JP2021125309A - セラミックヒータ - Google Patents

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Abstract

【課題】セラミックプレートの裏面のうち筒状シャフトで囲まれた領域を有効に利用できるようにする。
【解決手段】セラミックヒータ10は、表面にウエハ載置面20aを有するセラミックプレート20と、セラミックプレート20に埋設された抵抗発熱体22,24と、セラミックプレート20をセラミックプレート20の裏面20bから支持する筒状シャフト40と、セラミックプレート20の裏面20bのうち筒状シャフト40に囲まれたシャフト内領域20dに設けられた凹部21と、凹部21の側面21aに設けられ、抵抗発熱体22,24に電力を供給する端子23a,23b,25a,25bと、を備える。
【選択図】図2

Description

本発明は、セラミックヒータに関する。
半導体製造装置においては、ウエハを加熱するためのセラミックヒーターが採用されている。こうしたセラミックヒーターとしては、いわゆる2ゾーンヒーターが知られている。これは、セラミックプレート中に、高融点金属からなる内周側抵抗発熱体と外周側抵抗発熱体とを埋設し、各抵抗発熱体にそれぞれ独立して電力を供給することにより、各抵抗発熱体からの発熱を独立して制御するものである(例えば特許文献1参照)。各抵抗発熱体に電力を供給するための端子は、セラミックプレートの裏面のうちシャフトに囲まれた領域に配置される。
特開2007−88484号公報
しかしながら、ゾーン数が増加すると、ゾーンごとに設けられる抵抗発熱体の数も増加するため、セラミックプレートの裏面のうちシャフトに囲まれた領域に各抵抗発熱体の端子を配置するのが困難になる。
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、セラミックプレートの裏面のうち筒状シャフトで囲まれた領域を有効に利用できるようにすることを主目的とする。
本発明のセラミックヒータは、
表面にウエハ載置面を有するセラミックプレートと、
前記セラミックプレートに埋設された抵抗発熱体と、
前記セラミックプレートを前記セラミックプレートの裏面から支持する筒状シャフトと、
前記セラミックプレートの前記裏面のうち前記筒状シャフトに囲まれたシャフト内領域に設けられた凹部と、
前記凹部の側面に露出するように設けられ、前記抵抗発熱体に電力を供給する端子と、
を備えたものである。
このセラミックヒータでは、セラミックプレートの裏面のうち筒状シャフトに囲まれたシャフト内領域に凹部が設けられている。抵抗発熱体に電力を供給するための端子は、凹部の側面に露出するように設けられている。こうした端子は、従来、セラミックプレートの裏面のシャフト内領域に露出するように設けられていたが、本発明では凹部の側面に露出するように設けられている。そのため、セラミックプレートの裏面のシャフト内領域を有効に利用することができる。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記凹部は、前記シャフト内領域と一致する大きさとしてもよい。こうすれば、凹部の底面を広くすることができるため、凹部の底面を有効に利用することができる。なお、「シャフト内領域と一致する大きさの凹部」とは、凹部の外縁がシャフト内領域の外縁と完全に一致する場合のほか、凹部の外縁とシャフト内領域の外縁との差が微小な場合も含む。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記抵抗発熱体は、前記ウエハ載置面を複数に分割したゾーンごとに設けられ、各ゾーンに設けられた前記抵抗発熱体のうち一部の抵抗発熱体の前記端子は、前記凹部の側面に露出するように設けられ、残りの抵抗発熱体の前記端子は、前記セラミックプレートの裏面の前記シャフト内領域に設けられていてもよい。こうすれば、ゾーンごとに設けられた抵抗発熱体の端子は、凹部の側面とセパレートプレートの裏面のシャフト内領域とに分散して配置される。そのため、すべての抵抗発熱体の端子をセパレートプレートの裏面のシャフト内領域に配置する場合に比べて、そのシャフト内領域をその他の部材の配置などに有効に利用することができる。