ヒータおよび成膜装置
【課題】強度を確保できる形状の面状発熱体を有するヒータおよびそれを用いた成膜装置を提供する。
【解決手段】ヒータの発熱体１は、断面がコの字形状となるリボン状の発熱体部材２を基本構造とし強度を確保できる形状を有する。発熱体１は、発熱体部材２が長手方向に曲げられた構造を有して環状または円盤状をなし、面状発熱体を構成する。発熱体１を有するヒータは、成膜装置に適用され、発熱体１の上部面Ｓがウェハの裏面と対向するようにウェハの下方に配置される。発熱体１では撓みの発生が低減され、変形の発生を抑えることができる。成膜装置では、発熱体１を有するヒータによって、所望条件でのウェハの加熱を実現するとともに、ウェハ裏面からの均一な加熱を可能とする。
【解決手段】ヒータの発熱体１は、断面がコの字形状となるリボン状の発熱体部材２を基本構造とし強度を確保できる形状を有する。発熱体１は、発熱体部材２が長手方向に曲げられた構造を有して環状または円盤状をなし、面状発熱体を構成する。発熱体１を有するヒータは、成膜装置に適用され、発熱体１の上部面Ｓがウェハの裏面と対向するようにウェハの下方に配置される。発熱体１では撓みの発生が低減され、変形の発生を抑えることができる。成膜装置では、発熱体１を有するヒータによって、所望条件でのウェハの加熱を実現するとともに、ウェハ裏面からの均一な加熱を可能とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハ等の基板を加熱するためのヒータと、このヒータを用いた成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板であるウェハの表面にシリコンなどの単結晶膜を形成したエピタキシャルウェハの製造には、枚葉式の成膜装置が使用されることが多い。
【０００３】
成膜装置は、ウェハを載置するサセプタを収納した成膜室内に反応ガスを供給するとともに、ウェハの裏面を加熱して、ウェハの表面にエピタキシャル膜を形成するように構成されている。こうした裏面加熱方式は、上方に加熱源がなく、垂直方向に反応ガスを供給できるため、均一な成膜処理が可能である。
【０００４】
また、成膜装置は、上端にサセプタ用の支持部材が連結され、成膜室の底壁部に開設した貫通孔を通して下方にのびる回転軸と、成膜室の下方に配置された回転軸用の回転機構部とを配置し、成膜時にウェハを回転させることで、より均一な厚みの膜が形成されるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
成膜装置の加熱源としては、例えば、ジュール熱による加熱を行う抵抗加熱ヒータが用いられる。そして、例えば、Ｓｉ（シリコン）膜のエピタキシャル成長の場合、ウェハの温度は１２００℃程度まで加熱される。このとき、ヒータの発熱部である発熱体の温度はこれより高い温度になる。したがって、ヒータは高温の加熱を可能とするとともに、高温下で汚染物質を放出することのない部材を用いて構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１５２２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、Ｓｉに代わる高耐圧のパワー半導体デバイス用材料としてＳｉＣ（炭化珪素）が注目されている。ＳｉＣは、ＳｉやＧａＡｓ（ガリウム砒素）といった従来の半導体材料と比較するとエネルギーギャップが２〜３倍大きく、絶縁破壊電圧が１桁程度大きいといった特徴を有する。
【０００８】
ＳｉＣ膜は、例えば、ＳｉＣウェハ上に、Ｈ２(水素)をキャリアガスとし、ＳｉＨ４（モノシラン）およびＣ３Ｈ８（プロパン）を供給することで形成される。具体的には、成膜室内に供給されたこれらのガスは、加熱されたサセプタ上に載置されたＳｉＣウェハの表面領域を層流で周回して排気されるまでの間に、ＳｉＣウェハの表面でエピタキシャル成長反応を起こす。このとき、ＳｉＣ膜のエピタキシャル成長は、Ｓｉ膜の場合より高い温度で行われる。このため、ヒータの温度はさらに高い温度になり、その発熱部である発熱体の温度は、例えば、２０００℃程度にまで達する。
【０００９】
しかしながら、従来のヒータを用いて、例えば、上述した１２００℃、さらには２０００℃に達する高温での加熱を実現しようとする場合、ヒータの強度が問題となることがあった。すなわち、ヒータに発生する変形、特に発熱部である発熱体の変形が問題となることがあった。こうしたヒータにおける変形が加熱時に発生すると、ウェハの裏面を均一に加熱することができなくなる。その結果、ウェハの表面に均一な特性のエピタキシャル膜を形成できなくなることがあった。
【００１０】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、強度を確保できる形状のヒータを提供することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、強度の確保できる形状のヒータを用い、高温下で基板を加熱しながら基板上に所定の膜を形成することのできる成膜装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様は、面状発熱体と、
その面状発熱体に電気的に接続する電極とを有するヒータであって、
面状発熱体は、断面がコの字形状の発熱体部材が組み合わされた構造または断面がコの字形状の発熱体部材が長手方向に曲げられた構造の環状または円盤状であることを特徴とするヒータに関する。
【００１４】
本発明の第１の態様において、面状発熱体の発熱体部材は、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料およびＳｉＣ材よりなる群から選ばれる材料を用いて構成されることが好ましい。
【００１５】
本発明の第１の態様において、面状発熱体の発熱体部材は、短手方向の幅ａと側縁部の厚さＸの比（ａ／Ｘ）が３〜１０であることが好ましい。
【００１６】
本発明の第２の態様は、成膜室と、
その成膜室内に載置される基板を加熱するヒータとを備えた成膜装置であって、
ヒータは、面状発熱体と、その面状発熱体に電気的に接続する電極とを有し、
面状発熱体は、断面がコの字形状の発熱体部材が組み合わされた構造または断面がコの字形状の発熱体部材が長手方向に曲げられた構造の環状または円盤状であることを特徴とする成膜装置に関する。
【００１７】
本発明の第２の態様において、面状発熱体の発熱体部材は、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料およびＳｉＣ材よりなる群から選ばれる材料を用いて構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の態様によれば、発熱体が強度を確保できる形状を有し、成膜装置に適用されて変形の発生が抑えられたヒータを提供することができる。
【００１９】
本発明の第２の態様によれば、強度の確保できる形状の発熱体を有するヒータを用い、高温下で基板を加熱しながら基板上に所定の膜を形成することのできる成膜装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態のヒータの発熱体の構造を模式的に示す斜視図である。
【図２】本実施の形態のヒータの発熱体の一例を模式的に説明する図であり、（ａ）は本実施の形態のヒータの発熱体の一例の構造を模式的に説明する平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面を模式的に示す図である。
【図３】本実施の形態のヒータの発熱体の別の一例を模式的に説明する図であり、（ａ）は本実施の形態のヒータの発熱体の別の一例の構造を模式的に説明する平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面を模式的に示す図である。
【図４】本実施の形態における枚葉式の成膜装置の模式的な断面図である。
【図５】本実施の形態の成膜装置の別の例の構造を説明する模式的な断面図である。
【図６】従来のヒータの発熱体の構造を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
