WO2021065544A1 - 構造体および加熱装置 - Google Patents

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WO2021065544A1
WO2021065544A1 PCT/JP2020/035292 JP2020035292W WO2021065544A1 WO 2021065544 A1 WO2021065544 A1 WO 2021065544A1 JP 2020035292 W JP2020035292 W JP 2020035292W WO 2021065544 A1 WO2021065544 A1 WO 2021065544A1
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WO
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electrode layer
substrate
layer
high content
alkaline earth
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/035292
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
保典 川邊
吉博 小松
大川　善裕
Original Assignee
京セラ株式会社
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Filing date
Publication date
Application filed by 京セラ株式会社 filed Critical 京セラ株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/68—Heating arrangements specially adapted for cooking plates or analogous hot-plates
    • H05B3/74—Non-metallic plates, e.g. vitroceramic, ceramic or glassceramic hobs, also including power or control circuits

Definitions

  • This disclosure relates to structures and heating devices.
  • the substrate made of ceramics has excellent heat resistance compared to metals and resins.
  • aluminum nitride ceramics have high thermal conductivity, and therefore may be used as a structure for placing or holding the object to be processed when heat-treating the object to be processed such as various elements and parts. ..
  • the structure according to one aspect of the present disclosure has a substrate, an electrode layer, and a high content rate layer.
  • the substrate is made of ceramics containing rare earths and alkaline earth metals, and has a first surface and a second surface located opposite to the first surface.
  • the electrode layer is located inside the substrate along the first surface.
  • the high content layer is located along the first surface inside the substrate and contains the rare earth and alkaline earth metal at a content higher than the content of the rare earth and alkaline earth metal in the substrate.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of the wafer mounting device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the structure according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic enlarged view of the H portion shown in FIG.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the substrate according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the substrate according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the substrate according to the fourth embodiment.
  • the embodiment a form for carrying out the structure and the heating device according to the present disclosure (hereinafter, referred to as “the embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that this embodiment does not limit the structure and the heating device according to the present disclosure. In addition, each embodiment can be appropriately combined as long as the processing contents do not contradict each other. Further, in each of the following embodiments, the same parts are designated by the same reference numerals, and duplicate description is omitted.
  • the vertical upward direction is defined as the Z-axis direction in order to make the explanation easy to understand.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of the wafer mounting device 1 according to the first embodiment.
  • the wafer mounting device 1 is a device on which a semiconductor wafer, a crystal wafer or other wafer (hereinafter, simply referred to as "wafer") is mounted.
  • the wafer mounting device 1 has a heating function for heating the mounted wafer, and is mounted on, for example, a substrate processing device that performs plasma treatment or the like on a wafer.
  • the wafer mounting device 1 includes a structure 2, a connecting unit 4, a power supply unit 5, and a control unit 6.
  • the structure 2 has a disc-shaped base 10 having thicknesses at the top and bottom, and a tubular shaft 20 connected to the base 10.
  • a wafer is placed on the upper surface 101 of the substrate 10. Further, the shaft 20 is connected to the lower surface 102 of the substrate 10.
  • the upper surface 101 and the lower surface 102 of the substrate 10 have substantially the same shape, and both have a diameter larger than that of the wafer.
  • An electrode layer (not shown here) as a heating element is located inside the substrate 10.
  • connection unit 4 electrically connects the electrode layer located inside the base 10 with the power supply unit 5 located outside the base 10.
  • the power supply unit 5 is electrically connected to the electrode layer via the connection unit 4, and supplies electric power to the electrode layer via the connection unit 4.
  • the power supply unit 5 includes a power supply circuit that converts the power supplied from a power supply (not shown) into an appropriate voltage.
  • the control unit 6 controls the power supply in the power supply unit 5.
  • the wafer mounting device 1 is configured as described above, and is mounted on the wafer mounting surface 101 by generating heat of the electrode layer inside the substrate 10 using the electric power supplied from the power supply unit 5.
  • the wafer can be heated.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the structure 2 according to the first embodiment. Note that FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG.
  • the electrode layer 11 is located inside the substrate 10.
  • the electrode layer 11 includes a first electrode layer 111 and a second electrode layer 112.
  • the first electrode layer 111 is an electrode layer located relative to the lower surface 102 side of the substrate 10.
  • the second electrode layer 112 is an electrode layer located relative to the upper surface 101 (hereinafter, may be referred to as “wafer mounting surface 101”) side of the substrate 10 in relation to the first electrode layer 111.
  • the first electrode layer 111 and the second electrode layer 112 are made of, for example, a metal such as Ni, W, Mo and Pt, or an alloy containing at least one of the above metals.
  • the first electrode layer 111 and the second electrode layer 112 extend along the wafer mounting surface 101. Specifically, the first electrode layer 111 and the second electrode layer 112 are stretched over substantially the entire surface of the wafer mounting surface 101 while drawing a predetermined pattern such as a spiral shape or a meander shape.
  • the first electrode layer 111 and the second electrode layer 112 are electrically connected via the via conductor 113.
  • the electrode layer 11 does not necessarily have to be two layers, and may include at least one layer (for example, the first electrode layer 111).
  • the substrate 10 is made of ceramics.
  • the ceramics constituting the substrate 10 are mainly composed of, for example, aluminum nitride (AlN), aluminum oxide (Al 2 O 3 , alumina), silicon carbide (SiC), silicon nitride (Si 3 N 4 ) and the like.
  • the main component referred to here is, for example, a material that occupies 50% by mass or more or 80% by mass or more of the material.
  • the material constituting the substrate 10 includes a sintering aid.
  • the sintering aid for example, a mixture of calcium oxide (CaO) and yttrium oxide (Y 2 O 3) is used.
  • CaO calcium oxide
  • Y 2 O 3 yttrium oxide
  • an alkaline earth metal other than calcium may be used, or a rare earth other than yttrium may be used.
  • strontium can be used.
  • a rare earth other than yttrium for example, a lantern can be used.
  • the substrate 10 is made of ceramics containing rare earths and alkaline earth metals.
  • the substrate 10 according to the first embodiment contains aluminum nitride as a main component and calcium oxide and yttrium oxide as sintering aids.
  • the content of calcium (Ca) in the substrate 10 in terms of calcium oxide (CaO) is 0.05% by mass or more and 0.3% by mass or less.
  • the content of yttrium (Y) in the substrate 10 in terms of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is 2% by mass or more and 4% by mass or less.
  • the upper surface 101 (wafer mounting surface 101) of the substrate 10 and the lower surface 102 are parallel.
  • the shape of the substrate 10 is arbitrary.
  • the shape of the substrate 10 is a circular shape in a plan view, but the shape is not limited to this, and may be an elliptical shape, a rectangular shape, a trapezoidal shape, or the like in a plan view.
  • the shaft 20 has a tubular shape, and the upper end thereof is joined to the central portion of the lower surface of the substrate 10.
  • the shaft 20 is joined (adhered) to the lower surface 102 of the substrate 10 by an adhesive.
  • the shaft 20 may be bonded to the substrate 10 by solid phase bonding.
  • the shape of the shaft 20 is arbitrary. In one aspect, the shape of the shaft 20 has a cylindrical shape. As another aspect, the shape of the shaft 20 may be, for example, a square cylinder or the like.
  • the material of the shaft 20 is arbitrary. In one embodiment, the material of the shaft 20 is an insulating ceramic. In another aspect, the material of the shaft 20 may be, for example, a conductive material (metal).
