JP7483952B2 - heater - Google Patents
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Description
本開示は、ヒータに関する。 The present disclosure relates to a heater.
従来、たとえば半導体の製造工程において半導体ウエハ等の基板を加熱するヒータが知られている。このようなヒータとして、たとえば、セラミックスからなる円板状の基体と、基体に埋設される抵抗発熱体とを有するヒータが知られている(特許文献1参照)。Conventionally, heaters are known that heat substrates such as semiconductor wafers during the semiconductor manufacturing process. One such heater is known to have a disk-shaped ceramic base and a resistive heating element embedded in the base (see Patent Document 1).
本開示の一態様によるヒータは、基体と、抵抗発熱体と、空洞部とを有する。基体は、セラミックスからなり、加熱面である上面と、該上面とは反対側の面である下面とを有する。抵抗発熱体は、基体の内部に位置する。空洞部は、基体の内部において、抵抗発熱体と基体の側面との間に少なくとも一部が位置する。また、空洞部は、上面と直交する方向における基体の断面視において、側面側に位置する外側壁面と、外側壁面と対向する内側壁面とを有し、内側壁面の少なくとも一部は、下面から上面に向かうほど、上面と直交する方向における基体の中心軸から離れる。A heater according to one aspect of the present disclosure has a base, a resistive heating element, and a cavity. The base is made of ceramics and has an upper surface, which is a heating surface, and a lower surface, which is the surface opposite to the upper surface. The resistive heating element is located inside the base. At least a portion of the cavity is located inside the base between the resistive heating element and a side surface of the base. In addition, in a cross-sectional view of the base in a direction perpendicular to the upper surface, the cavity has an outer wall surface located on the side surface and an inner wall surface facing the outer wall surface, and at least a portion of the inner wall surface moves away from the central axis of the base in a direction perpendicular to the upper surface as it moves from the lower surface to the upper surface.
以下に、本開示によるヒータを実施するための形態(以下、「実施形態」と記載する)について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示によるヒータが限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。 Below, a detailed description will be given of a form for implementing the heater according to the present disclosure (hereinafter, referred to as an "embodiment") with reference to the drawings. Note that the heater according to the present disclosure is not limited to this embodiment. Furthermore, each embodiment can be appropriately combined as long as the processing content is not contradictory. Furthermore, the same parts in each of the following embodiments are given the same reference numerals, and duplicate explanations will be omitted.
また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、たとえば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。 In addition, in the embodiments described below, expressions such as "constant," "orthogonal," "vertical," and "parallel" may be used, but these expressions do not necessarily mean "constant," "orthogonal," "vertical," or "parallel" in the strict sense. In other words, each of the above expressions allows for deviations due to, for example, manufacturing precision, installation precision, and the like.
また、以下で参照する各図は、説明の便宜上の模式的なものである。したがって、細部は省略されることがあり、また、寸法比率は必ずしも現実のものとは一致していない。In addition, the figures referenced below are schematic for the convenience of explanation. Therefore, details may be omitted and the dimensional ratios do not necessarily correspond to the actual ones.
また、以下参照する各図面では、説明を分かりやすくするために、鉛直上向き方向をZ軸方向として規定する。 In addition, in order to make the explanation easier to understand, in each of the drawings referenced below, the vertical upward direction is defined as the Z-axis direction.
セラミックスからなる円板状の基体と、基体に埋設される抵抗発熱体とを有するヒータが知られている。この種のヒータには、熱効率を向上させるという点で更なる改善の余地がある。A heater is known that has a disk-shaped ceramic base and a resistance heating element embedded in the base. There is room for further improvement in this type of heater in terms of improving its thermal efficiency.
そこで、熱効率を向上させることができるヒータの提供が期待されている。 Therefore, there is a need to provide a heater that can improve thermal efficiency.
