JP2002299011A - Ceramic heater and wafer-heating device using the same - Google Patents

Ceramic heater and wafer-heating device using the same

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JP2002299011A
JP2002299011A JP2001095651A JP2001095651A JP2002299011A JP 2002299011 A JP2002299011 A JP 2002299011A JP 2001095651 A JP2001095651 A JP 2001095651A JP 2001095651 A JP2001095651 A JP 2001095651A JP 2002299011 A JP2002299011 A JP 2002299011A
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JP
Japan
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heating
ceramic heater
wafer
insulating film
heating resistor
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Application number
JP2001095651A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Tanaka
智 田中
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic heater, capable of preventing generation of cracks in the connection part of an oxide film for coating an aluminum nitride sintered body, forming a heating board with thermal stress and a heating resistor, and capable of generating heat stably over a long period of time, even after repeated rapid temperature increase and rapid cool down. SOLUTION: In the ceramic heater 10, one main face of the heating board 2 made of an aluminum nitride sintered body with an oxide film including Al over the entire surface is a heating face 3, the heating resistor 5 is formed on the other main face of the heating board 2, and an insulation film 4 is attached to the other main face of the heating board 2, to cover the heating resistor 5.

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、半導体ウエハや液
晶基板あるいは回路基板等のウエハを加熱するのに用い
るウエハ加熱装置及びこれに用いられるセラミックヒー
ターに関するものであり、例えば、ウエハに半導体薄膜
を生成したり、ウエハ上に塗布されたレジスト液を乾燥
焼き付けしてレジスト膜を形成するのに好適なものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wafer heating apparatus used for heating a wafer such as a semiconductor wafer, a liquid crystal substrate or a circuit board, and a ceramic heater used for the same. It is suitable for forming a resist film by drying and baking a resist liquid generated or applied on a wafer.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、半導体装置の製造工程における、
半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理、レジスト膜の
焼き付け処理等の各種処理工程においては、複数のウエ
ハをまとめて処理するバッチ式と呼ばれる手法と、ウエ
ハを一枚づつ処理する枚葉式と呼ばれる手法が用いられ
ており、近年、ウエハの大きさが8インチから12イン
チと大型化するにつれ、処理精度を高めるために枚葉式
が利用されるようになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a manufacturing process of a semiconductor device,
In various processing steps such as a semiconductor thin film forming process, an etching process, and a resist film baking process, a method called a batch method for processing a plurality of wafers collectively and a single wafer method for processing wafers one by one are called. In recent years, as the size of a wafer has increased from 8 inches to 12 inches, a single-wafer method has been used to increase processing accuracy.

【0003】しかしながら、枚葉式は1回当たりの処理
枚数が少ないため、ウエハの処理時間の短縮が必要とさ
れている。
However, in the single-wafer method, the number of wafers processed at one time is small, so that it is necessary to reduce the processing time of wafers.

【0004】そして、上述した各種処理を施すには、ウ
エハを加熱する必要があり、この加熱手段としてウエハ
加熱装置が用いられているのであるが、このウエハ加熱
装置には、昇温及び冷却の時間短縮と所定温度での均熱
化が要求されていた。
In order to perform the above-described various processes, it is necessary to heat the wafer, and a wafer heating device is used as a heating means. Shortening of time and soaking at a predetermined temperature were required.

【0005】例えば、特開2000−272985号公
報には、主に半導体ウエハに塗布された感光性樹脂を乾
燥させるのに使用するウエハ加熱装置が開示されてお
り、その構造を図3に示すように、窒化アルミニウム質
焼結体からなり、その表面全体にアルミナからなる酸化
膜Pを被着した加熱板42の一方の主面を加熱面43と
するとともに、上記加熱板42の他方の主面に金属ペー
ストを印刷し、焼き付けによって発熱抵抗体44を形成
したセラミックヒーター50を金属ケーシング51の開
口部に設置したもので、上記加熱面43に半導体ウエハ
Wを載せるとともに、通電端子46に通電して発熱抵抗
体44を発熱させることにより加熱板42を加熱し、加
熱面43上のウエハWを加熱するようになっていた。
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-272985 discloses a wafer heating apparatus mainly used for drying a photosensitive resin applied to a semiconductor wafer, and its structure is shown in FIG. In addition, one main surface of a heating plate 42 made of an aluminum nitride sintered body and having an oxide film P made of alumina coated on the entire surface is used as a heating surface 43, and the other main surface of the heating plate 42 is used. A ceramic heater 50 having a heating resistor 44 formed by printing a metal paste on a metal casing 51 is installed in an opening of a metal casing 51. By heating the heating resistor 44 to heat the heating plate 42, the wafer W on the heating surface 43 is heated.

【0006】また、窒化アルミニウム質焼結体からなる
加熱板42の表面に酸化膜Pを形成するのは、窒化アル
ミニウム質焼結体は他のセラミックスと比較して優れた
熱伝導性を有するとともに、高絶縁性を有することから
加熱板42を形成する材質として有利であるものの、大
気に曝されると大気中の水分と反応してアンモニアガス
を発生し、これが感光性樹脂に悪影響を与えるからで、
加熱板42を、表面に酸化膜Pを形成した窒化アルミニ
ウム質焼結体で形成することにより、感光性樹脂に悪影
響を与えることなく、ウエハWをムラなく均一に加熱す
ることができるとともに、その表面に形成する発熱抵抗
体との密着性を高めることができるといった利点があっ
た。
Further, the oxide film P is formed on the surface of the heating plate 42 made of an aluminum nitride sintered body because the aluminum nitride sintered body has excellent thermal conductivity as compared with other ceramics. Although it is advantageous as a material for forming the heating plate 42 because of its high insulating property, it reacts with moisture in the atmosphere when exposed to the atmosphere to generate ammonia gas, which adversely affects the photosensitive resin. so,
By forming the heating plate 42 from an aluminum nitride-based sintered body having an oxide film P formed on the surface, the wafer W can be uniformly heated without adversely affecting the photosensitive resin. There is an advantage that the adhesion to the heating resistor formed on the surface can be improved.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、半導体ウエ
ハWに塗布された感光性樹脂を乾燥させるのに使用する
ウエハ加熱装置41では、セラミックヒーター50を1
00〜300℃に加熱するのであるが、一枚当たりの処
理時間は、セラミックヒーター50の昇温時間及び冷却
時間で決まるため、昇温時には大きな電力を印加して急
激に加熱し、冷却時にはエアを吹きつけて強制的に冷却
することが一般的に行われており、このような過酷な条
件下で繰り返し熱サイクルがかかると、セラミックヒー
ター50を形成する窒化アルミニウム質焼結体の表面に
形成した酸化膜Pと発熱抵抗体44との境界部にクラッ
クが発生し、クラックのない部分とクラックが発生した
部分では熱伝達特性にバラツキが発生することから加熱
面43の均熱化が阻害され、その結果、ウエハWも均一
に加熱することができないため、感光性樹脂の膜厚が不
均一となり、さらにクラックが進展して酸化膜Pにも及
ぶと、大気中の水分と窒化アルミニウム質焼結体とが反
応してアンモニアガスやアミン系のガスを発生させるた
め、このガスが感光性樹脂に悪影響を与えるといった課
題があった。
By the way, in the wafer heating device 41 used to dry the photosensitive resin applied to the semiconductor wafer W, the ceramic heater 50 is set to one.
Heating is performed at a temperature of 00 to 300 ° C. The processing time per sheet is determined by the heating time and cooling time of the ceramic heater 50. And forced cooling is performed. When a thermal cycle is repeatedly applied under such severe conditions, the ceramic heater 50 is formed on the surface of the aluminum nitride sintered body. Cracks occur at the boundary between the formed oxide film P and the heating resistor 44, and the heat transfer characteristics vary between a crack-free portion and a cracked portion, so that the uniformization of the heating surface 43 is hindered. As a result, the wafer W cannot be heated uniformly, so that the thickness of the photosensitive resin becomes non-uniform. And for the aluminum nitride sintered body and react to generate ammonia gas and amine gas, the gas is a problem such an adverse effect on the photosensitive resin.