上述したように、成膜装置においてヒータを用いてウェハを高温に加熱しようとする場合、例えば、１２００℃、さらには２０００℃に達する高温での加熱が求められることがある。その場合、ヒータによる非常に高温の発熱が求められる。
【００２２】
ジュール熱による加熱を行う抵抗加熱タイプのヒータは、発熱をする発熱体と、その発熱体に電圧を印加する電極とを用いて構成することができる。そして、抵抗加熱タイプのヒータの発熱は、その電極を介してヒータの発熱体に印加される電圧によって制御することができる。すなわち、ヒータの発熱体および電極を流れる電流の値と、ヒータの発熱体の抵抗値とにより制御される。
【００２３】
ヒータにおいて、より高い発熱を実現するために印加電圧を増大させた場合、ヒータの発熱体の抵抗値が一定であれば、ヒータの発熱体を流れる電流値が増大することになる。このとき、ヒータの電流値については、電極やそれらと接続する配線の材料等による制約がある場合が多い。したがって、ヒータの発熱に対し、印加電圧を増大させる方向での制御を困難にさせることが多い。
【００２４】
例えば、上述のように電極や配線の材料等による制約から、ヒータを流れる電流値の上限が３００Ａ（アンペア）に制限されている場合、ヒータの発熱体の抵抗値が０．５Ω（オーム）であれば、印加電圧の上限は、約１５０Ｖ（ボルト）に制限されることになる。したがって、印加電圧を１５０Ｖ以上に増大することによってヒータの発熱を高めることは困難となる。
【００２５】
そこで、このような電流値の制限がある場合に、ヒータの発熱体の抵抗を高くしておくことができれば、印加電圧の増大が可能となる。例えば、ヒータの発熱体の抵抗値を１Ωにすることができれば、印加電圧を１５０Ｖから３００Ｖまで増大させても、ヒータを流れる電流の値は、概ね３００Ａ以下になり、上述の配線の材料等による制約の範囲内に抑えられることになる。そして、ヒータにおいては、より高い発熱を実現することができる。したがって、ヒータの発熱を高めるためには、ヒータの抵抗を、より具体的には、ヒータの発熱体の抵抗を制御する方法が有効となる。
【００２６】
ヒータの発熱体の抵抗を制御する方法の１つとしては、ヒータの発熱体の形状を制御する方法がある。
【００２７】
図６は、従来のヒータの発熱体の構造を模式的に示す斜視図である。
【００２８】
図６に示すように、従来のヒータの発熱体１０００は、短手方向の断面が長方形となるリボン状の発熱体部材１００１を基本構造として構成される。このような従来のヒータでは、発熱体１０００の抵抗を形状によって制御することが可能であり、その場合、発熱体部材１００１の厚さＹａを制御することが有効である。具体的には、発熱体部材１００１の厚さＹａを薄くすることでヒータの発熱体１０００の抵抗を高くする制御が可能となる。
【００２９】
しかしながら、そうした制御方法では、発熱体１０００の抵抗を高くするのにつれて、発熱体１０００の厚さＹａは薄くなる。その結果、ヒータの発熱は増大するものの、発熱体１０００の強度の確保が困難となり、上述したようなヒータの変形の問題を生じることがあった。
【００３０】
例えば、成膜装置においては、ヒータの発熱体１０００をウェハの下方に配置して使用することができる。その場合、発熱体部材１００１を基本構造とする発熱体１０００を両端で支持するようにし、発熱体部材１００１の上面Ｓａがウェハの裏面と対向するように配置することが好ましい。しかしながら、発熱体１０００のＹａが薄いと、例えば、発熱時において、発熱体１０００が自重によって下方側に撓む変形を生じることがあった。
【００３１】
成膜装置では、ウェハの加熱が所望とする条件で行われるように、ウェハとヒータの発熱体との間の距離が定められている。したがって、発熱体に撓みが生じると、ウェハとヒータの発熱体との間の距離が当初の設定値からずれることになり、所望とする条件でのウェハの加熱ができなくなる。また、ウェハを裏面から均一に加熱することができなくなり、ウェハ上に均一な特性のエピタキシャル膜を形成できなくなることがあった。
【００３２】
本発明の実施形態であるヒータは、こうした従来のヒータの問題に鑑みて、ヒータの発熱体が強度を確保できる形状を有するようにして構成される。併せて、ヒータの発熱体の形状を制御して行うヒータの抵抗の制御を容易なものとする。そして、本発明の実施形態であるヒータは、本実施の形態の成膜装置に適用される。
【００３３】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いてより詳しく説明する。尚、図面の記載において、共通する構成要素については同一の符号を付している。そして、重複する説明は省略している。
【００３４】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態のヒータの発熱体の構造を模式的に示す斜視図である。
【００３５】
本実施の形態のヒータの発熱体１は、短冊状の平板の短手方向の両端が折り曲げられた形状の発熱体部材を基本構造として構成される。そして、より具体的には、図１に示すように、本実施の形態のヒータの発熱体１は、断面がコの字形状となるリボン状の発熱体部材２を基本構造として構成される。
【００３６】
本実施の形態のヒータの発熱体１において、基本構造をなす発熱体部材２の上部の厚さＹ、側縁部の厚さＸ、短手方向の幅ａ、および側縁部の高さｂの関係は、電気的特性を考慮して決められる。そして、さらに発熱体部材２の上部面Ｓをウェハの裏面と対向するように成膜装置内に配置する場合を想定して、発熱体１の強度を確保できる関係とすることが好ましい。例えば、上部の厚さＹと側縁部の厚さＸとは同一とすることが可能である。また、短手方向の幅ａと側縁部の厚さＸとの比（ａ／Ｘ）は３〜１０とすることが好ましく、４〜８とすることがより好ましい。こうした構造とすることにより、発熱体１は、好ましい抵抗を備え、強度の確保に有効な形状を有することができる。
【００３７】
そして、発熱体１の基本構造をなし、発熱体１を構成する発熱体部材２は、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料、およびＳｉＣ材よりなる群から選ばれる材料を用いて構成することが可能である。
【００３８】
以上の本実施の形態のヒータの発熱体１は、強度を確保できる形状を有している。そして、本実施の形態のヒータは、発熱体１の発熱体部材２の上部面Ｓをウェハの裏面と対向するように、発熱体１をウェハの下方に配置することができる。そうして、成膜装置に適用された場合、発熱体１での撓みの発生が低減され、変形の発生を抑えることができる。その結果、本実施の形態のヒータは、成膜装置内において所望条件でのウェハの加熱を実現するとともに、ウェハ裏面からの均一な加熱を可能とする。
【００３９】
さらに、本実施の形態のヒータの発熱体１の発熱体部材２は、断面がコの字形状で強度を確保できる形状を有しているため、図６の従来ヒータの発熱体１０００の発熱体部材１００１に比べて、対応する上部の厚さＹを薄く制御することができる。すなわち、本実施の形態のヒータは、発熱体１の形状を制御してその抵抗を制御しようとする場合、発熱体１の抵抗制御の範囲を、従来に比べて広くすることができる。その結果、本実施の形態のヒータでは、より高温の発熱をするように制御することが可能となり、例えば、２０００℃などの非常に高温での加熱が求められる成膜装置においても好適に使用することができる。
【００４０】
そして、本実施の形態のヒータの発熱体１は、図１に示すように、断面がコの字形状のリボン状の発熱体部材２を基本構造とする。したがって、発熱体部材２を基本構造として、発熱体１の内部に、長手方向に曲げられた構造を設けることより、発熱体１は多様な形状を実現することが可能である。またさらに、図１に示された発熱体部材２を基本構造として、複数組み合わされた構造とすることにより、さらに多様な形状を実現することが可能である。例えば、発熱体１の内部に、長手方向に曲げられた構造として、長手方向に屈曲した構造や湾曲した構造を設けることにより、発熱体１は全体の形状が面状をなす、面状発熱体を構成することが可能である。そして、より具体的には、管状（リング状）や円盤状の面状発熱体を構成することなどが可能である。
【００４１】
図２は、本実施の形態のヒータの発熱体の一例を模式的に説明する図であり、図２（ａ）は本実施の形態のヒータの発熱体の一例の構造を模式的に説明する平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面を模式的に示す図である。
