JP5865566B2 - セラミックスヒータ - Google Patents

Description

本発明は、セラミックスヒータに関する。

ウエハを載置する載置面の温度制御精度を高めるため、複数の発熱抵抗体がセラミックス焼結体からなる基体に埋設され、各発熱抵抗体の発熱態様が独立して制御されるマルチゾーン式のセラミックスヒータが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００９−００９７９５号公報

しかし、載置面の中央部分をその周囲部分よりも高温若しくは低温に制御する、又は中央部分及び周囲部分を略等温に制御する等、載置面における温度分布態様の制御精度を向上させる余地がまだ残されている。

そこで、本発明は、載置面の温度分布の制御精度向上を図ることができるセラミックスヒータを提供することを課題とする。

本発明の第１態様のセラミックスヒータは、セラミックス焼結体からなり、半導体ウエハが載置される載置面を有する基体と、相互に短絡しないように前記基体に埋設されている第１発熱抵抗体及び第２発熱抵抗体と、を備えているセラミックスヒータであって、前記載置面の法線方向について前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体の存在範囲が重なっている指定区域が存在するように前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体が配置され、前記指定区域において前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体のそれぞれのワット密度の分布態様が異なるように構成され、前記指定区域における前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体のそれぞれの、前記載置面に対して平行である指定方向へのワット密度の勾配極性が逆であり、前記第１発熱抵抗体が、前記載置面において基準点を重畳的に囲む相互に離間している複数の第１環状区域のそれぞれに配置されている第１発熱抵抗要素と、隣り合う前記第１環状区域に配置されている前記第１発熱抵抗体同士を接続する第１接続要素とにより構成され、前記第２発熱抵抗体が、前記載置面において前記基準点を重畳的に囲む相互に離間している複数の第２環状区域のそれぞれに配置されている第２発熱抵抗要素と、隣り合う前記第２環状区域に配置されている前記第２発熱抵抗体同士を接続する第２接続要素とにより構成され、前記第１発熱抵抗要素が、前記基準点から前記載置面の外縁に向かう方向を前記指定方向として、前記基準点から離れている前記第１環状区域に配置されているほどワット密度が高くなるように構成されている一方、前記第２発熱抵抗要素が、前記基準点から離れている前記第２環状区域に配置されているほどワット密度が低くなるように構成され、前記第１接続要素のワット密度が前記第１発熱抵抗要素のワット密度よりも低く、かつ、前記第２接続要素のワット密度が前記第２発熱抵抗要素のワット密度よりも低いことを特徴とする。

本発明のセラミックスヒータによれば、載置面の少なくとも指定区域において、第１及び第２発熱抵抗体のそれぞれによって相互に異なる温度分布が形成されうる。「指定区域」とは、載置面の法線方向について第１及び第２発熱抵抗体の存在範囲が重なっている区域を意味する。「存在範囲」とは、各発熱抵抗体の外郭により輪郭の全部又はほぼ全部が定義される閉じた範囲又は領域を意味する。

このため、第１及び第２発熱抵抗体のそれぞれに対して供給される電力の組み合わせが変更されるだけで、各発熱抵抗体により形成される温度分布が組み合わせられた結果としての温度分布がさまざまな形態に制御され、その結果として載置面の温度分布が所望の形態（例えば、載置面の中心部を外周部と比較して高温であるような温度傾斜、又はこれとは逆に載置面の中心部を外周部と比較して低温であるような温度傾斜）に高精度で制御されうる。

前記指定区域における前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体のそれぞれの、前記載置面に対して平行である指定方向へのワット密度の勾配極性が逆であることで、第１及び第２発熱抵抗体のそれぞれに対する供給電力が制御されることにより、指定区域における指定方向について各発熱抵抗体により形成される温度勾配が合成された結果としての温度勾配が形成される。指定区域において各発熱抵抗体により指定方向に形成される温度勾配が反対極性である。

「ワット密度」とは、発熱抵抗要素に電流が流れることによって発生するジュール熱量を当該発熱抵抗要素の面積で除算した値として定義される。「温度勾配の極性」とは、指定区域の指定方向について離間した異なる２点（端点）における温度差の極性（正負の別）を意味する。

すなわち、一方の発熱抵抗体により形成される温度分布又はその極大値が指定方向に連続的又は断続的に増加するのに対して、他方の発熱抵抗体により形成される温度分布又はその極大値が指定方向に連続的又は断続的に減少する。

このため、載置面の指定区域において指定方向について各発熱抵抗体により形成される温度勾配が同程度に制御されることにより、平坦又は均等な総合温度分布が形成される。また、一方の発熱抵抗体により形成される温度勾配が他方の発熱抵抗体により形成される温度勾配より急になるように制御されることにより、当該一方の発熱抵抗体により形成される温度勾配が強く反映された総合温度分布が形成される。このように、各発熱抵抗体により形成される指定方向に勾配を有する温度分布が組み合わせられた結果としての温度分布がさまざまな形態に制御されることにより、載置面の温度分布の制御精度の向上が図られる。

本発明のセラミックスヒータにおいて、前記載置面の法線方向について前記基体のサイズｔを用いて、前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体のそれぞれと前記載置面との間隔が、０．４ｔ以上であることが好ましい。

当該構成のセラミックスヒータによれば、載置面における指定方向についての温度分布態様に対する、各発熱抵抗体の指定方向についての空間分布態様の影響が軽減される。

本発明のセラミックスヒータにおいて、前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体のうち、前記載置面の法線方向について前記載置面との間隔が長いほうの発熱抵抗体の前記指定方向についての温度勾配の極性が正であることがより好ましい。

