JP2007258608A

JP2007258608A - 加熱装置

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Publication number: JP2007258608A
Application number: JP2006084104A
Authority: JP
Inventors: Masao Nishioka; 正雄西岡
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2006-03-24
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-03-24
Also published as: US20070221662A1; US7800029B2; JP4531004B2

Abstract

【課題】高周波電極の端子部近傍にクラックが生じることを有利に抑制して、信頼性が高く、寿命が長い加熱装置を提供する。
【解決手段】セラミックス基体１１の加熱面１１ａの近傍で加熱面１１ａにほぼ平行に埋設された高周波電極１２を備える。この高周波電極１２に向かう導通孔１１ｃがセラミックス基体１１の裏面に形成されている。この高周波電極１１は、導通孔１１ｃと対向する領域にて導通孔１１に向かう円錐台形状の凹部１２ａを有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱装置に関する。

半導体デバイスの製造工程においては、半導体製造装置を用いてウエハ上へ酸化膜等を形成するために加熱処理が施される。この半導体製造装置における、ウエハを加熱するための加熱装置には、被加熱物としてのウエハを載置して加熱する加熱面を有する円盤状のセラミックス基体中に、抵抗発熱体が埋設された加熱装置がある。この加熱装置は、半導体製造プロセスに使用される成膜装置ばかりでなく、板状の被加熱材の表面をドライエッチングする表面処理装置等に用いられても有利に適合するものである。

加熱装置を用いた加熱時においては、プラズマＣＶＤによる成膜処理や、プラズマエッチング処理のように、セラミックス基体の加熱面にセットされた被処理物近傍をプラズマ雰囲気にする場合がある。このプラズマ雰囲気を生じさせるための高周波電極が、セラミックス基体中の加熱面の近傍で、加熱面とほぼ平行に埋設されている加熱装置がある。このような加熱装置では、セラミックス基体の加熱面とは反対側の裏面に、この高周波電極に電力を供給するための孔が高周波電極に向けて形成されていて、高周波電極それ自体が、又は高周波電極と接続している導電性部材が露出している当該孔に、給電材が挿通されて外部から電力が供給される。

このような加熱装置に関し、セラミックス基材としての窒化アルミニウムに、メッシュ状の高周波電極が埋設され、このセラミックス基材の孔に露出した高周波電極と、給電材としてのＮｉ製ロッドとを、ロウ材にて端子接合したものがある（例えば、特許文献１）。

また、Ｍｏ製のメッシュ状高周波電極とＮｉ製ロッドの間に、これらの部材の熱膨張係数の中間の熱膨張係数を有するコバールを介在させ、Ｍｏ／コバール／Ｎｉの間をロウ材で接合したものがある、また、Ｍｏ製のメッシュ状高周波電極とコバール材とを直接接合するのではなく、Ｍｏ製のメッシュ状高周波電極に直径３ｍｍ、厚み２ｍｍほどのＭｏのバルク材を共焼結させ、このＭｏバルク材にコバール材を接合させているものもある（例えば、特許文献２）。

この高周波電極用のメッシュは、細い金属線を網目状に編んだシートであり、主にＭｏからできている。また、この高周波電極用のメッシュは、被加熱物上に生じさせるプラズマの分布を均一にするために、セラミックス基体加熱面と平行な平面になる。そのため、セラミックス基体に形成された孔に対向し、金ロウにて端子接合される部分の高周波電極用のメッシュも平面形状である。また、高周波電極用のメッシュとセラミックス基体加熱面との間は、セラミックス基体の材質である例えば窒化アルミニウムにより誘電体層や絶縁体層になる部分であり、プラズマの分布を均一にするために、１ｍｍ程度の厚さとなっている。この誘電体層や絶縁体層側の表面にウエハが戴置される。

このような高周波電極の構造は、ヒーター、静電チャック及びサセセプターに共通して用いられる。
特開平８−２７７１７３号公報特開２００２−１３４５９０号公報

高周波電極用のメッシュが埋設される窒化アルミニウム製のセラミックス基体は５〜２５ｍｍ程度の厚みであり、この厚みのなかで、高周波電極と加熱面との間の誘電体層又は絶縁体層となる窒化アルミ層の厚さは、前述のとおり１ｍｍ程度である。セラミックス基体において、誘電体層又は絶縁対層である部分が、構造的にもっとも薄く、強度が低い部分となっている。

