JP2007165322A

JP2007165322A - 試料加熱装置及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007165322A
Application number: JP2006338227A
Authority: JP
Inventors: Tsunehiko Nakamura; 恒彦中村
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2022-01-28
Also published as: JP4443556B2

Abstract

【課題】加熱、冷却の繰り返しに伴う熱サイクルによってセラミックヒータ２とセラミック筒状支持体８とのセラミック接合層６にクラックが発生することを防止する。
【解決手段】抵抗発熱体４を埋設した板状セラミック体３の一方の主面をウエハＷの載置面５とするセラミックヒータ２の上記載置面５と反対側の表面中央に凸状部３ａを設け、この凸状部３ａに上記抵抗発熱体４と電気的に接続される給電端子９を備えるとともに、上記給電端子９を包囲するようにセラミック筒状支持体８をセラミック接合層６を介して焼結により接合一体化するとともに、凸状部３ａの外周面と、セラミック筒状支持体８の接合部外周面と、接合層６の外周面とが連続的につながった表面となるようにして試料加熱装置１を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、光ＣＶＤ、スパッタリングなどの成膜装置や、プラズマエッチング、光エッチング等のエッチング装置において、半導体ウエハ等の試料を保持した状態で各種処理温度に加熱する試料加熱装置及びその製造方法に関するものである。

従来、半導体装置の製造工程において、プラズマＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、光ＣＶＤ、スパッタリングなどの成膜装置や、プラズマエッチング、光エッチングなどのエッチング装置では、試料となる半導体ウエハ（以下、ウエハと称す。）を保持しつつ各種処理温度に加熱するために試料加熱装置が用いられている。

例えば、図７に従来の試料加熱装置を真空処理室内に取り付けた状態を示すように、２０はプロセスガスを供給するためのガス供給孔２１と、真空引きするための排気孔２２を備えた真空処理室で、真空処理室２０内にはセラミックヒータ７２とセラミック筒状支持体７８とからなる試料加熱装置７１が設置されていた。

この種のセラミックヒータ７２は、円板状をなし、上下面が平滑かつ平坦に形成された板状セラミック体７３からなり、板状セラミック体７３中には抵抗発熱体７４を埋設するとともに、一方の主面をウエハＷを載せる載置面７５とし、他方の主面７７には上記抵抗発熱体７４と電気的に接続される給電端子７９及び温度検出手段８０が接合されていた。

また、上記板状セラミック体７３の他方の主面には、上記給電端子７９を包囲するようにセラミック筒状支持体７８がガラス接合でもって接合一体化され、給電端子７９及び温度検出手段８０を真空処理室２０外へ導出するようになっていた（特許文献１参照）。

そして、この試料加熱装置７１によりウエハＷに成膜やエッチング等の処理を施すには、まず、真空処理室２０内を真空状態とするとともに、セラミックヒータ７２の載置面７５にウエハＷを載せ、給電端子７９に通電して抵抗発熱体７４を発熱させることによりウエハＷを４００℃以上の設定温度まで加熱し、この状態でガス供給孔２１よりデポジッション用ガスやエッチング用ガスなどのプロセスガスを真空処理室２０内へ導くことで、ウエハＷに各種処理を施すようになっていた。

ところが、上記セラミックヒータ７２の発熱によって試料加熱装置７１に室温域（２５℃）から４００℃以上の温度範囲で繰り返し熱サイクルが加わると、セラミックヒータ７２とガラスからなる接合層７６及びセラミック筒状支持体７８とガラスからなる接合面７６との間にはそれぞれ接合界面が存在するとともに、セラミックヒータ７２とセラミック筒状支持体７８との間には熱伝達特性の異なるガラスが介在することから、これらの接合界面には熱応力が集中し易く、その結果、繰り返し加わる熱応力によって接合層７６やその接合界面にクラックが発生して気密性が損なわれるため、真空処理室２０内の真空度が低下し、その結果、成膜精度やエッチング精度に悪影響を与えるといった課題があった。

また、成膜装置やエッチング装置では、デポジッション用ガス、エッチング用ガス、あるいはクリーニング用ガスとして腐食性の高いハロゲン系ガスが使用されているのであるが、接合層７６がガラスからなるために上記ハロゲン系ガスに曝されると腐食摩耗し易く、短期間のうちに気密性が損なわれるとともに、この腐食摩耗により発生した摩耗粉がウエハＷへの処理精度に悪影響を与えるといった課題もあった。

