JP2002016072A

JP2002016072A - 半導体加熱用セラミックヒーターおよびその製造方法

Info

Publication number: JP2002016072A
Application number: JP2000193986A
Authority: JP
Inventors: Shigeko Muramatsu; 滋子村松; Shinichiro Aonuma; 伸一朗青沼; Mitsuhiro Fujita; 光広藤田; Masahiko Ichijima; 雅彦市島
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2002-01-18

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】面内温度の一様性が確保された省エネ・省スペ
ース型で、かつ耐久性のすぐれたセラミックヒーターの
製造方法の提供。【解決手段】第１の窒化アルミニウム系シート1aの一主
面中央部に、他主面側へ接続端子部3a、3bを導出させて
略同心環状に第１の抵抗発熱体2aを配置する工程と、第
２の窒化アルミニウム系シート1bの一主面に、シート1b
を貫挿して第１の抵抗発熱体2aの他端部に接続する導体
部4を有し、かつ第１の抵抗発熱体2aよりも径大の略同
心環状に第２の抵抗発熱体2bを配置する工程と、第３の
窒化アルミニウム系シート1cの一主面に、シート1cを貫
挿して第２の抵抗発熱体2bの他端部に接続する導体部4
を有し、かつ第２の抵抗発熱体2bの略同心環状よりも径
大の略同心環状に第３の抵抗発熱体2cを配置する工程
と、第１〜第３の窒化アルミ系シート1a〜1cを積層し、
最上面に第４の窒化アルミニウム系シート1fを配置して
接合・一体化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体加熱用セラ
ミックヒーターの製造方法に係り、さらに詳しくは半導
体ウェハーを効率的に加熱できる半導体熱処理用セラミ
ックヒーターの製造方法に関する。

【０００２】半導体の製造に当たっては、たとえば半導
体ウェハーに対するＰＶＤ、プラズマＣＶＤ、プラズマ
エッチング、光エッチングなどの加工処理が施される。
これらの加工処理は、一般的に、被加工体を面状セラミ
ックヒーター上に配置し、被加工体に加熱を施しながら
行われる。そして、高性能ないし高信頼性を有する半導
体を歩留まりよく、しかも量産的に得るために、加熱処
理が一つの重要なファクターとなる。

【０００３】ここで、面状セラミックヒーターは、たと
えば緻密でガスタイトなセラミックス焼結体の内部に、
タングステン線やモリブデン線などの抵抗発熱線（もし
くはコイル）を、たとえば螺旋状やジグザグ状に埋設し
たものである。そして、抵抗発熱体のリード端子ないし
電極部をセラミックス焼結体外に導出させた構造を採っ
ている。なお、セラミックスは、たとえばアルミナ系や
シリカ系、窒化アルミニウム系、窒化ケイ素系、あるい
はサイアロンなどが挙げられるが、特に、窒化アルミニ
ウム系が熱伝導性や耐食性などの点で注目されている。

【０００４】また、この種の面状セラミックヒーター
は、一般的に、次のような手段で製造されている。第１
の手段は、セラミックベース用基材（グリーンシート）
積層体の一主面に、抵抗発熱体回路を配置し、その抵抗
発熱体回路面にヒーターカバーシートを積層する一方、
リード端子を組み込んだ後に、所定の条件での脱脂、所
要温度でのホットプレス処理などを施して焼結・一体化
させて製作する方法である。なお、抵抗発熱回路の形成
は、通常、抵抗発熱体用のペーストのスクリーン印刷な
どで行われている。

【０００５】第２の手段は、予め、板状のセラミック焼
結体を２枚作製し、このセラミック焼結体面間に、抵抗
発熱体回路を配置する一方、接合剤層を介挿して接合一
体化させて製作する方法である。なお、ここでの抵抗発
熱体回路は、抵抗発熱体用ペーストのスクリーン印刷、
配線パターン加工した金属プレートや金属メッシュ線な
どで形成されている。

