JP2005303014A

JP2005303014A - 基板加熱装置

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Publication number: JP2005303014A
Application number: JP2004117237A
Authority: JP
Inventors: Yoshinobu Goto; 義信後藤; Hideyoshi Tsuruta; 英芳鶴田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2004-04-12
Filing date: 2004-04-12
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2024-04-12
Also published as: US20050258160A1; KR20060047165A; KR100655813B1; US7189946B2; JP4761723B2; TW200536425A

Abstract

【課題】加熱面を複数ゾーンに分割し、ゾーンごとに独立した抵抗発熱体を有するセラミックスヒータにおいて、引き出し線の発熱の影響を抑制し、ゾーンごとの温度制御がより精度よく行えるセラミックスヒータを提供する。
【解決手段】一方の面に基板を載置する加熱面を有する板状のセラミックス基体と、加熱面を複数ゾーンに分割し、ゾーンごとに前記セラミックス基体中に埋設され、独立した入出力端子を持つ複数の抵抗発熱体と、各入出力端子に接続され、セラミックス基体の他方の面上に沿って配線される複数の引き出し線とを有する基板加熱装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造工程に用いられる半導体ウエハや液晶基板等を加熱する基板加熱装置に関し、特に、セラミックス基体に抵抗発熱体を埋設した基板加熱装置に関する。

半導体製造プロセスでは、基板加熱装置として、円盤状のセラミックス基体中に線状の抵抗発熱体を埋設したセラミックスヒータが広く使用されている。また、抵抗発熱体とともに、基板を吸着固定するための静電チャック用電極を埋設した、静電チャック機能付セラミックスヒータ、或いはプラズマを発生させるためにＲＦ電極を埋設したＲＦ電極付セラミックヒータも使用されている。

このように抵抗発熱体をセラミックス基体中に埋設したセラミックスヒータは、基体が耐腐食性のセラミックスで形成されており、かつ抵抗発熱体が外部に露出していないため、腐食性ガスを使用することが多いＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）装置やドライエッチング装置内で好適に使用されている。

これらの半導体プロセスで使用されるセラミックスヒータは、その用途により室温から４００℃以上の高温まで、幅広い温度範囲で用いられているが、製品の歩留まりを上げるため、ヒータの加熱面を高い精度で均熱化することが求められている。

多くのセラミックスヒータでは、セラミックス基体中に、連続する一本の線状ヒータエレメントを巻回体に加工した単一の抵抗発熱体が埋設されているが、最近では、加熱面を複数のゾーンに分割し、ゾーンごとに独立した抵抗発熱体を備えたマルチゾーンヒータも採用されている。マルチゾーンヒータでは、ゾーンごとに最適な発熱量を設定できるため、加熱面の均熱化を改善できる。このようなマルチゾーンヒータの例として、セラミックス基体内に９ゾーンの抵抗発熱体を埋設したものが提案されている（特許文献１）。
特開２００１−５２８４３号（第１図）

加熱面を複数ゾーンに分けて、ゾーンごとに独立した抵抗発熱体を備える従来のマルチゾーンヒータでは、各抵抗発熱体がそれぞれ独立に入出力端子を備え、さらに各入出力端子から引き出し線をとり出し、給電線に接続する必要がある。従来のセラミックスヒータでは、引き出し線もセラミックス基体中に埋設されており、セラミックス基体中で配線され、セラミックス基体の裏面中央で給電線と接続されていた。

しかしながら、引き出し線がセラミックス基体中に埋設されている場合は、埋設された引き出し線自体が欠陥となるため、応力発生の要因にならないよう、できるだけ細い線材を引き出し線として使用することが必要になる。また、セラミックス基体の製造プロセスにおいては、セラミックス成形体中に引き出し線を埋設した状態で焼成されるため、焼成温度に耐え得る高融点金属材料を使用する必要がある。

このため、従来は、ヒータエレメント材料と同様に体積抵抗率が高い高融点金属材料を引き出し線として使用していたが、その結果、ヒータエレメントと同様に引き出し線でも発熱が生じていた。各引き出し線をセラミック基材の中央まで配線する場合は、引き出し線が他のゾーンを通過せざるを得ないため、引き出し線の発熱の影響によりゾーンごとの独立した温度制御を精度よく行うことが困難であった。