しかも、ガラス接合ではせいぜい４００℃程度の温度域までしか使用に耐えられず、近年要求されている６００℃以上の温度域での処理には対応することが出来なかった。

そこで、このような課題を解決するものとして、図６に示すように、セラミックヒータ７２を形成する板状セラミック体７３の他方の主面中央に凸状部７３ａを形成し、この凸状部７３ａにセラミック筒状支持体７８をセラミック接合層８１を介して焼結により気密に接合一体化したものが提案されている（特許文献２参照）。

このように、接合層８１としてセラミックスを用い、板状セラミック体７３及びセラミック筒状支持体７８と一体的に焼結することにより、各部材の熱膨張差を近似させることができるとともに、セラミックヒータ７２には凸状部７３ａを設け、セラミック筒状支持体７８との接合部における表面積を大きくすることにより、接合部の放熱性を向上させることができるため、接合部に作用する熱応力を低減し、接合部における気密性の低下を防止できるとともに、６００℃以上の温度にも対応したものとできるといった利点があった。
特開平４−７８１３８号公報特開平１２−２１９５７号公報

しかしながら、図６に示す試料加熱装置７１でも室温から６００℃以上の温度範囲で繰り返し熱サイクルが加わると、比較的短期間で接合部の気密性が損なわれるといった課題があった。即ち、特許文献２に開示された技術では、セラミックヒータ７２への通電のＯＮ、ＯＦＦを繰り返して室温から８００℃の温度範囲で熱サイクルを与えた場合、６００回の熱サイクル程度であれば耐え得ることが開示されているものの、熱サイクルが１０００回以上となると気密性が低下してしまうといった課題があった。

そして、このような気密性の低下が発生すると、試料加熱装置７１を真空処理室２０から取り外して交換しなければならないのであるが、この間、成膜処理やエッチング処理を停止させなければならず、生産性を高めることができなかった。

そこで、本発明は上記課題に鑑み、抵抗発熱体を埋設した窒化アルミニウム質セラミックスからなる板状セラミック体の一方の主面を試料を載せる載置面とし、他方の主面に上記抵抗発熱体と電気的に接続される給電端子を備えたセラミックヒータと、上記給電端子を包囲するように上記セラミックヒータの他方の主面側に窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック接合層を介して接合一体化された窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック筒状支持体とからなる試料加熱装置において、上記セラミックヒータの上記セラミック筒状支持体との接合領域に凸状部を形成するとともに、上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とが連続的につながった表面からなり、該表面の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上２μｍ以下であることを特徴とする。

また、本発明は、好ましくは上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とが連続的につながった表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上０．８μｍ以下とすることが良い。

また、本発明は上記試料加熱装置を形成するため、抵抗発熱体を埋設した窒化アルミニウム質セラミックスからなる板状セラミック体の主面にセラミックペーストを介して窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック筒状支持体を当接させ、焼成にて接合一体化した後、上記板状セラミック体の他方の主面の周縁部に研削加工を施して上記セラミック筒状支持体との接合領域に凸状部を形成するとともに、上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とを連続的につながった表面とし、かつ該表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上２μｍ以下としたことを特徴とする。

また、本発明は上記試料加熱装置を形成するため、抵抗発熱体を埋設した窒化アルミニウム質セラミックスからなる板状セラミック体の主面に主成分が窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミックペーストを介して窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック筒状支持体を当接させ、焼成にて接合一体化した後、上記板状セラミック体の上記主面の周縁部に研削加工を施して上記セラミック筒状支持体との接合領域に凸状部を形成するとともに、上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とを連続的につながった表面とし、かつ該表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上２μｍ以下としたことを特徴とする。

