(57)【要約】【課題】熱電対がサセプターの周囲のスペースを圧迫せず、しかも熱電対に過度の圧力がかかることのないサセプターを提供する。【解決手段】円盤状のセラミックプレート２０の中に、熱電対５０が埋設されている。熱電対５０は、互いに材料組成の異なる第１及び第２素線５１，５２と、第１及び第２素線５１，５２の先端を接合した測温部５０ａと、第１及び第２素線５１，５２を被覆する高純度アルミナ又はＭｏからなる水平及び垂直保護管５３，５４とを備えている。セラミックプレート２０は、一対のセラミックディスク２２，２４を接合したものであり、熱電対５０は、下方のセラミックディスク２４に形成された水平溝２４ａに配置されている。【選択図】図１
2012080103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円盤状のセラミックプレートと、
前記セラミックプレートの内部に形成された熱電対収納スペースと、
前記熱電対収納スペースに収納され、互いに材料組成の異なる第１及び第２素線の先端同士が接合されて測温部を形成している熱電対と、
を備えたサセプター。
【請求項２】
前記セラミックプレートは、一対のセラミックディスクを接合したものであり、
前記熱電対収納スペースは、前記一対のセラミックディスクの一方の接合面に形成された水平溝であるか又は両方の接合面に形成された水平溝同士を合わせたものである、
請求項１に記載のサセプター。
【請求項３】
前記第１及び第２素線は、前記一対のセラミックディスクの接合温度以上の耐熱性を有している、
請求項２に記載のサセプター。
【請求項４】
前記熱電対は、前記測温部が前記セラミックプレートの外周側に配置されている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のサセプター。
【請求項５】
前記熱電対は、前記セラミックプレートのウエハ載置面とは反対側の面の近くに配置されている、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のサセプター。
【請求項６】
前記熱電対は、前記測温部が前記ウエハ載置面の近くに配置されるよう屈曲している、
請求項５に記載のサセプター。
【請求項７】
前記測温部は、前記セラミックプレートにばね力をもって接する形状に形成されている、
請求項１〜６のいずれか１項に記載のサセプター。
【請求項８】
前記熱電対は、前記セラミックプレートの中に放射線状に複数埋設されている、
請求項１〜７のいずれか１項に記載のサセプター。
【請求項９】
前記熱電対は、前記第１及び第２素線が前記測温部を除き互いに離間した状態で素線のまま前記熱電対収納スペースに収納されている、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の記載のサセプター。
【請求項１０】
前記熱電対は、前記第１及び第２素線が前記測温部を除き互いに離間した状態で保護管に被覆されたものである、
請求項１〜８のいずれか１項に記載のサセプター。
【請求項１１】
前記熱電対は、シース熱電対である、
請求項１０に記載のサセプター。
【請求項１２】
前記セラミックプレートに取り付けられた中空のシャフトと、
該シャフトのうち前記セラミックプレートと反対側に取り付けられた支持部材と
を備え、
前記シャフトの内部は不活性ガスでパージされている、
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のサセプター。
【請求項１３】
請求項１〜１１のいずれかに記載のサセプターを製造する方法であって、
（ａ）一方又は両方に前記熱電対を配置するための水平溝が形成された一対のセラミックディスクを用意する工程と、
（ｂ）前記水平溝に前記熱電対を配置した状態で前記一対のセラミックディスクを接合することにより、前記水平溝が前記熱電対収納スペースになった前記セラミックプレートを得る工程と、
を含むサセプターの製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、サセプター及びその製法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体の製造工程で半導体ウエハを加熱するための台として使用するサセプターが知られている。こうしたサセプターとしては、ウエハ載置面を有する円盤状のセラミックプレートの内周側と外周側にそれぞれ独立にヒーターを埋め込んだ２ゾーンヒーターと呼ばれるものが知られている（例えば特許文献１）。２ゾーンヒーターは、セラミックプレート中に、内周側抵抗発熱体と外周側抵抗発熱体とをそれぞれ独立に埋め込み、各抵抗発熱体に給電端子を設け、各抵抗発熱体にそれぞれ独立に電圧を印加することにより、各抵抗発熱体からの発熱を独立して制御するものである。具体的には、セラミックプレートの内周側の温度と外周側の温度とを測定し、セラミックプレートの全面が目標温度となるように各抵抗発熱体からの発熱を制御する。セラミックプレートの内周側の温度と外周側の温度を測定するにあたっては、ゾーンごとにつまり内周側と外周側のそれぞれに、熱電対用の穴を設け、その穴に熱電対を配置し、各熱電対により温度を測定する方法が知られている（例えば特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−８８４８４号公報
