特許 5855402 サセプター及びその製法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5855402

(24)【登録日】2015年12月18日

(45)【発行日】2016年2月9日

(54)【発明の名称】サセプター及びその製法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/02 20060101AFI20160120BHJP

   G01K 1/14 20060101ALI20160120BHJP

   G01K 7/02 20060101ALI20160120BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20160120BHJP

   H05B 3/74 20060101ALI20160120BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/02 Z

   G01K1/14 L

   G01K7/02 A

   H01L21/68 N

   H05B3/74

【請求項の数】12

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2011-206389(P2011-206389)

(22)【出願日】2011年9月21日

(65)【公開番号】特開2012-69947(P2012-69947A)

(43)【公開日】2012年4月5日

【審査請求日】2014年5月19日

(31)【優先権主張番号】61/386008

(32)【優先日】2010年9月24日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000017

【氏名又は名称】特許業務法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】後藤 義信

【審査官】 堀江 義隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−００９７９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２８６３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５３２５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１４２０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２９２３８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０４２９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１１９３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｇ０１Ｋ １／１４

Ｇ０１Ｋ ７／０２

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０５Ｂ ３／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円盤状のセラミックプレートと、
該セラミックプレートの中に前記セラミックプレートを構成する粒子と接触した状態で埋設され、互いに異なる組成の第１及び第２素線の先端同士を接合した測温部を有する熱電対と、
を備え、前記熱電対は、前記測温部が前記セラミックプレートのうちウエハ載置面の近くになるように屈曲されて埋設されている、サセプター。

【請求項2】

前記第１及び第２素線は、耐熱温度が前記セラミックプレートの焼結温度以上である、
請求項１に記載のサセプター。

【請求項3】

前記熱電対は、素線のままの状態で埋設されている、
請求項１又は２に記載のサセプター。

【請求項4】

前記熱電対は、前記第１及び第２素線を互いに離間した状態で被覆する保護管を備えた状態で埋設されている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のサセプター。

【請求項5】

前記熱電対は、前記セラミックプレートのうちウエハ載置面とは反対側の面の近い位置に形成されている、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のサセプター。

【請求項6】

前記測温部は、前記セラミックプレートの外周側に配置されている、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のサセプター。

【請求項7】

前記第１素線の末端に設けられた第１端子は前記第１素線と同じ材料からなり、前記第２素線の末端に設けられた第２端子は前記第２素線と同じ材料からなる、
請求項１〜６のいずれか１項に記載のサセプター。

【請求項8】

前記第１端子に接続される導線は前記第１素線と同じ材料からなり、前記第２端子に接続される導線は前記第２素線と同じ材料からなる、
請求項７に記載のサセプター。

【請求項9】

前記セラミックプレートに取り付けられた中空のシャフトと、
該シャフトのうち前記セラミックプレートと反対側に取り付けられた支持部材と
を備え、
前記シャフトの内部は不活性ガスでパージされている、
請求項１〜８のいずれか１項に記載のサセプター。

【請求項10】

前記熱電対は、前記セラミックプレートの中に放射線状に複数埋設されている。
請求項１〜９のいずれか１項に記載のサセプター。

【請求項11】

円盤状のセラミックプレートの中に該セラミックプレートを構成する粒子と接触した状態で熱電対を埋設したサセプターを製造する方法であって、
前記熱電対又は焼成したあとに前記熱電対になる熱電対前駆体を、前記熱電対の測温部が前記セラミックプレートのうちウエハ載置面の近くになるように屈曲されて埋設されるようにセラミック成形体に埋設した状態でホットプレス焼成する工程
を含むサセプターの製法。

【請求項12】

円盤状のセラミックプレートの中に該セラミックプレートを構成する粒子と接触した状態で熱電対を埋設したサセプターを製造する方法であって、
前記熱電対又は焼成したあとに前記熱電対になる熱電対前駆体を、前記熱電対の測温部が前記セラミックプレートのうちウエハ載置面の近くになるように屈曲されて埋設されるようにセラミック成形体とセラミック焼結体との間に挟み込んだ状態でホットプレス焼成する工程
を含むサセプターの製法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、サセプター及びその製法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、半導体の製造工程で半導体ウエハを加熱するための台として使用するサセプターが知られている。こうしたサセプターとしては、ウエハ載置面を有する円盤状のセラミックプレートの内周側と外周側にそれぞれ独立にヒーターを埋め込んだ２ゾーンヒーターと呼ばれるものが知られている（例えば特許文献１）。２ゾーンヒーターは、セラミックプレート中に、内周側抵抗発熱体と外周側抵抗発熱体とをそれぞれ独立に埋め込み、各抵抗発熱体に給電端子を設け、各抵抗発熱体にそれぞれ独立に電圧を印加することにより、各抵抗発熱体からの発熱を独立して制御するものである。具体的には、セラミックプレートの内周側の温度と外周側の温度とを測定し、セラミックプレートの全面が目標温度となるように各抵抗発熱体からの発熱を制御する。セラミックプレートの内周側の温度と外周側の温度を測定するにあたっては、ゾーンごとにつまり内周側と外周側のそれぞれに、熱電対用の穴を設け、その穴に熱電対を配置し、各熱電対により温度を測定する方法が知られている（例えば特許文献２）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００７−８８４８４号公報

