DE60022495T2

DE60022495T2 - Keramischer heizer.

Info

Publication number: DE60022495T2
Application number: DE60022495T
Authority: DE
Inventors: Yasutaka Ibi-gun ITO; Yasuji Ibi-gun HIRAMATSU
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2020-08-02
Also published as: TW480895B; ATE304279T1; US6710307B2; EP1185145A1; EP1185145A4; DE60022495D1; US20020158061A1; EP1185145B1; US6465763B1; EP1437917A1; JP2001118664A; US6861620B2; WO2001011923A1; US20040045951A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen keramischen Heizer, der in der Halbleiter-Industrie und hauptsächlich zum Erhitzen eines Halbleiter-Wafers verwendet wird.
Stand der Technik
Ein Halbleiter-Produkt wird im Wege des Schritts, dass ein lichtempfindliches Harz als Ätzresist auf einem Halbleiter-Wafer ausgebildet wird und der Halbleiter-Wafer einem Ätzen unterzogen wird, und ähnlichen Schritten hergestellt.
Dieses lichtempfindliche Harz ist flüssig und wird auf einer Oberfläche des Halbleiter-Wafers unter Verwendung einer Spinnbeschichtungsvorrichtung oder dergleichen aufgebracht. Um das Lösungsmittel und dergleichen nach der Aufbringung zu zerstreuen muss das Harz getrocknet werden. Daher wird der der Aufbringung unterzogene Halbleiter-Wafer auf einen Heizer gelegt und erhitzt.
Bisher wurde daher als Heizer, der aus Metall hergestellt war und für einen solchen Zwecken verwendet wurde, ein Heizer verwendet, bei dem Heizelemente an der Rückseite einer Aluminiumplatte angeordnet sind.
Jedoch weist ein solcher aus Metall hergestellter Heizer die nachfolgend angegebenen Probleme auf.
Zunächst muss die Dicke des Heizers etwa 15 mm dick betragen, da der Heizer aus Metall hergestellt ist. Der Grund hierfür besteht darin, dass eine Verwerfung, eine Verformung usw. in einer dünnen Metallplatte infolge der Wärmeausdehnung, die sich aus dem Erhitzen ergibt, erzeugt wird, sodass ein Halbleiter-Wafer, der auf die Metallplatte gelegt wird, beschädigt oder schräg gestellt wird. Wenn jedoch die Dicke des Heizers dick ausgebildet wird, treten Probleme auf wie die, dass der Heizer schwer und sperrig wird.
Die Heiztemperatur wird durch Veränderung der Spannung oder Stromstärke geregelt, die an den Heizelementen angelegt wird. Wenn jedoch die Metallplatte dick ist, folgt die Temperatur der Heizerplatte nicht sofort der Änderung der Spannung oder Stromstärke. Dies verursacht das Problem, dass die Temperatur nicht leicht geregelt werden kann.
Daher sind, wie in der japanischen Kokai Veröffentlichung Hei 9-306 642, der japanischen Kokai Veröffentlichung Hei 4-324 276, der japanischen Kokai Veröffentlichung Hei 7-280 462, in der Beschreibung des US-Patents Nr. 5 643 483 usw. beschrieben ist, keramische Heizer vorgeschlagen, bei denen AIN, das eine nicht-oxidierte Keramik mit großer Wärmeleitfähigkeit und großer Festigkeit ist, als Substrat verwendet wird und bei denen Heizelemente an einer Oberfläche dieses AIN-Substrats oder innerhalb des AIN-Substrats ausgebildet sind.
Üblicherweise wird ein solcher keramischer Heizer verwendet, der über einen Dichtungsring in ein Lagergehäuse eingepasst ist.
JP 10-87 382 und EP 0 506 391 A1 offenbaren ein korrosionsbeständiges Element eines keramischen Heizers, bei dem ein Keramiksubstrat verwendet wird.
JP 10-104 184 offenbart einen keramischen Sensor, der ein Keramiksubstrat und einen Heizer umfasst.
JP 11-40 330 offenbart einen Heizer, der ein Keramiksubstrat und ein Heizelement umfasst.
US 5,665,260 offenbart ein keramisches, elektrostatisches Spannfutter, das umfasst: ein Lagerungssubstrat mit zwei einander entgegengesetzten Oberflächen, eine Elektrodenschicht, eine Wärmeerzeugungsschicht und eine Abdeckschicht.
Abriss der Erfindung
Bei von den Erfindern durchgeführten Versuchen ist jedoch das unerwartete Problem aufgetreten, dass Bereiche ungleichmäßiger Temperatur im Umfang einer einen Wafer erhitzenden Fläche eines solchen keramischen Heizers ausgebildet wurden.
Insbesondere entstand dann, wenn ein Keramiksubstrat abgelegt wurde, ohne in das Gehäuse eingepasst zu werden, auch das Problem, dass die Seitenfläche des Keramiksubstrats freigelegt war, sodass kleine von Keramikkörnern stammende Partikel von der Seitenfäche herunter fielen.
Man geht davon aus, dass das Problem der Ungleichmäßigkeit der Temperatur in der einen Wafer erhitzenden Fläche mit der Berührungsfläche zwischen der Seitenfläche und dem Dichtungsring zusammenhängt. Es wird angenommen, dass dann, wenn die Oberflächenrauigkeit der Seitenfläche zu klein gemacht wird, der Berührungsbereich groß wird, sodass Wärme durch den Dichtungsring geleitet wird und ein Bereich niedriger Temperatur im Umfang des keramischen Heizers erzeugt wird.
Daher haben die Erfinder eifrige Untersuchungen zu den Problemen des Standes der Technik durchgeführt. Als Ergebnis haben die Erfinder gefunden, dass dann, wenn ein Keramiksubstrat durch einen Dichtungsring hindurch eingepasst wird, der Berührungsbereich zwischen dem Keramiksubstrat und dem Dichtungsring zu einer Punktberührung gemacht werden kann, indem die Seitenfläche des Keramiksubstrats rau gemacht wird, damit sie eine Rauigkeit innerhalb eines bestimmten Bereich besitzt, sodass die Temperatur des Keramiksubstrats gleichmäßig gemacht werden kann.
Die Erfinder haben auch das nachfolgende gefunden. Wenn die Oberflächenrauigkeit der Seitenfläche zu groß ist, zeigt dann, wenn die Seitenfläche des Keramiksubstrats ohne Berührung mit dem Dichtungsring exponiert ist, die Seitenfläche eine Wirkung ähnlich einer Wärme abstrahlenden Rippe, sodass Bereiche ungleichmäßiger Temperatur im Umfang ausgebildet werden und auch kleine Partikel erzeugt werden. Wenn die Oberflächenrauigkeit innerhalb eines bestimmten Bereichs eingestellt wird, kann ein solches Problem überwunden werden. Als Ergebnis ist die vorliegende Erfindung geschaffen worden.
Das heißt, der keramische Heizer der vorliegenden Erfindung ist ein keramischer Heizer wie in Anspruch 1 beschrieben.
Gemäß dem keramischen Heizer der vorliegenden Erfindung ist dessen Seitenfläche rau ausgebildet, damit sie eine Rauigkeit innerhalb eines bestimmten Bereichs besitzt. Daher ist dann, wenn das Keramiksubstrat in ein Lagergehäuse eingepasst ist, die Berührung der Seitenfläche des Keramiksubstrats mit dem Lagergehäuse zu einer Punktberührung gemacht. Daher ist die Leitung von Wärme vom keramischen Heizer an das Lagergehäuse unterdrückt, sodass die Temperatur des Keramiksubstrats gleichmäßig gemacht werden kann.
Wenn die Oberflächenrauigkeit der Seitenfläche zu groß ist, tritt eine Wirkung ähnlich derjenigen einer Wärme abstrahlenden Rippe sogar dann auf, wenn das Substrat den Dichtungsring berührt. Daher wird Wärme abgestrahlt, sodass ein Bereich niedriger Temperatur im Umfangsbereich des Keramiksubstrats erzeugt wird. Wenn andererseits die Oberflächenrauigkeit zu klein ist, wird die Berührungsfläche mit dem Dichtungsring groß. Auch bleibt sogar dann, wenn der Dichtungsring nicht vorhanden ist, Luft, die die Seitenflächen berührt, nicht dort. Daher wird die Menge der Wärmeab strahlung vergrößert, sodass ein Bereich niedriger Temperatur in dem Umfangsbereich des Keramiksubstrats erzeugt wird.
Kurz gesagt, haben die Erfinder herausgefunden, dass es einen besonderen Bereich der Rauigkeit der Seitenfläche eines Keramiksubstrats zur Verringerung der Menge der Wärmeabstrahlung gibt. Bei der vorliegenden Erfindung wird dann, wenn die Temperaturdifferenz zwischen der höchsten Temperatur und der niedrigsten Temperatur der Heizfläche des Keramiksubstrats etwa 0,5 °C bei 180 °C, etwa 8 °C (2%) bei 400 °C und etwa 20 °C (4%) bei 500 °C misst, das Keramiksubstrat als brauchbar betrachtet. Um die oben angegebenen Bereiche der Temperaturdifferenz zu erreichen, sollte die Oberflächenrauigkeit Rmax der Seitenfläche des Keramiksubstrats zu 0,1 bis 200 μm und erwünschtermaßen zu 0,5 bis 200 μm gewählt werden.