また、本発明は抵抗発熱体を埋設した窒化アルミニウム質セラミックスからなる板状セラミック体の一方の主面を試料を載せる載置面とし、他方の主面に上記抵抗発熱体と電気的に接続される給電端子を備えたセラミックヒータの製造方法において、上記他方の主面に、上記給電端子を包囲するようにセラミックペーストを介して窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック筒状支持体を当接させ、焼成にて接合一体化した後、上記板状セラミック体の他方の主面の周縁部に研削加工を施して上記セラミック筒状支持体との接合領域に凸状部を形成するとともに、上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とを連続的につながった表面とし、かつ該表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上２μｍ以下としたことを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、抵抗発熱体を埋設した窒化アルミニウム質セラミックスからなる板状セラミック体の一方の主面を試料を載せる載置面とし、他方の主面に上記抵抗発熱体と電気的に接続される給電端子を備えたセラミックヒータと、上記給電端子を包囲するように上記セラミックヒータの他方の主面側に窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック接合層を介して接合一体化された窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック筒状支持体とからなる試料加熱装置において、上記セラミックヒータの上記セラミック筒状支持体との接合領域に凸状部を形成するとともに、該凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とが連続的につながった表面からなり、該表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上２μｍ以下となるようにしたことによって、セラミックヒータとセラミック筒状支持体との接合部における温度勾配を小さくするとともに、接合部に作用する局部的な熱応力の集中を防ぐことができるため、室温から４００℃以上の温度範囲での熱サイクルはもとより、室温から６００℃以上の温度範囲での繰り返し熱サイクルが加わったとしても接合部にクラックを生じることがなく、優れた気密性を長期間にわたって維持することがきる。しかも、セラミックヒータ、セラミック接合層、及びセラミック筒状支持体は、いずれも緻密で耐熱性、耐食性、耐プラズマ性に優れたセラミックスからなるため、長寿命であるとともに、ウエハ等の試料に悪影響を与えることがなく、さらに成膜精度やエッチング精度を劣化させることがない。

また、上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とが連続的につながった表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上０．８μｍ以下とすることにより、寿命をさらに向上させることができる。

また、本発明は上記試料加熱装置を形成するため、抵抗発熱体を埋設した窒化アルミニウム質セラミックスからなる板状セラミック体の主面にセラミックペーストを介して窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック筒状支持体を当接させ、焼成にて接合一体化した後、上記板状セラミック体の上記主面の周縁部に研削加工を施して上記セラミック筒状支持体との接合領域に凸状部を形成するとともに、上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とを連続的につながった表面とし、かつ該表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上２μｍ以下とすることで、長寿命の試料加熱装置を製造することができる。

また、本発明は上記試料加熱装置を形成するため、抵抗発熱体を埋設した窒化アルミニウム質セラミックスからなる板状セラミック体の主面に主成分が窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミックペーストを介して窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック筒状支持体を当接させ、焼成にて接合一体化した後、上記板状セラミック体の上記主面の周縁部に研削加工を施して上記セラミック筒状支持体との接合領域に凸状部を形成するとともに、上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とを連続的につながった表面とし、かつ該表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上２μｍ以下とすることで、長寿命の試料加熱装置を製造することができる。

また、本発明は上記試料加熱装置を形成するため、抵抗発熱体を埋設した窒化アルミニウム質セラミックスからなる板状セラミック体の主面に窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミックペーストを介して窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック筒状支持体を当接させ、焼成にて接合一体化した後、上記板状セラミック体の上記主面の周縁部に研削加工を施して上記セラミック筒状支持体との接合領域に凸状部を形成するとともに、上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とを連続的につながった表面とし、かつ該表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上２μｍ以下とすることで、長寿命の試料加熱装置を製造することができる。

また、本発明は上記試料加熱装置を形成するため、抵抗発熱体を埋設した窒化アルミニウム質セラミックスからなる板状セラミック体の一方の主面を試料を載せる載置面とし、他方の主面に上記抵抗発熱体と電気的に接続される給電端子を備えたセラミックヒータの製造方法において、上記他方の主面に、上記給電端子を包囲するようにセラミックペーストを介して窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック筒状支持体を当接させ、焼成にて接合一体化した後、上記板状セラミック体の他方の主面の周縁部に研削加工を施して上記セラミック筒状支持体との接合領域に凸状部を形成するとともに、上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部外周面と、上記セラミック接合層の外周面とを連続的につながった表面とし、かつ該表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上２μｍ以下とすることで、長寿命の試料加熱装置を製造することができる。

また、本発明は上記試料加熱装置を形成するため、抵抗発熱体を埋設した窒化アルミニウム質セラミックスからなる板状セラミック体の一方の主面を試料を載せる載置面とし、他方の主面に上記抵抗発熱体と電気的に接続される給電端子を備えたセラミックヒータの上記他方の主面に、上記給電端子を包囲するようにセラミックペーストを介して窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック筒状支持体を当接させ、焼成にて接合一体化した後、上記板状セラミック体の他方の主面の周縁部に研削加工を施して上記セラミック筒状支持体との接合領域に凸状部を形成するとともに、上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とを連続的につながった表面とし、かつ該表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上２μｍ以下とすることで、長寿命の試料加熱装置を製造することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は本発明の試料加熱装置を真空処理室に取り付けた状態を示す断面図、図２は本発明の試料加熱装置のみを示す斜視図、図３は本発明の試料加熱装置の主要部を示す拡大断面図である。

