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JP2007080892A - Vessel for semiconductor heating heater and semiconductor manufacturing apparatus provided therewith - Google Patents

Vessel for semiconductor heating heater and semiconductor manufacturing apparatus provided therewith Download PDF

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JP2007080892A
JP2007080892A JP2005263184A JP2005263184A JP2007080892A JP 2007080892 A JP2007080892 A JP 2007080892A JP 2005263184 A JP2005263184 A JP 2005263184A JP 2005263184 A JP2005263184 A JP 2005263184A JP 2007080892 A JP2007080892 A JP 2007080892A
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JP
Japan
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heater
semiconductor
container
less
temperature
Prior art date
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Application number
JP2005263184A
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Japanese (ja)
Inventor
Tomoyuki Awazu
知之 粟津
Akira Mikumo
晃 三雲
Masuhiro Natsuhara
益宏 夏原
Hirohiko Nakada
博彦 仲田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
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Priority to US11/504,764 priority patent/US20070054424A1/en
Priority to TW095130196A priority patent/TW200729286A/en
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  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a vessel for a semiconductor heating heater that can improve uniformity of temperature of a heater and keep high uniformity of heater temperature during heating as well as from the start of heating to the end of cooling especially. <P>SOLUTION: The vessel 1 for a semiconductor heating heater is provided with a heater 2 at its opening, and the surface roughness Ra of a constituent member of the vessel 1 is below 10 μm, preferably 5 μm or less. The vessel 1 can be provided with a cooling module 4 along with the heater 2, and the module 4, can preferably distribute a fluid. The heater 2 is preferably a ceramics heater made mainly of either of aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, and aluminum oxynitride. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、被加熱物を搭載して熱処理するためのヒータを収容支持する容器、及びこれを搭載した装置に関する。更に詳しくは、半導体ウェハを加熱するためのヒータを収容支持する半導体加熱ヒータ用容器であって、特にフォトリソグラフィー工程に使用されるコータデベロッパ等に好ましく使用されるヒータに適用される半導体加熱ヒータ用容器に関するものである。   The present invention relates to a container that accommodates and supports a heater for mounting and heat-treating an object to be heated, and an apparatus including the container. More specifically, it is a container for a semiconductor heater that accommodates and supports a heater for heating a semiconductor wafer, and particularly for a semiconductor heater applied to a heater that is preferably used in a coater developer or the like used in a photolithography process. It relates to the container.

従来、半導体の製造工程では、被処理物である半導体基板(ウェハ)に対して成膜処理やエッチング処理など様々な処理が行われる。このような半導体基板に対する処理を行う半導体製造装置では、半導体基板を保持し、加熱するためのセラミックスヒータが用いられている。   Conventionally, in a semiconductor manufacturing process, various processes such as a film formation process and an etching process are performed on a semiconductor substrate (wafer) that is an object to be processed. In a semiconductor manufacturing apparatus that performs processing on such a semiconductor substrate, a ceramic heater for holding and heating the semiconductor substrate is used.

例えば、フォトリソグラフィー工程においては、ウェハ上にレジスト膜パターンが形成される。この工程では、ウェハを洗浄後、加熱乾燥し、冷却後ウェハ表面にレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィー処理装置内のセラミックスヒータ上にウェハを搭載し、乾燥した後、露光、現像などの処理が施される。このフォトリソグラフィー工程では、レジストを乾燥するときの温度が塗膜の品質に大きな影響を与えるので、処理時におけるセラミックスヒータの温度の均一性が重要である。   For example, in the photolithography process, a resist film pattern is formed on the wafer. In this process, the wafer is cleaned, heat-dried, cooled, coated with a resist film on the wafer surface, mounted on a ceramic heater in a photolithography processing apparatus, dried, and then subjected to processing such as exposure and development. Applied. In this photolithography process, since the temperature at which the resist is dried greatly affects the quality of the coating film, the temperature uniformity of the ceramic heater during processing is important.

また、これらのウェハの処理はスループットを向上させるために、できるだけ短時間で終わらせることが要求される。このため、発明者らは、加熱したヒータを短時間で冷却するために冷却手段を有する半導体製造装置を検討してきた。例えば、特開2004−014655号公報では、ヒータのウェハ搭載面とは反対側の面に、当接、分離が可能な板状構造物を備えた半導体製造装置を提案した。また、特開2005−150506号公報では、板状構造物に冷却用液体の流路を形成し、冷却速度を更に向上させると共に、冷却開始から冷却終了までのヒータの温度の均一性を保つような半導体製造装置を提案した。   Further, these wafer processes are required to be completed in as short a time as possible in order to improve the throughput. For this reason, the inventors have studied a semiconductor manufacturing apparatus having a cooling means in order to cool the heated heater in a short time. For example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-014655 has proposed a semiconductor manufacturing apparatus including a plate-like structure that can be contacted and separated on the surface opposite to the wafer mounting surface of the heater. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-150506 discloses that a cooling liquid flow path is formed in a plate-like structure to further improve the cooling rate and to maintain the uniformity of the heater temperature from the start of cooling to the end of cooling. Proposed semiconductor manufacturing equipment.

特開2004−014655号公報JP 2004-014655 A 特開2005−150506号公報JP 2005-150506 A

最近の電子デバイスなどの半導体製造プロセスにおいては、更なるヒータの温度分布の均一性が要求されており、加熱保持中はもちろんのこと、加熱開始から冷却終了までの間においても、ヒータの温度分布について更に高い均一性が要求されている。また、昇温及び冷却速度の更なる向上も要求されている。   In recent semiconductor manufacturing processes such as electronic devices, further uniformity of the temperature distribution of the heater is required. The temperature distribution of the heater is not only during heating and holding but also from the start of heating to the end of cooling. There is a need for even greater uniformity. In addition, further improvement in temperature rise and cooling rate is also required.

本発明は、このような従来の事情に鑑み、半導体を加熱するためのヒータについて温度の均一性を向上させることができ、特に加熱保持中はもちろんのこと、加熱開始から冷却終了までの間においても、ヒータ温度の高い均一性が得られる半導体加熱ヒータ用容器を提供することを目的とする。   In view of such a conventional situation, the present invention can improve the temperature uniformity of a heater for heating a semiconductor, particularly during heating and holding, and from the start of heating to the end of cooling. Another object of the present invention is to provide a container for a semiconductor heater capable of obtaining high uniformity of the heater temperature.

上記目的を達成するため、本発明が提供する半導体加熱ヒータ用容器は、半導体を加熱するためのヒータを収容支持する容器であって、その開口部にヒータを設置し、その構成部材の表面粗さがRaで10μm以下であることを特徴とするものであり、特に前記構成部材の表面粗さがRaで5μm以下であることが好ましい。   In order to achieve the above object, a container for a semiconductor heater provided by the present invention is a container for accommodating and supporting a heater for heating a semiconductor, wherein the heater is installed in the opening, and the surface roughness of the constituent members is provided. The surface roughness of the component member is particularly preferably 5 μm or less.

また、上記本発明の本発明が提供する半導体加熱ヒータ用容器に収容支持する前記ヒータは、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウムのいずれかを主成分とするセラミックスヒータであることが好ましい。   The heater to be housed and supported in the semiconductor heater container provided by the present invention is a ceramic heater mainly composed of any one of aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, and aluminum oxynitride. Preferably there is.

更に、上記本発明の本発明が提供する半導体加熱ヒータ用容器は、前記ヒータと共に、冷却モジュールを具備することができる。前記冷却モジュールは、流体が流通可能であることが好ましい。   Furthermore, the container for a semiconductor heater provided by the present invention of the present invention can include a cooling module together with the heater. The cooling module is preferably capable of fluid flow.