Das oben angegebene Keramiksubstrat besitzt eine hohe Wärmeleitfähigkeit, kann bewirken, dass die Oberflächentemperatur der Heizerplatte einer Änderung der Temperatur des Heizelements sofort folgt, und kann die Temperatur seiner einen Wafer erhitzenden Fläche zufrieden stellend regeln. Weiter besitzt das Keramiksubstrat eine hohe mechanische Festigkeit. Daher verwirft sich die Heizerplatte nicht, sodass ein Halbleiter-Wafer, der darauf abgelegt wird, nicht beschädigt wird.
Bei dem keramischen Heizer der vorliegenden Erfindung ist das Keramiksubstrat erwünschtermaßen in ein Lagergehäuse eingepasst und erwünschtermaßen aus Nitridkeramik, Karbidkeramik oder Oxidkeramik hergestellt.
Der keramische Heizer dient erwünschtermaßen zum Erhitzen eines Halbleiter-Wafers, und die Dicke des Keramiksubstrats ist erwünschtermaßen größer als 1,5 mm.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht der unteren Oberfläche, die schematisch ein Beispiel des keramischen Heizers der vorliegenden Erfindung zum Erhitzen eines Halbleiter-Wafers zeigt.
2 ist ein Schnitt, der einen Teil des einen Halbleiter-Wafer erhitzenden keramischen Heizers, der in 1 dargestellt ist, zeigt.
3 ist ein Schnitt, der schematisch ein Lagergehäuse zeigt, in dem der keramische Heizer zum Erhitzen eines Halbleiters eingebaut ist.

10: keramischer Heizer
11: Heizerplatte
11a: einen Wafer erhitzende Fläche
11b: untere Oberfläche
11c: Seitenfläche
12: Heizelement
12a: Metallabdeckschicht
13: äußerer Anschluss
14: Sackloch
15: Durchgangsloch
16: Hubstift
19: Halbleiter-Wafer

Detaillierte Offenbarung der Erfindung
Der keramische Heizer der vorliegenden Erfindung ist ein keramischer Heizer, bei dem ein Heizelement an einer Oberfläche eines Keramiksubstrats oder innerhalb des desselben angeordnet ist, wobei die Oberflächenrauigkeit Rmax der Seitenfläche des Keramiksubstrats zwischen 0,1 und 200 μm gemäß JIS B 0601 liegt.
1 ist ein Grundriss, der schematisch ein Beispiel des keramischen Heizers der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist ein vergrößerter Teil-Schnitt, der schematisch einen Teil hiervon zeigt.
Ein aus einer Keramik hergestelltes Substrat 11 (das nachfolgend als Heizerplatte bezeichnet werden kann) ist zu einer Scheibenform ausgebildet. Heizelemente 12 sind in einem Muster konzentrischer Kreise an der unteren Oberfläche der Heizerplatte 11 zum Erhitzen eines zu erhitzenden Gegenstands in einer solchen Weise ausgebildet, dass die Temperatur an der einen Wafer erhitzenden Fläche 11b der Heizerplatte 11 gleichmäßig wird.
Bei diesen Heizelementen 12 sind zwei konzentrische Kreise nahe beieinander, als ein Satz zu einer Leitung verbunden. Äußere Anschlüsse 13, die Eingangs/Ausgangs-Anschlüsse sind, sind mit beiden Enden über eine Metall-Abdeckschicht 12a angeschlossen. Durchgangslöcher 12, in die Hubstifte 16 zum Transport eines Halbleiter-Wafers 19 usw. eingesetzt sind, sind in Bereichen in der Nähe des Zentrums ausgebildet. Sacklöcher 14, in die Temperaturmesselemente eingepasst sind, sind ebenfalls gebildet.
Bei dem in 1 und 2 dargestellten keramischen Heizer 10 sind die Heizelemente 12 an der unteren Oberfläche der Heizerplatte 11 angeordnet, sie können aber auch im Inneren der Heizerplatte 11 angeordnet sein.
Nachfolgend werden Elemente, die den keramischen Heizer der vorliegenden Erfindung bilden, usw. beschrieben.
Bei dem keramischen Heizer 10 der vorliegenden Erfindung wird eine Nitridkeramik, eine Carbidkeramik oder eine Oxidkeramik als Material der Heizerplatte verwendet. Dies beruht auf dem nachfolgend angegebenen Grund. Die Keramik weist einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als Metalle auf. Daher wird sogar dann, wenn die Keramik dünn ausgebildet ist, die Keramik durch Erhitzen nicht verworfen oder verwölbt. Als Folge kann die Heizerplatte 11 dünn und leicht ausgebildet werden.
Da die Wärmeleitfähigkeit der Heizerplatte 11 hoch ist und die Heizerplatte selbst dünn ist, folgt die Oberflächentemperatur der Heizerplatte 11 einer Änderung der Temperatur der Heizelemente sofort. Mit anderen Worten kann die Oberflächentemperatur der Heizerplatte 11 durch Änderung der Spannung oder Stromstärke zur Änderung der Temperatur der Heizelemente zufrieden stellend geregelt werden. Die oben angegebenen Eigenschaften des keramischen Heizers sind besonders überlegen, wenn eine Nitridkeramik als Material für die Heizerplatte verwendet wird.
Beispiele der Nitridkeramik umfassen Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Bornitrid und Titannitrid. Beispiele der Carbidkeramik umfassen Siliciumcarbid, Titancarbid und Borcarbid. Beispiele der Oxidkeramik umfassen Aluminiumoxid, Cordierit, Mullit, Siliciumdioxid und Berriliumoxid. Diese können einzeln oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Von diesen wird Aluminiumnitrid am meisten bevorzugt. Dies beruht darauf, dass die Wärmeleitfähigkeit die höchste ist, das heißt 180 W/m·K.
Die Seitenfläche 11c der Heizerplatte 11 wird einer Aufrauungsbehandlung derart unterzogen, dass die Oberflächenrauigkeit Rmax gemäß JIS B 0601 0,1 bis 200 μm und erwünschtermaßen 0,5 bis 200 μm beträgt, um zu verhindern, dass die Temperatur des Umfangsbereichs der einen Wafer erhitzenden Oberfläche durch Leitung von Wärme von der Seitenfläche 11c der Heizerplatte 11 aus an das Lagergehäuse abnimmt.
Wenn die Oberflächenrauigkeit Rmax geringer als 0,1 ist, verbleibt überhaupt keine Luft in der Nähe des Seitenflächenbereichs, wenn der Seitenflächenbereich freigelegt ist. Frischluft wird sukzessive mit der Seitenfläche in Berührung gebracht, sodass Wärme durch die Luft aufgenommen wird. Daher neigt die Temperatur zur Abnahme. Wenn die Seitenfläche einen Dichtungsring berührt, wird der Berührungsbereich mit dem Dichtungsring groß, sodass Wärme durch den Dichtungsring hindurch geleitet wird. Daher neigt die Temperatur zur Abnahme. Sogar dann, wenn Rmax kleiner als 0,5 μm ist, gibt es einen Fall, bei dem Wärme leicht von der Seitenfläche der Heizerplatte zum Dichtungsring geleitet wird, sodass nicht leicht verhindert wird, dass die Temperatur des Umfangsbereichs der einen Wafer erhitzenden Fläche abnimmt, da die Berührung mit dem Dichtungsring im Wesentlichen eine Flächenberührung ist.
Andererseits wird dann, wenn Rmax der Oberflächenrauigkeit größer als 200 μm ist, die Aufrauungsbehandlung selbst schwierig, und ferner wird die Größe der Wärmeabstrahlung durch eine solche Wirkung wie diejenige einer Wärme abstrahlenden Rippe vergrößert. Als eine Folge wird es ebenso schwierig, zu verhindern, dass die Temperatur des Umfangsbereichs abnimmt.
Kurz gesagt kann verhindert werden, dass die Temperatur des Umfangsbereichs abnimmt, indem Rmax auf 0,1 bis 200 μm und erwünschtermaßen auf 0,5 bis 200 μm ohne Rücksicht darauf eingestellt wird, ob sich die Heizerplatte und der Dichtungsring gegenseitig berühren oder nicht.
Die Einstellung der Oberflächenrauigkeit auf Rmax = 200 μm oder kleiner macht es möglich, zu verhindern, dass Keramikkörner herunterfallen, wodurch die Bildung von kleinen Partikeln überwunden wird, und macht es auch möglich, zu verhindern, dass Risse im Keramiksubstrat infolge der Temperaturdifferenz zwischen dem Umfang und dem Innenbereich des Substrats gebildet werden, wenn die Temperatur des Keramiksubstrats schnell zunimmt.