(第1実施形態)
まず、第1実施形態に係るヒータシステムの構成について図1~図3を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係るヒータシステム1の模式的な斜視図である。図2は、第1実施形態に係るヒータ2の模式的な断面図である。図3は、図2におけるIII-III線矢視における模式的な断面図である。なお、図2には、図1に示すII-II線矢視における模式的な断面図を示している。図2においては、シャフト20を省略し、基体10の断面のみを示している。
First Embodiment
First, the configuration of the heater system according to the first embodiment will be described with reference to Figures 1 to 3. Figure 1 is a schematic perspective view of the
図1に示す第1実施形態に係るヒータシステム1は、半導体ウエハ、水晶ウエハその他のウエハ(以下、単に「ウエハ」と記載する)を加熱する。たとえば、ヒータシステム1は、ウエハに対してプラズマ処理等を行う基板処理装置に搭載される。The
図1に示すように、ヒータシステム1は、ヒータ2と、電力供給部5a,5bと、制御部6とを有する。As shown in FIG. 1, the
図1および図2に示すように、ヒータ2は、基体10と、シャフト20と、抵抗発熱体30と、電極層40と、複数の給電線45a,45bとを有する。As shown in Figures 1 and 2, the
基体10は、上下(Z方向)に厚みがある円板形状を有する。具体的には、基体10は、平面視円形の上面101および下面102と、これら上面101および下面102をつなぐ側面103とを有する。基体10の上面101と下面102とは、略平行である。基体10の上面101には、加熱対象物の一例としてのウエハW(図2参照)が載置される。すなわち、基体10の上面101は加熱面に相当する。基体10の平面形状及び各種の寸法は、加熱対象物の形状および寸法等を考慮して適宜に設定されてよい。The
基体10は、たとえばセラミックスからなり、絶縁性を有する。基体10を構成するセラミックスは、たとえば、窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(Al2O3、アルミナ)、炭化珪素(SiC)、窒化珪素(Si3N4)等を主成分とする焼結体である。なお、主成分は、たとえば、その材料の50質量%以上または80質量%以上を占める材料である。基体10の主成分が窒化アルミニウムである場合、基体10は、イットリウム(Y)の化合物を含んでいてもよい。Y化合物としては、たとえば、YAG(Y3Al5O12)およびY2O3を挙げることができる。
The
なお、基体10の形状は任意である。たとえば、第1実施形態において、基体10の形状は、平面視円形状であるが、これに限らず、平面視において楕円形状、矩形状、台形状などであってもよい。また、ここでは、基体10の上面101が一様な平坦面である場合の例を示すが、基体10の上面101には、たとえば溝部および段差等が位置していてもよい。The shape of the
シャフト20は、両端が開放された筒形状を有する。シャフト20は、基体10の下面102に接続される。1つの態様として、シャフト20は、接着材によって基体10の下面102に接合(接着)される。その他の態様として、シャフト20は、固相接合によって基体10に接合されてもよい。シャフト20の形状は任意である。1つの態様として、シャフト20の形状は、円筒形状を呈している。その他の態様として、シャフト20の形状は、たとえば、角筒などの形状を呈していてもよい。The
シャフト20の材料は、任意である。1つの態様として、シャフト20の材料は絶縁性のセラミックスである。その他の態様として、シャフト20の材料は、たとえば、導電性の材料(金属)であってもよい。シャフト20を構成するセラミックスは、たとえば、窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(Al2O3、アルミナ)、炭化珪素(SiC)、窒化珪素(Si3N4)等を主成分とする焼結体である。
The material of the
図2に示すように、抵抗発熱体30および電極層40は、基体10の内部に位置する。具体的には、抵抗発熱体30は、基体10の上面101と下面102との間に位置し、電極層40は、基体10の上面101と抵抗発熱体30との間に位置する。言い換えれば、抵抗発熱体30および電極層40は、基体10の上面101から下面102に向かって、電極層40および抵抗発熱体30の順番で位置している。2, the
抵抗発熱体30は、たとえば、Ni、W、MoおよびPt等の金属、または、上記金属の少なくとも1つを含む合金からなる。電極層40も同様であり、たとえば、Ni、W、MoおよびPt等の金属、または、上記金属の少なくとも1つを含む合金からなる。The
抵抗発熱体30および電極層40は、上面101に沿って延在している。抵抗発熱体30は、たとえば渦巻き状やミアンダ状などの所定のパターンを描きながら平面視における外形が円形状となるように張り巡らされている。また、電極層40は、たとえば平面視において円板形状を有する。The
抵抗発熱体30は、後述する電力供給部5aから給電線45aを介して供給される電力によって生じるジュール熱により発熱する。これにより、ヒータ2は、基体10の上面101に載置されたウエハWを加熱することができる。The
第1実施形態では、ヒータ2が所謂シングルゾーンヒータである場合の例を示している。かかるヒータ2は、上面101よりも狭い範囲で円形状に張り巡らされた1つの抵抗発熱体30を有する。なお、これに限らず、ヒータ2は、基体10の上面101における複数の領域を個別に制御可能なマルチゾーンヒータであってもよい。この場合のヒータ2は、基体10の上面101のそれぞれ異なる領域に張り巡らされた複数の抵抗発熱体30を有していればよい。ヒータ2がマルチゾーンヒータである場合、給電線45aの本数は、個別制御される領域の数に応じて増加する。
In the first embodiment, an example is shown in which the
第1実施形態において電極層40は、たとえば基体10の上面101にウエハWを吸着させるための静電吸着電極である。かかる電極層40は、後述する電力供給部5bから供給される電力によって静電気力を発生させる。ヒータ2は、かかる静電気力を用いて、ウエハWを基体10の上面101に吸着させることができる。In the first embodiment, the