【0008】即ち、加熱板42を形成する窒化アルミニ
ウム質焼結体は、その熱膨張係数が4.7×10-6/℃
程度であるのに対し、その表面に生成されたアルミナか
らなる酸化膜Pの熱膨張係数は7.3×10-6/℃程度
と、両者の間には大きな熱膨張差があり、アルミナから
なる酸化膜P内には常に引張応力が作用した状態にある
ため、この酸化膜P上に金属ペーストを塗布し、焼き付
けによってさらに熱膨張係数の大きい発熱抵抗体44を
形成すると、セラミックヒーター50の加熱と冷却によ
って繰り返し加わる熱サイクルにより、酸化膜Pと発熱
抵抗体44との間には大きな応力が作用することにな
り、この応力によって酸化膜Pと発熱抵抗体44との間
にクラックが発生していた。
That is, the aluminum nitride sintered body forming the heating plate 42 has a coefficient of thermal expansion of 4.7 × 10 −6 / ° C.
On the other hand, the thermal expansion coefficient of the oxide film P made of alumina formed on its surface is about 7.3 × 10 −6 / ° C., and there is a large difference in thermal expansion between the two. Since a tensile stress is always applied to the inside of the oxide film P, a metal paste is applied on the oxide film P and the heating resistor 44 having a larger thermal expansion coefficient is formed by baking. Due to the thermal cycle repeatedly applied by heating and cooling, a large stress acts between the oxide film P and the heating resistor 44, and a crack occurs between the oxide film P and the heating resistor 44 due to the stress. Was.

【0009】また、このような熱応力によるセラミック
ヒーター50の破損は、より高い温度に加熱して使用さ
れる成膜処理やエッチング処理工程においても同様にあ
った。
Further, the damage of the ceramic heater 50 due to such thermal stress also occurs in a film forming process and an etching process which are used by heating to a higher temperature.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題に鑑み、窒化アルミニウム質焼結体からなり、その表
面全体にAlを含む酸化物膜を有する加熱板の一方の主
面を加熱面とするとともに、上記加熱板の他方の主面に
発熱抵抗体を形成し、この発熱抵抗体を覆うように上記
加熱板の他方の主面に絶縁膜を被着してセラミックヒー
ターを構成したことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, the present invention relates to a heating plate made of an aluminum nitride sintered body and having an oxide film containing Al over its entire surface. A ceramic heater is formed by forming a heating resistor on the other main surface of the heating plate and applying an insulating film on the other main surface of the heating plate so as to cover the heating resistor. It is characterized by.

【0011】上記絶縁膜としては、耐熱性樹脂を用い、
その膜厚みを5〜100μmとするか、あるいは酸化物
系セラミックス又はガラスを用い、その膜厚みを5〜3
00μmとすることが好ましい。
As the insulating film, a heat-resistant resin is used.
The film thickness is set to 5 to 100 μm, or an oxide ceramic or glass is used, and the film thickness is set to 5 to 3 μm.
It is preferably set to 00 μm.

【0012】また、本発明は、上記セラミックヒーター
を構成する加熱板の外周部に、有底筒状体をした金属ケ
ーシングの開口部を覆うように設置し、金属ケーシング
によってセラミックヒーターを支持するようにしてウエ
ハ加熱装置を構成したことを特徴とする。
Further, the present invention is arranged such that an outer peripheral portion of a heating plate constituting the ceramic heater is installed so as to cover an opening of a metal casing having a bottomed cylindrical body, and the ceramic heater is supported by the metal casing. Thus, a wafer heating device is constituted.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0014】図1は本発明に係るセラミックヒーターを
備えるウエハ加熱装置の一例を示す断面図で、このウエ
ハ加熱装置1は、有底筒状体をした金属ケーシング21
と、この金属ケーシング21上に設置され、その開口部
を覆うように設けられたセラミックヒーター10とから
なる。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a wafer heating apparatus provided with a ceramic heater according to the present invention. The wafer heating apparatus 1 has a metal casing 21 having a bottomed cylindrical body.
And the ceramic heater 10 provided on the metal casing 21 and provided so as to cover the opening.

【0015】セラミックヒーター10は、窒化アルミニ
ウム質焼結体からなり、その表面全体にAlを含む酸化
物膜Qを有する円盤状をした加熱板2の上面を加熱面3
とし、上記加熱板2の下面中央には、例えば金属材料と
ガラスからなる発熱抵抗体5を渦巻き状のパターン形状
となるように形成するとともに、上記加熱板2の下面周
縁にも、例えば金属材料とガラスからなる発熱抵抗体5
を渦巻き状のパターン形状となるように形成したもの
で、この発熱抵抗体5には通電端子7からの電力を取り
出すための給電部6を備えるとともに、加熱板2の下面
には上記給電部6を除いて発熱抵抗体5を覆うように絶
縁膜4を被着してある。
The ceramic heater 10 is made of an aluminum nitride sintered body, and has an upper surface of a disk-shaped heating plate 2 having an oxide film Q containing Al on the entire surface thereof.
A heating resistor 5 made of, for example, a metal material and glass is formed in the center of the lower surface of the heating plate 2 so as to have a spiral pattern shape. And a heating resistor 5 made of glass
Are formed in a spiral pattern. The heating resistor 5 is provided with a power supply portion 6 for extracting electric power from a current-carrying terminal 7, and the lower surface of the heating plate 2 is provided with the power supply portion 6. The insulating film 4 is applied so as to cover the heating resistor 5 except for the above.

【0016】また、上記加熱板2の加熱面3には、複数
の支持ピン8を等間隔で同心円状に設置してあり、これ
ら支持ピン8の頂面にウエハWを載せることにより支持
するようになっている。
On the heating surface 3 of the heating plate 2, a plurality of support pins 8 are arranged concentrically at equal intervals, and the wafer W is supported by placing the wafer W on the top surface of the support pins 8. It has become.

【0017】さらに、セラミックヒーター10を金属ケ
ーシング21上に固定する手段としては、図2にその拡
大図を示すように、セラミックヒーター10を構成する
加熱板2の外周部には、上下面を貫く貫通孔2aを有
し、加熱板2の上下面における貫通孔周囲にガラス層2
7を形成してある。そして、この加熱板2の貫通孔2a
と、金属ケーシング21の端部に備えるフランジ部22
に穿孔された貫通孔22aとを一致させ、上記加熱板2
側の貫通孔2aに、スプリング、弾性ゴム等の弾性部材
24を介してボルト23を挿通させ、フランジ部22側
にてナット25を締め付けることにより、上記弾性部材
24の押圧力によって加熱板2を金属ケーシング21に
押し付けて固定支持するようになっている。なお、26
は、ナット25とフランジ部22との間、加熱板2とフ
ランジ部22との間、及び加熱板2と弾性部材24との
間に配置したワッシャである。
Further, as means for fixing the ceramic heater 10 on the metal casing 21, as shown in an enlarged view in FIG. 2, the outer peripheral portion of the heating plate 2 constituting the ceramic heater 10 penetrates the upper and lower surfaces. A glass layer 2 is provided around the through hole on the upper and lower surfaces of the heating plate 2.
7 is formed. And the through-hole 2a of this heating plate 2
And a flange portion 22 provided at an end of the metal casing 21
The heating plate 2 is aligned with the through hole 22a
The bolt 23 is inserted into the through hole 2a on the side via a spring, an elastic member 24 such as elastic rubber, and the nut 25 is tightened on the flange portion 22 side, so that the heating plate 2 is pressed by the elastic member 24. The metal casing 21 is pressed and fixedly supported. In addition, 26
Are washers disposed between the nut 25 and the flange portion 22, between the heating plate 2 and the flange portion 22, and between the heating plate 2 and the elastic member 24.

