JP6618159B2 - 発熱部材 - Google Patents
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Description
本発明は、加温対象物の温度を均一に保つための発熱部材に関するものである。
近年、半導体製造プロセスでのウェハの微細加工には、ドライエッチングなどの真空又は減圧下で行われる乾式法が多く採用されている。プラズマを利用したドライエッチングの場合、ウェハにはプラズマからの入熱がある。ウェハ温度はエッチングレートに影響するため、ウェハ内の温度分布にむらがあるとエッチングの深さにばらつきが生じる。そのため、特許文献１〜３に記載のように、ヒータユニットをウェハの下に配置し、ウェハの面内温度を均一に保つようにしている。
半導体製造装置内の一部にヒータを作製する手法は様々であるが、１つの手法として、溶射が挙げられる。溶射によれば、薄くかつ均一な厚みの膜が得られ、設計の自由度も高い。ヒータを溶射によって形成する場合、特許文献１〜３に記載のように、溶射材料として高融点金属であるタングステン（Ｗ）が使用されることが多い。
本発明者らは、タングステンを溶射材料として形成した溶射皮膜からなるヒータを何度も使用するうちに、ヒータの特性が初期のものから変化していることに注目した。そして、その原因を調べるために実験を行ったところ、タングステンを溶射材料として形成した溶射皮膜は、３００℃程度の高温状態を長く維持するとタングステンの酸化が進行し、室温に戻したときに、昇温前と比べて体積抵抗率が変化していることが判明した。ヒータの体積抵抗率が変化すれば、加温対象物の温度制御が正確なものにならず、また、体積抵抗率の変化が部分的に生じたときには、温度分布の均一性が損なわれるといった問題がある。
そこで本発明は従来技術の問題点に鑑み、高温かつ長時間の使用が繰り返されても体積抵抗率が変化しにくい発熱部材を提供することを目的とする。
本発明者らは、タングステンに代わる材料を見つけるために数々の実験を重ねたところ、特殊なチタン酸化物を含む溶射皮膜は、高温かつ長時間の使用が繰り返されても体積抵抗率が変化しにくいことを見い出し、これにより課題を解決するに至った。
即ち本発明の発熱部材は、基材部と、この基材部上に形成された薄膜ヒータ部とを備え、前記薄膜ヒータ部は、ＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）を含む溶射皮膜からなることを特徴とするものである。
薄膜ヒータ部を二酸化チタン（ＴｉＯ２）で形成すると、体積抵抗率が高すぎてヒータとして扱い難い。一方、金属チタンはヒータとして利用できるものの、高温かつ長時間の使用が繰り返されると体積抵抗率が変動する懸念がある。しかし、薄膜ヒータ部をＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）、すなわち、チタン原子数に対する酸素原子数の比率が２未満の酸化チタンを含む溶射皮膜からなるものとすることで、ヒータとして好適に使用される体積抵抗率を有する上、高温域で長時間保持しても体積抵抗率の変動が少ない。
前記溶射皮膜は、Ｔｉｘ１Ｏｙ１（但し、０＜ｙ１／ｘ１＜１．５を満たす。）及びＴｉｘ２Ｏｙ２（但し、１．５≦ｙ２／ｘ２≦２．０を満たす。）を含む。また、前記溶射皮膜中、Ｔｉｘ１Ｏｙ１（但し、０＜ｙ１／ｘ１＜１．５を満たす。）の質量比の合計値は、Ｔｉｘ２Ｏｙ２（但し、１．５≦ｙ２／ｘ２≦２．０を満たす。）の質量比の合計値よりも大きいことがより好ましい。
前記薄膜ヒータ部の幅は、１〜２０ｍｍであることが好ましい。また、前記薄膜ヒータ部の厚みは、３０〜１０００μｍであることが好ましい。さらに、前記薄膜ヒータ部の線間距離は、０．５〜５０ｍｍであることが好ましい。
本発明に係る発熱部材の構成は限定されず、例えば、前記薄膜ヒータ部の上にセラミックス絶縁層を設けた構成とすることもできる。
本発明によれば、発熱部材を、基材部と、この基材部上に形成された薄膜ヒータ部とを備えたものとし、この薄膜ヒータ部を、ＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）、すなわち、チタン原子数に対する酸素原子数の比率が２未満の酸化チタンを含む溶射皮膜からなるものとすることで、ヒータとして好適に使用される体積抵抗率を有し、かつ所定の温度変化や温度保持が繰り返されても体積抵抗率を変化させにくくすることができる。
実施形態１
図１は、本発明の一形態に係る発熱部材の基本的構成を表す斜視模式図である。図１に示す発熱部材１１は以下のようにして作製することができる。
図１は、本発明の一形態に係る発熱部材の基本的構成を表す斜視模式図である。図１に示す発熱部材１１は以下のようにして作製することができる。
まず、絶縁表面を有する基材部１２を用意し、基材部１２の当該表面上に溶射材料を所定の条件で溶射し、薄膜ヒータ部１３を形成する。薄膜ヒータ部１３のパターンは、基材部１２の表面を予めパターン状にマスキングし、全面を溶射することで作製してもよいし、基材部１２の全面に溶射してからその溶射皮膜の表面をパターン状にマスキングし、機械加工やブラスト加工によって不要な溶射皮膜を除去することで作製してもよい。
薄膜ヒータ部１３の形成後は、Ａｌ２Ｏ３等の絶縁材料を溶射することで、基材部１２の表面及び薄膜ヒータ部１３の表面全体を覆う絶縁層１４を形成する。
これにより、基材部１２と、基材部１２上にパターン形成された薄膜ヒータ部１３とを有し、さらにそれらが絶縁層１４で被覆された発熱部材１１が得られる。薄膜ヒータ部１３によって加熱される対象物は、基材部１２を介して加熱されても、絶縁層１４を介して加熱されてもよい。
薄膜ヒータ部１３は、ヒータとして使用可能な固有抵抗値を有しており、薄膜ヒータ部１３の両端部に端子及びリード線１５，１６を取り付け、所定の電圧を印加して薄膜ヒータ部１３内に電流を流すことで、基材部１２又は絶縁層１４上に載置された対象物を加熱することができる。
絶縁層１４の成分は特に限定されないが、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２等の酸化物セラミックスが好適である。絶縁層１４は溶射法で形成してもよいし、溶射法以外の手法で形成してもよい。