  • the tubular shaft 20 has an upper surface 21 joined to the lower surface 102 of the substrate 10 and a lower surface 22 located opposite to the upper surface 21. Further, the shaft 20 has an inner surface 23 that connects the upper surface 21 and the lower surface 22 and constitutes the inside of the shaft 20, and an outer surface 24 that connects the upper surface 21 and the lower surface 22 and constitutes the outer surface of the shaft 20. doing.
  • the inner surface 23 is provided parallel to the outer surface 24 along the direction in which the shaft 20 extends. From another viewpoint, the inner surface 23 is provided parallel to a straight line parallel to the thickness direction of the substrate 10. However, the inner surface 23 may be inclined so that the inner diameter of the shaft 20 decreases downward, or may be inclined so that the inner diameter of the shaft 20 increases downward.
  • the outer surface 24 can have the same configuration. Thereby, at least one of the inner diameter and the outer diameter of the shaft 20 can be made different from the upper end to the lower end.
  • the connection portion 4 has a terminal 41 and a lead wire 42.
  • the terminal 41 is a metal (bulk material) having a certain length in the vertical direction.
  • the upper end side of the terminal 41 is located inside the base 10, and the lower end side is located outside the base 10.
  • the terminal 41 is electrically connected to the first electrode layer 111.
  • the terminal 41 is also electrically connected to the second electrode layer 112 via the via conductor 113.
  • the shape of the terminal 41 is arbitrary. In one aspect, the shape of the terminal 41 is columnar.
  • the terminal 41 is made of, for example, a metal such as Ni, W, Mo and Pt, or an alloy containing at least one of the above metals.
  • FIG. 3 is a schematic enlarged view of the H portion shown in FIG.
  • a high content rate layer 12 is located inside the substrate 10 in addition to the electrode layer 11 described above.
  • the high content layer 12 contains ceramics such as aluminum oxide (Al 2 O 3 , alumina) as a main component, and contains rare earths and alkaline earth metals.
  • the main component referred to here is, for example, a material that occupies 50% by mass or more or 80% by mass or more of the material.
  • the high content layer 12 contains rare earths and alkaline earth metals at a content higher than the content of rare earths and alkaline earth metals in the substrate 10.
  • the rare earth and alkaline earth metals contained in the substrate 10 and the rare earth and alkaline earth metals contained in the high content layer 12 are the same. That is, the high content layer 12 contains yttrium as a rare earth element and calcium as an alkaline earth metal.
  • the high content layer 12 and the substrate 10 contain the same rare earth and alkaline earth metals.
  • the substrate 10 is cracked due to the difference in the thermal expansion coefficient (thermal shrinkage rate) between the rare earth and alkaline earth metals contained in the high content layer 12 and the rare earth and alkaline earth metals contained in the substrate 10. Can be suppressed from occurring.
  • the high content layer 12 is located inside the substrate 10 along the wafer mounting surface 101 (see FIG. 2).
  • the high content rate layer 12 extends over substantially the entire surface of the wafer mounting surface 101 while drawing a pattern similar to that of the electrode layer 11.
  • the structure 2 according to the first embodiment contains the rare earth and the alkaline earth metal in the base 10 at a content higher than the content of the rare earth and the alkaline earth metal in the base 10. It has a content layer 12.
  • Durability may be required for structures made of ceramics.
  • the high content layer 12 containing a larger amount of rare earths and alkaline earth metals is easier to be densified (higher densities) than the substrate 10.
  • the relatively denser layer inside the substrate 10 in this way, the occurrence of cracks inside the substrate 10 is suppressed. Thereby, the durability of the substrate 10 can be enhanced.
  • it is used as a heater like the structure 2 according to the first embodiment there is a possibility that cracks may occur inside the substrate 10 due to repeated exposure to a high temperature / low temperature environment.
  • the high content rate layer 12 is preferably thicker than the electrode layer 11 (each of the first electrode layer 111 and the second electrode layer 112).
  • the high content rate layer 12 is located inside the substrate 10 so as to be in contact with the electrode layer 11 (here, the first electrode layer 111).
  • the composition of the substrate 10 and the electrode layer 11 are different, when heating and cooling are repeated, cracks may occur at the interface between the substrate 10 and the electrode layer 11 due to the difference in the coefficient of thermal expansion (thermal contraction rate).
  • thermal contraction rate thermal expansion rate
  • the high content rate layer 12 having a high density is located at the interface between the substrate 10 and the electrode layer 11, cracks at the interface are less likely to occur. Can be done. Therefore, the heat cycle resistance can be effectively improved.
  • the high content rate layer 12 is in contact with the first electrode layer 111 directly connected to the terminal 41 of the first electrode layer 111 and the second electrode layer 112.
  • a sealant 30 that fills the gap between the terminal 41 and the base 10 is located around the terminal 41 so as to be in contact with the outer surface 41a of the terminal 41 and the base 10.
  • the high content layer 12 is connected to the terminal 41 via the sealant 30. In other words, the high content layer 12 is connected to the sealant 30.
  • the sealant 30 contains ceramics as a main component, and contains rare earths and alkaline earth metals, as in the case of the high content layer 12, for example.
  • the encapsulant 30 contains aluminum oxide as a main component, yttrium as a rare earth element, and calcium as an alkaline earth metal, like the high content layer 12.
  • the durability around the terminal 41 is due to the fact that the sealing agent 30 containing ceramics as the main component and containing rare earth and alkaline earth metals and the high content layer 12 are connected as in the high content layer 12. Can be improved. Thereby, for example, the disconnection of the terminal 41 can be suitably suppressed.
  • the thickness of the high content layer 12 in the vertical direction is thicker as it is closer to the terminal 41, in other words, as it is closer to the central portion of the substrate 10, and as it is farther from the terminal 41, in other words, as it is closer to the outer peripheral portion of the substrate 10. It may be thin.
  • the central portion of the substrate 10 on which the terminal 41 and the shaft 20 are located may become a cool spot having a lower temperature than other locations such as the outer peripheral portion of the substrate 10.
  • the thermal conductivity in the central portion of the substrate 10 can be relatively increased. Therefore, it is possible to prevent the central portion of the substrate 10 on which the terminal 41 and the shaft 20 are located from becoming a cool spot. In other words, the heat equalizing property of the substrate 10 can be improved.
  • FIG. 3 shows an example in which a ring-shaped cap 35 for more reliably sealing the gap between the terminal 41 and the substrate 10 is provided on the terminal 41, but the structure 2 is not necessarily a cap. It is not necessary to have 35.
  • the high content rate layer 12 according to the first embodiment is in contact with the electrode layer 11 (first electrode layer 111) on the wafer mounting surface 101 side.
  • the high content layer 12 since the high content layer 12 is denser than the substrate 10, it has a higher thermal conductivity than the substrate 10. Therefore, by locating the high content layer 12 on the wafer mounting surface 101 side of the electrode layer 11 (first electrode layer 111), the heat generated in the electrode layer 11 (first electrode layer 111) is mounted on the wafer.
  • the placement surface 101 makes it easier to transmit. Therefore, the wafer mounted on the wafer mounting surface 101 can be efficiently heated.
  • the substrate 10 is formed by laminating a plurality of types of ceramic green sheets. Specifically, it is composed of two types of ceramic green sheets (called the first sheet and the second sheet) having different contents of rare earths and alkaline earths, and a metal (or alloy) such as W constituting the electrode layer 11.
  • a metal sheet (called a third sheet).
  • the first sheet contains, for example, aluminum nitride as a main component, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) in an amount of 4% by mass, and calcium carbonate (CaCO 3 ) in an amount of 0.5% by mass in terms of calcium oxide.
