(57)【要約】上面に基板載置面を有する円板形状のセラミックスからなる基板載置台と、基板載置面側から見て、基板載置台の複数のゾーンにそれぞれ埋設された複数の発熱回路と、複数の発熱回路の端部にそれぞれ接続された複数の電極端子と、複数の電極端子にそれぞれ接続された複数の給電部と、基板載置台の下面中央部に接続された筒状支持体と、筒状支持体の内側に基板載置台と対向するように配置された円板状の絶縁体と、を備える。複数の給電部は、複数の電極端子から絶縁体に向かって延在するように配置され、かつ、絶縁体に沿って絶縁体の中心部に集められ絶縁体の基板載置台と対向する面とは反対側の面から延出している、セラミックスヒータ。
2019012959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に基板載置面を有する円板形状のセラミックスからなる基板載置台と、
前記基板載置面側から見て、前記基板載置台の複数のゾーンにそれぞれ埋設された複数の発熱回路と、
前記複数の発熱回路の端部にそれぞれ接続された複数の電極端子と、
前記複数の電極端子にそれぞれ接続された複数の給電部と、
前記基板載置台の下面中央部に接続された筒状支持体と、
前記筒状支持体の内側に前記基板載置台と対向するように配置された円板状の絶縁体と、を備え、
前記複数の給電部は、前記複数の電極端子から前記絶縁体に向かって延在するように前記筒状支持体の内側に配置され、かつ、前記絶縁体に沿って前記絶縁体の中心部に集められ前記絶縁体の前記基板載置台と対向する面とは反対側の面から延出している、セラミックスヒータ。
【請求項２】
前記複数の給電部の各々は、前記筒状支持体の内側で下方に延在する第１給電線と、前記絶縁体の前記基板載置台と対向する面とは反対側の面から延出する第２給電線と、前記第１給電線と前記第２給電線の間に介在する導電部とからなり、前記導電部は、前記絶縁体の下面において絶縁体の中心部から外縁部に向かって延在するように設けられている、請求項１に記載のセラミックスヒータ。
【請求項３】
少なくとも前記第１給電線又は前記第２給電線のいずれかは、前記絶縁体と、ねじ止め、リベット止め、溶接、又はろう付けにより接続されている、請求項２に記載のセラミックスヒータ。
【請求項４】
前記第１給電線は撚り線からなり、前記第２給電線は導電性の棒状体からなる、請求項２又は請求項３に記載のセラミックスヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、セラミックスヒータに関する。本出願は、２０１７年７月１３日出願の日本出願２０１７−１３６８２１号に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＬＳＩなどの半導体デバイスを製造する半導体製造装置では、被処理物である半導体基板（半導体ウエハ）に対してＣＶＤやスパッタリングに代表される成膜処理やエッチング処理など、様々な薄膜処理が施される。これらの薄膜処理は、半導体基板を所定の温度に加熱した状態で処理を行うのが一般的であるため、当該処理が行われる真空チャンバー内には、載置面に載置された半導体基板をその下面から加熱するサセプタとも称するセラミックス製のヒータが搭載されている。【０００３】
上記のセラミックスヒータは、例えば特許文献１に示されるように、上面に平坦な基板載置面を備えたセラミックス製の円板状部材からなる基板載置台と、これを下面側から支持する円筒状の支持部材とから構成されている。基板載置台の内部にはパターニング加工された金属薄膜からなる抵抗発熱体や電熱コイル等の発熱回路が基板載置面に平行な面内に埋設されている。発熱回路の両端部には基板載置台の下面側から挿入した電極端子が電気的に接続している。この電極端子及びそれに接続される給電線を介して外部電源から該発熱回路に給電が行われる。【０００４】
かかる構造のセラミックスヒータでは、製品となる半導体デバイスの品質にばらつきが生じないように、基板載置面での均熱性を高めて半導体基板を全面に亘って均一に加熱することが求められている。そのため、該発熱回路の回路パターンを緻密にして温度ムラが生じないようにしたり、基板載置面を複数のゾーンに区分してそれらの各々に配した発熱回路に個別に給電することでゾーンごとにきめ細かく温度制御したりすることが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１７２２４号公報
【発明の概要】
【０００６】