【0018】このように、加熱板2の貫通孔2aの周囲
にガラス層27を形成しておけば、金属ケーシング21
と加熱板2との間に熱膨張差による擦れが発生したとし
てもその表面が平滑であるために摩擦力が小さく、摩耗
を最小限に抑えることができるとともに、加熱板2の酸
化物膜Qが摩滅したり、剥離することを防止することが
できる。
As described above, if the glass layer 27 is formed around the through hole 2a of the heating plate 2, the metal casing 21
Even if friction occurs due to a difference in thermal expansion between the heating plate 2 and the heating plate 2, the frictional force is small because the surface is smooth, and wear can be minimized. Can be prevented from being worn out or peeled off.

【0019】また、金属ケーシング21の中央部には部
分的に貫通孔27aを有する中板27を設置してあり、
上記中板27の貫通孔27aに通電端子7を挿通し、該
通電端子7の外周中央に設けられたフランジ部7aと上
記中板27との間にスプリングや弾性ゴム等の弾性部材
28を配置し、この弾性部材28の押圧力によって通電
端子7を発熱抵抗体5に備える給電部6に押圧させ、電
気的に接続するとともに、加熱板2の断面を見たとき、
加熱面3の中央部が外周部より若干突出した滑らかな凸
形状となるようにしてある。なお、9はセラミックヒー
ター10の温度を測定するための熱電対である。
An intermediate plate 27 having a through hole 27a is provided at the center of the metal casing 21.
The current-carrying terminal 7 is inserted into the through hole 27a of the middle plate 27, and an elastic member 28 such as a spring or elastic rubber is arranged between the middle plate 27 and the flange portion 7a provided at the center of the outer periphery of the current-carrying terminal 7. Then, the pressing force of the elastic member 28 presses the energizing terminal 7 against the power supply section 6 provided in the heating resistor 5, electrically connects the terminal 7, and looks at the cross section of the heating plate 2.
The central part of the heating surface 3 has a smooth convex shape slightly projecting from the outer peripheral part. Reference numeral 9 denotes a thermocouple for measuring the temperature of the ceramic heater 10.

【0020】そして、このウエハ加熱装置1を用いてウ
エハWを加熱するには、ウエハWを支持ピン8に載せる
とともに、通電端子7に通電して発熱抵抗体5を発熱さ
せて加熱板2を加熱する。この時、加熱板2の外周は金
属ケーシング21と接していることから熱引けによって
加熱面2外周部の温度が中央部と比較して低くなり易い
ため、予め周縁部にある発熱抵抗体5の発熱量が、中央
部にある発熱抵抗体5の発熱量より大きくなるようにす
ることで、加熱板2が熱伝導性に優れた窒化アルミニウ
ム質焼結体からなること、加熱面3が滑らかな凸形状と
なるようにしてあること、及びウエハWを支持ピン8で
保持してあるため、ウエハWの加熱板2との片当たりを
防止できることにより、加熱面3からの輻射熱によって
ウエハWを間接的に加熱する際、ウエハWの全面をムラ
なく均一に加熱することができる。
In order to heat the wafer W using the wafer heating apparatus 1, the wafer W is placed on the support pins 8 and the power supply terminal 7 is energized to cause the heating resistor 5 to generate heat so that the heating plate 2 is heated. Heat. At this time, since the outer periphery of the heating plate 2 is in contact with the metal casing 21, the temperature of the outer peripheral portion of the heating surface 2 tends to be lower than that of the central portion due to heat shrinkage. By making the calorific value larger than the calorific value of the heating resistor 5 at the center, the heating plate 2 is made of an aluminum nitride sintered body having excellent thermal conductivity, and the heating surface 3 is smooth. Since the wafer W is formed in a convex shape and the wafer W is held by the support pins 8, it is possible to prevent the wafer W from coming into contact with the heating plate 2. When heating the wafer W, the entire surface of the wafer W can be uniformly heated without unevenness.

【0021】また、このウエハ加熱装置1は、セラミッ
クヒーター10に大きな電力を印加して急激に所定温度
まで加熱し、また、冷却時にはセラミックヒーター10
の加熱面3と反対側の表面にエアーを噴出して強制的に
冷却するといった熱サイクルが加わるのであるが、本発
明のセラミックヒーター10は、Alを含む酸化物膜Q
を備えた窒化アルミニウム質焼結体からなる加熱板2の
下面に、発熱抵抗体5を覆うように絶縁膜4を被着して
あることから、発熱抵抗体5が冷却時に噴出されるエア
ーに直接曝されることを防ぎ、急激に冷却されることを
抑えることができるため、酸化物膜Qと発熱抵抗体5と
の接合部に作用する熱応力を緩和し、接合部にクラック
が発生することを防ぐことができるため、急冷、急加熱
を繰り返したとしても長期間にわたり安定して発熱させ
ることができる。
The wafer heating apparatus 1 applies a large amount of electric power to the ceramic heater 10 to rapidly heat the ceramic heater 10 to a predetermined temperature.
A thermal cycle of blowing air to the surface on the side opposite to the heating surface 3 to forcibly cool is applied. However, the ceramic heater 10 of the present invention has an oxide film Q containing Al.
Since the insulating film 4 is applied to the lower surface of the heating plate 2 made of an aluminum nitride sintered body provided with Since direct exposure can be prevented and rapid cooling can be suppressed, thermal stress acting on the joint between the oxide film Q and the heating resistor 5 is reduced, and cracks occur at the joint. Therefore, even if rapid cooling and rapid heating are repeated, heat can be stably generated for a long period of time.

【0022】ところで、絶縁膜4を形成する材質として
は、発熱抵抗体5のパターン間が相互に短絡して断線す
ることを防止するため、体積固有抵抗値が108Ω・c
m以上を有する、耐熱性樹脂、酸化物系セラミックス、
あるいはガラスにより形成してあり、例えば、耐熱性樹
脂を用いる場合、好ましくは耐熱温度が300℃以上を
有する、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド等
を用いることが好ましい。
The material for forming the insulating film 4 has a volume resistivity value of 10 8 Ω · c in order to prevent the patterns of the heating resistors 5 from being short-circuited and disconnected.
m, heat-resistant resin, oxide ceramics,
Alternatively, in the case of using a heat-resistant resin formed of glass, for example, it is preferable to use polyimide, polyamide, polyimide amide, or the like that preferably has a heat-resistant temperature of 300 ° C. or higher.

【0023】これらの耐熱性樹脂は、金属材料からなる
発熱抵抗体5と比較して熱伝導率が小さいため、冷却時
にエアーを吹きつけられたとしても発熱抵抗体5が急激
に冷却されることを防ぐことができるため、発熱抵抗体
5と酸化物膜Qとの熱膨張差によって作用する熱応力を
抑え、熱衝撃を緩和することができるため、エアーによ
って急激に冷やされたとしても発熱抵抗体5と酸化物膜
Qとの接合部にクラックが発生することを効果的に防止
することができる。
Since these heat-resistant resins have a lower thermal conductivity than the heat-generating resistor 5 made of a metal material, even if air is blown during cooling, the heat-generating resistor 5 is rapidly cooled. Can be prevented, the thermal stress acting due to the difference in thermal expansion between the heating resistor 5 and the oxide film Q can be suppressed, and the thermal shock can be alleviated. Cracks can be effectively prevented from occurring at the joint between the body 5 and the oxide film Q.

