(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理物を設置し、温度変化を伴うセラミックサセプターを処理室内へと取り付けるための支持構造であって、
前記セラミックサセプターの被処理物設置面とは反対面側に一体化されている支持用突起、および前記処理室に対して取り付けられており、前記支持用突起とは別体の支持部材を備えており、前記支持部材が、断熱材からなる断熱部材と、その一端を前記処理室に対して取り付けられた、金属からなる金属部材とを備える筒状の部材からなり、前記支持用突起と前記断熱部材とが、前記支持用突起および前記断熱部材にそれぞれ貫通孔を設け、前記支持用突起を前記断熱部材の端部に挿入した状態で、前記支持用突起の貫通孔および前記断熱部材の貫通孔内に係合部材を挿入して機械的に取り付けられており、前記断熱部材と前記金属部材の他端とが、前記断熱部材の外壁面および前記金属部材の外壁面のそれぞれに設けた溝に外側から複数に分割された保持部材の突起を挿入して保持することで機械的に取り付けられていることを特徴とする、セラミックサセプターの支持構造。
【請求項２】
前記支持部材が、前記セラミックサセプターを３箇所で支持することを特徴とする、請求項１記載の支持構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被処理物を設置し、加熱するためのセラミックサセプターをチャンバーへと取り付けるための支持構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造用途においては、例えば図８に示すように、セラミックサセプター１をチャンバー２の内側壁面へと取り付ける必要がある。このため、セラミックス板製の筒状の支持部材２１の一端２１ａをサセプター１の背面１ｂへと取り付け、支持部材２１の他端２１ｃをチャンバー２の内側壁面２ａへと取り付けることが行われている。支持部材２１は、アルミナ、窒化アルミニウム等の耐熱性のセラミックスによって形成されている。支持部材２１の内側空間とチャンバー２の開口２ｂとを連通させる。支持部材２１とチャンバー２との間はＯリング２０によって気密に封止する。
【０００３】
サセプター１の半導体ウエハーＷの設置面（加熱面）１ａの温度は、例えば４００℃以上、時には６００℃以上にも達する。一方、Ｏリング等のゴム製の封止部材２０は高熱には耐えられず、その耐熱温度は通常２００℃程度である。このため、チャンバー内に冷却フランジ１５を設けることによって、Ｏリングの周辺を冷却し、Ｏリングの周辺の温度が２００℃以下となるように調節することが好ましい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、セラミックサセプター１の温度が上記のように高くなり、支持部材２１の一端２１ａの温度が例えば４００℃を超え、支持部材２１の他端２１ｃの温度を２００℃以下に冷却したものとすると、支持部材の内部における温度勾配は２００℃以上となる。
【０００５】
支持部材２１のサセプター１に対する接合強度を向上させるためには、およびガス穴や、端子および熱電対を通すための貫通孔を支持部材２１の壁面の内部に設けるためには、支持部材２１を肉厚にし、支持部材のサセプターに対する接合面積を増大させる必要がある。しかし、支持部材を肉厚にすると、前述のように支持部材に大きな温度勾配が生ずることから、支持部材２１を伝搬する熱伝導量が大きくなる。この結果、支持部材２１の接合部分２１ａの近辺からの熱伝導の増大によって、加熱面１ａにコールドスポットが生ずる。この観点からは、支持部材２１の本体部分は肉薄にし、支持部材２１のサセプター側端部に肉厚の拡張部分（フランジ部分）２１ａを設けることが有用である。
【０００６】
しかし、支持部材２１の端部にフランジ部分２１ａを設けると、サセプターを高温に加熱するときに、支持部材の円筒状の本体部分２１ｂとフランジ部分２１ａとの境界付近に集中する内部応力が過大になる傾向がある。特に、フランジ部分２１ａの近傍は、図８に示すように曲折しており、この曲折部分に熱応力が集中する傾向がある。
【０００７】
