JP2014225507A - セラミックス板及びヒータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 熱膨張に起因した応力を抑制し、割れの発生を抑制する。
【解決手段】 第１主面と、前記第１主面の外周に接する側面と、前記側面を挟んで前記第１主面に対向する第２主面と、を有するセラミックス板であって、前記第１主面から前記第２主面まで貫通する貫通孔と、前記貫通孔から前記側面まで延びる切り込みにより形成された切込み部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、セラミックス板及び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央側（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応力が発生する。

このため、炭化珪素セラミックス板に、例えば、加熱部材に接続される電極を通すために用いられる貫通孔が形成されていた場合、上記応力によって、貫通孔を起点とした割れ（クラック）が発生することがあった。

また、貫通孔を起点とした割れは、炭化珪素セラミックス板に限らず、セラミックス板全般において発生する。

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、熱膨張に起因した応力を抑制し、割れの発生を抑制できるセラミックス板及び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を目的とする。

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、第１主面と、前記第１主面の外周に接する側面と、前記側面を挟んで前記第１主面に対向する第２主面と、を有するセラミックス板であって、前記第１主面から前記第２主面まで貫通する貫通孔と、前記貫通孔から前記側面まで延びる切り込みにより形成された切込み部と、を備えることを要旨とする。

本発明によれば、熱膨張に起因した応力を抑制し、割れの発生を抑制できるセラミックス板及び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（ａ）は、本実施形態に係るセラミックス板１の平面図である。図１（ｂ）は、本実施形態に係るセラミックス板１の斜視図である。 図２（ａ）は、本実施形態の変形例１に係るセラミックス板２の平面図である。図２（ｂ）は、本実施形態の変形例１に係るセラミックス板２の斜視図である。 図３（ａ）は、本実施形態の変形例２に係るセラミックス板３の平面図である。図３（ｂ）は、本実施形態の変形例２に係るセラミックス板３の斜視図である。 図４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５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６（ａ）は、比較例に係るセラミックス板の形状を示す図である。図６（ｂ）は、比較例に係るセラミックス板のシミュレーション結果を示す図である。 図７（ａ）は、実施例１に係るセラミックス板の形状を示す図である。図７（ｂ）は、実施例１に係るセラミックス板のシミュレーション結果を示す図である。 図８（ａ）は、実施例２に係るセラミックス板の形状を示す図である。図８（ｂ）は、実施例２に係るセラミックス板のシミュレーション結果を示す図である。 図９（ａ）は、実施例３に係るセラミックス板の形状を示す図である。図９（ｂ）は、実施例３に係るセラミックス板のシミュレーション結果を示す図である。

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）セラミックス板１の概略構成、（２）ヒータユニット１００の概略構成、（３）比較評価、（４）作用効果、（５）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）セラミックス板１の概略構成
（１．１）実施形態に係るセラミックス板１
本実施形態に係るセラミックス板１の概略構成について、図１を参照しながら説明する。図１（ａ）は、本実施形態に係るセラミックス板１の平面図である。図１（ｂ）は、本実施形態に係るセラミックス板１の斜視図である。

図１に示されるように、セラミックス板１は、主面１０と、側面２０とを有する。セラミックス板１は、板状である。具体的には、セラミックス板１は、円板状である。

方向ｘ及び方向ｙは、主面１０に平行な方向である。本実施形態において、方向ｘ及び方向ｙは、セラミックス板１の中心Ｏを通る。方向ｘと方向ｙとは、直交している。方向ｚは、セラミックス板１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及び方向ｙと方向ｚとは、直交している。

図１に示されるように、主面１０は、第１主面１０ａと第２主面１０ｂとにより構成される。第２主面１０ｂは、側面２０を挟んで、第１主面１０ａに対向する。側面２０は、第１主面１０ａの外周及び第２主面１０ｂの外周に接する。

本実施形態において、セラミックス板１は、炭化珪素からなる。すなわち、炭化珪素を主原料とする炭化珪素セラミックス板である。セラミックス板１は、不純物を除いて炭化珪素により構成されている。