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記抵抗発熱体は、前記ウエハ載置面の内周側ゾーンに設けられた内周側抵抗発熱体と、前記ウエハ載置面の外周側ゾーンに設けられた外周側抵抗発熱体と、を含み、前記外周側抵抗発熱体の前記端子は、前記凹部の側面に露出するように設けられ、前記内周側抵抗発熱体の前記端子は、前記セラミックプレートの裏面の前記シャフト内領域に露出するように設けられていてもよい。こうすれば、内周側抵抗発熱体とその端子との距離が短くなるため、それらを直接又は短い配線で繋ぐことができる。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記凹部の側面は、前記筒状シャフトの端部から視認可能な位置にあるようにしてもよい。こうすれば、端子を凹部の側面に穴開け加工によって露出させる場合には、作業者は筒状シャフトの端部から凹部の側面を見ながら比較的容易にその穴開け加工を行うことができる。
本発明のセラミックヒータは、前記端子に接続され、前記筒状シャフトの内部空間に配置された給電部材を備えていてもよい。こうすれば、給電部材を利用して抵抗発熱体に電力を供給することができる。この場合、側面に露出している端子に接続された給電部材は、筒状シャフトの内壁に沿う形状になっていてもよい。こうすれば、筒状シャフトの内部空間を他の目的に有効に利用することができる。
セラミックヒータ10の斜視図。 図1のA−A断面図(縦断面図)。 セラミックヒータ10の変形例の縦断面図。
本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら以下に説明する。図1はセラミックヒータ10の斜視図、図2は図1のA−A断面図である。
セラミックヒータ10は、エッチングやCVDなどの処理が施されるウエハWを加熱するために用いられるものであり、図示しない真空チャンバ内に設置される。このセラミックヒータ10は、ウエハ載置面20aを有する円盤状のセラミックプレート20と、セラミックプレート20のウエハ載置面20aとは反対側の面(裏面)20bに接合された筒状シャフト40とを備えている。
セラミックプレート20は、窒化アルミニウムやアルミナなどに代表されるセラミック材料からなる円盤状のプレートである。セラミックプレート20の直径は特に限定されるものではないが、例えば300mm程度である。セラミックプレート20は、セラミックプレート20と同心円状の仮想境界20c(図1参照)によって小円形の内周側ゾーンZ1と円環状の外周側ゾーンZ2とに分けられている。図2に示すように、セラミックプレート20の内周側ゾーンZ1には内周側抵抗発熱体22が埋設され、外周側ゾーンZ2には外周側抵抗発熱体24が埋設されている。両抵抗発熱体22,24は、例えばモリブデン、タングステン又はそれらの炭化物を主成分とするコイルで構成されている。
筒状シャフト40は、セラミックプレート20をセラミックプレート20の裏面20bから支持するものであり、セラミックプレート20と同じく窒化アルミニウム、アルミナなどのセラミックスで形成されている。筒状シャフト40は、上端のフランジ部40aがセラミックプレート20の裏面20bに接合されている。筒状シャフト40の下端からみたとき、筒状シャフト40はセラミックプレート20と同心円状になっている。セラミックプレート20の裏面20bのうち筒状シャフト40の内側の領域(シャフト内領域20d)には、凹部21が設けられている。凹部21は、シャフト内領域20dと略一致する大きさの円形溝である。本実施形態では、凹部21の内径と筒状シャフト40の内径とは同じであるか又は両者の差が微小である。そのため、凹部21の底面21bは、シャフト内領域20dと略一致する。凹部21の側面21aは、筒状シャフト40の下端から視認可能な位置にある。
内周側抵抗発熱体22は、始点22aから端を発し、一筆書きの要領で複数の折り返し部で折り返されつつ内周側ゾーンZ1のほぼ全域に配線されたあと、終点22bに至るように形成されている。始点22a及び終点22bは、内周側ゾーンZ1に設けられている。始点22a及び終点22bは、内周側抵抗発熱体22と同じ材料からなるタブレット状の始点端子23a及び終点端子23bに直接接続されている。始点端子23a及び終点端子23bは、セラミックプレート22に埋設され、凹部21の底面21bに露出するように設けられている。始点端子23a及び終点端子23bには、それぞれ金属製(例えばNi製)で直線状の給電部材42a,42bの上端が接合されている。始点端子23a及び終点端子23bは、給電部材42a,42bが接合される前は凹部21の底面21bに露出しているが、給電部材42a,42bが接合された後は給電部材42a,42bや接合層によって覆われているため凹部21の底面21bには露出していない。