本発明の課題は、被処理物を設置し、加熱するためのセラミックサセプターをチャンバーへと取り付けるための支持構造において、加熱時にセラミックサセプターから支持部材を通してチャンバーへと逃げる熱量をできるだけ少なくすることによって、コールドスポットの発生を抑制し、セラミックサセプターと支持部材との接合部分における熱応力を低減できるようにし、接合部分における歪みやズレ、破損を防止できるようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被処理物を設置し、温度変化を伴うセラミックサセプターを処理室内へと取り付けるための支持構造であって、前記セラミックサセプターの被処理物設置面とは反対面側に一体化されている支持用突起、および前記処理室に対して取り付けられており、前記支持用突起とは別体の支持部材を備えており、前記支持部材が、断熱材からなる断熱部材と、その一端を前記処理室に対して取り付けられた、金属からなる金属部材とを備える筒状の部材からなり、前記支持用突起と前記断熱部材とが、前記支持用突起および前記断熱部材にそれぞれ貫通孔を設け、前記支持用突起を前記断熱部材の端部に挿入した状態で、前記支持用突起の貫通孔および前記断熱部材の貫通孔内に係合部材を挿入して機械的に取り付けられており、前記断熱部材と前記金属部材の他端とが、前記断熱部材の外壁面および前記金属部材の外壁面のそれぞれに設けた溝に外側から複数に分割された保持部材の突起を挿入して保持することで機械的に取り付けられていることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、セラミックサセプターの背面側に支持用突起を一体に設け、この支持用突起を、セラミックサセプターとは直接には接合されない別体の支持部材に対して機械的に取り付ける。そして、この支持部材の少なくとも一部を断熱材によって形成した。この結果、加熱時に、セラミックサセプターが熱膨張しても、支持部材はセラミックサセプターおよび支持用突起とは別体であり、機械的に係合されているだけなので、支持用突起と支持部材との係合部分において熱応力が直接には加わらず、支持用突起の変形が機械的結合手段の変形や変位によって吸収される。従って、セラミックサセプターと支持部材との接合部分における熱応力を低減でき、接合部分における歪みやズレ、破損を防止できる。その上、この支持部材の少なくとも一部を断熱材によって形成することで、加熱時にセラミックサセプターから支持部材を通してチャンバーへと逃げる熱量を低減し、コールドスポットの発生を抑制できる。また、機械的固定でありながら、被処理物設置面側に固定部材（主にメタル）が露出していない。
【００１０】
セラミックサセプターに支持用突起を形成する方法は限定されない。一例では、セラミックサセプターの背面側を研削加工することによって、支持用突起を削りだすことができる。この場合には、支持用突起とセラミックサセプターとのセラミックス組織は連続する。
【００１１】
また、セラミックサセプターと、これとは別体の支持部材とを接合し、一体化することができる。この接合方法は特に限定されず、例えばろう材によって接合でき、あるいは特開平８−７３２８０号公報に記載のようにして固相接合または固液接合できる。サセプターの加熱面の最高温度は、例えば４００℃以上、時には６００℃以上、１２００℃以下に達する。
【００１２】
セラミックサセプターの材質は限定されず、窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウム等の窒化物セラミックス、アルミナ、窒化アルミニウム等のアルミニウム基セラミックス、炭化珪素、希土類の窒化物、希土類の酸化物などを例示できる。ハロゲン系腐食性ガスに対して耐蝕性を有するセラミックスが好ましく、特に窒化アルミニウムまたは緻密質アルミナが好ましく、９５％以上の相対密度を有する窒化アルミニウム質セラミックス、アルミナが一層好ましい。
【００１３】
支持用突起の材質は、上記したセラミックサセプターの材質であってよい。また、セラミックス以外の硬質の無機材料、例えば非晶質無機材料、ガラス、結晶化ガラスであってよい。
【００１４】
セラミックサセプターは何らかの加熱源によって加熱されるが、その加熱源は限定されず、外部の熱源（例えば赤外線ランプ）によって加熱されるサセプターと、内部の熱源（例えばサセプター内に埋設されたヒーター）によって加熱されるサセプターとの双方を含む。サセプター中には、抵抗発熱体、静電チャック用電極、プラズマ発生用電極などの機能性部品を埋設することができる。
【００１５】
断熱材は限定されないが、熱伝導率が３５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材質が好ましく、１５Ｗ／ｍ・Ｋ以下の材質が特に好ましい。断熱材の好適例は、ステンレス等のＮｉ合金、アルミナ、Ｓｉ３Ｎ４、サイアロン、石英等である。
【００１６】
好適な実施形態においては、支持部材が、断熱材からなる断熱部材と、金属からなる金属部材とを備えている。金属部材の材質は限定されないが、半導体汚染防止の観点からは、アルミニウム、ニッケル、タンタル、ステンレス等のＮｉ合金、白金、希土類元素が好ましい。
【００１７】