薄膜ヒータ部１３は、溶射皮膜からなる。溶射法であれば、基材のサイズや形状に制限されず、高精度かつ均一に薄膜をコーティングできる。また、後述する薄膜ヒータ部１３に含まれる特殊な酸化チタンを得る方法として、溶射法が好適である。溶射法の種類は特に限定されない。また、ここでの溶射法には、いわゆるコールドスプレー法も含まれる。
基材部１２の形状は、板状、椀状、柱状、筒状、テーパー状など、特に限定されない。すなわち、基材部１２の表面は、平坦であってもよいし、湾曲していてもよい。また、筒状のように基材部１２の内部がくり抜かれている場合は、薄膜ヒータ部１３は、基材部１２の外側面上に形成されてもよいし、内側面上に形成されてもよい。
基材部１２は、セラミックス、石英ガラス等で構成される絶縁部材のほか、アルミニウム合金、チタン合金、銅合金、ステンレス等の導電部材の表面に絶縁膜が被覆されたものであってもよい。当該絶縁膜は、導電部材の全てを覆う必要はなく、薄膜ヒータ部１３が形成される面を少なくとも覆っていればよい。また、セラミックス、石英ガラス等の絶縁部材の表面に、他の絶縁膜が被覆されていてもよい。
基材部１２は、さらに水冷構造を備えていてもよい。これにより基材部の温度が固定され、薄膜ヒータ部１３の温度制御をより行いやすくなる。また、基材部１２が水冷構造を備えるときは、上記導電部材の表面を覆う絶縁膜は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）など、熱伝導率の低い材料を用いることが好ましい。
図２は、薄膜ヒータ部の典型パターンを表す平面模式図である。図２に示すように、薄膜ヒータ部１３は、基材部１２上にパターン形成されており、複数の互いに平行な直線部と、これらの直線部を末端同士でつなぐ屈曲部とを有し、全体がジグザグパターンとなって、擬似的な面を構成している。一枚物の面状パターンにすると、電圧が印加される端子１９ａ，１９ｂ間を直線的に結ぶ領域及びその付近のみに電流が集中し、外縁部にまで電流が行き渡らず、温度分布にむらが生じてしまう。薄膜ヒータ部１３を図２のように線状パターンにすることで、電流を薄膜ヒータ部１３全体に流すことができ、温度分布のむらをなくすことができる。上記屈曲部は、直角に曲がったものに限定されず、弧を描くように曲がったものであってもよい。
図２では、薄膜ヒータ部１３がジグザグ状となるパターンを示したが、薄膜ヒータ部１３は、温度均一性が厳密に求められない場合や、温度均一性が損なわれないようなサイズ又は形状のものを対象とする場合は、直線部のみからなるもの、又は曲線部のみからなるものであってもよく、必要に応じて設計変更が可能である。
薄膜ヒータ部１３の厚みｔ（図１参照）は３０〜１０００μｍの範囲が好適である。薄膜ヒータ部１３の厚みｔを３０μｍ以上とすることで、ヒータとして優れた機能が発揮しやすく、１０００μｍ以下とすることで、寸法の極端な拡大を防ぐことができる。
薄膜ヒータ部１３の長手方向と直交する方向の幅ｓは１〜２０ｍｍの範囲が好適である。薄膜ヒータ部１３の幅ｓを１ｍｍ以上とすることで、断線の可能性を低減することができ、２０ｍｍ以下とすることで、薄膜ヒータ部１３の上に形成される絶縁層１４に剥がれが生じることを防止することができる。
薄膜ヒータ部１３の線間距離ｄは０．５〜５０ｍｍの範囲が好適である。薄膜ヒータ部１３の線間距離ｄを０．５ｍｍ以上とすることで、短絡を回避することができ、５０ｍｍ以下とすることで、温度分布のむらをより抑えることができる。
薄膜ヒータ部１３を構成する溶射皮膜は多孔質体であり、その平均気孔率は１〜１０％の範囲が好適である。１％よりも小さい気孔率では、皮膜内に存在する残留応力の影響が大きくなり、割れやすくなる可能性がある。１０％を超える気孔率では、各種ガスが、気孔内へ侵入し易くなり、皮膜の耐久性が低下することがある。平均気孔率は、溶射皮膜の断面を光学顕微鏡で観察し、観察画像を２値化処理して、皮膜内部の黒色領域を気孔部分とみなし、その黒色領域の全体に占める面積の割合を算出することで、測定することができる。
薄膜ヒータ部１３は、ＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）、すなわち、チタン原子数に対する酸素原子数の比率が２未満の酸化チタンを必須として含む。好ましくは、薄膜ヒータ部１３は、ＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）を主成分として含む。ここでの「主成分」とは、質量基準で最も多く含まれている成分をいう。ＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）の具体例としては、ＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ、Ｔｉ３Ｏ、Ｔｉ２Ｏ３等が挙げられる。薄膜ヒータ部１３は、これらの化合物のいずれかを単一で含んでいてもよいし、複数を混合して含んでいてもよい。
薄膜ヒータ部１３は、Ｔｉｘ１Ｏｙ１（但し、０＜ｙ１／ｘ１＜１．５を満たす。）及びＴｉｘ２Ｏｙ２（但し、１．５≦ｙ２／ｘ２≦２．０を満たす。）を含む溶射皮膜からなることが好ましい。Ｔｉｘ１Ｏｙ１（但し、０＜ｙ１／ｘ１＜１．５を満たす。）としては、例えばＴｉＯ、Ｔｉ２Ｏ、Ｔｉ３Ｏ等が挙げられ、Ｔｉｘ２Ｏｙ２（但し、１．５≦ｙ２／ｘ２≦２．０を満たす。）としては、例えばＴｉＯ２、Ｔｉ２Ｏ３等が挙げられる。これにより、高温で長時間保持されたとしても成分変化が少なくなり、体積抵抗率の変化を抑えることができるため、ヒータとしての安定性が増す。より好ましくは、薄膜ヒータ部１３は、Ｔｉｘ１Ｏｙ１（但し、０＜ｙ１／ｘ１＜１．５を満たす。）、Ｔｉｘ２Ｏｙ２（但し、１．５≦ｙ２／ｘ２≦２．０を満たす。）及び不可避的不純物のみからなる溶射皮膜からなるものである。さらに好ましくは、薄膜ヒータ部１３は、Ｔｉｘ１Ｏｙ１（但し、０＜ｙ１／ｘ１＜１．５を満たす。）及び不可避的不純物のみからなる溶射皮膜からなるものである。
また、薄膜ヒータ部１３が、Ｔｉｘ１Ｏｙ１（但し、０＜ｙ１／ｘ１＜１．５を満たす。）及びＴｉｘ２Ｏｙ２（但し、１．５≦ｙ２／ｘ２≦２．０を満たす。）を含む溶射皮膜からなる場合、Ｔｉｘ１Ｏｙ１（但し、０＜ｙ１／ｘ１＜１．５を満たす。）の質量比の合計値は、Ｔｉｘ２Ｏｙ２（但し、１．５≦ｙ２／ｘ２≦２．０を満たす。）の質量比の合計値よりも大きいことが好ましい。これにより、薄膜ヒータ部１３の体積抵抗率が大きくなりすぎず、消費電力を節約することができる。また、高温で長時間保持されたとしても、成分変化が少なく、成分変化が起こったとしてもヒータとして使用可能な範囲の体積抵抗率を保持しやすくなる。
