JPWO2020170800A1 - セラミックヒータ及びその製法 - Google Patents

Abstract

セラミックヒータ１０は、セラミックプレート２０を備えている。外周側抵抗発熱体２６は、セラミックプレート２０の外周側ゾーンＺ２に設けられている。ワイヤ線２４は、セラミックプレート２０の中央部に設けられた一対の端子２３，２３のそれぞれから外周側ゾーンＺ２へ向かって延び出し、外周側ゾーンＺ２に近い部分は直線部になっている。接続端子２５は、ワイヤ線２４と外周側抵抗発熱体２６とを接続する導電性の部材であり、ワイヤ線２４の直線部が挿入された第１穴と、外周側抵抗発熱体２６の端部が挿入された第２穴とを有する。

Description

本発明は、セラミックヒータ及びその製法に関する。

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が採用されている。こうしたセラミックヒータとしては、いわゆる２ゾーンヒータが知られている。この種の２ゾーンヒータとしては、特許文献１に開示されているように、セラミック基体中に、内周側抵抗発熱体と外周側抵抗発熱体とを同一平面に埋設し、各抵抗発熱体にそれぞれ独立して電圧を印加することにより、各抵抗発熱体からの発熱を独立して制御するものが知られている。特許文献１には、外周側抵抗発熱体として、モリブデン製のコイルが例示されている。また、セラミック基体の中央部に設けられた一対の端子のそれぞれから外周側抵抗発熱体の端部までの導電接続部として、モリブデン線が例示されている。

特許第３８９７５６３号公報（図１−３、段落００５６）

こうしたセラミックヒータを作製するにあたり、モールドキャスト法で成形したセラミック成形体を乾燥したあと脱脂仮焼し、その後ホットプレス焼成することが考えられる。しかしながら、モールドキャスト法で成形したセラミック成形体を乾燥する工程で、モリブデン線からなる導電接続部が成形体の乾燥収縮に追従することができず、成形体に応力が掛かり、成形体が乾燥後に破損することがあった。

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、セラミックプレートの中央から外周に向かって延びるワイヤ線に外周側抵抗発熱体が接続されたセラミックプレートにおいて、セラミックプレートの破損を抑制することを主目的とする。

本発明のセラミックヒータは、
ウエハ載置面を有し、環状の外周側ゾーンを備えた円盤状のセラミックプレートと、
前記外周側ゾーンに設けられた外周側抵抗発熱体と、
前記セラミックプレートの中央部に設けられた一対の端子のそれぞれから前記外周側ゾーンへ向かって延び出し、前記外周側ゾーンに近い部分は直線部になっているワイヤ線と、
前記ワイヤ線の前記直線部が挿入された第１穴と前記外周側抵抗発熱体の端部が挿入された第２穴とを有し、前記ワイヤ線と前記外周側抵抗発熱体とを接続する導電性の接続端子と、
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中央部に設けられた一対の端子のそれぞれから外周側ゾーンへ延び出すワイヤ線の直線部と、外周側ゾーンに設けられた外周側抵抗発熱体の端部とは、導電性の接続端子によって接続されている。接続端子は、ワイヤ線の直線部が挿入された第１穴と外周側抵抗発熱体の端部が挿入された第２穴とを有している。このため、モールドキャスト法でセラミックプレートを作製する際、ワイヤ線がセラミック成形体の乾燥収縮に追従できなかったとしても、ワイヤ線の直線部は接続端子の第１穴を移動可能なため、セラミック成形体に大きな応力が掛かることはない。したがって、セラミックプレートの破損が抑制される。

本発明のセラミックヒータにおいて、前記第１穴と前記第２穴は、平行に設けられていてもよい。こうすれば、セラミック成形体の乾燥収縮時には、ワイヤ線の直線部が第１穴を移動可能であると共に外周側抵抗発熱体の端部も第２穴を移動可能なため、セラミック成形体に掛かる応力をより軽減化することができる。

本発明のセラミックヒータにおいて、前記外周側抵抗発熱体と前記ワイヤ線は、異なる面に設けられ、前記接続端子は、前記ワイヤ線が設けられた面にあるようにしてもよい。こうすれば、外周側抵抗発熱体のパターンを気にすることなくワイヤ線を配置することができる。

本発明のセラミックヒータにおいて、前記ワイヤ線の前記直線部は、前記第１穴を貫通していてもよい。こうすれば、ワイヤ線が接続端子の第１穴から抜け落ちてしまうのを防止することができる。

本発明のセラミックヒータにおいて、前記接続端子は、外面にエッジを持たない形状であってもよい。こうすれば、接続端子の外面を起点としてセラミックプレートにクラックが入るのを抑制することができる。

本発明のセラミックヒータにおいて、前記接続端子は、前記セラミックプレートの上下方向から押し潰された形状となっていてもよい。こうすれば、接続端子の押し潰された第１穴の内面はワイヤ線と確実に接続し、接続端子の押し潰された第２穴の内面は外周側抵抗発熱体と確実に接続する。