本発明は、上記従来の課題に鑑み、加熱面を複数ゾーンに分割し、ゾーンごとに独立した抵抗発熱体を有するセラミックスヒータにおいて、引き出し線の発熱の影響を抑制し、ゾーンごとの温度制御をより精度よく行えるセラミックスヒータを提供することを目的とする。

本発明の第１の態様による基板加熱装置は、一方の面に基板を載置する加熱面を有する板状のセラミックス基体と、加熱面を複数のゾーンに分割し、各ゾーンに対応して前記セラミックス基体中に埋設された、独立した入出力端子を持つ複数の抵抗発熱体と、各入出力端子に接続され、セラミックス基体の加熱面以外の外表面上に沿って配線される複数の引き出し線とを有することを特徴とする。

本発明の第２の態様による基板加熱装置は、上記第１の態様の基板加熱装置のセラミックス基体の他方の面上で引き出し線を配線し、この引き出し線を覆うように配置された、絶縁性の補助基材を有することを特徴とする。

本発明の第１の態様による基板加熱装置によれば、加熱面を複数のゾーンに分けて、ゾーンごとに独立した抵抗発熱体を備えたセラミックスヒータにおいて、各抵抗発熱体の入出力端子に接続される引き出し線は埋設させず、セラミックス基体の外表面上で配線するため、引き出し線として、より抵抗の低い材料を使用することができる。したがって、引き出し線の発熱を抑制できるため、引き出し線の影響を受けず、ゾーンごとにより正確な温度制御が可能になる。

また、本発明の第２の態様による基板加熱装置によれば、上記第１の態様による基板加熱装置の効果に加え、引き出し線を絶縁性の補助基材により支持固定でき、さらに被覆できるため、引き出し線を露出させずに使用できる。したがって、周囲の使用ガスの種類によらず、簡易な構造で引き出し線の腐食を抑制できる。

以下、図面を参照しながら、本発明の各実施の形態に係る基板加熱装置とその製造方法について説明する。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態に係る基板加熱装置は、板状のセラミックス基体に複数の抵抗発熱体を埋設したセラミックスヒータであり、加熱面を複数のゾーンに分割し、ゾーンごと独立した抵抗発熱体を有するマルチゾーンヒータである。そして、各抵抗発熱体の入出力端子に接続された引き出し線がセラミックス基体中に埋設されず、セラミックス基体の外表面上に沿って配線されていることを特徴とする。

図１（ａ）は、第１の実施の形態に係る基板加熱装置１の構造を示す断面図である。図１（ｂ）は加熱面のゾーン分割例を示す平面図である。なお、便宜的にリフトピン等の貫通孔等については、図示を省略しているが、適宜必要に応じて配設されるものとする。

図１（ａ）に示すように、第１の実施の形態に係る基板加熱装置１は、一方の面（表面）に基板を載置する加熱面１１を有する円盤状のセラミックス基体１０と、このセラミックス基体１０中に埋設された抵抗発熱体３０とを有するが、この抵抗発熱体３０は、図１（ｂ）に示すように、加熱面１１を６つにゾーン分割して得られたゾーンＡ〜Ｆに対応する複数の抵抗発熱体３０Ａ〜３０Ｆからなり、各抵抗発熱体３０は独立した入出力端子Ｔを有するものである（なお、抵抗発熱体３０というときは、不特定の抵抗発熱体もしくは抵抗発熱体全体を意味するものとする。また、入出力端子Ｔ、引き出し線Ｌについても同様とする）。

加熱面１１のゾーン分割の形態は特に限定されるものではないが、例えば、図１（ｂ）に示すように、加熱面１１を面内方向で、中心部の第１ゾーンＡと、第１ゾーンの外周囲に設けられた第２ゾーンＢと、第２ゾーンの外周領域を周回方向に４等分した第３ゾーン群Ｃ〜Ｄとに分割する。すなわち、計６ゾーンに分割し、各ゾーンに独立した抵抗発熱体３０Ａ〜３０Ｆを埋設し、各抵抗発熱体３０には各ゾーンＡ〜Ｆに適した電圧、電流が供給し、発熱量を調整する。

加熱面１１の外周部では加熱面１１の中心部に比較し、装置外周囲の環境に左右されやすい。また、加熱面１１の中心部では、後述するように、セラミックス基体１０裏面に管状部材等を接続することが多く、管状部材への伝熱の影響により温度が下がる等、ゾーンに応じた加熱条件の相違が存在するため、ゾーンごとに適した発熱量を調整し、加熱面１１の均熱化を図ることが望ましい。

