(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも電気絶縁性セラミックス支持基材と導電性発熱体からなるセラミックスヒータにおいて、前記電気絶縁性セラミックスがアルミナまたは窒化アルミニウムまたは酸窒化アルミニウムであり、前記導電性発熱体の材質をほう素またはけい素を含有して成る熱分解黒鉛とし、該ほう素またはけい素の含有量を調整することにより、前記電気絶縁性セラミックス支持基材との線膨張係数の差を１×１０−６／℃以内に調節したものであることを特徴とするセラミックスヒータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスの製造工程におけるＣＶＤ装置やスパッタ装置、又は、生成薄膜をエッチングするエッチング装置等に使用される、被加熱物である半導体ウエーハを加熱するためのセラミックスヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体用のデバイスを作製する際には、半導体ウエーハ上にポリシリコン膜や酸化膜、導体膜、誘電体膜等をＣＶＤ装置やスパッタ装置で形成したり、逆にエッチング装置により、これらの薄膜をエッチングしたりする技術はよく知られている。そして、これらの装置において、上記の薄膜の形成やエッチングの品質を保持するには、被加熱物である半導体ウエーハを所望の温度に一定に維持することが必要であり、この温度調節を行うには半導体ウエーハを加熱するヒータが必要とされる。
【０００３】
従来から半導体プロセスに使用されるヒータとしては、石英、アルミナ、窒化ほう素、熱分解窒化ほう素、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、窒化けい素等の電気絶縁性セラミックス支持基材の上に、発熱体としてモリブデン、タングステン、白金等の金属や、炭化けい素、熱分解黒鉛等の導電性セラミックス薄膜から成る電気回路を形成したセラミックスヒータが考案され、使用されてきた。
【０００４】
特に１０００℃以上の高温で使用する場合には、発熱体が耐熱性の高い熱分解黒鉛から成るものが優れている。一方、支持基材のセラミックス材質としては、近年、半導体プロセスにおいて腐食性の高いふっ素系ガスが使用されるようになったことから、ふっ素系ガスに対する耐食性が高いアルミナや窒化アルミニウムや酸窒化アルミニウムが採用されている。
【０００５】
しかし、このような構造のセラミックスヒータは、発熱体が支持基材と一体化されているために、両者の熱膨張係数の差によって温度が変化すると接合部に熱応力が発生し、発熱体が支持基材から剥離し易いという欠点があった。そこで、発熱体と支持基材との線膨張係数の差が１×１０-6／℃以下となるように発熱体と支持基材の材質を選択して接合することによってこの欠点を解決し、長寿命化したヒータが提案されている（特開平５−１９４０４６号公報参照）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来から使用されている熱分解黒鉛を発熱体とした高温用ヒータは、長寿命化のため支持基材と発熱体との線膨張係数の差を１×１０-6／℃以内にしようとすると、使用出来る支持基材の材質としては、線膨張係数が熱分解黒鉛に近い窒化ほう素、熱分解窒化ほう素、窒化けい素に限られてしまい、耐食性が高いアルミナや窒化アルミニウムや酸窒化アルミニウムは線膨張係数が大きいので使用出来ないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、高温用発熱体として熱分解黒鉛を使用した場合に、支持基材として高温下ふっ素系ガスに対する耐食性が高いアルミナや窒化アルミニウムや酸窒化アルミニウムを使用出来るようにすると共に、寿命が長いセラミックスヒータを提供することを主目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、少なくとも電気絶縁性セラミックス支持基材と導電性発熱体からなるセラミックスヒータにおいて、該導電性発熱体の材質がほう素またはけい素を含有して成る熱分解黒鉛であることを特徴とするセラミックスヒータである。
【０００９】
このように、少なくとも電気絶縁性セラミックス支持基材と導電性発熱体からなるセラミックスヒータにおいて、該導電性発熱体の材質をほう素（Ｂ）またはけい素（Ｓｉ）を含有して成る熱分解黒鉛とすると、ＢまたはＳｉの含有量を調整することにより支持基材となる電気絶縁性セラミックスと線膨張係数をほぼ等しくすることができ、従って、熱応力が発生せず、発熱体と支持基材との接合部で剥離することはなく、割れ、欠け等の欠損を生じることもない、長寿命のセラミックスヒータとすることができる。