本発明は、また、上記したヒータを収容支持した本発明の半導体加熱ヒータ用容器を搭載したことを特徴とする半導体製造装置を提供するものである。   The present invention also provides a semiconductor manufacturing apparatus equipped with the semiconductor heater container of the present invention that accommodates and supports the heater described above.

本発明によれば、半導体を加熱するためのヒータを収容支持するための容器の表面粗さを制御することにより、ヒータの温度の均一性が改善され、加熱保持中はもちろんのこと、加熱開始から冷却終了までの間においても、高い均一性が得られる。また、この半導体加熱ヒータ用容器にヒータを収容支持して半導体製造装置に搭載することによって、半導体ウェハの処理時における温度の均一性が向上し、半導体製造プロセス、特にフォトリソグラフィー工程において、高スループットで高品質の生産が可能となる。   According to the present invention, by controlling the surface roughness of the container for housing and supporting the heater for heating the semiconductor, the temperature uniformity of the heater is improved, and of course during heating and holding, the heating starts High uniformity can be obtained during the period from cooling to completion of cooling. In addition, by accommodating and supporting the heater in the semiconductor heater container and mounting it on the semiconductor manufacturing apparatus, temperature uniformity during processing of the semiconductor wafer is improved, and high throughput is achieved in the semiconductor manufacturing process, particularly in the photolithography process. High quality production is possible.

半導体加熱用ヒータの温度の均一性(均熱性)を高めるには、ヒータの周辺部材など、環境の影響を可能な限り抑制することが重要である。即ち、ヒータの発熱を均一にすると同時に、周辺環境など他の影響を最小限にすることによって、優れたヒータの均熱性が得られる。そして、周辺環境からの熱の影響を抑制するには、熱の伝わり方を考慮しなければならない。   In order to improve the temperature uniformity (heat uniformity) of the heater for semiconductor heating, it is important to suppress the influence of the environment as much as possible, such as the peripheral members of the heater. That is, excellent heat uniformity of the heater can be obtained by making the heat generation of the heater uniform and at the same time minimizing other influences such as the surrounding environment. And in order to suppress the influence of heat from the surrounding environment, it is necessary to consider how heat is transmitted.

熱の伝わりには伝熱、輻射、対流の3つのモードがあり、これらを考慮する必要がある。伝熱に関しては、ヒータに接する部品の量を最小限にすることで抑制される。また、対流に対しては、周辺からの気体の流れを抑制することが有効である。気体の流れを抑制するため、特にフォトリソグラフィー工程に使用されるコータデベロッパ等に好ましく使用されるヒータでは、例えば図1に示すように、ヒータ2を囲うように収容支持する容器1が使用され、その容器1の開口部に支持足部3などによりヒータ2を設置する構造となっている。   There are three modes of heat transfer: heat transfer, radiation, and convection, and these must be considered. Heat transfer is suppressed by minimizing the amount of parts that contact the heater. For convection, it is effective to suppress the flow of gas from the periphery. In order to suppress the flow of gas, a heater that is preferably used particularly for a coater developer used in a photolithography process, for example, as shown in FIG. 1, a container 1 that accommodates and supports the heater 2 is used. The heater 2 is installed in the opening of the container 1 by a supporting foot 3 or the like.

更に、輻射に関しては、対向する物質間で発生するため、半導体を加熱するときのヒータから発せられる熱は、容器との輻射の影響を受けることになる。即ち、図1の構造の容器1では、ヒータ2は容器1の開口部に設置されるため、ヒータ2の側面及び下面は基本的に容器1に対向している。本発明者らの研究によれば、容器を構成する部材の表面粗さを制御することで、輻射による影響を抑制することができ、ヒータの均熱性が著しく向上することが明らかになった。   Further, since radiation is generated between opposing materials, the heat generated from the heater when the semiconductor is heated is affected by radiation with the container. That is, in the container 1 having the structure shown in FIG. 1, the heater 2 is installed in the opening of the container 1, so that the side surface and the lower surface of the heater 2 are basically opposed to the container 1. According to the study by the present inventors, it has been clarified that by controlling the surface roughness of the members constituting the container, the influence of radiation can be suppressed and the soaking property of the heater is remarkably improved.

即ち、本発明においては、容器を構成する部材の表面粗さをRaで10μm以下にすることで、容器が与える熱的な影響を抑制し、ヒータの均熱性を高めることができる。この効果は容器とヒータの間の輻射だけでなく、容器とその外部、例えば、雰囲気を制御するチャンバなどとの間の輻射によるヒータの均熱性への影響も抑制することが判った。更に好ましくは、容器を構成する部材の表面粗さRaを5μm以下とすれば、ヒータの均熱性が一層向上する。   That is, in the present invention, by setting the surface roughness of the members constituting the container to 10 μm or less in Ra, the thermal influence given by the container can be suppressed, and the thermal uniformity of the heater can be enhanced. It has been found that this effect suppresses not only the radiation between the container and the heater but also the influence of the radiation between the container and the outside thereof, for example, the chamber for controlling the atmosphere, on the heat uniformity of the heater. More preferably, if the surface roughness Ra of the member constituting the container is 5 μm or less, the heat uniformity of the heater is further improved.

本発明の半導体加熱ヒータ用容器を構成する部材の材質は、収容支持するヒータの温度に対して耐熱性を満たすものであれば、特に制限はない。一般的には、金属によるものが望ましく、アルミニウム、銅、鉄、ステンレスなどが一般的であるが、特にこれらに限定されるものではない。   The material of the member constituting the container for a semiconductor heater according to the present invention is not particularly limited as long as it satisfies heat resistance with respect to the temperature of the heater to be accommodated and supported. In general, metal-based materials are desirable, and aluminum, copper, iron, stainless steel, and the like are common, but not particularly limited thereto.

また、容器に収容支持するヒータの材質は、セラミックスが好ましい。金属のヒータを用いた場合には、ウェハ上にパーティクルが付着するという問題があるため好ましくない。セラミックスとしては、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウムのいずれかを主成分とするものが好ましい。例えば、温度分布の均一性を重視するならば、熱伝導率の高い窒化アルミニウムや炭化珪素が好ましい。信頼性を重視するならば、窒化珪素が高強度で熱衝撃にも強いので好ましい。コストを重視するのであれば、酸化アルミニウムが好ましい。これらのセラミックスの中でも、性能とコストのバランスを考慮すれば、窒化アルミニウム(AlN)が好適である。   The material of the heater accommodated and supported in the container is preferably ceramic. The use of a metal heater is not preferable because there is a problem that particles adhere to the wafer. As ceramics, those containing as a main component any one of aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, and aluminum oxynitride are preferable. For example, if importance is attached to the uniformity of the temperature distribution, aluminum nitride or silicon carbide having high thermal conductivity is preferable. If importance is placed on reliability, silicon nitride is preferable because it is strong and resistant to thermal shock. If importance is attached to the cost, aluminum oxide is preferable. Among these ceramics, aluminum nitride (AlN) is preferable in consideration of the balance between performance and cost.