【0024】しかも、耐熱性樹脂からなる絶縁膜4は、
加熱板2を形成する窒化アルミニウム質焼結体より熱伝
導率が1桁以上小さいため、発熱抵抗体5の表面からの
放熱を抑え、熱を加熱面3側に効率的に伝達することが
できる。
Moreover, the insulating film 4 made of a heat-resistant resin is
Since the thermal conductivity is lower by at least one order of magnitude than the aluminum nitride sintered body forming the heating plate 2, heat radiation from the surface of the heating resistor 5 can be suppressed, and heat can be efficiently transmitted to the heating surface 3 side. .

【0025】ただし、絶縁膜4として耐熱性樹脂を用い
る場合、その膜厚みは5〜100μmとすることが好ま
しい。なぜなら、膜厚みが5μm未満となると、発熱抵
抗体5への熱の伝わりを抑制する効果が小さく、急冷を
繰り返すと、短期間の使用で発熱抵抗体5と酸化物膜Q
との接合部にクラックが発生するからであり、逆に膜厚
みが100μmを越えると、成膜のために塗布した耐熱
性樹脂ペーストの乾燥工程において樹脂内に気泡が発生
するからで、気泡が内在した絶縁膜4を用いると、セラ
ミックヒーター10を繰り返し発熱させた時に気泡が耐
熱性樹脂表面に移動して破泡する恐れがあり、破泡が起
こるとパーティクルの原因となるからである。なお、好
ましくは10〜50μmの膜厚みとすることが良い。
However, when a heat-resistant resin is used as the insulating film 4, its thickness is preferably 5 to 100 μm. The reason is that when the film thickness is less than 5 μm, the effect of suppressing the transmission of heat to the heating resistor 5 is small, and when rapid cooling is repeated, the heating resistor 5 and the oxide film Q can be used for a short time.
When the thickness exceeds 100 μm, bubbles are generated in the resin in the drying step of the heat-resistant resin paste applied for film formation. If the insulating film 4 is used, the bubbles may move to the surface of the heat-resistant resin and break when the ceramic heater 10 is repeatedly heated, and the bubbles may cause particles. Preferably, the film thickness is 10 to 50 μm.

【0026】また、絶縁膜4を耐熱性樹脂により形成し
たものでは、使用温度の制約があり、使用温度が400
℃を越える用途では、絶縁膜4として耐熱性樹脂を用い
ることが難しい。
In the case where the insulating film 4 is formed of a heat-resistant resin, the operating temperature is limited,
It is difficult to use a heat-resistant resin as the insulating film 4 in applications exceeding ℃.

【0027】このような場合、絶縁膜4として酸化物系
セラミックス又はガラスを用いれば、使用温度が400
℃以上でも好適に用いることができる。
In such a case, if oxide-based ceramics or glass is used for the insulating film 4, the operating temperature is 400 ° C.
C. or higher can be suitably used.

【0028】ここで、絶縁膜4をセラミックスで形成す
る場合、酸化物系セラミックスを用いるのは、大気雰囲
気中や酸素雰囲気中での使用においても比較的安定して
いるからで、炭化物系セラミックスでは、その体積固有
抵抗値が小さく、螺旋状に形成した発熱抵抗体5のパタ
ーン間が相互に短絡して断線するといった問題があり、
また、窒化物系セラミックスでは、大気中の水分と反応
してアンモニアガスやアミン系ガスを発生させるととも
に、発熱抵抗体5を形成するガラスとの濡れが非常に悪
いため、発熱抵抗体5上に直接被着することができない
からである。
Here, when the insulating film 4 is formed of ceramics, oxide-based ceramics are used because they are relatively stable even when used in an air atmosphere or an oxygen atmosphere. However, there is a problem in that the volume specific resistance value is small, and the patterns of the spirally formed heating resistors 5 are short-circuited to each other to cause disconnection.
Further, in the case of the nitride ceramics, it reacts with the moisture in the atmosphere to generate ammonia gas and amine gas, and the wettability with the glass forming the heating resistor 5 is extremely poor. This is because it cannot be directly applied.

【0029】絶縁膜4として酸化物系セラミックスを用
いる場合、例えば、アルミナ、ムライト、マグネシアス
ピネルを用いることができ、また、ガラスを用いる場
合、耐熱温度が400℃以上のものを用いれば良い。
In the case where an oxide-based ceramic is used as the insulating film 4, for example, alumina, mullite or magnesia spinel can be used. In the case where glass is used, a material having a heat-resistant temperature of 400 ° C. or more may be used.

【0030】これらの酸化物系セラミックス又はガラス
は、金属材料からなる発熱抵抗体5と比較して熱伝導率
が小さいため、冷却時にエアーを吹きつけられたとして
も発熱抵抗体5が急激に冷却されることを防止すること
ができるため、発熱抵抗体5と酸化物膜Qとの熱膨張差
によって作用する熱応力を抑えることができるととも
に、加熱板2を形成する窒化アルミニウム質焼結体との
熱膨張差も小さいことから、熱膨張係数の大きい発熱抵
抗体5を加熱板2と絶縁膜4とで挟み込み、発熱抵抗体
5と酸化物膜Qとの接合部に作用する熱応力を緩和する
ことができるため、400℃以上の温度から急冷したと
しても発熱抵抗体5と酸化物膜Qとの接合部にクラック
が発生することを効果的に防止することができる。
Since these oxide-based ceramics or glass have a lower thermal conductivity than the heating resistor 5 made of a metal material, the heating resistor 5 is rapidly cooled even if air is blown during cooling. Therefore, thermal stress acting due to a difference in thermal expansion between the heat generating resistor 5 and the oxide film Q can be suppressed, and the aluminum nitride sintered body forming the heating plate 2 can be prevented. Since the thermal expansion difference is small, the heating resistor 5 having a large thermal expansion coefficient is sandwiched between the heating plate 2 and the insulating film 4 to reduce the thermal stress acting on the joint between the heating resistor 5 and the oxide film Q. Therefore, even if the temperature is rapidly cooled from a temperature of 400 ° C. or more, it is possible to effectively prevent cracks from being generated at the junction between the heating resistor 5 and the oxide film Q.

【0031】ただし、絶縁膜4として、酸化物系セラミ
ックス又はガラスを用いる場合、その膜厚みは5〜30
0μmとすることが好ましい。なぜなら、膜厚みが5μ
m未満となると、発熱抵抗体5への熱の伝わりを抑制す
る効果が小さく、また、絶縁膜4により発熱抵抗体5の
膨張を抑え込む効果も小さくなるため、急冷を繰り返す
と、短期間の使用で発熱抵抗体5と酸化物膜Qとの接合
部にクラックが発生するからであり、逆に膜厚みが30
0μmを越えると、絶縁膜4の熱容量が大きくなり過ぎ
るため、加熱及び冷却に要する時間が長くなってしまう
からである。なお、好ましくは10〜200μmの膜厚
みとすることが良い。
However, when an oxide-based ceramic or glass is used as the insulating film 4, its thickness is 5 to 30.
Preferably, the thickness is 0 μm. Because the film thickness is 5μ
m, the effect of suppressing the transfer of heat to the heating resistor 5 is small, and the effect of suppressing the expansion of the heating resistor 5 by the insulating film 4 is also small. This causes cracks to occur at the joint between the heating resistor 5 and the oxide film Q.
If the thickness exceeds 0 μm, the heat capacity of the insulating film 4 becomes too large, so that the time required for heating and cooling becomes long. Preferably, the film thickness is 10 to 200 μm.

