JP5378677B2 - セラミックヒータ - Google Patents

Description

本発明は、ＣＶＤ装置やエッチング装置等の半導体製造装置に適用されるセラミックヒータに関する。

半導体の製造技術分野では、ウエハ等にプラズマエッチング、化学的気相成長（ＣＶＤ）、及びイオンプレーティング等の処理加工を施すことが多い。このような処理加工を施す場合に、ウエハを加熱する装置としてセラミックヒータ等を使用している。該セラミックヒータは、ウエハ等を載置して加熱する加熱部を備えている。（例えば、特許文献１参照）。

この加熱部には、電圧が印加されることによって発熱する印刷電極（膜状の抵抗発熱体）が設けられている。

ここで、印刷電極を適用したセラミックヒータの加熱部の製造方法を簡単に説明する。セラミックスの仮焼体又は焼結体の上面に抵抗発熱体ペースト層を形成し、該抵抗発熱体ペースト層の上からセラミックス粉体を充填して圧縮成形することにより成形体を作成し、該成形体にホットプレス焼成を施すことによって加熱部が得られる。
特開平４−１０１３８０号公報

しかしながら、前述したセラミックヒータにおいて、帯状の印刷電極が周方向に沿って渦状に連続して形成されている場合は、印刷電極の幅のうち内周側に電流が集中して流れることが考えられる。すると、印刷電極で発生する発熱量も幅方向の内周側が外周側よりも高くなり、印刷電極が形成された電極形成面において発熱密度にバラツキが発生して均熱性が低下するおそれがある。この電極形成面における均熱性の低下によって、加熱部表面の加熱面にも均熱性の低下が生じる。加熱面の均熱性の低下によって、ウエハ等の被処理物の品質低下を招くおそれがある。

そこで、本発明は、加熱面における均熱性が高いセラミックヒータを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係るセラミックヒータは、セラミックスからなる加熱部と、該加熱部に、加熱部の周方向に沿って渦状に連続して形成した帯状の印刷電極と、該印刷電極の幅方向に、加熱部の内周側から外周側に向けて延びるスリットとを備え、前記スリットを、前記印刷電極の部位のうち、外周側に向けて凸状に折れ曲がる屈曲部に設けたことを特徴とする。

本発明に係るセラミックヒータでは、印刷電極の幅方向に、加熱部の内周側から外周側に向けて延びるスリットを印刷電極の屈曲部に形成している。従って、印刷電極の幅方向のどの部位にも均一に電流が流れるため、電流密度が幅方向で均一化される。これによって、印刷電極が形成された電極形成面における均熱性が向上し、セラミックヒータの加熱部に形成された加熱面内における均熱性も向上する。加熱面における均熱性の向上に伴って、ウエハ等の被処理物に品質不良が生じることがない。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施形態によるセラミックヒータを概略的に示す断面図である。

このセラミックヒータ１では、上側に配置した加熱部３と下側に配置したクーリングプレート部５とがボンディングシート７を介して接合されている。また、加熱部３の上面は、ウエハ等の被処理物が載置されて加熱される加熱面９に形成されている。そして、加熱部３の内部には、印刷電極１１が設けられている。

図２は、図１のＡ−Ａ線による断面図である。また、図３は、図２の一部を拡大した断面図である。

図２に示すように、電極形成面１３に形成された印刷電極１１は、内周側に配置された幅の広い内側電極１５と、該内側電極１５の外周側に配置された幅の狭い外側電極１７とから構成されている。内側電極１５の一端１９及び他端２１は、図２の左端部に示すようにされており、互いに近接して配置されている。

内側電極１５は、一端１９から時計方向に沿って図２の右斜め上方に延び、途中の折り返し部２３で折り返して反時計方向に沿って延びる。そして、周方向に沿って渦状に連続して延び、内側電極１５の中心部近傍で、再度折り返して時計方向に沿って延び、他端２１に至る。

外側電極１７は、内側電極１５よりも幅の狭い電極であり、一端２５と他端２７とが近接して配置されている。一端２５から、反時計周りに周方向に沿って延び、途中で折り返し、この折り返し部２９から時計周りに周方向に沿って一周延び、再度、別の折り返し部３１にて折り返して一周延び、前記他端２７に至る。

図３は、複数箇所にスリットが形成された印刷電極を示している。

内側電極１５においては、径方向内側から径方向外側に向けて（即ち、内周側から外周側に向けて）屈曲する屈曲部が複数形成されている。これらの屈曲部は、印刷電極が略直角状に折れ曲がる部位であり、外周側に向けて凸状に形成されている。

前記屈曲部には、第１屈曲部３３、第２屈曲部３５、第３屈曲部３７、第４屈曲部３９、第５屈曲部４１、第６屈曲部４３、第７屈曲部４５、第８屈曲部４７、及び第９屈曲部４９があり、それぞれの屈曲部には、内周側から外周側に向けてそれぞれスリット５１が形成されている。

