特許 7478767 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】

(24)【登録日】2024-04-24

(45)【発行日】2024-05-07

(54)【発明の名称】セラミックヒータ

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/02 20060101AFI20240425BHJP

   H05B 3/20 20060101ALI20240425BHJP

   H01L 21/02 20060101ALI20240425BHJP

   H05B 3/74 20060101ALI20240425BHJP

【ＦＩ】

H05B3/02 B

H05B3/20 309

H01L21/02 Z

H05B3/20 328

H05B3/74

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2022032565

(22)【出願日】2022-03-03

(65)【公開番号】P2023128306

(43)【公開日】2023-09-14

【審査請求日】2023-07-10

(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】弁理士法人アイテック国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石川 征樹

(72)【発明者】

【氏名】杉本 博哉

【審査官】土屋 正志

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０１８５８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０３２９３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ３／０２

Ｈ０５Ｂ ３／２０

Ｈ０１Ｌ ２１／０２

Ｈ０５Ｂ ３／７４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面にウエハ載置面を備えたセラミックプレートと、
前記セラミックプレートの表面を複数に分割したゾーンのそれぞれに対応して前記セラミックプレートに埋設されたゾーンヒータと、
前記ゾーンヒータの端部に前記セラミックプレートの内部配線を介して接続される端子と、
前記セラミックプレートに設けられ、前記端子が複数個集約して配置された端子集約領域と、
前記セラミックプレートに設けられ、前記端子が配置されていない端子空き領域と、
を備え、
前記ゾーンヒータとして、前記端子集約領域に対応するゾーンに設けられた端子集約領域対応ゾーンヒータと、前記端子空き領域に対応するゾーンに設けられた端子空き領域対応ゾーンヒータとを備え、
前記セラミックプレートは、平面視で円形であり、
複数の前記ゾーンは、前記セラミックプレートと同心円となる円形領域ゾーンと、前記円形領域ゾーンの周りの円環帯を前記セラミックプレートの半径方向に沿って複数に分割した円環帯分割ゾーンとを備え、
前記端子集約領域に対応するゾーンは、複数の前記円環帯分割ゾーンから選択され、
前記端子集約領域に配置された複数個の前記端子は、該端子集約領域に対応する前記円環帯分割ゾーンの円弧の一端から他端にわたって設けられている、
セラミックヒータ。

【請求項2】

前記端子集約領域に配置された複数個の端子は、前記セラミックプレートの同心円に沿って円弧状に設けられているか、前記セラミックプレートの同心円の接線方向に沿って直線状に設けられている、
請求項１に記載のセラミックヒータ。

【請求項3】

前記端子集約領域は、前記セラミックプレートの最外周に位置するように設けられている、
請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項4】

前記セラミックヒータは、前記セラミックプレートの下面に冷却プレートを接合した状態で用いられるものである、
請求項１～３のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。

【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、セラミック基体を複数のゾーンに分割すると共に発熱体がゾーン毎に埋設されたセラミックヒータが知られている。例えば、特許文献１には、発熱体に給電する端子を、端子集約領域に集約して配置するセラミックヒータが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開２０１７／１１５７５８号パンフレット

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、このようなセラミックヒータでは、端子集約領域と端子空き領域とを隣接して設けるレイアウトを採用することがあった。その場合、端子集約領域と端子空き領域とを同じゾーンに区画して一つのゾーンヒータで温度制御しようとしても、端子集約領域は端子空き領域と異なり複数の端子が存在しているため、ウエハ載置面の温度が均一になりにくいという問題があった。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、ウエハ載置面全体の温度を均一にしやすくすることを主目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のセラミックヒータは、
表面にウエハ載置面を備えたセラミックプレートと、
前記セラミックプレートの表面を複数に分割したゾーンのそれぞれに対応して前記セラミックプレートに埋設されたゾーンヒータと、
前記ゾーンヒータの端部に前記セラミックプレートの内部配線を介して接続される端子と、
前記セラミックプレートに設けられ、前記端子が複数個集約して配置された端子集約領域と、
前記セラミックプレートに設けられ、前記端子が配置されていない端子空き領域と、
を備え、
前記ゾーンヒータとして、前記端子集約領域に対応するゾーンに設けられた端子集約領域対応ゾーンヒータと、端子空き領域に対応するゾーンに設けられた端子空き領域対応ゾーンヒータとを備える、
ものである。

