JP2002373933A

JP2002373933A - セラミックヒータ

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Publication number: JP2002373933A
Application number: JP2001180964A
Authority: JP
Inventors: Naotoshi Morita; 直年森田; Shigehito Sakai; 茂仁坂井
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2001-06-15
Publication date: 2002-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＶＤ装置に用いるセラミックヒータではウ
エハを載置する面を高温に加熱することがある。セラミ
ックヒータが装着される装置の取り付け部は冷却して使
用するためセラミックヒータの厚さ方向に大きな温度勾
配ができ、熱膨張差による歪みや熱応力によりセラミッ
クヒータの信頼性や耐久性が低下する。【解決手段】発熱するセラミックヒータ体１０の周縁
を円筒状の支持体３２で支承し装置の取り付け部３１に
装着する。支持体３２で囲まれた空間は断熱層４０とし
て機能する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置に
関し、特に、シリコンウエハ等に化学蒸着（ＣＶＤ Ch
emical vaper diposition ）、プラズマエッチング、ス
パッタリング等を施す際にウエハを加熱しながら保持す
るのに好適なセラミックヒータに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ等の半導体製造装置では、ウエハ
を保持するのにクーロン力あるいはジョンソンラーベッ
ク効果（Johnson Rahbeck effect ）を用いた静電吸着
手段が多く用いられる。この静電吸着手段には、単にウ
エハを保持する機能のみならず、過酷な環境下でウエハ
の温度を均一に保持するという機能、チャンバー内を汚
染（コンタミネーション）しない機能、過酷な雰囲気下
での使用に耐える機能も求められる。この種のウエハ保
持装置、加熱装置として特許第２５２１４７１号公報、
特開２０００−３４８８５３号公報、特公平７−５０７
３６号公報等が開示されている。

【０００３】上記第１の特許公報では、金属ベース板１
と焼結セラミック板６との間に弾性絶縁体３を介在させ
てその弾性変形により、焼結セラミック板６に掛かる熱
応力を緩和しようとしたものである（公報の第１図参
照）。

【０００４】上記第２の公開公報では、窒化アルミニウ
ムからなる基体２と同じく窒化アルミニウムからなる被
覆板３との間に、添加剤を含まない炭化珪素からなるヒ
ータエレメント８を介在させたものが開示されている
（公報の図１参照）。同じような熱膨張係数を有する材
料を組み合わせることにより熱衝撃を緩和し、耐久性を
向上させると共に耐汚染性を向上させようとしたもので
ある。

【０００５】上記第３の公告公報では、被加工物である
ウエハと熱膨張率の近似した窒化珪素、窒化アルミニウ
ム、サイロン等からなる基体２Ａと誘電体層４Ａとを主
な要素とし、基体２Ａと誘電体層４Ａとの間に静電チャ
ッカーの機能を果たす膜状電極５Ａを配置し、基体２Ａ
内にタングステン線からなる抵抗発熱体３を埋設したも
のが開示されている（公報の図３参照）。基体２Ａおよ
び誘電体層４Ａが上記のようなセラミックスからなって
いるので高温に耐え、５００°Ｃにも達する熱ＣＶＤ装
置にも使用できるようにしたものである。また、誘電体
層４Ａの表面を研磨加工し平面度を上げることによりウ
エハを吸着したときの密着性を高め、ウエハ全面に亘っ
ての均一な加熱を可能としたものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の特許公報に記載のものは、温度の変化に応じてシリ
コンゴムからなる弾性絶縁体膜３が伸縮するため、弾性
絶縁体膜３の寿命が問題になり耐久性に乏しいという問
題点がある。また、金属ベース板１からウエハ１１まで
に介在する板６、５、７，３の厚さが薄いことから高温
には耐えられないものと推定される。

【０００７】また、上記第２の公開公報に記載のもの
は、製品としては優れた機能を発揮するものの、窒化ア
ルミニウムからなる基体１、被覆板３、炭化珪素からな
るヒータエレメント８といった複雑な形状をなすものを
ホットプレス法により製作しなければならない。このた
め、コスト高になるという問題点がある。

【０００８】さらに、上記第３の公告公報に記載のもの
は、フランジ部４ｂを設けたことから製品としてはさら
に優れた機能を発揮するものの、タングステンからなる
螺旋状の抵抗発熱体３を埋設した窒化珪素からなる基体
２Ａ、セラミックス誘電体層４Ａ等をホットプレス法に
より製作しなければならない。このため、コスト高にな
るという問題点がある。