印刷電極１１は、周方向に沿って渦状に連続して形成されている。ここで、前記[発明が解決しようとする課題]にて述べたように、スリット５１が形成されていない場合は、印刷電極１１における幅方向のうち内周側に電流が偏って流れやすく、内周側の電流密度が大きくなる。そうすると、内周側の発熱密度が外周側よりも大きくなる傾向になる。

しかし、本実施形態によれば、印刷電極１１の内周側から外周側に向けて延びるスリット５１を形成しているため、印刷電極１１の幅方向における電流密度を均一化することができ、発熱密度も均一化することができる。

また、図３の左上に示すように、外側電極１７の一部を突出させて突出部５３を形成している。内側電極１５の最も外周側には、前述したように、折り返し部２３が形成されており、この折り返し部２３、内側電極１５の第９屈曲部４９、及び外側電極１７で囲まれた部位は、印刷電極１１の印刷密度が低い低密度部５５となる。従って、この低密度部５５に向けて（即ち、内周側に向けて）、外側電極１７の突出部５３を突設させている。この外側電極１７の突出部５３には、外周側から内周側に向けてスリット５１が形成されている。

ここで、前記低密度部５５は、内側電極１５と外側電極１７との間隔が大きい部位であり、発熱密度が低くなっている。従って、この低密度部５５に向けて突出部５３を突出して形成することにより、低密度部５５における発熱温度の低下を防止し、電極形成面１３における均熱性を良好な状態にすることができる。

なお、前述した図２の内側電極１５においても、図２の左端部に示したように、内側電極１５の一端１９及び他端２１と、これらの一端１９，他端２１の内周側に隣接して配置された内側電極１５との間に、別の低密度部５９が形成されている。そして、この低密度部５９に向けて、内側電極１５の一部を突出させた突出部６１が形成されている。

図４は、第２屈曲部におけるスリット近傍部を拡大した平面図である。

図４に示すように、第２屈曲部３５の径方向内側には、外周側に向けて細長く延びる略矩形状のスリット５１が形成されている。スリット５１の長手方向に沿った長さはｘであり、幅はｙに設定されている。また、図３に示すように、互いに隣接する印刷電極同士の間隔をｚとすると、以下の（式１）でΔTが得られる。このΔTが２℃未満となるようにｘ，ｙ，ｚを選択する。

ΔT =(-0.06y-0.773)x-0.24y+0.424z+1.522・・・（式１）
また、下記（式２）によって面積率Ｓを定義する。

ここで、ΔTが２℃未満となるｘ，ｙ，ｚとΔTの値とを（式２）に代入して面積率Ｓを算出し、この算出した面積率Ｓが５％以下になるように、ｘ，ｙ，ｚを設定することにより、電極形成面１３及び加熱面９の均熱性を非常に高くすることができる。

以下に、本実施形態によるセラミックヒータの製造方法を簡単に説明する。

まず、セラミックからなる円盤状の仮焼体又は焼結体の表面（電極形成面１３）に、周方向に沿って渦状に連続した電極を印刷することにより、電極形成面１３の上に印刷電極１１が形成される。そして、この印刷電極１１が形成された仮焼体又は焼結体の上に、セラミック粉体を充填し、該セラミック粉体を圧縮成形することにより、成形体を作成する。次いで、この成形体にホットポレス焼成を施し、所定の機械加工を施すことにより取付穴を形成し、該取付穴を介して給電端子を電極に接続し、加熱部３が完成する。

一方、クーリングプレート部５は、例えばアルミニウム等の金属からなり、内部に冷却流路及び導通孔を形成する。

そして、これらの加熱部３及びクーリングプレート部５をボンディングシート７を介して接合すると、本発明に係るセラミックヒータ１が完成する。

以下に、本発明を実施例を通して具体的に説明する。

[実施例１]
実施例１では、図１と同様の構造を有するセラミックヒータ１を用いて、内部に印刷電極１１が設けられた加熱部３の加熱面９における均熱性を検証した。

セラミックヒータ１における加熱部３は、アルミナからなり、電極形成面１３の上に印刷電極１１が設けられている。なお、加熱部３は、前記実施形態で説明した方法と同じ製造方法によって作製した。

セラミックヒータ１は、略円盤状に形成されており、その外径は３００ｍｍであり、厚さは６ｍｍとした。また、印刷電極１１は図２に示す形状とした。なお、印刷電極１１と加熱面９との距離は、３.５ｍｍとした。

前記セラミックヒータ１の印刷電極１１に、給電端子を介して２９５０Ｗの電力を供給した。具体的には、内側電極１５には２３８０Ｗ、外側電極１７には５９０Ｗの電力を供給した。この状態で、図５，６に示すように、加熱面９における発熱量を赤外線カメラを用いて測定した。図５は本発明例による加熱面９での発熱分布を示している。この印刷電極には、スリットを形成している。一方、図６は印刷電極にスリットを形成していない、比較例による発熱分布を示す。