【0032】なお、絶縁膜4として酸化物系セラミック
スを被着するには、イオンプレーティング法、CVD
法、PVD法、溶射法等の周知の膜形成手段にて成膜す
れば良く、また、絶縁膜4としてガラスを被着するに
は、ガラス粉末に有機溶剤を混ぜたガラスペーストを塗
布し、焼き付けにて形成すれば良い。
In order to deposit an oxide ceramic as the insulating film 4, an ion plating method, a CVD method,
The film may be formed by a known film forming means such as a PVD method, a thermal spraying method, or the like. In order to apply glass as the insulating film 4, a glass paste obtained by mixing an organic solvent with glass powder is applied. What is necessary is just to form by baking.

【0033】また、本発明において、絶縁膜4の膜厚み
とは、発熱抵抗体5の主面(最も広い表面)上に被着さ
れた絶縁膜4の平均厚みのことであり、例えば、任意に
測定した10箇所の厚みの平均をとればよい。
In the present invention, the film thickness of the insulating film 4 refers to the average thickness of the insulating film 4 applied on the main surface (the widest surface) of the heating resistor 5 and may be, for example, any thickness. What is necessary is just to take the average of the thickness of 10 places measured in this way.

【0034】一方、加熱板2の下面に形成する発熱抵抗
体5は、Au、Ag、Pd、Pt、Rh、Irのうち少
なくとも一種以上の金属又はこれらの合金と、Zn、
B、Siの少なくとも一種を含むガラスからなるものを
用いることが好ましい。
On the other hand, the heating resistor 5 formed on the lower surface of the heating plate 2 is made of at least one of Au, Ag, Pd, Pt, Rh and Ir, or an alloy thereof, with Zn,
It is preferable to use a glass containing at least one of B and Si.

【0035】この時、発熱抵抗体5に含有するガラス
は、その転移点が絶縁膜4の成膜温度よりも高いものを
用いることが良く、このようなガラスを用いることで、
絶縁膜4を被着する時の熱履歴によってガラス成分が軟
化変形し、発熱抵抗体5の抵抗値にバラツキが発生する
ことを防止することができる。
At this time, as the glass contained in the heating resistor 5, it is preferable to use a glass whose transition point is higher than the film forming temperature of the insulating film 4.
It is possible to prevent the glass component from softening and deforming due to the heat history at the time of applying the insulating film 4, thereby preventing the resistance value of the heating resistor 5 from varying.

【0036】また、発熱抵抗体5に用いるガラスとして
は、その内部にZn2SiO4、Zn 326、Zn3(B
32、Zn(BO32、SiO2の少なくとも1種の
結晶を含有させたものを用いることが好ましい。これら
の結晶は熱熱膨張係数が小さいため、発熱抵抗体5の熱
膨張係数を下げる効果があるとともに、ガラス中にクラ
ックが発生しても上記結晶によってクラックの進展を抑
制することができるため、従来、50℃〜350℃の熱
サイクル試験において2000サイクル程度で断線して
いた発熱抵抗体5の寿命を20000サイクルまで延ば
すことができ、長寿命なセラミックヒーター10を提供
することができる。
Further, as the glass used for the heating resistor 5,
Has Zn insideTwoSiOFour, Zn ThreeBTwoO6, ZnThree(B
OThree)Two, Zn (BOThree)Two, SiOTwoAt least one of
It is preferable to use one containing crystals. these
Crystal has a small coefficient of thermal expansion.
This has the effect of lowering the expansion coefficient and
Even if cracks occur, the above crystal suppresses the progress of cracks.
Conventionally, heat of 50 to 350 ° C.
Disconnect after about 2,000 cycles in cycle test
Extend the life of the heating resistor 5 to 20,000 cycles
And provide a long-life ceramic heater 10
can do.

【0037】特に、結晶構造として針状のものを用いれ
ば、細長い結晶がガラス中に入り組んだ状態で存在する
ことになるため、発熱抵抗体5の強度を向上させること
ができ効果的である。
In particular, when a needle-shaped crystal structure is used, elongated crystals are present in a state of being entangled in the glass, so that the strength of the heating resistor 5 can be improved, which is effective.

【0038】発熱抵抗体5のガラス中に、Zn2Si
4、Zn326、Zn3(BO32、Zn(B
32、SiO2の少なくとも1種の結晶を含有させる
方法としては、ガラス内で結晶化させるかあるいはガラ
ス中に分散させれば良い。
The glass of the heating resistor 5 contains Zn 2 Si
O 4 , Zn 3 B 2 O 6 , Zn 3 (BO 3 ) 2 , Zn (B
As a method for containing at least one kind of crystal of O 3 ) 2 and SiO 2 , it is sufficient to crystallize in glass or disperse in glass.

【0039】例えば、結晶化によって生成させる場合、
上記結晶の構成成分である、Zn、B、Siの少なくと
も1種を含有するガラスを加熱して溶融させ、溶融ガラ
スを結晶核生成温度付近で1時間程度保持することによ
り結晶核を十分に生成させた後、結晶成長温度まで昇温
してガラス中に結晶化ガラスを生成させれば良い。
For example, when produced by crystallization,
The glass containing at least one of Zn, B, and Si, which is a component of the crystal, is heated and melted, and the molten glass is maintained at about the crystal nucleation temperature for about one hour to sufficiently generate crystal nuclei. After that, the temperature may be raised to the crystal growth temperature to form crystallized glass in the glass.

【0040】また、結晶化させる以外にガラス粉末とと
もに、Zn2SiO4、Zn326、Zn3(BO32
Zn(BO32、SiO2の少なくとも1種の粉体を混
ぜたペーストを用い、焼き付けすることによりガラス中
に混在させるようにしても構わない。
In addition to crystallization, Zn 2 SiO 4 , Zn 3 B 2 O 6 , Zn 3 (BO 3 ) 2 ,
With Zn (BO 3) 2, the SiO 2 paste mixed with at least one powder may be caused to coexist in the glass by baking.

【0041】なお、発熱抵抗体5のガラス中に含有させ
る結晶相の同定は、X線回折(理学電気社製)により同
定することができ、また、発熱抵抗体5を形成するガラ
スの転移点の測定は、示差走査熱量分析計を用い、温度
を上昇させながら熱の出入りを測定し、ベースラインの
最初の吸熱シフト部分の漸近線の交点をガラスの転移点
として求めれば良い。
The crystal phase contained in the glass of the heating resistor 5 can be identified by X-ray diffraction (manufactured by Rigaku Denki), and the transition point of the glass forming the heating resistor 5 can be identified. Is measured by using a differential scanning calorimeter, measuring the flow of heat while increasing the temperature, and determining the intersection of the asymptote of the first endothermic shift portion of the baseline as the transition point of the glass.

【0042】さらに、発熱抵抗体5を形成する金属とし
ては、Au、Ag、Pd、Pt、Rh、Irを用いるこ
とができるが、これらの中でも、Pt、Au、もしくは
これらの合金はマイグレーションを起こし難いため、発
熱抵抗体5の劣化を防止することができるとともに、P
t、Auは耐酸化性に優れることから、50℃〜350
℃の熱サイクル試験における寿命を250000サイク
ルまで伸ばすことができる。
Further, Au, Ag, Pd, Pt, Rh, and Ir can be used as the metal forming the heating resistor 5, and among these, Pt, Au, or an alloy thereof causes migration. It is difficult to prevent the heating resistor 5 from deteriorating.
t and Au are excellent in oxidation resistance.
The life in the thermal cycle test at 0 ° C. can be extended up to 250,000 cycles.

