JP7756263B2 - セラミックヒータ - Google Patents

Description

本開示は、セラミックヒータに関するものである。

半導体製造プロセス用の成膜装置において、ウェハの温度を均一に制御するための支持ステージとして、セラミックヒータが用いられている。そのようなセラミックヒータとして、ウェハが載置されるためのセラミックプレートと、このセラミックプレートに取り付けられた円筒状のセラミックシャフトとを備えたものが広く用いられている。また、セラミックヒータとして複数の加熱ゾーンを有するマルチゾーンセラミックヒータも知られている。

特許文献１（特開平１１－３３９９３９号公報）には、略同心円状又は略渦巻き状をした発熱パターンを有する抵抗発熱体を埋設したセラミック体と、セラミック体の下面に接合されたセラミックス製の筒状支持体とを備えたセラミックヒータが開示されている。このセラミックヒータは、発熱パターンのうち筒状支持体より内側に位置する領域の面積をＳ１、筒状支持体より内側に位置する領域における抵抗発熱体の抵抗値をＲ１とし、発熱パターンのうち筒状支持体より外側に位置する領域の面積をＳ２、筒状支持体より外側に位置する領域における抵抗発熱体の抵抗値をＲ２としたとき、Ｒ１／Ｓ１の比をＲ２／Ｓ２の比に対して３～６０％の範囲で大きいものとされている。

特許文献２（特開平８－２７４１４７号公報）には、ウェハ保持面を成すセラミックス基体中に、順次通電する第１～第ｎ発熱抵抗体（ｎ≧２）を埋設し、第ｍ発熱抵抗体（ｍ＝２～ｎ）に対する第ｍ－１発熱抵抗体の抵抗値の比を１．５～４としたウェハ保持装置が開示されている。

特許文献３（特開２０１９－１９４９３９号公報）には、円板状のセラミックス基材と、セラミック基材に埋設される静電吸着用電極又は高周波発生用電極と、当該電極よりも下方においてセラミックス基材に埋設される第１発熱抵抗体と、 第１発熱抵抗体よりも下方においてセラミックス基材に埋設される第２発熱抵抗体とを備えたセラミックヒータが開示されている。第１発熱抵抗体は、当該電極の最外周の輪郭線により画定される仮想円の内側領域に設けられた平面状の第１抵抗部と、当該内側領域内であって、第１抵抗部よりもセラミックス基材の径方向の外側に設けられセラミックス基材の円周方向に沿って延在する線状又は帯状の第２抵抗部と、第１抵抗部及び第２抵抗部を接続する接続部とを有する。また、第２発熱抵抗体は、第２抵抗部の最内周の輪郭線により画定される仮想円よりも内側に配置される。

特許文献４（ＷＯ２０２０／１５３２１８）には、円形の内周側ゾーンと環状の外周側ゾーンとを備えたセラミックプレートと、内周側ゾーンに設けられた高融点金属製の内周側抵抗発熱体と、外周側ゾーンに設けられ、少なくとも表面が金属炭化物製の外周側抵抗発熱体とを備えた、セラミックヒータが開示されている。

特開平１１－３３９９３９号公報 特開平８－２７４１４７号公報 特開２０１９－１９４９３９号公報 ＷＯ２０２０／１５３２１８

半導体高集積化のための微細化や高積層化が加速的に進行しており、それに伴い半導体製造プロセスの高温化やプロセスの長時間化が進行している。その結果、製造装置の消費電力が増加してきている。一方で、ＳＤＧｓ（持続可能な開発目標）への対応も不可避となってきており、半導体製造工場全体の電力損失の削減を可能とするための電源の高電圧化が望まれている。電源の高電圧化により電流量を減らすことができるため、電力損失を低減できるためである。そして、この電源の高電圧化に伴い、製造装置を構成する各部品にも高電圧化対応が求められている。また、セラミックヒータの温度均一性（均熱性）への要求も益々強くなってきている。このため、セラミックヒータにおける高電圧対応と温度均一性の両立は喫緊の課題である。

実際、半導体製造工場の電源における高電圧化はこれまで２０８Ｖであったが、今後４４０Ｖ以上になるものと予想されている。かかる高電圧化への対応策として、セラミックヒータに埋設される抵抗発熱体の抵抗値を高め、セラミックヒータに流れる電流値を低減する手法が考えられる。これは、半導体製造工場全体で考えた場合、工場トータルで電流値を削減できれば、その分電力損失も低減できるためである。従来のセラミックヒータにおいては、３次元コイル型の抵抗発熱体にあっては細線化や巻き直径の拡大により、線状ジグザグ構造のような２次元型の抵抗発熱体にあっては細線化や振幅拡大により、印刷パターン型の抵抗発熱体にあっては薄膜化や印刷幅縮小により、それぞれ抵抗発熱体の高抵抗化が行われてきた。しかしながら、従来の抵抗値を高める手法では、高抵抗化は実現できるものの、抵抗発熱体の変形や変質でセラミックヒータの温度均一性が得られなかった。

本発明者らは、今般、セラミックプレートの中心から半径方向に規定される中央部、中間部及び外周部に埋設される抵抗発熱体を備えたセラミックヒータにおいて、抵抗発熱体の体積抵抗率がセラミックプレートの中心から遠ざかるにつれて徐々に高くなるようにし、かつ、中央部の外縁における抵抗発熱体の体積抵抗率に対する、中間部及び外周部における抵抗発熱体の体積抵抗率の比をそれぞれ所定の範囲内に調整することで、高抵抗化による消費電力削減と、セラミックプレートの面内における温度均一性とを両立できることを見出した。