【特許文献2】特開２００５−１６６３５４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明者らは、今般、セラミックプレートの温度を測定するにあたり、熱電対をセラミックプレートに埋設することを考えた。その場合、ウエハの均熱性が熱電対によって損なわれないようにする必要があった。

【0005】

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、埋設された熱電対によってウエハ載置面の均熱性が損なわれることのないサセプターを提供することを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

【0007】

本発明のサセプターは、
円盤状のセラミックプレートと、
該セラミックプレートの中に前記セラミックプレートを構成する粒子と接触した状態で埋設され、互いに異なる組成の第１及び第２素線の先端同士を接合した測温部を有する熱電対と、
を備えたものである。

【0008】

このセラミックプレートでは、熱電対の測温部をセラミックプレート内の任意の位置に配置した状態で埋設すれば、その任意の位置の温度を容易に測定することができる。また、熱電対を内蔵しているが、セラミックプレートを構成する粒子と接触した状態で埋設されているため、熱電対とセラミックプレートを構成する粒子との間に空隙が存在する場合に比べて、ウエハ載置面の均熱性が高くなる。すなわち、埋設された熱電対によってウエハ載置面の均熱性が損なわれることがない。

【0009】

本発明のサセプターにおいて、前記第１及び第２素線は、耐熱温度が前記セラミックプレートの焼結温度以上であることが好ましい。こうすれば、セラミックプレートを焼結する前の成形体に熱電対を埋設したあとその成形体を焼結することができる。

【0010】

ここで、Ｗ−Ｒｅ合金は、高融点金属（３０００℃以上）であり、各種のセラミック（例えばＡｌＮ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＭｇＯなど）の焼結温度以上の耐熱性を有するため、熱電対の素線の材質として有用である。また、ＷやＷ−Ｒｅ合金は、各種のセラミックと熱膨張係数が近いため、セラミック原料粉と一体焼結したとしてもクラックが発生しにくい。こうしたことから、Ｗ−Ｒｅ熱電対は熱電対の素線として使用するのに適している。また、ＰｔやＰｔ−Ｒｈ合金も、良好な耐熱性を有するため、熱電対の素線の材質として有用である。ＰｔやＰｔ−Ｒｈ合金を利用した熱電対としては、Ｂ熱電対、Ｒ熱電対、Ｓ熱電対が知られている。例えば、Ｂ熱電対を使用する場合、焼結温度が１４５０℃以下のセラミックを用いることが好ましい。ＡｌＮやＡｌ₂Ｏ₃を１４５０℃以下で焼結するためには、ＡｌＮ原料粉又はＡｌ₂Ｏ₃原料粉にＭｇＦ₂の粉体を０．１〜３ｗｔ％添加すればよい。なお、ＰｔやＰｔ−Ｒｈ合金は、ＷやＷ−Ｒｅ合金に比べて酸化雰囲気でも劣化しにくいという利点を有する。

【0011】

本発明のサセプターにおいて、前記熱電対は、素線のままの状態で埋設されていてもよいし、前記第１及び第２素線を互いに離間した状態で被覆する保護管を備えた状態で埋設されていてもよい。前者の場合には、セラミックプレートに占める熱電対の体積割合が小さいため、熱電対が均熱性に影響を及ぼすことはほとんどない。後者の場合には、第１及び第２素線が保護管で覆われているため、製造時や使用時にそれらが断線するおそれがない。保護管を備えた熱電対としては、例えばアルミナや窒化アルミニウムなどのセラミック製の保護管を第１及び第２素線に被せた熱電対のほか、シース熱電対なども含まれる。

【0012】

本発明のサセプターにおいて、前記熱電対は、前記セラミックプレートのうちウエハ載置面とは反対側の面の近い位置に形成されていてもよい、こうすれば、熱電対がウエハ載置面の均熱性へ及ぼす影響を小さくすることができる。

【0013】

本発明のサセプターにおいて、前記熱電対は、前記測温部が前記ウエハ載置面の近くになるように屈曲されていてもよい。こうすれば、熱電対によって測定された温度はウエハ温度とほとんど一致する。

【0014】

本発明のサセプターにおいて、前記熱電対は、前記測温部が前記セラミックプレートの外周側に配置されていてもよい。こうすれば、外周側の温度を測定するのに適したサセプターを提供することができる。

