JP2023023670A - ceramic heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セラミックスヒータに関する。 The present invention relates to ceramic heaters.
特許文献1には、上面に被加熱物が載置されるセラミックス基材と、前記セラミックス基材に埋設された発熱抵抗体と、セラミックス基材を支持する支持部材(シャフト)を備えたシャフト付きセラミックスヒータが開示されている。支持部材は、略円筒形の筒部と、筒部の上端に配置された、外径が筒部よりも大きくなった拡張部が設けられている。拡張部の上面と、セラミックス基材の下面とが接合されている。また、拡張部の下面の、筒部と拡張部との境界部分には、筒部を取り囲むように設けられた凹部が形成されている。
In
拡張部の下面の、筒部と拡張部との境界部分に凹部が形成されているので、セラミックス基材から拡張部へと流れ込んだ熱が、筒状部へと逃げていくことが抑制される。しかしながら、セラミックス基材と支持部材(シャフト)との接合部分において、セラミックス基材から支持部材(シャフト)へと熱が逃げていくことを抑制することはできない。 Since the concave portion is formed on the lower surface of the extended portion at the boundary between the cylindrical portion and the extended portion, the heat that has flowed from the ceramic base material to the extended portion is suppressed from escaping to the cylindrical portion. . However, it is not possible to prevent heat from escaping from the ceramic base material to the support member (shaft) at the joint between the ceramic base material and the support member (shaft).
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、セラミックス基材からシャフトへと熱が逃げていくことを抑制することができるセラミックスヒータを提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a ceramic susceptor capable of suppressing heat from escaping from a ceramic base material to a shaft.
本発明の態様に従えば、被加熱物が載置される上面、前記上面と上下方向において対向する下面、及び、前記下面から前記上下方向の下方側に突出する接合部であって、前記上面と平行な接合面を有する接合部を有するセラミックス基材と、
前記セラミックス基材に埋設された発熱体と、
前記接合面に接合された上面を有する筒状のシャフトと、を備え、
前記セラミックス基材の前記接合部の側面は、前記接合面から前記上下方向の上方に向かって順に並んだ第1位置、第2位置、第3位置であって、
前記第1位置における前記接合部の、前記上下方向に直交する水平方向の幅をL1とし、
前記第2位置における前記接合部の、前記水平方向の幅をL2とし、
前記第3位置における前記接合部の、前記水平方向の幅をL3とし、
前記上面における前記シャフトの前記水平方向の幅をLSとしたときに、
L1>L2
且つ
L2<L3<2LS
を満たすような第1位置、第2位置、第3位置を有することを特徴とするセラミックスヒータが提供される。
According to the aspect of the present invention, an upper surface on which an object to be heated is placed, a lower surface facing the upper surface in the vertical direction, and a joint portion projecting downward in the vertical direction from the lower surface, the upper surface A ceramic substrate having a joint having a joint surface parallel to the
a heating element embedded in the ceramic base;
a cylindrical shaft having an upper surface joined to the joint surface;
Side surfaces of the joint portion of the ceramic base material are arranged in order from the joint surface upward in the vertical direction, the second position, and the third position,
L1 is the width of the joint portion in the first position in the horizontal direction orthogonal to the vertical direction;
Let L2 be the width in the horizontal direction of the joint at the second position,
L3 is the width in the horizontal direction of the joint portion at the third position;
When the horizontal width of the shaft on the upper surface is LS,
L1 > L2
and L2<L3<2LS
There is provided a ceramic susceptor characterized by having a first position, a second position, and a third position that satisfy:
上記態様においては、セラミックス基材の接合部の側面には、L2<L1であり、かつ、L2<L3<2LSであるような第1位置、第2位置、第3位置が存在する。この場合には、少なくとも第2位置において、接合部の断面積が一時的に細くなるくびれが形成されている。これにより、セラミックス基材からシャフトに流れる熱の流れを抑制することができる。 In the above aspect, the side surface of the joining portion of the ceramic substrate has a first position, a second position, and a third position where L2<L1 and L2<L3<2LS. In this case, at least at the second position, a constriction is formed that temporarily narrows the cross-sectional area of the joint. Thereby, the flow of heat from the ceramic base material to the shaft can be suppressed.