【0043】発熱抵抗体5を得るあたり、ガラスと金属
の混合比率は、重量比で40:60〜80:20とする
ことが良い。なぜなら、ガラスの混合比率が40より少
なくなると(金属の混合比率が60より大きくなる
と)、ガラス量が少なくなり過ぎるため、発熱抵抗体5
が剥離し易くなるからであり、逆にガラスの混合比率が
80より多くなると(金属の混合比率が20より少なく
なると)、金属の含有量が少なくなり過ぎるため、部分
的に体積固有抵抗値にバラツキが発生し、加熱板2の加
熱面3を均一に加熱することができなくなったり、発熱
抵抗体5の断線が発生し易くなるからである。
In obtaining the heating resistor 5, the mixing ratio of glass and metal is preferably 40:60 to 80:20 by weight. This is because if the mixing ratio of glass is less than 40 (if the mixing ratio of metal is more than 60), the amount of glass becomes too small.
On the contrary, when the mixing ratio of glass is more than 80 (when the mixing ratio of metal is less than 20), the content of metal is too small, and the volume specific resistance value is partially reduced. This is because variations occur, and the heating surface 3 of the heating plate 2 cannot be uniformly heated, and the disconnection of the heating resistor 5 easily occurs.

【0044】一方、加熱板2を形成する窒化アルミニウ
ム質焼結体としては、熱伝導率が高いものを用いること
が好ましく、例えば、窒化アルミニウムを主成分とし、
焼結助剤として、Y23やEr23、Ce23、Yb2
3等の希土類元素化合物を1〜9重量%の範囲で含有
したものを用いれば、100W/m・K以上、さらには
150W/m・K以上の熱伝導率を得ることができ、加
熱板2として好適に用いることができる。
On the other hand, as the aluminum nitride sintered body forming the heating plate 2, it is preferable to use one having a high thermal conductivity.
As sintering aids, Y 2 O 3 , Er 2 O 3 , Ce 2 O 3 , Yb 2
When a compound containing a rare earth element compound such as O 3 in a range of 1 to 9% by weight is used, a thermal conductivity of 100 W / m · K or more, further 150 W / m · K or more can be obtained. 2 can be suitably used.

【0045】また、加熱板2を形成する窒化アルミニウ
ム質焼結体の表面にAlの酸化物膜Qを生成させる手段
としては、窒化アルミニウム質焼結体を、酸化雰囲気
中、850〜1200℃の温度で1〜10時間程度、熱
処理を加えれば良い。
As a means for forming an Al oxide film Q on the surface of the aluminum nitride sintered body forming the heating plate 2, an aluminum nitride sintered body is prepared by heating an aluminum nitride sintered body in an oxidizing atmosphere at 850 to 1200 ° C. Heat treatment may be performed at a temperature for about 1 to 10 hours.

【0046】ここで、熱処理温度を850〜1200℃
としたのは、1200℃を越えると酸化膜の生成速度が
速くなり過ぎ、酸化物膜Qにクラックが発生し易くなる
からであり、逆に850℃未満では、酸化物膜Qの生成
が悪く、窒化アルミニウム質焼結体の表面全体を酸化物
膜Qで覆うことができないからである。
Here, the heat treatment temperature is 850 to 1200 ° C.
The reason is that if the temperature exceeds 1200 ° C., the generation rate of the oxide film becomes too fast, and cracks are easily generated in the oxide film Q. Conversely, if the temperature is lower than 850 ° C., the generation of the oxide film Q is poor. This is because the entire surface of the aluminum nitride sintered body cannot be covered with the oxide film Q.

【0047】そして、窒化アルミニウム質焼結体の表面
に生成させる酸化物膜Qの膜厚みTは0.05〜5μm
とすることが良く、酸化物膜Qの膜厚みTが0.05μ
m未満では、酸化によって窒化アルミニウム質焼結体の
表面全体を完全に覆うことが難しいため、窒化アルミニ
ウム質焼結体が空気中の水分と反応してアンモニアガス
やアミン系のガスを発生させ、ウエハW上に形成した感
光性樹脂の性質を劣化させてしまい、逆に酸化物膜Qの
膜厚みTが5μmを超えると、酸化物膜Qが形成された
後の冷却時に、表面の酸化物膜Qの収縮が、加熱板2を
形成する窒化アルミニウム質焼結体に較べて大きいため
(窒化アルミニウム質焼結体の熱膨張率:4.7×10
-6/℃(20〜400℃)、アルミナからなる酸化物膜
Qの熱膨張率:7.3×10-6/℃(20〜400
℃))、この収縮差により酸化物膜Qには常に引張応力
が作用しており、この状態で発熱抵抗体5の昇温及び強
制空冷によって熱衝撃が加わると、発熱抵抗体5にクラ
ックが発生するからである。なお、好ましくは0.1〜
2μmの範囲で酸化物膜Qを被覆することが好ましい。
The thickness T of the oxide film Q formed on the surface of the aluminum nitride sintered body is 0.05 to 5 μm.
And the thickness T of the oxide film Q is 0.05 μm.
If it is less than m, it is difficult to completely cover the entire surface of the aluminum nitride-based sintered body by oxidation, so that the aluminum nitride-based sintered body reacts with moisture in the air to generate an ammonia gas or an amine-based gas, If the film thickness T of the oxide film Q exceeds 5 μm, the properties of the photosensitive resin formed on the wafer W are deteriorated. Since the contraction of the film Q is larger than that of the aluminum nitride sintered body forming the heating plate 2 (the coefficient of thermal expansion of the aluminum nitride sintered body: 4.7 × 10
-6 / ° C. (20 to 400 ° C.), coefficient of thermal expansion of oxide film Q made of alumina: 7.3 × 10 -6 / ° C. (20 to 400 ° C.)
° C)), a tensile stress always acts on the oxide film Q due to the difference in shrinkage. In this state, if a thermal shock is applied due to the temperature rise of the heating resistor 5 and forced air cooling, cracks are generated in the heating resistor 5. Because it occurs. In addition, preferably 0.1 to
It is preferable to cover the oxide film Q in a range of 2 μm.

【0048】以上、本発明の実施形態について示した
が、本発明の前述した実施形態のものだけに限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば
改良や変更したものでも良いことは言うまでもない。
The embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment of the present invention, and may be modified or modified without departing from the gist of the present invention. Needless to say, it's good.

【0049】[0049]

【実施例】(実施例1)ここで、本発明のセラミックヒ
ーターを備えるウエハ加熱装置と、従来のセラミックヒ
ーターを備えるウエハ加熱装置とを用意し、熱サイクル
試験を行った後の発熱抵抗体の抵抗値変化と酸化物膜の
クラックの有無について調べる実験を行った。
(Example 1) Here, a wafer heating device provided with a ceramic heater of the present invention and a wafer heating device provided with a conventional ceramic heater were prepared, and the heating resistor after a heat cycle test was performed. An experiment was conducted to examine the change in resistance and the presence or absence of cracks in the oxide film.

【0050】本実験にあたり、セラミックヒーターを構
成する加熱板は、AlN粉末に対して5重量%のY23
の粉末を加え、さらに適量のバインダ及び溶剤を加えて
混練乾燥することにより造粒粉を製作し、この造粒粉を
型内に充填して100MPaの成形圧で押圧しつつ、1
800〜1900℃の温度で焼成するホットプレス法を
用いて焼成することにより、120W/m・K程度の熱
伝導率を有する板状の窒化アルミニウム質焼結体を製作
し、さらに切削加工及び研磨加工を施して外径230m
m、厚み3mmの円盤状とした後、1000℃×3時間
の条件で熱処理することにより、その表面に1.0μm
厚のアルミナからなる酸化物膜を被覆することにより作
製した。
[0050] Upon this experiment, heating plate constituting the ceramic heater of 5% by weight relative to AlN powder Y 2 O 3
, And further kneaded and dried by adding an appropriate amount of a binder and a solvent to produce a granulated powder. The granulated powder is filled in a mold, and pressed at a molding pressure of 100 MPa.
By sintering using a hot press method of sintering at a temperature of 800 to 1900 ° C., a plate-shaped aluminum nitride sintered body having a thermal conductivity of about 120 W / m · K is manufactured, and further cut and polished. 230m outside diameter after processing
m, a disk having a thickness of 3 mm, and then heat-treated under the condition of 1000 ° C. × 3 hours.
It was manufactured by coating an oxide film made of thick alumina.

