JP2004273460A - Ceramic heater - Google Patents

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Yasutaka Ito
康隆 伊藤
Masakazu Furukawa
正和 古川
Yasuji Hiramatsu
靖二 平松
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ceramic heater capable of uniformly heating an object to be heated, such as a silicon wafer. <P>SOLUTION: The ceramic heater has a heating body formed inside or on the surface of a ceramic plate. A not-through hole is provided from the opposite side of a heating surface that heats an object to be heated toward the heating surface. The bottom of the not-through hole is formed closer to the heating surface than the heating body, and the not-through hole is provided with a temperature measuring element. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、主に半導体産業において使用される乾燥用、スパッタリング用等のセラミックヒータに関し、特には、温度制御しやすく、加熱面の温度均一性に優れるセラミックヒータに関する。 The present invention relates to a ceramic heater mainly used in the semiconductor industry for drying, sputtering and the like, and more particularly to a ceramic heater which is easy to control temperature and has excellent temperature uniformity on a heating surface.

半導体製品は、シリコンウエハ上に感光性樹脂をエッチングレジストとして形成し、シリコンウエハのエッチングを行う工程等を経て製造される。
この感光性樹脂は液状であり、スピンコーターなどを用いてシリコンウエハ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をヒータ上に載置して加熱することになる。
Semiconductor products are manufactured through a process of forming a photosensitive resin on a silicon wafer as an etching resist and etching the silicon wafer.
This photosensitive resin is liquid and is applied to the silicon wafer surface using a spin coater or the like, but it must be dried after application, and the applied silicon wafer must be placed on a heater and heated. become.

従来、このような用途に使用される金属製のヒータとしては、アルミニウム板の裏面に発熱体を配置したものが採用されている。
ところが、このような金属製のヒータは、以下のような問題があった。
まず、金属製であるため、ヒータ板の厚みは、15mm程度と厚くしなければならない。なぜなら、薄い金属板では、加熱に起因する熱膨張により、反り、歪みが発生してしまい、金属板上に載置したシリコンウエハが破損したり傾いたりしてしまうからである。しかしながら、ヒータ板の厚みを厚くすると、ヒータの重量が重くなり、また、かさばってしまう。
Conventionally, as a metal heater used for such an application, a heater in which a heating element is arranged on the back surface of an aluminum plate has been adopted.
However, such a metal heater has the following problems.
First, since it is made of metal, the thickness of the heater plate must be as thick as about 15 mm. This is because, in a thin metal plate, warping or distortion occurs due to thermal expansion caused by heating, and the silicon wafer placed on the metal plate is damaged or tilted. However, when the thickness of the heater plate is increased, the weight of the heater increases, and the heater becomes bulky.

また、発熱体に印加する電圧や電流量を変えることにより、加熱温度を制御するのであるが、金属板が厚いために、電圧や電流量の変化に対してヒータ板の温度が迅速に追従せず、温度制御しにくいという問題もあった。
そこで、特許文献1などで提案されているように、発熱体が形成された窒化物セラミックを使用し、発熱体近傍の温度を測定しながら、温度制御する技術が提案されている。
特公平8−8247号公報
In addition, the heating temperature is controlled by changing the voltage or current applied to the heating element. However, because the metal plate is thick, the temperature of the heater plate can quickly follow changes in voltage and current. In addition, there was a problem that it was difficult to control the temperature.
In view of this, as disclosed in Patent Document 1, for example, a technique has been proposed in which a nitride ceramic having a heating element formed thereon is used, and the temperature is controlled while measuring the temperature in the vicinity of the heating element.
Japanese Patent Publication No. 8-8247

ところが、このような技術を用いてシリコンウエハを加熱しようとした際、ヒータ表面の温度差に起因する熱衝撃でシリコンウエハが破損してしまうという問題が発生した。
そこで、本発明者らは、シリコンウエハ破損の原因について鋭意研究した結果、温度制御を行っているにも拘わらずシリコンウエハが破損するのは、発熱体の近傍の温度を測定しても、この温度は、必ずしもシリコンウエハ加熱面の温度を反映していないため、シリコンウエハに場所による温度差が生じ、破損してしまうという予期しない事実をつきとめた。
また、このような温度の不均一性は、窒化物セラミックや炭化物セラミックなどの熱伝導率の高いものほど顕著であるという事実も新たにつきとめた。
However, when attempting to heat a silicon wafer using such a technique, there has been a problem that the silicon wafer is damaged by thermal shock caused by a temperature difference on the heater surface.
Therefore, the present inventors have conducted intensive studies on the cause of silicon wafer breakage. As a result, even if the temperature is controlled, the silicon wafer breaks even if the temperature near the heating element is measured. Since the temperature does not always reflect the temperature of the heating surface of the silicon wafer, the unexpected fact that the temperature of the silicon wafer varies depending on the location and breaks down was found.
In addition, the inventors have newly found that such non-uniformity in temperature is more remarkable in nitride ceramics and carbide ceramics having higher thermal conductivity.

そこで、本発明者らはさらに検討を重ね、よりシリコンウエハに近い部分の温度を測定し、その結果に基づいて加熱を行うことにより、シリコンウエハの加熱面の温度差を小さくすることができ、セラミック板の破損を防止することができることを見いだし、以下に示す内容を要旨構成とする本発明を完成するに至った。 Therefore, the present inventors have further studied and measured the temperature of a portion closer to the silicon wafer, and performed heating based on the result, so that the temperature difference of the heating surface of the silicon wafer can be reduced, The inventors have found that the ceramic plate can be prevented from being damaged, and have completed the present invention having the following constitution as a summary.

即ち、第一の本発明のセラミックヒータは、セラミック板の表面または内部に発熱体を形成してなるセラミックヒータであって、
被加熱物を加熱する加熱面の反対側から加熱面に向けて有底孔を設けるとともに、該有底孔の底を発熱体よりも相対的に加熱面に近く形成し、この有底孔に上記測温素子を設けたことを特徴とする。
That is, the ceramic heater of the first present invention is a ceramic heater having a heating element formed on the surface or inside of a ceramic plate,
A bottomed hole is provided from the opposite side of the heating surface for heating the object to be heated toward the heating surface, and the bottom of the bottomed hole is formed relatively closer to the heating surface than the heating element. The temperature measuring element is provided.

上記セラミックヒータにおいて、上記有底孔の底と加熱面との距離は、0.1mm〜セラミック板の厚さの1/2であることが望ましい。
上記セラミックヒータを構成するセラミックは、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックであることが望ましい。
In the ceramic heater, the distance between the bottom of the bottomed hole and the heating surface is preferably 0.1 mm to 1/2 of the thickness of the ceramic plate.
The ceramic constituting the ceramic heater is desirably a nitride ceramic or a carbide ceramic.

上記セラミックヒータの発熱体は、少なくとも2以上の回路に分割されてなることが望ましい。
上記セラミックヒータの発熱体は、断面が偏平形状であることが望ましい。
It is desirable that the heating element of the ceramic heater be divided into at least two or more circuits.
The heating element of the ceramic heater desirably has a flat cross section.

また、第二の本発明のセラミックヒータは、セラミック板の表面または内部に発熱体が形成されるとともに、このセラミック板の温度を測定する測温素子と、上記発熱体に電力を供給する制御部と、上記測温素子により測定された温度データを記憶する記憶部と、上記温度データから上記発熱体に必要な電力を演算する演算部とを備えてなるセラミックヒータであって、
上記セラミック板に、被加熱物を加熱する加熱面の反対側から加熱面に向けて有底孔を設けるとともに、該有底孔の底を発熱体よりも相対的に加熱面に近く形成し、この有底孔に上記測温素子を設けたことを特徴とする。
The ceramic heater according to the second aspect of the present invention includes a heating element formed on the surface or inside of the ceramic plate, a temperature measuring element for measuring the temperature of the ceramic plate, and a control unit for supplying power to the heating element. A ceramic heater comprising: a storage unit that stores temperature data measured by the temperature measuring element; and a calculation unit that calculates power required for the heating element from the temperature data,
In the ceramic plate, while providing a bottomed hole from the opposite side of the heating surface to heat the object to be heated toward the heating surface, the bottom of the bottomed hole is formed relatively closer to the heating surface than the heating element, The temperature measuring element is provided in the bottomed hole.

上記セラミックヒータにおいて、上記発熱体は、少なくとも2以上の回路に分割されてなり、各回路には異なる電力が供給されるように構成されていることが望ましい。
上記第一および第二のセラミックヒータにおいて、上記測温素子は、シース型熱電対であって、有底孔の底部に圧着されていることが望ましい。
In the ceramic heater, it is desirable that the heating element is divided into at least two or more circuits, and each circuit is configured to be supplied with different power.
In the first and second ceramic heaters, it is preferable that the temperature measuring element is a sheath-type thermocouple, which is pressed against the bottom of the bottomed hole.

また、上記測温素子は、有底孔の底部に弾性体またはネジにより圧着されていることが望ましい。
さらに、上記測温素子は、有底孔内に絶縁物で封止されていることが望ましい。
In addition, it is desirable that the temperature measuring element is press-fitted to the bottom of the bottomed hole with an elastic body or a screw.
Further, it is desirable that the temperature measuring element is sealed in the bottomed hole with an insulator.

第一および第二の本発明のセラミックヒータによれば、正確な被加熱物の温度の測定が可能となり、この温度の測定結果に基づいて発熱体の発熱状態を調整することにより、シリコンウエハ全体を均一に加熱することができる。 According to the first and second ceramic heaters of the present invention, it is possible to accurately measure the temperature of the object to be heated, and by adjusting the heat generation state of the heating element based on the measurement result of the temperature, the entire silicon wafer can be measured. Can be uniformly heated.

第一の本発明のセラミックヒータは、セラミック板の表面または内部に発熱体を形成してなるセラミックヒータであって、
被加熱物を加熱する加熱面の反対側から加熱面に向けて有底孔を設けるとともに、該有底孔の底を発熱体よりも相対的に加熱面に近く形成し、この有底孔に上記測温素子を設けたことを特徴とする。
The ceramic heater according to the first aspect of the present invention is a ceramic heater having a heating element formed on the surface or inside of a ceramic plate,
A bottomed hole is provided from the opposite side of the heating surface for heating the object to be heated toward the heating surface, and the bottom of the bottomed hole is formed relatively closer to the heating surface than the heating element. The temperature measuring element is provided.

第一の本発明のセラミックヒータによれば、測温場所が発熱体よりも被加熱物(シリコンウエハ)の加熱面に近いので、より正確な被加熱物の温度の測定が可能となり、この温度の測定結果に基づいて発熱体の発熱状態を調整することにより、被加熱物を均一に加熱することが可能となる。 According to the ceramic heater of the first aspect of the present invention, since the temperature measurement location is closer to the heating surface of the object to be heated (silicon wafer) than the heating element, it is possible to more accurately measure the temperature of the object to be heated. By adjusting the heat generation state of the heating element based on the measurement result, the object to be heated can be uniformly heated.

