JP2001338747A - 半導体製造・検査装置用セラミックヒータ - Google Patents
半導体製造・検査装置用セラミックヒータInfo
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Abstract
し、より均一な温度とすることができ、半導体ウエハ等
の被加熱物をより均一に加熱することができるセラミッ
クヒータを提供すること。 【解決手段】 2以上の回路からなる抵抗発熱体がセラ
ミック基板の内部または表面に形成されたセラミックヒ
ータであって、前記抵抗発熱体は、2以上の領域に区画
され、前記領域間の平均距離は、前記セラミック基板の
厚さの1/4以上であることを特徴とするセラミックヒ
ータ。
Description
造や検査のために用いられるセラミックヒータ(ホット
プレート)に関する。
等を含む半導体製造・検査装置等においては、従来、ス
テンレス鋼やアルミニウム合金などの金属製基材を用い
たヒータやウエハプローバ等が用いられてきた。
以下のような問題があった。まず、金属製であるため、
ヒータ板の厚みは、15mm程度と厚くしなければなら
ない。なぜなら、薄い金属板では、加熱に起因する熱膨
張により、反り、歪み等が発生してしまい、金属板上に
載置したシリコンウエハが破損したり傾いたりしてしま
うからである。しかしながら、ヒータ板の厚みを厚くす
ると、ヒータの重量が重くなり、また、嵩張ってしまう
という問題があった。
えることにより、加熱温度を制御するのであるが、金属
板が厚いために、電圧や電流量の変化に対してヒータ板
の温度が迅速に追従せず、温度制御しにくいという問題
もあった。
は、基板として、熱伝導率が高く、強度も大きい窒化物
セラミックや炭化物セラミックを使用し、これらのセラ
ミックからなる板状体の表面に、金属粒子を焼結して形
成した発熱体が設けられてなるセラミックヒータが開示
されている。
複数の回路に分割し、これらの各回路毎に電圧を印加す
ることにより、セラミック基板の温度制御を行い、抵抗
発熱体が形成された面の反対側面を加熱面として、シリ
コンウエハ等の加熱を行っている。
うな従来のセラミックヒータでは、特開平11−403
30号公報の図1に示したように、多数の同心円状の回
路を等間隔で形成しており、各回路間の間隔が狭い。
る一の抵抗発熱体の回路に電力を投入して温度を上昇さ
せると、その領域以外の他の回路領域にまで温度変化の
大きな影響が及んでしまい、影響が及んだ回路の制御系
が乱れる結果、加熱面の温度が不均一になってしまうと
いう問題があった。
問題点に鑑み、加熱面を均一な温度にして、半導体ウエ
ハ等の被加熱物を均一に加熱することができるセラミッ
クヒータを得ることを目的として鋭意研究を行った結
果、抵抗発熱体の回路を、2以上の領域に区画し、各領
域間の平均距離をセラミック基板の厚さの1/4以上と
離すことにより、一の回路の温度を上昇させても他の領
域に大きな影響が及ばず、各領域における温度の制御が
容易になる結果、セラミック基板の加熱面をより均一な
温度にすることができることを見い出し、本発明を完成
するに至った。
セラミック基板の中心から周縁方向に向かう距離であっ
て、ある領域の抵抗発熱体の最も外周の点とその抵抗発
熱体の外側にある他の領域の抵抗発熱体の最も内周の距
離を10点測定し、その平均を求めることで定義され
る。
抗発熱体の1または2以上の回路を一単位とし、上記回
路で囲まれた部分を1の領域とする方法が考えられる。
回路が途切れている部分では、最外周や最内周のポイン
トを直線で結んで各領域を形成する。このような抵抗発
熱体の各領域の平均距離は、各領域内の抵抗発熱体パタ
ーン間の距離よりも短い方が好ましい。
抵抗発熱体がセラミック基板の内部または表面に形成さ
れたセラミックヒータであって、上記抵抗発熱体は、2
以上の領域に区画され、上記領域間の平均距離は、上記
セラミック基板の厚さの1/4以上であることを特徴と
するセラミックヒータである。
と、熱はあらゆる方向に伝搬するので、セラミック基板
の厚さ方向に伝搬するとともに、加熱面に平行な方向に
も伝搬する。また、熱が伝搬する時間はその距離に依存
するため、セラミック基板の厚さが厚いと、抵抗発熱体
から加熱面まで熱が伝搬するのに時間がかかり、その熱
が加熱面に到達する前に隣りの回路領域に到達してしま
い、その領域の温度が上昇してしまう。
いる場合には、これらの回路間の距離が近いと、両側の
回路を発熱させた際には、これらの回路に挟まれた一の
回路領域の温度の上昇が激しい。このような場合、温度
の上昇した領域では、その温度を低下させるように制御
が行われるため、逆に、この領域の温度が隣の領域より
低下してしまい、加熱面の温度が不均一になる場合があ
るという問題があった。
は、上記の通り、抵抗発熱体の各領域間の平均距離を、
厚さの1/4以上に設定しているので、各領域は互いに
適当に離れており、隣に位置する領域の回路の温度を上
昇させた際、制御しようとする回路領域の温度が上昇し
すぎて制御が乱れるような状態は発生しにくく、そのた
め、セラミック基板の加熱面の温度を均一にすることが
できる。なお、各領域間の平均距離は、厚さの1/2以
上10倍以下がより好ましい。
以上の回路からなる抵抗発熱体がセラミック基板の内部
または表面に形成されたセラミックヒータであって、上
