JP6438352B2

JP6438352B2 - 加熱装置

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Publication number: JP6438352B2
Application number: JP2015107103A
Authority: JP
Inventors: 貴道小川
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2018-12-12
Anticipated expiration: 2035-05-27
Also published as: JP2016225016A

Description

本発明は、セラミック製の保持体とセラミック製の筒状支持体とを接合した構造を有する加熱装置に関するものである。

従来、プラズマＣＶＤ、熱ＣＶＤ、光ＣＶＤ、ＡＬＤ、スパッタリング等の成膜装置や、プラズマエッチング、光エッチング等のエッチング装置などといった半導体製造装置がよく知られている。この半導体製造装置は、被処理基材である半導体ウェハ等を保持した状態で各種処理温度に加熱する加熱装置（いわゆるサセプタ）を含んで構成されている。

一般的にこの種の加熱装置は、セラミック製の保持体とセラミック製の筒状支持体とを備えている。保持体の主面上には半導体ウェハが載置可能となっており、保持体の裏面中央部には筒状支持体の片側端面が接合固定されている。保持体の内部には抵抗発熱体が埋設されていて、その抵抗発熱体に通電することにより、主面上に搭載された半導体ウェハが数百℃に加熱されるようになっている。

ところで、近年の半導体製造プロセスにおいては、パターン微細化や歩留まり向上を図るため、被処理基材の加熱処理を行う保持体につき、面内の温度の均一性（面内均熱性）の改善に対する要求が高まってきている。具体的には、保持体の主面における面内均熱性を±１.０％以内とすること、さらには±０.５％以内とすることが期待されている。しかしながら、保持体内の抵抗発熱体で発生した熱は筒状支持体を介して逃げていく（即ち「熱逃げ」する）ため、保持体の温度は筒状支持体との接合部分で大きく低下してしまう。ゆえに、従来の加熱装置では、その構造上、保持体の面内均熱性の悪化を余儀なくされていた。

そこで近年においては、筒状支持体よりも内側となる領域における抵抗発熱体の単位面積当たりの抵抗値を、筒状支持体よりも外側となる領域における抵抗発熱体の単位面積当たりの抵抗値よりも大きくした加熱装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。そしてこの加熱装置によれば、筒状支持体との接合部分から熱逃げした温度分の熱が補われ、保持体の温度の部分的な低下が解消されうると考えられている。

特開平１１−３３９９３９号公報

しかしながら、特許文献１の加熱装置の場合、熱逃げした温度分の熱を補うことができたとしても、本質的に熱逃げを低減することはできない。そのため、保持体の面内均熱性の十分な改善には至らないという欠点があった。ここで、保持体と筒状支持体との接合部分に例えば空隙を設けるという熱逃げ対策も一応考えられる。ただし、当該空隙がガス供給路である場合には、逆に保持体の熱を奪い面内均熱性を悪化させてしまう可能性がある。従って、上述した従来の加熱装置のいずれを用いたとしても、半導体ウェハを均一に加熱処理することができず、処理の度合いにばらつきが生じやすかった。その結果、歩留まりの低下につながるという問題があった。

本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、保持体から筒状支持体への熱逃げに関する有効な対策を講じることにより、保持体の面内均熱性を改善することができる加熱装置を提供することにある。

そして上記課題を解決するための手段（手段１）としては、被処理基材が載置される主面及び裏面を有し、抵抗発熱体が埋設されたセラミック製の保持体と、端面が前記裏面に接合されるセラミック製の筒状支持体とを備え、前記筒状支持体は、前記端面にて開口する貫通孔を有し、前記保持体と前記筒状支持体との間の接合部分に空隙が形成され、前記空隙は、気密性を有し、前記接合部分である円環状領域の内周及び外周からの離間距離が等しくなる中間位置に配置され、前記保持体における前記抵抗発熱体は、前記端面のうち前記裏面に接合される部分の直上となる位置を通って敷設されており、前記筒状支持体の端面のうち前記裏面に接合される部分の面積を１００％としたとき、前記端面のうち前記裏面に接合される部分の直上となる位置を通って敷設される前記抵抗発熱体の面積は３０％〜１００％であることを特徴とする加熱装置がある。

従って、手段１に記載の発明によると、保持体と筒状支持体との間の接合部分に形成した空隙によって熱逃げ経路の一部が遮断され、当該経路の断面積が減少する結果、熱逃げが低減される。また、保持体の裏面と筒状支持体の端面とが直接接合している部分については、その直上となる位置を通って敷設された抵抗発熱体により、熱逃げにより減少する分の熱が補われる。このように熱逃げに関する有効な対策が講じられる結果、保持体において被処理基材を載せる面内の均熱性が改善される。