【0007】

このセラミックヒータでは、ゾーンヒータとして、端子集約領域に対応するゾーンに設けられた端子集約領域対応ゾーンヒータと、端子空き領域に対応するゾーンに設けられた端子空き領域対応ゾーンヒータとを備える。そのため、端子集約領域対応ゾーンヒータと端子空き領域対応ゾーンヒータとを個別に温度制御することができる。したがって、ウエハ載置面全体の温度を均一にしやすくすることができる。

【0008】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記端子集約領域に配置された複数個の端子は、前記セラミックプレートの同心円に沿って円弧状に設けられているか、前記セラミックプレートの同心円の接線方向に沿って直線状に設けられていてもよい。レイアウト上このような配置が好まれることがある。

【0009】

本発明のセラミックヒータにおいて、前記端子集約領域は、前記セラミックプレートの最外周に位置するように設けられていてもよい。こうすれば、端子集約領域に多くの端子を配置することができる。セラミックプレートの最外周は、円周が長いためである。

【0010】

本発明のセラミックヒータは、前記セラミックプレートの下面に冷却プレートを接合した状態で用いられてもよい。端子集約領域とそれに隣接する端子空き領域とでは、冷却プレートによる抜熱の大きさが異なるため、ウエハの温度を均一にする必要性が高い。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】セラミックヒータ２０の斜視図。

【図2】図１のＡ－Ａ断面図。

【図3】ヒータ層Ｌ１を上から見たときの説明図。

【図4】端子層Ｌ２を上から見たときの説明図。

【図5】セラミックヒータ２０の使用例を示す説明図。

【図6】端子層Ｌ２の別例を示す説明図。

【図7】ゾーンヒータの別例を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１はセラミックヒータ２０の斜視図、図２は図１のＡ－Ａ断面図、図３はヒータ層Ｌ１を上から見たときの説明図、図４は端子層Ｌ２を上から見たときの説明図である。

【0013】

セラミックヒータ２０は、ウエハに種々の処理を行うために用いられるものである。セラミックヒータ２０は、円板状のセラミックプレート２１に、ヒータ層Ｌ１と、端子層Ｌ２と、ジャンパ層Ｌ３とを設けたものである。

【0014】

ヒータ層Ｌ１は、図２に示すように、セラミックプレート２１に内蔵された層である。図３に示すように、ヒータ層Ｌ１には、ゾーンヒータＨ１～Ｈ２４が設けられている。ゾーンヒータＨ１～Ｈ２４は、ウエハ載置面２２を複数（ここでは２４個）に分割したゾーンＺ１～Ｚ２４のそれぞれに対応するように設けられている。なお、以下ではゾーンヒータＨ１～Ｈ２４を区別しない場合にはゾーンヒータＨｎと称し、ゾーンＺ１～Ｚ２４を区別しない場合にはゾーンＺｎと称する。ｎは１～２４のいずれかの整数である。ゾーンヒータＨｎは、対応するゾーンＺｎの全体にわたって一方の端部２３ａから他方の端部２３ｂまで抵抗発熱体２３を一筆書きの要領で配線したものである。抵抗発熱体２３は、例えばＭｏ、Ｗ、Ｍｏ系合金、Ｗ系合金、Ｃｕ、Ｔｉなどにより形成されている。ゾーンヒータＨｎは、抵抗発熱体２３の両端部２３ａ，２３ｂに電力が供給されると発熱する。図３にゾーンヒータＨ１３の抵抗発熱体２３の配線パターンとゾーンヒータＨ１５の抵抗発熱体２３の配線パターンを例示した。