【特許文献２】特開２００５−１６６３５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、外周側に熱電対用の穴を設けてその穴に熱電対を配置する場合、次のような問題がある。すなわち、通常、セラミックプレートのうちウエハ載置面とは反対側の面には中空のシャフトが取り付けられ、そのシャフトの内部に熱電対や給電線などが配置される。このため、セラミックプレートの外周側に開けた穴に熱電対を配置する場合、シャフトの径を大きくする必要があるが、そうすると、例えば、ウエハ載置面上のウエハを上下させるリフターピンをセットできないおそれがある。リフターピンは、シャフトの外側においてセラミックプレートの外周側に設けた貫通穴に挿通されるものであるが、シャフトの径が大きくなりすぎると、セラミックプレートのうちシャフトの外側の領域が狭くなりすぎてリフターピンを設置するスペースがなくなるからである。この点を考慮すると、セパレータプレートに熱電対を埋めてしまうことが考えられるが、その場合には製造時や使用時に熱電対に過度の圧力がかかり、耐久性を損ねることがある。
【０００５】
本発明はこのような課題を解決するためになされたものであり、熱電対がサセプターの周囲のスペースを圧迫せず、しかも熱電対に過度の圧力がかかることのないサセプターを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００７】
本発明のサセプターは、
円盤状のセラミックプレートと、
前記セラミックプレートの内部に形成された熱電対収納スペースと、
前記熱電対収納スペースに収納され、互いに材料組成の異なる第１及び第２素線の先端同士が接合されて測温部を形成している熱電対と、
を備えたものである。
【０００８】
このサセプターでは、熱電対はセラミックプレートの内部に形成された熱電対収納スペースに収納されているため、熱電対がサセプターの周囲のスペースを圧迫することがない。また、熱電対収納スペースを形成せずにセラミックプレートに熱電対を埋設した場合に比べて、製造時や使用時に熱電対に過度の圧力がかかることがない。
【０００９】
本発明のサセプターにおいて、前記セラミックプレートは、一対のセラミックディスクを接合したものであり、前記熱電対収納スペースは、前記一対のセラミックディスクの一方の接合面に形成された水平溝であるか又は両方の接合面に形成された水平溝同士を合わせたものとしてもよい。こうすれば、セラミックプレートの内部に熱電対収納スペースを容易に作製することができる。この場合、前記第１及び第２素線は、前記一対のセラミックディスクの接合温度以上の耐熱性を有していることが好ましい。こうすれば、セラミックディスクを接合する際の熱によって第１及び第２素線が断線するおそれがない。なお、水平溝と熱電対とのクリアランス（深さ方向の隙間）は、ゼロだと接合界面が剥離又は熱電対が断線するおそれがあることから、ゼロより大きいことが好ましい。また、クリアランスは、測温精度が低下したりウエハ載置面の均熱性が低下したりすることのない大きさに設定するのが好ましく、水平溝が熱電対よりもわずかに大きい程度のクリアランスにすることが好ましい。
【００１０】
ここで、Ｗ−Ｒｅ合金は、高融点金属（３０００℃以上）であり、各種のセラミック（例えばＡｌＮ，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯなど）の接合温度以上の耐熱性を有するため、熱電対の素線の材質として有用である。Ｗ−Ｒｅ熱電対としては、例えば、所定割合（０重量％を含む）のレニウムを含むタングステンからなる第１素線と、前記所定割合とは異なる割合でレニウムを含むタングステンからなる第２素線と、各素線の先端を接合して形成された測温部とを備えたものが挙げられる。また、Ｐｔ−Ｒｈ合金も、良好な耐熱性を有するため、熱電対の素線の材質として有用である。Ｐｔ−Ｒｈ合金を利用した熱電対としては、Ｂ熱電対、Ｒ熱電対、Ｓ熱電対が知られている。例えば、Ｂ熱電対を使用する場合、接合温度が１４５０℃以下であることが好ましい。例えば、ＡｌＮ又はＡｌ2Ｏ3の焼結体粉を骨材としてＣａＯ，Ａｌ2Ｏ3を混ぜた融材により接合する場合には、１２００〜１４５０℃で接合可能なため、Ｐｔ−Ｒｈ合金を使用することができる。Ｐｔ−Ｒｈ熱電対としては、例えば、所定割合（０重量％を含む）のロジウムを含む白金からなる第１素線と、前記所定割合とは異なる割合でロジウムを含む白金からなる第２素線と、各素線の先端を接合して形成された測温部とを備えたものが挙げられる。更に、一対のセラミックディスクをＡｌロウ接合する場合には、その接合温度は４００〜５００℃のため、熱電対の素線の材質として５００℃以上の耐熱性を有する合金を使用することができる。
【００１１】
本発明のサセプターにおいて、前記熱電対は、前記測温部が前記セラミックプレートの外周側に配置されていてもよい。こうすれば、外周側の温度を測定するのに適したサセプターを提供することができる。
【００１２】
