしては、従来から電子部品等においてセラミックスや金属の接合に使用されている材料であって良いが、ガラスの強度を上げて更に信頼性を内上させるためには、結晶化ガラスを用いることが好ましい。
【００２９】
また、セラミックスヒータを構成するセラミックスとしては、耐熱性、耐食性、耐酸化性等を考慮すると、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウムから選ばれた材料であることが好ましい。
【００３０】
金属フランジとしては、耐熱性の高いこと、ガラスやセラミックスとの熱膨張率の差が小さいことが必要であり、これらの点を考慮するとタングステン又はモリブデンであることが望ましい。また、耐食性や耐酸化性を高めるために、それらの金属フランジにニッケル等のメッキ処理を施すことが好ましい。
【００３１】
本発明のセラミックスヒータを反応チャンバー内に取り付ける際には、セラミックスヒータに接合した金属フランジの他端側を反応チャンバーの内壁に支持すると共に、その金属フランジの他端側と反応チャンバーの内壁との間を気密にシールする。尚、セラミックスヒータの荷重は金属フランジのみで受けても良いが、低熱伝導率の材料からなる支持部材を別途設けてセラミックスヒータの荷重を受けることもできる。
【００３２】
また、セラミックスヒータを支持するためには金属フランジが厚い方が好ましいが、厚くなると熱が逃げ易くなるので、０．０５〜２．０ｍｍ程度の厚さが望ましい。一方、セラミックスヒータの支持部材を別に設ける場合には、セラミックスヒータから金属フランジに熱が逃げるのを抑えるために、金属フランジを薄くすることができる。好ましくは、支持部材を設けてセラミックスヒータを支持すると共に、金属フランジの厚さを０．０５〜２．０ｍｍと薄くすることによって、金属フランジヘの熱の伝導が抑えられ、セラミックスヒータの熱効率の向上を図ることができる。
【００３３】
金属フランジの他端側と反応チャンバーの内壁とは、ボルトとナット等を用いて機械的に支持でき、その間の気密シールはＯ−リングで行うことができ、そのシール部分の近傍に水冷ジャケッを配置して冷却する。金属フランジの幅（又は長さ）を大きくし、セラミックスヒータとＯ−リングとの距離を長くするほどＯ−リングを低温部に移すことができ、熱的には反応チャンバーの設計に余裕ができる。
【００３４】
しかし、セラミックスヒータとＯ−リングとの距離を長くすると、セラミックスヒータを収納する反応チャンバーが大きくなる。そこで、金属フランジを波形に曲折することによって、熱的な勾配を持たせると同時に、反応チャンバーを小型化することが可能となる。
【００３５】
このようにしてセラミックスヒータを取り付けた反応チャンバーは、セラミックスヒータと金属フランジによって上側領域と下側領域とに区分され、両領域の間はガラスによる気密接合とＯ−リングでの気密シールとにより気密性が保たれる。従って、発熱体への電力供給用の引出線を、セラミックスヒータの裏面から反応チャンバーの下側領域を通して系外に簡単に導出することができる。
【００３６】
しかも、金属フランジを通して無駄に失われる熱が少なく、セラミックスヒータの熱効率を向上させることができると共に、金属フランジでセラミックスヒータを支持することにより無駄な空間が少なくなり、反応チャンバー及び半導体製造装置や液晶製造装置全体を小型化することが可能になった。
【実施例１】
【００３７】
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末に、焼結助剤として５重量％のイットリア（Ｙ２Ｏ３）を加え、更にバインダを添加して分散混合した後、スプレードライにより造粒した。この造粒粉末を用いて、焼結後の形状が直径３５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍとなる寸法の円板状成形体を一軸プレスにより２枚成形した。また、外径３５０ｍｍ、内径３００ｍｍ、厚み５ｍｍとなる寸法の円環状成形体を、冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）により１枚成形した。
【００３８】
円板状成形体の１枚に幅４ｍｍ及び深さ４ｍｍの溝を形成し、温度８００℃の窒素ガス気流中で脱脂した。その後、溝内にＭｏコイルを這わし、残り１枚の円板状成形体を重ねて、窒素中にて加重１００ｋｇｆ／ｃｍ２、温度１８５０℃で４時間焼結して接合し、セラミックスヒータを得た。尚、円環状成形体も同様に焼結して、セラミックスリングとした。
【００３９】
得られたセラミックスヒータ１２は、図１に示すように、内部にＭｏコイルからなる発熱体１３が埋設されている。このセラミックスヒータ１２の両端面をダイヤモンド砥粒を用いて研磨すると共に、セラミックスヒータ１２の下端部外周を溝加工して、外径３００ｍｍの小径部１７を形成した。
