(57)【要約】【課題】  フィルムヒータ１の表面に堆積する堆積物を電気的に検出可能とし、さらにその堆積物の厚み等を随時把握出来るようにし、堆積物の増大防止、或いは堆積物の除去の必要性等のメンテナンス情報を適宜且つ的確に得る。【解決手段】  フィルムヒータ１は、パターン化された導体膜からなるヒータエレメント３が、耐熱性を有する絶縁膜２、７でラミネートされフィルム形状を有し、可撓性を有するものであって、フィルムの面方向または厚み方向に対向して静電容量を取得する静電容量電極４ａ、４ｂを備え、フィルムの表面に付着する堆積物を前記静電容量電極４ａ、４ｂで取得される静電容量変化により検知するものである。例えば、静電容量電極４ａ、４ｂは、ヒータエレメント３と共に形成され、且つ絶縁膜２、７でラミネートされている。この場合、静電容量電極４ａ、４ｂは、フィルムヒータ１の面方向に対向し、静電容量を取得する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン化された導体膜からなるヒータエレメント（３）が、耐熱性を有する絶縁膜（２）、（７）でラミネートされ、フィルム形状を有し、可撓性を有するフィルムヒータであって、フィルムの面方向または厚み方向に対向して静電容量を取得する静電容量電極（４ａ）、（４ｂ）を備え、フィルムの表面に付着する堆積物を前記静電容量電極（４ａ）、（４ｂ）で取得される静電容量変化により検知することを特徴とする付着物検出器付フィルムヒータ。
【請求項２】
静電容量電極（４ａ）、（４ｂ）は、ヒータエレメント（３）と共に絶縁膜（２）、（７）でラミネートされていることを特徴とする請求項１に記載の付着物検出器付フィルムヒータ。
【請求項３】
一つの静電容量電極は、絶縁膜（２）、（７）の一方の表面上に形成され、絶縁膜（２）、（７）でラミネートされたヒータエレメント（３）との間に静電容量を取得するアース電極としての導体膜（８）からなることを特徴とする請求項１に記載の付着物検出器付フィルムヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体成膜装置等の排ガス配管の内面に張り合わせて装着されるフィルムヒータに静電容量電極を内包させ、フィルムヒータの表面に付着する堆積物を前記静電容量電極間で取得される静電容量変化により検知する機能を持たせた付着物検出器付のフィルムヒータに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体成膜装置にはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が多く用いられている。これは揮発性の金属ハロゲン化物や金属の有機化合物等を気相化学反応によってウエハ基板上に膜を堆積させる手法である。窒化物、酸化物、炭化物、珪化物、硼化物、高融点金属、金属、半導体等の薄膜を作成するのに使用されている。
【０００３】
このＣＶＤをもう少し詳しく説明すると、Ｓｉウエハ等の基板が設置されたチャンバ内を、一般的には減圧雰囲気とし、このチャンバ内にＨ2、Ａｒ、Ｎ2、ＣＯ2等のキャリアーガスと共に、例えば揮発性のハロゲン化物等の成膜材料であるソースガスを導入し、所定の反応温度になっているＳｉウエハ等の基板上に吹き付け、気相中でソースガスを反応させて、窒化膜等を堆積して成膜する。
【０００４】
このＣＶＤ装置では、ソースガスの反応によって副生成物、例えば窒化膜の成膜の場合には副生成物として塩化アンモニウムが発生するため、これをチャンバから排気ガス配管を通して、排出している。この塩化アンモニウムの温度と蒸気圧の関係を図８に示す。ＣＶＤ装置での成膜が数Ｔｏｒｒ程度で行われることが多いので、この図８から分かるように、約１５０℃以下に排ガス配管の温度が下がると、排ガス配管の内壁面で塩化アンモニウムが固化し、堆積する。この結果、最悪の場合排ガス配管が閉塞してしまう。
【０００５】
これを防止するため、ＣＶＤ成膜装置に付いているＣＶＤ排ガス配管は、配管外壁に接触設置されたヒータが付けられ、余裕を見て配管内を１５０℃程度に予熱することで、塩化アンモニウム等の堆積を防止している。しかし、排ガス配管は、そのメンテナンスを考えて分割し、接続部をクランプ構造にしているが、このクランプ部で放熱が大きく、局部的に低温となりやすい。また時には、排ガス配管の予熱ヒータが切れて温度が下がることもある。このような場合に、直ちに排ガス配管の閉塞が生じないように、排ガス配管は、排出する排ガスの流量に対して、流路の断面積に相当な余裕を持たせており、具体的には３〜４Ｂ程度の太径の排ガス配管を使用している。排ガス配管の太さに余裕が有ればこそ稼働時間外で予熱ヒータを交換したり配管の洗浄等が行える。
