JP2013149828A - 炭化珪素セラミックス板及びヒータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】熱膨張に起因した引張応力を抑制し、割れの発生を抑制する。
【解決手段】炭化珪素を主材料とし、主面５を有する板状の炭化珪素セラミックス板１０であって、主面５に沿ったｘ方向における外周端２を含む外側部４と、ｘ方向において外側部４よりも中心Ｏ側に位置する内側部８とを有し、外側部４の密度は、内側部８の密度よりも、小さい。
【選択図】図５

Description

本発明は、炭化珪素を主原料とし、平らな主面を有する板状の炭化珪素セラミックス板、及び、炭化珪素セラミックス板を用いたヒータユニットに関する。

従来、炭化珪素を主原料とし、平らな主面を有する円形状の炭化珪素セラミックス板が用いられたヒータユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。ヒータユニットは、例えば、半導体製造工程におけるウエハの成膜処理やアニール処理の際に、ウエハを加熱するために用いられる。

炭化珪素を主原料とした炭化珪素セラミックス板を用いることにより、炭化珪素以外の原料（例えば、モリブデン）が用いられたヒータユニットに比べて、ウエハに不純物が混入することを抑制できる。

特開２００５−１６６８３０号公報

炭化珪素セラミックス板の外周縁付近（以下、外側部）は、炭化珪素セラミックス板の中心側（以下、内側部）よりも外部の雰囲気に曝される。半導体製造工程における熱処理工程（特に、降温工程）において、外部の温度の方が、炭化珪素セラミックス板の温度よりも低いため、外部の雰囲気により曝される外側部は、内側部よりも低温となる。これにより、内側部の方が、外側部よりも熱膨張するため、外周縁に沿って外側部を広げるような引張応力が、外側部に発生する。

外側部に加工傷等の欠陥があった場合、引張応力は、欠陥を広げる方向に働くため、欠陥を起点とした割れが発生することがあった。

そこで、本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、熱膨張に起因した引張応力を抑制し、割れの発生を抑制することを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために、炭化珪素セラミックスは、密度と熱伝導率とに相関があることに着目し、本発明を完成させた。すなわち、上述した課題を解決するため、本発明は、次のような特徴を有している。

本発明の特徴は、炭化珪素を主材料とし、平らな主面を有する板状の炭化珪素セラミックス板であって、前記主面に沿った方向における外周端を含む外側部と、前記主面に沿った方向において前記外側部よりも前記炭化珪素セラミックス板の中心側に位置する内側部とを有し、前記外側部の密度は、前記内側部の密度よりも、小さいことを要旨とする。

炭化珪素セラミックスは、密度が大きいほど、熱伝導率が大きくなる。外側部の密度は、内側部の密度よりも小さいため、外側部は、内側部よりも外部の温度に影響を受け難い。従って、外側部と内側部との温度分布の差が小さくなるため、熱膨張の差が小さくなる。これにより、外側部に発生する引張応力が抑制される。その結果、外側部に欠陥があっても、欠陥を起点とした炭化珪素セラミックス板の割れが抑制できる。

本発明によれば、熱膨張に起因した引張応力を抑制し、割れの発生を抑制できる炭化珪素セラミックス板、及び、炭化珪素セラミックス板を用いたヒータユニットを提供することができる。

図１は、本実施形態に係る炭化珪素セラミックス板１０の斜視図である。 図２は、セラミックス板製造装置５００の断面図である。 図３は、本実施形態に係るヒータユニット１００の断面図である。 図４は、本実施形態に係るヒータユニット１００の一部を分解した分解斜視図である。 図５（ａ）は、炭化珪素セラミックス板において、ｘ方向における中心からの位置と密度との関係を表すグラフである。図５（ｂ）は、炭化珪素セラミックス板において、ｘ方向における中心からの位置と温度との関係を表すグラフである。

本発明に係る炭化珪素セラミックス板及びヒータユニットの一例について、図面を参照しながら説明する。具体的には、（１）炭化珪素セラミックス板１０の概略構成、（２）ヒータユニット１００の概略構成、（３）作用効果、（４）その他実施形態、について説明する。

以下の図面の記載において、同一または類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。図面は模式的なのものであり、各寸法の比率などは現実のものとは異なることを留意すべきである。従って、具体的な寸法などは以下の説明を参酌して判断すべきものである。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（１）炭化珪素セラミックス板１０の概略構成
本実施形態に係る炭化珪素セラミックス板１０の概略構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る炭化珪素セラミックス板１０の斜視図である。