【0051】セラミックヒーターを構成する発熱抵抗体
を形成するにあたっては、Au(30重量%)とPt
(10重量%)の金属粉末と、熱処理によりZn2Si
4、Zn326、Zn3(BO32、Zn(B
22、SiO2(クオーツ)のうち一種類以上の結晶
粒子を生成するガラスを60重量%含んだ発熱抵抗体ペ
ーストを用いた。
In forming the heating resistor constituting the ceramic heater, Au (30% by weight) and Pt were used.
(10% by weight) of metal powder and Zn 2 Si
O 4 , Zn 3 B 2 O 6 , Zn 3 (BO 3 ) 2 , Zn (B
A heat-generating resistor paste containing 60% by weight of glass that generates one or more types of crystal particles of O 2 ) 2 and SiO 2 (quartz) was used.

【0052】そして、本発明のセラミックヒーターの製
作にあたっては、加熱板の加熱面と反対側の表面に上記
発熱抵抗体ペーストを印刷し、800〜900℃の温度
で焼き付けることにより発熱抵抗体を形成した後、発熱
抵抗体の端部にAuペーストを印刷し、700〜750
℃で焼き付けることにより給電部を形成し、しかる後、
給電部を除いて発熱抵抗体を覆うように加熱板の加熱面
と反対側の表面に絶縁膜を被着することにより製作し
た。
In manufacturing the ceramic heater of the present invention, the heating resistor paste is printed on the surface opposite to the heating surface of the heating plate and baked at a temperature of 800 to 900 ° C. to form the heating resistor. After that, an Au paste is printed on the end of the heating resistor, and 700 to 750 is printed.
Forming a power supply part by baking at ℃,
It was manufactured by applying an insulating film to the surface of the heating plate opposite to the heating surface so as to cover the heating resistor except for the power supply portion.

【0053】なお、発熱抵抗体を覆う絶縁膜としてポリ
イミド、ポリアミド、ポリイミドアミドからなる耐熱性
樹脂を用いる場合には、加熱板の加熱面と反対側の表面
に、各樹脂ペーストの印刷、乾燥を繰り返して重ね塗り
し、350〜450℃の温度で焼き付けることにより、
耐熱性樹脂からなる絶縁膜を被着し、また、発熱抵抗体
を覆う絶縁膜としてガラスを用いる場合には、加熱板の
加熱面と反対側の表面にガラスペーストを印刷し、70
0℃で焼き付けることにより、ガラスからなる絶縁膜を
被着し、さらに、発熱抵抗体を覆う絶縁膜としてアルミ
ナ及び酸化珪素を用いる場合には、プラズマCVD法を
用いて加熱板の加熱面と反対側の表面にアルミナからな
る絶縁膜及び酸化珪素からなる絶縁膜を被着した。な
お、アルミナからなる絶縁膜の成膜にあたっては、成膜
ガスとしてAlH3を、キャリアガスとしてH2を用い、
また、酸化珪素からなる絶縁膜の成膜にあたっては、成
膜ガスとしてSiH4を、キャリアガスとしてH2を用い
た。
When a heat-resistant resin made of polyimide, polyamide or polyimide amide is used as the insulating film covering the heating resistor, printing and drying of each resin paste are performed on the surface of the heating plate opposite to the heating surface. By repeatedly coating and baking at a temperature of 350 to 450 ° C,
When an insulating film made of a heat-resistant resin is applied and glass is used as the insulating film covering the heating resistor, a glass paste is printed on the surface of the heating plate opposite to the heated surface,
By baking at 0 ° C., an insulating film made of glass is deposited, and when alumina and silicon oxide are used as the insulating film covering the heating resistor, the heating surface of the heating plate is opposite to the heating surface using a plasma CVD method. An insulating film made of alumina and an insulating film made of silicon oxide were applied to the surface on the side. In forming the insulating film made of alumina, AlH 3 was used as a film forming gas, and H 2 was used as a carrier gas.
In forming an insulating film made of silicon oxide, SiH 4 was used as a film forming gas and H 2 was used as a carrier gas.

【0054】一方、従来のセラミックヒーターの製作に
あたっては、上記加熱板の加熱面と反対側の表面に、上
記発熱抵抗体ペーストを印刷し、800〜900℃の温
度で焼き付けることにより製作した。
On the other hand, in manufacturing a conventional ceramic heater, the heating resistor paste was printed on the surface of the heating plate opposite to the heating surface and baked at a temperature of 800 to 900 ° C.

【0055】そして、得られた各セラミックヒーター
を、有底筒状体をした金属ケーシングの開口部に設置す
ることによりウエハ加熱装置を製作した。
Then, each of the obtained ceramic heaters was installed in an opening of a metal casing having a bottomed cylindrical body to manufacture a wafer heating apparatus.

【0056】そして、得られた各セラミックヒーターの
発熱抵抗体に通電し、加熱面上に載せたウエハの温度を
90秒で300℃まで昇温させ、強制空冷により300
秒で50℃以下に冷却する熱サイクル試験を10000
サイクル行ない、熱サイクル試験前後の発熱抵抗体の抵
抗値変化を確認した。なお、ウエハの温度は、ウエハに
設置した抵抗温度素子を用いて測定した。
Then, a current is applied to the heating resistor of each of the obtained ceramic heaters, the temperature of the wafer placed on the heating surface is raised to 300 ° C. in 90 seconds, and the wafer is heated to 300 ° C. by forced air cooling.
Thermal cycle test to cool to 50 ° C or less in 10,000 seconds
Cycling was performed, and a change in resistance value of the heating resistor before and after the heat cycle test was confirmed. The temperature of the wafer was measured using a resistance temperature element installed on the wafer.

【0057】また、熱サイクル試験後の加熱板の一部を
切り出し、電子顕微鏡により酸化物膜Qのクラックの有
無を確認した。
Further, a portion of the heating plate after the heat cycle test was cut out, and the presence or absence of cracks in the oxide film Q was confirmed by an electron microscope.

【0058】結果は表1に示す通りである。The results are as shown in Table 1.

【0059】[0059]

【表1】 [Table 1]

【0060】この結果、試料No.22のように、絶縁
膜を持たない従来のセラミックヒーターは、熱サイクル
試験後の酸化物膜にクラックが見られた。しかも、熱サ
イクル試験前後において発熱抵抗体の抵抗値にも大きな
変化が見られた。
As a result, the sample No. As shown in No. 22, in the conventional ceramic heater having no insulating film, cracks were observed in the oxide film after the heat cycle test. In addition, a large change was observed in the resistance value of the heating resistor before and after the heat cycle test.

【0061】これに対し、試料No.1〜21に示すよ
うに、発熱抵抗体の表面を覆うように絶縁膜を被着した
本発明のセラミックヒーターは、いずれも熱サイクル試
験後に酸化物膜にクラックの発生はなく、良好な耐久性
を示した。
On the other hand, the sample No. As shown in Nos. 1 to 21, each of the ceramic heaters of the present invention in which an insulating film was applied so as to cover the surface of the heating resistor had no cracks in the oxide film after the heat cycle test, and had good durability. showed that.

【0062】ただし、絶縁膜を耐熱性樹脂により形成し
たものでは、試料No.14のように、絶縁膜の膜厚み
が5μmより薄いと、絶縁膜の持つ保護膜としての効果
が小さいために発熱抵抗体の抵抗値の変化が大きく、ま
た、試料No.19のように、絶縁膜の膜厚みが100
μmを超えると、絶縁膜を形成する耐熱性樹脂中に気泡
の発生が見られた。
However, when the insulating film is formed of a heat-resistant resin, the sample No. When the film thickness of the insulating film is smaller than 5 μm as in the case of Sample No. 14, the resistance value of the heating resistor changes greatly because the effect of the insulating film as a protective film is small. As in 19, the thickness of the insulating film is 100
If it exceeds μm, bubbles were generated in the heat-resistant resin forming the insulating film.

