(57)【要約】  【課題】  均熱性が向上したヒータを提供する。  【解決手段】  ヒータは、第１セラミック層と、該第１セラミック層に設けられた発熱抵抗体と、前記第１セラミック層に接着層を介して積層された第２セラミック層と、該第２セラミック層の内部に設けられた内部電極と、該内部電極に接続されるとともに、前記第２セラミック層から、前記接着層を通って、前記第１セラミック層まで設けられたリードと、前記リードに接続されるとともに、前記第１セラミック層に設けられた電極端子とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１セラミック層と、該第１セラミック層に設けられた発熱抵抗体と、前記第１セラミック層に接着層を介して積層された第２セラミック層と、該第２セラミック層の内部に設けられた内部電極と、該内部電極に接続されるとともに、前記第２セラミック層から、前記接着層を通って、前記第１セラミック層まで設けられたリードと、前記リードに接続されるとともに、前記第１セラミック層に設けられた電極端子とを備えたことを特徴とするヒータ。
【請求項２】
前記電極端子が前記第１セラミック層の側面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のヒータ。
【請求項３】
前記リードは、前記第２セラミック層の側面から、前記接着層の側面を通って、前記第１セラミック層の側面にまで設けられていることを特徴とする請求項２に記載のヒータ。
【請求項４】
前記リードは、パターン状であることを特徴とする請求項３に記載ヒータ。
【請求項５】
前記リードが前記電極端子よりも熱伝導率の小さい材料からなることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ヒータとして、例えば、特許文献１に記載の半導体製造装置用セラミックヒータが知られている。特許文献１に記載の半導体製造装置用セラミックヒータは、上面に加熱面を有する複数のセラミック基板の積層体と、積層体の層間に設けられた発熱抵抗体およびプラズマ電極（内部電極）とを備えている。
【０００３】
近年、ヒータは、加熱面における更なる均熱性の向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１４６５６７号公報
【特許文献２】特開２００６−１２０８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内部電極と外部電源との接続は、例えば、特許文献２に記載の通り、セラミック基板の下面に内部電極の一部が露出するような凹部を形成するとともに、この凹部に給電用端子を挿入することによって行なわれる。しかしながら、特許文献１に記載の半導体製造装置用セラミックヒータにおいて上記の構成を採用すると、加熱面における均熱性を向上させることが困難であった。具体的には、内部電極に給電用端子を接触させてしまうと、その給電用端子から外部に向かって熱が排出されてしまうおそれがあった。そのため、加熱面のうち給電用端子の直上に位置する領域の温度が他の領域と比べて低くなるおそれがあった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様のヒータは、第１セラミック層と、該第１セラミック層に設けられた発熱抵抗体と、前記第１セラミック層に接着層を介して積層された第２セラミック層と、該第２セラミック層の内部に設けられた内部電極と、該内部電極に接続されるとともに、前記第２セラミック層から、前記接着層を通って、前記第１セラミック層まで設けられたリードと、前記リードに接続されるとともに、前記第１セラミック層に設けられた電極端子とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一態様のヒータによれば、内部電極が設けられた第２セラミック層ではなく第１セラミック層に電極端子が設けられており、内部電極と電極端子とがリードによって接続されている。これにより、第２セラミック層における均熱性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ヒータの例を示す断面図である。
【図２】ヒータのうち発熱抵抗体のパターンを示す模式図である。
【図３】ヒータの他の例を示す断面図である。
【図４】ヒータの他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１はヒータ１０の例を示す断面図である。図１に示すように、ヒータ１０は、第１セラミック層１と、第１セラミック層１に設けられた発熱抵抗体２と、第１セラミック層１の上に接着層３を介して積層された第２セラミック層４と、第２セラミック層４の内部に設けられた内部電極５とを備えている。本実施形態のヒータ１０においては、第２セラミック層４の上面が、試料を加熱する加熱面６になっている。