また、窒化物セラミックや炭化物セラミックは、熱膨張係数が金属よりも小さく、機械的な強度が金属に比べて格段に高いため、セラミック板(以下、ヒータ板という)の厚さを薄くしても、加熱により反ったり、歪んだりしない。そのため、ヒータ板を薄くて軽いものとすることができる。さらに、ヒータ板の熱伝導率が高く、ヒータ板自体が薄いため、ヒータ板の表面温度が、発熱体の温度変化に迅速に追従する。即ち、電圧、電流値を変えて発熱体の温度を変化させることにより、ヒータ板の表面温度を制御することができるのである。 In addition, nitride ceramics and carbide ceramics have a smaller coefficient of thermal expansion than metals and have much higher mechanical strength than metals, so even if the thickness of a ceramic plate (hereinafter referred to as a heater plate) is reduced. Does not warp or warp due to heating. Therefore, the heater plate can be made thin and light. Furthermore, since the heat conductivity of the heater plate is high and the heater plate itself is thin, the surface temperature of the heater plate quickly follows the temperature change of the heating element. That is, the surface temperature of the heater plate can be controlled by changing the voltage and the current value to change the temperature of the heating element.

上記セラミックヒータにおいて、上記発熱体は、ヒータ板の一主面の表面に形成し、反対側面をシリコンウエハなどの被加熱物を加熱する加熱面とするか、または、ヒータ板の内部であって、中心より一方の主面側に偏芯させて形成し、発熱体から遠い方の面を加熱面とすることが望ましい。 In the above ceramic heater, the heating element is formed on the surface of one main surface of the heater plate, and the opposite side is a heating surface for heating an object to be heated such as a silicon wafer, or inside the heater plate. It is desirable that the heating element be formed so as to be eccentric to one main surface side from the center, and the surface farther from the heating element be the heating surface.

発熱体の形成位置をこのように設定することにより、発熱体から発生した熱が伝搬していくうちに、ヒータ板全体に拡散し、被加熱物(シリコンウエハ)を加熱する面の温度分布が均一化され、その結果、被加熱物の各部分における温度が均一化される。
加熱は、ヒータ板に被加熱物を載置して行うか、または、ヒータ板から被加熱物を所定距離に離間させた状態で保持して行うことができる。
By setting the formation position of the heating element in this way, while the heat generated from the heating element propagates, it diffuses throughout the heater plate, and the temperature distribution on the surface that heats the object to be heated (silicon wafer) is reduced. The temperature is made uniform in each portion of the object to be heated, as a result.
The heating can be performed by placing the object to be heated on the heater plate, or by holding the object to be heated at a predetermined distance from the heater plate.

図1は、第一の本発明のセラミックヒータの一例を模式的に示す底面図である。
ヒータ板11は、円板状に形成されており、発熱体12は、ヒータ板11の加熱面(図示した底面の反対側面)の全体の温度が均一になるように加熱する必要があるため、ヒータ板11の底面に同心円状のパターンに形成されている。また、これら発熱体12は、互いに近い二重の同心円同士が1組として、1本の線になるように接続され、その両端に入出力の端子となる端子ピン13が接続されている。また、中央に近い部分には、支持ピン(図示せず)を挿入するための貫通孔15が形成され、さらに、測温素子を挿入するための有底孔14a〜14iが形成されている。
FIG. 1 is a bottom view schematically showing one example of the ceramic heater of the first invention.
The heater plate 11 is formed in a disk shape, and the heating element 12 needs to be heated so that the entire temperature of the heating surface (the side opposite to the illustrated bottom surface) of the heater plate 11 is uniform. The heater plate 11 is formed on the bottom surface in a concentric pattern. The heating elements 12 are connected so that double concentric circles close to each other form a single line, and terminal pins 13 serving as input / output terminals are connected to both ends. A through hole 15 for inserting a support pin (not shown) is formed in a portion near the center, and bottomed holes 14a to 14i for inserting a temperature measuring element are formed.

このセラミックヒータ10において、ヒータ板11の厚さは、0.5〜5mmが好ましい。0.5mmより薄いと、強度が低下するため破損しやすくなり、一方、5mmより厚くなると、熱が伝搬しにくくなり、加熱の効率が悪くなる。 In the ceramic heater 10, the thickness of the heater plate 11 is preferably 0.5 to 5 mm. If the thickness is less than 0.5 mm, the strength is reduced and the material is easily broken. On the other hand, if the thickness is more than 5 mm, heat is difficult to propagate and the heating efficiency is deteriorated.

セラミックヒータ10を構成するセラミックは、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックであることが望ましい。
上記窒化物セラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化ホウ素、窒化チタン等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
また、炭化物セラミックとしては、例えば、炭化ケイ素、炭化ジルコニウム、炭化チタン、炭化タンタル、炭化タングステン等が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
Preferably, the ceramic constituting the ceramic heater 10 is a nitride ceramic or a carbide ceramic.
Examples of the nitride ceramic include aluminum nitride, silicon nitride, boron nitride, and titanium nitride. These may be used alone or in combination of two or more.
Examples of the carbide ceramic include silicon carbide, zirconium carbide, titanium carbide, tantalum carbide, and tungsten carbide. These may be used alone or in combination of two or more.

これらのなかでは、窒化アルミニウムが最も好ましい。熱伝導率が180W/m・Kと最も高く、温度追従性に優れる反面、温度分布の不均一を招きやすく、本発明のような測温素子の形成構造をとる必要があるからである。 Of these, aluminum nitride is most preferred. This is because the thermal conductivity is the highest at 180 W / m · K, which is excellent in temperature followability, but tends to cause uneven temperature distribution, and it is necessary to adopt a structure for forming a temperature measuring element as in the present invention.

第一の本発明のセラミックヒータ10において、有底孔14a〜14iの底と加熱面との距離(図2(b)参照)Lは、0.1mm〜セラミック板の厚さの1/2であることが望ましい。有底孔14a〜14iの底と加熱面との距離が0.1mm未満では、放熱してしまい、シリコンウエハ加熱面に温度分布が形成されてしまい、一方、セラミック板の厚さの1/2を超えると、発熱体の温度の影響を受けやすく、やはりシリコンウエハの加熱面に温度分布が形成されてしまうからである。 In the ceramic heater 10 according to the first aspect of the present invention, the distance L between the bottom of the bottomed holes 14a to 14i and the heating surface (see FIG. 2B) is 0.1 mm to 1/2 of the thickness of the ceramic plate. Desirably. If the distance between the bottoms of the bottomed holes 14a to 14i and the heating surface is less than 0.1 mm, heat is radiated and a temperature distribution is formed on the heating surface of the silicon wafer, and on the other hand, 1 / of the thickness of the ceramic plate. If the temperature exceeds the temperature, the temperature of the heating element is liable to be affected, and a temperature distribution is formed on the heating surface of the silicon wafer.

上記測温素子としては、例えば、熱電対、白金測温抵抗体、サーミスタ等が挙げられる。
また、上記熱電対としては、例えば、JIS−C−1602(1980)に挙げられるように、K型、R型、B型、S型、E型、J型、T型熱電対等が挙げられるが、これらのなかでは、K型熱電対が好ましい。
Examples of the temperature measuring element include a thermocouple, a platinum temperature measuring resistor, a thermistor, and the like.
Examples of the thermocouple include K-type, R-type, B-type, S-type, E-type, J-type, and T-type thermocouples as described in JIS-C-1602 (1980). Of these, a K-type thermocouple is preferred.

上記熱電対の接合部の大きさは、素線の径と同一か、または、それよりも大きく、0.5mm以下であることが望ましい。これは、接合部が大きい場合は、熱容量が大きくなって応答性が低下してしまうからである。なお、素線の径よりも小さくすることは困難である。
有底孔14a〜14iの直径は、0.3〜0.5mmであることが望ましい。これは、直径が大きすぎると放熱性が大きくなり、また小さすぎると加工性が低下して、加工面との距離を均等にすることができなくなるからである。
It is desirable that the size of the junction of the thermocouple is equal to or larger than the diameter of the strand, and is 0.5 mm or less. This is because, if the junction is large, the heat capacity increases and the responsiveness decreases. It is difficult to make the diameter smaller than the diameter of the strand.
The diameter of the bottomed holes 14a to 14i is desirably 0.3 to 0.5 mm. This is because if the diameter is too large, the heat dissipation increases, and if the diameter is too small, the workability decreases, and the distance to the processed surface cannot be equalized.

上記有底孔14a〜14iは、図1に示したように、ヒータ板11の中心に対して対称で、かつ、十字を形成するように配列することが望ましい。このように配列することにより、加熱面全体の温度を測定することができるからである。 The bottomed holes 14a to 14i are desirably arranged symmetrically with respect to the center of the heater plate 11 so as to form a cross, as shown in FIG. By arranging in this way, the temperature of the entire heating surface can be measured.

上記測温素子は、金ろう、銀ろうなどを使用して、有底孔14a〜14iの底に接着してもよく、有底孔14a〜14iに挿入した後、耐熱性樹脂やセラミック等の絶縁物で封止してもよく、両者を併用してもよい。 The temperature measuring element may be adhered to the bottoms of the bottomed holes 14a to 14i using gold brazing, silver brazing, or the like. It may be sealed with an insulator or both may be used together.

上記耐熱性樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂、特にはエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、シリコーン樹脂などが挙げられる。これらの樹脂は、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、シリカゾル、アルミナゾルなどのセラミックを用いて封止してもよい。 Examples of the heat-resistant resin include a thermosetting resin, particularly, an epoxy resin, a polyimide resin, a bismaleimide-triazine resin, and a silicone resin. These resins may be used alone or in combination of two or more. Further, sealing may be performed using a ceramic such as silica sol or alumina sol.

上記金ろうとしては、37〜80.5重量%Au−63〜19.5重量%Cu合金、81.5〜82.5重量%Au−18.5〜17.5重量%Ni合金から選ばれる少なくとも1種が望ましい。これらは、溶融温度が、900℃以上であり、高温領域でも溶融しにくいためである。 The gold solder is selected from 37-80.5% by weight Au-63-19.5% by weight Cu alloy and 81.5-82.5% by weight Au-18.5-17.5% by weight Ni alloy. At least one is desirable. These are because the melting temperature is 900 ° C. or higher and it is difficult to melt even in a high temperature region.

銀ろうとしては、例えば、Ag−Cu系のものを使用することができる。
発熱体12は、図1に示したように、少なくとも2以上の回路に分割されていることが望ましく、2〜10の回路に分割されていることがより望ましい。回路を分割することにより、各回路に投入する電力を制御して発熱量を変えることができ、シリコンウエハの加熱面の温度を調整することができるからである。
As the silver solder, for example, an Ag-Cu-based one can be used.
As shown in FIG. 1, the heating element 12 is preferably divided into at least two or more circuits, and more preferably divided into two to ten circuits. This is because, by dividing the circuit, the amount of heat generated can be changed by controlling the power supplied to each circuit, and the temperature of the heating surface of the silicon wafer can be adjusted.

