(57)【要約】【課題】  寿命が長く、使用が容易で、別個の温度制御装置を用いなくても加熱温度を一定範囲に保持することができ、被加熱部材の広い範囲を加熱することが可能で、しかも消費電力の小さい加熱装置及びこれを用いた半導体製造装置を提供する。【解決手段】  熱伝導性を有する被加熱部材の外面に設置され、前記被加熱部材の内部を加熱するための加熱装置であって、前記被加熱部材の外面に設置される第１熱伝導性絶縁部材と、前記第１熱伝導性絶縁部材の表面上で、前記被加熱部材の表面に接触しないように配置されるＰＴＣ発熱体と、前記ＰＴＣ発熱体の表面上で、前記ＰＴＣ発熱体及び第１熱伝導性絶縁部材を覆うように設けられ、その端部が前記第１熱伝導性絶縁部材の外側で前記被加熱部材と接触している第２熱伝導性絶縁部材を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性を有する被加熱部材の外面に設置され、前記被加熱部材の内部を加熱するための加熱装置であって、
前記被加熱部材の外面に設置される第１熱伝導性絶縁部材と、
前記第１熱伝導性絶縁部材の表面上で、前記被加熱部材の表面に接触しないように配置されるＰＴＣ発熱体と、
前記ＰＴＣ発熱体の表面上で、前記ＰＴＣ発熱体及び第１熱伝導性絶縁部材を覆うように設けられ、その端部が前記第１熱伝導性絶縁部材の外側で前記被加熱部材と接触している第２熱伝導性絶縁部材を備えた加熱装置。
【請求項２】
前記被加熱部材は、半導体ウェハを処理するための半導体処理チャンバに処理ガスを供給するための給気システムを構成する部品である請求項１記載の加熱装置。
【請求項３】
前記被加熱部材は、半導体ウェハを処理するための半導体処理チャンバ内で生成された排ガスを半導体処理チャンバの外部に排気するための排気システムを構成する部品である請求項１記載の加熱装置。
【請求項４】
前記半導体処理チャンバは、ＣＶＤチャンバ及びエッチングチャンバのいずれかである請求項２又は３記載の加熱装置。
【請求項５】
請求項１記載の加熱装置と、
半導体ウェハを処理するための半導体処理チャンバを備え、
前記被加熱部材は、前記半導体処理チャンバに処理ガスを供給するための給気システムを構成する部品である半導体製造装置。
【請求項６】
請求項１記載の加熱装置と、
半導体ウェハを処理するための半導体処理チャンバを備え、
前記被加熱部材は、半導体ウェハを処理するための半導体処理チャンバ内で生成された排ガスを半導体処理チャンバの外部に排気するための排気システムを構成する部品である半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱装置及びこれを用いた半導体製造装置に関する。特に、本発明は、基板に対し半導体製造プロセスを実行する処理チャンバ内に処理ガスを供給する給気システムや、処理チャンバ内で実行されたプロセスから生じる排ガスを排出するための排気システムの加熱に用いることができる加熱装置及びこれを用いた半導体製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造工程では、基板となるシリコンウェハに対し、成膜、エッチング等のプロセスを施すための各種の半導体製造装置が用いられている。半導体製造装置には、プロセスを実行する処理チャンバ内にプロセスの種類に応じた処理ガスを供給する給気システムと、チャンバ内で実行されたプロセスから生じる排ガスを排出するための排気システムが設けられているものがある。
【０００３】
例えば、半導体デバイスの製造工程では、シリコンウェハ上に二酸化ケイ素（SiO2）等の薄膜を形成するためCVD（化学気相堆積）装置が用いられている。CVD装置の一例では、テトラエトキシシラン（TEOS）等の液体材料を気化させてCVDチャンバに送るための給気システムと、CVDチャンバ内で生成された排ガスを外部に排出するための排気システムが用いられている。このようなCVD装置では、液体材料を気化させ、所望の温度でCVDチャンバに供給するため、液体材料や、ガス管、バルプ等を含む給気システムを、例えば、60℃〜100℃前後で加熱することが行われている。
