特許 6909910 セラミックヒータ

(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】6909910

(24)【登録日】2021年7月7日

(45)【発行日】2021年7月28日

(54)【発明の名称】セラミックヒータ

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/74 20060101AFI20210715BHJP

   H05B 3/14 20060101ALI20210715BHJP

   H05B 3/10 20060101ALI20210715BHJP

   H05B 3/02 20060101ALI20210715BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20210715BHJP

【ＦＩ】

   H05B3/74

   H05B3/14 B

   H05B3/10 A

   H05B3/02 B

   H01L21/02 Z

【請求項の数】14

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2020-128159(P2020-128159)

(22)【出願日】2020年7月29日

(62)【分割の表示】特願2020-514637(P2020-514637)の分割

【原出願日】2019年12月4日

(65)【公開番号】特開2020-194784(P2020-194784A)

(43)【公開日】2020年12月3日

【審査請求日】2020年7月29日

(31)【優先権主張番号】特願2018-238226(P2018-238226)

(32)【優先日】2018年12月20日

(33)【優先権主張国】JP

(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】高橋 朋大

(72)【発明者】

【氏名】松下 諒平

【審査官】 西村 賢

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１２／０３９４５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−０４０４２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２９６５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１６０３６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０５６７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１７−１９１９１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２２４０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１２４１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０５Ｂ ３／０２−３／１８

Ｈ０５Ｂ ３／４０−３／８２

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウエハ載置面を有する円盤状のセラミックプレートと、
小径部と大径部とを有し、前記セラミックプレートのうち前記ウエハ載置面とは反対側の裏面に前記大径部の端面が接合された筒状シャフトと、
前記セラミックプレートの内周部に埋設された内周側抵抗発熱体と、
前記セラミックプレートの外周部に埋設された外周側抵抗発熱体と、
前記内周側抵抗発熱体の一対の端子及び前記外周側抵抗発熱体の一対の端子を含む付帯部品と、
前記セラミックプレートの前記裏面のうち前記小径部の内側領域の起点から前記セラミックプレートの外周部の所定の終端位置に至る長穴と、
を備え、
前記筒状シャフトの内部空間は、前記小径部の内径と同じ径の円筒空間と、前記円筒空間の外側に前記大径部によって囲まれた環状の拡張空間とを有し、
前記長穴の入口部分は、長溝であり、
前記長溝は、前記起点から前記セラミックプレートの前記裏面のうち前記拡張空間内の拡張領域に至るように設けられ、
前記付帯部品は、前記セラミックプレートの前記裏面のうち前記小径部の内側領域であって前記長溝以外の位置に設けられている、
セラミックヒータ。

【請求項2】

前記長溝は、前記セラミックプレートの半径方向に沿って設けられている、
請求項１に記載のセラミックヒータ。

【請求項3】

前記長溝は、前記セラミックプレートの半径方向から外れた方向に沿って設けられている、
請求項１に記載のセラミックヒータ。

【請求項4】

前記長穴は、熱電対を挿入する熱電対挿入用長穴である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。

【請求項5】

前記長溝は、前記ウエハ載置面に対して垂直方向から水平方向に転換する湾曲部を備えた熱電対ガイドの前記湾曲部を配置するために用いられる、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。

【請求項6】

請求項５に記載のセラミックヒータであって、
前記長溝に配置された前記熱電対ガイドを備える、
セラミックヒータ。

【請求項7】

請求項６に記載のセラミックヒータであって、
前記熱電対ガイド及び前記長穴に挿入された熱電対を備える、
セラミックヒータ。

【請求項8】

前記セラミックプレートを前記裏面からみたときに前記熱電対の測温部が前記外周側抵抗発熱体の幅の中に収まるように配置されている、
請求項７に記載のセラミックヒータ。

【請求項9】

前記長穴は、断面略四角形の穴であり、前記穴の天井面と側面との境界部は、曲率半径が０．５ｍｍ以上のＲ面である、
請求項１〜８のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。

【請求項10】

前記長穴は、前記起点から前記終端位置までの途中にテーパ部を有し、前記起点から前記テーパ部の一端までは幅広部であり、前記テーパ部の他端から前記終端位置までは幅狭部である、
請求項１〜９のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。

【請求項11】

前記長穴の天井面は、前記起点から前記終端位置までの途中に傾斜状の段差を有し、前記天井面のうち前記起点から前記段差までの深さは前記段差から前記終端位置までの深さよりも深い、
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。

【請求項12】

前記外周側熱電対の測温部は凸状曲面であり、前記長穴の終端面のうち前記外周側熱電対の測温部が接触する部分は凹状曲面である、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。

【請求項13】

前記長溝と前記付帯部品との間隔は、２ｍｍ以上である、
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。