図１に示されるように、炭化珪素セラミックス板１０は、平らな主面５を有する。炭化珪素セラミックス板１０は、板状である。具体的には、炭化珪素セラミックス板１０は、円板状である。

方向ｘは、主面５に沿った方向である。本実施形態において、方向ｘは、炭化珪素セラミックス板１０の中心Ｏを通る。方向ｚは、炭化珪素セラミックス板１０の厚み方向に平行な方向である。本実施形態において、方向ｘと方向ｚとは、直交している。

図１に示されるように、炭化珪素セラミックス板１０は、方向ｘにおいて、外周端２を有する。また、炭化珪素セラミックス板１０は、外側部４と内側部８とを有する。

外側部４は、方向ｘにおける炭化珪素セラミックス板１０の外周端２を含んでいる。内側部８は、方向ｘにおいて外側部４よりも炭化珪素セラミックス板１０の中心Ｏ側に位置する。外側部４と内側部８との境界（図１の点線）は、方向ｘにおいて外周端２から所定の長さだけ中心Ｏ側に近付いた位置にある。

炭化珪素セラミックス板１０は、炭化珪素を主原料とする。本実施形態において、炭化珪素セラミックス板１０は、炭化珪素からなる。すなわち、炭化珪素セラミックス板１０は、不純物を除いて炭化珪素により構成されている。なお、本発明において、炭化珪素を主原料とするとは、炭化珪素が他の原料よりも多く含まれており、かつ、炭化珪素セラミックス板１０が密度に応じて、熱伝導率が変化するほど、炭化珪素が含まれていることをいう。

外側部４の密度は、内側部８の密度よりも小さい。このように、密度の異なる炭化珪素セラミックス板１０は、例えば、図２に示されるセラミックス板製造装置５００を用いて製造される。図２は、セラミックス板製造装置５００の断面図である。

セラミックス板製造装置５００は、炭化珪素原料５５０を押圧する上パンチ５１０及び下パンチ５２０を備える。上パンチ５１０は、炭化珪素原料５５０に対向する面である対向面５１０ａを有する。対向面５１０ａは、下パンチ５２０に向かって凸となる球面形状である。下パンチ５２０は、炭化珪素原料５５０側の面である対向面５２０ａを有する。対向面５２０ａは、平面形状である。

セラミックス板製造装置５００の内部には、炭化珪素原料５５０が配置される。上パンチ５１０を下パンチ５２０側に移動させて、配置された炭化珪素原料５５０を押圧するとともに、炭化珪素原料５５０を加熱する。上パンチ５１０の対向面５１０ａは、球面形状であるため、炭化珪素原料５５０の中心部には、高い圧力が加わる。一方、炭化珪素原料５５０の中心部から外周側に向かうに連れ、加わる圧力が低くなる。その結果、内側部８の密度よりも外側部４の密度が小さい炭化珪素セラミックス板１０を製造することができる。

なお、対向面５２０ａは、上パンチ５１０に向かって凸となる球面形状であってもよい。

（２）ヒータユニット１００の概略構成
本実施形態に係るヒータユニット１００の概略構成について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、本実施形態に係るヒータユニット１００の断面図である。図４は、本実施形態に係るヒータユニット１００の一部を分解した分解斜視図である。

図３及び図４に示されるように、本実施形態に係るヒータユニット１００は、加熱部材２０、載置板３０、反射板４０、絶縁板５０、保護部材６０、電極７０及び支持台８０を備える。

加熱部材２０は、載置板３０に載置された被加熱部材（例えば、ウエハ）を加熱する。加熱部材２０は、電極７０と接続されている。本実施形態において、炭化珪素セラミックス板１０は、加熱部材２０として用いられる。

載置板３０は、被加熱部材が載置される。載置板３０は、加熱部材２０の上方に配置される。

反射板４０は、加熱部材２０から発生した熱を載置板３０の方へ反射する。反射板４０は、加熱部材２０の下方に配置される。反射板４０は、加熱部材２０と絶縁板５０との間に配置される。反射板４０には、電極７０が通る貫通孔が形成されている。

