JP7197534B2 - セラミックヒータ - Google Patents

Description

本発明は、熱電対ガイド及びセラミックヒータに関する。

従来、セラミックヒータとしては、ウエハ載置面を有する円盤状のセラミックプレートの内周側と外周側にそれぞれ独立に抵抗発熱体を埋め込んだ２ゾーンヒータと呼ばれるものが知られている。例えば特許文献１には、図９に示すシャフト付きセラミックヒータ４１０が開示されている。このシャフト付きセラミックヒータ４１０は、セラミックプレート４２０の外周側の温度を外周側熱電対４５０で測定する。熱電対ガイド４３２は、筒状部材であり、ストレートシャフト４４０の内部で下方から上方にまっすぐ延びたあと円弧状に曲げられて９０°方向転換している。この熱電対ガイド４３２は、セラミックプレート４２０の裏面のうちストレートシャフト４４０に囲まれた領域に設けられたスリット４２６ａに取り付けられている。スリット４２６ａは、熱電対通路４２６の入口部分をなす。外周側熱電対４５０は、熱電対ガイド４３２の筒内に挿入されて熱電対通路４２６の終端位置に達している。

国際公開第２０１２／０３９４５３号パンフレット（図１１）

しかしながら、熱電対ガイド４３２は、１本の筒状部材を円弧状に曲げることにより、直線管部４３２ａと湾曲管部４３２ｂとを形成したものであるため、以下の問題があった。すなわち、湾曲管部４３２ｂを細くすると、直線管部４３２ａも細くなってしまうため、熱電対ガイド４３２の剛性が不足するという問題が生じた。一方、直線管部４３２ａを太くすると、湾曲管部４３２ｂも太くなってしまうため、スリット４２６ａの幅を大きくせざるを得ないという問題が生じた。

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、熱電対ガイドの剛性を保持しつつ熱電対通路の入口部分の幅を狭くすることを主目的とする。

本発明の熱電対ガイドは、
直線状の第１管部と、
前記第１管部に繋がり、前記第１管部の向きを変換するよう設けられた湾曲部を有する第２管部と、
を備えた熱電対ガイドであって、
前記湾曲部のうち少なくとも先端から所定長さまでの先端側部分の外径は、前記第１管部の外径よりも小さい、
ものである。

この熱電対ガイドは、以下のように用いられる。すなわち、抵抗発熱体が内蔵されたプレートの熱電対通路の入口部分に熱電対ガイドの先端側部分を配置し、細長い熱電対を熱電対ガイドの直線状の第１管部及び湾曲部を有する第２管部に通し、熱電対を熱電対通路へ導く。この熱電対ガイドは、第２管部が有する湾曲部のうち少なくとも先端から所定長さまでの先端側部分の外径が第１管部の外径よりも小さい。この先端側部分は熱電対通路に配置される部分であり、その外径が第１管部の外径よりも小さいため、熱電対通路の入口部分の幅を小さくすることができる。また、熱電対ガイドの第１管部の外径は先端側部分の外径よりも大きい。そのため、第１管部の剛性を比較的高く保持することができる。

本発明の熱電対ガイドにおいて、前記第２管部は、前記第１管部に溶接されていてもよい。こうすれば、第２管部と第１管部とを別々に用意しておき、両者を溶接すれば本発明の熱電対ガイドを得ることができる。

本発明の熱電対ガイドにおいて、前記湾曲部のうち少なくとも前記先端側部分の内径を、前記第１管部の内径よりも小さくしてもよい。こうすれば、先端側部分の内径が第１管部の内径と同じ場合に比べて、先端側部分の外径を第１管部の外径よりも一層小さくすることができる。また、先端側部分の外径を所定値とした場合、先端側部分の内径が小さい分、先端側部分の壁厚が厚くなるため、先端側部分の剛性を高くすることができる。

本発明の熱電対ガイドにおいて、前記第２管部の全体の外径を、前記第１管部の外径よりも小さくしてもよい。特に、第２管部が第１管部に溶接されている場合にこの構成を採用すれば、第２管部の全体が同じ径であるため、第２管部を簡単に用意することができる。この場合、前記第２管部の全体の内径を前記第１管部の内径よりも小さくしてもよい。こうすれば、第２管部の内径が第１管部の内径と同じ場合に比べて、第２管部の外径を第１管部の外径よりも一層小さくすることができる。また、第２管部の外径を所定値とした場合、第２管部の内径が小さい分、第２管部の壁厚が厚くなるため、第２管部の剛性を高くすることができる。