当該構成のセラミックスヒータによれば、指定方向について温度勾配極性が正である発熱抵抗体の、当該指定方向についての空間分布態様が、載置面における指定方向についての温度分布に対して及ぼす影響を小さくすることができる。

前記第１発熱抵抗体が、前記載置面において基準点を重畳的に囲む相互に離間している複数の第１環状区域のそれぞれに配置されている第１発熱抵抗要素と、隣り合う前記第１環状区域に配置されている前記第１発熱抵抗体同士を接続する第１接続要素とにより構成され、前記第２発熱抵抗体が、前記載置面において前記基準点を重畳的に囲む相互に離間している複数の第２環状区域のそれぞれに配置されている第２発熱抵抗要素と、隣り合う前記第２環状区域に配置されている前記第２発熱抵抗体同士を接続する第２接続要素とにより構成され、前記第１発熱抵抗要素が、前記基準点から前記載置面の外縁に向かう方向を前記指定方向として、前記基準点から離れている前記第１環状区域に配置されているほどワット密度が高くなるように構成されている一方、前記第２発熱抵抗要素が、前記基準点から離れている前記第２環状区域に配置されているほどワット密度が低くなるように構成されていることで、各発熱抵抗体により形成される、載置面の基準点から外縁に向かう方向に勾配を有する温度分布が合成された結果としての温度分布がさまざまな形態に制御されることにより、載置面の温度分布の制御精度の向上が図られる。

本発明のセラミックスヒータにおいて、隣り合う前記第１環状区域の間隙に前記第２環状区域の一部又は全部が重なるように、前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体が配置されていることが好ましい。

当該構成のセラミックスヒータによれば、載置面においてその法線方向について第１及び第２発熱抵抗体が存在しない領域の低減又は解消、すなわち、各発熱抵抗体に対する電力の制御によって温度分布が制御されうる範囲の拡張が図られている。このため、当該載置面における温度分布制御の精度向上が図られる。

前記第１接続要素のワット密度が前記第１発熱抵抗要素のワット密度よりも低く、かつ、前記第２接続要素のワット密度が前記第２発熱抵抗要素のワット密度よりも低いことで、載置面のうち、複数の第１環状区域の間隙において第１接続要素が存在する箇所（特定の位相区域）、及び複数の第２環状区域の間隙において第２接続要素が存在する箇所が局所的に高温になり、載置面の温度分布制御が困難にある事態が回避されうる。

本発明のセラミックスヒータにおいて、前記第１接続要素及び前記第２接続要素が重ならないように、前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体が配置されていることが好ましい。

当該構成のセラミックスヒータによれば、第１接続要素及び第２接続要素が重なっている区域の存在のために、載置面において当該区域がその周囲よりも過度に高温になり、温度分布の制御が困難となる事態が回避される。

本発明の第２態様のセラミックスヒータは、セラミックス焼結体からなり、半導体ウエハが載置される載置面を有する基体と、相互に短絡しないように前記基体に埋設されている第１発熱抵抗体及び第２発熱抵抗体と、を備えているセラミックスヒータであって、前記載置面の法線方向について前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体の存在範囲が重なっている指定区域が存在するように前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体が配置され、前記指定区域において前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体のそれぞれのワット密度の分布態様が異なるように構成され、前記指定区域における前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体のそれぞれの、前記載置面に対して平行である指定方向へのワット密度の勾配極性が逆であり、前記第１発熱抵抗体が、前記載置面において基準点を重畳的に囲む相互に離間している複数の第１環状区域のそれぞれに配置されている第１発熱抵抗要素と、隣り合う前記第１環状区域に配置されている前記第１発熱抵抗体同士を接続する第１接続要素とにより構成され、前記第２発熱抵抗体が、前記載置面において前記基準点を重畳的に囲む相互に離間している複数の第２環状区域のそれぞれに配置されている第２発熱抵抗要素と、隣り合う前記第２環状区域に配置されている前記第２発熱抵抗体同士を接続する第２接続要素とにより構成され、前記第１発熱抵抗要素が、前記基準点から前記載置面の外縁に向かう方向を前記指定方向として、前記基準点から離れている前記第１環状区域に配置されているほどワット密度が高くなるように構成されている一方、前記第２発熱抵抗要素が、前記基準点から離れている前記第２環状区域に配置されているほどワット密度が低くなるように構成され、前記基準点から最も遠くに配置されている前記第１発熱抵抗要素が環状であり、かつ、前記第１発熱抵抗体に電力を供給するための一対の第１端子のそれぞれに一対の前記第１接続要素を介して接続され、これに代えて又は加えて、前記基準点から最も遠くに配置されている前記第２発熱抵抗要素が環状であり、かつ、前記第２発熱抵抗体に電力を供給するための一対の第２端子のそれぞれに一対の前記第２接続要素を介して接続されていることを特徴とする。

当該構成のセラミックスヒータによれば、最も外側にある環状の第ｉ発熱抵抗要素（「ｉ」は「１」及び「２」のいずれか一方又は両方）が、一対の第ｉ端子に対して並列接続されている一対の発熱抵抗要素を構成する。このため、最も外側にある第ｉ発熱抵抗要素の断面積又は幅の狭小化によるワット密度の増加が抑制される。その結果、第ｉ発熱抵抗体の配置スペース節約を図りながら、載置面における温度分布の制御精度の向上が図られる。