薄膜ヒータ部１３は、Ｔｉ粉末、又はＴｉ粉末とＴｉＯ２粉末の混合物を溶射材料とする溶射法によって好適に作製される。チタン粉末のみからなる溶射材料を使用しても、溶射法によってはフレームによる高熱と空気中の酸素によってチタンの酸化が進行するので、ＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２を満たす。）を含む溶射皮膜を形成することができる。また、溶射法や溶射条件の変更により、溶射皮膜中のＴｉとＯの比率を微調整することもできる。
薄膜ヒータ部１３がＴｉＯ２からなる溶射皮膜で構成されている場合、後述するように体積抵抗率が大きすぎるため、ヒータとして扱い難い。これに対して、ＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）、すなわち、チタン原子数に対する酸素原子数の比率が２未満の酸化チタンを含む溶射皮膜であれば、適正な体積抵抗率が得られ、薄膜ヒータ部１３として優れた機能を発揮することができる。また、このような組成を持つ薄膜ヒータ部１３は、高温環境に長時間さらされても体積抵抗率が変動し難く、ヒータとしての安定性に優れる。
以下、本発明に基づく酸化チタン皮膜と、従来からヒータとして採用されてきたタングステン皮膜の、それぞれの体積抵抗率を測定した実験結果を示す。
試料Ａとして、ＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）を含む酸化チタン皮膜を溶射法によって形成したサンプルを作製した。まず、Ａｌ２Ｏ３粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってアルミニウム基材上に厚さ３００μｍのＡｌ２Ｏ３皮膜を形成した。次に、Ｔｉ粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってＡｌ２Ｏ３皮膜上に厚さ１５０μｍのＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）を含む溶射皮膜（組成の詳細については下記表１のとおり）を形成した。最後に、Ｙ２Ｏ３粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によって当該ＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）を含む溶射皮膜上に厚さ３００μｍのＹ２Ｏ３皮膜を形成した。
試料Ｂとして、タングステン皮膜を溶射法によって形成したサンプルを作製した。まず、Ａｌ２Ｏ３粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってアルミニウム基材上に厚さ３００μｍのＡｌ２Ｏ３皮膜を形成した。次に、タングステン粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってＡｌ２Ｏ３皮膜上に厚さ１５０μｍのタングステン皮膜を形成した。最後に、Ｙ２Ｏ３粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってタングステン皮膜上に厚さ３００μｍのＹ２Ｏ３皮膜を形成した。
試料Ａに対しては、室温から３００℃までの昇温及び冷却を次のとおり繰り返し、昇温時における各温度での体積抵抗率（Ω・ｃｍ）を４端子法で測定した。測定結果を図３に示す。
１回目：室温から３００℃まで昇温し３時間保持。その後室温になるまで放置。
２回目：室温から３００℃まで昇温し３時間保持。その後室温になるまで放置。
３回目：室温から３００℃まで昇温し３時間保持。その後室温になるまで放置。
４回目：室温から３００℃まで昇温し３時間保持。その後室温になるまで放置。
５回目：室温から３００℃まで昇温し１８時間保持。その後室温になるまで放置。
６回目：室温から３００℃まで昇温し７０時間保持。その後室温になるまで放置。
１回目：室温から３００℃まで昇温し３時間保持。その後室温になるまで放置。
２回目：室温から３００℃まで昇温し３時間保持。その後室温になるまで放置。
３回目：室温から３００℃まで昇温し３時間保持。その後室温になるまで放置。
４回目：室温から３００℃まで昇温し３時間保持。その後室温になるまで放置。
５回目：室温から３００℃まで昇温し１８時間保持。その後室温になるまで放置。
６回目：室温から３００℃まで昇温し７０時間保持。その後室温になるまで放置。
試料Ｂに対しては、室温から３００℃までの昇温及び冷却を次のとおり繰り返し、昇温時における各温度での体積抵抗率（Ω・ｃｍ）を４端子法で測定した。測定結果を図４に示す。
１回目：室温から３００℃まで昇温し３時間保持。その後室温になるまで放置。
２回目：室温から３００℃まで昇温し７時間保持。その後室温になるまで放置。
３回目：室温から３００℃まで昇温し２０時間保持。その後室温になるまで放置。
４回目：室温から３００℃まで昇温し７０時間保持。その後室温になるまで放置。
１回目：室温から３００℃まで昇温し３時間保持。その後室温になるまで放置。
２回目：室温から３００℃まで昇温し７時間保持。その後室温になるまで放置。
３回目：室温から３００℃まで昇温し２０時間保持。その後室温になるまで放置。
４回目：室温から３００℃まで昇温し７０時間保持。その後室温になるまで放置。
図４に示すように、試料Ｂにおいて薄膜ヒータ部１３の体積抵抗率は温度上昇とともに増加したが、昇温を止め、室温になるまで放置すると、加熱前の初期の状態に近い体積抵抗率の値に戻った。ただし、加熱前の室温での体積抵抗率と、一度加熱した後の室温での体積抵抗率は一致せず、増加する傾向が示された。また、その傾向は昇温の回数が増すほど顕著に現れ、初期状態での室温での体積抵抗率と、４度の昇温過程を経て、冷却された後の室温での体積抵抗率とを比較すると、０．５×１０−４（Ω・ｃｍ）程度の体積抵抗率の変化が見られた。また、図４に示すように、このような体積抵抗率の増加傾向は初期値（室温時）のみならず昇温後（例えば３００℃の時）も見られ、いずれの温度状態でも体積抵抗率が増加することが確認された。さらに、このような体積抵抗率の変化は、薄膜ヒータ部１３上にセラミックス絶縁層１４が被覆されている場合でも起こることが確認された。