【０００９】半導体製造装置、なかでもＣＶＤ装置に用
いられるセラミックヒータにはウエハを均一に加熱する
機能が要求される。そのため、セラミックヒータの加熱
面の面内温度分布が±５％以下（できれば±１％以下）
になるよう抑える必要がある。面内温度分布を小さく抑
えるための一つの方法は、セラミックヒータ全体の厚さ
を厚くして熱容量を大きくし、面内温度分布を均一化す
ることである。上記第２及び第３の公報に記載のものは
基体１，２Ａの厚さを１５ｍｍ以上に設定している。

【００１０】このように厚いセラミック製品を製造する
にはホットプレス法、熱間静水圧プレス法が用いられ
る。この方法は均一な圧力を加えながら焼成する方法で
あるので製造装置が大がかりになり、コストアップの大
きな要因になる。また。ホットプレス法ではスクリーン
印刷法による導電部の形成ができないので、セラミック
ヒータ体に内蔵される抵抗発熱体や膜状静電吸着パター
ンのパターンが複雑であると極端にコストアップする。
一方、スクリーン印刷が導入可能なシート積層法では５
ｍｍ以下の厚さのものしか製造できない。

【００１１】また、ＣＶＤ装置に用いるセラミックヒー
タではシリコンウエハを載置する吸着面の温度を高温
（３００℃〜５００℃）に加熱する。一方、セラミック
ヒータが装着される装置の装着面の温度は通常冷却して
使用するため５０℃程度に設定される。このため、通常
円板状をしたセラミックヒータは厚さ方向に大きな温度
傾斜を有することになり、温度差に起因する熱膨張差に
よる歪みや熱応力をどのように処理するのかがセラミッ
クヒータの信頼性を確保する上で大きな問題になる。

【００１２】また、ＣＶＤ装置に用いられるセラミック
ヒータは半導体製造装置の寿命の間使い続けられるもの
ではなく、その過酷な雰囲気条件から数ヶ月毎に新品と
交換しなければならない消耗品である。このため、この
種のセラミックヒータにはコストダウンが特に求められ
ている。

【００１３】そこで、本発明は、ウエハが載置される吸
着面の温度を高温に維持しながらセラミックヒータの厚
さ方向の温度傾斜を緩和することができ、信頼性耐久性
が高く、かつ、安価なセラミックヒータを提供すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの手段について、例示として図５及び図６を参照し説
明する。本発明のうち請求項１記載の発明は、アルミ
ナ、ムライト、マグネシア、窒化アルミニウム、窒化珪
素等からなるセラミックヒータ体１０と、前記セラミッ
クヒータ体１０の内部に埋設された抵抗発熱体とを備
え、前記セラミックヒータ体１０の一方の面に被加工物
たるウエハを吸着可能な吸着面が形成されていること、
を特徴とするセラミックヒータ３０において、前記セラ
ミックヒータ体１０は略円板形状をしており、その円板
形状セラミックヒータ体１０の周縁を支承し装置３１に
固定するための円筒形状で表面が絶縁物からなる支持体
３２を備えていることを特徴とする。ここで支持体３２
はそれ自体を絶縁物で構成してもよく、また、本体を金
属等で構成しその表面を絶縁物で覆うようにしても良
い。

【００１５】このように形成すると、セラミックヒータ
体１０と装置取り付け部３１との間に円筒形状の支持体
３２が介在することになる。このため、高温になるセラ
ミックヒータ体１０の上面から常温の取り付け部３１ま
での間にセラミックヒータ体１０の厚さに比べて長い距
離を稼ぐことができ、その間の温度勾配をはるかに緩や
かにできる。また、円筒状の支持体３２に囲まれた空間
は断熱層４０として機能する。したがって、セラミック
ヒータ体１０や支持体３２に発生する熱による歪みや熱
応力は小さなものとなり、セラミックヒータ３０の信頼
性耐久性がはるかに向上する。また、支持体３２の表面
は絶縁物で構成されているから、ＣＶＤやスパッタリン
グ等の成膜プロセスに影響を及ぼさない。

【００１６】ここで、請求項２記載の発明のように、前
記セラミックヒータ体１０と前記支持体３２との支承部
が、一体的に接合されていることを特徴とすることがで
きる。このように形成すると、支持体３２と一体となっ
たセラミックヒータ３０の信頼性を向上させることがで
きる。