【請求項14】

前記長穴の前記起点側の壁は、前記セラミックプレートの前記裏面から前記長穴の奥に向かって湾曲している、
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、セラミックヒータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、セラミックヒータとしては、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抵抗発熱体を埋め込んだ２ゾーンヒータと呼ばれるものが知られている。例えば特許文献１には、図１９に示すシャフト付きセラミックヒータ４１０が開示されている。このシャフト付きセラミックヒータ４１０は、セラミックプレート４２０の外周側の温度を外周側熱電対４５０で測定する。熱電対ガイド４３２は、筒状部材であり、ストレートシャフト４４０の内部で下方から上方にまっすぐ延びたあと円弧状に曲げられて９０°方向転換している。この熱電対ガイド４３２は、セラミックプレート４２０の裏面のうちストレートシャフト４４０に囲まれた領域に設けられたスリット４２６ａに取り付けられている。スリット４２６ａは、熱電対通路４２６の入口部分をなす。外周側熱電対４５０は、熱電対ガイド４３２の筒内に挿入されて熱電対通路４２６の終端位置に達している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１２／０３９４５３号パンフレット（図１１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、セラミックヒータ４１０では、ストレートシャフト４４０を用いているため、セラミックプレート４２０の裏面のうちストレートシャフト４４０に囲まれた領域に占めるスリット４２６ａの面積割合が大きかった。そのため、２ゾーンヒータの４つの端子を配置する領域がスリット４２６ａによって制限されるという問題があった。

【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、多ゾーンヒータにおいて、端子などの配置の自由度を高めることを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のセラミックヒータは、
ウエハ載置面を有する円盤状のセラミックプレートと、
小径部と大径部とを有し、前記セラミックプレートのうち前記ウエハ載置面とは反対側の裏面に前記大径部の端面が接合された筒状シャフトと、
前記セラミックプレートの内周部に埋設された内周側抵抗発熱体と、
前記セラミックプレートの外周部に埋設された外周側抵抗発熱体と、
前記内周側抵抗発熱体の一対の端子及び前記外周側抵抗発熱体の一対の端子を含む付帯部品と、
前記セラミックプレートの前記裏面のうち前記小径部の内側領域の起点から前記セラミックプレートの外周部の所定の終端位置に至る長穴と、
を備え、
前記筒状シャフトの内部空間は、前記小径部の内径と同じ径の円筒空間と、前記円筒空間の外側に前記大径部によって囲まれた環状の拡張空間とを有し、
前記長穴の入口部分は、長溝であり、
前記長溝は、前記起点から前記セラミックプレートの前記裏面のうち前記拡張空間内の拡張領域に至るように設けられ、
前記付帯部品は、前記セラミックプレートの前記裏面のうち前記小径部の内側領域であって前記長溝以外の位置に設けられている、
ものである。

【0007】

このセラミックヒータでは、筒状シャフトの内部空間は、小径部の内径と同じ径の円筒空間と、その円筒空間の外側に大径部によって囲まれた環状の拡張空間とを有している。長穴は、セラミックプレートの裏面のうち小径部の内側領域の起点からセラミックプレートの外周部に延びている。長穴の入口部分は、長溝である。長溝は、長穴の起点から拡張領域に至るように設けられている。付帯部品は、セラミックプレートの裏面のうち小径部の内側領域であって長溝以外の位置に設けられている。セラミックプレートの裏面のうち小径部の内側領域に占める長溝の割合は、長溝が拡張領域に入り込むように設けられているため、長溝が拡張領域に入り込んでいない場合（つまり拡張領域がない場合）に比べて、小さくなる。そのため、端子などの付帯部品を配置可能な領域は、拡張領域のない場合に比べて広くなる。したがって、多ゾーンヒータにおいて、端子などの配置の自由度を高めることができる。

【0008】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記長溝は、前記セラミックプレートの半径方向に沿って設けられていてもよい。こうすれば、同じ長さの長溝を備えた長穴を設ける場合、長穴の長さが最短になる。そのため、長穴によるウエハの均熱性への影響を小さくすることができる。

【0009】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記長溝は、前記セラミックプレートの半径方向から外れた方向に沿って設けられていてもよい。こうすれば、セラミックプレートの裏面のうち小径部の内側領域の中央を長溝が通ることがないため、端子の配置の自由度をより高めることができる。

【0010】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記長穴は、熱電対を挿入する熱電対挿入用長穴であってもよい。こうすれば、長穴を利用して熱電対を挿入することができる。

【0011】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記長溝は、前記ウエハ載置面に対して垂直方向から水平方向に転換する湾曲部を備えた熱電対ガイドの前記湾曲部を配置するために用いられるものとしてもよい。こうすれば、垂直方向から水平方向へ湾曲した筒状の熱電対ガイドを備えた多ゾーンヒータにおいて、端子などの配置の自由度を高めることができる。

【0012】

なお、「垂直」とは、完全に垂直な場合のほか、実質的に垂直な場合（例えば公差の範囲に入る場合など）も含む。「水平」も同様である。

【0013】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記拡張空間は、前記熱電対ガイドの前記湾曲部を旋回可能な大きさの空間であってもよい。こうすれば、熱電対ガイドの湾曲部を拡張空間内で旋回させながら長溝に配置することができる。したがって、垂直方向から水平方向へ湾曲した筒状の熱電対ガイドを容易にセットすることができる。

【0014】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記長溝の長さは、前記熱電対ガイドの前記湾曲部のうち前記長溝に配置される先端部分の長さ以上となるように定められていてもよい。こうすれば、熱電対ガイドをより容易にセットすることができる。

