特許 7598480 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(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-03

(45)【発行日】2024-12-11

(54)【発明の名称】セラミックヒータ

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/683 20060101AFI20241204BHJP

   H05B 3/20 20060101ALI20241204BHJP

   H05B 3/28 20060101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

H01L21/68 N

H05B3/20 328

H05B3/28

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2023551769

(86)(22)【出願日】2023-02-16

(86)【国際出願番号】 JP2023005549

【審査請求日】2023-08-24

(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】100113365

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 雅晴

(74)【代理人】

【識別番号】100209336

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 悠

(74)【代理人】

【識別番号】100218800

【弁理士】

【氏名又は名称】河内 亮

(72)【発明者】

【氏名】木村 健太郎

【審査官】渡井 高広

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２２－１２４０５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－２２０５３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０５６３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】登録実用新案第３２３３３４４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１７－２２８３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０００２７７９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２００７－００６９４６３（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０２２－０６５９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０３２８４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

Ｈ０５Ｂ ３／２０

Ｈ０５Ｂ ３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ウェハが載置されるための第一面と、前記第一面と対向する第二面とを有し、かつ、複数の加熱ゾーンを与える配置で複数のヒータ電極が埋設されたセラミックプレートと、
前記セラミックプレートの第二面に取り付けられ、かつ、内部空間を備えた円筒状のセラミックシャフトと、
前記セラミックプレートの前記内部空間に面する領域に形成される、前記複数のヒータ電極の各々に接続可能に構成される複数の接続部と、
前記内部空間に配置され、前記複数の接続部に接続される多端子一体構造体と、
を備えたセラミックヒータであって、
前記多端子一体構造体が、
前記セラミックプレートの第二面に接して又はその近傍に配置され、前記第二面からの離間距離が０～５０ｍｍである固定プレートと、
前記固定プレートを厚み方向に貫通するように前記固定プレートに固定一体化され、一方の端部が前記複数の接続部にそれぞれロウ接合された複数の端子ロッドと、
前記複数の端子ロッドの他方の端部に直接又は間接的に接続される、各々が耐熱絶縁材料で被覆された複数本のケーブルと、
を含み、
前記複数の接続部の各々が、
前記セラミックプレートの第二面に形成された穴と、
前記ヒータ電極の一部又は前記ヒータ電極からのリード線の一部であって、前記穴内に露出した露出部と、から構成され、前記露出部に前記端子ロッドがロウ接合されており、
前記穴内に前記端子ロッドの端部が挿入され、前記端部の側面と前記穴の内壁との間もロウ接合されている、セラミックヒータ。

【請求項2】

前記複数の接続部の全部又は一部において前記穴の深さが互いに異なる、請求項１に記載のセラミックヒータ。

【請求項3】

前記固定プレートが前記セラミックプレートの第二面に接合されている、且つ／又は前記固定プレートの側端面が前記セラミックシャフトの内壁に接合されている、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項4】

前記セラミックプレートの第二面が前記固定プレートの少なくとも一部が嵌合可能な凹部を有しており、前記凹部に前記固定プレートの上面及び／又は側端面が接合されている、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項5】

前記セラミックプレートの第二面と前記固定プレートとの間に隙間が存在する、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項6】

前記固定プレートの側端面と前記セラミックシャフトの内壁との間に隙間が存在する、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項7】

前記固定プレートの側端面と前記セラミックシャフトの内壁との間に隙間が存在しない、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項8】

ヒータ電極に応じた異なる電流量を許容するように、前記ヒータ電極の一つに接続する前記端子ロッドの径が、前記ヒータ電極の他の一つに接続する前記端子ロッドの径と異なる、且つ／又は前記ヒータ電極の一つに接続する前記端子ロッドの数が、前記ヒータ電極の他の一つに接続する前記端子ロッドの数と異なる、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項9】

前記固定プレートが円板状又は円環状である、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項10】

前記固定プレートが円板状の固定プレートを分割した形状の複数の固定プレート片のセットで構成され、それにより前記多端子一体構造体が複数の多端子一体構造パーツのセットで構成されている、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項11】

前記ケーブルが湾曲して設けられる、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項12】

前記多端子一体構造体が、前記端子ロッドと前記ケーブルとの間に介在される、耐熱絶縁材料で被覆されていない剥き出しの金属線をさらに備えており、前記剥き出しの金属線が、前記金属線よりも熱伝導性が低い絶縁保護材で取り囲まれている、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項13】

前記セラミックプレートと前記固定プレートとの間及び／又は前記固定プレートの前記セラミックプレートと反対側に断熱部材をさらに備えた、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。

【請求項14】

前記ケーブルが前記セラミックシャフトの下端を超えて延在している、請求項１又は２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ものであり、特に複数の加熱ゾーンを有するセラミックヒータに関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造プロセス用の成膜装置において、ウェハの温度を均一に制御するための支持ステージとして、セラミックヒータが用いられている。そのようなセラミックヒータとして、ウェハが載置されるためのセラミックプレートと、このセラミックプレートに取り付けられた円筒状のセラミックシャフトとを備えたものが広く用いられている。

【0003】

セラミックシャフトを有するセラミックヒータにおいて、セラミックシャフトの内部空間を通ってセラミックプレート内の電極に接続する多数の端子ロッドを備えたものが知られている。例えば、特許文献１（特許第６８１６００４号公報）には、ヒータ要素及び複数の電極が埋め込まれた電気絶縁材料を含むパックと、ヒータ要素用及び電極用の複数のコネクタを含むシャフトと、複数のコネクタが通過する電気絶縁端子ブロックを含むベースとを備えたウェハチャックアセンブリが開示されている。この端子ブロックは、複数のコネクタを整列させる働きをし、それらのそれぞれの遠位端がパック内で対応するソケットと嵌合するように配置される。