【００４２】
図２（ａ）に示す本実施の形態の一例であるヒータの発熱体１０は、図１に示した断面がコの字形状のリボン状の発熱体部材２を基本構造とし、長手方向に曲げられた構造を備えて円盤状をなし、面状発熱体を構成するようにされたものである。そして、発熱体１０は、両端部分のそれぞれにより図示されない電極と電気的接続がなされて、本実施の形態の一例であるヒータを構成する。発熱体１０では、図２（ｂ）に示すように、面状発熱体を構成する各部の断面が、発熱体部材２の構造に由来して、コの字形状を有するように構成されている。発熱体１０を構成する発熱体部材２の構成材料については、上述したように、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコート材料、およびＳｉＣ材よりなる群から選ばれる材料とすることが可能である。このような面状発熱体を構成する発熱体１０を有する本実施の形態のヒータは、成膜装置に適用されてウェハの加熱に好適なヒータとなる。
【００４３】
そして、図２（ａ）および図２（ｂ）に示す発熱体１０では、コの字形状を有する発熱体部材２の上部面Ｓから１つの面が構成されており、発熱体１０全体として１つの上面が構成されている。したがって、発熱体１０を有する本実施の形態のヒータは、成膜装置に適用されて、ウェハと発熱体１０との間の距離を容易かつ高精度に定めることが可能となる。
【００４４】
さらに、上述のように、発熱体１０は、断面がコの字形状の発熱体部材２を基本構造として、強度を確保できる形状を有する。したがって、成膜装置に適用されて、発熱体１０の上面をウェハの裏面と対向するようにしてウェハの下方に配置することができる。そうして、本実施の形態の一例であるヒータでは、発熱体１０における撓みの発生が低減され、変形の発生を抑えることができる。その結果、成膜装置内において所望条件でのウェハの加熱を実現するとともに、ウェハ裏面からの均一な加熱を可能とする。
【００４５】
図３は、本実施の形態のヒータの発熱体の別の一例を模式的に説明する図であり、図３（ａ）は本実施の形態のヒータの発熱体の別の一例の構造を模式的に説明する平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面を模式的に示す図である。
【００４６】
図３（ａ）に示す本実施の形態の別の一例であるヒータの発熱体２０は、図１に示したリボン状の発熱体部材２を基本構造とし、長手方向に曲げられた構造を備えて、一部に切り欠け部分を有する管状（リング状）をなし、面状発熱体を構成するようにされたものである。そして、発熱体２０は、両端部分のそれぞれにより図示されない電極と電気的接続がなされて、本実施の形態の別の一例であるヒータを構成する。
【００４７】
発熱体２０では、図３（ｂ）に示すように、断面がコの字型の形状を有するように構成され、強度を確保できる形状を有している。発熱体２０を構成する発熱体部材２の構成材料については、上述したように、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料、およびＳｉＣ材よりなる群から選ばれる材料とすることが可能である。このような面状発熱体を構成する発熱体２０を有する本実施の形態のヒータは、成膜装置に適用されて、ウェハの加熱に好適なヒータとなる。
【００４８】
図３（ａ）および図３（ｂ)に示す発熱体２０では、中央の開口部を挟んで対向する部分同士の他、コの字形状を有する発熱体部材２の上部面Ｓから１つの面が構成されており、発熱体２０全体として１つの上面が構成されている。したがって、発熱体２０を有する本実施の形態のヒータは、成膜装置に適用されて、ウェハと発熱体２０との間の距離を容易かつ高精度に定めることが可能となる。
【００４９】
さらに、上述のように、発熱体２０では、断面がコの字形状を有しており、強度を確保できる形状を有する。したがって、成膜装置に適用されて、発熱体２０の上面をウェハの裏面と対向するようにしてウェハの下方に配置することができる。そうして、本実施の形態の別の一例であるヒータでは、発熱体２０における撓みの発生が低減され、変形の発生を抑えることができる。その結果、成膜装置内において所望条件でのウェハの加熱を実現するとともに、ウェハ裏面からの均一な加熱を可能とする。
【００５０】
次に、本実施の形態のヒータを用いて構成された、本実施の形態の成膜装置について、図面を用いて説明する。
【００５１】
＜実施の形態２＞
図４は、本実施の形態における枚葉式の成膜装置の模式的な断面図である。以下の説明では、ＳｉＣ膜の成膜を例にとり、本実施の形態の成膜装置１００の構造を説明する。そして、基板としてＳｉＣウェハ１０１を用いる。但し、本実施の形態は、これらの例に限られるものではない。本実施の形態は、Ｓｉ膜のエピタキシャル成長等に適用することも可能である。そして、基板についても、場合に応じて、シリコンウェハなど他の材料からなるウェハを用いることが可能である。
【００５２】
成膜装置１００は、成膜室としてのチャンバ１０３を有する。
【００５３】
チャンバ１０３の上部には、加熱されたＳｉＣウェハ１０１の表面に結晶膜を成膜するための原料ガスを供給するガス供給部１２３が設けられている。また、ガス供給部１２３には、原料ガスの吐出孔が多数形成されたシャワープレート１２４が接続している。シャワープレート１２４をＳｉＣウェハ１０１の表面と対向して配置することにより、ＳｉＣウェハ１０１の表面に原料ガスを供給できる。
【００５４】
原料ガスとしては、ＳｉＨ４（モノシラン）およびＣ３Ｈ８（プロパン）を用いることができ、キャリアガスとしての水素ガスと混合した状態で、ガス供給部１２３からチャンバ１０３の内部に導入する。尚、ＳｉＨ４に代えて、ＳｉＨ６（ジシラン）、ＳｉＨ３Ｃｌ（モノクロロシラン）、ＳｉＨ２Ｃｌ２（ジクロロシラン）、ＳｉＨＣｌ３（トリクロロシラン）、ＳｉＣｌ４（テトラクロロシラン）などを用いてもよい。
【００５５】
チャンバ１０３の下部には、反応後の原料ガスを排気するガス排気部１２５が複数設けられている。ガス排気部１２５は、調整弁１２６および真空ポンプ１２７からなる排気機構１２８に接続されている。排気機構１２８は、図示しない制御機構により制御されてチャンバ１０３内を所定の圧力に調整する。
【００５６】
チャンバ１０３の内部には、サセプタ１０２が、回転部１０４の上に設けられている。サセプタ１０２は、ＳｉＣウェハ１０１の外周部を支持する第１のサセプタ部１０２ａと、第１のサセプタ部１０２ａの開口部分に密嵌される第２のサセプタ部１０２ｂとからなる。第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂは、高温下にさらされることから、例えば、高純度のＳｉＣを用いて構成される。
【００５７】
サセプタ１０２は、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとが一体化されたものであってもよい。また、サセプタ１０２は、第２のサセプタ部１０２ｂがなく第１のサセプタ部１０２ａのみから構成されていてもよい。但し、ヒータ１１や回転部１０４で発生した汚染物質によってＳｉＣウェハ１０１が汚染されるのを防ぐ点から、第２のサセプタ部１０２ｂを設ける構成とすることが好ましい。
【００５８】
回転部１０４は、回転胴１０４ａと、回転ベース１０４ｂと、回転軸１０４ｃとを有している。サセプタ１０２を支持する回転胴１０４ａは、回転ベース１０４ｂの上に固定されている。回転胴１０４ａは、本発明の支持部に対応していて、上部にサセプタ１０２を、内部にヒータ１１をそれぞれ配置する。また、回転ベース１０４ｂは、ネジ１０６によって回転軸１０４ｃに接続している。
【００５９】
回転軸１０４ｃは、チャンバ１０３の外部まで延設されており、図示しない回転機構に接続している。回転軸１０４ｃが回転することにより、回転ベース１０４ｂおよび回転胴１０４ａを介してサセプタ１０２を回転させることができ、ひいてはサセプタ１０２に支持されたＳｉＣウェハ１０１を回転させることができる。成膜時にＳｉＣウェハ１０１を回転させることで、均一な厚みの膜を形成できる。回転胴１０４ａは、ＳｉＣウェハ１０１の中心を通り、且つ、ＳｉＣウェハ１０１に直交する線を軸として回転することが好ましい。
