WO2020129754A1 - セラミックヒータ - Google Patents

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    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P95/00—Generic processes or apparatus for manufacture or treatments not covered by the other groups of this subclass

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°.
  • the 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, and is provided in a region surrounded by the shaft 440 (a region in the shaft) on the back surface of the ceramic plate 420 along the diameter direction of the ceramic plate 420.
  • 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 inner region of the shaft is divided into two divided regions having substantially the same area by the slit 426a. Therefore, when a plurality of terminals are collectively arranged in one divided region, the arrangement is free. The degree was sometimes limited.
  • the present invention has been made to solve such a problem, and its main purpose is to increase the degree of freedom in the arrangement of a plurality of terminals collectively 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 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, A shaft inner region that is inside the tubular shaft on the back surface of the ceramic plate; An elongated hole provided along a direction deviating from the diametrical direction of the ceramic plate and extending from the inner region of the shaft to a predetermined position on the outer peripheral portion of the ceramic plate, An auxiliary component that is provided in the shaft inner region and includes a pair of terminals of the inner resistance heating element and a pair of terminals of the outer resistance heating element, Equipped with A portion of the elongated hole that passes through the shaft inner region is an elongated groove,
  • the accessory component is provided collectively in a divided area having a larger area of the two divided areas divided by the axis of the long groove in the shaft inner area
  • the accessory parts including the pair of terminals of the resistance heating element on the inner circumference side and the pair of terminals of the resistance heating element on the outer circumference side are provided in the shaft inner area on the back surface of the ceramic plate.
  • the elongated hole is provided along a direction deviating from the diametrical direction of the ceramic plate and extends from the inner region of the shaft to a predetermined position on the outer peripheral portion of the ceramic plate.
  • a portion of the long hole that passes through the shaft inner region is a long groove.
  • the two divided regions of the shaft inner region are divided by the axis of the elongated groove (the same as the axis of the elongated hole and a straight line in a direction deviating from the diametrical direction of the ceramic plate).
  • one of the two divided areas has a larger area than the other.
  • the accessory parts are collectively provided in the divided area having the larger area. Therefore, in the multi-zone heater, it is possible to increase the degree of freedom in arranging auxiliary components including a plurality of terminals in a collective manner. By collectively providing the accessory components, it is easy to bundle the wires from the accessory components to the external device.
  • the auxiliary components other than the respective terminals of the inner peripheral side and the outer peripheral side resistance heating elements are regions surrounded by the respective inner peripheral side and outer peripheral side resistance heating element terminals. May not exist.
  • each of the accessory parts may be arranged at a position where electrical insulation can be maintained. Since the accessory parts are collectively provided in the larger divided area, it is possible to easily arrange the plurality of terminals and the like included in the accessory part at a position where electrical insulation can be maintained.
  • 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 for disposing a tubular thermocouple guide having a curved portion that changes from a vertical direction to a horizontal direction with respect to the wafer mounting surface.
  • 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. In this way, the thermocouple guide can be easily set.
  • 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 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.
  • 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 of the arrangement position of terminal 22a, 22b, 24a, 24b.
  • the front view of another example of the thermocouple guide 32 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 the space
  • 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 a wafer to be 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 upper end of the tubular shaft 40 is diffusion bonded to the ceramic plate 20.
  • 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 region 20d inside the cylindrical shaft 40 (region inside the shaft) 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 power supply rods 42a and 42b are inserted into an insulating pipe (not shown).
  • 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.
  • the power supply rods 44a and 44b are inserted into an insulating pipe (not shown).
  • 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 reaches the end position E of the outer peripheral portion of the ceramic plate 20 along the direction deviating from the starting point S of the in-shaft region 20d of the back surface 20b of the ceramic plate 20 from the diametrical direction of the ceramic plate 20.
  • a portion of the long hole 26 that passes through the shaft inner region 20d is a long groove 26a for disposing the tip of the curved portion 34 of the thermocouple guide 32.
  • the long groove 26 a opens into the internal space of the tubular shaft 40.
  • the in-shaft region 20d is divided into first and second divided regions 20d1 and 20d2 by the axis L of the elongated groove 26a (the same as the axis of the elongated hole 26 and a straight line deviating from the diametrical direction of the ceramic plate 20). ..
  • the first divided region 20d1 is shown by coarse hatching
  • the second divided region 20d2 is shown by fine hatching.
  • the area of the first divided region 20d1 is larger than the area of the second divided region 20d2.