本発明の第３態様のセラミックスヒータは、セラミックス焼結体からなり、半導体ウエハが載置される載置面を有する基体と、相互に短絡しないように前記基体に埋設されている第１発熱抵抗体及び第２発熱抵抗体と、を備えているセラミックスヒータであって、前記載置面の法線方向について前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体の存在範囲が重なっている指定区域が存在するように前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体が配置され、前記指定区域において前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体のそれぞれのワット密度の分布態様が異なるように構成され、前記基体が、前記載置面の反対側において支持体に接合された状態で前記支持体により支持されるように構成され、前記基体と前記支持体との接合区域における前記第１発熱抵抗体と前記第２発熱抵抗体との重なり度が、当該接合区域とは別の区域における前記第１発熱抵抗体と前記第２発熱抵抗体との重なり度よりも高くなるように、前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体が配置されていることを特徴とする。

当該構成のセラミックスヒータによれば、基体から支持体に熱が伝わることによる、両者の接合区域の温度低下が抑制されうる。このように、載置面の温度分布に対する基体から支持体への熱伝達の影響が軽減されることにより、当該温度分布制御の精度向上が図られる。

本発明の第１実施形態としてのセラミックスヒータの構成説明図。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。 発熱抵抗要素の配置範囲を定義する環状区域に関する説明図。 本発明の第１実施形態としてのセラミックスヒータの機能説明図。 本発明の第２実施形態としてのセラミックスヒータの構成説明図。 本発明の第３実施形態としてのセラミックスヒータの構成説明図。 本発明の実施例及び比較例のセラミックスヒータの構成説明図。 本発明の実施例及び比較例のセラミックスヒータの機能説明図。

（第１実施形態）
（構成）
図１に示されている本発明の第１実施形態としてのセラミックスヒータは、略円盤状の基体１０と、相互に短絡しないように基体１０に埋設されている第１発熱抵抗体Ｒ₁（一点鎖線参照）及び第２発熱抵抗体Ｒ₂（二点鎖線参照）とを備えている。セラミックスヒータは、第１発熱抵抗体Ｒ₁に対して電力を供給するための一対の第１端子Ｔ₁と、第２発熱抵抗体Ｒ₂に対して電力を供給するための一対の第２端子Ｔ₂とをさらに備えている。

基体１０は、例えば焼結助剤として酸化イットリウムが添加されている窒化アルミニウムの焼結体によって構成されている。基体１０には、第１発熱抵抗体Ｒ₁及び第２発熱抵抗体Ｒ₂のほか、半導体ウエハをジョンセン−ラーベック力により載置面１１に引き付けるための静電チャック電極及び基体１０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。

図２に示されているように基体１０の一方の端面（平面）が、半導体ウエハ等の対象物（図示略）が載置される載置面１１を構成する。第１発熱抵抗体Ｒ₁と載置面１１との間隔（深さ）は、第２発熱抵抗体Ｒ₂と載置面１１との間隔よりも短い。

基体１０は、載置面１１の反対側の端面１２において基体１０に接合されている略円筒状の支持体２０により支持されている。図１において径の異なる２つの破線円により囲まれている区域Ｓ₀が、基体１０と支持体２０との接合区域に相当する。支持体２０は、例えば窒化アルミニウムの焼結体により構成されている。支持体２０がセラミックスヒータの構成要素であってもよい。支持体２０の中空部には一対の第１端子Ｔ₁のそれぞれと第１外部電源（図示略）とを接続するための第１給電線又はロッド２１と、一対の第２端子Ｔ₂のそれぞれと第２外部電源（図示略）とを接続するための第２給電線又はロッド２２とが配置される。

図３に示されているように、基体１０には載置面１１の法線方向について当該基体１０を臨んだ場合に、その径方向（又は緯度方向）に相互に離間しながら、載置面１１の中心点（基準点）Ｏを重畳的に囲む周方向（又は経度方向）に延在する円環状の第１環状区域Ｓ₁₁〜Ｓ₁₅が定義されている。第１発熱抵抗体Ｒ₁の存在範囲は、最も内側の第１環状区域Ｓ₁₁の内側の円弧及び最も外側の第１環状区域Ｓ₁₅の外側の円弧により画定される。

基体１０の半径をＲとした場合、載置面１１の中心点Ｏを原点とする円座標系（２次元ユークリッド空間Ｒ²における極座標系）における動径成分により、各第１環状区域は内側から順に［α₁₁Ｒ，（α₁₁＋δ₁₁）Ｒ］、［α₁₂Ｒ，（α₁₂＋δ₁₂）Ｒ］、［α₁₃Ｒ，（α₁₃＋δ₁₃）Ｒ］、［α₁₄Ｒ，（α₁₄＋δ₁₄）Ｒ］及び［α₁₅Ｒ，（α₁₅＋δ₁₅）Ｒ］のそれぞれにより表わされる。ここで、各係数の間には不等式（０１）で表わされる関係がある。

０＜α₁₁＜α₁₁＋δ₁₁＜α₁₂＜α₁₂＋δ₁₂＜α₁₃＜α₁₃＋δ₁₃＜α₁₄＜α₁₄＋δ₁₄＜α₁₅＜α₁₅＋δ₁₅＜１‥（０１）。

第１発熱抵抗体Ｒ₁は、モリブデン若しくはタングステン等の高融点金属又は当該金属を主成分とする導電体により構成されている。第１発熱抵抗体Ｒ₁は、第１環状区域Ｓ₁₁〜Ｓ₁₅のそれぞれに配置されている第１発熱抵抗要素Ｒ₁₁〜Ｒ₁₅及びこれらを接続する第１接続要素Ｃ₁₁〜Ｃ₁₄により構成されている。第１発熱抵抗要素Ｒ₁₁〜Ｒ₁₄のそれぞれは、相互に離間している一対の略半円弧状の発熱抵抗要素により構成されている。最も外側の第１発熱抵抗要素Ｒ₁₅は単一の略円環状の発熱抵抗要素により構成されている。