したがって、本発明の目的は、高抵抗化による消費電力削減と、セラミックプレートの面内温度均一性とを両立できるセラミックヒータを提供することにある。

本開示によれば、以下の態様が提供される。
［態様１］
ウェハが載置されるための第一面と、前記第一面と対向する第二面とを有する円板状のセラミックプレートであって、前記セラミックプレートを平面視した場合に、前記セラミックプレートの中心から半径６０ｍｍ以内の円形領域として規定される中央部と、前記中心から半径８０～１２０ｍｍの円環状領域として規定される中間部と、前記中心から半径１３０ｍｍ以上の円環状領域として規定される外周部とを含む、セラミックプレートと、
前記セラミックプレート内の前記中央部、前記中間部及び前記外周部に埋設される抵抗発熱体と、
を備えた、セラミックヒータであって、
前記抵抗発熱体は、前記抵抗発熱体の体積抵抗率が、前記セラミックプレートの中心から遠ざかるにつれて徐々に高くなるように構成されており、
前記中央部の外縁における前記抵抗発熱体の体積抵抗率を１００％としたとき、前記中間部における前記抵抗発熱体の体積抵抗率の比が１０２～１２０％の範囲内であり、かつ、前記外周部における前記抵抗発熱体の体積抵抗率の比が１０８～１３９％の範囲内である、セラミックヒータ。
［態様２］
前記抵抗発熱体が、コイル、線状ジグザグ構造、印刷パターン、箔、及びメッシュからなる群から選択される少なくとも１種の形態である、態様１に記載のセラミックヒータ。
［態様３］
前記中央部に埋設される前記抵抗発熱体、前記中間部に埋設される前記抵抗発熱体、及び前記外周部に埋設される前記抵抗発熱体の各々が、平面視した場合に一筆書きの形態で配設されており、かつ、
前記中央部に埋設される前記抵抗発熱体、前記中間部に埋設される前記抵抗発熱体、及び前記外周部に埋設される前記抵抗発熱体が、同じ材料で構成される、態様１又は２に記載のセラミックヒータ。
［態様４］
前記セラミックヒータが少なくとも２つの前記抵抗発熱体を含み、
前記中央部、前記中間部及び前記外周部に埋設される前記抵抗発熱体の一方が、連続した１つの抵抗発熱体として、外側ゾーン制御ヒータ回路を成し、
前記中央部、前記中間部及び前記外周部の前記外側ゾーン制御ヒータ回路とは異なる深さ位置に埋設される前記抵抗発熱体の他方が、連続した１つの抵抗発熱体として、外側ゾーン制御ヒータ回路から独立した、内側ゾーン制御ヒータ回路を成している、態様３に記載のセラミックヒータ。
［態様５］
前記セラミックヒータが少なくとも２つの前記抵抗発熱体を含み、
前記外周部又は前記外周部及び前記中間部に埋設される前記抵抗発熱体が、連続した１つの抵抗発熱体として外側ゾーン制御ヒータ回路を成し、
前記中央部又は前記中央部及び前記中間部に埋設される前記抵抗発熱体が、連続した１つの抵抗発熱体として、外側ゾーン制御ヒータ回路から独立した、内側ゾーン制御ヒータ回路を成している、態様３に記載のセラミックヒータ。
［態様６］
前記セラミックプレートが、窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムを含む、態様１～５のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
［態様７］
前記セラミックプレートが窒化アルミニウムを含み、かつ、前記セラミックプレートが、前記第一面を与える上側セラミックプレートと前記第二面を与える下側セラミックプレートを有しており、前記上側セラミックプレートを構成する窒化アルミニウムが、５５０℃で１．０×１０^８Ω・ｃｍを超える体積抵抗率を有する、態様６に記載のセラミックヒータ。
［態様８］
前記セラミックプレート内に、ＲＦ電極及び／又はＥＳＣ電極である内部電極をさらに備えた、態様１～７のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。
［態様９］
前記セラミックプレートの前記第二面に同心円状に取り付けられ、かつ、内部空間を備えた円筒状のセラミックシャフトをさらに備えた、態様１～８のいずれか一つに記載のセラミックヒータ。

本発明によるセラミックヒータの一例を模式的に示す上面図である。 図１に示されるセラミックヒータの断面構造を模式的に示す透視断面図である。 本発明によるセラミックヒータの他の一例を模式的に示す上面図である。 図３に示されるセラミックヒータの断面構造を模式的に透視断面図である。なお、説明の都合上、本来同じ高さに位置している内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａ及びジャンパ２２の各々の構成を分かりやすく示すために、ジャンパ２２が本来の位置よりも僅かに低い位置として描かれている。 例１～５で採用した内側ゾーン制御ヒータ回路のパターン及び発熱密度を概念的に示す模式図である。この図において線の太さが発熱密度を表している。 例１～５で採用した外側ゾーン制御ヒータ回路のパターン及び発熱密度を概念的に示す模式図である。この図において線の太さが発熱密度を表している。 例１～５で測定された発熱抵抗体の半径方向位置に関する体積抵抗率比の分布を示すグラフである。

本発明によるセラミックヒータは、半導体製造装置内においてウェハを支持するためのセラミック製の台である。典型的には、本発明によるセラミックヒータは、半導体成膜装置用のセラミックヒータでありうる。成膜装置の典型的な例としては、ＣＶＤ（化学気相成長）装置（例えば、熱ＣＶＤ装置、プラズマＣＶＤ装置、光ＣＶＤ装置、及びＭＯＣＶＤ装置）並びにＰＶＤ（物理気相成長）装置が挙げられる。