なお、ゾーン分割の態様は、図１（ｂ）に示す態様に限られず、加熱面１１を内側ゾーンとその外周囲の外側ゾーンの２つのみに分割したり、あるいは上述する図１（ｂ）に示す分割の態様において、第３ゾーン群を５以上、例えば６または８分割することも可能である。なお、この面内のゾーン分割に加えて、加熱面１１に対し垂直方向においても複数の抵抗発熱体を埋設し、垂直方向のゾーン分割を面内のゾーン分割に加えてもよい。

図１（ｂ）に示すように、各抵抗発熱体３０Ａ〜３０Ｆは、独立に電流、電圧値を設定し、発熱量を制御するため、それぞれ２つの入出力端子（Ｔ３１，Ｔ３２）、（Ｔ３３，Ｔ３４）、（Ｔ３５，Ｔ３６）、（Ｔ３７，Ｔ３８）、（Ｔ３９，Ｔ４０）及び（Ｔ４１，Ｔ４２）を有している。さらに、図１（ａ）に示すように、各入出力端子Ｔに接続された引き出し線Ｌは、セラミックス基体１０中に埋設されることなく、セラミックス基体１０の外表面である、セラミックス基体１０の裏面に沿って配線され、例えば中央部にまとめられている。なお、ここでは、セラミックス基体１０の外表面としてセラミックス基体１０の裏面を使用しているが、加熱面１１以外の外表面、例えば側面に引き出し線Ｌを配線してもよい。

図２（ａ）は、各ゾーンＡ〜Ｆに埋設された抵抗発熱体３０Ａ〜３０Ｆのレイアウト例を示す平面図である。同図に示すように、抵抗発熱体３０は、線状の導体を屈曲させ、巻回体に加工したものを好ましく使用できる。なお、リフトピン等やパージガス用に設けられた貫通孔に隣接する部分では、抵抗発熱体を迂回させたりするなど、必要に応じてパターンの変形を行うことが望ましい。また、図１（ｂ）では、ゾーンごとに独立した２つの入出力端子を持つ例を示したが、隣接し合うゾーンの入出力端子のうち共通端子とできるものは、ひとつにまとめてもよい。引き出し線の配線レイアウトをより簡易にできる。図２（ａ）に示すように、隣接するゾーン３０Ｃと３０Ｄ、及び３０Ｅと３０Ｆとでは、一方の入出力端子を共通端子Ｔ５０、Ｔ５１としてよい。

図２（ｂ）は、セラミックス基体１０の裏面における各抵抗発熱体３０の端子に接続された引き出し線Ｌの配線例を示す平面図である。第１の実施の形態に係る基板加熱装置１では、各抵抗発熱体３０Ａ〜３０Ｆそれぞれの入出力端子Ｔは、ろう付けまたはねじ止め等により引き出し線Ｌに接続し、各引き出し線Ｌは基板裏面上に配線される。すなわち、引き出し線Ｌは、セラミックス基体１０中に埋設されず、加熱面以外のセラミックス基体１０の裏面に配線されている。例えば、各入出力端子Ｔ３１〜４１及び５０、５１に接続された引き出し線Ｌ３１〜４１、５０及び５１は、セラミックス基体１０の裏面に這うように配線され、一箇所にまとめられる。なお、各引き出し線Ｌは必ずしも一箇所にまとめる必要はないが、このように一箇所にまとめると、給電線への接続もやりやすくなり、基板加熱装置１周囲が整理され、周辺に十分なスペースを設けることができる。

第１の実施の形態による基板加熱装置１では、上述するように、従来、セラミックス基体１０中に抵抗発熱体３０とともに埋設していた引き出し線Ｌをセラミックス基体１０に埋設させずにセラミックス基体１０外表面に沿って配線させているので、セラミックス基体１０での欠陥部分となることがなく、さらに焼成工程を経る必要もないため、線径や材料が限定されず、より低抵抗な導体材料、例えばＮｉやＡｌ等の金属線を使用することができる。

したがって、引き出し線Ｌ自身の発熱を抑制できる。このため、引き出し線Ｌの発熱が抵抗加熱体の温度に影響を与えることがなく、ゾーンごとにより精度の高い温度制御が可能になる。