【０００６】ところで、半導体の製造工程における加熱
処理では、加工稼働率や低コスト化などの点から、熱源
として使用される面状セラミックヒーターの耐久性、お
よび全体的に一様な加熱で、良好な歩留まりを確保する
ために、面内温度分布の一様性などが要求されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記、面状セラミック
ヒーターの面内温度分布の一様性は、抵抗発熱体の幅を
小さくし、かつ抵抗発熱体の間隔を狭くすることで可能
となる。すなわち、抵抗発熱体を全体的に可能な限り細
かく分布させることにより、面内温度分布が一様な面状
セラミックヒーターとなるので、前記要望に対応できる
ことになる。

【０００８】しかしながら、上記抵抗発熱体の幅および
間隔（ピッチ）を一定に設定した面状ヒーターの場合
は、実用上、次のような不具合が認められる。すなわ
ち、一定の幅および間隔で抵抗発熱体を配置・埋設した
構成の面状セラミックヒーターでは、中央領域に比べ
て、放熱によって外周縁領域の温度が低くなり易く、面
内に温度勾配が生じる。そして、この面内温度勾配の発
生は、面状セラミックヒーターの応力発生を招来し、結
果的に、面状ヒーターが損傷を起こすなど、耐久性が損
なわれる恐れがある。

【０００９】また、半導体の製造効率ないし生産性を上
げるため、被加工体（ウェハー）の大口径化や熱処理温
度の高温化が進められている。そして、この被加工体の
大口径化など対応した面状セラミックヒーターの大口径
化や熱処理温度の高温化においては、面状セラミックヒ
ーターの面内温度勾配などが、さらに発生し易くなると
いう問題がある。

【００１０】この改善策として、面状セラミックヒータ
ーの外周縁領域に埋め込み・配置する抵抗発熱体の幅や
間隔を小さくし、外周縁領域の発熱を高める方式・手
段、あるいは外周縁領域に埋め込み・配置する抵抗発熱
体と中央領域に埋め込み・配置する抵抗発熱体とを分け
る２回路方式が考えられる。

【００１１】しかし、外周縁領域における抵抗発熱体の
埋め込み・配置を密にすると、抵抗発熱体間でのショー
トが発生し易く、また、抵抗発熱体の幅を小さくして抵
抗値を変えた場合は、異常発熱や断線を生じる恐れがあ
る。一方、２回路方式は、リード端子の設置が複雑する
だけでなく、リード端子に対応する外部電源も複数個と
なって、全体的なコンパクト化が阻害されるなど、省エ
ネや省スペースに逆行する。

【００１２】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、面内温度勾配の発生が回避ないし防止された省エネ
・省スペースが可能で、かつ耐久性のすぐれた半導体加
熱用セラミックヒーターの製造方法の提供を目的とす
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、第１
の窒化アルミニウム系シートの他主面側へ接続端子部を
導出させて一主面中央部に、略同心環状に第１の抵抗発
熱体を位置決め配置する工程と、第２の窒化アルミニウ
ム系シートの一主面に、この窒化アルミニウム系シート
を貫挿して前記第１の抵抗発熱体の他端部に接続する導
体部を有し、かつ第１の抵抗発熱体の略同心環状よりも
径大の略同心環状に第２の抵抗発熱体を位置決め配置す
る工程と、第３の窒化アルミニウム系シートの一主面
に、この窒化アルミニウム系シートを貫挿して前記第２
の抵抗発熱体の他端部に接続する導体部を有し、かつ第
２の抵抗発熱体の略同心環状よりも径大の略同心環状に
第３の抵抗発熱体を位置決め配置する工程と、前記第１
ないし第３の窒化アルミ系シートを順次位置決め積層
し、かつ最上面に第４の窒化アルミニウム系シートを配
置して接合・一体化する工程とを少なくとも具備してい
ることを特徴とする半導体加熱用セラミックヒーターの
製造方法である。