記抵抗発熱体は、2以上の領域に区画され、上記領域間
の平均距離は、上記セラミック基板の厚さの1/4以上
であることを特徴とする。
て、図面に基づいて説明する。図1は、本発明のセラミ
ックヒータを模式的に示す底面図であり、図2は、図1
に示すセラミックヒータの一部を模式的に示す部分拡大
断面図であり、図3は、図1に示したセラミックヒータ
を各領域毎に区画した際の各領域を示す平面図である。
は、円板状に形成されており、このセラミック基板11
の底面には、周縁部に近い部分に屈曲形状の回路からな
る抵抗発熱体12aが形成され、それよりも内側の部分
には、略同心円形状からなる抵抗発熱体12b〜12d
が形成され、これらの回路を組み合わせることにより、
加熱面11aの温度が均一になるように設計されてい
る。
は、酸化等を防止するために金属被覆層120が形成さ
れ、その両端に入出力用の端部13が形成され、この端
部13には、図2に示したように外部端子17が半田層
120等を介して接合されており、さらに外部端子17
にはソケット18が取り付けられ、ソケット18からの
配線が電源と接続されている。
ヒータは、電源のほかに、制御部、記憶部、演算部を備
えている。記憶部には、測温素子(熱電対、サーミスタ
等)からのデータが一定の時間毎に格納され、さらに演
算部に転送されて、必要な電力が計算される。電力デー
タは、制御部に送られて電源を制御し、電力を抵抗発熱
体に供給する。
は、測温素子を挿入するための有底孔14が形成され、
中央に近い部分には、リフターピン16を挿通するため
の複数の貫通孔15が設けられている。
ンウエハ19を載置して上下させることができるように
なっており、これにより、シリコンウエハ19を図示し
ない搬送機に渡したり、搬送機からシリコンウエハ19
を受け取ったりすることができるとともに、シリコンウ
エハ19をセラミック基板11の加熱面11aに載置し
て加熱したり、シリコンウエハ19を加熱面11aから
50〜2000μm離間させた状態で支持し、加熱する
ことができるようになっている。
を設け、この貫通孔または凹部に先端が尖塔状または半
球状の支持ピンを挿入した後、支持ピンをセラミック基
板11よりわずかに突出させた状態で固定し、この上記
支持ピンでシリコンウエハ19を支持することにより、
加熱面11aから50〜2000μm離間させた状態で
加熱してもよい。
11b(抵抗発熱体形成面)を、中心より周縁方向に向
かう距離がほぼ等しい1または2以上の回路で囲まれる
領域毎に区画すると、図3に示したように、抵抗発熱体
12aが形成された領域(A領域)、抵抗発熱体12b
が形成された領域(B領域)、抵抗発熱体12cが形成
された領域(C領域)、抵抗発熱体12dが形成された
領域(D領域)に区画される。なお、A領域には、円周
方向に4つの回路が形成されているが、これらの回路
は、中心より周縁方向に向かう距離がほぼ等しいため、
1つのA領域としている。
の平均距離は、セラミック基板の厚さの1/4以上に設
定されている。このように、各領域間の平均距離を、セ
ラミック基板の厚さとの関係で規定したのは、本発明で
は、セラミック基板の加熱面の温度を均一にする必要が
あり、加熱面の温度を均一にする上で、抵抗発熱体形成
面(図1の場合には、底面)と加熱面との間の距離、お
よび、抵抗発熱体の回路間の距離が重要な要素になるか
らである。
平均距離を、セラミック基板の厚さの1/4以上に設定
しているので、各領域は互いに適当な距離離れており、
一の領域の回路の温度を上昇させた際、制御しようとす
る隣りの領域の温度が上昇しすぎて制御が乱れるような
状態は発生しにくく、そのため、セラミック基板の加熱
面の温度が均一になるような制御を比較的容易に行うこ
とができる。
厚さの1/4未満に設定すると、一の回路に電流を印加
して加熱した場合に、加熱の影響が加熱面に現れるより
も前に隣の領域に現れるため、その領域における制御系
の制御が乱れ、加熱面の温度を均一することが難しくな
る。
ラミック基板の内部に抵抗発熱体が配設されたセラミッ
クヒータの抵抗発熱体の近傍を模式的に示した部分拡大
断面図である。
ックヒータと同様に、セラミック基板21は、円板形状
に形成されており、抵抗発熱体22は、セラミック基板
21の内部に、図1に示したパターンと同様のパター
ン、すなわち、同心円と屈曲線とを組み合わせたパター
ンで形成されている。
配置については、底部に抵抗発熱体が形成されたセラミ
ック基板の場合と同様に、各領域間の平均距離が、セラ
ミック基板の厚さの1/4以上となるように設定されて
いる。従って、上述したセラミック基板11の底面11
bに抵抗発熱体12が形成された場合と同様に、加熱面
の温度に均一にすることができる。
スルーホール28が形成され、さらに、このスルーホー
ル28を露出させる袋孔27が底面21bに形成され、
袋孔27には外部端子23が挿入され、ろう材24等で
接合されている。また、図4には示していないが、外部
端子23には、例えば、導電線を有するソケットが取り
付けられ、この導電線は電源等と接続されている。
(金、銀、白金、パラジウム)、鉛、タングステン、モ
リブデン、ニッケル等の金属、または、タングステン、
モリブデンの炭化物等の導電性セラミックからなるもの
であることが望ましい。抵抗値を高くすることが可能と
なり、断線等を防止する目的で厚み自体を厚くすること