図１において、２０はプロセスガスを供給するためのガス供給孔２１と、真空引きするための排気孔２２を備えた真空処理室で、この真空処理室２０内にはセラミックヒータ２とセラミック筒状支持体８とからなる試料加熱装置１を設置してある。

このセラミックヒータ２は、図２に示すように円板状をなし、上面が平らな板状セラミック体３からなり、その大きさとしては、ウエハＷのサイズにもよるが外径２２０〜３３０ｍｍ、厚み８〜２５ｍｍ程度のものを用いることができる。また、板状セラミック体３中には、タングステンやモリブデンあるいは白金等の金属からなる抵抗発熱体４を埋設してあり、一方の主面をウエハＷを載せる載置面５とするとともに、他方の主面中央には円板状の凸状部３ａを有し、この凸状部３ａに上記抵抗発熱体４と電気的に接続される給電端子９を接合してある。なお、本発明において主面とは、板状セラミック体３のうち最も広い表面のことであり、他方の主面とは、一方の主面と反対側の表面を指す。

また、上記板状セラミック体３の中心には熱電対等の温度検出手段１０が内蔵してあり、載置面５の温度を検出するようになっている。

そして、上記板状セラミック体３の凸状部３ａには、給電端子９及び温度検出手段１０を包囲するように、円筒状をしたセラミック筒状支持体８がセラミック接合層６を介して焼結によって気密に接合一体化してあり、給電端子９及び温度検出手段１０を真空処理室２０外へ取り出すようになっている。

ここで、セラミックヒータ２を構成する板状セラミック体３及びセラミック筒状支持体８としては、緻密で耐熱性、耐蝕性、さらには耐プラズマ性に優れたセラミックスにより形成することが必要であり、このようなセラミックスとしては窒化珪素、サイアロン、窒化アルミニウム、窒化硼素を主成分とする窒化物系セラミックスを用いることができる。これらの中でも特に窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスは、他のセラミックスと比較して高い熱伝導率を有することから、急速昇温が可能であるとともに、腐食性の高いハロゲン系ガスやプラズマに対して優れていることから好適である。

また、板状セラミック体３とセラミック筒状支持体８とは、焼結によって接合一体化する観点から同種（主成分が同じ）のセラミックスにより形成することが必要であり、好ましくは同一組成のセラミックスにより形成することが良い。これにより両者の熱膨張差を極めて小さくすることができるため、接合界面に発生する熱応力を大幅に低減することができ、セラミック接合層６やその接合界面にクラックが発生するのを抑えることができる。

なお、本発明において、焼結により接合一体化するとは、セラミック接合層６も板状セラミック体３やセラミック筒状支持体８と同種あるいは同一組成のセラミックスからなり、板状セラミック体３とセラミック接合層６及びセラミック接合層６とセラミック筒状支持体８とがいずれも焼結されていることを言う。焼結によって接合一体化する方法としては、板状セラミック体３やセラミック筒状支持体８を構成するセラミックスと同種あるいは同一組成のセラミックペーストをいずれか一方の接合面に塗布し、他方を上記接合面に当接させたあと押圧した状態で加熱して焼結させるホットプレス法により接合するか、あるいは上記セラミックペーストをいずれか一方の接合面に塗布し、他方を上記接合面に当接させたあと押圧した状態で加熱し焼結させる拡散接合法により接合することができる。

このように、板状セラミック体３とセラミック筒状支持体８とを焼結によって接合一体化すれば、板状セラミック体３と接合層６との間、接合層６とセラミック筒状支持体８との間の熱膨張差を極めて小さくできるため、接合層６に集中する熱応力を大幅に低減することができる。しかも、接合層６は耐蝕性、耐プラズマ性にも優れることから腐食摩耗が少なく、摩耗粉の発生が少ないことからウエハＷに悪影響を与えることもない。

さらに、セラミックヒータ２の上記セラミック筒状支持体８との接合領域には凸状部３ａを設けてあることから、接合部近傍の表面積を大きくして冷却効果を高めることができる。