好適な実施形態においては、支持部材が筒状をなしている。この場合には、断面積を小さくし、熱伝導を下げると共に構造体としての強度を確保することができる。さらに、支持部材の中に配線や熱電対を収容できる。また、支持部材の壁面の中に配線や熱電対を収容できる。
【００１８】
支持部材と支持用突起とが機械的手段によって取り付けられているとは、支持部材と支持用突起とが、一定の界面に沿って化学的な接合、接着を伴って接合ないし結合されておらず、機械的な手段によって互いに遊動可能な状態で取り付けられていることを意味する。
【００１９】
支持部材と支持用突起との機械的な取付手段は限定されない。
【００２０】
好適な実施形態においては、支持用突起および支持部材にそれぞれ貫通孔が設けられており、支持用突起の貫通孔および支持部材の貫通孔内に係合部材を挿入する。図１−図３は、この実施形態に係るものである。
【００２１】
図１においては、セラミックサセプター１の背面１ｂの略中央部に支持用突起３Ａが接合されている。支持用突起３Ａには、略水平方向に向かって貫通孔３ａが形成されている。チャンバー２には支持部材１３Ａが取り付けられている。この取付方法は限定されない。支持部材１３Ａは筒状、例えば円筒状をなしている。支持部材１３Ａは、金属部材６Ａと断熱部材５とからなっている。断熱部材５の上端面５ａ側には貫通孔５ｄが形成されている。貫通孔３ａおよび５ｄに係合部材、例えばピン４が挿入されており、これによって支持用突起３Ａが支持されている。
【００２２】
係合部材の形態は限定されず、ピンの他、円棒、角棒、クリップ状部材、クランプ状部材等であってよい。
【００２３】
断熱部材５の下端面５ｂが、金属部材６Ａの上側端面６ａと付き合わされている。６ｂは金属部材６Ａの下側端面である。
【００２４】
金属部材と断熱部材との接合部分の形態を図２（ａ）、（ｂ）に示す。図２（ａ）に示すように、断熱部材５の下側端部の外側面に溝５ｃが形成されており、金属部材６Ａの上側端部に溝６ｃが形成されている。
【００２５】
図２（ｂ）は保持部材７Ａ、７Ｂを示す。保持部材は、複数、例えば２つに分かれている。各保持部材は、湾曲した細長い突起７ａおよび７ｂを備えており、かつ一対の結合用フランジ７ｃを備えている。そして、図２（ａ）に示すように、金属部材と断熱部材との各端面を突き合わせ、各部材の外側面側から各保持部材７Ａ、７Ｂを矢印Ａのように被覆し、各突起７ａ、７ｂを各溝５ｃ、６ｃに挿入し、嵌め合わせる。そして、保持部材７Ａのフランジ部７ｃと保持部材７Ｂのフランジ部７ｃとを結合する。
【００２６】
図１の例では、本発明の支持部材を一体設けたが、複数設けることもできる。図３の例では、支持部材を３体設け、サセプター１を３点支持している。各支持部材の構造は、図１、図２に示した支持部材と同じである。３体の支持部材には略半径方向にピン４が挿入されている。これにより、熱膨張に追従することができる。
【００２７】
好適な実施形態においては、支持用突起の外壁面および支持部材の外壁面を保持部材によって外側から保持することによって、両者を機械的に結合する。図４は、この実施形態に係るものである。
【００２８】
サセプター１の背面１ｂ側に支持用突起３Ｂが設けられており、支持用突起３Ｂが支持部材１３Ｂによって支持されている。支持部材１３Ｂは、断熱部材１０と金属部材６Ｂとからなる。支持用突起３Ｂの下側端部の外側面に溝３ｂが形成されており、断熱部材１０の上側端部に溝１０ｃが形成されている。
【００２９】
各保持部材７Ａ、７Ｂの形態は図２（ｂ）に示した。断熱部材１０の端面１０ａと支持用突起３Ｂの端面３ｃとを突き合わせ、支持用突起３Ｂの外壁面３ｄおよび断熱部材１０の外壁面１０ｄ側から各保持部材７Ａ、７Ｂを被覆し、各突起７ａ、７ｂを各溝３ｂ、１０ｃに挿入し、嵌め合わせる。そして、保持部材７Ａのフランジ部７ｃと保持部材７Ｂのフランジ部７ｃとを結合する。
【００３０】
好適な実施形態においては、支持部材を支持用突起に向かって付勢することによって支持用突起を支持部材に対して固定する。図５は、この実施形態に係るものである。
【００３１】
サセプター１の背面に支持用突起３Ｃが形成されている。支持部材１３Ｃは、断熱部材１１および金属部材６Ｃからなる。断熱部材１１と金属部材６Ｃとの取付方法は限定されず、上述した方法を利用できる。
【００３２】
断熱部材１１は、筒状、好ましくは円筒形状の本体部分１１ｅと、本体部分１１ｅの上に設けられている押圧片１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄを備えている。本体部分１１ｅの端面１１ｇが断熱部材６Ｃに当接している。押圧片１１ａ−１１ｄは、それぞれ本体部分１１ｅの上端部に連結されており、かつ互いに分離されている。本体部分１１ｅの外周面にはネジ１１ｆが形成されている。