ができるとともに、酸化しにくく、熱伝導率が低下しに
くいからである。これらは、単独で用いてもよく、2種
以上を併用してもよい。
の温度を均一にする必要があることから、同心円形状の
パターンや図1に示すような同心円形状のパターンと屈
曲線形状のパターンとを組み合わせたものが好ましい。
また、抵抗発熱体の厚さは、1〜50μmが望ましく、
その幅は、5〜20mmが望ましい。
より、その抵抗値を変化させることができるが、この範
囲が最も実用的だからである。抵抗発熱体の抵抗値は、
薄く、また、細くなるほど大きくなる。
面と抵抗発熱体との距離が近くなり、表面の温度の均一
性が低下するため、抵抗発熱体自体の幅を広げる必要が
ある。また、セラミック基板の内部に抵抗発熱体を設け
るため、窒化物セラミック等との密着性を考慮する必要
性がなくなる。
形、蒲鉾形状のいずれでもよいが、偏平なものであるこ
とが望ましい。偏平の方が加熱面に向かって放熱しやす
いため、加熱面への熱伝搬量を多くすることができ、加
熱面の温度分布ができにくいからである。なお、抵抗発
熱体は螺旋形状でもよい。
熱体を形成するためには、金属や導電性セラミックから
なる導体ペーストを用いることが好ましい。即ち、図
1、2に示すようにセラミック基板11の表面に抵抗発
熱体12を形成する場合には、通常、焼成を行って、セ
ラミック基板11を製造した後、その表面に上記導体ペ
ースト層を形成し、焼成することより、抵抗発熱体を作
製する。一方、図4に示すようにセラミック基板21の
内部に抵抗発熱体22を形成する場合には、グリーンシ
ート上に上記導体ペースト層を形成した後、グリーンシ
ートを積層、焼成することにより、内部に抵抗発熱体を
作製する。
いが、導電性を確保するため金属粒子または導電性セラ
ミック粒子が含有されているほか、樹脂、溶剤、増粘剤
などを含むものが好ましい。
料としては、上述したものが挙げられる。これら金属粒
子または導電性セラミック粒子の粒径は、0.1〜10
0μmが好ましい。0.1μm未満と微細すぎると、酸
化されやすく、一方、100μmを超えると、焼結しに
くくなり、抵抗値が大きくなるからである。
リン片状であってもよい。これらの金属粒子を用いる場
合、上記球状物と上記リン片状物との混合物であってよ
い。
物とリン片状物との混合物の場合は、金属粒子間の金属
酸化物を保持しやすくなり、抵抗発熱体とセラミック基
板との密着性を確実にし、かつ、抵抗値を大きくするこ
とができるため有利である。
は、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等が挙げら
れる。また、溶剤としては、例えば、イソプロピルアル
コール等が挙げられる。増粘剤としては、セルロース等
が挙げられる。
基板の表面に形成する際には、上記導体ペースト中に上
記金属粒子のほかに金属酸化物を添加し、上記金属粒子
および上記金属酸化物を焼結させたものとすることが好
ましい。このように、金属酸化物を金属粒子とともに焼
結させることにより、セラミック基板と金属粒子とをよ
り密着させることができる。
ラミック基板との密着性が改善される理由は明確ではな
いが、金属粒子表面や非酸化物からなるセラミック基板
の表面は、その表面がわずかに酸化されて酸化膜が形成
されており、この酸化膜同士が金属酸化物を介して焼結
して一体化し、金属粒子とセラミックとが密着するので
はないかと考えられる。また、セラミック基板を構成す
るセラミックが酸化物の場合は、当然に表面が酸化物か
らなるので、密着性に優れた導体層が形成される。
鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素(B 2 O3 )、アル
ミナ、イットリアおよびチタニアからなる群から選ばれ
る少なくとも1種が好ましい。これらの酸化物は、抵抗
発熱体の抵抗値を大きくすることなく、金属粒子とセラ
ミック基板との密着性を改善することができるからであ
る。
素(B2 O3 )、アルミナ、イットリア、チタニアの割
合は、金属酸化物の全量を100重量部とした場合、重
量比で、酸化鉛が1〜10、シリカが1〜30、酸化ホ
ウ素が5〜50、酸化亜鉛が20〜70、アルミナが1
〜10、イットリアが1〜50、チタニアが1〜50で
あって、その合計が100重量部を超えない範囲で調整
されていることが好ましい。これらの範囲で、これらの
酸化物の量を調整することにより、特にセラミック基板
との密着性を改善することができる。
は、0.1重量%以上10重量%未満が好ましい。ま
た、このような構成の導体ペーストを使用して抵抗発熱
体を形成した際の面積抵抗率は、1〜45mΩ/□が好
ましい。
加電圧量に対して発熱量は大きくなりすぎて、表面に抵
抗発熱体を設けたセラミック基板では、その発熱量を制
御しにくいからである。なお、金属酸化物の添加量が1
0重量%以上であると、面積抵抗率が50mΩ/□を超
えてしまい、発熱量が大きくなりすぎて温度制御が難し
くなり、温度分布の均一性が低下する。
される場合には、抵抗発熱体の表面部分に、金属被覆層
が形成されていることが好ましい。内部の金属焼結体が
酸化されて抵抗値が変化するのを防止するためである。
形成する金属被覆層の厚さは、0.1〜10μmが好ま
しい。
金属は、非酸化性の金属であれば特に限定されないが、
具体的には、例えば、金、銀、パラジウム、白金、ニッ