【００６０】
図４において、回転胴１０４ａは、上部が解放された構造であるが、サセプタ１０２が設けられることにより、上部が覆われて中空領域（以下、Ｐ２領域と称す。）を形成する。尚、第２のサセプタ部１０２ｂがない場合には、ＳｉＣウェハ１０１が第１のサセプタ部１０２ａで支持されることでＰ２領域が形成される。ここで、チャンバ１０３内をＰ１領域とすると、Ｐ２領域は、サセプタ１０２によって実質的にＰ１領域と隔てられた領域となる。
【００６１】
Ｐ２領域には、ＳｉＣウェハ１０１を裏面から加熱するヒータ１１が設けられている。ヒータ１１は、面状発熱体である上述した第１の実施形態の発熱体１０と電極１２２とを有する。ヒータ１１において、発熱体１０は、アーム状のブースバー１２１によって支持されている。ブースバー１２１は、発熱体１０を支持する側とは反対の側の端部で電極１２２に接続している。すなわち、ヒータ１１では、発熱体１０と電極１２２とが、発熱体１０を支持するブースバー１２１を介して、電気的に接続している。
【００６２】
発熱体１０を構成する材料については、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料、およびＳｉＣ材からなる群より選ばれた材料とすることが可能である。本実施の形態では、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料、あるいはＳｉＣ材を選択することが好ましい。
【００６３】
ヒータ１１の発熱体１０では、図１に示した発熱体部材２を基本構造として、断面がコの字形状を有しており、強度を確保できる形状を有する。したがって、ヒータ１１では、発熱体１０が成膜装置１００内でＳｉＣウェハ１０１の下方に配置されて使用されても、発熱体１０の撓みの発生が低減され、変形の発生は抑えられている。そして、ヒータ１１は、成膜装置１００において所望条件でのＳｉＣウェハ１０１の加熱を実現するとともに、ＳｉＣウェハ１０１の裏面からの均一な加熱を可能とする。
【００６４】
発熱体１０を支持するブースバー１２１は、導電性の高耐熱性部材、例えば、ＳｉＣをコートしたカーボン材からなる。電極１２２はＭｏ（モリブデン）製である。これにより、ヒータ１１では、ヒータ支持部であるブースバー１２１を介して、電極１２２から発熱体１０への給電が可能となっている。具体的には、電極１２２から発熱体１０に通電がなされて発熱体１０が発熱し、昇温する。
【００６５】
加熱により変化するＳｉＣウェハ１０１の表面温度は、チャンバ１０３の上部に設けられた放射温度計１４０によって計測される。放射温度計１４０は、本発明における温度測定部を構成する。尚、シャワープレート１２４を透明石英製とすることによって、放射温度計１４０による温度測定がシャワープレート１２４で妨げられないようにすることができる。計測した温度データは、図示しない制御機構に送られた後、ヒータ１１の出力制御にフィードバックされる。これにより、ＳｉＣウェハ１０１を所望の温度となるように加熱できる。
【００６６】
次に、本実施の形態では、インヒータとアウトヒータの２種類のヒータによってＳｉＣウェハ１０１を加熱する構成としてもよい。この場合、アウトヒータは、サセプタ１０２の周縁部を主に加熱するようにし、インヒータは、アウトヒータの下部に配置されて、サセプタ１０２の周縁部以外を主に加熱するようにすることができる。
【００６７】
図５は、本実施の形態の成膜装置の別の例の構造を説明する模式的な断面図である。
【００６８】
図５に示す本実施の形態の別の例である成膜装置２００は、インヒータとアウトヒータの２種類のヒータによってＳｉＣウェハ１０１を加熱する構成を有する。そして、インヒータとしては、図４に示した成膜装置１００と同様の、本実施の形態のヒータ１１を使用することができる。アウトヒータとしては、面状発熱体である図３の第１の実施の形態の発熱体２０を有するヒータ２１を使用することができる。成膜装置２００のその他の主要な構造については、上述した成膜装置１００と同様とすることができる。
【００６９】
ヒータ２１は、発熱体２０の形状が異なる以外、上述したヒータ１１と同様の構造を備えており、面状発熱体である発熱体２０は、発熱体２０を支持するブースバー（図示されない）を介して、電極１２２と電気的に接続している。ヒータ２１の発熱体２０を構成する材料については、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料、およびＳｉＣ材からなる群より選ばれた材料とすることが可能である。本実施の形態では、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料、あるいはＳｉＣ材を選択することが好ましい。
【００７０】
以上の構成を有することにより、成膜装置２００は、ＳｉＣウェハ１０１を、裏面から、より均一に加熱できるため、ＳｉＣウェハ１０１の温度分布の均一性が向上する。そして、ヒータ１１およびヒータ２１は、それぞれの発熱体１０および発熱体２０が、いずれも断面がコの字形状の発熱体部材２を基本構造としており、強度を確保できる形状を有する。したがって、ヒータ１１およびヒータ２１では、発熱体１０および発熱体２０が成膜装置２００内で、ＳｉＣウェハ１０１の下方に配置されて使用されても、それらの撓みの発生が低減され、変形の発生は抑えられている。その結果、成膜装置２００において所望とする条件でのＳｉＣウェハ１０１の加熱を維持することができる。
【００７１】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００７２】
上記実施の形態では、成膜室内に載置されるウェハを回転させながら成膜処理を行う例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。本発明の成膜装置は、ウェハを回転させないで成膜してもよい。
【００７３】
また、上記実施の形態では、成膜装置の一例としてエピタキシャル成長装置を挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。成膜室内に反応ガスを供給し、ウェハを加熱しながらその表面に膜を形成する成膜装置であれば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置などの他の成膜装置であってもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１、１０、２０、１０００ 発熱体
２、１００１ 発熱体部材
１１、２１ ヒータ
１００、２００ 成膜装置
１０１ ＳｉＣウェハ
１０２ サセプタ
１０２ａ 第１のサセプタ部
１０２ｂ 第２のサセプタ部
１０３ チャンバ
１０４ 回転部
１０４ａ 回転胴
１０４ｂ 回転ベース
１０４ｃ 回転軸
１０６ ネジ
１２１ ブースバー
１２２ 電極
１２３ ガス供給部
１２４ シャワープレート
１２５ ガス排気部
１２６ 調整弁
１２７ 真空ポンプ
１２８ 排気機構
１４０ 放射温度計
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハ等の基板を加熱するためのヒータと、このヒータを用いた成膜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板であるウェハの表面にシリコンなどの単結晶膜を形成したエピタキシャルウェハの製造には、枚葉式の成膜装置が使用されることが多い。
【０００３】
成膜装置は、ウェハを載置するサセプタを収納した成膜室内に反応ガスを供給するとともに、ウェハの裏面を加熱して、ウェハの表面にエピタキシャル膜を形成するように構成されている。こうした裏面加熱方式は、上方に加熱源がなく、垂直方向に反応ガスを供給できるため、均一な成膜処理が可能である。
【０００４】
また、成膜装置は、上端にサセプタ用の支持部材が連結され、成膜室の底壁部に開設した貫通孔を通して下方にのびる回転軸と、成膜室の下方に配置された回転軸用の回転機構部とを配置し、成膜時にウェハを回転させることで、より均一な厚みの膜が形成されるようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