【０００４】
また、半導体デバイスの製造工程では、シリコンウェハ上に形成された不要な酸化膜や金属膜を除去するため、レジストパターンをマスクにして酸化膜等を食刻加工するためのエッチング装置が用いられる。エッチング装置には、ハロゲン元素等を含むエッチングガスをエッチングチャンバに供給するための給気システムと、エッチングチャンバ内で生じた排ガスをエッチングチャンバから排気するための排気システムを備えている。このようなエッチング装置においては、エッチングチャンバからの排ガスが排気システム内部で固化して、付着するのを防止するため、排気管やバルブ等を含む排気システムを、例えば、70℃〜120℃前後で加熱することが行われている
【０００５】
従来より、半導体製造装置の給気システムや排気システムを加熱する場合、通電により発熱するニクロム線やカーボン繊維等の発熱体をシリコンラバーで被覆したシリコンラバーヒータが用いれられていた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、シリコンラバーヒータは寿命が短く、故障が多いため、頻繁に交換やメインテナンスを必要とするといった問題がある。
【０００７】
また、シリコンラバーは加熱されるとシロキサンガスを発生し、半導体製造装置が設置されるクリーンルームのクリーン度を低下させるおそれがある。このため、シリコンラバーヒータの設置前にシリコンラバーを加熱して脱ガス処理を行わなければならず、使用に際して手間がかかるといった問題がある。
【０００８】
また、上述した半導体製造装置の給気システムや排気システムは一定の温度範囲に維持される必要があるため、シリコンラバーヒータの使用に際し、別途、バイメタルスイッチ等の温度制御装置を使用する必要があり、装置が複雑化するといった問題がある。また、温度調節装置が機能しなくなると、シリコンラバーヒータの温度は上昇し続けるため、半導体製造装置の給気システムや排気システムを損傷したり、自らが焼損してしまうことがあるいう問題がある。
【０００９】
さらに、従来のシリコンラバーヒータは、被加熱部材のシリコンラバーを介して発熱体と接触する部位及びその近傍のみを局所的に加熱するものであるため、一定温度のガスの供給や、排ガス中に含まれる成分の固化の防止といった加熱の目的を十分に達成することができないことがある。
【００１０】
本発明は上述した問題点を解決しようとしてなされたものであり、寿命が長く、使用が容易で、別個の温度制御装置を用いなくても加熱温度を一定範囲に保持することができ、被加熱部材の広い範囲を加熱することが可能で、しかも消費電力の小さい加熱装置及びこれを用いた半導体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】
【００１１】
上記目的を達成するため、本発明は、
熱伝導性を有する被加熱部材の外面に設置され、前記被加熱部材の内部を加熱するための加熱装置であって、
前記被加熱部材の外面に設置される第１熱伝導性絶縁部材と、
前記第１熱伝導性絶縁部材の表面上で、前記被加熱部材の表面に接触しないように配置されるＰＴＣ発熱体と、
前記ＰＴＣ発熱体の表面上で、前記ＰＴＣ発熱体及び第１熱伝導性絶縁部材を覆うように設けられ、その端部が前記第１熱伝導性絶縁部材の外側で前記被加熱部材と接触している第２熱伝導性絶縁部材を備えている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る加熱装置によれば、被加熱部材の加熱にＰＴＣ発熱体を用いたので、寿命が長く、使用が容易で、別個の温度制御装置を用いなくても加熱温度を一定範囲に保持することができ、しかも消費電力の小さい加熱装置を提供することが可能になる。また、第２熱伝導性絶縁部材の端部が第１熱伝導性絶縁部材の外側で前記被加熱部材と接触しているので、被加熱部材の広い範囲を加熱することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明に係る加熱装置の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る加熱装置を示す斜視図である。