【０００６】
排ガス配管内に堆積物が付着しないように予熱ヒータを巻き付けるのは、流路閉塞対策だけでなく排ガス配管内に堆積した副生成物が配管内面から剥がれ、これにより基板が設置されているチャンバ側に副生成物のパーティクルが逆流逆拡散し、Ｓｉウエハ等の基板表面の汚染を防ぐようにするためでもある。
【０００７】
予熱ヒータの構造としては、一般にヒータのメンテナンスを考え、排ガス配管の予熱のために配管の外周にヒータを巻き付ける構造が一般的である。しかし、配管の内面を温めるのに配管の外から温めるのでは、熱の流れからして非効率である。排ガスの予熱という本来の目的からは排ガスのみを温めれば良い。そうすれば、熱容量の大きな排ガス配管全体を加熱する無駄が省け、予熱開始から成膜装置の稼働までの時間を早める点でも望ましい。そのためには、配管の内側に密着した薄くて軽く熱容量の小さいフィルム状のヒータが最も望ましい形のヒータと言える。
【０００８】
可撓性を有するフィルムヒータとしては、例えば下記の特許文献１（特開平１１−２９７４５８号公報）に記載されたような、柔軟な発熱体とこの発熱体を覆い囲む柔軟な電気絶縁層とを有し、前記電気絶縁層がポリマーからなる、柔軟性かつ耐熱性に優れた高温用のヒータが知られている。
【０００９】
しかし、仮にこのようなフィルムヒータを配管の内側に密着させても、配管をメンテナンスする為のクランプ構造物や圧力計を取り付けるポート等があって、配管に局部的な温度低下が生じ、副生成物が堆積することは避けられない。例えば、成膜装置そのものがウエハの出し入れや、ＣＶＤプロセス時の圧力、温度、流量変化等により温度変化を生じるため、予熱している配管であっても、チャンバ側の温度変動の影響を受けて、温度低下を来たし、徐々に配管内面に副生成物が堆積してくる。
【００１０】
これまで、副生成物による配管の目詰まりの状態は、成膜装置内（チャンバー）の減圧時の圧力降下の時間割合が悪化しているかどうかを、目詰まりの無い時の実績と比較し、推測し、判断していた。あるいは成膜プロセスの実行回数と堆積厚さとの関係もしくはウエハ基板上の汚染度合いとの関係を調べておき、予めその限界回数、限界値を見極めておき、その限界回数を超えたことで目詰まり判断していた。
【特許文献１】特開平１１−２９７４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、前記のフィルムヒータを使用した配管内部での加熱手段において、フィルムヒータの表面に堆積する堆積物を電気的に検出可能とし、これによりフィルムヒータの表面の堆積物の厚み等を随時把握出来るようにし、その堆積物の増大防止、或いは堆積物の除去の必要性等のメンテナンス情報を適宜且つ的確に得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
すなわち、本発明では前記の目的を達成するため、ＣＶＤ装置の排ガス配管等の内壁面に直接張り合わせるか或いは自己密着することが出来るフィルムヒータ１を使用するに当たり、フィルムの面方向または厚み方向に対向し、静電容量を取得出来る静電容量電極４ａ、４ｂを内包させ、フィルムヒータ１の表面に付着する堆積物とその厚さを静電容量変化により検知するものである。例えば、排ガス配管内壁面に張ったフィルムヒータ１の表面に堆積する副生成物を検知し、その堆積厚増大の防止と堆積物除去のための配管のメンテナンス時期の必要性を把握することが出来るようにする。
【００１３】
このような目的で使用される本願の請求項１に係る発明によるフィルムヒータ１は、パターン化された導体膜からなるヒータエレメント３が、耐熱性を有する絶縁膜２、７でラミネートされフィルム形状を有し、可撓性を有するものであって、フィルムの面方向または厚み方向に対向して静電容量を取得する静電容量電極４ａ、４ｂを備え、フィルムの表面に付着する堆積物を前記静電容量電極４ａ、４ｂで取得される静電容量変化により検知するものである。
