JPH0817745A - ヒータ - Google Patents
ヒータInfo
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- JPH0817745A JPH0817745A JP14905394A JP14905394A JPH0817745A JP H0817745 A JPH0817745 A JP H0817745A JP 14905394 A JP14905394 A JP 14905394A JP 14905394 A JP14905394 A JP 14905394A JP H0817745 A JPH0817745 A JP H0817745A
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Abstract
における半導体ウエハ直接加熱用ヒータを提供する。 【構成】黒鉛からなるヒータ本体11、およびヒータ本
体11の全表面を覆って形成された保護膜12を備え
る。保護膜12は、高純度熱分解黒鉛からなる単一層
膜、または高純度熱分解黒鉛からなる第1の層と高純度
炭化ケイ素からなる第2の層との積層膜からなる。
Description
において半導体ウエハを直接加熱するためのヒータに係
り、特には、向上した可使寿命を有するヒータに関す
る。
として、処理すべき半導体ウエハを所定の温度に直接加
熱するためのヒータを具備するものが知られている。半
導体ウエハは、離間・配置されたヒータにより裏面から
所定の温度に加熱される。
の材料には、発熱機能を有することに加えて、ウエハの
汚染防止の目的から、極めて純度が高くかつ金属成分の
含有量が極めて低く保たれていることが要求される。ま
た、優れた耐食性及び耐熱性、並びにある程度の強度を
有することも要求される。これらの要件をすべて満足す
る材料は単体としてはほとんど存在せず、従来これら要
件をある程度満足するものとして、高純度のSiCで被
覆された黒鉛が使用されてきた。
通常の黒鉛からなるヒータ本体を備え、その周囲がきわ
めて純度の高いSiCからなる保護膜で覆われている。
このSiC被覆黒鉛は、加熱機能をヒータ本体の黒鉛が
担い、加熱時に黒鉛より発生する汚染物質がヒータ外へ
と放出されウエハを汚染することを防止する機能をSi
C保護膜が担うことにより、黒鉛からの汚染物質をヒー
タ外部へと放出することなく、ウエハの加熱を行うこと
ができる。
をヒータとして、H2 もしくはH2とHClの混合ガス
を成分として含む減圧雰囲気下で使用する場合、140
0℃付近までは比較的良好な耐性を示すが1400℃付
近を越えると、SiC保護膜の消失速度が次第に増大し
始め、1450℃を越えると、その消失速度は著しく増
大し、SiC保護膜の耐性が大きく低下するために、ヒ
ータが短寿命化するという問題を抱えていた。
加熱温度の上昇に伴うSiC保護膜の膜厚減少速度の増
加状況について表1に示す。このSiC保護膜が、ヒー
タ加熱部の一部においても、完全に消失してしまえば、
基材の黒鉛がむき出しの状態となり、ウエハへの汚染が
生ずるようになるため、ヒータとしては使用不可能とな
る。すなわち、この状況が生じた時点で、ヒータは寿命
を迎えていた。
H2 とHClとの混合ガスを成分として含む減圧雰囲気
下においてもSiC被覆黒鉛製ヒータよりもさらに耐熱
性・耐食性に優れ、もってさらに向上した可使寿命を有
する、半導体CVD処理装置のヒータを提供することを
課題とする。
決するために、本発明は、黒鉛からなるヒータ本体、お
よび該ヒータ本体の全表面を覆って形成された保護膜を
備え、該保護膜は、高純度熱分解黒鉛からなる単一層
膜、または高純度熱分解黒鉛からなる第1の層と高純度
炭化ケイ素からなる第2の層との積層膜からなることを
特徴とするヒータを提供する。
置において、従来ヒータ材として使用されてきたSiC
被覆黒鉛では、黒鉛上へのSiC保護膜の被覆を、14
00℃前後の温度におけるCVD処理によって行ってい
るため、1400℃を越える温度域で、特にH2 又はH
2 とHClとの混合ガスを成分として含む減圧雰囲気下
において、SiCの消失が生じ易くなる。したがって、
1400℃付近以上の温度ではSiC保護膜の減少速度
は増大し、耐性は低下する。
する高純度熱分解黒鉛は、ヒータの使用温度よりはるか
に高温の約2000℃以上の温度域でCVD処理により
生成され、かつ高温で熱処理されたものであり、SiC
よりも耐熱性・耐腐食性に優れ、高純度で結晶性に極め
て優れ、非常に緻密なものである。このような高純度熱
分解黒鉛により通常の黒鉛からなるヒータ本体を被覆す
ることにより、ヒータ加熱時のヒータ黒鉛本体からの汚
染物放出を防止する保護層としての寿命、したがってヒ
ータの寿命を大幅に向上させることができる。したがっ
て、高純度熱分解黒鉛は、これを単独で保護層として使
用することもできるし、従来の高純度SiCとの積層構
造として使用することもできる。
合、高純度熱分解黒鉛からなる第1の層と高純度SiC
からなる第2の層のいずれがヒータ本体の表面に直接接
して形成されていてもよいが、高純度SiCからなる第
2の層をヒータ本体の表面に直接接するようにすること
が好ましい。この積層構造は、3層以上としてもよく、