【0015】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記熱電対ガイドの前記湾曲部の外径は前記垂直部の外径よりも小さくてもよい。こうすれば、長溝の幅を小さくすることができる。

【0016】

本発明のセラミックヒータは、前記長溝に配置された前記熱電対ガイドを備えていてもよく、更に、前記熱電対ガイド及び前記長穴に挿入された熱電対を備えていてもよい。前記熱電対を備えている場合、前記セラミックプレートを前記裏面からみたときに前記熱電対の測温部が前記外周側抵抗発熱体の幅の中に収まるように配置されていてもよい。こうすれば、外周側抵抗発熱体の温度変化をレスポンスよく外周側熱電対の測温部で検出することができる。

【0017】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記長穴は、断面略四角形の穴であり、前記穴の天井面と側面との境界部は、曲率半径が０．５ｍｍ以上のＲ面（湾曲面）であってもよい。こうすれば、天井面と側面との境界部を起点としてセラミックプレートにクラックが発生するのを抑えることができる。

【0018】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記長穴は、前記起点から前記終端位置までの途中にテーパ部を有し、前記起点から前記テーパ部の一端までは幅広部であり、前記テーパ部の他端から前記終端位置までは幅狭部であってもよい。こうすれば、外周側熱電対はテーパ部に誘導されて長穴にスムーズに挿入することができる。また、熱電対ガイドを利用して外周側熱電対を長穴に挿入する場合、熱電対ガイドがテーパ部と当接するようにすれば、テーパ部が熱電対ガイドを一時的に固定する役割を果たすため、外周側熱電対を挿入しやすい。

【0019】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記長穴の天井面は、前記起点から前記終端位置までの途中に傾斜面を有し、前記天井面のうち前記起点から前記傾斜面までの深さは前記傾斜面から前記終端位置までの深さよりも深くなっていてもよい。こうすれば、熱電対ガイドを利用して外周側熱電対を長穴にスムーズに挿入することができる。なお、前記天井面と前記終端位置の立壁との境界は傾斜面になっていてもよい。

【0020】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記外周側熱電対の測温部は凸状曲面であり、前記長穴の終端面のうち前記外周側熱電対の測温部が接触する部分は凹状曲面であってもよい。こうすれば、外周側熱電対の測温部が所望の測定点である長穴の終端面と面接触するか又はそれに近い状態で接触するため、測温精度が向上する。

【0021】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記長溝と前記付帯部品との間隔は、２ｍｍ以上であってもよい。こうすれば、長溝と付帯部品との間が狭すぎてセラミックプレートにクラックが入ってしまうのを防止することができる。

【0022】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記長穴の入口部分の壁は、前記長穴の奥に向かって湾曲していてもよい。こうすれば、熱電対ガイドを用いなくても、入口部分の湾曲した壁を利用して外周側熱電対をスムーズに長穴に挿入することができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】セラミックヒータ１０の斜視図。

【図2】図１のＡ−Ａ断面図。

【図3】図１のＢ−Ｂ断面図。

【図4】熱電対ガイド３２の正面図。

【図5】図３の中央部分の拡大図。

【図6】熱電対ガイド３２の取付方法の説明図。

【図7】熱電対ガイド３２の取付方法の説明図。

【図8】熱電対ガイド３２の別例の正面図。

【図9】外周側熱電対５０の測温部５０ａの位置の一例を示す説明図。

【図10】長穴２６の別例を示す説明図。

【図11】上側プレートＰ１の裏面を上向きにしたときの斜視図。

【図12】別例の長穴２６が設けられた上側プレートＰ１の裏面図。

【図13】図１２のＣ−Ｃ断面図。

【図14】図１２のＤ−Ｄ断面図。

【図15】長穴２６に挿入された外周側熱電対５０の測温部５０ａの別例の平面図。

【図16】長穴２６に挿入された外周側熱電対５０の測温部５０ａの別例の平面図。

【図17】長溝２６ａと付帯部品との間隔Ｇを示す説明図。

【図18】長穴２６及び長溝２６ａの別例の説明図。

【図19】従来例の説明図。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図１はセラミックヒータ１０の斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図、図４は熱電対ガイド３２の正面図、図５は図３の中央部分の拡大図である。

【0025】

セラミックヒータ１０は、エッチングやＣＶＤなどの処理が施されるウエハＷを加熱するために用いられるものであり、図示しない真空チャンバ内に設置される。このセラミックヒータ１０は、ウエハ載置面２０ａを有する円盤状のセラミックプレート２０と、セラミックプレート２０のウエハ載置面２０ａとは反対側の面（裏面）２０ｂに接合された筒状シャフト４０とを備えている。

【0026】

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。セラミックプレート２０の直径は特に限定されるものではないが、例えば３００ｍｍ程度である。セラミックプレート２０は、セラミックプレート２０と同心円状の仮想境界２０ｃ（図３参照）によって小円形の内周側ゾーンＺ１と円環状の外周側ゾーンＺ２とに分けられている。セラミックプレート２０の内周側ゾーンＺ１には内周側抵抗発熱体２２が埋設され、外周側ゾーンＺ２には外周側抵抗発熱体２４が埋設されている。両抵抗発熱体２２，２４は、例えばモリブデン、タングステン又は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。セラミックプレート２０は、図２に示すように、上側プレートＰ１とその上側プレートＰ１よりも薄い下側プレートＰ２とを面接合することにより作製されている。

