WO2020129641A1 - セラミックヒータ - Google Patents

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thermocouple
ceramic heater
ceramic plate
ceramic
elongated hole
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朋大 高橋
諒平 松下
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日本碍子株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a ceramic heater.
  • Patent Document 1 discloses a ceramic heater 410 with a shaft shown in FIG.
  • the ceramic heater 410 with a shaft measures the temperature on the outer peripheral side of the ceramic plate 420 with an outer peripheral side thermocouple 450.
  • the thermocouple guide 432 is a tubular member, and extends straight from the lower side to the upper side inside the straight shaft 440 and is then bent in an arc shape to change the direction by 90°.
  • thermocouple guide 432 is attached to a slit 426a provided in a region surrounded by the straight shaft 440 on the back surface of the ceramic plate 420.
  • the slit 426a forms an inlet portion of the thermocouple passage 426.
  • the outer peripheral side thermocouple 450 is inserted into the cylinder of the thermocouple guide 432 and reaches the end position of the thermocouple passage 426.
  • the ceramic heater 410 uses the straight shaft 440, the area ratio of the slit 426a in the area surrounded by the straight shaft 440 on the back surface of the ceramic plate 420 was large. Therefore, there is a problem that the area in which the four terminals of the two-zone heater are arranged is limited by the slit 426a.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and its main purpose is to increase the degree of freedom of arrangement of terminals and the like in a multi-zone heater.
  • the ceramic heater of the present invention is A disk-shaped ceramic plate having a wafer mounting surface, A cylindrical shaft having a small-diameter portion and a large-diameter portion, the end surface of the large-diameter portion being joined to the back surface of the ceramic plate opposite to the wafer mounting surface, An inner peripheral side resistance heating element embedded in the inner peripheral portion of the ceramic plate, An outer peripheral resistance heating element embedded in the outer peripheral portion of the ceramic plate, An auxiliary component including a pair of terminals of the inner resistance heating element and a pair of terminals of the outer resistance heating element, An elongated hole extending from a starting point of an inner region of the small diameter portion of the back surface of the ceramic plate to a predetermined end position of an outer peripheral portion of the ceramic plate; Equipped with The internal space of the tubular shaft has a cylindrical space having the same diameter as the inner diameter of the small diameter portion, and an annular expansion space surrounded by the large diameter portion outside the cylindrical space, The inlet portion of the slot is a slot, The long groove is provided
  • the internal space of the tubular shaft has a cylindrical space having the same diameter as the inner diameter of the small diameter part, and an annular expansion space surrounded by the large diameter part outside the cylindrical space.
  • the elongated hole extends from the starting point of the inner region of the small diameter portion on the back surface of the ceramic plate to the outer peripheral portion of the ceramic plate.
  • the entrance portion of the slot is a slot.
  • the long groove is provided so as to extend from the starting point of the long hole to the expansion region.
  • the accessory component is provided on the inner surface of the small diameter portion of the back surface of the ceramic plate at a position other than the long groove.
  • the proportion of the long groove occupying the inner area of the small diameter portion of the back surface of the ceramic plate is set so that the long groove enters the expansion area, so that the long groove does not enter the expansion area (that is, there is no expansion area). Compared to this, it becomes smaller. Therefore, the area in which the accessory such as the terminal can be arranged is wider than that in the case without the expansion area. Therefore, in the multi-zone heater, the degree of freedom in arranging the terminals and the like can be increased.
  • the long groove may be provided along the radial direction of the ceramic plate.
  • the long groove may be provided along a direction deviating from the radial direction of the ceramic plate. In this case, since the long groove does not pass through the center of the inner region of the small diameter portion on the back surface of the ceramic plate, the degree of freedom in arranging the terminals can be further increased.
  • the slot may be a thermocouple slot for inserting a thermocouple.
  • the thermocouple can be inserted using the elongated hole.
  • the long groove may be used to dispose the curved portion of the thermocouple guide having a curved portion that changes from a vertical direction to a horizontal direction with respect to the wafer mounting surface. ..
  • the degree of freedom in arranging the terminals and the like can be increased.
  • the expansion space may be a space that can swivel the curved portion of the thermocouple guide.
  • the curved portion of the thermocouple guide can be arranged in the long groove while swirling in the expansion space. Therefore, the tubular thermocouple guide curved from the vertical direction to the horizontal direction can be easily set.
  • the length of the long groove may be set to be equal to or longer than the length of the tip portion of the curved portion of the thermocouple guide which is arranged in the long groove. By doing so, the thermocouple guide can be set more easily.
  • the outer diameter of the curved portion of the thermocouple guide may be smaller than the outer diameter of the vertical portion. By doing so, the width of the long groove can be reduced.
  • the ceramic heater of the present invention may include the thermocouple guide arranged in the elongated groove, and may further include the thermocouple guide and the thermocouple inserted in the elongated hole.
  • the temperature measuring portion of the thermocouple may be arranged so as to fit within the width of the outer peripheral resistance heating element. With this configuration, the temperature change of the resistance heating element on the outer peripheral side can be detected with good response by the temperature measuring unit of the thermocouple on the outer peripheral side.
  • the elongated hole is a hole having a substantially rectangular cross section, and a boundary portion between the ceiling surface and the side surface of the hole is an R surface (curved surface) having a radius of curvature of 0.5 mm or more. Good. This makes it possible to prevent cracks from being generated in the ceramic plate starting from the boundary between the ceiling surface and the side surface.
  • the elongated hole has a taper part in the middle from the starting point to the terminal position, a wide part from the starting point to one end of the taper part, and from the other end of the taper part. It may be a narrow portion up to the end position.
  • the outer peripheral side thermocouple can be smoothly inserted into the elongated hole by being guided by the tapered portion.
  • the taper portion temporarily fixes the thermocouple guide if the thermocouple guide abuts the taper portion. Therefore, it is easy to insert the outer thermocouple.
  • a ceiling surface of the elongated hole has an inclined surface midway from the starting point to the terminal position, and a depth of the ceiling surface from the starting point to the inclined surface is the inclined surface. It may be deeper than the depth from to the end position.
  • the temperature measuring portion of the outer peripheral side thermocouple is a convex curved surface, and the portion of the end surface of the elongated hole which is in contact with the temperature measuring portion of the outer peripheral side thermocouple is a concave curved surface. Good. By doing so, the temperature measuring portion of the outer thermocouple comes into surface contact with the end surface of the elongated hole, which is a desired measurement point, or in a state close thereto, so that the temperature measurement accuracy is improved.
  • the distance between the long groove and the accessory may be 2 mm or more. In this way, it is possible to prevent the ceramic plate from being cracked because the space between the long groove and the accessory is too narrow.
  • the wall of the inlet portion of the elongated hole may be curved toward the inside of the elongated hole.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line BB of FIG. 1.
  • the front view of the thermocouple guide 32 The enlarged view of the central part of FIG.
  • Explanatory drawing which shows an example of the position of the temperature measuring part 50a of the outer peripheral side thermocouple 50.
  • Explanatory drawing which shows another example of the long hole 26.
  • the rear view of the upper side plate P1 in which the slot 26 of another example was provided.
