JP2018073613A

JP2018073613A - ヒータ

Info

Publication number: JP2018073613A
Application number: JP2016211812A
Authority: JP
Inventors: 中村　清隆; Kiyotaka Nakamura; 清隆中村; 保典川邊; Yasunori Kawabe
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-05-10

Abstract

【課題】被処理物から異物を吹き飛ばすためのＨｅガス等の流体を効率よく加熱することができるヒータを提供する。【解決手段】本発明のヒータは、内部に抵抗発熱体を有する第１部材と、該第１部材よりも熱伝導率の低い第２部材とを備え、前記第１部材と前記第２部材とに囲まれた部分が流路である。このような構成であることで、本開示のヒータは、流路を流れるＨｅ等の流体を効率よく加熱することができる。【選択図】図２

Description

本開示は、ヒータに関する。

シリコンウエハ等の被処理物に成膜する成膜装置として、化学的反応を利用した化学蒸着（ＣＶＤ）装置がある。ＣＶＤとは、原料ガスを送り込み、熱エネルギーを与えて化学反応を励起・促進して、成膜する方法である。ここで、ＣＶＤにより成膜を行なう過程においては、異物が生成され、被処理物に付着することがある。そこで、ＣＶＤ装置で使用される、被処理物を加熱するヒータには、被処理物から異物を吹き飛ばすためのＨｅ（ヘリウム）ガス等の流体を排出する流路を備えたものが知られている。（例えば、特許文献１参照）

特開２００２−９３８９４号公報

ＣＶＤにより成膜を行なうには、原料ガスを加熱する必要があるが、成膜中に原料ガスの温度が低下すると、所望の膜特性が得られないおそれがある。そのため、被処理物から異物を吹き飛ばすためのＨｅガス等の流体は、原料ガスの温度を低下させないものであることが求められている。

本開示は、このような事情に鑑みて案出されたものであり、被処理物から異物を吹き飛ばすためのＨｅガス等の流体を効率よく加熱することができるヒータを提供することを目的とする。

本開示のヒータは、内部に抵抗発熱体を有する第１部材と、該第１部材よりも熱伝導率の低い第２部材とを備え、前記第１部材と前記第２部材とに囲まれた部分が流路である。

本開示のヒータは、流路を流れるＨｅガス等の流体を効率よく加熱することができる。

本開示のヒータの一例を示す平面図である。（ａ）は図１におけるＡ−Ａ’線での断面図であり、（ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ’線での断面図である。（ａ）〜（ｃ）は図１におけるＣ−Ｃ’線での複数の例を示す断面図である。図２（ａ）に示すＤ部の拡大図である。本開示のヒータを備えるＣＶＤ装置の一例を示す断面図である。

以下に本開示のヒータについて、図面を参照して説明する。なお、図面において同様な構成および機能を有する部分については、同じ符号を付して説明する。また、図面は模式的に示したものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は正確に図示さ
れたものではない。なお、図１では、流路の箇所を点線で示している。

本開示のヒータ１０は、図１および図２に示すように、内部に抵抗発熱体１を有する第１部材２と、第１部材２よりも熱伝導率の低い第２部材３とを備える。さらに、本開示のヒータ１０は、図３に示すように、第１部材２と第２部材３とに囲まれた流路４を備える。

本開示のヒータ１０は、このような構成を満足していることで、抵抗発熱体１から発生した熱が、第１部材２を介して流路４を流れる流体を加熱する一方、流路４を構成する第２部材３から流体の熱が放熱されにくいことから、流体を効率よく加熱することができる。

さらに、本開示のヒータ１０は、抵抗発熱体１が第１部材２内に位置していることから、流体を効率よく加熱できるとともに、第１部材２の表面２ａを効率よく加熱することができる。

なお、図４に示すように、流路４を流れる流体が排出される排出口１４が、第２部材３の第１部材２の表面２ａ側に開いている例を示しているが、これに限定されるものでない。具体的には、排出口１４は、ＣＶＤにより成膜を行なう過程において生成された異物を吹き飛ばすことができるのであれば、どのような位置に開いていてもよい。