本発明において被処理基材とは、保持体に載置されて加熱処理される基材のことを指しており、そのサイズ、形状、材質等は特に限定されないが、例えば無機材料製の板状基材を例示することができる。具体的には、シリコン、ヒ素ガリウム、炭化ケイ素、サファイヤ等からなる半導体ウェハ、アルミニウムや鉄等からなる金属ウェハなどを好適例として挙げることができる。

保持体及び筒状支持体はともにセラミック製である。これら部材を構成するセラミックの種類は限定されないが、例えば、アルミナ、イットリア（酸化イットリウム）、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化珪素、窒化珪素などといった高温焼成セラミックを主成分とする焼結体などが好適例として挙げることができる。また、用途に応じて、ホウケイ酸系ガラスやホウケイ酸鉛系ガラスにアルミナ等の無機セラミックフィラーを添加したガラスセラミックのような低温焼成セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよい。あるいは、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、チタン酸ストロンチウムなどの誘電体セラミックを主成分とする焼結体を選択してもよい。

なお、半導体製造プロセスにおけるドライエッチングなどの各処理においては、プラズマを用いた技術が種々採用され、プラズマを用いた処理においては、ハロゲンガスなどの腐食性ガスが多用されている。このため、腐食性ガスやプラズマに晒されるサセプタ等のような半導体製造装置用の加熱装置には、耐熱性（例えば７００℃以上）に加えて、高い耐食性が要求される。従って、保持体及び筒状支持体は、腐食性ガスやプラズマに対する耐食性がある材料、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、イットリアを主成分とする材料からなることが好ましい。

保持体に埋設される抵抗発熱体を構成する導体の材料としては特に限定されないが、例えば、保持体及び筒状支持体を構成するセラミック材料がいわゆる高温焼成セラミック（例えばアルミナ等）からなる場合には、抵抗発熱体を構成する金属として、ニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）等やそれらの合金が選択可能である。保持体及び筒状支持体を構成するセラミック材料がいわゆる低温焼成セラミック（例えばガラスセラミック等）からなる場合には、抵抗発熱体を構成する金属として、銅（Ｃｕ）または銀（Ａｇ）等やそれらの合金が選択可能である。また、保持体及び筒状支持体を構成するセラミック材料が高誘電率セラミック（例えばチタン酸バリウム等）からなる場合には、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）等やそれらの合金が選択可能である。なお、抵抗発熱体は、金属粉末を含む導体ペーストを用い、従来周知の手法、例えば印刷法等により塗布された後、焼成することで形成可能である。

本発明においては、保持体の裏面と筒状支持体の端面とは固相接合されている。この接合では、公知の接合剤、例えばアルカリ土類、希土類、アルミニウムの複合酸化物等といった焼結助剤を含むものが用いられる。このような接合剤は、有機溶剤等と混合してペースト状にして、保持体または筒状支持体の接合面に均一に印刷塗布され、その後脱脂処理される。なお、保持体の裏面と筒状支持体の端面とは、ロウ付けやガラス接合等の方法によっても接合することができる。

本発明において保持体と筒状支持体との間の接合部分には、空隙が形成されている。この空隙は、保持体から筒状支持体への熱逃げ経路の一部を遮断する役割を果たすものである。空隙は、筒状支持体の端面及び保持体の裏面のいずれかに形成されてもよく、あるいはその両方に形成されてもよい。この加熱装置における空隙は、気密性を有しないものでもよいが、断熱性能向上の観点から気密性を有するものであることが好ましい。外部から隔絶された気密性の空隙とは、それ自身独立した空間となっており、どこの領域にも連通していない空隙のことを指す。つまり、この空隙は、外部からの流体の流入、外部への流出がない完全に閉じた空間となっている。

空隙は、筒状支持体の端面に設けられた凹部により形成されていることが好ましい。保持体側には抵抗発熱体が埋設されているため、抵抗発熱体を避けて凹部を形成する必要があり、凹部の形成位置に制約を受ける場合があるからである。それに対して、筒状支持体の端面には抵抗発熱体が存在していないので、凹部の形成位置に制約を受けにくく、保持体側に凹部を設ける場合に比べて製造しやすくなるからである。

空隙内は、気体が存在していない真空状態であってもよいが、気体が存在していてもよい。空隙内が真空状態であると、極めて高い断熱性能を付与することができるとともに、保持体及び筒状支持体の接合部分の強度向上を図ることができる。また、空隙内が非真空状態である場合、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスが主体として存在していることが好ましい。そのときの空隙内の気圧は、室温で大気圧より低い減圧状態に保たれていることが好ましい。このようにしても、高い断熱性能を付与することができるとともに、接合部分の強度低下を回避することができる。

筒状支持体は両方の端面にて開口する貫通孔を有している。その貫通孔内には、例えば保持体内に埋設された抵抗発熱体に電力を供給するための端子電極や、温度測定用の熱電対や、被処理基材を持ち上げるためのリフトピンなどが収容されている。ここで、空隙と貫通孔とを主面と平行な仮想平面に投影したとき、その投影面において空隙は貫通孔を包囲するように形成されていてもよい。空隙をこのように配置することで、貫通孔周りにおいて均等に断熱が図られるため、保持体の面内均熱性の向上につながる。なお、空隙と貫通孔とは同一面に存在していてもよいほか、互いに異なる面に存在していてもよい。