図１及び２にセラミックヒータの一態様として２ゾーンセラミックヒータの一例を示す。図１及び２に示されるセラミックヒータ１０は、セラミックプレート１２と、抵抗発熱体１４とを備える。セラミックプレート１２は、円板状であり、ウェハＷが載置されるための第一面１２ａと、第一面１２ａと対向する第二面１２ｂとを有する。セラミックプレート１２を平面視した場合に、セラミックプレート１２は、中央部１２ｃと、中間部１２ｄと、外周部１２ｅとを含む。中央部１２ｃは、セラミックプレート１２の中心から半径６０ｍｍ以内の円形領域として規定される。中間部１２ｄは、セラミックプレート１２の中心から半径８０～１２０ｍｍの円環状領域として規定される。外周部１２ｅは、セラミックプレート１２の中心から半径１３０ｍｍ以上の円環状領域として規定される。抵抗発熱体１４は、セラミックプレート１２内の中央部１２ｃ、中間部１２ｄ及び外周部１２ｅに埋設される。抵抗発熱体１４は、抵抗発熱体１４の体積抵抗率が、セラミックプレート１２の中心から遠ざかるにつれて徐々に高くなるように構成されている。中央部１２ｃの外縁における抵抗発熱体１４の体積抵抗率を１００％としたとき、中間部１２ｄにおける抵抗発熱体１４の体積抵抗率の比が１０２～１２０％の範囲内であり、かつ、外周部１２ｅにおける抵抗発熱体１４の体積抵抗率の比が１０８～１３９％の範囲内である。このように、セラミックプレート１２の中心から半径方向に規定される中央部１２ｃ、中間部１２ｄ及び外周部１２ｅに埋設される抵抗発熱体１４を備えたセラミックヒータ１０において、抵抗発熱体１４の体積抵抗率がセラミックプレート１２の中心から遠ざかるにつれて徐々に高くなるようにし、かつ、中央部１２ｃの外縁における抵抗発熱体１４の体積抵抗率に対する、中間部１２ｄ及び外周部１２ｅにおける抵抗発熱体１４の体積抵抗率の比をそれぞれ所定の範囲内に調整することで、高抵抗化による消費電力削減と、セラミックプレート１２の面内における温度均一性とを両立することができる。

前述のとおり、セラミックヒータにおける高電圧対応と温度均一性の両立は喫緊の課題である。例えば、半導体製造工場の電源における高電圧化はこれまで２０８Ｖであったが、今後４４０Ｖ以上になるものと予想されている。かかる高電圧化への対応策として、セラミックヒータに埋設される抵抗発熱体の抵抗値を高め、セラミックヒータに流れる電流値を低減する手法が考えられる。従来のセラミックヒータにおいては、３次元コイル型の抵抗発熱体にあっては細線化や巻き直径の拡大により、線状ジグザグ構造のような２次元型の抵抗発熱体にあっては細線化や振幅拡大により、印刷パターン型の抵抗発熱体にあっては薄膜化や印刷幅縮小により、それぞれ抵抗発熱体の高抵抗化が行われてきた。しかしながら、３次元コイル型の抵抗発熱体にあっては、細線化や巻き直径の拡大を行うと抵抗値は倍増するが、製造時にコイル形状やパターン変形し易くなるため温度均一性達成難易度が高くなる。線状ジグザグ構造のような２次元型の抵抗発熱体にあっては、細線化や振幅を拡大すると抵抗値は倍増するが、上記同様に製造時変形で温度均一性が悪化する。印刷パターン型の抵抗発熱体にあっては、薄膜化や印刷幅縮小で抵抗値は倍増するが、製造時の抵抗発熱体変質が起きやすくなる他、上記同様に温度均一性を達成する難易度が高くなる。このように、従来の抵抗値を高める手法では、高抵抗化は実現できるものの、抵抗発熱体の変形や変質でセラミックヒータの温度均一性が得られなかった。

そこで、セラミックプレート１２を製造する際の焼成方法を見直し、昇温から最高温度を経て降温に至る一連の焼成プロセスを大幅に変更することにより、抵抗発熱体１４の変形を抑制し、抵抗発熱体１４全体の体積抵抗率を望ましいプロファイルで高めることに成功した。これらの試みにより温度均一性も改善した。これにより、抵抗発熱体１４の体積抵抗率が、セラミックプレート１２の中心から遠ざかるにつれて（すなわち外周に近づくにつれて）徐々に高くなるよう相対的に大きくすることが可能となった。それにより、抵抗発熱体１４の抵抗値を従来よりも大幅に高くすることができ、外周に近い領域に配置される抵抗発熱体１４の抵抗値がセラミックプレート１２の中心に近い領域に配置される抵抗発熱体１４の抵抗値よりも相対的に高くなった。その結果、装置構成上及びプロセス条件上、セラミックプレート１２の外周に近い領域で多く流れることが多い電流値の削減も達成した。こうして、高抵抗化による電流値の削減（これは消費電力の削減につながる）と、セラミックプレート１２の面内温度均一性との両方を改善できた。なお、抵抗発熱体１４全体の体積抵抗率を高くすれば電流値削減により効果的であるいえる。しかし、これを実現しようとすると、焼成時間が倍増して焼成時の消費電力も倍増するという問題があり、本末転倒となる。また、焼成時間の倍増に伴い抵抗発熱体の変形も増大しうる。そこで、外周に近い領域に配置される抵抗発熱体１４の体積抵抗率をセラミックプレート１２の中心に近い領域に配置される抵抗発熱体１４の体積抵抗率よりも高める手法が、消費電力削減と温度均一性との両立に最適であるとの結論に至り、本発明を完成するに至ったものである。

セラミックプレート１２は、抵抗発熱体１４等の埋設部材以外の主要部分（すなわちセラミック基体）が、優れた熱伝導性、高い電気絶縁性、及びシリコンに近い熱膨張特性等の観点から、窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムを含むのが好ましく、より好ましくは窒化アルミニウムを含む。好ましい態様において、セラミックプレート１２は窒化アルミニウムを含み、かつ、セラミックプレート１２が、第一面１２ａを与える上側セラミックプレートと第二面１２ｂを与える下側セラミックプレートを有する。この態様において、上側セラミックプレートを構成する窒化アルミニウムが、５５０℃で１．０×１０^８Ω・ｃｍを超える体積抵抗率を有するのが好ましく、より好ましくは１．０×１０^９～１．０×１０^１１Ω・ｃｍである。