成膜装置の加熱源としては、例えば、ジュール熱による加熱を行う抵抗加熱ヒータが用いられる。そして、例えば、Ｓｉ（シリコン）膜のエピタキシャル成長の場合、ウェハの温度は１２００℃程度まで加熱される。このとき、ヒータの発熱部である発熱体の温度はこれより高い温度になる。したがって、ヒータは高温の加熱を可能とするとともに、高温下で汚染物質を放出することのない部材を用いて構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−１５２２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、Ｓｉに代わる高耐圧のパワー半導体デバイス用材料としてＳｉＣ（炭化珪素）が注目されている。ＳｉＣは、ＳｉやＧａＡｓ（ガリウム砒素）といった従来の半導体材料と比較するとエネルギーギャップが２〜３倍大きく、絶縁破壊電圧が１桁程度大きいといった特徴を有する。
【０００８】
ＳｉＣ膜は、例えば、ＳｉＣウェハ上に、Ｈ２(水素)をキャリアガスとし、ＳｉＨ４（モノシラン）およびＣ３Ｈ８（プロパン）を供給することで形成される。具体的には、成膜室内に供給されたこれらのガスは、加熱されたサセプタ上に載置されたＳｉＣウェハの表面領域を層流で周回して排気されるまでの間に、ＳｉＣウェハの表面でエピタキシャル成長反応を起こす。このとき、ＳｉＣ膜のエピタキシャル成長は、Ｓｉ膜の場合より高い温度で行われる。このため、ヒータの温度はさらに高い温度になり、その発熱部である発熱体の温度は、例えば、２０００℃程度にまで達する。
【０００９】
しかしながら、従来のヒータを用いて、例えば、上述した１２００℃、さらには２０００℃に達する高温での加熱を実現しようとする場合、ヒータの強度が問題となることがあった。すなわち、ヒータに発生する変形、特に発熱部である発熱体の変形が問題となることがあった。こうしたヒータにおける変形が加熱時に発生すると、ウェハの裏面を均一に加熱することができなくなる。その結果、ウェハの表面に均一な特性のエピタキシャル膜を形成できなくなることがあった。
【００１０】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、強度を確保できる形状のヒータを提供することにある。
【００１１】
また、本発明の目的は、強度の確保できる形状のヒータを用い、高温下で基板を加熱しながら基板上に所定の膜を形成することのできる成膜装置を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の第１の態様は、面状発熱体と、
その面状発熱体に電気的に接続する電極とを有するヒータであって、
面状発熱体は、断面がコの字形状の発熱体部材が組み合わされた構造または断面がコの字形状の発熱体部材が長手方向に曲げられた構造の環状または円盤状であることを特徴とするヒータに関する。
【００１４】
本発明の第１の態様において、面状発熱体の発熱体部材は、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料およびＳｉＣ材よりなる群から選ばれる材料を用いて構成されることが好ましい。
【００１５】
本発明の第１の態様において、面状発熱体の発熱体部材は、短手方向の幅ａと側縁部の厚さＸの比（ａ／Ｘ）が３〜１０であることが好ましい。
【００１６】
本発明の第２の態様は、成膜室と、
その成膜室内に載置される基板を加熱するヒータとを備えた成膜装置であって、
ヒータは、面状発熱体と、その面状発熱体に電気的に接続する電極とを有し、
面状発熱体は、断面がコの字形状の発熱体部材が組み合わされた構造または断面がコの字形状の発熱体部材が長手方向に曲げられた構造の環状または円盤状であることを特徴とする成膜装置に関する。
【００１７】
本発明の第２の態様において、面状発熱体の発熱体部材は、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料およびＳｉＣ材よりなる群から選ばれる材料を用いて構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の第１の態様によれば、発熱体が強度を確保できる形状を有し、成膜装置に適用されて変形の発生が抑えられたヒータを提供することができる。
【００１９】
本発明の第２の態様によれば、強度の確保できる形状の発熱体を有するヒータを用い、高温下で基板を加熱しながら基板上に所定の膜を形成することのできる成膜装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施の形態のヒータの発熱体の構造を模式的に示す斜視図である。
【図２】本実施の形態のヒータの発熱体の一例を模式的に説明する図であり、（ａ）は本実施の形態のヒータの発熱体の一例の構造を模式的に説明する平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面を模式的に示す図である。
【図３】本実施の形態のヒータの発熱体の別の一例を模式的に説明する図であり、（ａ）は本実施の形態のヒータの発熱体の別の一例の構造を模式的に説明する平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面を模式的に示す図である。
【図４】本実施の形態における枚葉式の成膜装置の模式的な断面図である。
【図５】本実施の形態の成膜装置の別の例の構造を説明する模式的な断面図である。
【図６】従来のヒータの発熱体の構造を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
上述したように、成膜装置においてヒータを用いてウェハを高温に加熱しようとする場合、例えば、１２００℃、さらには２０００℃に達する高温での加熱が求められることがある。その場合、ヒータによる非常に高温の発熱が求められる。
【００２２】
ジュール熱による加熱を行う抵抗加熱タイプのヒータは、発熱をする発熱体と、その発熱体に電圧を印加する電極とを用いて構成することができる。そして、抵抗加熱タイプのヒータの発熱は、その電極を介してヒータの発熱体に印加される電圧によって制御することができる。すなわち、ヒータの発熱体および電極を流れる電流の値と、ヒータの発熱体の抵抗値とにより制御される。
【００２３】
ヒータにおいて、より高い発熱を実現するために印加電圧を増大させた場合、ヒータの発熱体の抵抗値が一定であれば、ヒータの発熱体を流れる電流値が増大することになる。このとき、ヒータの電流値については、電極やそれらと接続する配線の材料等による制約がある場合が多い。したがって、ヒータの発熱に対し、印加電圧を増大させる方向での制御を困難にさせることが多い。
【００２４】
例えば、上述のように電極や配線の材料等による制約から、ヒータを流れる電流値の上限が３００Ａ（アンペア）に制限されている場合、ヒータの発熱体の抵抗値が０．５Ω（オーム）であれば、印加電圧の上限は、約１５０Ｖ（ボルト）に制限されることになる。したがって、印加電圧を１５０Ｖ以上に増大することによってヒータの発熱を高めることは困難となる。
【００２５】
そこで、このような電流値の制限がある場合に、ヒータの発熱体の抵抗を高くしておくことができれば、印加電圧の増大が可能となる。例えば、ヒータの発熱体の抵抗値を１Ωにすることができれば、印加電圧を１５０Ｖから３００Ｖまで増大させても、ヒータを流れる電流の値は、概ね３００Ａ以下になり、上述の配線の材料等による制約の範囲内に抑えられることになる。そして、ヒータにおいては、より高い発熱を実現することができる。したがって、ヒータの発熱を高めるためには、ヒータの抵抗を、より具体的には、ヒータの発熱体の抵抗を制御する方法が有効となる。
【００２６】
ヒータの発熱体の抵抗を制御する方法の１つとしては、ヒータの発熱体の形状を制御する方法がある。
【００２７】
図６は、従来のヒータの発熱体の構造を模式的に示す斜視図である。
【００２８】
図６に示すように、従来のヒータの発熱体１０００は、短手方向の断面が長方形となるリボン状の発熱体部材１００１を基本構造として構成される。このような従来のヒータでは、発熱体１０００の抵抗を形状によって制御することが可能であり、その場合、発熱体部材１００１の厚さＹａを制御することが有効である。具体的には、発熱体部材１００１の厚さＹａを薄くすることでヒータの発熱体１０００の抵抗を高くする制御が可能となる。