絶縁板５０は、加熱部材２０及び反射板４０の下方に配置される。絶縁板５０には、電極７０が通る貫通項が形成されている。

保護部材６０は、載置板３０及び支持台８０と接続されるによって、加熱部材２０、反射板４０及び絶縁板５０を取り囲む。

電極７０は、加熱部材２０と電気的に接続されており、加熱部材２０に電気を供給する。

（３）作用効果
本実施形態に係る作用効果について、図５（ａ）及び図５（ｂ）を参照しながら説明する。図５（ａ）は、炭化珪素セラミックス板において、ｘ方向における中心からの位置と密度との関係を表すグラフである。図５（ｂ）は、炭化珪素セラミックス板において、ｘ方向における中心からの位置と温度との関係を表すグラフである。図５（ｂ）は、降温過程の所定時点における炭化珪素セラミックス板の温度である。

破線Ａは、密度が一定の炭化珪素セラミックス板（従来例Ａ）を示す。実施例Ｂは、外側部４の密度が内側部８の密度よりも小さい炭化珪素セラミックス板１０（実施例Ｂ）を示す。いずれの炭化珪素セラミックス板も中心から外周端までの長さがｒである。炭化珪素セラミックス板は、半径ｒの円板形状である。

図５（ａ）に示されるように、従来例Ａでは、中心から外周端まで、密度が一定である。一方、実施例Ｂでは、中心から外周端に向かうにつれ、密度が小さくなっている。特に、所定位置から外周端に向かうに連れ、密度が急激に小さくなっている。

図５（ｂ）に示されるように、従来例Ａでは、中心から外周端に向かうに連れ、温度が下がっている。外周端付近の所定位置から外周端に向かうに連れ、温度が急激に下がっている。一方、実施例Ｂでは、中心から所定の位置までは温度が略一定である。外周端付近の所定の位置から外周端に向かうに連れ温度が下がっているものの、従来例Ａに比べると、温度の下がり方は、緩やかである。従って、従来例Ａよりも、実施例Ｂの方が、温度分布が小さくなる。

炭化珪素セラミックスは、密度が大きいほど、熱伝導率が大きくなる。従って、実施例Ｂでは、中心から外周端に向かうに連れ、熱伝導率が小さくなり、特に、所定位置から外周端に向かうに連れ、熱伝導率が小さくなる。これにより、外周端付近は、外部の雰囲気に曝されていても、外部の温度が伝わりにくい。このため、外周端付近の温度が急激に下がることがなくなり、従来例Ａに比べて、実施例Ｂの方が、温度分布が小さくなる。従って、実施例Ｂである炭化珪素セラミックス板１０では、内側部８と外側部４との温度差が小さくなるため、熱膨張の差が小さくなる。これにより、外側部４に発生する引張応力が抑制される。その結果、外側部４に欠陥があっても、欠陥を起点とした割れの発生が抑制される。

（４）その他実施形態
本発明の実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。

具体的には、上述した実施形態では、炭化珪素セラミックス板１０は、円板状であったが、これに限られない。例えば、炭化珪素セラミックス板１０は、楕円板状であってもよい。なお、楕円状である炭化珪素セラミックス板１０には、円板状である炭化珪素セラミックス板１０は含まれる。他にも炭化珪素セラミックス板１０は、多角形状、（例えば、八角形状）であってもよい。

また、炭化珪素セラミックス板１０は、加熱部材２０として用いられていたが、他の部材であってもよい。例えば、炭化珪素セラミックス板１０は、載置板３０として用いられてもよい。他にも、炭化珪素セラミックス板１０は、反射板４０及び絶縁板５０として用いられてもよい。

上述の通り、本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

２…外周端、 ４…外側部、 ５…主面、 ８…内側部、 １０…炭化珪素セラミックス板、 ２０…加熱部材、 ３０…載置板、 ４０…反射板、 ５０…絶縁板、 ６０…保護部材、 ７０…電極、 ８０…支持台、 １００…ヒータユニット、 ５００…セラミックス板製造装置、 ５１０…上パンチ、 ５１０ａ…（上パンチの）対向面、 ５２０…下パンチ、 ５２０ａ…（下パンチの）対向面、 ５５０…炭化珪素原料

Claims (3)

1. 炭化珪素を主材料とし、平らな主面を有する板状の炭化珪素セラミックス板であって、
   前記主面に沿った方向における外周端を含む外側部と、前記主面に沿った方向において前記外側部よりも前記炭化珪素セラミックス板の中心側に位置する内側部とを有し、
   前記外側部の密度は、前記内側部の密度よりも、小さいことを特徴とする炭化珪素セラミックス板。
2. 円板状であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素セラミックス板。
3. 請求項１又は２に記載の炭化珪素セラミックス板を用いたヒータユニット。

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