  • FIG. 13 is a sectional view taken along line CC of FIG. 13 is a sectional view taken along line DD of FIG.
  • FIG. 8 is a plan view of another example of the temperature measuring unit 50 a of the outer thermocouple 50 inserted into the elongated hole 26.
  • FIG. 8 is a plan view of another example of the temperature measuring unit 50 a of the outer thermocouple 50 inserted into the elongated hole 26.
  • Explanatory drawing which shows the space
  • Explanatory drawing of another example of the long hole 26 and the long groove 26a Explanatory drawing of a prior art example.
  • FIG. 1 is a perspective view of the ceramic heater 10
  • FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of FIG. 1
  • FIG. 4 is a front view of a thermocouple guide 32, and FIG. It is an enlarged view of the central part of.
  • the ceramic heater 10 is used to heat the wafer W that is subjected to processing such as etching and CVD, and is installed in a vacuum chamber (not shown).
  • the ceramic heater 10 includes a disk-shaped ceramic plate 20 having a wafer mounting surface 20a and a cylindrical shaft 40 joined to a surface (back surface) 20b of the ceramic plate 20 opposite to the wafer mounting surface 20a. I have it.
  • the ceramic plate 20 is a disc-shaped plate made of a ceramic material typified by aluminum nitride or alumina.
  • the diameter of the ceramic plate 20 is not particularly limited, but is, for example, about 300 mm.
  • the ceramic plate 20 is divided into a small circular inner peripheral side zone Z1 and an annular outer peripheral side zone Z2 by a virtual boundary 20c concentric with the ceramic plate 20 (see FIG. 3).
  • An inner peripheral side resistance heating element 22 is embedded in the inner peripheral side zone Z1 of the ceramic plate 20, and an outer peripheral side resistance heating element 24 is embedded in the outer peripheral side zone Z2.
  • Both resistance heating elements 22 and 24 are composed of a coil whose main component is molybdenum, tungsten or tungsten carbide, for example.
  • the ceramic plate 20 is manufactured by surface-bonding an upper plate P1 and a lower plate P2 thinner than the upper plate P1.
  • the tubular shaft 40 is made of ceramics such as aluminum nitride and alumina.
  • the tubular shaft 40 includes a small diameter portion 40a and a large diameter portion 40b.
  • the small diameter portion 40a is a portion from the lower end of the tubular shaft 40 to a predetermined height, and is a tubular portion having an inner diameter d1.
  • the large diameter portion 40b is a portion from the predetermined height of the tubular shaft 40 to the upper end of the tubular shaft 40 after being expanded in diameter, and is a tubular portion having an inner diameter d2 (>d1).
  • the upper end (end surface of the large diameter portion 40b) of the tubular shaft 40 is diffusion bonded to the ceramic plate 20.
  • the internal space 41 of the tubular shaft 40 has a cylindrical space 41a having the same diameter as the inner diameter of the small diameter portion 40a, and an annular expansion space 41b surrounded by the large diameter portion 40b outside the cylindrical space 41a. ..
  • the expansion space 41b is a space into which the tip of the bending portion 34 of the thermocouple guide 32, which will be described later, can be inserted while swirling.
  • the resistance heating element 22 on the inner circumference side starts from one of the pair of terminals 22a and 22b, and is folded back at a plurality of folding parts in a one-stroke manner while being almost entirely covered by the zone Z1 on the inner circumference side. Is formed so as to reach the other of the pair of terminals 22a and 22b.
  • the pair of terminals 22a and 22b are provided in a shaft inner region 20d (a region inside the small diameter portion 40a of the back surface 20b of the ceramic plate 20).
  • Metal (for example, Ni) power supply rods 42a and 42b are joined to the pair of terminals 22a and 22b, respectively.
  • the outer peripheral resistance heating element 24 originates from one of the pair of terminals 24a and 24b, is folded back at a plurality of folding portions in a one-stroke writing manner, and is wired in almost the entire outer peripheral zone Z2. After being formed, it is formed so as to reach the other of the pair of terminals 24a and 24b.
  • the pair of terminals 24a and 24b are provided in the shaft inner region 20d of the back surface 20b of the ceramic plate 20.
  • Metal (for example, Ni) power supply rods 44a and 44b are joined to the pair of terminals 24a and 24b, respectively.
  • an elongated hole 26 for inserting the outer peripheral side thermocouple 50 is provided in parallel with the wafer mounting surface 20a.
  • the elongated hole 26 extends from a starting point 26s of the shaft inner region 20d of the back surface 20b of the ceramic plate 20 to a predetermined end position 26e of the outer peripheral portion of the ceramic plate 20.
  • the lateral width of the elongated hole 26 is gradually narrowed from the position before the end position 26e to the end position 26e.
  • the elongated hole 26 is provided along a direction deviating from the radial direction of the ceramic plate 20.
  • An inlet portion of the elongated hole 26 from the starting point 26s to the expansion region 20f serves as a long groove 26a for fitting the tip of the curved portion 34 of the thermocouple guide 32.
  • the long groove 26 a opens into the internal space 41 of the tubular shaft 40.
  • the long groove 26a extends from the starting point 26s to the outer peripheral edge of the expansion region 20f.
  • the terminals 22a, 22b, 24a, 24b are provided in the shaft inner region 20d at positions other than the long groove 26a.
  • the thermocouple guide 32 is a tubular member made of metal (for example, stainless steel) having a guide hole 32a as shown in FIG.
  • the thermocouple guide 32 includes a vertical portion 33 that extends in the vertical direction with respect to the wafer mounting surface 20a, and a curved portion 34 that changes from the vertical direction to the horizontal direction.
  • the outer diameter of the vertical portion 33 is larger than the outer diameter of the curved portion 34, but the inner diameter of the vertical portion 33 is the same as the inner diameter of the curved portion 34.
  • the outer diameter of the vertical portion 33 and the outer diameter of the curved portion 34 may be the same.
  • the radius of curvature R of the curved portion 34 is not particularly limited, but is, for example, about 30 mm.
  • the outer peripheral thermocouple 50 is inserted into the guide hole 32 a of the thermocouple guide 32.
  • the tip of the curved portion 34 may be simply fitted into the long groove 26a, or may be bonded or adhered to the long groove 26a.
  • Power supply rods 44a and 44b connected to the terminals 24a and 24b, respectively, are arranged.
  • an inner peripheral side thermocouple 48 for measuring the temperature near the center of the ceramic plate 20 and an outer peripheral side thermocouple 50 for measuring the temperature near the outer periphery of the ceramic plate 20 are also arranged. ing.
  • the inner peripheral thermocouple 48 is inserted into a recess 49 provided in the back surface 20b of the ceramic plate 20, and the temperature measuring portion 48a at the tip is in contact with the ceramic plate 20.
  • the recess 49 is provided at a position where it does not interfere with the terminals 22a, 22b, 24a, 24b and the long groove 26a.
  • the outer peripheral side thermocouple 50 is a sheath thermocouple, passes through the guide hole 32a of the thermocouple guide 32 and the elongated hole 26, and the temperature measuring unit 50a at the tip reaches the end position 26e of the elongated hole 26.