したがって、この高周波電極と加熱面との間の誘電体層又は絶縁対層となる領域のうち、給電材が挿通される孔と対向する部分で、この給電材であるＮｉロッドを孔へ挿通するときの押圧力や、このＮｉロッドの膨張収縮により、この薄い誘電体層又は絶縁対層にクラックが発生するおそれがあった。

詳述すれば、Ｎｉロッドをセラミックス基体に取り付ける際は、その先端にコネクターが形成され、このコネクターをセラミックス基体の孔内に挿入するので、Ｎｉロッドやコネクターを押す力が、高周波電極の端子となるロウ付け部に伝わって、薄い誘電体層を押し上げる。この押圧力によりクラックが発生するおそれがあった。また、Ｎｉロッドの先端に形成されたコネクターを高周波電極の端子部と接合固定しているとき、セラミックス基体の温度上昇、冷却に伴って、Ｎｉロッドは熱膨張、収縮を繰り返す。これにより、薄い誘電体層にサイクル的な応力が加わる。この繰返し応力によっても、クラックが発生するおそれがあった。

誘電体層側の加熱面は、被加熱物の処理時に、高周波プラズマやフッ素を含む高腐食性ガス雰囲気中に晒されるので、長期間の使用後には次第に表面性状が劣化してくる。そのため、上述した押圧力や繰返し応力に関し、薄い誘電体層に加わる荷重が同じであっても、クラックが発生するようになり、長期間の使用後には寿命が短くなるおそれがあった。また、高周波電極の端子部の上側（誘電体層側）は、一般的に、被加熱物が加熱されるチャンバー内の圧力である負圧となり、Ｎｉロッド側はチャンバー内とは遮蔽されて大気圧であることが多く、この圧力差は、クラック発生、成長を助長していた。クラックがひとたび発生すると、上記の圧力差やプラズマや腐食性環境によりクラックが成長して誘電体層を貫通し、このヒーター、静電チャックやサセプタは使用不可能になる。

そこで本発明は、高周波電極の端子部近傍にクラックが生じることを有利に抑制して、信頼性が高く、寿命が長い加熱装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の加熱装置は、被加熱物を加熱する加熱面を有するセラミックス基体の内部で、前記加熱面にほぼ平行に埋設された高周波電極を備え、この高周波電極に向かう導通孔が前記セラミックス基体の裏面に形成された加熱装置であって、前記高周波電極は、前記導通孔と対向する領域にて当該導通孔に向かう円錐台形状の凹部を有することを特徴とする。

本発明の加熱装置によれば、給電材の取付け取外し時の押圧力や、長期使用時の繰り返し応力等によっても破損し難い高信頼性の加熱装置を得ることができる。

以下、本発明の加熱装置の実施例について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例の加熱装置の要部を示す断面図である。同図に示す加熱装置１は、円盤状のセラミックス基体１１を有している。このセラミックス基体１１は、窒化アルミニウムやアルミナ等の絶縁性セラミックスからなり、一方の面は、被加熱物をセットして加熱するための加熱面１１ａとなる。この加熱面１１ａとは反対側の裏面１１ｂには、加熱面１１ａに向かう導通孔１１ｃが形成されている。

加熱面１１ａにセットされた被加熱物を加熱するための加熱手段は、例えばセラミックス基体１１の内部に配設された抵抗発熱体でもよいし、また、セラミックス基体１１の裏面１１ｂに密着させたシート状発熱体でもよい。したがって、図１では加熱手段は特に図示はしていない。

このセラミックス基体１１の内部には、メッシュ状の高周波電極１２が、加熱面１１ａから所定の距離（図１に示す符号ａの距離）で、加熱面１１ａとほぼ平行に埋設され、かつ、この高周波電極１２は、セラミックス基体１１の導通孔１１ｃに対向する部分において、この導通孔１１ｃに向かう円錐台形状の凹部１２ａを有している。この高周波電極１２の凹部１２ａの底部は、導通孔１１の表面に露出している。