  • the terminals 22a, 22b, 24a, 24b are collectively provided in the first divided region 20d1 having a large area (excluding the long groove 26a). Further, each of the terminals 22a, 22b, 24a, 24b is arranged at a position where electrical insulation can be maintained.
  • 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 through the guide hole 32a of the thermocouple guide 32 (see FIG. 2).
  • 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.
  • the thermocouple guide 32 may be made of an electrically insulating material such as ceramic.
  • 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 thermocouple 50 is a sheath thermocouple, passes through the guide hole 32 a of the thermocouple guide 32 and the elongated hole 26, and the temperature measuring unit 50 a at the tip reaches the end position E 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 first and second divided regions 20d1 and 20d2 are divided by the axis L of the elongated groove 26a (the same as the axis of the elongated hole 26).
  • the axis L is a straight line in a direction deviating from the diametrical direction of the ceramic plate 20. Therefore, one first divided region 20d1 has a larger area than the other second divided region 20d2.
  • the terminals 22a, 22b, 24a, 24b are collectively provided in the first divided region 20d1 having a large area.
  • thermocouple guide 32 it is possible to collectively arrange the accessory components including the plurality of terminals 22a, 22b, 24a, 24b and increase the degree of freedom in the arrangement.
  • the terminals 22a, 22b, 24a, 24b collectively, it is easy to bundle the wirings from the terminals 22a, 22b, 24a, 24b to the external device.
  • auxiliary components such as the inner peripheral side thermocouple 48 other than the terminals 22a, 22b, 24a, 24b for supplying electric power to the resistance heating elements 22, 24 are located in the area surrounded by the terminals 22a, 22b, 24a, 24b. not exist.
  • 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, and the back surface 20b is tubular.
  • the procedure of attaching the thermocouple guide 32 after joining the shaft 40 is adopted, it is not necessary to pass the thermocouple guide 32 between the power feeding rods, and thus the attachment is easy.
  • auxiliary components such as the terminals 22a, 22b, 24a, 24b are collectively provided in the first divided region 20d1 having the larger area, they can be easily arranged at the position where the electrical insulation can be maintained. be able to.
  • 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 easily set.
  • the width of the long groove 26a can be reduced.
  • 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 side thermocouple 50 in the elongated hole 26 has a width of the outer peripheral side resistance heating element 24 when viewed from the back surface 20b (that is, the coil width w as shown in FIG. 8). 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 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 first divided region 20d1 of the ceramic plate 20.
  • a terminal (one of accessory components) of the RF electrode is provided in the first divided region 20d1 of the ceramic plate 20.
  • 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 number of terminals increases according to the number of small zones. However, since these terminals are collectively provided in the first divided region 20d1 having a large area, it is relatively easy to arrange them even if the number of terminals is large. You can
  • 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 procedure for attaching the thermocouple guide 32 is illustrated, the attachment procedure is not limited to this. For example, after joining the tubular shaft 40 to the back surface 20b of the ceramic plate 20 and attaching the thermocouple guide 32, the power supply rods 42a, 42b, 44a and 44b are joined to the terminals 22a, 22b, 24a and 24b, respectively. Good.
  • the gap G between the long groove 26a and the accessory parts is 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 present invention can be used, for example, as a member for a semiconductor manufacturing apparatus used for processing a wafer.
  • thermocouple guide 32a guide hole, 33 vertical portion, 34 curved portion, 35 horizontal portion, 40 tubular shaft, 42a, 42b, 44a, 44b power supply rod, 48 inner circumference side thermocouple, 48a temperature measuring section, 49 recess, 50 outer circumference side thermocouple, 50a temperature measuring section, 410 ceramic heater, 420 ceramic plate, 426 thermocouple passage, 426a slit, 432 thermoelectric Pair guide, 440 straight shaft, 450 outer peripheral thermocouple, L axis line, P1 upper plate, P2 lower plate, S origin, E end position, W wafer, Z1 inner peripheral zone, Z2 outer peripheral zone.