<セラミックスヒータ100>
本発明の実施形態に係るセラミックスヒータ100について図1を参照しつつ説明する。セラミックスヒータ100は、シリコンウェハなどの半導体ウェハ(以下、単にウェハ10という)の加熱に用いられる。なお、以下の説明においては、セラミックスヒータ100が使用可能に設置された状態(図1の状態)を基準として上下方向5が定義される。図1に示されるように、本実施形態に係るセラミックスヒータ100は、セラミックス基材110と、電極箔120と、シャフト130と、給電線140とを備える。
<
A
セラミックス基材110は、直径12インチ(約300mm)の円形の板状の形状を有する部材であり、その上面である載置面111には加熱対象であるウェハ10が載置される。なお、図1では図面を見やすくするためにウェハ10とセラミックス基材110の載置面111とを離して図示している。また、図1において図示されていないが、後述のようにサンドブラスト加工を行うことにより、載置面111には、複数の突起(複数の凸状部)が形成されている。また、図3に示されるように、セラミックス基材110の下面である裏面112の略中央には、下方に向かって突出する接合部113(本発明の接合部の一例)が設けられている。セラミックス基材110は、例えば、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等のセラミックス焼結体により形成することができる。
The
図1に示されるように、セラミックス基材110の内部には、電極箔120(本発明の発熱体の一例)が埋設されている。図2に示されるように、電極箔120は帯状に裁断された金属製の箔であり、左右対称な形状を有している。電極箔120の外径は約300mmである。電極箔120の略中央には、給電線140(図1参照)と接続される端子部121が設けられている。電極箔120はタングステン(W)箔、モリブデン(Mo)箔、モリブデン及び/又はタングステンを含む合金の箔等の耐熱金属(高融点金属)の箔により形成されている。タングステン箔、モリブデン箔の純度は99%以上であることが好ましい。電極箔120の厚さは0.15mm以下である。なお、電極箔120の抵抗値を高くして、セラミックスヒータ100の消費電流を低減させるという観点からは、電極箔120の厚さを0.1mm以下にすることが好ましい。また、帯状に裁断された電極箔120の幅は2.5mm~20mmであることが好ましく、5mm~15mmであることがさらに好ましい。本実施形態においては、電極箔120は、図2に示される形状に裁断されているが電極箔120の形状はこれには限られず、適宜変更しうる。なお、セラミックス基材110の内部には電極箔120に加えて、ウェハ10をジョンセン・ラーベック力により載置面111に引き付けるための静電チャック電極及びセラミックス基材110の上方にプラズマを発生させるためのプラズマ電極のうち少なくとも一方が埋設されていてもよい。
As shown in FIG. 1, an electrode foil 120 (an example of the heating element of the present invention) is embedded inside the
図3に示されるように、セラミックス基材110の裏面112の略中央には、下方に向かって突出する凸部(以下、接合部113という)が設けられている。接合部113は、上下方向5(後述のシャフト130の長手方向6)に延びる略円柱形状を有している。接合部113の側面には、接合部113を周方向に取り囲むように一周する溝114が形成されている。
As shown in FIG. 3, a convex portion (hereinafter referred to as joint portion 113) protruding downward is provided at substantially the center of
接合部113の下側の端面である接合面113aには、シャフト130が接続されている。シャフト130は中空の略円筒形状の円筒部131と、円筒部131の下方に設けられた大径部132(図1参照)を有する。大径部132は、円筒部131の径よりも大きな径を有している。以下の説明において、円筒部131の長手方向をシャフト130の長手方向6として定義する。図1に示されるように、セラミックスヒータ100の使用状態において、シャフト130の長手方向6は上下方向5と平行である。
A
円筒部131の上面は、セラミックス又はガラス等の接合剤によりセラミックス基材110の接合部113に固定されている。また、円筒部131とシャフト130は接合剤を用いない拡散接合によって固定されてもよい。なお、シャフト130は、セラミックス基材110と同じように、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素等のセラミックス焼結体により形成されてもよい。あるいは、断熱性を高めるために、セラミックス基材110より熱伝導率の低い材料で形成されてもよい。
The upper surface of the
図3に示されるように、シャフト130は中空の円筒形状を有しており、その内部には長手方向6に延びる貫通孔が形成されている。図1に示されるように、シャフト130の中空の部分(貫通孔)には、電極箔120に電力を供給するための給電線140が配置されている。給電線140の上端は、電極箔120の中央に配置された端子部121(図2参照)に電気的に接続されている。給電線140の下端には、給電端子が設けられており、不図示のヒータ用電源に接続される。これにより、給電線140を介して電極箔120に電力が供給される。
As shown in FIG. 3, the