  • thermocouple guide 32 is attached at the end of the manufacturing process of the ceramic heater 10. The state at this time is shown in FIGS. 6 and 7. As shown in FIGS. 6 and 7, the power supply rods 42a, 42b, 44a, 44b are joined to the terminals 22a, 22b, 24a, 24b exposed on the back surface 20b of the ceramic plate 20, respectively. After joining the tubular shaft 40 to 20b, the thermocouple guide 32 is attached. In this embodiment, after aligning the direction of the curved portion 34 of the thermocouple guide 32 with the direction of the long groove 26a that is the inlet portion of the long hole 26, the thermocouple guide 32 is inserted into the small diameter portion 40a of the tubular shaft 40.
  • the distance that the elongated hole 26 and its extension appear in the in-shaft region 20d is shorter than the horizontal distance from the tip of the bending portion 34 to the vertical portion 33, and the bending portion 34 is caught by the small diameter portion 40a. 32 cannot be put in the small diameter portion 40a. Therefore, first, after the curved portion 34 of the thermocouple guide 32 is placed in a posture that does not interfere with the small diameter portion 40a and the power supply rods 42a, 42b, 44a, 44b (see the thermocouple guide 32 indicated by the alternate long and short dash line in FIGS. 6 and 7), The curved portion 34 is brought close to the back surface 20b of the ceramic plate 20.
  • the tip of the bending portion 34 After the tip of the bending portion 34 reaches the internal space of the large-diameter portion 40b, the tip of the bending portion 34 is inserted into the long groove 26a while rotating the thermocouple guide 32 so that the tip of the bending portion 34 enters the expansion space 41b. (Refer to the thermocouple guide 32 indicated by the solid line in FIGS. 6 and 7). After that, the outer peripheral thermocouple 50 is inserted into the guide hole 32a of the thermocouple guide 32 so that the temperature measuring unit 50a reaches the terminal position 26e of the elongated hole 26.
  • the ceramic heater 10 is installed in a vacuum chamber (not shown), and the wafer W is mounted on the wafer mounting surface 20a of the ceramic heater 10. Then, the electric power supplied to the inner resistance heater 22 is adjusted so that the temperature detected by the inner thermocouple 48 becomes a predetermined inner target temperature, and the outer thermocouple 50 detects the temperature. The electric power supplied to the outer resistance heating element 24 is adjusted so that the determined temperature becomes the predetermined outer target temperature. As a result, the temperature of the wafer W is controlled to a desired temperature. Then, the inside of the vacuum chamber is set to a vacuum atmosphere or a reduced pressure atmosphere, plasma is generated in the vacuum chamber, and the wafer W is subjected to CVD film formation or etching using the plasma.
  • the proportion of the long groove 26a in the shaft inner area 20d (the inner area of the small diameter portion 40a of the back surface 20b of the ceramic plate 20) is such that the long groove 26a enters the expansion area 20f. Since it is provided, it becomes smaller than the case where a long groove having the same length as the long groove 26a is provided in the straight shaft having no expansion region. Therefore, the area in which the auxiliary components such as the terminals 22a, 22b, 24a, 24b and the concave portion 49 can be arranged is wider than in the case where there is no expansion area. Therefore, in the multi-zone heater including the tubular thermocouple guide 32 that is curved from the vertical direction to the horizontal direction, the degree of freedom in arranging the terminals and the like can be increased.
  • the tubular shaft 40 has the large diameter portion 40b, the heat conduction distance from the upper end of the shaft to the lower end of the shaft is longer than that of the straight shaft which does not have the large diameter portion 40b.
  • the temperature can be lowered. Since the lower end of the shaft is fixed to the chamber (not shown) via the O-ring, the lower the temperature of the lower end of the shaft, the more the durability of the O-ring improves.
  • the long groove 26a is provided along the direction deviating from the radial direction of the ceramic plate 20, the long groove 26a does not pass through the center of the shaft inner region 20d. Therefore, the degree of freedom in arranging the terminals can be further increased. Further, the distance of the long groove 26a occupied in the expansion region 20f can be lengthened, and the distance of the long groove 26a occupied in the shaft inner region 20d can be shortened.
  • the expansion space 41b is a space of a size capable of turning the curved portion 34 of the thermocouple guide 32. Therefore, the curved portion 34 of the thermocouple guide 32 can be arranged in the long groove while swirling in the expansion space 41b. Therefore, the thermocouple guide 32 can be easily set.
  • the length of the long groove 26a which is the inlet portion of the long hole 26, is determined to be equal to or longer than the length of the tip portion of the curved portion 34 of the thermocouple guide 32 of the thermocouple guide 32, which is disposed in the long groove 26a. Has been. Therefore, the thermocouple guide 32 can be set more easily.
  • the width of the long groove 26a can be reduced.
  • thermocouple guide 32 since the radius of curvature R of the curved portion 34 of the thermocouple guide 32 can be made relatively large, the outer peripheral side thermocouple 50 inserted in the thermocouple guide 32 can be smoothly turned.
  • the temperature measuring unit 50a of the outer thermocouple 50 is set to a desired measurement point (of the ceramic plate 20). It is easy to dispose at a point near the terminal position 26e).
  • the thermocouple guide 32 may include a horizontal portion 35 connected to the outlet of the bending portion 34 and extending in the horizontal direction with respect to the wafer mounting surface 20a, as shown in FIG. By doing so, the outer peripheral thermocouple 50 can be guided to the elongated hole 26 more smoothly. Further, in the thermocouple guide 32 having such a horizontal portion 35, the portion arranged in the long groove 26a becomes long. Therefore, it is preferable to set the length of the long groove 26a according to it.
  • the temperature measuring unit 50a of the outer peripheral thermocouple 50 in the elongated hole 26 has the width of the outer resistance heating element 24 (that is, the coil width w when viewed from the back surface 20b, as shown in FIG. 9). You may arrange so that it may fit in the bracket.
  • the resistance heating element 24 on the outer peripheral side is not a coil shape but a ribbon shape (elongated flat plate shape), it may be arranged so as to fit within the width of the ribbon. By doing so, the temperature change of the resistance heating element 24 on the outer peripheral side can be detected by the temperature measuring unit 50a of the thermocouple 50 on the outer peripheral side with good response.
  • the elongated hole 26 including the elongated groove 26a is provided along the direction deviating from the radial direction of the ceramic plate 20, but as shown by the solid line in FIG. 10, along the radial direction of the ceramic plate 20. It may be provided.
  • the dashed-dotted line in FIG. 10 is the elongated hole 26 of the above-described embodiment, and the solid-line elongated hole 26 is provided with the elongated groove 26a of the same length L at the same end position 26e as the elongated hole 26 of the dashed-dotted line. ..
  • the length of the long hole 26 indicated by the solid line is shorter than that of the long hole 26 indicated by the alternate long and short dash line by the length of the dotted line portion in FIG. Since the elongated hole 26 is a cavity, the longer it is, the greater the influence on the temperature uniformity of the wafer W becomes. However, if the elongated hole 26 shown by the solid line in FIG. 10 is adopted, the influence of the elongated hole 26 on the temperature uniformity of the wafer W is reduced. can do.