【図３】ＰＴＣ発熱材料に電流を流した場合の消費電力及び温度の経時的変化を示すグラフである。
【図４】本発明に係る加熱装置と、第２熱伝導性絶縁部材が設けられていない加熱装置の加熱温度分布の比較を示すグラフである。
【図５】従来のシリコンラバーヒータを単独で用いた場合、従来のシリコンラバーヒータと温度制御装置としてのバイメタルスイッチを併用した場合、及び、本発明に係る加熱装置を用いた場合の加熱温度の経時的変化を示すグラフである。
【図６】本発明に係る加熱装置の他の実施形態を示す断面図である。
【図７】本発明に係る加熱装置を用いたＣＶＤ装置の一例を示す図である。
【図８】本発明に係る加熱装置を用いたエッチング装置の一例を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明に係る加熱装置の一実施形成を示す。この加熱装置１０は、熱伝導性を有する被加熱部材１２の外面に設置され、被加熱部材１２の内部を加熱するために用いられる。被加熱部材１２としては、例えば、半導体製造装置の給気システムや排気システムを構成するガス管やバルブ等がある。
【００１５】
加熱装置１０は、被加熱部材１２の外面に直接的に貼着される第１熱伝導性絶縁部材１４と、第１熱伝導性絶縁部材１４の表面上で、被加熱部材１２の表面に接触しないように設けられるＰＴＣ発熱体１６と、ＰＴＣ発熱体１６の表面上でＰＴＣ発熱体１６を覆うように設けられ、端部が第１熱伝導性絶縁部材１４の外側で被加熱部材１２と直接接触する第２熱伝導性絶縁部材１８を備えている。
【００１６】
第１熱伝導性絶縁部材１４は、高い熱伝導性と電気的絶縁性を有する板状部材であり、ＰＴＣ発熱体１６が被加熱部材１２の表面と接触するのを防止すると共に、ＰＴＣ発熱体１６の熱を被加熱部材１２に伝導するために用いられる。この第１熱伝導性絶縁部材１４は、例えば、ポリフェニレンサルファイド（PPS）樹脂、ナイロン樹脂等の熱伝導性樹脂で形成することができる。
【００１７】
ＰＴＣ発熱体１６は、図２に示されるように、板状に形成されたＰＴＣ発熱材料が熱伝導性の樹脂で完全に被覆され、外部に電源と接続されるリード線１６ａが露出された構造を有している。PTC発熱材料は通電すると発熱するが、温度が上がると電気抵抗が増大して、電流が流れにくくなり、最終的には一定の温度が保持される材料である。
【００１８】
図３はＰＴＣ発熱材料に電流を流した場合の消費電力及び温度の経時的変化を示す図である。図３より、ＰＴＣ発熱材料に電流を流すと、当初は温度が上昇するが、これに伴ってＰＴＣヒータの電気抵抗が増大し、消費電力が低下し、結果として、一定の温度が保持されることが判る。このPTC発熱材料は、例えば、チタン酸バリウムを主成分とするセラミック等で形成することができる。
【００１９】
第２熱伝導性絶縁部材１８は、PTC発熱体１６の熱を、被加熱部材１２の第１熱伝導性絶縁部材１４と接触しない部位に伝達するために用いられる。この第２熱伝導性絶縁部材１８は、上述した熱伝導性樹脂で形成することができる。第１熱伝導性絶縁部材１４と第２熱伝導性絶縁部材１８は、同じ物質で形成してもよく、異なる物質で形成してもよい。
【００２０】
図４は上記構成を有する加熱装置１０と、第２熱伝導性絶縁部材１８が設けられていない加熱装置の加熱温度分布の比較を示すグラフである。第２熱伝導性絶縁部材１８が設けられていない加熱装置の場合、加熱部材１２のＰＴＣ発熱体１６と対向する部位及びその周辺の部位の温度が高くなっている。これに対し、本発明に係る加熱装置によれば、第２熱伝導性絶縁部材１８により、ＰＴＣ発熱体１６の熱を被加熱部材１２のＰＴＣ発熱体１６と対向する部位の外側に伝導することができるため、より平坦な温度分布が形成されていることが判る。尚、本発明に係る加熱装置１０において、第１熱伝導性絶縁部材１４と第２熱伝導性絶縁部材１８の熱伝導性や、第１熱伝導性絶縁部材１４と第２熱伝導性絶縁部材１８が被加熱部材１２と接触する面積等を適宜調整することにより、加熱装置１０による温度分布の平坦化や部分的な温度勾配を作り出すことが可能となる。