Die Oberflächenrauigkeit betreffend ist es optimal, dass Rmax 1 bis 20 μm beträgt. Der Grund hierfür besteht darin, dass verhindert wird, dass Körner von der aufgerauten Oberfläche herunterfallen und kleine Partikel bilden.
Beispiele des Verfahrens der Aufrauungsbehandlung sind nicht besonders eingeschränkt und umfassen das Sandstrahlen, bei dem Körner, die beispielsweise aus Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid und SiC hergestellt sind, auf die Seitenfläche geblasen werden.
Es ist auch zulässig, ein Verfahren zum Polieren der Seitenfläche mit einem Diamantschleifstein #50 bis #800 oder ein Verfahren zum Polieren der Seitenfläche mit einer Diamantaufschlämmung und danach zum Durchführen des Sandstrahlens zu verwenden.
Die Dicke der Heizerplatte 11 in dem keramischen Heizer misst vorzugsweise 0,5 bis 25 mm. Wenn die Dicke dünner als 0,5 mm ist, ist die Festigkeit herabgesetzt, sodass die Heizerplatte leicht beschädigt wird. Wenn die Dicke dicker als 25 mm ist, ist die Möglichkeit der Temperaturverfolgung herabgesetzt. Die Dicke misst stärker bevorzugt mehr als 1,5 und nicht mehr als 5 mm. Wenn die Dicke dicker als 5 mm ist, wird Wärme nicht leicht geleitet, sodass die Tendenz besteht, dass die Heizeffizienz beeinträchtigt ist. Wenn andererseits die Dicke 1,5 mm oder weniger misst, ist der Seitenflächenbereich selbst klein, sodass das Problem einer Abnahme der Temperatur des Umfangs des keramischen Heizers nicht leicht auftritt. Auch kann die Festigkeit abnehmen, sodass der Heizer beschädigt werden kann.
Die japanische Kokai Veröffentlichung Hei 2000-21 961 offenbart ein elektrostatisches Spannfutter mit einer gegebenen Oberflächenrauigkeit seiner Seitenfläche, betrifft jedoch keinen keramischen Heizer.
Der Durchmesser des Keramiksubstrats bei dem keramischen Heizer der vorliegenden Erfindung misst erwünschtermaßen mehr als 150 mm und insbesondere bevorzugt 200 mm oder mehr. Der Grund hierfür besteht darin, dass die Abnahme der Temperatur des Umfangs erheblicher ist, da ein solcher Durchmesser größer ist.
Bei dem keramischen Heizer der vorliegenden Erfindung kann ein Halbleiter-Wafer auf der Wafer-Ablagefläche des Keramiksubstrats in einem Zustand abgelegt werden, dass sie einander berühren. Darüber hinaus kann ein Halbleiter-Wafer über Lagerstifte gelagert sein, um so den Wafer in dem Zustand zu halten, dass ein gegebener Abstand zwischen dem Wafer und dem Keramiksubstrat aufrechterhalten wird. Auch kann nach der Ausbildung von Durchgangslöchern im Keramiksubstrat ein Wafer durch Einsetzen von Hubstiften in diese Durchgangslöcher gehalten werden. Durch aufwärts und abwärts gerichtetes Bewegen der Hubstifte ist es möglich, den Wafer von einem Träger aus aufzunehmen, den Wafer auf dem Keramiksubstrat abzulegen oder den Wafer in dem Zustand, in dem der Wafer gelagert ist, zu erhitzen.
Das an der Oberfläche des Keramiksubstrats oder im Inneren des Keramiksubstrats ausgebildete Heizelement 12 ist erwünschtermaßen in zwei oder mehr Schaltkreise aufgeteilt. Durch die Aufteilung in die Schaltkreise kann der in die jeweiligen Schaltkreise eingeleitete elektrische Strom zur Änderung der Wärmemenge geregelt werden. Auf diese Weise kann die Temperatur der Heizfläche für den Halbleiter-Wafer eingestellt werden.
Beispiele des Musters der Heizelemente 12 umfassen konzentrische Kreise, eine Spirale, exzentrische Kreise und eine gebogene Linie. Konzentrische Kreise wie in 1 dargestellt werden bevorzugt, da die Temperatur der gesamten Heizerplatte gleichmäßig gemacht werden kann.
Wenn die Heizelemente 12 an der Oberfläche der Heizerplatte 11 ausgebildet sind, wird das nachfolgend angegebene Verfahren bevorzugt: ein Verfahren zum Aufbringen einer einen Leiter enthaltenden Paste, die Metallpartikel enthält, auf der Oberfläche der Heizerplatte 11, um eine einen Leiter enthaltende Pastenschicht mit einem gegebenen Muster auszubilden, und Brennen derselben, um die Metallpartikel auf der Oberfläche der Heizerplatte 11 zu sintern. Wenn die Metallpartikel geschmolzen sind und aneinander haften und weiter beim Sintern des Metalls die Metallpartikel und die Keramik geschmolzen sind und aneinander haften, ist das Sintern zufriedenstellend.
Wenn die Heizelemente an der Oberfläche der Heizerplatte angeordnet sind, befindet sich deren Heizfläche an derjenigen Seite, die der Oberfläche gegenüberliegt, an der das Heizelement ausgebildet ist. Der Grund hierfür besteht darin, dass die Gleichmäßigkeit der Temperatur der Heizfläche verbessert ist, da die Heizerplatte die Wärme verteilt.
Wenn die Heizelemente an der Oberfläche der Heizerplatte 11 ausgebildet sind, misst die Dicke der Heizelemente vorzugsweise 1 bis 30 μm und stärker bevorzugt 1 bis 10 μm. Wenn die Heizelemente im Inneren der Heizerplatte 11 ausgebildet sind, misst die Dicke vorzugsweise 1 bis 50 μm.
Wenn die Heizelemente an der Oberfläche der Heizerplatte 11 ausgebildet sind, misst die Breite der Heizelemente vorzugsweise 0,1 bis 20 mm und weiter bevorzugt 0,1 bis 5 mm. Wenn die Heizelemente im Inneren der Heizerplatte 11 ausgebildet sind, misst die Breite der Heizelemente vorzugsweise 5 bis 20 μm.
Die Ohmwerte der Heizelemente 12 können in Abhängigkeit von ihrer Breite und Dicke verändert werden, jedoch sind die oben angegebenen Bereiche die praktikabelsten. Die Ohmwerte werden größer, wenn die Heizelemente dünner und schmaler werden. Die Dicke und die Breite der Heizelemente 12 werden größer, wenn die Heizelemente 12 im Inneren der Heizerplatte 11 ausgebildet werden. Wenn jedoch die Heizelemente 12 im Inneren ausgebildet werden, wird der Abstand zwischen der Heizfläche und den Heizelementen 12 kurz, sodass die Gleichmäßigkeit der Temperatur an der Oberfläche abnimmt. Daher ist es notwendig, die Breite der Heizelemente selbst breit auszubilden. Auch ist es, wenn die Heizelemente 12 im Inneren ausgebildet sind, nicht notwendig, die Haftung an irgendeiner Keramik, beispielsweise Nitridkeramik, zu berücksichtigen. Daher ist es möglich, ein Metall mit hohem Schmelzpunkt, beispielsweise Wolfram oder Molybdän oder ein Carbid von Wolfram, Molybdän und dergleichen, zu verwenden, sodass die Ohmwerte hoch gemacht werden können. Aus diesen Gründen kann die Dicke selbst groß gemacht werden, um eine Trennung des Drahts usw. zu verhindern. Es ist daher erwünscht, dass die Heizelemente 12 so ausgebildet sind, dass sie die oben angegebene Dicke und Breite aufweisen.
Die Querschnittgestalt der Heizelemente 12 kann rechteckig oder elliptisch sein und ist bevorzugt flach. Die flache Querschnittgestalt macht es möglich, Wärme leichter in Richtung zu der einen Wafer erhitzenden Fläche abstrahlen. Daher wird eine Temperaturverteilung in der Heizfläche nicht leicht erzeugt.
Das Seitenverhältnis (Breite des Heizelemente/Dicke des Heizelemente) des Querschnitts liegt erwünschtermaßen zwischen 10 und 5000.
Seine Einstellung in diesem Bereich macht es möglich, den Ohmwert der Heizelemente 12 zu erhöhen und die Gleichmäßigkeit der Temperatur in der Heizfläche aufrechtzuerhalten.
Wenn die Dicke der Heizelemente 12 konstant gemacht wird, wird die Größe der Wärmeleitung in Richtung zu der einen Wafer erhitzenden Fläche der Heizerplatte 11 klein, wenn das Seitenverhältnis kleiner als der oben angegebene Bereich ist. Daher wird eine Wärmeverteilung ähnlich wie das Muster der Heizelemente 12 in der Heizfläche erzeugt. Wenn andererseits das Seitenverhältnis groß ist, wird die Temperatur der Bereiche genau oberhalb der Mittellinien jedes Heizelements 12 hoch, sodass eine Wärmeverteilung ähnlich wie das Muster der Heizelemente 12 in der Heizfläche erzeugt wird. Entsprechend liegt dann, wenn die Temperaturverteilung betrachtet wird, das Seitenverhältnis des Querschnitts vorzugsweise zwischen 10 und 5000.