空隙はリング状であって、貫通孔を全周にわたって包囲していてもよい。この構成であると、空隙が貫通孔周りにおいて連続的に配置されることで、保持体の面内均熱性を向上することができる。また、空隙は複数箇所にて分割されたリング状であって、貫通孔を非連続的に包囲していてもよい。この構成であると、貫通孔周りにおいて均等に断熱が図られるばかりでなく、接合部分の強度低下を回避することができる。

ここで、貫通孔を有する筒状支持体と保持体とを接合した場合、接合部分は円環状領域となる。空隙を形成する凹部は、上記円環状領域の任意の位置に配置されることが可能である。好ましくは、凹部は円環状領域の内周及び外周から若干離間した位置（例えばそれぞれ５ｍｍ以上離間した位置）に配置されることがよい。さらには、円環状領域の内周から外周までの距離を、円環状領域の幅（即ち、接合部分の幅）と定義すると、凹部の幅は接合部分の幅の１０％〜５０％程度、好ましくは３０％〜４０％程度に設定されることがよい。その理由は、保持体の面内均熱性を確実に向上することができる一方で、接合部分の強度低下を確実に回避することができるからである。なお、この場合において凹部は、円環状領域の内周または外周の近傍に配置されるのではなく、内周及び外周からの離間距離が等しくなる中間位置に配置されることがよい。この構成であると、円環状領域の内周及び外周に到るまでの距離が比較的長くなるため、気密性の空隙を確実に形成することができる。また、凹部の深さは特に限定されず任意に設定されるが、例えば１ｍｍ以上であることがよく、３ｍｍ以上であることがよりよい。その理由は、１ｍｍよりも浅いと好適な断熱性能を付与することが困難となるからである。ただし、凹部が深すぎると、筒状支持体または保持体の機械的強度の低下につながるおそれがあることから、凹部の深さは例えば１０ｍｍ以下であることがよく、５ｍｍ以上であることがよりよい。

本発明において抵抗発熱体は、主面にも裏面にも露出しないように保持体内に埋設されている。例えば、保持体が複数のセラミック焼結体層からなる積層構造物である場合、抵抗発熱体はそれらの層間における１層以上に設けられる。また、抵抗発熱体の平面視パターンは特に限定されず任意であるが、例えば略同心円状をなすようにレイアウトされる。

ここで、筒状支持体の端面のうち、空隙に対応しない部分は「保持体の裏面に接合される部分」であると把握でき、空隙に対応する部分は「保持体の裏面に接合されない部分」であると把握できる。そして抵抗発熱体は、上記「保持体の裏面に接合される部分」の直上となる位置を通って敷設されている。言い換えると、抵抗発熱体は、筒状支持体の端面のうち空隙の直上となる位置を極力避けて敷設されている。このような配置態様とすることで、熱逃げにより減少する分の熱を効率よく補うことができるからである。例えば、貫通孔を全周にわたって包囲するリング状の空隙を設けた場合には、リング状の空隙の内周側及び外周側にできる環状領域がそれぞれ「保持体の裏面に接合される部分」となる。よって、抵抗発熱体は、上記２つの部分の直上となる位置を通って敷設されることが好ましい。

この場合、上記「保持体の裏面に接合される部分」の直上となる位置を通って敷設される抵抗発熱体は、加熱装置が本来備えるメインの抵抗発熱体の一部分であってもよいが、それとは別に設けられたサブの抵抗発熱体（いわば温度補填用の抵抗発熱体）であってもよい。後者の構成によれば、メインの抵抗発熱体とサブの抵抗発熱体とで電気的に別系統とすることができるため、例えば個々の抵抗発熱体ごとに温度制御することが可能になる。なお、サブの抵抗発熱体は、メインの抵抗発熱体と同一層に配置されていてもよいほか、異なる層に配置されていてもよい。

筒状支持体の端面のうち「保持体の裏面に接合される部分」の面積を１００％としたとき、「保持体の裏面に接合される部分」の真上となる位置を通って敷設される抵抗発熱体は、その面積の例えば３０％〜１００％、好ましくは５０％〜１００％、より好ましくは７０％〜１００％の面積割合となるように敷設されることがよい。

抵抗発熱体は、保持体の裏面に接合される部分の直上となる位置のみを通って敷設されなくてもよく、部分的であれば、空隙に対応する部分の直上となる位置を通って敷設されてもよい。換言すると、抵抗発熱体は、筒状支持体の端面のうち空隙に対応する部分の直上となる位置を完全に避けている必要はない。