  • the resistance heating elements 22 and 24 have a coil shape.
  • the resistance heating elements 22 and 24 are not particularly limited to the coil shape, and may have a print pattern, a ribbon shape, a mesh shape, or the like. Good.
  • the ceramic plate 20 may include electrostatic electrodes or RF electrodes in addition to the resistance heating elements 22 and 24.
  • a terminal (one of accessory parts) of the electrostatic electrode is provided in the shaft inner region 20d of the ceramic plate 20.
  • the terminal of the electrostatic electrode is provided in the shaft inner region 20d at a position other than the long groove 26a.
  • a terminal (one of accessory parts) of the RF electrode is provided in the shaft inner region 20d of the ceramic plate 20.
  • the terminal of the RF electrode is provided at a position other than the long groove 26a in the shaft inner region 20d.
  • the length of the thermocouple guide 32 in the vertical direction is set to be substantially the same as the height of the tubular shaft 40, but it may be shorter or longer than the height of the tubular shaft 40.
  • the inner peripheral side zone Z1 may be divided into a plurality of inner peripheral side small zones, and the resistance heating element may be routed in a single stroke for each inner peripheral side small zone.
  • the outer peripheral side zone Z2 may be divided into a plurality of outer peripheral side small zones, and the resistance heating element may be laid out in a single stroke for each outer peripheral side small zone.
  • the position of the recess 49 may be determined after determining the position of the long groove 26a, or may be determined before determining the position of the long groove 26a. In the latter case, the recess 49 is regarded as one of the accessory parts, and the long groove 26a is determined so as not to pass through the recess 49.
  • the power supply rods 42a, 42b, 44a, 44b are joined to the terminals 22a, 22b, 24a, 24b of the ceramic plate 20, respectively, and the tubular shaft 40 is joined to the back surface 20b of the ceramic plate 20, although the thermocouple guide 32 is attached, the attaching procedure is not limited to this.
  • the power supply rods 42a, 42b, 44a and 44b are joined to the terminals 22a, 22b, 24a and 24b, respectively. Good.
  • the elongated hole 26 of the above-described embodiment may have the shape shown in FIG. FIG. 11 is a perspective view when the lower plate P2 is removed from the upper plate P1 and the back surface of the upper plate P1 is directed upward.
  • the long hole 26 is a hole having a substantially rectangular cross section, and the boundary portion 26b between the bottom surface and the side surface of the long hole 26 is an R surface.
  • the radius of curvature of the R surface is preferably 0.5 mm or more (for example, 1 mm). This makes it possible to prevent cracks from being generated in the ceramic plate 20 starting from the boundary portion 26b between the bottom surface (the ceiling surface in FIG. 2) and the side surface of the elongated hole 26.
  • the boundary portion 26b is used as a starting point. It is possible to suppress the occurrence of cracks in the ceramic plate 20. Incidentally, cracks occurred when the radius of curvature of the boundary portion 26b was set to 0.1 mm and 0.3 mm, but did not occur when they were set to 0.5 mm, 0.7 mm, and 0.9 mm.
  • thermocouple guide 32 is attached to the long groove 26a and the long hole 26, but when the outer peripheral side thermocouple 50 is inserted into the long hole 26, the thermocouple guide 32 is arranged in the long groove 26a and the long hole 26, After inserting the outer peripheral side thermocouple 50 into the elongated hole 26, the thermocouple guide 32 may be removed. Alternatively, the outer thermocouple 50 may be inserted into the elongated hole 26 without using the thermocouple guide 32.
  • the elongated hole 26 may be a hole having a substantially rectangular cross section and a constant lateral width from the starting point 26s to the end position 26e. It is preferable that the boundary portion between the end surface of the elongated hole 26 (the standing wall at the end position 26e) and the side surface extending in the longitudinal direction of the elongated hole 26 be a C surface or an R surface so that the edge does not stand. At this time, the lateral width of the long hole 26 and the long groove 26a is preferably 9 mm or less.
  • the outer peripheral thermocouple 50 is less likely to be distorted when the outer peripheral thermocouple 50 is inserted, and the outer peripheral thermocouple 50 is located at a desired measurement point (point near the end position 26e of the ceramic plate 20). This is because it is easy to arrange the temperature measuring unit 50a of the pair 50.
  • the lateral width of the elongated hole 26 and the elongated groove 26a may be larger than the outer diameter of the curved portion 34, but the clearance in the width direction (long If the value obtained by subtracting the outer diameter of the curved portion 34 from the lateral width of the hole 26 and the long groove 26a) is too large, the temperature measurement accuracy decreases due to heat loss. Therefore, the clearance in the width direction is preferably 2 mm or less. Similarly, the clearance in the depth direction is preferably 2 mm or less.
  • the lateral width of the elongated hole 26 and the elongated groove 26a may be larger than the outer diameter of the outer peripheral side thermocouple 50, but the same as before. For this reason, it is preferable to set the clearance in the width direction (the value obtained by subtracting the outer diameter of the outer peripheral side thermocouple 50 from the lateral width of the elongated hole 26 and the elongated groove 26a) to 2 mm or less. Similarly, the clearance in the depth direction is preferably 2 mm or less.
  • the elongated hole 26 of another example shown in FIGS. 12 to 14 may be adopted as the elongated hole 26.
  • 12 is a rear view of the upper plate P1 provided with another long hole 26
  • FIG. 13 is a sectional view taken along line CC of FIG. 12
  • FIG. 14 is a sectional view taken along line DD of FIG.
  • This elongated hole 26 has a tapered portion 261 in the middle from the starting point 26s to the terminal position 26e when viewed in a plan view, and a wide portion 262 extends from the starting point 26s to one end of the tapered portion 261 and the other end of the tapered portion 261. From the end to the end position 26e is a narrow portion 263.
  • the width W of the wide portion 262 and the width w of the narrow portion 263 are preferably 9 mm or less. This is because if the widths W and w are 9 mm or less, the outer peripheral thermocouple 50 is less likely to be distorted when the outer peripheral thermocouple 50 is inserted, and the temperature measuring unit 50a can be easily arranged at the desired measurement point M.
  • the width W of the wide portion 262 may be larger than the outer diameter D of the curved portion 34, and the width w of the narrow portion 263 may be the outer peripheral side thermoelectric force.
  • the clearance in each width direction (the value obtained by subtracting the outer diameter D of the curved portion 34 from the width W of the wide portion 262 and the narrow portion 263).
  • the value obtained by subtracting the outer diameter d of the outer peripheral thermocouple 50 from the width w) is preferably 2 mm or less.
  • the clearance in the depth direction is preferably 2 mm or less.
  • the gradient ⁇ of the taper portion 261 is preferably 2° or more and 5° or less, and more preferably 3° or more and 4° or less (for example, 3.4°).
  • the bottom surface 26p (the ceiling surface in FIG. 2) of the elongated hole 26 is provided with an inclined step 26q on the way from the starting point 26s to the end position 26e.