【００４０】
次に、セラミックスヒータ１２の小径部１７に、外径４００ｍｍ、内径３００ｍｍ、厚み１ｍｍのＷリングからなる金属フランジ１９の一端内周側を挿入し、更に上記セラミックスリング１８を差し込んだ。その後、図２に示すように、円板状のセラミックスヒータ１２とセラミックスリング１８で形成された溝内に、金属フランジ１９の一端挿入部の両側平面が包み込まれるように、軟化点が８５０℃で熱膨張率が４．５×１０−６／℃のガラス粉末を充填し、９００℃で溶融させてガラス封止部２１により気密接合した。
【００４１】
尚、セラミックスヒータ１２を構成する窒化アルミニウム（ＡｌＮ）の熱膨張率は４．５×１０−６／℃、封止用ガラスの熱膨張率が４．５×１０−６／℃であり、両者の熱膨張率の差はゼロである。
【００４２】
このようにして得られたセラミックスヒータ１２を、図３に示すように、金属フランジ１９の他端外周部を反応チャンバー１１の内壁にボルトやナットで締め付けて取り付けると共に、Ｏ−リング１５で気密シールした。また、セラミックスヒータ１２の裏面を、熱伝導率１５０Ｗ／ｍＫの窒化アルミニウムからなる直径１０ｍｍの４本の円柱状支持体１４で支持した。更に、Ｏ−リング１５による気密シール部の近傍に水冷ジャケット１６を配置した。発熱体１３の引出線は、セラミックスヒータ１２の裏面から反応チャンバー１１の底壁を通して、そのまま外部に導出した。
【００４３】
８００℃に加熱した状態で気密試験を実施したところ、反応チャンバー１１の全体（セラミックスヒータと金属フランジによる区分された上側領域）のＨｅリーク量は２．４×１０−１０Ｐａ・ｍ３／ｓであり、目標の１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ未満を達成でき、封止に全く問題は無かった。また、反応チャンバー１１の寸法は、内径５００ｍｍ、高さ１５０ｍｍに小型化できた。更に、セラミックスヒータ１２を８００℃に加熱した際の熱効率は６５％であった。
【００４４】
比較例１
実施例１と同様にして、Ｍｏコイルの発熱体を内蔵したセラミックスヒータを作製した。また、実施例１と同じ造粒粉末をＣＩＰ成形して、焼結後の形状が外径１００ｍｍ、内径８０ｍｍ、長さ３００ｍｍのパイプ状になるように成形した。このパイプ状成形体を温度８００℃の窒素ガス気流中で脱脂し、温度１９００℃で６時間焼結した。得られた焼結体パイプの両端面をダイヤモンド砥粒で研磨すると共に、中央部を研磨して外径８８ｍｍのシャフトに仕上げた。
【００４５】
このようにして作製したシャフトとセラミックスヒータを、１００ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で窒素気流中において１８００℃×２時問の条件でホットプレス接合した。図５に示すように、このセラミックスヒータ２を反応チャンバー１内に配置して、シャフト４で支持すると共に、シャフト４の下端と反応チャンバー１の底壁の間をＯ−リング５で気密シールした。更に、Ｏ−リング５の気密シール部の近傍に水冷ジャケット６を設置した。
【００４６】
８００℃に加熱した状態で気密試験を実施したところ、反応チャンバー全体のＨｅリーク量は２．６×１０−１０Ｐａ・ｍ３／ｓであり、目標の１０−８Ｐａ・ｍ３／Ｓ未満を達成でき、封止には全く問題が無かった。しかしながら、反応チャンバー１の寸法は、内径５００ｍｍ、高さ４５０ｍｍと大型になった。更に、セラミックスヒータ２を８００℃に加熱した際の熱効率は、４０％と不十分なものであった。
【実施例２】
【００４７】
実施例１と同様にして発熱体を内蔵したセラミックスヒータを作製し、封止用のガラスとして熱膨張率７．０×１０−６／℃のガラスを用いた以外は実施例１と同じ方法により、Ｗリングからなる金属フランジを接合したセラミックスヒータを作製した。
【００４８】
尚、セラミックスヒータを構成する窒化アルミニウムの熱膨張率は４．５×１０−６／℃、封止用ガラスの熱膨張率が７．０×１０−６／℃であり、両者の熱膨張率の差は２．５×１０−６／℃である。
【００４９】
このセラミックスヒータを実施例１と同様に反応チャンバーに取り付け、８００℃に加熱した状態で気密試験を実施したところ、反応チャンバー全体のＨｅリーク量は６．７×１０−１０Ｐａ・ｍ３／ｓであり、目標の１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ未満を達成でき、封止に全く問題は無かった。また、反応チャンバーの寸法は、内径５００ｍｍ、高さ１５０ｍｍに小型化できた。更に、セラミックスヒータを８００℃に加熱した際の熱効率は６５％であった。