本発明による半導体加熱ヒータ用容器は、上記ヒータと共に、冷却モジュールを具備するが好ましい。例えば、図2に示すように、容器1は、セラミックス基体2aの裏面に発熱体回路2bと該発熱体回路2bを保護する絶縁層2cとが形成されたヒータ2と、冷却モジュール4とを収容支持することができる。冷却モジュール4は、内部に流体が流通可能であることが望ましい。また、冷却モジュール4は、エアーシリンダなどの昇降手段5によって、必要に応じてヒータ2の裏面側に当接又は分離できるようになっている。尚、冷却モジュール4には、支持足部3を挿通するための貫通孔や、ヒータ2への給電のための電極や温度測定手段のリード線などを挿通するための貫通孔(図示せず)が設けられている。   The container for a semiconductor heater according to the present invention preferably includes a cooling module together with the heater. For example, as shown in FIG. 2, the container 1 contains a heater 2 in which a heating element circuit 2b and an insulating layer 2c for protecting the heating element circuit 2b are formed on the back surface of the ceramic substrate 2a, and a cooling module 4. Can be supported. It is desirable for the cooling module 4 to allow fluid to flow therethrough. In addition, the cooling module 4 can be brought into contact with or separated from the back side of the heater 2 as required by lifting means 5 such as an air cylinder. The cooling module 4 has a through-hole (not shown) for inserting a through-hole for inserting the support foot 3, an electrode for supplying power to the heater 2, a lead wire for temperature measuring means, and the like. Is provided.

ところで、従来は、被加熱物を搭載するヒータ主面(ウェハ載置面)の平面度や表面粗さを良くして、被加熱物の温度分布を均一にする提案はされていたが、冷却モジュールを有するヒータユニットにおいて、ヒータと冷却モジュールとのそれぞれの当接面の平面度を向上させることにより温度分布を均一にし、冷却速度も向上させる提案はなかった。   By the way, conventionally, a proposal has been made to improve the flatness and surface roughness of the heater main surface (wafer mounting surface) on which the object to be heated is mounted, and to make the temperature distribution of the object to be heated uniform. In a heater unit having a module, there has been no proposal to make the temperature distribution uniform and improve the cooling rate by improving the flatness of the contact surfaces of the heater and the cooling module.

本発明者らの研究によれば、ヒータの冷却モジュールとの当接面の平面度と、冷却モジュールのヒータとの当接面の平面度の両方を平坦化することによって、ヒータと冷却モジュールとが全面均一に当接でき、両者の密着性がより高まることによって、熱伝達率が向上し、冷却モジュールをヒータに当接させた時の冷却速度が向上すると共に、ヒータ裏面全面が均一に冷却されるので、冷却時におけるヒータの温度分布の均一性が一層向上することが分かった。   According to the studies by the present inventors, by flattening both the flatness of the contact surface of the heater with the cooling module and the flatness of the contact surface of the cooling module with the heater, the heater and the cooling module Can be evenly contacted on the entire surface, and the adhesion between the two can be further improved, improving the heat transfer rate, improving the cooling rate when the cooling module is in contact with the heater, and cooling the entire back surface of the heater uniformly. Therefore, it was found that the uniformity of the temperature distribution of the heater during cooling is further improved.

具体的には、ヒータと冷却モジュールの互いの当接面について、ヒータの冷却モジュールとの当接面の平面度と、冷却モジュールのヒータとの当接面の平面度とを、両者の合計が0.8mm以下となるように平坦化することが好ましく、更に0.4mm以下であれば一層好ましい。ヒータの冷却モジュールとの当接面の平面度、あるいは冷却モジュールのヒータとの当接面の平面度のいずれか一方だけを平坦にしても、上記効果は得られない。両者の平面度の合計を0.8mm以下とすることによって、初めて上記効果を得ることができる。   Specifically, regarding the contact surfaces of the heater and the cooling module, the flatness of the contact surface of the heater with the cooling module and the flatness of the contact surface of the cooling module with the heater are the sum of the two. It is preferable to planarize so that it may be 0.8 mm or less, and it is still more preferable if it is 0.4 mm or less. Even if only one of the flatness of the contact surface of the heater with the cooling module or the flatness of the contact surface of the cooling module with the heater is flattened, the above effect cannot be obtained. The above effect can be obtained for the first time when the sum of the flatness of both is 0.8 mm or less.

また、図2に示すように、内部に発熱体回路2bが形成されており、主面に被加熱物のウェハを搭載して加熱処理するヒータ2の場合であっても、上記と同様に、ヒータ2の冷却モジュール4との当接面(即ち絶縁層2c)の平面度と、冷却モジュール4のヒータ2との当接面の平面度との合計を0.8mm以下にすることによって、ヒータの温度分布の均一性と、冷却速度の向上という効果を得ることができる。この場合も、両者の平面度の合計が0.4mm以下であることが更に好ましい。   In addition, as shown in FIG. 2, the heating element circuit 2b is formed inside, and even in the case of the heater 2 in which the wafer to be heated is mounted on the main surface and heat-treated, By making the sum of the flatness of the contact surface of the heater 2 with the cooling module 4 (ie, the insulating layer 2c) and the flatness of the contact surface of the cooling module 4 with the heater 2 less than 0.8 mm, the heater The effects of the uniformity of the temperature distribution and the improvement of the cooling rate can be obtained. Also in this case, it is more preferable that the sum of both flatnesses is 0.4 mm or less.

ヒータと冷却モジュールのそれぞれの当接面を平坦にするには、公知のラップ研磨法や、砥石による研削などの加工方法を取ることができる。加工後の両者の表面粗さは、それぞれRaで5μm以下であることが好ましい。ヒータと冷却モジュールのそれぞれの当接面について、表面粗さをRaで5μm以下にすることによって、ヒータと冷却ブロックの密着性が向上し、ヒータの温度分布の均一性と冷却速度が向上する。   To flatten the contact surfaces of the heater and the cooling module, a known lapping method or a processing method such as grinding with a grindstone can be used. The surface roughness of both after processing is preferably 5 μm or less in terms of Ra. By setting the surface roughness of the respective contact surfaces of the heater and the cooling module to 5 μm or less by Ra, the adhesion between the heater and the cooling block is improved, and the uniformity of the heater temperature distribution and the cooling rate are improved.

特に、ヒータの冷却モジュールとの当接面の表面粗さを良くして、鏡面状態に近づけると、その面の輻射率が低下する。輻射率が低下すると、その面からの放熱量が減少するので、ヒータを加熱するための電力の省エネルギー化を図ることができ好ましい。また、ヒータ基板がセラミックスの場合、表面粗さが粗いと、冷却ブロックと当接したときの摩擦などによって、セラミックス粒子の脱落が多くなり、これがパーティクルとなって被加熱物の品質に悪影響を与える。このため、セラミックスヒータの表面粗さは、Raで1μm以下であることが更に好ましい。   In particular, when the surface roughness of the contact surface of the heater with the cooling module is improved and brought close to a mirror state, the radiation rate of the surface decreases. When the emissivity is reduced, the amount of heat released from the surface is reduced, which is preferable because energy saving for electric power for heating the heater can be achieved. In addition, when the heater substrate is ceramic, if the surface roughness is rough, the ceramic particles fall off due to friction when contacting the cooling block, and these particles become particles and adversely affect the quality of the object to be heated. . For this reason, the surface roughness of the ceramic heater is more preferably 1 μm or less in terms of Ra.