セラミックプレート１２は円板状である。もっとも、円板状のセラミックプレート１２の平面視形状は、完全な円形である必要はなく、例えば、オリフラ（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ ｆｌａｔ）のように一部を欠いた不完全な円形であってもよい。セラミックプレート１２の直径は、３００ｍｍシリコンウェハ用において、典型的には３２０～３８０ｍｍであり、例えば３４０ｍｍ程度である。また、セラミックプレート１２の厚さは、典型的には１０～２５ｍｍであり、例えば２０ｍｍ程度である。

抵抗発熱体１４は、セラミックプレート１２内の中央部１２ｃ、中間部１２ｄ及び外周部１２ｅに埋設される。前述のとおり、中央部１２ｃは、セラミックプレート１２の中心から半径６０ｍｍ以内の円形領域として規定される。中間部１２ｄは、セラミックプレート１２の中心から半径８０～１２０ｍｍの円環状領域として規定される。外周部１２ｅは、セラミックプレート１２の中心から半径１３０ｍｍ以上の円環状領域として規定される。したがって、中央部１２ｃと中間部１２ｄとの間には幅２０ｍｍの円環状領域が存在する一方、中間部１２ｄと外周部１２ｅとの間には幅１０ｍｍの円環状領域が存在する。これらの中央部１２ｃ、中間部１２ｄ及び外周部１２ｅのいずれにも属さない円環状領域は、単に抵抗発熱体１４の体積抵抗率の比を算出する上では考慮されないことを意味にするにすぎず、当該円環状領域にも抵抗発熱体１４は存在するものであってよい。すなわち、抵抗発熱体１４は、図１及び２に示されるように、セラミックプレート１２内の中央部１２ｃ、中間部１２ｄ及び外周部１２ｅにわたって（それらの間の円環状領域を含めて）連続的に埋設されてもよい。あるいは、図３及び４に示されるように、抵抗発熱体１４は、セラミックプレート１２内の中央部１２ｃ及び中間部１２ｄにわたって（それらの間の円環状領域を含めて）連続的に埋設される抵抗発熱体１４（内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａ）と、セラミックプレート１２内の外周部１２ｅに埋設される別の抵抗発熱体１４（外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂ）との組合せであってもよい。

抵抗発熱体１４は、抵抗発熱体１４の体積抵抗率が、セラミックプレート１２の中心から遠ざかるにつれて徐々に高くなるように構成されている。具体的には、抵抗発熱体１４は、中央部１２ｃの外縁における抵抗発熱体１４の体積抵抗率を１００％としたとき、中間部１２ｄにおける抵抗発熱体１４の体積抵抗率の比が１０２～１２０％の範囲内であり、好ましくは１０３～１１８％、より好ましくは１０５～１１５％である。また、外周部１２ｅにおける抵抗発熱体１４の体積抵抗率の比が１０８～１３９％の範囲内であり、好ましくは１１２～１３５％、より好ましくは１１６～１３０％である。これらの範囲内であると、高抵抗化による消費電力削減と、セラミックプレート１２の面内温度均一性とをより効果的に両立できる。

抵抗発熱体１４は、コイル、線状ジグザグ構造、印刷パターン、箔、及びメッシュからなる群から選択される少なくとも１種の形態であるのが好ましい。

中央部１２ｃに埋設される抵抗発熱体１４、中間部１２ｄに埋設される抵抗発熱体１４、及び外周部１２ｅに埋設される抵抗発熱体１４の各々は、平面視した場合に一筆書きの形態で配設されているのが好ましい。一筆書きの形態は、渦巻状等の公知の種々の形態でありうる。中央部１２ｃに埋設される抵抗発熱体１４、中間部１２ｄに埋設される抵抗発熱体１４、及び／又は外周部１２ｅに埋設される抵抗発熱体１４は互いに連続していてもよいし、分離していてもよい。したがって、抵抗発熱体１４は、中央部１２ｃ、中間部１２ｄ及び外周部１２ｅにわたって連続的に配設される１ゾーンヒータ回路であってもよいし、２以上のゾーンに分割されたマルチゾーンヒータ回路であってもよい。例えば、図１及び２に示されるように、中央部１２ｃ、中間部１２ｄ及び外周部１２ｅにわたって一筆書きの形態で連続的に配設されてもよいし、図３及び４に示されるように、内側ゾーンＺ１において一筆書きの形態で配設されて内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａを成すともに、外側ゾーンＺ２において一筆書きの形態で配設されて外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂを成していてもよい。いずれにしても、セラミックヒータ１０においては、中央部１２ｃに埋設される抵抗発熱体１４、中間部１２ｄに埋設される抵抗発熱体１４、及び外周部１２ｅに埋設される抵抗発熱体１４が、同じ材料で構成されるのが好ましい。これは、セラミックプレート１２を製造する際の焼成方法を見直したことで、同じ材料で構成される抵抗発熱体１４であっても抵抗及び体積抵抗率を望ましく制御できるためである。その意味で、焼成を経ることで同じ材料であっても（例えば炭化の度合いにより）体積抵抗率が中央部１２ｃ、中間部１２ｄ及び外周部１２ｅ等の位置に応じて異なってくるため、本明細書における「同じ材料」とは焼成による変質（例えば炭化）ないし体積抵抗率の変化を考慮せずに焼成前の元々の材料が同じものであることを意味するものとする（その意味で「本質的に同じ材料」と称することもできる）。