【0004】

ところで、複数の加熱ゾーンを備えたセラミックヒータが提案されている。例えば、特許文献２（特開２０２２－１２２６７５号公報）には、セラミック基体の内周側領域に埋設された内周側抵抗発熱体と、セラミック基体の外周側領域に埋設された外周側抵抗発熱体とを備えたセラミックヒータが開示されている。セラミック基体の中央領域に外周側抵抗発熱体に給電する外周側給電端子が設けられる一方、外周側抵抗発熱体と外周側給電端子とを接続する金属メッシュ製のジャンパがセラミック基体に埋設される。ジャンパは、ジャンパ埋設面上の金属メッシュ円板を複数に分割したメッシュ電極で構成される。内周側領域はセラミック基体と同心円状の円形領域であり、外周側領域は円形領域の外側の環状領域である。外周側抵抗発熱体は、環状領域を複数に分割した分割領域のそれぞれに設けられているか、又は環状領域に１つ設けられる。ジャンパは、外周側抵抗発熱体のそれぞれに対して対をなすように設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第６８１６００４号公報

【文献】特開２０２２－１２２６７５号公報

【発明の概要】

【0006】

特許文献２に開示されるような複数の加熱ゾーンを備えたセラミックヒータ（すなわちマルチゾーンヒータ）においては、複数のヒータ電極がセラミックプレートに埋設されている。このため、これら複数のヒータ電極の各々に対して端子ロッドを接続することが求められる。例えば、図２２及び２３に示されるように１０個の加熱ゾーンＺ１～Ｚ１０を有するセラミックヒータ１１０の場合、１０ゾーンへの給電を可能とすべく、１０対の端子ロッド１２４（すなわち２０本の端子ロッド１２４）が直接又はリード線１１５を介してセラミックプレート１１２内の各加熱ゾーンに対応する１０個のヒータ電極１１４に接続されることになる。この場合、セラミックシャフト１１６の内部空間Ｓに２０本の端子ロッド１２４を通してヒータ電極１１４に接続する構成となる。このように、セラミックシャフト１１６内を通る多数の端子ロッド１２４をヒータ電極１１４に接続する場合、端子ロッド１２４を１本ずつ個別にヒータ電極１１４又はリード線１１５に接合しなければならないため、その接合作業は極めて煩雑なものとなる。特に、端子ロッド１２４の数を増やす場合、端子ロッド１２４の径を小さくして端子ロッド１本当たりのセラミックシャフト１１６内の占有断面積を小さくすることが求められるが、その場合、端子ロッド１２４の接合面積の減少により接合強度の低下を招く。かかる状況でありながらも、多数の端子ロッド１２４をセラミックシャフト１１６内に配置しながら端子ロッド１２４同士の絶縁を確保する必要があり、端子ロッド１２４同士を絶縁するための構造が複雑なものとなる。したがって、多数の端子配線（例えば端子ロッド１２４）をそれらの間の絶縁を容易に確保しながら（多数のヒータ電極１１４にそれぞれ対応する）多数の接続部１１８に効率良く接合できる構成が望まれる。

【0007】

本発明者らは、今般、セラミックプレートに埋設された複数のヒータ電極に対応する複数の接続部に所定の多端子一体構造体をロウ接合で接続することで、複数の端子配線をそれらの間の絶縁を容易に確保しながら複数の接続部に同時接合できることを見出した。

【0008】

したがって、本発明の目的は、複数の端子配線をそれらの間の絶縁を容易に確保しながら複数の接続部に同時接合することにより効率良く製造可能な、複数の加熱ゾーンを有する信頼性の高いセラミックヒータを提供することにある。

【0009】

本発明によれば、以下の態様が提供される。
［態様１］
ウェハが載置されるための第一面と、前記第一面と対向する第二面とを有し、かつ、複数の加熱ゾーンを与える配置で複数のヒータ電極が埋設されたセラミックプレートと、
前記セラミックプレートの第二面に取り付けられ、かつ、内部空間を備えた円筒状のセラミックシャフトと、
前記セラミックプレートの前記内部空間に面する領域に形成される、前記複数のヒータ電極の各々に接続可能に構成される複数の接続部と、
前記内部空間に配置され、前記複数の接続部に接続される多端子一体構造体と、
を備えたセラミックヒータであって、
前記多端子一体構造体が、
前記セラミックプレートの第二面に接して又はその近傍に配置され、前記第二面からの離間距離が０～５０ｍｍである固定プレートと、
前記固定プレートを厚み方向に貫通するように前記固定プレートに固定一体化され、一方の端部が前記複数の接続部にそれぞれロウ接合された複数の端子ロッドと、
前記複数の端子ロッドの他方の端部に直接又は間接的に接続される、各々が耐熱絶縁材料で被覆された複数本のケーブルと、
を含む、セラミックヒータ。
［態様２］
前記複数の接続部の各々が、
前記セラミックプレートの第二面に形成された穴と、
前記ヒータ電極の一部又は前記ヒータ電極からのリード線の一部であって、前記穴内に露出した露出部と、
から構成され、前記露出部に前記端子ロッドがロウ接合される、態様１に記載のセラミックヒータ。
［態様３］
前記穴内に前記端子ロッドの端部が挿入され、前記端部の側面と前記穴の内壁との間もロウ接合されている、態様２に記載のセラミックヒータ。
［態様４］
前記複数の接続部の全部又は一部において前記穴の深さが互いに異なる、態様２又は３に記載のセラミックヒータ。
［態様５］
前記固定プレートが前記セラミックプレートの第二面に接合されている、且つ／又は前記固定プレートの側端面が前記セラミックシャフトの内壁に接合されている、態様１～４のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
［態様６］
前記セラミックプレートの第二面が前記固定プレートの少なくとも一部が嵌合可能な凹部を有しており、前記凹部に前記固定プレートの上面及び／又は側端面が接合されている、態様１～５のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
［態様７］
前記セラミックプレートの第二面と前記固定プレートとの間に隙間が存在する、態様１～６のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
［態様８］
前記固定プレートの側端面と前記セラミックシャフトの内壁との間に隙間が存在する、態様１～７のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
［態様９］
前記固定プレートの側端面と前記セラミックシャフトの内壁との間に隙間が存在しない、態様１～７のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
［態様１０］
ヒータ電極に応じた異なる電流量を許容するように、前記ヒータ電極の一つに接続する前記端子ロッドの径が、前記ヒータ電極の他の一つに接続する前記端子ロッドの径と異なる、且つ／又は前記ヒータ電極の一つに接続する前記端子ロッドの数が、前記ヒータ電極の他の一つに接続する前記端子ロッドの数と異なる、態様１～９のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
［態様１１］
前記固定プレートが円板状又は円環状である、態様１～１０のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
［態様１２］
前記固定プレートが円板状の固定プレートを分割した形状の複数の固定プレート片のセットで構成され、それにより前記多端子一体構造体が複数の多端子一体構造パーツのセットで構成されている、態様１～１１のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
［態様１３］
前記ケーブルが湾曲して設けられる、態様１～１２のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
［態様１４］
前記多端子一体構造体が、前記端子ロッドと前記ケーブルとの間に介在される、耐熱絶縁材料で被覆されていない剥き出しの金属線をさらに備えており、前記剥き出しの金属線が、前記金属線よりも熱伝導性が低い絶縁保護材で取り囲まれている、態様１～１３のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
［態様１５］
前記セラミックプレートと前記固定プレートとの間及び／又は前記固定プレートの前記セラミックプレートと反対側に断熱部材をさらに備えた、態様１～１４のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
［態様１６］
前記ケーブルが前記セラミックシャフトの下端を超えて延在している、態様１～１５のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明によるセラミックヒータの一態様を示す模式上面図である。

