JP2017152317A - セラミックスヒータ - Google Patents

Abstract

【課題】延在態様の簡素化を図りながら、基板温度の均一化を図りうるセラミックスヒータを提供する。【解決手段】基体１に埋設されている発熱抵抗体２が、その延在方向に沿って幅の広狭が変化するように延在し、かつ、幅が局所的に広くなる範囲において厚さが局所的に小さくなるように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、上面に半導体ウエハなどの基板が載置されるセラミックスの基体と、この基体に埋設されている発熱抵抗体と、を備え、当該基体を加熱するためのセラミックスヒータに関する。

セラミックスの基体に埋設された発熱抵抗体のパターンの設計によって、当該基体の上面に載置されるウエハ（基板）の均熱性の向上を図るためのセラミックスヒータが提案されている（たとえば、特許文献１〜２参照）。

特開２０００−３４０３４３号公報 特開２０００−３４０３４４号公報

しかし、発熱抵抗要素の延在態様が複雑になることにより、基体において貫通孔または発熱抵抗体の埋設深さ位置に達するような深さの凹部が形成される際、貫通孔の径または凹部の幅およびその位置などの設計自由度が制限されてしまう可能性がある。

そこで、本発明は、延在態様の簡素化を図りながら、基板温度の均一化を図りうるセラミックスヒータを提供することを目的とする。

本発明のセラミックスヒータは、上面を基板の載置面とするセラミックスからなる基体と、前記基体に埋設されている発熱抵抗体と、を備えているセラミックスヒータであって、
前記発熱抵抗体が、その延在方向に沿って幅の広狭が変化するように延在し、かつ、幅が局所的に広くなる範囲において厚さが局所的に小さくなるように、代替的または付加的に、幅が局所的に狭くなる範囲において厚さが局所的に大きくなるように構成されていることを特徴とする。

前記セラミックスヒータにおいて、前記発熱抵抗体が、その延在方向に沿って幅の広狭が変化する前後において幅および厚さの積が同一になるように構成されていることが好ましい。

前記セラミックスヒータにおいて、前記発熱抵抗体が、幅が同じ一対の発熱抵抗要素が屈曲して連続する屈曲箇所を有しており、当該屈曲箇所において幅が広くなるように構成されていることが好ましい。

本発明の一実施形態としてのセラミックスヒータの縦断面図。 本発明の一実施形態としてのセラミックスヒータの構成説明図。 発熱抵抗体における第１形態の屈曲箇所に関する説明図。 図３の屈曲箇所における発熱抵抗体の幅の第１変化態様に関する説明図。 発熱抵抗体における第２形態の屈曲箇所に関する説明図。 図５の屈曲箇所における発熱抵抗体の幅の第２変化態様に関する説明図。

図１および図２に示されている本発明の一実施形態としてのセラミックスヒータは、セラミックス焼結体からなる略円板状の基体１と、基体１に埋設されている金属箔または薄板からなる発熱抵抗体２と、を備えている。セラミックス焼結体としては、たとえばＳｉＣ焼結体またはＡｌ₂Ｏ₃焼結体が採用される。基体１の上面は平面状に形成され、そこにはウエハＷが載置される。基体１には、その中央部下面から発熱抵抗体２まで連続する一対の端子２０が埋設されている。一対の端子２０のそれぞれには電線が接続され、電源から当該電線および端子２０を介して発熱抵抗体２に電圧が印加される。基体１の下面には当該電線等を収容する中空部を有する略筒状の支持部材（図示略）が接合される。

図２に示されているように、発熱抵抗体２は、直線帯状、略半円弧帯状または略円弧帯状の複数の発熱抵抗要素Ｒ１〜Ｒ１１が連続するような延在態様にしたがって形成されている。具体的には、発熱抵抗体２は、左側端子２０から下に直線状に延在する発熱抵抗要素Ｒ１、略左半円弧状に延在する発熱抵抗要素Ｒ２、直線状に延在する発熱抵抗要素Ｒ３、Ｒ２の外側で略左半円弧状に延在する発熱抵抗要素Ｒ４、直線状に延在する発熱抵抗要素Ｒ５、Ｒ４の外側で略円弧状に延在する発熱抵抗要素Ｒ６、直線状に延在する発熱抵抗要素Ｒ７、Ｒ６の内側で略右半円弧状に延在する発熱抵抗要素Ｒ８、直線状に延在する発熱抵抗要素Ｒ９、Ｒ８の内側で略右半円弧状に延在する発熱抵抗要素Ｒ１０および右側端子２０まで直線状に延在する発熱抵抗要素Ｒ１１が、順に連続するように構成されている。各発熱抵抗要素Ｒ１〜Ｒ１１は、その幅Ｄおよび厚さｔのそれぞれが延在方向について基本的に一定値Ｄ₀、ｔ₀であるものの局所的に変化するように形成されている。略半円弧状の発熱抵抗要素Ｒ２、Ｒ４、Ｒ８およびＲ１０ならびに略円弧状の発熱抵抗要素Ｒ６のそれぞれの中心は、基体１の中心Ｏと一致するように、発熱抵抗体２が形成かつ配置されている。