Wenn die Heizelemente 12 an der Oberfläche der Heizerplatte 11 ausgebildet sind, liegt das Seitenverhältnis erwünschtermaßen zwischen 10 und 200. Wenn die Heizelemente 12 im Inneren der Heizerplatte 11 ausgebildet sind, liegt das Seitenverhältnis erwünschtermaßen zwischen 200 und 5000.
Das Seitenverhältnis sollte dann größer sein, wenn die Heizelemente 12 im Inneren der Heizerplatte 11 ausgebildet sind. Dies beruht auf dem nachfolgend angegebenen Grund. Wenn die Heizelemente 12 im Inneren ausgebildet sind, wird der Abstand zwischen der Heizfläche und den Heizelementen 12 kurz, sodass die Gleichmäßigkeit der Temperatur in der Oberfläche abnimmt. Daher ist es notwendig, die Heizelemente 12 selbst flach auszubilden.
Die Position, an der die Heizelemente 12 mit Abweichung im Inneren der Heizerplatte 11 ausgebildet sind, ist erwünschtermaßen eine Position in der Nähe der Oberfläche (unteren Oberfläche), die die Oberfläche ist, die der Heizfläche der Heizerplatte 11 gegenüberliegt, und innerhalb des Bereichs von 50% bis 99% des Abstandes von der Heizfläche zur unteren Oberfläche.
Wenn der Wert, der den Bereich bildet, 50% misst oder kleiner ist, ist die Position zu nahe bei der Heizfläche, sodass eine Temperatur-Verteilung verursacht wird. Im Gegensatz hierzu verwirft sich, wenn der Wert größer 99% ist, die Heizerplatte 11 selbst, was einen Halbleiter-Wafer beschädigt.
Wenn die Heizelemente 12 im Inneren der Heizerplatte 11 angeordnet sind, können mehrere Schichten zur Ausbildung des Heizelements ausgebildet sein. In diesem Fall befinden sich die Muster der jeweiligen Schichten erwünschtermaßen in dem Zustand, dass die Heizelemente 12 an irgendeiner Schicht so ausgebildet sind, dass sie komplementär zueinander sind und bei Betrachtung von einer Position oberhalb der einen Wafer erhitzenden Fläche irgendeines der Muster in irgendeinem Bereich ausgebildet ist. Ein bevorzugtes Beispiel einer solchen Struktur ist eine Struktur mit einer versetzten Anordnung.
Es ist zulässig, dass die Heizelemente 12 im Inneren der Heizerplatte 11 angeordnet sind und dass ein Teil der Heizelemente 12 freigelegt ist.
Für die einen Leiter enthaltende Paste gibt es keine besondere Einschränkung und wird eine Paste bevorzugt, die nicht nur Metallpartikel oder eine leitfähige Keramik zur Aufrechterhaltung der elektrischen Leitfähigkeit, sondern auch ein Harz, ein Lösungsmittel, ein Verdickungsmittel usw. umfasst.
Beispiele der Metallpartikel umfassen ein Edelmetall (Gold, Silber, Platin und Palladium), Blei, Wolfram, Molybdän, Nickel und dergleichen. Diese können einzeln oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden. Diese Metalle werden nicht relativ leicht oxidiert und besitzen einen Ohmwert, der zur Erzeugung von Wärme ausreicht.
Beispiele der leitfähigen Keramik umfassen Carbide von Wolfram und Molybdän. Diese können einzeln oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Der Partikeldurchmesser dieser Metallpartikel der leitfähigen Keramik misst vorzugsweise 0,1 bis 100 μm. Wenn der Partikeldurchmesser zu fein ist, d.h. kleiner als 0,1 μm ist, werden sie leicht oxidiert. Wenn andererseits der Partikeldurchmesser größer als 100 μm ist, werden sie nicht leicht gesintert, sodass der Ohmwert groß wird.
Die Gestalt der Metallpartikel ist kugelförmig oder schuppenförmig. Wenn diese Metallpartikel verwendet werden, können sie eine Mischung von kugelförmigen Partikeln und schuppenförmigen Partikeln sein.
Wenn die Metallpartikel schuppenförmig oder eine Mischung von kugelförmigen Partikeln und schuppenförmigen Partikeln sind, werden leicht Metalloxide zwischen den Metallpartikeln zurückgehalten, und ist die Haftung zwischen den Heizelementen 12 und der Keramik, beispielsweise einer Nitridkeramik, gesichert. Weiter kann der Ohmwert groß gemacht werden. Daher ist dieser Fall vorteilhaft.
Beispiele des Harzes, das in der einen Leiter enthaltenden Paste verwendet wird, umfassen Epoxyharze und Phenolharze. Ein Beispiel des Lösungsmittels ist Isopropylakohol. Ein Beispiel des Verdickungsmittels ist Cellulose.
Es ist erwünscht, ein Metalloxid den Metallpartikeln in der einen Leiter enthaltenden Paste hinzuzufügen und ein Heizelement 12 zu erhalten, das ein gesintertes Produkt der Metallpartikel mit dem Metalloxid ist. Durch Sintern des Metalloxids zusammen mit den Metallpartikeln kann die Keramik, beispielsweise eine Nitridkeramik, die die Heizerplatte bildet, dicht an den Metallpartikeln zur Anhaftung gebracht werden.
Der Grund, warum das Anhaften an der Keramik, beispielsweise einer Nitridkeramik, durch Mischung des Metalloxids verbessert wird, ist unklar, könnte jedoch auf folgendem beruhen. Die Oberfläche der Metallpartikel oder die Oberfläche der Keramik, beispielsweise einer Nitridkeramik, wird etwas oxidiert, sodass ein oxidierter Film gebildet wird. Stücke dieses oxidierten Films werden gesintert und über das Metalloxid miteinander integriert, sodass die Metallpartikel und die Keramik, beispielsweise eine Nitridkeramik, eng miteinander zur Haftung gebracht werden. Wenn die die Heizerplatte bildende Keramik eine Oxidkeramik ist, besteht die Oberfläche selbstverständlich aus dem Oxid, sodass eine leitfähige Schicht mit einer überlegenen Haftung ausgebildet werden kann.
Ein bevorzugtes Beispiel des Oxids ist mindestens ein solches ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Bleioxid, Zinkoxid, Siliciumdioxid, Boroxid (B₂O₃), Aluminiumoxid, Yttriumoxid und Titanoxid.
Diese Oxide machen es möglich, die Haftung zwischen den Metallpartikeln und der Keramik, beispielsweise einer Nitridkeramik, ohne Erhöhung des Ohmwertes der Heizelemente 12 zu verbessern.
Wenn die Gesamtmenge der Metalloxide zu 100 Gew.-Teilen gewählt wird, ist das Gewichtsverhältnis von Bleioxid, Zinkoxid, Siliciumdioxid, Boroxid (B₂O₃), Aluminiumoxid, Yttriumoxid und Titanoxid folgendes: Bleioxid: 1 bis 10, Siliciumdioxid: 1 bis 30, Boroxid (B₂O₃): 5 bis 50, Zinkoxid: 20 bis 70, Aluminiumoxid: 1 bis 10, Yttriumoxid: 1 bis 50 und Titanoxid: 1 bis 50. Das Verhältnis wird bevorzugt in einem solchen Bereich eingestellt, dass die Gesamtmenge nicht größer als 100 Gew.-Teile ist.
Durch Einstellen der Mengen dieser Oxide innerhalb dieser Bereiche kann das Haften an der Keramik, beispielsweise einer Nitridkeramik, besonders verbessert werden.
Die Zugabemenge der Metalloxide zu den Metallpartikeln ist vorzugsweise größer als 0,1 Gew.-% und kleiner als 10 Gew.-%. Der spezifische Flächenwiderstand liegt, wenn die einen Leiter enthaltende Paste mit einer Konfiguration zur Ausbildung der Heizelemente 12 verwendet wird, vorzugsweise zwischen 1 und 45 mΩ/❒.
Wenn der Bereich des spezifischen Flächenwiderstands oberhalb von 45 mΩ/❒ liegt, wird der Heizwert gegenüber einer angelegten Spannung zu groß, sodass in der Heizerplatte 11, bei der die Heizelemente 12 an deren Umfang vorgesehen sind, deren Heizwert nicht leicht geregelt wird. Wenn die Zugabemenge der Metalloxide 10 oder mehr Gew.-% ausmacht, übersteigt der spezifische Flächenwiderstand 50 mΩ/❒, sodass der Heizwert zu groß wird. Daher wird die Temperaturregelung nicht leicht durchgeführt, sodass die Gleichmäßigkeit der Temperaturverteilung abnimmt.