第１発熱抵抗要素Ｒ_1j（ｊ＝１〜３）を構成する一対の発熱抵抗要素のそれぞれは、一対の第１接続要素Ｃ_1jのそれぞれを介して、径方向外側に離間して隣り合う第１発熱抵抗要素Ｒ_1j+1を構成する一対の発熱抵抗要素のそれぞれに対して接続される。

第１発熱抵抗要素Ｒ₁₄を構成する一対の発熱抵抗要素のそれぞれは、一対の第１接続要素Ｃ₁₄のそれぞれを介して、径方向外側に離間して隣り合う最も外側の第１発熱抵抗要素Ｒ₁₅を構成する単一の発熱抵抗要素に対して接続される。最も外側の第１発熱抵抗要素Ｒ₁₅は、一対の第１端子Ｔ₁間で、正確にはその内側の第１発熱抵抗要素Ｒ₁₄を構成する一対の発熱抵抗要素のそれぞれの間で、並列接続されている一対の発熱抵抗要素を構成する。

対をなす第１接続要素Ｃ₁₁〜Ｃ₁₄のそれぞれは位相が約πだけずれて配置されている。第１接続要素Ｃ₁₁〜Ｃ₁₄のそれぞれは、少なくとも一部が第１発熱抵抗要素Ｒ₁₁〜Ｒ₁₅のそれぞれの幅δ₁₁〜δ₁₅よりも幅広（例えば３δ₁₁以上）の形状とされている。

図３に示されているように、基体１０にはその径方向に相互に離間しながら、載置面１１の中心点Ｏを重畳的に囲む円環状の第２環状区域Ｓ₂₁〜Ｓ₂₄がさらに定義されている。第２発熱抵抗体Ｒ₂の存在範囲は、最も内側の第２環状区域Ｓ₂₁の内側の円弧及び最も外側の第２環状区域Ｓ₂₄の外側の円弧により画定される。本実施形態では、第２発熱抵抗体Ｒ₁の存在範囲及び第２発熱抵抗体Ｒ₂の存在範囲の重なり範囲（指定区域）は、第２発熱抵抗体Ｒ₂の存在範囲と一致する。

基体１０の半径をＲとした場合、載置面１１の中心点Ｏを原点とする円座標系における動径成分により、各第２環状区域は内側から順に［α₂₁Ｒ，（α₂₁＋δ₂₁）Ｒ］、［α₂₂Ｒ，（α₂₂＋δ₂₂）Ｒ］、［α₂₃Ｒ，（α₂₃＋δ₂₃）Ｒ］及び［α₂₄Ｒ，（α₂₄＋δ₂₄）Ｒ］のそれぞれにより表わされる。第２環状区域Ｓ_2k（ｋ＝１〜４）は、隣り合う第１環状区域Ｓ_1k及びＳ_1k+1の間隙に重なるように配置されている。すなわち、各係数の間には不等式（０２）で表わされる関係がある。

α₁₁＋δ₁₁＜α₂₁＜α₂₁＋δ₂₁＜α₁₂，α₁₂＋δ₁₂＜α₂₂＜α₂₂＋δ₂₂＜α₁₃，α₁₃＋δ₁₃＜α₂₃＜α₂₃＋δ₂₃＜α₁₄，α₁₄＋δ₁₄＜α₂₄＜α₂₄＋δ₂₄＜α₁₅‥（０２）。

第２発熱抵抗体Ｒ₂は、第１発熱抵抗体Ｒ₁と同様にモリブデン若しくはタングステン等の高融点金属又は当該金属を主成分とする導電体により構成されている。第２発熱抵抗体Ｒ₂は、第２環状区域Ｓ₂₁〜Ｓ₂₄のそれぞれに配置されている第２発熱抵抗要素Ｒ₂₁〜Ｒ₂₄及びこれらを接続する第２接続要素Ｃ₂₁〜Ｃ₂₃により構成されている。第２発熱抵抗要素Ｒ₂₁〜Ｒ₂₃のそれぞれは、相互に離間している一対の略半円弧状の発熱抵抗要素により構成されている。最も外側の第２発熱抵抗要素Ｒ₂₄は単一の略円環状の発熱抵抗要素により構成されている。

第２発熱抵抗要素Ｒ_1j（ｊ＝１，２）を構成する一対の発熱抵抗要素のそれぞれは、一対の第２接続要素Ｃ_2jのそれぞれを介して、径方向外側に離間して隣り合う第２発熱抵抗要素Ｒ_2j+1を構成する一対の発熱抵抗要素のそれぞれに対して接続される。

第２発熱抵抗要素Ｒ₂₃を構成する一対の発熱抵抗要素のそれぞれは、一対の第２接続要素Ｃ₂₃のそれぞれを介して、径方向外側に離間して隣り合う最も外側の第２発熱抵抗要素Ｒ₂₄を構成する単一の発熱抵抗要素に対して接続される。最も外側の第２発熱抵抗要素Ｒ₂₄は、一対の第２端子Ｔ₂の間で、正確にはその内側の第２発熱抵抗要素Ｒ₂₃を構成する一対の発熱抵抗要素のそれぞれの間で、並列接続されている一対の発熱抵抗要素を構成する。