なお、電極層40は、上記の例に限らず、たとえばプラズマを発生させるためのRF(高周波)電極であってもよい。また、ヒータ2は、電極層40を備えていなくてもよい。すなわち、基体10の内部には、少なくとも抵抗発熱体30が位置していればよい。The
給電線45aは、基体10の内部に位置する抵抗発熱体30を基体10の外部に位置する電力供給部5aと電気的に接続する。また、給電線45bは、基体10の内部に位置する電極層40を基体10の外部に位置する電力供給部5bと電気的に接続する。図2に示すように、ヒータ2は、抵抗発熱体30と給電線45aとを接続するための端子41を有する。また、ここでは図示を省略するが、ヒータ2は、電極層40と給電線45bとを接続するための端子を有する。The
端子41は、たとえば、上下方向にある程度の長さを有する金属である。端子41は、上端側が基体10内に位置し、下端側が基体10外に位置する。図示の例において、端子41は、抵抗発熱体30に電気的に接続されている。端子41の形状は任意である。1つの態様では、端子41の形状は、円柱状を呈している。端子41は、たとえば、Ni、W、MoおよびPt等の金属、または、上記金属の少なくとも1つを含む合金からなる。The terminal 41 is, for example, a metal having a certain length in the vertical direction. The upper end side of the terminal 41 is located inside the
電力供給部5aは、給電線45aを介して抵抗発熱体30と電気的に接続され、給電線45aを介して抵抗発熱体30に電力を供給する。たとえば、電力供給部5aは、図示しない電源から給電された電力を適切な電圧に変換する電源回路を含む。また、電力供給部5bは、給電線45bを介して電極層40と電気的に接続され、給電線45bを介して電極層40に電力を供給する。制御部6は、電力供給部5a,5bにおける電力の供給を制御する。なお、図1に示した給電線45a,45b、電力供給部5a,5bおよび制御部6の個数は一例である。たとえば、ヒータシステム1は、電力供給部5aを制御するための第1制御部と、電力供給部5bを制御するための第2制御部とを有していてもよい。また、図1では、電力供給部5a,5bを別体として示したが、電力供給部5a,5bは一体であってもよい。The
ヒータシステム1は、上記のように構成されており、電力供給部5aから供給される電力を用いて基体10内部の抵抗発熱体30を発熱させることにより、上面101に載置されたウエハWを加熱する。The
ここで、抵抗発熱体30および電極層40は、基体10の側面103の近傍まで延ばすことが難しい。これは、抵抗発熱体30および電極層40を基体10の側面103の近傍まで延ばすと、基体10に層間剥離(デラミネーション)が発生するおそれがあるためである。このため、抵抗発熱体30および電極層40は、基体10の側面103とある程度の間隔をあけて配置される。言い換えれば、抵抗発熱体30および電極層40は、基体10の上面101よりも小径である。なお、抵抗発熱体30および電極層40は、基体10の上面101に載置されるウエハWよりも小径である。Here, it is difficult to extend the
抵抗発熱体30から発せられた熱は、加熱対象物であるウエハWが載置される基体10の上面101だけでなく、基体10の側面103にも伝えられる。ヒータ2の熱効率を向上させるためには、加熱対象物が位置しない、すなわち、加熱する必要がない基体10の側面103への熱伝導を抑えることが望ましい。The heat generated by the
これに対し、第1実施形態に係るヒータ2は、基体10の内部に空洞部50を有する。空洞部50は、少なくとも抵抗発熱体30と基体10の側面103との間に位置している。In contrast, the
空洞部50の内部には、気体、たとえば空気が存在する。空洞部50内の空気は、基体10よりも熱伝導率が低い。したがって、抵抗発熱体30と基体10の側面103との間に空洞部50を設けることで、抵抗発熱体30から基体10の側面103への熱伝導を抑制することができる。A gas, for example air, exists inside the
空洞部50の内部に存在する気体は、空気に限らず、たとえば不活性ガスであってもよい。不活性ガスとしては、たとえば、アルゴン、ヘリウム、窒素等が用いられ得る。また、空洞部50の内部は真空状態であってもよいし、減圧状態であってもよい。減圧状態とは、空洞部50の内部の圧力が大気圧よりも低い状態のことをいう。空洞部50の内部を真空状態または減圧状態とすることで、空洞部50の内部が閉空間である場合に、気体の熱膨張によって基体10に負荷がかかることを抑制することができる。The gas present inside the
図2に示す断面視、すなわち、上面101の中心を通る断面であって、上面101と直交する方向(Z軸方向)における基体10の断面視において、上面101と直交し且つ抵抗発熱体30の外周端31を通過する仮想線を「第1仮想線L1」と規定する。また、断面視において、抵抗発熱体30の外周端31から延びる仮想線であって第1仮想線L1よりも基体10の外方に向かって傾斜した仮想線を「第2仮想線L2」と規定する。第1実施形態に係る空洞部50は、図2に示す断面視(以下、「側断面視」と記載する)において、第2仮想線L2に沿って斜めに延びている。2, that is, in a cross-sectional view of the base 10 in a cross-section passing through the center of the
具体的には、第1実施形態に係る空洞部50は、側断面視において互いに区画された第1空間50a、第2空間50bおよび第3空間50cを有する。そして、第1空間50a、第2空間50bおよび第3空間50cは、第2仮想線L2に沿って並んでいる。具体的には、第1空間50a、第2空間50bおよび第3空間50cは、抵抗発熱体30の外周端31に近い順に第1空間50a、第2空間50bおよび第3空間50cの順番で、第2仮想線L2に沿って並んでいる。Specifically, the