【００１７】ここで、請求項３記載の発明のように、前
記セラミックヒータ体１０と前記支持体３２との支承部
にノッチ３５が設けられ、該ノッチ３５により支持体３
２に対するセラミックヒータ体１０の位置を固定するよ
うにされていることを特徴とすることができる。このよ
うに形成すると、支持体３２に対するセラミックヒータ
体１０の位置を確実にかつ精密に決定することができ
る。したがって、たとえば、セラミックヒータ体１０上
に載置されたウエハを取り外すのにセラミックヒータ体
１０に小孔を明けておきその小孔を挿通するピンにより
ウエハを持ち上げるような機構を用いた場合、ピンが小
孔の側壁に摺接しないようにすることができるから、ピ
ンの摺接によるウエハの汚損を防ぐことができる。

【００１８】ここで、請求項４記載の発明のように、前
記支持体３２がセラミックで形成され、前記セラミック
ヒータ体１０と前記支持体３２との支承部が焼成により
密封的かつ一体的に接合されていることを特徴とするこ
とができる。このように形成すると、セラミックヒータ
体１０と支持体３２とが同じセラミックで一体に焼成さ
れるから、セラミックヒータ３０の信頼性が向上する。

【００１９】ここで、請求項５記載の発明のように、前
記セラミックヒータ体１０が、アルミナにより形成され
ていることを特徴とすることができる。このように形成
すると、セラミックヒータ体１０を安価に提供すること
ができる。

【００２０】ここで、請求項６記載の発明のように、前
記セラミックヒータ体１０の内部の、前記吸着面１８の
近傍に電圧を印加可能な膜状静電吸着パターン１６Ｐ、
１６Ｎが形成されていることを特徴とすることができ
る。このように形成すると、セラミックヒータ体１０の
吸着面１８とウエハの面との面同士の吸着力だけではな
く、膜状静電吸着パターン１６Ｐ，１６Ｎに高電圧を印
加することにより、吸着面１８とウエハとの間にクーロ
ン力による吸引力あるいはジョンソンラーベック効果に
よる吸引力が働き、膜状静電吸着パターン１６Ｐ，１６
Ｎとウエハとの距離が近いからそれだけ、ウエハをセラ
ミックヒータ体１０に強く吸着することができる。

【００２１】ここで、請求項７記載の発明のように、前
記セラミックヒータ体１０の吸着面１８若しくは吸着面
１８に対向する面に、窒化アルミニウム等の高熱伝導性
を持つセラミック板３３を密着させて配置したことを特
徴とすることができる。図５ではセラミックヒータ体１
０の上にセラミック板３３を配置したが、セラミック板
３３をセラミックヒータ体１０の下に配置しても良い。
このように形成すると、高熱伝導性のセラミック板３３
がセラミックヒータ体１０に密着するからセラミックヒ
ータ体１０の温度分布がより均一になりウエハをより均
一に加熱することができる。

【００２２】ここで、請求項８記載の発明のように、前
記支持体３２が、アルミナにより構成されていることを
特徴とすることができる。このように形成すると、セラ
ミックヒータ３０を安価に提供することができる。特
に、セラミックヒータ体１０も同じアルミナで構成する
と両者の熱膨張率が同じになるので支承部に熱応力が掛
からずセラミックヒータの信頼性がさらに向上する。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態につい
て図面を参照し説明する。図１は第１の実施の形態に係
るセラミックヒータ１０の製造工程を説明する分解斜視
図である。セラミックヒータ１０は主な要素として、図
面下から、セラミック基体１１、第１のグリーンシート
１３、第２のグリーンシート１５、セラミック吸着面体
１７からなる。各部材１１，１３，１５，１７は円板形
状をなし、その直径は、たとえば８インチのウエハを載
置するものでは２０５ｍｍ程度である。板厚は全体で２
０ｍｍ程度の板厚になるように選択される。

【００２４】セラミック基体１１は高純度のセラミック
粉末をプレス成形して作る。たとえば、９９．９％以上
の高純度のアルミナ粉末をプレス加工して形成する。こ
のとき、端子用に４つのスルーホール１１Ａ，１１Ｂ，
１１Ｃ，１１Ｄを形成しておく。セラミック吸着面体１
７も同様に高純度のアルミナ粉末をプレス加工して形成
する。プレス加工するときの圧力はプレス品１１，１７
の割掛け率がグリーンシート１３，１５のそれと一致す
るように調整する。