上記第1の層と第2の層とを交互に積層する。好ましく
は、本発明の保護層は、最上層に高純度熱分解黒鉛層
(第1の層)を有する。
Cは、ともに、高純度故に、それ自体が半導体ウエハを
汚染することがないことはいうまでもない。本発明に使
用する高純度熱分解黒鉛は、通常の黒鉛からなるヒータ
本体等の基体の周囲表面にCVD処理により形成するこ
とができる。すなわち、メタン、プロパン、ベンゼン、
アセチレン等の炭化水素ガスを原料とし、これをキャリ
アガスの水素とともに(黒鉛)基板上へと送り、150
0℃〜2300℃の範囲の温度で制御しながら熱分解さ
せて基体上に堆積させる。この際、原料ガスの炭化水素
ガスとキャリアガスの水素ガスとの混合ガス中に占める
炭化水素ガスの割合は15%以下とすることが望まし
い。この混合ガスに占める原料ガスである炭化水素ガス
の割合は、その熱分解処理温度が高温となるほど低めに
抑えることが望ましい。こうして極めて純度の高い(不
純物の総含有率10ppm以下)黒鉛膜が得られる。し
かる後、これを高温(例えば、2600℃ないし320
0℃)で熱処理する。これにより結晶性に優れ、100
%の気密性を有する極めて緻密な膜となる。
わせて保護膜を構成するSiCは、従来と同様のCVD
処理により形成することができる。これらのCVD処理
は、同一処理装置により、原料ガスを変えることによ
り、連続的に行うことができる。
する。全図に渡り、同一部分は、同一符号で示されてい
る。図1は、本発明のヒータを組み込んだ半導体CVD
処理装置の半導体ウエハ直接加熱系を概略的に示すもの
である。図1に示すように、処理すべき半導体ウエハ1
3は、治具14により支持され、その裏面側に本発明の
ヒータ10が離間して対向・配置されている。ヒータ1
0は、通常の黒鉛からなるヒータ本体11を備える。ヒ
ータ本体11は、その全表面が本発明の保護膜12で被
覆されている。
の断面図である。ヒータ本体11は、単一層の保護膜1
2で被覆され、この保護膜12は、高純度熱分解黒鉛の
単一層21からなる。
の断面図である。ヒータ本体11は、2層積層構造の保
護膜12で被覆されている。この保護膜12は、ヒータ
本体11の全表面を直接覆う高純度SiCからなる第2
の層22と、第2の層22の全表面を覆って形成された
高純度熱分解黒鉛からなる第1の層21により構成され
ている。
の断面図である。このヒータは、保護層12を構成する
第1の層21と第2の層22の配置が図3と逆になって
いる。すなわち、ヒータ本体11に直接接して第1の層
21(高純度熱分解黒鉛層)が形成され、その上に第2
の層22(SiC層)が形成されている。
の断面図である。ヒータ本体11は、3層構造の保護膜
12により被覆されている。この保護層12は、ヒータ
本体11を直接被覆する第1の層21(高純度熱分解黒
鉛層)、第1の層21を被覆する第2の層22(高純度
SiC層)、および第2の層22を被覆する第1の層2
1(高純度熱分解黒鉛層)により構成されている。
の部分断面図である。ヒータ本体11は、多層構造の保
護膜12により被覆されている。多層構造の保護膜12
は、ヒータ本体11上に第2の層22(高純度SiC
層)と第1の層21(高純度熱分解黒鉛層)が交互に積
層されてなる。保護膜12の最上層は第1の層21(高
純度熱分解黒鉛層)により構成されている。
の部分断面図である。ヒータ本体11は、多層構造の保
護膜12により被覆されている。多層構造の保護膜12
は、第2の層22(高純度SiC層)と第1の層21
(高純度熱分解黒鉛層)の積層順序が図6と逆になって
いる。この場合も、保護膜12の最上層は第1の層21
(高純度熱分解黒鉛層)により構成されている。
特に熱分解保護層の厚さ、および/またはその積層数
は、所望のヒータ寿命に応じて決定することができる。
以下、本発明のヒータを用いた実験例を記載する。 実験例 1 図2に示す構造の本発明のヒータと従来のSiC被覆黒
鉛製ヒータとを作成し、耐性について比較評価を行っ
た。各ヒータを組み入れた加熱系の基本構造は、図1に
示す通りである。
は、プロパンガス5%とH2 ガス95%の混合ガスを2
000℃の黒鉛基板上に3時間流すことによって形成し
た。厚さは、20μmであった。この保護膜の電子顕微
鏡写真を図8に示す。
l4 の混合ガスを1400℃の黒鉛基板上に48時間流
すことによって形成した。厚さは、60μmであった。
評価に当たっては、それぞれのヒータについて、下記の
同一条件において加熱を行ったときの減少量を測定し
た。
加熱により行った。 加熱温度 : 1500℃ 加熱時間 : 10時間 雰囲気 : 97.5%H2 と2.5%HClとの混
合ガス雰囲気で100Torrの減圧下。
真を図9および図10に示す。図9は、本発明のヒータ
のものであり、図10は、従来のヒータのものである。
図9からわかるように、本発明のヒータにおいて、熱分
解黒鉛層22に損傷(膜厚の減少)は全く認められず
(図8との比較)、本発明のヒータは非常に優れた耐性
を示す。これに対して図10からわかるように、従来の
ヒータのSiC保護膜では、SiC被覆膜において大幅
な膜厚の減少(具体的には、約40μm)が認められる
とともに、多数の異常突起30による変質が認められ
た。