本発明の熱電対ガイドにおいて、前記湾曲部の曲率半径は、２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、前記湾曲部のストローク長さは、２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、前記湾曲部は、前記第１管部の向きを５０°以上９０°以下に変換するように設けられていることが好ましい。こうすれば、細長い熱電対を熱電対ガイドの第１管部及び第２管部に通したあと、熱電対を熱電対通路へスムーズに導くことができる。

本発明のセラミックヒータは、
ウエハ載置面を有する円盤状のセラミックプレートと、
前記セラミックプレートのうち前記ウエハ載置面とは反対側の裏面に接合された筒状シャフトと、
前記セラミックプレートの内周部に埋設された内周側抵抗発熱体と、
前記セラミックプレートの外周部に埋設された外周側抵抗発熱体と、
前記内周側抵抗発熱体の一対の端子及び前記外周側抵抗発熱体の一対の端子を含む付帯部品と、
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の内側領域の起点から前記セラミックプレートの外周部の終端位置に至る長穴と、
前記長穴の入口部分である長溝と、
前記長溝に前記湾曲部の前記先端側部分が配置された上述したいずれかの熱電対ガイドと、
を備えたものである。

このセラミックヒータでは、熱電対ガイドは、第２管部が有する湾曲部のうち少なくとも先端から所定長さまでの先端側部分の外径が第１管部の外径よりも小さい。この先端側部分は熱電対通路に配置される部分であり、その外径が第１管部の外径よりも小さいため、熱電対通路の入口部分の幅を小さくすることができる。また、熱電対ガイドの第１管部の外径は先端側部分の外径よりも大きい。そのため、第１管部の剛性を比較的高く保持することができる。

本発明のセラミックヒータにおいて、前記長穴は、熱電対を挿入する熱電対挿入用長穴であってもよい。こうすれば、長穴を利用して熱電対を挿入することができる。

本発明のセラミックヒータにおいて、前記長溝の長さは、前記熱電対ガイドの前記湾曲部のうち前記長溝に配置される前記先端側部分の長さ以上となるように定められていてもよい。こうすれば、熱電対ガイドをより容易に長溝に配置することができる。

本発明のセラミックヒータは、前記熱電対ガイド及び前記長穴に挿入された熱電対を備えていてもよい。

セラミックヒータ１０の斜視図。 図１のＡ－Ａ断面図。 図１のＢ－Ｂ断面図。 熱電対ガイド３２の正面図。 熱電対ガイド３２の第２管部３４周辺の部分拡大図。 図３の中央部分の拡大図。 熱電対ガイド３２の取付方法の説明図。 熱電対ガイド３２の取付方法の説明図。 従来例の説明図。

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、図３は図１のＢ－Ｂ断面図、図４は熱電対ガイド３２の正面図、図５は熱電対ガイド３２の第２管部３４周辺の部分拡大図、図６は図３の中央部分の拡大図である。

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３参照）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。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、タングステン又は炭化タングステンを主成分とするコイルで構成されている。セラミックプレート２０は、図２に示すように、上側プレートＰ１とその上側プレートＰ１よりも薄い下側プレートＰ２とを面接合することにより作製されている。

筒状シャフト４０は、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、小径部４０ａと大径部４０ｂとを備えている。小径部４０ａは、筒状シャフト４０の下端から所定の高さまでの部分であり、内径ｄ１の筒状部である。大径部４０ｂは、筒状シャフト４０の所定の高さから拡径されたあと筒状シャフト４０の上端までの部分であり、内径ｄ２（＞ｄ１）の筒状部である。筒状シャフト４０は、上端（大径部４０ｂの端面）がセラミックプレート２０に拡散接合されている。筒状シャフト４０の内部空間４１は、小径部４０ａの内径と同じ径の円筒空間４１ａと、その円筒空間４１ａの外側に大径部４０ｂによって囲まれた環状の拡張空間４１ｂとを有している。拡張空間４１ｂは、後述する熱電対ガイド３２の第２管部３４の先端を旋回しながら入れ込むことが可能な空間となっている。

