JP2001267043A - Ceramic heater for semiconductor manufacture and inspection device - Google Patents

Ceramic heater for semiconductor manufacture and inspection device

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JP2001267043A
JP2001267043A JP2000238242A JP2000238242A JP2001267043A JP 2001267043 A JP2001267043 A JP 2001267043A JP 2000238242 A JP2000238242 A JP 2000238242A JP 2000238242 A JP2000238242 A JP 2000238242A JP 2001267043 A JP2001267043 A JP 2001267043A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic heater excellent in uniformity of temperature with a ceramic material of high thermal conductivity as a heater substrate. SOLUTION: With the disc-shaped ceramic heater 100, a heating element patterns 2 bent on the surface or inside of a ceramic substrate 1 in a certain arc are arrayed with nearly constant width.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主として半導体産
業において用いられるセラミックヒータに関し、更に詳
しくは、温度が低下した特異点が生じない発熱体パター
ンを備えた乾燥用のセラミックヒータに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic heater mainly used in the semiconductor industry, and more particularly, to a ceramic heater for drying provided with a heating element pattern in which a singular point whose temperature is lowered does not occur.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体応用製品は種々の産業において必
要とされる極めて重要な製品であり、その代表的製品で
ある半導体チップは、例えば、シリコン単結晶を所定の
厚さにスライスしてシリコンウエハを作製した後、この
シリコンウエハ上に種々の回路等を形成することにより
製造される。
2. Description of the Related Art Semiconductor-applied products are extremely important products required in various industries. A typical example of a semiconductor chip is a silicon wafer obtained by slicing a silicon single crystal to a predetermined thickness. Is manufactured by forming various circuits and the like on this silicon wafer.

【0003】この種々の回路等を形成するには、シリコ
ンウエハ上に導電性薄膜等を形成したのち、感光性樹脂
等からなるエッチングレジストを、回路パターンを有す
るマスクを介して塗布し、パターンエッチングする。こ
のエッチングレジストを塗布する場合、感光性樹脂は粘
液状であるので、塗布後に乾燥する必要があり、感光性
樹脂が塗布されたシリコンウエハをヒータ上に載置して
加熱乾燥硬化することが通常行われている。また、プラ
ズマエッチングやスパッタリング等の際にウエハを加熱
する必要があった。
In order to form these various circuits, a conductive thin film or the like is formed on a silicon wafer, and then an etching resist made of a photosensitive resin or the like is applied through a mask having a circuit pattern, and pattern etching is performed. I do. When applying this etching resist, since the photosensitive resin is a viscous liquid, it is necessary to dry after the application, and it is usual to place a silicon wafer coated with the photosensitive resin on a heater and heat and dry it. Is being done. In addition, it was necessary to heat the wafer during plasma etching, sputtering, and the like.

【0004】かかるシリコンウエハ等の半導体ウエハを
ヒータ上に載置して加熱乾燥するためのこの種のヒータ
としては、従来、アルミニウム製の基板の裏面側に電気
抵抗体等の発熱体を備えたものが多用されていたが、ア
ルミニウム製の基板は厚さ15mm程度を要するので、
重量が大きくて嵩張るため取扱いの便が必ずしも良好で
ないばかりか、電気的抵抗体による加熱であるので、通
電電流に対する温度追従性という観点での温度制御性が
不充分であり、均一な加熱を得ることが容易ではなかっ
た。そこで、特開平11−40330号公報のように、
窒化物セラミック等からなる板状体の表面に金属粒子等
を焼結して形成した線条状の発熱体を設けたセラミック
ヒータが提案されている。
A heater of this type for mounting and drying a semiconductor wafer such as a silicon wafer on a heater by heating is conventionally provided with a heating element such as an electric resistor on the back side of an aluminum substrate. Although the thing was used a lot, since the substrate made of aluminum requires about 15 mm in thickness,
Not only is it difficult to handle because of the large weight and bulkiness, but also because it is heating by an electric resistor, the temperature controllability from the viewpoint of temperature followability to the current flow is insufficient, and uniform heating is obtained. It was not easy. Therefore, as disclosed in JP-A-11-40330,
There has been proposed a ceramic heater provided with a linear heating element formed by sintering metal particles or the like on the surface of a plate-like body made of a nitride ceramic or the like.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
セラミックヒータに発熱体を形成する際、屈曲部を有す
るパターンで発熱体を形成すると、屈曲部の温度が低下
してしまい、表面温度にむらができるという課題があ
り、なおも改良の余地があった。このような表面温度む
らは、窒化物セラミックのような熱伝導率の高いセラミ
ック程顕著であった。
However, when a heating element is formed in such a ceramic heater, if the heating element is formed in a pattern having a bent portion, the temperature of the bent portion decreases, and the surface temperature becomes uneven. However, there was still room for improvement. Such uneven surface temperature was more remarkable in ceramics having higher thermal conductivity such as nitride ceramics.

【0006】本発明は、熱伝導率の高いセラミック材料
をヒータ基板として用いて、温度の均一性に優れたセラ
ミックヒータを提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a ceramic heater excellent in temperature uniformity by using a ceramic material having a high thermal conductivity as a heater substrate.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載のセラミックヒータは、円板形状の
セラミック基板の表面に発熱体パターンが形成されてな
るものであって、前記セラミックは、窒化物セラミック
または炭化物セラミックからなり、前記発熱体パターン
は、アールを描いて屈曲する屈曲部を有することを要旨
とするものである。また、請求項2に記載のセラミック
ヒータは、円板形状のセラミック基板の内部に発熱体パ
ターンが形成されてなるものであって、前記セラミック
は、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックからな
り、前記発熱体パターンとセラミック基板は、一体的に
形成されてなるとともに、前記発熱体パターンは、アー
ルを描いて屈曲する屈曲部を有することを要旨とするも
のである。また、請求項3に記載のセラミックヒータ
は、円板形状のセラミック基板の表面に発熱体パターン
が形成されてなるものであって、前記発熱体パターン
は、アールを描いて屈曲する屈曲部を有し、その曲率半
径は、0.1〜20mmであることを要旨とするもので
ある。また、請求項4に記載のセラミックヒータは、円
盤形状のセラミック基板の内部に発熱体パターンが一体
的に形成されてなるものであって、前記発熱体パターン
が、アールを描いて屈曲する屈曲部を有し、その曲率半
径は、0.1〜20mmであることを要旨とするもので
ある。
In order to solve the above problems SUMMARY OF THE INVENTION The ceramic heater according to claim 1 is intended to heating element pattern is formed on the surface of the ceramic substrate of disk shape, wherein Ceramic is nitride ceramic
Alternatively, the heating element pattern is made of a carbide ceramic, and has a gist in which the heating element pattern has a bent portion that bends in a curved manner. The ceramic heater according to claim 2, wherein a heating element pattern is formed inside a disk-shaped ceramic substrate,
Is made of nitride ceramic or carbide ceramic.
The heating element pattern and the ceramic substrate are integrally
The gist of the present invention is such that the heating element pattern has a bent portion that bends in a curved manner. In a third aspect of the present invention, a heating element pattern is formed on a surface of a disk-shaped ceramic substrate, and the heating element pattern has a bent portion that bends in a curved manner. The gist is that the radius of curvature is 0.1 to 20 mm. Further, in the ceramic heater according to the fourth aspect, the heating element pattern is integrated inside the disc-shaped ceramic substrate.
The heating element pattern has a bent portion which bends in a round shape, and has a radius of curvature of 0.1 to 20 mm.

【0008】かかる構成により、発熱体の配設パターン
(発熱体パターンということがある)の屈曲部の温度低
下がない。屈曲部がアールを描かない場合、例えば直角
に屈曲する場合は、この直角部分の温度が下がってしま
う。なお、以下の説明において、発熱体パターンは上面
視形状によって表現しているが、発熱体を配設するセラ
ミック基板厚さ方向位置は同一平面上でなくともよく、
該厚さ方向で上下位置となる部分を含んでもよい。
[0008] With this configuration, there is no temperature drop at the bent portion of the heating element arrangement pattern (sometimes called a heating element pattern). If the bent portion does not draw a radius, for example, if it bends at a right angle, the temperature of this right angle portion will drop. In the following description, the heating element pattern is represented by a shape in a top view, but the position in the thickness direction of the ceramic substrate on which the heating element is disposed may not be on the same plane.
It may include a portion that is vertically positioned in the thickness direction.

【0009】従来技術にかかる問題の原因について本発
明者らは鋭意研究した結果、以下のような原因を発見す
るに至った。図5は、従来のセラミックヒータに用いら
れていた発熱体32を示したものであるが、かかる発熱
体は、図示されるようにその一部が直角に屈曲してい
る。そしてこの直角屈曲部(矢示32a)の温度は、他
の部分の温度よりも下がってしまう。その原因は、略直
線部のパターン幅h1,h3と、直角屈曲部のパターン
幅h2とが異なるからである。図5に示した場合には、
パターン幅h2は、パターン幅h1,h3よりも大きい
ため、パターン幅h2の部分の抵抗値が低下するが、こ
れにより、該当部分に温度が低下した特異点(スポッ
ト)が発生してしまうのである。
The present inventors have conducted intensive studies on the causes of the problems according to the prior art, and as a result, have found the following causes. FIG. 5 shows a heating element 32 used in a conventional ceramic heater. As shown in FIG. 5, a part of the heating element is bent at a right angle. Then, the temperature of the right-angled bent portion (arrow 32a) is lower than the temperatures of the other portions. The reason is that the pattern widths h1 and h3 of the substantially straight portion and the pattern width h2 of the right-angled bent portion are different. In the case shown in FIG.
Since the pattern width h2 is larger than the pattern widths h1 and h3, the resistance value of the portion having the pattern width h2 decreases. However, a singular point (spot) whose temperature decreases in the corresponding portion is generated. .

【0010】特に円板形状のセラミックヒータの場合
は、四角形状のセラミックヒータとは異なり、温度分布
の均一性が要求される。四角形状のセラミックヒータ
は、熱の伝搬が同心円状であるから四隅の表面温度が低
下してしまうため、もともと温度分布の均一性は要求さ
れていない。このことは、図7、図8から明らかであ
る。図7は、四角形状のセラミックヒータであり、図8
は400℃まで昇温し、ウエハ等被加熱物の加熱面の表
面をサーモビュアで観察した図である。結局、四隅の部
分は温度が低くなっており、四角形状のセラミックヒー
タでは、温度分布の均一性など本来要求されていない特
性であることが判る。ところが円板形状の場合は、温度
分布を均一にできるため、温度分布の均一性が要求さ
れ、その均一性故に半導体ウエハを載置できるのであ
る。このため、このような円板形状では温度が低下した
特異点(スポット)の発生を防ぐ必要がある。
In particular, in the case of a disk-shaped ceramic heater, uniformity of temperature distribution is required unlike a square-shaped ceramic heater. In the case of a square ceramic heater, since the propagation of heat is concentric, the surface temperature at the four corners is reduced, and therefore uniform temperature distribution is not originally required. This is apparent from FIGS.
You. FIG. 7 shows a square ceramic heater, and FIG.
Temperature rises to 400 ° C and the surface of the heated object such as a wafer
It is the figure which observed the surface with the thermoviewer. After all, the four corners
The temperature is low in the minute, and the square ceramic heater
Characteristics that are not originally required such as uniformity of temperature distribution.
It turns out that it is sex. However, in the case of a disc shape, since the temperature distribution can be made uniform, uniformity of the temperature distribution is required, and the semiconductor wafer can be mounted because of the uniformity. For this reason, in such a disk shape, it is necessary to prevent the occurrence of a singular point (spot) whose temperature has decreased.

【0011】そこで、本発明者らは、図3のように発熱
体の配設パターンを、アールを描いて屈曲する屈曲部を
備えたものとすることにより、概ねk1=k2=k3と
することができ、抵抗値の低下を防止し、温度の低下し
た特異点(スポット)の発生を防止できることを知見し
て本発明を完成させたのである。
Therefore, the present inventors have established that the arrangement pattern of the heating element is provided with a bent portion which bends in a round shape as shown in FIG. The inventors have found that the present invention can prevent the reduction of the resistance value and the occurrence of a singular point (spot) having a lowered temperature, thereby completing the present invention.

【0012】上記構成を有するセラミックヒータによれ
ば、発熱体パターンの屈曲部は、アールを描いて屈曲し
ているため、当該パターン幅が略一定になり、局部的な
温度の低下が起こらない。そのため、セラミックヒータ
の温度の均一化が実現される。なお、特開平9−289
075号公報、実用新案公開平3−19292号公報、
実用新案公開昭54−128945号公報には、四角形
状のセラミックヒータの屈曲パターン部分に丸みを形成
したものが開示されているが、これは、四角形状のヒー
タであり、本発明のような円板形状ではない。このため
四隅の温度が低下し、温度均一性など全く達成できな
い。また、特開平9−82786号公報には、発熱体バ
ルクとセラミック基板との間に空間を形成したヒータを
開示するが、これは本発明のようにセラミック基板と発
熱体が一体化しているものではない。このため、空間部
分で熱が伝わらないのだから本発明のように加熱面の温
度を均一化することなどできない。また、特開昭53−
6936号公報には、セラミック製熱板の片面に発熱体
を配した電熱器具を開示している。しかしながら、これ
は電子レンジや電気コンロに使用するものであり、人体
に対する影響やセラミックの反応性を考慮すると、アル
ミナ、シリカなどの耐水性があり、無毒のセラミック、
すなわち酸化物のセラミックを使用しなければならず、
本発明のような窒化物や炭化物のセラミックは使用でき
ない。このような酸化物セラミックでは温度追従性(昇
温してもすぐに温度が上がらない)が悪い。また、これ
らの文献には、屈曲の曲率半径は記載、示唆ともなく、
これらの文献により、本発明の特許性が阻却されること
がないことを付記しておく。ちなみに、本発明に係るセ
ラミックヒータは、用途に合わせて150℃〜800℃
で使用可能である。本発明でいう屈曲とは、図1(b)
のように、発熱体パターンの屈曲部の前後でパターンが
概ね平行である場合や図3に示すように、発熱体パター
ンの屈曲部の前後でパターンが直角、鋭角、鈍角を形成
する場合をいうが、後者のように屈曲部の前後でパター
ンが角度を持った場合の方が、温度降下しやすいため、
本発明の構成が特に有利である。
According to the ceramic heater having the above configuration, since the bent portion of the heating element pattern is bent in a round shape, the width of the pattern becomes substantially constant, and a local decrease in temperature does not occur. Therefore, the temperature of the ceramic heater is made uniform. Incidentally, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-289
No. 075, Utility Model Publication No. 3-19292,
Utility Model Publication No. 54-128945 discloses a square
Roundness is formed in the bending pattern of the ceramic heater
Is disclosed, but this is a square-shaped heater.
And not a disk shape as in the present invention. For this reason
The temperature at the four corners drops, and temperature uniformity cannot be achieved at all
No. Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-82786 discloses a heating element battery.
A heater that forms a space between
Although disclosed, this is the same as the present invention, which
The heating element is not integrated. For this reason, the space
Because the heat is not transmitted in minutes,
The degree cannot be equalized. Also, Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 6936 discloses a heating element on one side of a ceramic heating plate.
Discloses an electric heating device provided with the above. However, this
Is used for microwave ovens and electric stoves,
Considering the effect on
Water-resistant, non-toxic ceramics such as Mina and silica,
In other words, oxide ceramic must be used,
Nitride and carbide ceramics as in the present invention can not be used
Absent. In such an oxide ceramic, the temperature tracking property (increased
(The temperature does not rise immediately even when heated.) Also this
In these documents, the radius of curvature of the bending is not described or suggested,
These documents hinder the patentability of the present invention.
Note that there is no By the way, according to the present invention,
Lamic heater is 150 ℃ ~ 800 ℃ depending on the application
Can be used with The term “bending” in the present invention refers to FIG.
Pattern before and after the bent part of the heating element pattern
As shown in FIG. 3, the heating element pattern
Pattern forms right angle, acute angle, obtuse angle before and after bending
But putter around the bent part like the latter.
The temperature tends to drop when the button has an angle,
The arrangement according to the invention is particularly advantageous.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。図1(a)は、本発
明の実施の形態に係るセラミックヒータ100の主要部
分を示した平面図であり、同図(b)は、同図(a)の
点線部分を拡大して示したものである。図2は、セラミ
ックヒータ100に配設される発熱体パターンを拡大し
て示したもの、図3は、発熱体パターンの一部分を拡大
して示したものである。図4は、セラミックヒータ10
0の構造を示した部分断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1A is a plan view showing a main part of a ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view of a dotted line in FIG. Things. FIG. 2 is an enlarged view of a heating element pattern provided on the ceramic heater 100, and FIG. 3 is an enlarged view of a part of the heating element pattern. FIG. 4 shows the ceramic heater 10.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the structure of No. 0.

【0014】これらの図において、セラミックヒータ1
00は、絶縁性の窒化物セラミックス又は炭化物セラミ
ックスからなる板状セラミック基板1を用い、このセラ
ミック基板1の一主面に特定の幅を持ち、その断面が扁
平状の発熱体パターン2を、例えば図1に示したごとく
形成し、他の主面にシリコンウエハ等を載置して加熱す
るようにしたものである。
In these figures, the ceramic heater 1
Reference numeral 00 denotes a plate-shaped ceramic substrate 1 made of insulating nitride ceramics or carbide ceramics, and a heating element pattern 2 having a specific width on one main surface of the ceramic substrate 1 and having a flat cross section, for example. It is formed as shown in FIG. 1, and a silicon wafer or the like is placed on another main surface and heated.

【0015】発熱体パターンの形態は、線条状、または
有幅の概ね直線または曲線によって構成される。発熱体
の断面の形状は、扁平であれば限定されず、方形、楕円
形等でもよい。また、線条状の発熱体がらせん形状にな
っていてもよい。発熱体パターン2の断面のアスペクト
比(発熱体の幅/発熱体の厚さ)は、10〜5000で
あることが望ましい。この範囲に調整することにより、
発熱体パターン2の抵抗値を大きくすることができると
ともに、加熱面の温度の均一性を確保することができる
からである。
The shape of the heating element pattern is a linear shape or a wide, substantially straight line or curve. The shape of the cross section of the heating element is not limited as long as it is flat, and may be square, elliptical, or the like. Further, the linear heating element may have a spiral shape. The aspect ratio (width of the heating element / thickness of the heating element) of the cross section of the heating element pattern 2 is desirably 10 to 5000. By adjusting to this range,
This is because the resistance value of the heating element pattern 2 can be increased, and the uniformity of the temperature of the heating surface can be ensured.

【0016】ちなみに、発熱体パターン2の厚さを一定
とした場合、アスペクト比が上記範囲より小さいと、セ
ラミック基板1のウエハ加熱方向への熱の伝搬量が小さ
くなり、当該発熱体パターン2に近似した熱分布が加熱
面に発生してしまう。逆にアスペクト比が大きすぎると
発熱体パターン2の中央の直上部分が高温となってしま
い、結局、当該発熱体パターン2に近似した熱分布が加
熱面に発生してしまう。従って、温度分布を考慮する
と、断面のアスペクト比は、10〜5000であること
が好ましいのである。
Incidentally, when the thickness of the heating element pattern 2 is constant, if the aspect ratio is smaller than the above range, the amount of heat propagation in the wafer heating direction of the ceramic substrate 1 becomes small, and the heating element pattern 2 Approximate heat distribution occurs on the heating surface. Conversely, if the aspect ratio is too large, the temperature immediately above the center of the heating element pattern 2 will be high, and eventually a heat distribution similar to the heating element pattern 2 will be generated on the heating surface. Therefore, in consideration of the temperature distribution, the aspect ratio of the cross section is preferably 10 to 5000.

【0017】セラミック基板1の表面に発熱体パターン
2を形成する場合には、発熱体パターン2の厚さは、1
〜30μmが好ましく、1〜10μmがより好ましい。
また、セラミック基板1の内部に発熱体パターン2を形
成する場合には、その厚さは、1〜50μmが好まし
い。また、セラミック基板1の表面に発熱体パターン2
を形成する場合には、発熱体パターン2の幅は、0.1
〜20mmが好ましく、0.1〜5mmがより好まし
い。また、セラミック基板1の内部に発熱体パターン2
を形成する場合には、当該発熱体パターン2の幅は、5
〜20μmが好ましい。
When the heating element pattern 2 is formed on the surface of the ceramic substrate 1, the thickness of the heating element pattern 2 is set to 1
-30 μm is preferable, and 1-10 μm is more preferable.
When the heating element pattern 2 is formed inside the ceramic substrate 1, the thickness is preferably 1 to 50 μm. A heating element pattern 2 is provided on the surface of the ceramic substrate 1.
Is formed, the width of the heating element pattern 2 is 0.1
-20 mm is preferable, and 0.1-5 mm is more preferable. Further, a heating element pattern 2 is provided inside the ceramic substrate 1.
Is formed, the width of the heating element pattern 2 is 5
~ 20 µm is preferred.

【0018】図1に示した発熱体パターン2は、渦巻き
パターンと屈曲パターンとの混成であるが、外周寄り端
縁部に屈曲パターンを配置することが望ましい。屈曲パ
ターンは、配線密度を高くすることができるため、温度
が低下しやすい外周寄り端縁付近の温度低下を抑制でき
るからである。また、発熱体パターン2は、図2に示し
たように、屈曲パターンのみで構成してもよい。
Although the heating element pattern 2 shown in FIG. 1 is a hybrid of a spiral pattern and a bent pattern, it is desirable to dispose the bent pattern at the outer edge. This is because the bent pattern can increase the wiring density, so that the temperature can be suppressed from decreasing near the outer peripheral edge, where the temperature tends to decrease. Further, the heating element pattern 2 may be constituted by only a bending pattern as shown in FIG.

【0019】図1及び図2に示した発熱体パターン2
は、図3にその屈曲部の一例を示すが、同図に示したよ
うに、所定の幅を有している。従って、発熱体パターン
2は、そのパターン幅k1,k2,k3が、k1=k2
=k3となるように構成され、且つその屈曲部が曲率半
径rを有するように構成されている。そのため、発熱体
パターン2は、パターン幅の差による抵抗値の低下、及
びこれに起因する温度の低下した特異点(スポット)の
発生が防止された構成になっている。
Heating element pattern 2 shown in FIGS. 1 and 2
FIG. 3 shows an example of the bent portion, which has a predetermined width as shown in FIG. Therefore, the pattern width k1, k2, and k3 of the heating element pattern 2 is k1 = k2.
= K3, and the bent portion has a radius of curvature r. Therefore, the heating element pattern 2 has a configuration in which a reduction in resistance due to a difference in pattern width and a generation of a singular point (spot) whose temperature has decreased due to this are prevented.