なお、図２（ｂ）に示すように、必要に応じ、セラミックス基材１０中の所定箇所に熱電対２００を設置し、熱電対２００からの引き出し線ＴＣＬも同様に、セラミックス基材１０の外表面に沿って配線させてもよい。

次に、第１の実施の形態に係る基板加熱装置１の各構成材料について、より具体的に説明する。

まず、セラミックス基体１０の材質は特に限定されないが、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化珪素（ＳｉＮｘ）、炭化珪素（ＳｉＣ）、ムライト（Ａｌ6Ｓｉ2Ｏ13）、窒化ホウ素（ＢＮ）、サイアロン（Ｓｉ6-zＡｌzＯzＮ8-z）等を使用できる。このうち、特に、窒化アルミニウムは、高い熱伝導性を有するため、熱伝導効率が良好であり、加熱面１１での均熱性をより高めることができるため、好ましい。

また、セラミックス基体１０の形状は、上述する円盤形状に限定されず、加熱面１１に載置する基板の形状に合わせて、矩形や多角形にすることができる。加熱面表面も、平坦な面に限られず、加熱面１１表面に凹凸加工を行ったり、基板の大きさにあわせた溝を形成したり、パージガス用の溝を形成してもよい。また、セラミックス基体１０の裏面に、引き出し線Ｌが収納されるガイド溝を形成してもよい。

抵抗発熱体３０材料としては、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、モリブデンカーバイド（ＭｏＣ）、タングステンカーバイド（ＷＣ）等の高融点導電材料を好ましく使用できる。高融点金属以外にも、Ｎｉ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＨｆＣ、ＨｆＢ２、ＺｒＢ２、カーボン等も使用できる。図２（ａ）に示す線状のものに限らず、リボン状、メッシュ状、コイルスプリング状、シート状、印刷電極等種々の形態を採用することもできる。

また、引き出し線Ｌとしては、上述するように、例えば約１ｍｍΦのニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）等の低抵抗金属線材料を使用することができる。また、これらの線状バルク体材料に限らず、印刷体電極を使用してもよい。

なお、後述するように、セラミックス基体１０中には、抵抗発熱体３０とともに、静電チャック用の面状電極を埋設し、静電チャック機能付セラミックスヒータ、またはＲＦ電極付きヒータとしてもよい。

次に、第１の実施の形態に係る基板加熱装置の製造方法について説明する。概略的には、まず、抵抗加熱体３０が埋設されたセラミックス基体１０を作製し、次に、セラミックス基体１０中に埋設されている抵抗発熱体の各入出力端子Ｔに引き出し線Ｌを接続し、セラミックス基体１０の裏面上で引き出し線Ｌを配線する。

セラミックス基体１０の作製工程では、セラミックス基体１０中に抵抗発熱体３０を埋設した成形体を作製し、次いで、得られた成形体を焼成する。セラミックス原料粉としては、窒化アルミニウム、炭化シリコン、窒化シリコン、ムライト、サイアロン等の主原料にイットリア等の希土類酸化物を焼結助剤として添加する。セラミックス基体成形工程では、セラミックス原料粉と焼結助剤を混合、攪拌し、スプレードライヤーで造粒した粉体を金型に充填してプレスし、予備成形体を作製した後、ゾーンごとに回巻体に加工した抵抗発熱体３０を載せ、その上からさらにセラミックス粉体を充填し、プレスを行う。なお、抵抗発熱体３０を載置する際には、予備成形体の抵抗発熱体載置位置に予め溝を形成してもよい。セラミックス基体焼成工程では、上記成形工程で得られた成形体を例えばホットプレス法もしくは常圧焼結法を用いて焼成する。セラミックス原料粉として窒化アルミニウム粉を使用した場合は、窒素中で１７００℃〜２０００℃の温度で約１時間〜１０時間焼成する。ホットプレス時の圧力は、２０kgf/ｃｍ²〜１０００kgf/ｃｍ²以内、より好ましく１００kgf/ｃｍ²〜４００kgf/ｃｍ²とする。ホットプレス法を用いた場合は焼結時に一軸方向に圧力がかかるため、抵抗発熱体と周囲のセラミックス基体１０との密着性を良好にできる。また、抵抗発熱体として金属バルク体電極を使用した場合はホットプレス焼成時にかかる圧力で変形することがない。こうして、Φ２００ｍｍ〜Φ４００ｍｍの円盤形状のセラミックス焼結体からなるセラミックス基体１０を得る。