セラミックス基体１１の導通孔１１ｃ内に露出する高周波電極１２に給電するための給電材２１は、耐酸化性を有する、例えばＮｉ製の棒材であり、一方の先端に、導通孔１１ｃに挿入されるコネクター部２１ａを有している。また、他方の先端は、図示しない電気接続部材を介して高周波電源と接続される。電気接続部材はセラミックス基体１１を設置するチャンバー等に固定されていることが多く、そのため、給電材２１の高周波電源側の先端は物理的に固定されている。この給電材２１のコネクター部２１ａの先端には、セラミックス基体１１を構成するセラミックスの熱膨張率と、給電材２１を構成するＮｉの熱膨張率のとの中間の熱膨張率を有し導電性を有する応力緩和材２２が配設され、このコネクター部２１ａと金ロウ材２３等によりロウ付けされている。この応力緩和材２２の先端面が、導通孔１１ｃ内に露出している高周波電極１２の凹部１２ａの底面に金ロウ材２３等によりロウ付けされて固定されると共に、電気的に接続されている。

図１に示した本実施例の加熱装置１において、前述したように高周波電極１２は、導通孔１１ｃに対向する領域でこの導通孔１１ｃに向かう円錐台形状の凹部１２ａを有している。したがって、この導通孔１１ｃに対向する領域において高周波電極１２の凹部の底面と加熱面１１ａとの間の距離（図１に示した符号ｂ）は、この円錐台形状の凹部の深さの分だけ、円錐台形状を有さず、平面形状を有している領域よりも厚くなっている。したがって、この高周波電極１２と加熱面１１ａとの間の誘電体層又は絶縁体層となる領域の強度が増加し、クラックの発生を抑制することができる。

また、高周波電極１２が円錐台形を有するのは、セラミックス基体１１の加熱面１１ａ側から見て、導通孔１１ｃが形成されている部分のみで足りる。したがって、この高周波電極１２によってセラミックス基体１１の加熱面１１ａ上に発生されるプラズマ密度の分布に悪影響を及ぼさない。

以上のことから、本実施例の加熱装置は、給電材２１の取付け作業時の押圧力や、長期使用時の繰り返し応力等によっても破損し難い、長期間にわたって高信頼性を維持できる加熱装置となる。

高周波電極１２の凹部１２ａは、円錐台形状とする。円錐台形状であることは、給電材２１から加わる荷重が均等に、この凹部より加熱面１１ａ側の誘電体層又は絶縁体層となる部分に加わるので安定して強度を向上させることができるばかりでなく、凹部１２ａは加熱面１１ａに垂直な直線に対して対称な形状を有しているので、発生させるプラズマの分布に不均一が発生しない。また、凹部が円錐台形状であることにより、高周波電極を構成する例えばＭｏなどの金属材と、この円錐台形の内側にある例えば窒化アルミニウムなどのセラミックス材との熱膨張率の相違により、加熱装置１の製造時においては、この円錐台形の内側にある例えば窒化アルミニウム部分に弱い圧縮応力が残存する。この圧縮応力は、加熱装置１の使用時における冷却、加熱に伴うセラミックス基体１１の加熱面１１ａに加わる引っ張り応力を緩和する作用を及ぼす。そのため、熱サイクルを繰り返しても強度劣化が生じにくい構造となる。また、円錐台形状であることは、平面状の高周波電極からプレス加工により容易に作成することができる形状でもある。

凹部１２ａを有する高周波電極１２は、この凹部１２ａ以外の部分について、加熱面１１ａとの間の距離ａが１．２ｍｍ以下であることがより好ましい。この距離ａが１．２ｍｍを超えると、この高周波電極１２により発生させるプラズマの密度に悪影響を及ぼすおそれがある。この距離ａを従来より長くする必要なく、１．２ｍｍ以下の範囲で、プラズマ均一性を確保しつつクラックの発生を抑制できることが本実施例の加熱装置の有利な効果の一つである。

高周波電極１２の凹部１２ａの円錐台形状の、より好ましい形状は円錐台形状の凹部の底面直径（図１の符号ｃ）が３ｍｍ以上、５ｍｍ以下であり、凹部の深さ（図１の距離ｂと距離ａとの差）が１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、凹部の最大径（図１の符号ｄ）が７ｍｍ以下であり、凹部の側壁の傾斜角（図１の符号θ）が３０°より大きく７５°を満たす形状である。これらの数値範囲を満たすときに、特に十分な強度を与えることが可能となる。特に、円錐台形状の凹部の底面直径（図１の符号ｃ）が３ｍｍ以上、５ｍｍ以下であることは、十分なロウ付け面積か確保できるので、ロウ付け接合部の引張強度が低下しないという効果もあるので好ましい。また、凹部の側壁の傾斜角（図１の符号θ）が３０°より大きく７５°を満たす形状であることは、高周波電極に加わる押圧力等が円状に分散し、加熱面１１ａ側から見て広範囲の領域の誘電体層又は絶縁体層となる部分で押圧力等の荷重を支えることが可能となる。