【図2】図１に示されるセラミックヒータを示す模式断面図である。

【図3】多端子一体構造体を用いたセラミックヒータの作製を説明するための模式断面図である。

【図4】固定プレートの上面がセラミックプレートに接合された一態様を示す模式断面図である。

【図5】固定プレートの上面がセラミックプレートに接合された他の一態様を示す模式断面図である。

【図6】固定プレートの側面がセラミックシャフトに接合された配置の一態様を示す模式断面図である。

【図7】固定プレートの側面がセラミックプレートに接合された配置の一態様を示す模式断面図である。

【図8】固定プレートの側面がセラミックシャフトに接合された配置の他の一態様を示す模式断面図である。

【図9】固定プレートの上面及び側面がそれぞれセラミックプレート及びセラミックシャフトに接合された配置の一態様を示す模式断面図である。

【図10】固定プレートの上面及び側面がセラミックプレートに接合された配置の一態様を示す模式断面図である。

【図11】多端子一体構造体の一態様を示す模式平面図である。

【図12】多端子一体構造体の他の一態様を示す模式平面図である。

【図13】直線状に分割された多端子一体構造体の一態様を示す模式平面図である。

【図14】直線状に分割された多端子一体構造体の他の一態様を示す模式平面図である。

【図15】直線状に分割された多端子一体構造体の他の一態様を示す模式平面図である。

【図16】放射状に分割された多端子一体構造体の一態様を示す模式平面図である。

【図17】放射状に分割された多端子一体構造体の他の一態様を示す模式平面図である。

【図18】放射状に分割された多端子一体構造体の他の一態様を示す模式平面図である。

【図19】セラミックヒータ、特に多端子一体構造体の一態様を示す模式断面図である。

【図20】セラミックヒータ、特に多端子一体構造体の他の一態様を示す模式断面図である。

【図21】セラミックヒータ、特に多端子一体構造体の他の一態様を示す模式断面図である。

【図22】従来技術によるセラミックヒータの一態様を示す模式上面図である。

【図23】図２２に示されるセラミックヒータを示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明によるセラミックヒータは、半導体製造装置内においてウェハを支持するためのセラミック製の台である。典型的には、本発明によるセラミックヒータは、半導体成膜装置用のセラミックヒータでありうる。成膜装置の典型的な例としては、ＣＶＤ（化学気相成長）装置（例えば、熱ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置、光ＣＶＤ装置、及びＭＯＣＶＤ装置）並びにＰＶＤ（物理気相成長）装置が挙げられる。

【0012】

図１及び２にセラミックヒータの一態様を示す。図１及び２に示されるセラミックヒータ１０は、セラミックプレート１２と、円筒状のセラミックシャフト１６と、複数の接続部１８と、多端子一体構造体２０とを備える。セラミックプレート１２は、ウェハ（図示せず）が載置されるための第一面１２ａと、第一面１２ａと対向する第二面１２ｂとを有する。セラミックプレート１２には、複数の加熱ゾーンＺ１～Ｚ１０を与える配置で複数のヒータ電極１４が埋設されている。セラミックプレート１２の第二面１２ｂにはセラミックシャフト１６が取り付けられる。セラミックシャフト１６は円筒状であり、それ故、内部空間Ｓを備えている。セラミックプレート１２の内部空間Ｓに面する領域には複数の接続部１８が形成され、これらの接続部１８は複数のヒータ電極１４の各々に接続可能に構成される。多端子一体構造体２０は、内部空間Ｓに配置され、複数の接続部１８に接続される。多端子一体構造体２０は、固定プレート２２と、複数の端子ロッド２４と、複数本のケーブル２６とを含む。固定プレート２２は、セラミックプレート１２の第二面１２ｂに接して又はその近傍に配置される。固定プレート２２の第二面１２ｂからの離間距離は０～５０ｍｍである。複数の端子ロッド２４は、固定プレート２２を厚み方向に貫通するように固定プレート２２に固定一体化されており、端子ロッド２４の一方の端部２４ａが複数の接続部１８にそれぞれ（ロウ材２８を用いて）ロウ接合されている。複数の端子ロッド２４の他方の端部２４ｂには複数本のケーブル２６が直接又は間接的に接続されており、これらのケーブル２６の各々が耐熱絶縁材料で被覆されている。このように、セラミックプレート１２に埋設された複数のヒータ電極１４に対応する複数の接続部１８に多端子一体構造体２０をロウ接合で接続することで、複数の端子配線（例えば端子ロッド２４やケーブル２６）をそれらの間の絶縁を容易に確保しながら複数の接続部１８に同時接合することができる。すなわち、かかる構成によれば、複数の端子配線をそれらの間の絶縁を容易に確保しながら複数の接続部１８に同時接合することにより効率良く製造可能な、複数の加熱ゾーンＺ１～Ｚ１０を有する信頼性の高いセラミックヒータ１０を提供することができる。