一方、図３に示すように、試料Ａにおいて薄膜ヒータ部１３の体積抵抗率は、温度上昇とともに減少し、加熱を止め、室温になるまで放置すると、加熱前の初期の状態とほぼ同じ体積抵抗率の値に戻った。また、試料Ａにおいては、高温でしばらく保持した後であっても、室温時における体積抵抗率にほとんど変化は見られず、同様の昇温及び高温保持を繰り返しても、やはり変化は見られなかった。また、試料Ａについては、温度上昇時の体積抵抗率の変化量そのものも、試料Ｂにおける体積抵抗率の変化量と比べると小さかった。
以上のことから、本発明に基づくＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）を含む溶射皮膜を薄膜ヒータ部として用いることで、室温、昇温時のいずれにおいても体積抵抗率の変化が少ない、安定した発熱部材が得られることが確認された。
次に、さらなる比較のために、試料Ｃとして、ＴｉＯ２皮膜を溶射法によって形成したサンプルを作製した。まず、Ａｌ２Ｏ３粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってアルミニウム基材上に厚さ３００μｍのＡｌ２Ｏ３皮膜を形成した。次に、ＴｉＯ２粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってＡｌ２Ｏ３皮膜上に厚さ１５０μｍのＴｉＯ２皮膜を形成した。最後に、Ｙ２Ｏ３粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってＴｉＯ２皮膜上に厚さ３００μｍのＹ２Ｏ３皮膜を形成した。また、試料Ｄとして、厚さ１５０μｍのＴｉバルク基材を用意した。
試料Ｃ及び試料Ｄのそれぞれの薄膜ヒータ部１３を３００℃まで昇温し、その後１００時間、そのままの温度で保持した。
また、各試料Ａ〜Ｄにおける加熱前と３００℃、１００時間加熱後の薄膜ヒータ部の組成を調べるために、Ｘ線回折装置を用いて成分分析を行った。表１及び表２中に、各溶射皮膜における溶射直後、室温での組成と、３００℃、１００時間熱処理後の組成を示す。また、ヒータとしての適正を評価するために、試料Ｃ及び試料Ｄについても、３００℃、１００時間加熱後の薄膜ヒータ部の体積抵抗率（Ω・ｃｍ）を４端子法で測定した。表１及び表２のとおり、チタン粉末を溶射して得られた溶射皮膜（試料Ａ）では、高温の保持を繰り返しても、成分比率がＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）の範囲内であるのに対して、タングステン粉末を溶射して得られた溶射皮膜（試料Ｂ）では、高温保持の繰り返しで酸化タングステン（Ｗ３Ｏ８）が生じていることが認められた。この酸化タングステン（Ｗ３Ｏ８）が体積抵抗率の変動に影響しているものと考えられる。
以上のことから、発熱部材１１における基材部１２上に形成された薄膜ヒータ部１３をＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）を含む溶射皮膜で形成することで、ヒータとして好適に使用される体積抵抗率を有し、かつ高温保持が繰り返されても体積抵抗率を変化させにくくすることができることが明らかとなった。
本発明の他の実施例として、さらに以下の試料Ｅ〜Ｈを準備した。
試料Ｅ：Ａｌ２Ｏ３粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってアルミニウム基材上に厚さ４５０μｍのＡｌ２Ｏ３皮膜を形成した。続いて、溶射ノズルから基材部までの距離を１３５ｍｍに設定し、Ｔｉ粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってＡｌ２Ｏ３皮膜上に厚さ１５０μｍのＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）を含む溶射皮膜を形成した。
試料Ｆ：Ａｌ２Ｏ３粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってアルミニウム基材上に厚さ４５０μｍのＡｌ２Ｏ３皮膜を形成した。続いて、溶射ノズルから基材部までの距離を２２０ｍｍに設定し、Ｔｉ粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってＡｌ２Ｏ３皮膜上に厚さ１５０μｍのＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）を含む溶射皮膜を形成した。
試料Ｇ：Ａｌ２Ｏ３粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってアルミニウム基材上に厚さ４５０μｍのＡｌ２Ｏ３皮膜を形成した。続いて、溶射ノズルから基材部までの距離を３６０ｍｍに設定し、Ｔｉ粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってＡｌ２Ｏ３膜上に厚さ１５０μｍのＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）を含む溶射皮膜を形成した。
試料Ｈ：Ａｌ２Ｏ３粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってアルミニウム基材上に厚さ４５０μｍのＡｌ２Ｏ３皮膜を形成した。続いて、溶射ノズルから基材部までの距離を５００ｍｍに設定して、Ｔｉ粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってＡｌ２Ｏ３皮膜上に厚さ１５０μｍのＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）を含む溶射皮膜を形成した。
各試料Ｅ〜Ｈの薄膜ヒータ部におけるＸ線回折装置による成分分析の結果と、溶射後、室温状態における４端子法を用いた体積抵抗率（Ω・ｃｍ）の測定結果を表３及び図５に示す。
表３及び図５に示すように、同じＴｉ粉末材料であっても、溶射距離が大きくなるほど、溶射皮膜全体に対するＴｉｘＯｙ（但し１．５≦ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）やＴｉＯ２の割合が増え、体積抵抗率も増加する傾向にあることが分かった。
本発明の他の実施例として、さらに以下の試料Ｉ〜Ｋを準備した。