対をなす第２接続要素Ｃ₂₁〜Ｃ₂₃のそれぞれは位相が約πだけずれて配置されている。第２接続要素Ｃ₂₁〜Ｃ₂₃のそれぞれは、第１接続要素Ｃ₁₁〜Ｃ₁₄のそれぞれと位相が約π／４だけずれて配置されている。第２接続要素Ｃ₂₁〜Ｃ₂₃のそれぞれは、少なくとも一部が第２発熱抵抗要素Ｒ₂₁〜Ｒ₂₄のそれぞれの幅δ₂₁〜δ₂₄よりも幅広（例えば３δ₂₄以上）の形状とされている。

第１発熱抵抗要素Ｒ₁₁〜Ｒ₁₅のそれぞれは、径方向外側に基準点から中心点から離れている第１環状区域に配置されているほどワット密度が高くなるように構成されている。具体的には、第１発熱抵抗要素Ｒ₁₁〜Ｒ₁₅のそれぞれの線幅δ₁₁〜δ₁₅の間には不等式（０３）で表わされる関係がある。

０．５δ₁₅＜δ₁₄＜δ₁₃＜δ₁₂＜δ₁₁ ‥（０３）。

不等式（０３）においてδ₁₅にのみ「０．５」が掛けられているのは、前記のように最も外側の第１発熱抵抗要素Ｒ₁₅は、一対の第１接続要素Ｃ₁₄の間で並列接続されている一対の発熱抵抗要素を構成するためである。

第２発熱抵抗要素Ｒ₂₁〜Ｒ₂₄のそれぞれは、径方向外側に基準点から中心点から離れている第２環状区域に配置されているほどワット密度が低くなるように構成されている。具体的には、第２発熱抵抗要素Ｒ₂₁〜Ｒ₂₄のそれぞれの線幅δ₂₁〜δ₂₄の間には不等式（０４）で表わされる関係がある。

δ₂₁＜δ₂₂＜δ₂₃＜０．５δ₂₄ ‥（０４）。

不等式（０４）においてδ₂₄にのみ「０．５」が掛けられているのは、前記のように最も外側の第２発熱抵抗要素Ｒ₂₄は、一対の第２接続要素Ｃ₂₃の間で並列接続されている一対の発熱抵抗要素を構成するためである。

（製造方法その１）
高純度の窒化アルミニウム粉末に対して５重量％の酸化イットリウム粉末が添加された原料粉末が、溶媒（ＩＰＡ）とともにボールミルにより混合された上で乾燥された結果得られた粉末が原料粉末として準備された。所定形状のＭｏ箔（例えば厚さ０．１［ｍｍ］）が第１発熱抵抗体Ｒ₁及び第２発熱抵抗体Ｒ₂のそれぞれとして準備された。

原料粉末が、カーボン製のモールドに形成されている円柱状のモールド空間に投入された上で押圧され、これにより得られた成形体の上に第２発熱抵抗体Ｒ₂が同心に（中心が一致するように）に設置された。さらに、原料粉末がモールド空間に所定量だけ投入された上で押圧された。さらに、原料粉末がモールド空間に投入された上で押圧され、これにより得られた成形体の上に第１発熱抵抗体Ｒ₁が同心に設置された。その上から原料粉末がモールド空間にさらに投入された上で押圧された。これにより、第１発熱抵抗体Ｒ₁及び第２発熱抵抗体Ｒ₂が埋設されている成形体が得られた。

原料粉末のモールド空間に対する投入量は、当該成形体の焼結により得られるセラミックスヒータにおける第１発熱抵抗体Ｒ₁及び第２発熱抵抗体Ｒ₂のそれぞれの埋設位置に応じて適当に調節される（図１及び図２参照）。

その上で、当該成形体がホットプレス焼結法によって焼結された。すなわち、モールド空間の軸方向について所定の圧力下で、窒素等の非酸化性雰囲気下で高温に維持された。このようにして得られた焼結体が研削加工によって整形されることによりセラミックスヒータが製造された。

（製造方法その２）
第１発熱抵抗体Ｒ₁及び第２発熱抵抗体Ｒ₂並びにこれらを間に挟む３つの原料粉末の成形体が重ね合わせられた状態で、まとめてホットプレス焼結されることによりヒータ付き静電チャックが製造されてもよい。

高純度の窒化アルミニウム粉末に対して５重量％の酸化イットリウム粉末が添加された原料粉末が、バインダー、分散剤及び溶媒（ＩＰＡ）とともにボールミルにより混合されてスラリーが調製され、このスラリーからスプレードライ法によって得られた顆粒が原料粉末として準備された。

原料粉末がＣＩＰ成形された上で研削加工されることにより、径Ｒが同一の３つの略円盤状の成形体が作製された、当該成形体のそれぞれが脱脂された。静電チャック電極及び発熱抵抗体のそれぞれとしてＭｏ箔（例えば厚さ０．１［ｍｍ］）が準備された。

その上で、カーボン製のモールドに形成されている円柱状のモールド空間に、成形体、第１発熱抵抗体Ｒ₁、成形体、第２発熱抵抗体Ｒ₂及び成形体が、下から順に積み重ねられるように同心に設置される。成形体は鋳込み成形によって作製されてもよい。

そして、当該同心に積み重ねられた成形体等がホットプレス焼結法によって焼結された。このようにして得られた焼結体が研削加工によって整形されることによりセラミックスヒータが製造された。

得られたセラミックスヒータの載置面１１の法線方向について基体１０のサイズｔは２０［ｍｍ］とし、第１発熱抵抗体Ｒ₁と載置面１１との距離は８［ｍｍ］、第２発熱抵抗体Ｒ₂と載置面１１との距離は１６［ｍｍ］とした。