その為、セラミックヒータ２の発熱によって室温域から４００℃以上の温度範囲で繰り返し熱サイクルが加わったとしても接合部近傍に集中する熱応力を緩和してクラックの発生を防ぐことができるため、長期使用においても気密性を維持することができる。なお、このような効果を得るためには、板状セラミック体３の凸状部３ａの高さｈを０．１ｍｍ以上とすることが良いが、凸状部３ａの高さｈがあまり高くなり過ぎると、研削加工に時間がかかるだけでクラックを防止するための効果が得られない。その為、凸状部３ａの高さｈは０．１ｍｍ〜５ｍｍの範囲で形成すれば良い。

ただし、セラミックヒータ２に凸状部３ａを形成したとしても、セラミックヒータ２の発熱温度を６００℃以上とするような場合、長期間にわたって使用することができない。即ち、セラミックヒータ２、セラミック筒状支持体８、及びセラミック接合層６を同種のセラミックスにより形成して熱膨張差を小さくするとともに、これらを焼結によって接合一体化したとしても各部材間には接合界面が存在するために熱伝達が悪く、しかも、一体焼結させる際、セラミック接合層６となるセラミックペーストの収縮によって接合後には図５に示すような鋭角を持ったくさび状の溝７０が形成され、この溝７０の先端に熱応力が集中するため、発熱温度を６００℃以上とすると溝７０に発生する熱応力に耐えきれず、溝７０の先端を起点としてクラックが発生し、このクラックが進展することにより気密性が低下するといった課題があった。

その為、本発明の試料加熱装置１では、図３に示すように、セラミックヒータ３の凸状部３ａの外周面３ｂと、セラミック接合層６の外周面６ａと、セラミック筒状支持体８の接合部につながる外周面８ａとが連続的につながった表面となるようにしたことを特徴とする。

このように、セラミックヒータ３の凸状部３ａの外周面３ｂと、セラミック接合層６の外周面６ａと、セラミック筒状支持体８の接合部につながる外周面８ａとが連続的につながった表面とし、くさび状の溝７０のない構造とすることで、局部的に熱応力が集中することを防ぐことができるため、セラミック接合層６やセラミック接合層６との接合界面にクラックが発生することを効果的に防止することができるため、セラミックヒータ２の発熱温度を６００℃以上として繰り返し使用しても気密性を損なうことなく長期間にわたって使用することが可能な試料加熱装置１を提供することができる。

なお、本発明において、セラミックヒータ３の凸状部３ａの外周面３ｂと、セラミック接合層６の外周面６ａと、セラミック筒状支持体８の接合部につながる外周面８ａとが連続的につながった表面とは、凸状部３ａの外周面３ｂとセラミック接合層６の外周面６ａとの接合界面やセラミック接合層６の外周面６ａとセラミック筒状支持体８の接合部につながる外周面８ａとの接合界面に凹部や凸部などの段差がなく、滑らかなにつながった表面のことを言う。

また、本発明において、セラミックヒータ３の凸状部３ａの外周面３ｂと、セラミック接合層６の外周面６ａと、セラミック筒状支持体８の接合部につながる外周面８ａとが連続的につながった表面を形成するためには、セラミック筒状支持体８をセラミック接合層６を介してセラミックヒータ２の凸状部３ａに焼結によって接合一体化した後、セラミックヒータ２を形成する板状セラミック体３の他方の主面の周縁部を研削加工によって削ることにより、他方の主面中央に凸状部３ａを形成するとともに、この凸状部３ａの外周面３ｂ、セラミック接合層６の外周面６ａ、及びセラミック筒状支持体８の凸状部３ａとの接合部につながる外周面８ａにも同時に研削加工を施し、セラミック接合層６やセラミック接合層６との接合界面にできるくさび状の溝を除去して連続的につながった表面とすれば良い。

ただし、このように研削加工を施したとしても大きな研削加工傷があると、この研削傷を起点としてクラックが発生する恐れがあることから、研削傷はできるだけ小さくすることが好ましく、例えば研削加工用のダイヤモンド砥粒に＃２００番以上の細かい砥粒を用いて連続的につながった表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で２μｍ以下、好ましくは１．０μｍ以下、さらに好ましくは０．８μｍ以下とすることが良い。