発熱抵抗体２は、その延在態様に沿ってその幅が変化するように形成されている。すなわち、発熱抵抗体２は屈曲箇所、すなわち各発熱抵抗要素Ｒ１〜Ｒ１１の連続箇所における幅が、各発熱抵抗要素Ｒ１〜Ｒ１１の幅よりも広い。図３には、発熱抵抗要素Ｒ８およびＲ９の連続箇所（図２の一点鎖線で囲まれた箇所参照）における発熱抵抗体２の部分的な拡大図が示されており、これを用いて発熱抵抗体２の屈曲箇所の幅に関して説明する。

発熱抵抗体２の幅は、発熱抵抗体２の内側にあって当該幅を表わす直線線分（以下「指標線分」の中点が連続的に変位するように定義される。このため、指標線分の一端点または各端点が、発熱抵抗体２の一対の輪郭線のそれぞれに沿って一定方向に連続的に変位するように定義される。

図３に示されている例では、略半円弧状の発熱抵抗要素Ｒ８における発熱抵抗体２の指標線分は当該半円弧の中心（基体１の中心Ｏ）を通る直線の一部として定義されている。発熱抵抗要素Ｒ８およびＲ９の連続箇所において、この定義にしたがった指標線分の中点が不連続的に変位する際の当該指標線分の各端点Ｑ₀およびＰ₀が定められる。略直線状の発熱抵抗要素Ｒ９における発熱抵抗体２の指標線分は当該直線に対して垂直な直線の一部として定義されている。発熱抵抗要素Ｒ８およびＲ９の連続箇所において、この定義にしたがった指標線分の中点が不連続的に変位する際の当該指標線分の各端点Ｑ_N（本実施形態ではＱ₀とほぼ一致）およびＰ_Nが定められる。

一方の輪郭線に沿った点Ｐ₀から点Ｐ_Nまでの距離ΔＰと、他方の輪郭線に沿った点Ｑ₀から点Ｑ_Nまでの距離ΔＱ（＜ΔＰ）とが定められる。一方の輪郭線に沿って点Ｐ₀から点Ｐ_Nに向かってδだけ変位した点と、他方の輪郭線に沿って点Ｑ₀から点Ｑ_Nに向かって（ΔＱ／ΔＰ）×δだけ変位した点とが、発熱抵抗要素Ｒ８およびＲ９の連続箇所（発熱抵抗体２の屈曲箇所）における指標線分の両端点として定義される。図３の例ではΔＱ＝０である。

発熱抵抗要素Ｒ８の外側輪郭線における発熱抵抗要素Ｒ９の右側輪郭線の延長線との交点Ｐ₁、および、発熱抵抗要素Ｒ８の内側輪郭線における交点Ｐ₁の対応点Ｑ₁（＝Ｑ₀）を両端点とする指標線分Ｐ₁−Ｑ₁（Ｐ₁−Ｑ₀）の長さＤ₁は、基体１の中心Ｏから点Ｑ₁（＝Ｑ₀）までの距離Ｘと、指標線分Ｐ₁−Ｑ₁および指標線分Ｐ₀−Ｑ₀がなす角度φ₁とに基づき、関係式（１）にしたがって定義される。

Ｄ₁＝Ｄ₀{{(１＋ε)²−ε²ｓｉｎ²φ₁}^1/2−εｃｏｓφ₁}, ε＝Ｘ／Ｄ₀ ‥（１）。

発熱抵抗要素Ｒ８の外側輪郭線において、点Ｐ₁よりも発熱抵抗要素Ｒ９に近い側にある点Ｐ、および、発熱抵抗要素Ｒ８の内側輪郭線における点Ｐの対応点Ｑ（＝Ｑ₀）を両端点とする指標線分Ｐ−Ｑ（Ｐ−Ｑ₀）の長さＤは、指標線分Ｐ₁−Ｑ₁および指標線分Ｐ−Ｑ₀がなす角度φ（指標線分Ｐ₁−Ｑ₁を基準として反時計回りに正値になるように定義される。）に基づき、連続的に変化するように定義される。

発熱抵抗要素Ｒ８の外側輪郭線における発熱抵抗要素Ｒ９の左側輪郭線（またはその延長線）との交点Ｐ₂、および、発熱抵抗要素Ｒ８の内側輪郭線における交点Ｐ₂の対応点Ｑ₂（＝Ｑ₀）を両端点とする指標線分Ｐ₂−Ｑ₂（Ｐ₂−Ｑ₀）の長さＤ₂は、指標線分Ｐ₁−Ｑ₁および指標線分Ｐ₂−Ｑ₂がなす角度φ₂に基づき、関係式（２）にしたがって定義される。