セラミックス板１は、貫通孔３０と切込み部４０とを備える。

貫通孔３０は、第１主面１０ａから第２主面１０ｂまで貫通する。本実施形態において、貫通孔３０は、ｚ方向から視て、円形状であり、２つ形成されている。

貫通孔３０は、前記セラミックス板１の中央側よりも外周側に位置する。セラミックス板１の中心Ｏから貫通孔３０の中心までの長さは、セラミックス板１の半径の２／３以上であることが好ましい。

切込み部４０は、いわゆるスリットである。切込み部４０は、貫通孔３０から側面２０まで延びる切り込みにより形成される。従って、切込み部４０の一方の端部であるセラミックス板１の中央側の端部は、貫通孔３０に開口している。また、切込み部４０の他方の端部であるセラミックス板１の外周側の端部は、側面２０に開口している。

セラミックス板１は、切込み部４０を備えるため、切込み部４０の一方の側面を構成するセラミックス板１の端部４０ａと、切込み部４０の他方の側面を構成するセラミックス板１の端部４０ｂとの間には、空間が形成されている。

（１．２）変形例１に係るセラミックス板２
次に、本実施形態の変形例１に係るセラミックス板２の概略構成について、図２を参照しながら説明する。図２（ａ）は、本実施形態の変形例１に係るセラミックス板２の平面図である。図２（ｂ）は、本実施形態の変形例１に係るセラミックス板２の斜視図である。

図２に示されるように、変形例１に係るセラミックス板２は、内側切込み部５０を備える。内側切込み部５０は、ｙ方向（及びｘ方向）におけるセラミックス板１の中央側に向かって延びる切り込みにより形成される。

内側切込み部５０は、終端する。従って、内側切込み部５０は、セラミックス板１の中央側に位置する端部である終端部５５を有する。本変形例において、終端部５５は、ｚ方向から視て、直線状である。また、内側切込み部５０は、セラミックス板１の外周側に位置し、貫通孔３０に開口する端部を有する。

（１．３）変形例２に係るセラミックス板３
次に、本実施形態の変形例２に係るセラミックス板３の概略構成について、図３を参照しながら説明する。図３（ａ）は、本実施形態の変形例２に係るセラミックス板３の平面図である。図３（ｂ）は、本実施形態の変形例２に係るセラミックス板３の斜視図である。

図３に示されるように、変形例２に係るセラミックス板２は、内側切込み部５０を備える。

内側切込み部５０が有する終端部５５は、ｚ方向から視て、円弧形状である。具体的には、終端部５５は、ｚ方向から視て、中心Ｏの方向に凸状の円弧形状である。

（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４及び図５を参照しながら説明する。図４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５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４及び図５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１２０、載置板１３０、反射板１４０、絶縁板１５０、保護部材１６０、電極１７０及び支持台１８０を備える。

加熱部材１２０は、載置板１３０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１２０は、電極１７０と接続されている。

載置板１３０は、被加熱部材が載置される。載置板１３０は、加熱部材１２０の上方に配置される。

反射板１４０は、加熱部材２０から発生した熱を載置板１３０の方へ反射する。反射板１４０は、加熱部材１２０の下方に配置される。反射板１４０は、加熱部材１２０と絶縁板１５０との間に配置される。反射板１４０には、電極１７０が通る貫通孔が形成されている。

絶縁板５１０は、加熱部材１２０及び反射板１４０の下方に配置される。絶縁板１５０には、電極１７０が通る貫通項が形成されている。

保護部材１６０は、載置板１３０及び支持台１８０と接続されるによって、加熱部材１２０、反射板１４０及び絶縁板１５０を取り囲む。

電極１７０は、加熱部材１２０と電気的に接続されており、加熱部材１２０に電気を供給する。 本実施形態において、セラミックス板１は、反射板１４０及び絶縁板１５０として用いられる。