【００１０】
そして、本発明は、前記電気絶縁性セラミックスをアルミナまたは窒化アルミニウムまたは酸窒化アルミニウムとした。
このようにすると、支持基材として耐食性の高いアルミナまたは窒化アルミニウムまたは酸窒化アルミニウムを使用することができるので、腐食性の強いふっ素ガス系雰囲気下でも使用出来ると共に、発熱体である熱分解黒鉛については、ＢまたはＳｉの添加量を調整して線膨張係数をアルミナまたは窒化アルミニウムまたは酸窒化アルミニウムの線膨張係数とほぼ等しくすることが出来るので、高温下高耐食性で、剥離、割れ、欠け等の欠損もなく長寿命のセラミックスヒータを形成することができる。従って、半導体製造工程において長期間安定して使用することができ、プロセスの安定操業が可能になると共に反応処理時のウエーハの歩留り低下を防ぐことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明者等は、特に半導体デバイス製造用装置に使用されるセラミックスヒータの高温下ふっ素系ガスによる腐食防止について種々検討した結果、これにはヒータを構成する支持基材の材質にアルミナまたは窒化アルミニウムまたは酸窒化アルミニウムを、発熱体の材質に熱分解黒鉛を採用すればよいが、両者の線膨張係数の差を克服するには、熱分解黒鉛の中にほう素またはけい素を含有させればよいことに想到し、本発明を完成させたものである。
なお、前記電気絶縁性セラミックスを線膨張係数がほぼ等しい他のセラミックス材料に被覆したものを支持基材として用いることもできる。
【００１２】
先ず、本発明のセラミックスヒータの典型例を図１に平面図として示した。
図１において、セラミックスヒータは、円板状電気絶縁性セラミックスから成る支持基材１とその表面に接合したヒータパターンを有する導電性発熱体２とから成り、ヒータパターンの両端に外部電源接続端子３と端子孔１３を備えている。ただし、該支持基板と導電性発熱体を一体として被覆する耐食性セラミックス被覆層は図示していない。
このようなセラミックスヒータにおいて、本発明では、少なくとも電気絶縁性セラミックス支持基材と導電性発熱体からなるセラミックスヒータにおいて、該導電性発熱体の材質を、ほう素またはけい素を含有して成る熱分解黒鉛とした。
【００１３】
もともと、発熱体として使用する熱分解黒鉛は、異方性を持つ結晶子が配向した構造を持つため、堆積面に平行な方向の線膨張係数は垂直方向の線膨張係数より小さい。しかし、ここにほう素やけい素原子が入り込むと、結晶子の配向が乱れ、構造が等方性に近付くので、堆積面に平行な方向の線膨張係数は大きくなり、垂直な方向の線膨張係数は小さくなり、最終的には等方性になる。すなわち、熱分解黒鉛にほう素またはけい素を含有させ、その量を変動させることによって熱分解黒鉛の線膨張係数を任意に調節することができるようになる。
【００１４】
従って、熱分解黒鉛発熱体の線膨張係数を、支持基材の線膨張係数に合せることができるので、支持基材の材質としては、線膨張係数が熱分解黒鉛に近い、窒化ほう素、熱分解窒化ホウ素、窒化けい素等に限定されず、線膨張係数が大きいアルミナや窒化アルミニウムや酸窒化アルミニウムに対しても熱分解黒鉛の線膨張係数を合せることができるので、高温下ふっ素系ガスにも耐食性の高いアルミナや窒化アルミニウムや酸窒化アルミニウムを熱分解黒鉛発熱体の支持基材として使用できるようになり、セラミックスヒータの寿命は格段に延長される。
【００１５】
熱分解黒鉛にほう素またはけい素を含有させる方法は、従来公知の方法、例えば、ＣＶＤ法（化学気相蒸着法）がよく、熱分解黒鉛の原料である炭化水素ガスに、ハロゲン化ほう素またはハロゲン化けい素のガスを混合してＣＶＤ反応を行い支持基材上に発熱体の薄膜を形成させればよい。
この場合、炭化水素ガスに対するハロゲン化ほう素またはハロゲン化けい素のガスの混合割合は、生成するほう素またはけい素含有熱分解黒鉛の線膨張係数が支持基材の線膨張係数に等しくなるように調整するとよい。
【００１６】
ここで、本発明のセラミックスヒータの製造方法を説明する。
先ず、例えば、円板状の窒化アルミニウム焼結体を支持基材とし、これをホットウオール型ＣＶＤ装置の反応容器の中心部に設置した後、該反応容器内を減圧にし、１８００℃に加熱してから、熱分解黒鉛原料としてのメタンガスと添加ほう素原料としての三塩化ほう素ガスを、窒化アルミニウムの線膨張係数に一致するように所望の比率で供給し、特定圧力下、数時間ＣＶＤ反応を行ない、窒化アルミニウム支持基材上にほう素含有熱分解黒鉛薄膜を堆積させる。この薄膜を機械加工で不要部分を削り落し、ほぼ同心円状のヒータ回路を作製する。
