JP2003007432A - セラミックスヒータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 均熱性が高くかつ発熱量が安定しているセラ
ミックスヒータを提供する。 【解決手段】 セラミックスヒータ１０は、窒化アルミ
ニウムからなる円形のヒータプレート１２と、厚さが１
００μｍから１７５μｍの高融点金属からなる金属箔ヒ
ータ線１３とを備えている。金属箔ヒータ線１３はヒー
タプレート１２に埋設されている。このヒータ線１３
は、ヒータプレート１２の中心１２ａ寄りの位置におい
てヒータプレート１２の周方向に第１のピッチＰ１でジ
グザグ形状に形成された内側部分１３ａと、ヒータプレ
ート１２の外周１２ｂ寄りの位置においてヒータプレー
ト１２の周方向に第２のピッチＰ２でジグザグ形状に形
成された外側部分１３ｂとを有している。第２のピッチ
Ｐ２は第１のピッチＰ１よりも小さい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体の製
造プロセス等においてウエハーやガラス基板等のワーク
を加熱するために使用されるセラミックスヒータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】半導体の製造プロセスにおいて、ＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition）やＰＶＤ（Plasma Vapo
r Deposition）、エッチング等の処理を行うために、ウ
エハーを加熱するセラミックスヒータが使われている。
また、ガラス基板に薄膜を形成するための成膜装置にお
いても、セラミックスヒータが使われている。

【０００３】従来のセラミックスヒータは、例えば特許
第３０１１５２８号公報に記載されているように、セラ
ミックスからなるヒータプレートと、ヒータプレートに
埋設された金属箔ヒータ線などを含んでいる。ヒータプ
レートは、窒化けい素や窒化アルミニウムなどの焼結体
によって構成されている。タングステン等の高融点金属
からなる金属箔ヒータ線は、ヒータプレートの内部に同
心円状あるいは渦巻き状に埋設されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来のセラミックスヒ
ータ、特に厚さ５０μｍ以下の金属箔ヒータ線が、焼結
セラミックスに埋設されている。セラミックスヒータ
は、以下に述べる問題が発生する可能性があった。

【０００５】［問題点１］ ヒータ線が薄く断面積が小
さいため、下記面積比（Ｓ１／Ｓ２）がかなり小さくな
る。ここでＳ１はヒータ線の総表面積、Ｓ２はヒータプ
レートのワーク載置面の面積である。この場合、ヒータ
プレートの径方向にヒータ線が存在しない領域が多く存
在することから、図４に２点鎖線Ｌ１で示すように、ヒ
ータプレートの中心から外周に向かって、径方向の温度
変化が大きくなる。すなわち均熱性に劣る。

【０００６】特に半導体製造プロセスにおいてウエハー
を加熱するヒータプレートは、温度分布を均一に保つ必
要があるため、ヒータプレートの温度むらは大きな問題
である。さらに、ヒータプレートに温度むらが生じる
と、温度分布が均一な場合に比べて大きな熱応力がヒー
タプレートに作用し、ヒータプレートが破損する原因と
なる。

【０００７】［問題点２］ ヒータ線をセラミックス原
料粉に埋設し焼結する過程で、ヒータ線の表面層がセラ
ミックス原料中の炭素と反応し、炭化することによって
粒界割れが発生することがある。ここでヒータ線の厚さ
が薄いと、図７あるいは図８に示すように、ヒータ線１
とセラミックス２との間の反応層３から、粒界割れ４が
ヒータ線１の内部に進行してしまう。図７に示すヒータ
線１の厚さは２５μｍ、図８に示すヒータ線１の厚さは
５０μｍである。図７と図８は、いずれもＳＥＭ写真
（走査電子顕微鏡写真）をもとにして描いた断面図であ
る。

【０００８】ヒータ線に前記粒界割れが生じると、セラ
ミックス原料粉を焼結する過程で、ヒータ線の電気抵抗
が正常値よりも高くなる原因となる。ヒータ線の電気抵
抗値が大きくなると、電流が十分に流れることができ
ず、セラミックスヒータの温度特性に悪影響を与える。

【０００９】［問題点３］ 従来のヒータ線は薄く断面
積が小さいため、ヒータ線の負荷密度（Ｑ／Ｓ１）が高
い。ここでＱはヒータ線の発熱量、Ｓ１はヒータ線の総
表面積である。負荷密度が高いと、使用時（電流が流れ
たとき）にヒータ線が断線する可能性がある。また、ヒ
ータ線が薄いために、ヒータ線の厚みのばらつきが、発
熱量の大きな変動を引き起こし、均熱性に悪影響を与え
る。しかも、ヒータ線をセラミックス原料中に埋設する
際に十分注意しないと、埋設の際、あるいは焼結時にヒ
ータ線が切れるおそれがある。