本開示のセラミックスヒータは、上面に基板載置面を有する円板形状のセラミックスからなる基板載置台と、基板載置面側から見て、基板載置台の複数のゾーンにそれぞれ埋設された複数の発熱回路と、複数の発熱回路の端部にそれぞれ接続された複数の電極端子と、複数の電極端子にそれぞれ接続された複数の給電部と、基板載置台の下面中央部に接続された筒状支持体と、筒状支持体の内側に基板載置台と対向するように配置された円板状の絶縁体と、を備える。複数の給電部は、複数の電極端子から絶縁体に向かって延在するように筒状支持体の内側に配置され、かつ、絶縁体に沿って絶縁体の中心部に集められ絶縁体の基板載置台と対向する面とは反対側の面から延出している。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本開示に係るセラミックスヒータの実施形態の縦断面図である。
【図２】図２は、図１のセラミックスヒータが有する複数の発熱回路の回路パターンを示す平面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、図１のセラミックスヒータが有する多電極集約構造部の部分縦断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、図１のセラミックスヒータが有する多電極集約構造部の底面図である。
【図４】図４は、従来のセラミックスヒータの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
上記の薄膜処理の際、真空チャンバー内の雰囲気は腐食環境になるので、基板載置台の下面側に位置する電極端子は、真空チャンバー内の雰囲気から隔離するのが好ましい。そこで、従来、基板載置台を下面側から支える筒状支持体の上下両端部をそれぞれ基板載置台の下面及び真空チャンバーの底部に気密に接合すると共に、上記電極端子を筒状支持体の内側に設置することが行われている。
【０００９】
しかしながら、基板載置面を複数のゾーンに区分して複数の発熱回路をそれらゾーン内にそれぞれ埋設する場合は、当該複数の発熱回路の端部に接続する複数の電極端子、及びそれらと外部電源とを接続する複数の給電線を筒状支持体の内側の狭い空間内に収納する必要がある。その結果、これら複数の給電線は筒状支持体の内側において錯綜し、組み立て時や点検時の作業が煩雑になって結線位置を間違えたり、短絡が生じたりすることがあった。
【００１０】
［本開示が解決しようとする課題］
本開示は、このような事情に鑑みてなされたものであり、基板載置台の載置面上に画定した複数のゾーン内にそれぞれ埋設された複数の発熱回路に給電するための複数の給電線を、該基板載置台の下面側に設けられた筒状支持体の内側において錯綜させることなく収納することが可能な半導体基板加熱用のセラミックスヒータを提供することを目的とする。
【００１１】
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。本開示のセラミックスヒータは、上面に基板載置面を有する円板形状のセラミックスからなる基板載置台と、基板載置面側から見て、基板載置台の複数のゾーンにそれぞれ埋設された複数の発熱回路と、複数の発熱回路の端部にそれぞれ接続された複数の電極端子と、複数の電極端子にそれぞれ接続された複数の給電部と、基板載置台の下面中央部に接続された筒状支持体と、筒状支持体の内側に基板載置台と対向するように配置された円板状の絶縁体と、を備える。複数の給電部は、複数の電極端子から絶縁体に向かって延在するように筒状支持体の内側に配置され、かつ、絶縁体に沿って絶縁体の中心部に集められ絶縁体の基板載置台と対向する面とは反対側の面から延出している。これにより、基板載置台の内部に埋設された複数の発熱回路への給電用の複数の給電部を、該基板載置台の下面側に設けた筒状支持体の内側において錯綜させることなく収納することができる。
【００１２】
上記のセラミックスヒータにおいて、複数の給電部の各々は、筒状支持体の内側で下方に延在する第１給電線と、絶縁体の基板載置台と対向する面とは反対側の面から延出する第２給電線と、第１給電線と第２給電線の間に介在する導電部とからなり、導電部は、絶縁体の下面において絶縁体の中心部から外縁部に向かって延在するように設けられていることが好ましい。これにより筒状支持体の内側において給電部間の干渉を和らげることができる。また、組み立て時や点検時に各給電部の接続位置を容易に把握することができる。
【００１３】
また、上記のセラミックスヒータにおいて、少なくとも第１給電線又は第２給電線のいずれかは、絶縁体と、ねじ止め、リベット止め、溶接、又はろう付けにより接続されていることが好ましい。これにより、導電体に確実に給電線を接続することができるので、短絡等の問題が生じにくくなる。また、上記のセラミックスヒータにおいては、第１給電線は撚り線からなり、第２給電線は導電性の棒状体からなることが好ましい。これにより、セラミックスヒータの加熱や冷却の際に給電線に熱応力が生じにくくなるうえ、組み立て時や点検時の作業が容易になる。