外周側抵抗発熱体24は、始点24aから端を発し、一筆書きの要領で複数の折り返し部で折り返されつつ外周側ゾーンZ2のほぼ全域に配線されたあと終点24bに至るように形成されている。始点24a及び終点24bは、外周側ゾーンZ2に設けられている。始点24a及び終点24bは、外周側抵抗発熱体24と同じ材料からなるタブレット状の始点端子25a及び終点端子25bにジャンパ線26a,26bを介して接続されている。始点端子25a及び終点端子25bは、セレミックプレート20のうち凹部21の側面21aに近い位置に埋設され、凹部21の側面21aに露出するように設けられている。始点端子25a及び終点端子25bには、それぞれ金属製(例えばNi製)でL字状の給電部材44a,44bが接合されている。始点端子25a及び終点端子25bは、給電部材44a,44bが接合される前は凹部21の側面21aに露出しているが、給電部材44a,44bが接合された後は給電部材44a,44bや接合層によって覆われているため凹部21の側面21aには露出していない。
筒状シャフト40の内部には、内周側抵抗発熱体22の始点端子23a及び終点端子23bのそれぞれに接続される給電部材42a,42bや外周側抵抗発熱体24の始点端子25a及び終点端子25bのそれぞれに接続される給電部材44a,44bが配置されている。筒状シャフト40の内部には、セラミックプレート20の内周側ゾーンZ1の温度を測定するための図示しない内周側熱電対やセラミックプレート20の外周側ゾーンZ2の温度を測定するための図示しない外周側熱電対も配置されている。
次に、セラミックヒータ10の製造例について説明する。まず、内周側抵抗発熱体22及びその端子23a,23b、外周側抵抗発熱体24及びその端子25a,25b、並びにジャンパ線26a,26bを埋設した円盤状のセラミックプレート(表裏面がフラットなもの)を作製する。続いて、そのセラミックプレートの裏面のうちシャフト内領域20dとなる箇所に凹部21を設ける。凹部21は、例えば研削加工、切削加工、ブラスト加工などにより設けることができる。このとき、始点端子23aと終点端子23bは凹部21の底面21bに対向しているものの、セラミックプレートに埋設されたままで露出していない。また、始点端子25aと終点端子25bは凹部21の側面21aに対向しているものの、セラミックプレートに埋設されたままで露出していない。次に、得られたセラミックプレートの裏面に筒状シャフト40のフランジ部40aを接合する。接合としては、例えば拡散接合が挙げられる。このとき、端子23a,23b,25a,25bは露出していないため、拡散接合時の雰囲気によって化学変化(例えば酸化)することがない。次に、凹部21の底面21bのうち始点端子23aに対向する位置と終点端子23bに対向する位置に通常のドリルを使って穴を開け、両端子23a,23bを底面21bに露出させる。また、凹部21の側面21aのうち始点端子25aに対向する位置と終点端子25bに対向する位置にL型ドリルを使って穴を開け、両端子25a,25bを側面21aに露出させる。その後、各端子23a,23b,25a,25bに各給電部材42a,42b,44a,44bをろう接合し、セラミックヒータ20を得る。
次に、セラミックヒータ10の使用例について説明する。まず、図示しない真空チャンバ内にセラミックヒータ10を設置し、そのセラミックヒータ10のウエハ載置面20aにウエハWを載置する。そして、図示しない内周側熱電対によって検出された内周側ゾーンZ1の温度が予め定められた内周側目標温度となるように内周側抵抗発熱体22に供給する電力を調整すると共に、図示しない外周側熱電対によって検出された外周側ゾーンZ2の温度が予め定められた外周側目標温度となるように外周側抵抗発熱体24に供給する電力を調整する。これにより、ウエハWの温度が所望の温度になるように制御される。そして、真空チャンバ内を真空雰囲気もしくは減圧雰囲気になるように設定し、真空チャンバ内にプラズマを発生させ、そのプラズマを利用してウエハWにCVD成膜を施したりエッチングを施したりする。