図4、5は、いずれも測温素子の固定方法を示す図面で、(a)は、有底孔の近傍を示す断面図であり、(b)は、有底孔の形状を示す拡大底面図である。
測温素子を固定する際には、図4に示すように、コイルバネ65等の弾性体を用いて有底孔610の底面に圧着してもよく、図5に示すように、ボルト74のようなもので有底孔710の底面に押しつけてもよい。弾性体としてはコイルばねや板バネなどを使用することができる。
4 and 5 are diagrams showing a method of fixing the temperature measuring element, in which (a) is a sectional view showing the vicinity of the bottomed hole, and (b) is an enlarged bottom surface showing the shape of the bottomed hole. FIG.
When fixing the temperature measuring element, as shown in FIG. 4, an elastic body such as a coil spring 65 may be used to crimp the bottom surface of the bottomed hole 610, and as shown in FIG. It may be pressed against the bottom of the bottomed hole 710. As the elastic body, a coil spring, a leaf spring, or the like can be used.

樹脂、セラミック、ろう材等で測温素子を固定すると、熱劣化して測温素子が脱落するおそれがあるが、圧着等の物理的な方法を用いると、このような問題が生じないため有利である。図4、5に示すように、圧着等による固定を行う場合であって、測温素子として熱電対を使用する場合には、筒状体の内部に熱電対が納められ、その周囲にアルミナ粉末等の絶縁粉末が充填されたシース型熱電対を使用することが望ましい。熱電対が破損するのを防止することができるからである。 If the temperature measuring element is fixed with resin, ceramic, brazing material, etc., there is a risk that the temperature measuring element will fall off due to thermal degradation. However, if a physical method such as pressure bonding is used, such a problem does not occur, which is advantageous. It is. As shown in FIGS. 4 and 5, when fixing is performed by crimping or the like, and a thermocouple is used as a temperature measuring element, a thermocouple is placed inside a cylindrical body and alumina powder is surrounded by the thermocouple. It is desirable to use a sheath-type thermocouple filled with insulating powder such as. This is because the thermocouple can be prevented from being damaged.

発熱体12のパターンとしては、図1に示した同心円のほか、例えば、渦巻き、偏心円、屈曲線などが挙げられる。 As the pattern of the heating element 12, in addition to the concentric circles shown in FIG. 1, for example, a spiral, an eccentric circle, a bent line, and the like can be given.

本発明において、発熱体12をヒータ板11の表面に形成する場合には、金属粒子を含む導電ペーストをヒータ板11の表面に塗布して所定パターンの導体ペースト層を形成した後、これを焼き付け、ヒータ板11の表面で金属粒子を焼結させる方法が好ましい。なお、金属の焼結は、金属粒子同士および金属粒子とセラミックとが融着していれば充分である。
図1に示したように、ヒータ板11の表面に発熱体12を形成する場合には、この発熱体12の厚さは、1〜30μmが好ましく、1〜10μmがより好ましい。また、ヒータ板11の内部に発熱体を形成する場合には、その厚さは、1〜50μmが好ましい。
In the present invention, when the heating element 12 is formed on the surface of the heater plate 11, a conductive paste containing metal particles is applied to the surface of the heater plate 11 to form a conductor paste layer having a predetermined pattern, which is then baked. Preferably, a method of sintering metal particles on the surface of the heater plate 11 is preferred. The sintering of the metal is sufficient if the metal particles and the metal particles and the ceramic are fused.
As shown in FIG. 1, when the heating element 12 is formed on the surface of the heater plate 11, the thickness of the heating element 12 is preferably 1 to 30 μm, more preferably 1 to 10 μm. When a heating element is formed inside the heater plate 11, its thickness is preferably 1 to 50 μm.

また、ヒータ板11の表面に発熱体12を形成する場合には、発熱体12の幅は、0.1〜20mmが好ましく、0.1〜5mmがより好ましい。また、ヒータ板11の内部に発熱体を形成する場合には、発熱体の幅は、5〜20μmが好ましい。 When the heating element 12 is formed on the surface of the heater plate 11, the width of the heating element 12 is preferably 0.1 to 20 mm, more preferably 0.1 to 5 mm. When a heating element is formed inside the heater plate 11, the width of the heating element is preferably 5 to 20 μm.

発熱体12は、その幅や厚さにより抵抗値に変化を持たせることができるが、上記した範囲が最も実用的である。抵抗値は、薄く、また、細くなる程大きくなる。発熱体12は、ヒータ板11の内部に形成した場合の方が、厚み、幅とも大きくなるが、これは、発熱体12を内部に設けると、加熱面と発熱体との距離が短くなり、表面の温度の均一性が低下するため、発熱体12自体の幅を広げる必要があるからである。また、内部に発熱体を設けるために、窒化物セラミック等との密着性を考慮する必要性がなく、タングステン、モリブデンなどの高融点金属やタングステン、モリブデンなどの炭化物を使用することができ、抵抗値を高くすることが可能となるため、断線等を防止する目的で厚み自体を厚くしてもよい。以上の理由から、発熱体12は、上記した厚みや幅とすることが望ましい。
発熱体12は、断面が矩形であっても楕円であってもよいが、偏平であることが望ましい。偏平の方が加熱面に向かって放熱しやすいため、加熱面の温度分布ができにくいからである。
The resistance of the heating element 12 can be varied depending on its width and thickness, but the above range is the most practical. The resistance value increases as the resistance value decreases and the resistance value decreases. When the heating element 12 is formed inside the heater plate 11, the thickness and the width are larger. However, when the heating element 12 is provided inside, the distance between the heating surface and the heating element becomes shorter, This is because it is necessary to increase the width of the heating element 12 itself because the uniformity of the surface temperature is reduced. In addition, since a heating element is provided inside, there is no need to consider adhesion to nitride ceramics and the like, and high melting point metals such as tungsten and molybdenum and carbides such as tungsten and molybdenum can be used. Since the value can be increased, the thickness itself may be increased for the purpose of preventing disconnection or the like. For the above reasons, it is desirable that the heating element 12 has the above-described thickness and width.
The heating element 12 may be rectangular or elliptical in cross section, but is preferably flat. This is because the flat surface is more likely to dissipate heat toward the heating surface, so that the temperature distribution on the heating surface is less likely.

断面のアスペクト比(発熱体の幅/発熱体の厚さ)は、10〜5000であることが望ましい。
この範囲に調整することにより、発熱体12の抵抗値を大きくすることができるとともに、加熱面の温度の均一性を確保することができるからである。
発熱体12の厚さを一定とした場合、アスペクト比が上記範囲より小さいと、ヒータ板11のウエハ加熱面方向への熱の伝搬量が小さくなり、発熱体12のパターンに近似した熱分布が加熱面に発生してしまい、逆にアスペクト比が大きすぎると発熱体12の中央の直上部分が高温となってしまい、結局、発熱体12のパターンに近似した熱分布が加熱面に発生してしまう。従って、温度分布を考慮すると、断面のアスペクト比は、10〜5000であることが好ましいのである。
The aspect ratio of the cross section (the width of the heating element / the thickness of the heating element) is desirably 10 to 5000.
By adjusting to this range, the resistance value of the heating element 12 can be increased, and the uniformity of the temperature of the heating surface can be ensured.
When the thickness of the heating element 12 is constant and the aspect ratio is smaller than the above range, the amount of heat propagation in the direction of the wafer heating surface of the heater plate 11 decreases, and the heat distribution approximate to the pattern of the heating element 12 is reduced. If the aspect ratio is too large, on the other hand, if the aspect ratio is too large, the temperature immediately above the center of the heating element 12 becomes high, and eventually, a heat distribution similar to the pattern of the heating element 12 occurs on the heating face. I will. Therefore, in consideration of the temperature distribution, the aspect ratio of the cross section is preferably 10 to 5000.

発熱体12をヒータ板11の表面に形成する場合は、アスペクト比を10〜200、発熱体12をヒータ板11の内部に形成する場合は、アスペクト比を200〜5000とすることが望ましい。 When the heating element 12 is formed on the surface of the heater plate 11, the aspect ratio is desirably 10 to 200. When the heating element 12 is formed inside the heater plate 11, the aspect ratio is desirably 200 to 5000.

発熱体12は、ヒータ板11の内部に形成した場合の方が、アスペクト比が大きくなるが、これは、発熱体12を内部に設けると、加熱面と発熱体12との距離が短くなり、表面の温度均一性が低下するため、発熱体12自体を偏平にする必要があるからである。
本発明の発熱体12をヒータ板11の内部に偏芯して形成する場合の位置は、ヒータ板11の加熱面の反対側面(底面)に近い位置で、加熱面から底面までの距離に対して50%を超え、99%までの位置とすることが望ましい。
When the heating element 12 is formed inside the heater plate 11, the aspect ratio becomes larger. However, when the heating element 12 is provided inside, the distance between the heating surface and the heating element 12 becomes shorter, This is because the heating element 12 itself needs to be flattened because the surface temperature uniformity is reduced.
When the heating element 12 of the present invention is formed eccentrically inside the heater plate 11, the position is close to the opposite side surface (bottom surface) of the heating surface of the heater plate 11, with respect to the distance from the heating surface to the bottom surface. It is desirable that the position be more than 50% and up to 99%.

50%以下であると、加熱面に近すぎるため、温度分布が発生してしまい、逆に、99%を超えると、ヒータ板11自体に反りが発生して、シリコンウエハが破損するからである。
また、発熱体12をヒータ板11の内部に形成する場合には、発熱体形成層を複数層設けてもよい。この場合は、各層のパターンは、相互に補完するようにどこかの層に発熱体12が形成され、加熱面の上方から見ると、どの領域にもパターンが形成されている状態が望ましい。このような構造としては、例えば、互いに千鳥の配置になっている構造が挙げられる。
If it is less than 50%, the temperature distribution is generated because it is too close to the heating surface. Conversely, if it is more than 99%, the heater plate 11 warps and the silicon wafer is damaged. .
When the heating element 12 is formed inside the heater plate 11, a plurality of heating element forming layers may be provided. In this case, it is desirable that the heating element 12 is formed in some layer so that the patterns of the respective layers complement each other, and when viewed from above the heating surface, the pattern is formed in any region. As such a structure, for example, there is a structure in which the staggered arrangement is provided.

導体ペーストとしては特に限定されないが、導電性を確保するための金属粒子または導電性セラミックが含有されているほか、樹脂、溶剤、増粘剤などを含むものが好ましい。
上記金属粒子としては、例えば、貴金属(金、銀、白金、パラジウム)、鉛、タングステン、モリブデン、ニッケルなどが好ましい。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの金属は、比較的酸化しにくく、発熱するに充分な抵抗値を有するからである。
The conductive paste is not particularly limited, but preferably contains not only metal particles or conductive ceramic for ensuring conductivity, but also a resin, a solvent, a thickener, and the like.
As the metal particles, for example, noble metals (gold, silver, platinum, palladium), lead, tungsten, molybdenum, nickel and the like are preferable. These may be used alone or in combination of two or more. This is because these metals are relatively hard to oxidize and have a resistance value sufficient to generate heat.