  • the depth from the starting point 26s to the step 26q on the bottom surface 26p is deeper than the depth from the step 26q to the terminal position 26e.
  • the boundary between the bottom surface 26p and the standing wall at the end position 26e is an inclined surface 26r.
  • the curved portion 34 of the thermocouple guide 32 is arranged in a portion of the bottom surface 26p from the starting point 26s to the step 26q, and the outer peripheral thermocouple 50 extends along the portion of the bottom surface 26p from the step 26q to the end position 26e. Is inserted. Therefore, the thermocouple guide 32 can be used to smoothly insert the outer thermocouple 50 into the elongated hole 26. Moreover, since the gap between the temperature measuring unit 50a and the bottom surface 26p becomes smaller due to the existence of the inclined surface 26r, the temperature measuring accuracy of the temperature measuring unit 50a is improved.
  • the bottom surface 26p of the elongated hole 26 may be a flat surface.
  • the width W of the wide portion 262 and the width w of the narrow portion 263 are both the outer diameter of the outer thermocouple 50. It suffices if it is larger than d, but for the same reason as above, the clearance in each width direction (from the value obtained by subtracting the outer diameter d of the outer peripheral side thermocouple 50 from the width W of the wide portion 262 and the width w of the narrow portion 263).
  • the value obtained by subtracting the outer diameter d of the outer thermocouple 50 is preferably 2 mm or less.
  • the clearance in the depth direction is preferably 2 mm or less.
  • the outer diameter d of the outer thermocouple 50 is preferably 0.5 mm or more and 2 mm or less. If the outer diameter d is less than 0.5 mm, the outer peripheral thermocouple 50 is bent when it is inserted into the elongated hole 26, and it becomes difficult to insert it to the end position 26e. When the outer diameter d exceeds 2 mm, the outer peripheral side thermocouple 50 loses flexibility, and it becomes difficult to insert the outer peripheral side thermocouple 50 to the terminal position 26e.
  • the temperature measuring portion 50a of the outer thermocouple 50 is a convex curved surface, and the temperature measuring portion of the end surface of the elongated hole 26 (the standing wall at the end position 26e) is measured.
  • the portion in contact with 50a may be a concave curved surface.
  • the gap G between the long groove 26a and the accessory parts be 2 mm or more. By doing so, it is possible to prevent the space between the long groove 26a and the accessory component from being too narrow and to prevent the ceramic plate 20 from being cracked.
  • the standing wall on the starting point 26s side of the elongated hole 26 and the elongated groove 26a may be curved from the back surface 20b of the ceramic plate 20 toward the inside of the elongated hole 26.
  • the outer peripheral thermocouple 50 can be smoothly inserted into the elongated hole 26 without using the thermocouple guide 32 by utilizing the curved standing wall at the starting point 26s.
  • the present invention can be used, for example, as a member for a semiconductor manufacturing apparatus used for processing a wafer.

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Abstract

セラミックヒータ（１０）は、内周側及び外周側抵抗発熱体（２２），（２４）を内蔵したセラミックプレート（２０）と、その裏面（２０ｂ）に接合された筒状シャフト（４０）とを備える。長穴（２６）は、セラミックプレート（２０）の起点（２６ｓ）からセラミックプレート（２０）の外周部の終端位置（２６ｅ）まで延びている。長穴（２６）の入口部分は、溝（２６ａ）になっている。長溝（２６ａ）は、起点（２６ｓ）から拡張領域（２０ｆ）に至るように設けられている。端子（２２ａ），（２２ｂ），（２４ａ），（２４ｂ）はシャフト内領域（２０ｄ）のうち長溝（２６ａ）以外の位置に設けられている。

Description

セラミックヒータ
　本発明は、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１９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、セラミックヒータ４１０では、ストレートシャフト４４０を用いているため、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に囲まれた領域に占めるスリット４２６ａの面積割合が大きかった。そのため、２ゾーンヒータの４つの端子を配置する領域がスリット４２６ａによって制限されるという問題があった。
　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、多ゾーンヒータにおいて、端子などの配置の自由度を高めることを主目的とする。
　本発明のセラミックヒータは、
　ウエハ載置面を有する円盤状のセラミックプレートと、