【００２５】グリーンシート１３，１５は次のようにし
て作る。まず、アルミナ粉末に、酸化マグネシウムＭｇ
Ｏを１ｗｔ％（重量比、以下同じ）、酸化珪素（シリ
カ）ＳｉＯ₄を４ｗｔ％、を混合してボールミルで５０
〜８０時間湿式粉砕した後、脱水乾燥する。この粉末
に、メタクリル酸イソブチルエステルを３ｗｔ％、ブチ
ルエステルを３ｗｔ％、ニトロセルロースを１ｗｔ％、
ジオクチルフタレートを０．５ｗｔ％加え、さらに、溶
剤として、トリクロールエチレン、ｎ−ブタノールを加
えてボールミルで混合し流動性のあるスラリーとする。
（以下、このスラリーをアルミナスラリーと呼ぶ）。こ
のアルミナスラリーを減圧脱泡後、平板状に流し出して
徐冷し、溶剤を発散させて厚さ０．８ｍｍのアルミナグ
リーンシートを形成する。アルミナグリーンシートには
絶縁抵抗を下げる目的で、モリブデンＭｏ、チタンＴｉ
等の金属粉末を添加することがある。

【００２６】グリーンシート上に印刷するメタライズイ
ンクは、上記アルミナスラリーを作るのと同様の方法に
より、タングステン（Ｗ）粉末を混ぜてスラリー状とし
メタライズインクとする。厚さ０．８ｍｍの第１のグリ
ーンシート１３の上に通常のスクリーン印刷法を用いて
渦巻き形状をしたヒータパターン（抵抗発熱体）１４を
形成する。その上に厚さ０．８ｍｍの第２のグリーンシ
ート１５を載置する。第２のグリーンシート１５の上に
通常のスクリーン印刷法を用いて２つの膜状静電吸着パ
ターン１６Ｐ，１６Ｎを形成する。さらに、その上に図
示しない厚さ０．８ｍｍの第３のグリーンシートを載
せ、熱圧着して一枚のシートとする。このとき、各スル
ーホール１３Ａ，１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ、１５Ｃ、１
５Ｄにメタライズインクを充填しておく。熱圧着したシ
ートはマシニング等の機械加工により直径２０５ｍｍの
円板形状にする。

【００２７】この熱圧着した薄いシート１３，１５をセ
ラミック基体１１およびセラミック吸着面体１７で挟み
接着して一体にする。すなわち、セラミック基体１１の
上面に前記アルミナスラリーを塗布しペースト面１２を
作り、熱圧着したシート１３，１５を接着する。シート
１３，１５の上面にもアルミナスラリーを塗布し、セラ
ミック吸着面体１７を接着する。また、各スルーホール
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ、１１Ｄにメタライスズインク
を充填しておく。次に、この接合したものを、水素ガス
等の還元雰囲気にて１４００〜１６００°Ｃにて一体焼
成する。そして、焼成したもののセラミック吸着面体１
７の表面を、研磨し平面度が３０ミクロン以下（好まし
くは１０ミクロン以下）の平面となるようにしてウエハ
の吸着面１８とする。

【００２８】図２はこのようにして形成されたセラミッ
クヒータ１０を下から見た斜視図である。スルーホール
１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄに充填されたメタライ
ズインクが焼成してできた端子部分にニッケルメッキを
施し、さらにニッケルピンをロウ付けして端子１１
Ａ′，１１Ｂ′，１１Ｃ′，１１Ｄ′とする。端子１１
Ａ′，１１Ｂ′は、それぞれスルーホール１１Ａ、１３
Ａ及びスルーホール１１Ｂ、１３Ｂを経由してヒータパ
ターン１４の外側端及び中心端に接続される。端子１１
Ｃ′、１１Ｄ′は、それぞれスルーホール１１Ｃ、１３
Ｃ及びスルーホール１１Ｄ、１３Ｄを経由して膜状静電
吸着パターン１６Ｐまたは１６Ｎにそれぞれ電気的に接
続される。

【００２９】このようにして形成されたセラミックヒー
タ１０の本体部分を占めるセラミック本体は、アルミナ
の組成が９９．９％を占める純度の高い層（セラミック
基体１１、セラミック吸着面体１７）と、アルミナの組
成が９２％程度の純度の比較的低い層（第１，第２のグ
リーンシート１３、１５、第３のグリーンシート）との
多層構造をなす。純度の低い層の厚さは２．４ｍｍ程度
であり、純度の高い層の厚さは合わせて１５ｍｍを超え
る。