Wenn die Heizelemente 12 an der Oberfläche der Heizerplatte 11 ausgebildet werden, wird eine Metall-Abdeckschicht 12a vorzugsweise an der Oberfläche der Heizelemente 12 ausgebildet. Die Metall-Abdeckschicht verhindert eine Änderung des Ohmwertes aufgrund der Oxidation des Produkts aus gesintertem inneren Metall. Die Dicke der gebildeten Metall-Abdeckschicht 12a liegt vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 μm.
Für das bei der Bildung der Metall-Abdeckschicht 12a verwendete Metall gibt es keine besondere Einschränkung, wenn das Metall ein Metall ist, das kaum oxidiert. Spezifische Beispiele dafür umfassen Gold, Silber, Palladium, Platin und Nickel. Diese können einzeln oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden. Von diesen Metallen wird Nickel bevorzugt.
Der Grund hierfür besteht darin, dass bei dem Heizelement 12 ein Anschluss zu seiner Verbindung mit einer Stromquelle notwendig ist. Dieser Anschluss ist am Heizelement 12 über ein Lötmittel befestigt. Nickel verhindert, dass sich das Lötmittel thermisch ausbreitet. Ein Beispiel des Anschlusses ist aus Kovar hergestellt.
Wenn die Heizelemente 12 im Inneren der Heizerplatte 11 ausgebildet sind, ist keine Beschichtung notwendig, da die Oberfläche der Heizelemente 12 nicht oxidiert. Wenn die Heizelemente 12 im Inneren der Heizerplatte 11 ausgebildet sind, kann ein Teil der Heizelemente in der Oberfläche freigelegt sein. Ein plattiertes Durchgangsloch für das Anschließen der Heizelemente 12 kann in einem Bereich für den Anschluss hergestellt sein, und ein äußerer Anschluss kann an diesem plattierten Durchgangsloch angeschlossen und befestigt sein.
Wenn der äußere Anschluss 13 angeschlossen wird, kann eine Legierung, beispielsweise Silber-Blei, Blei-Zinn oder Wismut-Zinn als Lötmittel verwendet werden. Die Dicke der Lötmittelschicht liegt erwünschtermaßen zwischen 0,1 und 50 μm. Der Grund hierfür besteht darin, dass dieser Bereich ein Bereich ist, der für die Aufrechterhaltung der Verbindung durch das Lötmittel ausreicht.
Wie in 2 dargestellt ist, ist das Durchgangsloch 15 in der Heizerplatte 11 ausgebildet, und ist der Hubstift 16 in das Durchgangsloch 15 eingesetzt, um es möglich zu machen, einen Halbleiter-Wafer an einen nicht dargestellten Träger zu übergeben oder den Halbleiter-Wafer vom Träger aus aufzunehmen.
In vielen Fällen ist der wie oben beschrieben hergestellte keramische Heizer üblicherweise in einem Lagergehäuse eingesetzt, wenn er verwendet wird. 3 ist ein Schnitt, der schematisch den Zustand zeigt, bei dem der keramische Heizer in das Lagergehäuse eingepasst ist.
Das Lagergehäuse 30 ist hauptsächlich aus einem dünnen Metallmaterial hergestellt, weist eine zylindrische Struktur mit einem Boden und einen flachen, plattenförmigen Bodenteil 31 auf. Der obere Endbereich des Zylinders ist nach innen umgefaltet, um einen Randbereich 36 zu bilden. Ein Dichtungsring 37 ist am Randbereich 36 abgelegt und an diesem befestigt. Ein scheibenförmiger keramischer Heizer 20 ist in diesen Dichtungsring 37 eingepasst.
Der Bodenteil des keramischen Heizers 20 ist mit Heizelementen 22 ausgestattet, und Durchgangslöcher 25 sind im Zentrum ausgebildet. In den Durchgangslöchern 25 sind Hubstifte zur Lagerung eines Halbleiter-Wafers, der auf dem keramischen Heizer 20 abgelegt ist, und zur Bewegung des Wafers nach oben und nach unten eingesetzt.
Der Bodenteil 31 des Lagergehäuses 30 ist mit Stift-Einsetzhülsen 32, in denen die Hubstifte eingesetzt sind, die in den Durchgangslöchern 15 im keramischen Heizer 20 eingesetzt sind, und mit einem Kühlmitteleinlass 33 und einem Kühlmittelauslass 34 zum Zuführen bzw. Abführen des Kühlmittels und dergleichen ausgestattet. Weiter ist der Bodenteil 31 mit einer Dichtungspackung 39 ausgestattet, durch die Litzen 38 von äußeren Anschlüssen 23, die an den Enden der Heizelemente 22 angeschlossen sind, hinurchgeführt sind.
Das Lagergehäuse 30 weist eine luftdichte Struktur auf, um es möglich zu machen, Kühlmittel in dem Zustand der Zusammenfügung mit dem keramischen Heizer 20 durch den Dichtungsring 37 hindurch zuzuführen. Das Lagergehäuse 30 wird üblicherweise keiner besonderen Behandlung unterzogen.
Nachfolgend wird das Verfahren für die Herstellung eines keramischen Heizers der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Die nachfolgende Beschreibung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kerami schen Heizers (s. 1 und 2), bei dem Heizelemente an der unteren Oberfläche der Heizerplatte 11 ausgebildet sind.
(1) Schritt der Herstellung der Heizerplatte
Falls notwendig werden eine Sintererungshilfe, beispielsweise Yttriumoxid (Y₂O₃), eine Verbindung, die Na und Ca enthält, ein Bindemittel usw. mit Keramikpulver, das aus dem oben angegebenen Aluminiumnitrid oder dergleichen hergestellt wird, gemischt, um eine Aufschlämmung herzustellen. Danach wird diese Aufschlämmung im Wege des Sprühtrocknens oder dergleichen zu einer Granulatform ausgebildet. Das Granulat wird in eine Form eingebracht und gepresst, um zu einer Plattenform oder dergleichen Form geformt zu werden. Auf diese Weise wird ein Rohformkörper (grün) gebildet.
Als Nächstes werden sofern notwendig Bereiche, die Durchgangslöcher sind, in die Hubstifte zur Lagerung eines Halbleiter-Wafers eingesetzt werden, oder Bereiche, die Sacklöcher sind, in die Temperatur-Messelemente, wie Thermoelemente, eingebettet werden, in dem Rohformkörper hergestellt. Die Durchgangslöcher und die Sacklöcher können im Wege der Durchführung einer Bearbeitung an dem gesinterten Körper nach dem Brennen ausgebildet werden.
Als Nächstes wird dieser Rohformkörper zur Sinterung erhitzt und gebrannt. Auf diese Weise wird eine aus Keramik gebildete Platte hergestellt. Danach wird die Platte zu einer bestimmten Gestalt ausgebildet, um die Heizerplatte 11 herzustellen. Die Gestalt nach dem Brennen kann eine solche Gestalt sein, dass das gesinterte Produkt als solches verwendet werden kann. Durch Erhitzen und Brennen des Rohformkörpers unter Druck kann die Heizerplatte 11 ohne Poren hergestellt werden. Es reicht aus, dass das Erhitzen und das Brennen bei Sinterungstemperatur oder höher durchgeführt werden. Beispielsweise liegt die Brenntemperatur für Nitridkeramik bei 1000 bis 2500 °C. Danach wird die Seitenfläche der Heizerplatte 11 einer Aufrauungsbehandlung durch Sandstrahlen oder dergleichen unterzogen. Die Aufrauungsbehandlung kann nicht nur an der Seitenfläche durchgeführt werden, sondern auch am Umfangsbereich der unteren Oberfläche der Heizerplatte 11.
(2) Schritt des Aufdruckens einer einen Leiter enthaltenden Paste auf der Heizerplatte
Eine einen Leiter enthaftende Paste ist im Allgemeinen ein Fluid, das Metallpartikel, ein Harz und ein Lösungsmittel enthält und eine hohe Viskosität aufweist. Diese einen Leiter enthaltende Paste wird in Bereichen, an denen Heizelemente auszubilden sind, im Wege des Siebdruckens oder dergleichen aufgebracht, um eine einen Leiter enthaltende Pastenschicht auszubilden. Da es notwendig ist, dass die Heizelemente die Temperatur der Gesamtheit der Heizerplatte gleichmäßig machen, wird die einen Leiter enthaltende Paste erwünschtermaßen in einem Muster konzentrischer Kreise, wie in 1 dargestellt ist, aufgedruckt.
Die einen Leiter enthaltende Paste wird erwünschtermaßen derart ausgebildet, dass ein Abschnitt der Heizelemente 12, der einem Brennen unterzogen wird, rechteckig oder flach ist.
(3) Brennen der einen Leiter enthaltenden Paste
Die einen Leiter enthaltende Pastenschicht, die auf der unteren Oberfläche der Heizerplatte 11 aufgedruckt wird, wird erhitzt oder gebrannt, um das Harz und das Lösungsmittel zu entfernen und die Metallpartikel zu sintern. Auf diese Weise werden die Metallpartikel auf die untere Oberfläche der Heizerplatte 11 zur Bildung der Heizelemente 12 gebacken und. Die Erhitzung- und Brenntemperatur liegt vorzugsweise bei 500 bis 1000 °C.