上記導電性セラミックとしては、例えば、タングステン、モリブデンの炭化物などが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
これら金属粒子または導電性セラミック粒子の粒径は、0.1〜100μmが好ましい。0.1μm未満と微細すぎると、酸化されやすく、一方、100μmを超えると、焼結しにくくなり、抵抗値が大きくなるからである。
Examples of the conductive ceramic include carbides of tungsten and molybdenum. These may be used alone or in combination of two or more.
The metal particles or the conductive ceramic particles preferably have a particle size of 0.1 to 100 μm. If it is too fine, less than 0.1 μm, it is liable to be oxidized, while if it exceeds 100 μm, sintering becomes difficult and the resistance value becomes large.

上記金属粒子の形状は、球状であっても、リン片状であってもよい。これらの金属粒子を用いる場合、上記球状物と上記リン片状物との混合物であってよい。
上記金属粒子がリン片状物、または、球状物とリン片状物との混合物の場合は、金属粒子間の金属酸化物を保持しやすくなり、発熱体12と窒化物セラミック等との密着性を確実にし、かつ、抵抗値を大きくすることができるため有利である。
The shape of the metal particles may be spherical or scaly. When these metal particles are used, they may be a mixture of the above-mentioned spherical material and the above-mentioned scaly material.
When the metal particles are flakes or a mixture of spheres and flakes, the metal oxide between the metal particles is easily retained, and the adhesion between the heating element 12 and the nitride ceramic or the like is increased. And the resistance value can be increased, which is advantageous.

導体ペーストに使用される樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などが挙げられる。また、溶剤としては、例えば、イソプロピルアルコールなどが挙げられる。増粘剤としては、セルロースなどが挙げられる。 Examples of the resin used for the conductor paste include an epoxy resin and a phenol resin. Examples of the solvent include isopropyl alcohol. Examples of the thickener include cellulose and the like.

導体ペーストには、上記したように、金属粒子に金属酸化物を添加し、発熱体12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。このように、金属酸化物を金属粒子とともに焼結させることにより、ヒータ板である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を密着させることができる。 As described above, it is desirable that the heating element 12 is formed by sintering the metal particles and the metal oxide into the conductor paste, as described above. Thus, by sintering the metal oxide together with the metal particles, the nitride ceramic or carbide ceramic serving as the heater plate can be brought into close contact with the metal particles.

金属酸化物を混合することにより、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックと密着性が改善される理由は明確ではないが、金属粒子表面や窒化物セラミック、炭化物セラミックの表面は、わずかに酸化されて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とが密着するのではないかと考えられる。 It is not clear why mixing metal oxides improves the adhesion with nitride ceramics or carbide ceramics, but the surface of metal particles, nitride ceramics, and carbide ceramics is slightly oxidized and becomes an oxide film. It is considered that these 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.

前記金属酸化物としては、例えば、酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素(B23)、アルミナ、イットリアおよびチタニアからなる群から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
これらの酸化物は、発熱体12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することができるからである。
As the metal oxide, for example, at least one selected from the group consisting of lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide (B 2 O 3 ), alumina, yttria, and titania is preferable.
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 12.

上記酸化鉛、酸化亜鉛、シリカ、酸化ホウ素(B23)、アルミナ、イットリア、チタニアの割合は、金属酸化物の全量を100重量部とした場合、重量比で、酸化鉛が1〜10、シリカが1〜30、酸化ホウ素が5〜50、酸化亜鉛が20〜70、アルミナが1〜10、イットリアが1〜50、チタニアが1〜50であって、その合計が100重量部を超えない範囲で調整されていることが望ましい。 The ratio of the lead oxide, zinc oxide, silica, boron oxide (B 2 O 3 ), alumina, yttria, and titania is such that the lead oxide is 1 to 10 by weight when the total amount of the metal oxide is 100 parts by weight. , Silica is 1 to 30, boron oxide is 5 to 50, zinc oxide is 20 to 70, alumina is 1 to 10, yttria is 1 to 50, titania is 1 to 50, and the total exceeds 100 parts by weight. It is desirable that it be adjusted within a range that does not exist.

これらの範囲で、これらの酸化物の量を調整することにより、特に窒化物セラミックとの密着性を改善することができる。
上記金属酸化物の金属粒子に対する添加量は、0.1重量%以上10重量%未満が好ましい。また、このような構成の導体ペーストを使用して発熱体12を形成した際の面積抵抗率は、1mΩ/□〜10Ω/□が好ましい。
By adjusting the amounts of these oxides in these ranges, the adhesion to the nitride ceramic can be particularly improved.
The amount of the metal oxide added to the metal particles is preferably 0.1% by weight or more and less than 10% by weight. The area resistivity when the heating element 12 is formed using the conductor paste having such a configuration is preferably 1 mΩ / □ to 10 Ω / □.

発熱体12がヒータ板11の表面に形成される場合には、発熱体12の表面部分に、金属被覆層(図3参照)48が形成されていることが望ましい。内部の金属焼結体が酸化されて抵抗値が変化するのを防止するためである。形成する金属被覆層の厚さは、0.1〜10μmが好ましい。 When the heating element 12 is formed on the surface of the heater plate 11, it is desirable that a metal coating layer (see FIG. 3) 48 be formed on the surface of the heating element 12. This is to prevent the internal metal sintered body from being oxidized to change the resistance value. The thickness of the metal coating layer to be formed is preferably from 0.1 to 10 μm.

金属被覆層を形成する際に使用される金属は、非酸化性の金属であれば特に限定されないが、具体的には、例えば、金、銀、パラジウム、白金、ニッケルなどが挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのなかでは、ニッケルが好ましい。 The metal used in forming the metal coating layer is not particularly limited as long as it is a non-oxidizing metal, and specific examples include gold, silver, palladium, platinum, and nickel. These may be used alone or in combination of two or more. Of these, nickel is preferred.

発熱体12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、半田を介して発熱体12に取り付けるが、ニッケルは、半田の熱拡散を防止するからである。接続端子としては、例えば、コバール製の端子ピン13が挙げられる。 The heating element 12 requires a terminal for connection to a power supply, and this terminal is attached to the heating element 12 via solder. Nickel prevents heat diffusion of the solder. As the connection terminal, for example, a terminal pin 13 made of Kovar is used.

なお、発熱体12をヒータ板11の内部に形成する場合には、発熱体表面が酸化されることがないため、被覆は不要である。発熱体12をヒータ板11内部に形成する場合、発熱体の一部が表面に露出していてもよく、発熱体を接続するためのスルーホールが端子部分に設けられ、このスルーホールに端子が接続、固定されていてもよい。 In the case where the heating element 12 is formed inside the heater plate 11, the surface of the heating element is not oxidized, so that the coating is unnecessary. When the heating element 12 is formed inside the heater plate 11, a part of the heating element may be exposed on the surface, and a through-hole for connecting the heating element is provided in a terminal portion. It may be connected and fixed.

接続端子を接続する場合、半田としては、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、半田層の厚さは、0.1〜50μmが好ましい。半田による接続を確保するのに充分な範囲だからである。 When connecting the connection terminals, alloys such as silver-lead, lead-tin, and bismuth-tin can be used as the solder. Note that the thickness of the solder layer is preferably 0.1 to 50 μm. This is because the range is sufficient to secure connection by soldering.

本発明のセラミックヒータでは、セラミック板の内部に電極を埋設して静電チャックとしたり、表面にチャックトップ導体層を設け、内部にガード電極やグランド電極を形成してウエハプローバとして機能させることができる。 In the ceramic heater of the present invention, an electrode can be embedded in a ceramic plate to form an electrostatic chuck, or a chuck top conductor layer can be provided on the surface, and a guard electrode or ground electrode can be formed inside to function as a wafer prober. it can.

次に、第一の本発明のセラミックヒータの製造方法について説明する。
まず、図1に示したヒータ板11の表面に発熱体12が形成されたセラミックヒータの製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the ceramic heater according to the first embodiment of the present invention will be described.
First, a method for manufacturing a ceramic heater in which the heating element 12 is formed on the surface of the heater plate 11 shown in FIG. 1 will be described.

(1) ヒータ板の作製工程
上述した窒化アルミニウムなどの窒化物セラミックまたは炭化物セラミックの粉末に必要に応じてイットリア等の焼結助剤やバインダ等を配合してスラリーを調製した後、このスラリーをスプレードライ等の方法で顆粒状にし、この顆粒を金型などに入れて加圧することにより板状などに成形し、生成形体(グリーン)を作製する。
(1) Heater plate manufacturing process After preparing a slurry by blending a sintering aid such as yttria or a binder with powder of a nitride ceramic or a carbide ceramic such as aluminum nitride as described above, if necessary, Granules are formed by a method such as spray drying, and the granules are placed in a mold or the like and pressed to be formed into a plate shape or the like, thereby producing a green body (green).

次に、生成形体に、必要に応じて、シリコンウエハを支持するための支持ピンを挿入する貫通孔15となる部分や熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔14a〜14iとなる部分を、ドリル加工やブラスト処理等により形成する。なお、貫通孔となる部分を形成するための加工は、焼結体を製造した後に行ってもよい。 Next, in the formed body, if necessary, a portion serving as a through hole 15 for inserting a support pin for supporting a silicon wafer and bottomed holes 14a to 14i for embedding a temperature measuring element such as a thermocouple are formed. The portion is formed by drilling or blasting. The processing for forming the portion to be the through hole may be performed after the sintered body is manufactured.

次に、この生成形体を加熱、焼成して焼結させ、セラミック製の板状体を製造する。この後、所定の形状に加工することにより、ヒータ板11を作製するが、焼成後にそのまま使用することができる形状としてもよい。加圧しながら加熱、焼成を行うことにより、気孔のないヒータ板11を製造することが可能となる。加熱、焼成は、焼結温度以上であればよいが、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックでは、1000〜2500℃である。 Next, the formed body is heated, fired and sintered to produce a ceramic plate. After that, the heater plate 11 is manufactured by processing into a predetermined shape, but may be a shape that can be used as it is after firing. By performing heating and baking while applying pressure, it is possible to manufacture the heater plate 11 having no pores. Heating and firing may be performed at a temperature equal to or higher than the sintering temperature. For a nitride ceramic or a carbide ceramic, the temperature is 1000 to 2500C.

(2) ヒータ板に導体ペーストを印刷する工程
導体ペーストは、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。この導体ペーストをスクリーン印刷などを用い、発熱体を設けようとする部分に印刷を行うことにより、導体ペースト層を形成する。発熱体は、ヒータ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状からなるパターンに印刷することが望ましい。
導体ペースト層は、焼成後の発熱体12の断面が、方形で、偏平な形状となるように形成することが望ましい。
(2) Step of Printing Conductor Paste on Heater Plate The conductor paste is generally a high-viscosity fluid composed of metal particles, resin and solvent. The conductor paste is printed on a portion where a heating element is to be provided by screen printing or the like to form a conductor paste layer. Since the heating element needs to have a uniform temperature throughout the heater plate, it is desirable to print the heating element in a concentric pattern as shown in FIG.
The conductor paste layer is desirably formed such that the cross section of the heating element 12 after firing has a square and flat shape.