上述のとおり、セラミックプレート１２は、平面視した場合に、内側ゾーンＺ１と外側ゾーンＺ２とを含みうる。内側ゾーンＺ１は、セラミックプレート１２の中心から所定距離以内の円形領域として規定され、典型的には中央部１２ｃ及び所望により中間部１２ｄの一部又は全部を含む。外側ゾーンＺ２は、内側ゾーンＺ１の外側の円環状領域として規定され、典型的には外周部１２ｅ及び所望により中間部１２ｄの一部又は全部を含む。したがって、内側ゾーンＺ１と中央部１２ｃ（又は中央部１２ｃ及び中間部１２ｄを組み合わせた領域）は必ずしも一致する訳ではなく、外側ゾーンＺ２は外周部１２ｅ（又は外周部１２ｅ及び中間部１２ｄを組み合わせた領域）と必ずしも一致する訳ではない。外側ゾーンＺ２は、円弧状に区画された複数の外側サブゾーンで構成されていてもよい。外側ゾーンＺ２は互いに重ならない異なるサイズの２つ又はそれ以上の円環状領域を同心円状に有していてもよい。この場合、外側ゾーンＺ２は、内側ゾーンＺ１に近接する第一の外側ゾーンと、第一の外側ゾーンの外側に位置する第二の外側ゾーンとを少なくとも有することになる。必要に応じて、第二の外側ゾーンの外側に第三又はそれ以上の外側ゾーンが存在してもよい。

本発明の好ましい態様においては、図１及び２に示されるように、セラミックヒータ１０が少なくとも２つの抵抗発熱体１４を重複する領域で含むものでありうる。この態様においては、中央部１２ｃ、中間部１２ｄ及び外周部１２ｅに埋設される抵抗発熱体１４の一方が、連続した１つの抵抗発熱体として、外側ゾーンＺ２を選択的又は優先的に加熱するための外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂを成し、中央部１２ｃ、中間部１２ｄ及び外周部１２ｅの外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂとは異なる深さ位置に埋設される抵抗発熱体１４の他方が、連続した１つの抵抗発熱体として、外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂから独立した、内側ゾーンＺ１を選択的又は優先的に加熱するための内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａを成すのが好ましい。この態様では、内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａ及び外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂがいずれも中央部１２ｃ、中間部１２ｄ及び外周部１２ｅを含む重複する領域を異なる深さで配設されることになるが、内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａは内側ゾーンＺ１において抵抗が高くなり、かつ、外側ゾーンＺ２において抵抗が低くなるように配設される（例えばコイルの場合にはコイルピッチを変える）ことにより、内側ゾーンＺ１において選択的に加熱が行われるように構成すればよい。同様に、外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂは内側ゾーンＺ１において抵抗が低くなり、かつ、外側ゾーンＺ２において抵抗が高くなるように配設される（例えばコイルの場合にはコイルピッチを変える）ことにより、外側ゾーンＺ２において選択的に加熱が行われるように構成すればよい。

本発明の別の好ましい態様においては、図３及び４に示されるように、セラミックヒータ１０が少なくとも２つの抵抗発熱体１４を異なる領域で含むものでありうる。この態様においては、外側ゾーンＺ２（典型的には外周部１２ｅ又は外周部１２ｅ及び中間部１２ｄ）に埋設される抵抗発熱体１４が、連続した１つの抵抗発熱体１４として、外側ゾーンＺ２を選択的又は優先的に加熱するための外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂを成し、内側ゾーンＺ１（典型的には中央部１２ｃ又は中央部１２ｃ及び中間部１２ｄ）に埋設される抵抗発熱体が、連続した１つの抵抗発熱体１４として、外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂから独立した、内側ゾーンＺ１を選択的又は優先的に加熱するための内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａを成すのが好ましい。

図１～４のいずれの態様においても、内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａは、セラミックプレート１２の内側ゾーンＺ１（及び存在する場合には外側ゾーンＺ２）に、第一面１２ａと平行に埋設される。セラミックプレート１２の内側ゾーンＺ１の中央部には内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａに給電するための１対の第一給電端子１８が設けられる。好ましくは、内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａの両端に第一給電端子１８がそれぞれ接続される。第一給電端子１８は２対以上存在していてもよい。第一給電端子１８はロッド状であり、内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａはロッド状の第一給電端子１８を経てヒータ電源（図示せず）に接続されている。

図１～４のいずれの態様においても、外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂは、セラミックプレート１２の外側ゾーンＺ２（及び存在する場合には内側ゾーンＺ１）に第一面１２ａと平行に埋設される。セラミックプレート１２の内側ゾーンＺ１の中央部（ただし第一給電端子１８とは異なる位置）には、外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂに給電するための１対の第二給電端子２０が設けられる。１対の第二給電端子２０は、図２に示されるように外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂに直接接続されてもよいし、図４に示されるように１対のジャンパ２２を介して外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂと電気的に接続されてもよい。第二給電端子２０は２対以上存在していてもよい。第二給電端子２０はロッド状であり、外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂは（必要に応じてジャンパ２２を介して）ロッド状の第二給電端子２０を経てヒータ電源（図示せず）に接続されている。

セラミックプレート１２はＲＦ電極３０及び／又はＥＳＣ電極を内部電極としてさらに備えていてもよい。この場合、ＲＦ電極３０及び／又はＥＳＣ電極は、セラミックプレート１２の、抵抗発熱体１４及び（存在する場合にはジャンパ２２）よりも第一面１２ａに近い深さ位置に埋設されるのが好ましい。ＲＦ電極は高周波が印加されることで、プラズマＣＶＤプロセスによる成膜を可能とする。ＥＳＣ電極は、静電チャック（ＥＳＣ）電極の略称であり、静電電極とも称される。ＥＳＣ電極は、外部電源によって電圧が印加されるとセラミックプレート１２の表面に載置されたウェハをジョンソン・ラーベック力によりチャッキングする。ＥＳＣ電極は、セラミックプレート１２よりもやや小径の円形の薄層電極であるのが好ましく、例えば、細い金属線を網状に編み込んでシート状にしたメッシュ状の電極でありうる。ＥＳＣ電極はプラズマ電極として利用してもよい。すなわち、ＥＳＣ電極に高周波を印加することにより、ＥＳＣ電極をＲＦ電極としても使用することができ、プラズマＣＶＤプロセスによる成膜を行うこともできる。ＲＦ電極３０又はＥＳＣ電極には、給電のためのＲＦ端子３２又はＥＳＣ端子が接続されている。ＲＦ端子３２又はＥＳＣ端子はロッド状であり、ＲＦ電極３０又はＥＳＣ電極はロッド状のＲＦ端子３２又はＥＳＣ端子を経て外部電源（図示せず）に接続されている。