図５においては、ハッチング部Ｔ１の温度は、白色部Ｔ０の温度よりも約１．１℃低かった。図６においては、ハッチング部Ｔ１の温度は、白色部Ｔ０の温度よりも約１．１℃低く、ハッチング部Ｔ２の温度は、白色部Ｔ０の温度よりも約３．２℃低く、ハッチング部Ｔ３の温度は、白色部Ｔ０の温度よりも約５．４℃低かった。

また、図７のグラフは、図５及び図６での温度分布を示す。即ち、図５，６に示すように、加熱面９の中心部近傍における温度測定開始部ＳＴから、印刷電極の屈曲部（図２参照）に対応する加熱面９の部位を通って、電極形成面１３の外周縁に対応する加熱面９の部位における温度測定終了部ＥＮに至る温度測定部位５７に沿って加熱温度を測定した。

図７に示すように、実線で示す本発明例（図５に相当）では加熱面９の全体における発熱温度の最大値と最低値との差違は１．７℃であり、破線で示す比較例（図６に相当）では４．２℃となった。このように、印刷電極にスリットを形成した本発明例の方が、スリットを形成していない比較例よりも、加熱面９の全体における発熱温度の均熱性が大幅に向上することが判明した。

[実施例２]
次いで、電極間隔ｚを４ｍｍとし、スリットの長さｘ、及び幅ｙを、下記表１に示す値に設定した場合の発熱温度を測定した。また、セラミックヒータ１の大きさを、外径が１４１ｍｍで厚さを６ｍｍとした。なお、加熱部３は、実施例１と同様にアルミナからなり、セラミックヒータ１の製造方法は、実施例１と同一にした。

印刷電極１１に８９７．８Ｗの電力を供給し、加熱面９における発熱温度を測定した。なお、実施例２における８９７．８Ｗの供給電力は、実施例１の外径が３００ｍｍのセラミックヒータ１における３ｋＷの供給電力に相当する発熱密度を有する。

図８は、表１における本発明例７における加熱面９の温度分布を示す概略図である。加熱面９のほぼ全体が、設定温度である４５℃の温度に発熱されており、図８の上部に２箇所、最低温度である４２℃の部位６３が見られた。ここで、設定温度と最低温度との差は３℃であり、２℃よりも大きい。この４２℃の部位の面積６３は、６２．５ｍｍ^２であった。よって、設定温度と最低温度との温度差が２℃よりも大きくなる部位のレンジ外れ面積率は０．４％となった。

なお、このレンジ外れ面積率の算出方法を簡単に説明する。加熱面９と電極形成面１３とは、同一面積に形成されている。まず、加熱面９の全体の面積は、π×（１４１／２）２＝１５６０７ｍｍ^２となる。一方、発熱温度が４２℃（最低温度）の部位６３の面積は、６２．５ｍｍ^２である。従って、表１に示すように、レンジ外れ面積率＝（６２．５／１５６０７）×１００≒０．４％と算出される。

また、図９は、表１中の比較例１の加熱面９における温度分布を示している。この比較例１では、印刷電極１１にスリットを形成しなかった。加熱面９において最低温度である４２℃の部位６３が３箇所見られた。設定温度と最低温度との温度差が２℃よりも大きい部位の面積（部位６３の合計面積）は、１９６７ｍｍ^２であった。従って、表１に示すように、レンジ外れ面積率＝（１９６７／１５６０７）×１００＝１２．６％となる。他のレンジ外れ面積率の算出方法も同様とした。

表１に示すように、電極間隔ｚが４ｍｍの場合、本発明例１〜２０のレンジ外れ面積率は、比較例１のレンジ外れ面積率よりも大幅に小さいことが判明した。

[実施例３]
次いで、電極間隔ｚを１．５ｍｍとし、スリット５１の長さｘ、及び幅ｙを、下記表２に示す値に設定した場合の発熱温度を測定した。また、セラミックヒータ１の大きさを、外径が１１７ｍｍで厚さを６ｍｍとした。なお、加熱部３は、実施例１，２と同様にアルミナからなり、セラミックヒータ１の製造方法は、実施例１及び実施例２と同一にした。

印刷電極１１に６０２．２Ｗの電力を供給し、加熱面９における発熱温度を測定した。なお、実施例３における６０２．２Ｗの供給電力は、実施例１の外径が３００ｍｍのセラミックヒータ１における３ｋＷの供給電力に相当する発熱密度を有する。