本発明のセラミックヒータにおいて、前記外周側抵抗発熱体は、コイル状であってもよい。こうすれば、外周側抵抗発熱体の発熱量を比較的大きくすることができる。なお、外周側抵抗発熱体のうち第２穴に挿入される端部は、直線状になっていることが好ましい。

本発明のセラミックヒータは、前記セラミックプレートの円形の内周側ゾーンに内周側抵抗発熱体を備え、前記内周側抵抗発熱体と前記外周側抵抗発熱体とは、独立して電圧が印加されるようにしてもよい。こうすれば、各抵抗発熱体からの発熱を独立して制御することができる。

本発明のセラミックヒータの製法は、
（ａ）モールドキャスト法によって円盤状の第１セラミック成形体を作製する工程と、
（ｂ）前記第１セラミック成形体の所定面の外周側ゾーンに外周側抵抗発熱体を配置し、前記第１セラミック成形体の中央部に設けられた一対の端子位置のそれぞれから前記外周側ゾーンへ向かって延び出し前記外周側ゾーンに近い部分は直線部になっているワイヤ線を配置し、第１穴及び第２穴を有する導電性の接続端子の前記第１穴に前記ワイヤ線の前記直線部をアソビをもって挿入し、前記第２穴に前記外周側抵抗発熱体の端部を挿入する工程と、
（ｃ）前記第１セラミック成形体の前記所定面にモールドキャスト法によって円盤状の第２セラミック成形体を作製する工程と、
（ｄ）前記第１及び第２セラミック成形体を含むセラミック成形体を乾燥させて乾燥体とする工程と、
（ｅ）乾燥体をホットプレス焼成する工程と、
を含むものである。

このセラミックヒータの製法によれば、工程（ｃ）において、モールドキャスト法によって作製された第１及び第２セラミック成形体を含むセラミック成形体は、外周側抵抗発熱体とワイヤ線と接続端子とを備えている。接続端子の第１穴にはワイヤ線の直線部が挿入され、接続端子の第２穴には外周側抵抗発熱体の端部が挿入されている。このため、工程（ｄ）でセラミック成形体を乾燥させる際、ワイヤ線がセラミック成形体の乾燥収縮に追従できなかったとしても、ワイヤ線の直線部は接続端子の第１穴を移動可能なため、セラミック成形体に大きな応力が掛かることはない。したがって、セラミックプレートの破損が抑制される。この製法は、上述したセラミックヒータの製造に適している。

本発明のセラミックヒータの製法において、前記工程（ｂ）では、前記ワイヤ線の前記直線部が前記第１穴を貫通していてもよい。こうすれば、ワイヤ線が接続端子の第１穴から抜け落ちてしまうのを防止することができる。

本発明のセラミックヒータの製法において、前記接続端子は、外面にエッジを持たない形状であってもよい。こうすれば、接続端子の外面を起点としてセラミックプレートにクラックが入るのを抑制することができる。

本発明のセラミックヒータの製法において、前記工程（ｅ）では、前記接続端子を前記セラミックプレートの上下方向から押し潰してもよい。こうすれば、接続端子の押し潰された第１穴の内面はワイヤ線と確実に接続し、接続端子の押し潰された第２穴の内面は外周側抵抗発熱体と確実に接続する。

本発明のセラミックヒータの製法において、前記外周側抵抗発熱体は、コイル状であってもよい。こうすれば、外周側抵抗発熱体の発熱量を比較的大きくすることができる。なお、外周側抵抗発熱体のうち第２穴に挿入される端部は、直線状になっていることが好ましい。

なお、「モールドキャスト法」とは、セラミック原料粉末とモールド化剤とを含むセラミックスラリーを成形型内に注入し、その成形型内でモールド化剤を化学反応させてセラミックスラリーをモールド化させることにより成形体を得る方法をいう。モールド化剤としては、例えば、イソシアネート及びポリオールを含み、ウレタン反応によりモールド化するものとしてもよい。

セラミックヒータ１０の斜視図。 セラミックヒータ１０の縦断面図。 セラミックプレート２０を内周側及び外周側抵抗発熱体２２，２６に沿って水平に切断して上方からみたときの断面図。 図３のワイヤ線２４の周辺の拡大図。 図４の点線枠内の拡大図。 セラミックプレート２０の製造工程図。 端子２３と外周側抵抗発熱体２６とをウェーブ状のワイヤ線１２４で連結したときの部分断面図。 接続端子６５の周辺をセラミックプレートの上方から見たときの説明図。 接続端子７５の周辺をセラミックプレートの側方から見たときの説明図。 接続端子８５の周辺をセラミックプレートの側方から見たときの説明図。 ワイヤ線２４と外周側抵抗発熱体２６とを異なる面に設けたセラミックヒータの製造工程図。