Wenn die oben angegebenen Metalloxide der einen Leiter enthaltenden Paste zugegeben werden, werden die Metallpartikel, die Heizerplatte und die Metalloxide gesintert, um gegenseitig integriert zu werden. Auf diese Weise wird die Haftung zwischen den Heizelementen und der Heizerplatte verbessert.
(4) Schritt der Ausbildung der Metallabdeckschicht
Die Metallabdeckschicht 12a wird erwünschtermaßen an der Oberfläche der Heizelemente 12 ausgebildet. Die Metallabdeckschicht 12a kann der durch Elektroplattieren, stromloses Plattieren, Sputtern oder dergleichen ausgebildet werden. Unter dem Gesichtspunkt der Massenproduktivität ist das stromlose Plattieren optimal.
(5) Anbringen von Anschlussstiften usw.
Anschlüsse (äußere Anschlüsse 13) für die Verbindung mit einer Stromquelle werden an den Enden des Musters der Heizelemente 12 mit einem Lötmittel angebracht. Thermoelemente werden an den Sacklöchern 14 mit einem Silber-Lötmittel, Gold-Lötmittel oder dergleichen befestigt. Alternativ wird ein hitzebeständiges Harz, beispielsweise Polyimid, verwendet, oder wird Abdichtungsglas (Glas auf Bleibasis) bei 400 bis 500 °C zur Durchführung einer Abdichtung erhitzt/geschmolzen. Auf diese Weise wird die Herstellung eines keramischen Heizers abgeschlossen.
Danach wird der keramische Heizer an dem Dichtungsring 37 des Lagergehäuses 30, dargestellt in 3, eingepasst und als Heizer verwendet.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung eines keramischen Heizers beschrieben, bei dem die Heizelemente 12 im Inneren der Heizerplatte 11 ausgebildet sind.
(1) Schritt der Herstellung der Heizerplatte
Zuerst wird Keramikpulver, beispielsweise Nitrid, mit einem Bindemittel, einem Lösungsmittel usw. zur Herstellung einer Paste gemischt. Diese wird zur Ausbildung einer Rohtafel verwendet.
Als oben angegebenes Keramikpulver, beispielsweise Nitrid, kann Aluminiumnitrid usw. verwendet werden. Sofern notwendig kann eine Sinterungshilfe, beispielsweise Yttriumoxid oder eine Verbindung, die Na oder Ca enthält, zugegeben werden.
Als Bindemittel ist mindestens eines erwünscht ausgewählt aus Acrylbindemittel, Ethylcellulose, Butylcellosolve und Polyvinylalkohol.
Als Lösungsmittel ist mindestens eines erwünscht ausgewählt aus α-Terpineol und Glycol.
Die durch Mischen derselben erhaltene Paste wird zu einer Tafelform mittels des Abstreifmesserverfahrens zur Bildung einer Rohtafel ausgebildet.
Die Dicke der Rohtafel misst vorzugsweise 0,1 bis 5 mm.
Als Nächstes werden sofern notwendig an der sich ergebenden Rohtafel die nachfolgende Dinge geschaffen: Bereiche, die Durchgangslöcher 15 sind, in die Hubstifte zur Lagerung eines Silicium-Wafers eingesetzt werden, Bereiche, die Sacklöcher sind, in die Thermoelemente eingebettet werden, Bereiche, die plattierte Durchgangslöcher 18 für das Anschließen der Heizelemente an äußeren Anschlüssen sind, und so weiter.
Nachdem eine Rohtafellaminierung, die später beschrieben wird, durchgeführt ist, kann die oben angegebene Verarbeitung durchgeführt werden. Diese Verarbeitung kann auch durchgeführt werden, nachdem der gesinterte Körper erhalten worden ist.
(2) Schritt des Aufdruckens einer einen Leiter enthaltenden Paste auf der Rohtafel
Eine Metallpaste oder eine einen Leiter enthaltenden Paste, die eine leitfähige Keramik enthält, wird zur Ausbildung der Heizelemente auf der Rohtafel aufgedruckt.
Diese einen Leiter enthaltenden Paste enthält die Metallpartikel oder die leitfähigen Keramikpartikel.
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser von Wolframpartikeln oder Molybdänpartikeln misst vorzugsweise 0,1 bis 5 μm. Wenn der durchschnittliche Partikel weniger als 0,1 μm oder mehr als 5 μm misst, wird die einen Leiter enthaltende Paste nicht leicht aufgedruckt.
Eine solche einen Leiter enthaltende Paste kann eine Zusammensetzung (Paste) sein, die durch Mischen beispielsweise von 85 bis 87 Gewichtsteilen Metallpartikeln oder leitfähigen Keramikpartikeln; 1,5 bis 10 Gewichtsteilen mindestens eines Bindemittels ausgewählt aus Acrylbindemitteln, Ethylcellulose, Butylcellosolve und Polyvinylalkohol; und 1,5 bis 10 Gewichtsteilen von mindestens einem Lösungsmittel ausgewählt aus α-Terpineol und Glycol erhalten wird.
(3) Schritt der Laminierung der Rohtafeln
Rohtafeln, auf denen keine einen Leiter enthaltende Paste aufgedruckt ist, werden auf der oberen und der unteren Seite der Rohtafeln auflaminiert, an der die einen Leiter enthaltende Paste aufgedruckt ist.
Dabei wird die Anzahl der auf der oberen Seite auflaminierten Rohtafeln größer als diejenigen der auf der unteren Seite auflaminierten Rohtafeln gemacht, um die Position, an der die Heizelemente ausgebildet werden, in Richtung zu der unteren Oberfläche vorzuspannen.
Insbesondere beträgt die Anzahl der auf der oberen Seite auflaminierten Rohtafeln vorzugsweise 20 bis 50 und diejenigen der auf der unteren Seite auflaminierten Rohtafeln vorzugsweise 5 bis 20.
(4) Schritt des Brennens der Rohtafellaminierung
Die Rohtafellaminierung wird zur Sinterung der Rohtafeln und der den inneren Leiter enthaltenden Paste erhitzt und gepresst.
Die Erhitzungstemperatur liegt vorzugsweise bei 1000 bis 2000 °C, und der Pressdruck misst vorzugsweise 10 bis 20 MPa. Das Erhitzen wird in einer Atmosphäre ei nes Inertgases durchgeführt. Als Inertgases kann Argon, Stickstoff oder dergleichen verwendet werden.
Danach wird die Seitenfläche der Heizerplatte einer Aufrauungsbehandlung, beispielsweise einem Sandstrahlen, unterzogen. Die Aufrauungsbehandlung muss nicht nur an der Seitenfläche, sondern kann auch am Umfangsbereich der unteren Oberfläche der Heizerplatte durchgeführt werden.
Nach der Sinterung können die Sacklöcher, in die Temperaturmesselemente eingesetzt werden, ausgebildet werden. Die Sacklöcher können im Wege einer Strahlbehandlung, beispielsweise Sandstrahlen, nach Polieren der Oberfläche ausgebildet werden. Äußere Anschlüsse 13 werden über eine Lötmittelschicht oder dergleichen an plattierten Durchgangslöchern zum Anschluss des inneren Heizelements angeschlossen, und das sich dann ergebende Teil wird erhitzt, und sein Schmelzen wird zugelassen. Die Erhitzungstemperatur liegt in geeigneter Weise bei 200 bis 500 °C.
Weiter werden Thermoelemente oder dergleichen wie Temperaturmesselemente angebracht und an den Sacklöchern mit einem Silber-Lötmittel, Gold-Lötmittel oder dergleichen befestigt, und dann werden die Löcher mit einem hitzebeständigen Harz, beispielsweise Polyimid, abgedichtet, um die Herstellung des keramischen Heizers abzuschließen.
Danach wird der keramische Heizer am Dichtungsring 37 für das Lagergehäuse 30, dargestellt in 3, angesetzt und als Heizer verwendet.
Der keramische Heizer der vorliegenden Erfindung kann als elektrostatisches Spannfutter verwendet werden, indem elektrostatische Elektroden daran angebracht werden. Der keramische Heizer kann als Wafer-Prüfsonde verwendet werden, indem eine obere leitfähige Spannfutterschicht an seiner Oberfläche ausgebildet wird und indem eine Schutzelektrode und eine Erfindungselektrode im Inneren des Heizers vorsehen werden.
Beste Arten der Ausführung der Erfindung
(Beispiel 1)

(1) Eine Zusammensetzung, hergestellt aus 100 Gewichtsteilen Aluminiumnitridpulver (durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 1,1 μm), 4 Gewichtsteilen Yttriumoxid (durchschnittliche Partikeldurchmesser: 0,4 μm), 12 Gewichtsteilen eines Acrylbindemittels und eines Alkohols wurde einer Sprühtrocknung zur Herstellung von Granu latpulver unterzogen.
(2) Als Nächstes wurde dieses Granulatpulver in eine Form eingebracht und zu einer flachen Plattenform geformt, um einen Rohformkörper (grün) zu erhalten.