また、図2に示すように、裏面に発熱体回路2bを保護する絶縁層2cが形成されたヒータ2の場合、冷却モジュールとの当接面を平坦化するために加工しすぎると、絶縁層2cの厚みが薄くなり、場合によっては発熱体回路2bが露出して短絡事故を起こす可能性がある。これを防ぐためには、絶縁層の厚みを厚くすればよいが、絶縁層は熱伝導率が低いことが多いので、厚みが厚いと熱抵抗が増大し、冷却速度が遅くなる。そこで、絶縁層の厚みについては、平坦化後で15μm以上500μm以下とすることが好ましい。更に、平坦化後の絶縁層の厚みにバラツキがあると、熱抵抗が変化して冷却速度がばらつくので、ヒータの温度分布が不均一になりやすい。従って、平坦化後の絶縁層の厚みは均一であることが望ましく、絶縁層の厚みの最大値と最小値の差は200μm以下であることが好ましい。   As shown in FIG. 2, in the case of the heater 2 in which the insulating layer 2c for protecting the heating element circuit 2b is formed on the back surface, if the processing is performed too much to flatten the contact surface with the cooling module, the insulating layer The thickness of 2c becomes thin, and in some cases, the heating element circuit 2b may be exposed to cause a short circuit accident. In order to prevent this, the thickness of the insulating layer may be increased. However, since the insulating layer often has a low thermal conductivity, a thick thickness increases the thermal resistance and slows the cooling rate. Therefore, the thickness of the insulating layer is preferably 15 μm or more and 500 μm or less after planarization. Furthermore, if there is variation in the thickness of the insulating layer after planarization, the thermal resistance changes and the cooling rate varies, so the heater temperature distribution tends to be non-uniform. Therefore, the thickness of the insulating layer after planarization is desirably uniform, and the difference between the maximum value and the minimum value of the insulating layer is preferably 200 μm or less.

次に、ヒータの製造方法について、AlNの場合を例に詳述する。AlNの原料粉末は、比表面積が2.0〜5.0m/gのものが好ましい。比表面積が2.0m/g未満の場合はAlNの焼結性が低下し、逆に5.0m/gを超えると粉末の凝集が非常に強くなるため取扱いが困難になる。更に、原料のAlN粉末に含まれる酸素量は、2重量%以下が好ましい。酸素量が2重量%を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。また、原料粉末に含まれるアルミニウム以外の金属不純物量は、2000ppm以下が好ましい。金属不純物量が上記範囲を超えると、焼結体の熱伝導率が低下する。特に、金属不純物として、Siなどの4族元素や、Feなどの鉄族元素は、焼結体の熱伝導率を低下させる作用が高いので、その含有量はそれぞれ500ppm以下であることが好ましい。 Next, the heater manufacturing method will be described in detail by taking the case of AlN as an example. The AlN raw material powder preferably has a specific surface area of 2.0 to 5.0 m 2 / g. When the specific surface area is less than 2.0 m 2 / g, the sinterability of AlN is lowered. Conversely, when the specific surface area exceeds 5.0 m 2 / g, the aggregation of the powder becomes very strong, and handling becomes difficult. Furthermore, the amount of oxygen contained in the raw material AlN powder is preferably 2% by weight or less. When the amount of oxygen exceeds 2% by weight, the thermal conductivity of the sintered body decreases. The amount of metal impurities other than aluminum contained in the raw material powder is preferably 2000 ppm or less. When the amount of metal impurities exceeds the above range, the thermal conductivity of the sintered body decreases. In particular, as a metal impurity, a group 4 element such as Si or an iron group element such as Fe has a high effect of reducing the thermal conductivity of the sintered body, and therefore the content thereof is preferably 500 ppm or less.

また、AlNは難焼結性材料であるので、AlN原料粉末に焼結助剤を添加することが好ましい。添加する焼結助剤は、希土類元素化合物が好ましい。希土類元素化合物は、焼結中にAlN粉末粒子の表面に存在するアルミニウム酸化物あるいはアルミニウム酸窒化物と反応して、AlNの緻密化を促進すると共に、AlN焼結体の熱伝導率を低下させる原因となる酸素を除去する働きもあるので、得られるAlN焼結体の熱伝導率を向上させることができる。   Moreover, since AlN is a hardly sinterable material, it is preferable to add a sintering aid to the AlN raw material powder. The sintering aid to be added is preferably a rare earth element compound. The rare earth element compound reacts with the aluminum oxide or aluminum oxynitride present on the surface of the AlN powder particles during sintering to promote densification of AlN and to reduce the thermal conductivity of the AlN sintered body. Since it also has a function of removing the oxygen that causes it, the thermal conductivity of the obtained AlN sintered body can be improved.

焼結助剤としての希土類元素化合物の添加量は、0.01〜5重量%の範囲が好ましい。添加量が0.01重量%未満では、緻密な焼結体を得ることが困難であると共に、焼結体の熱伝導率が低下する。また、5重量%を超えると、AlN焼結体の粒界に焼結助剤が存在することになるので、腐食性雰囲気で使用する場合、この粒界に存在する焼結助剤がエッチングされ、脱粒やパーティクルの原因となる。更に好ましくは焼結助剤の添加量は、1重量%以下である。1重量%以下であれば、粒界の3重点にも焼結助剤が存在しなくなるので、耐食性が向上する。   The addition amount of the rare earth element compound as a sintering aid is preferably in the range of 0.01 to 5% by weight. When the addition amount is less than 0.01% by weight, it is difficult to obtain a dense sintered body, and the thermal conductivity of the sintered body is lowered. If the amount exceeds 5% by weight, a sintering aid exists at the grain boundary of the AlN sintered body. Therefore, when used in a corrosive atmosphere, the sintering aid present at the grain boundary is etched. , Cause degranulation and particles. More preferably, the addition amount of the sintering aid is 1% by weight or less. If it is 1% by weight or less, the sintering aid is not present at the triple point of the grain boundary, so that the corrosion resistance is improved.

上記希土類元素化合物の中では、特に酸素を除去する働きが顕著であるイットリウム化合物が好ましい。また、希土類元素化合物は、酸化物、窒化物、フッ化物、ステアリン酸化合物などが使用できる。これらの中で、酸化物は安価で入手が容易であるため好ましい。また、ステアリン酸化合物は、有機溶剤との親和性が高いので、AlN原料粉末と焼結助剤などを有機溶剤で混合する場合には、混合性が高くなるので特に好適である。   Among the rare earth element compounds, an yttrium compound having a particularly remarkable function of removing oxygen is preferable. As the rare earth element compound, an oxide, nitride, fluoride, stearic acid compound, or the like can be used. Among these, oxides are preferable because they are inexpensive and easily available. In addition, since the stearic acid compound has high affinity with the organic solvent, mixing the AlN raw material powder and the sintering aid with the organic solvent is particularly preferable because the mixing property is increased.

これらのAlN原料粉末や焼結助剤粉末に、所定量の溶剤、バインダー、更には必要に応じて分散剤や邂逅剤を添加して、混合する。混合方法は、ボールミル混合や超音波による混合などが可能である。このような混合によって、原料スラリーを得ることができる。得られたスラリーを成形し、焼結することによって、AlN焼結体を得ることができる。その際のヒータ作製方法には、コファイアー法とポストメタライズ法の2種類の方法がある。   A predetermined amount of a solvent, a binder, and, if necessary, a dispersant and a glaze are added to and mixed with these AlN raw material powder and sintering aid powder. As a mixing method, ball mill mixing, ultrasonic mixing, or the like is possible. A raw material slurry can be obtained by such mixing. An AlN sintered body can be obtained by molding and sintering the obtained slurry. There are two types of heater manufacturing methods at that time, a cofire method and a post metallization method.

まず、ポストメタライズ法について説明する。前記スラリーをスプレードライアー等の手法によって、顆粒を作製する。この顆粒を所定の金型に挿入し、プレス成形を施す。この時のプレス圧力は、9.8MPa未満では成形体の強度が充分に得られないことが多く、ハンドリングなどで破損し易くなるため、9.8MPa以上であることが望ましい。   First, the post metallization method will be described. Granules are produced from the slurry by a technique such as spray drying. The granules are inserted into a predetermined mold and press-molded. If the pressing pressure at this time is less than 9.8 MPa, the strength of the molded body is often not obtained sufficiently, and it tends to be damaged by handling or the like, so it is desirable that the pressing pressure is 9.8 MPa or more.