【0015】

本発明のサセプターにおいて、前記第１素線の末端に設けられた第１端子は前記第１素線と同じ材料からなり、前記第２素線の末端に設けられた第２端子は前記第２素線と同じ材料からなることが好ましい。第１端子と第１素線とが異なる材料からなる場合には、第１端子と第１素線との間にも起電力が生じるため、その起電力を補正する必要があるが、ここでは第１端子と第１素線とが同じ材料からなるため、そのような補正は不要である。第２端子と第２素線についても同様である。この場合、更に、第１端子に接続される導線は第１素線と同じ材料からなり、第２端子に接続される導線は第２素線と同じ材料からなることが好ましい。こうすれば、第１素線と第１端子と第１導線とがすべて同じ材料のため、各接続部分で起電力が生じることがない。第２素線と第２端子と第２導線についても同様である。なお、第１及び第２端子は、セラミックプレートに設けられた穴を介してセラミックプレートの外部に露出していてもよい。また、測温部がセラミックプレートの外周側に配置されるとき、第１及び第２端子は、セラミックプレートの中央側に配置されていてもよい。

【0016】

本発明のサセプターにおいて、前記セラミックプレートに取り付けられた中空のシャフトと、該シャフトのうち前記セラミックプレートと反対側に取り付けられた支持部材とを備え、前記シャフトの内部は不活性ガスでパージされていてもよい。こうすれば、熱電対に接続された導線がシャフト内で露出していたとしても、シャフト内は不活性ガスでパージされているため、酸化を防止することができる。例えば、熱電対の各素線や各端子にＷ−Ｒｅ合金を使用する場合には、各端子に接続される導線にもＷ−Ｒｅ合金を使用することが好ましいが、Ｗ−Ｒｅ合金は酸化雰囲気で劣化しやすいため、シャフト内を不活性ガスでパージするのが好ましい。一方、熱電対の各素線や各端子にＰｔやＰｔ−Ｒｈ合金を使用する場合には、各端子に接続される導線にもＰｔやＰｔ−Ｒｈ合金を使用することが好ましいが、ＰｔやＰｔ−Ｒｈ合金は酸化雰囲気でも劣化しにくいため、シャフト内を不活性ガスでパージしなくても構わない（もちろん不活性ガスでパージしてもよい）。

【0017】

本発明のサセプターにおいて、前記熱電対は、前記セラミックプレートの中に放射線状に複数埋設されていてもよい。こうすれば、セラミックプレートの外周側の複数点を測温できるため、半導体製造プロセスでウエハの温度分布を調べることができる。

【0018】

本発明のサセプターの製法は、円盤状のセラミックプレートの中に該セラミックプレートを構成する粒子と接触した状態で熱電対を埋設したサセプターを製造する方法であって、
前記熱電対又は焼成したあとに前記熱電対になる熱電対前駆体を、セラミック成形体に埋設した状態でホットプレス焼成する工程
を含むもの、
又は、
前記熱電対又は焼成したあとに前記熱電対になる熱電対前駆体を、セラミック成形体とセラミック焼結体との間に挟み込んだ状態でホットプレス焼成する工程
を含むものである。

【0019】

本発明のサセプターの製法によれば、上述した本発明のサセプターを容易に作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】サセプター１０の縦断面図である。

【図2】サセプター１０の主要構成を表す斜視図である。

【図3】ガスパージ用のノズル４７を備えたサセプター１０の縦断面図である。

【図4】セラミックプレート１２０の平面図である。

【図5】セラミックプレート２０の製造工程図である。

【図6】セラミックプレート２２０の製造工程図である。

【図7】外周側熱電対５０の先端付近を屈曲させたときの縦断面図である。

【図8】シース熱電対１５０を用いたときの縦断面図である。

【図9】サセプター３１０の製造工程図である。

【図10】サセプター１０の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の好適な実施形態を以下に図面を参照しながら説明する。図１はサセプター１０の縦断面図、図２はサセプター１０の主要構成を表す斜視図である。

【0022】

サセプター１０は、半導体の製造工程で半導体ウエハを加熱するための台として使用するものであり、表面がウエハ載置面Ｓである円盤状のセラミックプレート２０と、このセラミックプレート２０のウエハ載置面Ｓとは反対側の面（裏面）に接合された中空状のシャフト４０とを備えている。

【0023】

セラミックプレート２０は、窒化アルミニウムやアルミナなどに代表されるセラミック材料からなる円盤状のプレートである。このセラミックプレート２０には、内周側抵抗発熱体２２と外周側抵抗発熱体２４とが埋設されている。両発熱体２２，２４は、例えばタングステンや炭化タングステンを主成分とするコイルで構成されている。内周側抵抗発熱体２２は、セラミックプレート２０の中央付近に配設された正極端子２２ａから端を発し、一筆書きの要領でセラミックプレート２０の中心を含む小円領域Ｚ１のほぼ全域に配線されたあと正極端子２２ａの隣に設けられた負極端子２２ｂに至るように形成されている。外周側抵抗発熱体２４は、セラミックプレート２０の中央付近に配設された正極端子２４ａから端を発し、一筆書きの要領で小円領域Ｚ１よりも外周側の環状領域Ｚ２のほぼ全域に配線されたあと正極端子２４ａの隣に設けられた負極端子２４ｂに至るように形成されている。両発熱体２２，２４の配線パターンの具体例は、ここでは図示しないが、例えば特許文献１の図１のパターンなどが挙げられる。