【００１４】すなわち、請求項１の発明は、放熱によっ
て温度低下を生じ易い外周縁領域における抵抗発熱体の
埋め込み・配置を加熱・放熱面に近接させ（浅い埋め込
み）、蓄熱し易い中央領域における抵抗発熱素子の埋め
込み・配置を加熱・放熱面から離隔（深い埋め込み）さ
せることにより、面内温度分布を均一化ないし一様化し
た面状セラミックヒーターの量産的な製造方法である。

【００１５】請求項１の発明において、抵抗発熱体を多
層的に埋め込み・内蔵する各窒化アルミニウム系焼結体
層は、たとえば平均粒径０．０１〜５μｍ程度の窒化ア
ルミニウム粉末に、焼結助剤およびバインダーを添加・
混合して得たスラリーから造粒し、これを所要の形状寸
法の成形体に成形し、有機成分を脱脂熱処理後、１８０
０℃以上の高温不活性雰囲気での焼結することにより作
製される。ここで、焼結助剤としては、酸化イットリウ
ムなどが例示され、また、バインダーとしては、ポリビ
ニルブチラールなどが例示される。

【００１６】なお、各焼結体層は、その高温焼結に先立
って、成形体の一主面に、抵抗発熱体の配置・埋め込み
用の溝などを予め設けておくことが望ましい。また、こ
の各窒化アルミニウム系焼結体層の代わりに、互いに隣
接する同士が連接するような構成で、主面に抵抗発熱体
を分割配置したグリーンシートを積層して、一体的に高
圧・高温焼結することによっても形成できる。

【００１７】請求項１の発明において、一主面に互いに
径が異なる略同心環状の抵抗発熱体を有する窒化アルミ
ニウム系シートは、たとえば厚さ０．５〜４ｍｍ程度の
焼結板、もしくは燒結後その厚さになるように調整され
たグリーンシートである。ここでは、複数枚の窒化アル
ミニウム系シートを積層・一体化する一方、抵抗体発熱
体を円錐形もしくは多角錐形の螺旋状に形成・埋設する
ため、積層する順に螺旋状の径を大きく設定するとも
に、前段の螺旋状後端部へ次段の螺旋状先端部がいわゆ
るビア接続方式で接続される。

【００１８】請求項１の発明において、多層的に埋め込
み・内蔵させる抵抗発熱体は、たとえばタングステン、
モリブデン、白金、銀などの金属線、もしくは抵抗ペー
ストの塗布・印刷、焼き付け型などである。なお、この
抵抗発熱体の形状・寸法、タングステン線などの径もし
くは幅や線間隔は、面状セラミックヒーターの形状・大
きさ、加熱源としての熱容量などに応じて設定される。

【００１９】請求項１の発明において、第１および第２
の窒化アルミニウムシートが薄板状の焼結体の場合は、
互いに対向・対接する少なくとも一方の面に接合剤層を
配置する。ここで、接合剤は、たとえば窒化アルミニウ
ム−酸化イットリウム−酸化リチウム系ペーストであ
り、一般的に、印刷や塗布などで設けられる。そして、
この接合剤層による接合・一体化手段は、特に、限定さ
れないが、窒化アルミニウム−酸化イットリウム−酸化
リチウム系の接合剤を使用した場合、６ｇ／ｃｍ ^２以上
の荷重を加え、不活性雰囲気中もしくは減圧雰囲気下
で、１５５０〜１７５０℃程度の温度で加熱することに
より行われる。

【００２０】請求項１の発明では、加熱温度が低下し易
い外周縁部では、抵抗発熱体が浅く埋め込まれ放熱に対
して速やかな加熱で対応する。また、蓄熱し易い中央部
領域では、抵抗発熱体の埋め込み位置が深く設定されて
熱伝導が外周縁部側まで広がって、結果的に、面内温度
勾配の発生を回避ないし解消し、被加工体の全体を一様
な温度で加熱できるセラミックヒーターを提供できる。