【0015】

ゾーンＺ１は、セラミックプレート２１と同心円となる円形領域であり、その直径はセラミックプレート２１の直径よりも小さい。ゾーンＺ２～Ｚ６は、ゾーンＺ１の外周縁に隣接している。具体的には、ゾーンＺ２～Ｚ６は、外径がゾーンＺ１の直径よりも大きく内径がゾーンＺ１の直径と同じである第１の円環帯を、セラミックプレート２１の半径方向に沿って複数に分割したものである。ゾーンＺ７～Ｚ１４は、第１の円環帯の外周縁に隣接している。具体的には、ゾーンＺ７～Ｚ１４は、外径が第１の円環帯の外径よりも大きく内径が第１の円環帯の外径と同じである第２の円環帯を、セラミックプレート２１の半径方向に沿って複数に分割したものである。ゾーンＺ１５～Ｚ２４は、第２の円環帯の外周縁に隣接している。具体的には、ゾーンＺ１５～Ｚ２４は、外径が第２の円環帯の外径よりも大きく内径が第２の円環帯の外径と同じである第３の円環帯（最外周の円環帯）を、セラミックプレート２１の半径方向に沿って複数に分割したものである。

【0016】

端子層Ｌ２は、図２に示すように、セラミックプレート２１の下面である。図４に示すように、端子層Ｌ２には、端子集約領域Ｆ１～Ｆ７と端子空き領域Ｅ１～Ｅ１７とが設けられている。端子層Ｌ２は、ゾーンＺ１～Ｚ２４のそれぞれに対応した領域に仮想的に区分けされている。このうち、ゾーンＺ３，Ｚ５，Ｚ１５，Ｚ１７，Ｚ１９，Ｚ２１，Ｚ２３のそれぞれに対応した領域が端子集約領域Ｆ１～Ｆ７であり、ゾーンＺ１，Ｚ２，Ｚ４，Ｚ６～Ｚ１４，Ｚ１６，Ｚ１８，Ｚ２０，Ｚ２２，Ｚ２４のそれぞれに対応した領域が端子空き領域Ｅ１～Ｅ１７である。

【0017】

端子集約領域Ｆ１～Ｆ７には、それぞれ複数（例えば５個以上）の端子２７が集約して配置されている。端子集約領域Ｆ１～Ｆ７に集約されている複数の端子２７同士の間隔は、２０ｍｍ以下であることが好ましく、１０ｍｍ以下であることがより好ましい。端子空き領域Ｅ１～Ｅ１７には、端子２７は配置されていない。端子集約領域Ｆ１～Ｆ７には、複数の端子２７がセラミックプレート２１の同心円に沿って円弧状に配置されている。端子集約領域Ｆ３～Ｆ７及び端子空き領域Ｅ１３～Ｅ１７は、セラミックプレート２１の最外周に位置するように設けられている。端子集約領域Ｆ１～Ｆ７には、端子空き領域Ｅ１～Ｅ１７のいずれかが隣接している。

【0018】

ここで、ゾーンヒータＨ３は、端子集約領域Ｆ１に対応するゾーンＺ３に設けられた端子集約領域対応ゾーンヒータである。ゾーンヒータＨ５，Ｈ１５，Ｈ１７，Ｈ１９，Ｈ２１，Ｈ２３も、それぞれ、端子集約領域Ｆ２～Ｆ７に対応するゾーンＺ５，Ｚ１５，Ｚ１７，Ｚ１９，Ｚ２１，Ｚ２３に設けられた端子集約領域対応ゾーンヒータである。それ以外のゾーンヒータＨ１，Ｈ２，Ｈ４，Ｈ６～Ｈ１４，Ｈ１６，Ｈ１８，Ｈ２０，Ｈ２２，Ｈ２４は、端子空き領域対応ゾーンヒータである。

