【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、主に半導体産業
において使用される、ホットプレートや静電チャックに
おいて使用されるヒータに関し、特には、半導体製品の
熱拡散等による汚染のないヒータに関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体製品は、シリコンウエハー上に感
光性樹脂をエッチングレジストとして形成し、シリコン
ウエハーをエッチングすることにより製造される。感光
性樹脂は、液状でスピンコーターなどでシリコンウエハ
ー表面に塗布されるのであるが、塗布後に乾燥させなけ
ればならず、塗布したシリコンウエハーをヒータ上に載
置して加熱することになる。従来このようなヒータとし
ては、特開平１−４０３３０号公報にあるように、窒化
物セラミック板の裏面に発熱体を配線したものが採用さ
れている。このヒータは、ヒータ板自体が薄く温度追従
性に優れるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
ヒータは次のような未解決の課題があった。このヒータ
をシリコンウエハーの加熱に使用すると、シリンウエハ
ーに鉄やイットリウムが熱拡散して、シリコンウエハー
を汚染するのである。
【０００４】本願発明は、半導体製品の鉄やイットリウ
ムによる汚染を防止することを主目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本願発明者らは鋭意研究
した結果、鉄やイットリウムの汚染の原因が、窒化物セ
ラミック基板自体にあるとことを見出した。ヒータには
発熱体を形成しており、この発熱体を形成する場合に窒
化物セラミックを治具に固定することになる。この固定
の際に治具の表面と窒化物セラミック基板が擦れあって
鉄が窒化物セラミック基板に付着し、この鉄が加熱時に
半導体製品に熱拡散するのである。また、窒化物セラミ
ック基板の片側面または内部に発熱体を設けてヒータと
して使用すると、図２のように発熱体により窒化物セラ
ミックが局所的に加熱されるため、焼結助剤として添加
され粒界中に残存しているイットリアが、雰囲気加熱に
比べて表面に熱拡散しやすくなり、半導体製品にまで至
ってしまうものと考えられる。
【０００６】本発明者らは、このような知見に基づい
て、さらに研究した結果、窒化物セラミックからなる板
状体（窒化物セラミック基板）表面の少なくとも一部、
特に半導体製品と接触する加熱面を保護層で保護するこ
とにより、このような問題を解決できることを見出し、
本発明を完成させた。本発明は、窒化物セラミックまた
は炭化物セラミックからなる板状体の片面または内部に
発熱体が形成されてなる半導体製品加熱用ヒータであっ
て、板状体表面の少なくとも一部に保護層が形成されて
なることを特徴とする半導体製品加熱用ヒータである。
【０００７】本発明では、たとえば窒化物セラミックか
らなる板状体（窒化物セラミック基板）表面の少なくと
も一部、特に半導体製品と接触する加熱面を保護層で被
覆しており、鉄やイットリウムによる熱拡散を防止する
ことができる。また、窒化物セラミックは、窒化物セラ
ミック粒子表面の薄い酸化層が焼結助剤を介して結合す
ることにより焼結しているため、わずかな衝撃等でも表
面から脱粒しやすい。本発明では、表面が保護層で被覆
されているため、脱粒を防止できる。さらに、本願発明
では、保護層によって窒化物セラミックと空気中の水と
の反応が妨害されてアンモニアが発生せず、感光性のレ
ジストやシリコンウエハーを腐食させることがないとい
う利点を有する。
【０００８】なお、窒化物セラミック表面を保護する技
術は、特開平９−２６３４５３号公報に記載されている
が、この技術では窒化物セラミックをヒータとして使用
することは想定しておらず、本発明のような窒化物セラ
ミックをヒータとして使用した場合に生じる特有の問題
を解決するものではない。
【０００９】本願発明は、窒化物セラミックまたは炭化
物セラミックからなる板状体の片面に発熱体のパターン
が形成されてなる半導体製品加熱用ヒータであって、板
状体表面の少なくとも一部に保護層が形成されてなるこ
とを特徴とする半導体製品加熱用ヒータである。
【００１０】保護層としては、金属酸化物または樹脂か
ら選ばれる少なくとも１種以上が望ましい。前記金属酸
化物からなる保護層を設ける場合、図３のように、保護
層３の表面に発熱体２を形成することが望ましい。金属
酸化物の保護層３は、窒化物セラミックおよび金属発熱
体２の双方との密着性に優れるため、板状体１と発熱体
２との密着性を改善するからである。また、図５、図４
のように発熱体２を金属酸化物からなる保護層３で被覆
してもよい。発熱体のマイグレーション（金属イオン、
金属原子が板状体１の表層を拡散すること）を金属酸化
物からなる保護層が妨害することができるからである。
金属酸化物としてはＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 、
ＺｒＯ2 から選ばれる少なくとも１種以上が、樹脂とし
てはポリイミドが望ましい。金属酸化物の中でも特に耐
水性に優れたＳｉＯ2 が最適である。また、ヒータは熱
サイクルによる応力が著しく大きいため、保護層にクラ
ックが発生しやすいのであるが、ＳｉＯ2 はこのような
応力で破壊されることもないため、耐久性にも優れてい
る。保護層の厚さは、１００オングストローム（０．０
１μｍ）から１μｍが最適である。薄すぎると保護層が
形成されない部分が生じ、厚すぎると熱膨張率の相違か
らクラックが発生し、いずれにせよ鉄やイットリウムの
拡散を防止、アンモニアの発生防止ができないからであ
る。前記保護層は、板状体全部を被覆するだけでなく、
一部分を被覆しておいてもよい。特に加熱面（発熱体が
形成された面の反対側の面、言い換えれば半導体製品と
接触する面である）を保護することが望ましい。この加
熱面を保護することにより、鉄やイットリウムの拡散防
止、アンモニアの発生防止を実現できるからである。
【００１１】本発明では、図３に示すように板状体１の
内部に板状体１よりも熱伝導率の高い材料からなるプレ
ーン層４を設けてもよい。発熱体のパターン２から板状
体１の厚み方向に伝搬した熱はこのプレーン層４で、拡
散して均一な温度となり、さらに発熱体のパターン２が
形成された面の反対面（加熱面）に伝搬するのである。
このため、加熱面の温度を高温領域でも均一にすること
が可能である。なお、プレーン層は、連続した平面が望
ましいが、本発明の目的を達成できる範囲で複数に分割
されていてもよく、また円形、方形の各種の開口を設け
たメッシュであってもよい。本発明で使用されるプレー
ン層は、その厚みが１〜１０4 μｍであることが望まし
く、１０〜１０００μｍが最適である。この理由は、薄
すぎると温度均一化の効果がなく、厚すぎるとプレーン
層自体に温度分布が生じてしまい、やはり表面温度を均
一化することができないからである。また、プレーン層
は、板状体の材料よりも熱伝導率が高ければよく、金属
またはセラミックを使用できる。プレーン層としては、
タングステン、モリブデン、コバールから選ばれる金
属、タングステンカーバイド、シリサイド、窒化硼素か
ら選ばれる少なくとも１種以上のセラミックが望まし
い。プレーン層は、１層でもよく複数層でもよい。
【００１２】本発明では板状体として、たとえば絶縁性
の窒化物セラミックを使用する。窒化物セラミックは、
熱膨張係数が金属より小さく、薄くしても、加熱により
そったり、歪んだりしない。このためヒータを構成する
板状体を薄くて軽いものとすることができる。また、板
状体の熱伝導率が高く、また板状体自体薄いため、ヒー
タの表面温度が、発熱体の温度変化に迅速に追従する。
即ち、電圧、電流量を変えて発熱体の温度を変化させる