【００１０】
第１セラミック層１は、発熱抵抗体２が設けられた部材である。第１セラミック層１は、例えば、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素またはイットリア等のセラミック材料からなる。ヒータ１０は、平面視したときの形状が、例えば、矩形状の部材である。この場合、第１セラミック層１および第２セラミック層４も矩形状である。第１セラミック層１の寸法は、例えば、矩形状の場合は、縦の長さを１０〜１２０ｍｍ、横の長さを１０〜１２０ｍｍ、厚みを１〜１０ｍｍに設定できる。また、円板状の場合は直径５０ｍｍ〜４５０ｍｍ、厚みは１〜１０ｍｍに設定できる。
【００１１】
また、第１セラミック層１は、下面に凹凸を有していてもよい。第１セラミック層１が下面に凹凸を有していることによって、下面における熱放散性を向上できる。これにより、ヒータ１０の降温を素早く行なうことができる。凹凸としては、例えば、並置された複数の溝を用いることができる。溝は、例えば、第１セラミック層１の横方向または縦方向に沿って伸びるように形成されるとともに、第１セラミック層１の下面の全面に形成されている。第１セラミック層１は、例えば、グリーンシートを積層して、これを焼結することによって作製することができる。
【００１２】
発熱抵抗体２は、第２セラミック層４の上面の加熱面６に載置された試料を加熱するための部材である。発熱抵抗体２は、第１セラミック層１に設けられている。本実施形態のヒータ１０においては、発熱抵抗体２は、第１セラミック層１の上面に設けられている。言い換えると、発熱抵抗体２は、第１セラミック層１のうち第２セラミック層４と対向する面に設けられている。発熱抵抗体２は第１セラミック層１の内部に設けられていてもよい。
【００１３】
発熱抵抗体２に電圧を印加することによって、発熱抵抗体２を発熱させることができる。発熱抵抗体２で発せられた熱は、接着層３および第２セラミック層４の内部を伝わって、第２セラミック層４の上面（加熱面６）に到達する。これにより、加熱面６に載置された試料を加熱することができる。
【００１４】
図２に示すように、発熱抵抗体２は、複数の折り返し部を有する線状のパターンであって、第１セラミック層１の上面のほぼ全面に形成されている。これにより、加熱面６において熱分布にばらつきが生じることを抑制できる。なお、図２は断面を示す図ではないが、理解を助けることを目的として、発熱抵抗体２にハッチングを付している。
【００１５】
発熱抵抗体２は、導体成分およびガラス成分を含んでいる。導体成分としては、例えば銀パラジウム、白金または金等の金属材料を含んでいる。ガラス成分が発泡してしまうことを抑制するために、金属材料としては大気中で焼結可能な金属を選択してもよい。また、ガラス成分としては、ケイ素、アルミニウム、ビスマス、カルシウム、ホウ素および亜鉛等の材料の酸化物を含んでいる。発熱抵抗体２は、第１セラミック層１となるグリーンシートの表面に導電性ペーストをスクリーン印刷しておき、これを焼結することによって作製することができる。
【００１６】
第２セラミック層４は、上面に加熱面６を有する板状の部材である。第２セラミック層４は、被加熱物に接触する部材である。また、第２セラミック層４は、発熱抵抗体２から
伝わった熱のむらを低減して、加熱面６に伝えるための部材である。第２セラミック層４は、上面の加熱面６において、例えば、シリコンウエハまたはシリコンウエハチップ等の被加熱物を加熱する。
【００１７】
第２セラミック層４は、例えばアルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素またはイットリア等のセラミック材料からなる。特に、第２セラミック層４は、第１セラミック層１と同じ材料から成っていてもよい。これにより、第１セラミック層１と第２セラミック層４との熱膨張率を近づけることができるので、第１セラミック層１と第２セラミック層４との間に生じる熱応力を低減できる。
【００１８】
第２セラミック層４の寸法は、例えば、矩形状の場合は、縦の長さを１０〜１２０ｍｍ、横の長さを１０〜１２０ｍｍ、厚みを１〜１０ｍｍに設定できる。また、円形状の場合は直径５０ｍｍ〜４５０ｍｍ、厚みは１〜１０ｍｍに設定できる。
【００１９】
第２セラミック層４は、第１セラミック層１と同様に、例えば、グリーンシートを積層して、これを焼結することによって作製することができる。
【００２０】