抵抗発熱体３０の入出力端子Ｔと引き出し線Ｌの接続工程では、セラミックス基体１０の焼成後、溝あけ加工を行い、埋設された各抵抗発熱体の入出力端子Ｔを露出させる。露出した入出力端子Ｔと引き出し線Ｌの端部をろう付け等を用いて接続する。この後、セラミックス基体１０の裏面に沿って、引き出し線Ｌを配線する。配線の固定は、絶縁性接着剤等を利用してもよいが、数箇所をねじ止めする方法等を用いてもよい。

また、引き出し線Ｌを印刷体で形成する場合は、セラミックス基体裏面にＮｉペースト等をスクリーン印刷でパターニングした後、焼成する。抵抗発熱体の入出力端子との接続部分については、ろう付けなどを行うとよい。

引き出し線Ｌの配線は必ずしも中央部に集合させる必要はなく、給電線との接続や、基板加熱装置が設置される周囲の環境、すなわち周囲に配置される装置との位置関係に応じて最適な配置を決定すればよい。

なお、溝あけ加工の際、必要に応じて、加熱面１１に、サンドブラスト法等を用いてエンボスを形成したり、基板を載置するための溝を形成したり、加熱面１１へ流すパージガス用の孔や溝、或いはリフトピン等の孔を形成する。

以上に説明するように、本発明の第１の実施の形態に係る基板加熱装置１によれば、引き出し線Ｌをセラミックス基体１０に埋設させずにセラミックス基体１０の裏面に沿って配線させているので、引き出し線Ｌとして、抵抗発熱体３０の材料とは異なる、より低抵抗な導体、例えばＮｉ等の細線を使用することができる。したがって、引き出し線自身の発熱を抑制できるため、ゾーンごとにより精度の高い温度制御が可能になる。

（第２の実施の形態）
図３に本発明の第２の実施の形態に係る基板加熱装置２の断面図を示す。第２の実施の形態に係る基板加熱装置２は、第１の実施の形態に係る基板加熱装置１のセラミックス基体１０の裏面に補助部材である補助プレート６０を備えていることを特徴とする。補助プレート６０以外の構成は、第１の実施の形態にかかる基板加熱装置１と同様な構造を備える。すなわち、複数の抵抗発熱体３０を埋設したマルチゾーンヒータであり、各抵抗発熱体の入出力端子Ｔに接続された引き出し線Ｌがセラミックス基体１０中に埋設されず、セラミックス基体１０の裏面上に沿って配線されている。

図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第２の実施の形態に係る基板加熱装置２の裏面を示す平面図である。図４（ａ）に示すように、セラミックス基体１０の裏面に配置された補助プレート６０は、セラミックス基体１０の裏面形状と同一サイズの円盤であり、中央部に引き出し線Ｌの取り出しのため、開口部を備えている。セラミックス基体１０の裏面に形成される引き出し線Ｌの配線部分は、補助プレート６０によって覆われている。

したがって、補助プレート６０を備えたことにより、セラミックス基体１０の裏面上に配線される引き出し線Ｌを固定支持することができるとともに、引き出し線Ｌの露出を防止できるため、腐食性ガス中での使用が可能になる。したがって、腐食性ガスを使用する場合において、引き出し線Ｌとして耐腐食性材料にこだわることなく、種々の材料を使用できる。なお、補助プレート６０の中央部から引き出された引き出し線Ｌ、あるいはこれに接続される給電線は絶縁管９０に収納してもよい。また、補助プレート６０を使用することにより、引き出し線Ｌをセラミックス基体１０中に埋設させることなく、簡易な構造で周囲の環境から保護することができる。

補助プレート６０は、必ずしもセラミックス基体１０と同じ平面形状とする必要はなく、少なくとも引き出し線Ｌを被覆できるものであればよい。したがって、例えば、図４（ｂ）に示すように、引き出し線Ｌが存在しない部分には開口部６０ａ〜６０ｃを形成してもよい。

補助プレート６０の材料は、絶縁性を有し、基板加熱装置２の使用温度範囲で十分な耐熱性を有するものであれば特に限定されない。例えば、３００℃以下の比較的低温での使用を前提にする場合は、ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン等のエンジニアプラスティック材料を使用することも可能である。しかし、４００℃以上の高温雰囲気で使用する場合は、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、ムライト、窒化ホウ素、サイアロン等のセラミックス材を使用することが好ましい。さらに、セラミックス基体１０との接続部において熱膨張係数の相違に基因する熱応力の発生を防止するためには、セラミックス基体１０と同じ主成分を持つセラミックス材料を使用することが好ましい。