(3) Der der oben angegebenen Behandlung unterzogene Rohformkörper wurde bei 1800 °C und einem Druck von 20 MPa heiß gepresst, um eine in Nitridaluminiumplatte mit einer Dicke von 3 mm zu erhalten. Als Nächstes wurde diese Platte zu einer Scheibe mit einem Durchmesser von 210 mm zerschnitten, um eine Platte (Heizerplatte 11) hergestellt aus der Keramik herzustellen. Dieses geformte Produkt wurde zur Herstellung von Bereichen, die die Durchgangslöcher 15 sind, in die Hubstifte eines Halbleiter-Wafers eingesetzt werden, und von Bereichen (Durchmesser: 1,1 mm und Tiefe: 2 mm), die die Sacklöcher 14 sind, in die Thermoelemente eingebettet werden, einer Bohrbearbeitung unterzogen. Die Seitenfläche 11c dieser Heizerplatte 11 wurde einem Sandstrahlen mit Aluminiumoxid mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 5 μm und dergleichen unterzogen, um an der Seitenfläche 11c eine Ungleichmäßigkeit mit Rmax von 7 μm gemäß JIS B 0601 auszubilden. (4) Eine einen Leiter enthaltende Paste wurde auf der Heizerplatte 11, die in Schritt
(3) erhalten wurde, im Wege des Siebdrucks aufgedruckt. Das Muster des Drucks wurde zu einem Muster konzentrischer Kreise, wie in 1 dargestellt, ausgebildet. Die verwendete einen Leiter enthaltende Paste war Solvest PS603D, hergestellt von Tokuriki Kagaku Kenkyu-syo, die verwendet wird, um plattierte Durchgangslöcher in gedruckten Leiterplatten auszubilden. Diese einen Leiter enthaltende Paste war eine Silber-Blei-Paste und enthielt 7,5 Gewichtsteile Metalloxide, die Bleioxid (5 Gew.-%), Zinkoxid (55 Gew.-%), Siliciumdioxid (10 Gew.-%), Boroxid (25 Gew.-%) und Aluminiumoxid (5 Gew.-%) je 100 Gewichtsteile Silber umfassten. Die Silberpartikel besaßen einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 4,5 μm und waren schuppenförmig.
(5) Als Nächstes wurde die Heizerplatte 11, auf der die einen Leiter enthaltende Paste aufgedruckt war, bei 780 °C zur Sinterung des Silbers und des Bleis in der einen Leiter enthaltende Paste und zum Backen auf der Heizerplatte 11 erhitzt und gebrannt. Auf diese Weise wurden die Heizelemente 12 ausgebildet. Die Silber-Blei-Heizelemente besaßen eine Dicke von 5 μm, eine Breite von 2,4 mm und einen spezifischen Flächenwiderstands von 7,7 mΩ/❒.
(6) Die in Schritt (5) gebildete Heizerplatte 11 wurde in ein stromloses Nickelplattierungsbad, das aus einer wässrigen Lösung bestand, die 80 g/L Nickelsulfat, 24 g/L Natriumhypophosphit, 12 g/L Natriumacetat, 8 g/L Borsäure und 6 g/L Ammoniumchlorid enthielt, eingetaucht, um die Metallabdeckschicht (Nickelschicht) 12a mit einer Dicke von 1 μm auf der Oberfläche der Silber-Blei-Heizelemente 12 abzuscheiden.
(7) Im Wege des Siebdruckens wurde eine Silber-Blei-Lötmittelpaste (hergestellt von Tanaka Kikinzoku Kogyo Co.) auf Bereichen, an denen die äußeren Anschlüsse 13 zur Erzielung einer Verbindung mit einer Stromquelle zu befestigen waren, aufgedruckt, um eine Lötmittelschicht auszubilden. Als Nächstes wurden die äußeren Anschlüsse 13, die aus Kovar hergestellt waren, an der Lötmittelschicht angebracht und bei 420 °C erhitzt und schmelzen gelassen, um die äußeren Anschlüsse 13 an der Oberfläche der Heizelemente zu befestigen.
(8) Thermoelemente zur Regelung der Temperatur wurden mit Polyimid abgedichtet, um den keramischen Heizer 10 zu erhalten.

(Beispiele 2 bis 7)
Keramische Heizer wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, dass Bedingungen für die Behandlung der Seitenflächen wie nachfolgend angegeben eingestellt wurden. Tabelle 1, die weiter unten beschriebenen wird, zeigt die Oberflächenrauigkeit Rmax der Seitenflächen.
Beispiel 2: Die Seitenfläche wurde mit einem Diamantschleifstein #200 geschliffen und dann einem Sandstrahlen mit SiC mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 200 μm unterzogen.
Beispiel 3: Die Seitenfläche wurde mit einem Diamantschleifstein #200 geschliffen.
Beispiel 4: Die Seitenfläche wurde mit einem Diamantschleifstein #400 geschliffen.
Beispiel 5: Die Seitenfläche wurde mit einem Diamantschleifstein #800 geschliffen.
Beispiel 6: Die Seitenfläche wurde mit einer Diamantpaste (hergestellt von Maruto Company) mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,5 μm poliert.
Beispiel 7: Die Seitenfläche wurde mit einer Diamantpaste (hergestellt von Maruto Company) mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,25 μm poliert.
(Beispiel 8) Herstellung eines keramischen Heizers hergestellt aus SiC

(1) Eine Zusammensetzung, die aus 100 Gewichtsteilen SiC-Pulver (durchschnittlicher Partikeldurchmesser: 1,1 μm), 0,5 Gewichtsteilen B₄C als Sinterungshilfe, 12 Gewichtsteilen eines Acrylbindemittels und eines Alkohols besteht, wurde einer Sprühtrocknung zur Herstellung eines Granulatpulvers unterzogen.
(2) Als Nächstes wurde dieses Granulatpulver in eine Form verbracht und zu einer flachen Plattenform ausgebildet, um einen Rohformkörper (grün) zu erhalten.
(3) Der Rohformkörper, der der oben angegebenen Bearbeitungsbehandlung unterzogen worden war, wurde bei 1900 °C und einem Druck von 20 MPa heiß-gepresst, um eine SiC-Keramikplatte mit einer Dicke von 3 mm zu erhalten. Als Nächstes wurde diese Platte zu einer Scheibe mit einem Durchmesser von 210 mm zugeschnitten, und ihre Seitenfläche wurde einem Sandstrahlen mit Aluminiumoxid mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 5 μm unterzogen, um ein Keramiksubstrat mit einer Oberflächenrauigkeit Rmax von 7 μm herzustellen.
(4) Eine Glaspaste (hergestellt von Shouei Chemical Products Co., Ltd., G-5177) wurde an den beiden Hauptoberflächen der Heizerplatte aufgebracht, und die Heizerplatte wurde auf 1000 °C zur Bildung eines SiO₂-Films mit einer Dicke von 1 μm erhitzt. Dieses gebildete Produkt wurde einer Bohrbearbeitung unterzogen zur Bildung von Bereichen, die Durchgangslöcher sind, in die Hubstifte eines Silicium-Wafers eingesetzt werden, und von Bereichen (Durchmesser: 1,1 mm und Tiefe: 2 mm), die Sacklöcher sind, in denen Thermoelemente eingebettet werden.
(5) Ein einen Leiter enthaltende Paste wurde auf dem in Schritt (4) erhaltenen Keramiksubstrat im Wege des Siebdrucks aufgedruckt. Das gedruckte Muster wurde zu einem Muster konzentrischer Kreise, wie in 2 dargestellt, ausgebildet. Dir verwendete einen Leiter enthaltende Paste war Solvest PS603D, hergestellt von Tokuriki Kagaku Kenkyu-syo, die zur Ausbildung von plattierten Durchgangslöchern in gedruckten Leiterplatten verwendet wird. Diese einen Leiter enthaltende Paste war eine Silber-Paste, die 7,5 Gewichtsteile Metalloxide bestehend aus Bleioxid (5 Gew.-%), Zinkoxid (55 Gew.-%), Siliciumdioxid (10 Gew.-%), Boroxid (25 Gew.-%) und Aluminiumoxid (5 Gew.-%), je 100 Gewichtsteile Silber enthielt. Die Silberpartikel besaßen einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 4,5 μm und waren schuppenförmig.
(6) Als Nächstes wurde das Keramiksubstrat, auf dem die einen Leiter enthaltende Paste aufgedruckt war, bei 780 °C zur Sinterung des Silbers und des Bleis in der einen Leiter enthaltenden Paste und zu deren Backen auf dem Substrat erhitzt und gebrannt. Auf diese Weise wurden die Heizelemente ausgebildet. Die Silber-Blei-Heizelemente besaßen eine Dicke von 5 μm, eine Breite von 2,4 mm und einen spezifischen Flächenwiderstand von 7,7 mΩ/❒.