次に、セラミックスヒータ100の製造方法について説明する。以下では、セラミックス基材110及びシャフト130が窒化アルミニウムで形成される場合を例に挙げて説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、セラミックス基材110の製造方法について説明する。図4(a)に示されるように、窒化アルミニウム(AlN)粉末を主成分とする造粒粉Pをカーボン製の有床型501に投入し、パンチ502で仮プレスする。有床型501には、接合部113を形成するための窪みが設けられている。なお、造粒粉Pには、5wt%以下の焼結助剤(例えば、Y2O3)が含まれることが好ましい。次に、図4(b)に示されるように、仮プレスされた造粒粉Pの上に、所定形状に裁断された電極箔120を配置する。なお、電極箔120は、加圧方向に垂直な面(有床型501の底面)に平行になるように配置される。このとき、Wのペレット又はMoのペレットを電極箔120の端子121の位置に埋設してもよい。
First, a method for manufacturing the
図4(c)に示されるように、電極箔120を覆うようにさらに造粒粉Pを有床型501に投入し、パンチ502でプレスして成形する。次に、図4(d)に示されるように、電極箔120が埋設された造粒粉Pをプレスした状態で焼成する。焼成の際に加える圧力は、1MPa以上であることが好ましい。また、1800℃以上の温度で焼成することが好ましい。次に、図4(e)に示されるように、端子121を形成するために、電極箔120までの止まり穴加工を行うなどの必要な加工を行い、セラミックス基材110が形成される。なお、ペレットを埋設した場合には、ペレットまでの止まり穴加工を行えばよい。
As shown in FIG. 4(c), granulated powder P is put into a floored
なお、セラミックス基材110は以下の方法によっても製造することができる。図5(a)に示されるように、窒化アルミニウムの造粒粉Pにバインダーを加えてCIP成型し、円板状に加工して、窒化アルミニウムの成形体510を作製する。次に、図5(b)に示されるように、成形体510の脱脂処理を行い、バインダーを除去する。
Note that the
図5(c)に示されるように、脱脂された成形体510に、電極箔120を埋設するための凹部511を形成する。成形体510の凹部511に電極箔120を配置し、別の成形体510を積層する。次に、図5(d)に示されるように、電極箔120を挟むように積層された成形体510をプレスした状態で焼成する。焼成の際に加える圧力は、1MPa以上であることが好ましい。また、1800℃以上の温度で焼成することが好ましい。次に、図5(e)に示されるように、端子121を形成するために、電極箔120までの止まり穴加工を行うなどの必要な加工を行い、セラミックス基材110が形成される。
As shown in FIG. 5C, recesses 511 for embedding the electrode foils 120 are formed in the degreased compact 510 . The
このようにして形成されたセラミックス基材110の上面(載置面111)に対して平面研削を行い、ラップ加工(鏡面研磨加工)を行う。さらに、載置面111に対してサンドブラスト加工を行うことにより、載置面111に不図示の複数の突起(複数の凸状部)を形成する。なお、載置面111に複数の突起を形成するための加工方法は、サンドブラスト加工が好適であるが、他の加工方法を用いることもできる。
The upper surface (mounting surface 111) of the
さらに、図6(a)に示されるように、セラミックス基材110の下面(裏面112)に切削加工を行い、裏面112の略中央に接合部113を形成する。接合部113の外径は後に接合されるシャフト130の円筒部131の外径と同じであることが好ましい。接合部113の外径(直径)は100mm以下であることが好ましい。接合部113の高さ(上下方向5の長さ)は2mm以上であることが好ましく、5mm以上であることがさらに好ましい。接合部113の高さの上限に制限はないが製作上の容易さを鑑みると20mm以下であることが好ましい。また、接合部113の接合面113aは、載置面111に平行である。接合部113の接合面113aの表面粗さRaは1.6μm以下であることが好ましい。
Further, as shown in FIG. 6A, the lower surface (rear surface 112) of the
図6(b)に示されるように、接合部113の接合面113aにシャフト130の円筒部131を固定する。シャフト130の円筒部131の長さは例えば、50mm~500mmにすることができる。なお、シャフト130は、以下のようにして形成することができる。まず、バインダーを数wt%添加した窒化アルミニウムの造粒粉Pを静水圧(1MPa程度)で成形し、成形体を所定形状に加工する。その後、窒素雰囲気中で、焼成する。例えば、1900℃の温度で2時間焼成する。そして、焼成後に焼結体を所定形状に加工することによりシャフト130が形成される。円筒部131の上面とセラミックス基剤110の接合部113の接合面113aとを、1600℃以上、1MPa以上の一軸圧力下で、拡散接合により固定することができる。この場合には、接合部113の接合面113aの表面粗さRaは0.4μm以下であることが好ましく、0.2μm以下であることがさらに好ましい。また、円筒部131の上面とセラミックス基剤110の接合部113の接合面113aとを、接合剤を用いて接合することもできる。接合剤として、例えば、10wt%のY2O3を添加したAlN接合材ペーストを用いることができる。例えば、円筒部131の上面とセラミックス基剤110の接合部113の接合面113aとの界面に上記のAIN接合剤ペーストを15μmの厚さで塗布し、載置面111に垂直な方向(シャフト130の長手方向6)に5kPaの力を加えつつ、1700℃の温度で1時間加熱することにより、接合することができる。あるいは、円筒部131の上面とセラミックス基剤110の接合部113の接合面113aとを、ねじ止め、ろう付け等によって固定することもできる。
As shown in FIG. 6B, the