【0020】ここで、前記セラミック基板の材質は、窒
化アルミニウム焼結体が好適であるが、これに限定され
るものではなく、その他にも炭化物セラミック、酸化物
セラミック、及び窒化アルミニウム以外の窒化物セラミ
ック等が好適である。
Here, the material of the ceramic substrate is preferably an aluminum nitride sintered body, but is not limited thereto. In addition, carbide ceramics, oxide ceramics, and nitrides other than aluminum nitride may be used. Ceramics and the like are preferred.

【0021】例えば、炭化物セラミックの例としては、
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の金属炭化物セラミックを挙
げることができ、酸化物セラミックの例としては、アル
ミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト等の金属
酸化物セラミックを挙げることができる。さらに、窒化
物セラミックの例としては、窒化アルミニウムのほか窒
化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の金属窒化物セラ
ミックを挙げることができる。
For example, as an example of a carbide ceramic,
Metal carbide ceramics such as silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide can be given, and examples of oxide ceramics include metal oxide ceramics such as alumina, zirconia, cordierite, and mullite. Can be. Furthermore, examples of the nitride ceramic include aluminum nitride as well as metal nitride ceramics such as silicon nitride, boron nitride, and titanium nitride.

【0022】これらのセラミック材料のうち、一般的に
窒化物セラミック、炭化物セラミックは、高い熱伝導率
を示す点で酸化物セラミックよりも好ましい。また、こ
れらの材料は、単独でも2種以上を併用してもよい。
えば、窒化物セラミックに酸化物セラミックや炭化物セ
ラミックを添加してもよく、炭化物セラミックに酸化物
セラミックや炭化物セラミックを添加してもよい。熱伝
導率が高いセラミックの方が屈曲部の温度低下が著し
く、本発明の効果が大きい。本発明のセラミック基板
は、その厚さは、50mm以下、特に18mm以下が望
ましい。特にセラミック基板の厚さが18mmを超える
と、セラミック基板の熱容量が大きくなり、特に温度制
御手段を設けて加熱、冷却すると、熱容量の大きさに起
因して温度追従性が低下してしまうからである。また、
本発明のセラミック基板が解決する温度の不均一の問題
は、厚さが18mmを超えるような厚いセラミック基板
では発生しにくいからである。 特に5mm以下が最適
である。なお、厚みは、1mm以上が望ましい。本発明
のセラミック基板の直径は200mm以上が望ましい。
特に12インチ(300mm)以上であることが望まし
い。次世代のシリコンウエハの主流となるからである。
また、本発明が解決する温度不均一の問題は、直径が2
00mm以下のセラミック基板では発生しにくいからで
ある。本発明のセラミック基板においては、セラミック
基板中に5〜5000ppmのカーボンを含有している
ことが望ましい。カーボンを含有させることにより、セ
ラミック基板を黒色化することができ、セラミックヒー
タとして使用する際に輻射熱を充分に利用することがで
きるからである。カーボンは、非晶質のものであって
も、結晶質のものであってもよい。非晶質のカーボンを
使用した場合には、高温における体積抵抗率の低下を防
止することができ、結晶質のものを使用した場合には、
高温における熱伝導率の低下を防止することができるか
らである。従って、用途によっては、結晶質のカーボン
と非晶質のカーボンの両方を併用してもよい。また、カ
ーボンの含有量は、50〜2000ppmがより好まし
い。セラミック基板にカーボンを含有させる場合には、
その明度がJIS Z 8721の規定に基づく値でN
4以下となるようにカーボンを含有させることが望まし
い。この程度の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。ここで、明度のNは、理想的な黒の
明度を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。実際の明度の測定は、N0
〜N10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。なお、本発明のセラミッ
ク基板では、シリコンウエハをセラミック基板のウエハ
載置面に接触させた状態で載置するほか、シリコンウエ
ハを支持ピンなどで支持し、図4に示すようにセラミッ
クス基板との間に一定の間隔を保って保持する場合もあ
る。図4では、貫通孔8に支持ピン7が挿通されてシリ
コンウエハ9を保持している。支持ピン7を上下するこ
とにより、搬送機からシリコンウエハ9を受け取った
り、シリコンウエハ9をセラミック基板上に載置した
り、図示しないピン上にシリコンウエハ9を支持したま
ま加熱したりできる。また、セラミック基板の底面に
は、発熱体2が形成され、その発熱体2の表面には金属
被覆層が設けられている。また、有底孔が設けられてい
るが、ここには熱電対を挿入する。この形態では、発熱
体はセラミック基板表面に形成されており、抵抗値を調
整したり、冷却する際に冷却ガスを吹きつけることがで
き、急速冷却が可能である。また、セラミック基板の厚
さ方向全ての領域を熱拡散板として使用できるため、内
部に発熱体を設けた場合よりもセラミック基板を薄くで
き、熱容量を小さくできることから急速昇温降温が可能
になる。シリコンウエハ9は、発熱体形成面の反対側の
ウエハ加熱面側で加熱される。次に、本発明に係るセラ
ミックヒータ100の製造方法について説明する。以下
の説明においては、工程条件は、あくまで一例を示すも
のであり、この実施形態に限定されるものではない。従
って、工程条件は、試料の大きさや処理量等によって適
宜の変更を伴って設定される。
Of these ceramic materials, nitride ceramics and carbide ceramics are generally preferable to oxide ceramics in that they exhibit high thermal conductivity. These materials may be used alone or in combination of two or more. An example
For example, oxide ceramics and carbide
Lamic may be added, and oxides may be added to the carbide ceramic.
Ceramic or carbide ceramic may be added. The higher the thermal conductivity of the ceramic, the more the temperature of the bent portion drops significantly, and the greater the effect of the present invention. The ceramic substrate of the present invention
Is desired to have a thickness of 50 mm or less, particularly 18 mm or less.
Good. Especially the thickness of the ceramic substrate exceeds 18mm
And the heat capacity of the ceramic substrate increases,
When heating and cooling are provided with control means, the heat capacity increases.
This is because the temperature followability is reduced. Also,
Non-uniform temperature problem solved by the ceramic substrate of the present invention
Is a thick ceramic substrate whose thickness exceeds 18 mm
This is because it is unlikely to occur. Especially 5mm or less is optimal
It is. The thickness is desirably 1 mm or more. The present invention
The diameter of the ceramic substrate is desirably 200 mm or more.
In particular, it is desirable that it be 12 inches (300 mm) or more.
No. This is because it will become the mainstream of next-generation silicon wafers.
The problem of non-uniform temperature solved by the present invention is that the diameter is 2
It is difficult to occur with a ceramic substrate of 00 mm or less.
is there. In the ceramic substrate of the present invention,
Substrate contains 5-5000 ppm carbon
It is desirable. By incorporating carbon,
Lamic substrate can be blackened, ceramic heat
Radiant heat can be fully utilized when used as
Because it can. Carbon is amorphous
May also be crystalline. Amorphous carbon
If used, prevents a drop in volume resistivity at high temperatures.
Can be stopped, and if a crystalline material is used,
Can the thermal conductivity decrease at high temperatures be prevented?
It is. Therefore, depending on the application, crystalline carbon
And amorphous carbon may be used in combination. Also,
The content of carbon is more preferably 50 to 2000 ppm.
No. When carbon is contained in the ceramic substrate,
The brightness is N based on the value of JIS Z 8721.
It is desirable to contain carbon so as to be 4 or less.
No. The one with this level of lightness is effective for radiant heat and concealment
Because it is excellent. Here, the lightness N is the ideal black
The lightness is set to 0, the ideal white lightness is set to 10,
The perceived brightness of the color is between black and white
Each color is divided into 10 so as to have the same rate, and N0 to N10
This is indicated by a symbol. The actual measurement of lightness is N0
The comparison is made with the color chart corresponding to .about.N10. Small in this case
The first place of several points is 0 or 5. The ceramic of the present invention
Substrate, a silicon wafer is replaced with a ceramic substrate wafer
In addition to placing it in contact with the mounting surface,
C is supported by support pins, etc., and as shown in FIG.
May be held at a certain distance from the substrate.
You. In FIG. 4, the support pin 7 is
It holds a con-wafer 9. Raise and lower the support pin 7
And received the silicon wafer 9 from the transporter
And the silicon wafer 9 was placed on the ceramic substrate.
And the silicon wafer 9 is supported on pins (not shown).
It can also be heated. Also, on the bottom of the ceramic substrate
Is a heating element 2 formed on the surface of the heating element 2
A coating layer is provided. In addition, bottomed holes are provided.
However, a thermocouple is inserted here. In this form, fever
The body is formed on the surface of the ceramic substrate.
It can blow cooling gas when adjusting or cooling.
And rapid cooling is possible. Further, since the entire region in the thickness direction of the ceramic substrate can be used as a heat diffusion plate, the ceramic substrate can be made thinner and the heat capacity can be made smaller than in the case where a heating element is provided inside, so that rapid temperature rise and fall are possible. The silicon wafer 9 is heated on the wafer heating surface side opposite to the heating element formation surface. Next, a method for manufacturing the ceramic heater 100 according to the present invention will be described. In the following description, the process conditions are merely examples, and are not limited to this embodiment. Therefore, the process conditions are set with appropriate changes depending on the size of the sample, the throughput, and the like.

【0023】まず、窒化アルミニウム粉末(平均粒径
1.1μm)100重量部、イットリア(平均粒径0.
4μm)4重量部、アクリル系樹脂バインダ12重量
部、及び、アルコールを混合混練したのち、スプレード
ライヤ法によって顆粒状粉末とした。また、炭化珪素を
使用する場合も炭化珪素粉末(平均粒径1.0μm)1
00重量部、CまたはB4 C0.5重量部、アクリル
系樹脂バインダ12重量部、及び、アルコールを混合混
練したのち、スプレードライヤ法によって顆粒状粉末と
した。なお、後述する試験例等でアルミナを使用してい
るが、この場合はアルミナ粉末(平均粒径1.0μm)
と、アクリル系樹脂バインダ12重量部、及び、アルコ
ールを混合混練したのち、スプレードライヤ法によって
顆粒状粉末とした。
First, 100 parts by weight of aluminum nitride powder (average particle size: 1.1 μm) and yttria (average particle size: 0.1 μm) were used.
4 μm) 4 parts by weight, 12 parts by weight of an acrylic resin binder, and alcohol were mixed and kneaded, and then granulated by a spray dryer method. In addition, silicon carbide
When used, silicon carbide powder (average particle size: 1.0 μm) 1
00 parts by weight, C or B4 0.5 parts by weight, acrylic
Mix 12 parts by weight of resin binder and alcohol
After kneading, it is mixed with granular powder by spray dryer method.
did. It should be noted that alumina was used in test examples and the like described later.
However, in this case, alumina powder (average particle size: 1.0 μm)
, An acrylic resin binder 12 parts by weight, and an alcohol
After mixing and kneading
Granular powder was obtained.

【0024】次に、この顆粒状粉末を成形用金型に投入
し、平板状に成形して生成形体を得た。この生成形体
に、半導体ウエハ支持ピンを挿入するための貫通孔と、
熱電対を埋め込むための凹部とをドリル加工によって穿
設した。
Next, the granular powder was charged into a molding die and molded into a flat plate to obtain a formed product. A through hole for inserting a semiconductor wafer support pin into the formed form;
A recess for embedding a thermocouple was formed by drilling.

【0025】前記貫通孔及び凹部を穿設した生成形体を
約1800℃、圧力200kg/ccmでホットプレ
スし、厚さ3mmの窒化アルミニウムまたは炭化珪素
状焼結体を得た。これを直径210mmの円板状に切り
出してセラミックヒータ100用のセラミック基板1と
した。このセラミック基板の表面に酸化膜などの絶縁膜
を形成した後、後述する発熱体を印刷することが望まし
い。具体的には、ガラスペーストを塗布して1000℃
以上に加熱して溶融させる方法やセラミック基板の表面
を酸化雰囲気で500〜1000℃で焼成する方法があ
る。特に炭化物セラミックの場合は、純度が低い場合電
気的導電性があるため、絶縁膜の形成が望ましい。絶縁
膜としては、0.1〜1000μmがよい。
The formed body in which the through holes and the recesses were formed was hot-pressed at about 1800 ° C. and a pressure of 200 kg / ccm 2 to obtain a 3 mm-thick aluminum nitride or silicon carbide plate-like sintered body. This was cut out into a disk shape having a diameter of 210 mm to obtain a ceramic substrate 1 for the ceramic heater 100. An insulating film such as an oxide film on the surface of this ceramic substrate
It is desirable to print a heating element described later after forming
No. Specifically, a glass paste is applied and 1000 ° C.
Heating and melting method and surface of ceramic substrate
Baking at 500 to 1000 ° C. in an oxidizing atmosphere.
You. Particularly in the case of carbide ceramics, if the purity is low,
Due to the gaseous conductivity, it is desirable to form an insulating film. Insulation
The thickness of the film is preferably 0.1 to 1000 μm.

【0026】このセラミック基板1に、図1に示したパ
ターン状に発熱体パターン2を配設するようにスクリー
ン印刷法により導電ペーストを印刷した。ここで用いた
導電ペーストは、徳力化学研究所製のソルベストPS6
03D(商品名)であり、この導電ペーストは、酸化
鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素、及びアルミナの混
合物からなる金属酸化物(重量比は、この順に、5/5
5/10/25/10)を銀の量に対して7.5重量%
含有する、いわゆる鉛含有銀ペーストである。ちなみに
銀の平均粒径は4.5μmであり、形状は鱗片状のもの
が主体であった。
A conductive paste was printed on the ceramic substrate 1 by a screen printing method so that the heating element patterns 2 were arranged in the pattern shown in FIG. The conductive paste used here was Solvest PS6 manufactured by Tokuriki Chemical Laboratory.
03D (trade name), and the conductive paste is a metal oxide composed of a mixture of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide, and alumina (the weight ratio is 5/5 in this order).
5/10/25/10) 7.5% by weight based on the amount of silver
It is a so-called lead-containing silver paste. Incidentally, the average particle size of silver was 4.5 μm, and the shape was mainly flake-like.

【0027】このように導電ペーストを印刷したセラミ
ック基板を780℃で加熱焼成して導電ペースト中の銀
や鉛を焼結させるとともに、セラミック基板に焼き付け
た。このとき、鉛含有銀焼結体による発熱体パターン
は、その厚さが約5μm、幅2.4mm、面積抵抗が
7.7mΩ/□であった。発熱体パターンは、外周寄り
端縁部位にアールを描きながら屈曲するパターンを有す
る。アールの曲率半径は、0.1mm〜20mmが望ま
しい。小さすぎると直角になり、大きすぎると発熱体パ
ターン密度を高くできないからである。なお、曲率半径
は、発熱体パターンの中心線(図3の符号L)で定義す
る。
The ceramic substrate on which the conductive paste was printed was heated and fired at 780 ° C. to sinter silver and lead in the conductive paste, and baked on the ceramic substrate. At this time, the heating element pattern made of the lead-containing silver sintered body had a thickness of about 5 μm, a width of 2.4 mm, and a sheet resistance of 7.7 mΩ / □. The heating element pattern has a pattern that bends while drawing a radius at an edge portion near the outer periphery. The radius of curvature of the radius is desirably 0.1 mm to 20 mm. If it is too small, it becomes a right angle, and if it is too large, the heating element pattern density cannot be increased. The radius of curvature is defined by the center line (L in FIG. 3) of the heating element pattern.

【0028】次に、それぞれ1リットルあたりの濃度
が、硫酸ニッケル80g/l、次亜燐酸ナトリウム24
g/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の濃度の各水溶液を含有して
なる無電解ニッケルメッキ浴に前記セラミック基板を浸
漬して前記鉛含有銀焼結体の表面に厚さ約1μmのニッ
ケルの金属層を析出させて発熱体パターンを形成した。
Next, the concentration per liter was 80 g / l of nickel sulfate and 24 g of sodium hypophosphite.
g / l, sodium acetate 12 g / l, boric acid 8 g / l,
The ceramic substrate is immersed in an electroless nickel plating bath containing an aqueous solution having a concentration of 6 g / l ammonium chloride to deposit a nickel metal layer having a thickness of about 1 μm on the surface of the lead-containing silver sintered body. Thus, a heating element pattern was formed.

【0029】図1(a)に示したように、発熱体パター
ン2,31,31aは、セラミック基板1上に、同図に
示すような所定のパターン状に形成し、形成した状態で
焼成して金属微粒子や金属酸化物微粒子同士を互いに融
着させる程度に焼結させて得ることができる。そして、
発熱体パターンの形態は、図1(b)に示したように、
有幅の略直線又は曲線であればよい。従って、幾何学的
に厳密な直線や曲線であることを要しない。
As shown in FIG. 1 (a), the heating element patterns 2, 31, 31a are formed on the ceramic substrate 1 in a predetermined pattern as shown in FIG. Metal particles and metal oxide particles can be sintered to such an extent that they are fused together. And
The form of the heating element pattern is, as shown in FIG.
What is necessary is just a width substantially straight line or curve. Therefore, it does not need to be a geometrically strict straight line or curve.

【0030】最後に、図4に示したように、発熱体パタ
ーン2と電源との接続を確保するための端子ピン3を取
付ける部分にスクリーン印刷法により銀含有鉛半田ペー
スト(田中貴金属工業(株)製)を印刷してはんだ層6
を配設し、さらに、このはんだ層の上にコバール製の端
子ピン3を載置して420℃で加熱リフローし、端子ピ
ン3を発熱体パターン2の表面に取り付けた。
Finally, as shown in FIG. 4, silver-containing lead solder paste (Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) is applied by screen printing to a portion where terminal pins 3 for securing the connection between the heating element pattern 2 and the power supply are mounted. )) Printed on the solder layer 6
Further, terminal pins 3 made of Kovar were placed on the solder layer and heated and reflowed at 420 ° C. to attach the terminal pins 3 to the surface of the heating element pattern 2.

【0031】また、温度制御のための熱電対(図示せ
ず)をセラミック基板1に埋め込み、本発明に係るセラ
ミックヒータ100を得た。図4において、符号7は半
導体ウエハ9を支持する支持ピンを示し、支持ピン7
が、セラミック基板1に穿設された貫通孔8に挿通され
ることを示す。そして、発熱体パターン2は所定の抵抗
値を有していることから、発熱体パターン2は、当該発
熱体パターン2に通電するための端子ピン3の取付けら
れる位置から通電され、発熱体パターン2は、ジュール
熱による発熱を生じて半導体ウエハ9を加熱する。
Further, a thermocouple (not shown) for controlling the temperature was embedded in the ceramic substrate 1 to obtain a ceramic heater 100 according to the present invention. 4, reference numeral 7 denotes a support pin for supporting the semiconductor wafer 9;
Is inserted through the through-hole 8 formed in the ceramic substrate 1. Since the heating element pattern 2 has a predetermined resistance value, the heating element pattern 2 is energized from a position where a terminal pin 3 for energizing the heating element pattern 2 is attached. Generates heat by Joule heat and heats the semiconductor wafer 9.

【0032】さらに発熱体が内部に形成されたセラミッ
クヒータ(図9)の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing a ceramic heater (FIG. 9) having a heating element formed therein will be described.

【0033】(1)まず、窒化物セラミックまたは炭化
物セラミックのセラミックの粉体をバインダおよび溶剤
と混合してグリーンシートを得る。前述したセラミック
粉体としては、例えば、窒化アルミニウムなどを使用す
ることができ、必要に応じて、イットリアなどの焼結助
剤などを加えてもよい。焼結助材は、0.1〜10重量
%で調整できる。また、セラミック粉の平均粒子径は、
0.1〜10μmである。また、バインダとしては、ア
クリル系バインダ、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。これらを混合して得られるペーストをドクターブレ
ード法でシート状に成形してグリーンシートを作製す
る。なお、アルミナ粉末でも同様の条件で製造できる。
グリーンシートに、必要に応じてシリコンウエハの支持
ピンを挿通する貫通孔や熱電対を埋め込む凹部を設けて
おくことができる。貫通孔や凹部は、パンングなどで形
成することができる。グリーンシートの厚さは、0.1
〜5mm程度が好ましい。次に、グリーンシートに抵抗
発熱体となる導体ペーストを印刷する。印刷は、グリー
ンシートの収縮率を考慮して所望のアスペクト比が得ら
れるように行う。これらの導電性ペースト中に含まれる
導電性セラミック粒子としては、タングステンまたはモ
リブデンの炭化物が最適である。酸化しにくく、熱伝導
率が低下しにくいからである。また、金属粒子として
は、例えば、タングステン、モリブデン、白金、ニッケ
ルなどを使用することができる。導電性セラミック粒
子、金属粒子の平均粒子径は0.1〜5μmが好まし
い。これらの粒子は、大きすぎても小さすぎても導体用
ペーストを印刷しにくいからである。このようなペース
トとしては、金属粒子または導電性セラミック粒子85
〜97重量部、アクリル系、エチルセルロース、ブチル
セロソルブおよび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、α−テル
ピネオール、グリコール、エチルアルコールおよびブタ
ノールから選ばれる少なくとも1種の溶媒を1.5〜1
0重量部混合して調製した導体用ぺーストが最適であ
る。さらに、パンチング等で形成した孔に、導体用ペー
ストを充填してスルーホール印刷体を得る。次に、印刷
体を有するグリーンシートと、印刷体を有さないグリー
ンシートとを積層する。抵抗発熱体形成側に印刷体を有
さないグリーンシートを積層するのは、スルーホールの
端面が露出して、抵抗発熱体形成の焼成の際に酸化して
しまうことを防止するためである。もしスルーホールの
端面が露出したまま、抵抗発熱体形成の焼成を行うので
あれば、ニッケルなどの酸化しにくい金属をスパッタリ
ングする必要があり、さらに好ましくは、Au−Niの
金ろうで被覆してもよい。
(1) First, nitride ceramic or carbonized
Ceramic powder of binder ceramic and binder
To obtain a green sheet. The ceramic mentioned above
As the powder, for example, aluminum nitride is used.
Sintering of yttria etc.
An agent may be added. Sintering aid is 0.1 to 10 weight
Can be adjusted in%. The average particle size of the ceramic powder is
0.1 to 10 μm. In addition, a binder
Kuryl binder, ethyl cellulose, butyl cellosol
And at least one selected from polyvinyl alcohol
Is desirable. Further, as the solvent, α-terpineo
At least one selected from the group consisting of
No. The paste obtained by mixing them is
Green sheet by molding
You. Note that alumina powder can be produced under the same conditions.
Supporting silicon wafers on green sheets as needed
Providing through holes for inserting pins and recesses for embedding thermocouples
I can put it. Through holes and recesses are formed by panning
Can be achieved. The thickness of the green sheet is 0.1
About 5 mm is preferable. Next, resistance to the green sheet
Print conductor paste to be the heating element. Printing is gree
The desired aspect ratio is obtained in consideration of the contraction rate of the sheet.
Do so as to Contained in these conductive pastes
Tungsten or metal is used as the conductive ceramic particles.
Optimum is carbide of molybdenum. Hard to oxidize, heat conduction
This is because the rate is not easily reduced. Also, as metal particles
Is, for example, tungsten, molybdenum, platinum, nickel
Can be used. Conductive ceramic particles
The average particle diameter of the particles and metal particles is preferably 0.1 to 5 μm.
No. These particles are too large or too small for conductors
This is because it is difficult to print the paste. Such a pace
The metal particles or conductive ceramic particles 85
~ 97 parts by weight, acrylic, ethyl cellulose, butyl
Small amounts selected from cellosolve and polyvinyl alcohol
1.5 to 10 parts by weight of at least one binder, α-ter
Pinole, glycol, ethyl alcohol and pig
At least one solvent selected from the group consisting of
A paste for conductor prepared by mixing 0 parts by weight is optimal.
You. In addition, a hole for the conductor
The strike is filled to obtain a through-hole print. Then print
Green sheet with body and grease without printed body
And sheet. Printed material on the resistance heating element formation side
Laminating green sheets that do not
The end face is exposed and oxidized during firing for forming the resistance heating element.
This is to prevent that. If the through hole
Since the baking for forming the resistance heating element is performed with the end face exposed,
If it is difficult to oxidize metals such as nickel,
And more preferably Au-Ni.
It may be covered with gold brazing.