試料Ｉ：Ａｌ２Ｏ３粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってアルミニウム基材上に厚さ４５０μｍのＡｌ２Ｏ３皮膜を形成した。続いて、ＴｉとＴｉＯ２の混合粉末（Ｔｉ／ＴｉＯ２＝７５／２５（質量比））を原料として、大気プラズマ溶射法によってＡｌ２Ｏ３皮膜上に厚さ１５０μｍのＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）を含む溶射皮膜を形成した。
試料Ｊ：Ａｌ２Ｏ３粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってアルミニウム基材上に厚さ４５０μｍのＡｌ２Ｏ３皮膜を形成した。続いて、ＴｉとＴｉＯ２の混合粉末（Ｔｉ／ＴｉＯ２＝５０／５０（質量比））を原料として、大気プラズマ溶射法によってＡｌ２Ｏ３皮膜上に厚さ１５０μｍのＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）を含む溶射皮膜を形成した。
試料Ｋ：Ａｌ２Ｏ３粉末を原料として、大気プラズマ溶射法によってアルミニウム基材上に厚さ４５０μｍのＡｌ２Ｏ３皮膜を形成した。続いて、ＴｉとＴｉＯ２の混合粉末（Ｔｉ／ＴｉＯ２＝２５／７５（質量比））を原料として、大気プラズマ溶射法によってＡｌ２Ｏ３皮膜上に厚さ１５０μｍのＴｉｘＯｙ（但し０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）を含む溶射皮膜を形成した。
各試料Ｉ〜Ｋの薄膜ヒータ部におけるＸ線回折装置による成分分析の結果と、溶射後、室温状態における４端子法を用いた体積抵抗率（Ω・ｃｍ）の測定結果を表４及び図６に示す。
表４及び図６に示すように、同じ溶射距離であっても、Ｔｉ粉末に対するＴｉＯ２粉末の混合割合が増えるにつれ、溶射皮膜全体に対するＴｉｘＯｙ（但し１．５≦ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）やＴｉＯ２の割合が増え、体積抵抗率も増加する傾向にあることが分かった。なお、試料Ｋでは、混合粉末中にＴｉ粉末よりもＴｉＯ２粉末が多く含まれていたが、溶射皮膜になった時点ではＴｉＯ２の割合は減少していた。その理由としては、大気プラズマ溶射時におけるＴｉＯ２の還元が考えられる。このように、溶射材料だけでなく、溶射法の種類により、形成される溶射皮膜の成分調整が可能になる。
薄膜ヒータ部１３は、加温対象物の温度を調整するためにの必要な出力に応じて、厚みｔ、線幅ｓ、長さ、及び体積抵抗率が決められて所定の抵抗値に収まるように設計される。ヒータとして使用するための体積抵抗率の大きさの目安は、１．０×１０−４〜１．０×１０−２（Ω・ｃｍ）である。しかし実際には、薄膜ヒータ部１３を形成する際のばらつきが存在するため、設計通りの抵抗値にならない場合がある。特に、厚みｔ及び線幅ｓは重要であり、局部的に厚みｔや線幅ｓが大きくなった場合、その部分の抵抗値が下がることで発熱しにくくなり、加温対象物の一部に温度の低い部分が生じてしまうことがある。
そのような場合には、薄膜ヒータ部１３を形成した後、抵抗値が低くなる部分を検知して、抵抗値が所定の範囲に収まるように、薄膜ヒータ部１３の一部分を削り落として厚みｔや線幅ｓを修正してもよい。すなわち、薄膜ヒータ部１３の厚みｔ及び線幅ｓは一様でなくてよく、一部に切り欠き部分があってもよい。また、温度均一性を高める他の方法として、薄膜ヒータ部１３上に熱拡散板を設けて温度むらを低減させるようにしてもよい。
本発明の発熱部材は、例えば、電子部品等の高温特性調査のための装置、後述するプラズマ処理装置における温度制御部品等に好適に使用される。
実施形態２
図７は本発明の一形態に係る発熱部材が適用されたプラズマ処理装置の断面模式図である。図７のようにプラズマ処理装置の真空チャンバー２０内には、ウェハ２７を保持するための静電チャック２５が設けられており、図示しない搬送アームなどによってウェハ２７が真空チャンバー２０の内外へ出し入れされるようになっている。真空チャンバー２０には、ガス導入装置２２や、上部電極２８などが設置されている。静電チャック２５は下部電極を内蔵しており、この下部電極と上部電極２８に高周波電源２９が接続されている。下部電極と上部電極２８の間に高周波をかけると、導入された処理ガスがプラズマ化され、発生したプラズマのイオンがウェハ２７に引き込まれることでエッチングが行われ、その際、ウェハ２７の温度が上昇する。ウェハ２７の周囲には、ウェハ２７の外縁部付近においてもエッチングの効果が低下しないようにフォーカスリング２６が配置されている。ウェハ２７の下方には、ウェハ２７の温度を一定に保つための第１薄膜ヒータ部２３ａが設置されている。フォーカスリング２６の下方には、フォーカスリング２６の温度を一定に保つための第２薄膜ヒータ部２３ｂが設置されている。
図７は本発明の一形態に係る発熱部材が適用されたプラズマ処理装置の断面模式図である。図７のようにプラズマ処理装置の真空チャンバー２０内には、ウェハ２７を保持するための静電チャック２５が設けられており、図示しない搬送アームなどによってウェハ２７が真空チャンバー２０の内外へ出し入れされるようになっている。真空チャンバー２０には、ガス導入装置２２や、上部電極２８などが設置されている。静電チャック２５は下部電極を内蔵しており、この下部電極と上部電極２８に高周波電源２９が接続されている。下部電極と上部電極２８の間に高周波をかけると、導入された処理ガスがプラズマ化され、発生したプラズマのイオンがウェハ２７に引き込まれることでエッチングが行われ、その際、ウェハ２７の温度が上昇する。ウェハ２７の周囲には、ウェハ２７の外縁部付近においてもエッチングの効果が低下しないようにフォーカスリング２６が配置されている。ウェハ２７の下方には、ウェハ２７の温度を一定に保つための第１薄膜ヒータ部２３ａが設置されている。フォーカスリング２６の下方には、フォーカスリング２６の温度を一定に保つための第２薄膜ヒータ部２３ｂが設置されている。
図８は、図７における静電チャック２５の拡大断面模式図である。静電チャック２５は、ウェハ２７及びフォーカスリング２６を保持する基台部３２と、この基台部３２の表面に形成された第１絶縁層３３と、第１絶縁層３３の表面に形成された第１薄膜ヒータ部２３ａ及び第２薄膜ヒータ部２３ｂと、これらの第１及び第２薄膜ヒータ部２３ａ，２３ｂを覆うように第１絶縁層３３の表面に形成された第２絶縁層３５と、第２絶縁層３５上の表面に形成された電極部３６と、電極部３６を覆うように最外層に形成された誘電層３７とを備えている。すなわち、本実施形態における静電チャック２５には、上記第１及び第２薄膜ヒータ部２３ａ，２３ｂが設置されており、基台部３２及び第１絶縁層３３を基材部としてこれらの部材が本発明の一形態に係る発熱部材を構成している。