　小径部と大径部とを有し、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前記大径部の端面が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小径部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所定の終端位置に至る長穴と、
　を備え、
　前記筒状シャフトの内部空間は、前記小径部の内径と同じ径の円筒空間と、前記円筒空間の外側に前記大径部によって囲まれた環状の拡張空間とを有し、
　前記長穴の入口部分は、長溝であり、
　前記長溝は、前記起点から前記セラミックプレートの前記裏面のうち前記拡張空間内の拡張領域に至るように設けられ、
　前記付帯部品は、前記セラミックプレートの前記裏面のうち前記小径部の内側領域であって前記長溝以外の位置に設けられている、
　ものである。
　このセラミックヒータでは、筒状シャフトの内部空間は、小径部の内径と同じ径の円筒空間と、その円筒空間の外側に大径部によって囲まれた環状の拡張空間とを有している。長穴は、セラミックプレートの裏面のうち小径部の内側領域の起点からセラミックプレートの外周部に延びている。長穴の入口部分は、長溝である。長溝は、長穴の起点から拡張領域に至るように設けられている。付帯部品は、セラミックプレートの裏面のうち小径部の内側領域であって長溝以外の位置に設けられている。セラミックプレートの裏面のうち小径部の内側領域に占める長溝の割合は、長溝が拡張領域に入り込むように設けられているため、長溝が拡張領域に入り込んでいない場合（つまり拡張領域がない場合）に比べて、小さくなる。そのため、端子などの付帯部品を配置可能な領域は、拡張領域のない場合に比べて広くなる。したがって、多ゾーンヒータにおいて、端子などの配置の自由度を高めることができる。
　本発明のセラミックヒータにおいて、前記長溝は、前記セラミックプレートの半径方向に沿って設けられていてもよい。こうすれば、同じ長さの長溝を備えた長穴を設ける場合、長穴の長さが最短になる。そのため、長穴によるウエハの均熱性への影響を小さくすることができる。
　本発明のセラミックヒータにおいて、前記長溝は、前記セラミックプレートの半径方向から外れた方向に沿って設けられていてもよい。こうすれば、セラミックプレートの裏面のうち小径部の内側領域の中央を長溝が通ることがないため、端子の配置の自由度をより高めることができる。
　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、前記長溝は、前記ウエハ載置面に対して垂直方向から水平方向に転換する湾曲部を備えた熱電対ガイドの前記湾曲部を配置するために用いられるものとしてもよい。こうすれば、垂直方向から水平方向へ湾曲した筒状の熱電対ガイドを備えた多ゾーンヒータにおいて、端子などの配置の自由度を高めることができる。
　なお、「垂直」とは、完全に垂直な場合のほか、実質的に垂直な場合（例えば公差の範囲に入る場合など）も含む。「水平」も同様である。
　本発明のセラミックヒータにおいて、前記拡張空間は、前記熱電対ガイドの前記湾曲部を旋回可能な大きさの空間であってもよい。こうすれば、熱電対ガイドの湾曲部を拡張空間内で旋回させながら長溝に配置することができる。したがって、垂直方向から水平方向へ湾曲した筒状の熱電対ガイドを容易にセットすることができる。
　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先端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セットすることができる。
　本発明のセラミックヒータにおいて、前記熱電対ガイドの前記湾曲部の外径は前記垂直部の外径よりも小さくてもよい。こうすれば、長溝の幅を小さくすることができる。
　本発明のセラミックヒータは、前記長溝に配置された前記熱電対ガイドを備えていてもよく、更に、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。前記熱電対を備えている場合、前記セラミックプレートを前記裏面からみたときに前記熱電対の測温部が前記外周側抵抗発熱体の幅の中に収まるように配置されていてもよい。こうすれば、外周側抵抗発熱体の温度変化をレスポンスよく外周側熱電対の測温部で検出することができる。
　本発明のセラミックヒータにおいて、前記長穴は、断面略四角形の穴であり、前記穴の天井面と側面との境界部は、曲率半径が０．５ｍｍ以上のＲ面（湾曲面）であってもよい。こうすれば、天井面と側面との境界部を起点としてセラミックプレートにクラックが発生するのを抑えることができる。
　本発明のセラミックヒータにおいて、前記長穴は、前記起点から前記終端位置までの途中にテーパ部を有し、前記起点から前記テーパ部の一端までは幅広部であり、前記テーパ部の他端から前記終端位置までは幅狭部であってもよい。こうすれば、外周側熱電対はテーパ部に誘導されて長穴にスムーズに挿入することができる。また、熱電対ガイドを利用して外周側熱電対を長穴に挿入する場合、熱電対ガイドがテーパ部と当接するようにすれば、テーパ部が熱電対ガイドを一時的に固定する役割を果たすため、外周側熱電対を挿入しやすい。
　本発明のセラミックヒータにおいて、前記長穴の天井面は、前記起点から前記終端位置までの途中に傾斜面を有し、前記天井面のうち前記起点から前記傾斜面までの深さは前記傾斜面から前記終端位置までの深さよりも深くなっていてもよい。こうすれば、熱電対ガイドを利用して外周側熱電対を長穴にスムーズに挿入することができる。なお、前記天井面と前記終端位置の立壁との境界は傾斜面になっていてもよい。
　本発明のセラミックヒータにおいて、前記外周側熱電対の測温部は凸状曲面であり、前記長穴の終端面のうち前記外周側熱電対の測温部が接触する部分は凹状曲面であってもよい。こうすれば、外周側熱電対の測温部が所望の測定点である長穴の終端面と面接触するか又はそれに近い状態で接触するため、測温精度が向上する。
　本発明のセラミックヒータにおいて、前記長溝と前記付帯部品との間隔は、２ｍｍ以上であってもよい。こうすれば、長溝と付帯部品との間が狭すぎてセラミックプレートにクラックが入っ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、前記長穴の入口部分の壁は、前記長穴の奥に向かって湾曲していてもよい。こうすれば、熱電対ガイドを用いなくても、入口部分の湾曲した壁を利用して外周側熱電対をスムーズに長穴に挿入することができる。
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。 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。 熱電対ガイド３２の別例の正面図。 外周側熱電対５０の測温部５０ａの位置の一例を示す説明図。 長穴２６の別例を示す説明図。 上側プレートＰ１の裏面を上向きにしたときの斜視図。 別例の長穴２６が設けられた上側プレートＰ１の裏面図。 図１２のＣ－Ｃ断面図。 図１２のＤ－Ｄ断面図。 長穴２６に挿入された外周側熱電対５０の測温部５０ａの別例の平面図。 長穴２６に挿入された外周側熱電対５０の測温部５０ａの別例の平面図。 長溝２６ａと付帯部品との間隔Ｇを示す説明図。 長穴２６及び長溝２６ａの別例の説明図。 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の湾曲部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の湾曲部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。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、図４に示すように、ガイド穴３２ａを備えた金属製（例えばステンレス製）の筒状部材である。熱電対ガイド３２は、ウエハ載置面２０ａに対して垂直方向に延びる垂直部３３と、垂直方向から水平方向に転換する湾曲部３４とを備えている。垂直部３３の外径は湾曲部３４の外径より大きいが、垂直部３３の内径は湾曲部３４の内径と同じである。このように湾曲部３４の外径を小さくすることにより、湾曲部３４を挿入する長溝２６ａの幅を小さくすることができる。但し、垂直部３３の外径と湾曲部３４の外径を同じにしてもよい。湾曲部３４の曲率半径Ｒは特に限定するものではないが、例えば３０ｍｍ程度である。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。湾曲部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。
　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。