【0024】

このセラミックプレート２０の内部には、セラミックプレート２０の中央側から外周面の手前に至るように外周側熱電対５０が埋設されている。この外周側熱電対５０は、セラミックプレート２０の外周付近の温度を測定するものであり、セラミックプレート２０の中にセラミックプレート２０を構成する粒子と接触した状態で埋設されている。また、外周側熱電対５０は、互いに材料組成の異なる第１及び第２素線５１，５２（図２参照）と、第１及び第２素線５１，５２の先端を接合した測温部５０ａとを備えている。各素線５１，５２は、セラミックプレート２０の焼結温度以上の耐熱性を有しており、シースや保護管などに覆われておらず、そのまま埋設されている。また、第１素線５１は第１端子５３を末端に有し、第２素線５２は第２端子５４を末端に有している。各端子５３，５４はセラミックプレート２０の中央側に配置され、測温部５０ａはセラミックプレート２０の外周側に配置されている。

【0025】

外周側熱電対５０としては、例えばＷ−Ｒｅ熱電対やＰｔ−Ｒｈ熱電対などが挙げられる。ＷやＷ−Ｒｅ合金は、高融点金属（３０００℃以上）であり、各種のセラミック（例えばＡｌＮ，Ａｌ₂Ｏ₃，ＭｇＯなど）の焼結温度以上の耐熱性を有する。また、Ｗ−Ｒｅ合金は、各種のセラミックと熱膨張係数が近いため、セラミック原料粉と一体焼結したとしてもクラックが入りにくい。こうしたことから、Ｗ−Ｒｅ合金は外周側熱電対５０の各素線５１，５２の材質として有用である。Ｗ−Ｒｅ熱電対としては、Ｗからなる第１素線５１とＲｅを２６％含むＷからなる第２素線５２との組み合わせ（Ｗ−Ｗ／２６％Ｒｅ）、Ｒｅを５％含むＷからなる第１素線５１とＲｅを２６％含むＷからなる第２素線５２との組み合わせ（Ｗ／５％Ｒｅ−Ｗ／２６％Ｒｅ）、Ｒｅを３％含むＷからなる第１素線５１とＲｅを２５％含むＷからなる第２素線５２との組み合わせ（Ｗ／３％Ｒｅ−Ｗ／２５％Ｒｅ）などがある。なお、％は重量％を表す（以下同じ）。線径は、例えば直径φ０．０８〜０．５ｍｍである。

【0026】

また、ＰｔやＰｔ−Ｒｈ合金も良好な耐熱性を有するため、外周側熱電対５０の各素線５１，５２の材質として有用である。ＰｔやＰｔ−Ｒｈ合金を利用した熱電対としては、Ｂ熱電対（Ｒｈを３０％含むＰｔからなる第１素線５１とＲｈを６％含むＰｔからなる第２素線５２との組合せ）、Ｒ熱電対（Ｒｈを１３％含むＰｔからなる第１素線５１とＰｔからなる第２素線５２との組合せ）、Ｓ熱電対（Ｒｈを１０％含むＰｔからなる第１素線５１とＰｔからなる第２素線５２との組合せ）が知られている。例えば、Ｂ熱電対を使用する場合、焼結温度が１４５０℃以下のセラミックプレートを用いることが好ましい。ＡｌＮやＡｌ₂Ｏ₃を１４５０℃以下で焼結するためには、ＡｌＮ原料粉又はＡｌ₂Ｏ₃原料粉にＭｇＦ₂の粉体を０．１〜３重量％添加すればよい。なお、Ｐｔ−Ｒｈ熱電対は、Ｗ−Ｒｅ熱電対に比べて酸化雰囲気でも劣化しにくいという利点を有する。線径については、Ｗ−Ｒｅ熱電対と同様である。

【0027】

シャフト４０は、セラミックプレート２０と同じ材料で形成されている。このシャフト４０は、一端がセラミックプレート２０に接合され、他端が支持台４６にＯリングを介して気密に接続されている。シャフト４０の内部には、内周側抵抗発熱体２２の正極端子２２ａ及び負極端子２２ｂのそれぞれに接続される給電棒４２ａ，４２ｂや外周側抵抗発熱体２４の正極端子２４ａ及び負極端子２４ｂのそれぞれに接続される給電棒４４ａ，４４ｂが配置されている。また、シャフト４０の内部には、セラミックプレート２０の中央付近の温度を測定する内周側熱電対４８が配置されるほか、外周側熱電対５０の第１及び第２端子５３，５４にそれぞれ接合された第１及び第２導線５５，５６も配置されている。各導線５５，５６の線径は、例えば直径φ１〜４ｍｍである。内周側熱電対４８は、セラミックプレート２０の裏面中央に設けられた凹部に差し込まれ、先端の測温部４８ａがセラミックプレート２０に接触している。