（機能）
図４（ａ）には、第１発熱抵抗体Ｒ₁に対する電力Ｗ₁及び第２発熱抵抗体Ｒ₂に対する供給電力Ｗ₂が同じである場合に、基体１０の径方向について形成される温度分布が実線で示されている。第１発熱抵抗体Ｒ₁により形成される温度勾配が一点鎖線で示され、第２発熱抵抗体Ｒ₂により形成される温度勾配が二点鎖線で示されている。図４（ｂ）には、第１発熱抵抗体Ｒ₁に対する電力Ｗ₁が第２発熱抵抗体Ｒ₂に対する供給電力Ｗ₂よりも高く制御された場合に基体１０の径方向について形成される温度分布が実線で示されている。図４（ｃ）には、第１発熱抵抗体Ｒ₁に対する電力Ｗ₁が第２発熱抵抗体Ｒ₂に対する供給電力Ｗ₂よりも低く制御された場合に基体１０の径方向について形成される温度分布が実線で示されている。

図４（ａ）から、載置面１１の第２発熱抵抗体Ｒ₂の存在範囲（指定区域）を含む区域において、径方向（指定方向）について各発熱抵抗体により形成される温度勾配同程度に制御されることにより、平坦又は均等な温度分布が形成されることがわかる。また、図４（ｂ）及び（ｃ）から、一方の発熱抵抗体により形成される温度勾配が他方の発熱抵抗体により形成される温度勾配より急になるように制御されることにより、当該一方の発熱抵抗体により形成される温度勾配が強く反映された温度分布が形成されることがわかる。

このように、各発熱抵抗体により形成される指定方向に勾配を有する温度分布が組み合わせられた結果としての温度分布がさまざまな形態に制御されることにより、載置面１１の温度分布の制御精度の向上が図られる。

（第２実施形態）
（構成）
本発明の第２実施形態としてのセラミックスヒータは、本発明の第１実施形態としてのセラミックスヒータとほぼ同様の製造方法により得られ、構成もほぼ同様であるため、共通する構成については説明を省略する。本発明の第２実施形態としてのセラミックスヒータにおいては、図５に示されているように基体１０と支持体２０との接合区域Ｓ₀において、最も内側の第１発熱抵抗要素Ｒ₁₁及び第２発熱抵抗要素Ｒ₂₁が重なるように配置されている。すなわち、当該接合区域Ｓ₀における第１発熱抵抗体Ｒ₁と第２発熱抵抗体Ｒ₂との重なり度が、それとは別の区域におけるそれよりも高くなるように、第１発熱抵抗体Ｒ₁及び第２発熱抵抗体Ｒ₂が配置されている。

（機能）
当該構成のセラミックスヒータによれば、基体１０から支持体２０に熱が伝わることによる、両者の接合区域Ｓ₀の温度低下が抑制されうる。このように、載置面１１の温度分布に対する基体から支持体への熱伝達の影響が軽減されることにより、当該温度分布制御のさらなる精度向上が図られる。

（他の実施形態）
基体１０、第１発熱抵抗体Ｒ₁及び第２発熱抵抗体Ｒ₂等のそれぞれの形状及び配置態様はさまざまに変更されてもよい。例えば、最も外側の第１発熱抵抗要素Ｒ₁₅（図１参照）が、一対の第１端子Ｔ₁間で他の発熱抵抗要素と直列接続されている単一の円弧状（半円弧状）の発熱抵抗要素により構成されていてもよい。これに代えて又は加えて、最も外側の第２発熱抵抗要素Ｒ₂₄が、一対の第２端子Ｔ₂間で他の発熱抵抗要素と直列接続されている単一の円弧状（半円弧状）の発熱抵抗要素により構成されていてもよい。

また、図６に示されているように基体１０が略矩形板状に形成され、これに合わせて第１発熱抵抗体Ｒ₁及び第２発熱抵抗体Ｒ₂のそれぞれの形状及び配置態様が設計されてもよい。説明のため、基体１０の直交する２辺のそれぞれに平行にｘ軸及びｙ軸が定義される。

図６（ａ）に示されているセラミックスヒータにおいて、第１発熱抵抗体Ｒ₁（実線参照）及び第２発熱抵抗体Ｒ₂（破線参照）のそれぞれは、＋ｘ方向（図中右方向）に延びた後、＋ｙ方向（図中上方向）にずれた箇所に折り返して−ｘ方向に延びるという蛇行パターンが繰り返されたような形状とされている。第１発熱抵抗体Ｒ₁のうちｘ軸に水平に延びる６つの線状又は帯状部分のそれぞれが第１発熱抵抗要素を構成する。第２発熱抵抗体Ｒ₂のうちｘ軸に水平に延びる６つの線状又は帯状部分のそれぞれが第２発熱抵抗要素を構成する。

図６（ｂ）に示されているセラミックスヒータにおいて、第１発熱抵抗体Ｒ₁（実線参照）及び第２発熱抵抗体Ｒ₂（破線参照）のそれぞれは、ジグザグ状に折り返しが繰り返されたような形状とされている。第１発熱抵抗体Ｒ₁のうち５つの線状又は帯状部分のそれぞれが第１発熱抵抗要素を構成する。第２発熱抵抗体Ｒ₂のうち５つの線状又は帯状部分のそれぞれが第２発熱抵抗要素を構成する。