  • the second sheet contains, for example, aluminum nitride as a main component, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) in an amount of 3% by mass, and calcium carbonate (CaCO 3 ) in an amount of 0.3% by mass in terms of calcium oxide.
  • Y 2 O 3 yttrium oxide
  • CaCO 3 calcium carbonate
  • the first sheet is laminated on the upper surface of the third sheet (that is, the surface on the wafer mounting surface 101 side). Then, the laminated body of the first to third sheets is fired at a temperature of, for example, 1700 ° C. or higher and 1850 ° C. or lower.
  • a hole for inserting the terminal 41 is formed in the fired laminate by, for example, drilling, and then the terminal 41 is inserted into the formed hole.
  • a paste of a conductive material such as platinum is applied in advance to the tip of the terminal 41.
  • the conductive material is sintered by heat-treating the laminate to which the terminal 41 is attached in a vacuum.
  • the processing temperature at this time is, for example, 1250 ° C.
  • the cap 35 containing aluminum nitride as a main component is inserted into the terminal 41.
  • the paste of the sealing agent 30 is applied to the upper surface of the cap 35 (that is, the surface in contact with the substrate 10).
  • the sealant 30 paste was made into a paste by adding a binder and a solvent to each powder of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder, calcium carbonate (CaCO 3 ) powder, and yttrium oxide (Y 2 O 3) powder. It is a thing.
  • the composition of each powder contained in the sealant 30 is such that the content of Al in terms of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) is 40% by mass or more and 65% by mass or less, and the content of Ca in terms of calcium oxide (CaO). Is preferably 30% by mass or more and 50% by mass or less, and the content of Y in terms of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is preferably 5% by mass or more and 15% by mass or less.
  • the composition of each powder contained in the encapsulant 30 is, for example, 50% by mass of Al in terms of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and 40% by mass of Ca in terms of calcium oxide (CaO).
  • the content of% and Y in terms of yttrium oxide (Y 2 O 3 ) is 10% by mass.
  • AlCaY is, for example, a compound containing at least one of Al, Ca, and Y and O (oxygen) (for example, Y 2 O 3 , Al 3 Y 5 O 12 , Ca 3 Al 10 O 18 , Ca Al 12 O). 19 ).
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the substrate according to the second embodiment. As shown in FIG. 4, a low content layer 13 is located inside the substrate 10A according to the second embodiment in addition to the electrode layer 11 and the high content layer 12.
  • the low content layer 13 contains ceramics such as aluminum nitride as a main component and contains rare earths and alkaline earth metals, but unlike the high content layer 12, the rare earth content is a substrate. It is a layer lower than the rare earth content at 10A.
  • the low content rate layer 13 according to the second embodiment also has a lower content rate of the alkaline earth metal than the content rate of the alkaline earth metal in the substrate 10.
  • the content of the alkaline earth metal in the low content layer 13 may be the same as the content of the alkaline earth metal in the substrate 10, or higher than the content of the alkaline earth metal in the substrate 10. May be good.
  • the low content layer 13 is located inside the substrate 10 along the wafer mounting surface 101, like the electrode layer 11 and the high content layer 12.
  • the low content layer 13 extends over substantially the entire surface of the wafer mounting surface 101 while drawing the same pattern as the electrode layer 11 and the high content layer 12.
  • the substrate 10A may have a low content layer 13 having a relatively low content of rare earths and alkaline earths. Contrary to the high content layer 12, the low content layer 13 has a relatively low density, so that the thermal conductivity is relatively low. Therefore, the heat generated in the electrode layer 11 is relatively more likely to be transferred to the substrate 10A than to the low content layer 13. That is, the heat generated in the electrode layer 11 is more likely to spread in the horizontal direction than in the vertical direction at the height position of the low content layer 13. Therefore, according to the substrate 10 according to the second embodiment, the heat equalizing property (in-plane uniformity of temperature on the wafer mounting surface 101) can be further improved.
  • the heat equalizing property in-plane uniformity of temperature on the wafer mounting surface 101
  • the low content rate layer 13 according to the second embodiment is located between the electrode layer 11 (first electrode layer 111) and the wafer mounting surface 101. That is, the low content rate layer 13 according to the second embodiment is located in the middle of the heat conduction path from the electrode layer 11 (first electrode layer 111) to the wafer mounting surface 101. By locating the low content rate layer 13 at such a position, the in-plane uniformity of temperature on the wafer mounting surface 101 can be suitably improved.
  • the low content layer 13 is in contact with the high content layer 12.
  • the low content layer 13 has a surface (here, the lower surface of the high content layer 12) opposite to the contact surface (here, the lower surface of the high content layer 12) of the high content layer 12 with the electrode layer 11 (first electrode layer 111). Here, it is in contact with the upper surface of the high content layer 12).
  • the low content rate layer 13 is in contact with the terminal 41 via the sealant 30, like the high content rate layer 12.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the substrate according to the third embodiment.
  • the substrate 10B according to the third embodiment has an electrode layer 11, a high content layer 12, and a low content layer 13.
  • the high content rate layer 12 is in contact with the electrode layer 11 (first electrode layer 111) on the lower surface 102 side of the substrate 10B, which is the surface opposite to the wafer mounting surface 101.
  • the high content rate layer 12 may be located directly below the electrode layer 11 (first electrode layer 111).
  • the heat generated in the electrode layer 11 (first electrode layer 111) is generated by the high content rate layer 12 having a relatively high thermal conductivity in contact with the electrode layer 11 (first electrode layer 111). It can be efficiently transmitted to the substrate 10B.
  • the low content rate layer 13 is in contact with the high content rate layer 12 on the lower surface 102 side of the substrate 10B, which is the surface opposite to the wafer mounting surface 101.
  • the low content rate layer 13 may be located below the electrode layer 11 (first electrode layer 111). That is, the low content rate layer 13 may be located between the electrode layer 11 (first electrode layer 111) and the second surface 102. Since the low content rate layer 13 has a relatively low thermal conductivity and functions as a heat insulating layer, by locating the low content rate layer 13 at such a position, heat is suppressed from being transferred to the side opposite to the wafer mounting surface 101. can do.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the substrate according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 6, the substrate 10C according to the fourth embodiment has an electrode layer 11, a high content layer 12, and a low content layer 13.
  • the high content rate layer 12 is separated from the electrode layer 11 (first electrode layer 111).
  • the substrate 10C exists between the high content layer 12 and the electrode layer 11 (first electrode layer 111).
  • the high content rate layer 12 is located above the electrode layer 11 (first electrode layer 111)
  • the high content rate layer 12 is the electrode layer 11 (first electrode layer 111). It may be located below the electrode layer 11 (first electrode layer 111).
  • the high content rate layer 12 does not necessarily have to be in contact with the electrode layer 11 (first electrode layer 111), and may be separated from the electrode layer 11 (first electrode layer 111). Also in this case, since the relatively denser layer is located inside the substrate 10C, the occurrence of cracks inside the substrate 10C can be suppressed. That is, the durability of the substrate 10C can be improved.
  • the calcium oxide content of calcium in the cap 35 may be 0.03% by mass or less. Further, the content of yttrium in the cap 35 in terms of yttrium oxide may be 0.3% by mass or less. With such a configuration, it is possible to prevent the cap 35 from being cracked. This point will be described below.
  • the cap 35 contains aluminum nitride as a main component.
  • the calcium in the sealant 30 will diffuse inside the cap 35.