なお、図５（ａ）に示すように、補助プレート６０には、引き出し線Ｌのガイド溝６２を備えることが望ましい。また、図５（ｂ）に示すように、補助プレート６０の代わりにセラミックス基体１０に引き出し線Ｌのガイド溝１２を備えてもよい。

補助プレート６０とセラミックス基体１０との接続は、例えば図３に示すような、ボルト７０を用いてねじ止めで行うことが好ましい。なお、腐食性ガス中で使用する場合や、２００℃以上の高温で使用する場合は、インコネル等のＮｉ基合金、カーボンまたはセラミックス材のボルトを使用することが好ましい。なお、熱膨張係数の相違による熱応力の発生を防止するためには、セラミックス基材１０、補助プレート６０及びボルト７０を、同一セラミックス材、例えば窒化アルミニウムを使用することが好ましい。Ｎｉ基合金ボルトを使用する場合はセラミックス基体のめねじ部にＮｉ基合金のヘリサートを入れておくとよい。ねじ止めを利用する場合は、接続作業が簡易化でき、分解修理も容易に可能となる。なお、腐食ガス雰囲気から金属の引き出し線を保護するためには、腐食性ガスと活性化反応することで金属への進入を遅らせるような“犠牲材”から成るカバーで覆う。腐食ガス雰囲気から完全に遮断する場合、セラミックス基体と補助プレート界面にOリング又はガスケットを入れて気密性を確保する。ねじ止めのかわりに、固相接合、固液接合、ロウ付けを使用する。

補助プレート６０を樹脂材料で作製する場合は、市販の樹脂材料を円盤状に加工したものを使用するか、成形を行う。また、窒化アルミニウム等のセラミックス材で補助プレート６０を作製する場合は、第１の実施の形態に係るセラミックス基体１０の製造方法と同様な条件で成形工程、及び焼成工程を経て焼結体を作製するとよい。

以上に説明するように、本発明の第２の実施の形態に係る基板加熱装置２によれば、引き出し線Ｌをセラミックス基体１０に埋設させずにセラミックス基体１０の裏面に沿って配線させているので、引き出し線Ｌとして、抵抗発熱体とは異なる、より低抵抗な導体、例えばＮｉ等の細線を使用することができる。したがって、引き出し線自身の発熱を抑制できるため、ゾーンごとにより精度の高い温度制御が可能になるとともに、セラミックス基体１０の裏面上に補助プレート６０を配置し、これにより引き出し線Ｌを被覆するため、引き出し線Ｌをセラミックス基体１０の裏面に沿って配設固定できるとともに、引き出し線Ｌの露出が防止できるため、腐食性ガス中でも引き出し線の腐食を防止できる。

（第３の実施の形態）
図６に第３の実施の形態に係る基板加熱装置３の断面図を示す。

第３の実施の形態に係る基板加熱装置３は、第２の実施の形態に係る基板加熱装置２の裏面中央部に、給電線等を収納する管状部材であるシャフト８０を備えていることを特徴とする。シャフト８０以外の構成は、第２の実施の形態にかかる基板加熱装置２と同様な構造を備える。すなわち、複数の抵抗発熱体３０を埋設したマルチゾーンヒータであり、各抵抗発熱体の入出力端子Ｔに接続された引き出し線Ｌがセラミックス基体１０の裏面上に沿って配線されており、さらにセラミックス基体１０の裏面上に補助プレート６０が配置されている。

シャフト８０は、給電線等を収納するとともに、セラミックス基体１０の支持体としての機能を有するため、セラミックスまたは金属材料等の剛体で形成することが好ましい。基板加熱装置３をドライエッチング装置等のチャンバ内に設置する場合は、シャフト８０をチャンバ壁に固定する。

セラミックス等の耐腐食性材料でシャフト８０を形成する場合は、引き出し線やこれに接続される給電線をシャフト内に収納し、シャフト８０内をシールし、あるいはシャフト８０内を不活性ガスでパージことにより、給電線等の腐食を防止できる。

なお、セラミックス基材１０、補助プレート６０及びシャフト８０は、接続部での熱膨張係数の差による応力発生を防止するため、同じセラミックス材料、例えば窒化アルミニウムを使用することが好ましい。