【0019】

ジャンパ層Ｌ３は、図２に示すように、セラミックプレート２１の内部であってヒータ層Ｌ１と端子層Ｌ２との間に設けられている。ジャンパ層Ｌ３には、複数のジャンパ２６が設けられている。端子空き領域対応ゾーンヒータＨ１，Ｈ２，Ｈ４，Ｈ６～Ｈ１４，Ｈ１６，Ｈ１８，Ｈ２０，Ｈ２２，Ｈ２４を構成する抵抗発熱体２３の両端部２３ａ，２３ｂは、それぞれ、セラミックプレート２１の上下方向に延びる中間ビア２５を介してジャンパ２６に接続され、そのジャンパ２６によって端子集約領域Ｆ１～Ｆ７のいずれかの領域の端子２７の直上まで引き出され、そのジャンパ２６から端子接続ビア２８を介して端子２７に接続されている（例えば図３の端子空き領域対応ゾーンヒータＨ１３を参照）。一方、端子集約領域対応ゾーンヒータＨ３，Ｈ５，Ｈ１５，Ｈ１７，Ｈ１９，Ｈ２１，Ｈ２３を構成する抵抗発熱体２３の両端部２３ａ，２３ｂは、それぞれ、セラミックプレート２１の上下方向に延びる端子接続ビア２４を介して、その直下の端子集約領域の端子２７に接続されている（例えば図３の端子集約領域対応ゾーンヒータＨ１５を参照）。なお、端子接続ビア２４、２８、中間ビア２５及びジャンパ２６が本発明の内部配線に相当する。

【0020】

こうしたセラミックヒータ２０は、例えば、セラミック粉末の成形体をホットプレス焼成する工程を含む製造方法により作製することができる。そのときの成形体は、テープ成形体を複数枚積層して作製してもよいし、モールドキャスト法によって作製してもよいし、セラミック粉末を押し固めることによって作製してもよい。あるいは、成形体は、セラミック粉末を押し固める方法、テープ成形体を複数枚積層する方法及びモールドキャスト法を組み合わせて作製してもよい。

【0021】

次に、セラミックヒータ２０の使用例について図５を用いて説明する。図５は、セラミックヒータ２０の使用例を示す説明図である。なお、図５では、図２と同じ断面を示した。まず、セラミックヒータ２０の下面に、冷却液が流通する冷却用流路３２を備えた冷却プレート３０を接合層４０を介して接合する。この冷媒流路３２は、いずれも図示しない冷媒供給路及び冷媒排出路に接続されている。冷媒排出路から排出された冷媒は温度調整されたあと再び冷媒供給路に戻される。冷却プレート３０の材料としては、例えば金属マトリックス複合材料（メタル・マトリックス・コンポジット（ＭＭＣ）ともいう）又はアルミニウムや、チタン、モリブデン、タングステン及びそれらの合金などの金属材料を用いることができる。接合層４０の材料としては、例えばＡｌ－Ｍｇ系の金属材料や、Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系などの金属材料、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂などを用いることができる。この冷却プレート３０のうちセラミックヒータ２０の各端子集約領域Ｆ１～Ｆ７と対向する位置には、各端子集約領域Ｆ１～Ｆ７に配置された複数の端子２７を外部に露出する大きさのスリット３３（貫通穴）が設けられている。１つのスリット３３には、実装コネクタを差し込まれる。これにより、各実装コネクタは、セラミックヒータ２０の各端子集約領域Ｆ１～Ｆ７内の複数の端子２７に接続される。実装コネクタには、フラットケーブルが接続され、そのフラットケーブルが冷却プレート３０のスリット３３から外部へ延び出している。これにより、実装コネクタを介して各ゾーンヒータＨｎに供給する電圧や電流を調節して各ゾーンＺｎの温度を制御することができる。