内周側抵抗発熱体２２は、図３に示すように、一対の端子２２ａ，２２ｂの一方から端を発し、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、一対の端子２２ａ，２２ｂの他方に至るように形成されている。一対の端子２２ａ，２２ｂは、シャフト内領域２０ｄ（セラミックプレート２０の裏面２０ｂのうち小径部４０ａの内側領域）に設けられている。一対の端子２２ａ，２２ｂには、それぞれ金属製（例えばＮｉ製）の給電棒４２ａ，４２ｂが接合されている。

外周側抵抗発熱体２４は、図３に示すように、一対の端子２４ａ，２４ｂの一方から端を発し、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一対の端子２４ａ，２４ｂの他方に至るように形成されている。一対の端子２４ａ，２４ｂは、セラミックプレート２０の裏面２０ｂのシャフト内領域２０ｄに設けられている。一対の端子２４ａ，２４ｂには、それぞれ金属製（例えばＮｉ製）の給電棒４４ａ，４４ｂが接合されている。

セラミックプレート２０の内部には、図２に示すように、外周側熱電対５０を挿入するための長穴２６がウエハ載置面２０ａと平行に設けられている。長穴２６は、セラミックプレート２０の裏面２０ｂのうちシャフト内領域２０ｄの起点２６ｓからセラミックプレート２０の外周部の所定の終端位置２６ｅに至っている。長穴２６の横幅は、図３に示すように、終端位置２６ｅの手前から終端位置２６ｅに向かって徐々に細くなっている。この長穴２６は、図３及び図５に示すように、セラミックプレート２０の半径方向から外れた方向に沿って設けられている。長穴２６のうち、起点２６ｓから拡張領域２０ｆ（裏面２０ｂのうち拡張空間４１ｂ内の領域）に至る入口部分は、熱電対ガイド３２の第２管部３４の先端を嵌め込むための長溝２６ａになっている。長溝２６ａは、筒状シャフト４０の内部空間４１に開口している。本実施形態では、長溝２６ａは、起点２６ｓから拡張領域２０ｆの外周縁まで延びている。長溝２６ａの長さは、熱電対ガイド３２の湾曲部３４ｃのうち長溝２６ａに配置される先端側部分３４ｂの長さ以上となるように定められている。端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂは、シャフト内領域２０ｄであって長溝２６ａ以外の位置に設けられている。

熱電対ガイド３２は、ガイド穴３２ａを備えた金属製の筒状部材であり、図４に示すように、直線状の第１管部３３と、湾曲部３４ｃを有する第２管部３４とを備えている。第１管部３３は、先端から基端までまっすぐに延びた筒状部材である。第２管部３４は、１本の金属製の筒状部材に曲げ加工を施したものであり、直線部３４ｓと湾曲部３４ｃとを備えている。直線部３４ｓは、第１管部３３と同じ方向にまっすぐに延びている部分である。第２管部３４は、直線部３４ｓの基端で第１管部３３の先端に溶接されている。湾曲部３４ｃは、第１管部３３の向きを変換するよう設けられている。具体的には、湾曲部３４ｃは、図５に示すように、第１管部３３の軸方向に対して角度θだけ第１管部３３の向きを変換するように設けられている。第２管部３４の全体（先端側部分３４ｂを含む）の外径φｏ２は、第１管部３３の外径φｏ１よりも小さい。第２管部３４の全体（先端側部分３４ｂを含む）の内径φｉ２は、第１管部３３の内径φｉ１よりも小さい。

熱電対ガイド３２を製造するには、予め第１管部３３と第２管部３４とを別々に用意し、第１管部３３の先端に第２管部３４の基端を溶接する。具体的には、第１管部３３の中心軸と第２管部３４の中心軸とが同軸となるように位置決めしたあと溶接する。第１管部３３の中心軸と第２管部３４の中心軸とはできるだけ同軸となるように溶接することが好ましいが、同軸から若干ずれたとしてもガイド穴３２ａが溶接箇所から外部に通じない程度のズレ幅で溶接されていれば支障はない。