図６（ａ）（ｂ）のいずれにおいても、第１発熱抵抗要素が配置されている第１区域同士の間隙に、第２発熱抵抗要素が配置されている第２区域が重なるように配置されている。第１発熱抵抗要素はその位置を表わすｙ座標値が大きいほど（図中上方にあるほど）ワット密度が高くなるように構成されている。その一方、第２発熱抵抗要素はその位置を表わすｙ座標値が大きいほどワット密度が低くなるように構成されている。

当該構成のセラミックスヒータによれば、第１発熱抵抗体及び第２発熱抵抗体のそれぞれの電力の組み合わせが制御されることにより、指定方向としての＋ｙ方向について載置面の温度分布が所望の形態に高精度で制御されうる（図４（ａ）〜（ｃ）参照）。

厚さｔの基体１０における第１発熱抵抗体Ｒ₁の載置面１１からの間隔β₁ｔ（０＜β₁＜１）と、第２発熱抵抗体Ｒ₂の載置面１１からの間隔β₂ｔ（０＜β₂≠β₁＜１）とが変更されることにより、指定方向について載置面１１の温度分布が制御されてもよい。

例えば、当該間隔β₁ｔ及びβ₂ｔがともに比較的短く調節されることにより（例えば０．１５≦β₁＜β₂≦０．４０）、第１発熱抵抗体Ｒ₁及び第２発熱抵抗体Ｒ₂のそれぞれの指定方向についてのワット密度分布曲線の形状を、載置面１１における指定方向についての温度分布曲線の形状に比較的明確に反映させることができる（図４（ａ）の一点鎖線及び二点鎖線参照）。

その一方、当該間隔β₁ｔ及びβ₂ｔがともに比較的長く調節されることにより（例えば０．４０≦β₁＜β₂≦０．８５）、第１発熱抵抗体Ｒ₁及び第２発熱抵抗体Ｒ₂のそれぞれの指定方向についてのワット密度分布曲線の形状を、載置面１１における指定方向についての温度分布曲線の形状に比較的ぼやかして反映させることができる（図４（ｂ）の二点鎖線及び図４（ｃ）の一点鎖線参照）。

（実験結果）
実施例１のセラミックスヒータとして、図７（ａ）に示されているように略円盤状の基体１０において定義されている円形状の中央領域Ａ₁並びにこれを重畳的に囲む径方向に相互に離間している４つの円環状の領域Ａ₂〜Ａ₅のうち、領域Ａ₁、Ａ₃及びＡ₅のそれぞれに単一の第１発熱抵抗体Ｒ₁を構成する一又は複数の第１発熱抵抗要素が配置されている一方、領域Ａ₂及びＡ₄のそれぞれに単一の第２発熱抵抗体Ｒ₂を構成する一又は複数の第２発熱抵抗要素が配置されている構成が採用された。

実施例２のセラミックスヒータとして、図７（ｂ）に示されているように基体１０において定義されている円形状の中央領域Ａ₁並びにこれを重畳的に囲む径方向に相互に離間している２つの円環状の領域Ａ₂及びＡ₃のうち、領域Ａ₁及びＡ₃のそれぞれに単一の第１発熱抵抗体Ｒ₁を構成する一又は複数の第１発熱抵抗要素が配置されている一方、領域Ａ₂に単一の第２発熱抵抗体Ｒ₂を構成する一又は複数の第２発熱抵抗要素が配置されている構成が採用された。

比較例のセラミックスヒータとして、図７（ｃ）に示されているように基体１０において定義されている円形状の中央領域Ａ₁及びこれを囲む円環状の領域Ａ₂のうち、領域Ａ₁に単一の第１発熱抵抗体Ｒ₁を構成する一又は複数の第１発熱抵抗要素が配置されている一方、領域Ａ₂に単一の第２発熱抵抗体Ｒ₂を構成する一又は複数の第２発熱抵抗要素が配置されている構成が採用された。比較例のセラミックスヒータにおいては、実施例１及び２のセラミックスヒータと異なり、第１発熱抵抗体Ｒ₁及び第２発熱抵抗体Ｒ₂のそれぞれの存在範囲が重なっていない。

図８には、第１発熱抵抗体Ｒ₁及び第２発熱抵抗体Ｒ₂に対する供給電力が異なるそれぞれの場合における、実施例１、実施例２及び比較例のそれぞれの径方向についての載置面の温度分布の測定結果が、一点鎖線、二点鎖線及び破線のそれぞれにより示されている。図８（ａ）には、第１発熱抵抗体Ｒ₁及び第２発熱抵抗体Ｒ₂のそれぞれに対する供給電力が２２００［Ｗ］に制御された場合の測定結果が示されている。図８（ｂ）には、第１発熱抵抗体Ｒ₁及び第２発熱抵抗体Ｒ₂のそれぞれに対する供給電力が１３５０［Ｗ］に制御された場合の測定結果が示されている。

各発熱抵抗体に対する供給電力が２２００［Ｗ］に制御された場合、載置面の最高温度及び最低温度の差は、比較例では９．８［℃］であるのに対して、実施例１では２．５［℃］、実施例２では６．４［℃］とこれよりも小さかった（図８（ａ）参照）。各発熱抵抗体に対する供給電力が１３５０［Ｗ］に制御された場合、載置面の最高温度及び最低温度の差は、比較例では４．９［℃］であるのに対して、実施例１では０．９［℃］、実施例２では３．５［℃］とこれよりも小さかった（図８（ｂ）参照）。

１０‥基体、２０‥支持体、Ｒ₁‥第１発熱抵抗体、Ｒ₂‥第２発熱抵抗体。

Claims (7)