かくして、本発明の試料加熱装置１を用いてウエハＷに成膜やエッチング等の処理を施せば、室温域から６００℃以上の温度範囲で繰り返し熱サイクルが加わったとしてもセラミックヒータ２とセラミック筒状支持体８との接合部における気密性を損なうことがなく、載置面５の温度分布を常に均一に保つことができるため、長期間にわたって精度の高い成膜やエッチングを安定して施すことができる。その為、試料加熱装置１の交換サイクルを長くすることができるため、成膜処理やエッチング処理を止める回数を少なくすることができ、生産性を向上させることができる。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。

図４は本発明の試料加熱装置１の他の例を示す主要部の拡大断面図であり、セラミックヒータ２を構成する板状セラミック体３の凸状部３ａの形状を円錐台とするとともに、凸状部３ａの外周面３ｂ、セラミック接合層６の外周面６ａ、及びセラミック筒状支持体８の凸状部３ａとの接合部につながる外周面８ａを連続的につながった傾斜状の表面としたもので、このように傾斜状としても凸状部３ａの外周面３ｂ、セラミック接合層６の外周面６ａ、及びセラミック筒状支持体８の凸状部３ａとの接合部につながる外周面８ａが連続的につながった表面であれば、局所的な熱応力の発生を防ぎ、セラミックヒータ２の発熱温度を６００℃以上として繰り返し使用しても気密性を損なうことなく長期間にわたって使用することが可能な試料加熱装置１を提供することができる。しかも、傾斜状とすることで図３に比較して表面積を大きくすることができるため、放熱効果をさらに高めることができ、より破損し難い構造とすることができる。

ただし、この実施形態においても凸状部３ａの外周面３ｂ、セラミック接合層６の外周面６ａ、及びセラミック筒状支持体８の凸状部３ａとの接合部につながる外周面８ａが連続的につながった表面の表面粗さは算術平均粗さ（Ｒａ）で２μｍ以下、好ましくは１．０μｍ以下、さらに好ましくは０．８μｍ以下とするとともに、凸状部３ａの高さｈは１ｍｍ〜５ｍｍとすることが良い。

以上、本発明の実施形態について示したが、本発明のこれらの実施形態だけに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、改良や変更したものにも適用することができることは言う迄もない。

ここで、セラミックヒータ２の凸状部３ａの外周面３ｂと、セラミック接合層６の外周面６ａと、セラミック筒状支持体８の凸状部３ａとの接合部につながる外周面８ａとが連続的につながった表面とすることによる効果を確認するため、図１に示す本発明の試料加熱装置１、凸状部７３ａの外周部に研磨加工を施していない図６に示す従来の試料加熱装置７１、及び凸状部を備えていない図７に示す従来の試料加熱装置７１をそれぞれ用意し、真空処理装置２０に設置してセラミックヒータ２を室温（２５℃）から８００℃の温度範囲で加熱、冷却を繰り返す熱サイクル試験を行い、Ｈｅリークディテクターにより接合部の気密性について調べる実験を行った。

なお、セラミックヒータ２，７２を構成する板状セラミック体３，７３及びセラミック筒状支持体８，７８はいずれも２５℃における熱伝導率が６４Ｗ／（ｍ・Ｋ）でかつ８００℃における熱伝導率が３２Ｗ／（ｍ・Ｋ）である高純度窒化アルミニウム質セラミックスにより形成するとともに、セラミックヒータ２，７２を形成する板状セラミック体３，７３の寸法は、外径３３０ｍｍ、厚み１５ｍｍの円盤状体とし、また、セラミック筒状支持体８，７８の寸法は、外径４３ｍｍ、肉厚３ｍｍ、長さ２５０ｍｍの筒状体の両端に外径７１ｍｍ、厚み８ｍｍのフランジ部を有する形状とした。また、セラミックヒータ２，７２に凸状部３ａ，７３ａを有するものは、その外径を７１ｍｍ、高さを０．３ｍｍとするとともに、本発明にあっては、セラミックヒータ２の凸状部３ａの外周面３ｂと、セラミック接合層６の外周面６ａと、セラミック筒状支持体８の凸状部３ａとの接合部につながる外周面８ａとが連続的につながった表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．８μｍとした。

また、セラミックヒータ２とセラミック筒状支持体８との接合にあたっては、両者の間に、窒化アルミニウムに助剤成分として炭酸カルシウムを添加したスラリーを塗布して貼り合わせた後、両者を押圧しながら窒素雰囲気下で１９００℃の温度で焼成することにより一体的に焼結させるようにした。