ことにより、ヒータの表面温度を制御できる。前記窒化
物セラミックは、金属窒化物セラミック、例えば、窒化
アルミニウム、窒化ケイ素、窒化硼素から選ばれる少な
くとも１種以上が望ましい。
【００１３】前記板状体は、０．５〜５ｍｍ程度がよ
い。薄すぎると破損しやすくなるからである。
【００１４】本発明では、板状体は、図４のように発熱
体２が設けられた面の反対面（即ち加熱面）とプレーン
層４との間に静電チャック用の導体層５を形成してもよ
い。静電チャックにより半導体ウエハを固定しながら加
熱することができるからである。本願発明では、発熱体
は導電ペースト中の金属粒子を焼結して形成することが
できる。加熱焼成によりセラミック板表面に焼き付ける
ことができるからである。なお、焼結は、金属粒子同
士、金属粒子とセラミックが融着していれば十分であ
る。前記保護層上に発熱体を形成する場合は、保護層と
してＳｉＯ2 が望ましい。実用的な密着強度が得られる
からである。また、図１に示すように発熱体２は、板状
体１全体の温度を均一にする必要があることから、同心
円状のパターンがよい。また、発熱体２のパターンの厚
さは、１〜２０μｍが望ましく、幅は０．５〜５ｍｍが
望ましい。厚さ、幅により抵抗値を変化させることがで
きるが、この範囲が最も実用的だからである。抵抗値
は、薄く、細くなるほど大きくなる。
【００１５】導電ペーストは、金属粒子の他、樹脂、溶
剤、増粘剤などを含むものが一般的である。金属粒子と
しては、金、銀、白金、パラジウム、鉛、タングステ
ン、ニッケルから選ばれる少なくとも１種以上がよい。
これらの金属は比較的酸化しにくく、発熱するに十分な
抵抗値を有するからである。これら金属粒子の粒径は、
０．１〜１００μｍであることが望ましい。微細すぎる
と酸化しやすく、大きすぎると焼結しにくくなり、抵抗
値が大きくなるからである。
【００１６】導電ペーストに使用される樹脂としては、
エポキシ樹脂、フェノール樹脂などがよい。また、溶剤
としては、イソプロピルアルコールなどが使用される。
増粘剤としては、セルロースなどが挙げられる。
【００１７】前記導電ペーストには、金属粒子に加えて
金属酸化物を含ませて、発熱体を金属粒子および金属酸
化物を焼結させたものとすることが望ましい。この理由
は、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックと金属粒
子を密着させるためである。金属酸化物により、窒化物
セラミックまたは炭化物セラミックと金属粒子との密着
性が改善される理由は明確ではないが、金属粒子表面お
よび窒化物セラミックまたは炭化物セラミックの表面は
わずかに酸化膜が形成されており、この酸化膜同士が金
属酸化物を介して焼結して一体化し、金属粒子と窒化物
セラミックまたは炭化物セラミックが密着するのではな
いかと推定している。
【００１８】前記金属酸化物としては、酸化鉛、酸化亜
鉛、シリカ、酸化ホウ素（Ｂ2 Ｏ3）、アルミナ、イッ
トリア、チタニアから選ばれる少なくとも１種以上がよ
い。これらの酸化物は、発熱体の抵抗値を大きくするこ
となく、金属粒子と窒化物セラミックまたは炭化物セラ
ミックとの密着性を改善できるからである。
【００１９】本願発明では、発熱体の表面は、金属層で
被覆されてなることが望ましい。発熱体は、金属粒子の
焼結体であり、露出していると酸化しやすく抵抗値が変
化してしまう。そこで、表面を金属層で被覆することに
より、酸化を防止できるのである。金属層の厚さは、
０．１〜１０μｍが望ましい。発熱体の抵抗値を変化さ
せることなく、発熱体の酸化を防止できる範囲だからで
ある。
【００２０】被覆に使用される金属は、非酸化性の金属
であればよい。具体的には、金、銀、パラジウム、白
金、ニッケルから選ばれる少なくとも１種以上がよい。
なかでもニッケルが好適である。発熱体には電源と接続
するための端子が必要であり、この端子は、ろう材を介
して発熱体に取り付けるが、ニッケルはろう材の熱拡散
を防止するからである。接続端子は、コバール製の端子
ピンを使用することができる。
【００２１】また、ろう材は銀−鉛、鉛−スズ、ビスマ
ス−スズなどの合金を使用することができる。なお、ろ
う材の厚さは、０．１〜５０μｍが望ましい。ろう材に
よる接続を確保するに充分な範囲だからである。本願発
明では、必要に応じて板状体に熱電対を埋め込んでおく
ことができる。熱電対により板状体の温度を測定し、そ
のデータをもとに電圧、電流量を変えて、板状体の温度
を制御することができるからである。
【００２２】また、板状体に貫通孔を複数設けてその貫
通孔に支持ピンを挿入し、シリコンウエハーをそのピン
上に載置することができる。また、支持ピンを上下させ
てシリコンウエハーを搬送機に渡したり、搬送機からシ
リコンウエハーを受け取ったりすることができる。
【００２３】ついで、ヒータの製造方法について説明す
る。
（１）板状体を得る工程。
窒化物セラミック、炭化物セラミックなどのセラミック
の粉体をバインダーおよび溶剤と混合して生成形体を得
る。前述したセラミック粉体としては窒化アルミニウ
ム、炭化ケイ素などを使用でき、必要に応じてイットリ
アなどの焼結助剤などを加えてもよい。また、バインダ
としては、アクリル系バインダ、エチルセルロース、ブ
チルセロソルブ、ポリビニラールから選ばれる少なくと
も１種以上が望ましい。さらに、溶媒としては、α−テ
ルピオーネ、グリコールから選ばれる少なくとも１種以
上が望ましい。これらを混合して得られるペーストをド
クターブレード法でシート状に成形して生成形体を製造
する。生成形体に、必要に応じてシリコンウエハーの支
持ピンを挿入する貫通孔や熱電対を埋め込む凹部を設け
ておくことができる。
【００２４】次に、この生成形体を焼結させるのである
が、プレーン層を設ける場合には、生成形体に金属層を
形成する。金属層は、金属ペーストを印刷することによ
り形成する。金属ペースト中には金属粒子が含まれてお
り、このような金属粒子としてはタングステンまたはモ
リブデンが最適である。酸化しにくく熱電導率が低下し
にくいからである。タングステン粒子またはモリブデン
粒子の平均粒子径は０．５〜１．５μｍがよい。大きす
ぎても小さすぎてもペーストを印刷しにくいからであ
る。このようなペーストとしては、タングステン粒子ま
たはモリブデン粒子８５〜９７重量部、アクリル系、エ
チルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニラールか
ら選ばれる少なくとも１種以上のバインダ１．５〜１０
重量部、α−テルピオーネ、グリコールから選ばれる少
なくとも１種以上の溶媒を１．５〜１０重量部混合して
調製したタングステンペーストまたはモリブデンペース
トが最適である。ついで、生成形体をさらに積層して加
熱焼成し、焼結させてセラミック製の板状体を製造す
る。加熱焼成の際、加圧することにより気孔のないヒー
ター板を製造することができる。加熱焼成は、焼結温度
以上であればよいが、窒化物セラミックでは、９００〜
２５００℃である。プレーン層を複数設ける場合は、金
属ペーストを印刷した生成形体を複数層積層すればよ
い。また、金属ペーストを印刷する方法以外に、金属箔
を生成形体に積層し、生成形体をさらに積層して加熱焼
成し、焼結させてセラミック製の板状体を製造してもよ
い。さらに保護層を設ける。保護層の形成方法として
は、金属アルコキシドをアルコール、水、および酸とと
もに混合して調製したゾル溶液をスピンコート法などで
塗布し、乾燥後、３００〜１０００℃で焼成する。触媒
により金属アルコキシドが加水分解重合反応を起こして
ゾルが形成されており、これを乾燥させることによりゲ
ルが生じ、焼成することによって金属酸化膜の被覆層を
設けることができるのである。前記ゾル溶液としては、
金属アルコシキド１０〜５０重量部、アルコール１００
〜５００重量部、水１〜５０重量部、酸０．１〜０．５