次に、図6(c)に示されるように、セラミックス基材110の接合部113の側面に切削加工又は研削加工を行い、溝114を形成する。本実施形態においては、溝114の断面は略半円形状である。溝114は接合部113の側面を一周するように形成されている。なお、本実施形態においては、溝114の上端はセラミックス基材110の裏面112と接しておらず、溝114の上端とセラミックス基材110の裏面112との間には、上下方向5に隙間があいている。なお、以下の説明において、シャフト130の、接合部113の接合面113aと接合される面における外径(水平方向の幅)を、シャフト130の上面の外径LSと称する。図6(c)に示されるように、接合部113の側面の、溝114が形成された領域には、接合面113aから上方に向かって順番に並んだ3つの位置(第1位置P1、第2位置P2、第3位置P3)であって、第1位置P1における接合部113の幅(水平方向の長さ)L1と、第2位置P2における接合部113の幅(水平方向の長さ)L2と、第3位置P3における接合部113の幅(水平方向の長さ)L3とが、L2<L1であり、かつ、L2<L3<2LSであるような第1位置P1~第3位置P3が存在する。なお、図6(c)に示される例においては、溝114の下端が第1位置P1に相当し、溝114の上下方向における中央が第2位置P2に相当し、溝114の上端が第3位置P3に相当する。
Next, as shown in FIG. 6C, the side surface of the joining
上記の説明においては、接合部113の接合面113aにシャフト130の円筒部131を固定した後に、セラミックス基材110の接合部113の側面に溝114を形成していた。しかしながら、先にセラミックス基材110の接合部113の側面に溝114を形成した後、接合部113の接合面113aにシャフト130の円筒部131を固定してもよい。
In the above description, the
接合部113の接合面113aにシャフト130の円筒部131を固定する前に、セラミックス基材110の接合部113に切削加工又は研削加工を行う場合を考える。この場合には、溝114を有するセラミックスヒータ100に代えて、図7(a)に示されるセラミックスヒータ100Aのように、接合部113の接合面113aの角部分を円周方向に沿って面取りしてもよい。これにより、接合部113の接合面113aの角部分に面取りされた凹部115が形成される。凹部115の断面形状は曲率半径1mm以上の曲線形状を有している。接合部113の接合面113aに凹部115を形成した後、図7(b)に示されるように、接合部113の接合面113aにシャフト130の円筒部131を固定する。固定方法は、上述の方法と同じである。なお、接合部113の接合面113aにおける外径(水平方向の幅)Lbは、フランジ133の上面における外径(水平方向の幅)LSよりも小さい。また、凹部115の表面粗さRaは0.1μm以下であることが好ましい。
Consider a case where the
あるいは、図8(a)に示されるセラミックスヒータ100Bのように、接合部113の側面が、接合面113aに向かって先細るようなテーパー形状になるように、切削加工又は研削加工を行うこともできる。接合部113の断面形状は曲率半径1mm以上の曲線形状を有している。なお、図8(a)に示されるように、シャフト130の上端には、円筒部131よりも外径が大きいフランジ133が設けられている。そして、図8(b)に示されるように、接合部113の接合面113aにシャフト130のフランジ133を固定する。なお、接合部113の接合面113aにおける外径(水平方向の幅)Lbは、フランジ133の上面における外径(水平方向の幅)LSよりも小さい。また、テーパー形状となっている接合部113の側面の表面粗さRaは0.1μm以下であることが好ましい。
Alternatively, as in the
このようにして、本実施形態に係るセラミックスヒータ100、100A、100Bを製造することができる。図6(c)に示されるように、接合部113に溝114が形成されているセラミックスヒータ100の場合、接合部113の溝114の中央(外径がL2となる位置)における水平断面積は、溝114の下端(外径がL1となる位置)及び溝114の上端(外径がL3となる位置)の水平断面積よりも小さくなっている。つまり、接合部113の溝114が形成されている領域には、接合部113の水平断面積が一時的に細くなるくびれが形成されている。これにより、セラミックス基材110からシャフト130に流れる熱の流れを抑制することができる。言い換えると、セラミックス基材110からシャフト130に向かって熱が逃げることを抑制することができる。
Thus, the
接合部113に凹部115が形成されているセラミックスヒータ100Aの場合(図7(a)、7(b)参照)、又は、接合部113の側面が、接合面113aに向かって先細るようなテーパー形状であるセラミックスヒータ100Bの場合(図8(a)、8(b)参照)には、接合部113の接合面113aにおける外径(水平方向の幅)Lbは、シャフト130の円筒部131の上面における外径(水平方向の幅)LSよりも小さい。この場合にも、セラミックス基材110からシャフト130に流れる熱の流れを抑制することができる。つまり、セラミックス基材110からシャフト130に向かって熱が逃げることを抑制することができる。
In the case of the
以下、本発明について実施例及び比較例を用いて更に説明する。但し、本発明は、以下に説明する実施例及び比較例に限定されない。 The present invention will be further described below using examples and comparative examples. However, the present invention is not limited to the examples and comparative examples described below.