  • the coefficient of thermal expansion of the cap 35 increases at the portion where calcium is diffused.
  • the difference between the coefficient of thermal expansion of the cap 35 and the coefficient of thermal expansion of the terminal 41 becomes large. Since the cap 35 and the terminal 41 are joined via a sealing agent 30, for example, when heating and cooling are repeated, thermal stress is applied to the cap 35 due to the difference in thermal expansion between the terminal 41 and the cap 35. The possibility of cracks in the cap 35 increases.
  • the difference between the coefficient of thermal expansion of the cap 35 and the coefficient of thermal expansion of the terminal 41 can be reduced. Therefore, even if the calcium in the sealant 30 diffuses into the cap 35, the difference between the coefficient of thermal expansion of the cap 35 and the coefficient of thermal expansion of the terminal 41 can be prevented from becoming too large.
  • the inventor of the present application has confirmed that the smaller the calcium content in the cap 35, the more the diffusion of calcium from the sealant 30 to the cap 35 is suppressed.
  • EPMA electron probe microanalyzer
  • the cap without a sintering aid is used.
  • the diffusion of calcium is small. That is, by reducing the amount of calcium contained in the cap 35, it is possible to suppress the diffusion of calcium in the sealant 30 into the cap 35 itself.
  • the content of calcium in the cap 35 in terms of calcium oxide is preferably 0.03% by mass or less.
  • the structures according to the embodiments include a substrate (bases 10, 10A to 10C as an example) and an electrode layer (electrode layer 11 as an example). And a high content rate layer (for example, a high content rate layer 12).
  • the substrate is made of ceramics containing rare earths and alkaline earth metals, and has a first surface (for example, a wafer mounting surface 101) and a second surface (for example, a lower surface 102) located opposite to the first surface. Have.
  • the electrode layer is located inside the substrate along the first surface.
  • the high content layer is located along the first surface inside the substrate and contains the rare earth and alkaline earth metal at a content higher than the content of the rare earth and alkaline earth metal in the substrate.
  • the occurrence of cracks inside the substrate can be suppressed, so that the durability of the substrate can be improved. Therefore, it is possible to provide a structure having excellent durability.
  • the high content layer may be in contact with the electrode layer.
  • the first surface is the surface on which the object to be placed (wafer, for example) is placed.
  • the high content rate layer may be in contact with the electrode layer on the first surface side of the electrode layer.
  • the heat generated in the electrode layer is easily transferred to the first surface. Therefore, it is possible to efficiently heat the object to be placed on the first surface.
  • the first surface is the surface on which the object to be placed is placed.
  • the high content rate layer may be in contact with the electrode layer on the second surface side of the electrode layer.
  • the high content layer having a relatively high thermal conductivity is in contact with the electrode layer, the heat generated in the electrode layer can be efficiently transferred to the substrate and thus to the first surface.
  • the high content layer may be separated from the electrode layer.
  • the relatively denser layer is located inside the substrate, so that the occurrence of cracks inside the substrate can be suppressed. That is, the durability of the substrate can be improved.
  • the high content layer may contain the same rare earths (yttrium as an example) and alkaline earth metals (calcium as an example) that are the same as the rare earths and alkaline earth metals contained in the substrate.
  • yttrium yttrium as an example
  • alkaline earth metals calcium as an example
  • cracks occur in the substrate due to the difference in the thermal expansion coefficient (thermal shrinkage rate) between the rare earth and alkaline earth metals contained in the high content layer and the rare earth and alkaline earth metals contained in the substrate. It can be suppressed.