【００２９】
しかしながら、そうした制御方法では、発熱体１０００の抵抗を高くするのにつれて、発熱体１０００の厚さＹａは薄くなる。その結果、ヒータの発熱は増大するものの、発熱体１０００の強度の確保が困難となり、上述したようなヒータの変形の問題を生じることがあった。
【００３０】
例えば、成膜装置においては、ヒータの発熱体１０００をウェハの下方に配置して使用することができる。その場合、発熱体部材１００１を基本構造とする発熱体１０００を両端で支持するようにし、発熱体部材１００１の上面Ｓａがウェハの裏面と対向するように配置することが好ましい。しかしながら、発熱体１０００のＹａが薄いと、例えば、発熱時において、発熱体１０００が自重によって下方側に撓む変形を生じることがあった。
【００３１】
成膜装置では、ウェハの加熱が所望とする条件で行われるように、ウェハとヒータの発熱体との間の距離が定められている。したがって、発熱体に撓みが生じると、ウェハとヒータの発熱体との間の距離が当初の設定値からずれることになり、所望とする条件でのウェハの加熱ができなくなる。また、ウェハを裏面から均一に加熱することができなくなり、ウェハ上に均一な特性のエピタキシャル膜を形成できなくなることがあった。
【００３２】
本発明の実施形態であるヒータは、こうした従来のヒータの問題に鑑みて、ヒータの発熱体が強度を確保できる形状を有するようにして構成される。併せて、ヒータの発熱体の形状を制御して行うヒータの抵抗の制御を容易なものとする。そして、本発明の実施形態であるヒータは、本実施の形態の成膜装置に適用される。
【００３３】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いてより詳しく説明する。尚、図面の記載において、共通する構成要素については同一の符号を付している。そして、重複する説明は省略している。
【００３４】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態のヒータの発熱体の構造を模式的に示す斜視図である。
【００３５】
本実施の形態のヒータの発熱体１は、短冊状の平板の短手方向の両端が折り曲げられた形状の発熱体部材を基本構造として構成される。そして、より具体的には、図１に示すように、本実施の形態のヒータの発熱体１は、断面がコの字形状となるリボン状の発熱体部材２を基本構造として構成される。
【００３６】
本実施の形態のヒータの発熱体１において、基本構造をなす発熱体部材２の上部の厚さＹ、側縁部の厚さＸ、短手方向の幅ａ、および側縁部の高さｂの関係は、電気的特性を考慮して決められる。そして、さらに発熱体部材２の上部面Ｓをウェハの裏面と対向するように成膜装置内に配置する場合を想定して、発熱体１の強度を確保できる関係とすることが好ましい。例えば、上部の厚さＹと側縁部の厚さＸとは同一とすることが可能である。また、短手方向の幅ａと側縁部の厚さＸとの比（ａ／Ｘ）は３〜１０とすることが好ましく、４〜８とすることがより好ましい。こうした構造とすることにより、発熱体１は、好ましい抵抗を備え、強度の確保に有効な形状を有することができる。
【００３７】
そして、発熱体１の基本構造をなし、発熱体１を構成する発熱体部材２は、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料、およびＳｉＣ材よりなる群から選ばれる材料を用いて構成することが可能である。
【００３８】
以上の本実施の形態のヒータの発熱体１は、強度を確保できる形状を有している。そして、本実施の形態のヒータは、発熱体１の発熱体部材２の上部面Ｓをウェハの裏面と対向するように、発熱体１をウェハの下方に配置することができる。そうして、成膜装置に適用された場合、発熱体１での撓みの発生が低減され、変形の発生を抑えることができる。その結果、本実施の形態のヒータは、成膜装置内において所望条件でのウェハの加熱を実現するとともに、ウェハ裏面からの均一な加熱を可能とする。
【００３９】
さらに、本実施の形態のヒータの発熱体１の発熱体部材２は、断面がコの字形状で強度を確保できる形状を有しているため、図６の従来ヒータの発熱体１０００の発熱体部材１００１に比べて、対応する上部の厚さＹを薄く制御することができる。すなわち、本実施の形態のヒータは、発熱体１の形状を制御してその抵抗を制御しようとする場合、発熱体１の抵抗制御の範囲を、従来に比べて広くすることができる。その結果、本実施の形態のヒータでは、より高温の発熱をするように制御することが可能となり、例えば、２０００℃などの非常に高温での加熱が求められる成膜装置においても好適に使用することができる。
【００４０】
そして、本実施の形態のヒータの発熱体１は、図１に示すように、断面がコの字形状のリボン状の発熱体部材２を基本構造とする。したがって、発熱体部材２を基本構造として、発熱体１の内部に、長手方向に曲げられた構造を設けることより、発熱体１は多様な形状を実現することが可能である。またさらに、図１に示された発熱体部材２を基本構造として、複数組み合わされた構造とすることにより、さらに多様な形状を実現することが可能である。例えば、発熱体１の内部に、長手方向に曲げられた構造として、長手方向に屈曲した構造や湾曲した構造を設けることにより、発熱体１は全体の形状が面状をなす、面状発熱体を構成することが可能である。そして、より具体的には、管状（リング状）や円盤状の面状発熱体を構成することなどが可能である。
【００４１】
図２は、本実施の形態のヒータの発熱体の一例を模式的に説明する図であり、図２（ａ）は本実施の形態のヒータの発熱体の一例の構造を模式的に説明する平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＡ−Ａ’線に沿った断面を模式的に示す図である。
【００４２】
図２（ａ）に示す本実施の形態の一例であるヒータの発熱体１０は、図１に示した断面がコの字形状のリボン状の発熱体部材２を基本構造とし、長手方向に曲げられた構造を備えて円盤状をなし、面状発熱体を構成するようにされたものである。そして、発熱体１０は、両端部分のそれぞれにより図示されない電極と電気的接続がなされて、本実施の形態の一例であるヒータを構成する。発熱体１０では、図２（ｂ）に示すように、面状発熱体を構成する各部の断面が、発熱体部材２の構造に由来して、コの字形状を有するように構成されている。発熱体１０を構成する発熱体部材２の構成材料については、上述したように、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコート材料、およびＳｉＣ材よりなる群から選ばれる材料とすることが可能である。このような面状発熱体を構成する発熱体１０を有する本実施の形態のヒータは、成膜装置に適用されてウェハの加熱に好適なヒータとなる。
【００４３】
そして、図２（ａ）および図２（ｂ）に示す発熱体１０では、コの字形状を有する発熱体部材２の上部面Ｓから１つの面が構成されており、発熱体１０全体として１つの上面が構成されている。したがって、発熱体１０を有する本実施の形態のヒータは、成膜装置に適用されて、ウェハと発熱体１０との間の距離を容易かつ高精度に定めることが可能となる。
【００４４】
さらに、上述のように、発熱体１０は、断面がコの字形状の発熱体部材２を基本構造として、強度を確保できる形状を有する。したがって、成膜装置に適用されて、発熱体１０の上面をウェハの裏面と対向するようにしてウェハの下方に配置することができる。そうして、本実施の形態の一例であるヒータでは、発熱体１０における撓みの発生が低減され、変形の発生を抑えることができる。その結果、成膜装置内において所望条件でのウェハの加熱を実現するとともに、ウェハ裏面からの均一な加熱を可能とする。
【００４５】
図３は、本実施の形態のヒータの発熱体の別の一例を模式的に説明する図であり、図３（ａ）は本実施の形態のヒータの発熱体の別の一例の構造を模式的に説明する平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ’線に沿った断面を模式的に示す図である。
【００４６】