[実施例1]
図9に実施例1のセラミックスヒータ100を示す。図9には示されていないが、電極箔120として、モリブデンメッシュ(線径0.1mm、メッシュサイズ#50、平織り)を図2の形状に裁断したものを作製した。そして、このような電極箔120を埋設した直径310mm、厚さ25mmのセラミックス基材110を作製した。セラミックス基材110の裏面111に、外径70mm、高さ10mmの接合部113を形成した。接合部113の接合面113aは、表面粗さRaが0.2μmとなるように加工した。また、外径が70mm、内径が60mmのシャフト130を作製した。なお、シャフト130の上面における内径は50mmである。シャフト130の上面の表面粗さは0.2μmである。シャフト130の上面と、接合部113の接合面113aとを、上述の手順で、拡散接合により接合した。その後、接合部113の側面に溝114を形成した。溝114の断面は幅6mm、深さ3mmの略矩形状であり、溝114の幅方向(上下方向)の中心は、裏面111から上下方向に5mm離れた位置にある。つまり、溝114の上端と裏面111との間の上下方向の距離は2mmである。溝114の断面において、隅部の曲率半径(R寸法)は、工具の角のR寸法と同程度(0.3mm以下)である。また、溝114の内面の表面粗さRaは1.0μmであった。
[Example 1]
FIG. 9 shows the
以下の手順でセラミックスヒータ100の気密評価を行った。まず、作成したセラミックスヒータ100をプロセスチャンバに設置した。そして、セラミックスヒータ100に不図示の外部電源から電流を流し、設定温度650℃~200℃の温度サイクルを繰り返した。1サイクル毎に目視による破損の有無のチェックと、ヘリウムリークディテクタを用いたリークチェックを行った。リークチェックにおいては、シャフト130の下方の開口部をヘリウムリークディテクタに接続した後、シャフト130の外側からヘリウムガスを吹き付け、接合部分180などからのヘリウムリークの有無を評価した。10-8Pa・m3/s以上のリークが認められた場合に、リーク発生ありと判断した。本実施例においては、4回の温度サイクルを繰り返してもリーク発生は認められなかった。
The airtightness evaluation of the
さらに、以下の手順でセラミックスヒータ100の温度評価を行った。セラミックスヒータ100に不図示の外部電源から電流を流し、不図示の熱電対により設定温度400℃で温度制御を行った。設定温度を400℃に保った状態で、セラミックス基板110の載置面111に温度評価用のシリコンウェハを載せた。そして、温度評価用のシリコンウェハの、直径290mmの領域の温度分布を赤外線カメラで計測した。なお、温度評価用のシリコンウェハは、直径300mmのシリコンウェハの上面に厚さ30μmの黒体膜をコーティングしたものである。黒体膜とは、放射率(輻射率)が90%以上である膜であり、例えば、カーボンナノチューブを主原料とする黒体塗料をコーティングすることにより成膜することができる。赤外線カメラで測定された温度評価用のシリコンウェハの温度分布の、最大温度から最小温度を引いた値を温度差Δとして求めた。温度差Δは、セラミックス基板110の載置面111の温度分布のばらつきの指標となる。実施例1において、設定温度400℃に対する温度差Δが3.5℃であった。
Furthermore, temperature evaluation of the
[実施例2]
図10に実施例2のセラミックスヒータ100を示す。実施例2のセラミックスヒータ100は、溝114の断面形状が曲率半径3mmの半円形状であることと、溝114の幅方向(上下方向)の中心が、裏面111から上下方向に3mm離れた位置にあることとを除いて、実施例1のセラミックスヒータ100と同様である。なお、溝114の上端と裏面111との間の上下方向の距離は0mmである。溝114の内面の表面粗さは1.0μmであった。実施例2においては、12回の温度サイクルを繰り返してもリーク発生は認められなかった。また、設定温度400℃に対する温度差Δが3.7℃であった。
[Example 2]
FIG. 10 shows a
[実施例3]
図11に実施例3のセラミックスヒータ100を示す。実施例3のセラミックスヒータ100は、セラミックス基材110の中心に向かってくびれた形状を有する溝114が形成されていることを除いて、実施例1のセラミックスヒータ100と同様である。溝114の断面形状において、溝114の深さ方向の先端は、曲率半径3mmの半円状の形状を有する。曲率半径の中心間の距離Dは50mmである。また、曲率半径の中心と、裏面111との間の上下方向の距離は3mmである。溝114の内面の表面粗さRaは1.0μmである。実施例3においては、12回の温度サイクルを繰り返してもリーク発生は認められなかった。また、設定温度400℃に対する温度差Δが3.3℃であった。
[Example 3]
FIG. 11 shows a
[実施例4]
実施例4のセラミックスヒータ100は、溝114の断面形状の隅部の曲率半径が1mmであることと、溝114の内面の表面粗さが0.09μmであることとを除いて、実施例1と同様である。実施例4においては、12回の温度サイクルを繰り返してもリーク発生は認められなかった。また、設定温度400℃に対する温度差Δが3.5℃であった。
[Example 4]
The
[実施例5]
図12に実施例5のセラミックスヒータ100Bを示す。実施例5のセラミックスヒータ100の接合部113の側面は、接合面113aに向かって先細るようなテーパー形状の曲面である。接合部113の高さ(裏面112から接合面113aまでの上下方向の距離)は5mmであり、接合部113の断面形状は、曲率半径5mmの円弧状の曲線部を有する。接合部113の側面の表面粗さRaは0.08μmである。また、シャフト130は、円筒部131の上端部分に、円筒部131よりも外径の大きいフランジ部133が設けられている。円筒部131は外径60mm、内径50mmであるのに対して、フランジ133は外径70mm、内径50mmである。実施例5においては、12回の温度サイクルを繰り返してもリーク発生は認められなかった。また、設定温度400℃に対する温度差Δが5.7℃であった。