湾曲部３４ｃの曲率半径Ｒやストローク長さＳ（第２管部３４の先端から第１管部３３の中心軸までの水平距離）は、筒状シャフト４０の内径に応じて適宜設定するのが好ましい。例えば、筒状シャフト４０の小径部４０ａの内径が３５ｍｍ以上４５ｍｍ以下の場合、湾曲部３４ｃの曲率半径Ｒは好ましくは２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、より好ましくは２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、湾曲部３４ｃのストローク長さＳは好ましくは２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、より好ましくは２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。角度θは、５０°以上９０°以下が好ましく、７５°以上９０°以下がより好ましい。なお、図４及び図５では、角度θは９０°の例を示した。第１管部３３の外径φｏ１は、２．４ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましく、第２管部３４の外径φｏ２は、１．９ｍｍ以上２．３ｍｍ以下が好ましい。第１管部３３の内径φｉ１は、１．８ｍｍ以上２．５ｍｍ以下が好ましく、第２管部３４の内径φｉ２は、１．６ｍｍ以上２．０ｍｍ以下が好ましい。

熱電対ガイド３２は、直線状の第１管部３３がウエハ載置面２０ａに対して垂直方向になり、第２管部３４の湾曲部３４ｃによって垂直方向から水平方向に変換するように配置されている。熱電対ガイド３２のガイド穴３２ａには、外周側熱電対５０が挿通されている。第２管部３４の先端は、長溝２６ａ内に単に嵌め込まれているだけでもよいし、長溝２６ａ内に接合又は接着されていてもよい。第１管部３３は、固定されていなくてもよいし、例えば筒状シャフト４０の基端（下部開口端）に固定されたセラミックヒータ１０を支持する図示しない支持台などに固定又は位置決めされていてもよい。

筒状シャフト４０の内部には、図２に示すように、内周側抵抗発熱体２２の一対の端子２２ａ，２２ｂのそれぞれに接続される給電棒４２ａ，４２ｂや外周側抵抗発熱体２４の一対の端子２４ａ，２４ｂのそれぞれに接続される給電棒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の中央付近の温度を測定するための内周側熱電対４８やセラミックプレート２０の外周付近の温度を測定するための外周側熱電対５０も配置されている。内周側熱電対４８は、セラミックプレート２０の裏面２０ｂに設けられた凹部４９に差し込まれ、先端の測温部４８ａがセラミックプレート２０に接触している。凹部４９は、各端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂや長溝２６ａと干渉しない位置に設けられている。外周側熱電対５０は、シース熱電対であり、熱電対ガイド３２のガイド穴３２ａ及び長穴２６を通過し、先端の測温部５０ａが長穴２６の終端位置２６ｅに達している。外周側熱電対５０に用いられるシース熱電対としては、例えば直径が０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下でありステンレス（ＳＵＳなど）製又はニッケル合金（インコネル（登録商標）など）製のシース熱電対が挙げられる。

熱電対ガイド３２は、セラミックヒータ１０の製造工程の終盤で取り付けられる。このときの様子を図７及び図８に示す。図７及び図８に示すように、セラミックプレート２０の裏面２０ｂに筒状シャフト４０を接合し、セラミックプレート２０の裏面２０ｂに露出している端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂのそれぞれに給電棒４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂを接合した後、熱電対ガイド３２を取り付ける。本実施形態では、熱電対ガイド３２の第２管部３４の向きを長穴２６の入口部分である長溝２６ａの向きに合わせたあと、熱電対ガイド３２を筒状シャフト４０の小径部４０ａに入れようとしても、長穴２６およびその延長線がシャフト内領域２０ｄに現れる距離は第２管部３４の先端から第１管部３３の中心軸までの水平距離より短く、第２管部３４が小径部４０ａに引っかかるため、そのままでは熱電対ガイド３２を小径部４０ａに入れることはできない。そのため、まず、熱電対ガイド３２の第２管部３４を小径部４０ａや給電棒４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂに干渉しない姿勢（図７及び図８の一点鎖線の熱電対ガイド３２参照）にした後、第２管部３４をセラミックプレート２０の裏面２０ｂに近づける。そして、第２管部３４の先端が大径部４０ｂの内部空間に達したあと、熱電対ガイド３２を旋回させて第２管部３４の先端が拡張空間４１ｂに入るようにしながら第２管部３４の先端を長溝２６ａに嵌め込む（図７及び図８の実線の熱電対ガイド３２参照）。その後、熱電対ガイド３２のガイド穴３２ａに外周側熱電対５０を挿通して測温部５０ａを長穴２６の終端位置２６ｅに到達させる。