【００１０】従って本発明の目的は、均熱性に優れかつ
発熱量が安定しているセラミックスヒータを提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明のセラミックスヒ
ータは、セラミックスからなるヒータプレートと、厚さ
が１００μｍから１７５μｍの高融点金属からなり前記
ヒータプレートに埋設された金属箔ヒータ線とを具備し
ている。前記ヒータプレートは、例えば窒化アルミニウ
ム（ＡｌＮ）からなる。この発明の金属箔ヒータ線は厚
さが１００μｍ以上であるため、従来の金属箔ヒータ線
（厚さ５０μｍ以下）と比較して、同一発熱量であれば
長いヒータ線を用いることができる。このヒータ線は、
例えば、同一平面上にジグザグ形状に形成される。

【００１２】この発明において、ヒータプレートの均熱
性をさらに高めるために、前記金属箔ヒータ線が、前記
ヒータプレートの中心寄りの位置において該ヒータプレ
ートの周方向に第１のピッチでジグザグ形状に形成され
た内側部分と、前記ヒータプレートの外周寄りの位置に
おいて該ヒータプレートの周方向に第２のピッチでジグ
ザグ形状に形成された外側部分とを有し、前記第２のピ
ッチを前記第１のピッチよりも小さくしている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の一実施形態につい
て、図１から図６を参照して説明する。図１と図２に示
すように、セラミックスヒータ１０は、窒化アルミニウ
ム等のセラミックス１１からなる略円形のヒータプレー
ト１２と、ヒータプレート１２に埋設された金属箔ヒー
タ線１３とを備えている。ヒータプレート１２はセラミ
ックス原料粉を所定の形状に焼結したものである。な
お、図１においてはヒータプレート１２の輪郭のみが示
されている。

【００１４】このセラミックスヒータ１０は、例えば半
導体製造装置あるいはガラス基板の成膜装置などに使用
される。ヒータプレート１２の上面は半導体ウエハー等
のワークを乗せる平坦なワーク載置面１４となってい
る。ヒータプレート１２の直径は例えば２５０ｍｍ前後
である。ヒータプレート１２の厚さは、例えば１５ｍｍ
〜３０ｍｍである。ただしこれらの寸法は加熱すべきワ
ークの寸法等の仕様に応じて適宜設定されるため、上記
の値に制約されることはない。ヒータプレート１２の材
料として、窒化アルミニウム以外に、例えばアルミナや
マグネシア等を用いてもよい。

【００１５】図２に模式的に示すように、ヒータプレー
ト１２に金属箔ヒータ線１３が埋設されている。金属箔
ヒータ線１３の厚さＴは、後述する理由により、１００
μｍから１７５μｍの範囲としている。このヒータ線１
３は、高融点金属（例えばモリブデンあるいはタングス
テン）からなり、エッチング等の製造方法によって、同
一平面上にジグザグ形状に形成されている。ヒータ線１
３の幅Ｗは、例えば２〜３ｍｍ前後である。

【００１６】この明細書で言うジグザグ形状とは、図３
に模式的に示したように、第１の方向Ｘに延びる部分Ｘ
１と、この部分Ｘ１の端から第２の方向Ｙに延びる部分
Ｙ１と、この部分Ｙ１の端から再び第１の方向Ｘに延び
る部分Ｘ２と、この部分Ｘ２の端から第１の方向Ｙとは
逆方向に延びる第４の部分Ｙ２とが、順次連なる形状で
ある。第１の方向Ｘと第２の方向Ｙとのなす角度は９０
度以外でもよい。各部分Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２は、湾
曲していてもよい。

【００１７】このヒータ線１３は、ヒータプレート１２
の中心１２ａ寄りの位置に形成された内側部分１３ａ
と、ヒータプレート１２の外周１２ｂ寄りの位置に形成
された外側部分１３ｂとを有している。内側部分１３ａ
は、ヒータプレート１２の周方向に、第１のピッチＰ１
でジグザグ形状に形成されている。外側部分１３ｂは、
ヒータプレート１２の周方向に、第２のピッチＰ２でジ
グザグ形状に形成されている。

【００１８】内側部分１３ａと外側部分１３ｂとの間に
中間部分１３ｃが形成されている。中間部分１３ｃのピ
ッチＰ３は、内側部分１３ａのピッチＰ１よりも小さ
く、外側部分１３ｂのピッチＰ２よりも大きい。これら
内側部分１３ａと外側部分１３ｂと中間部分１３ｃは、
互いに電気的に直列に接続されている。