また、本開示のヒータ１０における流路４は、第２部材３で構成される凹部と、この凹部を覆う第１部材２で構成される蓋部とからなっていてもよい。このような構成を満足するならば、抵抗発熱体１から発生した熱が伝わる蓋部が第１部材２で構成され、流路２の大部分を構成する凹部が第１部材２よりも熱伝導率の低い第２部材３で構成されていることから、伝わった熱が逃げにくいため、結果として、さらに効率よく流体が加熱される。

ここで、蓋部の流路４側の構成は、図３（ａ）の流路４ａに示すような凹部形状、図３（ｂ）の流路４ｂに示すような湾曲形状等、どのような構成であっても構わないが、図３（ｃ）の流路４ｃに示すように、第１部材２と第２部材３との境界上に位置していれば、抵抗発熱体１から発生した熱を、蓋部から効率よく流体に伝えつつ、伝わった熱をさらに逃げにくくすることができる。

また、本開示のヒータ１０における流路４は、流体の流れる方向に沿った凸部を有していてもよい。このような構成を満足するならば、流体の流れを阻害せずに、乱流を発生させることができることから、異物の吹き飛ばすための流速を維持しつつ、流体をより一層効率よく加熱することができる。

また、第１部材２と第２部材３とは、熱伝導率が異なりさえすればどのような材料で構成されていてもよいが、セラミックスからなるならば、高い耐久性を備え、高温・高圧下での使用が可能なものとなる。ここで、セラミックスとしては、例えば、酸化アルミニウム質セラミックス、炭化珪素質セラミックス、コージェライト質セラミックス、酸化ジルコニウム質セラミックス、窒化珪素質セラミックス、窒化アルミニウム質セラミックスまたはムライト質セラミックス等を用いることができる。

特に、第１部材２と第２部材３とは、窒化アルミニウム質セラミックスからなるならば、本開示のヒータ１０は、耐食性に優れたものとなり、腐食性の高いガス雰囲気下での使用が可能となる。

ここで、窒化アルミニウム質セラミックスとは、窒化アルミニウムを主成分としたセラ
ミックスであり、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち窒化アルミニウムを７０質量％以上（１００質量％を含む）含有するものである。そして、第１部材２や第２部材３の材質は、以下の方法により確認することができる。まず、Ｘ線回折装置（ＸＲＤ）を用いて測定し、得られた２θ（２θは、回折角度である。）の値をＪＣＰＤＳカードで同定することにより、窒化アルミニウムの存在を確認する。次に、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）発光分光分析装置（ＩＣＰ）を用いて、アルミニウム（Ａｌ）の定量分析を行なう。そして、ＩＣＰで測定したアルミニウムの含有量から窒化アルミニウム（ＡｌＮ）に換算する。ここで換算した含有量が７０質量％以上であれば、窒化アルミニウム質セラミックスである。また、ＸＲＤを用いた測定において、窒化アルミニウム以外の窒化物の存在が確認されなければ、窒素分析装置を用いて窒素の含有量を測定し、この窒素を窒化アルミニウムに換算することで、窒化アルミニウムの含有量を算出してもよい。なお、他のセラミックスについても同様である。

また、流路４を流れる流体は、Ｈｅガスであるのがよい。Ｈｅガスは、熱伝導率が高いことから、抵抗発熱体１で発生した熱により効率よく加熱される。さらに、Ｈｅガスは、他の物質と化学反応を起こさないことから、ＣＶＤに用いられる原料ガスと反応しない。

また、第１部材２の室温での熱伝導率は、１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上２２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好適である。一方、第２部材３の室温での熱伝導率は、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上１００Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好適である。そして、第１部材２と第２部材３との熱伝導率の差は、７０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好適である。

また、抵抗発熱体１は、融点が高い金属である、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｐｔ（白金）のうち少なくとも１種を主成分とするものであれば、高温での熱的安定性に優れたものとなる。ここで、主成分とは、抵抗発熱体１を構成する全成分１００質量％のうち、７０質量％以上含有する成分のことである。

そして、抵抗発熱体１は、第１部材２の表面２ａに対して平行に設けられているときには、抵抗発熱体１と第１部材２の表面２ａとの距離が一定となることから、抵抗発熱体１から発生した熱による加熱において、表面２ａの温度ばらつきを抑制できる。ここで、第１部材２の表面２ａと抵抗発熱体１との距離は、３ｍｍ以上６ｍｍ以下であることが好適である。