【0027】

筒状シャフト４０は、セラミックプレート２０と同じく窒化アルミニウム、アルミナなどのセラミックスで形成されている。筒状シャフト４０は、小径部４０ａと大径部４０ｂとを備えている。小径部４０ａは、筒状シャフト４０の下端から所定の高さまでの部分であり、内径ｄ１の筒状部である。大径部４０ｂは、筒状シャフト４０の所定の高さから拡径されたあと筒状シャフト４０の上端までの部分であり、内径ｄ２（＞ｄ１）の筒状部である。筒状シャフト４０は、上端（大径部４０ｂの端面）がセラミックプレート２０に拡散接合されている。筒状シャフト４０の内部空間４１は、小径部４０ａの内径と同じ径の円筒空間４１ａと、その円筒空間４１ａの外側に大径部４０ｂによって囲まれた環状の拡張空間４１ｂとを有している。拡張空間４１ｂは、後述する熱電対ガイド３２の湾曲部３４の先端を旋回しながら入れ込むことが可能な空間となっている。

【0028】

内周側抵抗発熱体２２は、図３に示すように、一対の端子２２ａ，２２ｂの一方から端を発し、一筆書きの要領で複数の折り返し部で折り返されつつ内周側ゾーンＺ１のほぼ全域に配線されたあと、一対の端子２２ａ，２２ｂの他方に至るように形成されている。一対の端子２２ａ，２２ｂは、シャフト内領域２０ｄ（セラミックプレート２０の裏面２０ｂのうち小径部４０ａの内側領域）に設けられている。一対の端子２２ａ，２２ｂには、それぞれ金属製（例えばＮｉ製）の給電棒４２ａ，４２ｂが接合されている。

【0029】

外周側抵抗発熱体２４は、図３に示すように、一対の端子２４ａ，２４ｂの一方から端を発し、一筆書きの要領で複数の折り返し部で折り返されつつ外周側ゾーンＺ２のほぼ全域に配線されたあと一対の端子２４ａ，２４ｂの他方に至るように形成されている。一対の端子２４ａ，２４ｂは、セラミックプレート２０の裏面２０ｂのシャフト内領域２０ｄに設けられている。一対の端子２４ａ，２４ｂには、それぞれ金属製（例えばＮｉ製）の給電棒４４ａ，４４ｂが接合されている。

【0030】

セラミックプレート２０の内部には、図２に示すように、外周側熱電対５０を挿入するための長穴２６がウエハ載置面２０ａと平行に設けられている。長穴２６は、セラミックプレート２０の裏面２０ｂのうちシャフト内領域２０ｄの起点２６ｓからセラミックプレート２０の外周部の所定の終端位置２６ｅに至っている。長穴２６の横幅は、図３に示すように、終端位置２６ｅの手前から終端位置２６ｅに向かって徐々に細くなっている。この長穴２６は、図３及び図５に示すように、セラミックプレート２０の半径方向から外れた方向に沿って設けられている。長穴２６のうち、起点２６ｓから拡張領域２０ｆ（裏面２０ｂのうち拡張空間４１ｂ内の領域）に至る入口部分は、熱電対ガイド３２の湾曲部３４の先端を嵌め込むための長溝２６ａになっている。長溝２６ａは、筒状シャフト４０の内部空間４１に開口している。本実施形態では、長溝２６ａは、起点２６ｓから拡張領域２０ｆの外周縁まで延びている。端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂは、シャフト内領域２０ｄであって長溝２６ａ以外の位置に設けられている。

【0031】

熱電対ガイド３２は、図４に示すように、ガイド穴３２ａを備えた金属製（例えばステンレス製）の筒状部材である。熱電対ガイド３２は、ウエハ載置面２０ａに対して垂直方向に延びる垂直部３３と、垂直方向から水平方向に転換する湾曲部３４とを備えている。垂直部３３の外径は湾曲部３４の外径より大きいが、垂直部３３の内径は湾曲部３４の内径と同じである。このように湾曲部３４の外径を小さくすることにより、湾曲部３４を挿入する長溝２６ａの幅を小さくすることができる。但し、垂直部３３の外径と湾曲部３４の外径を同じにしてもよい。湾曲部３４の曲率半径Ｒは特に限定するものではないが、例えば３０ｍｍ程度である。熱電対ガイド３２のガイド穴３２ａには、外周側熱電対５０が挿通されている。湾曲部３４の先端は、長溝２６ａ内に単に嵌め込まれているだけでもよいし、長溝２６ａ内に接合又は接着されていてもよい。

【0032】

筒状シャフト４０の内部には、図２に示すように、内周側抵抗発熱体２２の一対の端子２２ａ，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の一対の端子２４ａ，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。筒状シャフト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ための内周側熱電対４８やセラミックプレート２０の外周付近の温度を測定するための外周側熱電対５０も配置されている。内周側熱電対４８は、セラミックプレート２０の裏面２０ｂに設けられた凹部４９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。凹部４９は、各端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂや長溝２６ａと干渉しない位置に設けられている。外周側熱電対５０は、シース熱電対であり、熱電対ガイド３２のガイド穴３２ａ及び長穴２６を通過し、先端の測温部５０ａが長穴２６の終端位置２６ｅに達している。