SiC被覆黒鉛製ヒータとを作成し、耐性について比較
評価を行った。各ヒータを組み入れた加熱系の基本構造
は、図1に示す通りである。
高純度熱分解黒鉛保護層は、実験例1と同様に形成し、
いずれも各厚さは、30μmであった。また、従来のヒ
ータのSiC層、および本発明ヒータの保護膜のSiC
層は、実験例1と同様に形成し、いずれも各厚さは10
0μmであった。
いて、下記の同一条件において加熱を行ったときの単位
時間あたりの寸法減少量について測定し、それぞれのヒ
ータとしての寿命を算出した。
加熱により行った。 加熱温度 : 1450℃ 加熱時間 : 10時間 雰囲気 : 100%H2 雰囲気で100Torrの
減圧下。
を測定したところ熱分解黒鉛層の減少量は10時間で
0.17μmであり、単位時間当りの減少量は0.01
7μm/時であった。この減少速度によると、30μm
の厚さの熱分解黒鉛層が安全に消失するまでの時間は、
30/0.017=約1765時間である。なお、熱分
解黒鉛層の厚さを100μmとすると、その寿命は、1
00/0.017=約5882時間となる。
タにおいては、SiCの膜厚減少量は10時間で2.7
4μmであり、単位時間当りの膜厚減少量は0.274
μm/時であった。この減少速度によると、100μm
の厚さのSiC層が完全に消失しヒータとして寿命を迎
えるまでの時間は、100/0.274=約365時間
となる。
層と熱分解黒鉛層との積層構造からなる場合、寿命は、
SiC層の寿命時間と熱分解黒鉛層の寿命時間との合計
時間となる。
後の半導体ウエハについて不純物分析も行った。結果を
表2に併せて示す。この結果からもわかるように、本発
明のヒータは半導体ウエハを汚染することなく半導体ウ
エハを加熱処理できる。
使寿命が著しく向上した、半導体CVD処理装置の加熱
用ヒータが提供される。
理装置の加熱系の概略図。
図。
図。
の結晶構造を示す電子顕微鏡写真図。
護膜周辺の結晶構造を示す電子顕微鏡写真図。
造を示す電子顕微鏡写真図。
…半導体ウエハ、14…治具、21…高純度熱分解黒鉛
層、22…高純度SiC層。
Claims (7)
- 【請求項1】 半導体CVD処理装置の半導体ウエハ直
接加熱用ヒータであって、黒鉛からなるヒータ本体、お
よび該ヒータ本体の全表面を覆って形成された保護膜を
備え、該保護膜は、高純度熱分解黒鉛からなる単一層
膜、または高純度熱分解黒鉛からなる第1の層と高純度
炭化ケイ素からなる第2の層との積層膜からなることを
特徴とするヒータ。 - 【請求項2】 保護膜が、単一層膜である請求項1記載
のヒータ。 - 【請求項3】 保護膜が、積層膜からなる請求項1記載
のヒータ。 - 【請求項4】 第1の層が、ヒータ本体の表面に直接接
触して形成されている請求項3記載のヒータ。 - 【請求項5】 保護層が3層以上からなり、第1の層と
第2の層とが交互に積層されている請求項4記載のヒー
タ。 - 【請求項6】 第2の層が、ヒータ本体の表面に直接接
触して形成されている請求項3記載のヒータ。 - 【請求項7】 保護層が3層以上からなり、第1の層と
第2の層とが交互に積層されている請求項6記載のヒー
タ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP14905394A JP3361385B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | ヒータ |
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---|---|---|---|
JP14905394A JP3361385B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | ヒータ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0817745A true JPH0817745A (ja) | 1996-01-19 |
JP3361385B2 JP3361385B2 (ja) | 2003-01-07 |
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ID=15466635
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP14905394A Expired - Lifetime JP3361385B2 (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | ヒータ |
Country Status (1)
Country | Link |
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- 1994-06-30 JP JP14905394A patent/JP3361385B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JP3361385B2 (ja) | 2003-01-07 |
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