【0013】

すなわち、前述したように、図２２及び２３に示されるような複数の加熱ゾーンＺ１～Ｚ１０を備えた従来のセラミックヒータ１１０においては、セラミックシャフト１１６内を通る多数の端子ロッド１２４をヒータ電極１１４に接続する場合、端子ロッド１２４を１本ずつ個別にヒータ電極１１４又はリード線１１５に接合しなければならないため、その接合作業は極めて煩雑なものとなる。特に、端子ロッド１２４の数を増やす場合、端子ロッド１２４の径を小さくして端子ロッド１本当たりのセラミックシャフト１１６内の占有断面積を小さくすることが求められるが、その場合、端子ロッド１２４の接合面積の減少により接合強度の低下を招く。かかる状況でありながらも、多数の端子ロッド１２４をセラミックシャフト１１６内に配置しながら端子ロッド１２４同士の絶縁を確保する必要があり、端子ロッド１２４同士を絶縁するための構造が複雑なものとなる。一方、複数の端子ロッドを下方からばね等で付勢して接続部に押し当てる構造も考えらえるが、５００℃超える使用環境下でばねの特性劣化や押し当て面の変質等により所期の性能を維持するのが困難となる。

【0014】

これに対し、本発明のセラミックヒータ１０の製造においては、図３に概念的に示されるように、多端子一体構造体２０をセラミックプレート１２に接して又はその近傍に配置して複数の接続部１８に（ロウ材２８を用いて）ロウ接合で接続するという簡便な手法で、複数の端子配線（例えば端子ロッド２４やケーブル２６）間の絶縁を容易に確保しながら複数の接続部１８に同時接合することができる。すなわち、多端子一体構造体２０は、複数の端子ロッド２４が固定プレート２２に固定一体化された構成を有し、かつ、端子ロッド２４の端部に接続されるケーブル２６が耐熱絶縁材料で被覆されているため、多端子一体構造体２０自体において端子配線同士の絶縁を予め十分に確保できる。このため、端子ロッド２４を接続部１８に接続する際の絶縁性を確保するための煩雑な作業を回避できる。また、多端子一体構造体２０を用いることで、端子ロッド２４を１本ずつ接続部１８に個別に接続する必要がなく、複数の端子ロッド２４を複数の接続部１８に同時接合できる。さらに、端子ロッド２４の本数増加に伴いそれらの接合面積が減ったとしても、多端子一体構造体２０の全体で十分な接合強度を確保できるため、従来必要とされていたような強固なロウ接合を施す必要が無くなり、直径２．０ｍｍ以下といったような小径端子を用いることも可能となる。このように、本発明のセラミックヒータ１０は端子配線間の絶縁と端子の接合強度を十分に確保しながら効率良く製造することができる構成を有しており、その結果、セラミックヒータ１０を信頼性の高いマルチゾーンヒータとして提供することができる。

【0015】

セラミックプレート１２は、複数の加熱ゾーンＺ１～Ｚ１０を与える配置で複数のヒータ電極１４が埋設されたセラミック製のプレートである。加熱ゾーンＺの数は特に限定されないが、好ましくは８～１５０、より好ましくは１０～５０である。このようなセラミックプレート１２は、公知のマルチゾーンヒータ（例えば特許文献２参照）で採用されるセラミックプレートと同様の構成でありうる。

【0016】

セラミックプレート１２のヒータ電極１４等の内部電極及びリード線１５等の配線以外の主要部分（すなわちセラミック基体）は、優れた熱伝導性、高い電気絶縁性、及びシリコンに近い熱膨張特性等の観点から、窒化アルミニウムで構成されるのが好ましい。

【0017】

セラミックプレート１２の好ましい形状は円板状である。もっとも、円板状のセラミックプレート１２の平面視形状は、完全な円形である必要はなく、例えば、オリフラ（ｏｌｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｆｌａｔ）のように一部を欠いた不完全な円形であってもよい。セラミックプレート１２のサイズは、使用が想定されるウェハの直径に応じて適宜決定すればよく特に限定されないが、円形の場合、直径は典型的には１５０～４５０ｍｍであり、例えば３００ｍｍ程度である。

【0018】

ヒータ電極１４は、特に限定されないが、例えば導電性のコイルをセラミックプレート１２の全面にわたって一筆書きの要領で配線したものでありうる。ヒータ電極１４の両端には、給電のため端子ロッド２４が接続されており、端子ロッド２４はケーブル２６（又は金属線３４及びケーブル２６）を経てヒータ電源（図示せず）に接続されている。ヒータ電極１４は、ヒータ電源から電力が供給されると発熱して第一面１２ａに載置されたウェハを加熱する。ヒータ電極１４は、コイルに限定されるものではなく、例えばリボン（細長い薄板）であってもよいし、メッシュであってもよい。