【００３０】以上の構成に基づき、作動について説明す
る。端子１１Ａ′、１１Ｂ′に電圧を印加すると渦巻き
形状のヒータパターン１４に電流が流れ、セラミックヒ
ータ１０のセラミックヒータ体が加熱され、たとえば吸
着面１８が５００°Ｃに加熱される。また、端子１１
Ｃ′、１１Ｄ′に高電圧を、たとえば、端子１１Ｃ′に
は＋１ｋＶを、端子１１Ｄ′には−１ｋＶを印加するこ
とにより、端子１１Ｃ′の電圧はスルーホール１３Ｃ、
１５Ｃを経由して膜状静電吸着パターン１６Ｐに＋１ｋ
Ｖが印加され、端子１１Ｄ′の電圧はスルーホール１３
Ｄ、１５Ｄを経由して膜状静電吸着パターン１６Ｎに−
１ｋＶが印加される。被加工物であるシリコンウエハは
セラミックヒータ１０の吸着面１８の上に載置され吸着
される。このとき、吸着面１８の近傍にある膜状静電吸
着パターン１６Ｐ、１６Ｎに高電圧が印加されるから誘
電体であるシリコンウエハにも電荷が誘起され、クーロ
ン力によりシリコンウエハは吸着面１８に吸引される。

【００３１】本実施の形態の利点について説明する。セ
ラミックヒータ体（１０）の厚さが１５ｍｍ以上と厚い
ので吸着面１８の温度分布が均一化し、ウエハを吸着す
る吸着面１８の面内温度分布を小さく抑えることができ
る。また、セラミック純度の高い層１１，１７がセラミ
ックヒータ１０の表面積の大部分を占めるから、セラミ
ックヒータ１０からのコンタミネーションを小さく抑え
ることができる。さらに、吸着面１８を構成する層であ
るセラミック吸着面体１７の純度が高いので、吸着面１
８に接触するシリコンウエハがシリカ等の付着により汚
損されることが無く、コンタミネーションに強い。さら
に、セラミックヒータ体（１０）を構成する各層１１，
１３，１５，１７がアルミナで構成されているから、十
分耐熱性のあるセラミックヒータ１０を安価に提供する
ことができる。

【００３２】本実施の形態では、膜状静電吸着パターン
１６Ｐ，１６Ｎの正極１６Ｐと負極１６Ｎとの面積が同
じ程度になるようにしたが、正極の膜状静電吸着パター
ン１６Ｐと負極の膜状静電吸着パターン１６Ｎの面積を
大きく異ならせるようにしても良い。この様にすると、
実験的にではあるが、シリコンウエハの吸着力をより強
くすることができた。

【００３３】本実施の形態ではセラミックとしてアルミ
ナを用いたが、この他の種々のセラミック、たとえば、
マグネシア、ムライト等を用いてもよい。

【００３４】図３は第２の実施の形態に係るセラミック
ヒータ２０の製造工程を説明する分解斜視図である。図
１で説明したセラミックヒータ１０と異なるのは、抵抗
発熱体となるヒータパターンが一層ではなく三層に形成
されている点である。図１と同じ部材には同じ符号を付
して理解を容易にした。セラミックヒータ２０は主な要
素として、図面下から、セラミック基体１１、第１のヒ
ータパターン２２用の第１のグリーンシート２１、第２
のヒータパターン２４用の第２のグリーンシート２３，
第３のヒータパターン２６用の第３のグリーンシート２
５、吸着パターン１６Ｐ、１６Ｎ用の第４のグリーンシ
ート１５、セラミック吸着面体１７からなる。

【００３５】セラミック基体１１とセラミック吸着面体
１７は高純度のアルミナ粉末をプレス成形して作ること
は段落番号〔００２４〕で説明したのと同じである。第
１乃至第４のグリーンシート２１，２３，２５，１５を
作る方法は段落番号〔００２５〕で述べたのと同じであ
る。グリーンシート２１，２３，２５，１５上にそれぞ
れヒータパターン２２，２３，２５や膜状静電吸着パタ
ーン１６Ｐ、１６Ｎを形成し熱圧着することや、熱圧着
したシートをセラミック基体１１とセラミック吸着面体
１７で挟みアルミナスラリーで接着して一体に焼成する
ことは段落番号〔００２６〕、〔００２７〕に記載した
内容と同じである。

【００３６】第１，第２，第３のグリーンシート２１，
２３，２５上にはそれぞれ異なった形状のヒータパター
ン２２，２４，２６がタングステン（Ｗ）メタライズイ
ンクによるスクリーン印刷法により形成される。各ヒー
タパターン２２，２４，２６は異なった模様を描くもの
の、グリーンシートの外側端にあるスルーホール２１
Ａ、２３Ａ，２５Ａから始まって中心にあるスルーホー
ル２１Ｂ、２３Ｂ、２５Ｂに至る一筆書きのパターンを
形成している。外側端にあるスルーホール２１Ａ、２３
Ａ，２５Ａはセラミック基体１１の外側のスルーホール
１１Ａに、中心のスルーホール２１Ｂ、２３Ｂ、２５Ｂ
はセラミック基体１１の中心のスルーホール１１Ｂに、
それぞれメタライズインクを充填されることにより接続
されるから、上記３つのヒータパターン２２，２４，２
６は電気的に並列に接続されることになる。