【００１９】ヒータ線１３の両端に金属端子１５，１６
が設けられている。金属端子１５，１６は、ヒータプレ
ート１２に、ろう付け等によって固定されている。金属
端子１５，１６に電圧を印加し、ヒータ線１３に電流を
流すことによって、ヒータ線１３が発熱する。ヒータ線
１３が発熱することにより、ヒータプレート１２が加熱
され、ワーク載置面１４上のワークが加熱される。

【００２０】ヒータプレート１２の外周１２ｂ寄りの部
分は、中心１２ａ寄りの部分よりも放熱しやすい。しか
しこの実施形態では、外側部分１３ｂのピッチＰ２を内
側部分１３ａのピッチＰ１よりも大きくすることによ
り、ヒータプレート１２の径方向の温度分布を、より均
等なものにすることができる。

【００２１】前記金属箔ヒータ線１３の厚さは１００μ
ｍ以上であり、従来の金属箔ヒータ線と比較して断面積
が数倍以上ある。例えばヒータ線１３の厚さが１００μ
ｍの場合、厚さが２５μｍの従来のヒータ線と同じ電気
抵抗値にするためには、ヒータ線１３の長さが４倍以上
必要である。

【００２２】ヒータ線１３が長くなるということは、そ
れだけ前記面積比（Ｓ１／Ｓ２）が大きく、ヒータプレ
ート１２の径方向にヒータ線１３が存在しない領域が減
ることになる。この実施形態のセラミックスヒータ１０
は、図４に実線Ｌ２で示すように、従来のヒータ線を用
いたセラミックスヒータの温度分布Ｌ１と比較して、ヒ
ータプレート１２の径方向の温度変化が小さくなる。す
なわち均熱性に優れている。

【００２３】ヒータプレート１２を構成しているセラミ
ックス１１を焼結する過程で、ヒータ線１３の表面層が
セラミックス原料中の炭素と反応し、炭化することによ
って粒界割れが生じることがある。しかしこの実施形態
のセラミックスヒータ１０はヒータ線１３が１００μｍ
以上と厚いため、ヒータ線１３の内部にまで粒界割れが
進行することを回避できる。

【００２４】図５と図６は、セラミックスヒータ１０の
ＳＥＭ写真（走査電子顕微鏡写真）をもとにして描いた
断面図である。図５に示すヒータ線１３の厚さは１００
μｍである。図６に示すヒータ線１３の厚さは１５０μ
ｍである。図５と図６のいずれの場合も、ヒータ線１３
はモリブデン、セラミックス１１は窒化アルミニウムで
ある。

【００２５】図５あるいは図６に示されるように、ヒー
タ線１３の表面層２０に生じる粒界割れはヒータ線１３
の表面層２０にとどまっている。ヒータ線１３の内部に
見られる微小欠陥２１は粒界割れとは無関係であり、ヒ
ータ線１３の性能に悪影響を与えるほどではない。

【００２６】このように、ヒータ線１３の厚さを１００
μｍ以上にすることにより、粒界割れがヒータ線１３の
断面全体に及ぶことが回避された。このため、セラミッ
クス原料粉の焼結過程でヒータ線１３の電気抵抗が正常
値よりも高くなってしまうことを防止でき、セラミック
スヒータ１０の温度特性が向上する。

【００２７】次の表１と表２は、ヒータ線の厚さを２５
μｍから２００μｍまで種々に変えた場合に、ヒータ線
の割れの有無と、ヒータプレート（セラミックス）の割
れの有無を調べた結果をそれぞれ示している。表１と表
２中の×は割れが見られた場合を示し、○は割れが見ら
れなかった場合を示している。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】表１に示されるように、ヒータ線の厚さが
２５μｍと５０μの場合は、ヒータ線が割れることがあ
った。ヒータ線の厚さが１００μｍ以上になると、ヒー
タ線が割れることはなかった。表２に示されるように、
ヒータ線の厚さが２００μｍを越えると、ヒータ線に通
電したとき（発熱時）に、セラミックスが割れてしまっ
た。セラミックスが割れた理由は、ヒータ線が厚くなる
ほど、ヒータ線とセラミックスとの熱膨張差の影響が大
きくなるためと考えられる。

【００３１】前記実施形態のセラミックスヒータ１０
は、ヒータ線１３が１００μｍ以上と厚く、断面積が大
きいため、従来のヒータ線よりも負荷密度が低く、使用
時にヒータ線１３が断線する可能性が抑制された。ま
た、ヒータ線１３が厚いため、ヒータ線１３の厚さのば
らつきによって発熱量が大きく変動することも回避で
き、均熱性をさらに高めることができた。