上記手段１に記載の加熱装置は、例えば以下の方法により製造することが可能である。まず、前記保持体及び前記筒状支持体を準備するとともに、前記保持体の前記裏面及び前記筒状支持体の前記端面のうちの少なくとも一方に、後に前記空隙となる凹部を形成しておく準備工程を行う。次に、前記保持体の前記裏面と前記筒状支持体の前記端面とを重ね合わせ、真空中または減圧雰囲気中で前記保持体と前記筒状支持体とのプレスを行って前記保持体と前記筒状支持体とを接合する接合工程を行う。

そしてこの製造方法によれば、保持体の裏面と筒状支持体の端面とを重ね合わせて保持体と筒状支持体とのプレスを行う接合工程を経ることにより、保持体と筒状支持体とが接合される。このとき、保持体及び筒状支持体は真空中または減圧雰囲気中で接合されることから、両者を強固に接合することができることに加え、外部から隔絶された気密性の空隙を簡単にかつ確実に形成することができる。さらに、この方法によると、抵抗発熱体が酸化されにくくなるので、抵抗発熱体の劣化や抵抗値のばらつきを未然に防止することができる。しかも、非酸化物セラミック製の保持体と筒状支持体とを選択した場合であっても、それら同士の接合を確実に行うことができる。

準備工程を経て準備される保持体及び筒状支持体は、ともにセラミック焼結体である。これらのセラミック焼結体は、セラミック材料を用いてまずセラミック成形体を作製した後、その成形体を焼成することで得られる。後に空隙となる凹部は、焼成の前後を問わず加工形成することができる。

接合工程では、接合面である保持体の裏面及び筒状支持体の端面をあらかじめ研磨加工により平滑化したうえで、互いに重ね合わせることが好ましい。その理由は、表面粗さの小さい平滑な接合面同士を接合することで、接合面同士の密着性が向上し、気密性の高い空隙を確実に形成することができるからである。この場合、接合面の表面粗さ（Ｒａ）は例えば２μｍ以下とすることがよく、１μｍ以下とすることがよりよい。また、接合面の平面度は例えば１５μｍ以下とすることがよく、１０μｍ以下とすることがよりよい。

接合工程では、真空中または減圧雰囲気中で保持体と筒状支持体とのプレスを行う。このとき、接合面には例えば焼結助剤を含む公知の接合剤があらかじめ塗布され、その後プレスによって荷重をかけた状態で加熱処理することにより、保持体と筒状支持体とが接合される。

本発明を具体化した実施形態における実験例１の半導体製造装置用の加熱装置（サセプタ）を示す概略断面図。上半分が図１に示す実験例１の加熱装置のＢ−Ｂ線における断面図、下半分がＡ−Ａ線における断面図。実験例１の加熱装置の製造手順を説明するための図。別の実施形態の加熱装置を示す概略断面図。上半分が図４に示す実施形態の加熱装置のＤ−Ｄ線における断面図、下半分がＣ−Ｃ線における断面図。別の実施形態の加熱装置における空隙を示す要部拡大断面図。別の実施形態の加熱装置における空隙を示す要部拡大断面図。別の実施形態の加熱装置における空隙及び抵抗発熱体を示す要部拡大断面図。別の実施形態の加熱装置における空隙及び抵抗発熱体を示す要部拡大断面図。別の実施形態の加熱装置における空隙及び抵抗発熱体を示す要部拡大断面図。

以下、本発明を半導体製造装置用の加熱装置（サセプタ）に具体化した一実施形態を図１〜図３に基づき詳細に説明する。

図１、図２に示されるように、本実施形態の半導体製造装置用の加熱装置１１は、被処理基材である半導体ウェハ１５を保持した状態で所定の処理温度に加熱するためのサセプタである。この加熱装置１１は、基本的にセラミック製の保持体２１とセラミック製の筒状支持体３１とを備えている。

本実施形態の保持体２１は、直径が１００ｍｍ〜５００ｍｍ程度、厚さが３．０ｍｍ〜１０．０ｍｍ程度の平面視略円形状の板状物である。保持体２１は、半導体ウェハ１５を保持するための保持面である平坦な主面２２と、保持体側の接合面である平坦な裏面２３とを有している。この保持体２１は、緻密なセラミック焼結体からなり、複数層のセラミック層（図示略）を積層した構造を有している。なお、本実施形態の保持体２１は窒化アルミニウム製である。

図１、図２に示されるように、本実施形態の筒状支持体３１は、上側の端面３２及び下側の端面３３にて開口する貫通孔３４を有する中空円筒状の部材である。この筒状支持体３１では、外径が３０ｍｍ〜９０ｍｍ程度、内径が１０ｍｍ〜６０ｍｍ程度、長さが１００ｍｍ〜３００ｍｍ程度となっている。この筒状支持体３１は、緻密なセラミック焼結体からなり、本実施形態では保持体２１と同じく窒化アルミニウム製である。筒状支持体側の接合面である端面３２は、保持体２１の裏面２３の中央部に対し、焼結助剤の成分を主体とする図示しない接合層を介して接合固定されている。