重量部の混合物が望ましい。金属アルコキシドとして
は、シラン系アルコキシド、アルミニウム系アルコキシ
ドを使用できる。シラン系アルコキシドとしては、テト
ラエトキシシラン、テトラメトキシシランが望ましい。
また、アルミニウム系アルコキシドとしてはアルミニウ
ムイソプロポキシドが望ましい。アルコールとしては、
メタノール、エタノールなどを使用できる。また、窒化
物セラミック表面を空気中で９００〜１０００℃で０．
１〜１０時間加熱処理して、表面に金属酸化物層を設け
てもよい。さらに、本発明で使用できる保護層として
は、ポリイミドなどの樹脂を使用してもよい。
【００２５】（２）板状体に発熱体を設ける工程。
板状体に金属粒子からなる導電ペーストを印刷する。導
電ペーストは、一般に、金属粒子、樹脂、溶剤からなる
粘度の高い流動物である。この導電ペーストをスクリー
ン印刷などで発熱体を設けようとする部分に印刷する。
発熱体は、ヒーター板全体を均一な温度にする必要があ
ることから、図１に示すような同心円からなるパターン
に印刷することが望ましい。導電ペーストとしては、銀
ペースト、銀／鉛ペースト、前述のタングステンペース
トまたはモリブデンペーストを使用することができる。
【００２６】さらに、加熱して導電ペーストを焼結させ
て、セラミック製の板状体の表面に発熱体を設ける。導
電ペーストを加熱焼成して、樹脂、溶剤を除去するとと
もに、金属粒子を焼結させる。加熱焼成温度は、５００
〜１０００℃である。導電ペースト中に金属酸化物を添
加しておくと、金属粒子、セラミック製の板状体および
金属酸化物が焼結して一体化するため、発熱体とセラミ
ック製の板状体との密着性が向上する。
【００２７】さらに発熱体表面に金属層を被覆すること
が望ましい。被覆は、電解めっき、無電解めっき、スパ
ッタリングにより行うことができるが、量産性を考慮す
ると無電解めっきが最適である。発熱体のパターンの端
部に電源との接続のための端子をろう材にて取りつけ
る。 金属層としてはニッケル、コバルト、クロムから
選ばれる少なくとも１種以上が望ましい。
【００２８】取りつけ部位にろう材ペーストを印刷した
後、端子を乗せて、加熱してリフローする。加熱温度
は、２００〜８００℃が好適である。さらに、必要に応
じて熱電対を埋め込むことができる。熱電対としてはク
ロメル−アルメル、銅−コンスタンタン、クロメル−コ
ンスタンタンがよい。以下、実施例に沿って説明する。
【００２９】
【実施例】（実施例１）ＳｉＯ2 保護層
（１）窒化アルミニウム粉末（平均粒径１．１μｍ）１
００重量部、イットリア（酸化イットリウムのこと 平
均粒径０．４μｍ）４重量部、アクリルバイダー５重量
部およびアルコールからなる組成物を、ドクターブレー
ドで形成して厚さ１．５ｍｍの生成形体を得た。
【００３０】（２）生成形体にドリル加工して、半導体
ウエハー支持ピンを挿入する孔、図示しないが、熱電対
を埋め込むための凹部を設けた。
（３）平均粒子径１μｍのタングステン粒子９０重量
部、アクリル系バインダ５重量部、α−テルピオーネ溶
媒を５重量を混合してタングステンペーストとした。こ
のタングステンペーストを生成形体のほぼ全面に印刷
し、さらに同様にしてタングステンペーストを印刷した
別の生成形体を積層し、さらに、タングステンペースト
を印刷しない生成形体を上下に１層づつ積層した後、１
８００℃、圧力２３０ｋｇ／ｃｍ2 でホットプレスし、
厚さ３ｍｍの窒化アルミニウム板状体を得た。これを直
径２３０ｍｍの円状に切り出して内部にプレーン層４を
２層有するセラミック製の板状体１とした。さらに、テ
トラエトキシシラン２０．８重量部、エタノール１３８
重量部、水２３．５重量部、塩酸０．３重量部を添加し
てシリカゾル溶液を調製した。このシリカゾル溶液をセ
ラミック製の板状体１の表面にスピンコータで１５００
ｒｐｍで２０秒の条件で塗布し、乾燥後、さらに同じ条
件で塗布を行い、乾燥させた後、５００℃、９５０℃で
それぞれ１時間づつ焼成し、厚さ０．１μｍのＳｉＯ2
の保護層を形成した。厚さの測定は、蛍光Ｘ線分析装置
によってＳｉの分布を調べることにより行った。
【００３１】（４）（３）で得た板状体１に、スクリー
ン印刷にて導電ペーストを印刷した。印刷パターンは、
図１に示すような同心円のパターンとした。導電ペース
トは、徳力化学研究所製のソルベストＰＳ６０３を使用
した。この導電ペーストは、銀／鉛ペーストであり、金
属酸化物を含むものである。
（５）導電ペーストを印刷した板状体を７８０℃で加熱
焼成して、導電ペースト中の銀、鉛を焼結させるととも
に板状体１に焼き付けた。銀−鉛の焼結体によるパター
ンは、厚さが５μｍ、幅２．４ｍｍであった。
【００３２】（６）硫酸ニッケル８０ｇ／ｌ、次亜リン
酸ナトリウム２４ｇ／ｌ、酢酸ナトリウム１２ｇ／ｌ、
ほう酸８ｇ／ｌ、塩化アンモニウム６ｇ／ｌの濃度の水
溶液からなる無電解ニッケルめっき浴に（５）の板状体
を浸漬して、銀−鉛の焼結体の表面に厚さ１μｍのニッ
ケル層５を析出させて発熱体２とした。
【００３３】（７）電源との接続を確保するための端子
を取りつける部分に、スクリーン印刷１より、錫−鉛ペ
ースト（日本ハンダ製）を印刷してろう材層を形成し
た。ついで、半田層の上にコバール製の端子ピン（図示
しない）を載置して、４２０℃で加熱リフローし、端子
ピンを発熱体の表面に取りつけた。
（８）温度制御のための複数熱電対を埋め込み、ヒータ
１００を得た。
【００３４】（実施例２）Ａｌ2 Ｏ3 保護層
実施例１と同様であるが、実施例１のＳｉＯ2 保護層に
代えて、Ａｌ2 Ｏ3 保護層を設けた。形成方法として
は、実施例１の（１）から（３）で得られた板状体を空
気中で、９５０℃で１時間加熱した。Ａｌ2 Ｏ3 保護層
の厚さは、０．４μｍであった。
【００３５】（比較例１）実施例１と同様であるが、保
護層を設けなかった。実施例１、２、比較例１のヒータ
について、シリコンウエハーを載置して表面温度が６０
０℃となるまで通電し、２４時間放置後、シリコンウエ
ハーに鉄、イットリウム（イットリアはイットリウムの
酸化物）が拡散している否か確認した。確認は、蛍光Ｘ
線分析装置（Ｒｉｇａｋｕ製 ＲＩＸ２１００）を用い
た。また、ヒータを１リットル、１００℃の沸騰水中に
浸漬して溶出したアンモニアの量を測定した。さらに、
実施例１のヒータについては、−４０℃（１分）〜１６
０℃（１分）のヒートサイクル試験を実施した後、鉄、
イットリウムの拡散を調べた。またヒータを１リット
ル、１００℃の沸騰水中に浸漬して溶出したアンモニア
の量を測定した。さらに、粘着テープをヒータの加熱面
に張りつけてこれを剥し、粘着テープにセラミック粒子
が付着するか否かを顕微鏡で観察した。結果を表１に示
す。
【表１】なお、前、後とはヒートサイクル試験の前、後である。
実施例１のヒータでは、鉄、イットリウムの拡散もな
く、アンモニアも全く溶出しなかったが、比較例１で
は、８０ｐｐｍのアンモニアが検出された。さらに、ヒ
ートサイクル試験後に実施例１のヒータを１リットル、
１００℃の沸騰水中に浸漬したが、アンモニアの溶出は
見られなかった。しかしながら、Ａｌ2 Ｏ3 の保護層で
は、拡散やアンモニア溶出が見られた。また、実施例
１、２のヒータでは、粘着テープにはなにも付着物はな
かったが、比較例１のヒータでは窒化アルミニウム粉が
観察された。
【００３６】
【発明の効果】以上説明のように、本願発明のヒータは
汚染元素の拡散を防止できる。また、アンモニア発生防
止、脱粒の防止が可能であるため、半導体製品加熱用の