【0033】

熱電対ガイド３２は、セラミックヒータ１０の製造工程の終盤で取り付けられる。このときの様子を図６及び図７に示す。図６及び図７に示すように、セラミックプレート２０の裏面２０ｂに露出している端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂのそれぞれに給電棒４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂを接合し、セラミックプレート２０の裏面２０ｂに筒状シャフト４０を接合した後、熱電対ガイド３２を取り付ける。本実施形態では、熱電対ガイド３２の湾曲部３４の向きを長穴２６の入口部分である長溝２６ａの向きに合わせたあと、熱電対ガイド３２を筒状シャフト４０の小径部４０ａに入れようとしても、長穴２６およびその延長線がシャフト内領域２０ｄに現れる距離は湾曲部３４の先端から垂直部３３までの水平距離より短く、湾曲部３４が小径部４０ａに引っかかるため、そのままでは熱電対ガイド３２を小径部４０ａに入れることはできない。そのため、まず、熱電対ガイド３２の湾曲部３４を小径部４０ａや給電棒４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂに干渉しない姿勢（図６及び図７の一点鎖線の熱電対ガイド３２参照）にした後、湾曲部３４をセラミックプレート２０の裏面２０ｂに近づける。そして、湾曲部３４の先端が大径部４０ｂの内部空間に達したあと、熱電対ガイド３２を旋回させて湾曲部３４の先端が拡張空間４１ｂに入るようにしながら湾曲部３４の先端を長溝２６ａに嵌め込む（図６及び図７の実線の熱電対ガイド３２参照）。その後、熱電対ガイド３２のガイド穴３２ａに外周側熱電対５０を挿通して測温部５０ａを長穴２６の終端位置２６ｅに到達させる。

【0034】

次に、セラミックヒータ１０の使用例について説明する。まず、図示しない真空チャンバ内にセラミックヒータ１０を設置し、そのセラミックヒータ１０のウエハ載置面２０ａにウエハＷを載置する。そして、内周側熱電対４８によって検出された温度が予め定められた内周側目標温度となるように内周側抵抗発熱体２２に供給する電力を調整すると共に、外周側熱電対５０によって検出された温度が予め定められた外周側目標温度となるように外周側抵抗発熱体２４に供給する電力を調整する。これにより、ウエハＷの温度が所望の温度になるように制御される。そして、真空チャンバ内を真空雰囲気もしくは減圧雰囲気になるように設定し、真空チャンバ内にプラズマを発生させ、そのプラズマを利用してウエハＷにＣＶＤ成膜を施したりエッチングを施したりする。

【0035】

以上説明した本実施形態のセラミックヒータ１０では、シャフト内領域２０ｄ（セラミックプレート２０の裏面２０ｂのうち小径部４０ａの内側領域）に占める長溝２６ａの割合は、長溝２６ａが拡張領域２０ｆに入り込むように設けられているため、長溝２６ａと同じ長さの長溝を拡張領域がないストレートシャフト内に設ける場合に比べて、小さくなる。そのため、端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂや凹部４９などの付帯部品を配置可能な領域は、拡張領域のない場合に比べて広くなる。したがって、垂直方向から水平方向へ湾曲した筒状の熱電対ガイド３２を備えた多ゾーンヒータにおいて、端子などの配置の自由度を高めることができる。

【0036】

また、筒状シャフト４０は大径部４０ｂを有しているため、大径部４０ｂを有していないストレートシャフトに比べて、シャフト上端からシャフト下端までの熱伝導距離が長くなり、シャフト下端の温度を低くすることができる。シャフト下端はＯリングを介して図示しないチャンバに固定されるため、シャフト下端の温度が低いほどＯリングの耐久性が向上する。

【0037】

また、長溝２６ａはセラミックプレート２０の半径方向から外れた方向に沿って設けられているため、シャフト内領域２０ｄの中央を長溝２６ａが通ることがない。したがって、端子の配置の自由度をより高めることができる。また、拡張領域２０ｆに占める長溝２６ａの距離を長くでき、シャフト内領域２０ｄに占める長溝２６ａの距離を短くすることができる。

【0038】

更に、拡張空間４１ｂは熱電対ガイド３２の湾曲部３４を旋回可能な大きさの空間である。そのため、熱電対ガイド３２の湾曲部３４を拡張空間４１ｂ内で旋回させながら長溝に配置することができる。したがって、熱電対ガイド３２を容易にセットすることができる。

【0039】

更にまた、長穴２６の入口部分である長溝２６ａの長さは、熱電対ガイド３２の湾曲部３４のうち長溝２６ａに配置される先端部分の長さ以上となるように定められている。そのため、熱電対ガイド３２をより容易にセットすることができる。