成形体の密度は、バインダーの含有量や焼結助剤の添加量によって異なるが、1.5〜2.5g/cmであることが好ましい。成形体密度が1.5g/cm未満であると、原料粉末粒子間の距離が相対的に大きくなるので、焼結が進行し難くなる。また、成形体密度が2.5g/cmを超えると、次工程の脱脂処理で成形体内のバインダーを充分除去することが困難となるため、前述のように緻密な焼結体を得ることが難しくなる。 Although the density of a molded object changes with content of a binder, and the addition amount of a sintering auxiliary agent, it is preferable that it is 1.5-2.5 g / cm < 3 >. When the green body density is less than 1.5 g / cm 3 , the distance between the raw material powder particles becomes relatively large, so that the sintering is difficult to proceed. Further, if the density of the molded body exceeds 2.5 g / cm 3 , it is difficult to sufficiently remove the binder in the molded body by the degreasing process in the next step, so that a dense sintered body as described above can be obtained. It becomes difficult.

次に、前記成形体を非酸化性雰囲気中で加熱し、脱脂処理を行う。非酸化性雰囲気ガスとしては、窒素やアルゴンが好ましい。大気等の酸化性雰囲気で脱脂処理を行うと、AlN粉末の表面が酸化されるので、焼結体の熱伝導率が低下する。脱脂処理の加熱温度は、500℃以上1000℃以下が好ましい。500℃未満の温度では、バインダーを充分除去することができず、脱脂処理後の成形体中にカーボンが過剰に残存するので、その後の焼結工程での焼結を阻害する。また、1000℃を超える温度では、残存するカーボンの量が少なくなり過ぎるので、AlN粉末表面に存在する酸化被膜の酸素を除去する能力が低下し、焼結体の熱伝導率が低下する。脱脂処理後の成形体中に残存する炭素量は、1.0重量%以下であることが好ましい。1.0重量%を超える炭素が残存していると、焼結を阻害するので、緻密な焼結体を得ることができない。   Next, the molded body is heated in a non-oxidizing atmosphere to perform a degreasing treatment. As the non-oxidizing atmosphere gas, nitrogen or argon is preferable. When the degreasing treatment is performed in an oxidizing atmosphere such as the air, the surface of the AlN powder is oxidized, so that the thermal conductivity of the sintered body is lowered. The heating temperature for the degreasing treatment is preferably 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower. When the temperature is less than 500 ° C., the binder cannot be sufficiently removed, and excessive carbon remains in the molded body after the degreasing treatment, which hinders sintering in the subsequent sintering step. Further, at a temperature exceeding 1000 ° C., the amount of remaining carbon becomes too small, so that the ability of the oxide film present on the surface of the AlN powder to remove oxygen is lowered, and the thermal conductivity of the sintered body is lowered. The amount of carbon remaining in the molded body after the degreasing treatment is preferably 1.0% by weight or less. If carbon exceeding 1.0% by weight remains, sintering is inhibited, so that a dense sintered body cannot be obtained.

次いで、成形体の焼結を行う。焼結は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中において、1700〜2000℃の温度で行う。この時、使用する非酸化性雰囲気ガス中に含有される水分は、露点で−30℃以下であることが好ましい。これ以上の水分を含有する場合、焼結時にAlNが雰囲気ガス中の水分と反応して酸窒化物が形成されるので、熱伝導率が低下する可能性がある。また、雰囲気ガス中の酸素量は、0.001体積%以下であることが好ましい。酸素量が多いとAlNの表面が酸化して、熱伝導率が低下する可能性がある。   Next, the molded body is sintered. Sintering is performed at a temperature of 1700 to 2000 ° C. in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon. At this time, it is preferable that the moisture contained in the non-oxidizing atmosphere gas to be used is −30 ° C. or less in terms of dew point. In the case of containing more moisture than this, AlN reacts with moisture in the atmospheric gas during sintering to form oxynitrides, which may reduce the thermal conductivity. Further, the amount of oxygen in the atmospheric gas is preferably 0.001% by volume or less. If the amount of oxygen is large, the surface of AlN may oxidize and the thermal conductivity may decrease.

更に、焼結時に使用する治具は、窒化ホウ素(BN)成形体が好適である。このBN成形体は、前記焼結温度に対し充分な耐熱性を有すると共に、その表面に固体潤滑性があるので、焼結時に成形体が収縮する際の治具と成形体との間の摩擦を小さくすることができるので、歪みの少ない焼結体を得ることができる。   Furthermore, a boron nitride (BN) compact is suitable for the jig used during sintering. Since this BN compact has sufficient heat resistance to the sintering temperature and has a solid lubricating property on its surface, the friction between the jig and the compact when the compact shrinks during sintering. Therefore, a sintered body with less distortion can be obtained.

得られた焼結体は、必要に応じて加工を施す。次工程で導電ペーストをスクリーン印刷する場合、焼結体の表面粗さはRaで5μm以下であることが好ましい。表面粗さRaが5μmを超えるとスクリーン印刷により回路形成した際に、パターンのにじみやピンホールなどの欠陥が発生しやすくなる。表面粗さはRaで1μm以下であれば更に好適である。   The obtained sintered body is processed as necessary. When the conductive paste is screen-printed in the next step, the surface roughness of the sintered body is preferably 5 μm or less in terms of Ra. If the surface roughness Ra exceeds 5 μm, defects such as pattern bleeding and pinholes are likely to occur when a circuit is formed by screen printing. The surface roughness Ra is more preferably 1 μm or less.

上記表面粗さを得るための研磨加工は、焼結体の両面にスクリーン印刷する場合は当然であるが、片面のみにスクリーン印刷を施す場合でも、スクリーン印刷する面と共に反対側の面も研磨加工を施す方がよい。スクリーン印刷する面のみを研磨加工した場合、スクリーン印刷時には、研磨加工していない面で焼結体を支持することになる。その時、研磨加工していない面には突起や異物が存在することがあるので、焼結体の固定が不安定になり、スクリーン印刷で回路パターンがうまく描けないことがあるからである。   The polishing process for obtaining the above surface roughness is natural when screen printing is performed on both sides of the sintered body, but even when screen printing is performed on only one side, the surface on the opposite side is also polished with the screen printing surface. It is better to apply. When only the surface to be screen printed is polished, the sintered body is supported by the surface that is not polished during screen printing. At this time, there may be protrusions and foreign matters on the surface that has not been polished, so that the fixing of the sintered body becomes unstable, and the circuit pattern may not be drawn well by screen printing.

また、焼結体の両加工面の平行度は、0.5mm以下であることが好ましい。平行度が0.5mmを超えると、スクリーン印刷時に導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平行度は0.1mm以下であることが特に好適である。更に、スクリーン印刷する面の平面度は、0.5mm以下であることが好ましい。平面度が0.5mmを超える場合には、やはり導電ペーストの厚みのバラツキが大きくなることがある。平面度も0.1mm以下であれば特に好適である。   Moreover, it is preferable that the parallelism of both process surfaces of a sintered compact is 0.5 mm or less. If the parallelism exceeds 0.5 mm, the thickness of the conductive paste may vary greatly during screen printing. The parallelism is particularly preferably 0.1 mm or less. Furthermore, the flatness of the screen printing surface is preferably 0.5 mm or less. When the flatness exceeds 0.5 mm, the variation in the thickness of the conductive paste may also increase. The flatness is particularly preferably 0.1 mm or less.