【００３７】また、３つのグリーンシート２１，２３，
２５の層の上の各ヒータパターン２２，２４，２６は、
出発点と終点との近傍を除き、吸着面１８の上から見て
重ならないように形成されている。図４は吸着面１８の
上から透視して各ヒータパターン２２，２４，２６を見
た状態を示す仮想的な平面図である。ヒータパターン２
２，２４，２６にはそれぞれ異なったハッチングを施し
て識別できるようにしているが、それでもヒータパター
ンが見づらいので容赦されたい。セラミック基体１１の
外縁付近にあるスルーホール１１Ａから出発するヒータ
パターンは、最外周のヒータパターン２６（第３のグリ
ーンシート２５上）と、その内側のヒータパターン２４
（第２のグリーンシート２３上）と、最内周のヒータパ
ターン２２（第１のグリーンシート上）との３つのヒー
タパターンに分岐する。各ヒータパターン２２，２４，
２６は、図３に示すように、独自の螺旋模様を描いてセ
ラミック基体１１の中心付近に集まる。中心付近に集ま
った各ヒータパターン２２，２４，２６は中心のスルー
ホール１１Ｂで一つになる。スルーホール１１Ｃ、１１
Ｄは膜状静電吸着パターン１６Ｐ、１６Ｎに接続するた
めのものである。

【００３８】ここでは、３つのヒータパターン２２，２
４，２６が電気的に並列に接続されていることと、３つ
のヒータパターン２２，２４，２６により吸着面１８の
全面積が殆ど覆われていることに注意されたい。

【００３９】本実施の形態の利点について説明する。３
層のヒータ層（グリーンシート２１，２３，２５）のヒ
ータパターン２２，２４，２６が電気的に並列に接続さ
れているから、各ヒータパターン２２，２４，２６の発
熱が平準化し、一部のヒータパターンのみが過熱するこ
とがない。これは、ヒータパターンを構成するタングス
テン（Ｗ）メタライズが正の温度抵抗係数を有するた
め、もし仮に直列に接続したとすると、一部のヒータパ
ターンの温度が上昇すると温度の上昇に比例して抵抗値
Ｒが上昇し、発熱量はＩ²Ｒに比例するからさらに発熱
量が上昇して、一部のヒータパターンのみが過熱するこ
とになる。本実施の形態ではヒータパターンが並列に接
続されているから、この様なことは起こり得ない。一部
のヒータパターンの温度が上昇すると温度の上昇に比例
して抵抗値Ｒが上昇し、そのヒータパターンを流れる電
流が減少するため発熱量が低下する。このため各ヒータ
パターン２２，２４，２６の発熱量が平準化し、結果と
して、吸着面１８の温度分布が均一化することになる。

【００４０】さらに、３つのヒータパターン２２，２
４，２６により吸着面１８の全面積が殆ど覆われている
から、吸着面１８の直下にヒータパターンが必ずあるこ
とになり、吸着面１８の温度分布の均一化がさらに容易
になることになる。

【００４１】考えとしては、一つのヒータパターンで吸
着面１８の直下を全て覆うパターンを考えられないわけ
ではないが、スクリーン印刷でメタライズされたヒータ
パターンをグリーンシートの面積の１／３以上の面積に
作成することは技術的な困難を伴う。したがって、本実
施の形態のようにヒータパターンを３分割し、それぞれ
異なったグリーンシート上にヒータパターンを形成する
のが実用的に優れている。

【００４２】また、本実施の形態は、図３に示すよう
に、膜状静電吸着パターン１６Ｐ、１６Ｎを備えている
から、段落番号〔００３０〕で述べたように、両パター
ン１６Ｐ、１６Ｎに高電圧を印加することにより、吸着
面１８に載置したシリコンウエハを吸引することができ
る。さらに、各グリーンシート２１，２３，２５，１５
がアルミナで構成されているから、十分耐熱性のあるセ
ラミックヒータ２０を安価に提供することができる。