(7) Das in Schritt (6) gebildete Substrat 31 wurde in ein stromloses Nickelplattierungsbad, das aus einer wässrigen Lösung bestand, die 80 g/L Nickelsulfat, 24 g/L Natriumhypophosphit, 12 g/L Natriumacetat, 8 g/L Borsäure und 6 g/L Ammoniumchlorid enthielt, eingetaucht, um die Metallabdeckschicht (Nickelschicht) 12a mit einer Dicke von 1 μm auf der Oberfläche der Silber-Blei-Heizelemente 12 abzuscheiden.
(8) Im Wege des Siebdruckens wurde eine Silber-Blei-Lötmittelpaste (hergestellt von Tanaka Kikinzoku Kogyo Co.) auf Bereichen, an denen die äußere Anschlüsse zum Erreichen einer Verbindung mit einer Stromquelle befestigt waren, aufgedruckt, um eine Lötmittelschicht auszubilden. Als Nächstes wurden Anschlussstifte, die aus Kovar hergestellt waren, an der Lötmittelschicht angebracht und auf 420 °C erhitzt und schmelzen gelassen, um die äußeren Anschlüsse 13 an der Oberfläche der Heizelemente zu befestigen.
(9) Thermoelemente zur Regelung der Temperatur wurden in die Sacklöcher 14 eingepasst, und ein keramisches Klebemittel (hergestellt von Toagosei Co. Ltd. Aron ceramic) wurde dort eingebettet, um die Thermoelemente zu befestigen. Auf diese Weise wurde ein keramischer Heizer erhalten. Dieser keramische Heizer wurde derart an einem Lagergehäuse befestigt, dass seine Seitenfläche gegenüber dem oberen Teil des Lagergehäuses freigelegt war.

(Beispiele 9 bis 13)
Keramische Heizer wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 mit der Ausnahme hergestellt, dass Bedingungen für die Behandlung der Seitenflächen wie nachfolgend angegeben eingestellt wurden. Tabelle 1, die weiter unten beschrieben wird, zeigt die Oberflächenrauigkeit Rmax der Seitenflächen.
Beispiel 9: Die Seitenfläche wurde mit einem Diamantschleifstein #200 geschliffen und dann einem Sandstrahlen mit SiC mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 200 μm unterzogen.
Beispiel 10: Die Seitenfläche wurde mit einem Diamantschleifstein #200 geschliffen.
Beispiel 11: Die Seitenfläche wurde mit einem Diamantschleifstein #400 geschliffen.
Beispiel 12: Die Seitenfläche wurde mit einem Diamantschleifstein #800 geschliffen.
Beispiel 13: Die Seitenfläche wurde mit einer Diamantpaste (hergestellt von Maruto Company) mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,5 μm poliert.
(Vergleichsbeispiel 1)
Ein keramischer Heizer wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, jedoch wurde die Seitenfläche seines Keramiksubstrats mit einer Diamantpaste (hergestellt von Maruto Company) mit 0,1 μm poliert, um ihre Oberflächenrauigkeit Rmax zu 0,05 μm zu machen.
(Vergleichsbeispiel 2)
Ein keramischer Heizer wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, und anschließend wurde seine Seitenfläche einem Sandstrahlen mit Aluminiumoxid mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 250 μm unterzogen, um eine Ungleichmäßigkeit von Rmax mit 210 μm gemäß JIS B 0601 an der Seitenfläche 11c zu schaffen.
(Vergleichsbeispiel 3)
Ein keramischer Heizer wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 8 hergestellt, jedoch wurde die Seitenfläche seines Keramiksubstrats mit einer Diamantpaste (herge stellt von Maruto Company) mit 0,1 μm poliert, um seine Oberflächenrauigkeit Rmax zu 0,05 μm zu machen.
(Vergleichsbeispiel 4)
Ein keramischer Heizer wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 8 hergestellt, und anschließend wurde seine Seitenfläche einem Sandstrahlen mit Aluminiumoxid mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 250 μm unterzogen, um eine Ungleichmäßigkeit mit Rmax mit 210 μm gemäß JIS B 0601 an der Seitenfläche zu schaffen.
Der keramische Heizer gemäß jedem der Beispiele und Vergleichsbeispiele wurde in einen Dichtungsring 37 des Lagergehäuses 30, dargestellt in 3, eingepasst, und ein elektrischer Strom wurde zu dem keramischen Heizer geschickt. Danach wurde die Temperatur des zentralen Bereichs auf 400 °C und 500 °C erhöht, um die Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem zentralen Bereich und dem Umfangsbereich mit einem Thermoviewer (hergestellt von Japan Datum Company, IR-16-2012-0012) zu messen. Es wurde durch visuelle Beobachtung geprüft, ob kleine Partikel erzeugt wurden oder nicht. Ferner wurde die Temperatur auf 400 °C in der Zeitspanne von 45 Sekunden erhöht, und es wurde geprüft, ob Risse entstanden waren oder nicht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Bei den in den Beispielen 1 bis 13 erhaltenen keramischen Heizern lag ΔT(400 °C) bei 5 bis 8 °C und ΔT(500 °C) bei 7 bis 20 °C. Somit war die Temperaturdifferenz zwischen dem zentralen Bereich und dem Umfangsbereich nicht sehr groß. Bei den in den Vergleichsbeispielen 1 bis 4 erhaltenen keramischen Heizern lag ΔT(400 °C) bei 12 bis 18 °C und ΔT(500 °C) bei 15 bis 25 °C. Somit war die Temperaturdifferenz zwischen dem zentralen Bereich und dem Umfangsbereich groß.
Bei den keramischen Heizern gemäß den Vergleichsbeispielen wurden durch den schnellen Temperaturanstieg auf 400 °C Risse gebildet. Ferner wurden bei den Vergleichsbeispielen 2 und 4, wenn die keramischen Heizer eingepasst wurden, Körner von den aufgerauten Oberflächen zur Bildung kleiner Partikel freigegeben.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie oben beschrieben ist gemäß dem keramischen Heizer der vorliegenden Erfindung zum Erhitzen eines Halbleiter-Wafers dessen Seitenfläche in geeigneter Weise aufgeraut. Daher ist die Leitung von Wärme vom keramischen Heizer an das Lagergehäuse oder Luft unterdrückt, sodass die Temperatur seines Keramiksubstrats gleichmäßig gemacht sein kann.

Claims

Keramischer Heizer (10) zum Erhitzen eines Halbleiter-Wafers, umfassend ein Keramiksubstrat (11) in Scheibenform mit zwei entgegengesetzten Oberflächen (11a und 11b) und einer Seitenfläche (11c), wobei ein Heizelement (12) an einer der beiden einander entgegengesetzten Oberflächen des Keramiksubstrats (11) oder innerhalb des Keramiksubstrats (11) angeordnet ist, wobei die Dicke des Keramiksubstrats (11) größer als 1,5 mm ist, der Durchmesser des Keramiksubstrats (11) 200 mm oder mehr betragt, und wobei die Oberflächenrauhigkeit Rmax der Seitenfläche (11c) des Keramiksubstrats (11) zwischen 0,1 bis 200 μm gemäß JIS B 0601 liegt.
Keramischer Heizer (10) zum Erhitzen eines Halbleiter-Wafers nach Anspruch 1, wobei die Oberflächenrauhigkeit Rmax von 0,5 bis 200 μm gemäß JTS B 0601 beträgt.
Keramischer Heizer (10) zum Erhitzen eines Halbleiter-Wafers nach Anspruch 1, wobei das Keramiksubstrat (11) in ein Lagergehäuse eingepasst ist.
Keramischer Heizer (10) zum Erhitzen eines Halbleiter-Wafers nach Anspruch 1, wobei das Keramiksubstrat (11) aus einer Nitridkeramik hergestellt ist.
Keramischer Heizer (10) zum Erhitzen eines Halbleiter-Wafers nach Anspruch 1, wobei das Keramiksubstrat (11) aus einer Karbidkeramik oder einer Oxidkeramik hergestellt ist.
Keramischer Heizer (10) zum Erhitzen eines Halbleiter-Wafers nach Anspruch 1, wobei die Seitenfläche (11c) des keramischen Substrats durch Polieren oder Sandstrahlen behandelt ist.
Keramischer Heizer (10) zum Erhitzen eines Halbleiter-Wafers nach Anspruch 1, wobei das keramische Substrat (11) eine elektrostatische Elektrode umfasst.
Keramischer Heizer (10) zum Erhitzen eines Halbleiter-Wafers nach Anspruch 1, wobei das keramische Substrat (11) ein Durchgangsloch (15) für einen Hubstift (16) aufweist.
Keramischer Heizer (10) zum Erhitzen eines Halbeiter-Wafers nach Anspruch 1, wobei das keramische Substrat (11) auf einen Dichtungsring (37) aufgesetzt ist.
Keramischer Heizer (10) zum Erhitzen eines Halbleiter-Wafers nach Anspruch 1, wobei das keramische Substrat (11) eine Dicke von 25 mm oder weniger besitzt.
Keramischer Heizer (10) zum Erhitzen eines Halbleiter-Wafers nach Anspruch 1, wobei das keramische Substrat (11) einen Durchmesser von 210 nm oder mehr aufweist.