[Example 5]
FIG. 12 shows a
[比較例]
図13に比較例のセラミックスヒータ100Cを示す。比較例では、セラミックス基材110の接合部113の縦断面形状は略矩形状であり、接合面113aに向かって先細るようなテーパー形状を有していない。また、接合部113の側面には外径が一時的に細くなるような凹部又は溝は設けられていない。接合部113の外径は90mmである。また、シャフト130の、円筒部131の上端部分に、円筒部131よりも外径の大きいフランジ部133が設けられている。円筒部131は外径70mm、内径50mmである。フランジ133は外径90mm、内径60mmであり、厚さは15mmである。比較例においては、2回の温度サイクルを繰り返した後、リーク発生が認められた。また、設定温度400℃に対する温度差Δが6.1℃であった。
[Comparative example]
FIG. 13 shows a
<実施例及び比較例のまとめ>
図14は、上述の実施例1~5及び比較例の結果をまとめた表を示している。
<Summary of Examples and Comparative Examples>
FIG. 14 shows a table summarizing the results of Examples 1 to 5 and Comparative Example described above.
図9~11に示されているように、実施例1~4のセラミックスヒータ100においては、接合部113の側面に溝114が形成されている。実施例1~4では、接合部113の側面の、溝114が形成された領域には、接合面113aから上方に向かって順番に並んだ3つの位置(第1位置P1、第2位置P2、第3位置P3)であって、第1位置P1における接合部113の幅(水平方向の長さ)L1と、第2位置P2における接合部113の幅(水平方向の長さ)L2と、第3位置P3における接合部113の幅(水平方向の長さ)L3とが、L2<L1であり、かつ、L2<L3<2LSであるような第1位置P1、第2位置P2、第3位置P3が存在する。この場合には、少なくとも第2位置P2において、接合部113の水平断面積が一時的に細くなるくびれが形成されている。これにより、セラミックス基材110からシャフト130に流れる熱の流れを抑制することができる。これに対して、比較例(図13参照)では、このような第1位置P1~第3位置P3は存在せず、接合部113には、水平断面積が一時的に細くなる部分は形成されていない。そのため、実施例1~4のセラミックスヒータ100における載置面111の温度分布のばらつきを、比較例のセラミックスヒータ100Cと比べて小さくすることができたと考えられる。
As shown in FIGS. 9 to 11, in the
図12に示されるように、実施例5においては、セラミックスヒータ100Bの接合部113の側面は、接合面113aに向かって先細るようなテーパー形状の曲面となっている。そして、接合部113の接合面113aにおける外径(水平方向の幅)Lbは、シャフト130の円筒部131の上面における外径(水平方向の幅)LSよりも小さい。これにより、実施例1~4と同様に、セラミックス基材110からシャフト130に流れる熱の流れを抑制することができる。そのため、実施例5のセラミックスヒータ100Bにおける載置面111の温度分布のばらつきを、比較例のセラミックスヒータ100Cと比べて小さくすることができたと考えられる。
As shown in FIG. 12, in Example 5, the side surface of the
実施例1と実施例4とを比較すると、実施例1のセラミックヒータ100においては、溝114の断面形状の隅部の曲率半径が0.3mm未満であるのに対して、実施例4のセラミックヒータ100では溝114の断面形状の隅部の曲率半径が1mmである。このように、溝114の断面形状の隅部の曲率半径を1mm以上とすることにより、隅部で発生する応力を緩和することができ、隅部においてクラックが発生することを抑制することができる。これに起因して、実施例4のセラミックヒータ100は、実施例1のセラミックヒータ100と比べて、リークが発生しづらくなっていると考えられる。さらに、実施例1においては、隅部を含めた溝114の内面の表面粗さRaが1.0μmであるのに対して、実施例4では、隅部を含めた溝114の内面の表面粗さRaが0.09μmである。このように、隅部を含めた溝114の内面の表面粗さRaを0.1μm以下とすることにより、隅部においてクラックが発生することを抑制することができると考えられる。このことも、実施例4のセラミックヒータ100は、実施例1のセラミックヒータ100と比べて、リークが発生しづらくなっていることに寄与していると考えられる。
Comparing Example 1 and Example 4, in the
<実施形態の作用効果>
上記実施形態及び実施例において、セラミックスヒータ100は、セラミックス基材110と、セラミックス基材110に埋設された金属製の電極箔120と、シャフト130とを備えている。セラミックス基材110の載置面111と対向する裏面112には、接合部113が設けられている。接合部113の側面には溝114が設けられている。上述のように、接合部113の側面の、溝114が形成された領域には、接合面113aから上方に向かって順番に並んだ第1位置P1、第2位置P2、第3位置P3であって、第1位置P1における接合部113の幅(水平方向の長さ)L1と、第2位置P2における接合部113の幅(水平方向の長さ)L2と、第3位置P3における接合部113の幅(水平方向の長さ)L3とが、L2<L1であり、かつ、L2<L3<2LSであるような第1位置P1、第2位置P2、第3位置P3が存在する。この場合には、少なくとも第2位置P2において、接合部113の水平断面積が一時的に細くなるくびれが形成されている。これにより、セラミックス基材110からシャフト130に流れる熱の流れを抑制することができる。