  • the structure according to the embodiment is located along the first surface inside the substrate, and has a low content rate layer containing rare earth elements at a content rate lower than that of the rare earth elements in the substrate (for example, a low content rate layer). 13) may have. Thereby, for example, the heat equalizing property of the substrate can be improved.
  • the first surface is the surface on which the object to be placed is placed.
  • the low content layer may be located between the electrode layer and the second surface. Since the low content rate layer has a relatively low thermal conductivity and functions as a heat insulating layer, by locating the low content rate layer at such a position, heat is generated on the side opposite to the first surface on which the object to be placed is placed. It can be suppressed from being transmitted.
  • the heating device according to the embodiment is a power supply unit (for example, a power supply unit that generates heat by supplying electric power to the structure and the electrode layer according to the embodiment). It has a power supply unit 5). Therefore, according to the heating device according to the embodiment, it is possible to provide a heating device having excellent durability, specifically, heat cycle resistance.
  • the wafer mounting device has been described as an example of the heating device, but the heating device according to the present disclosure generates an object (for example, the first of the substrate) by generating heat of the electrode layer inside the substrate. Any object that is placed on one surface) may be heated, and the device is not limited to the wafer mounting device.
  • Wafer mounting device 2 Structure 4: Connection part 5: Power supply part 6: Control part 10: Base 11: Electrode layer 12: High content rate layer 13: Low content rate layer 20: Shaft 30: Sealant 35: Cap 41: Terminal 42: Conductor 101: Wafer mounting surface 102: Bottom surface 111: First electrode layer 112: Second electrode layer 113: Via conductor

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Abstract

本開示による構造体（２，２Ａ～２Ｃ）は、基体（１０，１０Ａ～１０Ｃ）と、電極層（１１）と、高含有率層（１２）とを有する。基体（１０，１０Ａ～１０Ｃ）は、希土類およびアルカリ土類金属が含有されたセラミックスからなり、第１面（１０１）および第１面（１０１）の反対に位置する第２面（１０２）を有する。電極層（１１）は、基体（１０，１０Ａ～１０Ｃ）の内部において第１面（１０１）に沿って位置する。高含有率層（１２）は、基体（１０，１０Ａ～１０Ｃ）の内部において第１面（１０１）に沿って位置し、基体（１０，１０Ａ～１０Ｃ）における希土類およびアルカリ土類金属の含有率よりも高い含有率で希土類およびアルカリ土類金属が含有される。

Description

構造体および加熱装置
　本開示は、構造体および加熱装置に関する。
　セラミックスからなる基板は、金属および樹脂等と比較して耐熱性に優れる。たとえば、窒化アルミニウム質セラミックスは、熱伝導率が高いことから、各種素子や部品等の被処理体の熱処理を行う際に、被処理体を載置または保持する構造体として利用される場合がある。
特開２００３－４０６８６号公報
　本開示の一態様による構造体は、基体と、電極層と、高含有率層とを有する。基体は、希土類およびアルカリ土類金属が含有されたセラミックスからなり、第１面および第１面の反対に位置する第２面を有する。電極層は、基体の内部において第１面に沿って位置する。高含有率層は、基体の内部において第１面に沿って位置し、基体における希土類およびアルカリ土類金属の含有率よりも高い含有率で希土類およびアルカリ土類金属が含有される。
図１は、第１実施形態に係るウエハ載置装置の模式的な斜視図である。 図２は、第１実施形態に係る構造体の模式的な断面図である。 図３は、図２に示すＨ部の模式的な拡大図である。 図４は、第２実施形態に係る基体の模式的な断面図である。 図５は、第３実施形態に係る基体の模式的な断面図である。 図６は、第４実施形態に係る基体の模式的な断面図である。
　以下に、本開示による構造体および加熱装置を実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示による構造体および加熱装置が限定されるものではない。また、各実施形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。
　また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、たとえば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。
　また、以下参照する各図面では、説明を分かりやすくするために、鉛直上向き方向をＺ軸方向として規定する。
（第１実施形態）
＜ウエハ載置装置の全体構成＞
　まず、第１実施形態に係るウエハ載置装置の構成について図１を参照して説明する。図１は、第１実施形態に係るウエハ載置装置１の模式的な斜視図である。
　図１に示す第１実施形態に係るウエハ載置装置１は、半導体ウエハ、水晶ウエハその他のウエハ（以下、単に「ウエハ」と記載する）を載置する装置である。ウエハ載置装置１は、載置したウエハを加熱する加熱機能を有しており、たとえば、ウエハに対してプラズマ処理等を行う基板処理装置に搭載される。
　図１に示すように、ウエハ載置装置１は、構造体２と、接続部４と、電力供給部５と、制御部６とを有する。
　構造体２は、上下に厚みがある円板状の基体１０と、基体１０に接続される筒状のシャフト２０とを有する。基体１０の上面１０１には、ウエハが載置される。また、シャフト２０は、基体１０の下面１０２に接続される。基体１０の上面１０１および下面１０２は、略同形状であり、ともにウエハよりも大径である。基体１０の内部には、発熱体としての電極層（ここでは図示せず）が位置している。
　接続部４は、基体１０の内部に位置する電極層を基体１０の外部に位置する電力供給部５と電気的に接続する。電力供給部５は、接続部４を介して電極層と電気的に接続され、接続部４を介して電極層に電力を供給する。電力供給部５は、図示しない電源から給電された電力を適切な電圧に変換する電源回路を含む。制御部６は、電力供給部５における電力の供給を制御する。
　ウエハ載置装置１は、上記のように構成されており、電力供給部５から供給される電力を用いて基体１０内部の電極層を発熱させることにより、ウエハ載置面１０１に載置されたウエハを加熱することができる。
＜構造体の構成＞
　次に、構造体２の構成について図２を参照して説明する。図２は、第１実施形態に係る構造体２の模式的な断面図である。なお、図２には、図１に示すＩＩ－ＩＩ矢視における模式的な断面図を示している。
（基体について）
　図２に示すように、基体１０の内部には、電極層１１が位置している。本実施形態において、電極層１１は、第１電極層１１１と、第２電極層１１２とを含む。第１電極層１１１は、基体１０の下面１０２側に相対的に位置する電極層である。第２電極層１１２は、第１電極層１１１との関係において基体１０の上面１０１（以下、「ウエハ載置面１０１」と記載する場合がある）側に相対的に位置する電極層である。第１電極層１１１および第２電極層１１２は、たとえば、Ｎｉ、Ｗ、ＭｏおよびＰｔ等の金属、または、上記金属の少なくとも１つを含む合金からなる。