【0028】

ここで、外周側熱電対５０について、更に説明する。第１素線５１と第１端子５３と第１導線５５とは、すべて同じ材質であることが好ましい。例えば第１素線５１と第１端子５３とが異なる材質の場合には、その接続部分でも起電力が生じるため補正が必要であり、第１端子５３と第１導線５５とが異なる材質の場合にも、同じく補正が必要となる。これに対して、第１素線５１と第１端子５３と第１導線５５とがすべて同じ材質の場合には、そのような補正が不要となる。同様の理由で、第２素線５２と第２端子５４と第２導線５６子とは同じ材質であることが好ましい。

【0029】

次に、サセプター１０の製造例について説明する。まず、第１素線５１と第２素線５２とを用意し、第１素線５１の先端と第２素線５２の先端とを溶接して測温部５０ａを形成し、外周側熱電対５０とする。なお、外周側熱電対５０は、市販品を用いてもよい。続いて、第１素線５１の末端に第１端子５３を接合し、第２素線５２の末端に第２端子５４を接合する。そして、セラミックプレート２０の原料となるセラミック原料粉を用意し、内周側抵抗発熱体２２、外周側抵抗発熱体２４、各端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂ、外周側熱電対５０、各端子５３，５４をセラミック原料粉に埋設し、そのセラミック原料粉を加圧してセラミック成形体とする。続いて、そのセラミック成形体を第１及び第２素線５１，５２の耐熱温度未満の温度でホットプレス焼成し、セラミックプレート２０とする。セラミックプレート２０は、直径はセラミック成形体と同じだが、厚さはセラミック成形体の半分程度になる。続いて、セラミックプレート２０の裏面から各端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂ，５３，５４に向けて穴を開けて各端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂ，５３，５４を穴内に露出させる。また、セラミックプレート２０の裏面中央には、内周側熱電対４８を差し込むための凹部を形成する。続いて、セラミックプレート２０の中央にシャフト４０を接合する。なお、接合は、ロウ接合でもよいし固相接合でもよいし固液接合でもよい。その後、シャフト４０の内部において、各給電棒４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂを各端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂに接続し、各導線５５，５６を各端子５３，５４に接続し、内周側熱電対４８の測温部４８ａをセラミックプレート２０の凹部に差し込む。最後に、シャフト４０の下端をＯリングを介して支持台４６に取り付ける。なお、各給電棒４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ、各導線５５，５６及び内周側熱電対４８は、気密状態を保つように支持台４６を上下方向に貫通するように組み付ける。

【0030】

以上説明した本実施形態のサセプター１０によれば、外周側熱電対５０の測温部５０ａをセラミックプレート２０の外周付近の位置に配置した状態で埋設されているため、その位置の温度を容易に測定することができる。また、外周側熱電対５０を内蔵しているが、セラミックプレート２０を構成する粒子と接触した状態で埋設されているため、外周側熱電対５０とセラミックプレート２０を構成する粒子との間に空隙が存在する場合に比べて、ウエハ載置面Ｓの均熱性が高くなる。つまり、埋設された熱電対によってウエハ載置面Ｓの均熱性が損なわれることがない。

【0031】

また、外周側熱電対５０の各素線５１，５２はいずれもセラミックプレート２０の焼結温度以上の耐熱性を有しているため、セラミックプレート２０を焼結する前の成形体に外周側熱電対５０を素線のまま埋設したあとその成形体を焼結することができる。そして、焼結後も、外周側熱電対５０の熱電対としての機能は維持される。

【0032】

更に、外周側熱電対５０は、素線のままの状態で埋設されているため、セラミックプレート２０に占める外周側熱電対５０の体積割合が小さく、外周側熱電対５０が均熱性に影響を及ぼすことはほとんどない。

【0033】

更にまた、外周側熱電対５０は、セラミックプレート２０のうちウエハ載置面Ｓとは反対側の面の近い位置に形成されているため、外周側熱電対５０がウエハ載置面Ｓの均熱性へ及ぼす影響を小さくすることができる。

【0034】

そしてまた、第１素線５１と第１端子５３と第１導線５５とは同じ材料からなり、第２素線５２と第２端子５４と第２導線５６とは同じ材料からなるため、それぞれの接続部分で起電力が生じることがない。接続部分で起電力が生じる場合にはその起電力を補正する必要があるが、本実施形態ではそのような補正は不要である。