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、内周側熱電対４８によって検出された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、外周側熱電対５０によって検出された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及び熱電対ガイド３２では、第２管部３４の外径φｏ２が第１管部３３の外径φｏ１よりも小さいため、熱電対通路の入口部分、つまり、長溝２６ａの幅を小さくすることができる。これにより、端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂや凹部４９などの付帯部品を配置する領域が広がり、付帯部品の配置の自由度が高まる。また、熱電対ガイド３２の第１管部３３の外径φｏ１は第２管部３４の外径φｏ２よりも大きいため、第１管部３３の剛性を比較的高く保持することができる。また、セラミックプレート２０から熱電対ガイド３２を介した外部への熱伝導（熱引き）の抑制も期待される。これにより、セラミックプレート２０の均熱性の改善や熱電対ガイド３２を筒状シャフト４０の外側で支持する部材への熱的影響の抑制が期待される。

また、熱電対ガイド３２において、第２管部３４は、第１管部３３に溶接されているため、第２管部３４と第１管部３３とを別々に用意しておき、両者を溶接すれば熱電対ガイド３２を得ることができる。

更に、熱電対ガイド３２において、第２管部３４の内径φｉ２が、第１管部３３の内径φｉ１よりも小さいため、第２管部３４の内径φｉ２が第１管部３３の内径φｉ１と同じ場合に比べて、第２管部３４の外径φｏ２を第１管部３３の外径φｏ１よりも一層小さくすることができる。また、第２管部３４の外径φｏ２を所定値とした場合、第２管部３４の内径φｉ２が小さい分、第２管部３４の壁厚が厚くなるため、第２管部３４の剛性を高くすることができる。

更にまた、熱電対ガイド３２において、第２管部３４の全体が同じ径であるため、溶接前の第２管部３４を簡単に用意することができる。

また、本実施形態のセラミックヒータ１０では、長穴２６は、外周側熱電対５０を挿入する熱電対挿入用長穴であるため、長穴２６を利用して外周側熱電対５０を挿入することができる。

更に、長穴２６の入口部分である長溝２６ａの長さは、熱電対ガイド３２の湾曲部３４ｃのうち長溝２６ａに配置される先端側部分３４ｂの長さ以上となるように定められているため、熱電対ガイド３２をより容易に長溝２６ａに配置することができる。

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、熱電対ガイド３２は、第２管部３４が直線部３４ｓを備えているものとしたが、直線部３４ｓを備えていなくてもよい。例えば、第１管部３３の先端に湾曲部３４ｃの基端が直接溶接されていてもよい。

上述した実施形態において、熱電対ガイド３２は、第２管部３４の出口に繋がる先端側直線部を有していてもよい。この先端側直線部は、ウエハ載置面２０ａに対して水平方向に延びるように設けられる。こうすれば、よりスムーズに外周側熱電対５０を長穴２６に誘導することができる。また、このような先端側直線部を有する熱電対ガイド３２は、長溝２６ａに配置される部分が長くなる。そのため、それに合わせて長溝２６ａの長さを設定することが好ましい。

上述した実施形態の図４及び図５において、熱電対ガイド３２の湾曲部３４ｃは、第１管部３３の向きを９０°変換するように（角度θが９０°となるように）設けられているものとしたが、角度θは９０°未満としてもよい。曲率半径Ｒが同じならば、角度θが小さいほどストローク長さＳが短くなるため、端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂや凹部４９などの付帯部品を配置可能な領域が広くなる。角度θは５０°以上９０°以下が好ましく、７５°以上９０°以下がより好ましい。こうすれば、細長い外周側熱電対５０を熱電対ガイド３２の第１管部３３及び第２管部３４に通したあと、外周側熱電対５０を熱電対通路である長穴２６へスムーズに導くことができる。