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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の直径方向から外れた方向に沿って設けられ、シャフト内領域20dの起点Sからセラミックプレート20の外周部の終端位置Eに至る。長穴26のうちシャフト内領域20dを通過する部分は、長溝26aになっている。各抵抗発熱体22,24の端子22a,22b,24a,24bは、シャフト内領域20dのうち長溝26aの軸線によって分割された2つの分割領域のうち面積の大きい第1分割領域に集約して設けられている。

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10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の入口部分をなし、セラミックプレート420の裏面のうちシャフト440で囲まれた領域(シャフト内領域)にセラミックプレート420の直径方向に沿って設けられている。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、シャフト内領域はスリット426aによってほぼ同じ面積の2つの分割領域に分けられているため、一方の分割領域に複数の端子を集約して配置しようとした場合に配置の自由度が制限されることがあった。
 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、多ゾーンヒータにおいて、複数の端子を集約して配置しつつそ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、
 前記セラミックプレートのうち前記ウエハ載置面とは反対側の裏面に接合された筒状シャフトと、
 前記セラミックプレートの内周部に埋設された内周側抵抗発熱体と、
 前記セラミックプレートの外周部に埋設された外周側抵抗発熱体と、
 前記セラミックプレートの前記裏面のうち前記筒状シャフトの内側であるシャフト内領域と、
 前記セラミックプレートの直径方向から外れた方向に沿って設けられ、前記シャフト内領域から前記セラミックプレートの外周部の所定位置に至る長穴と、
 前記シャフト内領域に設けられ、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、
 を備え、
 前記長穴のうち前記シャフト内領域を通過する部分は、長溝になっており、
 前記付帯部品は、前記シャフト内領域のうち前記長溝の軸線によって分割された2つの分割領域のうち面積の大きい方の分割領域に集約して設けられている、
 ものである。
 このセラミックヒータでは、内周側抵抗発熱体の一対の端子及び外周側抵抗発熱体の一対の端子を含む付帯部品は、セラミックプレートの裏面のシャフト内領域に設けられている。長穴は、セラミックプレートの直径方向から外れた方向に沿って設けられ、シャフト内領域からセラミックプレートの外周部の所定位置に至っている。長穴のうちシャフト内領域を通過する部分は、長溝になっている。シャフト内領域の2つの分割領域は、長溝の軸線(長穴の軸線と同じでありセラミックプレートの直径方向から外れた方向の直線)によって分割されている。そのため、2つの分割領域のうち一方は他方に比べて面積が大きくなっている。ここでは、付帯部品は、面積の大きい方の分割領域に集約して設けられている。したがって、多ゾーンヒータにおいて、複数の端子を含む付帯部品を集約して配置しつつその配置の自由度を高めることができる。なお、付帯部品を集約して設けることで、付帯部品から外部装置への配線を束ねやすくなる。
 本発明のセラミックヒータにおいて、前記付帯部品のうち前記内周側及び前記外周側抵抗発熱体の各端子以外のものは、前記内周側及び前記外周側抵抗発熱体の各端子によって囲まれた領域に存在しないようにしてもよい。また、前記付帯部品のそれぞれは、電気絶縁性を維持可能な位置に配置されていてもよい。付帯部品は面積の大きい方の分割領域に集約して設けられているため、付帯部品に含まれる複数の端子などを電気絶縁性を維持可能な位置に容易に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筒状の熱電対ガイド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、熱電対ガイドを装着可能な多ゾーンヒータにおいて、複数の端子を集約して配置しつつそ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。
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。 端子22a,22b,24a,24bの配置位置の説明図。 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。 長溝26aと付帯部品との間隔Gを示す説明図。 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、上端がセラミックプレート20に拡散接合されている。
 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、セラミックプレート20の裏面20bのうち筒状シャフト40の内側の領域(シャフト内領域)20d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。なお、給電棒42a,42bは図示しない絶縁管内に挿通されている。
 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。なお、給電棒44a,44bは図示しない絶縁管内に挿通されている。
 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Sからセラミックプレート20の直径方向から外れた方向に沿ってセラミックプレート20の外周部の終端位置Eに至っている。長穴26のうちシャフト内領域20dを通過する部分は、熱電対ガイド32の湾曲部34の先端を配置するための長溝26aになっている。長溝26aは、筒状シャフト40の内部空間に開口している。
 ここで、端子22a,22b,24a,24bの配置位置について図6を用いて説明する。シャフト内領域20dは、長溝26aの軸線L(長穴26の軸線と同じでありセラミックプレート20の直径方向から外れた方向の直線)によって第1及び第2分割領域20d1,20d2に分割されている。図6では、第1分割領域20d1を粗い網掛けで示し、第2分割領域20d2を細かい網掛けで示した。第1分割領域20d1の面積は、第2分割領域20d2の面積よりも大きい。端子22a,22b,24a,24bは、面積の大きい第1分割領域20d1(長溝26aを除く)に集約して設けられている。また、端子22a,22b,24a,24bのそれぞれは、電気絶縁性を維持可能な位置に配置されている。
 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(図2参照)。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。なお、熱電対ガイド32は、セラミックなどの電気絶縁性の材料で形成されていてもよい。