ヒータとして最適である。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heater used in a hot plate or an electrostatic chuck mainly used in the semiconductor industry, and more particularly to a heater for a semiconductor product. The present invention relates to a heater free from contamination due to diffusion or the like. 2. Description of the Related Art A semiconductor product is manufactured by forming a photosensitive resin as an etching resist on a silicon wafer and etching the silicon wafer. The photosensitive resin is applied in a liquid state to the surface of the silicon wafer by a spin coater or the like, but must be dried after the application, and the applied silicon wafer is placed on a heater and heated. Conventionally, as such a heater, a heater in which a heating element is wired on the back surface of a nitride ceramic plate is employed as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-40330. In this heater, the heater plate itself is thin and has excellent temperature followability. However, such a heater has the following unsolved problems. When this heater is used for heating a silicon wafer, iron and yttrium diffuse into the silicon wafer by heat and contaminate the silicon wafer. The main object of the present invention is to prevent contamination of semiconductor products with iron and yttrium. As a result of intensive studies, the present inventors have found that iron or yttrium is contaminated by the nitride ceramic substrate itself. The heater has a heating element, and when the heating element is formed, the nitride ceramic is fixed to the jig. During the fixing, the surface of the jig and the nitride ceramic substrate rub against each other, so that iron adheres to the nitride ceramic substrate, and the iron thermally diffuses into the semiconductor product when heated. Further, when a heating element is provided on one side or inside of the nitride ceramic substrate and used as a heater, the nitride ceramic is locally heated by the heating element as shown in FIG. It is considered that the yttria remaining in the world is more likely to be thermally diffused to the surface than in the case of heating in an atmosphere, leading to a semiconductor product. The present inventors have further studied based on such findings, and as a result, have found that at least a part of the surface of a plate-like body (nitride ceramic substrate) made of nitride ceramic,
In particular, it has been found that such a problem can be solved by protecting a heating surface in contact with a semiconductor product with a protective layer.
The present invention has been completed. The present invention is a heater for heating a semiconductor product in which a heating element is formed on one surface or inside a plate made of nitride ceramic or carbide ceramic, wherein a protection layer is formed on at least a part of the surface of the plate. A heater for heating a semiconductor product, comprising: In the present invention, at least a part of the surface of a plate-like body (nitride ceramic substrate) made of, for example, a nitride ceramic, in particular, a heating surface in contact with a semiconductor product is covered with a protective layer. Diffusion can be prevented. In addition, the nitride ceramics are sintered by a thin oxide layer on the surface of the nitride ceramic particles being bonded via a sintering aid, so that the particles are easily degranulated from the surface even by a slight impact or the like. In the present invention, since the surface is covered with the protective layer, shedding can be