【0022】

以上詳述したセラミックヒータ２０では、ゾーンヒータとして、端子集約領域Ｆ１～Ｆ７に対応するゾーンに設けられた端子集約領域対応ゾーンヒータと、端子空き領域Ｅ１～Ｅ１７に対応するゾーンに設けられた端子空き領域対応ゾーンヒータとを備える。通常、ウエハ載置面２２のうち端子集約領域Ｆ１～Ｆ７に対応するゾーンは、温度特異点になりやすい。端子集約領域Ｆ１～Ｆ７では、それに隣接する端子空き領域Ｅ１～Ｅ１７と比べて抜熱状況が大きく異なるためである。本実施形態では、端子集約領域対応ゾーンヒータと端子空き領域対応ゾーンヒータとを個別に温度制御することができる。したがって、ウエハ載置面２２全体の温度を均一にしやすくすることができる。

【0023】

また、セラミックヒータ２０では、端子集約領域Ｆ１～Ｆ７に配置された複数個の端子２７は、セラミックプレート２１の同心円に沿って円弧状に設けられている。レイアウト上このような配置が好まれることがある。

【0024】

更に、セラミックヒータ２０では、端子集約領域Ｆ３～Ｆ７は、セラミックプレート２１の最外周に位置するように設けられている。したがって、端子集約領域Ｆ３～Ｆ７に多くの端子２７を配置することができる。セラミックプレート２１の最外周は、円周が長いためである。

【0025】

更にまた、セラミックヒータ２０では、セラミックプレート２１の下面に冷却プレート３０を接合した状態で用いられる。端子集約領域Ｆ１～Ｆ７とそれに隣接する端子空き領域Ｅ１～Ｅ１７とでは、冷却プレート３０による抜熱の大きさが異なるため、ウエハＷの温度を均一にする必要性が高い。

【0026】

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。

【0027】

例えば、上述した実施形態では、端子集約領域Ｆ１～Ｆ７のそれぞれに設けられた複数の端子２７をセラミックプレート２１の同心円に沿って円弧状に配置したが、これに限定されない。例えば、上述した実施形態において、端子集約領域Ｆ１～Ｆ７のそれぞれに設けられた複数の端子２７をセラミックプレート２１の同心円の接線方向に沿って直線状に配置してもよい。このときの、端子集約領域Ｆ１～Ｆ７における端子２７の配置を図６に示した。なお、図６は、端子層Ｌ２を上から見たときの説明図である。図６では、上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。

【0028】

上述した実施形態では、各ゾーンに１つずつゾーンヒータを設けたが、これに限定されない。例えば、図７に示すように、端子集約領域に対応するゾーンと端子空き領域に対応するゾーンとに共通する第１ヒータＨ１００を設けると共に端子集約領域に対応するゾーンに第２ヒータＨ２００を設けてもよい。図７には、ゾーンＺ１６及びゾーンＺ１７における、第１ヒータＨ１００及び第２ヒータＨ２００の配置の一例を示した。第１ヒータＨ１００は、ゾーンＺ１６及びゾーンＺ１７の全体にわたって一方の端部から他方の端部まで抵抗発熱体２３を一筆書きの要領で配線したものである。第１ヒータＨ１００は、第１ヒータ層Ｌ１１に設けられている。第１ヒータＨ１００は、ゾーンＺ１７（端子集約領域Ｆ４に対応するゾーン）にある端子集約領域対応部分Ｈ１００Ａと、ゾーンＺ１６（端子空き領域Ｅ１３に対応するゾーン）にある端子空き領域対応部分Ｈ１００Ｂとを有する。第２ヒータＨ２００は、ゾーンＺ１７の全体にわたって一方の端部から他方の端部まで抵抗発熱体２３を一筆書きの要領で配線したものである。第２ヒータＨ２００は、第２ヒータ層Ｌ１２に設けられている。第２ヒータ層Ｌ１２は、ウエハ載置面２２と第１ヒータ層Ｌ１１との間の層である。ここで、第１ヒータＨ１００のうち端子集約領域対応部分Ｈ１００Ａ及び第２ヒータＨ２００が本発明の端子集約領域対応ゾーンヒータに相当し、第１ヒータＨ１００のうち端子空き領域対応部分Ｈ１００Ｂが本発明の端子空き領域対応ゾーンヒータに相当する。なお、図７には、上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。