【００２１】

【発明の実施態様】以下、図１（ａ）、（ｂ）、および
図２を参照して実施例を説明する。

【００２２】図１（ａ）、（ｂ）は、第１の実施例に係
る半導体加熱用セラミックヒーターの要部構成の概略を
示すもので、（ａ）は円錐形に捲装・配置した抵抗発熱
体（回路パターン）透視的な平面図、（ｂ）は（ａ）の
Ａ−Ａ線に沿った断面図である。図１（ａ）、（ｂ）に
おいて、１は窒化アルミニウム系焼結体、２は前記窒化
アルミニウム系焼結体１に埋め込み・配置された三次元
の螺旋状に捲装された抵抗発熱体、３ａ、３ｂは抵抗発
熱体２のリード端子である。この構成例の場合、三次元
的な螺旋状抵抗発熱体２の埋め込み配置は、窒化アルミ
ニウム系焼結体層１ａ〜１ｆの一主面に抵抗発熱体２が
形成され、かつ窒化アルミニウム系焼結体層１ａ〜１ｅ
のヴィア接続４で隣接する抵抗発熱体２層間を電気的に
接続した複数の窒化アルミニウム系焼結体層１ａ〜１ｆ
の積層・一体化で形成されている。

【００２３】つまり、図１に示された面状セラミックヒ
ーターは、次のような手順で構成される。先ず、第１の
窒化アルミニウム系シート１ａの一主面中央部に、一端
部を他主面へ導出させて略同心環状に抵抗発熱体２ａを
位置決め配置する。また、第２の窒化アルミニウム系シ
ート１ｂの一主面に、この窒化アルミ系シート１ｂを貫
挿して第１の抵抗発熱体２ａの他端部に接続可能に、か
つ第１の抵抗発熱体２ａの略同心環状よりも径大の略同
心環状に第２の抵抗発熱体２ｂを位置決め配置する。

【００２４】さらに、第３〜第５の各窒化アルミニウム
系シート１ｃ〜１ｅの一主面に、これら窒化アルミニウ
ム系シート１ｃ〜１ｅをそれぞれ貫挿し、前段の抵抗発
熱体２ｂ〜２ｄの他端部にそれぞれ接続可能に、かつ前
段の抵抗発熱体２ｂ〜２ｄの略同心環状よりも径大の略
同心環状に抵抗発熱体２ｃ〜２ｅを位置決め配置する工
程を繰り返し行う。こうして作製した抵抗発熱体２ａ〜
２ｅ付けの第１ないし第５の窒化アルミニウム系シート
１ａ〜１ｅを順次、位置決め積層し、かつ最上面に第６
の窒化アルミニウム系シート１ｆを積層配置して一体化
することにより作製される。

【００２５】ここで、窒化アルミニウム系シート１ａ
〜１ｆは、たとえば厚さ〜ｍｍ程度の焼結板、も
しくは燒結後その厚さになるように調整されたグリーン
シート類であり、一体化に当たっては、要すれば接合剤
層を介挿させて行われる。また、抵抗発熱体は、金属線
ないし箔、ペーストの印刷・焼き付けなどの手段で形成
される。

【００２６】上記構成の面状ヒーターに、所要の電力を
加えて８００℃設定で、加熱試験を行ったところ、加熱
面表面の温度は、８００℃±２℃ですぐれた面内温度の
均一性を呈した。つまり、径２３０ｍｍの円形面におい
て、全体的にほぼ一様な加熱温度を示し、応力が発生す
る恐れ、換言すると面状ヒーター自体の破損・損壊の恐
れも全面的に解消ないし回避され、すぐれた耐久性を有
することも確認された。