　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６及び図７に示す。図６及び図７に示すように、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、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の湾曲部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に現れる距離は湾曲部３４の先端から垂直部３３までの水平距離より短く、湾曲部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の湾曲部３４を小径部４０ａや給電棒４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂに干渉しない姿勢（図６及び図７の一点鎖線の熱電対ガイド３２参照）にした後、湾曲部３４をセラミックプレート２０の裏面２０ｂに近づける。そして、湾曲部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を旋回させて湾曲部３４の先端が拡張空間４１ｂに入るようにしながら湾曲部３４の先端を長溝２６ａに嵌め込む（図６及び図７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では、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）に占める長溝２６ａの割合は、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、長溝２６ａと同じ長さの長溝を拡張領域がないストレートシャフト内に設ける場合に比べて、小さくなる。そのため、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は、拡張領域のない場合に比べて広くなる。したがって、垂直方向から水平方向へ湾曲した筒状の熱電対ガイド３２を備えた多ゾーンヒータにおいて、端子などの配置の自由度を高めることができる。
　また、筒状シャフト４０は大径部４０ｂを有しているため、大径部４０ｂを有していないストレートシャフトに比べて、シャフト上端からシャフト下端までの熱伝導距離が長くなり、シャフト下端の温度を低くすることができる。シャフト下端はＯリングを介して図示しないチャンバに固定されるため、シャフト下端の温度が低いほどＯリングの耐久性が向上する。
　また、長溝２６ａは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ため、シャフト内領域２０ｄの中央を長溝２６ａが通ることがない。したがって、端子の配置の自由度をより高めることができる。また、拡張領域２０ｆに占める長溝２６ａの距離を長くでき、シャフト内領域２０ｄに占める長溝２６ａの距離を短くすることができる。
　更に、拡張空間４１ｂは熱電対ガイド３２の湾曲部３４を旋回可能な大きさの空間である。そのため、熱電対ガイド３２の湾曲部３４を拡張空間４１ｂ内で旋回させながら長溝に配置することができる。したがって、熱電対ガイド３２を容易にセットすることができる。
　更にまた、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の熱電対ガイド３２の湾曲部３４のうち長溝２６ａに配置される先端部分の長さ以上となるように定められている。そのため、熱電対ガイド３２をより容易にセットすることができる。
　そして、熱電対ガイド３２の湾曲部３４の外径を垂直部３３の外径よりも小さくしたため、長溝２６ａの幅を小さくすることができる。
　そしてまた、熱電対ガイド３２の湾曲部３４の曲率半径Ｒを比較的大きくすることができるため、熱電対ガイド３２に挿入された外周側熱電対５０をスムーズに方向転換することができる。
　そして更に、長穴２６の横幅は終端位置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ため、外周側熱電対５０の測温部５０ａを所望の測定点（セラミックプレート２０のうち終端位置２６ｅの近傍の点）に配置しやすい。
　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、図８に示すように、湾曲部３４の出口に繋がりウエハ載置面２０ａに対して水平方向に延びる水平部３５を備えていてもよい。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、このような水平部３５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。
　上述した実施形態において、長穴２６内の外周側熱電対５０の測温部５０ａは、図９に示すように、裏面２０ｂからみたときに外周側抵抗発熱体２４の幅（つまりコイルの幅ｗ）の中に収まるように配置してもよい。外周側抵抗発熱体２４がコイル状ではなくリボン状（細長い平板状）の場合には、そのリボンの幅の中に収まるように配置してもよい。こうすれば、外周側抵抗発熱体２４の温度変化をレスポンスよく外周側熱電対５０の測温部５０ａで検出することができる。
　上述した実施形態では、長溝２６ａを含む長穴２６を、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たが、図１０の実線で示すように、セラミックプレート２０の半径方向に沿って設けてもよい。図１０の１点鎖線は上述した実施形態の長穴２６であり、実線の長穴２６は１点鎖線の長穴２６と同じ終端位置２６ｅで同じ長さＬの長溝２６ａを備えたものである。実線の長穴２６の長さは、１点鎖線の長穴２６よりも図１０の点線部分の長さだけ短くなる（最短になる）。長穴２６は空洞であるため長いほどウエハＷの均熱性への影響が大きくなるが、図１０の実線の長穴２６を採用すれば、長穴２６によるウエハＷの均熱性への影響を小さくすることができる。
　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の高さとほぼ同じにしたが、筒状シャフト４０の高さより短くしてもよいし長くしてもよい。
　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の端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂのそれぞれに給電棒４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂを接合し、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。
　上述した実施形態の長穴２６を、図１１に示す形状にしてもよい。図１１は、上側プレートＰ１から下側プレートＰ２を取り外し、その上側プレートＰ１の裏面を上向きにしたときの斜視図である。長穴２６は、断面略四角形の穴であり、長穴２６の底面と側面との境界部２６ｂは、Ｒ面となっている。Ｒ面の曲率半径は０．５ｍｍ以上（例えば１ｍｍ）であることが好ましい。こうすれば、長穴２６の底面（図２では天井面）と側面との境界部２６ｂを起点としてセラミックプレート２０にクラックが発生するのを抑えることができる。具体的には、上側プレートＰ１と下側プレートＰ２とを加熱加圧条件（例えば１６００℃以上の温度で７．０ｋｇ／ｃｍ2以上の圧力という条件）で接合する際に境界部２６ｂを起点としてセラミックプレート２０にクラックが発生するのを抑えることができる。ちなみに、クラックは境界部２６ｂの曲率半径を０．１ｍｍ、０．３ｍｍとしたときには発生したが、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、０．９ｍｍとしたときには発生しなかった。
　上述した実施形態では、熱電対ガイド３２を長溝２６ａ及び長穴２６に取り付けたが、外周側熱電対５０を長穴２６に挿入するときには熱電対ガイド３２を長溝２６ａ及び長穴２６に配置し、外周側熱電対５０を長穴２６に挿入したあとは熱電対ガイド３２を除去してもよい。あるいは、熱電対ガイド３２を用いることなく、外周側熱電対５０を長穴２６に挿入してもよい。
　上述した実施形態において、長穴２６を、断面が略四角形で起点２６ｓから終端位置２６ｅまで一定の横幅の穴としてもよい。この長穴２６の終端面（終端位置２６ｅにおける立壁）と長穴２６の長手方向に延びる側面との境界部は、エッジが立たないようにＣ面又はＲ面になっていることが好ましい。このときの長穴２６及び長溝２６ａの横幅は９ｍｍ以下とするのが好ましい。横幅が９ｍｍ以下であれば、外周側熱電対５０を挿入する際に外周側熱電対５０が歪曲しにくく、所望の測定点（セラミックプレート２０のうち終端位置２６ｅの近傍の点）に外周側熱電対５０の測温部５０ａを配置しやすいからである。長穴２６及び長溝２６ａに熱電対ガイド３２の湾曲部３４を挿入する場合には、長穴２６及び長溝２６ａの横幅は湾曲部３４の外径よりも大きければよいが、幅方向のクリアランス（長穴２６及び長溝２６ａの横幅から湾曲部３４の外径を引いた値）が大きすぎると熱のロスによって測温精度が低下することから、幅方向のクリアランスを２ｍｍ以下にするのが好ましい。同様に深さ方向のクリアランスも２ｍｍ以下にするのが好ましい。また、熱電対ガイド３２を用いることなく外周側熱電対５０をそのまま挿入する場合には、長穴２６及び長溝２６ａの横幅は外周側熱電対５０の外径よりも大きければよいが、先ほどと同様の理由で幅方向のクリアランス（長穴２６及び長溝２６ａの横幅から外周側熱電対５０の外径を引いた値）を２ｍｍ以下にするのが好ましい。同様に深さ方向のクリアランスも２ｍｍ以下にするのが好ましい。