(3) 導体ペーストの焼成
ヒータ板11の底面に印刷した導体ペースト層を加熱焼成して、樹脂、溶剤を除去するとともに、金属粒子を焼結させ、ヒータ板11の底面に焼き付け、発熱体12を形成する。加熱焼成の温度は、500〜1000℃が好ましい。
(3) Firing of conductive paste The conductive paste layer printed on the bottom surface of the heater plate 11 is heated and fired to remove the resin and the solvent, and sinter the metal particles. To form The temperature of the heating and firing is preferably from 500 to 1000C.

導体ペースト中に上述した金属酸化物を添加しておくと、金属粒子、ヒータ板および金属酸化物が焼結して一体化するため、発熱体とヒータ板との密着性が向上する。 If the above-mentioned metal oxide is added to the conductor paste, the metal particles, the heater plate and the metal oxide are sintered and integrated, so that the adhesion between the heating element and the heater plate is improved.

(4) 金属被覆層の形成
発熱体12表面には、金属被覆層を設けることが望ましい。金属被覆層は、電解めっき、無電解めっき、スパッタリング等により形成することができるが、量産性を考慮すると、無電解めっきが最適である。
(4) Formation of Metal Coating Layer It is desirable to provide a metal coating layer on the surface of the heating element 12. The metal coating layer can be formed by electrolytic plating, electroless plating, sputtering, or the like, but in consideration of mass productivity, electroless plating is optimal.

(5) 端子等の取り付け
発熱体12のパターンの端部に電源との接続のための端子(端子ピン13)を半田で取り付ける。また、有底孔14a〜14iに銀ろう、金ろうなどで熱電対を固定し、ポリイミド等の耐熱樹脂で封止し、セラミックヒータ10の製造を終了する。
次に、ヒータ板の内部に発熱体が形成されたセラミックヒータの製造方法について説明する。
(5) Attachment of Terminals, etc. Terminals (terminal pins 13) for connection to a power supply are attached to the ends of the pattern of the heating element 12 by soldering. Further, a thermocouple is fixed to the bottomed holes 14a to 14i with silver brazing, gold brazing or the like, and the thermocouple is sealed with a heat-resistant resin such as polyimide, and the production of the ceramic heater 10 is completed.
Next, a method of manufacturing a ceramic heater in which a heating element is formed inside a heater plate will be described.

(1) ヒータ板の作製工程
まず、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックの粉末をバインダ、溶剤等と混合してペーストを調製し、これを用いてグリーンシートを作製する。
上述したセラミック粉末としては、窒化アルミニウム、炭化ケイ素などを使用することができ、必要に応じて、イットリア等の焼結助剤を加えてもよい。
(1) Heater Plate Manufacturing Step First, a paste is prepared by mixing nitride ceramic or carbide ceramic powder with a binder, a solvent, and the like, and a green sheet is manufactured using the paste.
As the above-mentioned ceramic powder, aluminum nitride, silicon carbide, or the like can be used, and a sintering aid such as yttria may be added as necessary.

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、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも1種が望ましい。
さらに溶媒としては、α−テルピネオール、グリコールから選ばれる少なくとも1種が望ましい。
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グリーンシートを作製する。
The binder is preferably at least one selected from an acrylic binder, ethyl cellulose, butyl cellosolve, and polyvinyl alcohol.
Further, as the solvent, at least one selected from α-terpineol and glycol is desirable.
A paste obtained by mixing them is formed into a sheet by a doctor blade method to produce a green sheet.

グリーンシートの厚さは、0.1〜5mmが好ましい。
次に、得られたグリーンシートに、必要に応じて、シリコンウエハを支持するための支持ピンを挿入する貫通孔となる部分、熱電対などの測温素子を埋め込むための有底孔となる部分、発熱体を外部の端ピンと接続するためのスルーホールとなる部分等を形成する。後述するグリーンシート積層体を形成した後に、上記加工を行ってもよい。
The thickness of the green sheet is preferably 0.1 to 5 mm.
Next, in the obtained green sheet, if necessary, a portion serving as a through hole for inserting a support pin for supporting a silicon wafer, and a portion serving as a bottomed hole for embedding a temperature measuring element such as a thermocouple. Then, a portion serving as a through hole for connecting the heating element to an external end pin is formed. The above processing may be performed after forming a green sheet laminate described later.

(2) グリーンシート上に導体ペーストを印刷する工程
グリーンシート上に、金属ペーストまたは導電性セラミックを含む導体ペーストを印刷する。
(2) Step of printing conductive paste on green sheet A conductive paste containing a metal paste or a conductive ceramic is printed on the green sheet.

これらの導体ペースト中には、金属粒子または導電性セラミック粒子が含まれている。
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、0.1〜5μmが好ましい。平均粒子が0.1μm未満であるか、5μmを超えると、導体ペーストを印刷しにくいからである。
These conductive pastes contain metal particles or conductive ceramic particles.
The average particle diameter of the tungsten particles or molybdenum particles is preferably 0.1 to 5 μm. If the average particle size is less than 0.1 μm or more than 5 μm, it is difficult to print the conductive paste.

このような導体ペーストとしては、例えば、金属粒子または導電性セラミック粒子85〜87重量部;アクリル系、エチルセルロース、ブチルセロソルブ、ポリビニルアルコールから選ばれる少なくとも1種のバインダ1.5〜10重量部;および、α−テルピネオール、グリコールから選ばれる少なくとも1種の溶媒1.5〜10重量部を混合した組成物(ペースト)が挙げられる。 As such a conductive paste, for example, 85 to 87 parts by weight of metal particles or conductive ceramic particles; 1.5 to 10 parts by weight of at least one binder selected from acrylic, ethyl cellulose, butyl cellosolve, and polyvinyl alcohol; A composition (paste) in which 1.5 to 10 parts by weight of at least one solvent selected from α-terpineol and glycol is mixed.

(3) グリーンシートの積層工程
導体ペーストを印刷していないグリーンシートを、導体ペーストを印刷したグリーンシートの上下に積層する。
このとき、上側に積層するグリーンシートの数を下側に積層するグリーンシートの数よりも多くして、発熱体の形成位置を底面の方向に偏芯させる。
具体的には、上側のグリーンシートの積層数は20〜50枚が、下側のグリーンシートの積層数は5〜20枚が好ましい。
(3) Green Sheet Laminating Step Green sheets on which the conductor paste is not printed are laminated on and under the green sheet on which the conductor paste is printed.
At this time, the number of green sheets stacked on the upper side is made larger than the number of green sheets stacked on the lower side, and the formation position of the heating element is eccentric toward the bottom.
Specifically, the number of stacked green sheets on the upper side is preferably 20 to 50, and the number of stacked green sheets on the lower side is preferably 5 to 20.

(4) グリーンシート積層体の焼成工程
グリーンシート積層体の加熱、加圧を行い、グリーンシート中のセラミック粒子および内部の導体を焼結させる。
加熱温度は、1000〜2000℃が好ましく、加圧の圧力は、100〜200kg/cm2が好ましい。加熱は、不活性ガス雰囲気中で行う。不活性ガスとしては、例えば、アルゴン、窒素などを使用することができる。
(4) Green Sheet Laminate Firing Step The green sheet laminate is heated and pressed to sinter the ceramic particles in the green sheet and the internal conductor.
The heating temperature is preferably from 1000 to 2000 ° C, and the pressure is preferably from 100 to 200 kg / cm 2 . Heating is performed in an inert gas atmosphere. As the inert gas, for example, argon, nitrogen, or the like can be used.

なお、焼成を行った後に、測温素子を挿入するための有底孔を設けてもよい。有底孔は、表面研磨後に、サンドブラストなどのブラスト処理を行うことにより形成することができる。また、内部の発熱体と接続するためのスルーホールに端子を接続し、加熱してリフローする。加熱温度は、200〜500℃が好適である。 After firing, a bottomed hole for inserting a temperature measuring element may be provided. The bottomed hole can be formed by performing blasting such as sand blasting after surface polishing. A terminal is connected to a through hole for connecting to an internal heating element, and the terminal is heated and reflowed. The heating temperature is preferably from 200 to 500C.

さらに、測温素子としての熱電対などを銀ろう、金ろう等を用いて取り付け、ポリイミドなどの耐熱性樹脂で封止し、セラミックヒータの製造を終了する。 Further, a thermocouple or the like as a temperature measuring element is attached using a silver solder, a gold solder, or the like, and sealed with a heat-resistant resin such as polyimide, thereby completing the manufacture of the ceramic heater.

次に、第二の本発明のセラミックヒータについて説明する。
第二の本発明のセラミックヒータは、セラミック板の表面または内部に発熱体が形成されるとともに、このセラミック板の温度を測定する測温素子と、上記発熱体に電力を供給する制御部と、上記測温素子により測定された温度データを記憶する記憶部と、上記温度データから上記発熱体に必要な電力を演算する演算部とを備えてなるセラミックヒータであって、
上記セラミック板に、被加熱物を加熱する加熱面の反対側から加熱面に向けて有底孔を設けるとともに、該有底孔の底を発熱体よりも相対的に加熱面に近く形成し、この有底孔に測温素子を設けたことを特徴とする。
Next, the second ceramic heater of the present invention will be described.
The ceramic heater of the second aspect of the present invention has a heating element formed on the surface or inside of the ceramic plate, a temperature measuring element for measuring the temperature of the ceramic plate, and a control unit for supplying power to the heating element, A ceramic heater comprising a storage unit that stores temperature data measured by the temperature measuring element, and a calculation unit that calculates power required for the heating element from the temperature data,
In the ceramic plate, while providing a bottomed hole from the opposite side of the heating surface to heat the object to be heated toward the heating surface, the bottom of the bottomed hole is formed relatively closer to the heating surface than the heating element, A temperature measuring element is provided in the bottomed hole.

第二の本発明のセラミックヒータによれば、測温場所が発熱体よりもシリコンウエハの加熱面に近いので、より正確なシリコンウエハの温度の測定が可能となり、この正確な温度の測定結果を記憶部に記憶し、上記記憶部で記憶された温度データに基づき、均一加熱のために発熱体に投入する電圧を演算部で計算し、この計算結果に基づき、制御部より制御電圧を発熱体に印加するので、シリコンウエハ全体を均一に加熱することが可能となる。
また、窒化物セラミックや炭化物セラミックは、熱膨張係数が金属よりも小さく、機械的な強度が金属に比べて格段に高いため、ヒータ板を薄くて軽いものとすることができる。さらに、ヒータ板の熱伝導率が高く、ヒータ板自体が薄いため、ヒータ板の表面温度が、発熱体の温度変化に迅速に追従する。
According to the ceramic heater of the second aspect of the present invention, since the temperature measurement location is closer to the heating surface of the silicon wafer than the heating element, it is possible to more accurately measure the temperature of the silicon wafer. Based on the temperature data stored in the storage unit, the operation unit calculates a voltage to be applied to the heating element for uniform heating, based on the temperature data stored in the storage unit. , It is possible to uniformly heat the entire silicon wafer.
Further, nitride ceramics and carbide ceramics have a smaller coefficient of thermal expansion than metals and have much higher mechanical strength than metals, so that the heater plate can be made thinner and lighter. Furthermore, since the heat conductivity of the heater plate is high and the heater plate itself is thin, the surface temperature of the heater plate quickly follows the temperature change of the heating element.