【0040】

そして、熱電対ガイド３２の湾曲部３４の外径を垂直部３３の外径よりも小さくしたため、長溝２６ａの幅を小さくすることができる。

【0041】

そしてまた、熱電対ガイド３２の湾曲部３４の曲率半径Ｒを比較的大きくすることができるため、熱電対ガイド３２に挿入された外周側熱電対５０をスムーズに方向転換することができる。

【0042】

そして更に、長穴２６の横幅は終端位置２６ｅの手前から終端位置２６ｅに向かって徐々に細くなっているため、外周側熱電対５０の測温部５０ａを所望の測定点（セラミックプレート２０のうち終端位置２６ｅの近傍の点）に配置しやすい。

【0043】

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。

【0044】

例えば、上述した実施形態において、熱電対ガイド３２は、図８に示すように、湾曲部３４の出口に繋がりウエハ載置面２０ａに対して水平方向に延びる水平部３５を備えていてもよい。こうすれば、よりスムーズに外周側熱電対５０を長穴２６に誘導することができる。また、このような水平部３５を有する熱電対ガイド３２は、長溝２６ａに配置される部分が長くなる。そのため、それに合わせて長溝２６ａの長さを設定することが好ましい。

【0045】

上述した実施形態において、長穴２６内の外周側熱電対５０の測温部５０ａは、図９に示すように、裏面２０ｂからみたときに外周側抵抗発熱体２４の幅（つまりコイルの幅ｗ）の中に収まるように配置してもよい。外周側抵抗発熱体２４がコイル状ではなくリボン状（細長い平板状）の場合には、そのリボンの幅の中に収まるように配置してもよい。こうすれば、外周側抵抗発熱体２４の温度変化をレスポンスよく外周側熱電対５０の測温部５０ａで検出することができる。

【0046】

上述した実施形態では、長溝２６ａを含む長穴２６を、セラミックプレート２０の半径方向から外れた方向に沿って設けたが、図１０の実線で示すように、セラミックプレート２０の半径方向に沿って設けてもよい。図１０の１点鎖線は上述した実施形態の長穴２６であり、実線の長穴２６は１点鎖線の長穴２６と同じ終端位置２６ｅで同じ長さＬの長溝２６ａを備えたものである。実線の長穴２６の長さは、１点鎖線の長穴２６よりも図１０の点線部分の長さだけ短くなる（最短になる）。長穴２６は空洞であるため長いほどウエハＷの均熱性への影響が大きくなるが、図１０の実線の長穴２６を採用すれば、長穴２６によるウエハＷの均熱性への影響を小さくすることができる。

【0047】

上述した実施形態では、両抵抗発熱体２２，２４をコイル形状としたが、特にコイル形状に限定されるものではなく、例えば印刷パターンであってもよいし、リボン形状やメッシュ形状などであってもよい。

【0048】

上述した実施形態において、セラミックプレート２０に抵抗発熱体２２，２４に加えて静電電極やＲＦ電極を内蔵してもよい。静電電極が内蔵される場合には、セラミックプレート２０のシャフト内領域２０ｄに静電電極の端子（付帯部品の一つ）が設けられる。静電電極の端子はシャフト内領域２０ｄで長溝２６ａ以外の位置に設けられる。ＲＦ電極が内蔵される場合には、セラミックプレート２０のシャフト内領域２０ｄにＲＦ電極の端子（付帯部品の一つ）が設けられる。ＲＦ電極の端子はシャフト内領域２０ｄで長溝２６ａ以外の位置に設けられる。

【0049】

上述した実施形態では、熱電対ガイド３２の上下方向の長さを筒状シャフト４０の高さとほぼ同じにしたが、筒状シャフト４０の高さより短くしてもよいし長くしてもよい。

【0050】

上述した実施形態において、内周側ゾーンＺ１を複数の内周側小ゾーンに分けて内周側小ゾーンごとに抵抗発熱体を一筆書きの要領で引き回してもよい。また、外周側ゾーンＺ２を複数の外周側小ゾーンに分けて外周側小ゾーンごとに抵抗発熱体を一筆書きの要領で引き回してもよい。端子の数は小ゾーンの数に応じて増加するが、上述した実施形態では長溝２６ａが拡張領域２０ｆに入り込むように設けられているため、端子などを配置可能な領域が広くなる。そのため、端子の数が多くなっても対応し得る。

【0051】

上述した実施形態では、凹部４９の位置は長溝２６ａの位置を決めた後に決めてもよいし、長溝２６ａの位置を決める前に決めてもよい。後者の場合、凹部４９を付帯部品の一つとみなし、長溝２６ａは凹部４９を通らないように定めることになる。

【0052】

上述した実施形態では、セラミックプレート２０の端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂのそれぞれに給電棒４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂを接合し、セラミックプレート２０の裏面２０ｂに筒状シャフト４０を接合した後、熱電対ガイド３２を取り付けたが、取付手順はこれに限定されない。例えば、セラミックプレート２０の裏面２０ｂに筒状シャフト４０を接合し、熱電対ガイド３２を取り付けた後、端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂのそれぞれに給電棒４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂを接合してもよい。