【0019】

セラミックプレート１２には、ヒータ電極１４以外の内部電極が埋設されていてもよい。そのような内部電極の例としては、ＥＳＣ電極及びＲＦ電極が挙げられる。ＥＳＣ電極は、静電チャック（ＥＳＣ）電極の略称であり、静電電極とも称される。ＥＳＣ電極は、セラミックプレート１２よりもやや小径の円形の薄層電極であるのが好ましく、例えば、細い金属線を網状に編み込んでシート状にしたメッシュ状の電極でありうる。ＥＳＣ電極はプラズマ電極として利用してもよい。すなわち、ＥＳＣ電極に高周波を印加することにより、ＥＳＣ電極をプラズマ電極としても使用することができ、プラズマＣＶＤプロセスによる成膜を行うこともできる。ＥＳＣ電極には、給電のためＥＳＣロッドが接続されるのが好ましく、ＥＳＣロッドはセラミックシャフト１６の内部空間Ｓを経て外部電源（図示せず）に接続されるのが好ましい。多端子一体構造体２０がＥＳＣロッド用の端子ロッドをさらに備えていてもよい。ＥＳＣ電極は、外部電源によって電圧が印加されると第一面１２ａに載置されたウェハをチャッキングする。このときのチャッキング力は、セラミックプレート１２の主要部分を構成しうる窒化アルミニウムの体積抵抗率が１×１０^８～１×１０^１３Ωｃｍであるためジョンソン・ラーベック力である。

【0020】

セラミックシャフト１６は、セラミックプレート１２の第二面１２ｂに取り付けられる円筒状のシャフトであり、公知のセラミックヒータで採用されるセラミックシャフトと同様の構成でありうる。セラミックシャフト１６は、端子ロッド２４を収容するための内部空間Ｓを備える。セラミックシャフト１６は、セラミックプレート１２と同様のセラミック材料で構成されるのが好ましい。したがって、セラミックシャフト１６は窒化アルミニウムで構成されるのが好ましい。セラミックシャフト１６の上端面は、セラミックプレート１２の第二面１２ｂに固相接合又は拡散接合により接合されているのが好ましい。セラミックシャフト１６の外径は、特に限定されず、例えば４０ｍｍ程度である。セラミックシャフト１６の内径（内部空間Ｓの径）も、特に限定されず、例えば３６ｍｍ程度である。

【0021】

複数の接続部１８は、セラミックプレート１２の内部空間Ｓに面する領域に形成され、複数のヒータ電極１４の各々に接続可能に構成される。接続部１８は端子ロッド２４の上端がロウ接合されることでヒータ電極１４への給電を可能とする構成であれば特に限定されない。好ましくは、複数の接続部１８の各々が、セラミックプレート１２の第二面１２ｂに形成された穴を有し、穴内に露出したヒータ電極１４の一部又はヒータ電極１４からのリード線１５の一部（すなわち露出部）に端子ロッド２４がロウ接合される。この穴はセラミックプレート１２に形成された穴のみならず当該穴から連通して形成されたヒータ電極１４及び／又はリード線１５の凹みも含み得る。この場合、この穴内に端子ロッド２４の端部が挿入され、端部の側面と穴の内壁との間もロウ接合されているのが、側面接合で強度を向上できる点で好ましい。

【0022】

複数の接続部１８の全部又は一部において穴の深さが互いに異なっていてもよい。例えば、図２に示されるようにヒータ電極１４又はリード線１５の高さが対応する加熱ゾーンに応じてそれぞれ異なる場合、穴の深さをそれぞれの高さに合わせて形成することで、ヒータ電極１４又はリード線１５を適切に穴に露出させることができ、端子ロッド２４の接続部１８へのロウ接合を確実に行うことができる。

【0023】

多端子一体構造体２０は、内部空間Ｓに配置され、複数の接続部１８に接続される。図２及び３に示されるように、多端子一体構造体２０は、固定プレート２２と、複数の端子ロッド２４と、複数本のケーブル２６とを含む。

【0024】

固定プレート２２は、複数の端子ロッド２４が互いに絶縁された状態で固定一体化されるためのプレートである。複数の端子ロッド２４が固定プレート２２に固定一体化されることで、固定プレート２２で強度を確保できるため、端子ロッド２４単独では得られない高い強度を多端子一体構造体２０の全体で確保することができる。固定プレート２２は、耐熱絶縁材料で構成されるのが好ましく、熱伝導性の低いものがより好ましい。そのような耐熱絶縁材料の例としては、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の耐熱樹脂、並びにアルミナ、窒化アルミニウム、炭化珪素、チタニア、ジルコニア等のセラミックが挙げられる。特に、セラミックプレート１２と熱膨張率が同等か５０％程度高い耐熱絶縁材料が好ましく、そのような材料の例としてはＡｌＮ－Ａｌ_２Ｏ_３が挙げられる。

【0025】

固定プレート２２は、セラミックプレート１２の第二面１２ｂに接して又はその近傍に配置される。固定プレート２２の第二面１２ｂからの離間距離は０～５０ｍｍであり、好ましくは０～３０ｍｍである。このように固定プレート２２を１２ｂに接して又はその近傍に配置することで複数の端子ロッド２４の接続部１８へのロウ付けによる同時接合がしやすくなる。例えば、固定プレート２２から第二面１２ｂ方向に延出する端子ロッド２４の延出部が短くなるため、（端子ロッド２４の延出部が長い場合に起こりうる）端子ロッド２４の撓み等のよる位置ズレが生じにくくなり、複数の接続部１８に複数の端子ロッド２４を同時接合する際の作業がしやすくなる。

【0026】

固定プレート２２は、セラミックプレート１２及び／又はセラミックシャフト１６に対して接合されているのが好ましい。すなわち、多端子一体構造体２０とセラミックプレート１２との固定は端子ロッド２４と接続部１８とのロウ接合により実現できるが、より強固かつ確実に固定するために接着剤３０（例えばセラミックボンド）等の接合手段を用いてセラミックプレート１２及び／又はセラミックシャフト１６と接合するのが好ましい。