【００３２】しかも前記ヒータ線１３は厚く剛性が大き
いため、セラミックス原料粉に埋設する際に取扱いが容
易であり、ヒータ線１３を所定の位置に埋設することが
容易となる。このため、ヒータ線１３を埋設する際にヒ
ータ線１３が切れたり、セラミックス１１の焼結時にヒ
ータ線１３が切れる危険性を抑制できる。

【００３３】これらの理由により、本発明では、金属箔
ヒータ線の厚さを１００μｍ〜１７５μｍの範囲に限定
する。

【００３４】なお、この発明を実施するに当たって、ヒ
ータプレートや金属箔ヒータ線の形状や材質、ヒータ線
のパターンなど、発明の構成要素を本発明の要旨を逸脱
しない範囲で適宜に変形して実施できることは言うまで
もない。

【００３５】

【発明の効果】請求項１に記載した発明によれば、従来
の金属箔ヒータ線を用いたセラミックスヒータと比較し
て、十分長い金属箔ヒータ線をヒータプレートに埋設す
ることができる。このためヒータプレートの均熱性が向
上する。本発明によれば、セラミックスの焼結時にヒー
タ線の表面層に生じることのある粒界割れがヒータ線の
断面全体に及ぶことを回避できる。このためヒータ線が
割れることによる発熱量のばらつきを抑制することがで
きる。

【００３６】請求項２に記載した発明によれば、窒化ア
ルミニウムからなるヒータプレートにおいて、ヒータプ
レートの均熱性が向上するとともに、ヒータ線が割れる
ことによる発熱量のばらつきを抑制することができる。
請求項３に記載した発明によれば、長い金属箔ヒータ線
をヒータプレート内の同一平面上にレイアウトすること
が可能となり、均熱性をさらに向上させることができ
る。請求項４に記載した発明によれば、ヒータプレート
の径方向の温度分布をさらに均一にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態のセラミックスヒータの金
属箔ヒータ線を示す平面図。

【図２】図１中のＦ２−Ｆ２線に沿うセラミックスヒー
タの一部の断面図。

【図３】ヒータ線の一部を模式的に示す平面図。

【図４】図１に示されたセラミックスヒータと従来のセ
ラミックスヒータの径方向の温度分布をそれぞれ示す
図。

【図５】厚さ１００μｍの金属箔ヒータ線を用いたセラ
ミックスヒータの一部を拡大して示す断面図。

【図６】厚さ１５０μｍの金属箔ヒータ線を用いたセラ
ミックスヒータの一部を拡大して示す断面図。

【図７】厚さ２５μｍの金属箔ヒータ線を用いた従来の
セラミックスヒータの一部を拡大して示す断面図。

【図８】厚さ５０μｍの金属箔ヒータ線を用いた従来の
セラミックスヒータの一部を拡大して示す断面図。

【符号の説明】 １０…セラミックスヒータ １１…セラミックス １２…ヒータプレート １３…金属箔ヒータ線 １３ａ…内側部分 １３ｂ…外側部分

───────────────────────────────────────────────────── 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 3/20 ３２８ Ｈ０５Ｂ 3/20 ３２８ 3/68 3/68 (72)発明者 花待 年彦 神奈川県横浜市金沢区福浦３丁目10番地 日本発条株式会社内 Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA12 AA22 AA33 BA06 BB06 BC17 HA10 3K092 PP20 QA03 QB02 QB26 QB43 QB62 RF26 SS12 SS34 SS37 VV22 VV31 4K030 KA23 LA15 5F031 CA02 HA02 HA17 HA18 HA37

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】セラミックスからなるヒータプレートと、 厚さが１００μｍから１７５μｍの高融点金属からなり
   前記ヒータプレートに埋設された金属箔ヒータ線と、 を具備したことを特徴とするセラミックスヒータ。
2. 【請求項２】前記ヒータプレートが窒化アルミニウムか
   らなることを特徴とする請求項１記載のセラミックスヒ
   ータ。
3. 【請求項３】前記金属箔ヒータ線が同一平面上にジグザ
   グ形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載
   のセラミックスヒータ。
4. 【請求項４】前記金属箔ヒータ線が、前記ヒータプレー
   トの中心寄りの位置において該ヒータプレートの周方向
   に第１のピッチで形成された内側部分と、前記ヒータプ
   レートの外周寄りの位置において該ヒータプレートの周
   方向に第２のピッチで形成された外側部分とを有し、前
   記第２のピッチが前記第１のピッチよりも小さいことを
   特徴とする請求項３記載のセラミックスヒータ。