 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Eに達している。
 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、第1及び第2分割領域20d1,20d2は、長溝26aの軸線L(長穴26の軸線と同じ)によって分割されている。軸線Lはセラミックプレート20の直径方向から外れた方向の直線である。そのため、一方の第1分割領域20d1は他方の第2分割領域20d2に比べて面積が大きくなっている。ここでは、端子22a,22b,24a,24bは、面積の大きい第1分割領域20d1に集約して設けられている。したがって、熱電対ガイド32を装着可能な多ゾーンヒータにおいて、複数の端子22a,22b,24a,24bを含む付帯部品を集約して配置しつつその配置の自由度を高めることができる。なお、端子22a,22b,24a,24bを集約して設けることで、端子22a,22b,24a,24bから外部装置への配線を束ねやすくなる。この場合、抵抗発熱体22,24へ電力を供給する端子22a,22b,24a,24b以外の内周側熱電対48などの付帯部品は、端子22a,22b,24a,24bによって囲まれた領域に存在しない。
 また、セラミックヒータ10を製造する際、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、裏面20bに筒状シャフト40を接合した後、熱電対ガイド32を取り付けるという手順を採用した場合、熱電対ガイド32を給電棒同士の間を通す必要がないため、取り付けやすい。
 更に、端子22a,22b,24a,24bなどの付帯部品は面積の大きい方の第1分割領域20d1に集約して設けられているため、これらを電気絶縁性を維持可能な位置に容易に配置することができる。
 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。
 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7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8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、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の第1分割領域20d1に静電電極の端子(付帯部品の一つ)が設けられる。F電極が内蔵される場合には、セラミックプレート20の第1分割領域20d1にRF電極の端子(付帯部品の一つ)が設けられる。
 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、これらの端子は面積の大きい第1分割領域20d1に集約して設けられるため、端子の数が多くなっても比較的容易に配置することができる。
 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を取り付ける手順を例示したが、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。
 上述した実施形態において、図9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。
 本出願は、2018年12月20日に出願された日本国特許出願第2018-238225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 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、20d シャフト内領域、20d1 第1分割領域、20d2 第2分割領域、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、32 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、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、410 セラミックヒータ、420 セラミックプレート、426 熱電対通路、426a スリット、432 熱電対ガイド、440 ストレートシャフト、450 外周側熱電対、L 軸線、P1 上側プレート、P2 下側プレート、S 起点、E 終端位置、W ウエハ、Z1 内周側ゾーン、Z2 外周側ゾーン。

Claims (10)

  1.  ウエハ載置面を有する円盤状のセラミックプレートと、
     前記セラミックプレートのうち前記ウエハ載置面とは反対側の裏面に接合された筒状シャフトと、
     前記セラミックプレートの内周部に埋設された内周側抵抗発熱体と、
     前記セラミックプレートの外周部に埋設された外周側抵抗発熱体と、
     前記セラミックプレートの前記裏面のうち前記筒状シャフトの内側であるシャフト内領域と、
     前記セラミックプレートの直径方向から外れた方向に沿って設けられ、前記シャフト内領域から前記セラミックプレートの外周部の所定位置に至る長穴と、
     前記シャフト内領域に設けられ、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、
     を備え、
     前記長穴のうち前記シャフト内領域を通過する部分は、長溝になっており、
     前記付帯部品は、前記シャフト内領域のうち前記長溝の軸線によって分割された2つの分割領域のうち面積の大きい方の分割領域に集約して設けられている、
     セラミックヒータ。
  2.  前記付帯部品のうち前記内周側及び前記外周側抵抗発熱体の各端子以外のものは、前記内周側及び前記外周側抵抗発熱体の各端子によって囲まれた領域に存在しない、
     請求項1に記載のセラミックヒータ。
  3.  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又は2に記載のセラミックヒータ。
  4.  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筒状の熱電対ガイドを配置するために用いられる、
     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る、
     請求項4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4~6のいずれか1項に記載のセラミックヒータであって、
     前記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.  前記長溝と前記付帯部品との間隔は、2mm以上である、
     請求項1~9のいずれか1項に記載のセラミックヒータ。
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