【0027】

固定プレート２２は、セラミックプレート１２及び／又はセラミックシャフト１６の様々な位置に接合されうる。図４～１０に固定プレート２２とセラミックプレート１２及びセラミックシャフト１６との様々な位置関係をその他の構成部材（端子ロッド２４、ケーブル２６等）を省略して概念的に示す。これらの図において接着剤３０として示されている部分が接合されている部分であり、それ以外の部分は接合されていなくてもよい。図４、５、９及び１０に示されるように、固定プレート２２がセラミックプレート１２の第二面１２ｂ（又は第二面１２ｂに設けられた凹部３２）に接合されていてもよいし、図６、８及び９に示されるように固定プレート２２の側端面がセラミックシャフト１６の内壁に接合されていてもよい。あるいは、図５、７及び１０に示されるように、セラミックプレート１２の第二面１２ｂが固定プレート２２の少なくとも一部が嵌合可能な凹部３２を有していており、凹部３２に固定プレート２２の上面及び／又は側端面が接合されていてもよい。

【0028】

図４及び５は、固定プレート２２の上面がセラミックプレート１２に接着剤３０等の接合手段で接合されている態様を示している。図４に示される態様は、固定プレート２２がセラミックプレート１２の第二面１２ｂにのみ接着剤３０で接合されている。図５に示される態様は、固定プレート２２がセラミックプレート１２の凹部３２にのみ接着剤３０で接合されている。いずれの態様においても、固定プレート２２はその上面でのみセラミックプレート１２に接合されていればよく、固定プレート２２の側端面はセラミックプレート１２及びセラミックシャフト１６に接合される必要はない。

【0029】

図４及び５に示される態様においては、固定プレート２２の側端面とセラミックシャフト１６の内壁との間に隙間が存在しており、図５の態様では固定プレート２２の側端面とセラミックプレート１２の凹部３２の内壁との間にも隙間が存在している。このように固定プレート２２の横方向に隙間が存在することで、この隙間を横方向の応力を緩和するためのバッファ空間として機能させることができる。すなわち、熱膨張係数が異なる部材を横方向に接触させた場合、高温での装置稼働時にこれらの部材が異なる比率で膨張する結果、接合部分に横方向の圧縮応力が生じることになる。しかし、本態様によれば、固定プレート２２の横方向に隙間が存在することで、熱膨張係数が異なる部材が横方向に接触するのを回避して、そのような横方向の圧縮応力を生じなくすることができる。また、膨張係数が異なる部材が横方向に接触したとしても、バッファ空間としての隙間で応力が吸収ないし緩和されるため、横方向の圧縮応力を低減することができる。

【0030】

図６～８は、固定プレート２２の側端面がセラミックシャフト１６又はセラミックプレート１２に接着剤３０等の接合手段で接合されている態様を示している。図６に示される態様は、固定プレート２２がセラミックシャフト１６の内壁にのみ接着剤３０で接合されている。図７に示される態様は、固定プレート２２の側端面がセラミックプレート１２の第二面１２ｂに設けられた凹部３２にのみ接着剤３０で接合されている。いずれの態様においても、固定プレート２２はその側端面でのみセラミックシャフト１６又はセラミックプレート１２に接合されていればよく、固定プレート２２の上面はセラミックプレート１２及びセラミックシャフト１６に接合される必要はない。したがって、図８に示される態様のように、セラミックプレート１２と固定プレート２２との間に隙間を設けた状態で、固定プレート２２の側端面がセラミックシャフト１６に接合されていてもよい。この態様においては、セラミックシャフト１６に切欠部を設けて、この切欠部で固定プレート２２の側端部を支持する構成としてもよい。

【0031】

図６～８に示される態様においても、固定プレート２２とセラミックシャフト１６との間、あるいは固定プレート２２の側端面とセラミックプレート１２の凹部３２の内壁との間に隙間を設けることができる。すなわち、固定プレート２２とセラミックシャフト１６とを接着剤３０で部分的にのみ接合させることで、固定プレート２２とセラミックシャフト１６との間の非接合箇所に隙間を設けることができる。同様に、固定プレート２２の側端面と凹部３２の内壁とを接着剤３０で部分的にのみ接合させることで、固定プレート２２の側端面と凹部３２の内壁との間の非接合箇所に隙間を設けることができる。そして、このような隙間を上述したように横方向の応力を緩和するためのバッファ空間として機能させることができる。すなわち、固定プレート２２とセラミックシャフト１６及び／又は凹部３２との間に隙間を設けることで、高温での装置稼働時に熱膨張係数が異なる部材が横方向に膨張して接触するのを回避して、そのような横方向の圧縮応力を生じなくすることができる。また、膨張係数が異なる部材が横方向に接触したとしても、バッファ空間としての隙間で応力が吸収ないし緩和されるため、横方向の圧縮応力を低減することができる。

【0032】

加えて、図８に示されるようにセラミックプレート１２と固定プレート２２との間に隙間を設ける場合には、この隙間を断熱空間として機能させることができ、多端子一体構造体２０による断熱性を向上できる。また、断熱性の向上により、膨張係数が異なる部材の伸縮量を調整することが可能であり、横方向の応力を低減することができる。すなわち、固定プレート２２の熱膨張率がセラミックプレート１２の熱膨張率よりも大きい場合であっても、断熱性の向上効果により固定プレート２２の温度を低くすることができ、それによって両部材の熱膨張率差による応力を低減することができる。さらに、この隙間を縦方向の応力を緩和するためのバッファ空間として機能させることもできる。すなわち、固定プレート２２とセラミックプレート１２との間に隙間を設けることで、高温での装置稼働時に熱膨張係数が異なる部材が縦方向に膨張して接触するのを回避して、そのような縦方向の圧縮応力を生じなくすることができる。また、膨張係数が異なる部材が縦方向に接触したとしても、バッファ空間としての隙間で応力が吸収ないし緩和されるため、縦方向の圧縮応力を低減することができる。

【0033】

図９及び１０は、固定プレート２２の上面及び側端面がセラミックシャフト１６又はセラミックプレート１２に接合されている態様を示している。図９に示される態様は、固定プレート２２の上面及び側端面がそれぞれセラミックプレート１２の第二面１２ｂとセラミックシャフト１６の内壁に接着剤３０等の接合手段で接合されている。図１０に示される態様は、固定プレート２２の上面及び側端面がセラミックプレート１２の凹部３２に接着剤３０で接合されている。固定プレート２２の上面及び側端面は、それらの全てがセラミックプレート１２やセラミックシャフト１６に接合されている必要はなく、部分的に接合されていない箇所が存在していてもよい。図９及び１０に示される態様においては、より広い面積で接合できるため接着強度を向上できる。また、それに伴い端子ロッド２４の更なる細径化が可能になる。