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はセラミックヒータ１０の縦断面図（セラミックヒータ１０を中心軸を含む面で切断したときの断面図）、図３はセラミックプレート２０の内周側及び外周側抵抗発熱体２２，２６に沿って水平に切断して上方からみたときの断面図である。図３は、実質的にセラミックプレート２０をウエハ載置面２０ａからみたときの様子を表している。なお、図３では、切断面を表すハッチングを省略した。図４は図３のワイヤ線２４の周辺の拡大図、図５は図４の点線枠内の拡大図である。

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にセラミックプレート２０と同軸となるよう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、例えば３００ｍｍ程度である。セラミックプレート２０のウエハ載置面２０ａには、図示しないが細かな凹凸がエンボス加工により設けられている。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。仮想境界２０ｃの直径は、例えば２００ｍｍ程度である。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２６が埋設されている。両抵抗発熱体２２，２６は、ウエハ載置面２０ａに平行な同一平面上に設けられている。

セラミックプレート２０は、図３に示すように、複数のガス穴２７を備えている。ガス穴２７は、セラミックプレート２０の裏面２０ｂからウエハ載置面２０ａまで貫通しており、ウエハ載置面２０ａに設けられた凹凸とウエハ載置面２０ａに載置されるウエハＷとの間に生じる隙間にガスを供給する。この隙間に供給されたガスは、ウエハ載置面２０ａとウエハＷとの熱伝導を良好にする役割を果たす。また、セラミックプレート２０は、複数のリフトピン穴２８を備えている。リフトピン穴２８は、セラミックプレート２０の裏面２０ｂからウエハ載置面２０ａまで貫通しており、図示しないリフトピンが挿通される。リフトピンは、ウエハ載置面２０ａに載置されたウエハＷを持ち上げる役割を果たす。本実施形態では、リフトピン穴２８は、同一円周上に等間隔となるように３つ設けられている。

内周側抵抗発熱体２２は、図３に示すように、セラミックプレート２０の中央部（セラミックプレート２０の裏面２０ｂのうち筒状シャフト４０で囲まれた領域）に配設された一対の端子２１，２１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２１，２１の他方に至るように形成されている。内周側抵抗発熱体２２は、コイル状である。内周側抵抗発熱体２２を構成するヒータ素線の直径は０．４〜０．６ｍｍが好ましく、コイルの巻き径は２．０〜６．０ｍｍが好ましい。内周側抵抗発熱体２２の材質としては、例えば高融点金属又はその炭化物が挙げられる。高融点金属としては、例えば、タングステン、モリブデン、タンタル、白金、レニウム、ハフニウム及びこれらの合金が挙げられる。高融点金属の炭化物としては、例えば、炭化タングステンや炭化モリブデンなどが挙げられる。

外周側抵抗発熱体２６は、図３に示すように、セラミックプレート２０に埋設された一対の接続端子２５，２５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接続端子２５，２５の他方に至るように形成されている。外周側抵抗発熱体２６は、両端部以外はヒータ素線を螺旋状に巻いたコイル状であるが、両端部２６ａはセラミックプレート２０の半径方向に沿った直線状になっている。外周側抵抗発熱体２６を構成するヒータ素線の直径は０．４〜０．６ｍｍが好ましく、コイルの巻き径は２．０〜６．０ｍｍが好ましい。外周側抵抗発熱体２６の材質としては、例えば高融点金属又はその炭化物が挙げられる。これらの具体例については既に説明したとおりである。セラミックプレート２０の中央部には、外周側抵抗発熱体２６の一対の端子２３，２３が設けられている。端子２３と接続端子２５との間にはワイヤ線２４が設けられている。

ワイヤ線２４は、図４に示すように、一端が端子２３に接続され、端子２３から外周側ゾーンＺ２へ向かって延び出し、他端が接続端子２５に接続されている。ワイヤ線２４は、外周側抵抗発熱体２６と同一平面上に設けられている。ワイヤ線２４のうち外周側ゾーンＺ２に近い部分は、直線部２４ａになっている。直線部２４ａは、セラミックプレート２０の半径方向に沿っている。ワイヤ線２４の直径は０．４〜１．０ｍｍが好ましい。ワイヤ線２４の材質としては、例えば高融点金属又はその炭化物である。これらの具体例については既に説明したとおりである。

接続端子２５は、ワイヤ線２４と外周側抵抗発熱体２６とを接続する導電性の部材である。接続端子２５は、球が上下から押し潰された形状であり、穴を通る断面は図５に示すように互いに平行でセラミックプレート２０の半径方向に沿うように設けられた第１穴２５１と第２穴２５２とを備えている。第１穴２５１には、ワイヤ線２４の直線部２４ａが挿入され、第２穴２５２には、外周側抵抗発熱体２６の直線状の端部２６ａが挿入されている。ワイヤ線２４の直線部２４ａは、第１穴２５１が上下方向に押し潰されることにより第１穴２５１の内面と接触している。外周側抵抗発熱体２６の端部２６ａは、第２穴２５２が上下方向に押し潰されることにより第２穴２５２の内面と接触している。接続端子２５の材質としては、例えば高融点金属又はその炭化物である。これらの具体例については既に説明したとおりである。