第２セラミック層４の下面は、第１セラミック層１の上面と接着層３を挟んで対向している。第２セラミック層４と第１セラミック層１とは、接着層３を介して、接着されている。第１セラミック層１および第２セラミック層４は、例えば、側面が面一になるように形成される。
【００２１】
ヒータ１０は、第２セラミック層４の内部に、内部電極５をさらに備えていている。本実施形態のヒータ１０においては、内部電極５は、温度センサーである。温度センサーは、例えば、導体パターンから成る。この導体パターンの抵抗値の変化を測定することによって、温度を測定することができる。温度センサーが導体パターンから成る場合には、例えば、繰り返し折り曲げた形状で面方向のほぼ全体に引き回されている。導体パターンは、例えば、タングステン、モリブデンまたは白金等の金属材料から成る。
【００２２】
内部電極５は、第２セラミック層４となる複数のグリーンシートの層間に、導電性ペーストをスクリーン印刷しておき、これを焼結することによって作製することができる。
【００２３】
温度センサーを第２セラミック層４に埋設することによって、例えば、温度センサーを第１セラミック層１に埋設する場合と比較して、加熱面６に近い部分で温度を測定することができる。
【００２４】
ヒータ１０の温度制御には以下の方法を用いることができる。具体的には、第２セラミック層４の内部に上述した温度センサーを設けることによって温度を測定できる。以上のようにして測定した第２セラミック層４の温度に基づいて、発熱抵抗体２に印加する電圧を調整することによって、加熱面６の温度が一定になるように発熱抵抗体２の発熱を制御することができる。
【００２５】
接着層３は、第１セラミック層１と第２セラミック層４とを接着するための部材である。接着層３は、第１セラミック層１の上面と第２セラミック層４の下面との間に設けられている。本実施形態のヒータ１０においては、接着層３は、第１セラミック層１と第２セラミック層４とを発熱抵抗体２ごと接着している。接着層３は、例えば、シリコーン樹脂またはエポキシ樹脂等の樹脂材料等から成る。接着層３の厚みは、例えば、０．０１〜０．３ｍｍに設定できる。また、接着層３は、アルミナまたは窒化アルミニウム等のフィラーを含有していてもよい。
【００２６】
本実施形態のヒータ１０においては、図１に示すように、第１セラミック層１の上面に発熱抵抗体２が設けられることにより、発熱抵抗体２で生じた熱を第２セラミック層４だけではなく接着層３においても拡散させることができる。これにより、加熱面６における均熱性を向上できる。
【００２７】
ヒータ１０は、さらにリード７と電極端子８とを備えている。
【００２８】
リード７は、内部電極５と電極端子８とを電気的に接続するための部材である。リード７は、第２セラミック層４からの熱引きを低減することを目的として、電極端子８よりも熱容量が小さい。具体的には、電極端子８が、例えば、棒状の部材からなるのに対して、リード７は、印刷されたパターン状またはスルーホール状の部材である。リード７は第２セラミック層４から接着層３を通って第１セラミック層１まで設けられている。リード７は、例えば、銀、パラジウム、タングステン、モリブデンまたはそれらを主成分とした化合物から成る。
【００２９】
図１に示すヒータ１０においては、リード７はスルーホール状の部材である。リード７は、一端が第２セラミック層４の内部において内部電極５に接続されているとともに、他端が第１セラミック層１の内部において電極端子８に接続されている。リード７は、第２セラミック層４から接着層３を貫いて第１セラミック層１に伸びている。リード７と発熱抵抗体２との間は電気的に絶縁されている。
【００３０】
リード７がスルーホール状の場合は、例えば、以下の方法によりリード７を作製できる。
【００３１】
リード７のうち、第１セラミック層１および第２セラミック層４の内部に位置する部分については、以下の方法を用いることができる。具体的には、第１セラミック層１および第２セラミック層４を作製する際に、グリーンシートに直径０．３〜１ｍｍの穴を開けておき、この穴に導電性ペーストを流し込む。これを焼結することによってスルーホール状のリード７を形成することができる。導電性ペーストとしては、例えば、タングステン、モリブデンまたは銀パラジウム等を主成分とするペーストが挙げられる。
【００３２】
リード７のうち、接着層３の内部に位置する部分については、直径０．３〜１ｍｍ程度のタングステンまたはモリブデンのピンを用いることができる。具体的には、第１セラミック層１の上面および第２セラミック層４の下面にそれぞれに露出したリード７の一部に、上記のピンを接合することによって、リード７のうち接着層３に位置する部分を形成することができる。
【００３３】