次に、図２は、本発明の別の実施例の加熱装置の要部を示す断面図である。なお、図２において、図１と同一部材については同一の符号を付しており、以下では重複する説明を省略する。

図２に示した加熱装置２は、セラミックス基体１１内に埋設されたメッシュ状の高周波電極１２が、セラミックス基体１１の導通孔１１ｃに対向する部分において、この導通孔１１ｃに向かう円錐台形状の凹部１２ａを有している点では、図１に示した加熱装置１と同様である。そして、この円錐台形状の凹部１２ａの底部は、この円錐台形状の凹部１２ａと、セラミックス基体１１の導通孔１１ｃの底面と間に埋設された導電部材１３に接続している。この導電部材１３は、例えば高周波電極１２と同一材質のＭｏからなる金属焼結体からなる。この導電部材１３の、導通孔１１ｃに対向する側の面は、この貫通孔１１ａ内で露出していて、この面と給電材２１の先端の応力緩和材２２とが金ロウ材２４によりロウ付け固定されている。

図２に示した実施例も、図１に示した実施例と同様に、高周波電極１２が、導通孔１１ｃ及び導電部材１３に対向する領域でこの導通孔１１ｃ及び導電部材１３に向かう円錐台形状の凹部１２ａを有している。したがって、図１に示した加熱装置１と同様に、この導通孔１１ｃに対向する領域において高周波電極１２の凹部の底面と加熱面１１ａとの間の距離（図１に示した符号ｂ）は、この円錐台形状の凹部の深さの分だけ、円錐台形状を有さず、平面形状を有している領域よりも厚くなっている。したがって、この高周波電極１２と加熱面１１ａとの間の絶縁体層又は誘電体層となる領域の強度が増加し、クラックの発生を抑制することができる。

図２に示した実施例においても、高周波電極１２の凹部１２ａは、円錐台形状とする。これにより、既に図１に示した実施例を用いて説明したのと同様の効果が得られる。また、図２に示した高周波電極１２の凹部１２ａの円錐台形状の、より好ましい形状の数値範囲も、図１に示した実施例を用いて説明したの同一の数値範囲であり、具体的には、円錐台形状の凹部の底面直径（図１の符号ｃ）が３ｍｍ以上、５ｍｍ以下であり、凹部の深さ（図１の距離ｂと距離ａとの差）が１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、凹部の最大径（図１の符号ｄ）が７ｍｍ以下であり、凹部の側壁の傾斜角（図１の符号θ）が３０°より大きく７５°を満たす形状である。これらの数値範囲を満たすときに、特に十分な強度を与えることが可能となる。

次に、図３及び図４は、比較例として従来の加熱装置の要部を示す断面図である。この図３及び図４において、図１及び図２と同一部材については同一符号を付しており、以下では重複する説明を省略する。

図３に示した加熱装置３は、図１に示した加熱装置１と対応する比較例であって、高周波電極１２が導通孔１１ｃに対向する領域で、図１に示した円錐台形状の凹部を有していない。したがって、この領域において高周波電極１２と加熱面１１ａとの間距離は図１に示した加熱装置１よりも薄い。

図４に示した加熱装置４は、図２に示した加熱装置２と対応する比較例であって、高周波電極１２が導通孔１１ｃ及び導電部材１３に対向する領域で、図２に示した円錐台形状の凹部を有していない。したがって、この領域において高周波電極１２と加熱面１１ａとの間距離は図２に示した加熱装置２よりも薄い。

図１及び図２に示した本発明の加熱装置１及び２について、セラミックス基材１１は、窒化アルミニウムやアルミナを主成分とするものとすることができる。

高周波電極１２は、製造時においてセラミックス基体１１の原料である窒化アルミニウム粉末やアルミナ粉末等のセラミックス粉末と同時に焼成するので、高融点金属で形成することが好ましい。こうした高融点金属としては、タンタル，タングステン，モリブデン，白金，レニウム、ハフニウム、ニオブ及びこれらの合金を例示できる。セラミックス基体１１が窒化アルミニウムである場合は、モリブデンがもっとも好適であり、アルミナの場合はニオブ、タングステン、白金がもっとも好適である。