【0035】

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

【0036】

例えば、上述した実施形態において、図３に示すように、支持台４６に上下方向の貫通孔を設け、その貫通孔にガスパージ用のノズル４７を気密に挿入し、シャフト４０の内部を不活性ガスでパージしてもよい。こうすれば、外周側熱電対５０に接続された第１及び第２導線５５，５６がシャフト４０の内部で露出していたとしても、シャフト４０の内部は不活性ガスでパージされているため、酸化を防止することができる。例えば、ＷやＷ−Ｒｅ合金は、酸化雰囲気で劣化しやすいため、第１及び第２導線５５，５６としてＷやＷ−Ｒｅ合金が使用されている場合には、シャフト４０の内部を不活性ガスでパージするのが好ましい。一方、ＰｔやＰｔ−Ｒｈ合金は、酸化雰囲気でも劣化しにくいため、第１及び第２導線５５，５６としてＰｔやＰｔ−Ｒｈ合金が使用されている場合には、シャフト４０の内部を不活性ガスでパージすることは必ずしも必要ではない。なお、支持台４６には、ノズル４７と共に図示しないガス抜き孔が形成され、このガス抜き孔を開放するとシャフト４０の内部ガスが放出され、閉鎖するとシャフト４０の内部は密閉される。ノズル４７を介して不活性ガスをパージする場合には、こうしたガス抜き孔の開閉を調整しながら行う。

【0037】

上述した実施形態では、第１及び第２素線５１，５２を有する外周側熱電対５０が１つだけ埋設されたセラミックプレート２０を使用したが、図４に示すように、外周側熱電対５０が放射線状に複数埋設されたセラミックプレート１２０を使用してもよい。こうすれば、セラミックプレート１２０の外周側の複数点（図４では６点）を測温できるため、半導体製造プロセスでウエハの温度分布を調べることができる。

【0038】

上述した実施形態のセラミックプレート２０を図５に示す手順で作製してもよい。なお、ここでは、説明の便宜上、セラミックプレート２０中の外周側熱電対５０、第１及び第２端子５３，５４以外の部材については図示及び説明を省略する。まず、上述した第１実施形態と同様にして、第１端子５３及び第２端子５４の付いた外周側熱電対５０を用意する。続いて、セラミックプレート２０より薄いセラミックベース６０を用意する。このセラミックベース６０は、セラミック原料粉をプレスした成形体でもよいし、そうした成形体を積層した積層体でもよいし、そうした成形体を焼成したセラミック焼結体でもよい。続いて、そのセラミックベース６０の表面に、第１端子５３及び第２端子５４を備えた外周側熱電対５０をはめ込むことのできる溝６２を設ける（図５（ａ）参照）。その溝６２に、第１端子５３及び第２端子５４を備えた外周側熱電対５０をセットし（図５（ｂ）参照）、その上にセラミック原料粉又はその原料粉を加圧成形したセラミック成形体を載せた後、プレスして積層成形体６２とする（図５（ｃ）参照）。最後にその積層成形体６２をホットプレス焼成してセラミックプレート２０とする（図５（ｄ）参照）。なお、セラミックベース６０に溝６２を設けるとき、第１及び第２端子５３，５４をはめ込むことのできる溝だけ切っておき、第１及び第２素線５１，５２はセラミックベース６０の上に載せるようにしてもよい。

【0039】

あるいは、図６に示す手順でセラミックプレート２０と類似のセラミックプレート２２０を作製してもよい。なお、ここでも、説明の便宜上、セラミックプレート２２０中の外周側熱電対２５０、第１及び第２端子２５３，２５４以外の部材については図示及び説明を省略する。まず、外周側熱電対５０を用意する代わりに、第１素線の材質を含んでなる第１ペーストと第２素線の材質を含んでなる第２ペーストとを用意する。続いて、セラミックプレート２２０より薄いセラミックベース２７０を用意する。このセラミックベース２７０は、セラミック原料粉をプレスした成形体でもよいし、そうした成形体を積層した積層体でもよいし、そうした成形体を焼成したセラミック焼結体でもよい。続いて、セラミックベース２７０の中央側に窪み２７２を設け（図６（ａ）参照）、その窪み２７２からセラミックベース２７０の外周側に向かって第１ペーストを印刷し、第１線状部材２７４とする（図６（ｂ）参照）。これにより、窪み２７２は第１ペーストで充填される。続いて、セラミック原料粉をそのまま又はシート状にした層状体２７６を積層し、その層状体２７６のうちセラミックベース２７０の中央側と外周側にそれぞれ窪み２７８，２８０を設ける（図６（ｃ）参照）。中央側の窪み２７８は、先ほどの中央側の窪み２７２と上下方向に重ならないように設ける。外周側の窪み２８０は、第１線状部材２７４の外周側の端部に繋がるように設ける。続いて、窪み２７８から窪み２８０まで第２ペーストを印刷し、第２線状部材２８２とする（図６（ｄ）参照）。外周側の窪み２８０に充填された第２ペーストは、第１線状部材２７４と接触して接点２７５を形成する。この結果、第１線状部材２７４と第２線状部材２８２と接点２７５とを備えた熱電対前駆体２８４ができあがる。その後、その上にセラミック原料粉又はその原料粉を加圧成形したセラミック成形体を載せた後、プレスして積層成形体２８６とする（図６（ｅ）参照）。最後にその積層成形体２８６をホットプレス焼成してセラミックプレート２２０とする（図６（ｆ）参照）。これにより、熱電対前駆体２８４の第１及び第２線状部材２７４，２８２は焼成されて第１及び第２素線２５１，２５２となり、接点２７５は焼成されて測温部２５０ａとなり、外周側熱電対２５０ができあがる。また、窪み２７２に充填された第１ペーストが第１端子２５３になり、中央側の窪み２７８に充填された第２ペーストが第２端子２５４となる。なお、図６では、第１素線２５１と第２素線２５２とは同一水平面上に形成されておらず、別々の面に形成される。