別の観点によれば、第1空間50a、第2空間50bおよび第3空間50cの天井面の位置は、第1空間50a、第2空間50bおよび第3空間50cの順番で高くなる。すなわち、第1空間50a、第2空間50bおよび第3空間50cの天井面の位置は、抵抗発熱体30の外周端31に最も近い第1空間50aにおいて最も低く、抵抗発熱体30の外周端31から最も遠い(基体10の側面103に最も近い)第3空間50cにおいて最も高い。From another perspective, the positions of the ceiling surfaces of the
加熱対象物であるウエハWと抵抗発熱体30とを比較した場合、ウエハWの方が大径である。仮に、空洞部が、抵抗発熱体30の外周端31の近傍(たとえば第1空間50aの位置)から第1仮想線L1に沿って延びているとすると、ウエハWの外周部への熱伝導が抑制されてしまうことから、ウエハWを均一に加熱することが難しい。このため、第1仮想線L1に沿って延びる空洞部をウエハWの外周端よりも外方に位置させることが一案として考えられる。しかしながら、この場合、加熱対象物であるウエハWに対する熱伝導への寄与度が低い領域への熱伝導が多くなるため、熱効率が低い。ここで、加熱対象物に対する熱伝導への寄与度が低い領域とは、たとえば、抵抗発熱体30の上面と、ウエハWの下面と、抵抗発熱体30の外周端31およびウエハWの外周端を結ぶ仮想線とによって囲まれる領域以外の領域のことをいう。When comparing the wafer W, which is the object to be heated, with the
これに対し、第1実施形態に係る空洞部50は、上述したように第2仮想線L2に沿って斜めに延びている。このため、かかる空洞部50を有するヒータ2によれば、熱効率を向上させることができる。すなわち、加熱対象物であるウエハWに対する熱伝導への寄与度が小さい領域への熱伝導を抑制しつつ、ウエハWを均一に加熱することができる。In contrast, the
別の観点によれば、空洞部50の内側壁面512は、基体10の下面102から上面101に向かうほど、上面101と直交する方向における基体10の中心軸L0から離れる。具体的には、空洞部50が有する各空間50a~50cは、基体10の側面103側に位置する外側壁面511と、この外側壁面511と対向する内側壁面512とを有する。From another perspective, the
ここで、基体10の中心軸L0から第1空間50aの内側壁面512までの距離を「距離D1」、中心軸L0から第2空間50bの内側壁面512までの距離を「距離D2」、中心軸L0から第3空間50cの内側壁面512までの距離を「距離D3」と規定する。この場合、距離D1~D3のうち、距離D1が最も短く、次いで距離D2が長く、距離D3が最も長い。かかる構成とすることにより、熱効率を向上させることができる。すなわち、加熱対象物であるウエハWに対する熱伝導への寄与度が小さい領域への熱伝導を抑制しつつ、ウエハWを均一に加熱することができる。Here, the distance from the central axis L0 of the base 10 to the
なお、図2では、距離D1が最も短く、次いで距離D2が長く、距離D3が最も長い場合の例を示したが、空洞部50は、内側壁面512の少なくとも一部が、基体10の下面102から上面101に向かうほど中心軸L0から離れていればよい。すなわち、たとえば、距離D3が最も長く、距離D1と距離D2とが同じ長さであってもよい。また、距離D1が最も短く、距離D2と距離D3とが同じ長さであってもよい。2 shows an example in which distance D1 is the shortest, followed by distance D2 and then distance D3, but it is sufficient that at least a portion of the
また、空洞部50の内側壁面512は、側断面視において、第1仮想線L1と、第2仮想線L2と、基体10の側面103と、基体10の下面102とによって区画される領域に位置していればよい。すなわち、空洞部50は、必ずしも第2仮想線L2に沿っていることを要しない。In addition, the
第1実施形態において、第2仮想線L2は、抵抗発熱体30の外周端31から上面101の外縁104に向かって延びる仮想線である。かかる第2仮想線L2に沿って延びる空洞部50を有するヒータ2によれば、熱効率を適切に向上させることができる。In the first embodiment, the second imaginary line L2 is an imaginary line extending from the outer
これに限らず、第2仮想線L2は、たとえば抵抗発熱体30の外周端31とウエハWの外周端とを結ぶ仮想線であってもよい。また、第2仮想線L2は、ウエハWの外周端と外縁104との間に位置する上面101(言い換えれば、ウエハWから露出する上面101)と抵抗発熱体30の外周端31とを結ぶ仮想線であってもよい。なお、ここでいう「ウエハWの外周端」とは、ウエハWが上面101に適切に(ウエハWの中心が上面101の中心と一致するように)載置されたと仮定した場合におけるウエハWの外周端の想定位置を意味する。Without being limited thereto, the second virtual line L2 may be, for example, a virtual line connecting the outer
第1実施形態において、空洞部50の一部(ここでは、第1空間50a)は、抵抗発熱体30の外周端31の側方に位置している。すなわち、空洞部50は、側断面視において、抵抗発熱体30の外周端31から基体10の側面103に向かって水平に延びる第3仮想線L3と重なる。このように、空洞部50の一部が抵抗発熱体30の外周端31の側方に位置していることにより、抵抗発熱体30から基体10の側面103への熱伝導をより確実に抑制することができる。In the first embodiment, a portion of the cavity 50 (here, the
図3に示す断面視、すなわち、空洞部50を通る断面であって、上面101と平行な方向における基体10の断面視(以下、「平断面視」と記載する)において、第3空間50cは、周状に延びている。ここでは図示を省略するが、第1空間50aおよび第2空間50bも同様に、平断面視において周状に延びている。かかる構成とすることにより、基体10の全周に亘って熱効率を向上させることができる。なお、後述するように、第1空間50a、第2空間50bおよび第3空間50cの内部には、第1空間50a、第2空間50bおよび第3空間50cの天井部を支持する1または複数の壁部が部分的に位置していてもよい。3, that is, in a cross-sectional view of the base 10 passing through the