図１に示されるように、保持体２１内の所定の深さ位置には、保持体２１を全体的に加熱するヒータ電極層としての抵抗発熱体２５が埋設されている。抵抗発熱体２５は、タングステンやモリブデン等の高融点金属を主成分として形成された導体層であって、本実施形態では同心円状かつ一筆書きとなるようにレイアウトされている。抵抗発熱体２５における２つの末端部分は、保持体２１の中心部近傍に設けられており、それらの部分に対してビア導体２６の一方の端部が接続されている。一方、保持体２１の裏面２３上には一対の受電電極２７が設けられており、それらに対してビア導体２６の他方の端部が接続されている。その結果、抵抗発熱体２５と受電電極２７とがビア導体２６を介して電気的に接続された状態となっている。これらの受電電極２７の表面上には、筒状支持体３１の貫通孔３４内に収容された棒状の電極端子４３がそれぞれロウ付けによって接合されている。これらの電極端子４３に電圧を印加することで、保持体２１内に埋設された抵抗発熱体２５に電力が供給され、保持体２１の温度が上昇するように構成されている。また、筒状支持体３１の貫通孔３４内には熱電対４２が収容されており、保持体２１の中心部にはその熱電対４２の先端部分４４が埋め込まれている。

図１，図２に示されるように、保持体２１と筒状支持体３１との間の接合部分Ｂ１には、外部から隔絶された気密性の空隙４１が形成されている。空隙４１内は、気体が殆ど存在していない真空状態となっている。この空隙４１は、保持体２１から筒状支持体３１への熱逃げ経路の一部を遮断する役割を果たすものである。この空隙４１は、筒状支持体３１の端面３２に形成された凹部３６により構成されるとともに、貫通孔３４を全周にわたって連続的に包囲するリング状に形成されている。本実施形態の凹部３６は環状溝であって、円環状領域の内周及び外周からそれぞれ３ｍｍ以上離間した位置に配置されている。本実施形態では接合部分Ｂ１の幅Ｗ１が１０ｍｍとなっており、凹部３６の幅Ｗ２は接合部分Ｂ１の幅Ｗ１の３０％〜４０％程度に設定されている。具体的には凹部３６の幅Ｗ２は３ｍｍ〜４ｍｍ程度に設定されている。また、凹部３６は断面矩形状であって、その深さは３ｍｍ〜５ｍｍ程度に設定されている。

図１，図２に示されるように、この加熱装置１１では、保持体２１における抵抗発熱体２５の一部（温度補填用の抵抗発熱体２５Ａ）が、筒状支持体３１の端面３２のうち裏面２３に接合される部分Ｂ２の直上となる位置を通って敷設されている。ここで、抵抗発熱体２５Ａとリング状の空隙４１とを主面２２と平行な仮想平面に投影した投影面において、抵抗発熱体２５Ａは空隙４１の内周及び外周に沿うような形で２重リング状に配置された状態となっている。また、当該部分Ｂ２の面積を１００％としたとき、実験例１の抵抗発熱体２５Ａは、その面積の約８０％の面積割合となるように敷設されている。

以下、本実施形態の実験例１の加熱装置１１の製造手順を図３に基づいて説明する。

（保持体２１の作製）
窒化アルミニウム粉末１００重量部に、酸化イットリウム（イットリア；Ｙ_２Ｏ_３）粉末１重量部と、アクリル系バインダ２０重量部と、適量の分散剤及び可塑剤と加えた混合物に、トルエン等の有機溶剤を加え、ボールミルにて２４時間混合し、グリーンシート用スラリーを作製した。そしてこのスラリーを出発材料として用い、キャスティング装置でスラリーをシート状に成形した後に乾燥させ、約３５０ｍｍ角であって厚さ０．８ｍｍのグリーンシート５１を複数枚作製した。

また、窒化アルミニウム粉末、アクリル系バインダ、テルピネオール等の有機溶剤の混合物に、タングステンやモリブデン等の導電性粉末を添加して混練することにより、メタライズペーストを作製した。そして、スクリーン印刷装置等を用いてこのメタライズペーストを印刷することにより、特定のグリーンシート５１に、後に抵抗発熱体２５，２５Ａや受電電極２７等となる未焼結導体層５２を形成した。また、グリーンシート５１にあらかじめビア孔を設けた状態で印刷することにより、後にビア導体２６となる未焼結導体部を形成した。なお、静電チャック用電極やＲＦ用電極の形成が必要であれば、後にこれら電極となる未焼結導体層をさらに形成してもよい。また、必要に応じて、各種の穴（例えば、熱電対固定用の穴、リフトピン出没用の穴など）を形成しておいてもよい。