【００２７】図２は、第２の実施例に係る面状セラミッ
クヒーターが内蔵・埋設する円錐形に捲装・配置した抵
抗発熱体（回路パターン）の透視的な平面図である。す
なわち、第１の実施例では、抵抗発熱体２の端子を中央
部に導出させた構成としたが、外周縁部に導出した構成
を採ることもできる。また、抵抗発熱体２は、金属線な
いし箔、ペーストの印刷・焼き付けなどの手段で形成し
てもよい。

【００２８】本発明は、上記実施例に限定されるもので
なく、発明の趣旨を逸脱しない範囲でいろいろの変形を
採ることができる。たとえば、セラミックヒーターの
径、厚さ、形状・寸法、あるいは抵抗発熱体の材質、素
材の形状・寸法、抵抗発熱体の入力電力など用途に応じ
て選択・設定できる。

【００２９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、全体的にほぼ
一様な加熱温度を呈するため、応力が発生する恐れもな
くなり、応力発生に起因するセラミックヒーター自体の
破損・損壊の恐れが全面的に解消した耐久性のすぐれた
半導体熱処理用セラミックヒーターを低コストで、容
易、かつ歩留まりよく提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例に係る半導体熱処理用セラミック
ヒーターの要部構成を示すもので、（ａ）は抵抗発熱体
の螺旋状に捲装・配置された状態を示す透視的な平面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図。

【図２】抵抗発熱体の螺旋状に捲装・配置された状態を
示す透視的な平面図。

【符号の説明】

１……窒化アルミニウム系焼結体１ａ〜１ｆ……窒化アルミニウム系シート（焼結体層）２……抵抗発熱体２ａ〜２ｅ……抵抗発熱体層３ａ、３ｂ……リード端子４……ヴィア接続

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【手続補正書】

【提出日】平成１２年６月２９日（２０００．６．２
９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】ここで、窒化アルミニウム系シート１ａ〜
１ｆは、たとえば厚さ０．５〜４ｍｍ程度の焼結板、も
しくは燒結後その厚さになるように調整されたグリーン
シート類であり、一体化に当たっては、要すれば接合剤
層を介挿させて行われる。また、抵抗発熱体は、金属線
ないし箔、ペーストの印刷・焼き付けなどの手段で形成
される。

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/20 ３５６Ｈ０５Ｂ 3/20 ３５６ (72)発明者藤田光広神奈川県秦野市曾屋30 東芝セラミックス株式会社開発研究所内 (72)発明者市島雅彦神奈川県秦野市曾屋30 東芝セラミックス株式会社開発研究所内Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA12 AA20 AA21 AA22 AA34 AA37 BB06 BB14 BC03 BC04 BC12 BC23 BC29 CA15 HA01 HA10 JA01 3K092 PP20 QA05 QB02 QB26 QB31 QB43 QB75 QB76 RF03 RF11 RF17 RF26 RF27 VV22 VV31 VV34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の窒化アルミニウム系シートの他主
面側へ接続端子部を導出させて一主面中央部に、略同心
環状に第１の抵抗発熱体を位置決め配置する工程と、第
２の窒化アルミニウム系シートの一主面に、この窒化ア
ルミニウム系シートを貫挿して前記第１の抵抗発熱体の
他端部に接続する導体部を有し、かつ第１の抵抗発熱体
の略同心環状よりも径大の略同心環状に第２の抵抗発熱
体を位置決め配置する工程と、第３の窒化アルミニウム
系シートの一主面に、この窒化アルミニウム系シートを
貫挿して前記第２の抵抗発熱体の他端部に接続する導体
部を有し、かつ第２の抵抗発熱体の略同心環状よりも径
大の略同心環状に第３の抵抗発熱体を位置決め配置する
工程と、前記第１ないし第３の窒化アルミ系シートを順
次位置決め積層し、かつ最上面に第４の窒化アルミニウ
ム系シートを配置して接合・一体化する工程と、を少な
くとも具備していることを特徴とする半導体加熱用セラ
ミックヒーターの製造方法。