【００２１】
図５は、従来のシリコンラバーヒータを単独で用いた場合、従来のシリコンラバーヒータと温度制御装置としてのバイメタルスイッチを併用した場合、及び、本発明に係る加熱装置１０を用いた場合の加熱温度の経時的変化を示すグラフである。従来のシリコンラバーヒータを単独で用いると、温度が一定範囲を超えて上昇してしまう。シリコンラバーヒータとバイメタルスイッチを併用すると、温度が一定範囲で上下動する。これに対し、本発明に係る加熱装置１０を用いると、温度が一定範囲に保持されることが判る。 
【００２２】
次に本発明に係る加熱装置の他の実施形態について説明する。以下の説明において、上述した構成と同一のものについては、同一の参照番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００２３】
図６は本発明に係る加熱装置の他の実施形態を説明するための図である。上述した実施形態では、PTC発熱材料及びPTC発熱材料と接触する電極部分が樹脂により完全に被覆されたタイプのＰＴＣ発熱体１４が用いられていた。これに対し、本実施形態の加熱装置２０では発熱材料及び発熱材料と接触する電極部分が樹脂により完全に被覆されず、少なくとも一部が外部に露出されたタイプのＰＴＣ発熱体１６が用いられている。本実施形態においては、第１熱伝導性絶縁部材１４とＰＴＣ発熱体１６との間に上述した熱伝導性樹脂等の材料で形成された樹脂シート２２が設けられている。加熱装置２０に樹脂シート２２を設けることにより、ＰＴＣ発熱材料及びＰＴＣ発熱材料に設けられた電極が被加熱部材１２と接触してショートすることを防止することができる。
【００２４】
次に、本発明に係る加熱装置１０、２０を用いた半導体製造装置について説明する。
【００２５】
図７は上述した加熱装置を用いたCVD装置４０の一例を示す。
【００２６】
CVD装置４０は、半導体ウェハ（図示せず）に対し成膜を行うCVDチャンバ４２と、CVDチャンバ４２に処理ガスを供給するための給気システム４４と、CVDチャンバ４２で生じた排ガスをCVDチャンバ４２の外部に排出するための排気システム５０を備えている。
【００２７】
給気システム４４は、半導体ウェハ上に形成される成膜の材料となるテトラエトキシシラン（TEOS）、テトラキスジメチルアミノチタン（TDMAT）等の液体材料を保持するための液体ガス源４５と、液体ガス源４５内で気化された液体材料をCVDチャンバに送るためのアルゴン（Ar）、窒素（N2）等のキャリアガスを保持するキャリアガス源４６と、キャリアガス源４６、液体ガス源４５及びCVDチャンバ４２を連結するためのガス管４７ａ、４７ｂ、バルブｖ１、ｖ２、フローメータ（流量計）Ｆを備えている。
【００２８】
排気システム５０は、CVDチャンバ４２内で発生した排ガスを吸引するための排気ポンプ５２と、排気ポンプ５２とCVDチャンバ４２を連結するためのガス管５４及びバルブｖ３を備えている。
【００２９】
上述したCVD装置４０において、キャリアガス源４６からのキャリアガスは上流側のガス管４７ａ及びバルブｖ１を通じて液体ガス源４５に送られ、気化された液体材料と混合される。キャリアガスと混合された気化された液体材料は下流側のガス管４７ｂ、フローメータＦ及びバルブｖ２を経てCVDチャンバ４２に送られる。CVDチャンバ４２で生成されたガスは、排気ポンプ５２により吸引され、排気システム５０のガス管５４及びバルブｖ３を経て外部に排出される。
【００３０】