【0040】

上述した実施形態では、セラミックプレート２０の中に両発熱体２２，２４を埋設したが、セラミックプレート２０のうち両発熱体２２，２４とウエハ載置面Ｓとの間に、高周波電極や静電電極を埋設してもよい。

【0041】

上述した実施形態では、第１素線５１と第１端子５３と第１導線５５はすべて同じ材料としたが、第１素線５１と第１端子５３と第１導線５５はすべて異なる材料であってもよいし、２つが同じで１つが異なる材料であってもよい。その場合には、異なる材料を接続する部分で起電力が生じるため、その起電力を補正する回路を組み込む必要があるが、そうした回路を組み込めば精度よく測温することができる。この点は、第２素線５２と第２端子５４と第２導線５６についても同様である。

【0042】

上述した実施形態において、図７に示すように、外周側熱電対５０の先端付近を上向きに屈曲することにより、測温部５０ａがウエハ載置面Ｓの近くになるようにしてもよい。こうすれば、外周側熱電対５０によって測定された温度はウエハ温度とほとんど一致する。

【0043】

上述した実施形態では、外周側熱電対５０を素線のままセラミックプレート２０に埋設したが、図８に示すように、シース（金属保護管）５７に絶縁材５８を充填し、その絶縁材５８に第１及び第２素線５１，５２を互いに接触しないように挿通したシース熱電対１５０をセラミックプレート２０に埋設してもよい。こうすれば、両素線５１，５２はシース５７で被覆されているため、製造時や使用時に素線５１，５２が断線するのを防止できる。通常、シース５７はＳＵＳ製、絶縁材５８はＭｇＯであるが、セラミックスの焼成温度に耐えることを考慮すれば、シース５７はＭｏ製やＴａ製などが好ましく、絶縁材５８はＢＮやＨｆＯ₂などが好ましい。外周側熱電対５０を素線のままセラミックプレート２０に埋設すると、ヒータ線に流れる交流電流によるノイズを受けるため安定した温度が測れないおそれがあるが、図８では素線５１，５２をＭｏ製やＴａ製のシース５７で覆っているため、ノイズの影響を受けず、安定した温度測定が可能となる。なお、シース熱電対１５０の代わりに、セラミックプレート２０と同じ材料からなる保護管で両素線５１，５２を被覆してもよい。この場合、両素線５１，５２が測温部５０ａ以外で接触しないように離間した状態で保護管内を挿通させる。

【実施例】

【0044】

［実施例１］
以下のようにして、実施例１のサセプター３１０を作製した。図９はその製造工程図である。このサセプター３１０の構成要素のうち、上述した実施形態のサセプター１０（図１）と同じ構成要素については、同じ符号を付した。サセプター３１０では、端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂや給電棒４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ、内周側熱電対４８を取り付けなかった。