図３（ａ）に示す本実施の形態の別の一例であるヒータの発熱体２０は、図１に示したリボン状の発熱体部材２を基本構造とし、長手方向に曲げられた構造を備えて、一部に切り欠け部分を有する管状（リング状）をなし、面状発熱体を構成するようにされたものである。そして、発熱体２０は、両端部分のそれぞれにより図示されない電極と電気的接続がなされて、本実施の形態の別の一例であるヒータを構成する。
【００４７】
発熱体２０では、図３（ｂ）に示すように、断面がコの字型の形状を有するように構成され、強度を確保できる形状を有している。発熱体２０を構成する発熱体部材２の構成材料については、上述したように、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料、およびＳｉＣ材よりなる群から選ばれる材料とすることが可能である。このような面状発熱体を構成する発熱体２０を有する本実施の形態のヒータは、成膜装置に適用されて、ウェハの加熱に好適なヒータとなる。
【００４８】
図３（ａ）および図３（ｂ)に示す発熱体２０では、中央の開口部を挟んで対向する部分同士の他、コの字形状を有する発熱体部材２の上部面Ｓから１つの面が構成されており、発熱体２０全体として１つの上面が構成されている。したがって、発熱体２０を有する本実施の形態のヒータは、成膜装置に適用されて、ウェハと発熱体２０との間の距離を容易かつ高精度に定めることが可能となる。
【００４９】
さらに、上述のように、発熱体２０では、断面がコの字形状を有しており、強度を確保できる形状を有する。したがって、成膜装置に適用されて、発熱体２０の上面をウェハの裏面と対向するようにしてウェハの下方に配置することができる。そうして、本実施の形態の別の一例であるヒータでは、発熱体２０における撓みの発生が低減され、変形の発生を抑えることができる。その結果、成膜装置内において所望条件でのウェハの加熱を実現するとともに、ウェハ裏面からの均一な加熱を可能とする。
【００５０】
次に、本実施の形態のヒータを用いて構成された、本実施の形態の成膜装置について、図面を用いて説明する。
【００５１】
＜実施の形態２＞
図４は、本実施の形態における枚葉式の成膜装置の模式的な断面図である。以下の説明では、ＳｉＣ膜の成膜を例にとり、本実施の形態の成膜装置１００の構造を説明する。そして、基板としてＳｉＣウェハ１０１を用いる。但し、本実施の形態は、これらの例に限られるものではない。本実施の形態は、Ｓｉ膜のエピタキシャル成長等に適用することも可能である。そして、基板についても、場合に応じて、シリコンウェハなど他の材料からなるウェハを用いることが可能である。
【００５２】
成膜装置１００は、成膜室としてのチャンバ１０３を有する。
【００５３】
チャンバ１０３の上部には、加熱されたＳｉＣウェハ１０１の表面に結晶膜を成膜するための原料ガスを供給するガス供給部１２３が設けられている。また、ガス供給部１２３には、原料ガスの吐出孔が多数形成されたシャワープレート１２４が接続している。シャワープレート１２４をＳｉＣウェハ１０１の表面と対向して配置することにより、ＳｉＣウェハ１０１の表面に原料ガスを供給できる。
【００５４】
原料ガスとしては、ＳｉＨ４（モノシラン）およびＣ３Ｈ８（プロパン）を用いることができ、キャリアガスとしての水素ガスと混合した状態で、ガス供給部１２３からチャンバ１０３の内部に導入する。尚、ＳｉＨ４に代えて、ＳｉＨ６（ジシラン）、ＳｉＨ３Ｃｌ（モノクロロシラン）、ＳｉＨ２Ｃｌ２（ジクロロシラン）、ＳｉＨＣｌ３（トリクロロシラン）、ＳｉＣｌ４（テトラクロロシラン）などを用いてもよい。
【００５５】
チャンバ１０３の下部には、反応後の原料ガスを排気するガス排気部１２５が複数設けられている。ガス排気部１２５は、調整弁１２６および真空ポンプ１２７からなる排気機構１２８に接続されている。排気機構１２８は、図示しない制御機構により制御されてチャンバ１０３内を所定の圧力に調整する。
【００５６】
チャンバ１０３の内部には、サセプタ１０２が、回転部１０４の上に設けられている。サセプタ１０２は、ＳｉＣウェハ１０１の外周部を支持する第１のサセプタ部１０２ａと、第１のサセプタ部１０２ａの開口部分に密嵌される第２のサセプタ部１０２ｂとからなる。第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂは、高温下にさらされることから、例えば、高純度のＳｉＣを用いて構成される。
【００５７】
サセプタ１０２は、第１のサセプタ部１０２ａと第２のサセプタ部１０２ｂとが一体化されたものであってもよい。また、サセプタ１０２は、第２のサセプタ部１０２ｂがなく第１のサセプタ部１０２ａのみから構成されていてもよい。但し、ヒータ１１や回転部１０４で発生した汚染物質によってＳｉＣウェハ１０１が汚染されるのを防ぐ点から、第２のサセプタ部１０２ｂを設ける構成とすることが好ましい。
【００５８】
回転部１０４は、回転胴１０４ａと、回転ベース１０４ｂと、回転軸１０４ｃとを有している。サセプタ１０２を支持する回転胴１０４ａは、回転ベース１０４ｂの上に固定されている。回転胴１０４ａは、本発明の支持部に対応していて、上部にサセプタ１０２を、内部にヒータ１１をそれぞれ配置する。また、回転ベース１０４ｂは、ネジ１０６によって回転軸１０４ｃに接続している。
【００５９】
回転軸１０４ｃは、チャンバ１０３の外部まで延設されており、図示しない回転機構に接続している。回転軸１０４ｃが回転することにより、回転ベース１０４ｂおよび回転胴１０４ａを介してサセプタ１０２を回転させることができ、ひいてはサセプタ１０２に支持されたＳｉＣウェハ１０１を回転させることができる。成膜時にＳｉＣウェハ１０１を回転させることで、均一な厚みの膜を形成できる。回転胴１０４ａは、ＳｉＣウェハ１０１の中心を通り、且つ、ＳｉＣウェハ１０１に直交する線を軸として回転することが好ましい。
【００６０】
図４において、回転胴１０４ａは、上部が解放された構造であるが、サセプタ１０２が設けられることにより、上部が覆われて中空領域（以下、Ｐ２領域と称す。）を形成する。尚、第２のサセプタ部１０２ｂがない場合には、ＳｉＣウェハ１０１が第１のサセプタ部１０２ａで支持されることでＰ２領域が形成される。ここで、チャンバ１０３内をＰ１領域とすると、Ｐ２領域は、サセプタ１０２によって実質的にＰ１領域と隔てられた領域となる。
【００６１】
Ｐ２領域には、ＳｉＣウェハ１０１を裏面から加熱するヒータ１１が設けられている。ヒータ１１は、面状発熱体である上述した第１の実施形態の発熱体１０と電極１２２とを有する。ヒータ１１において、発熱体１０は、アーム状のブースバー１２１によって支持されている。ブースバー１２１は、発熱体１０を支持する側とは反対の側の端部で電極１２２に接続している。すなわち、ヒータ１１では、発熱体１０と電極１２２とが、発熱体１０を支持するブースバー１２１を介して、電気的に接続している。
【００６２】
発熱体１０を構成する材料については、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料、およびＳｉＣ材からなる群より選ばれた材料とすることが可能である。本実施の形態では、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料、あるいはＳｉＣ材を選択することが好ましい。
【００６３】
ヒータ１１の発熱体１０では、図１に示した発熱体部材２を基本構造として、断面がコの字形状を有しており、強度を確保できる形状を有する。したがって、ヒータ１１では、発熱体１０が成膜装置１００内でＳｉＣウェハ１０１の下方に配置されて使用されても、発熱体１０の撓みの発生が低減され、変形の発生は抑えられている。そして、ヒータ１１は、成膜装置１００において所望条件でのＳｉＣウェハ１０１の加熱を実現するとともに、ＳｉＣウェハ１０１の裏面からの均一な加熱を可能とする。
【００６４】
発熱体１０を支持するブースバー１２１は、導電性の高耐熱性部材、例えば、ＳｉＣをコートしたカーボン材からなる。電極１２２はＭｏ（モリブデン）製である。これにより、ヒータ１１では、ヒータ支持部であるブースバー１２１を介して、電極１２２から発熱体１０への給電が可能となっている。具体的には、電極１２２から発熱体１０に通電がなされて発熱体１０が発熱し、昇温する。
【００６５】