【0034】(2)次に、積層体の加熱および加圧を行(2) Next, heating and pressing of the laminate are performed.
い、グリーンシートおよび導体ペーストを一体的に焼結Sintering green sheet and conductor paste
させる。加熱温度は、1000〜2000℃、加圧は1Let it. Heating temperature is 1000-2000 ° C, pressurization is 1
00〜200kg/cm2 が好ましく、これらの加熱The heating is preferably between 200 and 200 kg / cm2.
および加圧は、不活性ガス雰囲気下で行う。不活性ガスPressurization is performed under an inert gas atmosphere. Inert gas
としては、アルゴン、窒素などを使用することができAs can be used argon, nitrogen, etc.
る。You.

【0035】(3)次に、外部端子接続のための袋孔を(3) Next, a blind hole for connecting an external terminal is formed.
設ける。袋孔の内壁は、その少なくともその一部が導電Provide. At least a part of the inner wall of the blind hole is conductive
化され、導電化された内壁は、抵抗発熱体5等と接続さThe inner wall that has been made conductive is connected to the resistance heating element 5 and the like.
れていることが望ましい(図9(b))。It is desirable that this be done (FIG. 9B).

【0036】(4)最後に、袋孔に金ろうを介して外部(4) Finally, the outside of the blind hole is put through a brazing filler metal.
端子を設ける。さらに、必要に応じて、有底孔を設け、Provide terminals. Furthermore, if necessary, a bottomed hole is provided,
その内部に熱電対を埋め込むことができる。半田は銀−A thermocouple can be embedded therein. Solder is silver-
鉛、鉛−スズ、ビスマス−スズなどの合金を使用するこUse alloys such as lead, lead-tin and bismuth-tin.
とができる。なお、半田層の厚さは、0.1〜50μmCan be. Note that the thickness of the solder layer is 0.1 to 50 μm.
が望ましい。半田による接続を確保するに充分な範囲だIs desirable. It is enough range to secure connection by solder
からである。このような方法で図9(a)に示すセラミBecause. In this way, the ceramic shown in FIG.
ックヒータ200を製造できる。このセラミックヒータCook heater 200 can be manufactured. This ceramic heater
200は、抵抗発熱体20がセラミック基板10内部にReference numeral 200 denotes the resistance heating element 20 inside the ceramic substrate 10.
セラミック基板10と一体的に形成されており、抵抗発Since it is formed integrally with the ceramic substrate 10,
熱体20の周囲はセラミック基板10と完全に接触してThe periphery of the heat body 20 is completely in contact with the ceramic substrate 10
いる。このため、熱が均一に伝達する。このセラミックI have. Therefore, heat is transmitted uniformly. This ceramic
基板10の加熱面10a側にはウエハ9が直接載置またThe wafer 9 is directly placed on the heating surface 10a side of the substrate 10 or
は離間支持ピンSPを介して一定の距離離間(5〜50Is a certain distance (5 to 50) via the separation support pin SP.
00μm)離間して配置されて加熱される。発熱体2000 [mu] m) spaced apart and heated. Heating element 20
は、開口によりセラミック基板から露出される。発熱体Is exposed from the ceramic substrate by the opening. Heating element
20には、スルーホールSが接続している。また、スル20 is connected to a through hole S. Also,
ーホールSは、導電化された孔の内壁40と接続し、さThe hole S is connected to the inner wall 40 of the hole made conductive,
らに内壁40は金ろう50を介してピン30と接続すIn addition, the inner wall 40 is connected to the pin 30 through a gold soldering 50.
る。セラミック基板には支持ピン(リフターピン)80You. Support pins (lifter pins) 80 on the ceramic substrate
を挿通する貫通孔70が形成されている。Is formed.

【0037】(評価試験)本発明品として、窒化アルミ
ニウムと炭化珪素セラミックで発熱体パターンが表面に
形成されたもので、それぞれ屈曲パターンの曲率を変え
たものを4種類づつ製造し、これをそれぞれ実施例1〜
8とした。また、窒化アルミニウムセラミック、炭化珪
素セラミックで発熱体パターンが内部に形成されたもの
で、屈曲パターンの曲率を変えたものを4種類づつ製造
し、これをそれぞれ実施例9〜16とした。また、比較
品として、図6のような略直角の屈曲パターンを持つ発
熱体パターンを表面および内部に持つセラミックヒータ
を窒化アルミニウムと炭化珪素でそれぞれ製造し、比較
例1〜4とした。また、別の比較品として窒化アルミニ
ウムと炭化珪素のセラミックヒータで曲率半径25mm
のアールを持つパターンを表面および内部に形成し試験
例1〜4とした。さらに、発熱体パターンが表面および
内部に形成されたアルミナ基板を使用したセラミックヒ
ータを製造し、試験例5〜16とした。さらに、四角形
状のセラミックヒータを窒化アルミニウムセラミックと
炭化珪素セラミックで製造し(いずれも表面にパターン
形成)比較例5、6とし、300℃まで昇温して四隅の
温度と中心の温度差を測定した。評価試験に際しては、
実施例、比較例それぞれについて、電圧を印加して30
0℃まで加熱し、JIS−C−1602(1980)K
型熱電対で、屈曲パターンの屈曲部付近の温度と渦巻き
パターン近傍の温度とを測定し、その差を調べた。また
300℃までの昇温時間を測定した。その結果を表1に
示す。また、セラミックヒータを200℃まで昇温し、
これを水中に投下して屈曲部にクラックが進展するか否
か調べた。
(Evaluation Test) As a product of the present invention, aluminum nitride
Heating element pattern on the surface with titanium and silicon carbide ceramic
Change the curvature of each bending pattern
Were manufactured in four types, and these were respectively manufactured in Examples 1 to 4.
And 8. Aluminum nitride ceramic, silicon carbide
Heating element pattern formed inside elementary ceramic
Manufacture four types of bending patterns with different curvatures
These were designated as Examples 9 to 16, respectively. Also compare
As shown in FIG.
Ceramic heater with heat pattern on the surface and inside
Made of aluminum nitride and silicon carbide, respectively, and compared
Examples 1 to 4 were used. Another comparative product is aluminum nitride.
Radius of curvature of 25mm with a ceramic heater of aluminum and silicon carbide
Test with a pattern with a radius on the surface and inside
Examples 1 to 4 were used. In addition, the heating element pattern
A ceramic heat sink using an alumina substrate formed inside
, And Test Examples 5 to 16 were prepared. In addition, square
Ceramic heater with aluminum nitride ceramic
Manufactured from silicon carbide ceramic (both are patterned on the surface
Formation) Comparative Examples 5 and 6, and heated to 300 ° C.
The temperature difference between the temperature and the center was measured. During the evaluation test,
For each of the example and the comparative example, a voltage of 30 was applied.
Heat to 0 ° C, JIS-C-1602 (1980) K
The temperature in the vicinity of the bent portion of the bent pattern and the temperature in the vicinity of the spiral pattern were measured with a thermocouple, and the difference was examined. Also
The temperature rise time up to 300 ° C. was measured. Table 1 shows the results.
Show. Also, the temperature of the ceramic heater was raised to 200 ° C,
This was dropped into water and it was examined whether or not cracks developed in the bent portion.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】この結果から明らかなように、本発明に係
るセラミックヒータによれば、アールを描く屈曲パター
ン付近の温度と渦巻パターン近傍の温度との差は、5℃
以内に収まっているが、比較例として用いたセラミック
ヒータによれば、直角屈曲パターン付近の温度と渦巻パ
ターン近傍の温度との差は、10℃〜15℃となった。
従って、本発明に係るセラミックヒータによれば、セラ
ミック基板の温度の均一化が図られることが判明した。
この結果によれば、上記構成を備えたセラミックヒータ
の場合には、曲率半径は、1〜15mm程度が最適であ
る。また、実施例では熱衝撃試験でもクラックは発生し
なかったのに対して比較例では、クラックが見られた。
さらに、以下の内容が考察される。曲率半径は、20m
mを越えると、逆に温度差が大きくなる。これは、パタ
ーン形成密度が下がるためである。従って、曲率半径
は、0.1〜20mmの範囲で本発明の効果が顕著であ
る。また、この効果はアルミナよりも窒化アルミニウム
や炭化珪素で著しい。これは、窒化アルミニウムや炭化
珪素の方が温度追従性に優れている(つまり昇温時間が
短い)分発熱量のバラツキに敏感なためである。
As is apparent from the results, according to the ceramic heater according to the present invention, the difference between the temperature near the bent pattern in which the radius is drawn and the temperature near the spiral pattern is 5 ° C.
However, according to the ceramic heater used as the comparative example, the difference between the temperature near the right-angled bent pattern and the temperature near the spiral pattern was 10 ° C to 15 ° C.
Therefore, according to the ceramic heater according to the present invention, it has been found that the temperature of the ceramic substrate can be made uniform.
According to this result, in the case of the ceramic heater having the above configuration, the radius of curvature is optimally about 1 to 15 mm. In addition, cracks did not occur in the thermal shock test in the examples, whereas cracks were observed in the comparative examples.
In addition, the following is considered. The radius of curvature is 20m
If m is exceeded, the temperature difference will increase. This is a puta
The reason for this is that the energy density is reduced. Therefore, the radius of curvature
Indicates that the effect of the present invention is remarkable in the range of 0.1 to 20 mm.
You. This effect is also more pronounced in aluminum nitride than in alumina.
And silicon carbide. This is because aluminum nitride and carbonized
Silicon has better temperature followability (that is, the temperature rise time
This is because they are sensitive to variations in calorific value.

【0040】以上本発明の一実施の形態について説明し
たが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでは
ない。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.

【0041】なお、本発明に係るセラミックヒータは、
そのセラミック基板に電極を埋設すれば静電チャックと
して使用することができる。また、本発明に係るセラミ
ックヒータは、そのセラミック基板の表面に導体層を、
内部に電極を埋設すればウエハプローバとして使用する
ことができる。
The ceramic heater according to the present invention has the following features.
If the electrodes are embedded in the ceramic substrate, it can be used as an electrostatic chuck. Further, the ceramic heater according to the present invention, a conductor layer on the surface of the ceramic substrate,
If an electrode is buried inside, it can be used as a wafer prober.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明に係るセラミックヒータは、主と
して窒化物セラミック、炭化物セラミックからなる円板
形状のセラミック基板の表面又は内部にアールを描いて
屈曲する屈曲部を有するものであるから、前記屈曲部に
温度低下部分が発生せず温度の均一性に優れたものとな
る。特に円板形状のセラミックヒータの場合に好適であ
る。
The ceramic heater according to the present invention has a bent portion which bends by drawing a radius on the surface or inside of a disk-shaped ceramic substrate mainly made of a nitride ceramic or a carbide ceramic. No temperature-lowering portion is generated in the portion, and the temperature uniformity is excellent. It is particularly suitable for a disk-shaped ceramic heater.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は、本発明の一実施の形態に係るセラミ
ックヒータの主要部分を示した平面図、(b)は、
(a)の点線囲の部分拡大図である。
FIG. 1A is a plan view showing a main part of a ceramic heater according to an embodiment of the present invention, and FIG.
It is the elements on larger scale of the dotted line surrounding of (a).

【図2】本発明の一実施の形態に係るセラミックヒータ
の発熱体パターンの例を示した平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing an example of a heating element pattern of the ceramic heater according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施の形態に係るセラミックヒータ
の発熱体パターンの一部を拡大して示した部分拡大図で
ある。
FIG. 3 is an enlarged partial view showing a part of a heating element pattern of the ceramic heater according to one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施の形態に係るセラミックヒータ
の構造を示した部分断面図である。
FIG. 4 is a partial sectional view showing a structure of a ceramic heater according to one embodiment of the present invention.

【図5】従来のセラミックヒータの発熱体パターンの一
部を拡大して示した部分拡大図である。
FIG. 5 is a partially enlarged view showing a part of a heating element pattern of a conventional ceramic heater in an enlarged manner.

【図6】比較例として用いたセラミックヒータの主要部
分を示した平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing a main part of a ceramic heater used as a comparative example.

【図7】四角形状のセラミックヒータの図面代用写真で
ある。
FIG. 7 is a drawing substitute photograph of a square ceramic heater.
is there.

【図8】サーモビュアの図面代用写真である。 FIG. 8 is a drawing substitute photograph of a thermoviewer.

【図9】(a)(b)発熱体が内部に一体的に形成され
た場合の構成を示した図である。
9 (a) and 9 (b) have a heating element integrally formed therein.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration in a case where the circumstance has occurred.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100 セラミックヒータ 1 セラミック基板 2,31,31a 発熱体パターン Reference Signs List 100 ceramic heater 1 ceramic substrate 2, 31, 31a heating element pattern

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────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成12年8月10日(2000.8.1
0)
[Submission date] August 10, 2000 (2008.1.
0)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【書類名】 明細書[Document Name] Statement

【発明の名称】 セラミックヒータ[Title of the Invention] Ceramic heater

【特許請求の範囲】[Claims]

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主として半導体産
業において用いられるセラミックヒータに関し、更に詳
しくは、温度が低下した特異点が生じない発熱体パター
ンを備えた乾燥用のセラミックヒータに関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic heater mainly used in the semiconductor industry, and more particularly, to a ceramic heater for drying provided with a heating element pattern in which a singular point whose temperature is lowered does not occur.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体応用製品は種々の産業において必
要とされる極めて重要な製品であり、その代表的製品で
ある半導体チップは、例えば、シリコン単結晶を所定の
厚さにスライスしてシリコンウエハを作製した後、この
シリコンウエハ上に種々の回路等を形成することにより
製造される。
2. Description of the Related Art Semiconductor-applied products are extremely important products required in various industries. A typical example of a semiconductor chip is a silicon wafer obtained by slicing a silicon single crystal to a predetermined thickness. Is manufactured by forming various circuits and the like on this silicon wafer.

【0003】この種々の回路等を形成するには、シリコ
ンウエハ上に導電性薄膜等を形成したのち、感光性樹脂
等からなるエッチングレジストを、回路パターンを有す
るマスクを介して塗布し、パターンエッチングする。こ
のエッチングレジストを塗布する場合、感光性樹脂は粘
液状であるので、塗布後に乾燥する必要があり、感光性
樹脂が塗布されたシリコンウエハをヒータ上に載置して
加熱乾燥硬化することが通常行われている。また、プラ
ズマエッチングやスパッタリング等の際にウエハを加熱
する必要があった。
In order to form these various circuits, a conductive thin film or the like is formed on a silicon wafer, and then an etching resist made of a photosensitive resin or the like is applied through a mask having a circuit pattern, and pattern etching is performed. I do. When applying this etching resist, since the photosensitive resin is a viscous liquid, it is necessary to dry after the application, and it is usual to place a silicon wafer coated with the photosensitive resin on a heater and heat and dry it. Is being done. In addition, it was necessary to heat the wafer during plasma etching, sputtering, and the like.

【0004】かかるシリコンウエハ等の半導体ウエハを
ヒータ上に載置して加熱乾燥するためのこの種のヒータ
としては、従来、アルミニウム製の基板の裏面側に電気
抵抗体等の発熱体を備えたものが多用されていたが、ア
ルミニウム製の基板は厚さ15mm程度を要するので、
重量が大きくて嵩張るため取扱いの便が必ずしも良好で
ないばかりか、電気的抵抗体による加熱であるので、通
電電流に対する温度追従性という観点での温度制御性が
不充分であり、均一な加熱を得ることが容易ではなかっ
た。そこで、特開平11−40330号公報のように、
窒化物セラミック等からなる板状体の表面に金属粒子等
を焼結して形成した線条状の発熱体を設けたセラミック
ヒータが提案されている。
A heater of this type for mounting and drying a semiconductor wafer such as a silicon wafer on a heater by heating is conventionally provided with a heating element such as an electric resistor on the back side of an aluminum substrate. Although the thing was used a lot, since the substrate made of aluminum requires about 15 mm in thickness,
Not only is it difficult to handle because of the large weight and bulkiness, but also because it is heating by an electric resistor, the temperature controllability from the viewpoint of temperature followability to the current flow is insufficient, and uniform heating is obtained. It was not easy. Therefore, as disclosed in JP-A-11-40330,
There has been proposed a ceramic heater provided with a linear heating element formed by sintering metal particles or the like on the surface of a plate-like body made of a nitride ceramic or the like.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
セラミックヒータに発熱体を形成する際、屈曲部を有す
るパターンで発熱体を形成すると、屈曲部の温度が低下
してしまい、表面温度にむらができるという課題があ
り、なおも改良の余地があった。このような表面温度む
らは、窒化物セラミックのような熱伝導率の高いセラミ
ック程顕著であった。
However, when a heating element is formed in such a ceramic heater, if the heating element is formed in a pattern having a bent portion, the temperature of the bent portion decreases, and the surface temperature becomes uneven. However, there was still room for improvement. Such uneven surface temperature was more remarkable in ceramics having higher thermal conductivity such as nitride ceramics.

【0006】本発明は、熱伝導率の高いセラミック材料
をヒータ基板として用いて、温度の均一性に優れたセラ
ミックヒータを提供することを目的とする。
An object of the present invention is to provide a ceramic heater excellent in temperature uniformity by using a ceramic material having a high thermal conductivity as a heater substrate.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載のセラミックヒータは、円板形状の
セラミック基板の表面に発熱体パターンが形成されてな
るものであって、前記セラミックは、窒化物セラミック
または炭化物セラミックからなり、前記発熱体パターン
は、アールを描いて屈曲する屈曲部を有することを要旨
とするものである。また、請求項2に記載のセラミック
ヒータは、円板形状のセラミック基板の内部に発熱体パ
ターンが形成されてなるものであって、前記セラミック
は、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックからな
り、前記発熱体パターンとセラミック基板は、一体的に
形成されてなるとともに、前記発熱体パターンは、アー
ルを描いて屈曲する屈曲部を有することを要旨とするも
のである。また、請求項3に記載のセラミックヒータ
は、円板形状のセラミック基板の表面に発熱体パターン
が形成されてなるものであって、前記発熱体パターン
は、アールを描いて屈曲する屈曲部を有し、その曲率半
径は、0.1〜20mmであることを要旨とするもので
ある。また、請求項4に記載のセラミックヒータは、円
盤形状のセラミック基板の内部に発熱体パターンが一体
的に形成されてなるものであって、前記発熱体パターン
が、アールを描いて屈曲する屈曲部を有し、その曲率半
径は、0.1〜20mmであることを要旨とするもので
ある。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a ceramic heater comprising a disk-shaped ceramic substrate having a heating element pattern formed on a surface thereof. The ceramic is made of a nitride ceramic or a carbide ceramic, and the heating element pattern has a bent portion which bends in a round shape. The ceramic heater according to claim 2, wherein a heating element pattern is formed inside a disk-shaped ceramic substrate, wherein the ceramic is made of a nitride ceramic or a carbide ceramic. The gist is that the pattern and the ceramic substrate are integrally formed, and the heating element pattern has a bent portion which is bent in a curved manner. In a third aspect of the present invention, a heating element pattern is formed on a surface of a disk-shaped ceramic substrate, and the heating element pattern has a bent portion that bends in a curved manner. The gist is that the radius of curvature is 0.1 to 20 mm. The ceramic heater according to claim 4, wherein a heating element pattern is integrally formed inside a disk-shaped ceramic substrate, and the heating element pattern is bent in a curved manner. Having a radius of curvature of 0.1 to 20 mm.

【0008】かかる構成により、発熱体の配設パターン
(発熱体パターンということがある)の屈曲部の温度低
下がない。屈曲部がアールを描かない場合、例えば直角
に屈曲する場合は、この直角部分の温度が下がってしま
う。なお、以下の説明において、発熱体パターンは上面
視形状によって表現しているが、発熱体を配設するセラ
ミック基板厚さ方向位置は同一平面上でなくともよく、
該厚さ方向で上下位置となる部分を含んでもよい。
[0008] With this configuration, there is no temperature drop at the bent portion of the heating element arrangement pattern (sometimes called a heating element pattern). If the bent portion does not draw a radius, for example, if it bends at a right angle, the temperature of this right angle portion will drop. In the following description, the heating element pattern is represented by a shape in a top view, but the position in the thickness direction of the ceramic substrate on which the heating element is disposed may not be on the same plane.
It may include a portion that is vertically positioned in the thickness direction.

【0009】従来技術にかかる問題の原因について本発
明者らは鋭意研究した結果、以下のような原因を発見す
るに至った。図5は、従来のセラミックヒータに用いら
れていた発熱体32を示したものであるが、かかる発熱
体は、図示されるようにその一部が直角に屈曲してい
る。そしてこの直角屈曲部(矢示32a)の温度は、他
の部分の温度よりも下がってしまう。その原因は、略直
線部のパターン幅h1,h3と、直角屈曲部のパターン
幅h2とが異なるからである。図5に示した場合には、
パターン幅h2は、パターン幅h1,h3よりも大きい
ため、パターン幅h2の部分の抵抗値が低下するが、こ
れにより、該当部分に温度が低下した特異点(スポッ
ト)が発生してしまうのである。
The present inventors have conducted intensive studies on the causes of the problems according to the prior art, and as a result, have found the following causes. FIG. 5 shows a heating element 32 used in a conventional ceramic heater. As shown in FIG. 5, a part of the heating element is bent at a right angle. Then, the temperature of the right-angled bent portion (arrow 32a) is lower than the temperatures of the other portions. The reason is that the pattern widths h1 and h3 of the substantially straight portion and the pattern width h2 of the right-angled bent portion are different. In the case shown in FIG.
Since the pattern width h2 is larger than the pattern widths h1 and h3, the resistance value of the portion having the pattern width h2 decreases. However, a singular point (spot) whose temperature decreases in the corresponding portion is generated. .