【0045】

まず、ＡｌＮ成形体（直径φ３５０ｍｍ×厚さ４０ｍｍ）を作製した（図９（ａ）参照）。ＡｌＮ原料粉は、純度９９％のものを使用した。また、焼結助材として、ＭｇＦ₂の粉体をＡｌＮ原料粉１００重量部に対して３重量部添加した。このＡｌＮ成形体の中には、中央付近の小円領域Ｚ１に内周側抵抗発熱体２２、その小円領域Ｚ１の外周側の環状領域Ｚ２に外周側抵抗発熱体２４を、それぞれＡｌＮ成形体の上面から３０ｍｍの位置に埋設した。両発熱体２２，２４としては、Ｍｏコイルを使用した。また、外周側熱電対５０をＡｌＮ成形体の上面から１５ｍｍの位置に埋設した。外周側熱電対５０としては、Ｂ熱電対（第１素線５１（＋側）：Ｐｔ−３０％Ｒｈ，第２素線５２（−側）：Ｐｔ−６％Ｒｈ、但し％は重量％）を使用した。このＢ熱電対は、測温部５０ａとは反対側の端部に円柱形状（φ４ｍｍ×高さ４ｍｍ）でＭｏ製の第１及び第２端子５３，５４が溶接又はかしめされたものであり、各素線５１，５２の線径は、φ０．５ｍｍのものを用いた。続いて、このＡｌＮ成形体をホットプレス法で焼成し、セラミックプレート２０とした（図９（ｂ）参照）。焼成は１４００℃で行った。このような低い温度であっても、焼結助材としてＭｇＦ₂を添加したため、ＡｌＮ成形体は焼結した。また、得られたセラミックプレート２０は、直径φ３５０ｍｍ×厚さ２０ｍｍとなった。ホットプレス焼成のため、厚さだけ収縮した。その結果、ウエハ載置面Ｓから両発熱体２２，２４までの距離は７．５ｍｍ、ウエハ載置面Ｓから外周側熱電対５０までの距離は１５ｍｍになった。続いて、セラミックプレート２０に対し、第１及び第２端子５３，５４の位置に裏面から穴を開けた（図９（ｃ）参照）。続いて、セラミックプレート２０とシャフト４０とをＡｌロウ接合（ＴＣＢ接合）により接合し、最後に、第１端子５３には、Ｐｔ−３０％Ｒｈの第１導線５５（φ３．０ｍｍ）をロウ付けし、第２端子５４には、Ｐｔ−６％Ｒｈの第２導線５６（φ３．０ｍｍ）をロウ付けした（図９（ｄ）参照）。ロウ材にはＡｕ−Ｎｉを用いた。得られたサセプター３１０の透過Ｘ線画像を観察したところ、各素線５１，５２の断線はみられなかった。また、各端子５３，５４からのクラックもみられなかった。

【0046】

［実施例２］
図１０は、実施例２のサセプター１０の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。実施例２のサセプター１０は、図１のサセプター１０と同じものであり、上述した実施形態における製造例に準じて作製した。Ｂ熱電対は素線径φ０．５ｍｍのものを用い、第１及び第２端子５３，５４はＭｏ製で円柱形状（φ４ｍｍ×高さ４ｍｍ）のものを用いた。図１のサセプター１０の内周側抵抗発熱体２２と外周側抵抗発熱体２４に電力を印加し、ウエハ載置面Ｓの温度分布を赤外線カメラを使用して計測し、内周側熱電対４８の測温部４８ａの位置（ＩＮ）における温度と外周側熱電対５０の測温部５０ａの位置（ＯＵＴ）における温度とがほぼ一定になるように印加電力を手動で調整した。そのときの両熱電対４８，５０の温度指示値を比較した。本来は、両熱電対４８，５０の温度指示値（ＩＮ，ＯＵＴの温度）をフィードバックして両発熱体２２，２４の印加電力を調整し、所望の均熱性が得られるように制御するのであるが、ここでは、試験のためにＩＮ，ＯＵＴの温度がほぼ一定になるようにして両熱電対４８，５０の温度測定値を読み取った。その結果を表１に示す。表１から明らかなように、赤外線カメラによるサセプター１０のウエハ載置面ＳでのＯＵＴの温度指示値と、外周側熱電対５０の温度指示値とは、コンマ数℃しか違わず、ほとんど差がなかった。この結果から、外周側熱電対５０の温度は正確に計測できていると判断した。

【0047】

【表1】

【符号の説明】

【0048】

１０ サセプター、２０ セラミックプレート、２２ 内周側抵抗発熱体、２２ａ 正極端子、２２ｂ 負極端子、２４ 外周側抵抗発熱体、２４ａ 正極端子、２４ｂ 負極端子、４０ シャフト、４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ 各給電棒、４６ 支持台、４７ ノズル、４８ 内周側熱電対、４８ａ 測温部、５０ 外周側熱電対、５０ａ 測温部、５１ 第１素線、５２ 第２素線、５３ 第１端子、５４ 第２端子、５５ 第１導線、５６ 第２導線、５７ シース、５８ 絶縁材、６０ セラミックベース、６２ 溝、６４ 積層成形体、１２０ セラミックプレート、１５０ シース熱電対、２２０ セラミックプレート、２５０ 外周側熱電対、２５０ａ 測温部、２５１ 第１素線、２５２ 第２素線、２５３ 第１端子、２５４ 第２端子、２７０ セラミックベース、２７２ 窪み、２７４ 第１線状部材、２７５ 接点、２７６ 層状体、２７８ 窪み、２８０ 窪み、２８２ 第２線状部材、２８４ 熱電対前駆体、２８６ 積層成形体、３１０ サセプター、Ｓ ウエハ載置面、Ｚ１ 小円領域、Ｚ２ 環状領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】