【実施例３】
【００５０】
実施例１と同様にして発熱体を内蔵したセラミックスヒータを作製し、封止用のガラスとして熱膨張率９．０×１０−６／℃のガラスを用いた以外は実施例１と同じ方法により、Ｗリングからなる金属フランジを接合したセラミックスヒータを作製した。
【００５１】
尚、セラミックスヒータを構成する窒化アルミニウムの熱膨張率は４．５×１０−６／℃、封止用ガラスの熱膨張率が９．０×１０−６／℃であり、両者の熱膨張率の差は４・５×１０−６／℃である。
【００５２】
このセラミックスヒータを実施例１と同様に反応チャンバーに取り付け、８００℃に加熱した状態で気密試験を実施したところ、反応チャンバー全体のＨｅリーク量は９．５×１０−１０Ｐａ・ｍ３／ｓであり、目標の１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ未満を達成でき、封止に全く問題は無かった。また、反応チャンバーの寸法は、内径５００ｍｍ、高さ１５０ｍｍに小型化できた。更に、セラミックスヒータを８００℃に加熱した際の熱効率は６５％であった。
【実施例４】
【００５３】
実施例１と同様にして発熱体を内蔵したセラミックスヒータを作製し、封止用のガラスとして熱膨張率１０．０×１０−６／℃のガラスを用いた以外は実施例１と同じ方法により、Ｗリングからなる金属フランジを接合したセラミックスヒータを作製した。
【００５４】
尚、セラミックスヒータを構成する窒化アルミニウムの熱膨張率は４．５×１０−６／℃、封止用ガラスの熱膨張率が１０．０×１０−６／℃であり、両者の熱膨張率の差は５．５×１０−６／℃である。
【００５５】
このセラミックスヒータを実施例１と同様に反応チャンバーに取り付け、８００℃に加熱した状態で気密試験を実施したところ、反応チャンバー全体のＨｅリーク量は５．５×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓであり、目標の１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ未満を達成できた。また、反応チャンバーの寸法は、内径５００ｍｍ、高さ１５０ｍｍに小型化できた。更に、セラミックスヒータを８００℃に加熱した際の熱効率は６５％であった。
【実施例５】
【００５６】
実施例１と同様にして発熱体を内蔵したセラミックスヒータを作製し、封止用のガラスとして熱膨張率１２．０×１０−６／℃のガラスを用いた以外は実施例１と同じ方法により、Ｗリングからなる金属フランジを接合したセラミックスヒータを作製した。
【００５７】
尚、セラミックスヒータを構成する窒化アルミニウムの熱膨張率は４．５×１０−６／℃、封止用ガラスの熱膨張率が１２．０×１０−６／℃であり、両者の熱膨張率の差は７．５×１０−６／℃である。
【００５８】
このセラミックスヒータを実施例１と同様に反応チャンバーに取り付け、８００℃に加熱した状態で気密試験を実施したところ、反応チャンバー全体のＨｅリーク量は９．７×１０−９Ｐａ・ｍ３／ｓであり、目標の１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ未満を達成できた。また、反応チャンバーの寸法は、内径５００ｍｍ、高さ１５０ｍｍに小型化できた。更に、セラミックスヒータを８００℃に加熱した際の熱効率は６５％であった。
【実施例６】
【００５９】
実施例１と同様にして発熱体を内蔵したセラミックスヒータを作製し、封止用のガラスとして熱膨張率１２．０×１０−６／℃の結晶化ガラスを用いた以外は実施例１と同じ方法により、Ｗリングからなる金属フランジを接合したセラミックスヒータを作製した。
【００６０】
尚、セラミックスヒータを構成する窒化アルミニウムの熱膨張率は４．５×１０−６／℃、封止用の結晶化ガラスの熱膨張率が１２．０×１０−６／℃であり、両者の熱膨張率の差は７．５×１０−６／℃である。
【００６１】
このセラミックスヒータを実施例１と同様に反応チャンバーに取り付け、８００℃に加熱した状態で気密試験を実施したところ、反応チャンバー全体のＨｅリーク量は５．６×１０−１０Ｐａ・ｍ３／ｓであり、目標の１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ未満を達成でき、封止に全く問題は無かった。また、反応チャンバーの寸法は、内径５００ｍｍ、高さ１５０ｍｍに小型化できた。更に、セラミックスヒータを８００℃に加熱した際の熱効率は６５％であった。
【実施例７】
【００６２】
窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）粉末に、焼結助剤として３重量％のイットリア（Ｙ２Ｏ３）と２重量％のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を加え、更にバインダを添加して分散混合し、スプレードライにより造粒した。得られた造粒粉末を用い、焼結条件を窒素気流中１６５０℃で４時間にした以外は実施例１と同じ方法により、Ｗリングの金属フランジを接合したセラミックスヒータを作製した。
【００６３】
尚、セラミックスヒータを構成する窒化ケイ素の熱膨張率は３．５×１０−６／℃、封止用ガラスの熱膨張率が４．５×１０−６／℃であり、両者の熱膨張率の差は１．０×１０−６／℃である。
【００６４】
このセラミックスヒータを実施例１と同様に反応チャンバーに取り付け、８００℃に加熱した状態で気密試験を実施したところ、反応チャンバー全体のＨｅリーク量は５．３×１０−１０Ｐａ・ｍ３／ｓであり、目標の１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ未満を達成でき、封止に全く問題は無かった。また、反応チャンバーの寸法は、内径５００ｍｍ、高さ１５０ｍｍに小型化できた。更に、セラミックスヒータを８００℃に加熱した際の熱効率は６５％であった。
【実施例８】
【００６５】
炭化ケイ素（ＳｉＣ）粉末に、焼結助剤として２重量％の炭化ホウ素（Ｂ４Ｃ）と１重量％のカーボン（Ｃ）を加え、更にバインダを添加して分散混合し、スプレードライにより造粒した。得られた造粒粉末を用い、焼結条件をアルゴン気流中２０００℃で７時間にした以外は実施例１と同じ方法により、Ｗリングの金属フランジを接合したセラミックスヒータを作製した。
【００６６】
尚、セラミックスヒータを構成する炭化ケイ素の熱膨張率は３．５×１０−６／℃、封止用ガラスの熱膨張率が４．５×１０−６／℃であり、両者の熱膨張率の差は１．０×１０−６／℃である。
【００６７】
このセラミックスヒータを実施例１と同様に反応チャンバーに取り付け、８００℃に加熱した状態で気密試験を実施したところ、反応チャンバー全体のＨｅリーク量は４．８×１０−１０Ｐａ・ｍ３／ｓであり、目標の１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ未満を達成でき、封止に全く問題は無かった。また、反応チヤンバーの寸法は、内径５００ｍｍ、高さ１５０ｍｍに小型化できた。更に、セラミックスヒータを８００℃に加熱した際の熱効率は６５％であった。
【実施例９】
【００６８】
酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）粉末に、焼結助剤として２重量％のマグネシア（ＭｇＯ）を加え、更にバインダを添加して分散混合し、スプレードライにより造粒した。得られた造粒粉末を用い、焼結条件をアルゴン気流中２０００℃で７時間にした以外は実施例１と同じ方法により、Ｗリングの金属フランジを接合したセラミックスヒータを作製した。
【００６９】
尚、セラミックスヒータを構成する酸化アルミニウムの熱膨張率は７．５×１０−６／℃、封止用ガラスの熱膨張率が４．５×１０−６／℃であり、両者の熱膨張率の差は３．０×１０−６／℃である。
【００７０】
このセラミックスヒータを実施例１と同様に反応チャンバーに取り付け、８００℃に加熱した状態で気密試験を実施したところ、反応チャンバー全体のＨｅリーク量は８．８×１０−１０Ｐａ・ｍ３／ｓであり、目標の１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ未満を達成でき、封止に全く問題は無かった。また、反応チャンバーの寸法は、内径５００ｍｍ、高さ１５０ｍｍに小型化できた。更に、セラミックスヒータを８００℃に加熱した際の熱効率は６５％であった。
【実施例１０】
【００７１】
実施例１と同様にして発熱体を内蔵したセラミックスヒータを作製し、金属フランジであるＷリングに厚さ２μｍのＮｉメッキを施した以外は実施例１と同じ方法により、ＮｉメッキしたＷリングからなる金属フランジを接合したセラミックスヒータを作製した。
【００７２】
尚、セラミックスヒータを構成する窒化アルミニウムの熱膨張率は４．５×１０−６／℃、封止用ガラスの熱膨張率が４．５×１０−６／℃であり、両者の熱膨張率の差はゼロである。
【００７３】
このセラミックスヒータを実施例１と同様に反応チャンバーに取り付け、８００℃に加熱した状態で気密試験を実施したところ、反応チャンバー全体のＨｅリーク量は１．５×１０−１０Ｐａ・ｍ３／ｓであり、目標の１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ未満を達成でき、封止に全く問題は無かった。また、反応チャンバーの寸法は、内径５００ｍｍ、高さ１５０ｍｍに小型化できた。更に、セラミックスヒータを８００℃に加熱した際の熱効率は６５％であった。