また、高周波電極１２の素材は、金属を一体の面状として形成した面状の金属バルク材よりなることが好ましい。こうした面状のバルク材としては、例えば、薄板からなるものや、金網（メッシュ）からなるものがある。高周波電極１２に用いられる高融点金属は、難加工性であるため、高融点金属の線材を編組して金網（メッシュ）としたものが、薄板からなるものよりも好適である。また、高周波電極１２の素材が、金網であることは、薄板からなるものに比べて、プレス加工により容易に凹部１２ａを形成できるため有利である。

こうした金網のメッシュ形状、線径等は特に限定しない。しかし、線径φ０．０３ｍｍ、１５０メッシュ〜線径φ０．５ｍｍ、６メッシュにおいて、特に問題なく使用できた。また、金網を構成する線材の幅方向断面形状は、円形の他、楕円形、長方形等、種々の圧延形状であってよい。ここで、１メッシュは１インチあたり１本という意味である。

高周波電極１２の凹部１２ａは、プレス加工により形成することができる。図５は、このプレス加工を説明する断面図である。このプレス加工に用いられる加工装置は、上型３１と下型３２とポンチ３３とを有し、上型３１及び下型３２はそれぞれも、ポンチ３３が挿通可能な所定の孔径になる貫通孔３１ａ、３２ａを有している。この加工装置を用いて、まず、その上型３１と下型３２との間に高周波電極１２の素材を挟み込む（同図（ａ））。次いで、ポンチ３３を上型３１の貫通孔３１ａから高周波電極１２に向けて押し込む（同図（ｂ））。このような工程により、円錐台形状の凹部１２ａを有する高周波電極１２を得ることができる。

セラミックス基体１１内で高周波電極１２が円錐台形状の凹部１２ａを有するために、セラミックス基体１１を一軸加圧成形により製造する時には、まず、セラミックス基体１１の高周波電極１２よりも下側に相当する部分の成形体を、セラミックス粉末の加圧により作成する。この成形体の作成の際に、高周波電極１２の円錐台形状の凹部１２ａに対応する部分に、この凹部１２ａと同一形状の凹部を形成する。この成形体の凹部の形成は、上型に、高周波電極１２の円錐台形状の凹部１２ａと嵌まり合う形状の凸部を有する金型を用いて成形体を加圧成形することで、凹部１２ａを形成しても良いし、また、凹部１２ａに相当するアルミナ製のバルク部品を凹部１２ａ相当部分に置き、平面プレスにて成形してもよい。

次に、この凹部が形成された成形体上に当該高周波電極１２を、成形体の凹部に高周波電極１２の凹部１２ａを重ね合わせて載せた後、金型内のこの高周波電極１２上にさらにセラミックス粉末を装填することにより、高周波電極１２の凹部１２ａ内部にはセラミックス粉末が十分隙間なく充填される。その後、平面上型にてプレスし、セラミックス基体１１用の最終成形体を得る。

上記以外の工程については、従来公知の工程に従って、本発明に係る加熱装置を製造することができる。

図１及び図２に示すような加熱装置を作製した。まず、セラミックス基体の作製に当たり、還元窒化法によって得られたＡｌＮ粉末に５％Ｙ_２Ｏ_３を加えたセラミックス混合粉にアクリル系樹脂バインダを添加し、噴霧造粒法により造粒顆粒を作製した。この造粒顆粒を金型に充填してプレスし、予備成形体を作製した後、転写型で抵抗発熱体を埋設する位置に溝を形成し、ここへ巻回体に加工した直径０．５ｍｍの線状のＭｏ抵抗発熱体を置き、この上にセラミックス原料粉を充填するととともに、高周波電極の凹部に対応する部分に、この凹部の内側と同一形状のアルミナ製のバルク部品を置いてからプレスし、更に、高周波電極を置き、高周波電極の上にセラミックス原料粉を充填してから、全体を再度一軸方向にプレスした。プレス圧は２００ｋｇ／ｃｍ^２とした。こうして、抵抗発熱体と静電チャック用電極が埋設されたセラミックス基体の成形体を形成した。