また、本開示のヒータ１０において、第１部材２は、図２に示すように、抵抗発熱体１よりも表面２ａ側に、静電吸着用の電極５を備えていてもよい。そして、第１部材２がセラミックス等の誘電体からなる場合には、電極５に電圧を印加することで、シリコンウエハ等の被処理物を、クローン力やジョンソン・ラーベック力等の静電吸着力によって、第１部材２の表面２ａに吸着・保持することができる。なお、電極５は、抵抗発熱体１と同様に、Ｗ、Ｍｏ、Ｐｔのうち少なくとも１種を主成分とするものであればよい。

また、本開示のヒータ１０は、図２に示すように、第２部材３の表面３ａに接合された筒状の第３部材７を備えていてもよい。そして、この第３部材７の内側には、第２部材３を通って、第１部材１の抵抗発熱体１まで繋がる、抵抗発熱体１に給電するための電気の配線が設けられていてもよい。また、第３部材７の内側は、流路４に繋がる流体の通路として用いてよい。なお、第３部材７は、どのような材料で構成されていてもよいが、第２部材３と同じ材料で構成されているのがよい。

また、本開示のヒータ１０は、図１、図２、図４に示すように、第１部材２の周りを囲むように、第２部材３上に位置する第４部材６を備えていてもよい。ここで、第１部材２と第４部材６との間には、隙間が空いている。そして、図４に示す例によれば、流路４を
流れる流体は、排出口１４を通って、第１部材２と第４部材６との間の隙間を流れ、第１部材２の表面２ａ側から排出される。このような構成であれば、第１部材２の表面２ａにおいて、特に温度が低下しやすい外周側が、排出された流体により加熱されることで、表面２ａの温度ばらつきを抑制することができる。

ここで、第４部材６は、どのような材料で構成されていてもよいが、被処理物がシリコンウエハであるならば、珪素を含有する材料であるのがよい。例えば、窒化珪素質セラミックス、炭化珪素質セラミックスであればよい。このように、第４部材６を、被処理物と同じ元素を有する材料で構成することで、第４部材６から発生した浮遊粒子（パーティクル）が被処理物に付着した場合であっても、膜特性の低下を少なくすることができる。なお、窒化珪素質セラミックスとは、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち窒化珪素を７０質量％以上（１００質量％を含む）含有するものであり、炭化珪素質セラミックスとは、セラミックスを構成する全成分１００質量％のうち炭化珪素を７０質量％以上（１００質量％を含む）含有するものである。

次に、本開示のヒータ１０を用いたＣＶＤ装置２０について、図５を用いて説明する。なお、図が不明瞭なものとならないように、ヒータ１０の構成部材については、引き出し線および符号を記載しないが、以下の説明においては、符号を付して説明する。ＣＶＤ装置２０は、容器１３、容器１３の内部の上部に設置されたシャワーヘッド８、容器１３の内部に位置するヒータ１０を備える。ここで、ＣＶＤ装置２０では、例えば以下のような処理が行なわれる。

まず、ヒータ１０の第１部材２の表面２ａ上に、シリコンウエハ等の基板Ｗが載置される。そして、シャワーヘッド８は不図示の複数の貫通孔を有しており、容器１３の開口部９からシャワーヘッド８の複数の貫通孔を通って、ＷＦ_６ガス、シランガス等の原料ガスが容器１３内に導入される。

次に、ヒータ１０が備える抵抗発熱体１によって発生した熱により基板Ｗが加熱される。そして、基板Ｗと接触する原料ガスも加熱され、成膜が開始される。

ここで、Ｈｅガス等の流体が、容器１３の開口部１１から導入され、本開示のヒータ１０の流路４を通って、容器１３内に排出される。ここで、流体は、成膜を行なう過程において生成される異物を吹き飛ばす役割を果たすが、本開示のヒータ１０の流路４を通った流体は高温に加熱されていることから、原料ガスの温度を低下させにくい。そして、吹き飛ばされた異物は、容器１３の開口部１２から不図示の排気システムを通して排出される。

次に、本開示のヒータ１０の製造方法の一例について説明する。なお、第１部材２、第２部材３を構成する材料として窒化アルミニウム質セラミックスを用いた場合を例に挙げて説明する。