上述した実施形態において、湾曲部３４ｃの曲率半径Ｒは、２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。曲率半径Ｒが２０ｍｍ以上であれば、外周側熱電対５０の挿入時に熱電対ガイド３２の第１管部３３及び第２管部３４内で外周側熱電対５０にかかる応力が比較的小さいため、外周側熱電対５０を熱電対通路である長穴２６にスムーズに導くことができる。また、曲率半径Ｒが５０ｍｍ以下であれば、ストローク長さＳをあまり大きくできない場合（例えば、筒状シャフト４０の小径部４０ａの内径が３５ｍｍ以上４５ｍｍ以下などで比較的小さい場合）でも角度θを上述の範囲にできるため、外周側熱電対５０を熱電対通路である長穴２６へスムーズに導くことができる。このうち、曲率半径Ｒが２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下では、外周側熱電対５０を長穴２６へよりスムーズに導くことができる点で好ましい。また、曲率半径Ｒが３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下では、外周側熱電対５０の挿入時に熱電対ガイド３２の曲がり（ベンド）が小さくあるいは元に戻りやすい点で好ましい。参考として、湾曲部３４ｃの曲率半径Ｒが２０ｍｍ、３０ｍｍ、４０ｍｍ、５０ｍｍの熱電対ガイド３２を備えたセラミックヒータ１０を用いて外周側熱電対５０をセットする実験を行った結果を、表１に示す。なお、熱電対ガイド３２において、第１管部３３の内径φｉ１は２ｍｍ、第２管部３４の外径φｏ２は２．２ｍｍ、内径φｉ２は１．６９ｍｍに統一した。表１において、熱電対ガイドの曲がりの評価は、熱電対の挿入時に熱電対ガイドが曲がらなかった場合を「１」、熱電対の挿入時に熱電対ガイドが曲がったがすぐに元に戻った場合を「２」、熱電対の挿入時に熱電対ガイドが曲がったが熱電対の挿入が完了すると元に戻った場合を「３」とした。表１に示すように、曲率半径Ｒが２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下では、熱電対ガイドの曲がりの評価は「１」「２」及び「３」のうちのいずれかであり、熱電対ガイドの曲がりが小さくあるいは元に戻りやすかった。また、曲率半径Ｒが３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下では、熱電対ガイドの曲がりの評価は「１」又は「２」であり、熱電対ガイド３２の曲がりがより小さくあるいはより元に戻りやすかった。

上述した実施形態において、湾曲部３４ｃのストローク長さＳは、２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましく、２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることがより好ましい。こうすれば、端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂや凹部４９などの付帯部品を配置可能な領域を広く保ったまま、角度θや曲率半径Ｒを上述の範囲に設定できる。そのため、外周側熱電対５０を長穴２６へスムーズに導くことができる。

上述した実施形態では、第２管部３４は第１管部３３に溶接されているものとしたが、溶接以外の冶金的接合方法（圧接や拡散接合など）で接合されていてもよい。また、接合部のない一本の管で形成されていることによって第２管部３４が第１管部３３に繋がっていてもよい。

上述した実施形態では、第２管部３４の内径φｉ２は第１管部３３の内径φｉ１よりも小さいものとしたが、第２管部３４の内径φｉ２は第１管部３３の内径φｉ１と同じでもよい。この場合、ガイド穴３２ａには第２管部３４と第１管部３３との繋ぎ目に段差がないようにすることができるため、外周側熱電対５０をスムーズに通過させることができる。

上述した実施形態では、第２管部３４の全体の外径φｏ２が第１管部３３の外径φｏ１よりも小さいものとしたが、第２管部３４のうち少なくとも先端側部分３４ｂの外径が第１管部３３の外径φｏ１よりも小さければよい。例えば、第２管部３４のうち先端側部分３４ｂ以外の部分の外径が第１管部３３の外径φｏ１と同じであってもよい。長溝２６ａに嵌め込まれる先端側部分３４ｂの外径が第１管部３３の外径φｏ１よりも小さければ、長溝２６ａの幅を小さくすることができる。

上述した実施形態では、第２管部３４全体の内径φｉ２が第１管部３３の内径φｉ１よりも小さいものとしたが、第２管部３４のうち先端側部分３４ｂの内径が第１管部３３の内径φｉ１よりも小さければよい。例えば、第２管部３４のうち先端側部分３４ｂ以外の部分の内径が第１管部３３の内径φｉ１と同じでもよい。この場合でも、先端側部分３４ｂの内径が第１管部３３の内径φｉ１と同じ場合に比べて、先端側部分３４ｂの外径を第１管部３３の外径φｏ１よりも一層小さくすることができる。また、先端側部分３４ｂの外径を所定値とした場合、先端側部分３４ｂの内径が小さい分、先端側部分３４ｂの壁厚が厚くなるため、先端側部分３４ｂの剛性を高くすることができる。