成形体を取り出し、ホットプレス焼成炉で成形体の焼成を行った。焼成条件は、窒素ゲージ圧を０．５ｋｇ／ｃｍ^２とする雰囲気下で、１８６０℃を６時間保持する条件とした。得られた焼結体のサイズは、外径約３３０ｍｍ、厚さ約１７ｍｍであった。また、抵抗発熱体は、加熱面表面から８.５ｍｍの深さに埋設した。

得られた焼結体に、リフトピン及びパージガス用孔を形成するとともに、ダイヤモンド研磨紙と砥石を用いてロータリー平面研削盤を用いて加熱面となるセラミックス基体表面に平坦化加工を行った。また、焼結体の裏面側から、マシニングセンターによる加工によって高周波電極が孔内に露出した導通孔を形成した。

一方、セラミックス基体を支持するシャフトを次の条件で作製した。還元窒化法によって得られたＡｌＮ粉末に５％Ｙ_２Ｏ_３を加えたセラミックス混合粉にアクリル系樹脂バインダを添加し、噴霧造粒法により造粒顆粒を作製した。この造粒顆粒を用いて、ＣＩＰ法を使用して成形体を作製した。

次に、常圧焼成法を用いてシャフト成形体を焼成した。焼成は、窒素雰囲気中で、焼成温度１８５０℃を３時間保持する条件とした。焼結後得られたシャフトの接合部外径は７０ｍｍ、シャフト軸中間部におけるシャフト外径φ３７ｍｍおよびシャフト肉厚は４．０ｍｍ、シャフト長さは１８０ｍｍであった。

シャフトの表面および基体との接合面をラッピングし、セラミックス基体とシャフトとの各接合面にイットリウム濃度が２．６×１０^−６ｍｏｌ／ｃｃの硝酸イットリウム水溶液を塗布し、両者を貼り合わせ、窒素雰囲気中１８００℃２時間の条件で熱処理し、基体の裏面中央にシャフトを接合した。

接合後、セラミックス基体中に埋設された抵抗発熱体、及び静電チャック電極の各端子にＮｉ製の給電棒をろう付け接合し、予備完成体を得た。

ろう付け接合は、次のようにして行った。導通孔内に露出している高周波電極上に、金箔（直径φ２．５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ）およびＡｕ−１８％Ｎｉ箔（直径φ２．５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ）を設置した。また、金属箔上に応力緩和材として直径φ４．０ｍｍ、厚さ３．０ｍｍのコバール板を設置した。応力緩和材の上に、Ａｕ−１８ｗｔ％Ｎｉ合金箔（直径φ３．５ｍｍ、厚さ０．１ｍｍ）を設置し、ニッケル製のロッド状の給電材をこの上に載せた。

こうして得られた組み立て体に５００ｇの荷重を加えた状態で、１０００℃で１０分間、真空中で加熱し、図１に示す接合構造を製造した。

また、図２に示すような、導通部材としてのＭｏバルク体を埋設した加熱装置も作製した。ここでＭｏバルク体はφ３ｍｍ、高さ２ｍｍであった。Ｍｏバルク体の埋設方法は次のよにした。高周波電極の凹部に対応する部分が形成される下側の成形体の作製時に、この導電部材に対応する部分を空間にして成形体を作製し、このＭｏバルク体をあらかじめＭｏ製のメッシュ状の高周波電極の凹部の底面に糊を使って固定しておき、Ｍｏメッシュを粉末成形体上におくときに一緒にＭｏバルクを埋設した。

得られた各加熱装置について、このＮｉロッドに垂直に荷重がかかるように引張試験機にヒーターを設置し、接合側から誘電体層側に向けて２０ｋｇ／ｍｉｎの増加速度で次第に荷重を印加していき、絶縁体層にクラックが発生する荷重（表中の破壊荷重）を測定した。

また、作製したヒーターをＣＶＤ装置内に設置して、５００℃に昇温し、Ｎｉロッドに１３．５６ＭＨｚ、５００Ｗの高周波電圧を印加し、チャンバー内上部電極との間にプラズマを発生させ、そこにＳｉＨ_４ガスと窒素酸素混合ガスを導入して、ヒーター上に戴置されたＳｉウエハー上にＳｉ−Ｏ−Ｎ膜を形成した。高周波電極とＮｉロッドの接合部分を中心とするΦ50mmの円内に相当するウエハー面上を、中心を通る4直線方向で表面プロファイル光学式膜厚計で測定し、形成したＳｉ−Ｏ−Ｎ膜の膜厚分布を測定した。この膜圧分布は１５点の最大値と最小値の差を平均膜厚で割り、膜厚分布とした。均一なプラズマが発生していれば、結果として、膜厚分布は小さくなる。更に、平均膜厚と成膜時間とから、成膜速度を測定した。また、一部のヒーターについては、Ｎｉロッドをオートグラフで引っ張ってロウ付け部分で剥離破損する強度（引張強度）を測定した。