本発明のサセプターにおいて、前記熱電対は、前記セラミックプレートのウエハ載置面とは反対側の面の近くに配置されていてもよい。こうすれば、熱電対はウエハ載置面から離れているため、熱電対がウエハ載置面の均熱性へ及ぼす影響を小さくすることができる。この場合、前記熱電対は、前記測温部が前記ウエハ載置面の近くに配置されるよう屈曲していてもよい。こうすれば、熱電対によって測定された温度はウエハ載置面の温度とほとんど一致する。
【００１３】
本発明のサセプターにおいて、前記測温部は、前記セラミックプレートにばね力をもって接する形状に形成されていてもよい。こうすれば、測温部はセラミックプレートに絶えず接触した状態になるため、セラミックプレートの測温精度が高まる。
【００１４】
本発明のサセプターにおいて、前記熱電対は、前記セラミックプレートの中に放射線状に複数埋設されていてもよい。こうすれば、セラミックプレートの外周側の複数点を測温できるため、半導体製造プロセスでウエハの温度分布を調べることができる。
【００１５】
本発明のサセプターにおいて、前記熱電対は、前記第１及び第２素線が前記測温部を除き互いに離間した状態で素線のまま前記熱電対収納スペースに収納されていてもよい。この場合、熱電対収納スペースは、例えば、第１素線を収納する第１素線収納部と、第２素線を収納する第２素線収納部と、測温部を収納する測温部収納部とを備え、第１素線収納部と第２素線収納部とは測温部収納部で繋がりそれ以外の部分で分離するように形成されていてもよい。
【００１６】
本発明のサセプターにおいて、前記熱電対は、前記第１及び第２素線が前記測温部を除き互いに離間した状態で保護管に被覆されたものでもよい。この場合、熱電対収納スペースは、保護管で被覆された熱電対を収納可能な一本の空洞であればよい。このように保護管で被覆された熱電対を使用すれば、第１及び第２素線は過度の圧力を一層受けにくくなる。また、周囲で発生するノイズ（例えばヒータ線に交流電流を流したときに発生するノイズ等）を遮断しやすいため、ノイズによる測温精度の低下を防止することもできる。ここで、熱電対は、シース熱電対であることが好ましい。シース熱電対は、金属保護管に絶縁材を充填し、その絶縁材の中に第１及び第２素線を互いに接触しないように挿通した構造のものである。測温部は、絶縁材から露出していてもよいし、絶縁材の中に埋め込まれていてもよい。
【００１７】
本発明のサセプターは、前記セラミックプレートに取り付けられた中空のシャフトと、該シャフトのうち前記セラミックプレートと反対側に取り付けられた支持部材とを備え、前記シャフトの内部は不活性ガスでパージされていてもよい。こうすれば、熱電対に接続された導線がシャフト内で露出していたとしても、シャフト内は不活性ガスでパージされているため、酸化を防止することができる。例えば、熱電対に接続される導線にＷやＷ−Ｒｅ合金が使用されている場合、ＷやＷ−Ｒｅ合金は酸化雰囲気で劣化しやすいため、シャフト内を不活性ガスでパージするのが好ましい。一方、熱電対に接続される導線にＰｔやＰｔ−Ｒｈ合金が使用されている場合、ＰｔやＰｔ−Ｒｈ合金は酸化雰囲気でも劣化しにくいため、シャフト内を不活性ガスでパージしなくても構わない（もちろん不活性ガスでパージしてもよい）。
【００１８】
本発明のサセプターの製法は、
（ａ）一方又は両方に前記熱電対を配置するための水平溝が形成された一対のセラミックディスクを用意する工程と、
（ｂ）前記水平溝に前記熱電対を配置した状態で前記一対のセラミックディスクを接合することにより、前記水平溝が前記熱電対収納スペースになった前記セラミックプレートを得る工程と、
を含むものである。
【００１９】
このサセプターの製法によれば、一対のセラミックディスクを接合する際、熱電対は水平溝に配置されているため、過度の圧力が加わることがなく、第１及び第２素線が断線するのを防止することができる。なお、上述した各種のサセプターを製造するのに必要な手順を、このサセプターの製法の工程（ａ）又は（ｂ）に加えたり、あるいは、新たな工程としてこのサセプターの製法に加えたりしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】サセプター１０の縦断面図である。
【図２】サセプター１０の製造工程図である。
【図３】ガスパージ用のノズル４７を備えたサセプター１０の縦断面図である。
【図４】測温部５０ａがばね力をもってセラミックプレート２０に接する構造を示す部分断面図である。
【図５】熱電対５０が放射線状に複数埋設されたセラミックプレート１２０の平面図である。
【図６】サセプター１１０の縦断面図である。
【図７】シース熱電対１５０の断面図である。
【図８】サセプター２１０の説明図であり、（ａ）はＡ−Ａ断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図９】温度測定時のサセプター１１０の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の好適な実施形態を以下に図面を参照しながら説明する。図１はサセプター１０の縦断面図である。なお、説明中、上下左右を用いることがあるが、これは相対的な位置関係を表すのに用いているだけであるから、例えば上を下に、左を右に置き換えても構わない。
【００２２】