図2(a)は、第二の本発明のセラミックヒータの一例の概略を示したブロック図であり、(b)は、その一部を示した部分拡大断面図である。 FIG. 2A is a block diagram schematically showing an example of the second ceramic heater of the present invention, and FIG. 2B is a partially enlarged sectional view showing a part thereof.

図2に示したように、このセラミックヒータ20では、ヒータ板21に貫通孔25が複数個(図中では、1個のみ)設けられ、その貫通孔25に支持ピン26が挿入され、この支持ピン26上にシリコンウエハ19が載置されるようになっている。また、この支持ピン26を上下させることにより、シリコンウエハ19を図示しない搬送機に渡したり、搬送機からシリコンウエハ19を受け取ったりすることができるようになっている。 As shown in FIG. 2, in the ceramic heater 20, a plurality of through holes 25 (only one in the figure) are provided in the heater plate 21, and a support pin 26 is inserted into the through hole 25. The silicon wafer 19 is mounted on the pins 26. By moving the support pins 26 up and down, the silicon wafer 19 can be transferred to a carrier (not shown) or can be received from the carrier.

また、支持ピン26により、シリコンウエハ19をヒータ板21から所定距離に離間させた状態で保持し、加熱を行うこともできるようになっている。 The support pins 26 hold the silicon wafer 19 at a predetermined distance from the heater plate 21 so that the silicon wafer 19 can be heated.

一方、ヒータ板21の内部に発熱体22a、22bが埋設され、この発熱体22a、22bは、スルーホール28を介して底面に設けられた端子ピン23に接続されている。また、端子ピン23には、ソケット32が取り付けられ、このソケット32は、電源を有する制御部29に接続されている。 On the other hand, heating elements 22 a and 22 b are embedded in the heater plate 21, and the heating elements 22 a and 22 b are connected to terminal pins 23 provided on the bottom surface through through holes 28. In addition, a socket 32 is attached to the terminal pin 23, and the socket 32 is connected to a control unit 29 having a power supply.

また、ヒータ板21には、底面21b側から有底孔24が設けられ、この有底孔24の底には、熱電対27が固定されている。この熱電対27は、記憶部30に接続され、各熱電対27の温度を一定時間毎に測定し、そのデータを記憶することができるようになっている。そして、この記憶部30は、制御部29に接続されるとともに、演算部31に接続され、記憶部30に記憶されたデータに基づき、演算部31で制御する電圧値等の計算を行い、これに基づき、制御部29から各発熱体21に対して所定の電圧を印加し、加熱面21aの温度を均一化することができるようになっている。 A bottomed hole 24 is provided in the heater plate 21 from the bottom surface 21b side, and a thermocouple 27 is fixed to the bottom of the bottomed hole 24. The thermocouple 27 is connected to the storage unit 30 and can measure the temperature of each thermocouple 27 at regular intervals and store the data. The storage unit 30 is connected to the control unit 29 and is connected to the calculation unit 31 to calculate a voltage value and the like controlled by the calculation unit 31 based on the data stored in the storage unit 30. Based on the above, a predetermined voltage is applied from the control unit 29 to each heating element 21 so that the temperature of the heating surface 21a can be made uniform.

セラミックヒータ20を構成する各部材(ヒータ板21、発熱体22a、22b、スルーホール28)やヒータ板21に形成する有底孔24等は、第一のセラミックヒータの場合と同様に構成されているので、ここではその説明を省略する。 Each member (heater plate 21, heating elements 22a and 22b, through hole 28) constituting ceramic heater 20 and bottomed hole 24 formed in heater plate 21 are configured in the same manner as the first ceramic heater. Therefore, the description is omitted here.

次に、この第二の本発明のセラミックヒータ20の動作について、説明する。
まず、制御部29を作動させることによりセラミックヒータ20に電力を投入すると、ヒータ板21自体の温度が上がり始めるが、外周部の方の表面温度がやや低温になる。
熱電対27で測温したデータは、記憶部30に一端格納される。次に、この温度データは演算部31に送られ、演算部31において、各測定点における温度の差ΔTを演算し、さらに、加熱面21aの温度の均一化のために必要なデータΔWを演算する。
Next, the operation of the second ceramic heater 20 of the present invention will be described.
First, when electric power is supplied to the ceramic heater 20 by operating the control unit 29, the temperature of the heater plate 21 itself starts to rise, but the surface temperature of the outer peripheral portion becomes slightly low.
The data measured by the thermocouple 27 is temporarily stored in the storage unit 30. Next, the temperature data is sent to the calculating section 31, where the calculating section 31 calculates the temperature difference ΔT at each measurement point, and further calculates the data ΔW necessary for equalizing the temperature of the heating surface 21a. I do.

例えば、発熱体22aと発熱体22bにおける温度差ΔTがあり、発熱体22aの方が低ければ、ΔTを0にするような電力データΔWを演算し、これを制御部29に送信して、これに基づいた電力を発熱体22aに投入して昇温させるのである。 For example, if there is a temperature difference ΔT between the heating element 22a and the heating element 22b, and if the heating element 22a is lower, power data ΔW that makes ΔT zero is calculated, and this is transmitted to the control unit 29. Is applied to the heating element 22a to raise the temperature.

電力の計算アルゴリズムについては、ヒータ板21の比熱と加熱域の重量から昇温に必要な電力を演算する方法が最も簡便であり、これに発熱体パターンに起因する補正係数を加味してもよい。また、予め、特定の発熱体パターンについて昇温試験を行い、測温位置、投入電力、温度の関数を予め求めておき、この関数から投入電力を演算してもよい。そして、演算部31で演算された電力に対応する印加電圧と時間とを制御部29に送信し、制御部29でその値に基づいて各発熱体22に電力を投入することになる。 Regarding the power calculation algorithm, the simplest method is to calculate the power required for raising the temperature from the specific heat of the heater plate 21 and the weight of the heating area, and a correction coefficient due to the heating element pattern may be added to this. . Alternatively, a temperature rise test may be performed on a specific heating element pattern in advance, and a function of the temperature measurement position, the input power, and the temperature may be obtained in advance, and the input power may be calculated from the function. Then, the applied voltage and the time corresponding to the power calculated by the calculation unit 31 are transmitted to the control unit 29, and the control unit 29 supplies power to each heating element 22 based on the values.

図3は、第二の本発明のセラミックヒータの他の一例の概略を示したブロック図である。
図3に示したセラミックヒータ40では、ヒータ板41の底面41bに発熱体42a、42bが形成され、発熱体42a、42bの周囲に金属被覆層48が形成されている。
また、発熱体42a、42bに金属被覆層48を介して端子ピン43が接続、固定され、端子ピン43に、ソケット52が取り付けられている。そして、このソケット52は、電源を有する制御部29に接続されており、そのほかは、図2に示したセラミックヒータと同様に構成されている。
FIG. 3 is a block diagram schematically showing another example of the ceramic heater of the second invention.
In the ceramic heater 40 shown in FIG. 3, the heating elements 42a and 42b are formed on the bottom surface 41b of the heater plate 41, and the metal coating layer 48 is formed around the heating elements 42a and 42b.
Further, terminal pins 43 are connected and fixed to the heating elements 42 a and 42 b via the metal coating layer 48, and a socket 52 is attached to the terminal pins 43. The socket 52 is connected to the control unit 29 having a power source, and is otherwise configured in the same manner as the ceramic heater shown in FIG.

図3に示したセラミックヒータ40の動作は、図2に示したセラミックヒータ20と同様であり、熱電対42a、42bの温度を一定時間毎に測定して記憶部50で記憶し、このデータから演算部51で制御する電圧値等の計算を行い、これに基づき、制御部49から発熱体42a、42bに対して所定の電圧を印加して、セラミックヒータ40の加熱面41a全体の温度を均一化することができるようになっている。 The operation of the ceramic heater 40 shown in FIG. 3 is the same as that of the ceramic heater 20 shown in FIG. 2, and the temperatures of the thermocouples 42a and 42b are measured at regular intervals and stored in the storage unit 50. The calculation unit 51 calculates a voltage value or the like to be controlled. Based on the calculation, the control unit 49 applies a predetermined voltage to the heating elements 42a and 42b to make the temperature of the entire heating surface 41a of the ceramic heater 40 uniform. It has become possible to be.

以下、本発明をさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

(実施例1)窒化アルミニウム製のセラミックヒータ(図1参照)の製造
(1)窒化アルミニウム粉末(平均粒径:1.1μm)100重量部、イットリア(平均粒径:0.4μm)4重量部、アクリル系バインダ12重量部およびアルコールからなる組成物のスプレードライを行い、顆粒状の粉末を作製した。
(Example 1) Production of a ceramic heater made of aluminum nitride (see FIG. 1)
(1) A composition comprising 100 parts by weight of aluminum nitride powder (average particle size: 1.1 μm), 4 parts by weight of yttria (average particle size: 0.4 μm), 12 parts by weight of an acrylic binder, and alcohol is spray-dried. , To produce a granular powder.

(2) 次に、この顆粒状の粉末を金型に入れ、平板状に成形して生成形体(グリーン)を得た。この生成形体にドリル加工を施し、シリコンウエハの支持ピンを挿入する貫通孔15となる部分、熱電対を埋め込むための有底孔14a〜14iとなる部分(直径:1.1mm、深さ:2mm)を形成した。 (2) Next, this granular powder was placed in a mold and molded into a flat plate to obtain a formed product (green). Drilling is performed on the formed body to form a portion serving as a through hole 15 for inserting a support pin of a silicon wafer and a portion serving as a bottomed hole 14a to 14i for embedding a thermocouple (diameter: 1.1 mm, depth: 2 mm) ) Was formed.

(3) 加工処理の終った生成形体を1800℃、圧力:200kg/cm2でホットプレスし、厚さが3mmの窒化アルミニウム板状体を得た。
次に、この板状体から直径210mmの円板体を切り出し、セラミック製の板状体(ヒータ板)11とした。
(3) The green compact after the processing was hot-pressed at 1800 ° C. and a pressure of 200 kg / cm 2 to obtain a 3 mm-thick aluminum nitride plate.
Next, a disk having a diameter of 210 mm was cut out from the plate to obtain a ceramic plate (heater plate) 11.

(4) 上記(3) で得たヒータ板11に、スクリーン印刷にて導体ペーストを印刷した。印刷パターンは、図1に示したような同心円状のパターンとした。
導体ペーストとしては、プリント配線板のスルーホール形成に使用されている徳力化学研究所製のソルベストPS603Dを使用した。
(4) Conductive paste was printed on the heater plate 11 obtained in (3) by screen printing. The printing pattern was a concentric pattern as shown in FIG.
As a conductive paste, Solvest PS603D manufactured by Tokuri Chemical Laboratory, which is used for forming through holes in a printed wiring board, was used.