また、シャフト８０は、好ましくは同様に剛性材料であるセラミックス材で形成された補助プレート６０にボルト７５等で接続固定すればよい。またロウ接合も可能である。ボルト７５材料は、接続部での熱膨張係数の差による応力発生を防止するため、補助プレートと同じセラミックス材料、例えば窒化アルミニウムを使用することが好ましい。

なお、上述するシャフト８０は、必ずしも補助プレート６０に接続されている必要はなく、第１の実施の形態に係る基板加熱装置１のように、補助プレート６０を有さないものに対しても支持体として使用するため、セラミックス基体１０の裏面にねじ止めやろう接合により直接接続してもよい。

また、図６に示す基板加熱装置３には、さらに、セラミックス基体１０中に面状の静電チャック用電極２０又は同様な高周波電極（ＲＦ電極）が埋設されているが、静電チャック用電極（ＲＦ電極）２０は、第１の実施の形態及び第２の実施の形態に係る基板加熱装置１、２の場合にも埋設することは可能である。なお、静電チャック用電極（ＲＦ電極）２０としては、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、及びタングステンカーバイド（ＷＣ）等の高融点金属が使用することが好ましい。また、面状電極の具体的形態は、特に限定はなく、金属バルク体で形成した板状、メッシュ状、パンチングメタルのような板状の電極に穴を開けたものの他、印刷用の金属ペーストを用いた膜状電極、蒸着やスパッタ等で形成した金属薄膜電極でもよい。このように、基板加熱装置３が静電チャック機能を備える場合は、加熱面１１に載置した基板を加熱面１１との良好な密着性を持って固定できるため、加熱面１１の均熱性を反映した基板温度分布を得ることができる。なお、金属バルク体電極を用いた場合には、低抵抗化が可能なため、静電チャック電極としてのみならず、プラズマ発生用のＲＦ電極として使用することもできる。

なお、図６に示す第３の実施の形態に係る基板加熱装置３では、シャフト８０と補助プレート６０とを別体で形成し、ねじ止めにより両者を接合させているが、図７に示すように、シャフト８０と補助プレート６０とが一体となった、シャフト付補助プレート１００を使用してもよい。

図６に示すシャフト８０または図７に示すシャフト付補助プレート１００をセラミックス基材１０と同質の材料を用いて作製する場合は、成形工程、焼成工程、及び加工工程を経て作製する。

成形方法としては、種々の方法を使用できるが、比較的複雑な形状の成形に適した、ＣＩＰ（Cold Isostatic Pressing）法やスリップキャスト等を使用することが好ましい。焼成工程では、上述する成形工程で得られた成形体を焼成するが、成形体形状が複雑なため、常圧焼成法を用いて焼成することが望ましい。セラミックス原料としてＡｌＮを使用する場合は、窒素中で１７００℃〜２０００℃の温度で、約１時間〜１０時間焼成する。加工工程では、焼結体表面及び接合面のラッピング加工等を行い、この後、補助プレート６０との接続を上述するねじ止め等で行う。このとき、セラミックス基体１０裏面に沿って配線され、セラミックス基板裏面中央部に引き出された引き出し線の先端は、シャフト内を通して外部に引き出し、そのまま給電線として使用することが好ましい。

なお、シャフト８０を金属で形成する場合は、金属管を研削加工することで、シャフトを形成する。また、シャフト８０を金属製にした場合は、各引き出し線Ｌは、図６に示すように、絶縁性を確保するために、アルミナ等の絶縁管９０内に収納することが好ましい。

以上に説明するように、本発明の第３の実施の形態に係る基板加熱装置３によれば、本発明の第１及び第２の実施の形態の場合と同様に、引き出し線Ｌをセラミックス基体１０に埋設させずにセラミックス基体１０の裏面に沿って配線させているので、引き出し線Ｌとして、抵抗発熱体とは異なる、より低抵抗な導体、例えばＮｉ等の細線を使用することができる。したがって、引き出し線自身の発熱を抑制できるため、ゾーンごとにより精度の高い温度制御が可能になるとともに、セラミックス基体１０の裏面上に補助プレート６０を配置し、これにより引き出し線Ｌを被覆するため、腐食性ガス中でも、引き出し線Ｌの露出が防止できるため、引き出し線の腐食を防止できる。さらに、シャフト８０を有しているため、基板加熱装置の支持体としてシャフト８０を使用できるとともに、シャフト８０内に引き出し線Ｌ及びこれに接続される給電線を収納することができる。シャフト８０内を不活性ガスでパージしたり、外部環境と遮断することにより、引き出し線及び給電線の腐食を防止できる。