　上述した実施形態において、長穴２６として、図１２～図１４に示す別例の長穴２６を採用してもよい。図１２は別例の長穴２６が設けられた上側プレートＰ１の裏面図、図１３は図１２のＣ－Ｃ断面図、図１４は図１２のＤ－Ｄ断面図である。この長穴２６は、平面視したときに、起点２６ｓから終端位置２６ｅまでの途中にテーパ部２６１を有し、起点２６ｓからテーパ部２６１の一端までを幅広部２６２とし、テーパ部２６１の他端から終端位置２６ｅまでを幅狭部２６３としたものである。幅広部２６２の幅Ｗ及び幅狭部２６３の幅ｗは９ｍｍ以下が好ましい。幅Ｗ，ｗが９ｍｍ以下であれば、外周側熱電対５０を挿入する際に外周側熱電対５０が歪曲しにくく、所望の測定点Ｍに測温部５０ａを配置しやすいからである。長穴２６に熱電対ガイド３２の湾曲部３４を配置する場合には、幅広部２６２の幅Ｗは湾曲部３４の外径Ｄよりも大きければよく、幅狭部２６３の幅ｗは外周側熱電対５０の外径ｄよりも大きければよいが、先ほどと同様の理由でそれぞれの幅方向のクリアランス（幅広部２６２の幅Ｗから湾曲部３４の外径Ｄを引いた値及び幅狭部２６３の幅ｗから外周側熱電対５０の外径ｄを引いた値）を２ｍｍ以下にするのが好ましい。同様に深さ方向のクリアランスも２ｍｍ以下にするのが好ましい。このとき、湾曲部３４がテーパ部２６１と当接するようにすれば、テーパ部２６１が熱電対ガイド３２を一時的に固定する役割を果たすため、外周側熱電対５０を幅狭部２６３に一層挿入しやすくなる。テーパ部２６１の勾配θは２°以上５°以下とするのが好ましく、３°以上４°以下（例えば３．４°）とするのがより好ましい。長穴２６の底面２６ｐ（図２では天井面）は、図１４に示すように、起点２６ｓから終端位置２６ｅまでの途中に傾斜状の段差２６ｑを備えている。底面２６ｐのうち起点２６ｓから段差２６ｑまでの深さは段差２６ｑから終端位置２６ｅまでの深さよりも深い。底面２６ｐと終端位置２６ｅの立壁との境界は、傾斜面２６ｒになっている。熱電対ガイド３２の湾曲部３４は、底面２６ｐのうち起点２６ｓから段差２６ｑまでの部分に配置され、外周側熱電対５０は、底面２６ｐのうち段差２６ｑから終端位置２６ｅまでの部分を沿うように挿入される。そのため、熱電対ガイド３２を利用して外周側熱電対５０を長穴２６にスムーズに挿入することができる。また、傾斜面２６ｒの存在により、測温部５０ａと底面２６ｐとの隙間が小さくなるため、測温部５０ａの測温精度が向上する。なお、長穴２６の底面２６ｐを平坦面としてもよい。熱電対ガイド３２を用いることなく長穴２６に外周側熱電対５０をそのまま挿入する場合には、幅広部２６２の幅Ｗ及び幅狭部２６３の幅ｗはいずれも外周側熱電対５０の外径ｄよりも大きければよいが、先ほどと同様の理由でそれぞれの幅方向のクリアランス（幅広部２６２の幅Ｗから外周側熱電対５０の外径ｄを引いた値及び幅狭部２６３の幅ｗから外周側熱電対５０の外径ｄを引いた値）を２ｍｍ以下にするのが好ましい。同様に深さ方向のクリアランスも２ｍｍ以下にするのが好ましい。
　上述した実施形態において、外周側熱電対５０の外径ｄは０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下とするのが好ましい。外径ｄが０．５ｍｍ未満では、外周側熱電対５０を長穴２６に挿入するときに曲がってしまい、終端位置２６ｅまで挿入するのが困難になる。外径ｄが２ｍｍを超えると、外周側熱電対５０の柔軟性がなくなるため外周側熱電対５０を終端位置２６ｅまで挿入するのが困難になる。
　上述した実施形態において、図１５及び図１６に示すように、外周側熱電対５０の測温部５０ａを凸状曲面とし、長穴２６の終端面（終端位置２６ｅにおける立壁）のうち測温部５０ａが接触する部分を凹状曲面としてもよい。こうすれば、外周側熱電対５０の測温部５０ａが所望の測定点Ｍである長穴２６の終端面と面接触するか又はそれに近い状態で接触するため、測温精度が向上する。
　上述した実施形態において、図１７に示すように、長溝２６ａと付帯部品（端子２２ａ，２２ｂ，２４ａ，２４ｂや凹部４９）との間隔Ｇは、２ｍｍ以上とするのが好ましい。こうすれば、長溝２６ａと付帯部品との間が狭すぎてセラミックプレート２０にクラックが入ってしまうのを防止することができる。
　上述した実施形態において、図１８に示すように、長穴２６及び長溝２６ａの起点２６ｓ側の立壁を、セラミックプレート２０の裏面２０ｂから長穴２６の奥に向かって湾曲させてもよい。こうすれば、熱電対ガイド３２を用いなくても、起点２６ｓにおける湾曲した立壁を利用して外周側熱電対５０をスムーズに長穴２６に挿入することができる。
　本出願は、２０１８年１２月２０日に出願された日本国特許出願第２０１８－２３８２２６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、２６ｂ　境界部、２６ｅ　終端位置、２６ｐ　底面、２６ｑ　段差、２６ｒ　傾斜面、２６ｓ　起点、３２，４３２　熱電対ガイド、３２ａ　ガイド穴、３３　垂直部、３４　湾曲部、３５　水平部、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、２６１　テーパ部、２６２　幅広部、２６３　幅狭部、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、Ｇ　間隔、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 (15)

  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、
    　小径部と大径部とを有し、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前記大径部の端面が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小径部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所定の終端位置に至る長穴と、
    　を備え、
    　前記筒状シャフトの内部空間は、前記小径部の内径と同じ径の円筒空間と、前記円筒空間の外側に前記大径部によって囲まれた環状の拡張空間とを有し、
    　前記長穴の入口部分は、長溝であり、
    　前記長溝は、前記起点から前記セラミックプレートの前記裏面のうち前記拡張空間内の拡張領域に至るように設けられ、
    　前記付帯部品は、前記セラミックプレートの前記裏面のうち前記小径部の内側領域であって前記長溝以外の位置に設けられている、
    　セラミックヒータ。
  2. 　前記長溝は、前記セラミックプレートの半径方向に沿って設けられている、
    　請求項１に記載のセラミックヒータ。
  3. 　前記長溝は、前記セラミックプレートの半径方向から外れた方向に沿って設けられている、
    　請求項１に記載のセラミックヒータ。
  4. 　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１～３のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
  5. 　前記長溝は、前記ウエハ載置面に対して垂直方向から水平方向に転換する湾曲部を備えた熱電対ガイドの前記湾曲部を配置するために用いられる、
    　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. 　前記熱電対ガイドの前記湾曲部の外径は、前記垂直部の外径よりも小さい、
    　請求項５に記載のセラミックヒータ。
  7. 　請求項５又は６に記載のセラミックヒータであって、
    　前記長溝に配置された前記熱電対ガイドを備える、
    　セラミックヒータ。
  8. 　請求項７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る、
    　セラミックヒータ。
  9. 　前記セラミックプレートを前記裏面からみたときに前記熱電対の測温部が前記外周側抵抗発熱体の幅の中に収まるように配置されている、
    　請求項８に記載のセラミックヒータ。
  10. 　前記長穴は、断面略四角形の穴であり、前記穴の天井面と側面との境界部は、曲率半径が０．５ｍｍ以上のＲ面である、
    　請求項１～９のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
  11. 　前記長穴は、前記起点から前記終端位置までの途中にテーパ部を有し、前記起点から前記テーパ部の一端までは幅広部であり、前記テーパ部の他端から前記終端位置までは幅狭部である、
    　請求項１～１０のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
  12. 　前記長穴の天井面は、前記起点から前記終端位置までの途中に傾斜状の段差を有し、前記天井面のうち前記起点から前記段差までの深さは前記段差から前記終端位置までの深さよりも深い、
    　請求項１～１１のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
  13. 　前記外周側熱電対の測温部は凸状曲面であり、前記長穴の終端面のうち前記外周側熱電対の測温部が接触する部分は凹状曲面である、
    　請求項１～１２のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
  14. 　前記長溝と前記付帯部品との間隔は、２ｍｍ以上である、
    　請求項１～１３のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
  15. 　前記長穴の前記起点側の壁は、前記セラミックプレートの前記裏面から前記長穴の奥に向かって湾曲している、
    　請求項１～１４のいずれか１項に記載のセラミックヒータ。
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