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で形成されている。筒状シャフト４０の内径は、例えば４０ｍｍ程度、外径は例えば６０ｍｍ程度である。この筒状シャフト４０は、上端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の内部には、内周側抵抗発熱体２２の一対の端子２１，２１のそれぞれに接続される給電棒４１，４１や外周側抵抗発熱体２６の一対の端子２３，２３のそれぞれに接続される給電棒４３，４３が配置されている。給電棒４１，４１は第１電源３１に接続され、給電棒４３，４３は第２電源３３に接続されている。そのため、内周側抵抗発熱体２２によって加熱される内周側ゾーンＺ１と外周側抵抗発熱体２６によって加熱される外周側ゾーンＺ２とを個別に温度制御することができる。なお、図示しないが、ガス穴２７にガスを供給するガス供給管やリフトピン穴２８に挿通されるリフトピンも筒状シャフト４０の内部に配置される。

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に供給する電力を第１電源３１によって調整すると共に、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２６に供給する電力を第２電源３３によって調整する。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。

次に、セラミックヒータ１０の製造例について説明する。図６はセラミックプレート２０の製造工程図である。

１．第１成形工程（図６（ａ）参照）
まず、セラミックヒータ１０を製造するのに用いられる第１セラミック成形体５１をモールドキャスト法により作製する。第１セラミック成形体５１は、最終的にはセラミックプレート２０の下層となる部分である。第１セラミック成形体５１の上面には、内周側抵抗発熱体２２、外周側抵抗発熱体２６、ワイヤ線２４，２４及び接続端子２５，２５を配置するための凹部が形成されている。第１セラミック成形体５１を成形するための成形型（図示せず）は、内部空間が第１セラミック成形体５１と同形状になっている。この成形型にセラミックスラリーを注入し、そのスラリーを硬化させることにより第１セラミック成形体５１を得る。具体的な手順は以下の通りである。

セラミック粉体に、溶媒及び分散剤を加えて混合して、セラミックスラリー前駆体を作製する。また、セラミック粉体の粒子径はスラリーを調整・作製可能な限りにおいて、特に限定されない。溶媒としては、分散剤、イソシアネート、ポリオール及び触媒を溶解するものであれば、特に限定されない。例えば、炭化水素溶媒（トルエン、キシレン、ソルベントナフサ等）、エーテル溶媒（エチレングリコールモノエチルエーテル、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート等）、アルコール溶媒（イソプロパノール、１−ブタノール、エタノール、２−エチルヘキサノール、テルピネオール、エチレングリコール、グリセリン等）、ケトン溶媒（アセトン、メチルエチルケトン等）、エステル（酢酸ブチル、グルタル酸ジメチル、トリアセチン等）、多塩基酸溶媒（グルタル酸等）を例示することができる。特に、多塩基酸エステル（例えば、グルタル酸ジメチル等）、多価アルコールの酸エステル（例えば、トリアセチン等）等の、２以上のエステル結合を有する溶剤を使用することが好ましい。分散剤としては、例えば、セラミック粉体を溶媒中に均一に分散するものであれば、特に限定されない。例えば、ポリカルボン酸系共重合体、ポリカルボン酸塩、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリグリセリン脂肪酸エステル、リン酸エステル塩系共重合体、スルホン酸塩系共重合体、３級アミンを有するポリウレタンポリエステル系共重合体等を例示することができる。特に、ポリカルボン酸系共重合体、ポリカルボン酸塩等を使用することが好ましい。この分散剤を添加することで、成形前のスラリーを、低粘度とし、且つ高い流動性を有するものとすることができる。このように、セラミック粉体に、溶媒、及び分散剤が所定の割合で添加され、所定時間に亘ってこれらを混合・解砕して、セラミックスラリー前駆体が作製される。