prevented. Further, the present invention has the advantage that the reaction between the nitride ceramic and the water in the air is hindered by the protective layer, so that ammonia is not generated and the photosensitive resist and the silicon wafer are not corroded. A technique for protecting the surface of the nitride ceramic is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-263453. However, this technique does not assume that a nitride ceramic is used as a heater, and the present invention However, it does not solve the specific problem that occurs when a nitride ceramic is used as a heater. The present invention relates to a heater for heating a semiconductor product in which a heating element pattern is formed on one surface of a plate made of a nitride ceramic or a carbide ceramic, and a protective layer is formed on at least a part of the surface of the plate. Is formed on the semiconductor product heater. The protective layer is desirably at least one selected from metal oxides and resins. When a protective layer made of the metal oxide is provided, it is desirable to form the heating element 2 on the surface of the protective layer 3 as shown in FIG. This is because the metal oxide protective layer 3 has excellent adhesion to both the nitride ceramic and the metal heating element 2, and thus improves the adhesion between the plate-shaped body 1 and the heating element 2. 5 and 4
As described above, the heating element 2 may be covered with a protective layer 3 made of a metal oxide. Heating element migration (metal ions,
This is because the protective layer made of a metal oxide can prevent metal atoms from diffusing in the surface layer of the plate-shaped body 1).
As the metal oxide, SiO 2 , Al 2 O 3 , TiO 2 ,
At least one selected from ZrO 2 is preferable, and polyimide is preferable as the resin. Among the metal oxides, SiO 2 which is particularly excellent in water resistance is optimal. Further, since the stress of the heater due to the thermal cycle is remarkably large, cracks are easily generated in the protective layer. However, since the SiO 2 is not destroyed by such stress, it has excellent durability. The thickness of the protective layer is 100 angstroms (0.0
1 μm to 1 μm is optimal. If the thickness is too small, a portion where the protective layer is not formed occurs. If the thickness is too large, cracks occur due to a difference in coefficient of thermal expansion. In any case, diffusion of iron and yttrium cannot be prevented, and generation of ammonia cannot be prevented. The protective layer not only covers the entire plate, but also
A part may be covered. In particular, it is desirable to protect the heating surface (the surface opposite to the surface on which the heating element is formed, in other words, the surface in contact with the semiconductor product). By protecting the heating surface, it is possible to prevent the diffusion of iron and yttrium and the generation of ammonia. In the present invention, as shown in FIG. 3, a plane layer 4 made of a material having higher thermal conductivity than the plate 1 may be provided inside the plate 1. The heat transmitted from the heating element pattern 2 in the thickness direction of the plate-like body 1 is diffused by the plane layer 4 to have a uniform temperature, and further, a surface opposite to the surface on which the heating element pattern 2 is formed (heating surface). It propagates to.