ケル等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、
2種以上を併用してもよい。これらのなかでは、ニッケ
ルが好ましい。なお、抵抗発熱体をセラミック基板の内
部に形成する場合には、抵抗発熱体表面が酸化されるこ
とがないため、被覆は不要である。
ミック基板の材料は特に限定されないが、例えば、窒化
物セラミック、炭化物セラミック、酸化物セラミック等
が挙げられる。
物セラミック、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ
素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられる。また、上
記炭化物セラミックとしては、金属炭化物セラミック、
例えば、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、
炭化タンタル、炭化タングステン等が挙げられる。
物セラミック、例えば、アルミナ、ジルコニア、コージ
ェライト、ムライト等が挙げられる。これらのセラミッ
クは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ミック、炭化物セラミックの方が酸化物セラミックに比
べて望ましい。熱伝導率が高いからである。また、窒化
物セラミックの中では窒化アルミニウムが最も好適であ
る。熱伝導率が180W/m・Kと最も高いからであ
る。
含有していてもよい。上記焼結助剤としては、例えば、
アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、希土類
酸化物等が挙げられる。これらの焼結助剤のなかでは、
CaO、Y2 O3 、Na2 O、Li2 O、Rb2 Oが好
ましい。これらの含有量としては、0.1〜10重量%
が好ましい。また、アルミナを含有していてもよい。
ミック基板は、明度がJIS Z 8721の規定に基
づく値でN4以下のものであることが望ましい。このよ
うな明度を有するものが輻射熱量、隠蔽性に優れるから
である。また、このようなセラミック基板は、サーモビ
ュアにより、正確な表面温度測定が可能となる。
0とし、理想的な白の明度を10とし、これらの黒の明
度と白の明度との間で、その色の明るさの知覚が等歩度
となるように各色を10分割し、N0〜N10の記号で
表示したものである。そして、実際の測定は、N0〜N
10に対応する色票と比較して行う。この場合の小数点
1位は0または5とする。
は、セラミック基板中にカーボンを100〜5000p
pm含有させることにより得られる。カーボンには、非
晶質のものと結晶質のものとがあり、非晶質のカーボン
は、セラミック基板の高温における体積抵抗率の低下を
抑制することでき、結晶質のカーボンは、セラミック基
板の高温における熱伝導率の低下を抑制することができ
るため、その製造する基板の目的等に応じて適宜カーボ
ンの種類を選択することができる。
H、Oだけからなる炭化水素、好ましくは、糖類を、空
気中で焼成することにより得ることができ、結晶質のカ
ーボンとしては、グラファイト粉末等を用いることがで
きる。また、アクリル系樹脂を不活性雰囲気(窒化ガ
ス、アルゴンガス)下で熱分解させた後、加熱加圧する
ことによりカーボンを得ることができるが、このアクリ
ル系樹脂の酸価を変化させることにより、結晶性(非晶
性)の程度を調整することができる。
直径200mm以上が望ましく、250mm以上が最適
である。半導体装置に用いられる円板形状のセラミック
基板は、温度の均一性が要求されるが、直径の大きな基
板ほど、温度が不均一になりやすいからである。
下が好ましく、20mm以下がより好ましい。また、1
〜5mmが最適である。厚みは、薄すぎると高温での反
りが発生しやすく、厚すぎると熱容量が大きくなり過ぎ
て昇温降温特性が低下するからである。また、上記セラ
ミック基板の気孔率は、0または5%以下が望ましい。
高温での熱伝導率の低下、反りの発生を抑制できるから
である。本発明のセラミックヒータで用いるセラミック
基板は、150℃以上で使用することができるが、20
0℃以上で使用することが望ましい。
に熱電対を埋め込んでおくことができる。熱電対により
抵抗発熱体の温度を測定し、そのデータをもとに電圧、
電流量を変えて、温度を制御することができるからであ
る。
は、各金属線の素線径と同一か、もしくは、それよりも
大きく、かつ、0.5mm以下がよい。このような構成
によって、接合部分の熱容量が小さくなり、温度が正確
に、また、迅速に電流値に変換されるのである。このた
め、温度制御性が向上してウエハの加熱面の温度分布が
小さくなるのである。上記熱電対としては、例えば、J
IS−C−1602(1980)に挙げられるように、
K型、R型、B型、E型、J型、T型熱電対が挙げられ
る。
部端子を接続するが、この外部端子の材料としては特に
限定されず、例えば、ニッケル、コバール等の金属が挙
げられる。また、その形状は、図2に示したように、断
面視T字型のものが好ましい。また、そのサイズは、使
用するセラミック基板の大きさ、抵抗発熱体の大きさ等
によって適宜調整されるため特に限定されないが、軸部
分の直径は0.5〜10mm、軸部分の長さは3〜20
mmが好ましい。
しては、例えば、銀ろう、パラジウムろう、アルミニウ