次に、これらのグリーンシート５１を複数枚（本実施形態では例えば２０枚）熱圧着し、必要に応じて外周を切断して、厚さ約８ｍｍのグリーンシート積層体を作製した。続いて、このグリーンシート積層体をマニシングによって切削加工し、円板状の成形体５３を作製した。次に、得られた成形体５３を窒素中５５０℃で１２時間脱脂し、脱脂体を得た。さらに、この脱脂体をカーボン炉Ｋ１の窒化アルミニウム製さや内に入れ、窒素雰囲気下かつ常圧にて例えば１９００℃で４時間焼成し、焼成体５４を作製した。さらに、焼成体５４の表面を研磨加工して、目的とする寸法（直径３３０ｍｍ×厚さ５ｍｍ）の保持体２１を作製した。

（筒状支持体３１の作製）
窒化アルミニウム粉末１００重量部に、酸化イットリウム粉末１重量部、ＰＶＡバインダ３重量部と、適量の分散剤及び可塑剤とを加えた混合物に、メタノール等の有機溶剤を加え、ボールミルにて１５時間混合した。このようにして得られたスラリーをスプレードライヤーにて顆粒化し、これを原料粉末とした。次に、ゴム型６１の中央部に中子６２を配置した状態で原料粉末を充填し、２００ＭＰａの圧力で冷間静水圧プレスした。その結果、貫通孔３４及び後に空隙４１を形成する凹部３６を有する円筒状の成形体６３を得た。ここでは、凹部成形用の環状凸部６４を内面に備えるゴム型６１を使用し、プレス成形と同時に凹部３６を形成した。この方法に代え、プレス成形後のマシニングによる加工によって凹部３６を形成してもよい。

得られた成形体６３は垂直に立てて空気中にて６００℃で脱脂し、脱脂体を得た。さらに、この脱脂体を窒素ガス雰囲気の焼成炉Ｋ２内にて吊り下げ、１８５０℃で５時間焼成した。その結果、外径６０ｍｍ、内径４０ｍｍ、長さ２００ｍｍの焼成体６７（即ち筒状支持体３１）を得た。

（保持体２１及び筒状支持体３１の接合）
上記のような準備工程を実施した後、下記の手順で接合工程を実施した。接合工程では、まず、保持体２１の接合面（即ち裏面２３）、筒状支持体３１の接合面（即ち端面３２）に対し、それぞれラッピング加工を行った。このラッピング加工では、表面粗さＲａが１μｍ以下、平面度が１０μｍ以下となるようにした。そして、保持体２１または筒状支持体３１の接合面に、希土類や有機溶剤等を混合してペースト状にした公知の接合剤を均一に塗布した後、脱脂処理した。次いで、保持体２１の裏面２３と筒状支持体３１の端面３２とを重ね合わせ、減圧した窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス中、または真空中で、１４００℃〜１８５０℃の温度、かつ０．５ＭＰａ〜１０ＭＰａの圧力にてホットプレス焼成を行った。ここでは、ホットプレス用焼成炉Ｋ３を用いて筒状支持体３１の軸線方向に１ＭＰａのプレス圧Ｐ１を加えながら、真空中にて１６００℃の温度条件でホットプレス焼成を行い、保持体２１と筒状支持体３１とを接合した。

（電極端子４３の接合等）
接合工程の後、受電電極２７の表面上に棒状の電極端子４３をロウ付けするとともに、保持体２１における熱電対固定用の穴内に熱電対４２の先端部分４４を埋設固定した。以上の工程により、図１に示す実験例１の加熱装置１１を完成させた。

そして、同様の手順で、実験例２〜４の加熱装置（いずれも図示略）をそれぞれ作製した。実験例２は、実験例１と同様の位置に、外部から隔絶された気密性の空隙４１を有するものとした。ただし、抵抗発熱体２５の一部（抵抗発熱体２５Ａ）が、筒状支持体３１の端面３２のうち裏面２３に接合される部分Ｂ２の直上となる位置を殆ど通らずに敷設されている。具体的には、当該部分Ｂ２の面積を１００％としたとき、実験例２の抵抗発熱体２５Ａは、その面積の３０％未満の面積割合となっている。実験例３は、実験例１のような空隙４１を有しないものとした。実験例４は、実験例１のような空隙４１にて開口するガス供給路が２箇所形成され、それらを介して空隙４１が外部とつながっているものとした。

上記の実験例１〜４について下記の評価試験を行った。即ち、真空中で抵抗発熱体２５に直流電圧２００Ｖを印加し、保持体２１の主面２２側を設定温度（Ｔ_０＝４５０℃）に発熱させた。そのときの主面２２の温度を赤外線サーモグラフィ装置にて測定した。そして、主面２２内の最も温度が高い箇所と、筒状支持体３１との接合部分Ｂ１の直上となるエリアのうち最も温度が低い箇所とを選択し、両者の温度を比較した。その結果を表１に示す。ちなみに、表１には、「面内の最高温度Ｔ_ｍａｘ（℃）」、「接合部分直上での最低温度Ｔ_ｍｉｎ（℃）」、「温度差Ｔ_ｍａｘ−Ｔ_ｍｉｎ（℃）」、「設定温度Ｔ_０に対する温度差（％）」を記載した。なお、「設定温度Ｔ_０に対する温度差（％）」は面内均熱性の良否を示すものである。