以上説明した本実施形態のセラミックヒータ10では、外周側抵抗発熱体24に電力を供給するための始点端子25a及び終点端子25bは、凹部21の側面21aに露出するように設けられている。こうした端子25a,25bは、従来、セラミックプレートの裏面のシャフト内領域に露出するように設けられていたが、本実施形態では凹部21の側面21aに露出するように設けられている。そのため、セラミックプレート20の裏面20bのシャフト内領域20dを有効に利用することができる。
また、凹部21はシャフト内領域20dと略一致する大きさであるため、凹部21の底面21bを広くすることができ、凹部21の底面21bを有効に利用することができる。
更に、内周側ゾーンZ1に設けられた内周側抵抗発熱体22の端子23a,23bと外周側ゾーンZ2に設けられた外周側抵抗発熱体24の端子25a,25bは、凹部21の側面21aとセラミックプレート20の裏面20bのシャフト内領域20d(凹部21の底面21b)とに分散して配置されている。そのため、すべての端子23a,23b,25a,25bをセパレートプレート20の裏面20bのシャフト内領域20dに配置する場合に比べて、シャフト内領域20dをその他の部材の配置などに有効に利用することができる。
更にまた、外周側ゾーンZ2に設けられた外周側抵抗発熱体24の端子25a,25bは、凹部21の側面21aに露出するように設けられ、内周側ゾーンZ1に設けられた内周側抵抗発熱体22の端子23a,23bは、セラミックプレート20の裏面20bのシャフト内領域20d(凹部21の底面21b)に露出するように設けられている。そのため、内周側抵抗発熱体22の始点22aと始点端子23aとの距離や終点22bと終点端子23bとの距離が短くなり、それらを直接又は短い配線で繋ぐことができる。
そして、凹部21の側面21aは、筒状シャフト40の下端から視認可能な位置にあるため、セラミックプレート20に埋設された端子25a,25bを凹部21の側面21aに穴開け加工によって露出させる場合には、作業者は筒状シャフト40の下端から凹部21の側面21aを見ながら比較的容易にその穴開け加工を行うことができる。
そしてまた、セラミックヒータ10は給電部材42a,42b,44a,44bを備えているため、その給電部材42a,42b,44a,44bを利用して内周側及び外周側抵抗発熱体22,24に個別に電力を供給することができる。
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
例えば、上述した実施形態において、図3に示すように、凹部21の側面21aに露出している端子25a,25bに接続された給電部材44a,44bは、筒状シャフト40の内壁に沿う形状にしてもよい。図3では、上述した実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付した。こうすれば、図2に比べて筒状シャフト40の内部空間が広くなるため、その内部空間を他の目的に有効に利用することができる。
上述した実施形態では、内周側抵抗発熱体22の端子23a,23bをセラミックプレート20の裏面のシャフト内領域20dに露出するように設けたが、内周側抵抗発熱体22の端子23a,23bも凹部21の側面21aに露出するように設けてもよい。
上述した実施形態において、セラミックプレート20は、円板の裏面に円環板を貼り合わせて作製してもよい。具体的には、セラミックプレート20を凹部21の底面21bを含む水平面で上下に分割し、上側を円板、下側を円環板としてもよい。円環板の中央穴が凹部21になる。円板は、内周側及び外周側抵抗発熱体22,24とジャンパ線26a,26bのうち上下方向に延びる部分とを内蔵している。ジャンパ線26a,26bのうち上下方向に延びる部分の下端は、円板の裏面に露出させる。円板の裏面に円環板を貼り合わせる際、円板と円環板との間にジャンパ線26a,26bのうち水平方向に延びる部分を挟み込んで貼り合わせてもよい。ジャンパ線26a,26bのうち水平方向に延びる部分の一端は上下方向に延びる部分の下端と接続させ、水平方向に延びる部分の他端は凹部21に露出させる。この場合、円環板のうち円板の裏面と対向する面に、円環板の中央穴の側面から外周に向かう長溝を設けた上で貼り合わせてもよい。この長溝は、熱電対を挿通させるのに用いることができる。