続いて、セラミックスラリー前駆体に、モールド化剤（イソシアネート及びポリオール）と、触媒とが添加され、これらを混合・真空脱泡して、セラミックスラリーを作製する。イソシアネートとしては、イソシアネート基を官能基として有する物質であれば特に限定されないが、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、或いは、これらの変性体等が使用され得る。なお、分子内おいて、イソシアネート基以外の反応性官能基が含有されていてもよく、更には、ポリイソシアネートのように、反応官能基が多数含有されていてもよい。ポリオールとしては、イソシアネート基と反応し得る官能基、例えば、水酸基、アミノ基等を有する物質であれば特に限定されないが、例えば、エチレングリコール（ＥＧ）、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、プロピレングリコール（ＰＧ）、ポリプロピレングリコール（ＰＰＧ）、ポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＧ）、ポリヘキサメチレングリコール（ＰＨＭＧ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等が使用され得る。触媒としては、ウレタン反応を促進させる物質であれば特に限定されないが、例えば、トリエチレンジアミン、ヘキサンジアミン、６−ジメチルアミノ−１−ヘキサノール、１，５−ジアザシクロ（４．３．０）ノネンー５、１，８−ジアザビシクロ［５．４．０］−７−ウンデセン、（ジメチルベンジルアミン）、ヘキサメチルテトラエチレンテトラミン等が使用され得る。セラミックスラリーを成形型の内部空間に充填した後、イソシアネート及びポリオールによる化学反応（ウレタン反応）により有機バインダとしてのウレタン樹脂を生成させ、さらに隣接するウレタン樹脂の分子間において、同分子中にそれぞれ生成されているウレタン基（−Ｏ−ＣＯ−ＮＨ−）同士を連結するように架橋させることにより、セラミックスラリーを硬化させる。ウレタン樹脂は有機バインダとして機能する。これにより、モールドキャスト法により第１セラミック成形体５１が得られる。

なお、セラミックスラリー前駆体やセラミックスラリーを作製する際の混合方法は、特に限定されるものではなく、例えばボールミル、自公転式撹拌、振動式撹拌、プロペラ式撹拌、スタティックミキサー等を例示できる。第１セラミック成形体５１の大きさは、セラミックヒータ１０の大きさと乾燥収縮や焼成収縮等とを考慮して決定する。

２．配置工程（図６（ｂ）参照）
続いて、第１セラミック成形体５１の上面に設けられた凹部に、内周側抵抗発熱体２２、外周側抵抗発熱体２６、ワイヤ線２４，２４及び接続端子２５，２５を配置する。具体的には、第１セラミック成形体５１の内周側ゾーンに内周側抵抗発熱体２２を配置し、外周側ゾーンに外周側抵抗発熱体２６を配置する。図６（ｂ）の枠内に、接続端子２５を上から見たときの様子を示す。この図に示すように、外周側抵抗発熱体２６の直線状の端部２６ａを球状の接続端子２５の第２穴２５２に挿入する。端部２６ａは第２穴２５２にアソビをもって挿入されてもよいし、アソビのない状態で挿入されてもよい。また、ワイヤ線２４の一端を端子２３の位置に配置すると共に直線部２４ａを接続端子２５の第１穴２５１にアソビをもって挿入する。これにより、ワイヤ線２４の直線部２４ａは、第１穴２５１に移動可能に挿入される。このとき、ワイヤ線２４の直線部２４ａは、第１穴２５１を貫通させる。これにより、ワイヤ線２４が第１穴２５１から抜け落ちるのを防止できる。同様の理由で、外周側抵抗発熱体２６の端部２６ａも第２穴２５２を貫通させるのが好ましい。なお、球状の接続端子２５の直径は、例えば３〜４ｍｍ程度である。

３．第２成型工程（図６（ｃ）参照）
続いて、第１セラミック成形体５１の上面に、モールドキャスト法により第２セラミック成形体５２を作製する。第２セラミック成形体５２は、最終的にはセラミックプレート２０の上層となる部分である。第２セラミック成形体５２を成形するための成形型（図示せず）は、第１セラミック成形体５１の上面の上方に第２セラミック成形体５２と同形状の空間を形成するものである。この空間にセラミックスラリーを注入し、そのスラリーを硬化させることにより第２セラミック成形体５２を作製する。具体的な手順は第１成型工程と同様である。これにより、第１及び第２セラミック成形体５１，５２が一体化されたセラミック成形体５３が得られる。このセラミック成形体５３は、第１及び第２セラミック成形体５１，５２の間に内周側抵抗発熱体２２、外周側抵抗発熱体２６、ワイヤ線２４，２４及び接続端子２５，２５を挟み込んだものである。

４．乾燥・脱脂・仮焼工程（図６（ｄ）参照）
（１）乾燥
セラミック成形体５３に含まれる分散媒を蒸発させる。使用する分散媒種により乾燥温度や乾燥時間は適宜設定すればよい。乾燥温度としては、例えば１００〜２００℃である。また、雰囲気は大気、不活性雰囲気、真空、水素雰囲気のいずれでもよい。この工程では、セラミック成形体５３は半径方向に２〜３％程度、乾燥収縮する。乾燥収縮時、セラミック成形体５３の外周に近いほど収縮長さが大きくなる。セラミック成形体５３を乾燥させる際、ワイヤ線２４がセラミック成形体５３の乾燥収縮に追従できなかったとしても、ワイヤ線２４は接続端子２５の第１穴２５１にアソビをもって挿入されているため第１穴２５１内を移動することができる。そのため、セラミック成形体５３に大きな応力が掛かることはない。
（２）脱脂
分散媒を蒸発させたあとのセラミック成形体５３に含まれるバインダ、分散剤及び触媒を分解させる。分解温度としては、例えば４００〜６００℃、雰囲気は大気、不活性雰囲気、真空、水素雰囲気のいずれでもよい。
（３）仮焼
脱脂したあとのセラミック成形体５３を７５０〜１３００℃で熱処理（仮焼）を行うことにより仮焼体５４（図６（ｄ）参照）を得る。仮焼するのは、強度を高くしてハンドリングしやすくするためである。雰囲気は大気、不活性雰囲気、真空、水素雰囲気のいずれでもよい。なお、乾燥後、脱脂と仮焼を一度に行ってもよい。また、セラミック成形体５３は脱脂時や仮焼時においても収縮するが、乾燥時の収縮率が一番高い。