ムろう、金ろう等が挙げられる。上記金ろうとしては、
タングステンとの密着性に優れるAu−Ni合金が望ま
しい。
5(重量%)〕/〔18.5〜17.5(重量%)〕が
望ましく、Au−Ni層の厚さは、0.1〜50μmが
望ましい。接続を確保するに充分な範囲だからである。
10-6〜10-5Paの高真空下、500〜1000℃の
高温で使用するとAu−Cu合金では劣化するが、Au
−Ni合金ではこのような経時的な劣化がなく有利であ
る。また、Au−Ni合金中の不純物元素量は全量を1
00重量部とした場合に1重量部未満であることが望ま
しい。
に形成した際に、抵抗発熱体と外部端子とを接続するた
めのスルーホールを形成するが、そのスルーホールの材
質としては、例えば、タングステン、モリブデン等の金
属、または、これらの炭化物等が好ましい。また、その
直径は、0.1〜10mmが望ましい。断線を防止しつ
つ、クラックや歪みを防止することができるからであ
る。
法について説明する。図5(a)〜(c)は、セラミッ
ク基板の底面に抵抗発熱体を有するセラミックヒータの
製造方法を模式的に示した断面図である。
応じてイットリア等の焼結助剤やバインダ等を配合して
スラリーを調製した後、このスラリーをスプレードライ
等の方法で顆粒状にし、この顆粒を金型などに入れて加
圧することにより板状などに成形し、生成形体(グリー
ン)を作製する。スラリー調整時に、非晶質や結晶質の
カーボンを添加してもよい。
させ、セラミック製の板状体を製造する。この後、所定
の形状に加工することにより、セラミック基板11を製
造するが、焼成後にそのまま使用することができる形状
としてもよい(図5(a))。加圧しながら加熱、焼成
を行うことにより、気孔のないセラミック基板11を製
造することが可能となる。加熱、焼成は、焼結温度以上
であればよいが、窒化物セラミックでは、1000〜2
500℃である。
シリコンウエハを支持するための支持ピンを挿入する貫
通孔となる部分、シリコンウエハを運搬等するためのリ
フターピンを挿入する貫通孔15となる部分、熱電対な
どの測温素子を埋め込むための有底孔となる部分等を形
成する。
刷する工程 導体ペーストは、一般に、金属粒子、樹脂、溶剤からな
る粘度の高い流動物である。この導体ペーストをスクリ
ーン印刷などを用い、抵抗発熱体を設けようとする部分
に印刷を行うことにより、導体ペースト層を形成する。
また、抵抗発熱体は、セラミック基板全体を均一な温度
にする必要があることから、例えば、同心円形状とする
か、または、同心円形状と屈曲線形状とを組合わせたパ
ターンに印刷することが好ましい。導体ペースト層は、
焼成後の抵抗発熱体12の断面が、方形で、偏平な形状
となるように形成することが好ましい。
加熱焼成して、樹脂、溶剤を除去するとともに、金属粒
子を焼結させ、セラミック基板11の底面に焼き付け、
抵抗発熱体12を形成する(図5(b))。加熱焼成の
温度は、500〜1000℃が好ましい。
加しておくと、金属粒子、セラミック基板および金属酸
化物が焼結して一体化するため、抵抗発熱体とセラミッ
ク基板との密着性が向上する。
けることが望ましい。上記金属被覆層は、電解めっき、
無電解めっき、スパッタリング等により形成することが
できるが、量産性を考慮すると、無電解めっきが最適で
ある。
部端子17を半田等により取り付ける(図5(c))。
この後、図示はしないが、例えば、この外部端子17に
導電線を有するソケット等を脱着可能な状態で取り付け
る。
を有するセラミック基板を、例えば、円筒形状の支持容
器に取り付け、ソケットから延びたリード線を電源に接
続することにより、セラミックヒータの製造を終了す
る。
ラミック基板の内部に静電電極を設けることにより静電
チャックを製造することができ、また、加熱面にチャッ
クトップ導体層を設け、セラミック基板の内部にガード
電極やグランド電極を設けることによりウエハプローバ
を製造することができる。
には、金属箔等をセラミック基板の内部に埋設すればよ
い。また、セラミック基板の表面に導体層を形成する場
合には、スパッタリング法やめっき法を用いることがで
き、これらを併用してもよい。
抗発熱体を有するセラミックヒータの製造方法について
説明する。図6(a)〜(d)は、上記セラミックヒー
タの製造方法を模式的に示した断面図である。
合してペーストを調製し、これを用いてグリーンシート
を作製する。上述したセラミック粉末としては、窒化ア
ルミニウム等を使用することができ、必要に応じて、イ
ットリア等の焼結助剤を加えてもよい。また、グリーン
シートを作製する際、結晶質や非晶質のカーボンを添加
してもよい。
ンダ、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニ
ルアルコールから選ばれる少なくとも1種が望ましい。
さらに溶媒としては、α−テルピネオール、グリコール
から選ばれる少なくとも1種が望ましい。
ターブレード法でシート状に成形してグリーンシート5
0を作製する。グリーンシート50の厚さは、0.1〜
5mmが好ましい。次に、得られたグリーンシートに、
必要に応じて、シリコンウエハを支持するための支持ピ
ンを挿入する貫通孔となる部分、シリコンウエハを運搬
等するためのリフターピンを挿入する貫通孔25となる
部分、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔と