上述した実施形態では、両抵抗発熱体22,24をコイル形状としたが、特にコイル形状に限定されるものではなく、例えば印刷パターンであってもよいし、リボン形状やメッシュ形状などであってもよい。
上述した実施形態において、セラミックプレート20に両抵抗発熱体22,24に加えて静電電極やRF電極を内蔵してもよい。
上述した実施形態では、いわゆる2ゾーンヒータを例示したが、特に2ゾーンヒータに限定されない。例えば、内周側ゾーンZ1を複数の内周側小ゾーンに分けて内周側小ゾーンごとに抵抗発熱体を一筆書きの要領で引き回してもよい。また、外周側ゾーンZ2を複数の外周側小ゾーンに分けて外周側小ゾーンごとに抵抗発熱体を一筆書きの要領で引き回してもよい。その場合、一部の抵抗発熱体の端子を凹部の側面に露出するように設けるようにし、残りの抵抗発熱体の端子をセラミックプレートの裏面のシャフト内領域に設けるようにしてもよい。あるいは、すべての抵抗発熱体の端子を、凹部の側面に露出するように設けるようにしてもよい。
10 セラミックヒータ、20 セラミックプレート、20a ウエハ載置面、20b 裏面、20c 仮想境界、20d シャフト内領域、21 凹部、21a 側面、21b 底面、22 内周側抵抗発熱体、22a 始点、22b 終点、23a 始点端子、23b 終点端子、24 外周側抵抗発熱体、24a 始点、24b 終点、25a 始点端子、25b 終点端子、26a,26b ジャンパ線、40 筒状シャフト、40a フランジ部、42a,42b,44a,44b 給電部材、W ウエハ、Z1 内周側ゾーン、Z2 外周側ゾーン。
本発明のセラミックヒータにおいて、前記抵抗発熱体は、前記ウエハ載置面を複数に分割したゾーンごとに設けられ、各ゾーンに設けられた前記抵抗発熱体のうち一部の抵抗発熱体の前記端子は、前記凹部の側面に露出するように設けられ、残りの抵抗発熱体の前記端子は、前記セラミックプレートの裏面の前記シャフト内領域に設けられていてもよい。こうすれば、ゾーンごとに設けられた抵抗発熱体の端子は、凹部の側面とセラミックプレートの裏面のシャフト内領域とに分散して配置される。そのため、すべての抵抗発熱体の端子をセラミックプレートの裏面のシャフト内領域に配置する場合に比べて、そのシャフト内領域をその他の部材の配置などに有効に利用することができる。
内周側抵抗発熱体22は、始点22aから端を発し、一筆書きの要領で複数の折り返し部で折り返されつつ内周側ゾーンZ1のほぼ全域に配線されたあと、終点22bに至るように形成されている。始点22a及び終点22bは、内周側ゾーンZ1に設けられている。始点22a及び終点22bは、内周側抵抗発熱体22と同じ材料からなるタブレット状の始点端子23a及び終点端子23bに直接接続されている。始点端子23a及び終点端子23bは、セラミックプレート20に埋設され、凹部21の底面21bに露出するように設けられている。始点端子23a及び終点端子23bには、それぞれ金属製(例えばNi製)で直線状の給電部材42a,42bの上端が接合されている。始点端子23a及び終点端子23bは、給電部材42a,42bが接合される前は凹部21の底面21bに露出しているが、給電部材42a,42bが接合された後は給電部材42a,42bや接合層によって覆われているため凹部21の底面21bには露出していない。
外周側抵抗発熱体24は、始点24aから端を発し、一筆書きの要領で複数の折り返し部で折り返されつつ外周側ゾーンZ2のほぼ全域に配線されたあと終点24bに至るように形成されている。始点24a及び終点24bは、外周側ゾーンZ2に設けられている。始点24a及び終点24bは、外周側抵抗発熱体24と同じ材料からなるタブレット状の始点端子25a及び終点端子25bにジャンパ線26a,26bを介して接続されている。始点端子25a及び終点端子25bは、セラミックプレート20のうち凹部21の側面21aに近い位置に埋設され、凹部21の側面21aに露出するように設けられている。始点端子25a及び終点端子25bには、それぞれ金属製(例えばNi製)でL字状の給電部材44a,44bが接合されている。始点端子25a及び終点端子25bは、給電部材44a,44bが接合される前は凹部21の側面21aに露出しているが、給電部材44a,44bが接合された後は給電部材44a,44bや接合層によって覆われているため凹部21の側面21aには露出していない。