【0034】

上述したように、セラミックプレート１２の第二面１２ｂと固定プレート２２との間には隙間が存在していてもよい（図８参照）。また、固定プレート２２の側端面とセラミックシャフト１６の内壁との間に隙間が存在してもよいし（図４、５、７及び１０参照）、固定プレート２２の側端面とセラミックシャフト１６の内壁との間に隙間が存在しないものであってもよい（図６、８及び９参照）。各態様における利点は上述したとおりである。

【0035】

固定プレート２２ないし多端子一体構造体２０は、セラミックシャフト１６の内部空間Ｓに収容可能な形状であれば特に限定されないが、固定プレート２２ないし多端子一体構造体２０は、図１１に示されるような円板状、又は図１２に示されるような円環状であるのが好ましい。これらの形状であれば、円筒状のセラミックシャフト１６に適合した形状であり、セラミックシャフト１６の内部空間Ｓを効率良く活用して多くの端子ロッド２４を固定することができる。

【0036】

本発明の別の好ましい態様において、固定プレート２２は、図１３～１８に示されるように、円板状の固定プレート２２を分割した形状の複数の固定プレート片２２ａのセットで構成され、それにより多端子一体構造体２０が複数の多端子一体構造パーツ２０ａのセットで構成されていてもよい。この態様によれば、多端子一体構造体２０の端子接合作業を分割された多端子一体構造パーツ２０ａごとに細分化して行うことができるため、端子接合作業を簡略化することができる。この場合、固定プレート２２ないし多端子一体構造体２０は、図１３に示されるように直線状に２等分されていてもよいし、図１４に示されるように（２等分に限らず）任意の位置で直線状に分割されていてもよい。また、図１５に示されるように任意の位置で直線状に３つ又はそれ以上に分割されてもよい。あるいは、固定プレート２２ないし多端子一体構造体２０は、図１６に示されるように放射状に４等分されてもよいし、図１７及び１８に示されるように任意の割合で放射状に分割されてもよい。固定プレート２２を構成する固定プレート片２２ａの個数（すなわち多端子一体構造体２０を構成する多端子一体構造パーツ２０ａの個数）は特に限定されないが、２～８が好ましく、より好ましくは２～４である。

【0037】

複数の端子ロッド２４は、固定プレート２２を厚み方向に貫通するように固定プレート２２に固定一体化されている。複数の端子ロッド２４の一方の端部が複数の接続部１８にそれぞれロウ接合されている一方、複数の端子ロッド２４の他方の端部には後述するケーブル２６が直接又は間接的に接続され、これらのケーブル２６（又は金属線３４及びケーブル２６）を経てヒータ電源（図示せず）に接続可能となっている。かかる構成により、ヒータ電極１４への給電経路が確保される。端子ロッド２４は、導電部材であれば特に限定されず、モリブデン、ニッケル等の金属で構成されうるが、熱膨張率の観点からモリブデンで構成されるのが好ましい。端子ロッド２４の径は特に限定されないが、好ましくは、０．５～５ｍｍ、より好ましくは１～３ｍｍである。これらの範囲であると、端子ロッド２４の数を増やしながらも、端子ロッド２４と接続部１８の接合強度を十分に確保できる。端子ロッド２４の本数も特に限定されないが、マルチゾーンヒータとして用いる観点から、好ましくは１６～３００本、より好ましくは２０～１００本である。

【0038】

ヒータ電極１４に応じた異なる電流量を許容するように、ヒータ電極１４の一つに接続する端子ロッド２４の径が、ヒータ電極１４の他の一つに接続する端子ロッド２４の径と異なるようにしてもよい。また、ヒータ電極１４に応じた異なる電流量を許容するように、ヒータ電極１４の一つに接続する端子ロッド２４の数が、ヒータ電極１４の他の一つに接続する端子ロッド２４の数と異なるようにしてもよい。本発明のセラミックヒータ１０は複数の加熱ゾーンＺ１～Ｚ１０を備えたものであるため、加熱ゾーンに応じてヒータ電極１４に供給すべき電流量を変えることで、マルチゾーンヒータとしての望ましいヒータ機能を提供することができる。例えば、加熱ゾーンＺ１～Ｚ１０に対応するヒータ電極１４がメインヒータ電極とサブヒータ電極とを含み、メインヒータ電極にサブヒータ電極よりも多くの電流を供給する構成としてもよい。

【0039】

複数本のケーブル２６は、上述のとおり、複数の端子ロッド２４の他方の端部に直接又は（後述する金属線３４等の他の部材を介して）間接的に接続される。ケーブル２６の各々は耐熱絶縁材料で被覆されている。このため、端子配線同士が確実に絶縁されるため、セラミックヒータ１０の組み立て（特に多端子一体構造体２０の接続部１８への接続）が容易となる。また、耐熱絶縁材料で被覆されたケーブル２６は、高温（例えば６００℃以上）に加熱されるセラミックプレート１２の近傍に配置されるのに耐えうる耐熱性（例えば５００℃の高温に耐えうる性能）を有する。ケーブル２６の被覆に用いられる耐熱絶縁材料の例としては、シリカガラス、雲母、高耐熱樹脂（例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））が挙げられる。ケーブル２６の被覆部分以外のコア部は金属線であるのが好ましい。金属線は、導電部材であれば特に限定されず、ケーブル材料として一般的に使用される金属であればよい。ケーブル２６は、金属線に耐熱絶縁材料で構成される絶縁管を被せたものであってもよい。