【0053】

上述した実施形態の長穴２６を、図１１に示す形状にしてもよい。図１１は、上側プレートＰ１から下側プレートＰ２を取り外し、その上側プレートＰ１の裏面を上向きにしたときの斜視図である。長穴２６は、断面略四角形の穴であり、長穴２６の底面と側面との境界部２６ｂは、Ｒ面となっている。Ｒ面の曲率半径は０．５ｍｍ以上（例えば１ｍｍ）であることが好ましい。こうすれば、長穴２６の底面（図２では天井面）と側面との境界部２６ｂを起点としてセラミックプレート２０にクラックが発生するのを抑えることができる。具体的には、上側プレートＰ１と下側プレートＰ２とを加熱加圧条件（例えば１６００℃以上の温度で７．０ｋｇ／ｃｍ²以上の圧力という条件）で接合する際に境界部２６ｂを起点としてセラミックプレート２０にクラックが発生するのを抑えることができる。ちなみに、クラックは境界部２６ｂの曲率半径を０．１ｍｍ、０．３ｍｍとしたときには発生したが、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、０．９ｍｍとしたときには発生しなかった。

【0054】

上述した実施形態では、熱電対ガイド３２を長溝２６ａ及び長穴２６に取り付けたが、外周側熱電対５０を長穴２６に挿入するときには熱電対ガイド３２を長溝２６ａ及び長穴２６に配置し、外周側熱電対５０を長穴２６に挿入したあとは熱電対ガイド３２を除去してもよい。あるいは、熱電対ガイド３２を用いることなく、外周側熱電対５０を長穴２６に挿入してもよい。

【0055】

上述した実施形態において、長穴２６を、断面が略四角形で起点２６ｓから終端位置２６ｅまで一定の横幅の穴としてもよい。この長穴２６の終端面（終端位置２６ｅにおける立壁）と長穴２６の長手方向に延びる側面との境界部は、エッジが立たないようにＣ面又はＲ面になっていることが好ましい。このときの長穴２６及び長溝２６ａの横幅は９ｍｍ以下とするのが好ましい。横幅が９ｍｍ以下であれば、外周側熱電対５０を挿入する際に外周側熱電対５０が歪曲しにくく、所望の測定点（セラミックプレート２０のうち終端位置２６ｅの近傍の点）に外周側熱電対５０の測温部５０ａを配置しやすいからである。長穴２６及び長溝２６ａに熱電対ガイド３２の湾曲部３４を挿入する場合には、長穴２６及び長溝２６ａの横幅は湾曲部３４の外径よりも大きければよいが、幅方向のクリアランス（長穴２６及び長溝２６ａの横幅から湾曲部３４の外径を引いた値）が大きすぎると熱のロスによって測温精度が低下することから、幅方向のクリアランスを２ｍｍ以下にするのが好ましい。同様に深さ方向のクリアランスも２ｍｍ以下にするのが好ましい。また、熱電対ガイド３２を用いることなく外周側熱電対５０をそのまま挿入する場合には、長穴２６及び長溝２６ａの横幅は外周側熱電対５０の外径よりも大きければよいが、先ほどと同様の理由で幅方向のクリアランス（長穴２６及び長溝２６ａの横幅から外周側熱電対５０の外径を引いた値）を２ｍｍ以下にするのが好ましい。同様に深さ方向のクリアランスも２ｍｍ以下にするのが好ましい。

【0056】

上述した実施形態において、長穴２６として、図１２〜図１４に示す別例の長穴２６を採用してもよい。図１２は別例の長穴２６が設けられた上側プレートＰ１の裏面図、図１３は図１２のＣ−Ｃ断面図、図１４は図１２のＤ−Ｄ断面図である。この長穴２６は、平面視したときに、起点２６ｓから終端位置２６ｅまでの途中にテーパ部２６１を有し、起点２６ｓからテーパ部２６１の一端までを幅広部２６２とし、テーパ部２６１の他端から終端位置２６ｅまでを幅狭部２６３としたものである。幅広部２６２の幅Ｗ及び幅狭部２６３の幅ｗは９ｍｍ以下が好ましい。幅Ｗ，ｗが９ｍｍ以下であれば、外周側熱電対５０を挿入する際に外周側熱電対５０が歪曲しにくく、所望の測定点Ｍに測温部５０ａを配置しやすいからである。長穴２６に熱電対ガイド３２の湾曲部３４を配置する場合には、幅広部２６２の幅Ｗは湾曲部３４の外径Ｄよりも大きければよく、幅狭部２６３の幅ｗは外周側熱電対５０の外径ｄよりも大きければよいが、先ほどと同様の理由でそれぞれの幅方向のクリアランス（幅広部２６２の幅Ｗから湾曲部３４の外径Ｄを引いた値及び幅狭部２６３の幅ｗから外周側熱電対５０の外径ｄを引いた値）を２ｍｍ以下にするのが好ましい。同様に深さ方向のクリアランスも２ｍｍ以下にするのが好ましい。このとき、湾曲部３４がテーパ部２６１と当接するようにすれば、テーパ部２６１が熱電対ガイド３２を一時的に固定する役割を果たすため、外周側熱電対５０を幅狭部２６３に一層挿入しやすくなる。テーパ部２６１の勾配θは２°以上５°以下とするのが好ましく、３°以上４°以下（例えば３．４°）とするのがより好ましい。長穴２６の底面２６ｐ（図２では天井面）は、図１４に示すように、起点２６ｓから終端位置２６ｅまでの途中に傾斜状の段差２６ｑを備えている。底面２６ｐのうち起点２６ｓから段差２６ｑまでの深さは段差２６ｑから終端位置２６ｅまでの深さよりも深い。底面２６ｐと終端位置２６ｅの立壁との境界は、傾斜面２６ｒになっている。熱電対ガイド３２の湾曲部３４は、底面２６ｐのうち起点２６ｓから段差２６ｑまでの部分に配置され、外周側熱電対５０は、底面２６ｐのうち段差２６ｑから終端位置２６ｅまでの部分を沿うように挿入される。そのため、熱電対ガイド３２を利用して外周側熱電対５０を長穴２６にスムーズに挿入することができる。また、傾斜面２６ｒの存在により、測温部５０ａと底面２６ｐとの隙間が小さくなるため、測温部５０ａの測温精度が向上する。なお、長穴２６の底面２６ｐを平坦面としてもよい。熱電対ガイド３２を用いることなく長穴２６に外周側熱電対５０をそのまま挿入する場合には、幅広部２６２の幅Ｗ及び幅狭部２６３の幅ｗはいずれも外周側熱電対５０の外径ｄよりも大きければよいが、先ほどと同様の理由でそれぞれの幅方向のクリアランス（幅広部２６２の幅Ｗから外周側熱電対５０の外径ｄを引いた値及び幅狭部２６３の幅ｗから外周側熱電対５０の外径ｄを引いた値）を２ｍｍ以下にするのが好ましい。同様に深さ方向のクリアランスも２ｍｍ以下にするのが好ましい。