また、第1空間50a、第2空間50bおよび第3空間50cは、図2に示す側断面視において区画されているが、他の側断面視においては繋がっていてもよい。このように、第1空間50a、第2空間50bおよび第3空間50cは、必ずしも独立した空間であることを要しない。In addition, the
また、ここでは、第1空間50a、第2空間50bおよび第3空間50cの側断面積が同一である場合の例を示しているが、第1空間50a、第2空間50bおよび第3空間50cの側断面積は異なっていてもよい。たとえば、第1空間50a、第2空間50bおよび第3空間50cの側断面積は、抵抗発熱体30に最も近い第3空間50cが最も大きく、抵抗発熱体30から最も遠い第1空間50aが最も小さくてもよい。抵抗発熱体30に最も近い第3空間50cの側断面積を相対的に大きくすることで、基体10の側面103への熱伝導をさらに抑制することができる。また、抵抗発熱体30から最も遠い第1空間50aの側断面積を相対的に小さくすることで、基体10の強度低下を抑制することができる。
In addition, here, an example is shown in which the side cross-sectional areas of the
第1実施形態において、空洞部50は、第2仮想線L2と接するように延びているが、空洞部50は、必ずしも第2仮想線L2と接することを要さず、第2仮想線L2から離れていてもよい。すなわち、空洞部50は、少なくとも第2仮想線L2と平行に延びていればよい。なお、好ましくは、空洞部50は、第2仮想線L2と接する位置または第2仮想線L2と重なる位置に設けられるとよい。In the first embodiment, the
(第2実施形態)
図4は、第2実施形態に係るヒータにおける空洞部周辺の模式的な側断面図である。図4に示すように、第2実施形態に係るヒータ2Aにおいて、基体10Aは、第2仮想線L2および第3仮想線L3に沿って広がる空洞部50Aを有する。
Second Embodiment
Fig. 4 is a schematic cross-sectional side view of the periphery of a cavity in a heater according to the second embodiment. As shown in Fig. 4, in a
具体的には、空洞部50Aは、側断面視において、第4~第9空間50d~50iに区画されている。第4~第9空間50d~50iは、互いに間隔をあけて格子状に配列されている。第4~第9空間50d~50iのうち、第4空間50d、第5空間50eおよび第7空間50gが、抵抗発熱体30の側方において第3仮想線L3に沿って抵抗発熱体30に近い方からこの順番で配置される。また、第5空間50eの上方には、第6空間50fが第5空間50eと間隔をあけて配置されるとともに、第7空間50gの上方には、第8空間50hが第7空間50gと間隔をあけて配置される。さらに、第8空間50hの上方には、第9空間50iが第8空間50hと間隔をあけて配置される。第4~第9空間50d~50iのうち、第4空間50d、第6空間50fおよび第9空間50iは、第2仮想線L2に沿って配置される。なお、第4~第9空間50d~50iの各々は、たとえば図3に示した第3空間50cと同様に、平断面視において周状に延びている。
Specifically, the
このように、空洞部50Aは、第2仮想線L2および第3仮想線L3に沿って広がっていてもよい。かかる構成とすることにより、抵抗発熱体30の外周端31から基体10Aの側面103へ向かう熱伝導、すなわち、加熱対象物であるウエハWに対する熱伝導への寄与度が小さい領域への熱伝導をさらに抑制することができる。また、空洞部50Aの下部(第4空間50d、第5空間50eおよび第7空間50g)における基体10Aと比較して、空洞部50Aの上部(第9空間50i)における基体10Aの方が緻密であるため、熱サイクルによって生じる熱応力に対する強度を高めることができる。In this way, the
また、空洞部50Aを1つの大きな空間とするのではなく、複数の空間(ここでは、第4~第9空間50d~50i)に格子状に区画することで、基体10Aの強度低下を抑制することができる。Furthermore, by dividing the
なお、第4~第9空間50d~50iは、必ずしも基体10Aの全周に亘って区画されていることを要しない。すなわち、第4~第9空間50d~50iのうち隣り合う2つの空洞部は、図4に示す側断面とは異なる別の側断面視において連通していてもよい。たとえば、第4空間50dと第5空間50eとは、図4に示す側断面とは異なる別の側断面視において連通していてもよい。同様に、第5空間50eと第6空間50fとは、図4に示す側断面とは異なる別の側断面視において連通していてもよい。It should be noted that the fourth to
図5は、図4に示すH部の模式的な拡大図の一例である。図5に示すように、空洞部50A(ここでは、第6空間50fおよび第5空間50e)は、側断面視において、たとえば複数(ここでは4つ)の角部501と、隣り合う角部501同士を結ぶ複数(ここでは4つ)の辺502とを有する。空洞部50Aは、複数の辺502の少なくとも中央部が複数の角部501よりも空洞部50Aのより内側に位置していてもよい。
Figure 5 is an example of a schematic enlarged view of part H shown in Figure 4. As shown in Figure 5,
図6は、図4に示すH部の模式的な拡大図の他の一例である。図6に示すように、基体10Aは、側断面視において、隣接する2つの空間(ここでは一例として、第6空間50fおよび第5空間50e)の間に、これらの空間よりも高さが低い空隙55を有する。空隙55は、必ずしも基体10Aの全周に亘って位置していることを要しない。
Figure 6 is another example of a schematic enlarged view of part H shown in Figure 4. As shown in Figure 6, the
このように、空洞部50Aにおける隣接する2つの空間の間に空隙55が位置していることにより、抵抗発熱体30において発生した熱が上記2つの空間の間を通って基体10Aの側面103(図4参照)に伝わることをさらに抑制することができる。In this way, by positioning the