図１０は、表２の本発明例２３における温度分布を示す加熱面９の概略図である。加熱面９のほぼ全体にわたって、設定温度である４５℃の温度に発熱されていた。また、最低温度は、設定温度の４５℃よりも０．４℃低い４４．６℃であった。よって、設定温度と最低温度との温度差が２℃よりも大きくなる部位のレンジ外れ面積率は０％となった。

図１１は、表２の比較例２における温度分布を示す加熱面９の概略図である。この比較例２では、印刷電極１１にスリットを形成しなかった。加熱面９において、最低温度である４２℃の部位６３が３箇所見られた。設定温度と最低温度との温度差が２℃よりも大きくなる部位の面積（部位６３の合計面積）は８１７ｍｍ^２であり、レンジ外れ面積率は７．６％となった。

表２に示すように、本発明例２１〜３９におけるレンジ外れ面積率は、比較例２におけるレンジ外れ面積率よりも、大幅に小さい値となった。

次いで、前記実施形態で示した（式１）（式２）について説明する。以下に、（式１）（式２）を再掲する。

ΔT=(-0.06y-0.773)x-0.24y+0.424z+1.522・・・（式１）

前記表１及び表２に記載されたｘ，ｙ，ｚをそれぞれ（式１）に代入してΔTを求める。この（式１）によって求められたΔTが２℃未満となるｘ，ｙ，ｚを選択する。そして、これらのｘ，ｙ，ｚ，ΔTを（式２）に代入して面積率Ｓを求めた。本発明例１〜３９の全てについて、面積率Ｓが５％以下となり、良好な均熱性を有することが判明した。具体的に一例を示す。

本発明例２０では、ｘ＝２．０、ｙ＝３．０、ｚ＝４．０である。（式１）を用いてΔTを算出すると、ΔT≒０．５９２となった。この０．５９２は、２未満であるため、（式２）によって面積率Ｓを求めると、Ｓ≒１．３１（５％以下）となった。このように、本発明例２０では、ΔTが２℃未満となり、面積率Ｓが５％以下となった。

本発明の実施形態によるセラミックヒータを概略的に示す断面図である。 図１のＡ−Ａ線による断面図であり、電極形成面の全体を示している。 図２の一部を拡大した断面図である。 第２屈曲部におけるスリット近傍部を拡大した平面図である。 実施例１において、印刷電極にスリットを形成した本発明例の加熱面での温度分布を示す概略図である。 実施例１において、印刷電極にスリットを形成しない比較例の加熱面での温度分布を示す概略図である。 実施例１において、図５及び図６での温度測定結果を示したグラフである。 実施例２における本発明例７の加熱面の温度分布を示す概略図である。 実施例２における比較例１の加熱面の温度分布を示す概略図である。 実施例３における本発明例２５の加熱面の温度分布を示す概略図である。 実施例３における比較例２の加熱面の温度分布を示す概略図である。

符号の説明

１…セラミックヒータ
３…加熱部
１１…印刷電極
３３…第１屈曲部（屈曲部）
３５…第２屈曲部（屈曲部）
３７…第３屈曲部（屈曲部）
３９…第４屈曲部（屈曲部）
４１…第５屈曲部（屈曲部）
４３…第６屈曲部（屈曲部）
４５…第７屈曲部（屈曲部）
４７…第８屈曲部（屈曲部）
４９…第９屈曲部（屈曲部）
５１…スリット
５３，６１…突出部
５５，５９…低密度部

Claims (2)

1. セラミックスからなる加熱部と、該加熱部に、加熱部の周方向に沿って渦状に連続して形成した帯状の印刷電極とを備えるセラミックヒータであって、
   前記印刷電極は、前記加熱部の内周側に配置された内側電極と、該内側電極の外周側に配置された外側電極とから構成され、
   前記内側電極には、該内側電極の幅方向に、前記加熱部の内周側から外周側に向けて延びる第１のスリットを形成すると共に、前記第１のスリットを、前記内側電極の部位のうち外周側に向けて凸状に折れ曲がる屈曲部に設け、
   前記外側電極には、前記内側電極との間の、前記印刷電極の印刷密度が低い低密度部に向けて突出させた突出部を設け、前記外側電極の幅方向に、前記加熱部の外周側から内周側に向けて延びる第２のスリットを形成すると共に、前記第２のスリットを、前記突出部に設けたこと
   を特徴とするセラミックヒータ。
2. 前記第１のスリットの長さをｘ、幅をｙ、隣接する印刷電極同士の間隔をｚとした場合に、下記（式１）で得られるΔTが２℃未満となるｘ，ｙ，ｚを選択し、このときのｘ，ｙ，ｚ，ΔTを（式２）に代入して面積率Ｓを算出し、この算出した面積率Ｓが５％以下となるように、前記ｘ，ｙ，ｚを設定したことを特徴とする請求項１に記載のセラミックヒータ。
   ΔT=(-0.06y-0.773)x-0.24y+0.424z+1.522・・・（式１）