この導体ペーストは、銀−鉛ペーストであり、銀100重量部に対して、酸化鉛(5重量%)、酸化亜鉛(55重量%)、シリカ(10重量%)、酸化ホウ素(25重量%)およびアルミナ(5重量%)からなる金属酸化物を7.5重量部含むものであった。また、銀粒子は、平均粒径が4.5μmで、リン片状のものであった。 This conductor paste is a silver-lead paste, and based on 100 parts by weight of silver, lead oxide (5% by weight), zinc oxide (55% by weight), silica (10% by weight), and boron oxide (25% by weight). And 7.5 parts by weight of a metal oxide composed of alumina (5% by weight). The silver particles had a mean particle size of 4.5 μm and were scaly.

(5) 次に、導体ペーストを印刷したヒータ板11を780℃で加熱、焼成して、導体ペースト中の銀、鉛を焼結させるとともにヒータ板11に焼き付け、発熱体12を形成した。銀−鉛の発熱体12は、厚さが5μm、幅2.4mm、面積抵抗率が7.7mΩ/□であった。 (5) Next, the heater plate 11 on which the conductor paste was printed was heated and baked at 780 ° C. to sinter silver and lead in the conductor paste and baked the heater plate 11 to form the heating element 12. The silver-lead heating element 12 had a thickness of 5 μm, a width of 2.4 mm, and a sheet resistivity of 7.7 mΩ / □.

(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上記(5) で作製したヒータ板11を浸漬し、銀−鉛の発熱体12の表面に厚さ1μmの金属被覆層(ニッケル層)を析出させた。 (6) An electroless nickel plating bath composed of an aqueous solution having a concentration of 80 g / l of nickel sulfate, 24 g / l of sodium hypophosphite, 12 g / l of sodium acetate, 8 g / l of boric acid, and 6 g / l of ammonium chloride was added to the above (5). Was immersed to deposit a metal coating layer (nickel layer) having a thickness of 1 μm on the surface of the silver-lead heating element 12.

(7) 電源との接続を確保するための端子を取り付ける部分に、スクリーン印刷により、銀−鉛半田ペースト(田中貴金属製)を印刷して半田層を形成した。
ついで、半田層の上にコバール製の端子ピン13を載置して、420℃で加熱タフローし、端子ピン13を発熱体12の表面に取り付けた。
(7) A silver-lead solder paste (manufactured by Tanaka Kikinzoku) was printed by screen printing on a portion where a terminal for securing connection to a power supply was to be formed, to form a solder layer.
Next, the terminal pins 13 made of Kovar were placed on the solder layer, and heated and tuffled at 420 ° C. to attach the terminal pins 13 to the surface of the heating element 12.

(8) 温度制御のための熱電対を81.7Au−18.3Niの金ローで接続し、(1030℃で加熱して融着)、セラミックヒータ10を得た。 (8) A thermocouple for temperature control was connected with a gold solder of 81.7 Au-18.3Ni (heated and fused at 1030 ° C.) to obtain a ceramic heater 10.

(実施例2)炭化ケイ素製のセラミックヒータの製造
平均粒径1.0μmの炭化ケイ素を使用し、焼結温度を1900℃とし、さらに得られたヒータ板の表面を1500℃で2時間焼成して表面に厚さ1μmのSiO2層を形成したほかは、実施例1と同様にし、炭化ケイ素製のセラミックヒータを製造した。また、熱電対は、ポリイミド樹脂を用い、120℃で硬化させることにより封止した。
(Example 2) Manufacture of a ceramic heater made of silicon carbide Silicon carbide having an average particle diameter of 1.0 µm was used, the sintering temperature was 1900 ° C, and the surface of the obtained heater plate was fired at 1500 ° C for 2 hours. A ceramic heater made of silicon carbide was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a 1 μm thick SiO 2 layer was formed on the surface. The thermocouple was sealed by curing it at 120 ° C. using a polyimide resin.

(実施例3)発熱体を内部に有するセラミックヒータの製造
(1) 窒化アルミニウム粉末(トクヤマ社製 平均粒径:1.1μm)100重量部、イットリア(平均粒径:0.4μm)4重量部、アクリルバインダ11.5重量部、分散剤0.5重量部および1−ブタノールとエタノールとからなるアルコール53重量部を混合したペーストを用い、ドクターブレート法により成形を行って、厚さ0.47mmのグリーンシートを得た。
(Example 3) Production of a ceramic heater having a heating element inside
(1) 100 parts by weight of aluminum nitride powder (average particle size: 1.1 μm, manufactured by Tokuyama Corporation), 4 parts by weight of yttria (average particle size: 0.4 μm), 11.5 parts by weight of acrylic binder, 0.5 part by weight of dispersant And a paste obtained by mixing 53 parts by weight of alcohol consisting of 1-butanol and ethanol, was molded by a doctor blade method to obtain a green sheet having a thickness of 0.47 mm.

(2) 次に、このグリーンシートを80℃で5時間乾燥させた後、パンチングにより直径1.8mm、3.0mm、5.0mmのシリコンウエハ支持ピンを挿入する貫通孔15となる部分、端子ピンと接続するためのスルーホールとなる部分を設けた。 (2) Next, after drying this green sheet at 80 ° C. for 5 hours, a portion to be a through hole 15 into which a silicon wafer support pin having a diameter of 1.8 mm, 3.0 mm, and 5.0 mm is inserted by punching, a terminal A portion serving as a through hole for connecting to a pin was provided.

(3) 平均粒子径1μmのタングステンカーバイト粒子100重量部、アクリル系バインダ3.0重量部、α−テルピネオール溶媒3.5重量部および分散剤0.3重量部を混合して導体ペーストAを調製した。 (3) 100 parts by weight of tungsten carbide particles having an average particle diameter of 1 μm, 3.0 parts by weight of an acrylic binder, 3.5 parts by weight of an α-terpineol solvent, and 0.3 part by weight of a dispersant were mixed to form a conductive paste A. Prepared.

平均粒子径3μmのタングステン粒子100重量部、アクリル系バインダ1.9重量部、α−テルピネオール溶媒3.7重量部および分散剤0.2重量部を混合して導体ペーストBを調製した。 A conductive paste B was prepared by mixing 100 parts by weight of tungsten particles having an average particle diameter of 3 μm, 1.9 parts by weight of an acrylic binder, 3.7 parts by weight of an α-terpineol solvent, and 0.2 parts by weight of a dispersant.

この導電性ペーストAをグリーンシートにスクリーン印刷で印刷し、導体ペースト層を形成した。印刷パターンは、図1に示したような同心円パターンとした。また、端子ピンを接続するためのスルーホール用の貫通孔に導体ペーストBを充填した。
上記処理の終わったグリーンシートに、さらに、タングステンペーストを印刷しないグリーンシートを上側(加熱面)に37枚、下側に13枚、130℃、80kg/cm2の圧力で積層した。
The conductive paste A was printed on a green sheet by screen printing to form a conductive paste layer. The printing pattern was a concentric pattern as shown in FIG. In addition, the conductive paste B was filled in through holes for through holes for connecting terminal pins.
On the green sheet after the above treatment, 37 green sheets on which the tungsten paste was not printed were further laminated on the upper side (heating surface) and 13 on the lower side at 130 ° C. and a pressure of 80 kg / cm 2 .

(4) 次に、得られた積層体を窒素ガス中、600℃で5時間脱脂し、1890℃、圧力150kg/cm2で3時間ホットプレスし、厚さ3mmの窒化アルミニウム板状体を得た。これを230mmの円板状に切り出し、内部に厚さ6μm、幅10mmの発熱体を有するセラミックヒータとした。 (4) Next, the obtained laminate was degreased in nitrogen gas at 600 ° C. for 5 hours, and hot-pressed at 1890 ° C. and a pressure of 150 kg / cm 2 for 3 hours to obtain a 3 mm-thick aluminum nitride plate. Was. This was cut into a disk shape of 230 mm to obtain a ceramic heater having a heating element with a thickness of 6 μm and a width of 10 mm inside.

(5) 次に、(4) で得られた板状体を、ダイヤモンド砥石で研磨した後、マスクを載置し、SiC等によるブラスト処理で表面に熱電対のための有底孔(直径:1.2mm、深さ:2.0mm)を設けた。 (5) Next, the plate-like body obtained in (4) is polished with a diamond grindstone, a mask is placed on the plate-like body, and a bottomed hole for a thermocouple (diameter: 1.2 mm, depth: 2.0 mm).

(6) さらに、スルーホール用の貫通孔の一部をえぐり取って凹部とし、この凹部にNi−Auからなる金ろうを用い、700℃で加熱リフローしてコバール製の端子ピンを接続させた。
なお、端子ピンの接続は、タングステンの支持体が3点で支持する構造が望ましい。接続信頼性を確保することができるからである。
(6) Further, a part of the through-hole for the through-hole was cut out to form a concave portion, and a gold solder made of Ni-Au was used in the concave portion, and heated at 700 ° C. and reflowed to connect a Kovar terminal pin. .
The connection of the terminal pins is desirably a structure in which a tungsten support is supported at three points. This is because connection reliability can be ensured.

(8) 次に、温度制御のための複数の熱電対を有底孔に埋め込み、シリカゾル(東亜合成社製 アロンセラミック)で封止し、120℃でゲル化し、セラミックヒータの製造を完了した。 (8) Next, a plurality of thermocouples for temperature control were embedded in the bottomed holes, sealed with silica sol (Aron Ceramic manufactured by Toagosei Co., Ltd.), and gelled at 120 ° C. to complete the manufacture of the ceramic heater.

(実施例4)セラミックヒータの温度制御
(1) 電源を有する制御部、記憶部および演算部を備えた温調器(オムロン製、E5ZE)を用意し、実施例1で製造したセラミックヒータ10(図1参照)に、端子ピン13を介して制御部からの配線を接続し、シリコンウエハをこのセラミックヒータ10上に載置した。
(Example 4) Temperature control of ceramic heater
(1) A temperature controller (manufactured by OMRON, E5ZE) including a control unit having a power supply, a storage unit, and a calculation unit is prepared, and the terminal pins 13 are connected to the ceramic heater 10 (see FIG. 1) manufactured in Example 1. The wiring from the control unit was connected via the heater, and the silicon wafer was placed on the ceramic heater 10.

(2) 次に、このセラミックヒータ10に電圧を印加して、一旦200℃まで昇温しておき、さらに200〜400℃まで昇温させ、図1に示す有底孔14a〜14cに設置された熱電対により温度を測定した。測定結果を図6に示した。なお、図6では、縦軸に温度をとり、横軸に経過時間をとっている。
また、発熱体12a、12b、12cに投入した電力(電流値で表記する)のプロファイルを図7に示した。なお、図7では、縦軸に電流をとり、横軸に経過時間をとっている。
このセラミックヒータ10上に載置したシリコンウエハは、加熱の過程において、破損せず、均一に加熱された。
(2) Next, a voltage is applied to the ceramic heater 10 to raise the temperature once to 200 ° C., and then to 200 to 400 ° C., and set in the bottomed holes 14a to 14c shown in FIG. The temperature was measured with a thermocouple. The measurement results are shown in FIG. In FIG. 6, the vertical axis represents temperature, and the horizontal axis represents elapsed time.
FIG. 7 shows the profile of the electric power (expressed by a current value) applied to the heating elements 12a, 12b, and 12c. In FIG. 7, the vertical axis represents current, and the horizontal axis represents elapsed time.
The silicon wafer placed on the ceramic heater 10 was uniformly heated without being damaged during the heating process.