　第１電極層１１１および第２電極層１１２は、ウエハ載置面１０１に沿って延在している。具体的には、第１電極層１１１および第２電極層１１２は、たとえば渦巻き状やミアンダ状などの所定のパターンを描きながらウエハ載置面１０１の略全面に張り巡らされている。
　第１電極層１１１と第２電極層１１２とは、ビア導体１１３を介して電気的に接続される。なお、電極層１１は、必ずしも２層であることを要せず、少なくとも１層（たとえば、第１電極層１１１）を含んでいればよい。
　基体１０は、セラミックスからなる。基体１０を構成するセラミックスは、たとえば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、アルミナ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、及び窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）等を主成分とする。ここでいう主成分とは、たとえば、その材料の５０質量％以上又は８０質量％以上を占める材料のことである。
　基体１０を構成する材料には、焼結助剤が含まれる。焼結助剤としては、たとえば、酸化カルシウム（ＣａＯ）および酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の混合物が用いられる。なお、焼結助剤には、カルシウム以外のアルカリ土類金属が用いられてもよいし、イットリウム以外の希土類が用いられてもよい。カルシウム以外のアルカリ土類金属としては、たとえばストロンチウムが用いられ得る。また、イットリウム以外の希土類としては、たとえばランタンが用いられ得る。
　このように、基体１０は、希土類およびアルカリ土類金属が含有されたセラミックスからなる。一例として、第１実施形態に係る基体１０は、窒化アルミニウムを主成分とし、酸化カルシウムおよび酸化イットリウムを焼結助剤として含むものとする。この場合、たとえば、基体１０におけるカルシウム（Ｃａ）の酸化カルシウム（ＣａＯ）換算での含有率は、０．０５質量％以上０．３質量％以下である。また、この場合、基体１０におけるイットリウム（Ｙ）の酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）換算での含有率は、２質量％以上４質量％以下である。
　基体１０の上面１０１（ウエハ載置面１０１）と下面１０２とは平行である。また、基体１０の形状は任意である。たとえば、第１実施形態において、基体１０の形状は、平面視円形状であるが、これに限らず、平面視において楕円形状、矩形状、台形状などであってもよい。
（シャフトについて）
　シャフト２０は、筒状を呈し、上端が基体１０の下面中央部に接合されている。１つの態様として、シャフト２０は、接着材によって基体１０の下面１０２に接合（接着）される。その他の態様として、シャフト２０は、固相接合によって基体１０に接合されてもよい。シャフト２０の形状は任意である。１つの態様として、シャフト２０の形状は、円筒形状を呈している。その他の態様として、シャフト２０の形状は、たとえば、角筒などの形状を呈していてもよい。シャフト２０の材料は、任意である。１つの態様として、シャフト２０の材料は絶縁性のセラミックスである。その他の態様として、シャフト２０の材料は、たとえば、導電性の材料（金属）であってもよい。
　筒状のシャフト２０は、基体１０の下面１０２に接合されている上面２１と、この上面２１とは反対に位置する下面２２とを有する。また、シャフト２０は、上面２１および下面２２を繋ぐと共にシャフト２０の内側を構成している内面２３と、上面２１及び下面２２を繋ぐと共にシャフト２０の外側を構成している外面２４と、を有している。
　図示の例において、内面２３は、シャフト２０が延びる方向に沿って、外面２４に対し平行に設けられている。別の観点では、内面２３は、基体１０の厚み方向に平行な直線に対し平行に設けられている。但し、内面２３は、シャフト２０の内径が下方に向かって小さくなるよう傾斜していてもよいし、シャフト２０の内径が下方に向かって大きくなるよう傾斜していてもよい。尚、外面２４についても同様の構成にすることができる。これにより、シャフト２０を、上端から下端に亘って、内径および外径の少なくとも一方が異なるようにすることができる。
（接続部について）
　接続部４は、端子４１と、導線４２とを有する。端子４１は、上下方向にある程度の長さを有する金属（バルク材）である。端子４１は、上端側が基体１０内に位置し、下端側が基体１０外に位置する。図示の例において、端子４１は、第１電極層１１１に電気的に接続されている。また、端子４１は、ビア導体１１３を介して第２電極層１１２とも電気的に接続されている。端子４１の形状は任意である。１つの態様では、端子４１の形状は、円柱状を呈している。端子４１は、たとえば、Ｎｉ、Ｗ、ＭｏおよびＰｔ等の金属、または、上記金属の少なくとも１つを含む合金からなる。
＜基体の内部構成＞
　次に、上述した基体１０の内部構成について図３を参照して具体的に説明する。図３は、図２に示すＨ部の模式的な拡大図である。
　図３に示すように、基体１０の内部には、上述した電極層１１の他に、高含有率層１２が位置している。
　高含有率層１２は、たとえば酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、アルミナ）等のセラミックスを主成分とし、希土類およびアルカリ土類金属を含有する。ここでいう主成分とは、たとえば、その材料の５０質量％以上又は８０質量％以上を占める材料のことである。
　かかる高含有率層１２には、基体１０における希土類およびアルカリ土類金属の含有率よりも高い含有率で希土類およびアルカリ土類金属が含有される。第１実施形態において、基体１０に含有される希土類およびアルカリ土類金属と、高含有率層１２に含有される希土類およびアルカリ土類金属とは同一である。すなわち、高含有率層１２には、希土類としてイットリウムが含有され、アルカリ土類金属としてカルシウムが含有される。
　このように、高含有率層１２と基体１０とは、同一の希土類およびアルカリ土類金属を含有する。これにより、たとえば、高含有率層１２に含有される希土類およびアルカリ土類金属と基体１０に含有される希土類およびアルカリ土類金属との熱膨張率（熱収縮率）の違いによって基体１０にクラックが発生することを抑制することができる。
　高含有率層１２は、基体１０の内部においてウエハ載置面１０１（図２参照）に沿って位置する。たとえば、高含有率層１２は、電極層１１と同様のパターンを描きながらウエハ載置面１０１の略全面に延びている。
　このように、第１実施形態に係る構造体２は、基体１０の内部に、基体１０における希土類およびアルカリ土類金属の含有率よりも高い含有率で希土類およびアルカリ土類金属が含有された高含有率層１２を有する。
　セラミックスからなる構造体には、耐久性が求められる場合がある。これに対し、希土類およびアルカリ土類金属をより多く含有する高含有率層１２は、基体１０と比べて緻密化し易い（緻密度が高い）。このように、相対的により緻密化した層が基体１０の内部に位置することで、基体１０の内部におけるクラックの発生が抑制される。これにより、基体１０の耐久性を高めることができる。特に、第１実施形態に係る構造体２のようにヒータとして利用される場合、高温・低温環境下に繰り返しさらされることによって、基体１０の内部にクラックが生じるおそれがある。これに対し、第１実施形態に係る構造体２によれば、高含有率層１２によりクラックの発生が抑制されることから、耐久性、具体的には、耐ヒートサイクル性を高めることができる。なお、たとえば耐久性の観点から、高含有率層１２は、電極層１１（第１電極層１１１および第２電極層１１２のそれぞれ）よりも厚いことが好ましい。
　また、図３に示すように、高含有率層１２は、基体１０の内部において電極層１１（ここでは、第１電極層１１１）に接するように位置している。
　基体１０と電極層１１とは組成が異なるため、加熱および冷却を繰り返した場合、熱膨張率（熱収縮率）の違いによって、基体１０と電極層１１との界面にクラックが生じるおそれがある。これに対し、第１実施形態に係る構造体２によれば、基体１０と電極層１１との界面に緻密度の高い高含有率層１２が位置するため、上記界面におけるクラックを生じ難くすることができる。よって、耐ヒートサイクル性を効果的に高めることができる。
　また、高含有率層１２は、第１電極層１１１および第２電極層１１２のうち、端子４１に直接接続される第１電極層１１１に接している。
　端子４１の周囲には、端子４１と基体１０との隙間を埋める封止剤３０が、端子４１の外面４１ａおよび基体１０に接するように位置している。高含有率層１２は、かかる封止剤３０を介して端子４１に接続される。言い換えれば、高含有率層１２は封止剤３０と繋がっている。
　封止剤３０は、たとえば、高含有率層１２と同じく、セラミックスを主成分とし、希土類およびアルカリ土類金属を含有する。第１実施形態において、封止剤３０は、高含有率層１２と同じく、酸化アルミニウムを主成分とし、希土類としてイットリウムを含有し、アルカリ土類金属としてカルシウムを含有する。
　このように、高含有率層１２と同じくセラミックスを主成分とし、希土類およびアルカリ土類金属を含有する封止剤３０と高含有率層１２とが繋がっていることで、端子４１周りの耐久性を向上させることができる。これにより、たとえば、端子４１の抜け等を好適に抑制することができる。
　また、高含有率層１２の上下方向における厚みは、端子４１に近いほど、言い換えれば、基体１０の中央部に近いほど厚く、端子４１から遠いほど、言い換えれば、基体１０の外周部に近いほど薄くなっていてもよい。