所望により、セラミックシャフト２８が、セラミックプレート１２の第二面１２ｂに同心円状に取り付けられていてもよい。セラミックシャフト２８は、内部空間Ｓを備えた円筒状の部材であり、公知のセラミックサセプタ又はセラミックヒータで採用されるセラミックシャフトと同様の構成でありうる。内部空間Ｓはその中を第一給電端子１８、第二給電端子２０、ＲＦ端子３２等の端子ロッドが通過するように構成される。セラミックシャフト２８は、セラミックプレート１２と同様のセラミック材料で構成されるのが好ましい。したがって、セラミックシャフト２８は窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムを含むのが好ましく、より好ましくは窒化アルミニウムを含む。セラミックシャフト２８の上端面は、セラミックプレート１２の第二面１２ｂに固相接合又は拡散接合により接合されているのが好ましい。セラミックシャフト２８の外径は、好ましくは４０～６０ｍｍであり、例えば５５ｍｍ程度である。セラミックシャフト２８の内径（内部空間Ｓの径）は、好ましくは３３～５５ｍｍであり、例えば５０ｍｍ程度である。

セラミックプレート１２は、熱電対挿入穴３４を備えていてもよい。熱電対挿入穴３４は、第二面１２ｂから第一面１２ａに向かって形成された縦穴でありうる。この熱電対挿入穴３４に熱電対３６が挿入されることで、セラミックプレート１２ないしＲＦ電極３０等の内部電極の温度を測定することができる。この場合、熱電対挿入穴３４は、ＲＦ電極３０等の内部電極又はその近傍まで到達しているのが好ましい。

本発明による特有の体積抵抗率比プロファイルを有するセラミックプレート１２は、例えば、以下のようにして好ましく製造することができる。まず、窒化アルミニウム粉体をプレス成型して第一の窒化アルミニウム圧粉体を得る。得られた第一の窒化アルミニウム圧粉体上に窒化アルミニウム粉体及び内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａを配置してプレス成型することで、内部に内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａが埋設された第二の窒化アルミニウム圧粉体を得る。得られた第二の窒化アルミニウム圧粉体上に窒化アルミニウム粉体及び外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂを配置してプレス成型することで、内部に外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂが更に埋設された第三の窒化アルミニウム圧粉体を得る。得られた第三の窒化アルミニウム圧粉体上に窒化アルミニウム粉体及びＲＦ電極３０を配置してプレス成型することで、内部にＲＦ電極３０が更に埋設された第四の窒化アルミニウム圧粉体を得る。こうして図２に示されるように内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａ、外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂ及びＲＦ電極３０が埋設された窒化アルミニウム圧粉体からなるプレス成型体を得る。ここまでのプロセスは従来同様であり公知の製法に従って行うことができる。そして、本発明のセラミックプレート１２を得るために、得られたプレス成型体（積層体）を窒素雰囲気下にて以下の特有の焼成条件で焼成するのが好ましい。
・最高温度：１７６０～１８７０℃
・最高温度での保持時間：５～１３時間
・最高温度までの昇温速度の変更回数：２～７回
・昇温速度：４０～６０℃／分の範囲内で変更
・焼成圧力：６０～１２０ｋｇ／ｃｍ^２

このような焼成を経ることで抵抗発熱体１４の炭化の度合いを半径方向の位置に応じて変化させることができ、それにより中央部１２ｃ、中間部１２ｄ及び外周部１２ｅ等の半径方向の位置に応じた望ましいプロファイルの体積抵抗率を実現することができる。

本発明を以下の例によってさらに具体的に説明する。ただし、本発明は以下の例に限定されるものではない。

例１～５
（１）２ゾーンセラミックヒータの作製
以下に示される構成部材を用いて、図１及び２に示されるような構造を有する２ゾーンセラミックヒータ１０を焼成条件以外は公知の手順で作製した。
＜構成部材及びその仕様＞
・セラミックプレート１２：円板状の窒化アルミニウム焼結体（直径：３３０ｍｍ、厚さ：２０ｍｍ、５５０℃での体積抵抗率：１．０×１０^１０Ω・ｃｍ（クーポン（試験片）を切り出して５５０℃で測定））（内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａ、外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂ、及びＲＦ電極３０が内部に埋設されたもの）
・セラミックシャフト２８：円筒状の窒化アルミニウム焼結体（高さ：１７０ｍｍ、外径：４５ｍｍ、内径：３６ｍｍ）
・内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａ：セラミックプレート１２における内側ゾーンＺ１及び外側ゾーンＺ２（直径３２０ｍｍの領域）の第一面１２ａからの深さが１１．５ｍｍの位置に図５に示される回路パターンに従って埋設されたコイル（材質：モリブデン、線径：５００μｍ、外径：３．５ｍｍ、図５の回路パターンにおいて線の太さによって概念的に表されるようにセラミックプレート１２の中心に近づくほどコイルピッチが短くなる（コイルが密になる）ように配設）、
・外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂ：セラミックプレート１２における内側ゾーンＺ１及び外側ゾーンＺ２（直径３２０ｍｍの領域）の第一面１２ａからの深さが６．５ｍｍの位置に図６に示される回路パターンに従って埋設されたコイル（材質：モリブデン、線径：５００μｍ、外径：３．５ｍｍ、図６の回路パターンにおいて線の太さによって概念的に表されるようにセラミックプレート１２の外周に近づくほどコイルピッチが短くなる（コイルが密になる）ように配設）
・ＲＦ電極３０：セラミックプレート１２の第一面１２ａからの深さが１．０ｍｍの位置に埋設された、モリブデン製の電極層
・第一給電端子１８：ニッケル製の２本の端子ロッド
・第二給電端子２０：ニッケル製の２本の端子ロッド
・ＲＦ端子３２：ニッケル製の１本の端子ロッド