静電チャック２５の側面は、溶射により形成されたＡｌ２Ｏ３皮膜からなる被覆層３８で被覆されており、静電チャック２５の内部にプラズマの影響が及ばないようにしている。
静電チャック２５には、上下方向に貫通するガス孔３９が形成されており、このガス孔３９は、誘電層３７の表面に形成された図示しない冷却溝に繋がっている。例えばヘリウムガスが、ガス孔３９を通じてウェハ２７と静電チャック２５との間に導入される。真空チャンバー２０内は減圧されているため、ウェハ２７から静電チャック２５への熱伝導性が低い。ガスをウェハ２７と静電チャック２５との間に導入することで、ウェハ２７から静電チャック２５へ熱が伝導し、これによりウェハ２７の冷却効果が確保される。
第１及び第２薄膜ヒータ部２３ａ，２３ｂは、通電により発熱するようになっている。第１及び第２薄膜ヒータ部２３ａ，２３ｂは、実施形態１で示した薄膜ヒータ部１３と同じ方法によって形成され、同様の組成を持つ。第１薄膜ヒータ部２３ａに電力を送るための第１給電ピン４０が、基台部３２及び第１絶縁層３３を貫通して第１薄膜ヒータ部２３ａに電気的に接続されており、第１薄膜ヒータ部２３ａへの出力が調節される。また、第２薄膜ヒータ部２３ｂに電力を送るための第２給電ピン４１が、基台部３２及び第１絶縁層３３を貫通して第２薄膜ヒータ部２３ｂに電気的に接続されており、第２薄膜ヒータ部２３ｂへの出力が調節される。さらに、電極部３６に電力を送るための第３給電ピン４３が、基台部３２、第１絶縁層３３及び第２絶縁層３５を貫通して電極部３６に電気的に接続されており、電極部３６への電圧の印加が調節される。基台部３２中には、冷媒を通す冷却路４２が形成されており、冷却路４２に通される冷媒により基台部３２が冷却されるようになっている。
基台部３２を構成する材料は限定されるものではないが、例えば、アルミニウム合金、チタン合金、銅合金、ステンレス等の金属、ＡｌＮ、ＳｉＣ等のセラミックス、これらの金属又はセラミックスの複合材等が採用される。基台部３２の冷却路４２に流す冷媒の温度は−２０〜２００℃である。この冷媒の温度は、ウェハ２７及びフォーカスリング２６を冷却する速度と第１及び第２薄膜ヒータ部２３ａ，２３ｂの加温能力に応じて調整される。
基台部３２の表面に形成された第１絶縁層３３は、溶射により形成されたＡｌ２Ｏ３皮膜からなり、基台部３２と第１薄膜ヒータ部２３ａとの間、及び基台部３２と第２薄膜ヒータ部２３ｂとの間を絶縁している。第１及び第２薄膜ヒータ部２３ａ，２３ｂを覆うように第１絶縁層３３の表面に形成された第２絶縁層３５は、溶射により形成されたＡｌ２Ｏ３皮膜からなり、第１薄膜ヒータ部２３ａと電極部３６との間を絶縁している。第１絶縁層３３の厚み及び第２絶縁層３５の厚みはいずれも５０〜４００μｍである。第１絶縁層３３及び第２絶縁層３５の厚みや素材を変更することによって、第１絶縁層３３及び第２絶縁層３５による抜熱効率を制御することができる。
第１絶縁層３３の厚み及び第２絶縁層３５の厚みを薄く、素材を熱伝導係数の高いものにすると、抜熱効率を高くすることができる。抜熱効率が高められると、ウェハ２７及びフォーカスリング２６の冷却速度が上がる。その反面、第１絶縁層３３の厚みが薄くなったことで、基台部３２が第１及び第２薄膜ヒータ部２３ａ，２３ｂの熱を奪いやすくなるため、第１及び第２薄膜ヒータ部２３ａ，２３ｂを高出力化する必要がある。第１絶縁層３３の厚み及び第２絶縁層３５の厚みを厚く、素材を熱伝導係数の低いものにすると、抜熱効率を低くすることができる。低い熱伝導係数を有する代表的なものとして、ＰＳＺ（部分安定化ジルコニア）がある。抜熱効率を低くすると、ウェハ２７及びフォーカスリング２６の冷却速度が下がる。その反面、第１絶縁層３３の厚みが大きくなったこと、又は素材が熱伝導係数の低いものになったことにより、基台部３２が第１及び第２薄膜ヒータ部２３ａ，２３ｂの熱を奪いにくくなるため、第１及び第２薄膜ヒータ部２３ａ，２３ｂを高出力化する必要がなくなる。例えばウェハ２７及びフォーカスリング２６の冷却速度が大きすぎる場合には、第１絶縁層３３の厚み及び第２絶縁層３５の厚みを大きく、素材を熱伝導係数の低いものにすればよく、この場合、第１及び第２薄膜ヒータ部２３ａ，２３ｂの最大出力を下げることができる。
第２絶縁層３５の表面に形成された電極部３６は、溶射により形成されたタングステン皮膜からなる。電極部３６に電圧が印加されることによって、ウェハ２７が静電チャック２５に吸着される。電極部３６を覆うように第２絶縁層３５の表面に形成された誘電層３７は、溶射によって形成されたＡｌ２Ｏ３皮膜からなる。電極部３６の厚みは３０〜１００μｍであり、誘電層３７の厚みは５０〜４００μｍである。
第１絶縁層３３、第２絶縁層３５、及び誘電層３７を構成するＡｌ２Ｏ３皮膜は、それぞれ基台部３２、第１絶縁層３３、第２絶縁層３５の表面に、Ａｌ２Ｏ３粉末を原料とする大気プラズマ溶射法によって形成されたものである。電極部３６を構成するタングステン皮膜は、第２絶縁層３５の表面に、タングステン粉末を原料とする大気プラズマ溶射法によって形成したものである。Ａｌ２Ｏ３皮膜及びタングステン皮膜を得るための溶射法は、大気プラズマ溶射法に限られず、減圧プラズマ溶射法、水プラズマ溶射法、又は高速もしくは低速フレーム溶射法であってもよい。
溶射粉末は、粒径５〜８０μｍの粒度範囲のものを採用することが好ましい。その理由は、粒径が小さすぎると、粉末の流動性が低下して安定した供給ができず、皮膜の厚みが不均一となりやすく、一方で粒径が大きすぎると、完全に溶融しないまま成膜され、過度に多孔質化されて膜質が粗くなるからである。
第１絶縁層３３、第１又は第２薄膜ヒータ部２３ａ，２３ｂ、第２絶縁層３５、電極部３６、及び誘電層３７を構成する各溶射皮膜の厚みの総和は、２００〜１５００μｍの範囲が好適であり、より好ましくは３００〜１０００μｍの範囲である。厚みが２００μｍ未満では、当該溶射皮膜の均一性が低下し、皮膜機能を充分に発揮できず、１５００μｍを超えると、当該溶射皮膜内の残留応力の影響が大きくなり、割れやすくなるからである。