　電極層１１が発生させた熱の一部は、端子４１やシャフト２０を通ってウエハ載置面１０１とは反対側の外部に放出される。このため、端子４１やシャフト２０が位置する基体１０の中央部は、その他の場所、たとえば基体１０の外周部等と比較して温度が低いクールスポットになるおそれがある。これに対し、高含有率層１２の厚みを基体１０の中央部において相対的に厚くすることで、基体１０の中央部における熱伝導率を相対的に高くすることができる。したがって、端子４１やシャフト２０が位置する基体１０の中央部がクールスポットとなることを抑制することができる。言い換えれば、基体１０の均熱性を高めることができる。
　なお、端子４１の周囲には、封止剤３０以外に、たとえば、端子４１と電極層１１（第１電極層１１１）との電気的接続を確実なものとするための白金（Ｐｔ）等の導電性材料が位置していてもよい。また、図３には、端子４１と基体１０との隙間をより確実に密閉するためのリング状のキャップ３５が端子４１に設けられる場合の例を示しているが、構造体２は、必ずしもキャップ３５を有することを要しない。
　また、第１実施形態に係る高含有率層１２は、ウエハ載置面１０１側において電極層１１（第１電極層１１１）と接している。上述したように、高含有率層１２は基体１０と比べて緻密であるため、基体１０と比べて熱伝導率が高い。このため、かかる高含有率層１２を電極層１１（第１電極層１１１）のウエハ載置面１０１側に位置させることで、電極層１１（第１電極層１１１）において発生した熱がウエハ載置面１０１により伝わりやすくなる。したがって、ウエハ載置面１０１に載置されたウエハを効率よく加熱することが可能となる。
＜基体の製造方法＞
　次に、基体１０の製造方法の一例について説明する。基体１０は、複数種類のセラミックグリーンシートを積層することによって成形される。具体的には、希土類およびアルカリ土類の含有率が異なる２種類のセラミックグリーンシート（第１シート、第２シートと呼ぶ）と、電極層１１を構成するＷ等の金属（あるいは合金）からなる金属シート（第３シートと呼ぶ）とを用意する。第１シートは、たとえば、窒化アルミニウムを主成分とし、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を４質量％、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を酸化カルシウム換算で０．５質量％含有する。第２シートは、たとえば、窒化アルミニウムを主成分とし、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）を３質量％、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）を酸化カルシウム換算で０．３質量％含有する。
　つづいて、用意した第１～第３シートを積層する。このとき、第３シートの上面（すなわち、ウエハ載置面１０１側の面）に第１シートが積層されるようにする。その後、第１～第３シートの積層体を例えば１７００℃以上１８５０℃以下の温度で焼成する。
　つづいて、焼成後の積層体に対し、端子４１を挿入するための穴をたとえばドリル加工等によって形成した後、形成した穴に端子４１を挿入する。このとき、端子４１の先端に白金等の導電性材料のペーストを予め塗っておく。
　つづいて、端子４１が取り付けられた積層体を真空中で熱処理することによって導電性材料を焼結させる。このときの処理温度は、たとえば１２５０℃である。
　つづいて、窒化アルミニウムを主成分とするキャップ３５を端子４１に挿通させる。このとき、キャップ３５の上面（すなわち、基体１０と接する面）に封止剤３０のペーストを塗っておく。封止剤３０のペーストは、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）粉末、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）粉末、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）粉末の各粉末に、バインダー、溶媒を加えてペースト状にしたものである。封止剤３０に含まれる各粉末の組成は、Ａｌの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）換算での含有量が４０質量％以上６５質量％以下、Ｃａの酸化カルシウム（ＣａＯ）換算での含有量が３０質量％以上５０質量％以下、Ｙの酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）換算での含有量が５質量％以上１５質量％以下であることが好ましい。封止剤３０に含まれる各粉末の組成は、たとえば、Ａｌの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）換算での含有量が５０質量％、Ｃａの酸化カルシウム（ＣａＯ）換算での含有量が４０質量％、Ｙの酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）換算での含有量が１０質量％である。
　つづいて、積層体を真空中で熱処理する。このときの処理温度は、たとえば１５５０℃である。これにより、積層体に形成された端子４１を挿入するための穴と端子４１との隙間に封止剤３０が毛管現象によって入り込み、かかる隙間が封止剤３０（ＡｌＣａＹ）によって封止される。ここで、ＡｌＣａＹは、例えばＡｌ、Ｃａ、Ｙのうち少なくとも１つとＯ（酸素）とを含む化合物（例えば、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ３Ｙ５Ｏ１２、Ｃａ３Ａｌ１０Ｏ１８、ＣａＡｌ１２Ｏ１９）である。
（第２実施形態）
　図４は、第２実施形態に係る基体の模式的な断面図である。図４に示すように、第２実施形態に係る基体１０Ａの内部には、電極層１１および高含有率層１２の他に、低含有率層１３が位置している。
　低含有率層１３は、高含有率層１２と同じく、窒化アルミニウム等のセラミックスを主成分とし、希土類およびアルカリ土類金属を含有するが、高含有率層１２と異なり、希土類の含有率が基体１０Ａにおける希土類の含有率よりも低い層である。第２実施形態に係る低含有率層１３は、アルカリ土類金属の含有率も、基体１０におけるアルカリ土類金属の含有率よりも低いものとする。ただし、低含有率層１３におけるアルカリ土類金属の含有率は、基体１０におけるアルカリ土類金属の含有率と同一であってもよいし、基体１０におけるアルカリ土類金属の含有率よりも高くてもよい。
　低含有率層１３は、電極層１１や高含有率層１２と同じく、基体１０の内部においてウエハ載置面１０１に沿って位置する。たとえば、低含有率層１３は、電極層１１および高含有率層１２と同様のパターンを描きながらウエハ載置面１０１の略全面に延びている。
　このように、基体１０Ａは、希土類およびアルカリ土類の含有率が相対的に低い低含有率層１３を有していてもよい。低含有率層１３は、高含有率層１２とは逆に緻密性が相対的に低くなるため、熱伝導率が相対的に低くなる。このため、電極層１１において発生した熱は、相対的に、低含有率層１３よりも基体１０Ａの方に伝わりやすくなる。すなわち、電極層１１において発生した熱は、低含有率層１３の高さ位置において、上下方向よりも水平方向に相対的に広がりやすくなる。したがって、第２実施形態に係る基体１０によれば、均熱性（ウエハ載置面１０１における温度の面内均一性）をさらに高めることができる。
　また、第２実施形態に係る低含有率層１３は、電極層１１（第１電極層１１１）とウエハ載置面１０１との間に位置する。すなわち、第２実施形態に係る低含有率層１３は、電極層１１（第１電極層１１１）からウエハ載置面１０１に至る熱伝導経路の途中に位置している。このような位置に低含有率層１３を位置させることで、ウエハ載置面１０１における温度の面内均一性を好適に高めることができる。
　なお、低含有率層１３は、高含有率層１２に接している。具体的には、低含有率層１３は、高含有率層１２における電極層１１（第１電極層１１１）との接触面（ここでは、高含有率層１２の下面）と反対側の面（ここでは、高含有率層１２の上面）に接している。また、低含有率層１３は、高含有率層１２と同じく、封止剤３０を介して端子４１と接している。
（第３実施形態）
　図５は、第３実施形態に係る基体の模式的な断面図である。図５に示すように、第３実施形態に係る基体１０Ｂは、電極層１１と、高含有率層１２と、低含有率層１３とを有する。
　第３実施形態において、高含有率層１２は、ウエハ載置面１０１と反対側の面である基体１０Ｂの下面１０２側において電極層１１（第１電極層１１１）と接している。
　このように、高含有率層１２は、電極層１１（第１電極層１１１）の直下に位置していてもよい。この場合も、熱伝導率が相対的に高い高含有率層１２が電極層１１（第１電極層１１１）と接していることで、電極層１１（第１電極層１１１）において発生した熱を基体１０Ｂに効率よく伝えることができる。
　また、第３実施形態において、低含有率層１３は、ウエハ載置面１０１と反対側の面である基体１０Ｂの下面１０２側において高含有率層１２と接している。
　このように、低含有率層１３は、電極層１１（第１電極層１１１）よりも下方に位置していてもよい。すなわち、低含有率層１３は、電極層１１（第１電極層１１１）と第２面１０２との間に位置していてもよい。低含有率層１３は熱伝導率が相対的に低く断熱層として機能するため、かかる位置に低含有率層１３を位置させることで、ウエハ載置面１０１と反対側に熱が伝わることを抑制することができる。
（第４実施形態）
　図６は、第４実施形態に係る基体の模式的な断面図である。図６に示すように、第４実施形態に係る基体１０Ｃは、電極層１１と、高含有率層１２と、低含有率層１３とを有する。
　第４実施形態において、高含有率層１２は、電極層１１（第１電極層１１１）から離れている。言い換えれば、高含有率層１２と電極層１１（第１電極層１１１）との間には基体１０Ｃが存在している。ここでは、電極層１１（第１電極層１１１）よりも高含有率層１２が上方に位置する場合を例示しているが、高含有率層１２は、電極層１１（第１電極層１１１）よりも下方において電極層１１（第１電極層１１１）から離れて位置していてもよい。