５．焼成工程（図６（ｅ）参照）
仮焼体５４をホットプレス焼成してセラミックプレート２０を得る。焼成条件は粉末の種類、粉末の粒子径等により適宜設定するが、焼成温度は１０００〜２０００℃の範囲に設定することが好ましく、プレス圧力は５０〜４００ｋｇｆ／ｃｍ²の範囲に設定することが好ましい。雰囲気は大気、不活性雰囲気、真空のいずれでもよい。ホットプレス焼成時には、仮焼体５４は金型内で上下方向に圧力が加えられるため上下方向には収縮するが水平方向にはほとんど収縮しない。ホットプレス焼成後、球状の接続端子２５は上下方向から押し潰された形状になる。

６．穴あけ工程及びシャフト接合工程
セラミックプレート２０の裏面に端子用穴を設け、その端子用穴に端子２１，２１，２３，２３を取り付ける。また、セラミックプレート２０にガス穴２７やリフトピン穴２８を設ける。続いて、端子２１，２１，２３，２３に給電棒４１，４１，４３，４３を取り付ける。その後、セラミックプレート２０の裏面２０ｂに、セラミックプレート２０と同軸となるように筒状シャフト４０を拡散接合してセラミックヒータ１０を得る。

上述したセラミック成形体５３において、ワイヤ線２４と外周側抵抗発熱体２６とを接続端子２５を用いずに直接連結したものを作製し、その乾燥工程でクラックが発生するか否かを実験で調べたところ、ワイヤ線２４と外周側抵抗発熱体２６との連結部あたりにクラックが発生した。また、図７に示すように、端子２３と外周側抵抗発熱体２６の端部とをウェーブ状のワイヤ線１２４で連結したものを作製し、セラミック成形体の乾燥工程でクラックが発生するか否かを実験で調べた。この実験では、ウェーブ状のワイヤ線１２４がセラミック成形体５３の乾燥収縮に追従して伸縮することを期待したが、結果はこれに反し、ワイヤ線２４と外周側抵抗発熱体２６との連結部あたりにクラックが発生した。

以上説明した本実施形態のセラミックヒータ１０では、モールドキャスト法でセラミックプレート２０を作製する際、ワイヤ線２４がセラミック成形体５３の乾燥収縮に追従できなかったとしても、ワイヤ線２４は接続端子２５の第１穴２５１に摺動可能に挿入されているため、セラミック成形体５３に大きな応力が掛かることはない。したがって、セラミックプレート２０の破損が抑制される。

また、セラミック成形体５３の乾燥収縮時には、ワイヤ線２４が第１穴２５１を移動可能であると共に外周側抵抗発熱体２６の端部２６ａも第２穴２５２を移動可能なため、セラミック成形体に掛かる応力をより軽減化することができる。

また、ワイヤ線２４の直線部２４ａは、接続端子２５の第１穴２５１を貫通しているため、ワイヤ線２４が接続端子２５の第１穴２５１から抜け落ちてしまうのを防止することができる。

更に、セラミックプレート２０を作製する際に用いる接続端子２５は、球状であり、外面にエッジを持たない形状であるため、接続端子２５の外面を起点としてクラックが入るのを抑制することができる。

更にまた、セラミックプレート２０を作製した後の接続端子２５は、セラミックプレート２０の上下方向から押し潰された形状となっている。そのため、接続端子２５の押し潰された第１穴２５１の内面はワイヤ線２４と確実に接続し、接続端子２５の押し潰された第２穴２５２の内面は外周側抵抗発熱体２６の端部２６ａと確実に接続する。