【0010】特に円板形状のセラミックヒータの場合
は、四角形状のセラミックヒータとは異なり、温度分布
の均一性が要求される。四角形状のセラミックヒータ
は、熱の伝搬が同心円状であるから四隅の表面温度が低
下してしまうため、もともと温度分布の均一性は要求さ
れていない。このことは、図7、図8から明らかであ
る。図7は、四角形状のセラミックヒータであり、図8
は400℃まで昇温し、ウエハ等被加熱物の加熱面の表
面をサーモビュアで観察した図である。結局、四隅の部
分は温度が低くなっており、四角形状のセラミックヒー
タでは、温度分布の均一性など本来要求されていない特
性であることが判る。ところが円板形状の場合は、温度
分布を均一にできるため、温度分布の均一性が要求さ
れ、その均一性故に半導体ウエハを載置できるのであ
る。このため、このような円板形状では温度が低下した
特異点(スポット)の発生を防ぐ必要がある。
In particular, in the case of a disk-shaped ceramic heater, uniformity of temperature distribution is required unlike a square-shaped ceramic heater. In the case of a square ceramic heater, since the propagation of heat is concentric, the surface temperature at the four corners is reduced, and therefore uniform temperature distribution is not originally required. This is apparent from FIGS. FIG. 7 shows a square ceramic heater.
FIG. 4 is a diagram in which the temperature is raised to 400 ° C. and the surface of a heated surface of an object to be heated such as a wafer is observed with a thermoviewer. As a result, the temperature of the four corners is low, and it can be seen that the rectangular ceramic heater has characteristics not originally required, such as uniformity of temperature distribution. However, in the case of a disc shape, since the temperature distribution can be made uniform, uniformity of the temperature distribution is required, and the semiconductor wafer can be mounted because of the uniformity. For this reason, in such a disk shape, it is necessary to prevent the occurrence of a singular point (spot) whose temperature has decreased.

【0011】そこで、本発明者らは、図3のように発熱
体の配設パターンを、アールを描いて屈曲する屈曲部を
備えたものとすることにより、概ねk1=k2=k3と
することができ、抵抗値の低下を防止し、温度の低下し
た特異点(スポット)の発生を防止できることを知見し
て本発明を完成させたのである。
Therefore, the present inventors have established that the arrangement pattern of the heating element is provided with a bent portion which bends in a round shape as shown in FIG. The inventors have found that the present invention can prevent the reduction of the resistance value and the occurrence of a singular point (spot) having a lowered temperature, thereby completing the present invention.

【0012】上記構成を有するセラミックヒータによれ
ば、発熱体パターンの屈曲部は、アールを描いて屈曲し
ているため、当該パターン幅が略一定になり、局部的な
温度の低下が起こらない。そのため、セラミックヒータ
の温度の均一化が実現される。なお、特開平9−289
075号公報、実用新案公開平3−19292号公報、
実用新案公開昭54−128945号公報には、四角形
状のセラミックヒータの屈曲パターン部分に丸みを形成
したものが開示されているが、これは、四角形状のヒー
タであり、本発明のような円板形状ではない。このため
四隅の温度が低下し、温度均一性など全く達成できな
い。また、特開平9−82786号公報には、発熱体バ
ルクとセラミック基板との間に空間を形成したヒータを
開示するが、これは本発明のようにセラミック基板と発
熱体が一体化しているものではない。このため、空間部
分で熱が伝わらないのだから本発明のように加熱面の温
度を均一化することなどできない。また、特開昭53−
6936号公報には、セラミック製熱板の片面に発熱体
を配した電熱器具を開示している。しかしながら、これ
は電子レンジや電気コンロに使用するものであり、人体
に対する影響やセラミックの反応性を考慮すると、アル
ミナ、シリカなどの耐水性があり、無毒のセラミック、
すなわち酸化物のセラミックを使用しなければならず、
本発明のような窒化物や炭化物のセラミックは使用でき
ない。このような酸化物セラミックでは温度追従性(昇
温してもすぐに温度が上がらない)が悪い。また、これ
らの文献には、屈曲の曲率半径は記載、示唆ともなく、
これらの文献により、本発明の特許性が阻却されること
がないことを付記しておく。ちなみに、本発明に係るセ
ラミックヒータは、用途に合わせて150℃〜800℃
で使用可能である。本発明でいう屈曲とは、図1(b)
のように、発熱体パターンの屈曲部の前後でパターンが
概ね平行である場合や図3に示すように、発熱体パター
ンの屈曲部の前後でパターンが直角、鋭角、鈍角を形成
する場合をいうが、後者のように屈曲部の前後でパター
ンが角度を持った場合の方が、温度降下しやすいため、
本発明の構成が特に有利である。
According to the ceramic heater having the above configuration, since the bent portion of the heating element pattern is bent in a round shape, the width of the pattern becomes substantially constant, and a local decrease in temperature does not occur. Therefore, the temperature of the ceramic heater is made uniform. Incidentally, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-289
No. 075, Utility Model Publication No. 3-19292,
Japanese Utility Model Publication No. 54-128945 discloses a square ceramic heater in which a bent portion is formed in a curved pattern portion. This is a square heater, which is a circular heater as in the present invention. It is not a plate shape. As a result, the temperatures at the four corners decrease, and temperature uniformity cannot be achieved at all. Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 9-82786 discloses a heater in which a space is formed between a bulk of a heating element and a ceramic substrate. This is a device in which a ceramic substrate and a heating element are integrated as in the present invention. is not. For this reason, since heat is not transmitted in the space, the temperature of the heating surface cannot be made uniform as in the present invention. Also, Japanese Unexamined Patent Publication No.
Japanese Patent No. 6936 discloses an electric heating appliance in which a heating element is arranged on one side of a ceramic heating plate. However, this is used for microwave ovens and electric stoves, and considering the effects on the human body and the reactivity of ceramics, there are water-resistant and non-toxic ceramics such as alumina and silica,
In other words, oxide ceramic must be used,
A nitride or carbide ceramic as in the present invention cannot be used. Such an oxide ceramic has poor temperature followability (the temperature does not immediately rise even when the temperature rises). In these documents, the radius of curvature of the bending is not described or suggested,
It should be noted that these documents do not prevent the patentability of the present invention. Incidentally, the ceramic heater according to the present invention has a temperature of 150 ° C. to 800 ° C. depending on the application.
Can be used with The term “bending” in the present invention refers to FIG.
As shown in FIG. 3, the pattern is substantially parallel before and after the bent portion of the heating element pattern, or as shown in FIG. 3, the pattern forms a right angle, an acute angle, and an obtuse angle before and after the bent portion of the heating element pattern. However, when the pattern has an angle before and after the bent part like the latter, the temperature tends to drop,
The arrangement according to the invention is particularly advantageous.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。図1(a)は、本発
明の実施の形態に係るセラミックヒータ100の主要部
分を示した平面図であり、同図(b)は、同図(a)の
点線部分を拡大して示したものである。図2は、セラミ
ックヒータ100に配設される発熱体パターンを拡大し
て示したもの、図3は、発熱体パターンの一部分を拡大
して示したものである。図4は、セラミックヒータ10
0の構造を示した部分断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1A is a plan view showing a main part of a ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view of a dotted line in FIG. Things. FIG. 2 is an enlarged view of a heating element pattern provided on the ceramic heater 100, and FIG. 3 is an enlarged view of a part of the heating element pattern. FIG. 4 shows the ceramic heater 10.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the structure of No. 0.

【0014】これらの図において、セラミックヒータ1
00は、絶縁性の窒化物セラミックス又は炭化物セラミ
ックスからなる板状セラミック基板1を用い、このセラ
ミック基板1の一主面に特定の幅を持ち、その断面が扁
平状の発熱体パターン2を、例えば図1に示したごとく
形成し、他の主面にシリコンウエハ等を載置して加熱す
るようにしたものである。
In these figures, the ceramic heater 1
Reference numeral 00 denotes a plate-shaped ceramic substrate 1 made of insulating nitride ceramics or carbide ceramics, and a heating element pattern 2 having a specific width on one main surface of the ceramic substrate 1 and having a flat cross section, for example. It is formed as shown in FIG. 1, and a silicon wafer or the like is placed on another main surface and heated.

【0015】発熱体パターンの形態は、線条状、または
有幅の概ね直線または曲線によって構成される。発熱体
の断面の形状は、扁平であれば限定されず、方形、楕円
形等でもよい。また、線条状の発熱体がらせん形状にな
っていてもよい。発熱体パターン2の断面のアスペクト
比(発熱体の幅/発熱体の厚さ)は、10〜5000で
あることが望ましい。この範囲に調整することにより、
発熱体パターン2の抵抗値を大きくすることができると
ともに、加熱面の温度の均一性を確保することができる
からである。
The shape of the heating element pattern is a linear shape or a wide, substantially straight line or curve. The shape of the cross section of the heating element is not limited as long as it is flat, and may be square, elliptical, or the like. Further, the linear heating element may have a spiral shape. The aspect ratio (width of the heating element / thickness of the heating element) of the cross section of the heating element pattern 2 is desirably 10 to 5000. By adjusting to this range,
This is because the resistance value of the heating element pattern 2 can be increased, and the uniformity of the temperature of the heating surface can be ensured.

【0016】ちなみに、発熱体パターン2の厚さを一定
とした場合、アスペクト比が上記範囲より小さいと、セ
ラミック基板1のウエハ加熱方向への熱の伝搬量が小さ
くなり、当該発熱体パターン2に近似した熱分布が加熱
面に発生してしまう。逆にアスペクト比が大きすぎると
発熱体パターン2の中央の直上部分が高温となってしま
い、結局、当該発熱体パターン2に近似した熱分布が加
熱面に発生してしまう。従って、温度分布を考慮する
と、断面のアスペクト比は、10〜5000であること
が好ましいのである。
Incidentally, when the thickness of the heating element pattern 2 is constant, if the aspect ratio is smaller than the above range, the amount of heat propagation in the wafer heating direction of the ceramic substrate 1 becomes small, and the heating element pattern 2 Approximate heat distribution occurs on the heating surface. Conversely, if the aspect ratio is too large, the temperature immediately above the center of the heating element pattern 2 will be high, and eventually a heat distribution similar to the heating element pattern 2 will be generated on the heating surface. Therefore, in consideration of the temperature distribution, the aspect ratio of the cross section is preferably 10 to 5000.

【0017】セラミック基板1の表面に発熱体パターン
2を形成する場合には、発熱体パターン2の厚さは、1
〜30μmが好ましく、1〜10μmがより好ましい。
また、セラミック基板1の内部に発熱体パターン2を形
成する場合には、その厚さは、1〜50μmが好まし
い。また、セラミック基板1の表面に発熱体パターン2
を形成する場合には、発熱体パターン2の幅は、0.1
〜20mmが好ましく、0.1〜5mmがより好まし
い。また、セラミック基板1の内部に発熱体パターン2
を形成する場合には、当該発熱体パターン2の幅は、5
〜20μmが好ましい。
When the heating element pattern 2 is formed on the surface of the ceramic substrate 1, the thickness of the heating element pattern 2 is set to 1
-30 μm is preferable, and 1-10 μm is more preferable.
When the heating element pattern 2 is formed inside the ceramic substrate 1, the thickness is preferably 1 to 50 μm. A heating element pattern 2 is provided on the surface of the ceramic substrate 1.
Is formed, the width of the heating element pattern 2 is 0.1
-20 mm is preferable, and 0.1-5 mm is more preferable. Further, a heating element pattern 2 is provided inside the ceramic substrate 1.
Is formed, the width of the heating element pattern 2 is 5
~ 20 µm is preferred.

【0018】図1に示した発熱体パターン2は、渦巻き
パターンと屈曲パターンとの混成であるが、外周寄り端
縁部に屈曲パターンを配置することが望ましい。屈曲パ
ターンは、配線密度を高くすることができるため、温度
が低下しやすい外周寄り端縁付近の温度低下を抑制でき
るからである。また、発熱体パターン2は、図2に示し
たように、屈曲パターンのみで構成してもよい。
Although the heating element pattern 2 shown in FIG. 1 is a hybrid of a spiral pattern and a bent pattern, it is desirable to dispose the bent pattern at the outer edge. This is because the bent pattern can increase the wiring density, so that the temperature can be suppressed from decreasing near the outer peripheral edge, where the temperature tends to decrease. Further, the heating element pattern 2 may be constituted by only a bending pattern as shown in FIG.

【0019】図1及び図2に示した発熱体パターン2
は、図3にその屈曲部の一例を示すが、同図に示したよ
うに、所定の幅を有している。従って、発熱体パターン
2は、そのパターン幅k1,k2,k3が、k1=k2
=k3となるように構成され、且つその屈曲部が曲率半
径rを有するように構成されている。そのため、発熱体
パターン2は、パターン幅の差による抵抗値の低下、及
びこれに起因する温度の低下した特異点(スポット)の
発生が防止された構成になっている。
Heating element pattern 2 shown in FIGS. 1 and 2
FIG. 3 shows an example of the bent portion, which has a predetermined width as shown in FIG. Therefore, the pattern width k1, k2, and k3 of the heating element pattern 2 is k1 = k2.
= K3, and the bent portion has a radius of curvature r. Therefore, the heating element pattern 2 has a configuration in which a reduction in resistance due to a difference in pattern width and a generation of a singular point (spot) whose temperature has decreased due to this are prevented.

【0020】ここで、前記セラミック基板の材質は、窒
化アルミニウム焼結体が好適であるが、これに限定され
るものではなく、その他にも炭化物セラミック、酸化物
セラミック、及び窒化アルミニウム以外の窒化物セラミ
ック等が好適である。
Here, the material of the ceramic substrate is preferably an aluminum nitride sintered body, but is not limited thereto. In addition, carbide ceramics, oxide ceramics, and nitrides other than aluminum nitride may be used. Ceramics and the like are preferred.

【0021】例えば、炭化物セラミックの例としては、
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の金属炭化物セラミックを挙
げることができ、酸化物セラミックの例としては、アル
ミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト等の金属
酸化物セラミックを挙げることができる。さらに、窒化
物セラミックの例としては、窒化アルミニウムのほか窒
化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の金属窒化物セラ
ミックを挙げることができる。
For example, as an example of a carbide ceramic,
Metal carbide ceramics such as silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide can be given, and examples of oxide ceramics include metal oxide ceramics such as alumina, zirconia, cordierite, and mullite. Can be. Furthermore, examples of the nitride ceramic include aluminum nitride as well as metal nitride ceramics such as silicon nitride, boron nitride, and titanium nitride.

【0022】これらのセラミック材料のうち、一般的に
窒化物セラミック、炭化物セラミックは、高い熱伝導率
を示す点で酸化物セラミックよりも好ましい。また、こ
れらの材料は、単独でも2種以上を併用してもよい。例
えば、窒化物セラミックに酸化物セラミックや炭化物セ
ラミックを添加してもよく、炭化物セラミックに酸化物
セラミックや炭化物セラミックを添加してもよい。熱伝
導率が高いセラミックの方が屈曲部の温度低下が著し
く、本発明の効果が大きい。本発明のセラミック基板
は、その厚さは、50mm以下、特に18mm以下が望
ましい。特にセラミック基板の厚さが18mmを超える
と、セラミック基板の熱容量が大きくなり、特に温度制
御手段を設けて加熱、冷却すると、熱容量の大きさに起
因して温度追従性が低下してしまうからである。また、
本発明のセラミック基板が解決する温度の不均一の問題
は、厚さが18mmを超えるような厚いセラミック基板
では発生しにくいからである。 特に5mm以下が最適
である。なお、厚みは、1mm以上が望ましい。本発明
のセラミック基板の直径は200mm以上が望ましい。
特に12インチ(300mm)以上であることが望まし
い。次世代のシリコンウエハの主流となるからである。
また、本発明が解決する温度不均一の問題は、直径が2
00mm以下のセラミック基板では発生しにくいからで
ある。本発明のセラミック基板においては、セラミック
基板中に5〜5000ppmのカーボンを含有している
ことが望ましい。カーボンを含有させることにより、セ
ラミック基板を黒色化することができ、セラミックヒー
タとして使用する際に輻射熱を充分に利用することがで
きるからである。カーボンは、非晶質のものであって
も、結晶質のものであってもよい。非晶質のカーボンを
使用した場合には、高温における体積抵抗率の低下を防
止することができ、結晶質のものを使用した場合には、
高温における熱伝導率の低下を防止することができるか
らである。従って、用途によっては、結晶質のカーボン
と非晶質のカーボンの両方を併用してもよい。また、カ
ーボンの含有量は、50〜2000ppmがより好まし
い。セラミック基板にカーボンを含有させる場合には、
その明度がJIS Z 8721の規定に基づく値でN
4以下となるようにカーボンを含有させることが望まし
い。この程度の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。ここで、明度のNは、理想的な黒の
明度を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。実際の明度の測定は、N0
〜N10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。なお、本発明のセラミッ
ク基板では、シリコンウエハをセラミック基板のウエハ
載置面に接触させた状態で載置するほか、シリコンウエ
ハを支持ピンなどで支持し、図4に示すようにセラミッ
クス基板との間に一定の間隔を保って保持する場合もあ
る。図4では、貫通孔8に支持ピン7が挿通されてシリ
コンウエハ9を保持している。支持ピン7を上下するこ
とにより、搬送機からシリコンウエハ9を受け取った
り、シリコンウエハ9をセラミック基板上に載置した
り、図示しないピン上にシリコンウエハ9を支持したま
ま加熱したりできる。また、セラミック基板の底面に
は、発熱体2が形成され、その発熱体2の表面には金属
被覆層が設けられている。また、有底孔が設けられてい
るが、ここには熱電対を挿入する。この形態では、発熱
体はセラミック基板表面に形成されており、抵抗値を調
整したり、冷却する際に冷却ガスを吹きつけることがで
き、急速冷却が可能である。また、セラミック基板の厚
さ方向全ての領域を熱拡散板として使用できるため、内
部に発熱体を設けた場合よりもセラミック基板を薄くで
き、熱容量を小さくできることから急速昇温降温が可能
になる。シリコンウエハ9は、発熱体形成面の反対側の
ウエハ加熱面側で加熱される。次に、本発明に係るセラ
ミックヒータ100の製造方法について説明する。以下
の説明においては、工程条件は、あくまで一例を示すも
のであり、この実施形態に限定されるものではない。従
って、工程条件は、試料の大きさや処理量等によって適
宜の変更を伴って設定される。
Of these ceramic materials, nitride ceramics and carbide ceramics are generally preferable to oxide ceramics in that they exhibit high thermal conductivity. These materials may be used alone or in combination of two or more. For example, an oxide ceramic or a carbide ceramic may be added to the nitride ceramic, or an oxide ceramic or a carbide ceramic may be added to the carbide ceramic. The higher the thermal conductivity of the ceramic, the more the temperature of the bent portion drops significantly, and the greater the effect of the present invention. The thickness of the ceramic substrate of the present invention is desirably 50 mm or less, particularly preferably 18 mm or less. In particular, when the thickness of the ceramic substrate exceeds 18 mm, the heat capacity of the ceramic substrate increases, and particularly when heating and cooling with the provision of a temperature control means, the temperature followability is reduced due to the large heat capacity. is there. Also,
The problem of non-uniform temperature solved by the ceramic substrate of the present invention is because it does not easily occur with a ceramic substrate having a thickness exceeding 18 mm. Particularly, 5 mm or less is optimal. The thickness is desirably 1 mm or more. The diameter of the ceramic substrate of the present invention is desirably 200 mm or more.
In particular, it is desirable to be 12 inches (300 mm) or more. This is because it will become the mainstream of next-generation silicon wafers.
Further, the problem of non-uniform temperature solved by the present invention is that the diameter is 2 mm.
This is because it hardly occurs on a ceramic substrate of 00 mm or less. In the ceramic substrate of the present invention, the ceramic substrate desirably contains 5 to 5000 ppm of carbon. By containing carbon, the ceramic substrate can be blackened, and radiant heat can be sufficiently utilized when used as a ceramic heater. The carbon may be amorphous or crystalline. When amorphous carbon is used, a decrease in volume resistivity at high temperatures can be prevented, and when crystalline one is used,
This is because a decrease in thermal conductivity at a high temperature can be prevented. Therefore, depending on the application, both crystalline carbon and amorphous carbon may be used in combination. Further, the content of carbon is more preferably 50 to 2000 ppm. When carbon is contained in the ceramic substrate,
The brightness is N based on the value of JIS Z 8721.
It is desirable that carbon be contained so as to be 4 or less. This is because a material having such a lightness is excellent in radiant heat and concealing property. Here, the lightness N is 0 for an ideal black lightness, 10 for an ideal white lightness, and a perception of the brightness of the color between these black lightness and white lightness. Each color is divided into 10 so as to have a uniform rate, and is displayed with symbols N0 to N10. The actual measurement of lightness is N0
The comparison is made with the color chart corresponding to .about.N10. In this case, the first decimal place is 0 or 5. In the ceramic substrate of the present invention, in addition to placing the silicon wafer in contact with the wafer mounting surface of the ceramic substrate, the silicon wafer is supported by support pins or the like, and the silicon wafer is connected to the ceramic substrate as shown in FIG. In some cases, a certain interval is maintained. In FIG. 4, the support pins 7 are inserted through the through holes 8 to hold the silicon wafer 9. By moving the support pins 7 up and down, it is possible to receive the silicon wafer 9 from the transfer machine, place the silicon wafer 9 on a ceramic substrate, and heat the silicon wafer 9 while supporting the silicon wafer 9 on pins (not shown). A heating element 2 is formed on the bottom surface of the ceramic substrate, and a metal coating layer is provided on the surface of the heating element 2. A bottomed hole is provided, into which a thermocouple is inserted. In this embodiment, the heating element is formed on the surface of the ceramic substrate, and can adjust the resistance value or blow a cooling gas at the time of cooling, thereby enabling rapid cooling. Further, since the entire region in the thickness direction of the ceramic substrate can be used as a heat diffusion plate, the ceramic substrate can be made thinner and the heat capacity can be made smaller than in the case where a heating element is provided inside, so that rapid temperature rise and fall are possible. The silicon wafer 9 is heated on the wafer heating surface side opposite to the heating element formation surface. Next, a method for manufacturing the ceramic heater 100 according to the present invention will be described. In the following description, the process conditions are merely examples, and are not limited to this embodiment. Therefore, the process conditions are set with appropriate changes depending on the size of the sample, the throughput, and the like.