<Action and effect of the embodiment>
In the above embodiments and examples, the
上記実施形態及び実施例において、セラミックスヒータ100A、100Bの接合部113の側面は、接合面113aに向かって先細るようなテーパー形状の曲面を有している。そして、接合部113の接合面113aにおける外径(水平方向の幅)Lbは、シャフト130の円筒部131の上面における外径(水平方向の幅)LSよりも小さい。これにより、セラミックス基材110からシャフト130に流れる熱の流れを抑制することができる。
In the embodiments and examples described above, the side surfaces of the
上記実施形態及び実施例において、セラミックヒータ100の溝114の断面形状は、曲率半径が1mm以上の曲線部を有することができる。特に、セラミックヒータ100の溝114の断面形状の、隅部などの曲率半径が最も小さい部分の曲率半径を1mm以上にすることができる。同様に、セラミックヒータ100A、100Bの断面形状は、曲率半径が1mm以上の曲線部を有することができる。曲率半径が1mm以上の曲線部において、応力を緩和することができ、この部分でクラックが発生することを抑制することができる。これにより、セラミックスヒータ100、100A、100Bでリークが発生することを抑制することができる。
In the above embodiments and examples, the cross-sectional shape of the
上記実施形態及び実施例において、セラミックヒータ100の溝114の内面の表面粗さRaを0.1μm以下にすることができる。同様に、セラミックヒータ100A、100Bの接合部113の側面の、接合面113aに向かって先細るようなテーパー形状の曲面の表面粗さRaを0.1μm以下にすることができる。これにより、表面粗さRaを0.1μm以下にした部分でクラックが発生することを抑制することができ、セラミックスヒータ100、100A、100Bでリークが発生することを抑制することができる。
In the above embodiments and examples, the surface roughness Ra of the inner surface of the
<変更形態>
上述の実施形態は、あくまで例示に過ぎず、適宜変更しうる。例えば、セラミックス基材110、シャフト130の形状、寸法は上記実施形態のものには限られず、適宜変更しうる。接合部113の形状、寸法及び溝114の断面形状、幅等の寸法も適宜変更しうる。また、接合部113の側面に設けられたテーパー形状の曲面の形状、寸法等も適宜変更しうる。上記実施形態においては、電極箔として、モリブデン箔、タングステン箔、モリブデン及び/又はタングステンを含む合金の箔を用いていたが、本発明はそのような態様には限られない。例えば、モリブデン、タングステン以外の金属の箔、又は、合金の箔を用いることもできる。
<Change form>
The above-described embodiment is merely an example, and can be changed as appropriate. For example, the shape and dimensions of the
上記実施形態及び実施例1~5において、シャフト130の上端にフランジ133が形成されていない場合、シャフト130の上面の径と、接合部113接合面113aの径は同じであったが、本発明はそのような態様には限られず、シャフト130の上面の径と、接合部113接合面113aの径とを適宜の大きさに変更しうる。
In the above-described embodiment and Examples 1 to 5, when the
以上、発明の実施形態及びその変更形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記の記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが当業者に明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが請求の範囲の記載からも明らかである。 Although the embodiments of the invention and their modifications have been described above, the technical scope of the invention is not limited to the scope of the above description. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements may be made to the above embodiments. It is also clear from the description of the scope of claims that forms with such modifications or improvements can also be included in the technical scope of the present invention.