このようなCVD装置４０において、加熱装置１０、２０は給気システム４４の液体ガス源４５、下流側のガス管４７ｂ及びバルブｖ２等に取り付けることができる。これによって、液体材料の気化を容易にし、気化された液体材料が液体に戻るのを防止し、気化された材料を所望の温度でCVDチャンバ４２に供給することが可能になる。
【００３１】
次に、本発明に係る加熱装置１０、２０を用いた半導体製造装置の他の実施形態について説明する。
【００３２】
図８は上述した加熱装置１０、２０を用いたエッチング装置６０の一例を示す。
【００３３】
図８において、エッチング装置６０は、レジストパターンが形成された半導体ウェハ（図示せず）に対しエッチング処理を行うエッチングチャンバ６２と、エッチングチャンバ６２に処理ガスを供給するための給気システム６３と、エッチングチャンバ６２で生じた排ガスをエッチングチャンバ６２の外部に排出するための排気システム６８を備えている。
【００３４】
給気システム６３は、半導体ウェハをエッチング処理するための、ハロゲン元素を含むガス等のエッチングガスを保持するためのエッチングガス源６４と、エッチングガス源６４とエッチングチャンバ６２を連結するためのガス管６５及びバルブｖ４を備えている。
【００３５】
排気システム６８は、エッチングチャンバ内で発生した排ガスを吸引するための排気ポンプ５２と、排気ポンプ５２とエッチングチャンバ６２を連結するためのガス管５４及びバルブｖ３を備えている。
【００３６】
上述したエッチング装置６０において、エッチングガス源６４からのエッチングガスは給気システムのガス管６５及びバルブｖ４を通じてエッチングチャンバ６２に送られる。エッチングチャンバ６２内において、エッチングガスはレジストパターンに覆われていない半導体ウェハの表面と接触、反応し、半導体ウェハの表面の不要な酸化物膜等を気化して除去する。エッチングチャンバ６２で生成された排ガスは、排気ポンプ５２により吸引され、排気システムのガス管５４及びバルブｖ３を経て外部に排出される。
【００３７】
このようなエッチング装置６０において、加熱装置１０、２０は排気システム６８のガス管５４及びバルブｖ３等に取り付けることができる。これによって、エッチングチャンバ６２からの排気ガスに含まれる成分が排気システム６８で固化して、排気システム６８の内部に着するのを防止することが可能になる。
【００３８】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実施することができる。例えば、上述した実施形態では半導体製造装置の給気システム又は排気システムの一方に加熱装置が設けられているが、給気システム又は排気システムの両方に加熱装置を設けることも可能である。
【００３９】
また、上述した上述した実施形態では、加熱装置は半導体製造装置の給気システム又は排気システムに設けられているが、加熱装置を半導体製造装置の他の部分に設けることも可能である。
【００４０】
さらに、上述した上述した実施形態では、加熱装置が用いられる半導体製造装置としてＣＶＤ装置やエッチング装置が上げられているが、加熱装置をエピタキシャル成長装置等の他の半導体製造装置に設けることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
上記の説明から明らかなように、本発明によれば、寿命が長く、使用が容易で、別個の温度制御装置を用いなくても加熱温度を一定範囲に保持することができ、被加熱部材の広い範囲を加熱することが可能で、しかも消費電力の小さい加熱装置及びこれを用いた半導体製造装置を提供することが可能になる。
【符号の説明】
【００４２】
１０  加熱装置
１２  被加熱部材
１４  第１熱伝導性絶縁部材１８
１６  ＰＴＣ発熱体
１８  第２熱伝導性絶縁部材１８
２０  加熱装置
４０  ＣＶＤ装置
６０  エッチング装置
【図１】
2015230837.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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