そしてまた、外周側抵抗発熱体２６は端部２６ａを除いてコイル状であるため、発熱量を比較的大きくすることができる。

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、上述した実施形態では、接続端子２５の第１穴２５１と第２穴２５２を平行になるように設けたが、図８に示す接続端子６５のように、第１穴６５１をセラミックプレート２０の半径方向に沿うように設け、第２穴６５２を第１穴６５１と立体交差するように設けてもよい。図８は接続端子６５の周辺をセラミックプレートの上方から見たときの説明図である。このようにしても、セラミック成形体５３の乾燥収縮時には、ワイヤ線２４の直線部２４ａが第１穴６５１をセラミックプレート２０の半径方向に移動可能であるため、セラミック成形体５３に大きな応力が掛かることはない。但し、図８では、セラミック成形体５３の乾燥収縮時には外周側抵抗発熱体２６の端部２６ａはセラミックプレート２０の半径方向にほとんど移動できない。そのため、上述した実施形態のように第１穴２５１と第２穴２５２とを平行に設け、セラミック成形体５３の乾燥収縮時には外周側抵抗発熱体２６の端部２６ａも第２穴２５２をセラミックプレート２０の半径方向に移動できるようにするのが好ましい。

上述した実施形態では、ワイヤ線２４と外周側抵抗発熱体２６とを同一平面上に設けたが、図９及び図１０に示すように、ワイヤ線２４と外周側抵抗発熱体２６とを異なる面に設けてもよい。図９及び図１０は、接続端子７５，８５の周辺をセラミックプレートの側方から見たときの説明図である。図９の接続端子７５は、ワイヤ線２４と同一平面に設けられている。接続端子７５には、セラミックプレート２０の半径方向に沿うように第１穴７５１が設けられ、第１穴７５１と立体交差するように厚さ方向に第２穴７５２が設けられている。第１穴７５１には、ワイヤ線２４の直線部２４ａが挿入され、第２穴７５２には、外周側抵抗発熱体２６の厚さ方向に延びる直線部２６ａが挿入されている。図１０の接続端子８５は、ワイヤ線２４と同一平面に設けられている。接続端子８５には、セラミックプレート２０の半径方向に沿うように第１穴８５１が設けられ、第１穴８５１と平行に第２穴８５２が設けられている。第１穴８５１には、ワイヤ線２４の直線部２４ａが挿入され、第２穴８５２には、外周側抵抗発熱体２６の直線部２６ａが挿入されている。図１０の直線部２６ａは、外周側抵抗発熱体２６のコイルから厚さ方向に延ばしたあと略直角に曲げて半径方向に沿うようにした部分である。図９及び図１０のいずれにおいても、外周側発熱体２６のパターンを気にすることなくワイヤ線２４を配置することができる。なお、セラミック成形体５３の乾燥収縮時、図９ではワイヤ線２４の直線部２４ａのみ収縮方向に移動できるのに対し、図１０ではワイヤ線２４の直線部２４ａに加えて外周側発熱体２６の直線部２６ａも収縮方向に移動できるため、図１０の方が好ましい。

ここで、ワイヤ線２４と外周側抵抗発熱体２６とを異なる面に設けたセラミックヒータの製造工程の一例を図１１に示す。まず、第１セラミック成形体１５１をモールドキャスト法により作製する（図１１（ａ）参照）。第１セラミック成形体１５１は、内周側及び外周側抵抗発熱体２２，２６を配置するための深い溝１５１ａと、ワイヤ線２４を配置するための浅い溝１５１ｂと、浅い溝１５１ｂの外周側の端部に球状の接続端子を配置するための半円溝１５１ｃとを備えている。次に、深い溝１５１ａに内周側抵抗発熱体２２（図１１では省略）及び外周側抵抗発熱体２６を配置し、浅い溝１５１ｂにワイヤ線２４を配置し、半円溝１５１ｃに接続端子を配置する（図１１（ｂ）参照）。このとき、接続端子の第１穴にワイヤ線２４の直線部をアソビをもって挿入し、第２穴に外周側抵抗発熱体２６の直線部を挿入する。次に、第１セラミック成形体１５１の上面にモールドキャスト法によって円板状の第２セラミック成形体１５２を作製し、両成形体１５１，１５２を含むセラミック成形体１５３を乾燥させて乾燥体とする（図１１（ｃ）参照）。その後、乾燥体をホットプレス焼成してセラミックヒータを得る。

上述した実施形態では、内周側抵抗発熱体２２と外周側抵抗発熱体２６とを同一平面上に設けたが、内周側抵抗発熱体２２と外周側抵抗発熱体２６とをウエハ載置面２０ａと平行で高さの異なる面に設けてもよい。あるいは、内周側ゾーンＺ１と外周側ゾーンＺ２との間に環状のプレーンゾーン（抵抗発熱体が配線されていないゾーン）を設けてもよい。その場合、ウエハ載置面２０ａと平行で抵抗発熱体２２，２６が設けられた面とは異なる面のうち環状のプレーンゾーンに対応する領域に、別途、抵抗発熱体を配線してもよい。