【0057】

上述した実施形態において、外周側熱電対５０の外径ｄは０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とするのが好ましい。外径ｄが０．５ｍｍ未満では、外周側熱電対５０を長穴２６に挿入するときに曲がってしまい、終端位置２６ｅまで挿入するのが困難になる。外径ｄが２ｍｍを超えると、外周側熱電対５０の柔軟性がなくなるため外周側熱電対５０を終端位置２６ｅまで挿入するのが困難になる。

【0058】

上述した実施形態において、図１５及び図１６に示すように、外周側熱電対５０の測温部５０ａを凸状曲面とし、長穴２６の終端面（終端位置２６ｅにおける立壁）のうち測温部５０ａが接触する部分を凹状曲面としてもよい。こうすれば、外周側熱電対５０の測温部５０ａが所望の測定点Ｍである長穴２６の終端面と面接触するか又はそれに近い状態で接触するため、測温精度が向上する。

【0059】

上述した実施形態において、図１７に示すように、長溝２６ａと付帯部品（端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂや凹部４９）との間隔Ｇは、２ｍｍ以上とするのが好ましい。こうすれば、長溝２６ａと付帯部品との間が狭すぎてセラミックプレート２０にクラックが入ってしまうのを防止することができる。

【0060】

上述した実施形態において、図１８に示すように、長穴２６及び長溝２６ａの起点２６ｓ側の立壁を、セラミックプレート２０の裏面２０ｂから長穴２６の奥に向かって湾曲させてもよい。こうすれば、熱電対ガイド３２を用いなくても、起点２６ｓにおける湾曲した立壁を利用して外周側熱電対５０をスムーズに長穴２６に挿入することができる。

【0061】

本出願は、２０１８年１２月２０日に出願された日本国特許出願第２０１８−２３８２２６号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。

【産業上の利用可能性】

【0062】

本発明は、例えばウエハに処理を施すのに用いられる半導体製造装置用部材として利用可能である。

【符号の説明】

【0063】

１０，４１０ セラミックヒータ、２０，４２０ セラミックプレート、２０ａ ウエハ載置面、２０ｂ 裏面、２０ｃ 仮想境界、２０ｄ シャフト内領域、２０ｆ 拡張領域、２２ 内周側抵抗発熱体、２２ａ，２２ｂ 端子、２４ 外周側抵抗発熱体、２４ａ，２４ｂ 端子、２６ 長穴、２６ａ 長溝、２６ｂ 境界部、２６ｅ 終端位置、２６ｐ 底面、２６ｑ 段差、２６ｒ 傾斜面、２６ｓ 起点、３２，４３２ 熱電対ガイド、３２ａ ガイド穴、３３ 垂直部、３４ 湾曲部、３５ 水平部、４０ 筒状シャフト、４０ａ 小径部、４０ｂ 大径部、４１ 内部空間、４１ａ 円筒空間、４１ｂ 拡張空間、４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ 給電棒、４８ 内周側熱電対、４８ａ 測温部、４９ 凹部、５０ 外周側熱電対、５０ａ 測温部、２６１ テーパ部、２６２ 幅広部、２６３ 幅狭部、４５０ 外周側熱電対、４２６ 熱電対通路、４２６ａ スリット、４４０ ストレートシャフト、Ｇ 間隔、Ｐ１ 上側プレート、Ｐ２ 下側プレート、Ｗ ウエハ、Ｚ１ 内周側ゾーン、Ｚ２ 外周側ゾーン。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】