　このように、高含有率層１２は、必ずしも電極層１１（第１電極層１１１）に接していることを要さず、電極層１１（第１電極層１１１）から離れていてもよい。この場合も、相対的により緻密化した層が基体１０Ｃの内部に位置していることで、基体１０Ｃの内部におけるクラックの発生を抑制することができる。すなわち、基体１０Ｃの耐久性を高めることができる。
（第５実施形態）
　キャップ３５におけるカルシウムの酸化カルシウム換算での含有量は、０．０３質量％以下であってもよい。また、キャップ３５におけるイットリウムの酸化イットリウム換算での含有量は、０．３質量％以下であってもよい。かかる構成とすることにより、キャップ３５にクラックが生じることを抑制することができる。以下、この点について説明する。
　上述したように、キャップ３５は、窒化アルミニウムを主成分とする。窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスには、焼結助剤として、たとえば酸化カルシウム（ＣａＯ）および酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）が用いられる場合がある。すなわち、窒化アルミニウムを主成分とするセラミックスには、カルシウムおよびイットリウムが含有される場合がある。
　ここで、キャップ３５の内部には、封止剤３０中のカルシウムが拡散するおそれがある。キャップ３５の内部にカルシウムが拡散すると、カルシウムが拡散した部分においてキャップ３５の熱膨張係数が大きくなる。この結果、キャップ３５の熱膨張係数と、端子４１（たとえばタングステンピン）の熱膨張係数との差が大きくなる。キャップ３５と端子４１とは封止剤３０を介して接合されているため、たとえば加熱および冷却が繰り返された場合に、端子４１とキャップ３５との熱膨張差によりキャップ３５に熱応力がかかってキャップ３５にクラックが発生する可能性が高くなる。
　これに対し、キャップ３５に含有されるカルシウムの量を少なくすると、キャップ３５の熱膨張係数と端子４１の熱膨張係数との差を小さくすることができる。したがって、仮に封止剤３０中のカルシウムがキャップ３５の内部に拡散したとしても、キャップ３５の熱膨張係数と端子４１の熱膨張係数との差が大きくなり過ぎないようにすることができる。
　また、本願発明者は、キャップ３５中のカルシウム含有量が少ないほど、封止剤３０からキャップ３５へのカルシウムの拡散が抑制されることを確認している。具体的には、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザ）を用いて、酸化カルシウムを０．２質量％程度、酸化イットリウムを３質量％程度含有する焼結助剤を用いて製造したキャップ（焼結助剤ありキャップ）と、焼結助剤を用いずに製造したキャップ（焼結助剤なしキャップ）とで封止剤３０からのカルシウムの拡散の程度を比較した結果、焼結助剤なしキャップの方が明らかにカルシウムの拡散が少ないことを確認している。すなわち、キャップ３５に含有されるカルシウムの量を少なくすることで、封止剤３０中のカルシウムのキャップ３５内部への拡散自体を抑制することができる。
　このように、キャップ３５に含有されるカルシウムの量を少なくすることで、キャップ３５にクラックが発生することを抑制することができる。具体的には、キャップ３５におけるカルシウムの酸化カルシウム換算での含有量を、０．０３質量％以下とすることが好ましい。
　上述してきたように、実施形態に係る構造体（一例として、構造体２，２Ａ～２Ｃ）は、基体（一例として、基体１０，１０Ａ～１０Ｃ）と、電極層（一例として、電極層１１）と、高含有率層（一例として、高含有率層１２）とを有する。基体は、希土類およびアルカリ土類金属が含有されたセラミックスからなり、第１面（一例として、ウエハ載置面１０１）および第１面の反対に位置する第２面（一例として、下面１０２）を有する。電極層は、基体の内部において第１面に沿って位置する。高含有率層は、基体の内部において第１面に沿って位置し、基体における希土類およびアルカリ土類金属の含有率よりも高い含有率で希土類およびアルカリ土類金属が含有される。
　実施形態に係る構造体によれば、基体の内部におけるクラックの発生を抑制することができることから、基体の耐久性を高めることができる。したがって、耐久性に優れた構造体を提供することができる。
　高含有率層は、電極層に接していてもよい。クラックが生じやすい基体と電極層との界面に高含有率層を位置させることで、上記界面におけるクラックの発生を抑制することができる。したがって、耐久性、具体的には、耐ヒートサイクル性を効果的に高めることができる。
　第１面は、被載置物（一例として、ウエハ）が載置される面である。この場合、高含有率層は、電極層の第１面側において電極層に接していてもよい。これにより、電極層において発生した熱が第１面により伝わりやすくなる。したがって、第１面に載置される被載置物を効率よく加熱することが可能となる。
　第１面は、被載置物が載置される面である。この場合、高含有率層は、電極層の第２面側において電極層に接していてもよい。この場合も、熱伝導率が相対的に高い高含有率層が電極層と接していることで、電極層において発生した熱を基体ひいては第１面に効率よく伝えることができる。
　高含有率層は、電極層から離れていてもよい。この場合も、相対的により緻密化した層が基体の内部に位置していることで、基体の内部におけるクラックの発生を抑制することができる。すなわち、基体の耐久性を高めることができる。
　高含有率層は、基体に含有される希土類およびアルカリ土類金属と同一の希土類（一例として、イットリウム）およびアルカリ土類金属（一例として、カルシウム）を含有していてもよい。これにより、高含有率層に含有される希土類およびアルカリ土類金属と基体に含有される希土類およびアルカリ土類金属との熱膨張率（熱収縮率）の違いによって基体にクラックが発生することを抑制することができる。
　実施形態に係る構造体は、基体の内部において第１面に沿って位置し、基体における希土類の含有率よりも低い含有率で希土類が含有された低含有率層（一例として、低含有率層１３）を有していてもよい。これにより、たとえば、基体の均熱性を高めることができる。
　第１面は、被載置物が載置される面である。この場合、低含有率層は、電極層と第２面との間に位置していてもよい。低含有率層は熱伝導率が相対的に低く断熱層として機能するため、かかる位置に低含有率層を位置させることで、被載置物が載置される第１面と反対側に熱が伝わることを抑制することができる。
　また、実施形態に係る加熱装置（一例として、ウエハ載置装置１）は、実施形態に係る構造体と、電極層に電力を供給することにより、電極層を発熱させる電力供給部（一例として、電力供給部５）とを有する。したがって、実施形態に係る加熱装置によれば、耐久性、具体的には、耐ヒートサイクル性に優れた加熱装置を提供することができる。
　なお、上述した実施形態では、加熱装置の一例としてウエハ載置装置を例に挙げて説明したが、本開示による加熱装置は、基体内部の電極層を発熱させることによって物体（たとえば、基体の第１面に載置された被載置物）を加熱するものであればよく、ウエハ載置装置に限定されない。
　さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
１　　：ウエハ載置装置
２　　：構造体
４　　：接続部
５　　：電力供給部
６　　：制御部
１０　：基体
１１　：電極層
１２　：高含有率層
１３　：低含有率層
２０　：シャフト
３０　：封止剤
３５　：キャップ
４１　：端子
４２　：導線
１０１　：ウエハ載置面
１０２　：下面
１１１　：第１電極層
１１２　：第２電極層
１１３　：ビア導体

Claims (10)

  1. 　希土類およびアルカリ土類金属が含有されたセラミックスからなり、第１面および前記第１面の反対に位置する第２面を有する基体と、
    　前記基体の内部において前記第１面に沿って位置する電極層と、
    　前記基体の内部において前記第１面に沿って位置し、前記基体における希土類およびアルカリ土類金属の含有率よりも高い含有率で希土類およびアルカリ土類金属が含有された高含有率層と
    　を有する、構造体。
  2. 　前記高含有率層は、前記電極層に接する、請求項１に記載の構造体。
  3. 　前記第１面は、被載置物が載置される面であり、
    　前記高含有率層は、前記電極層の前記第１面側において前記電極層に接する、請求項２に記載の構造体。
  4. 　前記第１面は、被載置物が載置される面であり、
    　前記高含有率層は、前記電極層の前記第２面側において前記電極層に接する、請求項２に記載の構造体。
  5. 　前記高含有率層は、前記電極層から離れている、請求項１に記載の構造体。
  6. 　前記高含有率層は、
    　前記基体に含有される希土類およびアルカリ土類金属と同一の希土類およびアルカリ土類金属を含有する、請求項１～５のいずれか一つに記載の構造体。
  7. 　前記基体の内部において前記第１面に沿って位置し、前記基体における希土類の含有率よりも低い含有率で希土類が含有された低含有率層
    　を有する、請求項１～６のいずれか一つに記載の構造体。
  8. 　前記第１面は、被載置物が載置される面であり、
    　前記低含有率層は、前記電極層と前記第２面との間に位置する、請求項７に記載の構造体。
  9. 　前記電極層を発熱させて物体を加熱する加熱装置に用いられる、請求項１～８のいずれか一つに記載の構造体。
  10. 　請求項１～９のいずれか一つに記載の構造体と、
    　前記電極層に電力を供給することにより、前記電極層を発熱させる電力供給部と
    　を有する、加熱装置。
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