【0063】この結果、絶縁膜として耐熱性樹脂を用い
る場合、その膜厚みは5〜100μmとすることが良
く、さらに発熱抵抗体の抵抗値変化を防ぐためには20
〜100μmの範囲で被着することが良いことが判る。
As a result, when a heat-resistant resin is used as the insulating film, it is preferable that the film thickness be 5 to 100 μm.
It can be seen that it is better to apply in the range of 100100 μm.

【0064】また、絶縁膜を酸化物系セラミックスやガ
ラスにより形成したものでは、試料No.1,4のよう
に、絶縁膜の膜厚みが5μmより薄いと、絶縁膜の持つ
保護膜としての効果が小さいために熱抵抗体の抵抗値の
変化が大きく、試料No.13のように、絶縁膜の膜厚
みが300μmを超えると、絶縁膜の熱容量が大きくな
り過ぎるので、所定の温度に加熱するのに要する電力が
多くなりすぎるといった不都合があった。
In the case where the insulating film was formed of oxide ceramics or glass, the sample No. When the thickness of the insulating film is less than 5 μm as in Examples 1 and 4, the effect of the insulating film as a protective film is small, and the change in the resistance value of the thermal resistor is large. If the thickness of the insulating film exceeds 300 μm as in 13, the heat capacity of the insulating film becomes too large, and there is a disadvantage that the electric power required for heating to a predetermined temperature becomes too large.

【0065】この結果、絶縁膜として酸化物系セラミッ
クスやガラスを用いる場合、その膜厚みは5〜300μ
mとすることが良いことが判る。
As a result, when an oxide ceramic or glass is used as the insulating film, the thickness of the film is 5 to 300 μm.
It turns out that it is good to set it to m.

【0066】[0066]

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、窒化ア
ルミニウム質焼結体からなり、その表面全体にAlを含
む酸化物膜を有する加熱板の一方の主面を加熱面とする
とともに、上記加熱板の他方の主面に発熱抵抗体を形成
し、該発熱抵抗体を覆うように上記加熱板の他方の主面
に絶縁膜を被着してセラミックヒーターを構成したこと
によって、急速昇温、急速冷却といった厳しい条件を繰
り返したとしても、加熱板を形成する窒化アルミニウム
質焼結体を被覆する酸化膜と発熱抵抗体との接合部にク
ラックが発生することがなく、また、発熱抵抗体の特性
が劣化することもないため、耐久性に優れたセラミック
ヒーターを提供することができる。
As described above, according to the present invention, one main surface of a heating plate made of an aluminum nitride sintered body and having an oxide film containing Al on the entire surface is used as a heating surface. A heating resistor is formed on the other main surface of the heating plate, and an insulating film is applied to the other main surface of the heating plate so as to cover the heating resistor, thereby forming a ceramic heater. Even if severe conditions such as temperature rise and rapid cooling are repeated, cracks do not occur at the junction between the oxide film covering the aluminum nitride sintered body forming the heating plate and the heating resistor, and heat is not generated. Since the characteristics of the resistor are not deteriorated, a ceramic heater having excellent durability can be provided.

【0067】また、上記セラミックヒーターを構成する
加熱板の外周に、有底筒状体をした金属ケーシングの頂
面を当接させ、金属ケーシングによってセラミックヒー
ターを支持してウエハ加熱装置を構成することにより、
タクトタイムが短く、感光性樹脂の乾燥に際して樹脂に
対し悪影響を与えることのないウエハ加熱装置を提供す
ることができる。
Further, the top surface of a metal casing having a bottomed cylindrical body is brought into contact with the outer periphery of a heating plate constituting the ceramic heater, and the ceramic heater is supported by the metal casing to constitute a wafer heating apparatus. By
It is possible to provide a wafer heating apparatus that has a short tact time and does not adversely affect the resin when drying the photosensitive resin.

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

【図1】本発明に係るセラミックヒーターを用いたウエ
ハ加熱装置の一例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an example of a wafer heating apparatus using a ceramic heater according to the present invention.

【図2】本発明のウエハ加熱装置を構成するセラミック
ヒーターの加熱板と金属ケーシングの固定構造を拡大し
た部分断面図である。
FIG. 2 is an enlarged partial cross-sectional view of a fixing structure of a heating plate of a ceramic heater and a metal casing constituting the wafer heating apparatus of the present invention.

【図3】従来のウエハ加熱装置を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a conventional wafer heating apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:ウエハ加熱装置 2:加熱板 3:載置面 4:絶縁膜 5:発熱抵抗体 6:給電部 7:導通端子 8:支持ピン 9:熱電対 10:セラミックヒーター 21:金属ケーシング 22:フランジ部 23:ボルト 24:弾性部材 25:ナット 26:ワッシャ 27:ガラス層 41:ウエハ加熱装置 42:加熱板 43:加熱面 44:発熱抵抗体 35:導通端子 50:セラミックヒーター 51:金属ケーシング P:酸化膜 Q:酸化物膜 W:ウエハ 1: Wafer heating device 2: Heating plate 3: Placement surface 4: Insulating film 5: Heating resistor 6: Power supply unit 7: Conductive terminal 8: Support pin 9: Thermocouple 10: Ceramic heater 21: Metal casing 22: Flange Part 23: Bolt 24: Elastic member 25: Nut 26: Washer 27: Glass layer 41: Wafer heating device 42: Heating plate 43: Heating surface 44: Heating resistor 35: Conductive terminal 50: Ceramic heater 51: Metal casing P: Oxide film Q: Oxide film W: Wafer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】窒化アルミニウム質焼結体からなり、その
表面全体にAlを含む酸化物膜を有する加熱板の一方の
主面を加熱面とするとともに、上記加熱板の他方の主面
に発熱抵抗体を形成し、該発熱抵抗体を覆うように上記
加熱板の他方の主面に絶縁膜を被着したことを特徴とす
るセラミックヒーター。
1. A heating plate made of an aluminum nitride sintered body and having an oxide film containing Al over its entire surface is used as a heating surface, and heat is generated on the other main surface of the heating plate. A ceramic heater, wherein a resistor is formed, and an insulating film is applied to the other main surface of the heating plate so as to cover the heating resistor.
【請求項2】前記絶縁膜が耐熱性樹脂からなり、その膜
厚みを5〜100μmとしたことを特徴とする請求項1
に記載のセラミックヒーター。
2. The method according to claim 1, wherein said insulating film is made of a heat-resistant resin, and has a thickness of 5 to 100 μm.
The ceramic heater according to 1.
【請求項3】前記絶縁膜が酸化物系セラミックス又はガ
ラスからなり、その膜厚みを5〜300μmとしたこと
を特徴とする請求項1に記載のセラミックヒーター。
3. The ceramic heater according to claim 1, wherein said insulating film is made of an oxide ceramic or glass, and has a thickness of 5 to 300 μm.
【請求項4】請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の
セラミックヒーターを構成する加熱板の外周部を、有底
筒状体をした金属ケーシングの開口部に配置し、上記金
属ケーシングによって上記セラミックヒーターを支持す
るようにしたことを特徴とするウエハ加熱装置。
4. An outer peripheral portion of a heating plate constituting the ceramic heater according to any one of claims 1 to 3, is disposed at an opening of a metal casing having a bottomed cylindrical body, and is provided by the metal casing. A wafer heating device supporting the ceramic heater.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104515400A (en) * 2014-12-17 2015-04-15 广东摩德娜科技股份有限公司 Indirect cooling device capable of reducing temperature difference of wide-section sintering equipment

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