【００４３】図５は第３の実施の形態に係るセラミック
ヒータ３０を示す断面図であり、図６は図５のＸ方向矢
視図（平面図）である。このセラミックヒータ３０は、
図１で示したセラミックヒータ体（セラミックヒータ）
１０を円筒形状の支持体３２で支承し一体化したもので
ある。セラミックヒータ体１０は図１で説明したように
内部にヒータパターン（抵抗発熱体）１４及び膜状静電
吸着パターン１６Ｐ、１６Ｎを備えている。円板形状の
セラミックヒータ体１０の上には熱伝導度の高い窒化ア
ルミニウムからなるセラミック板３３が密着して設置さ
れる。円板形状のセラミックヒータ体１０はその周縁を
円筒形状の支持体３２のつば部３２Ａに支承されてい
る。円筒形状の支持体３２はアルミナセラミックにより
構成されている。支持体３２は、その底部を半導体製造
装置の取り付け部３１に固定される。セラミックヒータ
３０はその周りを半導体製造装置の筐体５１で囲われ高
真空のチェンバー５０を構成する、セラミックヒータ体
１０の下方で支持体３２の円筒部に囲まれた空間は断熱
層４０を構成している。

【００４４】図６はセラミックヒータ３０の平面図であ
る。支持体３２には内周方向に突出した位置決め用のノ
ッチ３５が一体に形成され、セラミックヒータ体１０及
びセラミック板３３にはノッチ３５に対応した凹部が形
成され、支持体３２に対するセラミックヒータ体１０及
びセラミック板３３の位置決めを正確に行うようにされ
ている。

【００４５】このような支持体３２とセラミックヒータ
体１０とが一体となったセラミックヒータ３０を製造す
るには２つの方法がある。第１の方法は焼成前のセラミ
ックヒータ体１０と支持体３２とをセラミックスラリー
で接合し、一体に焼成してしまう方法である。第２の方
法は支持体３２とセラミックヒータ体１０とをそれぞれ
別個に焼成し、焼成したものをそれぞれ研磨して寸法精
度を確保して組み合わせる方法である。

【００４６】第１の方法について説明する。セラミック
ヒータ体１０の中間品は段落番号〔００２４〕、〔００
２５〕、〔００２６〕で述べたようにして製作する。ま
た、支持体３２は、アルミナ粉末に、酸化マグネシウム
ＭｇＯを１ｗｔ％（重量比、以下同じ）、酸化珪素（シ
リカ）ＳｉＯ₄を４ｗｔ％、を混合してボールミルで５
０〜８０時間湿式粉砕した後、脱水乾燥する。この粉末
をプレス加工により円筒形状に成形する。つぎに、段落
番号〔００２５〕で述べたアルミナスラリーを、セラミ
ックヒータ体１０（シート形成品）と支持体３２（プレ
ス成形品）との間に塗布し、接着する。そして、接着し
たものを還元雰囲気にて、１４００〜１６００°Ｃにて
一体に焼成する。焼成したものは、セラミックヒータ体
１０の吸着面１８の平面度が３０ミクロン以下となるよ
うに研磨する。次に、スルーホール１１Ａ，１１Ｂ，１
１Ｃ，１１Ｄに充填されたメタライズインクが焼成して
できた端子部分にニッケルメッキを施し、さらにニッケ
ルピンをロウ付けして端子１１Ａ′，１１Ｂ′，１１
Ｃ′，１１Ｄ′とする。最後に、シリコンウエハの載置
面の温度分布が均一になるように、図５に示すように、
窒化アルミニウムからなるセラミック板３３を載置す
る。

【００４７】第２の方法について説明する。セラミック
ヒータ体１０は段落番号〔００２４〕、〔００２５〕、
〔００２６〕〔００２７〕で述べたようにして焼成して
製作する。そして、焼成したセラミックヒータ体１０の
外筒研磨を行い、外形寸法精度を確保する。また、その
とき、位置決め用のノッチ３５に嵌合する凹部も研磨に
より設ける。支持体３２は、段落番号〔００４６〕で述
べたようにして円筒形状のプレス成形品を作る。この円
筒形状のプレス成形品を大気中にて焼成し、円筒形状の
セラミック成形体を得る。この焼成したセラミック成形
体の、セラミックヒータ体１０が載置される部分（つば
部３２Ａ近傍）の内筒研磨を行い、内径寸法精度を確保
する。また、そのとき、位置決め用のノッチ３５の凸部
も研磨により設ける。そして、位置決め用のノッチ３５
の凹凸を合わせて、セラミックヒータ体１０と支持体３
２を一体に組み込む。

【００４８】セラミックヒータ体１０の吸着面１８の温
度分布の均一さを確保する目的で、熱伝導度の高い窒化
アルミニウムからなるセラミック板３３をセラミックヒ
ータ体１０の上面または下面に載置する。このとき、窒
化アルミニウムからなるセラミック板３３にもセラミッ
クヒータ体１０と同様に位置決め用のノッチ３５と係合
する凹部を研磨により設けておく。また、温度分布をさ
らに均一にする目的で、セラミックヒータ体１０の吸着
面１８とセラミック板３３の接触面は、研磨して平面度
を向上させ接触率を上げることが好ましい。