サセプター１０は、半導体等を製造する装置の部品として用いられるものであり、例えば静電チャックやセラミックヒーターなどが挙げられる。このサセプター１０は、表面がウエハ載置面Ｓである円盤状のセラミックプレート２０と、このセラミックプレート２０のウエハ載置面Ｓとは反対側の面（裏面）に接合された中空状のシャフト４０とを備えている。
【００２３】
セラミックプレート２０は、窒化アルミニウムやアルミナなどに代表されるセラミック材料からなる円盤状のプレートである。このセラミックプレート２０は、一対のセラミックディスク２２，２４を接合したものである。厚さは、上方のセラミックディスク２２に比べて下方のセラミックディスク２４の方が薄い。上方のセラミックディスク２２には、内周側抵抗発熱体２６と外周側抵抗発熱体２８とが埋設されている。両発熱体２６，２８は、例えばタングステンや炭化タングステンを主成分とするコイルで構成されている。内周側抵抗発熱体２６は、セラミックプレート２０の中央付近に配設された一端２６ａから、一筆書きの要領でセラミックプレート２０の中心を含む小円領域Ｚ１のほぼ全域に配線されたあと他端２６ｂに至るように形成されている。外周側抵抗発熱体２８は、セラミックプレート２０の中央付近に配設された一端２８ａから、一筆書きの要領で小円領域Ｚ１よりも外周側の環状領域Ｚ２のほぼ全域に配線されたあと他端２８ｂに至るように形成されている。両発熱体２６，２８の配線パターンの具体例は、ここでは図示しないが、例えば特許文献１の図１のパターンなどが挙げられる。
【００２４】
このセラミックプレート２０の内部には、セラミックプレート２０の中央側から外周面の手前に至るように半径方向に沿って熱電対収納スペース３０が形成され、その熱電対収納スペース３０に熱電対５０の一部が収納されている。熱電対５０は、セラミックプレート２０の外周付近の温度を測定するものであり、互いに材料組成の異なる第１及び第２素線５１，５２と、第１及び第２素線５１，５２の先端を接合した測温部５０ａと、第１及び第２素線５１，５２を被覆する高純度アルミナ又はＭｏからなる水平及び垂直保護管５３，５４と、を備えている。すなわち、熱電対５０は保護管付き熱電対である。各素線５１，５２は、一対のセラミックディスク２２，２４を接合するときの接合温度以上の耐熱性を有している。また、各保護管５３，５４は、パイプ状のものであり、内部空間に各素線５１，５２が互いに非接触な状態で挿通されている。
【００２５】
熱電対５０としては、ここでは、第１及び第２素線５１，５２がＷやＷ−Ｒｅ合金のものを使用した。ＷやＷ−Ｒｅ合金は、高融点金属（３０００℃以上）であり、各種のセラミック（例えばＡｌＮ，Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＯなど）の接合温度以上の耐熱性を有するため、各素線５１，５２の材質として有用である。例えば、特開平８−７３２８０号公報によれば、ＡｌＮ製の一対のセラミックディスクを固相接合する場合の接合温度は１８５０〜２０００℃であり、Ｓｉ3Ｎ4製のセラミックディスクとＡｌＮ製のセラミックディスクとを固相接合する場合の接合温度は１８００〜１９００℃であり、Ｓｉ3Ｎ4製の一対のセラミックディスクを固相接合する場合の接合温度は１８００〜１９５０℃であると記載されているが、ＷやＷ−Ｒｅ合金であればいずれの接合温度であっても耐熱性を有する。Ｗ−Ｒｅ熱電対としては、Ｗからなる第１素線５１とＲｅを２６％含むＷからなる第２素線５２との組み合わせ（Ｗ−Ｗ／２６％Ｒｅ）、Ｒｅを５％含むＷからなる第１素線５１とＲｅを２６％含むＷからなる第２素線５２との組み合わせ（Ｗ／５％Ｒｅ−Ｗ／２６％Ｒｅ）、Ｒｅを３％含むＷからなる第１素線５１とＲｅを２５％含むＷからなる第２素線５２との組み合わせ（Ｗ／３％Ｒｅ−Ｗ／２５％Ｒｅ）などがある。なお、％は重量％を表す。線径は、例えば直径φ０．０８〜０．５ｍｍである。
【００２６】
下方のセラミックディスク２４の上面には、水平溝２４ａが半径方向に一本形成されている。この水平溝２４ａのディスク外周側の端部は、上方のセラミックディスク２２に掘られた垂直穴２２ａに繋がっており、水平溝２４ａのディスク中央側の端部は、下方のセラミックディスク２４を上下方向に貫通する貫通穴２４ｂに繋がっている。また、水平溝２４ａは、一対のセラミックディスク２２，２４が接合されることにより熱電対収納スペース３０となる。熱電対５０は、水平保護管５３の部分が水平溝２４ａに収容され、測温部５０ａが垂直穴２２ａに収容されている。また、第１及び第２素線５１，５２は、水平溝２４ａのディスク中央側の端部から垂直に立ち下がるようにして貫通穴２４ｂを通過している。この第１及び第２素線５１，５２のうち、貫通穴２４ｂより下方の部分を第１及び第２導線６１，６２と称する。第１及び第２導線６１，６２は、シャフト４０の内部では垂直保護管５４を挿通しており、支持台４６を気密に通過して外部に達している。なお、水平溝２４ａは、セラミックプレート２０のうちウエハ載置面Ｓとは反対側の近い面に位置している。また、水平溝２４ａ、貫通穴２４ｂ及び垂直穴２２ａは熱電対５０を過不足なく収納できる大きさ、つまり熱電対５０と略同じ大きさ（熱電対５０よりもわずかに大きい程度）に形成されている。
【００２７】