上記の各溶射皮膜は多孔質体であり、その平均気孔率は１〜１０％の範囲が好適である。平均気孔率は、溶射法や溶射条件によって調整することができる。１％よりも小さい気孔率では、各溶射皮膜内に存在する残留応力の影響が大きくなり、割れやすくなるおそれがある。１０％を超える気孔率では、半導体製造プロセスに使用される各種のガスが各溶射皮膜内へ侵入し易くなり、耐久性が低下するおそれがある。
上記の例では、第１絶縁層３３、第２絶縁層３５、誘電層３７、及び被覆層３８を構成する各溶射皮膜の材料としてＡｌ２Ｏ３を採用しているが、他の酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、フッ化物系セラミックス、炭化物系セラミックス、硼化物系セラミックス、又はそれらを含む化合物もしくは混合物であってもよい。中でも、酸化物系セラミックス、窒化物系セラミックス、フッ化物系セラミックス、又はそれらを含む化合物が好適である。
酸化物系セラミックスは、プラズマエッチングプロセスで使用されるＯ系のプラズマ中で安定であり、Ｃｌ系のプラズマ中でも比較的良好な耐プラズマ性を示す。窒化物系セラミックスは高硬度であるため、ウェハとの摩擦による損傷が少なく、摩耗粉などが生じにくい。また、比較的熱伝導率が高いため、処理中のウェハの温度を制御しやすい。フッ化物系セラミックスは、Ｆ系のプラズマ中で安定であり、優れた耐プラズマ性を発揮することが出来る。
Ａｌ２Ｏ３以外の酸化物系セラミックスの具体例としては、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯが挙げられる。窒化物系セラミックスとしては、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、ＨｆＮ、ＮｂＮ、ＹＮ、ＺｒＮ、Ｍｇ３Ｎ２、Ｃａ３Ｎ２が挙げられる。フッ化物系セラミックスとしては、ＬｉＦ、ＣａＦ２、ＢａＦ２、ＹＦ３、ＡｌＦ３、ＺｒＦ４、ＭｇＦ２が挙げられる。炭化物系セラミックスとしては、ＴｉＣ、ＷＣ、ＴａＣ、Ｂ４Ｃ、ＳｉＣ、ＨｆＣ、ＺｒＣ、ＶＣ、Ｃｒ３Ｃ２が挙げられる。硼化物系セラミックスとしては、ＴｉＢ２、ＺｒＢ２、ＨｆＢ２、ＶＢ２、ＴａＢ２、ＮｂＢ２、Ｗ２Ｂ５、ＣｒＢ２、ＬａＢ６が挙げられる。
第１絶縁層３３及び第２絶縁層３５に関しては、上記の中でも所要の熱伝導性と絶縁性を両立させる材料が特に好適であり、誘電層３７に関しては、上記の中でも熱伝導性（誘電層の熱伝導率は高い方がよい）、誘電性、耐プラズマ性、及び耐摩耗性を兼ね備えたものが特に好適である。
図９及び図１０は、それぞれウェハ２７の下方に位置する第１薄膜ヒータ部２３ａのパターン例を表す平面模式図である。
図９に示される第１薄膜ヒータ部２３ａは、基台部３２上に形成されており、第１薄膜ヒータ部２３ａの上方に載置されるウェハ２７の形状に合わせて擬似的に円形状に形成されている。より詳しくは、第１薄膜ヒータ部２３ａは略同心円状になるように形成されている。第１薄膜ヒータ部２３ａは、円形の基台部３２の外縁付近に位置する一方の端部から、円の向かい側の地点に向かって弧を描くように延びており、当該向かい側の地点から中心側に折り返すように屈曲し、同様に弧を描くようにしてもとの出発点近くまで延びている。そして、再度、出発点近くから中心側に折り返すように屈曲し、これが複数回繰り返され、徐々に円の中心に近づくように延伸される。円の中心まで到達すると、次は左右対称となるように、円の中心から外縁側に向かって、弧を複数回描くように延伸され、複数回の屈曲を経て、基台部の外縁付近に位置するもう一方の端部に到達する。このように、第１薄膜ヒータ部２３ａを略同心円状に描くことで、１本の線によって、面内を均一に加熱可能な円形の擬似面を形成することができる。
第１薄膜ヒータ部２３ａは、１〜２０ｍｍの線幅ｓで細長状に配線されている。第１薄膜ヒータ部２３ａの線幅ｓは、２０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましい。第２絶縁層３５の第１薄膜ヒータ部２３ａへの密着力は、第１絶縁層３３への密着力より低いので、第１薄膜ヒータ部２３ａの線幅ｓが２０ｍｍを超え、第１絶縁層３３の露出範囲が少なくなると、第１薄膜ヒータ部２３ａ上の第２絶縁層３５が剥がれるおそれが出てくる。一方、線幅ｓが１ｍｍよりも小さいと、断線が起きる可能性が高くなる。そのため、第１薄膜ヒータ部２３ａの線幅ｓは、１ｍｍ以上が好ましく、２ｍｍ以上がより好ましい。
第１薄膜ヒータ部２３ａの線間距離ｄは、０．５ｍｍ以上が好ましく、１ｍｍ以上がより好ましい。第１薄膜ヒータ部２３ａの線間距離ｄが小さすぎると短絡してしまうからである。また、第２絶縁層３５の第１薄膜ヒータ部２３ａへの密着力は、第１絶縁層３３への密着力より低いため、第１薄膜ヒータ部２３ａの線間距離ｄが小さく、第１絶縁層３３の露出範囲が少なくなると、第１薄膜ヒータ部２３ａ上の第２絶縁層３５が剥がれるおそれが出てくる。一方、線間距離ｄが広がりすぎると、第１薄膜ヒータ部２３ａによって加熱される面積が減り、温度分布の均一性が損なわれるおそれがある。よって、第１薄膜ヒータ部２３ａの線間距離ｄは、５０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましい。
第１薄膜ヒータ部２３ａは、図１０のように内側ヒータ部２３ｄとその外側に位置する外側ヒータ部２３ｆとで構成されていてもよい。内側ヒータ部２３ｄと外側ヒータ部２３ｆの２つの部材に分ければ、それぞれ独立制御することで、静電チャック２５の内側の領域と外側の領域とを互いに異なった温度に昇温させることができる。内側ヒータ部２３ｄ及び外側ヒータ部２３ｆの線幅ｓ及び線間距離ｄは、図９に示した例と同じでよいが、内側ヒータ部２３ｄと外側ヒータ部２３ｆとの間で設計を異ならせてもよい。
このように、第１薄膜ヒータ部２３ａの構成数は限定されるものではなく、加熱する領域に応じて、図９のような１つの部材で構成してもよいし、図１０のような２つの部材で構成してもよいし、或いは３つ以上の部材で構成してもよい。