なる部分、抵抗発熱体を外部端子と接続するためのスル
ーホールとなる部分280等を形成する。後述するグリ
ーンシート積層体を形成した後に、上記加工を行っても
よい。
印刷する工程 グリーンシート50上に、金属ペーストまたは導電性セ
ラミックを含む導体ペーストを印刷し、導体ペースト層
220を形成する。これらの導電ペースト中には、金属
粒子または導電性セラミック粒子が含まれている。上記
金属粒子であるタングステン粒子またはモリブデン粒子
等の平均粒子径は、0.1〜5μmが好ましい。平均粒
子が0.1μm未満であるか、5μmを超えると、導体
ペーストを印刷しにくいからである。
ば、金属粒子または導電性セラミック粒子85〜87重
量部;アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロソル
ブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも1種
のバインダ1.5〜10重量部;および、α−テルピネ
オール、グリコールから選ばれる少なくとも1種の溶媒
を1.5〜10重量部を混合した組成物(ペースト)が
挙げられる。
ないグリーンシート50を、上記(2)の工程で作製し
た導体ペースト層220を印刷したグリーンシート50
の上下に積層する(図6(a))。このとき、上側に積
層するグリーンシート50の数を下側に積層するグリー
ンシート50の数よりも多くして、抵抗発熱体22の形
成位置を底面の方向に偏芯させる。具体的には、上側の
グリーンシート50の積層数は20〜50枚が、下側の
グリーンシート50の積層数は5〜20枚が好ましい。
ート50および内部の導体ペーストを焼結させ、セラミ
ック基板31を作製する(図6(b))。加熱温度は、
1000〜2000℃が好ましく、加圧の圧力は、10
〜20MPaが好ましい。加熱は、不活性ガス雰囲気中
で行う。不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、窒素
などを使用することができる。
ピンを挿通するための貫通孔25、測温素子を挿入する
ための有底孔(図示せず)や、外部端子23を挿入する
ための袋孔27等を設ける(図6(c))。貫通孔2
5、有底孔および袋孔27は、表面研磨後に、ドリル加
工やサンドブラストなどのブラスト処理を行うことによ
り形成することができる。
28に外部端子23を金ろう等を用いて接続する(図6
(d))。さらに、図示はしないが、外部端子23に、
例えば、導電線を有するソケットを脱着可能に取り付け
る。なお、加熱温度は、半田処理の場合には90〜45
0℃が好適であり、ろう材での処理の場合には、900
〜1100℃が好適である。さらに、測温素子としての
熱電対などを耐熱性樹脂で封止し、セラミックヒータと
する。
体12を有するセラミック基板21を、円筒形状の支持
容器に取り付け、ソケットから延びたリード線を電源に
接続することにより、セラミックヒータの製造を終了す
る。
コンウエハ等を載置するか、または、シリコンウエハ等
を支持ピンで保持させた後、シリコンウエハ等の加熱や
冷却を行いながら、種々の操作を行うことができる。
ラミック基板の内部に静電電極を設けることにより静電
チャックを製造することができ、また、加熱面にチャッ
クトップ導体層を設け、セラミック基板の内部にガード
電極やグランド電極を設けることによりウエハプローバ
を製造することができる。
には、抵抗発熱体を形成する場合と同様にグリーンシー
トの表面に導体ペースト層を形成すればよい。また、セ
ラミック基板の表面に導体層を形成する場合には、スパ
ッタリング法やめっき法を用いることができ、これらを
併用してもよい。
1.1μm)100重量部、酸化イットリウム(Y2 O
3 :イットリア、平均粒径:0.4μm)4重量部、ア
クリルバインダ12重量部およびアルコールからなる組
成物のスプレードライを行い、顆粒状の粉末を作製し
た。
れ、平板状に成形して生成形体(グリーン)を得た。 (3)加工処理の終わった生成形体を温度:1800
℃、圧力:20MPaでホットプレスし、厚さが3mm
の窒化アルミニウム焼結体を得た。次に、この焼結体か
ら直径210mmの円板体を切り出し、セラミック性の
板状体(セラミック基板11)とした(図5(a))。
リコンウエハのリフターピンを挿入する貫通孔15とな
る部分、熱電対を埋め込むための有底孔14となる部分
(直径:1.1mm、深さ:2mm)を形成した。
スクリーン印刷にて導体ペーストを印刷した。印刷パタ
ーンは、図1に示したような同心円形状と屈曲形状とを
組み合わせたパターンとした。導体ペーストとしては、
プリント配線板のスルーホール形成に使用されている徳
力化学研究所製のソルベストPS603Dを使用した。
り、銀100重量部に対して、酸化鉛(5重量%)、酸
化亜鉛(55重量%)、シリカ(10重量%)、酸化ホ
ウ素(25重量%)およびアルミナ(5重量%)からな
る金属酸化物を7.5重量部含むものであった。また、
銀粒子は、平均粒径が4.5μmで、リン片状のもので
あった。
体を780℃で加熱、焼成して、導体ペースト中の銀、
鉛を焼結させるとともに焼結体に焼き付け、抵抗発熱体
12を形成した(図5(b))。銀−鉛の抵抗発熱体1
2は、厚さが5μm、幅2.4mm、面積抵抗率が7.