水平溝２４ａの断面形状は、特に限定されるものではなく、例えばＵ字状、Ｖ字状、四角形状などが挙げられる。また、水平溝２４ａと熱電対５０とのクリアランス（深さ方向の隙間）は、ゼロだと接合界面が剥離するおそれがあることから、ゼロより大きいことが好ましい。クリアランスは、測温精度が低下したりウエハ載置面の均熱性が低下したりすることのない大きさに設定するのが好ましく、水平溝２４ａが熱電対５０よりもわずかに大きい程度のクリアランスにすることが好ましい。
【００２８】
シャフト４０は、一端がセラミックプレート２０に接合され、他端が支持台４６にＯリングを介して気密に接続されている。シャフト４０の内部には、内周側抵抗発熱体２６の一端２６ａ及び他端２６ｂのそれぞれに接続される給電棒（図示せず）や外周側抵抗発熱体２８の一端２８ａ及び他端２８ｂのそれぞれに接続される給電棒（図示せず）が配置されている。また、シャフト４０の内部には、セラミックプレート２０の中央付近の温度を測定する内周側熱電対（図示せず）が配置されるほか、前出の第１及び第２導線６１，６２が垂直保護管５４に被覆された状態で配置されている。
【００２９】
次に、サセプター１０の製造例について説明する。なお、便宜上、ここでは、内周側抵抗発熱体２６や外周側抵抗発熱体２８については説明を省略する。図２は、サセプター１０の製造工程図である。
【００３０】
まず、一対のセラミックディスク２２，２４を用意する。そして、下方のセラミックディスク２４の上面に水平溝２４ａを形成すると共に、その水平溝２４ａのうちディスク中央側の端部から上下方向に貫通穴２４ｂを形成する。また、上方のセラミックディスク２２の下面に、垂直穴２２ａを形成する。このときの様子を図２（ａ）に示す。この垂直穴２２ａは、一対のセラミックディスク２２，２４を重ね合わせたときに、水平溝２４ａのうちディスク外周側の端部と繋がるように形成する。
【００３１】
続いて、熱電対５０を用意する。この熱電対５０のうち、水平保護管５３を水平溝２４ａに収容する。また、垂直保護管５４が貫通穴２４ｂから垂直下向きとなるように第１及び第２素線５１，５２を曲げる。更に、測温部５０ａが水平溝２４ａのディスク外周側の端部から上を向くように第１及び第２素線５１，５２を曲げる。このときの様子を図２（ｂ）に示す。
【００３２】
続いて、一対のセラミックディスク２２，２４を固相接合することにより、セラミックプレート２０を得る。固相接合は、各セラミックディスク２２，２４の接合面を中心線平均粗さＲａ０．２μｍ以下、平面度０．２μｍ以下となるように加工し、両接合面の少なくとも一方の上に接合助剤の溶液を塗布し、両接合面を当接した状態で熱処理する。接合助剤としては、例えばイットリウム化合物（硝酸イットリウム、塩化イットリウム、硫酸イットリウム、酢酸イットリウムなど）やイッテルビウム化合物（硝酸イッテルビウム、塩化イッテルビウム、硫酸イッテルビウム、酢酸イッテルビウムなど）が挙げられる。また、熱処理の温度は、セラミックの種類によって異なるが、例えば１８５０〜１９５０℃の範囲で設定したり、１８００〜１９００℃の範囲で設定する。固相接合の詳細は、特開平８−７３２８０号公報（特に要約、実験Ａ１〜Ａ３、Ｂ１〜Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３）を参照。この場合、熱電対５０は、接合温度以上の耐熱性を有する必要があることを考慮すると、Ｗ−Ｒｅ熱電対を用いることが好ましい。
【００３３】
続いて、セラミックプレート２０の中央にシャフト４０を接合し、最後にシャフト４０の下端をＯリングを介して支持台４６に取り付ける。なお、熱電対５０は、気密状態を保つように支持台４６を上下方向に貫通するように組み付ける。
【００３４】
以上説明した本実施形態のサセプター１０によれば、熱電対５０はセラミックプレート２０の内部に形成された熱電対収納スペース３０に収納されているため、熱電対５０がサセプター１０の周囲のスペースを圧迫することがない。また、このような熱電対収納スペース３０を形成せずにセラミックプレート２０に熱電対５０を埋設した場合に比べて、製造時や使用時に熱電対５０に過度の圧力がかかることがない。特に、熱電対５０は、水平保護管５３で被覆されているため、過度の圧力を一層受けにくい上、周囲で発生するノイズ（例えば抵抗発熱体で発生するノイズ等）による測温精度の低下も防止できる。
【００３５】
また、セラミックプレート２０は、一対のセラミックディスク２２，２４を接合したものであり、水平溝２４ａは、セラミックディスク２４の接合面に形成されたものであるため、セラミックプレート２０の内部に熱電対収納スペース３０を容易に作製することができる。第１及び第２素線５１，５２は、セラミックディスク２２，２４の接合温度以上の耐熱性を有するため、接合時に断線するおそれがない。
【００３６】
更に、測温部５０ａがセラミックプレート２０の外周側に配置されているため、セラミックプレート２０の外周側の温度を容易に測定することができる。
【００３７】
更にまた、熱電対５０のうち熱電対収納スペース３０に配置されている部分はウエハ載置面Ｓから離れているため、熱電対５０がウエハ載置面Ｓの均熱性へ及ぼす影響を小さくすることができる。加えて、測温部５０ａは、ウエハ載置面Ｓの近くに配置されるよう屈曲されているため、測定された温度はウエハ載置面Ｓの温度とほとんど一致する。