（３）比較評価
次に、本発明の効果を確かめるため、以下のシミュレーションを行った。図６から図９を用いてシミュレーション結果を説明する。

図６（ａ）は、比較例に係るセラミックス板の形状を示す図である。図６（ｂ）は、比較例に係るセラミックス板のシミュレーション結果を示す図である。図７（ａ）は、実施例１に係るセラミックス板の形状を示す図である。図７（ｂ）は、実施例１に係るセラミックス板のシミュレーション結果を示す図である。図８（ａ）は、実施例２に係るセラミックス板の形状を示す図である。図８（ｂ）は、実施例２に係るセラミックス板のシミュレーション結果を示す図である。図９（ａ）は、実施例３に係るセラミックス板の形状を示す図である。図９（ｂ）は、実施例３に係るセラミックス板のシミュレーション結果を示す図である。

直径が２００ｍｍ、厚さが１ｍｍの円板状のセラミックス板のシミュレーションモデルを作成した。図６から図９に示すように、直径が２０ｍｍの貫通孔を２つセラミックス板に設けた。セラミックス板の中心を中心として、貫通孔の中心を通る円の直径φが１５０ｍｍとなるように、貫通孔を設定した。したがって、セラミックス板の中心から貫通孔の中心までの長さは、セラミック板の中心からセラミックス板の外周までの長さの２／３である。

図６に示すように、比較例に係るセラミックス板には、貫通孔のみを設けた。

図７に示すように、実施例１に係るセラミックス板には、貫通孔に加えて、切込み部を設けた。セラミックス板の主面に垂直な方向から視て、貫通孔からセラミックス板の側面に延びる方向に直交する切込み部の幅は、２ｍｍである。

図８に示すように、実施例２に係るセラミックス板には、実施例１と同じ切込み部に加えて、内側切込み部を設けた。セラミックス板の主面に垂直な方向から視て、貫通孔からセラミックス板の側面に延びる方向に直交する内側切込み部の幅は、２ｍｍである。

図９に示すように、実施例３に係るセラミックス板には、実施例２と同じ切込み部及び内側切込み部に加えて、内側切込み部の終端部の位置に、セラミックス板の主面に垂直な方向から視て、直径φ４ｍｍの貫通孔を形成した。これにより、内側切込み部の終端部の形状は、円弧形状である。

温度条件を、セラミックス板の中心を中心とする円の直径φ１５０ｍｍの位置から外側の温度とセラミックス板の中心の温度との差が５０ｍｍとなるように設定した。この温度条件において、セラミックス板に発生する応力及びクラックの発生の有無を測定した。

比較例１のセラミックス板には、セラミックス板の半径方向（半径方向ｒ）における貫通孔よりも外側に１０９ＭＰａの応力が発生した。比較例１のセラミックス板には、クラックが発生した。実施例１のセラミックス板には、半径方向ｒにおける貫通孔よりも内側に９８ＭＰａの応力が発生した。実施例１のセラミックス板には、クラックが発生しなかった。実施例２のセラミックス板では、半径方向ｒにおける貫通孔よりも内側に８３ＭＰａの応力が発生した。実施例２のセラミックス板には、クラックが発生しなかった。実施例３のセラミックス板では、半径方向ｒにおける貫通孔よりも内側に６６ＭＰａの応力が発生した。実施例３のセラミックス板には、クラックが発生しなかった。

以上より、セラミック板が切込み部を備えることにより、クラックの発生を抑制できることが確認できた。また、セラミックス板が内側切込み部を備えることにより、半径方向ｒにおける貫通孔よりも内側に発生する応力を低減させることができるため、クラックの発生をより抑制できることが確認できた。さらに、内側切込み部の終端部が円弧形状であることにより、半径方向ｒにおける貫通孔よりも内側に発生する応力を低減させることができるため、クラックの発生をより抑制できることが確認できた。