7mΩ/□であった。
酸ナトリウム24g/l、酢酸ナトリウム12g/l、
ほう酸8g/l、塩化アンモニウム6g/lの濃度の水
溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に上記(5)で作
製した焼結体を浸漬し、銀−鉛の抵抗発熱体22の表面
に厚さ1μmの金属被覆層(ニッケル層)(図示せず)
を析出させた。
端子17を取り付ける部分に、スクリーン印刷により、
銀−鉛半田ペースト(田中貴金属社製)を印刷して半田
ペースト層を形成した。ついで、半田ペースト層の上に
コバール製の外部端子17を載置して、420℃で加熱
リフローし、外部端子17の一端部を抵抗発熱体12の
表面に取り付けた(図5(c))。
ケットを取り付け、温度制御のための熱電対を有底孔に
挿入し、ポリイミド樹脂を充填し、190℃で2時間硬
化させた。
11bを、図3に示したようなA〜Dの領域に区画し、
各領域間の平均距離を測定したところ、A−B間の平均
距離は、26mm、B−C間の平均距離は、18mm、
C−D間の平均距離は、8mmであり、セラミック基板
11の厚さ(3mm)の1/2以上であった。
6参照) (1)窒化アルミニウム粉末(トクヤマ社製、平均粒
径:1.1μm)100重量部、酸化イットリウム(Y
2 O3 :イットリア、平均粒径:0.4μm)4重量
部、アクリルバインダ11.5重量部、分散剤0.5重
量部および1−ブタノールとエタノールとからなるアル
コール53重量部を混合したペーストを用い、ドクター
ブレード法により成形を行って、厚さ0.47mmのグ
リーンシート50を作製した。
0℃で5時間乾燥させた後、シリコンウエハを運搬等す
るリフターピン16を挿入するための貫通孔25となる
部分、スルーホール28となる部分280等をパンチン
グにより形成した。
ーバイト粒子100重量部、アクリル系バインダ3.0
重量部、α−テルピネオール溶媒3.5重量部および分
散剤0.3重量部を混合して導体ペーストAを調製し
た。
0重量部、アクリル系バインダ1.9重量部、α−テル
ピネオール溶媒3.7重量部および分散剤0.2重量部
を混合して導体ペーストBを調製した。
スクリーン印刷で印刷し、抵抗発熱体22用の導体ペー
スト層220を形成した。印刷パターンは、図1に示し
たような同心円形状と屈曲形状とを組み合わせたパター
ンとし、導体ペースト層の幅を10mm、その厚さを1
2μmとした。また、スルーホールとなる部分280に
導体ペーストBを充填した。
ングステンペーストを印刷しないグリーンシートを上側
(加熱面)に37枚、下側に13枚、130℃、8MP
aの圧力で積層した(図6(a))。
中、600℃で5時間脱脂し、1890℃、圧力15M
Paで10時間ホットプレスし、厚さ15mmの窒化ア
ルミニウム焼結体を得た。これを230mmの円板状に
切り出し、内部に厚さ6μm、幅10mm(アスペクト
比:1666)の抵抗発熱体22およびスルーホール2
8を有するセラミック基板21とした(図6(b))。
ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、ガラ
スビーズによるブラスト処理で表面に熱電対のための有
底孔を設けた。
を、ドリルでえぐり取って直径1.5mm、深さ0.5
mmの袋孔27を形成し、スルーホール28を露出させ
た(図6(c))。この袋孔37にコバール製の外部端
子23を挿入し、Ni−Au合金(Au:81.5重量
%、Ni:18.4重量%、不純物:0.1重量%)か
らなる金ろうを用い、970℃で加熱リフローして外部
端子23の一端部とスルーホール38とを接続した。さ
らに、外部端子23に導電線を有するソケット10を取
り付け、温度制御のための複数の熱電対を有底孔に埋め
込み、ポリイミド樹脂を充填し、190℃で2時間硬化
させた。
ーンは、図1に示したとおりであった。そこで、この回
路パターンを、図3に示したようなA〜Dの領域に区画
し、各領域間の平均距離を測定したところ、A−B間の
平均距離は、6mm、B−C間の平均距離は、5mm、
C−D間の平均距離は、5mmであり、セラミック基板
11の厚さ(15mm)の1/4以上であった。
3mmとし、また、抵抗発熱体の回路の平面視したパタ
ーンを、図3に示したようなA〜Dの領域に区画した
際、A−B間の平均距離を0.5mm、B−C間の平均
距離を0.5mm、C−D間の平均距離を0.5mm
と、セラミック基板11の厚さの1/4未満とした以外
は、実施例1と同様にして、セラミックヒータを製造し
た。
15mmとし、また、抵抗発熱体の回路の平面視したパ
ターンを、図3に示したようなA〜Dの領域に区画した
際、A−B間の平均距離を2mm、B−C間の平均距離
を2mm、C−D間の平均距離を3mmと、セラミック
基板11の厚さの1/4未満とした以外は、実施例2と
同様にして、セラミックヒータを製造した。
ラミックヒータに対し、図2に示したような、電源を有
し、制御部、記憶部、演算部を備えた温調器(オムロン
社製E5ZE)を用い、まず、図7に示すような電流プ
ロフィールで制御を行い、200℃まで昇温した。そし
て、この時点で25℃のシリコンウエハを載置し、加熱
面における温度が200±0.2℃に戻るまでの時間、
および、200℃に至った後の温度のふれ幅の測定を行