For this reason, the temperature of the heating surface can be made uniform even in a high-temperature region. The plane layer is desirably a continuous plane, but may be divided into a plurality of sections as long as the object of the present invention can be achieved, or may be a mesh provided with various circular or square openings. The plane layer used in the present invention preferably has a thickness of 1 to 10 4 μm, and most preferably 10 to 1000 μm. The reason for this is that if the thickness is too small, there is no effect of uniformizing the temperature, and if the thickness is too large, a temperature distribution occurs in the plane layer itself, so that the surface temperature cannot be uniformed. The plane layer only needs to have a higher thermal conductivity than the material of the plate-like body, and metal or ceramic can be used. As the plane layer,
A metal selected from tungsten, molybdenum, and Kovar, and at least one or more ceramics selected from tungsten carbide, silicide, and boron nitride are desirable. The plane layer may be a single layer or a plurality of layers. In the present invention, for example, an insulating nitride ceramic is used as the plate. Nitride ceramics
The coefficient of thermal expansion is smaller than that of metal. For this reason, the plate-shaped body constituting the heater can be made thin and light. Further, since the plate-like body has a high thermal conductivity and the plate-like body itself is thin, the surface temperature of the heater quickly follows the temperature change of the heating element.
That is, the surface temperature of the heater can be controlled by changing the voltage and the current amount to change the temperature of the heating element. The nitride ceramic is desirably at least one selected from metal nitride ceramics, for example, aluminum nitride, silicon nitride, and boron nitride. [0013] The plate-like body is preferably about 0.5 to 5 mm. If it is too thin, it will be easily broken. In the present invention, the plate-like body has a conductor layer 5 for electrostatic chuck between the plane layer 4 and the opposite surface (ie, the heating surface) of the surface on which the heating element 2 is provided as shown in FIG. It may be formed. This is because the semiconductor wafer can be heated while being fixed by the electrostatic chuck. In the present invention, the heating element can be formed by sintering the metal particles in the conductive paste. This is because it can be baked on the ceramic plate surface by heating and firing. The sintering is sufficient if the metal particles are fused together, or the metal particles and the ceramic are fused. When a heating element is formed on the protective layer, SiO 2 is desirable as the protective layer. This is because practical adhesion strength can be obtained. Further, as shown in FIG. 1, the heating element 2 is preferably formed in a concentric pattern since the temperature of the entire plate-like body 1 needs to be uniform. The thickness of the pattern of the heating element 2 is desirably 1 to 20 μm, and the width is desirably 0.5 to 5 mm. The resistance value can be changed depending on the thickness and width, but this range is most practical. The resistance value becomes thinner and thinner, and becomes larger. The conductive paste generally contains a resin, a solvent, a thickener and the like in addition to the metal particles. The metal particles are preferably at least one selected from gold, silver, platinum, palladium, lead, tungsten, and nickel.
This is because these metals are relatively hard to oxidize and have a resistance value sufficient to generate heat. The particle size of these metal particles is
It is desirable that the thickness be 0.1 to 100 μm. If it is too fine, it is easily oxidized, and if it is too large, sintering becomes difficult, and the resistance value becomes large. As the resin used for the conductive paste,
Epoxy resin, phenol resin and the like are preferable. In addition, isopropyl alcohol or the like is used as the solvent.
Examples of the thickener include cellulose and the like. Preferably, the conductive paste contains a metal oxide in addition to the metal particles, and the heating element is formed by sintering the metal particles and the metal oxide. The reason for this is to make the nitride ceramic or carbide ceramic adhere to the metal particles. It is not clear why the metal oxide improves the adhesion between the nitride ceramic or carbide ceramic and the metal particles, but the oxide film is slightly formed on the surface of the metal particles and the surface of the nitride ceramic or the carbide ceramic. It is presumed that the oxide films are sintered and integrated via the metal oxide, and the metal particles and the nitride ceramic or the carbide ceramic adhere to each other. The metal oxide is preferably at least one selected from the group consisting of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide (B 2 O 3 ), alumina, yttria, and titania. This is because these oxides can improve the adhesion between the metal particles and the nitride ceramic or the carbide ceramic without increasing the resistance value of the heating element. In the present invention, the surface of the heating element is desirably covered with a metal layer. The heating element is a sintered body of metal particles, and when exposed, is easily oxidized and changes its resistance value. Thus, oxidation can be prevented by coating the surface with a metal layer. The thickness of the metal layer is
0.1 to 10 μm is desirable. This is because the oxidation of the heating element can be prevented without changing the resistance value of the heating element. The metal used for the coating may be a non-oxidizing metal. Specifically, at least one selected from gold, silver, palladium, platinum, and nickel is preferable.