Ｄ₂＝Ｄ₀ ／ｓｉｎφ₂ ‥（２）。

発熱抵抗要素Ｒ９の左側輪郭線において、点Ｐ₂よりも下側にある点Ｐ、および、発熱抵抗要素Ｒ８の内側輪郭線における点Ｐの対応点Ｑ（＝Ｑ₀）を両端点とする指標線分Ｐ−Ｑ（Ｐ−Ｑ₀）の長さＤは、関係式（４）にしたがって定義される。

Ｄ＝Ｄ₀ ／ｓｉｎφ， （φ₂≦φ≦π／２） ‥（４）。

関係式（１）および（２）より、Ｄ₀＜Ｄ₁＜Ｄ₂という大小関係が存在すること、ひいては発熱抵抗体２が発熱抵抗要素Ｒ８およびＲ９の連続箇所において局所的に幅広になっていることがわかる。

発熱抵抗体２の指標線分に沿った厚さｔ＝ｆ（Ｄ）（Ｄ＝ｇ（Ｌ）：Ｌは発熱抵抗体２の外側輪郭線に沿って定義される１次元座標系の座標値である。）は、当該指標線分の長さにより定義される発熱抵抗体２の幅Ｄに反比例するように形成されている。このため、発熱抵抗体２は、その局所的に幅広になっている箇所において、厚さが局所的に小さくなるように形成されている。たとえば、図３に示されている発熱抵抗要素Ｒ８およびＲ９の連続箇所における発熱抵抗体２の厚さｔは、図４に実線で示されているように発熱抵抗要素Ｒ８、Ｒ９の厚さｔと比較して小さくなるように設計されている。なお、発熱抵抗体２は、その幅広箇所における厚さｔの変化態様が、実線に一致するのではなく一点鎖線または二点鎖線で示されているように当該実線に近似するように形成されてもよい。近似度（実線を基準とした近似曲線の値域における偏差の、当該曲線の定義域における平均値を表わす。）は、例えば、０．７０以上、好ましくは０．８０以上、さらに好ましくは０．９０以上である。

本発明の他の実施形態として、図５に示されているように直線帯状の発熱抵抗要素ＲｉおよびＲｉ＋１の連続箇所において発熱抵抗体２が屈曲している場合について考える。この場合、当該屈曲箇所の頂点に相当する指標線分Ｑ_i−Ｐ_i（＝Ｑ₀−Ｐ_i）の長さＤ_iは、指標線分Ｑ₀−Ｐ₀となす角度φに基づき、関係式（５）にしたがって定義される。

Ｄ_i＝Ｄ₀／ｃｏｓφ ‥（５）。

関係式（５）より、Ｄ₀＜Ｄ_iという大小関係が存在すること、ひいては発熱抵抗体２が発熱抵抗要素Ｒ_iおよびＲ_i+1の連続箇所において局所的に幅広になっていることがわかる。当該連続箇所における発熱抵抗体２の厚さｔ＝ｆ（Ｄ）は、図６に実線で示されているように発熱抵抗体２の幅に反比例して局所的に小さくなるように設計されている。なお、発熱抵抗体２は、その幅広箇所における厚さｔの変化態様が、上記実施形態と同様に、二点鎖線で示されているように当該実線に近似するように形成されてもよい。

[発明の効果]
本発明のセラミックスヒータによれば、発熱抵抗体２が、その幅が局所的に広くなっている箇所においてその厚さが局所的に小さくなるように形成されている。このため、当該幅広箇所において発熱抵抗体２の電気抵抗値が局所的に低下して発熱量が低下し、ウエハＷに局所的な低温箇所（コールドスポット）が発生する事態が確実に回避される。また、発熱抵抗体２の電気抵抗値の均一のために当該幅広箇所に合わせてその他の箇所の幅を拡張するなど、発熱抵抗体２の延在態様を複雑化する必要はない。このような幅広部分の省略により、基体１に形成される貫通孔の位置およびサイズなどが制約されることなく、設計の自由度の低下が回避される。

１‥‥基体、２‥発熱抵抗体、Ｗ‥ウエハ（基板）。

Claims (3)

1. 上面を基板の載置面とするセラミックスからなる基体と、前記基体に埋設されている発熱抵抗体と、を備えているセラミックスヒータであって、
   前記発熱抵抗体が、その延在方向に沿って幅の広狭が変化するように延在し、かつ、幅が局所的に広くなる範囲において厚さが局所的に小さくなるように、代替的または付加的に、幅が局所的に狭くなる範囲において厚さが局所的に大きくなるように構成されていることを特徴とするセラミックスヒータ。
2. 請求項１記載のセラミックスヒータにおいて、
   前記発熱抵抗体が、その延在方向に沿って幅の広狭が変化する前後において幅および厚さの積が同一になるように構成されていることを特徴とするセラミックスヒータ。
3. 請求項１または２記載のセラミックスヒータにおいて、
   前記発熱抵抗体が、幅が同じ一対の発熱抵抗要素が屈曲して連続する屈曲箇所を有しており、当該屈曲箇所において幅が広くなるように構成されていることを特徴とするセラミックスヒータ。