明細書、及び図面中において示した製造方法における各処理の実行順序は、特段に順序が明記されておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるので無い限り、任意の順序で実行しうる。便宜上、「まず、」「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するわけではない。 The execution order of each process in the manufacturing method shown in the specification and drawings is not specified in particular, and unless the output of the previous process is used in the subsequent process, in any order can be executed. For the sake of convenience, "first", "next", etc. are used for explanation, but it does not mean that it is essential to carry out in this order.
100 セラミックスヒータ
110 セラミックス基材
113 接合部
114 溝
115 凹部
120 電極箔
130 シャフト
140 給電線
REFERENCE SIGNS
Claims (6)
前記セラミックス基材に埋設された発熱体と、
前記接合面に接合された上面を有する筒状のシャフトと、を備え、
前記セラミックス基材の前記接合部の側面は、前記接合面から前記上下方向の上方に向かって順に並んだ第1位置、第2位置、第3位置であって、
前記第1位置における前記接合部の、前記上下方向に直交する水平方向の幅をL1とし、
前記第2位置における前記接合部の、前記水平方向の幅をL2とし、
前記第3位置における前記接合部の、前記水平方向の幅をL3とし、
前記上面における前記シャフトの前記水平方向の幅をLSとしたときに、
L1>L2
且つ
L2<L3<2LS
を満たすような第1位置、第2位置、第3位置を有することを特徴とするセラミックスヒータ。 A bonding having an upper surface on which an object to be heated is placed, a lower surface that faces the upper surface in the vertical direction, and a joint portion that projects downward in the vertical direction from the lower surface and has a joint surface parallel to the upper surface. a ceramic base having a portion;
a heating element embedded in the ceramic base;
a cylindrical shaft having an upper surface joined to the joint surface;
Side surfaces of the joint portion of the ceramic base material are arranged in order from the joint surface upward in the vertical direction, the second position, and the third position,
L1 is the width of the joint portion in the first position in the horizontal direction orthogonal to the vertical direction;
Let L2 be the width in the horizontal direction of the joint at the second position,
L3 is the width in the horizontal direction of the joint portion at the third position;
When the horizontal width of the shaft on the upper surface is LS,
L1 > L2
and L2<L3<2LS
A ceramic susceptor characterized by having a first position, a second position, and a third position that satisfy:
前記セラミックス基材に埋設された発熱体と、
前記接合面に接合された上面を有するフランジ、及び前記フランジから前記上下方向の前記下方側に延びる筒部を有するシャフトと、を備え、
前記接合部は、前記上下方向に直交する水平方向の幅が、前記接合面に向かって先細るようなテーパー形状を有しており、
前記接合部の前記接合面における前記水平方向の幅は、前記フランジの前記上面における前記水平方向の幅よりも小さいことを特徴とするセラミックスヒータ。 A bonding having an upper surface on which an object to be heated is placed, a lower surface that faces the upper surface in the vertical direction, and a joint portion that projects downward in the vertical direction from the lower surface and has a joint surface parallel to the upper surface. a ceramic base having a portion;
a heating element embedded in the ceramic base;
a flange having an upper surface joined to the joint surface; and a shaft having a tubular portion extending downward in the vertical direction from the flange,
The joint portion has a tapered shape in which a width in a horizontal direction perpendicular to the vertical direction tapers toward the joint surface,
A ceramic susceptor, wherein the horizontal width of the joint surface of the joint portion is smaller than the horizontal width of the upper surface of the flange.
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- 2021-08-05 JP JP2021129395A patent/JP2023023670A/en active Pending
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