上記のごとく研磨加工を施した焼結体に、スクリーン印刷により導電ペーストを塗布し、電気回路の形成を行う。導体ペーストは、金属粉末に、必要に応じて酸化物粉末と、バインダー及び溶剤を混合することにより得ることができる。金属粉末としては、セラミックスとの熱膨張係数のマッチングから、タングステンやモリブデンあるいはタンタルが好ましい。また、AlNとの密着強度を高めるために、酸化物粉末を添加することもできる。酸化物粉末は、2A族元素や3A族元素の酸化物、Al、SiOなどが好ましい。特に酸化イットリウムは、AlNに対する濡れ性が非常に良好であるため好ましい。これらの酸化物の添加量は、0.1〜30重量%が好ましい。0.1重量%未満の場合、形成した電気回路である金属層とAlNとの密着強度が低下する。また、30重量%を超えると、電気回路である金属層の電気抵抗値が高くなる。 A conductive paste is applied by screen printing to the sintered body that has been polished as described above to form an electric circuit. The conductor paste can be obtained by mixing an oxide powder, a binder, and a solvent as required with a metal powder. As the metal powder, tungsten, molybdenum, or tantalum is preferable from the viewpoint of matching the thermal expansion coefficient with ceramics. In order to increase the adhesion strength with AlN, an oxide powder can also be added. The oxide powder is preferably an oxide of 2A group element or 3A group element, Al 2 O 3 , SiO 2 or the like. In particular, yttrium oxide is preferable because it has very good wettability with AlN. The addition amount of these oxides is preferably 0.1 to 30% by weight. If it is less than 0.1% by weight, the adhesion strength between the metal layer, which is the formed electric circuit, and AlN is lowered. On the other hand, if it exceeds 30% by weight, the electric resistance value of the metal layer, which is an electric circuit, becomes high.

導電ペーストの厚みは、乾燥後の厚みで、5〜100μmであることが好ましい。厚みが5μm未満の場合は、電気抵抗値が高くなりすぎると共に、密着強度が低下する。また、形成する回路パターンが、ヒータ回路(発熱体回路)の場合は、パターンの間隔は0.1mm以上とすることが好ましい。0.1mm未満の間隔では、発熱体に電流を流したときに、印加電圧及び温度によっては漏れ電流が発生し、ショートすることがある。特に、500℃以上の温度で使用する場合には、パターン間隔は1mm以上とすることが好ましく、3mm以上であれば更に好ましい。   The thickness of the conductive paste is preferably 5 to 100 μm after drying. When the thickness is less than 5 μm, the electrical resistance value becomes too high and the adhesion strength is lowered. In addition, when the circuit pattern to be formed is a heater circuit (a heating element circuit), the pattern interval is preferably 0.1 mm or more. If the interval is less than 0.1 mm, a leakage current may occur depending on the applied voltage and temperature, causing a short circuit when a current is passed through the heating element. In particular, when used at a temperature of 500 ° C. or higher, the pattern interval is preferably 1 mm or more, more preferably 3 mm or more.

次に、導電ペーストを脱脂した後、焼成して電気回路を形成する。導電ペーストの脱脂は窒素やアルゴン等の非酸化性雰囲気中で行う。また、脱脂温度は500℃以上が好ましい。脱脂温度が500℃未満では、導電ペースト中のバインダーの除去が不十分なため、金属層内にカーボンが残留し、焼成したときに金属の炭化物を形成するので、金属層の電気抵抗値が高くなる。   Next, the conductive paste is degreased and then fired to form an electric circuit. The conductive paste is degreased in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon. The degreasing temperature is preferably 500 ° C. or higher. When the degreasing temperature is less than 500 ° C., the removal of the binder in the conductive paste is insufficient, so that carbon remains in the metal layer and forms metal carbides when fired, so the electric resistance value of the metal layer is high. Become.

また、導電ペーストの焼成は、窒素やアルゴンなどの非酸化性雰囲気中で、1500℃以上の温度で行うのが好適である。1500℃未満の温度では、導電ペースト中の金属粉末の粒成長が進行しないので、焼成後の金属層の電気抵抗値が高くなり過ぎる。また、焼成温度はセラミックスの焼結温度を超えない方がよい。セラミックスの焼結温度を超える温度で導電ペーストを焼成すると、セラミックス中に含有される焼結助剤などが揮散しはじめ、更には導電ペースト中の金属粉末の粒成長が促進されてセラミックスと金属層との密着強度が低下する。   In addition, the conductive paste is preferably baked at a temperature of 1500 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere such as nitrogen or argon. When the temperature is less than 1500 ° C., the particle growth of the metal powder in the conductive paste does not proceed, so that the electric resistance value of the fired metal layer becomes too high. The firing temperature should not exceed the sintering temperature of the ceramic. When the conductive paste is fired at a temperature exceeding the sintering temperature of the ceramic, the sintering aid contained in the ceramic begins to evaporate, and further, the grain growth of the metal powder in the conductive paste is promoted, and the ceramic and the metal layer. Adhesion strength with is reduced.

次に、形成した金属層の絶縁性を確保するために、金属層の上に絶縁性コートを形成することができる。絶縁性コートの材質は、電気回路との反応性が小さく、AlNとの熱膨張係数差が5.0×10−6/K以下であれば特に制約はない。例えば、結晶化ガラスやAlN等が使用できる。これらの材料を、例えばペースト状にして、所定の厚みのスクリーン印刷を行い、必要に応じて脱脂を行った後、所定の温度で焼成することにより絶縁性コートを形成することができる。 Next, in order to ensure the insulation of the formed metal layer, an insulating coat can be formed on the metal layer. The material of the insulating coating is not particularly limited as long as the reactivity with the electric circuit is small and the difference in thermal expansion coefficient from AlN is 5.0 × 10 −6 / K or less. For example, crystallized glass or AlN can be used. These materials can be made into, for example, a paste, screen printed with a predetermined thickness, degreased as necessary, and then fired at a predetermined temperature to form an insulating coat.

更に、必要に応じて、セラミックス基板を積層することができる。セラミックス基板の積層は、接合剤を介して行うのが良い。接合剤としては、酸化アルミニウム粉末や窒化アルミニウム粉末に、2A族元素化合物や3A族元素化合物とバインダー及び溶剤を加え、ペースト化したものを接合面にスクリーン印刷等の手法で塗布する。塗布する接合剤の厚みに特に制約はないが、5μm以上であることが好ましい。5μm未満の厚みでは、接合層にピンホールや接合ムラ等の接合欠陥が生じやすくなる。   Furthermore, a ceramic substrate can be laminated as required. Lamination of ceramic substrates is preferably performed via a bonding agent. As a bonding agent, a 2A group element compound or a 3A group element compound, a binder and a solvent are added to aluminum oxide powder or aluminum nitride powder, and a paste is applied to the bonding surface by a technique such as screen printing. Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of the bonding agent to apply | coat, it is preferable that it is 5 micrometers or more. When the thickness is less than 5 μm, bonding defects such as pinholes and bonding unevenness easily occur in the bonding layer.