上述した実施形態において、第１管部３３の外径φｏ１は、２．４ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましく、第２管部３４の外径φｏ２は、１．９ｍｍ以上２．３ｍｍ以下が好ましい。第１管部３３の内径φｉ１は、１．８ｍｍ以上２．２ｍｍ以下が好ましく、第２管部３４の内径φｉ２は、１．５ｍｍ以上１．９ｍｍ以下が好ましい。第１管部３３の壁厚は０．１５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下が好ましい。こうすれば、第１管部３３の剛性を比較的高くすることができる。第２管部３４の壁厚は０．１５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下が好ましい。こうすれば、第２管部３４の剛性を比較的高くすることができる。また、第２管部３４の外径を小さく内径を大きくすることができるため、長溝２６ａの溝を小さくしつつ外周側熱電対５０をスムーズに挿入することができる。第２管部３４の形状及びサイズ並びに第１管部３３の長さ及び内径は所定のものとし、第１管部３３の外径を変えた熱電対ガイド３２を比較した場合、熱電対ガイド３２に外周側熱電対５０を挿入したときの熱電対ガイド３２の曲がり（ベンド）は第１管部３３の外径φｏ１が太いほど小さくなる傾向あるいは元に戻りやすい傾向が見られた。また、第２管部３４の外径φｏ２の第１管部３３の外径φｏ１に対する比φｏ２／φｏ１は、例えば２／５以上９／１０以下としてもよい。また、第２管部３４の内径φｉ２の第１管部３３の内径φｉ１に対する比φｉ２／φｉ１は、例えば３／４以上１９／２０以下としてもよい。

上述した実施形態において、ガイド穴３２ａの段差、つまり（φｉ１－φｉ２）／２の値は、外周側熱電対５０を長穴２６へスムーズに導くことができる程度であることが好ましい。（φｉ１－φｉ２）／２の値は、外周側熱電対５０の形状や種類にもよるが、例えば０．２ｍｍ以下としてもよい。

上述した実施形態では、湾曲部３４ｃは、曲率半径Ｒの円弧状に湾曲しているものとしたが、例えば、湾曲部３４ｃの先端に向かって徐々にカーブがきつくなるように（例えば徐々に曲率半径が小さくなるように）してもよいし、湾曲部３４ｃの先端に向かって徐々にカーブがゆるくなるように（例えば徐々に曲率半径が大きくなるように）してもよい。湾曲部３４ｃは、例えば、楕円弧状に湾曲していてもよいし、放物線状に湾曲していてもよい。

上述した実施形態において、熱電対ガイド３２の材質は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４など）とすることが好ましい。こうすれば、熱電対ガイド３２の耐熱性及び耐食性を高めることができる。また、加工性がよいため、熱電対ガイド３２を容易に形成できる。

上述した実施形態では、第１管部３３がウエハ載置面２０ａに対して垂直方向になるように配置されているものとしたが、垂直方向に対してわずかに（例えば±５°以内）傾いて配置されていてもよい。ただし、給電棒４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂや内周側熱電対４８との干渉を避ける観点からは、この傾きは小さい方がよい。

上述した実施形態では、筒状シャフト４０は、内径ｄ１の小径部４０ａと内径ｄ２（＞ｄ１）の大径部４０ｂとを備えているものとしたが、ストレート形状でもよいし、内径ｄ１と内径ｄ２とが同じでもよい。内径ｄ１と内径ｄ２とが同じ場合、内部空間４１において円筒空間４１ａと拡張空間４１ｂとの区別はなく、裏面２０ｂにおいてシャフト内領域２０ｄと拡張領域２０ｆとの区別はない。

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。静電電極が内蔵される場合には、セラミックプレート２０のシャフト内領域２０ｄに静電電極の端子（付帯部品の一つ）が設けられる。静電電極の端子はシャフト内領域２０ｄで長溝２６ａ以外の位置に設けられる。ＲＦ電極が内蔵される場合には、セラミックプレート２０のシャフト内領域２０ｄにＲＦ電極の端子（付帯部品の一つ）が設けられる。ＲＦ電極の端子はシャフト内領域２０ｄで長溝２６ａ以外の位置に設けられる。

上述した実施形態では、熱電対ガイド３２の上下方向の長さを筒状シャフト４０の高さより長くしたが、筒状シャフト４０の高さと同じにしてもよいし短くしてもよい。

上述した実施形態において、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。端子の数は小ゾーンの数に応じて増加するが、上述した実施形態では長溝２６ａが拡張領域２０ｆに入り込むように設けられているため、端子などを配置可能な領域が広くなる。そのため、端子の数が多くなっても対応し得る。