【００３８】
そしてまた、熱電対収納スペース３０は熱電対５０を過不足なく収納できる大きさ、つまり熱電対５０よりもわずかに大きい程度であるため、熱電対５０と水平溝２４ａとの間に生じるクリアランスを小さくすることができる。したがって、ウエハ載置面Ｓの均熱性を損ねることがない。
【００３９】
そして更に、一対のセラミックディスク２２，２４を接合する際、熱電対５０は水平溝２４ａに配置されているため、過度の圧力が加わることがなく、第１及び第２素線５１，５２が断線するのを防止することができる。
【００４０】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００４１】
例えば、上述した実施形態において、図３に示すように、支持台４６に上下方向の貫通孔を設け、その貫通孔にガスパージ用のノズル４７を気密に挿入し、シャフト４０の内部を不活性ガスでパージしてもよい。こうすれば、熱電対５０の第１及び第２導線６１，６２がシャフト４０の内部で露出していたとしても、シャフト４０の内部を不活性ガスでパージしているため、酸化を防止することができる。例えば、第１及び第２導線６１，６２がＷ又はＷ−Ｒｅ合金の場合には、酸化雰囲気で劣化しやすいため、シャフト４０の内部を不活性ガスでパージするのが好ましい。また、不活性ガスでパージする前は、熱電対収納スペース３０は大気であるが、不活性ガスでパージすることで熱電対収納スペース３０も不活性ガスで満たされるので、熱電対５０のうち熱電対収納スペース３０に収納されている部分も酸化が防止される。一方、第１及び第２導線６１，６２がＰｔ又はＰｔ−Ｒｈ合金の場合には、酸化雰囲気でも劣化しにくいため、シャフト４０の内部を不活性ガスでパージすることは必ずしも必要ではない。なお、支持台４６には、ノズル４７と共に図示しないガス抜き孔が形成され、このガス抜き孔を開放するとシャフト４０の内部ガスが放出され、閉鎖するとシャフト４０の内部は密閉される。ノズル４７を介して不活性ガスをパージする場合には、こうしたガス抜き孔の開閉を調整しながら行う。
【００４２】
上述した実施形態において、図４に示すように、第１及び第２素線５１，５２のうち測温部５０ａの手前の部分をばね力をもつようにツイスト状又はジグザグ状に形成して、測温部５０ａがそのばね力でセラミックプレート２０に接するようにしてもよい。こうすれば、測温部５０ａはセラミックプレート２０に絶えず接触した状態になるため、セラミックプレート２０の測温精度が高まる。
【００４３】
上述した実施形態では、第１及び第２素線５１，５２の先端を接合した測温部５０ａとを備え水平及び垂直保護管５３，５４で被覆した熱電対５０が１つだけ埋設されたセラミックプレート２０を使用したが、図５に示すように、熱電対５０が放射線状に複数埋設されたセラミックプレート１２０を使用してもよい。こうすれば、セラミックプレート１２０の外周側の複数点（図５では６点）を測温できるため、半導体製造プロセスでウエハの温度分布を調べることができる。
【００４４】
上述した実施形態では、熱電対５０として、内部が空洞のパイプを用いたが、パイプの内部が絶縁材で充填されたものを用いてもよいし、円柱状で各素線５１，５２が通過する細長い通過孔を有するものを用いてもよい。
【００４５】
上述した実施形態では、熱電対５０として、第１及び第２素線５１，５２が部分的に水平及び垂直保護管５３，５４で被覆されたものを例示したが、図６に示すサセプター１１０のように、シース熱電対１５０を用いてもよい。シース熱電対１５０は、図７に断面を示すように、金属保護管１５３に絶縁材１５４を充填し、その絶縁材１５４の中に第１及び第２素線１５１，１５２を互いに接触しないように挿通したものである。ここでは、上方のセラミックディスク２２には垂直穴２２ａを設けず、下方のセラミックディスク２４に水平溝２４ａ及び貫通穴２４ｂを設けた。そして、シース熱電対１５０を水平溝２４ａ及び貫通穴２４ｂに配置した。但し、図１のように、垂直穴２２ａを設け、シース熱電対１５０の先端付近を上向きに屈曲して測温部１５０ａをウエハ載置面Ｓの近くに配置してもよい。さて、シース熱電対１５０は、通常、金属保護管１５３がＳＵＳ製、絶縁材１５４がＭｇＯであるが、ここでは耐熱性を考慮して、金属保護管１５３をＭｏ又はＴａ製、絶縁材１５４をＢＮ又はＨｆＯ2とした。また、Ｗ−Ｒｅ熱電対を採用した。セラミックプレート２０中に抵抗発熱体や高周波電極が埋設されている場合、素線のままの状態では抵抗発熱体や高周波電極からのノイズの影響を受けて熱電対の起電力が不安定になることがあるが、シース熱電対１５０であれば各素線１５１，１５２をノイズから保護することができるため、起電力が不安定になりにくい。
【００４６】