(実施例5)
以下の点が異なるほかは、実施例1と同様にしてセラミックヒータを製造した。
すなわち、まず、ステンレス製の筒状体66の内部にK型熱電対67が納められ、その周囲にMgO粉末とアルミナ粉末が充填された状態のシース型熱電対を、熱電対として使用した。この筒状体66は、図4(a)に示すように、ほぼ直角に屈曲している。そして、有底孔610の形状を図4(b)に示すように平面視鍵孔状とし、ステンレス製のコイルバネ65の先にステンレス製の棒状体64が固定された構造のものを用い、この棒状体64で筒状体66の屈曲部分を有底孔610の底面に押しつけることにより固定した。なお、コイルバネ65は、セラミック板61の支持容器(ケーシング)の底板63に取り付けられている。
(Example 5)
A ceramic heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the following points.
That is, first, a K-type thermocouple 67 was placed inside a stainless steel tubular body 66, and a sheath-type thermocouple in which MgO powder and alumina powder were filled around the K-type thermocouple was used as a thermocouple. This tubular body 66 is bent at substantially a right angle as shown in FIG. The bottomed hole 610 has a keyhole shape in a plan view as shown in FIG. 4 (b), and has a structure in which a stainless steel rod 64 is fixed to the tip of a stainless steel coil spring 65. The bent portion of the cylindrical body 66 was pressed against the bottom surface of the bottomed hole 610 with the rod-shaped body 64 and fixed. Note that the coil spring 65 is attached to a bottom plate 63 of a support container (casing) of the ceramic plate 61.

(実施例6)
以下の点が異なるほかは、実施例1と同様にしてセラミックヒータを製造した。
すなわち、図5に示すように、熱電対として、実施例5の場合と同様の構成のシース型熱電対を使用するとともに、実施例5の場合と同様に有底孔710を平面視鍵孔状とし、さらに、その側壁面にドリル加工によりネジ溝を形成した。そして、この有底孔710にシース型熱電対を有する筒状体66を挿入し、ステンレス製のボルト74をネジ込んで筒状体66の屈曲部分を有底孔610の底面に押しつけることにより固定した。
(Example 6)
A ceramic heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except for the following points.
That is, as shown in FIG. 5, a sheath-type thermocouple having the same configuration as that of the fifth embodiment is used as the thermocouple, and the bottomed hole 710 is formed into a keyhole shape in a plan view similarly to the fifth embodiment. Further, a thread groove was formed on the side wall surface by drilling. Then, the tubular body 66 having a sheath-type thermocouple is inserted into the bottomed hole 710, and a stainless steel bolt 74 is screwed in to fix the bent portion of the tubular body 66 against the bottom surface of the bottomed hole 610. did.

(比較例1)
その底面がセラミック基板の加熱面からその厚さの74%の位置、すなわち、発熱体形成面と同レベルの面となるように有底孔を形成し、熱電対を埋め込んでAu−Niでろう付けしたほかは、実施例3と同様にしてセラミックヒータを製造した。
(Comparative Example 1)
A bottomed hole is formed so that the bottom surface is located at a position 74% of the thickness from the heating surface of the ceramic substrate, that is, the surface at the same level as the heating element forming surface, and a thermocouple is embedded to make Au-Ni. A ceramic heater was manufactured in the same manner as in Example 3, except that the heater was attached.

(比較例2)
発熱体形成面、すなわち、底面に熱電対をAu−Niでろうづけしたほかは、実施例1と同様にしてセラミックヒータを製造した。
(Comparative Example 2)
A ceramic heater was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a thermocouple was brazed to the heating element forming surface, that is, the bottom surface with Au-Ni.

実施例1〜6、比較例1、2に係るセラミックヒータについて、200℃まで昇温し、最高温度と最低温度の差をサーモビュアで測定し、また熱電対付きの25℃のシリコンウエハを200℃まで昇温しした状態で載置し、これがもとの200℃まで戻るまでの時間(回復時間)を測定した。結果を下記の表1に示した。   With respect to the ceramic heaters according to Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 and 2, the temperature was raised to 200 ° C., and the difference between the maximum temperature and the minimum temperature was measured with a thermoviewer. The sample was placed in a state where the temperature was raised to 200 ° C., and the time until the temperature returned to the original 200 ° C. (recovery time) was measured. The results are shown in Table 1 below.

Figure 2004273460
Figure 2004273460

実施例1〜6のセラミック基板においては、サーモビュアでの測定による温度差も0.5℃以内と小さく、また、200℃までの回復時間も50秒以内と短かったのに対し、比較例1、2では、回復時間、温度差ともに長かった。 In the ceramic substrates of Examples 1 to 6, the temperature difference measured by a thermoviewer was as small as 0.5 ° C. or less, and the recovery time up to 200 ° C. was as short as 50 seconds or less. In No. 2, both the recovery time and the temperature difference were long.

第一の本発明のセラミックヒータの一例を模式的に示す底面図である。It is a bottom view showing typically an example of the ceramic heater of the first present invention. (a)は、第二の本発明のセラミックヒータの一例を模式的に示すブロック図であり、(b)は、上記セラミックヒータの部分拡大断面図である。(A) is a block diagram schematically showing an example of the ceramic heater of the second present invention, and (b) is a partially enlarged sectional view of the ceramic heater. 第二の本発明のセラミックヒータの他の一例を模式的に示すブロック図である。It is a block diagram showing typically another example of the ceramic heater of the second present invention. (a)は、測温素子が設置されたセラミックヒータの一例を模式的に示す断面図であり、(b)は、有底孔の形状を示す拡大底面図である。(A) is sectional drawing which shows typically an example of the ceramic heater in which the temperature measuring element was installed, (b) is an enlarged bottom view which shows the shape of a bottomed hole. (a)は、測温素子が設置されたセラミックヒータの他の一例を模式的に示す断面図であり、(b)は、有底孔の形状を示す拡大底面図である。(A) is sectional drawing which shows typically another example of the ceramic heater in which the temperature measuring element was installed, (b) is an enlarged bottom view which shows the shape of a bottomed hole. 実施例4に係るセラミックヒータの温度プロファイルを示すグラフである。9 is a graph showing a temperature profile of a ceramic heater according to Example 4. 実施例4に係るセラミックヒータの電力のプロファイルを示すグラフである。9 is a graph showing a power profile of a ceramic heater according to a fourth embodiment.

符号の説明Explanation of reference numerals

10、20、40 セラミックヒータ
11、21、41、61、71 ヒータ板
12、22、42、62、72 発熱体
13、23、43 端子ピン
14、24、44 有底孔
15、25、45 貫通孔
19 シリコンウエハ
21a、41a 加熱面
21b、41b 底面
26、46 支持ピン
27、47、67 熱電対
28 スルーホール
29、49 制御部
30、50 記憶部
31、51 演算部
66 筒
610、710 有底孔
10, 20, 40 Ceramic heaters 11, 21, 41, 61, 71 Heater plates 12, 22, 42, 62, 72 Heating elements 13, 23, 43 Terminal pins 14, 24, 44 Bottom holes 15, 25, 45 Penetration Hole 19 Silicon wafer 21a, 41a Heating surface 21b, 41b Bottom surface 26, 46 Support pin 27, 47, 67 Thermocouple 28 Through hole 29, 49 Control unit 30, 50 Storage unit 31, 51 Operation unit 66 Tube 610, 710 Bottom Hole

Claims (11)

セラミック板の表面または内部に発熱体を形成してなるセラミックヒータであって、
被加熱物を加熱する加熱面の反対側から加熱面に向けて有底孔を設けるとともに、該有底孔の底を発熱体よりも相対的に加熱面に近く形成し、この有底孔に測温素子を設けたことを特徴とするセラミックヒータ。
A ceramic heater having a heating element formed on the surface or inside of a ceramic plate,
A bottomed hole is provided from the opposite side of the heating surface for heating the object to be heated toward the heating surface, and the bottom of the bottomed hole is formed relatively closer to the heating surface than the heating element. A ceramic heater provided with a temperature measuring element.
前記有底孔の底と加熱面との距離は、0.1mm〜セラミック板の厚さの1/2である請求項1に記載のセラミックヒータ。 2. The ceramic heater according to claim 1, wherein the distance between the bottom of the bottomed hole and the heating surface is 0.1 mm to の of the thickness of the ceramic plate. 前記セラミックヒータを構成するセラミックは、窒化物セラミックまたは炭化物セラミックである請求項1に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to claim 1, wherein the ceramic constituting the ceramic heater is a nitride ceramic or a carbide ceramic. 前記発熱体は、少なくとも2以上の回路に分割されてなる請求項1に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to claim 1, wherein the heating element is divided into at least two or more circuits. 前記発熱体は、断面が偏平形状である請求項1に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to claim 1, wherein the heating element has a flat cross section. セラミック板の表面または内部に発熱体が形成されるとともに、このセラミック板の温度を測定する測温素子と、前記発熱体に電力を供給する制御部と、前記測温素子により測定された温度データを記憶する記憶部と、前記温度データから前記発熱体に必要な電力を演算する演算部とを備えてなるセラミックヒータであって、
前記セラミック板に、被加熱物を加熱する加熱面の反対側から加熱面に向けて有底孔を設けるとともに、該有底孔の底を発熱体よりも相対的に加熱面に近く形成し、この有底孔に前記測温素子を設けたことを特徴とするセラミックヒータ。
A heating element is formed on the surface or inside of the ceramic plate, a temperature measuring element for measuring the temperature of the ceramic plate, a control unit for supplying power to the heating element, and temperature data measured by the temperature measuring element. A ceramic heater comprising: a storage unit that stores the following, and a calculation unit that calculates the power required for the heating element from the temperature data,
In the ceramic plate, while providing a bottomed hole from the opposite side of the heating surface to heat the object to be heated toward the heating surface, the bottom of the bottomed hole is formed relatively closer to the heating surface than the heating element, A ceramic heater, wherein the temperature measuring element is provided in the bottomed hole.
前記発熱体は、少なくとも2以上の回路に分割されてなり、各回路には異なる電力が供給されるように構成されている請求項6に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to claim 6, wherein the heating element is divided into at least two or more circuits, and each circuit is configured to be supplied with different electric power. 前記測温素子は、シース型熱電対である請求項1〜7のいずれか1に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to any one of claims 1 to 7, wherein the temperature measuring element is a sheath-type thermocouple. 前記測温素子は、有底孔の底部に圧着されてなる請求項1〜8のいずれか1に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to any one of claims 1 to 8, wherein the temperature measuring element is pressed against a bottom of the bottomed hole. 前記測温素子は、弾性体またはネジにより圧着されてなる請求項9に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to claim 9, wherein the temperature measuring element is pressed by an elastic body or a screw. 前記測温素子は、有底孔内に絶縁物で封止されてなる請求項1〜10のいずれか1に記載のセラミックヒータ。 The ceramic heater according to any one of claims 1 to 10, wherein the temperature measuring element is sealed in the bottomed hole with an insulator.
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