その結果を表１及び表２に示す。表１が図１に示した加熱装置の例であり、表２が図２に示した加熱装置の例である。表中のａ，ｂ，ｃ，ｄは図１および２中に示す各部分の寸法を表している。また、表１及び表２における各例の成膜速度は、表１の実施例１を１００としたときの相対値を示している。

表１及び表２から分かるように、本発明に従う表１の実施例１〜１５、表２の実施例１６〜２５は、それぞれ図３に示す従来の加熱装置に係る比較例１、図４に示す加熱装置に係る比較例１２に較べて、端子接合部分のメッシュ状高周波電極に凹みを持たせ、端子接合部分の誘電体層を厚くすることでプラズマ分布を損ねることなく、端子部分の強度を上げることが可能になった。

また、表１の実施例１〜１５、表２の実施例１６〜２５は、誘電体層の厚みａを１．２ｍｍ以下とし、凹部の底面直径ｃを３ｍｍ以上５ｍｍ、凹部の深さ（ｂ−ａ）を１ｍｍ以上３ｍｍ以下、凹部最大径ｄを７ｍｍ以下かつ凹み側壁の角度θを３０°より大きく７５°未満とすることで、実用上十分な強度とプラズマ均一性を保持することが可能なことがわかる。

また、表１の実施例１と比較例９、表２の実施例１６と比較例１３との対比で分かるように、凹部の底面直径を３ｍｍ以上とすると、十分なロウ付け面積が確保できるので、引張強度が低減せず、好ましい。

また、実施例１〜１５は、比較例１２及び比較例１３との対比で、誘電体層の厚みを１．２ｍｍ以下とすると、プラズマ均一性を確保しつつ、端子部強度を上げることができ、このとき、成膜速度も下がらないので好ましい。

表１の実施例１〜１５、表２の実施例１６〜２５は、凹みを円錐台形状とすることで、Ｎｉロッドに加わる荷重が均等に誘電体層にかかるので、強度を向上させることができるばかりでなく、対称性を有するので、プラズマに不均一が発生しない。さらに凹部側壁の角度を３０°より大きく７５°より小さくしているので、メッシュ状高周波電極に加わる力が円状に分散し、誘電体層表面の広範囲の部分で荷重を支えることが可能になる。

次に、実施例１を用いて、室温〜５００℃で熱サイクル試験を１００回繰り返した後に、強度を測定したところ、強度劣化は見られなかった。従来品では１０％の強度劣化が生じた。つまり、絶対値だけでなく、繰り返し応力サイクルにも強い信頼性の高いヒーターを製造することが可能になった。

本発明の一実施例の加熱装置の要部を示す断面図である。本発明の別の実施例の加熱装置の要部を示す断面図である。従来の加熱装置の要部を示す断面図である。従来の加熱装置の要部を示す断面図である。高周波電極のプレス加工を説明する断面図である。

符号の説明

１加熱装置
１１セラミックス基体
１１ａ加熱面
１１ｂ裏面
１１ｃ導通孔
１２高周波電極
１２ａ電極凹部

Claims

被加熱物を加熱する加熱面を有するセラミックス基体の内部で、前記加熱面にほぼ平行に埋設された高周波電極を備え、この高周波電極に向かう導通孔が前記セラミックス基体の裏面に形成された加熱装置であって、
前記高周波電極は、前記導通孔と対向する領域にて当該導通孔に向かう円錐台形状の凹部を有することを特徴とする加熱装置。
前記高周波電極の前記円錐台形状の凹部以外の部分と前記加熱面との間の距離が１．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
前記円錐台形状の凹部の底面直径が３ｍｍ以上、５ｍｍ以下であり、凹部の深さが１ｍｍ以上３ｍｍ以下であり、凹部の最大径７ｍｍ以下であり、凹部の側壁の傾斜角が３０°より大きく７５°未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱装置。