また、本願の請求項２に係る発明は、前記請求項１に係る発明のフィルムヒータ１において、静電容量電極４ａ、４ｂがヒータエレメント３と共に形成され、且つ絶縁膜２、７でラミネートされているものである。
【００１４】
さらに、本願の請求項３に係る発明は、前記請求項１に係る発明のフィルムヒータ１において、一つの静電容量電極を、絶縁膜２、７の一方の表面上に形成され、絶縁膜２、７でラミネートされたヒータエレメント３との間に静電容量を取得するアース電極としての導体膜８からなるものである。
【発明の効果】
【００１５】
本願の請求項１〜３に係る発明では、フィルムヒータ１の面方向または厚み方向に対向して静電容量を取得する静電容量電極４ａ、４ｂを備え、フィルムヒータ１の表面に付着する堆積物を前記静電容量電極４ａ、４ｂで取得される静電容量変化により検知するため、フィルムヒータ１の表面に堆積物が付着したか否かを随時電気的に検出、把握することが出来る。すなわち、絶縁膜２、７やその表面上の配管内空間の誘電率と体積物の誘電率とは通常異なるため、フィルムヒータ１の表面に堆積物が付着していない時と付着した時に静電容量電極４ａ、４ｂで取得される静電容量は変化する。これの静電容量の変化により、フィルムヒータ１の表面の堆積物の付着を随時電気的に検知し、その堆積厚の増大に対する対策、或いはメンテナンス時期等の適正な判断に資することが出来る。
【００１６】
また、本願の請求項２に係る発明では、静電容量電極４ａ、４ｂがフィルムヒータ１の面方向に対向しているため、それら静電容量電極４ａ、４ｂにより静電容量を取得することが出来る。よって、フィルムヒータ１の表面に堆積する副生成物により静電容量変化を生じ、その副生成物の堆積を確実に検知することが出来る。
【００１７】
さらに、本願の請求項３に係る発明では、フィルムヒータ１の厚み方向に対向する導体膜８とヒータエレメント３とにより静電容量を取得することが出来る。このため、フィルムヒータ１を導体膜８側を配管の内壁面に向けて配管の中に取り付け、その導体膜８をアースして使用することにより、配管の中心軸方向の静電容量を重点的に測定することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
前述したようなＣＶＤ装置の排ガス配管の内壁面に張って取り付けることが出来るフィルムヒータ１において、その表面に付着した堆積物を検出でき、さらにはその厚みも把握できれば、配管のメンテナンス時期を決定することが出来る。特にメンテナンス時期を推定できれば、メンテナンスの準備ができて、非常に保全が楽になる。そのためには、排ガス配管の内壁面に張ったようにして取り付けられる、熱効率の良いフィルムヒータにおいて、そのフィルムヒータの表面に堆積物が付着したことを検出することが出来、さらにその厚みまで計測できる検出手段が望ましい。
【００１９】
排ガス配管の予熱温度は、成膜材料の種類と圧力によっては８０℃〜３００℃位まであってこの温度に耐える必要がある。この温度に耐えられる可撓性の良い絶縁材料には、フッ素系樹脂、ポリイミド樹脂或いはシリコン等がある。このうちフッ素系樹脂は接着剤が殆ど付かず、熱融着性もないので、フィルムヒータの絶縁材料として使用するのに適さない。シリコン樹脂は強度が弱く、特に小さな傷から裂けてしまうという欠点があるので、フィルムヒータの絶縁材料としてして使用するのにやはり適さない。そのため、ポリイミド樹脂がフィルムヒータの絶縁材料として最適である。
【００２０】
前述のようなＣＶＤ装置において生成する副生成物は、塩の形態か酸化物の形態のものが多く、ポリイミド樹脂より誘電率が高い。そのため、ポリイミド膜中に金属膜を張り合わせ電極としてフィルムヒータに組み込めば、フィルムヒータに副生成物が堆積すると、そのポリイミド樹脂との静電容量の違いから、その副生成物の堆積を検知し、且つその厚みが平均的な値として測定できる。
本発明はこのような観点からなされたものである。以下、このような本発明の実施例について、図面を参照しながら具体例を挙げて詳細に説明する。
【実施例１】
【００２１】
図１（ａ）は、フィルムヒータ１を示している。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線拡大断面図である。