【００３３】
断熱部材１１の外側に押圧部材１２が、ネジ１２ａによって取り付けられている。押圧部材１２は円筒形状をしており、押圧部材の上端部１２ｂが、各押圧片１１ａ−１１ｄを外側から押圧している。そして、ネジ１１ｆと１２ａとを嵌め合わせた状態で、押圧部材１２を回転させ、押圧部材を上方へと移動させることで、上端部１２ｂからの矢印Ｂに示す加圧力が上昇し、各押圧片が内側へと向かって強く付勢される。
【００３４】
上記の例では、押圧片（板バネ）を外側から押圧することによって、支持部材を支持用突起に対して付勢した。しかし、他の付勢手段、例えばコイルバネ等を使用できる。
【００３５】
なお、チャンバーの壁面に凹部を設け、この凹部内に雌ねじを設けると共に、支持部材の下側外周面に雄ねじを設け、チャンバー側の雌ねじと支持部材側の雄ねじとを嵌め合わせることによって、支持部材の高さを調節できる。
【００３６】
図５（ａ）、（ｂ）に示す例では、外部の熱源によって加熱されるサセプターを開示したが、図６に示すように、断熱部材１１及び金属部材６Ｃの内部に、サセプター１内に埋設した図示しないヒータへ電力を供給するリード線やサセプター１の温度を測定する熱電対へのリード線からなるリード線束１４を通すこともできる。このようにサセプター１内に埋設されたヒータによって加熱されるサセプター１の場合、支持部材１３Ｃとサセプター１の温度差が急激につくため、本支持構造が有効になる。さらに、図７に示すように、支持部材１３Ｃを、金属部材６Ｄ、断熱部材１１および金属部材６Ｃから構成することもできる。本例でも、支持部材１３Ｃの構成は材質が異なる以外、図５に示す構成と同じである。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、加熱時にセラミックサセプターから支持部材を通してチャンバーへと逃げる熱量を低減でき、セラミックサセプターと支持部材との接合部分における熱応力を低減でき、接合部分における歪みやズレ、破損を防止できる。また、機械的固定でありながら、被処理物設置面側に固定部材（主にメタル）が露出していない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る支持構造を概略的に示す断面図であり、機械的手段として係合部材４を使用している。
【図２】（ａ）は、金属部材５と断熱部材６Ａとの結合部分を示す正面図であり、（ｂ）は、保持部材７Ａ、７Ｂを示す斜視図である。
【図３】（ａ）は、セラミックサセプター１の背面側の３箇所に支持部材を取り付けた状態を示し、（ｂ）は、（ａ）のＩＩＩｂ−ＩＩＩｂ線断面図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る支持構造を概略的に示す断面図であり、機械的手段として保持部材７Ａ、７Ｂを使用している。
【図５】（ａ）は、本発明の更に他の実施形態に係る支持構造を概略的に示す断面図であり、機械的手段として押圧部材１２および押圧片１１ａ−１１ｄを使用しており、（ｂ）は押圧片の詳細を示す図である。
【図６】本発明の更に他の実施形態に係る支持構造を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の更に他の実施形態に係る支持構造を概略的に示す断面図である。
【図８】セラミックサセプター１のチャンバー２への取付方法の従来例を示す。
【符号の説明】
１  セラミックサセプター、１ａ  設置面（加熱面）、１ｂ  背面、２  チャンバー、３Ａ、３Ｂ、３Ｃ  支持用突起、３ａ  支持用突起の貫通孔、３ｂ  支持用突起の溝、３ｄ  支持用突起の外周面、４  係合部材、５、１０、１１  断熱部材、５ａ  貫通孔、５ｃ、１０ｃ  溝、６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ  金属部材、７Ａ、７Ｂ  保持部材、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ  押圧片、１１ｅ  本体部分、１１ｆ  ネジ、１２  押圧部材、１２ｂ  押圧部材の上端部（押圧部）、１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ  支持部材、１４  リード線束、Ｂ  押圧部材による付勢の方向
【図１】
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【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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