上述した実施形態では、凹部４９の位置は長溝２６ａの位置を決めた後に決めてもよいし、長溝２６ａの位置を決める前に決めてもよい。後者の場合、凹部４９を付帯部品の一つとみなし、長溝２６ａは凹部４９を通らないように定めることになる。

上述した実施形態では、セラミックプレート２０の裏面２０ｂに筒状シャフト４０を接合し、セラミックプレート２０の端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂのそれぞれに給電棒４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂを接合した後、熱電対ガイド３２を取り付けたが、取付手順はこれに限定されない。例えば、セラミックプレート２０の裏面２０ｂに筒状シャフト４０を接合し、熱電対ガイド３２を取り付けた後、端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂのそれぞれに給電棒４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂを接合してもよい。

本発明は、例えばウエハに処理を施すのに用いられる半導体製造装置用部材として利用可能である。

１０，４１０ セラミックヒータ、２０，４２０ 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、２０ｆ 拡張領域、２２ 内周側抵抗発熱体、２２ａ，２２ｂ 端子、２４ 外周側抵抗発熱体、２４ａ，２４ｂ 端子、２６ 長穴、２６ａ 長溝、２６ｅ 終端位置、２６ｓ 起点、３２，４３２ 熱電対ガイド、３２ａ ガイド穴、３３ 第１管部、３４ 第２管部、３４ｂ 先端側部分、３４ｃ 湾曲部、３４ｓ 直線部、４０ 筒状シャフト、４０ａ 小径部、４０ｂ 大径部、４１ 内部空間、４１ａ 円筒空間、４１ｂ 拡張空間、４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂ 給電棒、４８ 内周側熱電対、４８ａ 測温部、４９ 凹部、５０ 外周側熱電対、５０ａ 測温部、４５０ 外周側熱電対、４２６ 熱電対通路、４２６ａ スリット、４４０ ストレートシャフト、Ｐ１ 上側プレート、Ｐ２ 下側プレート、Ｗ ウエハ、Ｚ１ 内周側ゾーン、Ｚ２ 外周側ゾーン。

Claims (9)

1. ウエハ載置面を有する円盤状のセラミックプレートと、
   前記セラミックプレートのうち前記ウエハ載置面とは反対側の裏面に接合された筒状シャフトと、
   前記セラミックプレートの内周部に埋設された内周側抵抗発熱体と、
   前記セラミックプレートの外周部に埋設された外周側抵抗発熱体と、
   前記内周側抵抗発熱体の一対の端子及び前記外周側抵抗発熱体の一対の端子を含む付帯部品と、
   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の内側領域の起点から前記セラミックプレートの外周部の終端位置に至る長穴と、
   前記長穴の入口部分である長溝と、
   直線状の第１管部と、前記第１管部に繋がり、前記第１管部の向きを変換するよう設けられた湾曲部を有する第２管部と、を備えた熱電対ガイドであって、前記湾曲部のうち少なくとも先端から所定長さまでの先端側部分の外径は、前記第１管部の外径よりも小さく、前記長溝に前記湾曲部の前記先端側部分が配置された熱電対ガイドと、
   を備えたセラミックヒータ。
2. 前記長穴は、熱電対を挿入する熱電対挿入用長穴である、
   請求項１に記載のセラミックヒータ。
3. 前記長溝の長さは、前記熱電対ガイドの前記湾曲部のうち前記長溝に配置される前記先端側部分の長さ以上となるように定められている、
   請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載のセラミックヒータであって、
   前記熱電対ガイド及び前記長穴に挿入された熱電対
   を備えたセラミックヒータ。
5. 前記第２管部は、前記第１管部に溶接されている、
   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. 前記湾曲部のうち少なくとも前記先端側部分の内径は、前記第１管部の内径よりも小さい、
   請求項１～５のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
7. 前記第２管部の全体の外径は、前記第１管部の外径よりも小さい、
   請求項１～６のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
8. 前記第２管部の全体の内径は、前記第１管部の内径よりも小さい、
   請求項７に記載のセラミックヒータ。
9. 前記湾曲部の曲率半径は、２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、
   前記湾曲部のストローク長さは、２０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であり、
   前記湾曲部は、前記第１管部の向きを５０°以上９０°以下に変換するように設けられている、
   請求項１～８のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。

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