その結果、実験例１では面内均熱性を±０.５％以内とすることができるに留まらず、±０.１％以内とすることができた。それゆえ、いわゆる熱逃げに関する有効な対策が講じられていると考えられ、極めて優れた面内均熱性が達成されていることがわかった。実験例２においても、面内均熱性を±０.５％以内とすることができ、優れた面内均熱性が達成されていることがわかったが、上記実験例１には及ばなかった。

これに対して、空隙を形成していない実験例３では、いわゆる熱逃げの影響が大きく、面内均熱性を±１.０％以内とすることができなかった。また、実験例４では、空隙４１を形成したにもかかわらずガス供給路から熱が奪われることから、面内均熱性を±１.０％以内とすることができなかった。

従って、本実施の形態によれば以下の効果を得ることができる。

（１）本実施形態の加熱装置１１では、保持体２１と筒状支持体３１との間の接合部分Ｂ１に形成した空隙４１によって熱逃げ経路の一部が遮断され、当該経路の断面積が減少する結果、熱逃げが低減される。また、保持体２１の裏面２３と筒状支持体３１の端面３２とが直接接合している部分Ｂ２については、その直上となる位置を通って敷設された抵抗発熱体２５Ａにより、熱逃げにより減少する分の熱が補われる。このように熱逃げに関する有効な対策が講じられる結果、保持体２１の主面２２の面内均熱性が確実に改善される。従って、本実施形態の加熱装置１１によれば、半導体ウェハ１５を均一に加熱処理することができ、半導体製造時の歩留まりの向上を達成することができる。

（２）本実施形態の加熱装置１１では、空隙４１が、外部から隔絶された気密性の空隙４１であることから、非気密性である場合に比べて断熱性能を向上することができる。よって、熱逃げを効率よく低減することができ、保持体２１の主面２２の面内均熱性をより確実に改善することができる。

（３）本実施形態の製造方法によると、保持体２１の裏面２３と筒状支持体３１の端面３２とを重ね合わせてホットプレス焼成を行う接合工程を経ることにより、保持体２１と筒状支持体３１とが接合される。このとき、保持体２１及び筒状支持体３１は真空中または減圧雰囲気中で接合されることから、両者を強固に接合することができる。それに加え、外部から隔絶された気密性の空隙４１を簡単にかつ確実に形成することができる。さらに、この方法によると、抵抗発熱体２５，２５Ａが酸化されにくくなるので、抵抗発熱体２５，２５Ａの劣化や抵抗値のばらつきを未然に防止することができる。しかも、非酸化物セラミックである窒化アルミニウム製の保持体２１と筒状支持体３１とを選択した場合であっても、接合工程の際にそれらの酸化、劣化を防ぐことができ、それら同士の接合を確実に行うことができる。

なお、本発明の実施の形態は以下のように変更してもよい。

・上記実施形態の実験例１の加熱装置１１に代えて、例えば、図４，図５に示す別の実施形態の加熱装置１１Ａのように構成してもよい。この加熱装置１１Ａは、実験例１と同じ空隙４１を備えている。ただし、この加熱装置１１Ａの場合、筒状支持体３１には、空隙４１にて開口するガス供給路３８，３９が２箇所形成されている。空隙４１は、それらのガス供給路３８，３９を介して外部とつながっている。そして、これらのガス供給路３８，３９を介して空隙４１内に窒素ガスを流すことができるようになっている。従って、この空隙４１は実験例１とは異なり、気密性の状態とはなっていない。ただし、抵抗発熱体２５Ａが、筒状支持体３１の端面３２のうち裏面２３に接合される部分Ｂ２の直上となる位置を通って敷設されている点については、上記実験例１と等しくなっている。このように構成された加熱装置１１Ａであっても、熱逃げに関する有効な対策が講じられることで、保持体２１の主面２２の面内均熱性を確実に改善することができる。

・上記実施形態の実験例１の加熱装置１１では、貫通孔３４を連続的に包囲するリング状の空隙４１を形成したが、空隙の形状はこれに限定されず任意に変更することができる。例えば、図６に示す別の実施形態の加熱装置１１Ｂでは、空隙４１Ａが、貫通孔３４を包囲するようにリング状に配置された複数の円形状の凹部７１（直径３ｍｍ〜４ｍｍ）によって形成されている。従って、貫通孔３４が複数の空隙４１Ａにより非連続的に包囲されている。図７に示す別の実施形態の加熱装置１１Ｃでは、空隙４１Ｂが、貫通孔３４を包囲するようにリング状に配置された複数の凹部７２によって形成されている。なお、これら凹部７２は、上記実験例１の凹部３６を複数箇所（８箇所）で均等に分割したものと実質的に同じものである。従って、貫通孔３４が複数の空隙４１Ｂにより非連続的に包囲されている。