すなわち、ポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂からなる厚さ５０μｍ程度の絶縁膜２の上に厚さ５０μｍ程度の導体膜からなるヒータエレメント３が形成されている。図示の例では、絶縁膜２が基本的に四角形であり、その一方の短辺から端子部１１ａ、１１ｂとなる突片が突出している。ヒータエレメント３は絶縁膜２上で連続する長尺な導体の帯となるようにパターニングされており、その両端の端子導体部５ａ、５ｂは前記絶縁膜２の端子部１１ａ、１１ｂに導出されている。
【００２２】
また、絶縁膜２の上には、やはりパターニングされた導体膜からなる一対の静電容量電極４ａ、４ｂが隣接して設けられ、これらの引出導体の端部である端子部６ａ、６ｂが前記ヒータエレメント３の両端の端子導体部５ａに隣接して絶縁膜３の端子部１１ａに導出されている。
【００２３】
さらに、これらのヒータエレメント３と前記静電容量電極４ａ、４ｂとこれらの引出部分を覆うように、その下の絶縁膜２の全面にわたってポリイミド樹脂等の耐熱性樹脂からなる厚さ２５μｍ程度の絶縁膜７が形成される。
なお、絶縁膜２上のヒータエレメント３とその端子導体部５ａ、５ｂや静電容量電極４ａ、４ｂとその端子部６ａ、６ｂの配置は、必要に応じて適宜変えることが出来ることは言うまでもない。
【００２４】
図２は排ガス配管等の配管１２内にフィルムヒータ１を取り付けた構造の一例を示す。このように、フィルムヒータ１を円筒形に曲げて、排ガス配管１２の内壁に沿うように取り付ける。
このフィルムヒータ１の配管１２への固定手段としては、ポリイミドワニス等で配管１２の内壁にフィルムヒータ１を張り付けてしまう手段や、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ６３０、ＳＵＳ６３１のようなバネ材の上にフィルムヒータ１を形成し、フィルムヒータ１に弾性を与え、そのバネ性で配管１２の内壁面に押し付けて張り付ける手段等がある。
【００２５】
隣接する配管１２はフランジ１５、１５により互いに接合し、二重に配置したＯリング等のガスケット１４でシールし、クランプ金具１３、１３…によりフランジ１５、１５を締め付けて固定する。図２の例では、クランプ金具１３、１３…を複数使用し、これらをリンクアーム１６で連結すると共に、１個所のクランプ金具１３’をボルト１７により締め付けて全体を締め付けて固定する。メンテナンス時の分解の際には、ボルト１７を緩め、外して分解する。フィルムヒータ１の端子部１１ａ、１１ｂは、フランジ１５、１５の間に設けたガスケット１４の間とその外側のアウターリング１８のスリットから引き出し、電源や測定器に接続する。
【００２６】
図３は、静電容量電極を有する本発明のフィルムヒータ１の特に電極構造の他の例を示している。図１（ｂ）に示した部分と対応した部分の要部拡大断面図である。
図３（ａ）は、絶縁膜２上に導体膜３を設けた側に一方の静電容量電極４ａを設け、絶縁膜２の表面にシールド用のアース電極として導体膜８を設け、これを他方の静電容量電極とした例である。静電容量電極４ａと導体膜８とは絶縁膜２を介してフィルムヒータ１の厚さ方向に対向しており、静電容量はヒータエレメント３ないしは、一つの新たなる電極４ａと導体膜８との間で測定する。
図３（ｂ）は、図３（ａ）において静電容量電極４ａを設けることなく、ヒータエレメント３を一方の静電容量電極として使用する例である。この場合静電容量は、ヒータエレメント３と導体膜８との間で測定する。
【００２７】
図４は、配管１２内に前述のフィルムヒータ１を取り付けた状態の部分断面を示している。図４（ａ）は図１に示したような電極構造を有するフィルムヒータを配管１２に取り付けた例であり、図４（ｂ）は、図３（ｂ）に示したような電極構造を有するフィルムヒータを配管１２に取り付けた例である。
【００２８】
図５は、図１に示したような絶縁膜２上に並設して一対の静電容量取得電極４ａ、４ｂを設けた電極構造の具体的寸法を示す図である。図５に示すように、ＳＵＳからなる静電容量取得電極４ａ、４ｂの膜厚を０．０５ｍｍ、その幅を４ｍｍとし、絶縁層２、７の合計厚みを０．２ｍｍとした。絶縁層２、７を形成するポリイミド樹脂の誘電率は３．０であり、堆積した塩化アンモニウム層１８の誘電率は１０．９であり、その上の排ガス層の誘電率は１．０である。
【００２９】