【００１４】
次に、本開示のセラミックスヒータ１０の一具体例として、半導体基板に対してエッチング処理やＣＶＤ処理などを行う半導体製造装置の真空チャンバー内に搭載される基板加熱用セラミックスヒータについて説明する。本開示のセラミックスヒータ１０は、図１に示すように半導体基板を載置する基板載置面１ａを上面に備えた好適にはセラミックスからなる略円板状の基板載置台１と、この基板載置台１の下面の中央部に接合され、基板載置台１をその下面側から支持する好適にはセラミックスからなる略円筒形状の筒状支持体２と、この筒状支持体２の内側において基板載置台１と対向するように配置された円板状の絶縁体３とを有している。
【００１５】
これら基板載置台１や筒状支持体２の材質であるセラミックスとしては、例えば窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化アルミニウム等を挙げることができる。これらの中では熱伝導率の高い窒化アルミニウムが好ましい。基板載置台１と筒状支持体２は互いに同じ材質からなることが好ましい。これにより加熱や冷却の際に基板載置台１と筒状支持体２は、同様に膨張や縮小させることができる。よって、熱応力による基板載置面１ａの反りや基板載置台１と筒状支持体２との接合部の破損等の問題を生じにくくすることができる。
【００１６】
筒状支持体２の上下両端部は外側に屈曲したフランジ部を有している。フランジ部の環状端面には、図示しないＯ−リング、ガスケット等のシール材が設けられている。フランジ部を貫通する図示しないネジ等の結合手段によって、筒状支持体２の上下両端部は基板載置台１の下面及び図示しない真空チャンバーの底部にそれぞれ気密に接合している。これにより、筒状支持体２の内側を真空チャンバー内の腐食性ガス雰囲気から隔離することが可能になる。
【００１７】
本開示のセラミックスヒータ１０では、図２に示すように、基板載置台１の基板載置面１ａが周方向に６つに均等に区分されている。これにより画定される６つの扇形ゾーンの各々をほぼ全面的にカバーするように、同心円状の複数の湾曲部と、これら湾曲部の隣接するもの同士を接続する直線部とがジグザグ状に連なった扇形の回路パターンを有する発熱回路１１〜１６がそれぞれ埋設されている。
【００１８】
上記の６つの発熱回路１１〜１６は、いずれも一端部に個別の電極端子２１〜２６が電気的に接続している。発熱回路１１〜１６の他端部には、共通の電極端子２０が電気的に接続している。発熱回路１１〜１６の端部と電極端子２０〜２６とは、例えばカシメ、溶接、ロウ接、ネジ止め等の接合方法により接続できる。合計６個の電極端子２１〜２６及び１個の共通電極端子２０は基板載置台１の下面側から部分的に突出し、突出部分に複数の給電部として７本の給電体３０〜３６がそれぞれ接続している。
【００１９】
７本の給電体３０〜３６は、それぞれ第１給電線３０ａ〜３６ａと、第２給電線３０ｂ〜３６ｂと、これら両給電線の間に介在する導電体３０ｃ〜３６ｃとから構成される。基板載置面１ａの中心部に位置する共通電極端子２０用の給電体３０を除く６本の給電体３１〜３６は、筒状支持体２の内側で下方に向かって延在してから円板状の絶縁体３に沿って絶縁体３の中心部に集められた後、絶縁体３の基板載置台１と対向する面とは反対側の面から筒状支持体２の下端側へ延出するようになっている。なお、本開示のセラミックスヒータでは、図２の回路パターンに示すように共通電極端子２０が基板載置面１ａの中心部に位置している。よって、給電体３０は絶縁体３に沿って絶縁体３の中心部に集められる構造にはなっていない。一方、共通電極端子２０の位置によっては６本の給電体３１〜３６と同様に絶縁体３に沿って絶縁体３の中心部に集められる構造になる場合がある。
【００２０】
７本の給電体３０〜３６について具体的に説明する。７個の電極端子２０〜２６の突出部分には、例えば金属の撚り線からなる第１給電線３０ａ〜３６ａがそれぞれ電気的に接続している。第１給電線３０ａ〜３６ａは、筒状支持体２の内側の下方に位置する絶縁体３に向かって筒状支持体２の内側をほぼ鉛直方向に垂下している。絶縁体３には上記の電極端子２０〜２６のほぼ真下の位置に７個の貫通孔が設けられている。第１給電線３０ａ〜３６ａの先端部はこれら貫通孔をそれぞれ通り抜けて絶縁体３の下面側に設けられた導電体３０ｃ〜３６ｃの一端部にそれぞれ導通可能に固定されている。なお、絶縁体３の外径は、筒状支持体２の内径よりも数ｍｍ程度小さく形成されている。これにより筒状支持体２の内側において移動可能な状態で第１給電線３０ａ〜３６ａに吊り下げられるようにして配されている。
【００２１】