そして、各試料加熱装置１，７１を真空処理室内２０に設置し、真空処理室２０内を減圧した後、セラミックヒータ２，７２の載置面５，７５の平均温度が室温から８００℃となるまで４０分で加熱し、１０分間温度保持した後、室温まで冷却する熱サイクルを繰り返し、定期的に試料加熱装置１、７１を真空処理室２０から取り出してセラミック筒状支持体８、７８内にＨｅガスを供給し、その外側に漏れるＨｅガス量をＨｅリークディテクターにより測定し、この漏れ量が１０-8ＳＣＣＭ以上になった時、気密性が損なわれたとしてその時の熱サイクル回数を測定した。

結果は表１に示す通りである。なお、表中Ｎｏ．１は本発明の試料加熱装置１、Ｎｏ．２は凸状部７３ａの外周部に研磨加工を施していない従来の試料加熱装置７１、Ｎｏ．３は凸状部を備えていない従来の試料加熱装置７１をそれぞれ示す。

この結果、Ｎｏ．３の凸状部を備えていない従来の試料加熱装置７１は、１０回程度の熱サイクルで接合部にクラックが発生し、気密性が低下した。

また、Ｎｏ．２の凸状部７３ａを有するものの、その外周部に研磨加工を施していない従来の試料加熱装置７１は、Ｎｏ．３のものに比較して寿命を大幅に向上させることができたものの、６５３回の熱サイクルで接合部にクラックが発生し、気密性が損なわれた。

これに対し、セラミックヒータ２のセラミック筒状支持体８との接合領域に凸状部３ａを設けるとともに、セラミックヒータ２の凸状部３ａの外周面３ｂと、セラミック接合層６の外周面６ａと、セラミック筒状支持体８の凸状部３ａとの接合部につながる外周面８ａとが連続的につながった表面を有するＮｏ．１の本発明の試料加熱装置１は、接合部にはくさび状の溝がなく、熱応力が集中し難い構造であることから、凸状部３ａを設けたことによる効果との相乗効果により、３０００回熱サイクルを与えたとしても接合部にクラックの発生は見られず、気密性を維持することができ、優れていた。

次に、本発明の試料加熱装置１において、セラミックヒータ２の凸状部３ａの外周面３ｂと、セラミック接合層６の外周面６ａと、セラミック筒状支持体８の凸状部３ａとの接合部につながる外周面８ａとが連続的につながった表面の表面粗さを異ならせた時の耐久性を調べるため、実施例１と同様に実験を行った。なお、本実験に使用する試料加熱装置１の寸法は実施例１と同じ寸法とし、セラミックヒータ２の凸状部３ａの外周面３ｂと、セラミック接合層６の外周面６ａと、セラミック筒状支持体８の凸状部３ａとの接合部につながる外周面８ａとが連続的につながった表面の表面粗さだけを異ならせるようにした。

結果は表２に示す通りである。

この結果、セラミックヒータ２の凸状部３ａの外周面３ｂと、セラミック接合層６の外周面６ａと、セラミック筒状支持体８の凸状部３ａとの接合部外周面６ａとが連続的につながった表面の表面粗さが粗くなるにしたがって耐久性が落ちることが判る。そして、算術平均粗さ（Ｒａ）が３μｍとなると、平面の凹凸が大きくなりすぎるために凹部が起点となり１５２７回の熱サイクルで接合部にクラックが発生した。

その為、２０００回の熱サイクルに耐え得るようにするためには、セラミックヒータの凸状部３ａの外周面３ｂと、セラミック接合層６の外周面６ａと、セラミック筒状支持体８の凸状部３ａとの接合部につながる外周面８ａとが連続的につながった表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で２μｍ以下とすることが良く、さらに３０００回の熱サイクルに耐え得るようにするためには、セラミックヒータ２の凸状部３ａの外周面３ｂと、セラミック接合層６の外周面６ａと、セラミック筒状支持体８の凸状部３ａとの接合部につながる外周面８ａとが連続的につながった表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．８μｍ以下とすることが良いことが判る。

本発明の試料加熱装置を真空処理室に取り付けた状態を示す断面図である。本発明の試料加熱装置のみを示す斜視図である。本発明の試料加熱装置の主要部を示す拡大断面図である。本発明の試料加熱装置の他の例の主要部を示す拡大断面図である。従来の試料加熱装置の接合部周辺を示す拡大断面図である。従来の試料加熱装置を真空処理室に取り付けた状態を示す断面図である。従来の他の試料加熱装置を真空処理室に取り付けた状態を示す断面図である。