この条件において、静電容量取得電極４ａ、４ｂの間隔ｐをそれぞれｐ＝１ｍｍ、ｐ＝２ｍｍ、ｐ＝４ｍｍとしたときに、フィルムヒータ１の絶縁膜７上に堆積した塩化アンモニウムの堆積厚と静電容量取得電極４ａ、４ｂ間の静電容量は、図６はの如く変化する。この図６からも明らかなように塩化アンモニウムの堆積厚のｍｍ単位の変化で静電容量取得電極４ａ、４ｂ間の静電容量の変化は数十ＰＦあり、十分測定可能な容量変化である。
【００３０】
静電容量の変化を測定する手段は以下４つがある。
１、振幅変調法：高周波発振器とのＬＣ共振の回路を作って、測定すべき静電容量に発生する電圧を増幅器でその出力を見る。
２、周波数変調法：ＬＣやＬＲ発振回路に測定すべき静電容量を入れて発信周波数を測定する。
３、位相変調法：ブリッヂ回路中に測定すべき静電容量を入れて、位相変換に伴う電圧変化を検出する。
４、充放電減衰法：静電容量に受電し、その減衰時間で容量を測定するもので、ノイズの影響を減らす為に、短時間に繰り返して平均化する。
【００３１】
このうち、微妙な静電容量の変化を検知するのに適しているのは、３、の位相変調法であり、これが最も簡単である。この測定回路の例を図７に示す。この方式の欠点は、電源電圧の変動や周囲温度、漂遊容量の影響を受けやすいことであるが、近年安定した電源が多く市販されており、成膜装置稼働前及び稼働終了後の温度が安定した状態で測定するので有れば、比較的安価な回路で済む。特にクリーンルームの温度・湿度は管理されているので、測定回路の温度変化は非常に少なく、回路設計上簡単なものでも十分対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明によるフィルムヒータの構造を示す一部切欠きした斜視図（ａ）とそのＡ−Ａ線拡大断面図（ｂ）である。
【図２】配管内に図１に示したフィルムヒータを取り付けた構造の一例を示し、図２（ａ）はその縦断側面図、図２（ｂ）はその縦断正面図である。
【図３】静電容量電極を有する本発明のフィルムヒータの電極構造の他の例を示す要部断面図である。
【図４】配管内に前述のフィルムヒータを取り付けた状態の例を示す部分断面である。
【図５】図１に示したような絶縁膜上に並設して一対の静電容量取得電極を設けた電極構造の具体的寸法を示す拡大断面図である。
【図６】図５に示す条件において、静電容量取得電極の間隔ｐをそれぞれｐ＝１ｍｍ、ｐ＝２ｍｍ、ｐ＝４ｍｍとしたときに、フィルムヒータの絶縁膜上に堆積した塩化アンモニウムの堆積厚と静電容量取得電極間の静電容量の変化の例を示すグラフである。
【図７】位相変調法を用いたフィルムヒータの静電容量取得電極間の静電容量の測定回路の例を示す回路図である。
【図８】塩化アンモニウムの温度と蒸気圧との関係を示すグラフ（蒸気圧線図もしくは昇華曲線）である。
【符号の説明】
【００３３】
１    フィルムヒータ
２    絶縁膜
３    ヒータエレメント
４ａ  静電容量電極
４ｂ  静電容量電極
７    絶縁膜
８    アース電極としての導体膜
【図１】
2005064359.tif 000003
【図２】
2005064359.tif 000004
【図３】
2005064359.tif 000005
【図４】
2005064359.tif 000006
【図５】
2005064359.tif 000007
【図６】
2005064359.tif 000008
【図７】
2005064359.tif 000009
【図８】
2005064359.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成15年8月28日(2003.8.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
図５は、図１に示したような絶縁膜２上に並設して一対の静電容量取得電極４ａ、４ｂを設けた電極構造の具体的寸法を示す図である。図５に示すように、ＳＵＳからなる静電容量取得電極４ａ、４ｂの膜厚を０．０５ｍｍ、その幅を４ｍｍとし、絶縁層２、７の合計厚みを０．２ｍｍとした。絶縁層２、７を形成するポリイミド樹脂の誘電率は３．０であり、堆積した塩化アンモニウム層１９の誘電率は１０．９であり、その上の排ガス層の誘電率は１．０である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2005064359.tif 000011