(第3実施形態)
図7は、第3実施形態に係るヒータにおける空洞部周辺の模式的な側断面図である。図7に示すように、第3実施形態に係るヒータ2Bにおいて、基体10Bは、第2仮想線L2および第3仮想線L3に沿って広がる空洞部50Bを有する。
Third Embodiment
Fig. 7 is a schematic side cross-sectional view of the periphery of a cavity in a heater according to the third embodiment. As shown in Fig. 7, in a
具体的には、第3実施形態に係る空洞部50Bは、側断面視において三角形状を有しており、3つ辺のうちの1つが第2仮想線L2に沿っており、他の1つが第3仮想線L3に沿っている。Specifically, the
このように、空洞部50Bは、側断面視において三角形状を有していてもよい。かかる構成とすることにより、抵抗発熱体30の外周端31から基体10Bの側面103へ向かう熱伝導をさらに抑制することができる。また、空洞部50Bの下部における基体10Bと比較して、空洞部50Bの上部における基体10Bの方が緻密であるため、熱サイクルによって生じる熱応力に対する強度を高めることができる。In this way, the
なお、図7に示す例では、空洞部50Bのうち第2仮想線L2に沿った辺が、第2仮想線L2から離れているが、空洞部50Bのうち第2仮想線L2に沿った辺は、第2仮想線L2に接していてもよいし、第2仮想線L2と重なっていてもよい。In the example shown in FIG. 7, the side of
(第4実施形態)
図8は、第4実施形態に係るヒータにおける空洞部周辺の模式的な側断面図である。図8に示すように、第4実施形態に係るヒータ2Cにおいて、基体10Cは、第2仮想線L2および第3仮想線L3に沿って広がる空洞部50Cを有する。
Fourth Embodiment
Fig. 8 is a schematic side cross-sectional view of the periphery of a cavity in a heater according to the fourth embodiment. As shown in Fig. 8, in a
第4実施形態に係る空洞部50Cは、側断面視において段差状を呈している。具体的には、空洞部50Cは、たとえば図7に示した空洞部50Bが有する3つの辺のうち、第2仮想線L2に沿った辺の形状を第2仮想線L2に沿った段差状、具体的には、第1仮想線L1に沿った直線と第3仮想線L3に沿った直線とが交互に並んだ形状に代えたものに相当する。The
このように、空洞部50Cは、側断面視において段差形状を有していてもよい。この場合も、第3実施形態に係るヒータ2Bと同様の効果を得ることができる。すなわち、抵抗発熱体30の外周端31から基体10Cの側面103へ向かう熱伝導をさらに抑制することができる。また、空洞部50Cの下部における基体10Cと比較して、空洞部50Cの上部における基体10Cの方が緻密であるため、熱サイクルによって生じる熱応力に対する強度を高めることができる。In this way, the
(第5実施形態)
図9は、第5実施形態に係るヒータにおける空洞部周辺の模式的な側断面図である。図9に示すように、第5実施形態に係るヒータ2Dにおいて、基体10Dは、空洞部50Dを有する。第5実施形態に係る空洞部50Dは、側断面視において、たとえば第4実施形態に係る空洞部50Cを複数(ここでは2つ)の壁部105によって区切った形状を有する。壁部105は、第1仮想線L1に沿って延びており、側断面視において、両端のうちの第一端(下端)が空洞部50Dの底面に位置し、両端のうちの第二端(上端)が空洞部50Dの天井面に位置する。
Fifth Embodiment
9 is a schematic side cross-sectional view of the periphery of a cavity in a heater according to the fifth embodiment. As shown in FIG. 9, in a
かかる壁部105により、空洞部50Dは、側断面視において、第10空間50j、第11空間50kおよび第12空間50mに区画される。なお、壁部105は、必ずしも基体10Dの全周に亘って設けられることを要さず、基体10Dの周方向に部分的に設けられてもよい。すなわち、たとえば第10空間50jと第11空間50kとは、他の側断面視において連通していてもよい。同様に、第11空間50kと第12空間50mとは、他の側断面視において連通していてもよい。The
このように、空洞部50Dは壁部105を有していてもよい。かかる構成によれば、基体10Dの強度を維持しつつ、空洞部50Dをより広く形成することができる。In this manner, the
(第6実施形態)
図10は、第6実施形態に係るヒータの模式的な断面図である。図10に示すように、第6実施形態に係るヒータ2Eにおいて、基体10Eは、空洞部50Eを有する。
Sixth Embodiment
Fig. 10 is a schematic cross-sectional view of a heater according to the sixth embodiment. As shown in Fig. 10, in a
第6実施形態に係る空洞部50Eは、第1空洞部51と、第2空洞部52とを有する。第1空洞部51は、抵抗発熱体30と基体10Eの側面103との間に位置する空洞部である。ここでは、側断面視における第1空洞部51の形状が、第5実施形態に係る空洞部50Dと同一である場合の例を示しているが、第1空洞部51の形状は、第1~第4実施形態に係る空洞部50,50A~50Cと同一であってもよい。
The
第2空洞部52は、基体10Eにおける加熱面とは反対側の面、すなわち、基体10Eの下面102と抵抗発熱体30との間に位置する空洞部である。第2空洞部52は、基体10Eの上面101に沿って延びており、両端部において第1空洞部51とつながっている。The
このように、空洞部50Eは、基体10Eの下面102と抵抗発熱体30との間に位置する第2空洞部52を有していてもよい。かかる構成によれば、基体10Eの側面103に加えて、基体10Eの下面102への熱伝導を抑制することができるため、熱効率をさらに高めることができる。In this manner, the
また、図10に示すように、空洞部50Eは、第2空洞部52にも複数の壁部105を有していてもよい。かかる構成によれば、基体10Eの強度を維持しつつ、空洞部50Eをより広く形成することができる。10, the