【００１７】
次いで、このヒータ回路の端子部分をマスキングした後、別のホットウオール型ＣＶＤ装置の反応容器の中心部に設置し、該反応容器内を減圧にし、１０００℃に加熱してから、アンモニアガスと三塩化アルミニウムガスを所望の比率で供給し、特定圧力下、数時間ＣＶＤ反応を行ない、耐食性の窒化アルミニウムコーティングを発熱体・支持基材全表面上に施す。最後に端子部のマスクを除去し、端子にリード線を接続し、セラミックスヒータを形成させる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
（実施例１）
直径１００ｍｍ，厚さ１ｍｍの円板状の窒化アルミニウム焼結体を電気絶縁性支持基材として用意し、これをホットウオール型ＣＶＤ装置の内径２００ｍｍの反応容器の中心部に設置した後、該反応容器内を減圧にし、１８００℃に加熱してから、メタンガスと三塩化ほう素ガスをそれぞれ５００ｃｃ／ｍｉｎ、１００ｃｃ／ｍｉｎで供給し、圧力１０Ｔｏｒｒで１時間反応を行ない、窒化アルミニウム支持基材上に厚さ８０μｍのほう素含有熱分解黒鉛薄膜を堆積させた。この薄膜を機械加工でヒータパターン用の溝を切削加工し、ほぼ同心円状のヒータ回路を作製した。
【００１９】
次いで、回路の端子部分をマスキングした後、別のホットウオール型ＣＶＤ装置の反応容器の中心部に設置し、該反応容器内を減圧にし、１０００℃に加熱してから、アンモニアガスと三塩化アルミニウムガスをそれぞれ３００ｃｃ／ｍｉｎ、１００ｃｃ／ｍｉｎで供給し、圧力１Ｔｏｒｒで１時間反応を行ない、厚さ１００μｍの窒化アルミニウムコーティングを発熱体・支持基材全表面上に施した。最後に端子部のマスクを除去し、端子にリード線を接続し、セラミックスヒータを完成させた。
【００２０】
次に、このセラミックスヒータのヒートサイクル性能をテストした。ふっ化水素ガス雰囲気中で室温から１３００℃まで平均１００℃／分の速度で昇温した後、電力供給を停止し、平均５０℃／分の速度で３００℃まで降温した。さらに同様の昇降温を１００回繰り返したが、窒化アルミニウム支持基材とほう素含有熱分解黒鉛発熱体の接合部、窒化アルミニウム支持基材と窒化アルミニウムコーティング層の接合部及びほう素含有熱分解黒鉛発熱体と窒化アルミニウムコーティング層の接合部のそれぞれに剥離、割れ、欠け等の発生は皆無であり、窒化アルミニウムコーティング層の腐食もなかった。これは、発熱体である熱分解黒鉛中のほう素含有量が適切で熱分解黒鉛の線膨張係数が窒化アルミニウムの線膨張係数とほぼ等しくなり、熱応力が発生しなかったためである。
【００２１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００２２】
例えば、上記ではＣＶＤ法によりほう素またはけい素を熱分解黒鉛に含有させて製造する例を示したが、これには限定されず、熱分解黒鉛にＢかＳｉを含有させることができれば、いずれの方法で製造してもよい。また、本発明のセラミックスヒータの使用用途は、ドライエッチング装置の加熱体をはじめ、半導体ウエーハ上に、ポリシリコン膜、酸化膜、導電膜、誘電体膜等を形成するＣＶＤ装置やスパッタ装置、又は、これらの生成薄膜をエッチングするエッチング装置等各種半導体デバイス製造用装置に使用することが出来ることは言うまでもない。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、高温用発熱体として熱分解黒鉛を使用した場合に、その支持基材として高温下ふっ素系ガスに対する耐食性が高いアルミナや窒化アルミニウムや酸窒化アルミニウムが使用出来るようになると共に、発熱体と支持基材の線膨張係数がほぼ等しくなるため、発熱体と支持基材の接合部に熱応力が発生せず、剥離、割れ、欠け等を生じないと共に、耐食性の高い長寿命のセラミックスヒータを作製することができる。従って、半導体製造工程において長期間安定して使用することができ、プロセスの安定操業が可能になると共に反応処理時のウエーハの歩留り低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発熱体と支持基材とから成るセラミックスヒータの一例を示す平面図である。
【符号の説明】
１…支持基材、
２…発熱体、
３…外部電源接続端子、
１３…端子孔。
【図１】
0003862864.tif 000002