上述した実施形態の熱電対５０や図６のシース熱電対１５０としては、Ｗ−Ｒｅ熱電対を用いたが、ＰｔやＰｔ−Ｒｈ合金も良好な耐熱性を有するため、第１及び第２素線としてＰｔやＰｔ−Ｒｈ合金を利用したＰｔ−Ｒｈ熱電対を用いてもよい。Ｐｔ−Ｒｈ熱電対としては、Ｂ熱電対（＋極：Ｐｔ／３０％Ｒｈ，−極：Ｐｔ／６％Ｒｈ）、Ｒ熱電対（＋極：Ｐｔ／１３％Ｒｈ，−極：Ｐｔ）、Ｓ熱電対（＋極：Ｐｔ／１０％Ｒｈ，−極：Ｐｔ）が知られている。なお、％は重量％を表す。Ｂ熱電対を使用する場合、一対のセラミックディスク２２，２４の接合温度を１４５０℃以下とする。例えば、ＡｌＮ又はＡｌ2Ｏ3の焼結体粉を骨材としてＣａＯ，Ａｌ2Ｏ3を混ぜた融材により接合する場合には、１２００〜１４５０℃で接合可能なため、Ｂ熱電対を使用することができる。なお、Ｐｔ−Ｒｈ熱電対は、Ｗ−Ｒｅ熱電対に比べて酸化雰囲気でも劣化しにくいという利点を有する。線径については、Ｗ−Ｒｅ熱電対と同様である。更に、一対のセラミックディスク２２，２４をＡｌロウ接合する場合には、その接合温度は４００〜５００℃のため、熱電対の素線の材質として５００℃以上の耐熱性を有する合金を使用することができる。このため、Ｐｔ−Ｒｈ熱電対やＷ−Ｒｅ熱電対のほか、種々の熱電対（Ｋ，Ｅ，Ｊ熱電対など）を使用することができる。
【００４７】
上述した実施形態では、セラミックプレート２０の中に両発熱体２６，２８を埋設したが、セラミックプレート２０のうち両発熱体２６，２８とウエハ載置面Ｓとの間に、高周波電極や静電電極を埋設してもよい。
【００４８】
上述した実施形態では、熱電対５０として保護管付きのものを熱電対収納スペース３０に収容したが、図８に示すサセプター２１０のように、保護管のない素線のままの熱電対２５０をセラミックプレート２２０の内部に設けた熱電対収納スペース２３０に収納してもよい。この場合、熱電対収納スペース２３０は、熱電対２５０の第１素線２５１を収納する第１素線収納部２３１と、第２素線２５２を収納する第２素線収納部２３２と、測温部２５０ａを収納する測温部収納部２３３とを備え、第１素線収納部２３１と第２素線収納部２３２とは測温部収納部２３３で繋がりそれ以外の部分で分離するように形成されている。セラミックプレート２２０は、次のようにして得られる。すなわち、下方のセラミックディスク２２４の接合面に平面視でＶ字状の水平溝を形成しておき、そのセラミックディスク２２４と上方のセラミックディスク２２２とを接合することにより、水平溝が熱電対収納スペース２３０になったセラミックプレート２２０を得る。図８に示すサセプター２１０も、熱電対２５０がサセプター２１０の周囲のスペースを圧迫せず、しかも熱電対２５０に過度の圧力がかかることのないという効果が得られる。なお、図１のように垂直穴２２ａを設け、熱電対２５０の先端付近を上向きに屈曲して測温部２５０ａをウエハ載置面Ｓの近くに配置してもよい。また、図３のように、ガスパージ用のノズル４７によりシャフト４０の内部を不活性ガスでパージしてもよい。
【実施例】
【００４９】
［実施例１］
図６に示したサセプター１１０を以下のようにして作製した。セラミックディスク２２，２４としては、いずれもＡｌＮ焼結体プレート（直径φ３５０ｍｍ×厚さ１０ｍｍ）を準備した。このうち、上方のセラミックディスク２２は、Ｍｏコイルからなる内周側及び外周側抵抗発熱体２６，２８が埋設されたものを準備した。下方のセラミックディスク２４の接合面に、シース熱電対１５０を入れるための水平溝２４ａ及び貫通穴２４ｂを形成した。水平溝２４ａは断面Ｕ字状とし、幅を１．１ｍｍ、深さを１．１ｍｍとした。続いて、シース熱電対１５０として、Ｂ熱電対（シース材：ＳＵＳ３１６、絶縁材：ＭｇＯ、シース径：φ１．０ｍｍ）を準備し、これを下方のセラミックディスク２４の水平溝２４ａ及び貫通穴２４ｂにセットした。このときのシース熱電対１５０と水平溝２４ａとのクリアランス（深さ方向の隙間）は０．１ｍｍであった。その後、両セラミックディスク２２，２４をＡｌロウ接合（ＴＣＢ接合）により一体化すると同時に、下方のセラミックディスク２４の下面中央に中空のシャフト４０を同じくＡｌロウ接合（ＴＣＢ接合）により一体化し、最後に支持台４６を取り付けてサセプター１１０を得た。得られたサセプター１１０の接合状態を超音波探傷装置で調べ、各素線１５１，１５２の断線の有無をテスターで調べた。その結果、表１に示すように、接合界面での剥離は見られず、各素線１５１，１５２の断線もなかった。
【００５０】
測温精度及び均熱性を以下のようにして調べた。図９は、温度測定時のサセプター１１０の説明図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。図９に示すように、サセプター１１０の下方のセラミックディスク２４の下面中央に穴２４ｃを形成し、その穴２４ｃに別のシース熱電対１６０の測温部１６０ａをセラミックディスク２４に接するまで挿入した。この測温部１６０ａは、もう一方のシース熱電対１５０の測温部１５０ａと同じ高さになるようにした。また、シース熱電対１６０は、気密に支持台４６を貫通するようにした。そして、内周側抵抗発熱体２６と外周側抵抗発熱体２８に電力を印加し、ウエハ載置面Ｓの温度分布を赤外線カメラを使用して計測し、ディスク外周側に設置した測温部１５０ａの位置（ＯＵＴ）における温度Ｔ１とディスク中央に設置した測温部１６０ａの位置（ＩＮ）における温度Ｔ３とがほぼ一定になるように印加電力を手動で調整した。そして、両者の温度がほぼ一定になってからその状態を２３０時間キープした後の両熱電対１５０，１６０の温度指示値を比較した。本来は、両熱電対１５０，１６０の温度指示値（ＯＵＴ，ＩＮの温度）をフィードバックして両発熱体２６，２８の印加電力を調整し、所望の均熱性が得られるように制御するのであるが、ここでは、試験のためにＯＵＴ，ＩＮの温度がほぼ一定になるようにして両熱電対１５０，１６０の温度指示値を読み取った。