接合剤を塗布したセラミックス基板を、非酸化性雰囲気中にて500℃以上の温度で脱脂する。その後、積層するセラミックス基板を重ね合わせ、所定の荷重を加え、非酸化性雰囲気中で加熱することにより、セラミックス基板同士を接合する。その際の荷重は、5kPa以上であることが好ましい。5kPa未満の荷重では、充分な接合強度が得られないか、若しくは前記した接合欠陥が生じやすい。接合するための加熱温度は、セラミックス基板同士が接合層を介して十分密着する温度であれば特に制約はないが、1500℃以上であることが好ましい。1500℃未満では十分な接合強度が得られにくく、接合欠陥を生じやすい。前記脱脂並びに接合時の非酸化性雰囲気は、窒素やアルゴンなどを用いることが好ましい。   The ceramic substrate coated with the bonding agent is degreased at a temperature of 500 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere. Thereafter, the ceramic substrates to be stacked are superposed, a predetermined load is applied, and the ceramic substrates are bonded together by heating in a non-oxidizing atmosphere. It is preferable that the load in that case is 5 kPa or more. When the load is less than 5 kPa, sufficient bonding strength cannot be obtained, or the above-described bonding defects are likely to occur. The heating temperature for bonding is not particularly limited as long as the ceramic substrates are sufficiently adhered to each other through the bonding layer, but is preferably 1500 ° C. or higher. If it is less than 1500 degreeC, sufficient joining strength is hard to be obtained and it will be easy to produce a joint defect. Nitrogen, argon, or the like is preferably used for the non-oxidizing atmosphere during the degreasing and bonding.

以上のようにして、ヒータとなるセラミックス積層焼結体を得ることができる。尚、電気回路としては、上述した導電ペーストを用いずに、例えば、ヒータ回路であればモリブデン線(コイル)を使用し、静電吸着用電極やRF電極などの場合にはモリブデンやタングステンのメッシュ(網状体)を用いることも可能である。この場合、AlN原料粉末中に上記モリブデンコイルやメッシュを内蔵させ、ホットプレス法により作製することができる。ホットプレスの温度や雰囲気は、前記AlNの焼結温度及び焼結雰囲気に準ずればよいが、ホットプレス圧力は0.98MPa以上加えることが望ましい。0.98MPa未満の圧力では、モリブデンコイルやメッシュとAlNの間に隙間が生じ、ヒータやウェハ保持体としての性能が出なくなることがある。   As described above, a ceramic laminated sintered body serving as a heater can be obtained. As the electric circuit, for example, a molybdenum wire (coil) is used in the case of a heater circuit without using the above-described conductive paste. In the case of an electrostatic adsorption electrode or an RF electrode, a mesh of molybdenum or tungsten is used. It is also possible to use (mesh). In this case, the molybdenum coil and mesh are incorporated in the AlN raw material powder, and can be manufactured by a hot press method. The hot press temperature and atmosphere may be in accordance with the sintering temperature and sintering atmosphere of AlN, but the hot press pressure is preferably 0.98 MPa or more. When the pressure is less than 0.98 MPa, a gap is generated between the molybdenum coil or mesh and AlN, and the performance as a heater or wafer holder may not be obtained.

次に、コファイアー法について説明する。まず、前述した原料スラリーをドクターブレード法によりシート成形する。シート成形に関して特に制約はないが、シートの厚みは乾燥後で3mm以下が好ましい。シートの厚みが3mmを超えると、スラリーの乾燥収縮量が大きくなるので、シートに亀裂が発生する確率が高くなる。   Next, the cofire method will be described. First, the raw material slurry described above is formed into a sheet by a doctor blade method. Although there is no restriction | limiting in particular regarding sheet | seat shaping | molding, The thickness of a sheet | seat is preferably 3 mm or less after drying. If the thickness of the sheet exceeds 3 mm, the amount of drying shrinkage of the slurry increases, so that the probability of cracking in the sheet increases.

このシート上に、導体ペーストをスクリーン印刷などの手法により塗布することにより、所定形状の電気回路となる金属層を形成する。導電ペーストとしては、上述のポストメタライズ法で説明したものと同じものを用いることができる。ただし、コファイアー法では、導電ペーストに酸化物粉末を添加しなくても支障は少ない。   On this sheet | seat, the metal layer used as the electrical circuit of a predetermined shape is formed by apply | coating a conductor paste by methods, such as screen printing. As the conductive paste, the same paste as described in the above post metallization method can be used. However, in the cofire method, there is little trouble even if no oxide powder is added to the conductive paste.

次に、回路形成を行ったシート及び回路形成をしていないシートを積層する。積層の方法は、各シートを所定の位置にセットし、重ね合わせる。この時、必要に応じて各シート間に溶剤を塗布しておく。シートを重ね合わせた状態で、必要に応じて加熱する。加熱する場合、加熱温度は150℃以下であることが好ましい。これを超える温度に加熱すると、積層したシートが大きく変形する。そして、重ね合わせたシートに圧力を加えて一体化する。加える圧力は1〜100MPaの範囲が好ましい。1MPa未満の圧力では、シートが充分に一体化せず、その後の工程中に剥離することがある。また、100MPaを超える圧力を加えると、シートの変形量が大きくなり過ぎるため好ましくない。   Next, the sheet on which the circuit is formed and the sheet on which the circuit is not formed are stacked. In the laminating method, each sheet is set at a predetermined position and overlapped. At this time, a solvent is applied between the sheets as necessary. In the state where the sheets are overlapped, heating is performed as necessary. When heating, it is preferable that heating temperature is 150 degrees C or less. When heated to a temperature exceeding this, the laminated sheets are greatly deformed. Then, the stacked sheets are integrated by applying pressure. The applied pressure is preferably in the range of 1 to 100 MPa. If the pressure is less than 1 MPa, the sheets may not be sufficiently integrated and may peel during the subsequent steps. Moreover, if a pressure exceeding 100 MPa is applied, the amount of deformation of the sheet becomes too large, which is not preferable.

このシート積層体を、前述のポストメタライズ法と同様に、脱脂処理並びに焼結を行う。脱脂処理や焼結における温度及び炭素量等は、ポストメタライズ法の場合と同じである。尚、前述した導電ペーストをシートに印刷する際に、複数のシートにそれぞれヒータ回路や静電吸着用電極等を印刷し、それらを積層することによって、複数の電気回路を有するヒータを容易に作製することも可能である。また、発熱体回路などの電気回路が、セラミックス積層体の最外層に形成されている場合には、電気回路の保護と絶縁性の確保のために、前述のポストメタライズ法の場合と同様に、電気回路の上に絶縁性コートを形成することができる。このようにして、ヒータとなるセラミックス積層焼結体を得ることができる。   The sheet laminate is degreased and sintered in the same manner as the post metallization method described above. The temperature and carbon amount in the degreasing treatment and sintering are the same as in the post metallization method. In addition, when printing the above-mentioned conductive paste on a sheet, a heater circuit, an electrostatic adsorption electrode, etc. are printed on a plurality of sheets, respectively, and these are laminated to easily produce a heater having a plurality of electric circuits. It is also possible to do. In addition, when an electrical circuit such as a heating element circuit is formed in the outermost layer of the ceramic laminate, in order to protect the electrical circuit and ensure insulation, as in the case of the post metallization method described above, An insulating coating can be formed on the electrical circuit. In this way, a ceramic laminated sintered body serving as a heater can be obtained.

得られたセラミックス積層焼結体は、必要に応じて加工を施す。通常、焼結した状態では、半導体製造装置で要求される精度に入らないことが多い。加工精度は、例えば、被処理物のウェハを搭載するウェハ載置面の平面度は0.5mm以下が好ましく、0.1mm以下が更に好ましい。平面度が0.5mmを超えると、ウェハとヒータとの間に隙間が生じやすくなり、ヒータの熱がウェハに均一に伝わらなくなるため、ウェハの温度ムラが発生しやすくなる。   The obtained ceramic laminated sintered body is processed as necessary. Usually, in the sintered state, the accuracy required for a semiconductor manufacturing apparatus is often not reached. As for the processing accuracy, for example, the flatness of the wafer mounting surface on which the wafer to be processed is mounted is preferably 0.5 mm or less, and more preferably 0.1 mm or less. If the flatness exceeds 0.5 mm, a gap is likely to be generated between the wafer and the heater, and the heat of the heater is not transmitted uniformly to the wafer, so that the wafer temperature is likely to be uneven.