(その他の実施形態)
上述した各実施形態において、空洞部50,50A~50Eは、断熱層としての機能に加え、たとえば上面101に載置されたウエハWに供給する気体の流路として用いられてもよい。この場合、空洞部50,50A~50Eは、気体が導入される導入路と、上面101に連通する導出路とをさらに有していればよい。空洞部50,50A~50Eに導入される気体としては、たとえばヘリウムガス等の不活性ガスが挙げられる。
Other Embodiments
In each of the above-described embodiments, the
このように、空洞部50,50A~50Eは、気体の流路として用いられてもよい。この場合、気体の流路を別途設ける必要がない。In this way, the
また、上述した各実施形態において、基体10,10A~10Eは、複数の部材を接合してなるものでなく、一体形成されたものであってもよい。かかる構成によれば、たとえば接合層などを設ける必要がないため、熱サイクルに対する信頼性を高めることができる。In addition, in each of the above-described embodiments, the
(ヒータの製造方法)
次に、本開示によるヒータの製造方法について説明する。ヒータの製造方法においては、たとえば、基体、シャフトおよび給電線が個別に作成される。その後、これらの部材が互いに固定される。なお、基体とシャフトは一部または全部が一体的に作成されてもよい。シャフトおよび給電線の製造方法は、たとえば、公知の種々の方法と同様とされてよい。
(Heater manufacturing method)
Next, a method for manufacturing a heater according to the present disclosure will be described. In the method for manufacturing a heater, for example, the base body, the shaft, and the power supply line are individually manufactured. Then, these members are fixed to each other. Note that the base body and the shaft may be manufactured in part or in whole as a single body. The method for manufacturing the shaft and the power supply line may be the same as, for example, various known methods.
基体は、複数のセラミックグリーンシートを積層することによって成形される。具体的には、基体を構成するセラミックグリーンシートと、抵抗発熱体を構成する金属シートと、電極層を構成する金属シートとを用意する。そして、用意したシートを積層する。ここで、空洞部を形成するために、形状が異なる複数種類のセラミックグリーンシートが用意される。たとえば図3に示す第3空間50cのように、平断面視において周状の空洞部を基体に形成する場合、基体の上面と略同径の円形の第1セラミックグリーンシートの他、基体の上面よりも径が小さい円形の第2セラミックグリーンシートと、内径が第2セラミックグリーンシートよりも大径であり、外径が第1セラミックグリーンシートと同径である環状の第3セラミックグリーンシートとを用意する。そして、第1セラミックグリーンシートの上に第2セラミックグリーンシートおよび第3セラミックグリーンシートを積層する。このとき、第2セラミックグリーンシートは、環状の第3セラミックグリーンシートの内側に配置される。そして、第2セラミックグリーンシートおよび第3セラミックグリーンシートの上に第1セラミックグリーンシートを積層する。The base is formed by stacking a plurality of ceramic green sheets. Specifically, a ceramic green sheet constituting the base, a metal sheet constituting the resistance heating element, and a metal sheet constituting the electrode layer are prepared. Then, the prepared sheets are stacked. Here, a plurality of types of ceramic green sheets with different shapes are prepared to form a cavity. For example, when forming a peripheral cavity in the base in a planar cross-sectional view, such as the
つづいて、セラミックグリーンシートおよび金属シートの積層体を脱脂および焼成する。焼成温度は、例えば1700℃以上1850℃以下の温度である。ここで、空洞部が閉空間である場合、焼成時の焼成雰囲気を真空とすることによって、脱脂時に生じたセラミックグリーンシートの連通孔から気体が排出され、空洞部を真空状態にすることもできる。また、金属シートに代えて、金属ペーストやワイヤを用いても良い。Next, the laminate of the ceramic green sheets and metal sheets is degreased and fired. The firing temperature is, for example, 1700°C to 1850°C. If the cavity is a closed space, the firing atmosphere during firing can be made vacuum, allowing gas to be discharged from the communicating holes in the ceramic green sheets that were created during degreasing, and the cavity can be made into a vacuum state. Metal paste or wire may also be used instead of the metal sheet.