上述した実施形態では、外周側ゾーンＺ２を１つのゾーンとして説明したが、２つ以上の小ゾーンに分割してもよい。その場合、コイル状の抵抗発熱体をゾーンごとに独立して配線する。また、各抵抗発熱体の端部は、図４及び図５のように、セラミックプレート中央部の端子にワイヤ線及び接続端子を介して接続する。小ゾーンは、セラミックプレート２０と同心円の境界線で外周側ゾーンＺ２を分割することにより環状に形成してもよいし、セラミックプレート２０の中心から放射状に延びる線分で外周側ゾーンＺ２を分割することにより扇形（円錐台の側面を展開した形状）に形成してもよい。

上述した実施形態において、セラミックプレート２０に静電電極を内蔵してもよい。その場合、ウエハ載置面２０ａにウエハＷを載置したあと静電電極に電圧を印加することによりウエハＷをウエハ載置面２０ａに静電吸着することができる。あるいは、セラミックプレート２０にＲＦ電極を内蔵してもよい。その場合、ウエハ載置面２０ａの上方にスペースをあけて図示しないシャワーヘッドを配置し、シャワーヘッドとＲＦ電極とからなる平行平板電極間に高周波電力を供給する。こうすることにより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ことができる。なお、静電電極をＲＦ電極と兼用してもよい。

上述した実施形態では、セラミックプレート２０を作製する際に用いる接続端子２５として、球状のものを用いたが、特にこれに限定されるものではなく、例えば楕円球状のものを用いてもよいし、エッジをＲ面取りした直方体形状又は立方体形状のものを用いてもよい。

本出願は、２０１９年２月１９日に出願された日本国特許出願第２０１９−０２７６８５号を優先権主張の基礎としており、引用によりその内容の全てが本明細書に含まれる。

本発明は、例えばウエハを加熱するために用いられる。

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、２１ 端子、２２ 内周側抵抗発熱体、２３ 端子、２４ ワイヤ線、２４ａ 直線部、２５ 接続端子、２５１ 第１穴、２５２ 第２穴、２６ 外周側抵抗発熱体、２６ａ 直線部、２７ ガス穴、２８ リフトピン穴、３１ 第１電源、３３ 第２電源、４０ 筒状シャフト、４１，４３ 給電棒、５１，１５１ 第１セラミック成形体、１５１ａ 深い溝、１５１ｂ 浅い溝、１５１ｃ 半円溝、５２，１５２ 第２セラミック成形体、５３，１５３ セラミック成形体、５４ 仮焼体、６５，７５，８５ 接続端子、６５１，７５１，８５１ 第１穴、６５２，７５２，８５２ 第２穴、１２４ ワイヤ線、Ｚ１ 内周側ゾーン、Ｚ２ 外周側ゾーン。

Claims (8)

1. ウエハ載置面を有し、環状の外周側ゾーンを備えた円盤状のセラミックプレートと、
   前記外周側ゾーンに設けられた外周側抵抗発熱体と、
   前記セラミックプレートの中央部に設けられた一対の端子のそれぞれから前記外周側ゾーンへ向かって延び出し、前記外周側ゾーンに近い部分は直線部になっているワイヤ線と、
   前記ワイヤ線の前記直線部が挿入された第１穴と前記外周側抵抗発熱体の端部が挿入された第２穴とを有し、前記ワイヤ線と前記外周側抵抗発熱体とを接続する導電性の接続端子と、
   を備えたセラミックヒータ。
2. 前記第１穴と前記第２穴は、平行に設けられている、
   請求項１に記載のセラミックヒータ。
3. 前記外周側抵抗発熱体と前記ワイヤ線は、異なる面に設けられ、
   前記接続端子は、前記ワイヤ線が設けられた面にある、
   請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。
4. 前記ワイヤ線の前記直線部は、前記第１穴を貫通している、
   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. 前記接続端子は、外面にエッジを持たない形状である、
   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. 前記接続端子は、前記セラミックプレートの上下方向から押し潰された形状となっている、
   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. 前記外周側抵抗発熱体は、コイル状である、
   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. （ａ）モールドキャスト法によって円盤状の第１セラミック成形体を作製する工程と、
   （ｂ）前記第１セラミック成形体の所定面の外周側ゾーンに外周側抵抗発熱体を配置し、前記第１セラミック成形体の中央部に設けられた一対の端子位置のそれぞれから前記外周側ゾーンへ向かって延び出し前記外周側ゾーンに近い部分は直線部になっているワイヤ線を配置し、第１穴及び第２穴を有する導電性の接続端子の前記第１穴に前記ワイヤ線の前記直線部をアソビをもって挿入し、前記第２穴に前記外周側抵抗発熱体の端部を挿入する工程と、
   （ｃ）前記第１セラミック成形体の前記所定面にモールドキャスト法によって円盤状の第２セラミック成形体を作製する工程と、
   （ｄ）前記第１及び第２セラミック成形体を含むセラミック成形体を乾燥させて乾燥体とする工程と、
   （ｅ）乾燥体をホットプレス焼成する工程と、
   を含むセラミックヒータの製法。

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