（４）作用効果
セラミックス板１は、貫通孔３０と、貫通孔３０から側面２０まで延びる切込み部４０を備える。これにより、切込み部４０周辺のセラミックス板１の端部４０ａ及び端部４０ｂが固定されないため、端部４０ａ及び端部４０ｂは、セラミックス板１の熱膨張に合わせて、動くことができる。このため、セラミックス板１では、熱膨張に起因してセラミックス板１の外周に働く応力を和らげることが可能となり、クラックの発生を抑制できる。

また、セラミックス板１は、セラミック板１の中央側に向かって延びる切り込みによって形成された内側切込み部５０を備えていてもよい。端部４０ａ及び端部４０ｂが動いた場合に、半径方向ｒにおける貫通孔の内側に応力が発生する。セラミック板１が内側切込み部５０を備える場合、内側切込み部５０を構成する端部が、端部４０ａ及び端部４０ｂの動きに合わせて、動くことができるため、半径方向ｒにおける貫通孔よりも内側に発生する応力を和らげることが可能となり、クラックの発生をより抑制できる。

また、セラミックス板１は、内側切込み部５０の終端部５５が円弧形状であってもよい。これにより、内側切込み部５０の終端部５５に働く応力が分散されるため、終端部５５の一部に応力が集中することが抑制される。その結果、クラックの発生をより抑制できる。

また、セラミックス板１の中心Ｏから貫通孔５０の中心までの長さは、セラミックス板１の半径の２／３以上であってもよい。貫通孔５０の位置がセラミックス板１の外周に近いほど、貫通孔５０の周辺に応力が発生する。しかしながら、セラミックス板１の中心Ｏから貫通孔５０の中心までの長さは、セラミックス板１の半径の２／３以上となる位置にセラミックス板１が貫通孔５０を備えていても、セラミックス板１が切込み部４０を備えることによって、クラックの発生を抑制することができる。

（５）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、セラミックス板１は、円板状であったが、これに限られない。例えば、セラミックス板１は、楕円板状であってもよい。なお、楕円状であるセラミックス板１には、円板状であるセラミックス板１は含まれる。他にもセラミックス板１は、多角形状、（例えば、八角形状）であってもよい。

また、セラミックス板１は、炭化珪素からなっていたが、これに限られない。セラミックス板は、炭化珪素以外の材料で形成されていてもよい。

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。

１，２，３…炭化珪素セラミックス板、 １０，１０ａ，１０ｂ…主面、 ２０…側面、 ３０…貫通孔、 ４０…切込み部、 ４０ａ，４０ｂ…端部、 ５０…内側切込み部、 ５５…終端部、 １００…ヒータユニット、 １２０…加熱部材、 １３０…載置板、 １４０…反射板、 １５０…絶縁板、 １６０…保護部材、 １７０…電極、 １８０…支持台、

Claims (6)

1. 第１主面と、前記第１主面の外周に接する側面と、前記側面を挟んで前記第１主面に対向する第２主面と、を有するセラミックス板であって、
   前記第１主面から前記第２主面まで貫通する貫通孔と、
   前記貫通孔から前記側面まで延びる切り込みにより形成された切込み部と、を備えるセラミックス板。
2. 前記貫通孔から、前記第１主面に平行な方向における前記セラミックス板の中央側に向かって延びる切り込みにより形成された内側切込み部と、をさらに備える請求項１に記載のセラミックス板。
3. 前記セラミックス板の前記中央側に位置する端部である前記内側切込み部の終端部は、前記第１主面に垂直な方向から視て、円弧形状である請求項２に記載のセラミックス板。
4. 前記セラミックス板は、円板状であり、
   前記第１主面に平行な方向における前記セラミックス板の中心から前記貫通孔の中心までの長さは、前記セラミックス板の半径の２／３以上である請求項１から３の何れか１項に記載のセラミックス板。
5. 前記セラミックス板は、炭化珪素セラミックス板である請求項１から４の何れか１項に記載のセラミックス板。
6. 請求項１から５の何れか１項に記載のセラミックス板を用いたヒータユニット。