【0023】まず、窒化アルミニウム粉末(平均粒径
1.1μm)100重量部、イットリア(平均粒径0.
4μm)4重量部、アクリル系樹脂バインダ12重量
部、及び、アルコールを混合混練したのち、スプレード
ライヤ法によって顆粒状粉末とした。また、炭化珪素を
使用する場合も炭化珪素粉末(平均粒径1.0μm)1
00重量部、CまたはB4 C0.5重量部、アクリル
系樹脂バインダ12重量部、及び、アルコールを混合混
練したのち、スプレードライヤ法によって顆粒状粉末と
した。なお、後述する試験例等でアルミナを使用してい
るが、この場合はアルミナ粉末(平均粒径1.0μm)
と、アクリル系樹脂バインダ12重量部、及び、アルコ
ールを混合混練したのち、スプレードライヤ法によって
顆粒状粉末とした。
First, 100 parts by weight of aluminum nitride powder (average particle size: 1.1 μm) and yttria (average particle size: 0.1 μm) were used.
4 μm) 4 parts by weight, 12 parts by weight of an acrylic resin binder, and alcohol were mixed and kneaded, and then granulated by a spray dryer method. Also, when using silicon carbide, silicon carbide powder (average particle size: 1.0 μm)
After mixing and kneading 00 parts by weight, 0.5 parts by weight of C or B4C, 12 parts by weight of an acrylic resin binder, and alcohol, a granular powder was obtained by a spray dryer method. In addition, although alumina is used in a test example and the like described below, in this case, alumina powder (average particle size: 1.0 μm)
And 12 parts by weight of an acrylic resin binder and alcohol were mixed and kneaded, and then a granular powder was formed by a spray dryer method.

【0024】次に、この顆粒状粉末を成形用金型に投入
し、平板状に成形して生成形体を得た。この生成形体
に、半導体ウエハ支持ピンを挿入するための貫通孔と、
熱電対を埋め込むための凹部とをドリル加工によって穿
設した。
Next, the granular powder was charged into a molding die and molded into a flat plate to obtain a formed product. A through hole for inserting a semiconductor wafer support pin into the formed form;
A recess for embedding a thermocouple was formed by drilling.

【0025】前記貫通孔及び凹部を穿設した生成形体を
約1800℃、圧力200kg/ccmでホットプレ
スし、厚さ3mmの窒化アルミニウムまたは炭化珪素板
状焼結体を得た。これを直径210mmの円板状に切り
出してセラミックヒータ100用のセラミック基板1と
した。このセラミック基板の表面に酸化膜などの絶縁膜
を形成した後、後述する発熱体を印刷することが望まし
い。具体的には、ガラスペーストを塗布して1000℃
以上に加熱して溶融させる方法やセラミック基板の表面
を酸化雰囲気で500〜1000℃で焼成する方法があ
る。特に炭化物セラミックの場合は、純度が低い場合電
気的導電性があるため、絶縁膜の形成が望ましい。絶縁
膜としては、0.1〜1000μmがよい。
The formed body in which the through holes and the recesses were formed was hot-pressed at about 1800 ° C. and a pressure of 200 kg / ccm 2 to obtain a 3 mm-thick aluminum nitride or silicon carbide plate-like sintered body. This was cut out into a disk shape having a diameter of 210 mm to obtain a ceramic substrate 1 for the ceramic heater 100. After forming an insulating film such as an oxide film on the surface of the ceramic substrate, it is desirable to print a heating element described later. Specifically, a glass paste is applied and 1000 ° C.
There is a method of melting by heating and a method of baking the surface of the ceramic substrate at 500 to 1000 ° C. in an oxidizing atmosphere as described above. In particular, in the case of carbide ceramics, if the purity is low, there is electrical conductivity, so it is desirable to form an insulating film. The thickness of the insulating film is preferably 0.1 to 1000 μm.

【0026】このセラミック基板1に、図1に示したパ
ターン状に発熱体パターン2を配設するようにスクリー
ン印刷法により導電ペーストを印刷した。ここで用いた
導電ペーストは、徳力化学研究所製のソルベストPS6
03D(商品名)であり、この導電ペーストは、酸化
鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素、及びアルミナの混
合物からなる金属酸化物(重量比は、この順に、5/5
5/10/25/10)を銀の量に対して7.5重量%
含有する、いわゆる鉛含有銀ペーストである。ちなみに
銀の平均粒径は4.5μmであり、形状は鱗片状のもの
が主体であった。
A conductive paste was printed on the ceramic substrate 1 by a screen printing method so that the heating element patterns 2 were arranged in the pattern shown in FIG. The conductive paste used here was Solvest PS6 manufactured by Tokuriki Chemical Laboratory.
03D (trade name), and the conductive paste is a metal oxide composed of a mixture of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide, and alumina (the weight ratio is 5/5 in this order).
5/10/25/10) 7.5% by weight based on the amount of silver
It is a so-called lead-containing silver paste. Incidentally, the average particle size of silver was 4.5 μm, and the shape was mainly flake-like.

【0027】このように導電ペーストを印刷したセラミ
ック基板を780℃で加熱焼成して導電ペースト中の銀
や鉛を焼結させるとともに、セラミック基板に焼き付け
た。このとき、鉛含有銀焼結体による発熱体パターン
は、その厚さが約5μm、幅2.4mm、面積抵抗が
7.7mΩ/□であった。発熱体パターンは、外周寄り
端縁部位にアールを描きながら屈曲するパターンを有す
る。アールの曲率半径は、0.1mm〜20mmが望ま
しい。小さすぎると直角になり、大きすぎると発熱体パ
ターン密度を高くできないからである。なお、曲率半径
は、発熱体パターンの中心線(図3の符号L)で定義す
る。
The ceramic substrate on which the conductive paste was printed was heated and fired at 780 ° C. to sinter silver and lead in the conductive paste, and baked on the ceramic substrate. At this time, the heating element pattern made of the lead-containing silver sintered body had a thickness of about 5 μm, a width of 2.4 mm, and a sheet resistance of 7.7 mΩ / □. The heating element pattern has a pattern that bends while drawing a radius at an edge portion near the outer periphery. The radius of curvature of the radius is desirably 0.1 mm to 20 mm. If it is too small, it becomes a right angle, and if it is too large, the heating element pattern density cannot be increased. The radius of curvature is defined by the center line (L in FIG. 3) of the heating element pattern.

【0028】次に、それぞれ1リットルあたりの濃度
が、硫酸ニッケル80g/l、次亜燐酸ナトリウム24
g/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の濃度の各水溶液を含有して
なる無電解ニッケルメッキ浴に前記セラミック基板を浸
漬して前記鉛含有銀焼結体の表面に厚さ約1μmのニッ
ケルの金属層を析出させて発熱体パターンを形成した。
Next, the concentration per liter was 80 g / l of nickel sulfate and 24 g of sodium hypophosphite.
g / l, sodium acetate 12 g / l, boric acid 8 g / l,
The ceramic substrate is immersed in an electroless nickel plating bath containing an aqueous solution having a concentration of 6 g / l ammonium chloride to deposit a nickel metal layer having a thickness of about 1 μm on the surface of the lead-containing silver sintered body. Thus, a heating element pattern was formed.

【0029】図1(a)に示したように、発熱体パター
ン2,31,31aは、セラミック基板1上に、同図に
示すような所定のパターン状に形成し、形成した状態で
焼成して金属微粒子や金属酸化物微粒子同士を互いに融
着させる程度に焼結させて得ることができる。そして、
発熱体パターンの形態は、図1(b)に示したように、
有幅の略直線又は曲線であればよい。従って、幾何学的
に厳密な直線や曲線であることを要しない。
As shown in FIG. 1 (a), the heating element patterns 2, 31, 31a are formed on the ceramic substrate 1 in a predetermined pattern as shown in FIG. Metal particles and metal oxide particles can be sintered to such an extent that they are fused together. And
The form of the heating element pattern is, as shown in FIG.
What is necessary is just a width substantially straight line or curve. Therefore, it does not need to be a geometrically strict straight line or curve.

【0030】最後に、図4に示したように、発熱体パタ
ーン2と電源との接続を確保するための端子ピン3を取
付ける部分にスクリーン印刷法により銀含有鉛半田ペー
スト(田中貴金属工業(株)製)を印刷してはんだ層6
を配設し、さらに、このはんだ層の上にコバール製の端
子ピン3を載置して420℃で加熱リフローし、端子ピ
ン3を発熱体パターン2の表面に取り付けた。
Finally, as shown in FIG. 4, silver-containing lead solder paste (Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) is applied by screen printing to a portion where terminal pins 3 for securing the connection between the heating element pattern 2 and the power supply are mounted. )) Printed on the solder layer 6
Further, terminal pins 3 made of Kovar were placed on the solder layer and heated and reflowed at 420 ° C. to attach the terminal pins 3 to the surface of the heating element pattern 2.

【0031】また、温度制御のための熱電対(図示せ
ず)をセラミック基板1に埋め込み、本発明に係るセラ
ミックヒータ100を得た。図4において、符号7は半
導体ウエハ9を支持する支持ピンを示し、支持ピン7
が、セラミック基板1に穿設された貫通孔8に挿通され
ることを示す。そして、発熱体パターン2は所定の抵抗
値を有していることから、発熱体パターン2は、当該発
熱体パターン2に通電するための端子ピン3の取付けら
れる位置から通電され、発熱体パターン2は、ジュール
熱による発熱を生じて半導体ウエハ9を加熱する。
Further, a thermocouple (not shown) for controlling the temperature was embedded in the ceramic substrate 1 to obtain a ceramic heater 100 according to the present invention. 4, reference numeral 7 denotes a support pin for supporting the semiconductor wafer 9;
Is inserted through the through-hole 8 formed in the ceramic substrate 1. Since the heating element pattern 2 has a predetermined resistance value, the heating element pattern 2 is energized from a position where a terminal pin 3 for energizing the heating element pattern 2 is attached. Generates heat by Joule heat and heats the semiconductor wafer 9.

【0032】さらに発熱体が内部に形成されたセラミッ
クヒータ(図9)の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing a ceramic heater (FIG. 9) having a heating element formed therein will be described.

【0033】(1)まず、窒化物セラミックまたは炭化
物セラミックのセラミックの粉体をバインダおよび溶剤
と混合してグリーンシートを得る。前述したセラミック
粉体としては、例えば、窒化アルミニウムなどを使用す
ることができ、必要に応じて、イットリアなどの焼結助
剤などを加えてもよい。焼結助材は、0.1〜10重量
%で調整できる。また、セラミック粉の平均粒子径は、
0.1〜10μmである。また、バインダとしては、ア
クリル系バインダ、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。これらを混合して得られるペーストをドクターブレ
ード法でシート状に成形してグリーンシートを作製す
る。なお、アルミナ粉末でも同様の条件で製造できる。
グリーンシートに、必要に応じてシリコンウエハの支持
ピンを挿通する貫通孔や熱電対を埋め込む凹部を設けて
おくことができる。貫通孔や凹部は、パンングなどで形
成することができる。グリーンシートの厚さは、0.1
〜5mm程度が好ましい。次に、グリーンシートに抵抗
発熱体となる導体ペーストを印刷する。印刷は、グリー
ンシートの収縮率を考慮して所望のアスペクト比が得ら
れるように行う。これらの導電性ペースト中に含まれる
導電性セラミック粒子としては、タングステンまたはモ
リブデンの炭化物が最適である。酸化しにくく、熱伝導
率が低下しにくいからである。また、金属粒子として
は、例えば、タングステン、モリブデン、白金、ニッケ
ルなどを使用することができる。導電性セラミック粒
子、金属粒子の平均粒子径は0.1〜5μmが好まし
い。これらの粒子は、大きすぎても小さすぎても導体用
ペーストを印刷しにくいからである。このようなペース
トとしては、金属粒子または導電性セラミック粒子85
〜97重量部、アクリル系、エチルセルロース、ブチル
セロソルブおよび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、α−テル
ピネオール、グリコール、エチルアルコールおよびブタ
ノールから選ばれる少なくとも1種の溶媒を1.5〜1
0重量部混合して調製した導体用ぺーストが最適であ
る。さらに、パンチング等で形成した孔に、導体用ペー
ストを充填してスルーホール印刷体を得る。次に、印刷
体を有するグリーンシートと、印刷体を有さないグリー
ンシートとを積層する。抵抗発熱体形成側に印刷体を有
さないグリーンシートを積層するのは、スルーホールの
端面が露出して、抵抗発熱体形成の焼成の際に酸化して
しまうことを防止するためである。もしスルーホールの
端面が露出したまま、抵抗発熱体形成の焼成を行うので
あれば、ニッケルなどの酸化しにくい金属をスパッタリ
ングする必要があり、さらに好ましくは、Au−Niの
金ろうで被覆してもよい。
(1) First, a ceramic powder of a nitride ceramic or a carbide ceramic is mixed with a binder and a solvent to obtain a green sheet. As the above-mentioned ceramic powder, for example, aluminum nitride or the like can be used, and a sintering aid such as yttria may be added as necessary. The sintering aid can be adjusted at 0.1 to 10% by weight. The average particle size of the ceramic powder is
0.1 to 10 μm. The binder is preferably at least one selected from an acrylic binder, ethyl cellulose, butyl cellosolve, and polyvinyl alcohol. Further, as the solvent, at least one selected from α-terpineol and glycol is desirable. A paste obtained by mixing these is shaped into a sheet by a doctor blade method to produce a green sheet. Note that alumina powder can be produced under the same conditions.
The green sheet may be provided with a through hole for inserting a support pin of the silicon wafer and a concave portion for burying a thermocouple as needed. The through holes and the concave portions can be formed by panning or the like. The thickness of the green sheet is 0.1
About 5 mm is preferable. Next, a conductor paste to be a resistance heating element is printed on the green sheet. Printing is performed so as to obtain a desired aspect ratio in consideration of the shrinkage ratio of the green sheet. As the conductive ceramic particles contained in these conductive pastes, carbides of tungsten or molybdenum are most suitable. This is because it is hard to be oxidized and the thermal conductivity is hard to decrease. Further, as the metal particles, for example, tungsten, molybdenum, platinum, nickel and the like can be used. The average particle diameter of the conductive ceramic particles and the metal particles is preferably 0.1 to 5 μm. This is because it is difficult to print the conductor paste when these particles are too large or too small. As such a paste, metal particles or conductive ceramic particles 85 may be used.
To 97 parts by weight, 1.5 to 10 parts by weight of at least one kind of binder selected from acrylic, ethyl cellulose, butyl cellosolve and polyvinyl alcohol, and at least one kind of solvent selected from α-terpineol, glycol, ethyl alcohol and butanol. 0.5-1
The paste for conductor prepared by mixing 0 parts by weight is most suitable. Further, a conductor paste is filled into the holes formed by punching or the like to obtain a through-hole print. Next, a green sheet having a printed body and a green sheet having no printed body are laminated. The reason why the green sheet having no printed body is laminated on the side where the resistance heating element is formed is to prevent the end face of the through hole from being exposed and being oxidized during firing for forming the resistance heating element. If baking for forming the resistance heating element is performed while the end face of the through hole is exposed, it is necessary to sputter a metal that is difficult to oxidize, such as nickel, and more preferably to coat it with Au-Ni gold solder. Is also good.

【0034】(2)次に、積層体の加熱および加圧を行
い、グリーンシートおよび導体ペーストを一体的に焼結
させる。加熱温度は、1000〜2000℃、加圧は1
00〜200kg/cm2 が好ましく、これらの加熱
および加圧は、不活性ガス雰囲気下で行う。不活性ガス
としては、アルゴン、窒素などを使用することができ
る。
(2) Next, the laminate is heated and pressurized to integrally sinter the green sheet and the conductive paste. Heating temperature is 1000-2000 ° C, pressurization is 1
The heating and pressurizing are preferably performed in an inert gas atmosphere. As the inert gas, argon, nitrogen, or the like can be used.

【0035】(3)次に、外部端子接続のための袋孔を
設ける。袋孔の内壁は、その少なくともその一部が導電
化され、導電化された内壁は、抵抗発熱体5等と接続さ
れていることが望ましい(図9(b))。
(3) Next, a blind hole for connecting an external terminal is provided. At least a part of the inner wall of the blind hole is preferably made conductive, and the conductive inner wall is preferably connected to the resistance heating element 5 or the like (FIG. 9B).

【0036】(4)最後に、袋孔に金ろうを介して外部
端子を設ける。さらに、必要に応じて、有底孔を設け、
その内部に熱電対を埋め込むことができる。半田は銀−
鉛、鉛−スズ、ビスマス−スズなどの合金を使用するこ
とができる。なお、半田層の厚さは、0.1〜50μm
が望ましい。半田による接続を確保するに充分な範囲だ
からである。このような方法で図9(a)に示すセラミ
ックヒータ200を製造できる。このセラミックヒータ
200は、抵抗発熱体20がセラミック基板10内部に
セラミック基板10と一体的に形成されており、抵抗発
熱体20の周囲はセラミック基板10と完全に接触して
いる。このため、熱が均一に伝達する。このセラミック
基板10の加熱面10a側にはウエハ9が直接載置また
は離間支持ピンSPを介して一定の距離離間(5〜50
00μm)離間して配置されて加熱される。発熱体20
は、開口によりセラミック基板から露出される。発熱体
20には、スルーホールSが接続している。また、スル
ーホールSは、導電化された孔の内壁40と接続し、さ
らに内壁40は金ろう50を介してピン30と接続す
る。セラミック基板には支持ピン(リフターピン)80
を挿通する貫通孔70が形成されている。
(4) Finally, an external terminal is provided in the blind hole via a brazing filler metal. Furthermore, if necessary, a bottomed hole is provided,
A thermocouple can be embedded therein. Solder is silver-
Alloys such as lead, lead-tin and bismuth-tin can be used. Note that the thickness of the solder layer is 0.1 to 50 μm.
Is desirable. This is because the range is sufficient to secure the connection by soldering. With such a method, the ceramic heater 200 shown in FIG. 9A can be manufactured. In the ceramic heater 200, the resistance heating element 20 is formed integrally with the ceramic substrate 10 inside the ceramic substrate 10, and the periphery of the resistance heating element 20 is completely in contact with the ceramic substrate 10. Therefore, heat is transmitted uniformly. The wafer 9 is directly placed on the heating surface 10a side of the ceramic substrate 10 or is separated by a predetermined distance (5 to 50) via the separation support pin SP.
00 [mu] m) spaced apart and heated. Heating element 20
Is exposed from the ceramic substrate by the opening. The heating element 20 is connected to a through hole S. The through hole S is connected to the inner wall 40 of the hole that has been made conductive, and the inner wall 40 is connected to the pin 30 via the gold solder 50. Support pins (lifter pins) 80 on the ceramic substrate
Is formed.

【0037】(評価試験)本発明品として、窒化アルミ
ニウムと炭化珪素セラミックで発熱体パターンが表面に
形成されたもので、それぞれ屈曲パターンの曲率を変え
たものを4種類づつ製造し、これをそれぞれ実施例1〜
8とした。また、窒化アルミニウムセラミック、炭化珪
素セラミックで発熱体パターンが内部に形成されたもの
で、屈曲パターンの曲率を変えたものを4種類づつ製造
し、これをそれぞれ実施例9〜16とした。また、比較
品として、図6のような略直角の屈曲パターンを持つ発
熱体パターンを表面および内部に持つセラミックヒータ
を窒化アルミニウムと炭化珪素でそれぞれ製造し、比較
例1〜4とした。また、別の比較品として窒化アルミニ
ウムと炭化珪素のセラミックヒータで曲率半径25mm
のアールを持つパターンを表面および内部に形成し試験
例1〜4とした。さらに、発熱体パターンが表面および
内部に形成されたアルミナ基板を使用したセラミックヒ
ータを製造し、試験例5〜16とした。さらに、四角形
状のセラミックヒータを窒化アルミニウムセラミックと
炭化珪素セラミックで製造し(いずれも表面にパターン
形成)比較例5、6とし、300℃まで昇温して四隅の
温度と中心の温度差を測定した。評価試験に際しては、
実施例、比較例それぞれについて、電圧を印加して30
0℃まで加熱し、JIS−C−1602(1980)K
型熱電対で、屈曲パターンの屈曲部付近の温度と渦巻き
パターン近傍の温度とを測定し、その差を調べた。また
300℃までの昇温時間を測定した。その結果を表1に
示す。また、セラミックヒータを200℃まで昇温し、
これを水中に投下して屈曲部にクラックが進展するか否
か調べた。
(Evaluation Test) As the product of the present invention, four types of aluminum nitride and silicon carbide ceramics each having a heating element pattern formed on the surface and each having a different curvature of the bending pattern were manufactured. Example 1
And 8. Four types of aluminum nitride ceramics and silicon carbide ceramics, each having a heating element pattern formed therein and having different curvatures of the bending pattern, were manufactured, and these were named Examples 9 to 16, respectively. As comparative products, ceramic heaters having a heating element pattern having a substantially right-angled bent pattern as shown in FIG. 6 on the surface and inside were manufactured using aluminum nitride and silicon carbide, respectively, to thereby obtain Comparative Examples 1 to 4. Another comparative product is a ceramic heater of aluminum nitride and silicon carbide having a radius of curvature of 25 mm.
Were formed on the surface and inside, and these were designated as Test Examples 1 to 4. Further, ceramic heaters using an alumina substrate having a heating element pattern formed on the surface and inside were manufactured, and Test Examples 5 to 16 were produced. Furthermore, square ceramic heaters were manufactured from aluminum nitride ceramic and silicon carbide ceramic (both having a pattern formed on the surface). Comparative Examples 5 and 6 were used, and the temperature was raised to 300 ° C. to measure the temperature difference between the four corners and the center. did. During the evaluation test,
For each of the example and the comparative example, a voltage of 30
Heat to 0 ° C, JIS-C-1602 (1980) K
The temperature in the vicinity of the bent portion of the bent pattern and the temperature in the vicinity of the spiral pattern were measured with a thermocouple, and the difference was examined. In addition, the temperature rise time up to 300 ° C. was measured. Table 1 shows the results. Also, the temperature of the ceramic heater was raised to 200 ° C,
This was dropped into water and it was examined whether or not cracks developed in the bent portion.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】この結果から明らかなように、本発明に係
るセラミックヒータによれば、アールを描く屈曲パター
ン付近の温度と渦巻パターン近傍の温度との差は、5℃
以内に収まっているが、比較例として用いたセラミック
ヒータによれば、直角屈曲パターン付近の温度と渦巻パ
ターン近傍の温度との差は、10℃〜15℃となった。
従って、本発明に係るセラミックヒータによれば、セラ
ミック基板の温度の均一化が図られることが判明した。
この結果によれば、上記構成を備えたセラミックヒータ
の場合には、曲率半径は、1〜15mm程度が最適であ
る。また、実施例では熱衝撃試験でもクラックは発生し
なかったのに対して比較例では、クラックが見られた。
さらに、以下の内容が考察される。曲率半径は、20m
mを越えると、逆に温度差が大きくなる。これは、パタ
ーン形成密度が下がるためである。従って、曲率半径
は、0.1〜20mmの範囲で本発明の効果が顕著であ
る。また、この効果はアルミナよりも窒化アルミニウム
や炭化珪素で著しい。これは、窒化アルミニウムや炭化
珪素の方が温度追従性に優れている(つまり昇温時間が
短い)分発熱量のバラツキに敏感なためである。
As is apparent from the results, according to the ceramic heater according to the present invention, the difference between the temperature near the bent pattern in which the radius is drawn and the temperature near the spiral pattern is 5 ° C.
However, according to the ceramic heater used as the comparative example, the difference between the temperature near the right-angled bent pattern and the temperature near the spiral pattern was 10 ° C to 15 ° C.
Therefore, according to the ceramic heater according to the present invention, it has been found that the temperature of the ceramic substrate can be made uniform.
According to this result, in the case of the ceramic heater having the above configuration, the radius of curvature is optimally about 1 to 15 mm. In addition, cracks did not occur in the thermal shock test in the examples, whereas cracks were observed in the comparative examples.
In addition, the following is considered. The radius of curvature is 20m
If m is exceeded, the temperature difference will increase. This is because the pattern formation density decreases. Therefore, the effect of the present invention is remarkable when the radius of curvature is in the range of 0.1 to 20 mm. This effect is more remarkable in aluminum nitride and silicon carbide than in alumina. This is because aluminum nitride and silicon carbide are more excellent in temperature follow-up (that is, shorter in temperature rise time) and are more sensitive to variations in the amount of generated heat.