図１１は、フォーカスリング２６の下方に位置する第２薄膜ヒータ部２３ｂのパターンを表す平面模式図である。図１１のように第２薄膜ヒータ部２３ｂは、基台部３２上に形成されており、第２薄膜ヒータ部２３ｂの上方に載置されるフォーカスリング２６の形状に合わせて擬似的に環状に形成されている。より詳しくは、第２薄膜ヒータ部２３ｂは略同心円状になるように形成されている。第２薄膜ヒータ部２３ｂは、円形の基台部３２の外縁付近に位置する一方の端部から、円の向かい側の地点に向かって弧を描くように延びており、当該向かい側の地点から中心側に折り返すように屈曲し、もとの出発点近くまで延びている。そして、再度、出発点近くから中心側に折り返すように屈曲し、これが繰り返されて環状の半分が形成される。そして、残り半分について、左右対称となるように弧を描くように延伸され、複数回の屈曲を経て、基台部の外縁付近に位置するもう一方の端部に到達する。このように、第２薄膜ヒータ部２３ｂを略同心円状に描くことで、１本の線によって、面内を均一に加熱可能な環状の擬似面を形成することができる。
第２薄膜ヒータ部２３ｂの線幅ｓは、第１薄膜ヒータ部２３ａと同様の理由により、２０ｍｍ以下が好ましく、１０ｍｍ以下がより好ましい。また、第２薄膜ヒータ部２３ｂの線幅ｓは、１ｍｍ以上が好ましく、２ｍｍ以上がより好ましい。
第２薄膜ヒータ部２３ｂの線間距離ｄは、第１薄膜ヒータ部２３ａと同様の理由により、０．５ｍｍ以上が好ましく、１ｍｍ以上がより好ましい。第２薄膜ヒータ部２３ｂの線間距離ｄは、５０ｍｍ以下が好ましく、５ｍｍ以下がより好ましい。
好ましい。
好ましい。
第１薄膜ヒータ部２３ａと同様、第２薄膜ヒータ部２３ｂの構成数は限定されるものではなく、加熱する領域に応じて、図１１のような１つの部材で構成してもよいし、２つ以上の部材で構成してもよい。
第１薄膜ヒータ部２３ａ及び第２薄膜ヒータ部２３ｂを形成する前には、第１薄膜ヒータ部２３ａに電力を送る第１給電ピン４０及び第２薄膜ヒータ部２３ｂに電力を送る第２給電ピン４１を基台部３２及び第１絶縁層３３に予め貫通させておき、第１給電ピン４０の上端面及び第２給電ピン４１の上端面を第１絶縁層３３の表面へ露出させておく。その後、第１絶縁層３３上に第１薄膜ヒータ部２３ａ及び第２薄膜ヒータ部２３ｂを溶射で形成することで、第１給電ピン４０と第１薄膜ヒータ部２３ａとが電気的に接続され、第２給電ピン４１と第２薄膜ヒータ部２３ｂとが電気的に接続される。電極部３６の場合も同様であり、電極部３６に電力を送る第３給電ピン４３を基台部３２、第１絶縁層３３、及び第２絶縁層３５に予め貫通させておき、第３給電ピン４３の上端面を第２絶縁層３５の表面へ露出させておく。その後、第２絶縁層３５の表面に電極部３６を溶射で形成することで、第３給電ピン４３と電極部３６とが電気的に接続される。
第１薄膜ヒータ部２３ａ及び第２薄膜ヒータ部２３ｂへの出力の調整には、サイリスタやインバータなどが用いられ、所望の昇温状態を得るために、例えば１００ｋＷ／ｍ２程度の電力が第１及び第２薄膜ヒータ部２３ａ，２３ｂへ出力される。静電チャック２５内の所要部位に温度センサーを内蔵させて、各部位の温度を検知することや、ウェハ２７ないしフォーカスリング２６の温度を非接触で検知することで、第１薄膜ヒータ部２３ａ及び第２薄膜ヒータ部２３ｂをフィードバック制御してもよい。
上記実施形態は例示であり制限的なものではない。例えば第１薄膜ヒータ部２３ａ及び第２薄膜ヒータ部２３ｂと電極部３６の位置を入れ替えてもよい。また、第１薄膜ヒータ部２３ａ及び第２薄膜ヒータ部２３ｂと電極部３６とを同じ層に形成してもよい。絶縁層、電極部、給電ピン、ガス孔、及び冷却路の形態は、半導体製造プロセスに応じて適宜変更することができる。ウェハが接触する誘電層の表面をエンボス状として吸着性を制御してもよい。静電チャックで保持する対象物は、どのようなものでもよく、ウェハの他、フラットパネルディスプレーのガラス基板などが挙げられる。
１１ 発熱部材
１２ 基材部
１３ 薄膜ヒータ部
１４ 絶縁層
１５、１６ リード線
１９ａ、１９ｂ 端子
２０ 真空チャンバー
２２ ガス導入装置
２３ａ 第１薄膜ヒータ部
２３ｂ 第２薄膜ヒータ部
２３ｄ 内側ヒータ部
２３ｆ 外側ヒータ部
２５ 静電チャック
２６ フォーカスリング
２７ ウェハ
２８ 上部電極
２９ 高周波電源
３２ 基台部
３３ 第１絶縁層
３５ 第２絶縁層
３６ 電極部
３７ 誘電層
３８ 被覆層
３９ ガス孔
４０ 第１給電ピン
４１ 第２給電ピン
４２ 冷却路
４３ 第３給電ピン
ｔ 厚み
ｓ 線幅（幅）
ｄ 線間距離
１２ 基材部
１３ 薄膜ヒータ部
１４ 絶縁層
１５、１６ リード線
１９ａ、１９ｂ 端子
２０ 真空チャンバー
２２ ガス導入装置
２３ａ 第１薄膜ヒータ部
２３ｂ 第２薄膜ヒータ部
２３ｄ 内側ヒータ部
２３ｆ 外側ヒータ部
２５ 静電チャック
２６ フォーカスリング
２７ ウェハ
２８ 上部電極
２９ 高周波電源
３２ 基台部
３３ 第１絶縁層
３５ 第２絶縁層
３６ 電極部
３７ 誘電層
３８ 被覆層
３９ ガス孔
４０ 第１給電ピン
４１ 第２給電ピン
４２ 冷却路
４３ 第３給電ピン
ｔ 厚み
ｓ 線幅（幅）
ｄ 線間距離
Claims (6)
- 基材部と、この基材部上に形成された薄膜ヒータ部とを備え、
前記薄膜ヒータ部は、ＴｉｘＯｙ（但し、０＜ｙ／ｘ＜２．０を満たす。）を含む溶射皮膜からなり、
前記溶射皮膜は、Ｔｉ ｘ１ Ｏ ｙ１ （但し、０＜ｙ１／ｘ１＜１．５を満たす。）及びＴｉ ｘ２ Ｏ ｙ２ （但し、１．５≦ｙ２／ｘ２≦２．０を満たす。）を含むことを特徴とする発熱部材。 - 前記溶射皮膜中、Ｔｉｘ１Ｏｙ１（但し、０＜ｙ１／ｘ１＜１．５を満たす。）の質量比の合計値は、Ｔｉｘ２Ｏｙ２（但し、１．５≦ｙ２／ｘ２≦２．０を満たす。）の質量比の合計値よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の発熱部材。
- 前記薄膜ヒータ部の幅は、１〜２０ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の発熱部材。
- 前記薄膜ヒータ部の厚みは、３０〜１０００μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の発熱部材。
- 前記薄膜ヒータ部の線間距離は、０．５〜５０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の発熱部材。
- 前記薄膜ヒータ部の上にセラミックス絶縁層を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の発熱部材。
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