加熱により変化するＳｉＣウェハ１０１の表面温度は、チャンバ１０３の上部に設けられた放射温度計１４０によって計測される。放射温度計１４０は、本発明における温度測定部を構成する。尚、シャワープレート１２４を透明石英製とすることによって、放射温度計１４０による温度測定がシャワープレート１２４で妨げられないようにすることができる。計測した温度データは、図示しない制御機構に送られた後、ヒータ１１の出力制御にフィードバックされる。これにより、ＳｉＣウェハ１０１を所望の温度となるように加熱できる。
【００６６】
次に、本実施の形態では、インヒータとアウトヒータの２種類のヒータによってＳｉＣウェハ１０１を加熱する構成としてもよい。この場合、アウトヒータは、サセプタ１０２の周縁部を主に加熱するようにし、インヒータは、アウトヒータの下部に配置されて、サセプタ１０２の周縁部以外を主に加熱するようにすることができる。
【００６７】
図５は、本実施の形態の成膜装置の別の例の構造を説明する模式的な断面図である。
【００６８】
図５に示す本実施の形態の別の例である成膜装置２００は、インヒータとアウトヒータの２種類のヒータによってＳｉＣウェハ１０１を加熱する構成を有する。そして、インヒータとしては、図４に示した成膜装置１００と同様の、本実施の形態のヒータ１１を使用することができる。アウトヒータとしては、面状発熱体である図３の第１の実施の形態の発熱体２０を有するヒータ２１を使用することができる。成膜装置２００のその他の主要な構造については、上述した成膜装置１００と同様とすることができる。
【００６９】
ヒータ２１は、発熱体２０の形状が異なる以外、上述したヒータ１１と同様の構造を備えており、面状発熱体である発熱体２０は、発熱体２０を支持するブースバー（図示されない）を介して、電極１２２と電気的に接続している。ヒータ２１の発熱体２０を構成する材料については、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料、およびＳｉＣ材からなる群より選ばれた材料とすることが可能である。本実施の形態では、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料、あるいはＳｉＣ材を選択することが好ましい。
【００７０】
以上の構成を有することにより、成膜装置２００は、ＳｉＣウェハ１０１を、裏面から、より均一に加熱できるため、ＳｉＣウェハ１０１の温度分布の均一性が向上する。そして、ヒータ１１およびヒータ２１は、それぞれの発熱体１０および発熱体２０が、いずれも断面がコの字形状の発熱体部材２を基本構造としており、強度を確保できる形状を有する。したがって、ヒータ１１およびヒータ２１では、発熱体１０および発熱体２０が成膜装置２００内で、ＳｉＣウェハ１０１の下方に配置されて使用されても、それらの撓みの発生が低減され、変形の発生は抑えられている。その結果、成膜装置２００において所望とする条件でのＳｉＣウェハ１０１の加熱を維持することができる。
【００７１】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。
【００７２】
上記実施の形態では、成膜室内に載置されるウェハを回転させながら成膜処理を行う例について述べたが、本発明はこれに限られるものではない。本発明の成膜装置は、ウェハを回転させないで成膜してもよい。
【００７３】
また、上記実施の形態では、成膜装置の一例としてエピタキシャル成長装置を挙げたが、本発明はこれに限られるものではない。成膜室内に反応ガスを供給し、ウェハを加熱しながらその表面に膜を形成する成膜装置であれば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置などの他の成膜装置であってもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１、１０、２０、１０００ 発熱体
２、１００１ 発熱体部材
１１、２１ ヒータ
１００、２００ 成膜装置
１０１ ＳｉＣウェハ
１０２ サセプタ
１０２ａ 第１のサセプタ部
１０２ｂ 第２のサセプタ部
１０３ チャンバ
１０４ 回転部
１０４ａ 回転胴
１０４ｂ 回転ベース
１０４ｃ 回転軸
１０６ ネジ
１２１ ブースバー
１２２ 電極
１２３ ガス供給部
１２４ シャワープレート
１２５ ガス排気部
１２６ 調整弁
１２７ 真空ポンプ
１２８ 排気機構
１４０ 放射温度計
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面状発熱体と、
前記面状発熱体に電気的に接続する電極とを有するヒータであって、
前記面状発熱体は、断面がコの字形状の発熱体部材が組み合わされた構造または断面がコの字形状の発熱体部材が長手方向に曲げられた構造の環状または円盤状であることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記面状発熱体の発熱体部材は、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料およびＳｉＣ材よりなる群から選ばれる材料を用いて構成されることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記面状発熱体の発熱体部材は、短手方向の幅ａと側縁部の厚さＸの比（ａ／Ｘ）が３〜１０であることを特徴とする請求項１または２に記載のヒータ。
【請求項４】
成膜室と、
前記成膜室内に載置される基板を加熱するヒータとを備えた成膜装置であって、
前記ヒータは、面状発熱体と、前記面状発熱体に電気的に接続する電極とを有し、
前記面状発熱体は、断面がコの字形状の発熱体部材が組み合わされた構造または断面がコの字形状の発熱体部材が長手方向に曲げられた構造の環状または円盤状であることを特徴とする成膜装置。
【請求項５】
前記面状発熱体の発熱体部材は、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料およびＳｉＣ材よりなる群から選ばれる材料を用いて構成されることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。
【請求項１】
面状発熱体と、
前記面状発熱体に電気的に接続する電極とを有するヒータであって、
前記面状発熱体は、断面がコの字形状の発熱体部材が組み合わされた構造または断面がコの字形状の発熱体部材が長手方向に曲げられた構造の環状または円盤状であることを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記面状発熱体の発熱体部材は、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料およびＳｉＣ材よりなる群から選ばれる材料を用いて構成されることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記面状発熱体の発熱体部材は、短手方向の幅ａと側縁部の厚さＸの比（ａ／Ｘ）が３〜１０であることを特徴とする請求項１または２に記載のヒータ。
【請求項４】
成膜室と、
前記成膜室内に載置される基板を加熱するヒータとを備えた成膜装置であって、
前記ヒータは、面状発熱体と、前記面状発熱体に電気的に接続する電極とを有し、
前記面状発熱体は、断面がコの字形状の発熱体部材が組み合わされた構造または断面がコの字形状の発熱体部材が長手方向に曲げられた構造の環状または円盤状であることを特徴とする成膜装置。
【請求項５】
前記面状発熱体の発熱体部材は、カーボン材、カーボン材またはＳｉＣ材にＳｉＣをコートした材料およびＳｉＣ材よりなる群から選ばれる材料を用いて構成されることを特徴とする請求項４に記載の成膜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−６５７９２（Ｐ２０１３−６５７９２Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２０４７６５（Ｐ２０１１−２０４７６５）
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月２０日（２０１１．９．２０）
【出願人】（５０４１６２９５８）株式会社ニューフレアテクノロジー (669)
【Ｆターム（参考）】
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