Of these, nickel is preferred. The heating element requires a terminal for connection to a power source, and this terminal is attached to the heating element via a brazing material. Nickel prevents heat diffusion of the brazing material. As the connection terminal, a terminal pin made of Kovar can be used. The brazing material may be an alloy of silver-lead, lead-tin, bismuth-tin, or the like. The thickness of the brazing material is desirably 0.1 to 50 μm. This is because the range is sufficient to secure the connection by the brazing material. In the present invention, a thermocouple can be embedded in the plate-like body as needed. This is because the temperature of the plate-like body can be controlled by measuring the temperature of the plate-like body with a thermocouple and changing the voltage and the current amount based on the data. Further, a plurality of through-holes can be provided in the plate-like body, and a support pin can be inserted into the through-hole, and the silicon wafer can be mounted on the pins. In addition, the silicon wafer can be transferred to the carrier by moving the support pins up and down, and the silicon wafer can be received from the carrier. Next, a method of manufacturing the heater will be described. (1) A step of obtaining a plate-like body. Ceramic powders such as nitride ceramics and carbide ceramics are mixed with a binder and a solvent to obtain a formed body. Aluminum nitride, silicon carbide, or the like can be used as the ceramic powder described above, and a sintering aid such as yttria may be added as necessary. The binder is preferably at least one selected from an acrylic binder, ethyl cellulose, butyl cellosolve, and polyvinylal. Further, as the solvent, at least one selected from α-terpione and glycol is desirable. The paste obtained by mixing these is formed into a sheet by a doctor blade method to produce a formed body. The formed body may be provided with a through hole for inserting a support pin of a silicon wafer or a concave portion for burying a thermocouple as necessary. Next, when the green compact is to be sintered, when a plane layer is provided, a metal layer is formed on the green compact. The metal layer is formed by printing a metal paste. Metal particles are contained in the metal paste, and tungsten or molybdenum is most suitable as such metal particles. This is because it is difficult to be oxidized and the thermal conductivity is not easily reduced. The average particle size of the tungsten particles or molybdenum particles is preferably 0.5 to 1.5 μm. This is because it is difficult to print the paste if the paste is too large or too small. As such a paste, 85 to 97 parts by weight of tungsten particles or molybdenum particles, at least one or more binders selected from acrylic, ethylcellulose, butyl cellosolve, and polyvinylalte are used.
A tungsten paste or molybdenum paste prepared by mixing 1.5 to 10 parts by weight of at least one solvent selected from parts by weight, α-terpione and glycol is most suitable. Next, the formed shapes are further laminated, heated and fired, and sintered to produce a ceramic plate. During heating and firing, a heater plate without pores can be manufactured by applying pressure. The heating and firing may be performed at a sintering temperature or higher.
2500 ° C. When a plurality of plane layers are provided, a plurality of formed features on which a metal paste is printed may be laminated. In addition to the method of printing a metal paste, a metal foil may be laminated on a formed body, the formed body may be further laminated, heated and fired, and sintered to produce a ceramic plate. Further, a protective layer is provided. As a method for forming the protective layer, a sol solution prepared by mixing a metal alkoxide with alcohol, water, and an acid is applied by a spin coating method or the like, dried, and fired at 300 to 1000 ° C. The metal alkoxide undergoes a hydrolysis polymerization reaction by the catalyst to form a sol, and a sol is formed by drying the sol. By firing the sol, a coating layer of a metal oxide film can be provided. As the sol solution,
Metal alkoxide 10 to 50 parts by weight, alcohol 100
To 500 parts by weight, water 1 to 50 parts by weight, acid 0.1 to 0.5
A mixture of parts by weight is desirable. As the metal alkoxide, a silane alkoxide and an aluminum alkoxide can be used. As the silane alkoxide, tetraethoxysilane and tetramethoxysilane are desirable.
As the aluminum alkoxide, aluminum isopropoxide is desirable. As alcohol,
Methanol, ethanol and the like can be used. Also, the nitride ceramic surface is exposed to air at 900 to 1000 ° C. in air.
Heat treatment may be performed for 1 to 10 hours to provide a metal oxide layer on the surface. Further, as the protective layer that can be used in the present invention, a resin such as polyimide may be used. (2) A step of providing a heating element on the plate-like body. A conductive paste made of metal particles is printed on the plate. The conductive paste is generally a high-viscosity fluid composed of metal particles, a resin, and a solvent. This conductive paste is printed on a portion where a heating element is to be provided by screen printing or the like.
Since the heating element needs to have a uniform temperature over the entire heating plate, it is desirable to print the heating element in a concentric pattern as shown in FIG. As the conductive paste, a silver paste, a silver / lead paste, the above-mentioned tungsten paste or molybdenum paste can be used. Furthermore, the conductive paste is sintered by heating, and a heating element is provided on the surface of the ceramic plate. The conductive paste is heated and baked to remove the resin and the solvent and to sinter the metal particles. The heating and firing temperature is 500
１０００1000 ° C. If a metal oxide is added to the conductive paste, the metal particles, the ceramic plate and the metal oxide are sintered and integrated, so that the adhesion between the heating element and the ceramic plate is reduced. Is improved. Further, it is desirable to cover the surface of the heating element with a metal layer. The coating can be performed by electrolytic plating, electroless plating, or sputtering, but in consideration of mass productivity, electroless plating is optimal. A terminal for connection to a power supply is attached to the end of the pattern of the heating element with a brazing material. The metal layer is desirably at least one selected from nickel, cobalt, and chromium. After the brazing material paste is printed on the mounting portion, the terminal is placed on the mounting portion, heated and reflowed. The heating temperature is preferably from 200 to 800C. Further, thermocouples can be embedded as needed. As thermocouples, chromel-alumel, copper-constantan, and chromel-constantan are preferable. Hereinafter, description will be given along an example. (Example 1) SiO 2 protective layer (1) Aluminum nitride powder (average particle size 1.1 μm) 1
A composition comprising 00 parts by weight, 4 parts by weight of yttria (it means yttrium oxide, 0.4 μm in average diameter), 5 parts by weight of an acrylic binder and alcohol is formed with a doctor blade to obtain a 1.5 mm thick formed body. Was. (2) Drilling was performed on the formed body to provide a hole for inserting a semiconductor wafer support pin, and a recess (not shown) for embedding a thermocouple. (3) A tungsten paste was prepared by mixing 90 parts by weight of tungsten particles having an average particle diameter of 1 μm, 5 parts by weight of an acrylic binder, and 5 parts by weight of an α-terpione solvent. This tungsten paste is printed on almost the entire surface of the formed body, and another formed body on which the tungsten paste is printed is similarly laminated. Further, the formed bodies on which the tungsten paste is not printed are stacked one by one on the upper and lower layers.