【0040】以上本発明の一実施の形態について説明し
たが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでは
ない。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.

【0041】なお、本発明に係るセラミックヒータは、
そのセラミック基板に電極を埋設すれば静電チャックと
して使用することができる。また、本発明に係るセラミ
ックヒータは、そのセラミック基板の表面に導体層を、
内部に電極を埋設すればウエハプローバとして使用する
ことができる。
The ceramic heater according to the present invention has the following features.
If the electrodes are embedded in the ceramic substrate, it can be used as an electrostatic chuck. Further, the ceramic heater according to the present invention, a conductor layer on the surface of the ceramic substrate,
If an electrode is buried inside, it can be used as a wafer prober.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明に係るセラミックヒータは、主と
して窒化物セラミック、炭化物セラミックからなる円板
形状のセラミック基板の表面又は内部にアールを描いて
屈曲する屈曲部を有するものであるから、前記屈曲部に
温度低下部分が発生せず温度の均一性に優れたものとな
る。特に円板形状のセラミックヒータの場合に好適であ
る。
The ceramic heater according to the present invention has a bent portion which bends in a curved shape on the surface or inside of a disk-shaped ceramic substrate mainly made of nitride ceramic or carbide ceramic. No temperature-lowering portion is generated in the portion, and the temperature uniformity is excellent. It is particularly suitable for a disk-shaped ceramic heater.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は、本発明の一実施の形態に係るセラミ
ックヒータの主要部分を示した平面図、(b)は、
(a)の点線囲の部分拡大図である。
FIG. 1A is a plan view showing a main part of a ceramic heater according to an embodiment of the present invention, and FIG.
It is the elements on larger scale of the dotted line surrounding of (a).

【図2】本発明の一実施の形態に係るセラミックヒータ
の発熱体パターンの例を示した平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing an example of a heating element pattern of the ceramic heater according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施の形態に係るセラミックヒータ
の発熱体パターンの一部を拡大して示した部分拡大図で
ある。
FIG. 3 is an enlarged partial view showing a part of a heating element pattern of the ceramic heater according to one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施の形態に係るセラミックヒータ
の構造を示した部分断面図である。
FIG. 4 is a partial sectional view showing a structure of a ceramic heater according to one embodiment of the present invention.

【図5】従来のセラミックヒータの発熱体パターンの一
部を拡大して示した部分拡大図である。
FIG. 5 is a partially enlarged view showing a part of a heating element pattern of a conventional ceramic heater in an enlarged manner.

【図6】比較例として用いたセラミックヒータの主要部
分を示した平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing a main part of a ceramic heater used as a comparative example.

【図7】四角形状のセラミックヒータの図面代用写真で
ある。
FIG. 7 is a drawing substitute photograph of a square ceramic heater.

【図8】サーモビュアの図面代用写真である。FIG. 8 is a drawing substitute photograph of a thermoviewer.

【図9】(a)(b)発熱体が内部に一体的に形成され
た場合の構成を示した図である。
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing a configuration in a case where a heating element is integrally formed therein.

【符号の説明】 100 セラミックヒータ 1 セラミック基板 2,31,31a 発熱体パターン ─────────────────────────────────────────────────────
[Description of Signs] 100 Ceramic heater 1 Ceramic substrate 2, 31, 31a Heating element pattern ─────────────────────────────── ──────────────────────

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成13年6月4日(2001.6.4)[Submission date] June 4, 2001 (2001.6.4)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】全文[Correction target item name] Full text

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【書類名】 明細書[Document Name] Statement

【発明の名称】 半導体製造・検査装置用セラミックヒ
ータ
Patent application title: Ceramic heater for semiconductor manufacturing and inspection equipment

【特許請求の範囲】[Claims]

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主として半導体産
業において用いられる半導体製造・検査装置用セラミッ
クヒータに関し、更に詳しくは、温度が低下した特異点
が生じない発熱体パターンを備えた乾燥用のセラミック
ヒータに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ceramic heater for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus mainly used in the semiconductor industry, and more particularly, to a ceramic heater provided with a heating element pattern in which a singular point whose temperature is lowered does not occur. The present invention relates to a ceramic heater for drying.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体応用製品は種々の産業において必
要とされる極めて重要な製品であり、その代表的製品で
ある半導体チップは、例えば、シリコン単結晶を所定の
厚さにスライスしてシリコンウエハを作製した後、この
シリコンウエハ上に種々の回路等を形成することにより
製造される。
2. Description of the Related Art Semiconductor-applied products are extremely important products required in various industries. A typical example of a semiconductor chip is a silicon wafer obtained by slicing a silicon single crystal to a predetermined thickness. Is manufactured by forming various circuits and the like on this silicon wafer.

【0003】この種々の回路等を形成するには、シリコ
ンウエハ上に導電性薄膜等を形成したのち、感光性樹脂
等からなるエッチングレジストを、回路パターンを有す
るマスクを介して塗布し、パターンエッチングする。こ
のエッチングレジストを塗布する場合、感光性樹脂は粘
液状であるので、塗布後に乾燥する必要があり、感光性
樹脂が塗布されたシリコンウエハをヒータ上に載置して
加熱乾燥硬化することが通常行われている。また、プラ
ズマエッチングやスパッタリング等の際にウエハを加熱
する必要があった。
In order to form these various circuits, a conductive thin film or the like is formed on a silicon wafer, and then an etching resist made of a photosensitive resin or the like is applied through a mask having a circuit pattern, and pattern etching is performed. I do. When applying this etching resist, since the photosensitive resin is a viscous liquid, it is necessary to dry after the application, and it is usual to place a silicon wafer coated with the photosensitive resin on a heater and heat and dry it. Is being done. In addition, it was necessary to heat the wafer during plasma etching, sputtering, and the like.

【0004】かかるシリコンウエハ等の半導体ウエハを
ヒータ上に載置して加熱乾燥するためのこの種のヒータ
としては、従来、アルミニウム製の基板の裏面側に電気
抵抗体等の発熱体を備えたものが多用されていたが、ア
ルミニウム製の基板は厚さ15mm程度を要するので、
重量が大きくて嵩張るため取扱いの便が必ずしも良好で
ないばかりか、電気的抵抗体による加熱であるので、通
電電流に対する温度追従性という観点での温度制御性が
不充分であり、均一な加熱を得ることが容易ではなかっ
た。そこで、特開平11−40330号公報のように、
窒化物セラミック等からなる板状体の表面に金属粒子等
を焼結して形成した線条状の発熱体を設けたセラミック
ヒータが提案されている。
A heater of this type for mounting and drying a semiconductor wafer such as a silicon wafer on a heater by heating is conventionally provided with a heating element such as an electric resistor on the back side of an aluminum substrate. Although the thing was used a lot, since the substrate made of aluminum requires about 15 mm in thickness,
Not only is it difficult to handle because of the large weight and bulkiness, but also because it is heating by an electric resistor, the temperature controllability from the viewpoint of temperature followability to the current flow is insufficient, and uniform heating is obtained. It was not easy. Therefore, as disclosed in JP-A-11-40330,
There has been proposed a ceramic heater provided with a linear heating element formed by sintering metal particles or the like on the surface of a plate-like body made of a nitride ceramic or the like.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
セラミックヒータに発熱体を形成する際、屈曲部を有す
るパターンで発熱体を形成すると、屈曲部の温度が低下
してしまい、表面温度にむらができるという課題があ
り、なおも改良の余地があった。このような表面温度む
らは、窒化物セラミックのような熱伝導率の高いセラミ
ック程顕著であった。
However, when a heating element is formed in such a ceramic heater, if the heating element is formed in a pattern having a bent portion, the temperature of the bent portion decreases, and the surface temperature becomes uneven. However, there was still room for improvement. Such uneven surface temperature was more remarkable in ceramics having higher thermal conductivity such as nitride ceramics.

【0006】本発明は、熱伝導率の高いセラミック材料
をヒータ基板として用いて、温度の均一性に優れた半導
体製造・検査装置用セラミックヒータを提供することを
目的とする。
The present invention uses a ceramic material having a high thermal conductivity as a heater substrate to provide a semiconductor having excellent temperature uniformity.
An object of the present invention is to provide a ceramic heater for a body manufacturing / inspection apparatus .

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載の半導体製造・検査装置用セラミッ
クヒータは、円板形状のセラミック基板の表面に発熱体
パターンが形成されてなり、その発熱体パターン形成面
の反対側のウエハ加熱面で半導体ウエハを加熱する半導
体製造・検査装置用セラミックヒータであって、前記セ
ラミック基板の直径が200mm以上であり、前記セラ
ミックは、窒化物セラミック、炭化物セラミックの単独
または2種以上からなるとともに、外周寄り端縁部に屈
曲パターンを配置してなり、前記屈曲パターンは、曲率
半径0.1から20mmのアールを描いて屈曲する屈曲
部を有することを要旨とするものである。
According to another aspect of the present invention, there is provided a ceramic heater for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus , wherein a heating element is provided on a surface of a disk-shaped ceramic substrate.
A pattern is formed, and the heating element pattern forming surface
Semiconductor wafer heating on the wafer heating surface opposite to
A ceramic heater for a body manufacturing / inspection apparatus, wherein
The diameter of the lamic substrate is 200 mm or more,
Mick is a nitride ceramic, carbide ceramic alone
Or two or more types, and bend to the outer edge.
A curved pattern is arranged, and the curved pattern has a curvature.
Bending to bend with a radius of 0.1 to 20 mm
It is intended to have a part .

【0008】かかる構成により、発熱体の配設パターン
(発熱体パターンということがある)の屈曲部の温度低
下がない。屈曲部がアールを描かない場合、例えば直角
に屈曲する場合は、この直角部分の温度が下がってしま
う。なお、以下の説明において、発熱体パターンは上面
視形状によって表現しているが、発熱体を配設するセラ
ミック基板厚さ方向位置は同一平面上でなくともよく、
該厚さ方向で上下位置となる部分を含んでもよい。
[0008] With this configuration, there is no temperature drop at the bent portion of the heating element arrangement pattern (sometimes called a heating element pattern). If the bent portion does not draw a radius, for example, if it bends at a right angle, the temperature of this right angle portion will drop. In the following description, the heating element pattern is represented by a shape in a top view, but the position in the thickness direction of the ceramic substrate on which the heating element is disposed may not be on the same plane.
It may include a portion that is vertically positioned in the thickness direction.

【0009】従来技術にかかる問題の原因について本発
明者らは鋭意研究した結果、以下のような原因を発見す
るに至った。図5は、従来のセラミックヒータに用いら
れていた発熱体32を示したものであるが、かかる発熱
体は、図示されるようにその一部が直角に屈曲してい
る。そしてこの直角屈曲部(矢示32a)の温度は、他
の部分の温度よりも下がってしまう。その原因は、略直
線部のパターン幅h1,h3と、直角屈曲部のパターン
幅h2とが異なるからである。図5に示した場合には、
パターン幅h2は、パターン幅h1,h3よりも大きい
ため、パターン幅h2の部分の抵抗値が低下するが、こ
れにより、該当部分に温度が低下した特異点(スポッ
ト)が発生してしまうのである。
The present inventors have conducted intensive studies on the causes of the problems according to the prior art, and as a result, have found the following causes. FIG. 5 shows a heating element 32 used in a conventional ceramic heater. As shown in FIG. 5, a part of the heating element is bent at a right angle. Then, the temperature of the right-angled bent portion (arrow 32a) is lower than the temperatures of the other portions. The reason is that the pattern widths h1 and h3 of the substantially straight portion and the pattern width h2 of the right-angled bent portion are different. In the case shown in FIG.
Since the pattern width h2 is larger than the pattern widths h1 and h3, the resistance value of the portion having the pattern width h2 decreases. However, a singular point (spot) whose temperature decreases in the corresponding portion is generated. .

【0010】特に円板形状のセラミックヒータの場合
は、四角形状のセラミックヒータとは異なり、温度分布
の均一性が要求される。四角形状のセラミックヒータ
は、熱の伝搬が同心円状であるから四隅の表面温度が低
下してしまうため、もともと温度分布の均一性は要求さ
れていない。このことは、図7、図8から明らかであ
る。図7は、四角形状のセラミックヒータであり、図8
は400℃まで昇温し、ウエハ等被加熱物の加熱面の表
面をサーモビュアで観察した図である。結局、四隅の部
分は温度が低くなっており、四角形状のセラミックヒー
タでは、温度分布の均一性など本来要求されていない特
性であることが判る。ところが円板形状の場合は、温度
分布を均一にできるため、温度分布の均一性が要求さ
れ、その均一性故に半導体ウエハを載置できるのであ
る。このため、このような円板形状では温度が低下した
特異点(スポット)の発生を防ぐ必要がある。
In particular, in the case of a disk-shaped ceramic heater, uniformity of temperature distribution is required unlike a square-shaped ceramic heater. In the case of a square ceramic heater, since the propagation of heat is concentric, the surface temperature at the four corners is reduced, and therefore uniform temperature distribution is not originally required. This is apparent from FIGS. FIG. 7 shows a square ceramic heater.
FIG. 4 is a diagram in which the temperature is raised to 400 ° C. and the surface of a heated surface of an object to be heated such as a wafer is observed with a thermoviewer. As a result, the temperature of the four corners is low, and it can be seen that the rectangular ceramic heater has characteristics not originally required, such as uniformity of temperature distribution. However, in the case of a disc shape, since the temperature distribution can be made uniform, uniformity of the temperature distribution is required, and the semiconductor wafer can be mounted because of the uniformity. For this reason, in such a disk shape, it is necessary to prevent the occurrence of a singular point (spot) whose temperature has decreased.

【0011】そこで、本発明者らは、図3のように発熱
体の配設パターンを、アールを描いて屈曲する屈曲部を
備えたものとすることにより、概ねk1=k2=k3と
することができ、抵抗値の低下を防止し、温度の低下し
た特異点(スポット)の発生を防止できることを知見し
て本発明を完成させたのである。
Therefore, the present inventors have established that the arrangement pattern of the heating element is provided with a bent portion which bends in a round shape as shown in FIG. The inventors have found that the present invention can prevent the reduction of the resistance value and the occurrence of a singular point (spot) having a lowered temperature, thereby completing the present invention.

【0012】上記構成を有する半導体製造・検査装置用
セラミックヒータによれば、発熱体パターンの屈曲部
は、アールを描いて屈曲しているため、当該パターン幅
が略一定になり、局部的な温度の低下が起こらない。そ
のため、セラミックヒータの温度の均一化が実現され
る。なお、特開平9−289075号公報、実用新案公
開平3−19292号公報、実用新案公開昭54−12
8945号公報には、四角形状のセラミックヒータの屈
曲パターン部分に丸みを形成したものが開示されている
が、これは、四角形状のヒータであり、本発明のような
円板形状ではない。このため四隅の温度が低下し、温度
均一性など全く達成できない。また、特開平9−827
86号公報には、発熱体バルクとセラミック基板との間
に空間を形成したヒータを開示するが、これは本発明の
ようにセラミック基板と発熱体が一体化しているもので
はない。このため、空間部分で熱が伝わらないのだから
本発明のように加熱面の温度を均一化することなどでき
ない。また、特開昭53−6936号公報には、セラミ
ック製熱板の片面に発熱体を配した電熱器具を開示して
いる。しかしながら、これは電子レンジや電気コンロに
使用するものであり、人体に対する影響やセラミックの
反応性を考慮すると、アルミナ、シリカなどの耐水性が
あり、無毒のセラミック、すなわち酸化物のセラミック
を使用しなければならず、本発明のような窒化物や炭化
物のセラミックは使用できない。このような酸化物セラ
ミックでは温度追従性(昇温してもすぐに温度が上がら
ない)が悪い。また、これらの文献には、屈曲の曲率半
径は記載、示唆ともなく、これらの文献により、本発明
の特許性が阻却されることがないことを付記しておく。
ちなみに、本発明に係るセラミックヒータは、用途に合
わせて150℃〜800℃で使用可能である。本発明で
いう屈曲とは、図1(b)のように、発熱体パターンの
屈曲部の前後でパターンが概ね平行である場合や図3に
示すように、発熱体パターンの屈曲部の前後でパターン
が直角、鋭角、鈍角を形成する場合をいうが、後者のよ
うに屈曲部の前後でパターンが角度を持った場合の方
が、温度降下しやすいため、本発明の構成が特に有利で
ある。
According to the ceramic heater for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus having the above-described configuration, since the bent portion of the heating element pattern is bent in a round shape, the width of the pattern becomes substantially constant. No local temperature drop occurs. Therefore, the temperature of the ceramic heater is made uniform. Incidentally, Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-289075, Utility Model Publication No. 3-19292, Utility Model Publication No. 54-12
No. 8945 discloses a rectangular ceramic heater in which a bent pattern portion is formed with a round shape, but this is a square heater and not a disk shape as in the present invention. As a result, the temperatures at the four corners decrease, and temperature uniformity cannot be achieved at all. Also, JP-A-9-827
No. 86 discloses a heater in which a space is formed between a bulk of a heating element and a ceramic substrate, but this does not integrate the ceramic substrate and the heating element as in the present invention. For this reason, since heat is not transmitted in the space, the temperature of the heating surface cannot be made uniform as in the present invention. JP-A-53-6936 discloses an electric heating appliance in which a heating element is arranged on one side of a ceramic heating plate. However, this is used for microwave ovens and electric stoves.In consideration of the effects on the human body and the reactivity of ceramics, water-resistant and non-toxic ceramics such as alumina and silica, that is, oxide ceramics, are used. Therefore, a nitride or carbide ceramic as in the present invention cannot be used. Such an oxide ceramic has poor temperature followability (the temperature does not immediately rise even when the temperature rises). In these documents, the radius of curvature of bending is not described or suggested, and it is added that these documents do not hinder the patentability of the present invention.
Incidentally, the ceramic heater according to the present invention can be used at 150 ° C. to 800 ° C. according to the application. In the present invention, the term “bend” refers to a case where the pattern is substantially parallel before and after the bent portion of the heating element pattern as shown in FIG. 1B, or as shown in FIG. When the pattern forms a right angle, an acute angle, or an obtuse angle, the configuration of the present invention is particularly advantageous because the case where the pattern has an angle before and after the bent portion as in the latter is more likely to cause a temperature drop. .

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。図1(a)は、本発
明の実施の形態に係るセラミックヒータ100の主要部
分を示した平面図であり、同図(b)は、同図(a)の
点線部分を拡大して示したものである。図2は、セラミ
ックヒータ100に配設される発熱体パターンを拡大し
て示したもの、図3は、発熱体パターンの一部分を拡大
して示したものである。図4は、セラミックヒータ10
0の構造を示した部分断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1A is a plan view showing a main part of a ceramic heater 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view of a dotted line in FIG. Things. FIG. 2 is an enlarged view of a heating element pattern provided on the ceramic heater 100, and FIG. 3 is an enlarged view of a part of the heating element pattern. FIG. 4 shows the ceramic heater 10.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view showing the structure of No. 0.

【0014】これらの図において、セラミックヒータ1
00は、絶縁性の窒化物セラミックス又は炭化物セラミ
ックスからなる板状セラミック基板1を用い、このセラ
ミック基板1の一主面に特定の幅を持ち、その断面が扁
平状の発熱体パターン2を、例えば図1に示したごとく
形成し、他の主面にシリコンウエハ等を載置して加熱す
るようにしたものである。
In these figures, the ceramic heater 1
Reference numeral 00 denotes a plate-shaped ceramic substrate 1 made of insulating nitride ceramics or carbide ceramics, and a heating element pattern 2 having a specific width on one main surface of the ceramic substrate 1 and having a flat cross section, for example. It is formed as shown in FIG. 1, and a silicon wafer or the like is placed on another main surface and heated.

【0015】発熱体パターンの形態は、線条状、または
有幅の概ね直線または曲線によって構成される。発熱体
の断面の形状は、扁平であれば限定されず、方形、楕円
形等でもよい。また、線条状の発熱体がらせん形状にな
っていてもよい。発熱体パターン2の断面のアスペクト
比(発熱体の幅/発熱体の厚さ)は、10〜5000で
あることが望ましい。この範囲に調整することにより、
発熱体パターン2の抵抗値を大きくすることができると
ともに、加熱面の温度の均一性を確保することができる
からである。
The shape of the heating element pattern is a linear shape or a wide, substantially straight line or curve. The shape of the cross section of the heating element is not limited as long as it is flat, and may be square, elliptical, or the like. Further, the linear heating element may have a spiral shape. The aspect ratio (width of the heating element / thickness of the heating element) of the cross section of the heating element pattern 2 is desirably 10 to 5000. By adjusting to this range,
This is because the resistance value of the heating element pattern 2 can be increased, and the uniformity of the temperature of the heating surface can be ensured.