また、ウエハ載置面Ｓのうち、水平溝２４ａの中央の直上位置での赤外線カメラの温度指示値Ｔ２と水平溝２４ａのない位置での赤外線カメラの温度指示値Ｔ４も読み取った。その結果を表１に示す。表１から明らかなように、シース熱電対１５０のＯＵＴの温度指示値は、赤外線カメラによるサセプター１１０のウエハ載置面ＳでのＯＵＴの温度指示値Ｔ１とコンマ数℃しか違わず、ほとんど差がなかった。このため、シース熱電対１５０は温度をきわめて正確に計測できていると判断した。また、赤外線カメラの温度指示値Ｔ１〜Ｔ４にほとんど差がなかった。このため、ウエハ載置面Ｓの均熱性は、シース熱電対１５０や水平溝２４ａが設けられているにもかかわらず、十分高いと判断した。
【００５１】
［実施例２〜５］
実施例２〜５では、シース熱電対１５０のシース径を１ｍｍとし、水平溝２４ａの幅、深さを表１に示す値とした以外は、実施例１と同様にしてサセプターを作製した（シース熱電対１５０と水平溝２４ａとの深さ方向のクリアランスは０．２〜０．８ｍｍ）。これらのサセプターの接合状態、断線の有無、各点での温度指示値の結果を表１に示す。これらのサセプターも、接合界面での剥離は見られず、各素線の断線もなかった。また、シース熱電対１５０のＯＵＴの温度指示値は、赤外線カメラのＯＵＴの温度指示値Ｔ１との差がほとんどなかったことから、正確に測温できていると判断した。特に、温度指示値の差は、深さ方向のクリアランスが０．５ｍｍ以下の実施例１〜３の方が、クリアランスが０．６〜０．８ｍｍの実施例４，５に比べて一段と小さかったことから、クリアランスが０．５ｍｍ以下であれば、より正確に測温できると判断した。更に、実施例２〜５のいずれも、赤外線カメラの温度指示値Ｔ１〜Ｔ４にほとんど差がなかったことから、均熱性も十分高いと判断した。
【００５２】
［実施例６〜１０］
実施例６〜１０では、シース熱電対１５０のシース径を１．６ｍｍとし、水平溝２４ａの幅、深さを表１に示す値とした以外は、実施例１と同様にしてサセプターを作製した（シース熱電対１５０と水平溝２４ａとのクリアランスは０．１〜０．８ｍｍ）。これらのサセプターの接合状態、断線の有無、各点での温度指示値の結果を表１に示す。これらのサセプターも、接合界面での剥離は見られず、各素線の断線もなかった。また、シース熱電対１５０のＯＵＴの温度指示値は、赤外線カメラのＯＵＴの温度指示値Ｔ１との差がほとんどなかったことから、正確に測温できていると判断した。特に、温度指示値の差は、深さ方向のクリアランスが０．５ｍｍ以下の実施例６〜８の方が、クリアランスが０．６〜０．８ｍｍの実施例９，１０に比べて一段と小さかったことから、クリアランスが０．５ｍｍ以下であれば、より正確に測温できると判断した。更に、実施例６〜１０のいずれも、赤外線カメラの温度指示値Ｔ１〜Ｔ４にほとんど差がなかったことから、均熱性も十分高いと判断した。
【００５３】
なお、実施例１において、水平溝２４ａの深さ、幅をともに１．０ｍｍ（シース熱電対１５０と水平溝２４ａとの深さ方向のクリアランスは０ｍｍ）として実施例１と同様にしてサセプターを作製したところ、各素線の断線はみられなかったが、接合状態は実施例１と比べるとわずかに接合界面の剥離している箇所があった。但し、実用上問題ないレベルであった。こうしたことから、接合状態を考慮すれば、シース熱電対１５０と水平溝２４ａとのクリアランスは０ｍｍより大きいことが好ましく、０．１ｍｍ以上であることがより好ましいといえる。一方、測温精度を考慮すれば、クリアランスは０．２ｍｍ以下であることが好ましいといえる。
【００５４】
【表１】
2012080103.tif 000003
【符号の説明】
【００５５】
１０  サセプター、２０  セラミックプレート、２２  セラミックディスク、２２ａ  垂直穴、２４  セラミックディスク、２４ａ  水平溝、２４ｂ  貫通穴、２４ｃ  穴、２６  内周側抵抗発熱体、２６ａ  一端、２６ｂ  他端、２８  外周側抵抗発熱体、２８ａ  一端、２８ｂ  他端、３０  熱電対収納スペース、４０  シャフト、４６  支持台、４７  ノズル、５０  熱電対、５０ａ  測温部、５１  第１素線、５２  第２素線、５３  水平保護管、５４  垂直保護管、６１  第１導線、６２  第２導線、１１０  サセプター、１２０  セラミックプレート、１５０  シース熱電対、１５０ａ  測温部、１５１  第１素線、１５２  第２素線、１５３  金属保護管、１５４  絶縁材、１６０  シース熱電対、１６０ａ  測温部、２１０  サセプター、２２０  セラミックプレート、２２２  セラミックディスク、２２４  セラミックディスク、２３０  熱電対収納スペース、２３１  第１素線収納部、２３２  第２素線収納部、２３３  測温部収納部、２５０  熱電対、２５０ａ  測温部、２５１  第１素線、２５２  第２素線、Ｚ１  小円領域、Ｚ２  環状領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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