Hot press at 800 ° C, pressure 230kg / cm 2 ,
An aluminum nitride plate having a thickness of 3 mm was obtained. This was cut into a circular shape having a diameter of 230 mm to obtain a ceramic plate 1 having two plane layers 4 inside. Further, 20.8 parts by weight of tetraethoxysilane, ethanol 138
Parts by weight, 23.5 parts by weight of water and 0.3 parts by weight of hydrochloric acid were added to prepare a silica sol solution. This silica sol solution was applied to the surface of the ceramic plate 1 by a spin coater for 1500 times.
After applying for 20 seconds at rpm, drying and then applying under the same conditions, drying and firing at 500 ° C. and 950 ° C. for 1 hour each, SiO 2 having a thickness of 0.1 μm
Was formed. The thickness was measured by examining the distribution of Si using a fluorescent X-ray analyzer. (4) A conductive paste was printed on the plate 1 obtained in (3) by screen printing. The printing pattern is
The pattern was a concentric circle as shown in FIG. As the conductive paste, Solvest PS603 manufactured by Tokuri Chemical Laboratory was used. This conductive paste is a silver / lead paste and contains a metal oxide. (5) The plate on which the conductive paste was printed was heated and baked at 780 ° C. to sinter silver and lead in the conductive paste and baked on the plate 1. The pattern of the silver-lead sintered body had a thickness of 5 μm and a width of 2.4 mm. (6) Nickel sulfate 80 g / l, sodium hypophosphite 24 g / l, sodium acetate 12 g / l,
The plate of (5) is immersed in an electroless nickel plating bath composed of an aqueous solution having a concentration of boric acid of 8 g / l and ammonium chloride of 6 g / l, and a nickel layer having a thickness of 1 μm is formed on the surface of the sintered body of silver-lead. 5 was deposited to form a heating element 2. (7) A tin-lead paste (manufactured by Nippon Solder) was printed by screen printing 1 on a portion where a terminal for securing connection to a power supply was to be formed, to form a brazing material layer. Next, terminal pins (not shown) made of Kovar were placed on the solder layer, and heated and reflowed at 420 ° C. to attach the terminal pins to the surface of the heating element. (8) A plurality of thermocouples for temperature control were embedded to obtain a heater 100. Example 2 Al 2 O 3 Protective Layer As in Example 1, an Al 2 O 3 protective layer was provided instead of the SiO 2 protective layer of Example 1. As a forming method, the plate-like body obtained in (1) to (3) of Example 1 was heated at 950 ° C. for 1 hour in the air. The thickness of the Al 2 O 3 protective layer was 0.4 μm. (Comparative Example 1) As in Example 1, except that no protective layer was provided. For the heaters of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1, a silicon wafer was placed and the surface temperature was 60.
Electricity was applied until the temperature reached 0 ° C., and after standing for 24 hours, it was confirmed whether iron and yttrium (yttria was an oxide of yttrium) diffused into the silicon wafer. Confirmation is fluorescent X
A line analyzer (RIX2100 manufactured by Rigaku) was used. Further, the amount of ammonia eluted by immersing the heater in boiling water at 100 ° C. for 1 liter was measured. further,
For the heater of the first embodiment, -40 ° C (1 minute) to 16
After conducting a heat cycle test at 0 ° C. (1 minute), iron,
The diffusion of yttrium was investigated. Further, the amount of ammonia eluted by immersing the heater in 100 liters of boiling water at 1 liter was measured. Furthermore, an adhesive tape was stuck on the heating surface of the heater and peeled off, and it was observed under a microscope whether or not the ceramic particles adhered to the adhesive tape. Table 1 shows the results. [Table 1] In addition, before and after are before and after the heat cycle test.
In the heater of Example 1, there was no diffusion of iron and yttrium, and no ammonia was eluted. In Comparative Example 1, 80 ppm of ammonia was detected. Furthermore, after the heat cycle test, the heater of Example 1 was replaced with 1 liter,
When immersed in boiling water at 100 ° C., no ammonia was eluted. However, in the protective layer of Al 2 O 3 , diffusion and ammonia elution were observed. Further, in the heaters of Examples 1 and 2, there was no adhesion on the adhesive tape, but in the heater of Comparative Example 1, aluminum nitride powder was observed. As described above, the heater according to the present invention can prevent diffusion of a contaminant element. Further, since it is possible to prevent the generation of ammonia and the prevention of particle shedding, it is most suitable as a heater for heating semiconductor products.
【図面の簡単な説明】
【図１】発熱体のパターンの模式図
【図２】従来のヒータの断面模式図
【図３】本発明のヒータの断面模式図
【図４】本発明のヒータ（静電チャック用導電層）の断
面模式図
【図５】本発明のヒータの断面模式図
【符号の説明】
１ セラミック製の板状体
２ 発熱体
３ 保護層
４ プレーン層
５ 静電気チャック用導電層
１００、１０１、１０２ ヒータBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view of a pattern of a heating element. FIG. 2 is a schematic sectional view of a conventional heater. FIG. 3 is a schematic sectional view of a heater of the present invention. FIG. FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a heater according to the present invention. [Description of References] 1 Plate-like body made of ceramic 2 Heating element 3 Protective layer 4 Plane layer 5 Conductive layer for electrostatic chuck 100, 101, 102 heater
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Ｆターム(参考） 3K034 AA02 AA10 AA21 AA34 AA37
BA02 BA08 BA15 BA17 BB06
BB14 BC04 BC12 BC15 FA13
FA21
3K092 PP09 QA05 QB02 QB44 QB63
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F term (reference) 3K034 AA02 AA10 AA21 AA34 AA37
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