【実施例１１】
【００７４】
実施例１と同様にして発熱体を内蔵したセラミックスヒータを作製し、金属フランジとして図４のように波形のＷリングからなる金属フランジ２０を用いた以外は実施例１と同じ方法により、波形のＷリングからなる金属フランジを接合したセラミックスヒータを作製した。尚、図４の反応チャンバーでは波形の金属フランジ２０を除く他の部分は全て図３と同じであり、従って同じ部分には同一の符号を付してある。
【００７５】
尚、セラミックスヒータを構成する窒化アルミニウムの熱膨張率は４．５×１０−６／℃、封止用ガラスの熱膨張率が４．５×１０−６／℃であり、両者の熱膨張率の差はゼロである。
【００７６】
このセラミックスヒータを実施例１と同様に反応チャンバーに取り付け、８００℃に加熱した状態で気密試験を実施したところ、反応チャンバー全体のＨｅリーク章は２．５×１０−１０Ｐａ・ｍ３／ｓであり、目標の１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ未満を達成でき、封止に全く問題は無かった。また、反応チャンバーの寸法は、内径４５０ｍｍ、高さ１５０ｍｍと更に小型化できた。セラミックスヒータを８００℃に加熱した際の熱効率は６５％であった。
【実施例１２】
【００７７】
実施例１と同様にして、発熱体を内蔵し且つＷリングからなる金属フランジを接合したセラミックスヒータを作製した。尚、セラミックスヒータを構成する窒化アルミニウムの熱膨張率は４．５×１０−６／℃、封止用ガラスの熱膨張率が４．５×１０−６／℃であり、両者の熱膨張率の差はゼロである。
【００７８】
このセラミックスヒータを実施例１と同様に反応チャンバーに取り付けると共に、窒化アルミニウムの円柱状支持体に代えて、熱伝導率２０Ｗ／ｍＫのアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる直径１０ｍｍの円柱状の支持部材４本を用いて反応チャンバーに支持した。
【００７９】
８００℃に加熱した状態で気密試験を実施したところ、反応チャンバー全体のＨｅリーク量は２．５×１０−１０Ｐａ・ｍ３／ｓであり、目標の１０−８Ｐａ・ｍ３／Ｓ未満を達成でき、封止に全く問題は無かった。また、反応チャンバーの寸法は、内径５００ｍｍ、高さ１５０ｍｍに小型化できた。更に、セラミックスヒータを８００℃に加熱した際の熱効率は７５％に向上した。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明によれば、半導体製造装置や液晶製造装置の反応チャンバー内に、Ｈｅリーク量で１０−８Ｐａ・ｍ３／ｓ未満の気密性を保持した状態で簡単に取り付けることが可能なセラミックスヒータを提供することができる。また、そのセラミックスヒータを用いることにより、セラミックスヒータの熱効率５０％以上を達成することができ、しかも反応チャンバーの小型化が可能な半導体製造装置及び液晶製造装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明によるセラミックスヒータを構成する各部材の一具体例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明によるセラミックスヒータの一具体例を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明によるセラミックスヒータを備えた反応チャンバーの一具体例を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明による別のセラミックスヒータを備えた反応チャンバーの他の具体例を模式的に示す断面図である。
【図５】従来のセラミックスヒータを備えた反応チャンバーの具体例を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１、１１  反応チャンバー
２、１２  セラミックスヒータ
３、１３  発熱体
５、１５  Ｏ−リング
６、１６  水冷ジャケット
１４  支持部材
１８  セラミックスリング
１９、２０  金属フランジ
２１  ガラス封止部
【図１】
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【図２】
2006302884.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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