符号の説明

１，７１・・・試料加熱装置
２，７２・・・セラミックヒータ
３，７３・・・板状セラミック体
３ａ，７３ａ・板状セラミック体の凸状部
３ｂ・・・・・凸状部の外周面
４，７４・・・抵抗発熱体
５，７５・・・載置面
６・・・・・・セラミック接合層
７，７７・・・板状セラミック体の他方の主面
８，７８・・・セラミック筒状支持体
９，７９・・・給電端子
１０，８０・・温度検出手段
７６・・・・・接合層
８１・・・・・セラミック接合層
Ｗ・・・・・・ウエハ

Claims

抵抗発熱体を埋設した窒化アルミニウム質セラミックスからなる板状セラミック体の一方の主面を試料を載せる載置面とし、他方の主面に上記抵抗発熱体と電気的に接続される給電端子を備えたセラミックヒータと、上記給電端子を包囲するように上記セラミックヒータの他方の主面側に窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック接合層を介して接合一体化された窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック筒状支持体とからなる試料加熱装置において、上記セラミックヒータの上記セラミック筒状支持体との接合領域に凸状部を備え、該凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とが連続的につながった表面からなり、該表面の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上２μｍ以下であることを特徴とする試料加熱装置。
上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とが連続的につながった表面の表面粗さが算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上０．８μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の試料加熱装置。
抵抗発熱体を埋設した窒化アルミニウム質セラミックスからなる板状セラミック体の主面にセラミックペーストを介して窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック筒状支持体を当接させ、焼成にて接合一体化した後、上記板状セラミック体の上記主面の周縁部に研削加工を施して上記セラミック筒状支持体との接合領域に凸状部を形成するとともに、上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とを連続的につながった表面とし、かつ該表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上２μｍ以下としたことを特徴とする試料加熱装置の製造方法。
抵抗発熱体を埋設した窒化アルミニウム質セラミックスからなる板状セラミック体の主面に主成分が窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミックペーストを介して窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック筒状支持体を当接させ、焼成にて接合一体化した後、上記板状セラミック体の上記主面の周縁部に研削加工を施して上記セラミック筒状支持体との接合領域に凸状部を形成するとともに、上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とを連続的につながった表面とし、かつ該表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上２μｍ以下としたことを特徴とする試料加熱装置の製造方法。
抵抗発熱体を埋設した窒化アルミニウム質セラミックスからなる板状セラミック体の主面に窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミックペーストを介して窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック筒状支持体を当接させ、焼成にて接合一体化した後、上記板状セラミック体の上記主面の周縁部に研削加工を施して上記セラミック筒状支持体との接合領域に凸状部を形成するとともに、上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とを連続的につながった表面とし、かつ該表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上２μｍ以下としたことを特徴とする試料加熱装置の製造方法。
抵抗発熱体を埋設した窒化アルミニウム質セラミックスからなる板状セラミック体の一方の主面を試料を載せる載置面とし、他方の主面に上記抵抗発熱体と電気的に接続される給電端子を備えたセラミックヒータの製造方法において、上記他方の主面に、上記給電端子を包囲するようにセラミックペーストを介して窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック筒状支持体を当接させ、焼成にて接合一体化した後、上記板状セラミック体の他方の主面の周縁部に研削加工を施して上記セラミック筒状支持体との接合領域に凸状部を形成するとともに、上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とを連続的につながった表面とし、かつ該表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上２μｍ以下としたことを特徴とする試料加熱装置の製造方法。
抵抗発熱体を埋設した窒化アルミニウム質セラミックスからなる板状セラミック体の一方の主面を試料を載せる載置面とし、他方の主面に上記抵抗発熱体と電気的に接続される給電端子を備えたセラミックヒータの上記他方の主面に、上記給電端子を包囲するようにセラミックペーストを介して窒化アルミニウム質セラミックスからなるセラミック筒状支持体を当接させ、焼成にて接合一体化した後、上記板状セラミック体の他方の主面の周縁部に研削加工を施して上記セラミック筒状支持体との接合領域に凸状部を形成するとともに、上記凸状部の外周面と、上記セラミック筒状支持体の上記凸状部との接合部につながる外周面と、上記セラミック接合層の外周面とを連続的につながった表面とし、かつ該表面の表面粗さを算術平均粗さ（Ｒａ）で０．３μｍ以上２μｍ以下としたことを特徴とする試料加熱装置の製造方法。