７個の導電体３０ｃ〜３６ｃのうち絶縁体３の中央部に位置する導電体３０ｃを除く導電体３１ｃ〜３６ｃは、図３Ａ、図３Ｂに示すように、絶縁体３の下面側において絶縁体３のラジアル方向（放射方向）に均一に延在するように設けられている。なお、図３Ａでは、絶縁体３の下面側の７か所に設けられた矩形の溝部内に短冊状の導電体３０ｃ〜３６ｃがそれぞれ嵌められた構造になっている。しかし導電体３０ｃ〜３６ｃの形態はこれに限定されるものではない。溝部のない平坦な絶縁板の下面に導電体を固定してもよいし、メタライズ法等で薄膜状の導電体を成膜してもよい。また、絶縁体３の下面における導電体３１ｃ〜３６ｃの延在方向や長さは、絶縁体３の中心部から外縁部に向かって延在するのであれば図３Ｂに示すような絶縁体３のラジアル方向に一定の長さで均一に延在する場合に限定するものではない。つまり電極端子２１〜２６の位置に応じて導電体３１ｃ〜３６ｃの長さが各々異なっていてもよい。あるいは、導電体３１ｃ〜３６ｃの延在方向が不均一であってもよい。
【００２２】
７本の第１給電線３０ａ〜３６ａの先端部は、共通電極端子２０用の第１給電線３０ａを除いて６個の導電体３１ｃ〜３６ｃにおける絶縁体３の中心側とは反対側の端部に電気的に接続している。６個の導電体３１ｃ〜３６ｃにおいて絶縁体３の中心側の端部に、筒状支持体２の外部に延出する６本の第２給電線３１ｂ〜３６ｂが電気的に接続している。これにより、６本の給電体３１〜３６においては、筒状支持体２の内側において絶縁体３の中心部に集められることになる。よって、給電体３０を合わせた７本の給電体の全体を集約化された形態として外部電源に接続することが可能になる。
【００２３】
なお、前述したように、共通電極端子２０は基板載置面１ａの中心部に位置している。よって、導電体３０ｃにおいて絶縁体３の中心側の一端部に第１給電線３０ａが電気的に接続している。絶縁体３の反対側の他端部には、第２給電線３０ｂが電気的に接続している。しかし、共通電極端子２０の位置によっては接続位置がこの逆になる場合がある。また、発熱回路の端部を共通電極端子に代えて個別の電極端子にする場合は、給電体の数は１２本になる。よって、１２本の第２給電線が筒状支持体２の外部に延出することになる。
【００２４】
７本の第２給電線３０ｂ〜３６ｂの各々は、第１給電線３０ａ〜３６ａと同様の金属の撚り線でもよい。または、導電性の棒状体からなるいわゆるピン構造にしてもよい。このように７本の第２給電線３０ｂ〜３６ｂをピン構造にすると共に、外部電源側の給電線の先端部を該ピン構造の第２給電線群に対して一括して係合可能なソケット構造にすることで、外部電源側の給電線との取り合い部の構造を簡素化することができる。なお、導電体３０ｃ〜３６ｃの少なくとも第１給電線３０ａ〜３６ａ又は第２給電線３０ｂ〜３６ｂとの接続は、ねじ止め、リベット止め、溶接、又はろう付けによって行うことが好ましい。
【００２５】
以上説明した多電極集約構造部を採用することにより、図４に示す従来のセラミックスヒータ１００が抱える問題を解消することができる。すなわち、従来のセラミックスヒータ１００では、図４に示すように基板載置台１０１の下面に設けた電極端子１２０〜１２６に電気的に接続された給電線１３０〜１３６は、特に拘束されることなく筒状支持体１０２の内側にランダムに収納される。よって、給電線１３０〜１３６の間で短絡が生じたり、組み立て時や点検時に給電線１３０〜１３６の結線位置を間違えたり等の問題が発生することがあった。また、筒状支持体１０２の下端部から延出される給電線１３０〜１３６の長さにばらつきが生じ、外部電源との接続が困難になることがあった。
【００２６】
これに対して、本開示のセラミックスヒータの多電極集約構造部を採用することにより、基板載置台の内部に埋設された複数の発熱回路の給電用の複数の給電線が筒状支持体の内側に収納される場合であっても、これら給電線が錯綜しなくなり、組み立てや点検が用意になる。さらに、給電線の結線ミスや短絡等の問題発生を防ぐことができる。
【００２７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００２８】
１、１０１      基板載置台
１ａ、１０１ａ  基板載置面
２、１０２      筒状支持体
３              絶縁体
１１〜１６      発熱回路
２０、１２０    共通の電極端子
２１〜２６、１２１〜１２６      個別の電極端子
３０〜３６      給電体
３０ａ〜３６ａ  第１給電線
３０ｂ〜３６ｂ  第２給電線
３０ｃ〜３６ｃ  導電体
１３０〜１３６  給電線
１０、１００  セラミックスヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【国際調査報告】
2019012959.tif 000008
2019012959.tif 000009
2019012959.tif 000010