その後、焼成後の積層体に対し、端子を挿入するための穴をたとえばドリル加工等によって形成した後、形成した穴に端子を挿入し、端子と積層体とを接合層を介して接合する。接合層としては、たとえば、Ag-Ti-Cu合金を用いたメタライズ層を用いることができる。なお、接合層は、たとえば白金等の導電性材料のペーストを熱処理によって焼結させたものであってもよい。この場合、端子の先端に白金等の導電性材料のペーストを予め塗っておく。つづいて、端子が取り付けられた積層体を真空中で熱処理することによって導電性材料を焼結させる。このときの処理温度は、たとえば1250℃である。これにより、本開示による基体が得られる。Thereafter, holes for inserting terminals are formed in the fired laminate by, for example, drilling, and the terminals are inserted into the formed holes to bond the terminals to the laminate via a bonding layer. The bonding layer may be, for example, a metallized layer using an Ag-Ti-Cu alloy. The bonding layer may be formed by sintering a paste of conductive material, such as platinum, by heat treatment. In this case, a paste of conductive material, such as platinum, is applied to the tip of the terminal in advance. Next, the laminate with the terminals attached is heat-treated in a vacuum to sinter the conductive material. The treatment temperature at this time is, for example, 1250°C. This results in a base according to the present disclosure.
なお、第3実施形態に係る基体10Bの製造方法としては、たとえば有底筒状(側断面視凹状)の第1焼結体と、上部が円柱状であり、下部が逆円錐台状である第2焼結体とを用意し、これらをロウ材等の接合材を用いて接合する方法であってもよい。第1焼結体および第2焼結体は、たとえば円柱状の焼結体を切削加工することにより得ることができる。または、有底筒状(側断面視凹状)の第1成形体と、上部が円柱状であり、下部が逆円錐台状である第2成形体とを用意し、これらと同じ材質を含んだスラリー状のペーストを用いて接合し、焼結する方法であってもよい。
The manufacturing method of the
上述してきたように、実施形態に係るヒータ(一例として、ヒータ2,2A~2E)は、基体(一例として、基体10,10A~10E)と、抵抗発熱体(一例として、抵抗発熱体30)と、空洞部(一例として、空洞部50,50A~50E)とを有する。基体は、セラミックスからなり、加熱面(一例として、上面101)を有する。抵抗発熱体は、基体の内部に位置する。空洞部は、基体の内部において、抵抗発熱体と基体の側面との間に少なくとも一部が位置する。また、空洞部は、加熱面と直交する方向における基体の断面視において、抵抗発熱体の外周端(一例として、外周端31)から延びる仮想線であって、抵抗発熱体の外周端から加熱面に向かって垂直に延びる第1仮想線(一例として、第1仮想線L1)よりも基体の外方に傾斜した第2仮想線(一例として、第2仮想線L2)に沿って延びる。As described above, the heater according to the embodiment (
したがって、実施形態に係るヒータによれば、熱効率を向上させることができる。 Therefore, the heater according to the embodiment can improve thermal efficiency.
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。Further advantages and modifications may readily occur to those skilled in the art. Therefore, the invention in its broader aspects is not limited to the specific details and representative embodiments shown and described above. Thus, various modifications may be made without departing from the spirit or scope of the general inventive concept as defined by the appended claims and equivalents thereof.
1 :ヒータシステム
2 :ヒータ
5a,5b :電力供給部
6 :制御部
10 :基体
20 :シャフト
30 :抵抗発熱体
31 :外周端
40 :電極層
41 :端子
45a,45b :給電線
50 :空洞部
51 :第1空洞部
52 :第2空洞部
55 :空隙
101 :上面
102 :下面
103 :側面
104 :外縁
105 :壁部
L0 :中心軸
L1 :第1仮想線
L2 :第2仮想線
L3 :第3仮想線
W :ウエハ
1: heater system 2:
Claims (9)
前記基体の内部に位置する抵抗発熱体と、
前記基体の内部において、前記抵抗発熱体と前記基体の側面との間に少なくとも一部が位置する空洞部と
を有し、
前記空洞部は、前記上面と直交する方向における前記基体の断面視において、前記側面側に位置する外側壁面と、該外側壁面と対向する内側壁面とを有し、
前記内側壁面の少なくとも一部は、前記下面から前記上面に向かうほど、前記上面と直交する方向における前記基体の中心軸から離れる、ヒータ。 A base body made of ceramics and having an upper surface which is a heating surface and a lower surface which is a surface opposite to the upper surface;
A resistive heating element located inside the base;
a cavity portion, at least a part of which is located inside the base between the resistance heating element and a side surface of the base,
the hollow portion has an outer wall surface located on the side surface side in a cross-sectional view of the base in a direction perpendicular to the top surface, and an inner wall surface opposed to the outer wall surface,
A heater, wherein at least a portion of the inner wall surface becomes more distant from a central axis of the base in a direction perpendicular to the upper surface as it moves from the lower surface to the upper surface.
前記抵抗発熱体と前記側面との間に位置する第1空洞部と、
前記基体における前記下面と前記抵抗発熱体との間に位置する第2空洞部と
を有し、
前記第1空洞部と前記第2空洞部とはつながっている、請求項1~8のいずれか一つに記載のヒータ。 The cavity is
a first cavity portion located between the resistive heating element and the side surface;
a second cavity portion located between the lower surface of the base and the resistance heating element,
9. The heater according to claim 1, wherein the first cavity and the second cavity are connected to each other.
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