1. セラミックス焼結体からなり、半導体ウエハが載置される載置面を有する基体と、相互に短絡しないように前記基体に埋設されている第１発熱抵抗体及び第２発熱抵抗体と、を備えているセラミックスヒータであって、
   前記載置面の法線方向について前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体の存在範囲が重なっている指定区域が存在するように前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体が配置され、前記指定区域において前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体のそれぞれのワット密度の分布態様が異なるように構成され、
   前記指定区域における前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体のそれぞれの、前記載置面に対して平行である指定方向へのワット密度の勾配極性が逆であり、
   前記第１発熱抵抗体が、前記載置面において基準点を重畳的に囲む相互に離間している複数の第１環状区域のそれぞれに配置されている第１発熱抵抗要素と、隣り合う前記第１環状区域に配置されている前記第１発熱抵抗体同士を接続する第１接続要素とにより構成され、前記第２発熱抵抗体が、前記載置面において前記基準点を重畳的に囲む相互に離間している複数の第２環状区域のそれぞれに配置されている第２発熱抵抗要素と、隣り合う前記第２環状区域に配置されている前記第２発熱抵抗体同士を接続する第２接続要素とにより構成され、
   前記第１発熱抵抗要素が、前記基準点から前記載置面の外縁に向かう方向を前記指定方向として、前記基準点から離れている前記第１環状区域に配置されているほどワット密度が高くなるように構成されている一方、前記第２発熱抵抗要素が、前記基準点から離れている前記第２環状区域に配置されているほどワット密度が低くなるように構成され、
   前記第１接続要素のワット密度が前記第１発熱抵抗要素のワット密度よりも低く、かつ、前記第２接続要素のワット密度が前記第２発熱抵抗要素のワット密度よりも低いことを特徴とするセラミックスヒータ。
2. セラミックス焼結体からなり、半導体ウエハが載置される載置面を有する基体と、相互に短絡しないように前記基体に埋設されている第１発熱抵抗体及び第２発熱抵抗体と、を備えているセラミックスヒータであって、
   前記載置面の法線方向について前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体の存在範囲が重なっている指定区域が存在するように前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体が配置され、前記指定区域において前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体のそれぞれのワット密度の分布態様が異なるように構成され、
   前記指定区域における前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体のそれぞれの、前記載置面に対して平行である指定方向へのワット密度の勾配極性が逆であり、
   前記第１発熱抵抗体が、前記載置面において基準点を重畳的に囲む相互に離間している複数の第１環状区域のそれぞれに配置されている第１発熱抵抗要素と、隣り合う前記第１環状区域に配置されている前記第１発熱抵抗体同士を接続する第１接続要素とにより構成され、前記第２発熱抵抗体が、前記載置面において前記基準点を重畳的に囲む相互に離間している複数の第２環状区域のそれぞれに配置されている第２発熱抵抗要素と、隣り合う前記第２環状区域に配置されている前記第２発熱抵抗体同士を接続する第２接続要素とにより構成され、
   前記第１発熱抵抗要素が、前記基準点から前記載置面の外縁に向かう方向を前記指定方向として、前記基準点から離れている前記第１環状区域に配置されているほどワット密度が高くなるように構成されている一方、前記第２発熱抵抗要素が、前記基準点から離れている前記第２環状区域に配置されているほどワット密度が低くなるように構成され、
   前記基準点から最も遠くに配置されている前記第１発熱抵抗要素が環状であり、かつ、前記第１発熱抵抗体に電力を供給するための一対の第１端子のそれぞれに一対の前記第１接続要素を介して接続され、これに代えて又は加えて、前記基準点から最も遠くに配置されている前記第２発熱抵抗要素が環状であり、かつ、前記第２発熱抵抗体に電力を供給するための一対の第２端子のそれぞれに一対の前記第２接続要素を介して接続されていることを特徴とするセラミックスヒータ。
3. 請求項１または２記載のセラミックスヒータにおいて、
   前記載置面の法線方向について前記基体のサイズｔを用いて、前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体のそれぞれと前記載置面との間隔が、０．４ｔ以上であることを特徴とするセラミックスヒータ。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のセラミックスヒータにおいて、
   前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体のうち、前記載置面の法線方向について前記載置面との間隔が長いほうの発熱抵抗体の前記指定方向についての温度勾配の極性が正であることを特徴とするセラミックスヒータ。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のセラミックスヒータにおいて、
   隣り合う前記第１環状区域の間隙に前記第２環状区域の一部又は全部が重なるように、前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体が配置されていることを特徴とするセラミックスヒータ。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載のセラミックスヒータにおいて、
   前記第１接続要素及び前記第２接続要素が重ならないように、前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体が配置されていることを特徴とするセラミックスヒータ。
7. セラミックス焼結体からなり、半導体ウエハが載置される載置面を有する基体と、相互に短絡しないように前記基体に埋設されている第１発熱抵抗体及び第２発熱抵抗体と、を備えているセラミックスヒータであって、
   前記載置面の法線方向について前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体の存在範囲が重なっている指定区域が存在するように前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体が配置され、前記指定区域において前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体のそれぞれのワット密度の分布態様が異なるように構成され、
   前記基体が、前記載置面の反対側において支持体に接合された状態で前記支持体により支持されるように構成され、
   前記基体と前記支持体との接合区域における前記第１発熱抵抗体と前記第２発熱抵抗体との重なり度が、当該接合区域とは別の区域における前記第１発熱抵抗体と前記第２発熱抵抗体との重なり度よりも高くなるように、前記第１発熱抵抗体及び前記第２発熱抵抗体が配置されていることを特徴とするセラミックスヒータ。