【0016】ちなみに、発熱体パターン2の厚さを一定
とした場合、アスペクト比が上記範囲より小さいと、セ
ラミック基板1のウエハ加熱方向への熱の伝搬量が小さ
くなり、当該発熱体パターン2に近似した熱分布が加熱
面に発生してしまう。逆にアスペクト比が大きすぎると
発熱体パターン2の中央の直上部分が高温となってしま
い、結局、当該発熱体パターン2に近似した熱分布が加
熱面に発生してしまう。従って、温度分布を考慮する
と、断面のアスペクト比は、10〜5000であること
が好ましいのである。
Incidentally, when the thickness of the heating element pattern 2 is constant, if the aspect ratio is smaller than the above range, the amount of heat propagation in the wafer heating direction of the ceramic substrate 1 becomes small, and the heating element pattern 2 Approximate heat distribution occurs on the heating surface. Conversely, if the aspect ratio is too large, the temperature immediately above the center of the heating element pattern 2 will be high, and eventually a heat distribution similar to the heating element pattern 2 will be generated on the heating surface. Therefore, in consideration of the temperature distribution, the aspect ratio of the cross section is preferably 10 to 5000.

【0017】セラミック基板1の表面に発熱体パターン
2を形成する場合には、発熱体パターン2の厚さは、1
〜30μmが好ましく、1〜10μmがより好ましい。
また、セラミック基板1の内部に発熱体パターン2を形
成する場合には、その厚さは、1〜50μmが好まし
い。また、セラミック基板1の表面に発熱体パターン2
を形成する場合には、発熱体パターン2の幅は、0.1
〜20mmが好ましく、0.1〜5mmがより好まし
い。また、セラミック基板1の内部に発熱体パターン2
を形成する場合には、当該発熱体パターン2の幅は、5
〜20μmが好ましい。
When the heating element pattern 2 is formed on the surface of the ceramic substrate 1, the thickness of the heating element pattern 2 is set to 1
-30 μm is preferable, and 1-10 μm is more preferable.
When the heating element pattern 2 is formed inside the ceramic substrate 1, the thickness is preferably 1 to 50 μm. A heating element pattern 2 is provided on the surface of the ceramic substrate 1.
Is formed, the width of the heating element pattern 2 is 0.1
-20 mm is preferable, and 0.1-5 mm is more preferable. Further, a heating element pattern 2 is provided inside the ceramic substrate 1.
Is formed, the width of the heating element pattern 2 is 5
~ 20 µm is preferred.

【0018】図1に示した発熱体パターン2は、渦巻き
パターンと屈曲パターンとの混成であるが、外周寄り端
縁部に屈曲パターンを配置することが望ましい。屈曲パ
ターンは、配線密度を高くすることができるため、温度
が低下しやすい外周寄り端縁付近の温度低下を抑制でき
るからである。また、発熱体パターン2は、図2に示し
たように、屈曲パターンのみで構成してもよい。
Although the heating element pattern 2 shown in FIG. 1 is a hybrid of a spiral pattern and a bent pattern, it is desirable to dispose the bent pattern at the outer edge. This is because the bent pattern can increase the wiring density, so that the temperature can be suppressed from decreasing near the outer peripheral edge, where the temperature tends to decrease. Further, the heating element pattern 2 may be constituted by only a bending pattern as shown in FIG.

【0019】図1及び図2に示した発熱体パターン2
は、図3にその屈曲部の一例を示すが、同図に示したよ
うに、所定の幅を有している。従って、発熱体パターン
2は、そのパターン幅k1,k2,k3が、k1=k2
=k3となるように構成され、且つその屈曲部が曲率半
径rを有するように構成されている。そのため、発熱体
パターン2は、パターン幅の差による抵抗値の低下、及
びこれに起因する温度の低下した特異点(スポット)の
発生が防止された構成になっている。
Heating element pattern 2 shown in FIGS. 1 and 2
FIG. 3 shows an example of the bent portion, which has a predetermined width as shown in FIG. Therefore, the pattern width k1, k2, and k3 of the heating element pattern 2 is k1 = k2.
= K3, and the bent portion has a radius of curvature r. Therefore, the heating element pattern 2 has a configuration in which a reduction in resistance due to a difference in pattern width and a generation of a singular point (spot) whose temperature has decreased due to this are prevented.

【0020】ここで、前記セラミック基板の材質は、窒
化アルミニウム焼結体が好適であるが、これに限定され
るものではなく、その他にも炭化物セラミック、酸化物
セラミック、及び窒化アルミニウム以外の窒化物セラミ
ック等が好適である。
Here, the material of the ceramic substrate is preferably an aluminum nitride sintered body, but is not limited thereto. In addition, carbide ceramics, oxide ceramics, and nitrides other than aluminum nitride may be used. Ceramics and the like are preferred.

【0021】例えば、炭化物セラミックの例としては、
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の金属炭化物セラミックを挙
げることができ、酸化物セラミックの例としては、アル
ミナ、ジルコニア、コージェライト、ムライト等の金属
酸化物セラミックを挙げることができる。さらに、窒化
物セラミックの例としては、窒化アルミニウムのほか窒
化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等の金属窒化物セラ
ミックを挙げることができる。
For example, as an example of a carbide ceramic,
Metal carbide ceramics such as silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide can be given, and examples of oxide ceramics include metal oxide ceramics such as alumina, zirconia, cordierite, and mullite. Can be. Furthermore, examples of the nitride ceramic include aluminum nitride as well as metal nitride ceramics such as silicon nitride, boron nitride, and titanium nitride.

【0022】これらのセラミック材料のうち、一般的に
窒化物セラミック、炭化物セラミックは、高い熱伝導率
を示す点で酸化物セラミックよりも好ましい。また、こ
れらの材料は、単独でも2種以上を併用してもよい。例
えば、窒化物セラミックに酸化物セラミックや炭化物セ
ラミックを添加してもよく、炭化物セラミックに酸化物
セラミックや炭化物セラミックを添加してもよい。熱伝
導率が高いセラミックの方が屈曲部の温度低下が著し
く、本発明の効果が大きい。本発明のセラミック基板
は、その厚さは、50mm以下、特に18mm以下が望
ましい。特にセラミック基板の厚さが18mmを超える
と、セラミック基板の熱容量が大きくなり、特に温度制
御手段を設けて加熱、冷却すると、熱容量の大きさに起
因して温度追従性が低下してしまうからである。また、
本発明のセラミック基板が解決する温度の不均一の問題
は、厚さが18mmを超えるような厚いセラミック基板
では発生しにくいからである。 特に5mm以下が最適
である。なお、厚みは、1mm以上が望ましい。本発明
のセラミック基板の直径は200mm以上が望ましい。
特に12インチ(300mm)以上であることが望まし
い。次世代のシリコンウエハの主流となるからである。
また、本発明が解決する温度不均一の問題は、直径が2
00mm以下のセラミック基板では発生しにくいからで
ある。本発明のセラミック基板においては、セラミック
基板中に5〜5000ppmのカーボンを含有している
ことが望ましい。カーボンを含有させることにより、セ
ラミック基板を黒色化することができ、セラミックヒー
タとして使用する際に輻射熱を充分に利用することがで
きるからである。カーボンは、非晶質のものであって
も、結晶質のものであってもよい。非晶質のカーボンを
使用した場合には、高温における体積抵抗率の低下を防
止することができ、結晶質のものを使用した場合には、
高温における熱伝導率の低下を防止することができるか
らである。従って、用途によっては、結晶質のカーボン
と非晶質のカーボンの両方を併用してもよい。また、カ
ーボンの含有量は、50〜2000ppmがより好まし
い。セラミック基板にカーボンを含有させる場合には、
その明度がJIS Z 8721の規定に基づく値でN
4以下となるようにカーボンを含有させることが望まし
い。この程度の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。ここで、明度のNは、理想的な黒の
明度を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。実際の明度の測定は、N0
〜N10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。なお、本発明のセラミッ
ク基板では、シリコンウエハをセラミック基板のウエハ
載置面に接触させた状態で載置するほか、シリコンウエ
ハを支持ピンなどで支持し、図4に示すようにセラミッ
クス基板との間に一定の間隔を保って保持する場合もあ
る。図4では、貫通孔8に支持ピン7が挿通されてシリ
コンウエハ9を保持している。支持ピン7を上下するこ
とにより、搬送機からシリコンウエハ9を受け取った
り、シリコンウエハ9をセラミック基板上に載置した
り、図示しないピン上にシリコンウエハ9を支持したま
ま加熱したりできる。また、セラミック基板の底面に
は、発熱体2が形成され、その発熱体2の表面には金属
被覆層が設けられている。また、有底孔が設けられてい
るが、ここには熱電対を挿入する。この形態では、発熱
体はセラミック基板表面に形成されており、抵抗値を調
整したり、冷却する際に冷却ガスを吹きつけることがで
き、急速冷却が可能である。また、セラミック基板の厚
さ方向全ての領域を熱拡散板として使用できるため、内
部に発熱体を設けた場合よりもセラミック基板を薄くで
き、熱容量を小さくできることから急速昇温降温が可能
になる。シリコンウエハ9は、発熱体形成面の反対側の
ウエハ加熱面側で加熱される。次に、本発明に係るセラ
ミックヒータ100の製造方法について説明する。以下
の説明においては、工程条件は、あくまで一例を示すも
のであり、この実施形態に限定されるものではない。従
って、工程条件は、試料の大きさや処理量等によって適
宜の変更を伴って設定される。
Of these ceramic materials, nitride ceramics and carbide ceramics are generally preferable to oxide ceramics in that they exhibit high thermal conductivity. These materials may be used alone or in combination of two or more. For example, an oxide ceramic or a carbide ceramic may be added to the nitride ceramic, or an oxide ceramic or a carbide ceramic may be added to the carbide ceramic. The higher the thermal conductivity of the ceramic, the more the temperature of the bent portion drops significantly, and the greater the effect of the present invention. The thickness of the ceramic substrate of the present invention is desirably 50 mm or less, particularly preferably 18 mm or less. In particular, when the thickness of the ceramic substrate exceeds 18 mm, the heat capacity of the ceramic substrate increases, and particularly when heating and cooling with the provision of a temperature control means, the temperature followability is reduced due to the large heat capacity. is there. Also,
The problem of non-uniform temperature solved by the ceramic substrate of the present invention is because it does not easily occur with a ceramic substrate having a thickness exceeding 18 mm. Particularly, 5 mm or less is optimal. The thickness is desirably 1 mm or more. The diameter of the ceramic substrate of the present invention is desirably 200 mm or more.
In particular, it is desirable to be 12 inches (300 mm) or more. This is because it will become the mainstream of next-generation silicon wafers.
Further, the problem of non-uniform temperature solved by the present invention is that the diameter is 2 mm.
This is because it hardly occurs on a ceramic substrate of 00 mm or less. In the ceramic substrate of the present invention, the ceramic substrate desirably contains 5 to 5000 ppm of carbon. By containing carbon, the ceramic substrate can be blackened, and radiant heat can be sufficiently utilized when used as a ceramic heater. The carbon may be amorphous or crystalline. When amorphous carbon is used, a decrease in volume resistivity at high temperatures can be prevented, and when crystalline one is used,
This is because a decrease in thermal conductivity at a high temperature can be prevented. Therefore, depending on the application, both crystalline carbon and amorphous carbon may be used in combination. Further, the content of carbon is more preferably 50 to 2000 ppm. When carbon is contained in the ceramic substrate,
The brightness is N based on the value of JIS Z 8721.
It is desirable that carbon be contained so as to be 4 or less. This is because a material having such a lightness is excellent in radiant heat and concealing property. Here, the lightness N is 0 for an ideal black lightness, 10 for an ideal white lightness, and a perception of the brightness of the color between these black lightness and white lightness. Each color is divided into 10 so as to have a uniform rate, and is displayed with symbols N0 to N10. The actual measurement of lightness is N0
The comparison is made with the color chart corresponding to .about.N10. In this case, the first decimal place is 0 or 5. In the ceramic substrate of the present invention, in addition to placing the silicon wafer in contact with the wafer mounting surface of the ceramic substrate, the silicon wafer is supported by support pins or the like, and the silicon wafer is connected to the ceramic substrate as shown in FIG. In some cases, a certain interval is maintained. In FIG. 4, the support pins 7 are inserted through the through holes 8 to hold the silicon wafer 9. By moving the support pins 7 up and down, it is possible to receive the silicon wafer 9 from the transfer machine, place the silicon wafer 9 on a ceramic substrate, and heat the silicon wafer 9 while supporting the silicon wafer 9 on pins (not shown). A heating element 2 is formed on the bottom surface of the ceramic substrate, and a metal coating layer is provided on the surface of the heating element 2. A bottomed hole is provided, into which a thermocouple is inserted. In this embodiment, the heating element is formed on the surface of the ceramic substrate, and can adjust the resistance value or blow a cooling gas at the time of cooling, thereby enabling rapid cooling. Further, since the entire region in the thickness direction of the ceramic substrate can be used as a heat diffusion plate, the ceramic substrate can be made thinner and the heat capacity can be made smaller than in the case where a heating element is provided inside, so that rapid temperature rise and fall are possible. The silicon wafer 9 is heated on the wafer heating surface side opposite to the heating element formation surface. Next, a method for manufacturing the ceramic heater 100 according to the present invention will be described. In the following description, the process conditions are merely examples, and are not limited to this embodiment. Therefore, the process conditions are set with appropriate changes depending on the size of the sample, the throughput, and the like.

【0023】まず、窒化アルミニウム粉末(平均粒径
1.1μm)100重量部、イットリア(平均粒径0.
4μm)4重量部、アクリル系樹脂バインダ12重量
部、及び、アルコールを混合混練したのち、スプレード
ライヤ法によって顆粒状粉末とした。また、炭化珪素を
使用する場合も炭化珪素粉末(平均粒径1.0μm)1
00重量部、Cまたは0.5重量部、アクリル系
樹脂バインダ12重量部、及び、アルコールを混合混練
したのち、スプレードライヤ法によって顆粒状粉末とし
た。なお、後述する試験例等でアルミナを使用している
が、この場合はアルミナ粉末(平均粒径1.0μm)
と、アクリル系樹脂バインダ12重量部、及び、アルコ
ールを混合混練したのち、スプレードライヤ法によって
顆粒状粉末とした。
First, 100 parts by weight of aluminum nitride powder (average particle size: 1.1 μm) and yttria (average particle size: 0.1 μm) were used.
4 μm) 4 parts by weight, 12 parts by weight of an acrylic resin binder, and alcohol were mixed and kneaded, and then granulated by a spray dryer method. Also, when using silicon carbide, silicon carbide powder (average particle size: 1.0 μm)
After mixing and kneading 00 parts by weight, 0.5 parts by weight of C or B 4 C, 12 parts by weight of an acrylic resin binder, and alcohol, a granular powder was obtained by a spray dryer method. In addition, although alumina is used in a test example and the like described below, in this case, alumina powder (average particle size: 1.0 μm)
And 12 parts by weight of an acrylic resin binder and alcohol were mixed and kneaded, and then a granular powder was formed by a spray dryer method.

【0024】次に、この顆粒状粉末を成形用金型に投入
し、平板状に成形して生成形体を得た。この生成形体
に、半導体ウエハ支持ピンを挿入するための貫通孔と、
熱電対を埋め込むための凹部とをドリル加工によって穿
設した。
Next, the granular powder was charged into a molding die and molded into a flat plate to obtain a formed product. A through hole for inserting a semiconductor wafer support pin into the formed form;
A recess for embedding a thermocouple was formed by drilling.

【0025】前記貫通孔及び凹部を穿設した生成形体を
約1800℃、圧力200kg/ccmでホットプレ
スし、厚さ3mmの窒化アルミニウムまたは炭化珪素板
状焼結体を得た。これを直径210mmの円板状に切り
出してセラミックヒータ100用のセラミック基板1と
した。このセラミック基板の表面に酸化膜などの絶縁膜
を形成した後、後述する発熱体を印刷することが望まし
い。具体的には、ガラスペーストを塗布して1000℃
以上に加熱して溶融させる方法やセラミック基板の表面
を酸化雰囲気で500〜1000℃で焼成する方法があ
る。特に炭化物セラミックの場合は、純度が低い場合電
気的導電性があるため、絶縁膜の形成が望ましい。絶縁
膜としては、0.1〜1000μmがよい。
The formed body in which the through holes and the recesses were formed was hot-pressed at about 1800 ° C. and a pressure of 200 kg / ccm 2 to obtain a 3 mm-thick aluminum nitride or silicon carbide plate-like sintered body. This was cut out into a disk shape having a diameter of 210 mm to obtain a ceramic substrate 1 for the ceramic heater 100. After forming an insulating film such as an oxide film on the surface of the ceramic substrate, it is desirable to print a heating element described later. Specifically, a glass paste is applied and 1000 ° C.
There is a method of melting by heating and a method of baking the surface of the ceramic substrate at 500 to 1000 ° C. in an oxidizing atmosphere as described above. In particular, in the case of carbide ceramics, if the purity is low, there is electrical conductivity, so it is desirable to form an insulating film. The thickness of the insulating film is preferably 0.1 to 1000 μm.

【0026】このセラミック基板1に、図1に示したパ
ターン状に発熱体パターン2を配設するようにスクリー
ン印刷法により導電ペーストを印刷した。ここで用いた
導電ペーストは、徳力化学研究所製のソルベストPS6
03D(商品名)であり、この導電ペーストは、酸化
鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素、及びアルミナの混
合物からなる金属酸化物(重量比は、この順に、5/5
5/10/25/10)を銀の量に対して7.5重量%
含有する、いわゆる鉛含有銀ペーストである。ちなみに
銀の平均粒径は4.5μmであり、形状は鱗片状のもの
が主体であった。
A conductive paste was printed on the ceramic substrate 1 by a screen printing method so that the heating element patterns 2 were arranged in the pattern shown in FIG. The conductive paste used here was Solvest PS6 manufactured by Tokuriki Chemical Laboratory.
03D (trade name), and the conductive paste is a metal oxide composed of a mixture of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide, and alumina (the weight ratio is 5/5 in this order).
5/10/25/10) 7.5% by weight based on the amount of silver
It is a so-called lead-containing silver paste. Incidentally, the average particle size of silver was 4.5 μm, and the shape was mainly flake-like.

【0027】このように導電ペーストを印刷したセラミ
ック基板を780℃で加熱焼成して導電ペースト中の銀
や鉛を焼結させるとともに、セラミック基板に焼き付け
た。このとき、鉛含有銀焼結体による発熱体パターン
は、その厚さが約5μm、幅2.4mm、面積抵抗が
7.7mΩ/□であった。発熱体パターンは、外周寄り
端縁部位にアールを描きながら屈曲するパターンを有す
る。アールの曲率半径は、0.1mm〜20mmが望ま
しい。小さすぎると直角になり、大きすぎると発熱体パ
ターン密度を高くできないからである。なお、曲率半径
は、発熱体パターンの中心線(図3の符号L)で定義す
る。
The ceramic substrate on which the conductive paste was printed was heated and fired at 780 ° C. to sinter silver and lead in the conductive paste, and baked on the ceramic substrate. At this time, the heating element pattern made of the lead-containing silver sintered body had a thickness of about 5 μm, a width of 2.4 mm, and a sheet resistance of 7.7 mΩ / □. The heating element pattern has a pattern that bends while drawing a radius at an edge portion near the outer periphery. The radius of curvature of the radius is desirably 0.1 mm to 20 mm. If it is too small, it becomes a right angle, and if it is too large, the heating element pattern density cannot be increased. The radius of curvature is defined by the center line (L in FIG. 3) of the heating element pattern.

【0028】次に、それぞれ1リットルあたりの濃度
が、硫酸ニッケル80g/l、次亜燐酸ナトリウム24
g/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の濃度の各水溶液を含有して
なる無電解ニッケルメッキ浴に前記セラミック基板を浸
漬して前記鉛含有銀焼結体の表面に厚さ約1μmのニッ
ケルの金属層を析出させて発熱体パターンを形成した。
Next, the concentration per liter was 80 g / l of nickel sulfate and 24 g of sodium hypophosphite.
g / l, sodium acetate 12 g / l, boric acid 8 g / l,
The ceramic substrate is immersed in an electroless nickel plating bath containing an aqueous solution having a concentration of 6 g / l ammonium chloride to deposit a nickel metal layer having a thickness of about 1 μm on the surface of the lead-containing silver sintered body. Thus, a heating element pattern was formed.

【0029】図1(a)に示したように、発熱体パター
ン2,31,31aは、セラミック基板1上に、同図に
示すような所定のパターン状に形成し、形成した状態で
焼成して金属微粒子や金属酸化物微粒子同士を互いに融
着させる程度に焼結させて得ることができる。そして、
発熱体パターンの形態は、図1(b)に示したように、
有幅の略直線又は曲線であればよい。従って、幾何学的
に厳密な直線や曲線であることを要しない。
As shown in FIG. 1 (a), the heating element patterns 2, 31, 31a are formed on the ceramic substrate 1 in a predetermined pattern as shown in FIG. Metal particles and metal oxide particles can be sintered to such an extent that they are fused together. And
The form of the heating element pattern is, as shown in FIG.
What is necessary is just a width substantially straight line or curve. Therefore, it does not need to be a geometrically strict straight line or curve.

【0030】最後に、図4に示したように、発熱体パタ
ーン2と電源との接続を確保するための端子ピン3を取
付ける部分にスクリーン印刷法により銀含有鉛半田ペー
スト(田中貴金属工業(株)製)を印刷してはんだ層6
を配設し、さらに、このはんだ層の上にコバール製の端
子ピン3を載置して420℃で加熱リフローし、端子ピ
ン3を発熱体パターン2の表面に取り付けた。
Finally, as shown in FIG. 4, silver-containing lead solder paste (Tanaka Kikinzoku Kogyo Co., Ltd.) is applied by screen printing to a portion where terminal pins 3 for securing the connection between the heating element pattern 2 and the power supply are mounted. )) Printed on the solder layer 6
Further, terminal pins 3 made of Kovar were placed on the solder layer and heated and reflowed at 420 ° C. to attach the terminal pins 3 to the surface of the heating element pattern 2.

【0031】また、温度制御のための熱電対(図示せ
ず)をセラミック基板1に埋め込み、本発明に係るセラ
ミックヒータ100を得た。図4において、符号7は半
導体ウエハ9を支持する支持ピンを示し、支持ピン7
が、セラミック基板1に穿設された貫通孔8に挿通され
ることを示す。そして、発熱体パターン2は所定の抵抗
値を有していることから、発熱体パターン2は、当該発
熱体パターン2に通電するための端子ピン3の取付けら
れる位置から通電され、発熱体パターン2は、ジュール
熱による発熱を生じて半導体ウエハ9を加熱する。
Further, a thermocouple (not shown) for controlling the temperature was embedded in the ceramic substrate 1 to obtain a ceramic heater 100 according to the present invention. 4, reference numeral 7 denotes a support pin for supporting the semiconductor wafer 9;
Is inserted through the through-hole 8 formed in the ceramic substrate 1. Since the heating element pattern 2 has a predetermined resistance value, the heating element pattern 2 is energized from a position where a terminal pin 3 for energizing the heating element pattern 2 is attached. Generates heat by Joule heat and heats the semiconductor wafer 9.