電極端子８は、内部電極５と外部の電源とを接続するための部材である。電極端子８は、例えば、棒状の部材からなる。電極端子８がパターン状またはスルーホール状ではなく棒状であることによって、電極端子８が外部の回路と接続されるときに、一定の強度を確保することができる。
【００３４】
電極端子８は、外部の電源との接続を行なうための部材であることから、外部の端子が接合されて用いられる。このとき、接合強度および電気的接続の信頼性を確保するために、電極端子８はリード７と比較して幅および厚みが大きくなるように設定される。そのため、電極端子８はリード７と比較して、剛性が大きい。また、電極端子８は、リード７と比較して、熱容量が大きい。
【００３５】
電極端子８は、例えば、タングステンまたはモリブデン等の金属材料から成る。
【００３６】
図１に示すヒータ１０においては、第１セラミック層１の下面に凹部９が設けられている。凹部９の底面にはリード７が引き出されている。電極端子８は、第１セラミック層１の下面の凹部９に挿入されてリード７に電気的に接続されている。なお、図１に示すヒータ１０においては、電極端子８が凹部９内に挿入されているが、これに限られない。具体的には、リード７が第１セラミック層１の下面にまで引き出されるとともに、この下面に電極端子８が取り付けられることによって、リード７と電極端子８とが接続されていてもよい。
【００３７】
本実施形態のヒータ１０においては、内部電極５が設けられた第２セラミック層４ではなく第１セラミック層１に電極端子８が設けられており、内部電極５と電極端子８とがリード７によって接続されている。これにより、電極端子８による熱引きを低減することができるので、第２セラミック層４における均熱性を向上させることができる。
【００３８】
また、図３に示すように、電極端子８が第１セラミック層１の側面に設けられていてもよい。電極端子８が第１セラミック層１の側面に設けられていることによって、第２セラミック層４の上面（加熱面６）の中心側において均熱性が低下するおそれを低減できる。図３に示すヒータ１０においては、第１セラミック層１の側面に凹部９が設けられるとともに、凹部９内に露出するようにリード７が設けられている。そして、電極端子８は、第１セラミック層１の側面の凹部９に挿入されてリード７に電気的に接続されている。
【００３９】
なお、図３に示すヒータ１０においては、電極端子８が凹部９内に挿入されているが、これに限られない。具体的には、リード７が第１セラミック層１の側面にまで引き出されるとともに、この側面に電極端子８が取り付けられることによって、リード７と電極端子８とが接続されていてもよい。
【００４０】
また、図４に示すように、リード７は、第２セラミック層４の側面から、接着層３の側面を通って、第１セラミック層１の側面にまで設けられていてもよい。これにより、リード７を発熱抵抗体２から遠ざけることができるので、発熱抵抗体２から発せられた熱がリード７を介して外部に逃げてしまうことを低減できる。その結果、第２セラミック層４の上面における均熱性を向上させることができる。
【００４１】
リード７がパターン状の場合は、例えば、以下の方法によりリード７を形成できる。具体的には、内部電極５の一部を第２セラミック層４の側面まで延伸させて、第２セラミック層４の側面に内部電極５を露出させる。この露出させた内部電極５に重なるように、銀等を主成分とする導電性樹脂ペーストを第２セラミック層４の側面から接着層３の側面を通って第１セラミック層１の側面にまで塗布する。これを、硬化させることによってリード７を形成することができる。リード７がパターン状であることによって、リード７がピン等からなる場合と比較して、リード７による熱引きを低減することができる。これにより、第２セラミック層４の上面における均熱性を向上させることができる。パターン状としては、例えば、膜状が挙げられる。
【００４２】
また、リード７が電極端子８よりも熱伝導率の小さい材料からなっていてもよい。これにより、リード７からの熱引きをさらに低減できるので第２セラミック層４の上面における均熱性を向上できる。電極端子８が例えば銅からなる場合であれば、リード７として、例えば、銀パラジウム、タングステンまたはモリブデンを用いることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１：第１セラミック層
２：発熱抵抗体
３：接着層
４：第２セラミック層
５：内部電極
６：加熱面
７：リード
８：電極端子
９：凹部
１０：ヒータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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