また、ウェハ載置面の表面粗さは、Raで5μm以下が好ましい。Raで5μmを超えると、ヒータと被処理物との摩擦によって、AlNの脱粒が多くなることがある。この時、脱粒した粒子はパーティクルとなり、ウェハへの成膜やエッチングなどの処理に対して悪影響を与えることになる。表面粗さは、Raで1μm以下であれば更に好適である。   Moreover, the surface roughness of the wafer mounting surface is preferably 5 μm or less in terms of Ra. If the Ra exceeds 5 μm, the AlN may become more degranulated due to friction between the heater and the workpiece. At this time, the shed particles become particles, which adversely affects processing such as film formation and etching on the wafer. The surface roughness is more preferably 1 μm or less in terms of Ra.

図1に示すように、セラミックス基体と発熱体回路と絶縁層から構成され、被処理物であるウェハを載置して加熱するヒータ2と、このヒータ2を収容支持する容器1とを作製した。即ち、容器1として、外径350mm、内径335mm、高さ35mmのステンレス製の容器を作製した。その際、下記表1に示すように、内面(内周面と内側底面)及び外面(外周面と外側底面)の全てに対して、表面粗さをRaで1.2μm、3.1μm、4.5μm、6.2μm、8.7μm、10.4μmの6種類となるように加工した。   As shown in FIG. 1, a heater 2 that is composed of a ceramic substrate, a heating element circuit, and an insulating layer and that heats a wafer to be processed is manufactured, and a container 1 that accommodates and supports the heater 2. . That is, as the container 1, a stainless steel container having an outer diameter of 350 mm, an inner diameter of 335 mm, and a height of 35 mm was produced. At that time, as shown in Table 1 below, the surface roughness Ra is 1.2 μm, 3.1 μm, 3.1 μm, 4 for all of the inner surface (inner peripheral surface and inner bottom surface) and outer surface (outer peripheral surface and outer bottom surface). It processed so that it might become six types, 0.5 micrometer, 6.2 micrometer, 8.7 micrometers, and 10.4 micrometers.

一方、ヒータ2のセラミックス基体2aとしては、直径330mm、厚さ12mmの窒化アルミニウム(AlN)焼結体を用いた。セラミックス基体2aの裏面には、発熱体回路2bと絶縁層2cを形成した。発熱体回路2bは、導電ペーストをスクリーン印刷により塗布して作製した。導体ペーストは、金属粉末と、必要に応じて酸化物粉末と、バインダーと溶剤を混合することにより調製した。金属粉末は、AlNとの熱膨張係数のマッチングから、タングステンを用いた。絶縁層については、ガラス粉末に有機溶剤とバインダーを添加したペーストをスクリーン印刷により塗布した後、焼成して形成した。   On the other hand, as the ceramic base 2a of the heater 2, an aluminum nitride (AlN) sintered body having a diameter of 330 mm and a thickness of 12 mm was used. A heating element circuit 2b and an insulating layer 2c were formed on the back surface of the ceramic substrate 2a. The heating element circuit 2b was produced by applying a conductive paste by screen printing. The conductor paste was prepared by mixing metal powder, oxide powder as required, binder and solvent. As the metal powder, tungsten was used because of the matching of the thermal expansion coefficient with AlN. The insulating layer was formed by applying a paste obtained by adding an organic solvent and a binder to glass powder by screen printing and then baking.

これら試料1〜6の各容器1に、図1に示すように、上記ヒータ2を支持足部3で収容支持し、ヒータの均熱性の測定を行った。即ち、均熱性の測定は、17点式のウェハ温度計を用いて、ヒータを150℃、200℃、250℃までに通電加熱し、それぞれの温度に達してから3分後の最大温度と最小温度の差を測定し、その温度差を均熱性として下記表1に示した。   As shown in FIG. 1, the heater 2 was accommodated and supported by the support legs 3 in the containers 1 of the samples 1 to 6, and the temperature uniformity of the heater was measured. In other words, the soaking property is measured by using a 17-point wafer thermometer to heat and heat the heater to 150 ° C, 200 ° C, and 250 ° C. The temperature difference was measured, and the temperature difference is shown in Table 1 as the soaking property.

Figure 2007080892
Figure 2007080892

上記の結果から、容器の表面粗さRaが10μmを超える比較例の試料6に比べて、Raが10μm以下である本発明の試料1〜6はヒータの均熱性が優れていること、特にRaが5μm以下の試料1〜3では均熱性が特に優れていることが分かる。   From the above results, the samples 1 to 6 of the present invention in which Ra is 10 μm or less are superior in the heat uniformity of the heater, particularly Ra, compared to the sample 6 of the comparative example in which the surface roughness Ra of the container exceeds 10 μm. It can be seen that samples 1 to 3 having a thickness of 5 μm or less are particularly excellent in soaking.

ヒータを収容支持した容器を示す概略の断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the container which accommodated and supported the heater. ヒータと冷却モジュールを具備した容器を示す概略の断面図である。It is general | schematic sectional drawing which shows the container provided with the heater and the cooling module.

符号の説明Explanation of symbols

1 容器
2 ヒータ
2a セラミックス基体
2b 発熱体回路
2c 絶縁層
3 支持足部
4 冷却モジュール
5 昇降手段

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Container 2 Heater 2a Ceramic base body 2b Heat generating body circuit 2c Insulating layer 3 Supporting foot part 4 Cooling module 5 Lifting means

Claims (8)

半導体を加熱するためのヒータを収容支持する容器であって、その開口部にヒータを設置し、その構成部材の表面粗さがRaで10μm以下であることを特徴とする半導体加熱ヒータ用容器。   A container for housing and supporting a heater for heating a semiconductor, wherein the heater is installed in the opening thereof, and the surface roughness of the constituent member is 10 μm or less in Ra. 前記構成部材の表面粗さがRaで5μm以下であることを特徴とする、請求項1に記載の半導体加熱ヒータ用容器。   The surface heater of the said structural member is 5 micrometers or less in Ra, The container for semiconductor heaters of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記構成部材が金属であることを特徴とする、請求項1又は2に記載の半導体加熱ヒータ用容器。   The container for a semiconductor heater according to claim 1, wherein the constituent member is a metal. 前記ヒータが、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、酸化アルミニウム、酸窒化アルミニウムのいずれかを主成分とするセラミックスヒータであることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体加熱ヒータ用容器。   The semiconductor heater according to any one of claims 1 to 3, wherein the heater is a ceramic heater mainly containing any one of aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, aluminum oxide, and aluminum oxynitride. Heater container. 前記セラミックスヒータの主成分が窒化アルミニウムであることを特徴とする、請求項4に記載の半導体加熱ヒータ用容器。   The container for a semiconductor heater according to claim 4, wherein a main component of the ceramic heater is aluminum nitride. 前記ヒータと共に、冷却モジュールを具備することを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の半導体加熱ヒータ用容器。   The container for a semiconductor heater according to claim 1, further comprising a cooling module together with the heater. 前記冷却モジュールは流体が流通可能であることを特徴とする、請求項6に記載の半導体加熱ヒータ用容器。   The container for a semiconductor heater according to claim 6, wherein a fluid can flow through the cooling module. 請求項1〜7に記載のヒータを収容支持した半導体加熱ヒータ用容器を搭載したことを特徴とする半導体製造装置。


A semiconductor manufacturing apparatus comprising a container for a semiconductor heater that accommodates and supports the heater according to claim 1.


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