第１部材２を以下の方法で作製する。まず、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末を用意し、これに溶媒、焼結助剤、バインダを所定量添加して、ボールミルやビーズミル等を用いて所定の粒径となるまで粉砕することで、スラリーを作製する。ここで、焼結助剤としては、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）粉末や炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）粉末等を用いることができる。また、バインダとしては、アクリル樹脂やポリエチレングリコール等を用いることができる。

次に、得られたスラリーを用いてドクターブレード法によりグリーンシートを形成するか、またはスラリーを噴霧造粒法（スプレードライ法）により噴霧乾燥して造粒し、ロー
ルコンパクション法によりグリーンシートを形成する。

そして、得られた複数のグリーンシートに対し、所望の形状になるようにレーザおよび金型を用いて加工を行なう。その後、１枚のグリーンシート上に、抵抗発熱体１となるＷ、Ｍｏ、Ｐｔ等の金属ペーストをスクリーン印刷法で所定の電極パターン形状に印刷する。

次に、グリーンシート同士を積層し、成形体を作製する。なお、グリーンシートを積層するときに用いる接合剤としては、上述したスラリーを用いればよい。

次に、成形体を窒素ガス中で加熱・脱脂して、脱脂体を作製する。そして、得られた脱脂体を窒素ガス中において、最高温度１６５０℃以上１８００℃以下の温度で２時間以上１０時間以下焼成することで第１部材２を得る。

次に、第２部材３を作製する。第２部材３は、焼結助剤の添加量を減らすか、または焼結助剤を添加しないかのいずれかとし、抵抗発熱体１となる金属ペーストを印刷しないこと以外は、上述した第１部材２と同様の方法で作製する。ここで、第２部材３の焼結助剤の添加量を減らすのは、焼結助剤の添加量が多くなる程、熱伝導率が大きくなることから、第１部材２よりも熱伝導率が低いものとするためである。具体的には、第１部材２における焼結助剤の添加量を、窒化アルミニウム粉末および焼結助剤の合計量１００質量％に対して、２質量％以上８質量％以下とし、第２部材３における焼結助剤の添加量を、窒化アルミニウム粉末および焼結助剤の合計量１００質量％に対して、１質量％以下（ゼロを含む）とするのがよい。

次に、得られた第１部材２や第２部材３に対して、流路４となる溝を、公知のマイクロドリルを用いたマシニング加工、ブラスト加工またはレーザ加工等によって形成する。この際、流路４となる溝の内面に、流体の流れる方向に沿った凸部を有するものとなるように加工してもよい。

次に、接着剤を塗り、第１部材２と第２部材３とで流路４が構成されるように、第１部材２と第２部材３とを積層し、真空中において最高温度１４００℃以上１５５０℃以下で加熱することで、本開示のヒータ１０を得る。なお、接着剤としては、例えば酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）粉末を３０〜５０質量％、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）粉末をＣａＯ換算で４０〜６０質量％、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）粉末を２〜１０質量％となるように秤量した混合粉末に、有機溶媒と有機バインダとを混合したものを用いればよい。

また、本開示は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。

１：抵抗発熱体
２：第１部材
２ａ：第１部材の表面
３：第２部材
３ａ：第２部材の表面
４、４ａ、４ｂ、４ｃ：流路
５：電極
６：第４部材
７：第３部材
８：シャワーヘッド
９、１１、１２：開口部
１３：容器
１４：排出口
１０：ヒータ
２０：ＣＶＤ装置

Claims

内部に抵抗発熱体を有する第１部材と、
該第１部材よりも熱伝導率の低い第２部材とを備え、
前記第１部材と前記第２部材とに囲まれた部分が流路であるヒータ。
前記流路は、前記第２部材で構成される凹部と、該凹部を覆う前記第１部材で構成される蓋部とからなる請求項１に記載のヒータ。
前記蓋部の前記流路側の面は、前記第１部材と前記第２部材との境界上に位置している請求項２に記載のヒータ。
前記流路は、流体の流れる方向に沿った凸部を有する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のヒータ。
前記第１部材と前記第２部材とは、窒化アルミニウム質セラミックスからなる請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のヒータ。