上述した内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａ、外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂ、及びＲＦ電極３０が内部に埋設されたセラミックプレート１２は、以下の手順で作製したものである。まず、窒化アルミニウム粉体をプレス成型して第一の窒化アルミニウム圧粉体を得た。得られた第一の窒化アルミニウム圧粉体上に窒化アルミニウム粉体及び内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａを配置してプレス成型することで、内部に図５に示されるようなパターンの内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａが埋設された第二の窒化アルミニウム圧粉体を得た。得られた第二の窒化アルミニウム圧粉体上に窒化アルミニウム粉体及び外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂを配置してプレス成型することで、内部に図６に示されるようなパターンの外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂが更に埋設された第三の窒化アルミニウム圧粉体を得た。得られた第三の窒化アルミニウム圧粉体上に窒化アルミニウム粉体及びＲＦ電極３０を配置してプレス成型することで、内部にＲＦ電極３０が更に埋設された第四の窒化アルミニウム圧粉体を得た。こうして図２に示されるように内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａ、外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂ及びＲＦ電極３０が埋設された窒化アルミニウム圧粉体からなるプレス成型体を得た。得られたプレス成型体（積層体）を窒素雰囲気下、表１に示される焼成条件で焼成することにより、内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａ、外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂ及びＲＦ電極３０が内部に埋設されたセラミックプレート１２を得た。

（２）評価
得られた２ゾーンセラミックヒータに対して各種評価を行った。

＜体積抵抗率比の分布＞
２ゾーンセラミックヒータに埋設された内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａ及び外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂを構成する抵抗発熱体について、セラミックプレート１２の中心から半径方向における各種位置における体積抵抗率を以下のようにして測定した。セラミックプレート１２の中心から６０ｍｍの位置（中央部の外縁）における体積抵抗率（これを１００％とする）に対する各位置における体積抵抗率の相対値（％）を求めることで、体積抵抗率比の分布を調べた。結果は図７に示されるとおりであった。

（体積抵抗率の測定）
上記（１）と同様にして、抵抗発熱体の体積抵抗率測定用のセラミックヒータを作製して６等分に分割切断して、扇形の平面形状を有する６個の試験片を得た。各試験片の切断面に露出した各抵抗発熱体の断面に直径２ｍｍの端子をそれぞれ取り付け、各抵抗発熱体の抵抗値を室温にて４端子法のテスターで測定した。各測定位置における半径から円弧状の各抵抗発熱体の長さを求め、各抵抗発熱体の体積抵抗率を、測定された抵抗値、抵抗発熱体の長さ、及び抵抗発熱体の断面積（線径０．５ｍｍから算出）から計算した。本例のセラミックヒータは、内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａ及び外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂが同じ半径方向位置において２層で併存するため、各半径方向位置で２つの体積抵抗率が得られた。こうして各半径方向位置について６個の試験片に基づく１２個（＝６個×２層）の体積抵抗率が得られ、それらの平均値を算出することで当該セラミックヒータの各半径方向位置における体積抵抗率とした。

＜抵抗値＞
室温及び６５０℃の各評価温度において、内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａの抵抗値と、外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂの抵抗値を測定した。室温における内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａの抵抗値は、１対の第一給電端子１８に４端子法のテスターを接続することにより測定した。同様に、室温における外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂの抵抗値は、１対の第二給電端子２０に４端子法のテスターを接続することにより測定した。６５０℃における内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａの抵抗値は、内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａに印加した電流値及び電圧値より計算して求めた。同様に、６５０℃における外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂの抵抗値は、外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂに印加した電流値及び電圧値より計算して求めた。結果は表１に示されるとおりであった。

＜均熱性＞
２ゾーンセラミックヒータ１０を成膜装置のチャンバ内に設置した。チャンバを真空引きしてＮ_２ガスを導入し、チャンバ内のＮ_２ガス圧を５Ｔｏｒｒとした。第一給電端子１８及び第二給電端子２０を介して内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａ及び外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂに給電することにより、２ゾーンセラミックヒータ１０を６５０℃の設定温度に加熱した。この設定温度において、赤外線カメラでセラミックプレート１２の第一面１２ａにおける温度分布を測定した。得られた温度分布マップに基づき、面内における最高温度と最低温度との差（すなわち面内最大温度差）を均熱性の指標として求め、以下の基準：
- 評価Ａ：面内最大温度差が５．０℃未満
- 評価Ｂ：面内最大温度差が５．０℃以上７．０℃未満
- 評価Ｃ：面内最大温度差が７．０℃以上
で格付け評価した。結果は表１に示されるとおりであった。

＜合計電流値及び電流値削減効果＞
上記均熱性と同様にして第一給電端子１８及び第二給電端子２０を介して内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａ及び外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂに電源（電源電圧：２０８Ｖ）より給電することにより、２ゾーンセラミックヒータ１０を６５０℃の設定温度に加熱した。このときに内側ゾーン制御ヒータ回路１４ａ及び外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂの各々を流れる電流の値を測定し、測定された電流値を合算して合計電流値を算出した。結果は表１に示されるとおりであった。また、例１（比較例）における合計電流値を基準値とし、この基準値に対する例２～５の合計電流の減少量を合計電流値の削減効果として表１に示した。