以上、実施の形態および実施例に沿って本発明の基板加熱装置について説明したが、本発明はこれらの実施の形態および実施例の記載に限定されるものでない。種々の改良および変更が可能なことは当業者には明らかである。補助プレート６０やシャフト８０は、基板加熱装置を腐食性ガス中で使用する場合に限らず、使用できる。

本発明の第１の実施の形態に係る基板加熱装置の構造を示す断面図と加熱面のゾーン分割状態を示す平面図である。本発明の第１の実施の形態に係る基板加熱装置における抵抗発熱体の埋設パターンを示す平面図と、セラミックス基材の裏面における各抵抗発熱体の入出力端子からの引き出し線の配線例を示す平面図である。本発明の第２の実施の形態に係る基板加熱装置の構造を示す断面図である。本発明の第２の実施の形態に係る基板加熱装置の裏面の状態を示す平面図である。本発明の第２の実施の形態に係る基板加熱装置の補助プレート、もしくはセラミックス基材に形成する溝の状態を例示する部分断面図である。本発明の第３の実施の形態に係る基板加熱装置の構造を示す断面図である。本発明の第３の実施の形態に係る基板加熱装置の他の態様を示す断面図である。

符号の説明

１、２Ａ、２Ｂ、３Ａ、３Ｂ基板加熱装置
１０セラミックス基体
２０静電チャック用電極(ＲＦ電極)
３０抵抗発熱体
Ｔ（Ｔ３１〜Ｔ５１）出入力端子
Ｌ（Ｌ１１〜Ｌ４２）引き出し線
７０、７５ねじ
８０シャフト
９０絶縁管

Claims

一方の面に基板を載置する加熱面を有する板状のセラミックス基体と、
前記加熱面を複数ゾーンに分割して得られる各ゾーンに対応して前記セラミックス基体中に埋設された、独立した入出力端子を持つ複数の抵抗発熱体と、
各前記入出力端子に接続され、前記セラミックス基体の前記加熱面以外の外表面上に沿って配線される複数の引き出し線とを有する基板加熱装置。
前記外表面は、前記セラミックス基体の他方の面であることを特徴とする請求項１に記載の基板加熱装置。
前記セラミックス基体の前記他方の面上に、前記引き出し線を覆うように配置された、絶縁性の補助基材を有する請求項２に記載の基板加熱装置。
前記補助基材は、セラミックス製板状体である請求項３に記載の基板加熱装置。
前記補助基材は、前記引き出し線を配線するためガイド用溝を有する、請求項３または４に記載の基板加熱装置。
前記補助基材は、前記セラミックス基体にねじ止めされていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の基板加熱装置。
前記セラミックス基体の他方の面の中央部に直接または間接に接続された管状部材を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の基板加熱装置。
前記補助基材を介して、前記セラミックス基体の他方の面の中央部に接続された管状部材を有する請求項３〜６のいずれか１項に記載の基板加熱装置。
前記管状部材は、前記補助基材にねじ止めされていることを特徴とする請求項８に記載の基板加熱装置。
前記管状部材は、金属製もしくはセラミックス製であることを特徴とする請求項７〜９のいずれか１項に記載の基板加熱装置。
前記補助基材と前記管状部材とは、セラミックス一体焼結品であることを特徴とする請求項８に記載の基板加熱装置。
さらに、前記セラミックス基体中の前記抵抗発熱体より加熱面側に埋設された、静電チャック用の面状電極または高周波電極を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の基板加熱装置。
前記セラミックス基体は、窒化アルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の基板加熱装置。
前記抵抗発熱体は、モリブデンまたはタングステンを主成分とする金属材で形成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の基板加熱装置。
前記引き出し線は、ニッケル線またはアルミニウム線である請求項１〜１４のいずれか１項に記載の基板加熱装置。
前記加熱面の複数ゾーン分割は、前記加熱面を面内方向で、
中心部の第１ゾーンと、前記第１ゾーンの外周囲に設けられた第２ゾーンと、前記第２ゾーンの外周領域を周回方向に複数等分した第３ゾーン群とに分割するものであることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の基板加熱装置。