・図８に示す別の実施形態の加熱装置１１Ｄのように、保持体２１の裏面２３に設けた凹部３６Ａによって、空隙４１Ｃを形成してもよい。また、図９に示す別の実施形態の加熱装置１１Ｅのように、保持体２１の裏面２３に設けた凹部３６Ｂと、筒状支持体３１の端面３２に設けた凹部３６Ｃとによって、空隙４１Ｄを形成してもよい。

・上記実施形態では、温度補填用の抵抗発熱体２５Ａが、メインの抵抗発熱体２５の一部としてそれと同一層に配置されていたが、勿論これに限定されない。例えば、同一層に温度補填用の抵抗発熱体２５Ａとメインの抵抗発熱体２５とを配置し、それらを電気的に独立させて別系統の回路としてもよい。また、図１０に示す別の実施形態の加熱装置１１Ｆのように、温度補填用の抵抗発熱体２５Ａとメインの抵抗発熱体２５とを異なる層に配置し、それらを電気的に独立させて別系統の回路としてもよい。なお、図１０では、メインの抵抗発熱体２５を基準として接合部分Ｂ１に近い位置に温度補填用の抵抗発熱体２５Ａを配置したが、これとは逆に接合部分Ｂ１に遠い位置に配置してもよい。

・上記実施形態では、保持体２１及び筒状支持体３１をともに窒化アルミニウム製としたが、これに限定されず例えばともにアルミナ製としてもよい。また、このように同種のセラミックを用いるばかりでなく、異種のセラミックを組み合わせて保持体２１及び筒状支持体３１を構成してもよい。その一例を挙げると、例えば、保持体２１を窒化アルミニウム製とし、筒状支持体３１をそれよりも低熱伝導性であるアルミナ製としてもよい。

次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施の形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。

（１）上記手段１において、前記空隙は、外部から隔絶された気密性の空隙であること。
（２）上記手段１において、前記空隙は、外部から隔絶された気密性の空隙であり、前記空隙内の気体の圧力は、常温で大気圧よりも低くなっていること。
（３）上記手段１において、前記空隙は、外部から隔絶された気密性の空隙であり、前記空隙内の気体は、不活性ガスを主体とすること。
（４）上記手段１において、前記保持体及び前記筒状支持体は、ともに窒化物セラミック製であること。
（５）上記手段１において、前記凹部の幅は前記接合部分の幅の３０％〜４０％に設定されていること。
（６）上記手段１において、前記空隙の深さは３ｍｍ〜５ｍｍであること。

１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆ…加熱装置
１５…被処理基材としての半導体ウェハ
２１…保持体
２２…主面
２３…裏面
２５…抵抗発熱体
３１…筒状支持体
３２…端面
３４…貫通孔
３６，３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃ，３６Ｄ，３６Ｅ…凹部
４１，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ…空隙
Ｂ１…接合部分
Ｂ２…端面のうち裏面に接合される部分

Claims

被処理基材が載置される主面及び裏面を有し、抵抗発熱体が埋設されたセラミック製の保持体と、
端面が前記裏面に接合されるセラミック製の筒状支持体と
を備え、
前記筒状支持体は、前記端面にて開口する貫通孔を有し、
前記保持体と前記筒状支持体との間の接合部分に空隙が形成され、
前記空隙は、気密性を有し、前記接合部分である円環状領域の内周及び外周からの離間距離が等しくなる中間位置に配置され、
前記保持体における前記抵抗発熱体は、前記端面のうち前記裏面に接合される部分の直上となる位置を通って敷設されており、
前記筒状支持体の端面のうち前記裏面に接合される部分の面積を１００％としたとき、前記端面のうち前記裏面に接合される部分の直上となる位置を通って敷設される前記抵抗発熱体の面積は３０％〜１００％である
ことを特徴とする加熱装置。
前記空隙は、前記筒状支持体の前記端面に設けられた凹部により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の加熱装置。
前記筒状支持体は、前記端面にて開口する貫通孔を有し、
前記空隙と前記貫通孔とを前記主面と平行な仮想平面に投影した投影面において、前記空隙は前記貫通孔を包囲するように形成されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の加熱装置。
前記投影面において、前記空隙はリング状であって、前記貫通孔を全周にわたって包囲していることを特徴とする請求項３に記載の加熱装置。
前記投影面において、前記空隙は複数箇所にて分割されたリング状であって、前記貫通孔を非連続的に包囲していることを特徴とする請求項３に記載の加熱装置。