図７に示されるセラミックプレート１２の半径方向における体積抵抗率比の分布から各例について以下のことが分かる。

例１（比較）は、従来技術に相当する例であり、抵抗発熱体内における体積抵抗率比が一定であった。これは、抵抗値をより高くするには限界があることを意味する。例２（比較）は、焼成方法の改善により体積抵抗率比が外周に近づくほど高くなった。しかし、外周近傍だけ体積抵抗率比が急激に増加するため、体積抵抗率比のプロファイルとしては望ましいものではなかった。結果として、均熱性が評価Ｃと劣るものであった。

これに対して、例３は、最適な焼成条件を採用した例であり、体積抵抗率比が外周に近づくほど高くなる直線的な勾配を有する望ましい体積抵抗率プロファイルを達成した。しかも、外側ゾーン制御ヒータ回路１４ｂではセラミックプレート１２の中心から６０ｍｍの位置（中央部の外縁）の体積抵抗率に対して２２％の体積抵抗率の増加を実現できた。例４は、体積抵抗率比が外周に近づくほど高くなるプロファイルを示したが、体積抵抗率比が例３よりは小さい例である。この例では、１Ａ程度の電流値削減効果と、良好な均熱性（評価Ａ）を示した。例５は、体積抵抗率比が外周に近づくほど高くなる直線的な勾配を有するプロファイルを示した例の中で最も体積抵抗率が高いものである。この例では、許容可能な均熱性（評価Ｂ）を示し、電力値削減効果が約３Ａと高いものであった。

例１～５の体積抵抗率プロファイルは、専ら表１に示される焼成条件の相違によってもたらされたものである。つまり、従来は、抵抗値を高くする発熱体線径を細くしたり、発熱密度を高くしたりする（すなわち同じ面積により多くの抵抗発熱体を詰め込む）といった、均熱性を阻害する手法を採用する必要があったが、そのような均熱性を阻害する要因を本開示の手法によれば回避することができる。その結果、抵抗発熱体の体積抵抗率が外周に向かって直線状に増加する望ましいプロファイルを実現でき、面内温度差を最小で約３℃（例３）まで低減できた（すなわち均熱性を改善できた）。また、合計電流値も最大で約３Ａ（例５）削減できた。これは６倍のヒータを備えたシステムに換算すると１８Ａに相当する。

Claims (9)

1. ウェハが載置されるための第一面と、前記第一面と対向する第二面とを有する円板状のセラミックプレートであって、前記セラミックプレートを平面視した場合に、前記セラミックプレートの中心から半径６０ｍｍ以内の円形領域として規定される中央部と、前記中心から半径８０～１２０ｍｍの円環状領域として規定される中間部と、前記中心から半径１３０ｍｍ以上の円環状領域として規定される外周部とを含む、セラミックプレートと、
   前記セラミックプレート内の前記中央部、前記中間部及び前記外周部に埋設される抵抗発熱体と、
   を備えた、セラミックヒータであって、
   前記抵抗発熱体は、前記抵抗発熱体の体積抵抗率が、前記セラミックプレートの中心から遠ざかるにつれて徐々に高くなるように構成されており、
   前記中央部の外縁における前記抵抗発熱体の体積抵抗率を１００％としたとき、前記中間部における前記抵抗発熱体の体積抵抗率の比が１０２～１２０％の範囲内であり、かつ、前記外周部における前記抵抗発熱体の体積抵抗率の比が１０８～１３９％の範囲内である、セラミックヒータ。
2. 前記抵抗発熱体が、コイル、線状ジグザグ構造、印刷パターン、箔、及びメッシュからなる群から選択される少なくとも１種の形態である、請求項１に記載のセラミックヒータ。
3. 前記中央部に埋設される前記抵抗発熱体、前記中間部に埋設される前記抵抗発熱体、及び前記外周部に埋設される前記抵抗発熱体の各々が、平面視した場合に一筆書きの形態で配設されており、かつ、
   前記中央部に埋設される前記抵抗発熱体、前記中間部に埋設される前記抵抗発熱体、及び前記外周部に埋設される前記抵抗発熱体が、同じ材料で構成される、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。
4. 前記セラミックヒータが少なくとも２つの前記抵抗発熱体を含み、
   前記中央部、前記中間部及び前記外周部に埋設される前記抵抗発熱体の一方が、連続した１つの抵抗発熱体として、外側ゾーン制御ヒータ回路を成し、
   前記中央部、前記中間部及び前記外周部の前記外側ゾーン制御ヒータ回路とは異なる深さ位置に埋設される前記抵抗発熱体の他方が、連続した１つの抵抗発熱体として、外側ゾーン制御ヒータ回路から独立した、内側ゾーン制御ヒータ回路を成している、請求項３に記載のセラミックヒータ。
5. 前記セラミックヒータが少なくとも２つの前記抵抗発熱体を含み、
   前記外周部又は前記外周部及び前記中間部に埋設される前記抵抗発熱体が、連続した１つの抵抗発熱体として外側ゾーン制御ヒータ回路を成し、
   前記中央部又は前記中央部及び前記中間部に埋設される前記抵抗発熱体が、連続した１つの抵抗発熱体として、外側ゾーン制御ヒータ回路から独立した、内側ゾーン制御ヒータ回路を成している、請求項３に記載のセラミックヒータ。
6. 前記セラミックプレートが、窒化アルミニウム又は酸化アルミニウムを含む、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。
7. 前記セラミックプレートが窒化アルミニウムを含み、かつ、前記セラミックプレートが、前記第一面を与える上側セラミックプレートと前記第二面を与える下側セラミックプレートを有しており、前記上側セラミックプレートを構成する窒化アルミニウムが、５５０℃で１．０×１０^８Ω・ｃｍを超える体積抵抗率を有する、請求項６に記載のセラミックヒータ。
8. 前記セラミックプレート内に、ＲＦ電極及び／又はＥＳＣ電極である内部電極をさらに備えた、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。
9. 前記セラミックプレートの前記第二面に同心円状に取り付けられ、かつ、内部空間を備えた円筒状のセラミックシャフトをさらに備えた、請求項１又は２に記載のセラミックヒータ。