【0029】

上述した実施形態では、端子集約領域Ｆ１，Ｆ２をセラミックプレート２１の最外周以外に設けたが、これに限定されない。例えば、上述した実施形態において、端子集約領域Ｆ１～Ｆ７をセラミックプレート２１の最外周に設けてもよい。

【0030】

上述した実施形態では、ヒータ層Ｌ１が１層だけ設けられるものとしたが、これに限定されない。例えば、上述した実施形態においてヒータ層を多層に設けてもよい。

【0031】

上述した実施形態では、端子集約領域Ｆ１～Ｆ７に実装コネクタを接続するものとしたが、これに限定されない。例えば、実装コネクタの代わりにフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）を接合してもよい。接合は、例えば、はんだ、金属ロウ材、導電ペーストなどを利用して行うことができる。

【0032】

上述した実施形態では、セラミックヒータ２０は、ゾーンヒータＨｎの数の２倍の端子２７を有していたが、これに限定されない。例えば、上述した実施形態において、セラミックヒータ２０は、ゾーンヒータの数の２倍よりも少ない数の端子２７を有するものとしてもよい。例えば、複数のゾーンヒータの一方の端部を共通のグランド端子に接続することにより端子の数を減らしてもよい。

【0033】

上述した実施形態において、ウエハ載置面２２に、外縁に沿ってシールバンドを形成し、全面に複数の小突起を形成し、シールバンドの頂面及び複数の小突起の頂面でウエハＷを支持するようにしてもよい。

【0034】

上述した実施形態において、セラミックヒータ２０は、セラミックヒータ２０を上下方向に貫通する穴を複数有していてもよい。こうした穴としては、ウエハ載置面２２に開口する複数のガス穴やウエハ載置面２２に対してウエハＷを上下させるリフトピンを挿通させるためのリフトピン穴がある。ガス穴は、ウエハ載置面２２を平面視したときに適当な位置に複数個設けられている。ガス穴には、Ｈｅガスのような熱伝導ガスが供給される。通常、ガス穴は、前出のシールバンドや小突起が設けられたウエハ載置面２２のうちシールバンドや小突起が設けられていない箇所に開口するように設けられる。ガス穴に熱伝導ガスが供給されると、ウエハ載置面２２に載置されたウエハＷの裏面側の空間に熱伝導ガスが充填される。リフトピン穴は、ウエハ載置面２２を平面視したときにウエハ載置面２２の同心円に沿って等間隔に複数個設けられる。

【0035】

上述した実施形態において、セラミックヒータ２０に静電電極を内蔵していてもよいし、これに代えて又は加えて、プラズマ発生用のＲＦ電極を内蔵していてもよい。

【0036】

上述した実施形態において、端子２７を省略して、端子接続ビア２４，２８の下端がセラミックプレート２１の下面に露出するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0037】

２０ セラミックヒータ、２１ セラミックプレート、２２ ウエハ載置面、２３ 抵抗発熱体、２３ａ，２３ｂ 端部、２４ 端子接続ビア、２５ 中間ビア、２６ ジャンパ、２７ 端子、２８ 端子接続ビア、３０ 冷却プレート、３２ 冷媒流路、３３ スリット、４０ 接合層、Ｅ１～Ｅ１７ 端子空き領域、Ｆ１～Ｆ７ 端子集約領域、Ｈ１～Ｈ２４ ゾーンヒータ、Ｈ１００ 第１ヒータ、Ｈ１００Ａ 端子集約領域対応部分、Ｈ１００Ｂ 端子空き領域対応部分、Ｈ２００ 第２ヒータ、Ｚ１～Ｚ２４ ゾーン。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】