次に、セラミックヒータ10の製造例について説明する。まず、内周側抵抗発熱体22及びその端子23a,23b、外周側抵抗発熱体24及びその端子25a,25b、並びにジャンパ線26a,26bを埋設した円盤状のセラミックプレート(表裏面がフラットなもの)を作製する。続いて、そのセラミックプレートの裏面のうちシャフト内領域20dとなる箇所に凹部21を設ける。凹部21は、例えば研削加工、切削加工、ブラスト加工などにより設けることができる。このとき、始点端子23aと終点端子23bは凹部21の底面21bに対向しているものの、セラミックプレートに埋設されたままで露出していない。また、始点端子25aと終点端子25bは凹部21の側面21aに対向しているものの、セラミックプレートに埋設されたままで露出していない。次に、得られたセラミックプレートの裏面に筒状シャフト40のフランジ部40aを接合する。接合としては、例えば拡散接合が挙げられる。このとき、端子23a,23b,25a,25bは露出していないため、拡散接合時の雰囲気によって化学変化(例えば酸化)することがない。次に、凹部21の底面21bのうち始点端子23aに対向する位置と終点端子23bに対向する位置に通常のドリルを使って穴を開け、両端子23a,23bを底面21bに露出させる。また、凹部21の側面21aのうち始点端子25aに対向する位置と終点端子25bに対向する位置にL型ドリルを使って穴を開け、両端子25a,25bを側面21aに露出させる。その後、各端子23a,23b,25a,25bに各給電部材42a,42b,44a,44bをろう接合し、セラミックヒータ10を得る。
更に、内周側ゾーンZ1に設けられた内周側抵抗発熱体22の端子23a,23bと外周側ゾーンZ2に設けられた外周側抵抗発熱体24の端子25a,25bは、凹部21の側面21aとセラミックプレート20の裏面20bのシャフト内領域20d(凹部21の底面21b)とに分散して配置されている。そのため、すべての端子23a,23b,25a,25bをセラミックプレート20の裏面20bのシャフト内領域20dに配置する場合に比べて、シャフト内領域20dをその他の部材の配置などに有効に利用することができる。

Claims (7)

  1. 表面にウエハ載置面を有するセラミックプレートと、
    前記セラミックプレートに埋設された抵抗発熱体と、
    前記セラミックプレートを前記セラミックプレートの裏面から支持する筒状シャフトと、
    前記セラミックプレートの前記裏面のうち前記筒状シャフトに囲まれたシャフト内領域に設けられた凹部と、
    前記凹部の側面に露出するように設けられ、前記抵抗発熱体に電力を供給する端子と、
    を備えたセラミックヒータ。
  2. 前記凹部は、前記シャフト内領域と一致する大きさである、
    請求項1に記載のセラミックヒータ。
  3. 前記抵抗発熱体は、前記ウエハ載置面を複数に分割したゾーンごとに設けられ、各ゾーンに設けられた前記抵抗発熱体のうち一部の抵抗発熱体の前記端子は、前記凹部の側面に露出するように設けられ、残りの抵抗発熱体の前記端子は、前記セラミックプレートの裏面の前記シャフト内領域に設けられている、
    請求項1又は2に記載のセラミックヒータ。
  4. 前記抵抗発熱体は、前記ウエハ載置面の内周側ゾーンに設けられた内周側抵抗発熱体と、前記ウエハ載置面の外周側ゾーンに設けられた外周側抵抗発熱体と、を含み、前記外周側抵抗発熱体の前記端子は、前記凹部の側面に露出するように設けられ、前記内周側抵抗発熱体の前記端子は、前記セラミックプレートの裏面の前記シャフト内領域に露出するように設けられている、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載のセラミックヒータ。
  5. 前記凹部の側面は、前記筒状シャフトの端部から視認可能な位置にある、
    請求項1〜4のいずれか1項に記載のセラミックヒータ。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載のセラミックヒータであって、
    前記端子に接続され、前記筒状シャフトの内部空間に配置された給電部材
    を備えたセラミックヒータ。
  7. 前記側面に露出している前記端子に接続された前記給電部材は、前記筒状シャフトの内壁に沿う形状になっている、
    請求項6に記載のセラミックヒータ。
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