【００４９】上記の例では円筒形状の支持体３２をアル
ミナのプレス成形品で構成したが、支持体の本体を金属
で作成し、その金属体の上にアルミナ等のセラミックを
溶射して表面を絶縁物としたものにしても良い。

【００５０】本実施の形態の利点について説明する。円
筒形状の支持体３２によりセラミックヒータ体１０が支
持されているから、高温になるセラミックヒータ体１０
の吸着面１８から低温の装置の取り付け部３１までの距
離を稼ぐことができ、セラミックヒータ体１０の厚さ方
向の温度勾配を緩和することができる。また、円筒状の
支持体３２に囲まれた空間は断熱層４０として機能す
る。このため熱膨張差による熱応力を大幅に緩和するこ
とができ、セラミックヒータ３０の信頼性が大幅に向上
した。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係るセラミックヒータの製
造工程を説明する分解斜視図である。

【図２】第１の実施の形態に係るセラミックヒータを下
から見た斜視図である。

【図３】第２の実施の形態に係るセラミックヒータの製
造工程を説明する分解斜視図である。

【図４】吸着面の上から透視して各ヒータパターンを見
た状態を示す仮想的な平面図である。

【図５】第３の実施の形態に係るセラミックヒータを示
す断面図である。

【図６】図５のＸ方向矢視図であり平面図である。

【符号の説明】

１０セラミックヒータ（セラミックヒータ体）１１セラミック基体１３第１のグリーンシート１４ヒータパターン（抵抗発熱体）１５第２のグリーンシート１６Ｐ、１６Ｎ膜状静電吸着パターン１７セラミック吸着面体１８吸着面２１第１のグリーンシート２２第１のヒータパターン２３第２のグリーンシート２４第２のヒータパターン２５第３のグリーンシート２６第３のヒータパターン３１取り付け部３２支持体３３セラミック板３５ノッチ４０空気断熱層

───────────────────────────────────────────────────── 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） // Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｈ０１Ｌ 21/205 Ｆターム(参考） 3K092 PP20 QA05 QB02 QB30 QB43 QB49 QB62 QB70 QB76 RF03 RF11 RF17 RF27 TT02 TT40 VV22 VV34 VV40 5F031 CA02 HA02 HA03 HA17 HA18 HA33 HA37 MA28 MA29 MA32 PA26 5F045 BB08 EK09 EM05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナ、ムライト、マグネシア、窒化
アルミニウム、窒化珪素等からなるセラミックヒータ体
と、前記セラミックヒータ体の内部に埋設された抵抗発
熱体とを備え、前記セラミックヒータ体の一方の面に被
加工物たるウエハを吸着可能な吸着面が形成されている
こと、を特徴とするセラミックヒータにおいて、前記セラミックヒータ体は略円板形状をしており、その
円板形状セラミックヒータ体の周縁を支承し装置に固定
するための円筒形状で表面が絶縁物からなる支持体を備
えていることを特徴とするセラミックヒータ。
【請求項２】前記セラミックヒータ体と前記支持体と
の支承部が、一体的に接合されていることを特徴とする
請求項１記載のセラミックヒータ。
【請求項３】前記セラミックヒータ体と前記支持体と
の支承部にノッチが設けられ、該ノッチにより支持体に
対するセラミックヒータ体の位置を固定するようにされ
ていることを特徴とする請求項１または２に記載のセラ
ミックヒータ。
【請求項４】前記支持体がセラミックで形成され、前
記セラミックヒータ体と前記支持体との支承部が焼成に
より密封的かつ一体的に接合されていることを特徴とす
る請求項２記載のセラミックヒータ。
【請求項５】前記セラミックヒータ体が、アルミナに
より形成されていることを特徴とする請求項１乃至４に
記載のセラミックヒータ。
【請求項６】前記セラミックヒータ体の内部の、前記
吸着面の近傍に電圧を印加可能な膜状静電吸着パターン
が形成されていることを特徴とする請求項１乃至５に記
載のセラミックヒータ。
【請求項７】前記セラミックヒータ体の吸着面若しく
は吸着面に対向する面に、窒化アルミニウム等の高熱伝
導性を持つセラミック板を密着させて配置したことを特
徴とする請求項１乃至６に記載のセラミックヒータ。
【請求項８】前記支持体が、アルミナにより構成され
ていることを特徴とする請求項１乃至７に記載のセラミ
ックヒータ。