【0040】

ところで、本発明のセラミックヒータ１０は、多端子一体構造体２０を備えることで、セラミックシャフト１６内における放熱性及び断熱性を望ましく制御することができる。すなわち、ヒータ電極１４による加熱機能を十分に発揮させる観点から固定プレート２２及びそれから接続部１８に向かって延出した端子ロッド２４は冷やさないことが望まれるのに対し、固定プレート２２よりも下に配置されるケーブル２６は装置部品保護の観点から冷やすことが望まれる。このように多端子一体構造体２０は、セラミックシャフト１６内における放熱性及び断熱性を望ましく制御できるように構成されるのが好ましい。図１９～２１にはそのような放熱及び断熱に適した好ましい各種態様が示される。

【0041】

本発明の好ましい一態様によれば、図１９（及び図２）に示されるように、ケーブル２６が湾曲して設けられる。セラミックシャフト１６内でケーブル２６を湾曲させることで、ケーブル２６の長さをセラミックシャフト１６の長さよりも長くすることができる。その結果、セラミックシャフト１６内のケーブル２６の表面積が増えて、セラミックシャフト１６内への放熱を促進することができる。こうして、セラミックシャフト１６の下端ないし下方に位置する装置部品４０への熱伝導を抑制し、装置部品４０の熱劣化による破損リスクを低減することができる。

【0042】

本発明の別の好ましい態様によれば、図２０に示されるように、多端子一体構造体２０が、端子ロッド２４とケーブル２６との間に介在される、耐熱絶縁材料で被覆されていない剥き出しの金属線３４をさらに備える。そして、剥き出しの金属線３４が、金属線３４よりも熱伝導性が低い絶縁保護材３６で取り囲まれている。このように、セラミックシャフト１６の内部空間Ｓ内で、剥き出しの金属線３４と絶縁保護材３６を設けることで、剥き出しの金属線３４からセラミックシャフト１６の内部空間Ｓへの放熱を促進することができる。すなわち、熱伝導性が高い金属線３４が剥き出しになっていることで放熱性が促進される一方、金属線３４が絶縁保護材３６を取り囲まれることで金属線３４同士の絶縁が確保される。この態様によれば、セラミックシャフト１６の下端ないし下方に位置する装置部品への熱伝導を抑制し、装置部品４０の熱劣化による破損リスクを低減することができる。放熱性促進の観点から、金属線３４の熱伝導性は、絶縁保護材３６の熱伝導性よりも高いことが好ましい。金属線３４は、導電部材であれば特に限定されないが、ケーブル材料として一般的に使用される金属であればよい。絶縁保護材３６は、金属線３４同士を絶縁可能な材料であれば特に限定されないが、好ましい例としては、窒化アルミニウム又はアルミナが挙げられる。絶縁保護材３６は、金属線３４の放熱性促進の観点から、金属線３４の周囲に放熱のための空間を与えるように管状に構成されるのが好ましい。

【0043】

本発明の更に別の好ましい態様によれば、図２１に示されるように、セラミックプレート１２と固定プレート２２との間及び／又は固定プレート２２のセラミックプレート１２と反対側に断熱部材３８をさらに設けてもよい。すなわち、図２１において、断熱部材３８がセラミックプレート１２と固定プレート２２との間に設けられているが、断熱部材３８は、同図に点線で描かれるように固定プレート２２のセラミックプレート１２と反対側に設けられてもよく、その場合、固定プレート２２から下方に延出した端子ロッド２４の下端又はその近傍に（例えば端子ロッド２４の下端が隠れるように）断熱部材３８が設けられるのが好ましい。あるいは、固定プレート２２の両側に断熱部材３８がそれぞれ設けられてもよい。断熱部材３８を固定プレート２２の上側、下側又は両側に設けることで、固定プレート２２から下方への熱伝導を抑制することができる。この態様によれば、ケーブル２６への熱伝導を抑制することで、セラミックシャフト１６の下端ないし下方に位置する装置部品４０への熱伝導を抑制し、装置部品４０の熱劣化による破損リスクを低減することができる。なお、断熱部材３８は端子ロッド２４と前もって結合しておいてもよく、その場合、断熱部材３８及び端子ロッド２４を伴った組み立てがしやすくなる。断熱部材３８は、耐熱性、断熱性及び絶縁性を有する板状部材であれば特に限定されないが、好ましい例としては、ジルコニア又はアルミナが挙げられる。

【0044】

図１９～２１に示されるように、ケーブル２６はセラミックシャフト１６の下端を超えて延在しているのが好ましい。こうすることで、固定プレート２２の下方に存在するケーブル２６による放熱効果を更に高めることができ、装置部品４０の熱劣化による破損リスクをより効果的に低減することができる。

【0045】

このように、図１９～２１に示されるような態様によれば、固定プレート２２及びそれから接続部１８に向かって延出した端子ロッド２４を冷やさないようにしながら、固定プレート２２よりも下に配置されるケーブル２６を冷やすことができる。もっとも、更なる高温にも対応可能とするため、多端子一体構造体２０ないし固定プレート２２を冷やすための冷却手段をセラミックシャフト１６内に設けてもよい。

【要約】

複数の端子配線をそれらの間の絶縁を容易に確保しながら複数の接続部に同時接合することにより効率良く製造可能な、複数の加熱ゾーンを有する信頼性の高いセラミックヒータが提供される。このセラミックヒータは、複数のヒータ電極が埋設されたセラミックプレートと、内部空間を備えた円筒状のセラミックシャフトと、セラミックプレートの内部空間に面する領域に形成される、複数のヒータ電極の各々に接続可能に構成される複数の接続部と、内部空間に配置され、複数の接続部に接続される多端子一体構造体とを備え、多端子一体構造体が、セラミックプレートからの離間距離が０～５０ｍｍである固定プレートと、固定プレートを厚み方向に貫通するように固定プレートに固定一体化され、一方の端部が複数の接続部にそれぞれロウ接合された複数の端子ロッドと、複数の端子ロッドの他方の端部に接続される、各々が耐熱絶縁材料で被覆された複数本のケーブルとを含む。

【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】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】