【0032】さらに発熱体が内部に形成されたセラミッ
クヒータ(図9)の製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing a ceramic heater (FIG. 9) having a heating element formed therein will be described.

【0033】(1)まず、窒化物セラミックまたは炭化
物セラミックのセラミックの粉体をバインダおよび溶剤
と混合してグリーンシートを得る。前述したセラミック
粉体としては、例えば、窒化アルミニウムなどを使用す
ることができ、必要に応じて、イットリアなどの焼結助
剤などを加えてもよい。焼結助材は、0.1〜10重量
%で調整できる。また、セラミック粉の平均粒子径は、
0.1〜10μmである。また、バインダとしては、ア
クリル系バインダ、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。これらを混合して得られるペーストをドクターブレ
ード法でシート状に成形してグリーンシートを作製す
る。なお、アルミナ粉末でも同様の条件で製造できる。
グリーンシートに、必要に応じてシリコンウエハの支持
ピンを挿通する貫通孔や熱電対を埋め込む凹部を設けて
おくことができる。貫通孔や凹部は、パンングなどで形
成することができる。グリーンシートの厚さは、0.1
〜5mm程度が好ましい。次に、グリーンシートに抵抗
発熱体となる導体ペーストを印刷する。印刷は、グリー
ンシートの収縮率を考慮して所望のアスペクト比が得ら
れるように行う。これらの導電性ペースト中に含まれる
導電性セラミック粒子としては、タングステンまたはモ
リブデンの炭化物が最適である。酸化しにくく、熱伝導
率が低下しにくいからである。また、金属粒子として
は、例えば、タングステン、モリブデン、白金、ニッケ
ルなどを使用することができる。導電性セラミック粒
子、金属粒子の平均粒子径は0.1〜5μmが好まし
い。これらの粒子は、大きすぎても小さすぎても導体用
ペーストを印刷しにくいからである。このようなペース
トとしては、金属粒子または導電性セラミック粒子85
〜97重量部、アクリル系、エチルセルロース、ブチル
セロソルブおよび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、α−テル
ピネオール、グリコール、エチルアルコールおよびブタ
ノールから選ばれる少なくとも1種の溶媒を1.5〜1
0重量部混合して調製した導体用ぺーストが最適であ
る。さらに、パンチング等で形成した孔に、導体用ペー
ストを充填してスルーホール印刷体を得る。次に、印刷
体を有するグリーンシートと、印刷体を有さないグリー
ンシートとを積層する。抵抗発熱体形成側に印刷体を有
さないグリーンシートを積層するのは、スルーホールの
端面が露出して、抵抗発熱体形成の焼成の際に酸化して
しまうことを防止するためである。もしスルーホールの
端面が露出したまま、抵抗発熱体形成の焼成を行うので
あれば、ニッケルなどの酸化しにくい金属をスパッタリ
ングする必要があり、さらに好ましくは、Au−Niの
金ろうで被覆してもよい。
(1) First, a ceramic powder of a nitride ceramic or a carbide ceramic is mixed with a binder and a solvent to obtain a green sheet. As the above-mentioned ceramic powder, for example, aluminum nitride or the like can be used, and a sintering aid such as yttria may be added as necessary. The sintering aid can be adjusted at 0.1 to 10% by weight. The average particle size of the ceramic powder is
0.1 to 10 μm. The binder is preferably at least one selected from an acrylic binder, ethyl cellulose, butyl cellosolve, and polyvinyl alcohol. Further, as the solvent, at least one selected from α-terpineol and glycol is desirable. A paste obtained by mixing these is shaped into a sheet by a doctor blade method to produce a green sheet. Note that alumina powder can be produced under the same conditions.
The green sheet may be provided with a through hole for inserting a support pin of the silicon wafer and a concave portion for burying a thermocouple as needed. The through holes and the concave portions can be formed by panning or the like. The thickness of the green sheet is 0.1
About 5 mm is preferable. Next, a conductor paste to be a resistance heating element is printed on the green sheet. Printing is performed so as to obtain a desired aspect ratio in consideration of the shrinkage ratio of the green sheet. As the conductive ceramic particles contained in these conductive pastes, carbides of tungsten or molybdenum are most suitable. This is because it is hard to be oxidized and the thermal conductivity is hard to decrease. Further, as the metal particles, for example, tungsten, molybdenum, platinum, nickel and the like can be used. The average particle diameter of the conductive ceramic particles and the metal particles is preferably 0.1 to 5 μm. This is because it is difficult to print the conductor paste when these particles are too large or too small. As such a paste, metal particles or conductive ceramic particles 85 may be used.
To 97 parts by weight, 1.5 to 10 parts by weight of at least one kind of binder selected from acrylic, ethyl cellulose, butyl cellosolve and polyvinyl alcohol, and at least one kind of solvent selected from α-terpineol, glycol, ethyl alcohol and butanol. 0.5-1
The paste for conductor prepared by mixing 0 parts by weight is most suitable. Further, a conductor paste is filled into the holes formed by punching or the like to obtain a through-hole print. Next, a green sheet having a printed body and a green sheet having no printed body are laminated. The reason why the green sheet having no printed body is laminated on the side where the resistance heating element is formed is to prevent the end face of the through hole from being exposed and being oxidized during firing for forming the resistance heating element. If baking for forming the resistance heating element is performed while the end face of the through hole is exposed, it is necessary to sputter a metal that is difficult to oxidize, such as nickel, and more preferably to coat it with Au-Ni gold solder. Is also good.

【0034】(2)次に、積層体の加熱および加圧を行
い、グリーンシートおよび導体ペーストを一体的に焼結
させる。加熱温度は、1000〜2000℃、加圧は1
00〜200kg/cm が好ましく、これらの加熱
および加圧は、不活性ガス雰囲気下で行う。不活性ガス
としては、アルゴン、窒素などを使用することができ
る。
(2) Next, the laminate is heated and pressurized to integrally sinter the green sheet and the conductive paste. Heating temperature is 1000-2000 ° C, pressurization is 1
Preferably 00~200kg / cm 2, these heat and pressure are carried out in an inert gas atmosphere. As the inert gas, argon, nitrogen, or the like can be used.

【0035】(3)次に、外部端子接続のための袋孔を
設ける。袋孔の内壁は、その少なくともその一部が導電
化され、導電化された内壁は、抵抗発熱体5等と接続さ
れていることが望ましい(図9(b))。
(3) Next, a blind hole for connecting an external terminal is provided. At least a part of the inner wall of the blind hole is preferably made conductive, and the conductive inner wall is preferably connected to the resistance heating element 5 or the like (FIG. 9B).

【0036】(4)最後に、袋孔に金ろうを介して外部
端子を設ける。さらに、必要に応じて、有底孔を設け、
その内部に熱電対を埋め込むことができる。半田は銀−
鉛、鉛−スズ、ビスマス−スズなどの合金を使用するこ
とができる。なお、半田層の厚さは、0.1〜50μm
が望ましい。半田による接続を確保するに充分な範囲だ
からである。このような方法で図9(a)に示すセラミ
ックヒータ200を製造できる。このセラミックヒータ
200は、抵抗発熱体20がセラミック基板10内部に
セラミック基板10と一体的に形成されており、抵抗発
熱体20の周囲はセラミック基板10と完全に接触して
いる。このため、熱が均一に伝達する。このセラミック
基板10の加熱面10a側にはウエハ9が直接載置また
は離間支持ピンSPを介して一定の距離離間(5〜50
00μm)離間して配置されて加熱される。発熱体20
は、開口によりセラミック基板から露出される。発熱体
20には、スルーホールSが接続している。また、スル
ーホールSは、導電化された孔の内壁40と接続し、さ
らに内壁40は金ろう50を介してピン30と接続す
る。セラミック基板には支持ピン(リフターピン)80
を挿通する貫通孔70が形成されている。
(4) Finally, an external terminal is provided in the blind hole via a brazing filler metal. Furthermore, if necessary, a bottomed hole is provided,
A thermocouple can be embedded therein. Solder is silver-
Alloys such as lead, lead-tin and bismuth-tin can be used. Note that the thickness of the solder layer is 0.1 to 50 μm.
Is desirable. This is because the range is sufficient to secure the connection by soldering. With such a method, the ceramic heater 200 shown in FIG. 9A can be manufactured. In the ceramic heater 200, the resistance heating element 20 is formed integrally with the ceramic substrate 10 inside the ceramic substrate 10, and the periphery of the resistance heating element 20 is completely in contact with the ceramic substrate 10. Therefore, heat is transmitted uniformly. The wafer 9 is directly placed on the heating surface 10a side of the ceramic substrate 10 or is separated by a predetermined distance (5 to 50) via the separation support pin SP.
00 [mu] m) spaced apart and heated. Heating element 20
Is exposed from the ceramic substrate by the opening. The heating element 20 is connected to a through hole S. The through hole S is connected to the inner wall 40 of the hole that has been made conductive, and the inner wall 40 is connected to the pin 30 via the gold solder 50. Support pins (lifter pins) 80 on the ceramic substrate
Is formed.

【0037】(評価試験)本発明品として、窒化アルミ
ニウムと炭化珪素セラミックで発熱体パターンが表面に
形成されたもので、それぞれ屈曲パターンの曲率を変え
たものを4種類づつ製造し、これをそれぞれ実施例1〜
8とした。また、窒化アルミニウムセラミック、炭化珪
素セラミックで発熱体パターンが内部に形成されたもの
で、屈曲パターンの曲率を変えたものを4種類づつ製造
し、これをそれぞれ実施例9〜16とした。また、比較
品として、図6のような略直角の屈曲パターンを持つ発
熱体パターンを表面および内部に持つセラミックヒータ
を窒化アルミニウムと炭化珪素でそれぞれ製造し、比較
例1〜4とした。また、別の比較品として窒化アルミニ
ウムと炭化珪素のセラミックヒータで曲率半径25mm
のアールを持つパターンを表面および内部に形成し試験
例1〜4とした。さらに、発熱体パターンが表面および
内部に形成されたアルミナ基板を使用したセラミックヒ
ータを製造し、試験例5〜16とした。さらに、四角形
状のセラミックヒータを窒化アルミニウムセラミックと
炭化珪素セラミックで製造し(いずれも表面にパターン
形成)比較例5、6とし、300℃まで昇温して四隅の
温度と中心の温度差を測定した。評価試験に際しては、
実施例、比較例それぞれについて、電圧を印加して30
0℃まで加熱し、JIS−C−1602(1980)K
型熱電対で、屈曲パターンの屈曲部付近の温度と渦巻き
パターン近傍の温度とを測定し、その差を調べた。また
300℃までの昇温時間を測定した。その結果を表1に
示す。また、セラミックヒータを200℃まで昇温し、
これを水中に投下して屈曲部にクラックが進展するか否
か調べた。
(Evaluation Test) As the product of the present invention, four types of aluminum nitride and silicon carbide ceramics each having a heating element pattern formed on the surface and each having a different curvature of the bending pattern were manufactured. Example 1
And 8. Four types of aluminum nitride ceramics and silicon carbide ceramics, each having a heating element pattern formed therein and having different curvatures of the bending pattern, were manufactured, and these were named Examples 9 to 16, respectively. As comparative products, ceramic heaters having a heating element pattern having a substantially right-angled bent pattern as shown in FIG. 6 on the surface and inside were manufactured using aluminum nitride and silicon carbide, respectively, to thereby obtain Comparative Examples 1 to 4. Another comparative product is a ceramic heater of aluminum nitride and silicon carbide having a radius of curvature of 25 mm.
Were formed on the surface and inside, and these were designated as Test Examples 1 to 4. Further, ceramic heaters using an alumina substrate having a heating element pattern formed on the surface and inside were manufactured, and Test Examples 5 to 16 were produced. Furthermore, square ceramic heaters were manufactured from aluminum nitride ceramic and silicon carbide ceramic (both having a pattern formed on the surface). Comparative Examples 5 and 6 were used, and the temperature was raised to 300 ° C. to measure the temperature difference between the four corners and the center. did. During the evaluation test,
For each of the example and the comparative example, a voltage of 30
Heat to 0 ° C, JIS-C-1602 (1980) K
The temperature in the vicinity of the bent portion of the bent pattern and the temperature in the vicinity of the spiral pattern were measured with a thermocouple, and the difference was examined. In addition, the temperature rise time up to 300 ° C. was measured. Table 1 shows the results. Also, the temperature of the ceramic heater was raised to 200 ° C,
This was dropped into water and it was examined whether or not cracks developed in the bent portion.

【0038】[0038]

【表1】 [Table 1]

【0039】この結果から明らかなように、本発明に係
るセラミックヒータによれば、アールを描く屈曲パター
ン付近の温度と渦巻パターン近傍の温度との差は、5℃
以内に収まっているが、比較例として用いたセラミック
ヒータによれば、直角屈曲パターン付近の温度と渦巻パ
ターン近傍の温度との差は、10℃〜15℃となった。
従って、本発明に係るセラミックヒータによれば、セラ
ミック基板の温度の均一化が図られることが判明した。
この結果によれば、上記構成を備えたセラミックヒータ
の場合には、曲率半径は、1〜15mm程度が最適であ
る。また、実施例では熱衝撃試験でもクラックは発生し
なかったのに対して比較例では、クラックが見られた。
さらに、以下の内容が考察される。曲率半径は、20m
mを越えると、逆に温度差が大きくなる。これは、パタ
ーン形成密度が下がるためである。従って、曲率半径
は、0.1〜20mmの範囲で本発明の効果が顕著であ
る。また、この効果はアルミナよりも窒化アルミニウム
や炭化珪素で著しい。これは、窒化アルミニウムや炭化
珪素の方が温度追従性に優れている(つまり昇温時間が
短い)分発熱量のバラツキに敏感なためである。
As is apparent from the results, according to the ceramic heater according to the present invention, the difference between the temperature near the bent pattern in which the radius is drawn and the temperature near the spiral pattern is 5 ° C.
However, according to the ceramic heater used as the comparative example, the difference between the temperature near the right-angled bent pattern and the temperature near the spiral pattern was 10 ° C to 15 ° C.
Therefore, according to the ceramic heater according to the present invention, it has been found that the temperature of the ceramic substrate can be made uniform.
According to this result, in the case of the ceramic heater having the above configuration, the radius of curvature is optimally about 1 to 15 mm. In addition, cracks did not occur in the thermal shock test in the examples, whereas cracks were observed in the comparative examples.
In addition, the following is considered. The radius of curvature is 20m
If m is exceeded, the temperature difference will increase. This is because the pattern formation density decreases. Therefore, the effect of the present invention is remarkable when the radius of curvature is in the range of 0.1 to 20 mm. This effect is more remarkable in aluminum nitride and silicon carbide than in alumina. This is because aluminum nitride and silicon carbide are more excellent in temperature follow-up (that is, shorter in temperature rise time) and are more sensitive to variations in the amount of generated heat.

【0040】以上本発明の一実施の形態について説明し
たが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでは
ない。
Although the embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment.

【0041】なお、本発明に係る半導体製造・検査装置
セラミックヒータは、そのセラミック基板に電極を埋
設すれば静電チャックとして使用することができる。ま
た、本発明に係る半導体製造・検査装置用セラミックヒ
ータは、そのセラミック基板の表面に導体層を、内部に
電極を埋設すればウエハプローバとして使用することが
できる。
The semiconductor manufacturing / inspection apparatus according to the present invention
The ceramic heater for use can be used as an electrostatic chuck if electrodes are embedded in the ceramic substrate. Further, the ceramic heater for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus according to the present invention can be used as a wafer prober by embedding a conductor layer on the surface of the ceramic substrate and burying electrodes inside.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明に係る半導体製造・検査装置用
ラミックヒータは、円板形状のセラミック基板の表面に
発熱体パターンが形成されてなり、その発熱体パターン
形成面の反対側のウエハ加熱面で半導体ウエハを加熱す
るセラミックヒータであって、前記セラミック基板の直
径が200mm以上であり、前記セラミックは、窒化物
セラミック、炭化物セラミックの単独または2種以上か
らなるとともに、外周寄り端縁部に屈曲パターンを配置
してなり、前記屈曲パターンは、曲率半径0.1から2
0mmのアールを描いて屈曲する屈曲部を有するもので
あるから、良好なパターン形成密度が得られるととも
に、温度追従性に優れたものとなり、前記屈曲部に温度
低下部分が発生せず温度の均一性に優れたものとなる。
According to the present invention, a ceramic heater for a semiconductor manufacturing / inspection apparatus is provided on a surface of a disk-shaped ceramic substrate.
A heating element pattern is formed, and the heating element pattern
Heat the semiconductor wafer on the wafer heating surface opposite to the forming surface
A ceramic heater, wherein
The diameter is 200 mm or more, and the ceramic is a nitride
Ceramic or carbide ceramic alone or two or more
And a bending pattern on the outer edge
The bending pattern has a radius of curvature of 0.1 to 2
With a bend that bends by drawing a 0mm radius
Good pattern formation density can be obtained
In addition, the temperature followability is excellent, and the temperature lowering portion does not occur in the bent portion, and the temperature uniformity is excellent.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)は、本発明の一実施の形態に係るセラミ
ックヒータの主要部分を示した平面図、(b)は、
(a)の点線囲の部分拡大図である。
FIG. 1A is a plan view showing a main part of a ceramic heater according to an embodiment of the present invention, and FIG.
It is the elements on larger scale of the dotted line surrounding of (a).

【図2】本発明の一実施の形態に係るセラミックヒータ
の発熱体パターンの例を示した平面図である。
FIG. 2 is a plan view showing an example of a heating element pattern of the ceramic heater according to one embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施の形態に係るセラミックヒータ
の発熱体パターンの一部を拡大して示した部分拡大図で
ある。
FIG. 3 is an enlarged partial view showing a part of a heating element pattern of the ceramic heater according to one embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施の形態に係るセラミックヒータ
の構造を示した部分断面図である。
FIG. 4 is a partial sectional view showing a structure of a ceramic heater according to one embodiment of the present invention.

【図5】従来のセラミックヒータの発熱体パターンの一
部を拡大して示した部分拡大図である。
FIG. 5 is a partially enlarged view showing a part of a heating element pattern of a conventional ceramic heater in an enlarged manner.

【図6】比較例として用いたセラミックヒータの主要部
分を示した平面図である。
FIG. 6 is a plan view showing a main part of a ceramic heater used as a comparative example.

【図7】四角形状のセラミックヒータの図面代用写真で
ある。
FIG. 7 is a drawing substitute photograph of a square ceramic heater.

【図8】サーモビュアの図面代用写真である。FIG. 8 is a drawing substitute photograph of a thermoviewer.

【図9】(a)(b)発熱体が内部に一体的に形成され
た場合の構成を示した図である。
FIGS. 9A and 9B are diagrams showing a configuration in a case where a heating element is integrally formed therein.

【符号の説明】 100 セラミックヒータ 1 セラミック基板 2,31,31a 発熱体パターン[Description of Signs] 100 Ceramic heater 1 Ceramic substrate 2, 31, 31a Heating element pattern

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05B 3/18 H05B 3/20 393 3/20 393 H01L 21/30 567 Fターム(参考) 3K034 AA03 AA04 AA10 AA16 AA21 AA22 AA34 BA06 BB06 BC12 BC16 BC17 JA10 3K092 PP20 QA05 QB04 QB44 QB45 QB76 RF03 RF11 RF17 RF26 RF27 TT30 VV22 5E033 BB02 BB06 BD02 5F046 KA04 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H05B 3/18 H05B 3/20 393 3/20 393 H01L 21/30 567 F term (Reference) 3K034 AA03 AA04 AA10 AA16 AA21 AA22 AA34 BA06 BB06 BC12 BC16 BC17 JA10 3K092 PP20 QA05 QB04 QB44 QB45 QB76 RF03 RF11 RF17 RF26 RF27 TT30 VV22 5E033 BB02 BB06 BD02 5F046 KA04

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 円板形状のセラミック基板の表面に発熱
体パターンが形成されてなるセラミックヒータであっ
て、前記セラミックは、窒化物セラミック、炭化物セラミッ
クの単独または2種以上からなり、 前記発熱体パターンは、アールを描いて屈曲する屈曲部
を有することを特徴とするセラミックヒータ。
1. A ceramic heater in which a heating element pattern is formed on a surface of a disk-shaped ceramic substrate, wherein the ceramic is a nitride ceramic or a carbide ceramic.
A ceramic heater , wherein the heating element pattern comprises a single or two or more types, and the heating element pattern has a bent portion that bends in a curved manner.
【請求項2】 円板形状のセラミック基板の内部に発熱
体パターンが形成されてなるセラミックヒータであっ
て、前記セラミックは、窒化物セラミック、炭化物セラミッ
クの単独または2種以上からなり、 前記発熱体パターンとセラミック基板は、一体的に形成
されてなるとともに、 前記発熱体パターンは、アールを描いて屈曲する屈曲部
を有することを特徴とするセラミックヒータ。
2. A ceramic heater in which a heating element pattern is formed inside a disk-shaped ceramic substrate, wherein the ceramic is a nitride ceramic or a carbide ceramic.
The heating element pattern and the ceramic substrate are integrally formed.
The ceramic heater is characterized in that the heating element pattern has a bent portion that bends in a curved manner.
【請求項3】 円板形状のセラミック基板の表面に発熱
体パターンが形成されてなるセラミックヒータであっ
て、 前記発熱体パターンは、アールを描いて屈曲する屈曲部
を有し、その曲率半径は、0.1〜20mmであること
を特徴とするセラミックヒータ。
3. A ceramic heater in which a heating element pattern is formed on a surface of a disk-shaped ceramic substrate, wherein the heating element pattern has a bent portion which bends in a radius, and has a radius of curvature. , 0.1-20 mm.
【請求項4】 円板形状のセラミック基板の内部に発熱
体パターンが一体的に形成されてなるセラミックヒータ
であって、 前記発熱体パターンは、アールを描いて屈曲する屈曲部
を有し、その曲率半径は、0.1〜20mmであること
を特徴とするセラミックヒータ。
4. A ceramic heater in which a heating element pattern is integrally formed inside a disk-shaped ceramic substrate, wherein the heating element pattern has a bent portion which bends in a curved manner. A ceramic heater having a radius of curvature of 0.1 to 20 mm.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6806443B2 (en) 2002-04-24 2004-10-19 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Ceramic susceptor
US7417206B2 (en) 2004-10-28 2008-08-26 Kyocera Corporation Heater, wafer heating apparatus and method for manufacturing heater
JP2016129183A (en) * 2015-01-09 2016-07-14 住友大阪セメント株式会社 Electrostatic chuck device

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