った。その結果を、下記の表1に示す。なお、図7で
は、電力を印加した抵抗発熱体の回路の記号を右側に示
している。
例1に比べて比較例1の場合は、加熱面の温度が均一に
なるまでの時間が長くなっており、比較例2の場合にも
同様に、実施例2に比べて加熱面の温度が均一になるま
での時間が長くなっている。また、実施例に比べて、比
較例では、温度のふれ幅も大きい。
ヒータによれば、各領域間の平均距離は、セラミック基
板の厚さの1/4以上であるので、隣り合う回路同士の
影響が小さくなって加熱面の温度制御が容易になり、加
熱面の温度分布をなくして、より均一な温度とすること
ができる。その結果、半導体ウエハ等の被加熱物をより
均一に加熱することができる。
図である。
示すブロック図である。
なる回路で囲まれた各領域に区画した際のそれぞれの領
域を模式的に示す断面図である。
式的に示す部分拡大断面図である。
の製造方法の一例を模式的に示す断面図である。
の製造方法の他の一例を模式的に示す断面図である。
電力を印加した際の電力(電流)プロファイルを示すグ
ラフである。
8)
ヒータ
Claims (3)
- 【請求項1】 2以上の回路からなる抵抗発熱体がセラ
ミック基板の内部または表面に形成されたセラミックヒ
ータであって、前記抵抗発熱体は、2以上の領域に区画
され、前記領域間の平均距離は、前記セラミック基板の
厚さの1/4以上であることを特徴とするセラミックヒ
ータ。 - 【請求項2】 前記抵抗発熱体は、セラミック基板の表
面に形成され、前記抵抗発熱体が形成された面の反対側
面を加熱面とした請求項1に記載のセラミックヒータ。 - 【請求項3】 前記抵抗発熱体は、セラミック基板の内
部に形成され、前記抵抗発熱体は、加熱面の反対側の面
から厚さ方向で60%以下の位置に形成されている請求
項1に記載のセラミックヒータ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000157091A JP2001338747A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 半導体製造・検査装置用セラミックヒータ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000157091A JP2001338747A (ja) | 2000-05-26 | 2000-05-26 | 半導体製造・検査装置用セラミックヒータ |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Family Applications (1)
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Country | Link |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007142441A (ja) * | 2006-12-01 | 2007-06-07 | Kyocera Corp | ウェハ支持部材 |
WO2011136132A1 (ja) * | 2010-04-30 | 2011-11-03 | 日清紡メカトロニクス株式会社 | ラミネート装置用熱板およびその熱板を用いたラミネート装置 |
CN104582019A (zh) * | 2013-10-15 | 2015-04-29 | 住友电气工业株式会社 | 用于半导体制造装置的陶瓷加热器 |
KR20210066917A (ko) * | 2019-01-25 | 2021-06-07 | 엔지케이 인슐레이터 엘티디 | 세라믹 히터 및 그 제법 |
-
2000
- 2000-05-26 JP JP2000157091A patent/JP2001338747A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2007142441A (ja) * | 2006-12-01 | 2007-06-07 | Kyocera Corp | ウェハ支持部材 |
JP4658913B2 (ja) * | 2006-12-01 | 2011-03-23 | 京セラ株式会社 | ウェハ支持部材 |
WO2011136132A1 (ja) * | 2010-04-30 | 2011-11-03 | 日清紡メカトロニクス株式会社 | ラミネート装置用熱板およびその熱板を用いたラミネート装置 |
CN104582019A (zh) * | 2013-10-15 | 2015-04-29 | 住友电气工业株式会社 | 用于半导体制造装置的陶瓷加热器 |
CN104582019B (zh) * | 2013-10-15 | 2019-01-04 | 住友电气工业株式会社 | 用于半导体制造装置的陶瓷加热器 |
KR20210066917A (ko) * | 2019-01-25 | 2021-06-07 | 엔지케이 인슐레이터 엘티디 | 세라믹 히터 및 그 제법 |
KR102581101B1 (ko) * | 2019-01-25 | 2023-09-20 | 엔지케이 인슐레이터 엘티디 | 세라믹 히터 및 그 제법 |
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